服务热线

020-88888888
网站导航
主营产品:
技术文章
当前位置:主页 > 技术文章 >

探究显微镜的光学原理及其性能

时间:2020-12-04 10:15 来源:上海帆丽华  作者:管理员 点击次数:
 
常规光学显微镜主要由光学系统和支撑其的机械结构组成,光学系统包括物镜、目镜和聚光镜,它们是一种复杂的放大镜,由各种光学玻璃制成。将标本放大成像,放大倍率 M由下式确定: M=Δ∕ f"物", f"物"是物镜的焦距,Δ可以理解为物镜到目镜的距离。眼镜会将物镜的镜像再一次放大,形成一个虚像,在人的眼前250 mm处供人观察,大多数人都觉得 zui看得很舒服,而眼镜镜的倍率 M目=250/f目, f目是目镜的焦距。总的放大倍数是物镜和目镜的乘积,即 M= M* M目=Δ*250∕ f"目* f";降低物镜和目镜的焦距,可以提高总放大倍率,这是利用显微镜能看到细菌和其他微生物的关键,也是它和普通放大镜的区别之处。
 
因此,可以设想一下 f’ sf’目可否无限缩小,以提高放大倍率,让我们看到更细微的物体?答案是不可能!因为用来成像的光本质上是一种电磁波,所以在传播过程中不会出现衍射和干涉现象,就像日常所见水面上的波纹遇到障碍时可以绕过,两列水波相遇时可以互相增强或削弱一样。在物镜中,当光波从一个点状的发光物点进入物镜时,物镜的边缘会阻碍光线传播,产生衍射和干涉,这种现象在物镜中是不能会集的,但在物镜的中央会形成一定大小的光斑,在物镜的边缘会出现一系列光环,光斑的强度很低,并且会逐渐减弱,我们称之为艾里斑,当两个发光点距离很近时,两个光斑就会重叠,直到不能确定是两个光斑。Rriley提出了一种判别标准,即当两个光斑的中心相距等于 Ariley斑半径时,两光斑是可以分辨的,通过计算,此时两个发光点之间的距离 e=0.61入/n.si nA=0.61入/N. A,公式中入为光波波长,人眼可接收的光波波长约为0.4~0.7 um, n=在空气中时, n=1,在水中, n=1.33入, A=0.4~0.7 um, N=0.7 um, A=0.7 um, A=0.7 um。可见,物镜能分辨两点之间的距离受光波波长和数值孔径的限制,因为人眼可见的 zui灵敏度波长约为0.5 um, A的角度不可能超过90度, sinA的总距离小于1 um,对透光介质来说, zui的大折射率约为1.5 um,因此 e值总是大于0.2 um,这是光学显微镜能分辨的 zui小极限距离。用显微镜放大成像时,如果想要用某种 N. A值的物镜分辨率将物点间距放大至人眼所能分辨的距离 M. e≥0.15 mm,此处0.15 mm为实验得出的人眼能分辨的置于眼前250 mm处两微物之间的 zui距离,因此 M≥(0.15∕0.61) N. A=500 N. A,为了便于观察,将 M增大一倍就足够了,即500 N. A≤ M≤1000 N. A,是显微镜总倍率的合理选择范围,再大的总倍率也无济于事,因为物镜数值孔径已限制了 zui的小可分辨距离,提高放大倍率已不再可能区分更小的物体细节。
 
图像衬度是光学显微镜中的另一个重要问题,所谓衬度,就是相邻部分之间的黑白对比度或颜色差异,人眼对0.02以下的亮度差异难以判断,对颜色差异稍有敏感性。一些显微镜观察物体,例如生物标本,其细节之间的亮度差异很小,加上显微镜光学系统的设计和制造误差,使得其成像衬度进一步降低而难以分辨,此时无法看到物体的细节,这并不是总放大倍率过低,或者物镜数值孔径太小,而是因为镜面衬度过低。
 
经过多年的努力,为了提高显微镜的分辨率和成像衬度,人们付出了艰苦的努力,随着计算机技术和工具的不断进步,光学设计的理论和方法也在不断改进,加上原材料性能的提高,工艺和检测手段的不断改进,观察方法的不断创新,使得光学显微镜的成像质量已经达到了衍射极限的完美程度,人们将采用染色、暗场、衬相衬、荧光、干涉、偏光等观察技术,使其能够适应对形形色色标本的研究,尽管近几年来,电子显微镜、超声显微镜等放大成像仪器相继出现,在某些方面有一定的优越性,但是,由于其价格低廉、方便、直观、尤其是适合活体研究的特点,光学显微镜在这方面仍然不能与之相媲美,它仍然牢牢地占据着自己的地位。同时,与激光、计算机、新材料技术、信息技术相结合,使古老的光学显微镜焕发了青春和活力,数码显微镜、激光共焦扫描显微镜、近场扫描显微镜、双光子显微镜以及具有多种新功能或能适应各种新环境条件的仪器层出不穷,更拓展了光学显微镜的应用领域,作为例子。这张从火星探险车上传回的岩石微照片真让人兴奋!可以肯定的是,光学显微镜将以新的姿态为人类服务。
 
相关文章

Copyright © 2002-2020 上海帆丽华仪器有限公司 版权所有  

地址:上海市浦东新区2444242号 电话:020-88888888 邮箱:778856@youweb.com

网站地图:上海帆丽华仪器欢迎您

关注我们

服务热线

020-88888888

企业微信

扫一扫,关注我们