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          顯微鏡的光學原理

          發布日期:2019-08-29點擊次數:
          顯微鏡是由一個透鏡或幾個透鏡的組合構成的一種光學儀器,是人類進入原子時代的標志。主要用于放大微小物體成為人的肉眼所能看到的儀器。顯微鏡分光學顯微鏡和電子顯微鏡:光學顯微鏡是在1590年由荷蘭的詹森父子所首創?,F在的光學顯微鏡可把物體放大1600倍,分辨的小極限達波長的1/2,國內顯微鏡機械筒長度一般是160毫米,其中對顯微鏡研制,微生物學有巨大貢獻的人為列文虎克、荷蘭籍。

          顯微鏡的光學原理

          下面我們來分析一下顯微鏡的光學原理:

          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,則發生折射現像,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,在像方空間的焦點,稱“像方焦點”,該處的焦平面,稱“像方焦平面”。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—像差

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

          1.色差 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,在像方則可能形成一個色斑。光學系統主要的功能就是消色差。

          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 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,物鏡的球差沒有完全矯正,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完全由物鏡消除。

          3.慧差 慧差屬軸外點的單色像差。軸外物點以大孔徑光束成像時,發出的光束通過透鏡后,不再相交一點,則一光點的像便會得到一逗點狀,型如慧星,故稱“慧差”。

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

          5.場曲 場曲又稱“像場彎曲”。當透鏡存在場曲時,整個光束的交點不與理想像點重合,雖然在每個特定點都能得到清晰的像點,但整個像平面則是一個曲面。這樣在鏡檢時不能同時看清整個像面,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 前面所說各種像差除場曲外,都影響像的清晰度?;兪橇硪环N性質的像差,光束的同心性不受到破壞。因此,不影響像的清晰度,但使像與原物體比,在形狀上造成失真。

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