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顯微鏡的成像原理介紹

作者:互聯網來源:互聯網 日期:2012年12月28日 13:58

            衆所周知,放大鏡是最簡單的一種光學儀器, 它實際上是一塊會聚透鏡(凸透鏡),利用它可以將物體放大。其成像光學原理如圖1-1所示。
            當物體AB置于透鏡焦距f以外時,得到倒立的放大實像A′B′(如圖1-1a)),它的位置在2
           
倍焦距以外。若將物體AB放在透鏡焦距內,就可看到一個放大正立的虛象A′B′(如圖1-1b))。映象的長度與物體長度之比(A′B′/AB)就是放大鏡的放大倍數(放大率)。若放大鏡到物體之間的距離a近似等于透鏡的焦距(a≈f),而放大鏡到像間的距離b近似相當于人眼明視距離(250mm),則放大鏡的放大倍數爲:N=b/a=250/f由上式知,透鏡的焦距越短,放大鏡的放大倍數越大。一般采用的放大鏡焦距在10~100mm範圍內,因而放大倍數在2.5~25倍之間。進一步提高放大倍數,將會由于透鏡焦距縮短和表面曲率過分增大而使形成的映象變得模糊不清。爲了得到更高的放大倍數,就要采用顯微鏡,顯微鏡可以使放大倍數達到1500~2000倍。
            顯微鏡不象放大鏡那樣由單個透鏡組成,而是由兩級特定透鏡所組成。靠近被觀察物體的透鏡叫做物鏡,而靠近眼睛的透鏡叫做目鏡。借助物鏡與目鏡的兩次放大,就能將物體放大到很高的倍數(~2000倍)。圖1-2所示是在顯微鏡中得到放大物像的光學原理圖。被觀察的物體AB放在物鏡之前距其焦距略遠一些的位置,由物體反射的光線穿過物鏡,經折射後得到一個放大的倒立實象
            ,目鏡再將實像 放大成倒立虛像 ,這就是我們在顯微鏡下研究實物時所觀察到的經過二次放大後的物像。
            在設計顯微鏡時,讓物鏡放大後形成的實像 位于目鏡的焦距f目之內,並使最終的倒立虛像 在距眼睛250mm處成像,這時觀察者看得最清晰。
            透鏡成像規律是依據近軸光線得出的結論。近軸光線是指與光軸接近平行(即夾角很小)的光線。由于物理條件的限制,實際光學系統的成像與近軸光線成像不同,兩者存在偏離,這種相對于近軸成像的偏離就叫做像差。像差的産生降低了光學儀器的精確性。按像差産生原因可分爲兩類:一類是單色光成像時的像差,叫做單色像差。如球差、慧差、像散、像場彎曲和畸變均屬單色像差;另一類是多色光成像時,由于介質折射率隨光的波長不同而引起的像差,叫做色差。色差又可分爲位置色差和放大率色差。
            透鏡成像的主要缺陷就是球面差和色差(波長差)。球面差是指由于球面透鏡的中心部分和邊緣部分的厚度不同,造成不同折射現象,致使來自于試樣表面同一點上的光線經折射後不能聚集于一點(圖1-3),因此使映像模糊不清。球面像差的程度與光通過透鏡的面積有關。光圈放得越大,光線通過透鏡的面積越大,球面像差就越嚴重;反之,縮小光圈,限制邊緣光線射入,使用通過透鏡中心部分的光線,可減小球面像差。但光圈太小,也會影響成像的清晰度。色差的産生是由于白光中各種不同波長的光線在穿過透鏡時折射率不同,其中紫色光線的波長最短,折射率最大,在距透鏡最近處成像;紅色光線的波長最長,折射率最小,在距透鏡最遠處成像;其余的黃、綠、藍等光線則在它們之間成像。這些光線所成的像不能集中于一點,而呈現帶有彩色邊緣的光環。色差的存在也會降低透鏡成像的清晰度,也應予以校正。通常采用單色光源(或加濾光片),也可使用複合透鏡。

 

 

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