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标题: 显微镜的重要光学技术参数 [打印本页]

作者: admin 时间: 2018-9-12 16:33
标题: 显微镜的重要光学技术参数
在镜检时，人们总是希望能清晰而明亮的理想图象，这就需要显微镜的各项光学技术参数达到一定的标准，并且要求在使用时，必须根据镜检的目的和实际情况来协调各参数的关系。只有这样，才能充分发挥显微镜应有的性能，得到满意的镜检效果。
显微镜的光学技术参数包括：数值孔径、分辨率、放大率、焦深、视场宽度、覆盖差、工作距离等等。这些参数并不都是越高越好，它们之间是相互联系又相互制约的，在使用时，应根据镜检的目的和实际情况来协调参数间的关系，但应以保证分辨率为准。
1.数值孔径
数值孔径简写na，数值孔径是物镜和聚光镜的主要技术参数，是判断两者（尤其对物镜而言）性能高低的重要标志。其数值的大小，分别标刻在物镜和聚光镜的外壳上。
数值孔径（na）是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率（n）和孔径角（u）半数的正弦之乘积。用公式表示如下：
na=nsinu/2
孔径角又称"镜口角"，是物镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度。孔径角越大，进入物镜的光通亮就越大，它与物镜的有效直径成正比，与焦点的距离成反比。
显微镜观察时，若想增大na值，孔径角是无法增大的，唯一的办法是增大介质的折射率n值。基于这一原理，就产生了水浸物镜和油浸物镜，因介质的折射率n值大于1，na值就能大于1。
数值孔径最大值为1.4，这个数值在理论上和技术上都达到了极限。目前，有用折射率高的溴萘作介质，溴萘的折射率为1.66,所以na值可大于1.4。
这里必须指出，为了充分发挥物镜数值孔径的作用，在观察时，聚光镜的na值应等于或略大于物镜的na值。
数值孔径与其他技术参数有着密切的关系，它几乎决定和影响着其他各项技术参数。它与分辨率成正比，与放大率成正比，与焦深成反比，na值增大，视场宽度与工作距离都会相应地变小。
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。

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