显微镜的
光学性能是由显微镜的
光学参数或者说参量来决定的,而基本的显微镜参数有哪些呢?本文总结了八个基本的参数:
)(^L* ,drbj.0- 1.数值孔径
k&oq6!ix NOzAk%s3I 数值孔径又叫镜口率。它是指所观察的物体与
镜头间介质的折射率n与物镜镜口角α一半的正弦值的乘积。用N.A或A.来表示。即:N.A.=nsin(α/2)。
H@-txO1`:: kMJf!%L ( 所谓镜口角是指被观察点射入物镜前
透镜的边缘
光线之间的夹角。
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$_ &Lp\ 即图10-1-2中的角α
yaDK_fk 数值孔径是物镜与聚光镜的重要参数,与显微镜的其它各个光学参数都有密切关系。一般希望它越大越好。从公式中可知:提高数值孔径有两种方法,一是增大镜口角,二是增大物镜与标本之间的折射率。
O{P@fv%~(o 6R`q{}. 采取前一种方法时,可以让标本与物体尽量靠近。但无论怎样靠近,α总是小于180°。这样,sin(α/2)也小于1。而空气的折射率n=1。因此,干燥系物镜的数值孔径nsin(α/2)总是小于1,一般在0.04~0.95之间。
>0^oC[ B )R~l@QBN 采取后一种方法时,可在物镜与标本之间加入折射率较大的介质。如香柏油的折射率n=1.515,使用香柏油为介质时,可使数值孔径达到1.2以上。这就是为什么在有些情况下要使用油镜的原因。目前油镜所能达到的最大数值孔径为1.4。
|IN{8 nu=yE$BN{ 2.分辨率
/y2)<{{I q:iB}ch5R 分辨率又叫鉴别率或分辨本领。所谓分辨率是指显微镜分辨被检物体细微结构的能力。它与分辨距离成反比。分辨距离是指能被分辨开的两物点间的最小距离。分辨距离越小,显微镜的分辨率越高。如果两物点间的距离小于分辨距离,就会把两点误看成一点,无法看清其结构。显微镜的分辨率是由物镜决定的。目镜只起放大作用,不能增加显微镜的分辨率。
9n\b!*x utH/E7^8 在普通中心
照明的情况下,物镜的分辨距离d由下式决定。
seNJ6p=` pgp@Zw)r)k d=(λ/2)N.A.
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:GE'S ^0x0 rY 式中:d表示分辨距离, 单位是微米,λ表示照明光线的
波长,单位也是微米。
NZ{)&ObBRt V?yTJJ21X 在可见光中,亮度最大而且对人眼最敏感的波长为0.55μm,物镜最大的N. A.为1.4。代入上式可得d近似为0.2μm。即,使用普通光学显微镜,在中心照明的情况下,分辨距离的极限为0.2μm。也就是说,小于0.2μm的两物体,普通光学显微镜无法区分。
&1ZqC; XWuHH;~*L 使用紫外线,可以减小照明光线的波长,能使分辨距离达到0.1μm。但因紫外线不能为人眼所见。只能拍成照片后再观察。
T(@J]Y- w#-J ?/m 电子流的波长只有0.00387nm。利用“电子透镜”或磁透镜来控制电子流,所制成的电子显微镜的分辨距离达零点几nm。可以用它去观察原子的结构。
zw2qv' ulA|| 3.放大率
,\%qERk jPDk~| 显微镜的放大率等于物镜的放大率和目镜的放大率的乘积。从原理上讲,放大率可以做的非常大。但是,如果标本的细节不能被物镜分辨开来,放大的再大,也毫无意义。理论上可以推导出来,显微镜最合适的放大率(称为有效放大率,用M有效表示)是在物镜的数值孔径的500~1000倍之间。即500N.A.≤M有效≤1000N.A.
NQ9/,M @Yu=65h 在有效放大率范围内,眼睛可以长时间观察而不易疲劳。如果放大率低于500 N.A.,观察起来就很吃力。如果高于1000N.A.,则会使像质变坏,甚至造成不真实的像。因此,超过1000N.A.的放大率称为无效放大率。
vq?aFX9F G(Ky7SZ 4.工作距离
DI>SW%)> PfrzrRahb 工作距离是指显微镜调焦后,在使用标准盖玻片和标准机械筒长的情况下,物镜的下表面至盖玻片上表面之间的距离。物镜的放大率越高,工作距离越短。一般10倍以下的低倍物镜,工作距离为5~7mm,而100倍的油镜,其工作距离只有0.19mm左右。
8.Z9 i EFk9G2@_ 5.焦点深度
$\9M6k' >>>&{>}! 当显微镜调焦于标本中某一平面后,不仅这一物平面可以看清楚,而且和它相连的上下两个物平面也能同时看清楚。这上下两个物平面之间的距离叫做焦点深度,简称焦深。
<< XWL: zJMm=Mw^ 显微镜的焦深是很小的,而且数值孔径越大、总放大率越大,焦深越小。例如,使用N.A.为1.25/100倍的油镜、12.5倍的目镜观察时,焦深只有0.27μm。这就是说,调焦后一次只看清楚0.27μm厚的一个薄层。而普通标本一般都有几个微米厚。要想看完整个标本,需要使用显微镜的微调机构,自上而下分层观察。
aN^x ]0P!0 K{vn[} 6.清晰度
8AGP*"gI lx)Bj6 显微镜
成像的清晰度取决于其
光学系统,尤其是物镜的光学性能。它与显微镜的设计、制造、使用和保管都有关系。是一个很重要而又很复杂的问题。从使用和保管的角度来说,影响清晰度的主要原因有:所使用的盖玻片的厚度不合格、调焦没有调到理想位置、总放大率用得过大、油镜的镜头没有擦干净、镜片生霉等。
l(B(gPvU l,lfkm 7.镜像亮度
gfPR3%EXs F<YXkG4pO 镜像亮度是指显微镜中所看到的物像的亮暗程度。为了便于观察,我们希望所成的像亮一些。在外部光线不变的情况下,镜像亮度与数值孔径的平方成正比,而与总放大率的平方成反比。要想使镜像亮度大些,应使用大数值孔径的物镜,配以低放大率的目镜。例如,在物镜相同的情况下,使用5倍的目镜与使用10倍的目镜相比,其镜像亮度要大4倍。
F\Z|JCA A,u}p rwH 使用电
光源的显微镜,其镜像亮度可以通过调节照明灯的亮度来控制。
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8.视场
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