一、顯微鏡的原理

*，放大鏡可以用來幫助眼睛觀察微小的物體。我們先來討論-下放大鏡 的放大原理。

物體在人眼網(wǎng)膜上成象的大小，決定于物體對眼睛節(jié)點所對的角度0。

這時，實物高為h，對眼睛的張角為0。正常人眼睛看物體時，適宜的距離大

約在250毫米左右，在這個距離（y =250毫米）眼睛可以很好地區(qū)分物體的細微部分而不過 度疲勞，因此，250毫米這個距離稱為“明視距離”。

通過放大鏡后，高度為h的物體，視角變成了

所以，放大鏡的放大率等于：

借放大鏡所看到的視角（9') 0^₌ h/f _ / ₌250

以眼睛看到物體在近點的視角（e) — 〇 — h// — f — f

由上圖也可寫成： 放火率--j = -²!⁰

由上可知，雖然透鏡的焦距愈短，放大率就愈大，但實際上不可能用焦距（f)很短的 放大鏡來觀察。透鏡的曲率半徑太小，眼睛所觀察到的范圍就更小，目像差愈顯著，所以放 大鏡一般均在20倍以下。若要再提高放大倍數(shù)，就必須用顯微鏡。

顯微鏡通常由物鏡和目鐿兩次放大而得到倍數(shù)較高的放 大象。物體AB經(jīng)物鏡放大成象A/B%                                             經(jīng)目鏡放大成象

A"B"〇

1. 物鏡與目鏡倍數(shù)的定義和選擇依據(jù) 40/0.65——表示物鏡40倍，數(shù)值孔徑N,A. = 0,65。

160/0——表示機械筒長為160毫米的金相用物鏡，“ 0 ”

表示蓋玻片的厚度=〇 (即表示沒冇蓋玻片）。

有的物鏡標為160/0.17,表示該物鏡用于蓋玻片為0.17厚的透射光（生物）顯微鏡系統(tǒng)。 〇〇/〇——表示該物鏡用于機械筒長為無限遠的金相顯微鏡。

對于有限筒長：物鏡放大倍數(shù)=>

對于機械筒長為無限遠的系統(tǒng)：物泣放大倍數(shù)=

物鏡焦Mi 物鏡焦距

(對于機械筒長為無限遠的系統(tǒng)，補結(jié)透鏡焦距部標準已規(guī)定為250毫米。）由上式可 知，物鏡的焦g巨愈短，倍數(shù)也就愈大。

目鏡放大倍數(shù)=人眼明視取」駕=-^{2 5} 〇 曰位撒目釀距目鏡錢

顯微鏡的總放火倍數(shù)=物鏡放大倍數(shù)X目鏡放人倍H 物鏡與0鏡倍數(shù)的選擇，主要M采用“優(yōu)先數(shù)系”系列：

R5    系列   公比   只5-\/10土1.6

R10 系列     公比   RIO-^1Dv/lF 士1.²5

所以部標準規(guī)定：

物鏡（倍數(shù)）系列：2.5X、4 x、6.3x、l〇x、16 x、25 x、4〇x、63 x、l〇〇x。 目鏡（倍數(shù)）系列：6.3x、8x、l〇x、12.5X、lSx、2〇x。

優(yōu)點：①優(yōu)先數(shù)系中，任何一個數(shù)值均為優(yōu)先數(shù)。

②優(yōu)先數(shù)系中，任意兩項之積或商，任意一項的整數(shù)開方或乘方，‘都為優(yōu)先數(shù)。 @物鏡與目鏡組合后，可以多次重復(fù)出現(xiàn)常用的整數(shù)倍，如100父、400 乂、500 乂、 1000 X ••…•等（見下表）。

優(yōu)先系數(shù) 目前歐州、東德、西德在顯微鏡中都已廣泛采用了優(yōu)先數(shù)系來分配物鏡和

目鏡的倍率，國產(chǎn)顯微鏡也正在逐步過度采用，后*采用。例如我們廠的}(JL—02立式

。和X J G—04大型金相顯微鏡的所有物鏡和目鏡都已采用了優(yōu)先數(shù)系系列的配置。

物鏡的分類

例：本廠的4〇x消色差物鏡40X/0.65 160/0,17的光學結(jié)構(gòu)（見上圖》)

• 平場消色差（Planachromat )物鏡t

除滿足消色差〔對F—C消到2 ( d—D) 5N<^〕之外，還要求（見上圖b )

Xs和Xt 1倍焦深，（Xs - Xt) ': 1倍焦深。

例：本廠的PC40X平場消色差物鏡：PC40 X/0.65 〇〇/0的光學結(jié)構(gòu)（見上圖c )

PC為“平場消色差”的代號。

• 復(fù)消色差（AP〇chr〇mat )物鏡：

除（F—C )消色差要求滿足外，對（F—D )或（C—D )也要求消到2 ( d—D ) AN

• 平場S消色差（Plane—Field APochromat )物鏡：

即除了滿足以上平場的要求外，再加上復(fù)消色差的要求。對于“彩色攝影”，當然 是釆用平場復(fù)消色差物鏡。近年來，也有單位搞了“半復(fù)消色差物鏡”。

