显微镜及其应用.docx

1、显微镜及其应用第一章 显微镜及其应用显微镜按工作媒介可分为光学显微镜和电子显微镜两大类。本编介绍这两类显微镜的工作原理和适用的样品制作方法。第一节 光学显微镜工作原理1.1 人眼睛的分辨率人的眼睛是目视光学仪器的最终接收器，这里仅研究与我们有关的内容人眼睛的分辨率。眼睛能分辨开两个很靠近点的能力称为“眼睛分辨率”，这与眼睛的结构有关。以下从三个方面来讨论人眼分辨率的大小。一、由物理光学衍射理论可知，光具有波动性，当它穿透的物体尺寸可与其波长相比拟时，会产生衍射现象，一个小孔通过光学系统成像时也会产生衍射。它们的衍射图案是一组同心圆光斑，中央部分有一个亮斑，在其周围有明暗交替的圆环。光学系统对二

2、个比较靠近的小孔成像时，这二个小孔的衍射图案会重叠在一起，二个小孔之间距离不同，衍射图案重叠后的情况会有不同的结果。当二个小孔之间距离较大时，重叠的衍射图案会明显分开(图1.1a)。当二个小孔之间距离靠近到其衍射图的中央亮斑恰好落在另一个衍射图案的中央亮斑边缘时，这二个小孔刚刚可以被人眼分辨开(图1.1b)。如果这二个小孔之间距离更靠近一些，这二个衍射图的中央亮斑就差不多完全重叠了，人们就辨别不开这是一个孔还是二个孔（图1.1c）。这就是光学仪器分辨本领的瑞利判断准则。(a) (b) (c) 小孔之间距离0 小孔之间距离=0 小孔之间距离0图1.1 显微镜分辨本领的瑞利准则 根据这个准则，光学

3、仪器分辨率是由其所形成衍射中心亮斑的半径而定。各种光学仪器有不同的用途，分辨率的考虑点也不同。人眼是对无穷远物体成像，用分辨角计算分辨率，此角便是衍射中心亮斑的角半径。按物理学衍射中心亮斑角半径的公式： = = (rad)= () (1.1)白天，一般取瞳孔直径D=2mm，算得=70。 这个角度在视网膜上对应大小为0.006mm。(1.1)式适用于对无穷远物体成像的光学仪器，而对近距离的物体成像的光学仪器，如显微镜，其分辨率由衍射中心亮斑的半径0 确定： 0 = (1.2) （NA = n sin 为显微镜物镜的数值孔径）二、人眼感光的黄斑视神经细胞的直径约为0.003mm ，按二个视神经细胞

4、作为最小分辨距离，所对应眼睛张角约为60。三、大量统计数字表明，人眼分辨率为=50120 ，在良好的照明条件下，公认为= 60。综合上述，标准人眼分辨率公认值为60 。1.2 放大镜放大镜是光学目视仪器的一种，它的作用是将细小物体放大成像在人眼明视距离处。明视距离的定义：正常人眼在一般照明下习惯的工作距离，此距离约为眼前250mm。放大镜的放大率 放大镜的放大率是指人眼的视角放大率，用表示。定义为：通过放大镜看物体时，其像对眼睛所张开角度的正切，与眼睛直接看物体时，物体对眼睛所张开角度的正切之比（图1.2）。把被观察的物体AB放在放大镜的物方焦点内侧附近，于是在放大镜像方成一放大的虚像AB，由

5、于人眼的自动调节，此虚像通常成在人眼明视距离处。此时放大镜离人眼较近，为了计算方便，我们把虚像AB离人眼距离近似等于离放大镜距离，约为250mm。AB作为眼睛的物，它对人眼瞳孔成一张角。如把物体AB直接放在人眼明视距离处观看，它对瞳孔成一张角e。那么，放大镜的视角放大率为：= = = (1.3) 由式(1.3)可见，放大镜的放大率由其焦距所决定，焦距越小，放大率越大。要想获得更大的放大率，就要使放大镜的焦距f 做得更小。这样通常需要用组合光学系统来代替单个放大镜，显微镜就是由物镜和目镜组成的组合光学系统。图1.2 放大镜工作原理(a) 人眼通过放大镜观看物体 (b) 人眼直接观看物体 1.3

