1、觀察物體時，物觀察物體時，物體細節對眼睛節點的張角必須大于眼睛的體細節對眼睛節點的張角必須大于眼睛的，眼睛才能分辨。物，眼睛才能分辨。物體離眼睛越近，張角越大，但被觀體離眼睛越近，張角越大，但被觀察的物體距離受眼睛近點限制。當物體移至近點處而其視角仍察的物體距離受眼睛近點限制。當物體移至近點處而其視角仍小于極限分辨角時，人眼不無法分辨其細節，必須借助于放大小于極限分辨角時，人眼不無法分辨其細節，必須借助于放大鏡甚至顯微鏡將其放大，使放大后的像對眼的視角大于極限分鏡甚至顯微鏡將其放大，使放大后的像對眼的視角大于極限分辨角。辨角。7-2 放大鏡放大鏡n目視光學儀器，可以擴大人眼的視覺能力；目視光學

2、儀器，可以擴大人眼的視覺能力；其像對人眼的張角其像對人眼的張角大于人眼直接觀察時物對眼的張角。大于人眼直接觀察時物對眼的張角。一、視覺放大率一、視覺放大率 眼睛是目視儀器的接收器，人眼感覺到的物體大小取決于其眼睛是目視儀器的接收器，人眼感覺到的物體大小取決于其在視網膜上成像的大小，與物經光學系統后像對人眼張角的在視網膜上成像的大小，與物經光學系統后像對人眼張角的正切成正比，因此，目視儀器的放大率不能只用光學系統的正切成正比，因此，目視儀器的放大率不能只用光學系統的放大率表示，通常采用放大率表示，通常采用。 視覺放大率視覺放大率用儀器觀察物體時，視網膜上的像高yi與用人眼直接觀察物體時視網膜上的

3、像高ye 之比，即 =y i / y e 設人眼后節點到視網膜的距離為l，為人眼直接觀察物體時對人眼所張的視角,為用儀器觀察物體時物體的像對人眼所張的視角。 tgtgtgltglyyei當人眼直接觀察物體時當人眼直接觀察物體時, 一般把物體放在明視距離一般把物體放在明視距離D=250mm上。上。Dytgy yF 當通過放大鏡觀察時，假設眼瞳到放大鏡的軸向距離為P，成像屏到放大鏡的軸向距離為l，則有：tg =y /(P-l) -l f P )lPy(Dy 放大鏡的視覺放大率并非常數，取決于觀察條件。1 1、當調焦在無限遠、當調焦在無限遠, 即即l =時時, 物體放在放大鏡的前焦點上： = D/f

4、 = 250/f此視覺放大率作為放大鏡和目鏡的光學常數。 2 2、正常視力的眼睛一般把物像正常視力的眼睛一般把物像調焦在明視距離調焦在明視距離D D, 即即 P -l =D 時：時：=1+(250-P )/f 此式適用于小放大倍率此式適用于小放大倍率(長焦距長焦距)的放大鏡。的放大鏡。實際看書用時，實際看書用時，P 0，則：，則：fDlPlfyflfyfxy ,有1250f3.3.常用放大鏡。倍率一般為常用放大鏡。倍率一般為2.5-252.5-25倍。單透鏡作為放大鏡，一般不超過倍。單透鏡作為放大鏡，一般不超過3 3倍。倍。出出 瞳瞳漸暈光闌漸暈光闌 3 A0 1 P 2a 2hB1 B2 B

5、3 二、光束限制和線視場二、光束限制和線視場 放大鏡與眼睛組合構成目視光學系統。眼瞳是孔徑光闌放大鏡與眼睛組合構成目視光學系統。眼瞳是孔徑光闌, 又是出瞳；放大鏡框是漸暈光闌，視場大小由漸暈大小確定。又是出瞳；放大鏡框是漸暈光闌，視場大小由漸暈大小確定。 f y f 眼瞳眼瞳H F H F 當漸暈系數分別為100%、50%、0時,像方視場角的正切分別為:PahtgPhtgPahtg21,放大鏡的視場通常用物方線視場2y表示, 當物面放在放大鏡前焦面時, 像平面在無限遠, (50%漸暈), 則線視場:mmPhtgfy050022* 放大鏡的倍率越大放大鏡的倍率越大, 線視場越小線視場越小, 眼睛

