顯微鏡的基本光學(xué)成像原理
發(fā)布人:shpuda.com.cn發(fā)布時(shí)間:2014/8/4
(一)折射和折射率
光線(xiàn)在均勻的各向同性介質(zhì)中,兩點(diǎn)之間以直線(xiàn)傳播,當通過(guò)不同密度介質(zhì)的透明物體時(shí),則發(fā)生折射現象,這是由于光在不同介質(zhì)的傳播速度不同造成的。當與透明物面不垂直的光線(xiàn)由空氣射入透明物體(如玻璃)時(shí),光線(xiàn)在其介面改變了方向,并和法線(xiàn)構成折射角。
?。ǘ┩哥R的性能
透鏡是組成顯微鏡光學(xué)系統的最基本的光學(xué)元件,物鏡目鏡及聚光鏡等部件均由單個(gè)和多個(gè)透鏡組成。依其外形的不同,可分為凸透鏡(正透鏡)和凹透鏡(負透鏡)兩大類(lèi)。
當一束平行于光軸的光線(xiàn)通過(guò)凸透鏡后相交于一點(diǎn),這個(gè)點(diǎn)稱(chēng)"焦點(diǎn)",通過(guò)交點(diǎn)并垂直光軸的平面,稱(chēng)"焦平面"。焦點(diǎn)有兩個(gè),在物方空間的焦點(diǎn),稱(chēng)"物方焦點(diǎn)",該處的焦平面,稱(chēng)"物方焦平面";反之,在象方空間的焦點(diǎn),稱(chēng)"象方焦點(diǎn)",該處的焦平面,稱(chēng)"象方焦平面"。
光線(xiàn)通過(guò)凹透鏡后,成正立虛像,而凸透鏡則成正立實(shí)像。實(shí)像可在屏幕上顯現出來(lái),而虛像不能。
?。ㄈ┩雇哥R的五種成象規律
1.當物體位于透鏡物方二倍焦距以外時(shí),則在象方二倍焦距以?xún)?、焦點(diǎn)以外形成縮小的倒立實(shí)象;
2.當物體位于透鏡物方二倍焦距上時(shí),則在象方二倍焦距上形成同樣大小的倒立實(shí)象;
3.當物體位于透鏡物方二倍焦距以?xún)?,焦點(diǎn)以外時(shí),則在象方二倍焦距以外形成放大的倒立實(shí)象;
4.當物體位于透鏡物方焦點(diǎn)上時(shí),則象方不能成象;
5.當物體位于透鏡物方焦點(diǎn)以?xún)葧r(shí),則象方也無(wú)象的形成,而在透鏡物方的同側比物體遠的位置形成放大的直立虛象。
三、光學(xué)顯微鏡的成象(幾何成象)原理
只有當物體對人眼的張角不小于某一值時(shí),肉眼才能區別其各個(gè)細部,該量稱(chēng)為目視分辨率ε。在最佳條件下,即物體的照度為50~70lx及其對比度較大時(shí),可達到1。為易于觀(guān)測,一般將該量加大到2,并取此為平均目鏡分辨率。
物體視角的大小與該物體的長(cháng)度尺寸和物體至眼睛的距離有關(guān)。有公式y=Lε
距離L不能取得很小,因為眼睛的調節能力有一定限度,尤其是眼睛在接近調節能力的極限范圍工作時(shí),會(huì )使視力極度疲勞。對于標準(正視)而言,最佳的視距規定為250mm(明視距離)。這意味著(zhù),在沒(méi)有儀器的條件下,目視分辨率ε=2的眼睛,能清楚地區分大小為0.15mm的物體細節。
在觀(guān)測視角小于1的物體時(shí),必須使用放大儀器。放大鏡和顯微鏡是用于觀(guān)測放置在觀(guān)測人員近處應予放大的物體的。
?。ㄒ唬┓糯箸R的成像原理
表面為曲面的玻璃或其他透明材料制成的光學(xué)透鏡可以使物體放大成像,光路圖如圖1所示。位于物方焦點(diǎn)F以?xún)鹊奈?/span>AB,其大小為y,它被放大鏡成一大小為y的虛像AB。
放大鏡的放大率
Γ=250/f
式中250--明視距離,單位為mm
f--放大鏡焦距,單位為mm
該放大率是指在250mm的距離內用放大鏡觀(guān)察到的物體像的視角同沒(méi)有放大鏡觀(guān)察到的物體視角的比值。
?。ǘ╋@微鏡的成像原理
顯微鏡和放大鏡起著(zhù)同樣的作用,就是把近處的微小物體成一放大的像,以供人眼觀(guān)察。只是顯微鏡比放大鏡可以具有更高的放大率而已。
圖2是物體被顯微鏡成像的原理圖。圖中為方便計,把物鏡L1和目鏡L2均以單塊透鏡表示。物體AB位于物鏡前方,離開(kāi)物鏡的距離大于物鏡的焦距,但小于兩倍物鏡焦距。所以,它經(jīng)物鏡以后,必然形成一個(gè)倒立的放大的實(shí)像AB。AB位于目鏡的物方焦點(diǎn)F2上,或者在很*近F2的位置上。再經(jīng)目鏡放大為虛像AB后供眼睛觀(guān)察。虛像AB的位置取決于F2和AB之間的距離,可以在無(wú)限遠處(當AB位于F2上時(shí)),也可以在觀(guān)察者的明視距離處(當AB在圖中焦點(diǎn)F2之右邊時(shí))。目鏡的作用與放大鏡一樣。所不同的只是眼睛通過(guò)目鏡所看到的不是物體本身,而是物體被物鏡所成的已經(jīng)放大了一次的像。
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