典型系統(tǒng)-顯微鏡課件

顯微鏡

顯微鏡§7-3

顯微鏡顯微鏡是人眼的輔助工具。對(duì)于工作在可見光波長(zhǎng)范圍的光學(xué)顯微鏡，按用途區(qū)分，使用量較大的有三種：工具顯微鏡（主要應(yīng)用于精密機(jī)構(gòu)制造工業(yè)等方面進(jìn)行精密測(cè)量）；生物顯微鏡（主要應(yīng)用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)等方面）；金相顯微鏡（主要應(yīng)用于冶金和機(jī)械制造工業(yè)，觀察研究金相組織結(jié)構(gòu)）。§7-3顯微鏡顯微鏡是人眼的輔助工具。工具顯微鏡（主要一、顯微鏡成像原理及其視覺放大率1、成像原理1）系統(tǒng)組成：成像系統(tǒng)（物鏡+目鏡+眼睛）+照明系統(tǒng)2）物鏡的像平面在目鏡的焦平面以內(nèi)或重合（此處設(shè)視闌）一、顯微鏡成像原理及其視覺放大率1、成像原理1）系統(tǒng)組成：成機(jī)械筒長(zhǎng):物鏡支撐面到目鏡支撐面之間的距離，用tm表示。是把顯微鏡的物鏡和目鏡取下后，所剩的鏡筒長(zhǎng)度.機(jī)械筒長(zhǎng)各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)不同，有160mm，170mm和190mm等。我國(guó)規(guī)定機(jī)械筒長(zhǎng)為160mm。物平面到光學(xué)系統(tǒng)第一個(gè)物鏡的球面頂點(diǎn)的距離稱為“工作距”一些規(guī)定參數(shù)：共軛距：顯微鏡物鏡從物平面到像平面的距離。（大約等于180mm）光學(xué)筒長(zhǎng)：物鏡和目鏡的光學(xué)間隔光學(xué)筒長(zhǎng)Δ=F1’F2≠機(jī)械筒長(zhǎng)≠共軛距（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）機(jī)械筒長(zhǎng):物鏡支撐面到目鏡支撐面之間的距離，用tm表示。是把

顯微鏡系統(tǒng)成像原理顯微鏡和放大鏡起著同樣的作用

物鏡目鏡F1F1’F2BAA’B’A”B”顯微鏡系統(tǒng)成像原理顯微鏡和放大鏡起著同樣的作用物鏡目鏡

物鏡目鏡F1F1’F2BAA’B’A”B”

A’B’

位于目鏡的物方焦點(diǎn)F2上或在很靠近F2

的位置上

此像在經(jīng)目鏡放大為虛像A”B”后供眼睛觀察。這說明目鏡與放大鏡的作用一樣。

物鏡目鏡F1F1’F2BAA’B’A”B”A’B’位于2、視覺放大率第二章例題4總的放大率Γ與光學(xué)筒長(zhǎng)Δ成正比，和物鏡及目鏡的焦距成反比。物體被物鏡成的像位于目鏡的物方焦點(diǎn)上或附近，此像相對(duì)于物鏡像方焦點(diǎn)的距離為Δ。式中有負(fù)號(hào)，即當(dāng)顯微鏡系統(tǒng)具有正物鏡和正目鏡時(shí)（常用這種結(jié)構(gòu)），則整個(gè)顯微鏡系統(tǒng)給出倒像。2、視覺放大率第二章例題4總的放大率Γ與光學(xué)筒長(zhǎng)Δ成正比，和2、視覺放大率它與放大鏡公式具有完全相同的形式。顯微鏡系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)復(fù)雜化了的放大鏡常用的物鏡倍率：4x、10x、40x和100x常用的目鏡倍率：5x、10x和15x極限倍率：100*15=15002、視覺放大率它與放大鏡公式具有完全相同的形式。顯微鏡系統(tǒng)實(shí)例題例題二、顯微鏡的光束限制1）孔闌觀察用低倍：物鏡框（入瞳），出瞳位于眼瞳處高倍：最后一組透鏡框測(cè)量用一般在物鏡像方焦平面上，形成物方遠(yuǎn)心光路。2）視闌：均設(shè)置在物鏡像平面處(分化板)——入窗在物平面上，出窗在最后像平面上3）漸暈觀察用：≤2測(cè)量用：04）一般沒有消雜光光闌1、光闌的設(shè)置與其結(jié)構(gòu)及用途有關(guān)二、顯微鏡的光束限制1）孔闌1、光闌的設(shè)置與其結(jié)構(gòu)及用途有選定目鏡后，顯微鏡的視覺放大率越大，線視場(chǎng)越小2、線視場(chǎng)選定目鏡后，顯微鏡的視覺放大率越大，線視場(chǎng)越小2、線視場(chǎng)出瞳直徑D’小于眼瞳NA＝nsinu，稱為顯微鏡的數(shù)值孔徑，是與β配合選用的重要光學(xué)參數(shù)，一同刻在鏡筒上。3、出瞳直徑出瞳直徑D’小于眼瞳3、出瞳直徑人眼通過顯微鏡調(diào)焦在某一平面（對(duì)準(zhǔn)平面）上時(shí)，在對(duì)準(zhǔn)平面前和后一定范圍內(nèi)物體也能清晰成像，能清晰成像的遠(yuǎn)、近物平面之間的距離稱作顯微鏡的景深。4、景深人眼通過顯微鏡調(diào)焦在某一平面（對(duì)準(zhǔn)平面）上時(shí)，在對(duì)準(zhǔn)三、顯微鏡的分辨率和有效放大率自發(fā)光：σ＝0.61λ/NA；光源照明：σ＝λ/NA；斜照明：σ＝0.5λ/NA瑞利分辨率標(biāo)準(zhǔn)是比較保守的，通常以道威判斷給出的分辨率值作為光學(xué)系統(tǒng)的目視衍射分辨率，或稱作理想分辨率。三、顯微鏡的分辨率和有效放大率自發(fā)光：σ＝0.61λ/NA；