6、显微镜系统及其特性一、显微镜光学系统及其放大率 显微镜是由物镜和目镜组成（图1.3）。物镜先将物体AB形成一个倒立的放大的实像AB，此像成在目镜的焦面内侧附近。然后通过目镜又形成一个放大的虚像AB，按人眼观看物体的习惯，此虚像成在眼睛的明视距离处。由光学理论知道，显微镜的放大率是由物镜的放大率（或称为放大倍数、线放大率、垂轴放大率）乘以目镜的视角放大率。这里请注意与的区别。 物镜放大率： = = - - (1.4) 目镜放大率： 目= = (1.5) 显微镜总放大率： = 目=- 图1.3 显微镜光学系统 =- （1.6）上式中f 是显微镜组合光学系统(物镜和目镜)的焦距，其数值为： f =

7、：光学筒长，物镜后焦点到目镜前焦点之间的距离。式（1.4）中x为焦像距，物镜后焦点到像点之间的距离。显微物镜将像成在目镜前焦点附近，x近似等于（见图1.3）。式（1.6）中的“-”表示所成的像是倒立的。二、显微镜的机械筒长和光学筒长 绝大多数显微镜的物镜和目镜各有数个组成一套，以便通过调换获得各种放大率。物镜的放大率通常有：3、10、40和100倍，目镜：6、10 和16倍。为了使用方便，多个物镜组装在一个可旋转的盘上，而目镜采用分个插入式。取下物镜和目镜所剩的镜筒壳，其长度称为机械筒长。为了能使物镜通用，我国规定显微镜的机械筒长为160mm和无穷大二种。适用机械筒长无穷大的物镜意味经物镜折射

8、后的光线是平行光。光学筒长为物镜后焦点到目镜前焦点之间的距离，此数据在式（1.4）中得到应用。物镜的物平面到像平面之间距离称为共轭距, 我国规定为T=195mm。通常，显微物镜的放大率、数值孔径、机械筒长和所用盖玻片的厚度等4个数值标注在物镜的镜筒外壳上。例如某一物镜标注如下数据：40/0.65 、 160/0.17，其含义是：物镜的放大率40倍、数值孔径0.65，适用于机械筒长160mm的显微镜中，所用盖玻片的厚度为0.17mm。三、物镜基本类型 由于光学系统会产生各种像差，所以物镜与目镜大采用多片镜片组成来校正像差，以保证对成像质量的要求。像差分二类7种，它们是单色光类：球差、慧差、像散、

9、场曲（像面弯曲）和畸变；复色光类：位置色差和倍率色差。根据显微物镜校正像差的情况不同，在通常消除球差和慧差等基本像差情况下，以消除色差和场曲的程度再分为消色差物镜、复消色差物镜和平视场物镜。消色差物镜是应用最广泛的一类显微物镜，它的特点是对红色光和蓝色光消除色差。 复消色差物镜主要用于科学研究用显微镜及显微照相中，它的特点是对红色光、蓝色光及黄色光三种色光消除色差。平视场物镜是严格要求校正像面弯曲，使成像平面平直。四、显微镜照明系统用显微镜观察物体，大多为自身并不发光的标本，需要外界照明。照明系统主要包括光源、滤光器、聚光器和光阑。根据光源的不同可分为室内光照明、专用电光源照明；根据聚光器把光

10、源成像的位置不同分为临界照明和柯拉照明；根据照明光透过物体进入物镜形成的反差类型分为明视场照明和暗视场照明等。1、自然光照明 低挡的普通生物显微镜仅使用平面反射镜或凹面反射镜反射室内照明光或室外阳光直接给标本照明。 2、临界照明和柯拉照明 图1.4 临界照明光学系统 图1.5 柯拉照明光学系统1 光源 2 聚光镜 3聚光镜 1 聚光镜 3 可变视场光阑 4 可变视场光阑 5 物镜 4 标本台 5 聚光镜 6 标本台 7 物镜 8 物镜入瞳 这类照明光源通常是设备自身携带的电光源，适用于透明物体的照明。临界照明(图1.4)：光源经过聚光镜后，成像于被观察的物体平面上。这种照明系统的优点是光能利用

11、率高，系统结构简单。但由于光源的像与物体面重合，光源本身亮度不均匀，所以带来照明亮度不均匀。 柯拉照明(图1.5)：光源经过聚光镜后，成像于物镜的入瞳处，在物面上形成一个均匀的亮体。它的优点是照明亮度均匀。 缺点是光能损失较大，又其系统结构较为复杂。3、用暗视场来观察微粒的照明 图1.6 透射光暗视场照明 图1.7 落射光暗视场照明1 光源 2 聚光镜 3 滤光 4 暗视场聚光镜 1 聚光镜 2 反光镜 3 物镜5 标本台 6 物镜 这类照明系统特点是用大孔径角照明标本，照明光束的主直射光被遮挡，仅让周围斜射光通过。由于物镜孔径相对照明系统孔径角要小，周围斜射光线不能进入物镜，视野是一片黑暗。