6、越靠近；眼睛越靠近；* 放大鏡孔徑越大放大鏡孔徑越大, 視場越大。視場越大。2a f250討論：該如何選擇其放大倍率？dhy5002線視場放大鏡半徑放大倍率人眼與放大鏡的距離hy 2視場越大放大鏡的直徑越大，線12y場越大放大鏡的倍率小，線視P12 y近，線視場越大人眼與放大鏡的距離越常用的放大鏡，倍率在2.525。單透鏡作放大鏡，通常不超過3。放大鏡的視放大率放大鏡的視放大率250f如果要如果要1，則要求透鏡焦距，則要求透鏡焦距f250要提高放大鏡的視放大率，必須減小透鏡的焦要提高放大鏡的視放大率，必須減小透鏡的焦距，但對于一個簡單的單正透鏡，其焦距不距，但對于一個簡單的單正透鏡，其焦距不可

7、能很小可能很小為什么？為什么？例如：例如： =15，則焦距，則焦距如果第二面做成平面，如果第二面做成平面， r2=， 則則r1=8.5mm6 .1615250f2111) 1(1rrnf焦距公式焦距公式假設透鏡為雙凸對稱，假設透鏡為雙凸對稱，r1=-r2，取，取n=1.5可得可得r1=-r2=17mm半徑如此之小，不好加工，口徑也小。半徑如此之小，不好加工，口徑也小。 顯微鏡的工作原理顯微鏡的工作原理顯微鏡就是一個復雜化的放大鏡顯微鏡就是一個復雜化的放大鏡提高放大鏡的視放大率的途徑：提高放大鏡的視放大率的途徑： 減小焦距，剛才分析，可能性不大減小焦距，剛才分析，可能性不大 增大物高。增大物高。

8、放大鏡的視角放大鏡的視角 fytg儀可以設想先將物體通過一個透鏡放大成像，可以設想先將物體通過一個透鏡放大成像，然后再通過放大鏡放大，由人眼觀察。然后再通過放大鏡放大，由人眼觀察。這就是顯微鏡的原理這就是顯微鏡的原理 7-3 顯微鏡系統顯微鏡系統一、顯微鏡的組成：一、顯微鏡的組成： 顯微鏡是由物鏡、目鏡和照明系統三部分組成。 物體經顯微鏡的物鏡放大成像后，其像再經目鏡放大以供人眼觀察。222pap 1.成像原理成像原理oF1O2OeFeFoF物鏡目鏡物鏡目鏡ABAB在物鏡前焦面稍前處AB（放大倒立的實像）物鏡BA在目鏡前焦面稍后處BAA B 處位于無窮遠或明視距離（放大虛像）目鏡BA 眼睛通過

9、目鏡看到的不是物體本身，而是物體被物鏡所成的眼睛通過目鏡看到的不是物體本身，而是物體被物鏡所成的像。因此，目鏡的成像光束是被物鏡限制了的。像。因此，目鏡的成像光束是被物鏡限制了的。oF1O2OeFeFoFABABA B 二、視覺放大倍率二、視覺放大倍率eoeFFFBA上，顯微鏡光學筒長為位于對于正常眼，ooooffxeef 250eoeooeeoffff250250eoff1,eoffff 250系統的組合焦距系統的組合焦距顯微鏡是一個復雜的放大鏡顯微鏡是一個復雜的放大鏡機械筒長：機械筒長：物鏡支承面到目鏡支承面之間的距離；物鏡支承面到目鏡支承面之間的距離； 我國規定我國規定160mm。光學筒

10、長：光學筒長：物鏡像方焦點到目鏡物方焦點之間的距離物鏡像方焦點到目鏡物方焦點之間的距離。共軛距：共軛距：通用顯微鏡從物平面到像平面的距離。通用顯微鏡從物平面到像平面的距離。2022-3-2118三、顯微鏡的機構三、顯微鏡的機構物鏡：通過旋轉式轉換器接到鏡筒的下端面物鏡：通過旋轉式轉換器接到鏡筒的下端面 目鏡：插入式目鏡：插入式 滿足齊焦要求：調換物鏡后，不需要調焦就能看到像。滿足齊焦要求：調換物鏡后，不需要調焦就能看到像。 什么是齊焦要求？什么是齊焦要求？設計顯微鏡時的要求：光學筒長設計顯微鏡時的要求：光學筒長的選擇應滿足的選擇應滿足齊焦條件齊焦條件 （1 1）物鏡調換后，像面不動，物面不動）

