当前课程知识点：光电仪器设计 > 第6章 显微镜 > 6.2 典型显微图像及其功能 > 6.2 典型显微图像及其功能
大家好
这节课中呢
我们会一起学习几种典型的
显微图像及其功能
最常见也是最经典的是明场显微图像
如这幅图所示
这是染色的叶肉细胞的显微图像
我们看到图中有红色的细胞核
有棕黄色的各种细胞体
以及绿色的叶绿素
明场的英语是bright field
它指的是照明光直接进入到物镜
在不放样品的时候视场是明亮的
当样品具有一定的吸收率分布的时候
就可以形成鲜明的对比
这幅叶肉细胞就是均匀的白光
被各种不同的化学成分吸收
不同的波长之后所形成的
所以明场图像又可以称之为吸收图像
当然了
这其中除了叶绿素本身是绿色的以外
其他的组织颜色基本都是染色的效果
组织本身几乎是无色的
我们在初高中生物课上用到的
都是明场的显微镜
字面上与明场图像相对的
那就是暗场图像了
也就是dark field image
它指的是照明光
不会直接进入到显微物镜
而是通过样品散射以后
被显微物镜来收集
这一幅是蚕的气门
也就是它的呼吸孔
还有气管的暗场的散射图像
大家可以看到
暗场图像的背景是全黑的
在不放置样品的时候
视场内也是一片漆黑的
暗场的图像是由样品的散射光产生的
因此多用于研究物质的散射特性
或者是极其微小的物体
生物比如说毛发、管道结构
工业和材料学上比如说一些划痕、瑕疵
材料的一些交界面
还有纤维等等
这一幅色彩斑斓的图像呢
是荧光显微镜的图像
图中是老鼠的上皮细胞
细胞中包含了一些微管
肌动蛋白 还有DNA等等
这些物质本身也是不发光的
如果在明场显微镜下
它也是没有明显的吸收的
它的散射也不明显
那为了观察这些细胞内的结构
就可以对这些结构进行荧光染色
然后再用紫外线落射式的照明激发它
使其产生荧光
这里还有更多的合成荧光物质
和荧光蛋白质的一些图像
另外还有一些物质
比如说叶绿素
它本身受激也是可以发出荧光的
因此荧光显微镜可以用于
细胞内部各种化学结构的定位和分析
下面这个显微镜
就是Zernike获得诺贝尔奖的相衬显微镜了
利用特殊的光阑和相位片
相衬显微镜可以利用样品内部的折射率
和厚度的不均匀
所产生的相位变化来形成对比度
其实相衬图像本身就是一种干涉图案
这种相衬技术使得在不染色的前提下
观察透明的样品
以及活体的细胞成为可能
极大地拓展了显微镜的应用
这幅图给出来的是飞蛾翅膀上的鳞片
其实这些鳞片
如果用我们的肉眼看来它都是无色透明的
之所以你看到鳞片有丰富多彩的颜色
是因为这些微小的结构通过干涉
衍射等等物理效应对光进行了调制
这种颜色被称为结构色
大家如果记得的话
2015年安徽省的高考作文题
就曾经探讨过蝴蝶翅膀的结构色
因为本身没有颜色又难以染色
因此用常规的明场显微镜
是没有办法观察这些鳞片的细节的
而相衬显微镜是由干涉原理产生的对比度
使用白光照明的时候
我们可以看到
相衬的显微图中
也能够观察到彩色的条纹
类似我们看到肥皂泡上的彩色条纹那样
这一幅是差分干涉显微镜的图像
分别是红细胞
小鼠的小肠切片
纤维细胞和硅藻的细胞膜
大家仔细观察一下
跟前面几个图像不同的是
这个图像是立体的
其实
这是利用差分干涉造成的一种立体感
或者是伪立体图像
这里大家看到的实际上是由相位的
梯度所造成的干涉图
所以它一般是灰色的 是没有色彩的
差分干涉同样能用于观察没有颜色
仅有折射率和厚度分布的样品
而它产生的立体感则更符合
我们观察样品的日常的直观的感受
以上介绍的几种技术
都已经有成熟的商用仪器了
下面介绍的这两种图像
是由加州大学伯克利分校
Waller教授课题组最新的研究成果
这一幅是利用计算成像重构的
超大视场高分辨率图像
显微镜的视场
也就是观察范围
与分辨率
也就是能够分辨的最小的细节
两者之间总是相互矛盾的
可人们又总是希望在高分辨率的情况下
同时观察到更大的视场
利用一定的硬件设计
结合计算成像的算法
就完全能够实现这一效果