12、但是若标本面上存在微粒，斜射光被微粒所衍射和散射，从而进入物镜成像，在黑暗的背景上形成了明亮的标本像。这就是暗视场照明的工作原理（图1.6、图1.7）。 利用暗视场技术增加了图像的对比度，可以观察到普通明视场中看不到的物体，如细菌、细胞活体等。同时，即使小于物镜分辨率的微粒，每个微粒的衍射光在暗背景中形成的各自彩色衍射光环，因此观察者们能觉察到微粒存在，这就是超微显微术的一种型式。 暗视场照明的优点：（1）能直接观察各种粒子。（2）可提高显微镜分辨率，从普通显微镜分辨率约0.4m 提高到0.2-0.004m的极小微粒。五、显微镜的分辨率和有效放大率根据瑞利判断原则，显微镜的分辨率由衍射中心光斑

13、的半径确定。我们如用= 0.5m 、NA=1.5物镜数据代入式（1.2）中，得到： 0 = 0.2（m）这个0.2m值就是在上述情景下显微镜的最小分辨距离，也就是显微镜的分辨率。采用不同的光波和数值孔径，就有不同的物镜分辨率，这是挑选显微物镜的重要依据。显微镜的有效放大率是这样考虑的：通常，人眼观察物体的最小分辨的标准角度为1，考虑到较容易观察的要求，分辨角度放大到2 4。在明视距离250mm处，2 4角度对应的距离为： 250(20.00029)0.145 （mm） 250(40.00029)0.291 （mm） (0.00029是角度秒换算成弧度的系数) 这个数值与显微镜最小分辨距离0之比

14、值即是显微镜有效放大率。用上式计算出的值0.2m代入： 750 1500 按此计算，显微镜的有效放大率在750倍到1500倍之间。 第二节 光学显微术装置及其显微镜生物及医用显微镜可分为普通型生物显微镜、特种型生物显微镜和高级型生物显微镜。普通型生物显微镜仅供一般用途，普通医用显微镜、倒置显微镜均属此类。特种型生物显微镜可作某些专门观察和研究用，暗视场生物显微镜、荧光显微镜、相衬显微镜等均属于此类。激光扫描共聚焦显微镜是80年代发展起来的一项具有划时代意义的高科技新产品，广泛应用在各行各业上。以下简单介绍几种特种型生物显微镜的工作原理。2.1 落射光显微镜显微镜的照明光从观察者一侧沿物镜光轴方

15、向照射到物体表面，并由其反射回到物镜成像的显微镜称为落射光显微镜。落射光有二种可能性： 一、专用落射光物镜：这种物镜的镜体分内外两层套筒。内层是专用于紫外光线的石英物镜，外围有一圈环形反光镜。照明光束由环形反光镜向下照射到物体，由物体反射的光进入物镜成像（图1.7 ）。二、由分色滤光镜和物镜组成（图1.13 ）：用分色滤光镜做到入射光路和反射光路共轴，这时物镜即有聚光镜功能又是成像的物镜，在6中将要介绍的荧光显微镜就属于此类。分色滤光镜是在玻璃上喷镀了一层金属膜或多层介质膜，使入射光线一半能量透过而另一半被反射。2.2 暗视场显微镜 暗视场显微技术是暗视场照明，其关键部件是暗视场聚光镜，在第一

16、章已有叙述。从照明方式可分为落射光照明和透射光照明。图1.6、1.7中示出的暗视场聚光镜就是众多种的几种。 2.3 偏振光显微镜偏振光显微镜是利用光的波动性来观察和测量标本的细节变化，判别物质结构的一种显微镜。这种偏振光显微镜在生物学领域中可以鉴定生物结晶的性质、膜结构的分子排列、生物膜的厚度等。普通显微镜采用自然光照明。从波动学的角度来讲，自然光的波是各个方向所取向的振动面能量均相等，无占优势。而从自然光中分离出来具有特定取向的振动面的光称为偏振光，如果仅只有一个振动面的光叫完全偏振光或线偏振光。偏振光的获得通常有二种办法。一种是利用晶格整齐排列的薄膜，晶格排列的方向称偏振轴，它仅让光线与偏

