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普通光學顯微鏡的光路

更新時間：2015-12-08 點擊次數：3188次

1. 普通光學顯微鏡是一種精密的光學儀(yi) 器。以往簡單的顯微鏡僅(jin) 由幾塊透鏡組成，而當前使用的顯微鏡由一套透鏡組成。普通光學顯微鏡通常能將物體(ti) 放大1500—2000倍。（一）顯微鏡的構造普通光學顯微鏡的構造可分為(wei) 兩(liang) 大部分：一為(wei) 機械裝置，一為(wei) 光學係統，這兩(liang) 部分很好的配合，才能發揮顯微鏡的作用。 1、顯微鏡的機械裝置顯微鏡的機械裝置包括鏡座、鏡筒、物鏡轉換器、載物台、推動器、粗動螺旋、微動螺旋等部件
　　（1）鏡座鏡座是顯微鏡的基本支架，它由底座和鏡臂兩(liang) 部分組成。在它上麵連接有載物台和鏡筒，它是用來安裝光學放大係統部件的基礎。
　　（2）鏡筒鏡筒上接接目鏡，下接轉換器，形成接目鏡與(yu) 接物鏡（裝在轉換器下）間的暗室。從(cong) 物鏡的後緣到鏡筒尾端的距離稱為(wei) 機械筒長。因為(wei) 物鏡的放大率是對一定的鏡筒長度而言的。鏡筒長度的變化，不僅(jin) 放大倍率隨之變化，而且成像質量也受到影響。因此，使用顯微鏡時，不能任意改變鏡筒長度。上將顯微鏡的標準筒長定為(wei) 160mm，此數字標在物鏡的外殼上。
　　（3）物鏡轉換器物鏡轉換器上可安裝3—4個(ge) 接物鏡，一般是三個(ge) 接物鏡（低倍、高倍、油鏡）。Nikon顯微鏡裝有四個(ge) 物鏡。轉動轉換器，可以按需要將其中的任何一個(ge) 接物鏡和鏡筒接通，與(yu) 鏡筒上麵的接目鏡構成一個(ge) 放大係統。
　　（4）載物台載物台中央有一孔，為(wei) 光線通路。在台上裝有彈簧標本夾和推動器，其作用為(wei) 固定或移動標本的位置，使得鏡檢對象恰好位於(yu) 視野中心。
　　（5）推動器是移動標本的機械裝置，它是由一橫一縱兩(liang) 個(ge) 推進齒軸的金屬架構成的，好的顯微鏡在縱橫架杆上刻有刻度標尺，構成很精密的平麵座標係。如果我們(men) 須重複觀察已檢查標本的某一部分，在*次檢查時，可記下縱橫標尺的數值，以後按數值移動推動器，就可以找到原來標本的位置。
　　（6）粗動螺旋粗動螺旋是移動鏡筒調節接物鏡和標本間距離的機件，老式顯微鏡粗螺旋向前扭，鏡頭下降接近標本。新近出產(chan) 的顯微鏡（如Nikon顯微鏡）鏡檢時，右手向前扭載物台上升，讓標本接近物鏡，反之則下降，標本脫離物鏡。
　　（7）微動螺旋用粗動螺旋隻可以粗放的調節焦距，要得到清晰的物象，需要用微動螺旋做進一步調節。微動螺旋每轉一圈鏡筒移動0.1毫米（100微米）。新近出產(chan) 的較高檔次的顯微鏡的粗動螺旋和微動螺旋是共軸的。 2、顯微鏡的光學係統顯微鏡的光學係統由反光鏡，聚光器，接物鏡，接目鏡等組成，光學係統使物體(ti) 放大，形成物體(ti) 放大像。見圖1—2。
　　（1）反光鏡較早的普通光學顯微鏡是用自然光檢視物體(ti) ，在鏡座上裝有反光鏡。反光鏡是由一平麵和另一凹麵的鏡子組成，可以將投射在它上麵的光線反射到聚光器透鏡的中央，照明標本。不用聚光器時用凹麵鏡，凹麵鏡能起會(hui) 聚光線的作用。用聚光器時，一般都用平麵鏡。新近出產(chan) 的較次的顯微鏡鏡座上裝有光源，並有電流調節螺旋，可通過調節電流大小調節光照強度。
　　（2）聚光器聚光器在載物台下麵，它是由聚光透鏡、虹彩光圈和升降螺旋組成的。聚光器可分為(wei) 明視場聚光器和暗視場聚光器。普通光學顯微鏡配置的都是明視場聚光器，明視場聚光器有阿貝聚光器、齊明聚光器和搖出聚光器。阿貝聚光器在物鏡數值孔徑高於(yu) 0.6時會(hui) 顯示出色差和球差。齊明聚光器對色差、球差和慧差的校正程度很高，是明視場鏡檢中質量好的聚光器，但它不適於(yu) 4倍以下的物鏡。搖出聚光器能將聚光器上透鏡從(cong) 光路中搖出滿足低倍物鏡（4×）大視場照明的需要。