11、物鏡調換后，像面不動，物面不動 物鏡共軛距不變（物鏡共軛距不變（195mm) 195mm) ； （2 2）物鏡像面即目鏡前焦面不動）物鏡像面即目鏡前焦面不動在上端面以下在上端面以下10mm10mm處處 ； （3 3）機械筒長：上下端面）機械筒長：上下端面 之間的距離（之間的距離（160mm160mm），有的顯微鏡機械筒長可調），有的顯微鏡機械筒長可調 調換物鏡（目鏡）后微調焦不可避免，故還必須有微動機構調換物鏡（目鏡）后微調焦不可避免，故還必須有微動機構 4. 4. 顯微鏡與放大鏡的比較顯微鏡與放大鏡的比較（1）具有更大的放大率，二次放大；）具有更大的放大率，二次放大；（2）人眼離物面較遠，使

12、用方便；）人眼離物面較遠，使用方便；（3）物鏡和目鏡可調換，從而得到多種放大率；）物鏡和目鏡可調換，從而得到多種放大率；（4）具有中間實像面，可放置分劃板，用于測量（構成測微目鏡）具有中間實像面，可放置分劃板，用于測量（構成測微目鏡）（5）通過目鏡的離焦，可把微小物體經二次放大以后的實像顯示出來。）通過目鏡的離焦，可把微小物體經二次放大以后的實像顯示出來。oF1O2OeFeFoFABABA B 三、顯微鏡的光束限制：三、顯微鏡的光束限制： （1 1）孔徑光闌：）孔徑光闌： 對于單組低倍物鏡，物鏡框就是孔徑光闌；對于單組低倍物鏡，物鏡框就是孔徑光闌； 對于多組復雜物鏡，最后一組的鏡框作為孔徑光對

13、于多組復雜物鏡，最后一組的鏡框作為孔徑光闌；闌； 或專門設置孔徑光闌（在像方焦平面上）。或專門設置孔徑光闌（在像方焦平面上）。 * * 觀察者的眼瞳一般應與出瞳（孔徑光闌經目鏡的像觀察者的眼瞳一般應與出瞳（孔徑光闌經目鏡的像) )重合。重合。 出瞳的直徑： 由正弦條件：nysinu = nysinu ，得： D =500NA/ mm 式中：NA = nsinu稱作數值孔徑，是一個重要參數。 一般小于眼瞳的直徑，只在低倍時才大于眼瞳直徑。 （2 2）視場光闌與視場）視場光闌與視場 視場光闌一般專設在物鏡的像方焦平面像方焦平面上。 所以，入射窗與物平面重合，可以觀察到清晰的界限和照度均勻的視場。

14、視場光闌的大小應與目鏡的視場角一致，此時，視場為：5002mmtgy所以，視覺放大率越大，物空間的線視場越小。所以，視覺放大率越大，物空間的線視場越小。（3 3）顯微鏡的景深：）顯微鏡的景深： 當把顯微鏡調焦到某一平面時，在對準平面前后的一定范圍內也能成清晰的像，這一范圍稱為顯微鏡的景深。12502nNA 故，故，顯微鏡的放大率越高、顯微鏡的放大率越高、NA越大，景深越小越大，景深越小。景深大小決定顯微鏡的調焦誤差，景深越大，調焦誤差越大。景深大小決定顯微鏡的調焦誤差，景深越大，調焦誤差越大。一般顯微鏡的景深最大不超過一般顯微鏡的景深最大不超過0.5mm。四、顯微鏡的分辨率和有效放大率：四、顯

15、微鏡的分辨率和有效放大率： 分辨率以它所能分辨的兩點之間最小距離表示：分辨率以它所能分辨的兩點之間最小距離表示： 瑞利判據：瑞利判據：=0.61/NA 道威判據：道威判據：=0.5/NA 所以，顯微鏡的分辨率取決于數值孔徑NA，與目鏡無關。 目鏡只是把物鏡的像放大，放大倍率再高也不能把物鏡不能分辨的物體細節看清。有效放大率：為充分利用物鏡的分辨率，使被物鏡分辨出的細 節同時能被眼睛看清，滿足這一條件的放大率。若眼睛的分辨角距離為：24，照明波長為0.555m，可得：5001000NANA四、顯微鏡的照明方法：四、顯微鏡的照明方法： 顯微鏡對照明的要求：顯微鏡對照明的要求：足夠的亮度；照明均勻；