當(dāng)兩個(gè)獨(dú)立的光強(qiáng)度相等的發(fā)光點(diǎn)逐漸靠近時(shí)，其在系統(tǒng)像面上的愛里斑也逐漸靠近，并開始有重疊的部分。這就引出光學(xué)系統(tǒng)對(duì)相鄰兩物點(diǎn)的分辨問題。光學(xué)儀器的分辨率當(dāng)兩個(gè)獨(dú)立的光強(qiáng)度相等的發(fā)光點(diǎn)逐漸靠近時(shí)，其在系統(tǒng)像面上的當(dāng)相鄰兩點(diǎn)的間隔，正好使一個(gè)衍射圖樣中的愛里斑中心和另一個(gè)圖樣的第一暗環(huán)重合時(shí)，兩個(gè)衍射圖樣的光強(qiáng)分布曲線相加而得到的合成光強(qiáng)分布曲線，兩個(gè)極大值之間存在的一個(gè)極小值，能量約為極大值的80%。10.8r暗1從圖中可看出，兩個(gè)愛里斑的中心距正好是愛里斑的半徑或衍射圖樣的第一暗環(huán)半徑（r暗1）

。以此作為光學(xué)系統(tǒng)能對(duì)無限遠(yuǎn)兩點(diǎn)的像分辨得開的最小距離——瑞利判據(jù)。由此確定光學(xué)系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)。式中，λ—波長(zhǎng)，D—入射光瞳直徑。當(dāng)相鄰兩點(diǎn)的間隔，正好使一個(gè)衍射圖樣中的愛里斑中心和另一個(gè)圖顯微系統(tǒng)的分辨率是以剛能分辨的兩物點(diǎn)之間的距離來表示的，稱為最小分辨距?？讖焦怅@（出瞳）P1’P2’z-Umaxσ′θ1U’maxA’-σ原則上顯微系統(tǒng)并不滿足這一條件。注意到物鏡的像距要比它的出瞳直徑大得多。顯微系統(tǒng)的分辨率是以剛能分辨的兩物點(diǎn)之間的距離來表示的，稱為孔徑光闌（出瞳）P1’P2’z-Umaxσ′θ1U’maxA’-σ像方光束接近于平行光束，公式

還是可以應(yīng)用于顯微物鏡的。DP1′P2′,以θ1表示像面上能分辨的兩點(diǎn)對(duì)出瞳中心的張角，可得相應(yīng)地孔徑光闌（出瞳）P1’P2’z-Umaxσ′θ1U’maxA