17、振轴平行振动面的光波通过，而与其垂直方向的光波都被吸收。另一种是利用晶体各向异性的特点，来获得偏振光。透明介质按其光学特性可分为各向同性介质和各向异性介质。所谓各向同性介质是指光线通过它时，各振动方向的光波传递速度是相同的，而各向异性介质是不同振动方向有不同速度。用各向异性晶体制成特定形状的棱镜，当一束光线通过这种棱镜时，会被分解成二束振动方向相互垂直的线偏振光，从而获得偏振光。由于前一种方法结构简单、价格低，目前得到广泛应用。把用途不同的偏振镜片分为起偏镜片和检偏镜片。起偏镜片是将自然光滤成偏振光，而检偏镜片是检测光线的偏振性质，通常是把起偏镜片和检偏镜片组合使用。当起偏镜片方向与检偏镜片的

18、方向互相平行时，通过起偏镜片的光也能通过检偏镜片，这时所观察的视野为最亮。当两者的偏振轴方向相互垂直，又称为正交，那么，通过起偏镜片的光，则被检偏镜吸收，不能通检偏镜片，观察视野为最暗（图1.8 ）。在正交的起偏镜片和检偏镜片中加一被检的偏振镜片，而此偏振镜片的偏振轴方向与起偏镜片和检偏镜片的偏振轴都不相同，那么破坏了原来的正交性，观察的视野出现亮光。 图1.8 光的偏振试验生物标本的细节具有极为复杂的光学特性，有各向同性的，也有各向异性，有的结构受到外界影响从各向同性转向各向异性，出现双折射现象，这些现象就可以利用偏振光显微镜给予观察。图1.9所示的偏振光显微镜就是利用生物标本的细节具有各向

19、异性而观察的。在起偏镜片和检偏镜片的偏振轴方向正交垂直的情况下，中间安插一被检标本，而标本具有各向异性特点时，改变了由起偏镜决定偏振光的方向，破坏了与检偏镜正交垂直的特性，光线就从检偏镜片透过，通过目镜可以观察到生物标本细节的明暗变化情况。在偏振光显微镜中按装了1/4波（晶）片（图1.9）。它的作用是使偏振光线经晶片后，振动光波的位相增大了1/4波长，也就是偏振角附加旋转了45。从而使偏振方向仅有微小变化的样本得到放大，增大标本细节上的差异，便于观察。波（晶）片是由沿光轴平行方向切割的适当厚度的云母、方解石或水晶等晶体制成，用晶片的厚度来控制出射光的相位差。图1.9 偏振光显微镜 1光源2 起

20、偏镜片 3 光阑 4 聚光镜5标本6物镜 7 14波片 8 检偏镜片 9 目镜2.4 相衬显微镜在观察生物及其它一些标本时，常会遇到与周围介质具有同样吸收系数和颜色，而折射率或厚度稍有不同的物体，我们称之为位相物体。用普通的显微镜观察难以看清，如加以染色，会杀死许多标本活体，影响观察效果。相衬显微镜是利用光的衍射和干涉原理，增大标本细节上折射率的差异，来显现出标本细节的图像。 图1.10 位相物体 图1.11 相衬显微镜原理图 如图1.10所示，有一块透明的平行平板，在中间有一小部份的折射率为n1， 其余均为n 。今用相干的平行光束1和光束2直射，光束2通过n 1 的部份与光束1通过n的部份，

21、它们的光程相差（n - n 1）d。当这二束光线相遇，就会产生干涉，其光能量加大或减小。但是如果仅靠此，由于这二部份光的振幅（能量）相差很大，相位差异很小，在像平面上无法显示清晰的图形，应用相衬显微镜可以解决以上二个缺陷。图1.11是相衬显微镜的原理图。 在光源和聚光镜之间加一个环状光阑，而环状光阑经聚光镜成像在位相板上，正好与位相板上的介质组成的圆环重合。由于位相板的作用，使直射光的位相滞后/2，或使衍射光位相滞后/2，同时使直射光光强大幅度下降，与衍射光相当，这样二束干涉光强与周围光强就明显分开，图形看的很清晰了。衍射光位相滞后/2 称为正相衬，位相板的环形部份仅起吸收直射光能量的作用，而