注：   C光  波長入= 6563埃

D光      入=5893玫

Ft    入二 4861 坎

1. 顯微鏡的鑒別率（鑒別能力）

顯微鏡的鑒別率，主要是由物鏡的鑒別能力所決定。對于鑒別能力不同的兩個物鏡，試 樣的細微纟fl織都可以配成相同的倍數(shù)，冏樣被放火若干倍。這樣雖然幾何放大-樣，但對鑒 別力高的物鏡，則能分辨出試樣上相鄰的2個點.而鑒別力低的物鏡，我們只能看到連在一 片的輪廓而分不開相鄰的2個點。

物錯的鑒別率（鑒別力）：即物鏡所能清晰分辨;丨丨物體相鄰兩點的小距離&，根據(jù)理 論推導(dǎo)，4得K式：

我們總是希望愈小愈好。由上式可知:

1.  )鑒別率的極限波長成正比。波K； 越短，&也越小。
2. ) &與數(shù)位孔徑N.A.成反比。物鏡的N.A。越大，則&也越小。

山此可見，物鐃的數(shù)值孔徑及波長對鑒別率冇直接影響，其數(shù)值孔徑越大，光的波長越 短，則物鏡的鑒別率就越高。這樣，在顯微鏡中就可以看到更細的粒子。

因此，金相顯微鏡常常附冇各種“濾色片”，一方面為了消除一些色差，另一方面有時 也用一些黃、綠、藍等濾色片，把光的波長減短來觀察，以提高鑒別能力。（濾色片與試樣 顏色配合好還可提高襯度。）

(4 )物鏡的數(shù)值孔徑（N.A.)與放大倍數(shù)的關(guān)系

數(shù)值孔徑通常以N.A.表示。（N.A.為Numerical Aperture的縮寫。）它表征若

物鏡的集光能力。上面已經(jīng)說明，物鏡的鑒別能力和數(shù)值孔徑有很大關(guān)系，物鏡的鑒別能力

主要決定于進入物鏡的光線錐所張開的角度，即決定于其角孔徑的大小，角孔徑越大的物鏡

鑒別率就越高。

數(shù)值孔徑（N.A，）= n sin p -It屮 n-一•物鏡前片玻璃到試樣之間的介質(zhì)的折射率

u——角孔徑的一半 例：4〇x 物鏡（干系統(tǒng)）n = 1 u = 40°30^/ 2   u-81°

M. A. = n sin 卩=1 x sin.ioSO’ = 0.65 前而已經(jīng)提到，顯微鏡的分辨能力決定于物鏡的數(shù)值孔徑

(N.A.)和照明光源的波長1 5 = 0^)。&的數(shù)值一般都很小，經(jīng)過物鏡和目鏡兩次

放大后，才能被人眼所觀察到。由于人眼的實際小觀察角在2'到4 z之間，相當于在明視 距離2 5 0毫米處，人眼能看到的鑒別能力在0.15?0.3 0毫米之間。

設(shè)人眼鑒別能力為e，若要使物鏡鑒別的細微部分能為人眼所觀察，必須放大至M= ^倍。

e      e      2 e (N.A ) 2 e

^M= h = (A—丁 -_ ⁼ T^(1X.^A.)

V 2N.A./

所以，顯微鏡的冇效放大倍數(shù)應(yīng)在500 ( N.A.)?1000 ( N.A.)之間。在選用放大倍數(shù)時 ，若不足500 (N.A.)，表示使用不當，未能充分發(fā)揮其作用。若大于1〇〇〇 (N.A.)，表示 此時“空虛放大”（空放），象雖然放大到了一定的倍數(shù)，但不能分辨出細微的部分。所 以，我們一般決定了試驗的放大倍數(shù)以后，還要根據(jù)數(shù)值孔徑（N.A.)的大小來適當?shù)剡x 擇物鏡。

例如 4〇x 物鏡（N.A. ) =0.65

則有效的放大倍數(shù)應(yīng)在（50〇x 0.65 )倍?（1000X 0.65 )倍即 325倍?650倍范圍

內(nèi)。

又如 25x 物鏡（N. A.)二 0.40

則有效的放大倍數(shù)=500 >< 0,40?]_000 x C。40 = 200倍~400倍

在N.A. = n sin 口中，由于sin ji總是• 1 (如sin # = 1 ,則物鏡的工作距離=0 )，所 以，干系統(tǒng)（空氣為介質(zhì)）的ft筻其N.A。總;1小1。即使采用了油為介質(zhì)，目前，大倍 物鏡的N.A•也只能做到1。40 (如Le;t^] “MMS” TS0倍物境N_;A, = 1.40)。所以光學顯微 鏡的放大倍數(shù)就有一定的司限性，-苡只能在1500倍以下肓玟。若要再提高放大倍數(shù)，只能 用波長入比普通可見光短的電子束來代替光源的電子顯微鏡來工作了。

(普通可見光，如D光，入=53S3埃，而電子束的入=0.05埃）