小中大2.分辨率
显微镜的分辨率是指能被显微镜清晰区分的两个物点的最小间距,又称"鉴别率"。其计算公式是σ=λ/NA
式中σ为最小分辨距离;λ为光线的波长;NA为物镜的数值孔径。可见物镜的分辨率是由物镜的NA值与照明光源的波长两个因素决定。NA值越大,照明光线波长越短,则σ值越小,分辨率就越高。
要提高分辨率,即减小σ值,可采取以下措施
(1)降低波长λ值,使用短波长光源。
(2)增大介质n值以提高NA值(NA=nsinu/2)。
(3)增大孔径角u值以提高NA值。
(4)增加明暗反差。
3.放大率和有效放大率
由于经过物镜和目镜的两次放大,所以显微镜总的放大率Γ应该是物镜放大率β和目镜放大率Γ1的乘积:
Γ=βΓ1
显然,和放大镜相比,显微镜可以具有高得多的放大率,并且通过调换不同放大率的物镜和目镜,能够方便地改变显微镜的放大率。
放大率也是显微镜的重要参数,但也不能盲目相信放大率越高越好。显微镜放大倍率的极限即有效放大倍率。
分辨率和放大倍率是两个不同的但又互有联系的概念。有关系式:500NA<Γ<1000NA
当选用的物镜数值孔径不够大,即分辨率不够高时,显微镜不能分清物体的微细结构,此时即使过度地增大放大倍率,得到的也只能是一个轮廓虽大但细节不清的图像,称为无效放大倍率。反之如果分辨率已满足要求而放大倍率不足,则显微镜虽已具备分辨的能力,但因图像太小而仍然不能被人眼清晰视见。所以为了充分发挥显微镜的分辨能力,应使数值孔径与显微镜总放大倍率合理匹配。
4.焦深
焦深为焦点深度的简称,即在使用显微镜时,当焦点对准某一物体时,不仅位于该点平面上的各点都可以看清楚,而且在此平面的上下一定厚度内,也能看得清楚,这个清楚部分的厚度就是焦深。焦深大,可以看到被检物体的全层,而焦深小,则只能看到被检物体的一薄层,焦深与其他技术参数有以下关系:
(1)焦深与总放大倍数及物镜的数值孔径成反比。
(2)焦深大,分辨率降低。
由于低倍物镜的景深较大,所以在低倍物镜照相时造成困难。在显微照相时将详细介绍。
5.视场直径(FieldOfView)
观察显微镜时,所看到的明亮的圆形范围叫视场,它的大小是由目镜里的视场光阑决定的。
视场直径也称视场宽度,是指在显微镜下看到的圆形视场内所能容纳被检物体的实际范围。视场直径愈大,愈便于观察。
有公式F=FN/β
式中F:视场直径,FN:视场数(FieldNumber,简写为FN,标刻在目镜的镜筒外侧),β:物镜放大率。
由公式可看出:
(1)视场直径与视场数成正比。
(2)增大物镜的倍数,则视场直径减小。因此,若在低倍镜下可以看到被检物体的全貌,而换成高倍物镜,就只能看到被检物体的很小一部份。
6.覆盖差
显微镜的光学系统也包括盖玻片在内。由于盖玻片的厚度不标准,光线从盖玻片进入空气产生折射后的光路发生了改变,从而产生了相差,这就是覆盖差。覆盖差的产生影响了显微镜的成响质量。
国际上规定,盖玻片的标准厚度为0.17mm,许可范围在0.16-0.18mm,在物镜的制造上已将此厚度范围的相差计算在内。物镜外壳上标的0.17,即表明该物镜所要求的盖玻片的厚度。
7.工作距离WD
工作距离也叫物距,即指物镜前透镜的表面到被检物体之间的距离。镜检时,被检物体应处在物镜的一倍至二倍焦距之间。因此,它与焦距是两个概念,平时习惯所说的调焦,实际上是调节工作距离。
在物镜数值孔径一定的情况下,工作距离短孔径角则大。
数值孔径大的高倍物镜,其工作距离小。
(四)物镜
物镜是显微镜最重要的光学部件,利用光线使被检物体第一次成象,因而直接关系和影响成象的质量和各项光学技术参数,是衡量一台显微镜质量的首要标准。
物镜的结构复杂,制作精密,由于对象差的校正,金属的物镜筒内由相隔一定距离并被固定的透镜组组合而成。物镜有许多具体的要求,如合轴,齐焦。
齐焦既是在镜检时,当用某一倍率的物镜观察图象清晰后,在转换另一倍率的物镜时,其成象亦应基本清晰,而且象的中心偏离也应该在一定的范围内,也就是合轴程度。齐焦性能的优劣和合轴程度的高低是显微镜质量的一个重要标志,它是与物镜的本身质量和物镜转换器的精度有关。
现代显微物镜已达到高度完善,其数值孔径已接近极限,视场中心的分辨率与理论值之区别已微乎其微。但继续增大显微物镜视场与提高视场边缘成象质量的可能性仍然存在,这种研究工作,至今仍在进行。
显微物镜与目镜在参于成象这点上是有区别的。物镜是显微镜最复杂和最重要的部分,在宽光束中工作(孔径大),但这些光束与光轴的倾角较小(视场小);目镜在窄光束中工作,但其倾角大(视场大)。当计算物镜与目镜,在消除象差上有很大差别。
与宽光束有关的象差是球差、慧差以及位置色差;与视场有关的象差是象散、场曲、畸变以及倍率包差。
显微物镜是一消球差系统。这意味着:就轴上的一对共轭点而言,消除了球差并且实现了正弦条件时,每一物镜仅有两个这种消球差点。因此,物体与象的计算位置的任何改变均导致象差变大。
1.物镜的主要参数
(1)放大率β
(2)数值孔径NA
(3)机械筒长L:在显微镜中,物镜支承面到目镜支承面之间的距离称为机械筒长。对于一台显微镜来说,机械筒长是固定的。我国规定机械筒长是160毫米。
(4)盖玻片厚度d
(5)工作距离WD
这些参数,大多刻在物镜筒上,如图3所示。
有一种所谓筒长无限的显微物镜,这种物镜的后方一般带有辅助物镜(也叫补偿物镜或镜筒物镜),被观察物体位于物镜前焦点上,经过物镜以后,成像在无限远,再经过辅助物镜成像在辅助物镜的焦平面上,如图4所示。在物镜和辅助物镜之间是平行光,所以中间距离比较自由一些,可以加入棱镜等光学元件。
2.物镜的基本类型
(1)按显微镜镜筒长度(以mm计):透射光用160镜筒,带0.17mm厚或更厚的盖玻片;反射光用190镜筒,不带盖玻片;透射光与反射光用镜筒,筒长无限大。
(2)按浸法特征:非浸式(干式)、浸式(油浸、水浸、甘油浸及其它浸法)。
(3)按光学装置:透射式、反射式以及折反射式。
(4)按数值孔径和放大倍数:低倍(NA≤0.2与β≤10X),中倍(NA≤0.65与β≤40X),高倍(NA>0.65与β>40X)。