22、其余通光部份则起到改变位相的作用。直射光的位相滞后/2 称为负相衬，位相板的环形部份除了起吸收直射光能量的作用外，同时还改变直射光的位相。相衬显微镜关键部件有：一、环状光阑环状光阑是在玻璃片上喷涂金属薄膜借以挡光，只留下环形透光窄缝的光阑。环状光阑被安装在聚光镜物方焦平面上，以产生相干光源的窄缝。二、位相板 位相板是用金属来吸收部份光能，并用介质使部份的光产生相位滞后，从而增大与衍射光的相位差。 三、对中望远镜（合轴望远镜） 对中望远镜用以校正环形光阑中心、相位板中心与物镜光轴在一条直线上。把对中望远镜插入目镜筒内，可观察到环形光阑与相位板的像，利用转盘上的调节中心螺钉，可使环形光阑与相位板套

23、准，绝对不能相互偏离，也不能大小不一。2.5 干涉相衬显微镜干涉相衬显微镜是在利用偏振光观察标本各向异性物质的现象基础上，再利用偏振光的干涉现象进一步提高图像的对比度和清晰度。图1.12示出干涉相衬显微镜光路原理图。从起偏镜出射的线偏振光通过渥拉斯顿棱镜之后，被剪切成振动方向互相垂直的两束线偏振光。经聚光镜后，两线偏振光以横向位移的平行光透过标本，然后经物镜在其后焦面聚焦，诺曼斯基棱镜的干涉场正好处于物镜的后焦面。经过诺曼斯基镜后，两偏振光又会合在一起，而偏振方向仍互相垂直，故不能干涉，但经过检偏镜后，振动方向一致了，于是在中间像面上形成干涉图像，可用目镜观察。（渥拉斯顿棱镜、诺曼斯基棱镜是由

24、晶体制作的偏振棱镜） 图1.12 干涉相衬显微镜 1 起偏镜 2 渥拉斯顿棱镜 3 聚光镜 4 标本 5 物镜 6 诺曼斯基棱镜 7 检偏镜 8 中间像面 2.6 荧光显微术和荧光显微镜利用特定的光照射经荧光色素处理的标本受激而产生荧光，以观察组织、细胞微小结构的技术称为荧光显微术。根据成像光路的特点，荧光显微镜可分为透射光荧光显微镜和落射光荧光显微镜。图1.13给出落射光荧光显微镜的光路原理图。见图1.13，由光源1发出的光线经聚光镜2会聚，通过激发滤光片3后仅有某一指定波段的光束，通过二向性分光镜4及物镜5照射标本6。通常标本6是经过荧光染色处理的，在某指定波长的光束照射下，会被激发出相对

25、应波长的荧光，然后再经物镜5、二向性分光镜4、与抑止滤光片7成像在目镜8的前焦面处供观察。激发滤光片与抑止滤光片是仅让某指定波长的光通过，二向性分光镜是让短于某指定波长的光反射而长于此波长的光透过。图1.13 落射光荧光显微镜 1 光源 2 聚光镜 3 激发滤光片 4 二向性分光镜 5 物镜 6 标本 7 抑止滤光片 8 目镜一、荧光显微镜的优点：1、采用紫外光，可提高显微镜分辨率。2、荧光显微镜能直接显示细胞内生物化学成份，并且显示很辉煌的彩色效果，极易观察，极易进行定量分析。3、荧光显微术又是一种显示标记物质如标志荧光抗体的先进的特异性示踪技术。 4、荧光用量少，对活细胞毒性极小，可进行活

26、体分析。 5、显色效果好。 6、方法筒便、易行，得出结果非常迅速，适用于医学临床诊断技术。二、对各组件的要求：1、光源 荧光显微镜的光源需含有丰富的激发荧光物质的光谱，通常采用超高压汞灯、超高压氙灯或卤钨灯。 2、照明方式 透射荧光显微镜宜选用暗视场照明，暗的背景能使图像的对比度好，并可降低对滤光片组的要求。落射荧光显微镜大多采用柯勒照明。 3、物镜 为了能得到更多的光能，和避免杂散荧光产生，显微镜的物镜大多采用大孔径复消色差的石英物镜。石英物镜是用石英材料制成的镜头，它能在紫外光线照射下不会产生荧光现象。 4、浸液 在激发光的照射下，镜头浸液必须不会产生荧光现象，常用的浸液有蒸馏水、硅油、甘