　　聚光器安裝在載物台下，其作用是將光源經反光鏡反射來的光線聚焦於(yu) 樣品上，以得到強的照明，使物象獲得明亮清晰的效果。聚光器的高低可以調節，使焦點落在被檢物體(ti) 上，以得到大亮度。一般聚光器的焦點在其上方1.25mm處，而其上升限度為(wei) 載物台平麵下方0.1mm。因此，要求使用的載玻片厚度應在0.8—1.2mm之間，否則被檢樣品不在焦點上，影響鏡檢效果。聚光器前透鏡組前麵還裝有虹彩光圈，它可以開大和縮小，影響著成像的分辨力和反差，若將虹彩光圈開放過大，超過物鏡的數值孔徑時，便產(chan) 生光斑；若收縮虹彩光圈過小，分辨力下降，反差增大。因此，在觀察時，通過虹彩光圈的調節再把視場光闌（帶有視場光闌的顯微鏡）開啟到視場周緣的外切處，使不在視場內(nei) 的物體(ti) 得不到任何光線的照明，以避免散射光的幹擾。
　　（3）物鏡安裝在鏡筒前端轉換器上的接物透鏡利用光線使被檢物體(ti) *次造像，物鏡成像的質量，對分辨力有著決(jue) 定性的影響。物鏡的性能取決(jue) 於(yu) 物鏡的數值孔徑（numerical apeature簡寫(xie) 為(wei) NA），每個(ge) 物鏡的數值孔徑都標在物鏡的外殼上，數值孔徑越大，物鏡的性能越好。物鏡的種類很多，可從(cong) 不同角度來分類：根據物鏡前透鏡與(yu) 被檢物體(ti) 之間的介質不同，可分為(wei) ： ①幹燥係物鏡以空氣為(wei) 介質，如常用的40×以下的物鏡，數值孔徑均小於(yu) 1。 ②油浸係物鏡常以香柏油為(wei) 介質，此物鏡又叫油鏡頭，其放大率為(wei) 90×—100×，數值孔值大於(yu) 1。根據物鏡放大率的高低，可分為(wei) ： ①低倍物鏡指1×—6×，NA值為(wei) 0.04—0.15； ②中倍物鏡指6×—25×，NA值為(wei) 0.15— 0.40； ③高倍物鏡指25×—63×，NA值為(wei) 0.35—0.95； ④油浸物鏡指90×—100×，NA值為(wei) 1.25—1.40。根據物鏡像差校正的程度來分類可分為(wei) ： ①消色差物鏡是常用的物鏡，外殼上標有“Ach”字樣，該物鏡可以除紅光和青光形成的色差。鏡檢時通常與(yu) 惠更斯目鏡配合使用。 ②複消色差物鏡物鏡外殼上標有“Apo”字樣，除能校正紅、藍、綠三色光的色差外，還能校正黃色光造成的相差，通常與(yu) 補償(chang) 目鏡配合使用。 ③特種物鏡在上述物鏡基礎上，為(wei) 達到某些特定觀察效果而製造的物鏡。如：帶校正環物鏡，帶視場光闌物鏡，相差物鏡，熒光物鏡，無應變物鏡，無罩物鏡，長工作距離物鏡等。目前在研究中常用的物鏡還有：半複消色差物鏡（FL），平場物鏡(Plan)，平場複消色差物鏡（Plan Apo）,超平場物鏡（Splan，超平場複消色差物鏡（Splan Apo）等。
　　（4）目鏡目鏡的作用是把物鏡放大了的實像再放大一次，並把物像映入觀察者的眼中。目鏡的結構較物鏡簡單，普通光學顯微鏡的目鏡通常由兩(liang) 塊透鏡組成，上端的一塊透鏡稱“接目鏡”，下端的透鏡稱“場鏡”。上下透鏡之間或在兩(liang) 個(ge) 透鏡的下方，裝有由金屬製的環狀光闌或叫“視場光闌”，物鏡放大後的中間像就落在視場光闌平麵處，所以其上可安置目鏡測微尺。普通光學顯微鏡常用的目鏡為(wei) 惠更斯目鏡（Huygens eyepiece），如要進行研究用時，一般選用性能更好的目鏡，如補償(chang) 目鏡（K）、平場目鏡（P）、廣視場目鏡（WF）。照相時選用照相目鏡（NFK）。
　　（二）光學顯微鏡的成像原理顯微鏡的放大是通過透鏡來完成的，單透鏡成像具有像差，影響像質。由單透鏡組合而成的透鏡組相當於(yu) 一個(ge) 凸透鏡，放大作用更好。圖1—4是顯微鏡的成像原理模式。AB為(wei) 標本　　　　（三）顯微鏡的性能顯微鏡分辨能力的高低決(jue) 定於(yu) 光學係統的各種條件。被觀察的物體(ti) 必須放大率高，而且清晰，物體(ti) 放大後，能否呈現清晰的細微結構，首先取決(jue) 於(yu) 物鏡的性能，其次為(wei) 目鏡和聚光鏡的性能。
