§10.3 显微镜结构及其原理 一、基本结构 二、光束限制 三、分辨本领 四、放大本领 1 、视角放大率 2 、有效视角放大率 3 、显微镜成像特点 五、聚光本领 1 、光度学基本概念 2 、像面照度公式 六、显微镜的物镜

一、基本结构－显微镜

1 、结构y

-y1′

-y′

Fo F

物镜

Fe Fe′

目镜

眼睛

xa

机械筒长：从显微镜的镜筒中抽出目镜和物镜，留下的镜筒的长度，其值一般为 160~190mm 。我国为 160mm 。

目镜的工作距离：目镜的物方焦平面到目镜的第一个几何面的距离。

镜目距：自目镜最后一个折射面到出瞳的距离。

2 、几个概念 光学筒长：目镜和物镜之间的光学间隔。

二、光束限制－显微镜

孔径光阑：因物镜而异。 单组低倍物镜，其镜框即为孔径光阑； 多组透镜构成的复杂物镜，或者以最后一组透镜框作为孔径光阑，或者在物镜的像方焦平面上或附近设置专门的孔径光阑。

视场光阑：通常设置在物镜的像平面上。 入窗和入瞳重合，可以保证消除渐晕。 视场光阑的大小等于物面的视场可见范围与物镜的垂轴放大率的乘积。

三、分辨本领－显微镜

1 、分辨率

'U′

'出瞳 D′

A′

d../61.0

)sin/(61.0ANUn

显微镜刚好能够分辨的物平面上两点的最小距离。 2 、表示

N.A. (Numeric aperture) 称为数值孔径。

../ AN ../5.0 AN

不发光物体被别的光源照明 : 斜照明 :

1 、视角放大率－显微镜放大本领

眼睛

xa

y

-y1′

-y′

Fo Fo′

物镜

Fe Fe′

目镜

-x2′

’

y

25cm

tan

'tan

eoa xx

y

y

'

''250

2

'

250

'

'

'

250 ,

'

2

2

eaeeo fxx

x

fy

y

'

250

/''

250

'

'

'

250 1

ffff

x

f eooeeo

x1′

2 、有效视角放大率－显微镜放大本领

使用显微镜要求 : (1) 、显微镜光学系统的性能得到充分的利用 ; (2) 、没有赝像 ;

视角放大率的要求 : 线度正好等于显微镜分辨极限的物体放大后对眼睛的视角为 2′~4′

'4250

/5.0'2

NANANA 1000500

物镜有四种，即－ 4× 、－ 10× 、－ 40× 和－100× 目镜有三种，即 5× ， 10× 和 15×

3 、显微镜成像特点－显微镜放大本领

眼睛

xa

y

-y1′

-y′

Fo Fo′

物镜

Fe Fe′

目镜

-x2′

(4) 物镜成实像，可以在物镜的实物面上设置分划板，可以对物的线度进行测量； (5) 通过目镜的离焦，可以将微小物体二次成放大的实像进行显示或记录。

(1) 有高的放大率； (2) 眼睛和像的位置适度，适于使用； (3) 通过调换物镜和目镜可以改变显微镜的视角分辨率，扩展显微镜的使用范围；

六、显微镜的物镜－显微镜

物镜参数 : 显微物镜中通常给出四个参数，即 bo/NA ，及机械筒长 / 允许盖 波片最大厚度。 消色差物镜的结构 :

( 校正了轴上物点的色差和球差 )

低倍物镜(3×~6×)

中倍物镜(6×~10×)里斯特(Leister)

浸没物镜(90×~100×)

高倍物镜(40×+)阿米西 (Amiei)

1 、光度学基本概念－显微镜聚光本领

(1) 光源的辐射通量 (P) ：单位时间的辐射能量。 (2) 光源的光通量 (P) ： 单位时间的视觉辐射能量。 (3) 光源的光辐出度 (M): 单位面积在半空间的光通量。 (4) 光源的发光强度 (I) ：单位立体角的光通量。 (5) 光源的光亮度 (L) ：单位面积单位立体角的光通量。 (6) 物面的照度 (H) ：单位面积接受到的光通量。 (7) 辐射亮度定理： 光学系统各面上亮度满足 L/n2=const. (8) 扩展源的照度：

d

L 物面

2sinLH

2 、像面照度公式－显微镜聚光本领

设显微光学系统的基本亮度为 L0，则像面的照度为

出瞳

d

U′

Image

202

20

)sin(1

)'sin'(

UnL

UnLH i

例题－显微镜

例题 1 、 用两个焦距都是 50mm 的正透镜组成一个 10 倍的显微镜，问物镜的倍率、目镜的倍率以及物镜和目镜之间的间隔各为多少 ?

例题－显微镜

例题 2 、一显微镜的光学筒长为150mm, 如果物镜的焦距为 20mm ，目镜的视放大率为 12.5×, 求：

(1) 总的视放大率； (2) 系统的焦距； (3) 如果物镜的数值孔径为 0.1 ，问该

视放大率是否在适用范围内 ? (4) 物体到物镜之间的距离。

例题－显微镜

例题 3 、一台显微镜有 4 个物镜，其垂轴放大率 b 分别为 -1× 、 -2.5× 、 -3×和 -5× ，以适应不同需要，但物面和像面之间的距离对不同物镜都要求为常数200mm ，试求 4 个物镜的焦距 f′ 和物距l ( 假设物方主面和象方主面重合 ) 。

作业－显微镜

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