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顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)主要包括物鏡、目鏡、反光鏡和聚光器四個(gè)部件。廣義的說(shuō)也包括照明光源、濾光器、蓋玻片和載玻片等。
(一)、物鏡
物鏡是決定顯微鏡性能的zui重要部件,安裝在物鏡轉(zhuǎn)換器上,接近被觀察的物體,故叫做物鏡或接物鏡。
1、物鏡的分類
物鏡根據(jù)使用條件的不同可分為干燥物鏡和浸液物鏡;其中浸液物鏡又可分為水浸物鏡和油浸物鏡(常用放大倍數(shù)為90—100倍)。
根據(jù)放大倍數(shù)的不同可分為 低倍物鏡(10倍以下)、中倍物鏡(20倍左右)高倍物鏡(40—65倍)。
根據(jù)像差矯正情況,分為消色差物鏡(常用,能矯正光譜中兩種色光的色差的物鏡)和復(fù)色差物鏡(能矯正光譜中三種色光的色差的物鏡,價(jià)格貴,使用少)。
(所謂象差是指所成的像與原物在形狀上的差別;色差是指所成的像與原物在顏色上的差別)
(消除色差(當(dāng)不同波長(zhǎng)的光線通過(guò)透鏡的時(shí)候,它們折射的方向略有不同,這導(dǎo)致了成像質(zhì)量的下降)
2、物鏡的主要參數(shù):
物鏡主要參數(shù)包括:放大倍數(shù)、數(shù)值孔徑和工作距離。
①、放大倍數(shù)是指眼睛看到像的大小與對(duì)應(yīng)標(biāo)本大小的比值。它指的是長(zhǎng)度的比值而不是面積的比值。例:放大倍數(shù)為100×,指的是長(zhǎng)度是1μm的標(biāo)本,放大后像的長(zhǎng)度是100μm,要是以面積計(jì)算,則放大了10,000倍。
顯微鏡的總放大倍數(shù)等于物鏡和目鏡放大倍數(shù)的乘積。
②、數(shù)值孔徑也叫鏡口率,簡(jiǎn)寫N•A 或A,是物鏡和聚光器的主要參數(shù),與顯微鏡的分辨力成正比。干燥物鏡的數(shù)值孔徑為0.05-0.95,油浸物鏡(香柏油)的數(shù)值孔徑為1.25。
③、工作距離是指當(dāng)所觀察的標(biāo)本zui清楚時(shí)物鏡的前端透鏡下面到標(biāo)本的蓋玻片上面的距離。物鏡的工作距離與物鏡的焦距有關(guān),物鏡的焦距越長(zhǎng),放大倍數(shù)越低,其工作距離越長(zhǎng)。例:10倍物鏡上標(biāo)有10/0.25和160/0.17,其中10為物鏡的放大倍數(shù);0.25為數(shù)值孔徑;160為鏡筒長(zhǎng)度(單位mm);0.17為蓋玻片的標(biāo)準(zhǔn)厚度(單位 mm)。10倍物鏡有效工作距離為6.5mm,40倍物鏡有效工作距離為0.48mm 。
3、物鏡的作用是將標(biāo)本作*次放大,它是決定顯微鏡性能的zui重要的部件——分辨力的高低。
分辨力也叫分辨率或分辨本領(lǐng)。分辨力的大小是用分辨距離(所能分辨開的兩個(gè)物點(diǎn)間的zui小距離)的數(shù)值來(lái)表示的。在明視距離(25cm)之處,正常人眼所能看清相距0.073mm的兩個(gè)物點(diǎn),這個(gè)0.073mm的數(shù)值,即為正常人眼的分辨距離。顯微鏡的分辨距離越小,即表示它的分辨力越高,也就是表示它的性能越好。
顯微鏡的分辨力的大小由物鏡的分辨力來(lái)決定的,而物鏡的分辨力又是由它的數(shù)值孔徑和照明光線的波長(zhǎng)決定的。
當(dāng)用普通的中央照明法(使光線均勻地透過(guò)標(biāo)本的明視照明法)時(shí),顯微鏡的分辨距離為d=0.61λ/N•A
式中d——物鏡的分辨距離,單位 nm。
λ——照明光線波長(zhǎng),單位 nm。
N•A ——物鏡的數(shù)值孔徑
例如油浸物鏡的數(shù)值孔徑為1.25,可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍為400—700nm ,取其平均波長(zhǎng)550 nm,則d=270 nm,約等于照明光線波長(zhǎng)一半。一般地,用可見(jiàn)光照明的顯微鏡分辨力的極限是0.2μm。
(二)、目鏡
因?yàn)樗拷^察者的眼睛,因此也叫接目鏡。安裝在鏡筒的上端。
1、目鏡的結(jié)構(gòu)
通常目鏡由上下兩組透鏡組成,上面的透鏡叫做接目透鏡,下面的透鏡叫做會(huì)聚透鏡或場(chǎng)鏡。上下透鏡之間或場(chǎng)鏡下面裝有一個(gè)光闌(它的大小決定了視場(chǎng)的大小),因?yàn)闃?biāo)本正好在光闌面上成像,可在這個(gè)光闌上粘一小段毛發(fā)作為指針,用來(lái)指示某個(gè)特點(diǎn)的目標(biāo)。也可在其上面放置目鏡測(cè)微尺,用來(lái)測(cè)量所觀察標(biāo)本的大小。