因U’max角一般很小，所以由于顯微物鏡滿足正弦條件，即有式中，n′—像方介質(zhì)的折射率，總是空氣，n′=1，而σ是在物空間與σ′共軛的線量

因U’max角一般很小，所以由于顯微物鏡滿足正弦條件，

式中，即為前面所提的顯微物鏡的數(shù)值孔徑（NA）

它就是顯微物鏡的最小分辨距即分辨率，故有

表明:顯微鏡的分辨本領(lǐng)取決于所用的光波波長(zhǎng)和物鏡的數(shù)值孔徑。上式的得出是假設(shè)物點(diǎn)本身發(fā)光，并且兩個(gè)發(fā)光點(diǎn)是獨(dú)立的（即非相干光源）。這種情況與實(shí)際情況不相符。若考慮部分相干情況，被照明物點(diǎn)所產(chǎn)生的衍射圖樣，在滿足瑞利判據(jù)時(shí)，上式中的系數(shù)一般要加以修正。式中，這種修正是以道威(Dawas)判斷為依據(jù)的。道威判斷：兩個(gè)相鄰像點(diǎn)之間的兩衍射斑中心距為0.85愛里斑半徑時(shí)，則能被光學(xué)系統(tǒng)分辨。應(yīng)充分利用物鏡的分辨率，使以被顯微鏡物鏡分辨出來的細(xì)節(jié)能同時(shí)被眼睛所看清，顯微鏡必須有恰當(dāng)?shù)姆糯舐?/p>

便于眼睛分辨的角距離為2′~4′。這種修正是以道威(Dawas)判斷為依據(jù)的。道威判斷：兩個(gè)取2′為分辨角的下限，4′為上限，則在明視距離250mm處能分辨開兩點(diǎn)之間的距離σ′為

σ′是顯微鏡像空間被人眼所能分辨的線距離換算到顯微鏡的物方有效放大率偽分辨——超過上限（無效放大，虛放大）取2′為分辨角的下限，4′為上限，則在明視距離250mm四、性能指標(biāo)計(jì)算舉例NA＝nsinu四、性能指標(biāo)計(jì)算舉例NA＝nsinu典型系統(tǒng)-顯微鏡ppt課件有兩個(gè)薄透鏡：f1’=25mm，f2’=24mm。解答：（1）若用第一個(gè)透鏡做顯微鏡的目鏡，求該目鏡的視覺放大率；（2）若用第二個(gè)透鏡做顯微鏡的物鏡，求其物像共軛距為196mm時(shí)的物鏡垂軸放大率β（4分）；（3）此時(shí)，物鏡應(yīng)放在物面后多遠(yuǎn)？（4）此時(shí)，該顯微鏡系統(tǒng)總的視覺放大率是多少？有兩個(gè)薄透鏡：f1’=25mm，f2’=24mm。解答：一顯微鏡物鏡的垂軸放大率，數(shù)值孔徑NA=0.1，共軛距L=180mm，物鏡框是孔徑光闌，目鏡焦距（1）求顯微鏡的視覺放大率；（2）求出射光瞳直徑；（3）求出射光瞳距離（鏡目距）；（4）斜入射照明時(shí)，求顯微鏡的分辨率；一顯微鏡物鏡的垂軸放大率，數(shù)值孔徑NA=0.1，共軛距L=1五、顯微物鏡幾種典型物鏡的結(jié)構(gòu)型式：1、顯微物鏡的數(shù)值孔徑NA＝nsinu與β應(yīng)匹配（表）數(shù)值孔徑是物鏡的主要性能指標(biāo)，他決定了系統(tǒng)的分辨率、像差校正、物鏡結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度等。2、匹茲伐場(chǎng)曲的校正問題五、顯微物鏡幾種典型物鏡的結(jié)構(gòu)型式：低倍物鏡:由雙膠合物鏡組成低倍物鏡:由雙膠合物鏡組成中倍物鏡:由兩組雙膠合物鏡組成里斯特物鏡中倍物鏡:由兩組雙膠合物鏡組成里斯特物鏡高倍物鏡:半球透鏡+里斯特物鏡

阿米西物鏡高倍物鏡:半球透鏡+里斯特物鏡

阿米西物鏡阿貝浸液物鏡:

阿米西物鏡+同心齊明透鏡

阿貝浸液物鏡:

阿米西物鏡+同心齊明透鏡

復(fù)消色差物鏡復(fù)消色差物鏡平視場(chǎng)復(fù)消色差物鏡平視場(chǎng)復(fù)消色差物鏡典型系統(tǒng)-顯微鏡ppt課件典型系統(tǒng)-顯微鏡ppt課件六、照明系統(tǒng)1、設(shè)計(jì)原則：1）光孔轉(zhuǎn)接原則：瞳、窗對(duì)應(yīng)；2）J照≥J物（拉赫不變量）光源+聚光鏡2、照明的方法生物顯微鏡多為透明標(biāo)本，常用透射光亮視場(chǎng)照明。六、照明系統(tǒng)1、設(shè)計(jì)原則：1）光孔轉(zhuǎn)接原則：瞳、窗對(duì)應(yīng)；2）臨界照明柯勒照明照明出瞳——成像入瞳照明出窗——