27、油及无荧光油等。所选用的浸液折射率也必须与物镜的要求相符，否则会影响成像质量。5、滤光片组 滤光片选择正确与否，是荧光显微镜能否得到正确应用的关键。选用滤光片时，必须遵守斯托克斯定律：激发滤光片的透射波长二向性分光滤光片的透射波长抑止滤光片的透射波长（图1.14）。通常，仪器生产厂家已经把搭配好的滤光片固定在支架上，用时只需按要求选择滤光片组就可以了。 图1.14 滤光片组的选择2.7 激光扫描共聚焦显微镜 激光扫描共聚焦显微镜是利用激光通过照明针孔形成的点光源，经物镜成像与标本平面上，标本平面的工作台作x-y二维空间移动，激光点在标本每一点上照射扫描，标本上被照射点又经原物镜在探测针孔处成像

28、，由探测针孔后的光电倍增管或冷电感合器件逐点或逐线接收，即时在计算机监视器屏幕上形成图像。照明针孔与探测针孔相对于物镜焦平面是共轭的，焦平面上的点同时聚焦于照明针孔和探测针孔，焦平面以外的点不会在探测针孔处成像。这样得到的共聚焦图像是标本的光学横断面，克服了普通显微镜图像模糊的缺点。另外，标本平面的工作台可上下步进移动， 细胞或组织各个横断面的图像都能清楚地显示，实现了“光学切片”的目的。利用计算机图像处理，把每一个横断面的图像进行组合，还可以得到三维立体结构，从而能十分灵活直观地进行形态学观察，并揭示细胞结构的空间关系（ 图1.15）。激光扫描共聚焦显微镜的优点：1、图像是以电信号的形式记录

29、和贮存的，所以可以采用各种模拟的和数学电子技术进行图像处理。2、在显示过程中，物体经精细调焦的光束照射而成像。这不仅可以共聚焦成像或相差成像，而且也可能用其它成像模式产生一些相关效应。如采用荧光模式，称为荧光激光扫描共聚焦显微镜，这种显微镜的优点要比荧光显微镜有较高质量的三维图像，而且其分辨率远高于扫描荧光显微镜。同时由于加装了激光扫描装置，可以利用计算机进行图像处理，使用紫外光或可见光来激发荧光探针，从而得到细胞或组织内部微细结构的荧光图像。3、用激光作为光源，具有激光的一些优点：(1 ) 单色性强，波光范围窄，可激发单一荧光探针；(2 ) 方向性强，其发射角度仅为毫弧数量级上，适合于微量分

30、析。 图1.15 激光扫描共聚焦显微镜第三节 电子显微镜由于光的衍射现象严重地限制了光学显微镜的分辨本领，我们利用运动的电子束来代替光束作显微镜的照明“光源”，可以解决衍射带来限制光学显微镜的分辨本领问题。 运动着的电子具有波动性，它的波长可由以下公式确定：= (m) (3.1)V为加速电压，当V=50000v时，算得=0.510 m，此数要比可见光的波长约小10 倍。所以用电子作为成像媒介的话，可以大大提高显微镜的分辨率。目前电子显微镜的分辨率可达到0.1-0.4nm。电子显微镜按成像机理大致分成两种类型：一种是利用磁透镜对穿透样品的电子进行放大成像，称为透射电镜；另一种是用扫描电子来打到样

31、品上，以所产生的二次电子、吸收电子、各种射线及透射电子等作为信息并经过电子线路放大，逐点在显示器上成像，称为扫描电镜。3.1 透射电子显微镜 一、原理： 正因为如上所述，光学显微镜与电子显微镜在工作原理上是相似的，都是利用微粒（光子、电子）来工作。不同的地方在于：光学显微镜是利用玻璃制作的透镜对光子进行折射，将一物点发出不同角度的光线最终会聚成一个像点；而电子显微镜是利用电场或磁场对运动的电子施加外力，使其改变运动方向，起到折射电子束的作用，只要我们把电场或磁场的形状设计合理，与光学透镜一样达到成像目的，我们称这个电场或磁场为静电透镜或磁透镜。图14是两种显微镜的光路对比。电子显微镜中电子枪就相当于一个光源，发射出电子束，经过聚光镜会聚后成像在样品上。经过样品AB的电子束，经过物镜放大后，第一次成像为BA ，再经过投影放大后成像为AB于荧光屏上，由荧光粉把电子图像转换成可见光。这里，仅与光学显微镜可比，电子显微镜给出两级放大。为了能获得更大的放大倍数，通常电子显微镜要做到四、五级放大，使总放大倍