光學顯微鏡是人類探索微觀世界的基石。無論您是生物學領域的學生、材料科學的研究人員，還是工業(yè)質檢的工程師，清晰理解光學顯微鏡如何工作以及其核心組件如何協(xié)同成像，都是獲得準確觀察結果的第D一步。

基本操作原理

光學顯微鏡的核心工作原理是利用光的折射，通過透鏡系統(tǒng)對光線進行聚焦和放大，以生成樣品的放大圖像以供觀察和記錄。

該過程具體包括：

照明與聚光：光源發(fā)出的光，通過聚光鏡匯聚成一束錐形光，均勻地照射在標本上。通過調節(jié)聚光鏡的孔徑光闌，可以優(yōu)化圖像的對比度和分辨率。

與樣品相互作用：光在到達樣品時，由于樣品的結構、密度和表面等各種差異，會發(fā)生吸收、散射、折射和衍射等，導致光強發(fā)生變化，從而產生明暗對比的圖像，形成圖像的雛形。

放大與成像（物鏡）：攜帶了樣品信息的光線進入物鏡。物鏡作為顯微鏡最關鍵的部件，首先對光線進行折射和聚焦，在鏡筒內形成一個倒立、放大的實像。物鏡的性能（尤其是數(shù)值孔徑，NA）直接決定了顯微鏡的分辨率（能看清多小的細節(jié)）。

數(shù)字成像：物鏡所觀察到的圖像被直接投射到相機傳感器上，傳感器將光信號轉換為電信號，最終在電腦屏幕上顯示為數(shù)字圖像。相機傳感器的尺寸、像素大小、量子效率等因素也會影響最終的成像質量。

Miracle Inspection晶圓檢測顯微鏡結構示意圖

光學顯微鏡的關鍵組成部分

深入了解光學顯微鏡的核心組件，就能揭示這些設備如何實現(xiàn)高質量成像。以下是幾個決定成像性能的關鍵系統(tǒng)：

光源

現(xiàn)代顯微鏡多為內置光源，以實現(xiàn)穩(wěn)定、可控的照明，常用光源類型包括：鹵素燈、LED燈、汞燈或氙燈、激光。

表1. 常用的光學顯微鏡照明光源相關參數(shù)

表2.常用的照明光源特性對比表

選擇合適的光源是優(yōu)化成像質量和實驗成本的關鍵。綜合來看：

鹵素燈是基礎明場觀察的經(jīng)濟之選。

LED光源已成為現(xiàn)代顯微鏡的主流選擇，其長壽命、低熱量和瞬時開關的特性，使其在常規(guī)觀察和大多數(shù)熒光應用中表現(xiàn)出色，尤其利于活細胞長時間成像。

汞燈/氙燈在需要特定波長或高光強的特殊應用中仍有價值，但正逐漸被高性能LED取代。

激光則是共聚焦、TIRF等高級顯微技術的核心，提供單色、相干的高強度光束。

物鏡

物鏡是顯微鏡最關鍵的部件，直接決定了圖像的初始放大倍率、分辨率和成像質量。

大多數(shù)顯微鏡物鏡的規(guī)格參數(shù)都清晰地標注在物鏡鏡身上，包括物鏡設計/標準、放大倍率、數(shù)值孔徑、工作距離、物鏡到像距以及蓋玻片厚度校正等信息。

Zeiss消色差物鏡圖

物鏡的性能可通過這些參數(shù)衡量：

數(shù)值孔徑（NA）

數(shù)值孔徑是衡量物鏡捕獲光線能力和空間分辨率的關鍵指標。它決定了物鏡能“看到”多細的細節(jié)。

核心作用：NA值直接決定了顯微鏡的理論分辨率（分辨靠得很近的兩個點的能力）和集光能力。

黃金法則：NA值越高，分辨率越高，圖像也越亮。這是因為高NA物鏡能從標本收集更廣角的光錐。

放大倍數(shù)

放大倍數(shù)描述的是將圖像線性放大多少倍的能力（例如，1000倍意味著將標本放大了1000倍）。

與分辨率的區(qū)別：放大倍數(shù)負責“放大”圖像，而分辨率決定放大后的圖像能“看清”多少細節(jié)。它們是兩個獨立但相輔相成的概念。

核心局限：無效放大——如果僅有高放大倍數(shù)而沒有相應的高NA值來提供分辨率支撐，最終只會得到一個模糊、缺乏細節(jié)的空洞圖像。這就像將一張低像素的照片過度放大，圖像尺寸變大了，但細節(jié)并未增加。

聚光透鏡系統(tǒng)

聚光透鏡系統(tǒng)（通常簡稱為“聚光鏡”）并非一個單一的透鏡，而是一個由多個部件協(xié)同工作的精密組件。它的核心任務是為物鏡提供均勻、充足且可控的照明。通過調節(jié)其高度，可優(yōu)化照明效果。該系統(tǒng)還集成了孔徑光闌，用于控制照明光束的角度和光量，是提升圖像對比度與分辨率的關鍵部件。

這里簡單介紹幾種特殊用途的聚光鏡：

相襯聚光鏡：配備環(huán)形光闌，與相襯物鏡搭配，無需染色即可觀察透明活細胞。

微分干涉差（DIC）聚光鏡：配備沃拉斯頓棱鏡，用于DIC成像，產生具有浮雕感的立體圖像。

暗場聚光鏡：具有特殊光學設計，使直射光無法進入物鏡，只有被樣本散射的光線可被檢測，適用于觀察細菌、硅藻等微小顆粒。

調焦系統(tǒng)

調焦機構通過精密移動載物臺或物鏡來確保標本處于準確的對焦平面。

粗準焦螺旋：用于大范圍快速移動，實現(xiàn)初步對焦。

細準焦螺旋：用于微米級的精細調節(jié)，是獲得清晰銳利圖像的關鍵。

Miracle Inspection晶圓檢測顯微鏡

Miracle Inspection晶圓檢測顯微鏡整合ICCS光學，提供明場、暗場、DIC、偏光以及熒光等多種觀察方式，使您能夠以對比度和分辨率檢測晶圓和器件。設備可完成自動對焦、景深融合、大圖拼接和激光缺陷標記功能，為半導體、面板顯示及光伏等工業(yè)制造領域提供自動化的檢測方案。

光學顯微鏡的成像質量直接取決于其核心組件的性能與正確使用。聚光鏡系統(tǒng)的精確調節(jié)為成像提供了照明基礎，而物鏡的數(shù)值孔徑與放大倍率的匹配則決定了最終圖像的分辨率與有效性。深刻理解各組件的工作原理與相互關系，是獲得準確、可靠顯微觀察結果的關鍵。

如需進一步了解特定類型（如共聚焦、白光干涉、超景深）的顯微鏡及其在表面形貌分析、三維成像等專業(yè)領域的具體應用，請繼續(xù)關注我們的系列文章，我們將為您深入解析這些技術的原理、優(yōu)勢與操作實踐。