顯微鏡的光學的初級原理

　　顯微鏡在中學階段已經讓我們學習過了，學習了制作樣本，觀察細胞，像洋蔥細胞，雙子葉植物細胞等等。那么顯微鏡的成像原理有哪些呢?

　　一、顯微鏡的光學的初級原理其一折射和折射率

　　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、顯微鏡的光學的初級原理其二透鏡的性能

　　透鏡是組成顯微鏡光學系統的最基本的光學元件，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、顯微鏡的光學的初級原理其三影響成像的關鍵因素—相差

　　由于客觀條件，任何光學系統都不能生成理論上理想的象，各種象差的存在影響了成像質量。下面分別簡要介紹各種相差。

　　1. 色差(Chromatic aberration)

　　色差是透鏡成像的一個嚴重缺陷，發生在多色光為光源的情況下，單色光不產生色差。白光由紅 橙黃綠 青 藍 紫 七種組成，各種光的波長不同 ，所以在通過透鏡時的折射率也不同，這樣物方一個點，在象方則可能形成一個色斑。

　　色差一般有位置色差，放大率色差。位置色差使像在任何位置觀察，都帶有色斑或暈環，使像模糊不清。而放大率色差使像帶有彩色邊緣

　　2. 球差(Spherical aberration)

　　球差是軸上點的單色相差，是由于透鏡的球形表面造成的。球差造成的結果是，一個點成像后，不在是個亮點，而是一個中間亮邊緣逐漸模糊的亮斑。從而影響成像質量。

　　球差的矯正常利用透鏡組合來消除，由于凸、凹透鏡的球差是相反的，可選配不同材料的凸凹透鏡膠合起來給予消除。舊型號顯微鏡，物鏡的球差沒有矯正，應與相應的補償目鏡配合，才能達到糾正效果。一般新型顯微鏡的球差由物鏡消除。

　　3. 慧差(Coma)

　　慧差屬軸外點的單色相差。軸外物點以大孔徑光束成象時，發出的光束通過透鏡后，不再相交一點，則一光點的象便會得到一逗點壯，型如慧星，故稱“慧差”。

　　4. 象散(Astigmatism)

　　象散也是影響清晰度的軸外點單色相差。當視場很大時，邊緣上的物點離光軸遠，光束傾斜大，經透鏡后則引起象散。象散使原來的物點在成象后變成兩個分離并且相互垂直的短線，在理想象平面上綜合后，形成一個橢圓形的斑點。象散是通過復雜的透鏡組合來消除。

　　5. 場曲(Curvature of field)

　　場曲又稱“象場彎曲”。當透鏡存在場曲時，整個光束的交點不與理想象點重合，雖然在每個特定點都能得到清晰的象點，但整個象平面則是一個曲面。這樣在鏡檢時不能同時看清整個相面，給觀察和照相造成困難。因此研究用顯微鏡的物鏡一般都是平場物鏡，這種物鏡已經矯正了場曲;。

　　6. 畸變(Distortion)

　　前面所說各種相差除場曲外，都影響象的清晰度。畸變是另一種性質的相差，光束的同心性不受到破壞。因此，不影響象的清晰度，但使象與原物體比，在形狀上造成失真。

　　在使用顯微鏡的時候我們應該注意保養和清潔，以免造成不必要的誤差. 顯微鏡的光學的初級原理其實很簡單。

　　四、顯微鏡的成象(幾何成象)原理

　　顯微鏡之所以能將被檢物體進行放大，是通過透鏡來實現的。單透鏡成象具有象差，嚴重影響成象質量。因此顯微鏡的主要光學部件都由透鏡組合而成。從透鏡的性能可知，只有凸透鏡才能起放大作用，而凹透鏡不行。顯微鏡的物鏡與目鏡雖都由透鏡組合而成，但相當于一個凸透鏡。為便于了解顯微鏡的放大原理，簡要說明一下凸透鏡的5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。

　　顯微鏡的成象原理就是利用上述(3)和(5)的規律把物體放大的。當物體處在物鏡前F-2F(F為物方焦距)之間，則在物鏡象方的二倍焦距以外形成放大的倒立實象。在顯微鏡的設計上，將此象落在目鏡的一倍焦距F1之內，使物鏡所放大的次象(中間象)，又被目鏡再一次放大，最終在目鏡的物方(中間象的同側)、人眼的明視距離(250mm)處形成放大的直立(相對中間象而言)虛象。因此，當我們在鏡檢時，通過目鏡(不另加轉換棱鏡)看到的象于原物體的象，方向相反。

　　五、顯微鏡光學系統簡介

　　顯微鏡光學系統的設計有三種光學系統。

　　1 長筒光學系統

　　2 無限遠校正光學系統，它分體現了無限遠校正方式的*性。光線通過物鏡后成為平行光束通過鏡筒，并在結象透鏡處折射或完成無相差的中間象。物鏡與觀察筒內結象透鏡之間可添加光學附件，而不影響總放大倍數。另外這種光學系統不需要安裝附加校正透鏡，都能得到顯微圖象。