顯微系統(tǒng)及其物鏡的光學(xué)成像特性

正文

顯微系統(tǒng)及其物鏡的光學(xué)成像特性

顯微系統(tǒng)的工作原理

顯微系統(tǒng)是用來觀察近距離微小物體的光學(xué)系統(tǒng)闲勺。如圖所示曾棕，它由物鏡和目鏡組成。

其特點(diǎn)是：物鏡和目鏡的焦距都很短菜循，且光學(xué)間隔△（物鏡的像方焦點(diǎn)到目鏡的物方焦點(diǎn)間的距離）較大翘地。使用時，將物體 AB 置于物鏡一倍焦距以外少許癌幕，經(jīng)物鏡后成一個放大的衙耕、倒立的實(shí)像 A'B'，且位于目鏡的物方焦面上或一倍焦距以內(nèi)少許勺远，經(jīng)目鏡成像在無限遠(yuǎn)或明視距離處橙喘，供人眼觀察。在生物顯微系統(tǒng)中胶逢，物鏡框是系統(tǒng)的孔徑光闌厅瞎，設(shè)在一次實(shí)像面處的分劃板是視場光闌，目鏡住往是海暈光闌初坠，其大小影響軸外點(diǎn)成像的漸暈系數(shù)和簸。而對于測量用顯微系統(tǒng)，孔徑光闌沒在物鏡的像方焦平面上碟刺，以形成物方遠(yuǎn)心光路,提高測量精度比搭。

若接收器不是人眼，而是光電成像器件(如 ccd 及 cmos 器件)南誊，則可將它置于實(shí)像平面 A'B' 處身诺。

顯微物鏡的成像特性

影響系統(tǒng)成像特性的主要是顯微物鏡。

顯微物鏡較為重要的光學(xué)參數(shù)是數(shù)值孔徑和倍率抄囚，它影響系統(tǒng)的分辨率霉赡、像面照度和成像質(zhì)量。數(shù)值孔徑定義為顯微物鏡物方介質(zhì)的折射率 n 和物方孔徑角正弦之乘積幔托，用符號 NA來表示穴亏，即

(1) 顯微物鏡的分辨率δ

顯微物鏡的分辨率是以它能夠分辨開兩點(diǎn)的較小距離δ來表示的，計算公式為：

當(dāng)被觀察體本身不發(fā)光重挑，需要其他照明光源時嗓化，隨照明條件的不同，計算公式將有所變化谬哀。根據(jù)阿貝的研究刺覆，對物體進(jìn)行斜人射照明時，較小分辨率為：

由以上公式可見史煎，對于一定波長的單色光谦屑，在像差校正良好的情況下，顯微鏡的分辨率完全曲物鏡的數(shù)值孔徑?jīng)Q定篇梭。數(shù)值孔徑越大氢橙，分辨率越高。

當(dāng)物方介質(zhì)為空氣時恬偷，物鏡較大的數(shù)值孔徑為 1悍手，一般只有 0.9 左右。而在物體和物鏡之間接以高折射率液體（如n=1.5~1.7的油）時袍患，數(shù)值孔徑可達(dá)1.5~1.6坦康。這種在物體和物鏡之間很b 高折射率油的物鏡稱為浸液物鏡。

(2) 顯微物鏡的放大率β

在圖像轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中协怒，為了充分利用物鏡的分辨率涝焙，使已被物鏡分辨開的細(xì)節(jié)也能被光電成像是件分辨，則顯微鏡要有足夠大的放大率孕暇。設(shè)光電成像器件的線分辨率為 δ'仑撞，在斜照明條件下，顯微物鏡垂軸放大率 β 的大小應(yīng)滿足下式：

由此可見妖滔，對一定波長的光隧哮，當(dāng)光電成像器件的分辨率確定后，合適的顯微物鏡的放大率僅取決于物鏡的分辨率座舍，或者說是顯微鏡的數(shù)值孔徑沮翔。

顯微物鏡的放大率和分辨率（數(shù)值孔徑）應(yīng)相互匹配。若放大率的取值過低曲秉，則已被物鏡分辨開的細(xì)節(jié)不能被圖像傳感器件分辨采蚀；但若分辨率不足疲牵，則放大率的取值再高，也無法分辨物體的細(xì)節(jié)榆鼠。

顯微物鏡有折射式纲爸、反射式和折反式三類，但絕大部分實(shí)際應(yīng)用的物鏡是折射式的妆够。在折射式顯微物鏡中识啦，應(yīng)用較多的是消色差物鏡，它是一種大孔徑小視場的光學(xué)系統(tǒng)神妹，一般只需要校正球差颓哮、正弦差和位置色差。

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