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金相显微镜的原理 日期:2016.09.30
 显微镜的成像原理

众所周知,放大镜是最简单的一种光学仪器, 它实际上是一块会聚透镜(凸透镜),利 用它可以将物体放大。其成像光学原理如图 1-1 所示。

当物体 AB 置于透镜焦距 f 以外时,得到倒立的放大实像 AB′(如图 1-1a)),它 的位置在 2 倍焦距以外。若将物体 AB 放在透镜焦距内,就可看到一个放大正立的虚象 A B′(如图 1-1b))。映象的长度与物体长度之比(AB/AB)就是放大镜的放大倍数(放 大率)。若放大镜到物体之间的距离 a 近似等于透镜的焦距(af),而放大镜到像间的距离 b 近似相当于人眼明视距离(250mm),则放大镜的放大倍数为:N=b/a=250/f


由上式知,透镜的焦距越短,放大镜的放大倍数越大。一般采用的放大镜焦距在 10~100mm 范围内,因而放大倍数在 2.5~25 倍之间。进一步提高放大倍数,将会由于透镜 焦距缩短和表面曲率过分增大而使形成的映象变得模糊不清。为了得到更高的放大倍数,就 要采用显微镜,显微镜可以使放大倍数达到 1500~2000 倍。

显微镜不象放大镜那样由单个透镜组成,而是由两级特定透镜所组成。靠近被观察物体 的透镜叫做物镜,而靠近眼睛的透镜叫做目镜。借助物镜与目镜的两次放大,就能将物体放 大到很高的倍数(~2000 倍)。图 1-2 所示是在显微镜中得到放大物像的光学原理图。





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透镜成像规律是依据近轴光线得出的结论。近轴光线是指与光轴接近平行(即夹角很小)

的光线。由于物理条件的限制,实际光学系统的成像与近轴光线成像不同,两者存在偏离, 这种相对于近轴成像的偏离就叫做像差。像差的产生降低了光学仪器的精确性。按像差产生 原因可分为两类:一类是单色光成像时的像差,叫做单色像差。如球差、慧差、像散、像场 弯曲和畸变均属单色像差;另一类是多色光成像时,由于介质折射率随光的波长不同而引起 的像差,叫做色差。色差又可分为位置色差和放大率色差。

透镜成像的主要缺陷就是球面差和色差(波长差)。球面差是指由于球面透镜的中心部 分和边缘部分的厚度不同,造成不同折射现象,致使来自于试样表面同一点上的光线经折射 后不能聚集于一点(图 1-3),因此使映像模糊不清。球面像差的程度与光通过透镜的面积 <

有关。光圈放得越大,光线通过透镜的面积越大,球面像差就越严重;反之,缩小光圈,限 制边缘光线射入,使用通过透镜中心部分的光线,可减小球面像差。但光圈太小,也会影响 成像的清晰度。色差的产生是由于白光中各种不同波长的光线在穿过透镜时折射率不同,其 中紫色光线的波长最短,折射率最大,在距透镜最近处成像;红色光线的波长最长,折射率 最小,在距透镜最远处成像;其余的黄、绿、蓝等光线则在它们之间成像。这些光线所成的 像不能集中于一点,而呈现带有彩色边缘的光环。色差的存在也会降低透镜成像的清晰度, 也应予以校正。通常采用单色光源(或加滤光片),也可使用复合透镜。如图 1-3 所示。