目鏡的長(zhǎng)度越短,放大倍數(shù)越大(因目鏡的放大倍數(shù)與目鏡的焦距成反比)。
2、目鏡的作用
是將已被物鏡放大的,分辨清晰的實(shí)像進(jìn)一步放大,達(dá)到人眼能容易分辨清楚的程度。
常用目鏡的放大倍數(shù)為5—16倍。
3、目鏡與物鏡的關(guān)系
物鏡已經(jīng)分辨清楚的細(xì)微結(jié)構(gòu),假如沒(méi)有經(jīng)過(guò)目鏡的再放大,達(dá)不到人眼所能分辨的大小,那就看不清楚;但物鏡所不能分辨的細(xì)微結(jié)構(gòu),雖然經(jīng)過(guò)高倍目鏡的再放大,也還是看不清楚,所以目鏡只能起放大作用,不會(huì)提高顯微鏡的分辨率。有時(shí)雖然物鏡能分辨開兩個(gè)靠得很近的物點(diǎn),但由于這兩個(gè)物點(diǎn)的像的距離小于眼睛的分辨距離,還是無(wú)法看清。所以,目鏡和物鏡即相互,又彼此制約。
(三)、聚光器
聚光器也叫集光器。位于標(biāo)本下方的聚光器支架上。它主要由聚光鏡和可變光闌組成。其中,聚光鏡可分為明視場(chǎng)聚光鏡(普通顯微鏡配置)和暗視場(chǎng)聚光鏡。
1、光鏡的主要參數(shù)
數(shù)值孔徑(N•A )是聚光鏡的主要參數(shù),zui大數(shù)值孔徑一般是1.2—1.4,數(shù)值孔徑有一定的可變范圍,通常刻在上方透鏡邊框上的數(shù)字是代表zui大的數(shù)值孔徑,通過(guò)調(diào)節(jié)下部可變光闌的開放程度,可得到此數(shù)字以下的各種不同的數(shù)值孔徑,以適應(yīng)不同物鏡的需要。有的聚光鏡由幾組透鏡組成,zui上面的一組透鏡可以卸掉或移出光路,使聚光鏡的數(shù)值孔徑變小,以適應(yīng)低倍物鏡觀察時(shí)的照明。
2、聚光鏡的作用
聚光鏡的作用相當(dāng)于凸透鏡,起會(huì)聚光線的作用,以增強(qiáng)標(biāo)本的照明。一般地把聚光鏡的聚光焦點(diǎn)設(shè)計(jì)在它上端透鏡平面上方約1.25mm處。(聚光焦點(diǎn)正在所要觀察的標(biāo)本上,載玻片的厚度為1.1mm左右)
3、可變光闌
可變光闌也叫光圈,位于聚光鏡的下方,由十幾張金屬薄片組成,中心部分形成圓孔。其作用是調(diào)節(jié)光強(qiáng)度和使聚光鏡的數(shù)值孔徑與物鏡的數(shù)值孔徑相適應(yīng)??勺児怅@開得越大,數(shù)值孔徑越大(觀察完畢后,應(yīng)將光圈調(diào)至zui大)。
在可變光闌下面,還有一個(gè)圓形的濾光片托架。
(四)反光鏡
反光鏡是一個(gè)可以隨意轉(zhuǎn)動(dòng)的雙面鏡,直徑為50mm,一面為平面,一面為凹面,其作用是將從任何方向射來(lái)的光線經(jīng)通光孔反射上來(lái)。平面鏡反射光線的能力較弱,是在光線較強(qiáng)時(shí)使用,凹面鏡反射光線的能力較強(qiáng),是在光線較弱時(shí)使用。
反光鏡通常一面是平面鏡,另一面是凹面鏡,裝在聚光器下面,可以在水平與垂直兩個(gè)方向上任意旋轉(zhuǎn)。
反光鏡的作用是使由光源發(fā)出的光線或天然光射向聚光器。當(dāng)用聚光器時(shí)一般用平面鏡,不用時(shí)用凹面鏡;當(dāng)光線強(qiáng)時(shí)用平面鏡,弱時(shí)用凹面鏡。
觀察完畢后,應(yīng)將反光鏡垂直放置。
(五)照明光源
顯微鏡的照明可以用天然光源或人工光源
1、天然光源
光線來(lái)自天空,是由白云反射來(lái)的。不可利用直接照來(lái)的太陽(yáng)光。
2、人工光源
①、對(duì)人工光源的基本要求:有足夠的發(fā)光強(qiáng)度;光源發(fā)熱不能過(guò)多。
②、常用的人工光源:顯微鏡燈;日光燈
(六)濾光器
安裝在光源和聚光器之間。作用是讓所選擇的某一波段的光線通過(guò),而吸收掉其他的光線,即為了改變光線的光譜成分或削弱光的強(qiáng)度。分為兩大類:濾光片和液體濾光器。
(七)蓋玻片和載玻片
蓋玻片和載玻片的表面應(yīng)相當(dāng)平坦,無(wú)氣泡,無(wú)劃痕。選用無(wú)色,透明度好的,使用前應(yīng)洗凈。
蓋玻片的標(biāo)準(zhǔn)厚度是0.17±0.02mm,如不用蓋玻片或蓋玻片厚度不合適,都回影響成像質(zhì)量。
載玻片的標(biāo)準(zhǔn)厚度是1.1±0.04mm,一般可用范圍是1—1.2mm,若太厚會(huì)影響聚光器效能,太薄則容易破裂。