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光学工程
光学显微镜成像原理与放大倍数

光学显微镜的成像放大是由透镜来实现的。单透镜成象具有象差,严重影响成象质量。因此显微镜的主要光学部件都由透镜组合而成。从透镜的性能可知,只有凸透镜才能起放大作用,而凹透镜不行。显微镜的物镜与目镜虽都由透镜组合而成,但相当于一个凸透镜。

为便于了解显微镜的放大原理,简要说明一下凸透镜的几种成象规律:

u>2f f

f2f 成倒立 放大 实像

u

u=f 不成像

u=2f 成倒立 等大 实像

f 表示透镜焦距

u 表示物体与透镜之间距离(简称物距)

透镜是组成显微镜光学系统的最基本的光学元件,物镜目镜及聚光镜等部件均由单个和多个透镜组成。依其外形的不同,可分为凸透镜(正透镜)和凹透镜(负透镜)两大类。

当一束平行于光轴的光线通过凸透镜后相交于一点,这个点称"焦点",通过交点并垂直光轴的平面,称"焦平面"。焦点有两个,在物方空间的焦点,称"物方焦点",该处的焦平面,称"物方焦平面";反之,在象方空间的焦点,称"象方焦点",该处的焦平面,称"象方焦平面"。 光线通过凹透镜后,成正立虚像,而凸透镜则成正立实像。实像可在屏幕上显现出来,而虚像不能。

使用无限远光学系统的显微镜主要由物镜、管镜和目镜组成。标本经物镜和管镜放大后,形成放大倒立的实象;实象经目镜再次放大后,形成放大的虚象。标本(AB)在物镜(Lo)焦点上,通过物镜(Lo)和管镜(Le)在象方形成放大倒立的实象(A’B’);靠近人眼一方的目镜(Le)对中间象(A’B’)再次放大,在明视距离(对人眼来说约为250mm)处形成一个虚象(A”B”)。 人眼通过显微镜所观察到的象就是一个被放大了的虚象A”B”。

显微镜放大倍数,是指被检验物体经物镜放大再经目镜放大后,人眼所看到的最终图象的大小对原物体大小的比值,是物镜和目镜放大倍数的乘积。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,在选择时应首先考虑物镜的数值孔径。


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