化工儀器網
技術文章
顯微鏡的基本光學原理
閱讀：3329 發布時間：2012-4-10（一）折射和折射率
光線在均勻的各向同性介質中，兩點之間以直線傳播，當通過不同密度介質的透明物體時，則發生折射現象，這是由于光在不同介質的傳播速度不同造成的。當與透明物面不垂直的光線由空氣射入透明物體（如玻璃）時，光線在其介面改變了方向，并和法線構成折射角。
（二）透鏡的性能
透鏡是組成顯微鏡光學系統的基本的光學元件，物鏡目鏡及聚光鏡等部件均由單個和多個透鏡組成。依其外形的不同，可分為凸透鏡（正透鏡）和凹透鏡（負透鏡）兩大類。
當一束平行于光軸的光線通過凸透鏡后相交于一點，這個點稱"焦點"，通過交點并垂直光軸的平面，稱"焦平面"。焦點有兩個，在物方空間的焦點，稱"物方焦點"，該處的焦平面，稱"物方焦平面"；反之，在象方空間的焦點，稱"象方焦點"，該處的焦平面，稱"象方焦平面"。
光線通過凹透鏡后，成正立虛像，而凸透鏡則成正立實像。實像可在屏幕上顯現出來，而虛像不能。
（三）凸透鏡的五種成象規律
1.當物體位于透鏡物方二倍焦距以外時，則在象方二倍焦距以內、焦點以外形成縮小的倒立實象；
2.當物體位于透鏡物方二倍焦距上時，則在象方二倍焦距上形成同樣大小的倒立實象；
3.當物體位于透鏡物方二倍焦距以內，焦點以外時，則在象方二倍焦距以外形成放大的倒立實象；
4.當物體位于透鏡物方焦點上時，則象方不能成象；
5.當物體位于透鏡物方焦點以內時，則象方也無象的形成，而在透鏡物方的同側比物體遠的位置形成放大的直立虛象。
三、光學顯微鏡的成象（幾何成象）原理
只有當物體對人眼的張角不小于某一值時，肉眼才能區別其各個細部，該量稱為目視分辨率ε。在佳條件下，即物體的照度為50~70lx及其對比度較大時，可達到1'。為易于觀測，一般將該量加大到2'，并取此為平均目鏡分辨率。
物體視角的大小與該物體的長度尺寸和物體至眼睛的距離有關。有公式y=Lε
距離L不能取得很小，因為眼睛的調節能力有一定限度，尤其是眼睛在接近調節能力的極限范圍工作時，會使視力極度疲勞。對于標準（正視）而言，佳的視距規定為250mm（明視距離）。這意味著，在沒有儀器的條件下，目視分辨率ε=2'的眼睛，能清楚地區分大小為0.15mm的物體細節。
在觀測視角小于1'的物體時，必須使用放大儀器。放大鏡和顯微鏡是用于觀測放置在觀測人員近處應予放大的物體的。
（一）放大鏡的成像原理
表面為曲面的玻璃或其他透明材料制成的光學透鏡可以使物體放大成像，光路圖如圖1所示。位于物方焦點F以內的物AB，其大小為y，它被放大鏡成一大小為y'的虛像A'B'。
放大鏡的放大率
Γ=250/f'
式中250--明視距離，單位為mm
f'--放大鏡焦距，單位為mm
該放大率是指在250mm的距離內用放大鏡觀察到的物體像的視角同沒有放大鏡觀察到的物體視角的比值。
（二）顯微鏡的成像原理
顯微鏡和放大鏡起著同樣的作用，就是把近處的微小物體成一放大的像，以供人眼觀察。只是顯微鏡比放大鏡可以具有更高的放大率而已。
把物鏡L1和目鏡L2均以單塊透鏡表示。物體AB位于物鏡前方，離開物鏡的距離大于物鏡的焦距，但小于兩倍物鏡焦距。所以，它經物鏡以后，必然形成一個倒立的放大的實像A'B'。A'B'位于目鏡的物方焦點F2上，或者在很*近F2的位置上。再經目鏡放大為虛像A''B''后供眼睛觀察。虛像A''B''的位置取決于F2和A'B'之間的距離，可以在無限遠處（當A'B'位于F2上時），也可以在觀察者的明視距離處（當A'B'在圖中焦點F2之右邊時）。目鏡的作用與放大鏡一樣。所不同的只是眼睛通過目鏡所看到的不是物體本身，而是物體被物鏡所成的已經放大了一次的像。