我们可以看到
原图的局部区域进行放大之后
仍然是非常清晰的图像
不会变模糊
当然了
这张图的数据量也是非常大的
这一张图就能有几百M
甚至上G个字节的数据
这几幅是利用计算成像重构的
多模式动态图像
上面两幅是明场与暗场
下面两幅是两种不同的差分相位图像
分别是左右差分和上下差分
类似于差分干涉
也是有立体感的
这四组视频
是用同一台显微镜拍摄的同一组数据
但是用不同的算法重构出来的
这就颠覆了以往
为了获得不同的模式的图像
需要使用不同的硬件
实现的这样的一个概念
在多模式中不同的图像
有不同的侧重点和长处
所以对这四组图像进行对比
就有助于发现更多的隐藏信息
所以说
显微镜虽然是一个非常古老的仪器
但对它的研究一直都没有停歇
甚至多次成为热点
后面的课程中
我们将介绍显微镜基本的工作原理
并且在这个基础上展示几种最新的技术
以及业界对显微镜技术发展前沿的讨论
-1.1 为什么要学光电仪器设计
-1.2 课程简介
--1.2 课程简介
-1.3 学习方法和课程要求
-2.1 误差基本概念
-2.2 误差表示方法
-2.3 实验设计方法
-2.4 误差分析实例
-2.5 仪器误差分配
-第2章-仪器误差分析与分配-练习题
-3.1 什么是阿贝误差
-3.2 阿贝误差的补偿
-3.3 工程应用中如何补偿阿贝误差
-3.4 光学自适应原则
-第3章-光电仪器设计原则-练习题
-A1 走进光学实验室
-A2 调整光线与导轨平行
-A3 针孔滤波和光束的扩束准直
-A4 干涉实验
--A4 干涉实验
-A5 光纤耦合
--A5 光纤耦合
-4.1 泰曼格林干涉仪与双频干涉仪
-4.2 双频干涉仪的位相测量方法
-4.3 双频激光干涉仪的组成与使用
-4.4 神奇的角锥棱镜和猫眼反射镜
-4.5 平面镜干涉仪
-4.6 几何量测量用干涉仪
-4.7 干涉仪安装
-访谈 双频激光干涉仪开发过程中的点点滴滴
-4.8 菲索面形测量干涉仪
-4.9 面形测量干涉仪新进展
-4.10 菲索干涉仪使用
-第4章-干涉仪-练习题
-5.1 光谱仪分类与指标
-5.2 与能量相关的指标
-5.3 全息光栅色散型光谱仪
-5.4 中阶梯光栅色散型光谱仪
-5.5 傅立叶变换光谱仪
-5.6 傅立叶变换光谱仪的参数计算
-5.7 外差型傅立叶变换光谱仪
-5.8 空间调制傅立叶变换光谱仪
-5.9 原子吸收分光光度计使用
-5.10 紫外分光光度计使用
-访谈 浅谈国产光谱仪的发展
-第5章-光谱仪-练习题
-6.1 显微镜发展历史
-6.2 典型显微图像及其功能
-6.3 显微镜的基本结构
-6.4 显微镜成像原理、放大率及分辨率
-6.5 物镜和目镜、成像像差
-6.6 光源和滤波片、照明方式
-6.7 显微镜的操作方法
-6.8 超高分辨率受激发射耗损（STED）显微镜技术
-6.9 相衬显微成像技术
-访谈 国产显微镜发展历程
-访谈 显微镜最新发展趋势
-第6章-显微镜-练习题
-7.1 飞秒激光频率梳
-7.2 飞秒光梳测距1
-7.3 飞秒光梳测距2
-7.4 飞秒光梳光谱分析
-7.5 激光跟踪仪原理
-访谈 激光跟踪仪的发展和应用
-7.6 激光跟踪仪的功能演示
-第7章-光电仪器新进展-练习题
-8.1 标准器概述与光波波长
-8.2 标尺和度盘
-8.3 莫尔条纹的几何解释
-8.4 莫尔条纹的衍射光学解释
-8.5 光栅读数头
-8.6 光栅尺参数设计和误差
-第8章-标准器-练习题
-9.1 横纵向瞄准
-9.2 读数测微系统
-9.3 光电瞄准
--9.3 光电瞄准
-9.4 纵向定位概述和共焦法
-9.5 其他纵向定位方法
-第9章-横纵向瞄准-练习题
-B1 相机原理与摄影入门
-B2 相机的变焦和对焦技术
-B3 单反相机的基本操作
-B4 复杂场景下的拍摄技巧
-B5 浅谈构图和后期处理
-课程总结
--课程总结
-期末答疑
-考试--期末考试
