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徕卡课堂 显微镜光学知识讲解-金相显微镜的基本组件-物镜篇(上)

发布时间:2022-07-06      点击次数:246

金相显微镜的光学系统主要由物镜、目镜组成;照明系统由光源、光栏及滤色片等组成。
照明系统已经介绍过,本篇文章主要介绍物镜的主要特征

物镜的主要特征:
(1)物镜的放大率
物镜的放大率用Mo表示
MO=A′B′/ AB =fm/fo(5-12)
式中:fo物镜的焦距;fm为镜筒透镜焦距。
物镜所成的像为实像、倒立。
生物显微镜的物镜常用的放大率为:4×;10×;40×;63×;100×(油)。
金相显微镜物镜常用的放大率为:5×,10×,20×,50×,100×。除此之外根据样品观察的需要,对于低倍的要求,可以配1.25×、1.6×、2.5×物镜。对于更高倍的要求,可以配150×、250×的物镜,但由于一般无限远光学系统的金相显微镜,可以通过改变镜筒透镜的焦距来实现物镜放大率的改变,有些使用者要求显微镜配置1×、1.5×、2×的中间变倍器,而不是选择100×以上的物镜。
  (2) 物镜的数值孔径
物体一点所发出的光线中,通过系统光阑最外侧光线的入射角叫孔径角u,该角的正弦值sinu和介质折射率n乘积为数值孔径,用N·A表示,见图

N·A= n*sin a/2
式中:n为物镜与试样之间的介质折射率。在干燥空气中n=1。在油浸系统香柏油中n=1.515;甘油中n=1.473;水中n=1.333。
数值孔径表示物镜的聚光能力,增大聚光能力,可提高物镜的鉴别率。
 
数值孔径(NA.)是物镜的物理特性 
数值孔径两个要素:物镜的直径(D),工作距离(WD)

不同数值孔径的分辨率:

(3)物镜的景深
景深又称焦点深度,简称焦深,表示物镜对于高低不平物体能清晰成像的能力。
 

  • 数值孔径越大,景深越小

  • 分辨率越高,景深越小

  • 被观察物体周围介质的折射率加大,可增大景深

 
(4)物镜的分辨率
分辨率是物镜能将两个物点清晰分辨的最大能力,用两个物点能清晰分辨的最小距离d的倒数表示。物体通过光学仪器成像时,每一物点对应有一像点,但由于光的衍射,物点的像不再是个几何点,而是不一定大小的衍射亮斑。靠近的两个物点所形成两个亮斑,如果互相重叠则使两个物点分辨不清,从而限制了光学系统的分辨率。显然,像面上衍射图像亮斑半径愈大,系统的分辨率则越小。下图中A1’A2’为物点A1A2的衍射图像,呈同心环状,中心的光线强度最大,衍射环的光线强度随环的直径增大而逐渐减弱。
 
 
(5)物镜的工作距离
物镜的工作距离是指物镜第一个表面到被观察物体之间的距离。
物镜的工作距离与物镜数值孔径有关,物镜倍率越高,数值孔径越大,工作距离就越小。
一般高倍率大孔径的高级物镜,其工作距离在0.2 mm左右,为了避免由于操作不当而产生物镜与试样表面的碰撞致使物镜受损坏,高倍物镜及油镜壳体内装有弹簧装置,以便物镜受压时能顺利地退缩,使物镜和试样得到保护。
 
经验总结:

  • 数值孔径(NA.)正比于分辨率 

  • 数值孔径(NA.)与景深DOF成反比

  • 数值孔径(NA.)与工作距离成反比

  • 放大率增大,数值孔径(NA.)增大,但非线性

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