[发明专利]高分辨率光学显微镜

说明书

在光学显微镜的研发过程中，德国光学家阿贝作出过突出贡献，他用光的波 动理论证明了形成一个图象的最高分辨率为：K入/A。式中K是0.6～0.8之间的 常数，A是物镜的数值孔径，入是照明光的波长，从上式可知，要提高分辨率只 有两条途径：一条是提高数值孔径A，但A的提高是很有限的：另一条是减小 照明光波长，然而比可见光波长更短的紫外线是不能被人眼观察到的。所以阿贝 当时懊丧地写道：“希望靠人们的智慧找到克服这一限制的方法和手段，只不过 是一种可怜的自我安慰罢了！”。

本发明人将光理解为“光量子”，代入阿贝公式， 则有：式中C为真空中的光速，故K·C仍为常数；A＝n·sin u，U为 物方孔径角，U越大，物镜聚集的光量子越多；是光的频率，即单位时间内发 射的光量子数，越大，射向物镜的光量子越多。从上述分析可知，物镜的分辨 率实质上是与物镜聚集的光量子有关，如提高射向物镜的光量子密度(即宏观上 的光亮度)，则物镜聚集的光量子数就越多，因而分辨率越高。

至今光学显微镜的光学放大系统，仍是三百多年前显微镜发明时的物镜加目 镜的二级放大系统。因此光学显微镜的放大率只能达到两千倍左右。如果在物镜 与目镜之间，增设一级或两级中间镜，就可象“电子”显微镜一样将分辨率提高 至几十埃甚至几埃。

而要用眼睛直接观察的光学显微镜，要有一个合适的图象亮度，过大过小都 影响观察。从放大率关系可知，图象亮度与放大率的平方成反比，如放大率提高 10倍，图象亮度就降低10²倍，因此在提高放大率的同时，必须按上述比例提高 光源亮度。而现代照明(激光)技术，已能提供亮度(光量子密度)极大(如激 光可达10⁹瓦/厘米²的光束。)且可任意调节的各种光源。

在放大率提高的同时，图象的放大率色差也会相应增大，但现代的各种消色 差透镜，已能解决这一问题。

本发明就是根据本发明人的上述新“光量子”理论而提出来的。本发明的实 质就是通过增设中间镜，提高总放大率；并按图象亮度与放大率平方成反比的比 例提高光源亮度。从而提高显微镜的分辨率。

本发明采用高亮度氙灯和激光作为照明光源。当光源亮度增强后，对某些试 样(如生物样品)会因热效应而引起损伤，本发明采用装有冷反光镜的氙灯，将 具有热效应的红外光滤去而只保留可见光；当放大倍数为几万倍至几十万倍时， 则采用只发射波长为0.5309微米的氪离子激光器所发射的热效应极小而光见度 最大(接近于1)的绿光。

本发明的观察手段，除眼睛直接观察外，还可用摄象法获取照片，再用眼睛 观察所摄得的照片。在下列两种情况下需用摄象法：其一是在提高放大率时，因 某些因素不能按相应比例提高光源亮度，由于图象亮度过低而不能直接被眼睛观 察时，需用摄象法；其二是放大倍数很高，相应的光源亮度极亮，若照射时间过 长，会损伤甚至烧坏某些试样时，就采用摄象法以极短时间摄下试样图象。

这同透射“电子”显微镜和扫描隧道“电子”显微镜的观察本质相同，而所 得照片质量会大大优于透射电镜和扫描电镜。这是因为光源比“电子”源稳定； 光学透镜不随时间而变，而电磁透镜时时在变。

本发明的光学简图见说明书附图。

1——光源，2、3——聚光镜，4——物镜，5、6——中间镜，7——目镜。

本发明的聚光镜(2)为短焦距透镜、(3)为长焦距透镜，物镜(4)，中间 镜(5)、(6)，目镜(7)，均可任意撤、换、调，并采用横插式调换方式，且可 在筒内纵向移动，根据镜检需求，中间镜可用一级或二级，从而可调节出总放大 率不同的观察系统。

从本发明的光路图可知：

如采用三级放大，并选用放大率为40的物镜和中间镜及放大率为10的目镜， 则其总放大率为：

40×40×10＝16000倍，因人眼的最小分辨距离为10⁶埃，故上述三级放大模 式的分辨率可达：

10⁶埃÷1.6×10⁴＝60埃。

如采用四级放大，并选用放大率为40的物镜和中间镜及放大率为10的目镜， 则其总放大率为：

40×40×40×10＝640000倍，故上述四级放大模式的分辨率可达：

10⁶÷6.4×10⁵＝1.6埃。