顯微係統及其物鏡的光學成像特性
顯微係統的工作原理
顯微係統是用來觀察近距離微小物體(ti) 的光學係統。如圖所示,它由物鏡和目鏡組成。
其特點是:物鏡和目鏡的焦距都很短,且光學間隔△(物鏡的像方焦點到目鏡的物方焦點間的距離)較大。使用時,將物體(ti) AB 置於(yu) 物鏡一倍焦距以外少許,經物鏡後成一個(ge) 放大的、倒立的實像 A'B',且位於(yu) 目鏡的物方焦麵上或一倍焦距以內(nei) 少許,經目鏡成像在無限遠或明視距離處,供人眼觀察。在生物顯微係統中,物鏡框是係統的孔徑光闌,設在一次實像麵處的分劃板是視場光闌,目鏡住往是海暈光闌,其大小影響軸外點成像的漸暈係數。而對於(yu) 測量用顯微係統,孔徑光闌沒在物鏡的像方焦平麵上,以形成物方遠心光路,提高測量精度。
若接收器不是人眼,而是光電成像器件(如 ccd 及 cmos 器件),則可將它置於(yu) 實像平麵 A'B' 處。
顯微物鏡的成像特性
影響係統成像特性的主要是顯微物鏡。
顯微物鏡較為(wei) 重要的光學參數是數值孔徑和倍率,它影響係統的分辨率、像麵照度和成像質量。數值孔徑定義(yi) 為(wei) 顯微物鏡物方介質的折射率 n 和物方孔徑角正弦之乘積,用符號 NA來表示,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(liang) 點的較小距離δ來表示的,計算公式為(wei) :
當被觀察體(ti) 本身不發光,需要其他照明光源時,隨照明條件的不同,計算公式將有所變化。根據阿貝的研究,對物體(ti) 進行斜人射照明時,較小分辨率為(wei) :
由以上公式可見,對於(yu) 一定波長的單色光,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值孔徑決(jue) 定。數值孔徑越大,分辨率越高。
當物方介質為(wei) 空氣時,物鏡較大的數值孔徑為(wei) 1,一般隻有 0.9 左右。而在物體(ti) 和物鏡之間接以高折射率液體(ti) (如n=1.5~1.7的油)時,數值孔徑可達1.5~1.6。這種在物體(ti) 和物鏡之間很b 高折射率油的物鏡稱為(wei) 浸液物鏡。
(2) 顯微物鏡的放大率β
在圖像轉換係統中,為(wei) 了充分利用物鏡的分辨率,使已被物鏡分辨開的細節也能被光電成像是件分辨,則顯微鏡要有足夠大的放大率。設光電成像器件的線分辨率為(wei) δ',在斜照明條件下,顯微物鏡垂軸放大率 β 的大小應滿足下式:
由此可見,對一定波長的光,當光電成像器件的分辨率確定後,合適的顯微物鏡的放大率僅(jin) 取決(jue) 於(yu) 物鏡的分辨率,或者說是顯微鏡的數值孔徑。
顯微物鏡的放大率和分辨率(數值孔徑)應相互匹配。若放大率的取值過低,則已被物鏡分辨開的細節不能被圖像傳(chuan) 感器件分辨;但若分辨率不足,則放大率的取值再高,也無法分辨物體(ti) 的細節。
顯微物鏡有折射式、反射式和折反式三類,但絕大部分實際国产成人在线观看免费网站的物鏡是折射式的。在折射式顯微物鏡中,国产成人在线观看免费网站較多的是消色差物鏡,它是一種大孔徑小視場的光學係統,一般隻需要校正球差、正弦差和位置色差。
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