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有關顯微鏡的基本光學原理有哪些

發布日期: 2023-01-05
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      很多人對于顯微鏡的認識只是在初中階段的認識,其實顯微鏡在工業上的應用也很多,今天給大家介紹一下什么是顯微鏡光學初級原理:
 

  一.折射和折射率
 

  光線在均勻的各向同性介質中,兩點之間以直線傳播,當通過不同密度介質的透明物體時,則發生折射現象,這是由于光在不同介質的傳播速度不同造成的。當與透明物面不垂直的光線由空氣射入透明物體(如玻璃)時,光線在其介面改變了方向,并和法線構成折射角。
 

  二.透鏡的性能
 

  透鏡是組成顯微鏡光學系統的最基本的光學元件,物鏡目鏡及聚光鏡等部件均由單個和多個透鏡組成。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。
 

  當一束平行于光軸的光線通過凸透鏡后相交于一點,這個點稱“焦點”,通過交點并垂直光軸的平面,稱“焦平面”。焦點有兩個,在物方空間的焦點,稱“物方焦點”,該處的焦平面,稱“物方焦平面”;反之,在象方空間的焦點,稱“象方焦點”,該處的焦平面,稱“象方焦平面”。
 

  光線通過凹透鏡后,成正立虛像,而凸透鏡則成正立實像。實像可在屏幕上顯現出來,而虛像不能。
 

  三.影響成像的關鍵因素—相差
 

  由于客觀條件,任何光學系統都不能生成理論上理想的象,各種象差的存在影響了成像質量。下面分別簡要介紹各種相差。
 

  1. 色差(Chromatic aberration)
 

  色差是透鏡成像的一個嚴重缺陷,發生在多色光為光源的情況下,單色光不產生色差。白光由紅橙黃綠 青 藍 紫 七種組成,各種光的波長不同 ,所以在通過透鏡時的折射率也不同,這樣物方一個點,在象方則可能形成一個色斑。
 

  色差一般有位置色差,放大率色差。位置色差使像在任何位置觀察,都帶有色斑或暈環,使像模糊不清。而放大率色差使像帶有彩色邊緣。
 

  2. 球差(Spherical aberration)
 

  球差是軸上點的單色相差,是由于透鏡的球形表面造成的。球差造成的結果是,一個點成像后,不在是個亮點,而是一個中間亮邊緣逐漸模糊的亮斑。從而影響成像質量。
 

  球差的矯正常利用透鏡組合來消除,由于凸、凹透鏡的球差是相反的,可選配不同材料的凸凹透鏡膠合起來給予消除。舊型號顯微鏡,物鏡的球差沒有矯正,應與相應的補償目鏡配合,才能達到糾正效果。一般新型顯微鏡的球差由物鏡消除。
 

  3. 慧差(Coma)
 

  慧差屬軸外點的單色相差。軸外物點以大孔徑光束成象時,發出的光束通過透鏡后,不再相交一點,則一光點的象便會得到一逗點壯,型如慧星,故稱“慧差”。
 

  4. 象散(Astigmatism)
 

  象散也是影響清晰度的軸外點單色相差。當視場很大時,邊緣上的物點離光軸遠,光束傾斜大,經透鏡后則引起象散。象散使原來的物點在成象后變成兩個分離并且相互垂直的短線,在理想象平面上綜合后,形成一個橢圓形的斑點。象散是通過復雜的透鏡組合來消除。
 

  5. 場曲(Curvature of field)
 

  場曲又稱“象場彎曲”。當透鏡存在場曲時,整個光束的交點不與理想象點重合,雖然在每個特定點都能得到清晰的象點,但整個象平面則是一個曲面。這樣在鏡檢時不能同時看清整個相面,給觀察和照相造成困難。因此研究用顯微鏡的物鏡一般都是平場物鏡,這種物鏡已經矯正了場曲;。
 

  6. 畸變(Distortion)
 

  前面所說各種相差除場曲外,都影響象的清晰度?;兪橇硪环N性質的相差,光束的同心性不受到破壞。因此,不影響象的清晰度,但使象與原物體比,在形狀上造成失真。
 

  在使用顯微鏡的時候我們應該注意保養和清潔,以免造成不必要的誤差. 顯微鏡的光學的初級原理其實很簡單。
 

  四.顯微鏡的成象(幾何成象)原理
 

  顯微鏡之所以能將被檢物體進行放大,是通過透鏡來實現的。單透鏡成象具有象差,嚴重影響成象質量。因此顯微鏡的主要光學部件都由透鏡組合而成。從透鏡的性能可知,只有凸透鏡才能起放大作用,而凹透鏡不行。顯微鏡的物鏡與目鏡雖都由透鏡組合而成,但相當于一個凸透鏡。為便于了解顯微鏡的放大原理,簡要說明一下凸透鏡的5種成象規律:
 

  (1) 當物體位于透鏡物方二倍焦距以外時,則在象方二倍焦距以內、焦點以外形成縮小的倒立實象;
 

  (2) 當物體位于透鏡物方二倍焦距上時,則在象方二倍焦距上形成同樣大小的倒立實象;
 

  (3) 當物體位于透鏡物方二倍焦距以內,焦點以外時,則在象方二倍焦距以外形成放大的倒立實象;
 

  (4) 當物體位于透鏡物方焦點上時,則象方不能成象;
 

  (5) 當物體位于透鏡物方焦點以內時,則象方也無象的形成,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。

 

 

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