16、有一定的孔徑角，且與物足夠的亮度；照明均勻；有一定的孔徑角，且與物鏡相配合；有一定大小的照明范圍（視場）。鏡相配合；有一定大小的照明范圍（視場）。常用的照明方法常用的照明方法：透射光亮視場照明；反射光亮視場照明；透射光亮視場照明；反射光亮視場照明；透射光暗視場照明；透射光暗視場照明；反射光暗視場照明。反射光暗視場照明。其中，第一種照明方法應用較多，照明方式分為兩種：其中，第一種照明方法應用較多，照明方式分為兩種：臨界臨界照明照明和和柯勒照明?？吕照彰?。臨界照明臨界照明柯勒照明柯勒照明對顯微鏡成像的幾點分析對顯微鏡成像的幾點分析 物平面應位于物鏡的物方焦點到兩倍焦物平面應位于物鏡的物方焦點到兩倍

17、焦距之間，以實現物鏡的一級放大。距之間，以實現物鏡的一級放大。 物平面應位于整個顯微鏡組合物方焦點物平面應位于整個顯微鏡組合物方焦點以內，并十分靠近物方焦點處，以使得以內，并十分靠近物方焦點處，以使得物體經顯微鏡成像于物體經顯微鏡成像于250mm250mm以外至以外至處。處。 顯微鏡可以通過調換不同倍率的物鏡和顯微鏡可以通過調換不同倍率的物鏡和目鏡，方便迅速地獲得顯微鏡的多種放目鏡，方便迅速地獲得顯微鏡的多種放大率。大率。 顯微鏡因為有中間實像，能實現對物體顯微鏡因為有中間實像，能實現對物體的瞄準和測量的瞄準和測量。顯微鏡的分辨力顯微鏡的分辨力 顯微鏡的分辨力取決于光學系統對光的衍顯微鏡的分辨

18、力取決于光學系統對光的衍射狀況。射狀況。 根據瑞利判斷，兩個相鄰像點之根據瑞利判斷，兩個相鄰像點之間的間隔等于艾里斑的半徑時，則能被光間的間隔等于艾里斑的半徑時，則能被光學系統分辨學系統分辨。 顯微鏡的分辨力用所能分辨的物方最小距顯微鏡的分辨力用所能分辨的物方最小距離表示離表示 NA：數值孔徑數值孔徑 是光學系統的重要參數是光學系統的重要參數NAuna61. 0sin61. 00.61 / sin anuununsinsin提高顯微鏡分辨力的可能性提高顯微鏡分辨力的可能性 顯微鏡的分辨力主要取決于顯微物鏡的顯微鏡的分辨力主要取決于顯微物鏡的數值孔徑數值孔徑NA 提高數值孔徑的方法是增大孔徑角，

19、物提高數值孔徑的方法是增大孔徑角，物方孔徑角方孔徑角U最大可達最大可達6070，因此，因此，顯微物鏡屬于大孔徑系統。顯微物鏡屬于大孔徑系統。 提高數值孔徑的另一方法是提高物方空提高數值孔徑的另一方法是提高物方空間的折射率，間的折射率，“油浸物鏡油浸物鏡”便是用于這便是用于這一目的。（如杉木油或二碘甲烷等），一目的。（如杉木油或二碘甲烷等），可使數值孔徑達到可使數值孔徑達到1.51.5 光學顯微鏡的極限分辨距約為光學顯微鏡的極限分辨距約為/3/3。提高顯微鏡分辨力的可能性提高顯微鏡分辨力的可能性 提高顯微鏡分辨率的另一途徑就是用電子提高顯微鏡分辨率的另一途徑就是用電子束來代替光。根據德布羅意的物

20、質波理論束來代替光。根據德布羅意的物質波理論，運動的電子具有波動性，而且速度越快，運動的電子具有波動性，而且速度越快，它的，它的“波長波長”就越短。就越短。 電子顯微鏡是電子顯微鏡是2020世紀最重要的發明之一。世紀最重要的發明之一。由于電子的速度可以加到很高，電子顯微由于電子的速度可以加到很高，電子顯微鏡的分辨率可以達到納米級（鏡的分辨率可以達到納米級（1010-9-9m m）。）。例題：如果要求讀數顯微鏡的瞄準精例題：如果要求讀數顯微鏡的瞄準精度為度為0.001mm0.001mm，求顯微鏡的放大率。，求顯微鏡的放大率。 解解 人眼直接觀察人眼直接觀察0.001mm的物體所對應的物體所對應的視角為的視角為 人眼的視角分辨力為人眼的視角分辨力為60，因此要求顯因此要求顯微鏡的視放大率為微鏡的視放大率為6104250001. 0etg73104606tgtgtg分析 如果使用如果使用10的目鏡，則根據公式可以求的目鏡，則根據公式可以求得物鏡的放大倍數為得物鏡的放大倍數