　　1、數值孔徑也叫做鏡口率（或開口率），簡寫(xie) 為(wei) N.A，在物鏡和聚光器上都標有它們(men) 的數值孔徑，數值孔徑是物鏡和聚光器的主要參數，也是判斷它們(men) 性能的重要指標。數值孔徑和顯微鏡的各種性能有密切的關(guan) 係，它與(yu) 顯微鏡的分辨力成正比，與(yu) 焦深成反比，與(yu) 鏡象亮度的平方根成正比。數值孔徑可用下式表示： N.A=n.sin α 2 式中： n—物鏡與(yu) 標本之間的介質析射率 α—物鏡的鏡口角所謂鏡口角是指從(cong) 物鏡光軸上的物點發出的光線與(yu) 物鏡前透鏡有效直徑的邊緣所張的角度，見圖1—5。鏡口角α總是小於(yu) 180°。因為(wei) 空氣的折射率為(wei) 1，所以幹燥物鏡的數值孔徑總是小於(yu) 1，一般為(wei) 0.05—0.95；油浸物鏡如用香柏油（折射率為(wei) 1.515）浸沒，則數值孔徑大可接近1.5。雖然理論上數值孔徑的極限等於(yu) 所用浸沒介質的折射率，但實際上從(cong) 透鏡的製造技術看，是不可能達到這一極限的。通常在實用範圍內(nei) ，油浸物鏡的大數值孔徑是1.4。幾種物質的介質的折射率如下：空氣為(wei) 1.0，水為(wei) 1.33，玻璃為(wei) 1.5，甘油為(wei) 1.47，香柏油為(wei) 1.52。介質折射率對物鏡光線通路的影響見圖1—6。
　　2、分辨力 D可用下式表示： D=λ/2N.A. 可見光的波長為(wei) 0.4—0.7微米，平均波長為(wei) 0.55微米。若用數值孔　　為(wei) 0.65的物鏡，則D=0.55微米/2×0.65=0.42微米。這表示被檢物體(ti) 在0.42微米以上時可被觀察到，若小於(yu) 0.42微米就不能視見。如果使用數值孔徑為(wei) 1.25的物鏡，則D=2.20微米。凡被檢物體(ti) 長度大於(yu) 這個(ge) 數值，均能視見。由此可見，D值愈小，分辨力愈高，物象愈清楚。根據上式，可通過：（1）減低波長；（2）增大折射率；（3）加大鏡口角來提高分辨力。紫外線作光源的顯微鏡和電子顯微鏡就是利用短光波來提高分辨力以檢視較小的物體(ti) 的。物鏡分辨力的高低與(yu) 造象是否清楚有密切的關(guan) 係。目鏡沒有這種性能。目鏡隻放大物鏡所造的象。
　　3、放大率：顯微鏡放大物體(ti) ，首先經過物鏡*次放大造象，目鏡在明視距離造成第二次放大象。放大率就是後的象和原物體(ti) 兩(liang) 者體(ti) 積大小之比例。因此，顯微鏡的放大率（V）等於(yu) 物鏡放大率（V1）和目鏡放大率（V2）的乘積，即： V=V1×V2 比較的計算方法，可從(cong) 下列公式求得 M= △ × D F1 F2 F1=接物鏡焦距，F2=接目鏡焦距 △=光學筒長，D=明視距離（=250毫米） △ =接物鏡的放大倍數 D =接目鏡放大倍數 M=顯微鏡放大倍數 F1 F2 設△=160毫米 F1=4毫米 D=250毫米 F2=150毫米則M= △ × D= 160 × 250 =40×16.7=668倍 F1 F2 4 15
　　4、焦深：在顯微鏡下觀察一個(ge) 標本時，焦點對在某一象麵時，物象清晰，這象麵為(wei) 目的麵。在視野內(nei) 除目的麵外，還能在目的麵的上麵和下麵看見模糊的物象，這兩(liang) 個(ge) 麵之間的距離稱為(wei) 焦深。物鏡的焦深和數值孔徑及放大率成反比：即數值孔徑和放大率愈大，焦深愈小。因此調節油鏡比調節低倍鏡要更加仔細，否則容易使物象滑過而找不到。

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