顯微鏡的基本光學(xué)原理

更新時(shí)間：2015-12-19

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（一）折射和折射率

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

　　（二）透鏡的性能

　　透鏡是組成顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的基本的光學(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(fù)透鏡）兩大類。

　　當(dāng)一束平行于光軸的光線通過(guò)凸透鏡后相交于一點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)稱"焦點(diǎn)"，通過(guò)交點(diǎn)并垂直光軸的平面，稱"焦平面"。焦點(diǎn)有兩個(gè)，在物方空間的焦點(diǎn)，稱"物方焦點(diǎn)"，該處的焦平面，稱"物方焦平面"；反之，在象方空間的焦點(diǎn)，稱"象方焦點(diǎn)"，該處的焦平面，稱"象方焦平面"。

　　光線通過(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(xiàn)出來(lái)，而虛像不能。

　　（三）凸透鏡的五種成象規(guī)律

　　1.當(dāng)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內(nèi)、焦點(diǎn)以外形成縮小的倒立實(shí)象；

　　2.當(dāng)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(dāng)物體位于透鏡物方二倍焦距以內(nèi)，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(dāng)物體位于透鏡物方焦點(diǎn)上時(shí)，則象方不能成象；

　　5.當(dāng)物體位于透鏡物方焦點(diǎn)以內(nèi)時(shí)，則象方也無(wú)象的形成，而在透鏡物方的同側(cè)比物體遠(yuǎn)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(dāng)物體對(duì)人眼的張角不小于某一值時(shí)，肉眼才能區(qū)別其各個(gè)細(xì)部，該量稱為目視分辨率ε。在佳條件下，即物體的照度為50~70lx及其對(duì)比度較大時(shí)，可達(dá)到1'。為易于觀測(cè)，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(zhǎng)度尺寸和物體至眼睛的距離有關(guān)。有公式y(tǒng)=Lε

　　距離L不能取得很小，因?yàn)檠劬Φ恼{(diào)節(jié)能力有一定限度，尤其是眼睛在接近調(diào)節(jié)能力的極限范圍工作時(shí)，會(huì)使視力極度疲勞。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)（正視）而言，佳的視距規(guī)定為250mm（明視距離）。這意味著，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(qū)分大小為0.15mm的物體細(xì)節(jié)。

　　在觀測(cè)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測(cè)放置在觀測(cè)人員近處應(yīng)予放大的物體的。

　　（一）放大鏡的成像原理

　　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以內(nèi)的物AB，其大小為y，它被放大鏡成一大小為y'的虛像A'B'。

　　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(nèi)用放大鏡觀察到的物體像的視角同沒(méi)有放大鏡觀察到的物體視角的比值。

　　（二）顯微鏡的成像原理

　　顯微鏡和放大鏡起著同樣的作用，就是把近處的微小物體成一放大的像，以供人眼觀察。只是顯微鏡比放大鏡可以具有更高的放大率而已。

　　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A'B'。A'B'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A''B''后供眼睛觀察。虛像A''B''的位置取決于F2和A'B'之間的距離，可以在無(wú)限遠(yuǎn)處（當(dāng)A'B'位于F2上時(shí)），也可以在觀察者的明視距離處（當(dāng)A'B'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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