一、顯微鏡的原理

*，放大鏡可以用來(lái)幫助眼睛觀察微小的物體。我們先來(lái)討論-下放大鏡 的放大原理。

物體在人眼網(wǎng)膜上成象的大小，決定于物體對(duì)眼睛節(jié)點(diǎn)所對(duì)的角度0。

這時(shí)，實(shí)物高為h，對(duì)眼睛的張角為0。正常人眼睛看物體時(shí)，適宜的距離大

約在250毫米左右，在這個(gè)距離（y =250毫米）眼睛可以很好地區(qū)分物體的細(xì)微部分而不過(guò) 度疲勞，因此，250毫米這個(gè)距離稱為“明視距離”。

通過(guò)放大鏡后，高度為h的物體，視角變成了

所以，放大鏡的放大率等于：

借放大鏡所看到的視角（9') 0^₌ h/f _ / ₌250

以眼睛看到物體在近點(diǎn)的視角（e) — 〇 — h// — f — f

由上圖也可寫成： 放火率--j = -²!⁰

由上可知，雖然透鏡的焦距愈短，放大率就愈大，但實(shí)際上不可能用焦距（f)很短的 放大鏡來(lái)觀察。透鏡的曲率半徑太小，眼睛所觀察到的范圍就更小，目像差愈顯著，所以放 大鏡一般均在20倍以下。若要再提高放大倍數(shù)，就必須用顯微鏡。

顯微鏡通常由物鏡和目鐿兩次放大而得到倍數(shù)較高的放 大象。物體AB經(jīng)物鏡放大成象A/B%                                             經(jīng)目鏡放大成象

A"B"〇

1. 物鏡與目鏡倍數(shù)的定義和選擇依據(jù) 40/0.65——表示物鏡40倍，數(shù)值孔徑N,A. = 0,65。

160/0——表示機(jī)械筒長(zhǎng)為160毫米的金相用物鏡，“ 0 ”

表示蓋玻片的厚度=〇 (即表示沒(méi)冇蓋玻片）。

有的物鏡標(biāo)為160/0.17,表示該物鏡用于蓋玻片為0.17厚的透射光（生物）顯微鏡系統(tǒng)。 〇〇/〇——表示該物鏡用于機(jī)械筒長(zhǎng)為無(wú)限遠(yuǎn)的金相顯微鏡。

對(duì)于有限筒長(zhǎng)：物鏡放大倍數(shù)=>

對(duì)于機(jī)械筒長(zhǎng)為無(wú)限遠(yuǎn)的系統(tǒng)：物泣放大倍數(shù)=

物鏡焦Mi 物鏡焦距

(對(duì)于機(jī)械筒長(zhǎng)為無(wú)限遠(yuǎn)的系統(tǒng)，補(bǔ)結(jié)透鏡焦距部標(biāo)準(zhǔn)已規(guī)定為250毫米。）由上式可 知，物鏡的焦g巨愈短，倍數(shù)也就愈大。

目鏡放大倍數(shù)=人眼明視取」駕=-^{2 5} 〇 曰位撒目釀距目鏡錢

顯微鏡的總放火倍數(shù)=物鏡放大倍數(shù)X目鏡放人倍H 物鏡與0鏡倍數(shù)的選擇，主要M采用“優(yōu)先數(shù)系”系列：

R5    系列   公比   只5-\/10土1.6

R10 系列     公比   RIO-^1Dv/lF 士1.²5

所以部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：

物鏡（倍數(shù)）系列：2.5X、4 x、6.3x、l〇x、16 x、25 x、4〇x、63 x、l〇〇x。 目鏡（倍數(shù)）系列：6.3x、8x、l〇x、12.5X、lSx、2〇x。

優(yōu)點(diǎn)：①優(yōu)先數(shù)系中，任何一個(gè)數(shù)值均為優(yōu)先數(shù)。

②優(yōu)先數(shù)系中，任意兩項(xiàng)之積或商，任意一項(xiàng)的整數(shù)開(kāi)方或乘方，‘都為優(yōu)先數(shù)。 @物鏡與目鏡組合后，可以多次重復(fù)出現(xiàn)常用的整數(shù)倍，如100父、400 乂、500 乂、 1000 X ••…•等（見(jiàn)下表）。

優(yōu)先系數(shù) 目前歐州、東德、西德在顯微鏡中都已廣泛采用了優(yōu)先數(shù)系來(lái)分配物鏡和

目鏡的倍率，國(guó)產(chǎn)顯微鏡也正在逐步過(guò)度采用，后*采用。例如我們廠的}(JL—02立式

。和X J G—04大型金相顯微鏡的所有物鏡和目鏡都已采用了優(yōu)先數(shù)系系列的配置。

物鏡的分類

例：本廠的4〇x消色差物鏡40X/0.65 160/0,17的光學(xué)結(jié)構(gòu)（見(jiàn)上圖》)

• 平場(chǎng)消色差（Planachromat )物鏡t

除滿足消色差〔對(duì)F—C消到2 ( d—D) 5N<^〕之外，還要求（見(jiàn)上圖b )

Xs和Xt 1倍焦深，（Xs - Xt) ': 1倍焦深。

例：本廠的PC40X平場(chǎng)消色差物鏡：PC40 X/0.65 〇〇/0的光學(xué)結(jié)構(gòu)（見(jiàn)上圖c )

PC為“平場(chǎng)消色差”的代號(hào)。

• 復(fù)消色差（AP〇chr〇mat )物鏡：

除（F—C )消色差要求滿足外，對(duì)（F—D )或（C—D )也要求消到2 ( d—D ) AN

• 平場(chǎng)S消色差（Plane—Field APochromat )物鏡：

即除了滿足以上平場(chǎng)的要求外，再加上復(fù)消色差的要求。對(duì)于“彩色攝影”，當(dāng)然 是釆用平場(chǎng)復(fù)消色差物鏡。近年來(lái)，也有單位搞了“半復(fù)消色差物鏡”。

注：   C光  波長(zhǎng)入= 6563埃

D光      入=5893玫

Ft    入二 4861 坎

1. 顯微鏡的鑒別率（鑒別能力）

顯微鏡的鑒別率，主要是由物鏡的鑒別能力所決定。對(duì)于鑒別能力不同的兩個(gè)物鏡，試 樣的細(xì)微纟fl織都可以配成相同的倍數(shù)，冏樣被放火若干倍。這樣雖然幾何放大-樣，但對(duì)鑒 別力高的物鏡，則能分辨出試樣上相鄰的2個(gè)點(diǎn).而鑒別力低的物鏡，我們只能看到連在一 片的輪廓而分不開(kāi)相鄰的2個(gè)點(diǎn)。

物錯(cuò)的鑒別率（鑒別力）：即物鏡所能清晰分辨;丨丨物體相鄰兩點(diǎn)的小距離&，根據(jù)理 論推導(dǎo)，4得K式：

我們總是希望愈小愈好。由上式可知:

1.  )鑒別率的極限波長(zhǎng)成正比。波K； 越短，&也越小。
2. ) &與數(shù)位孔徑N.A.成反比。物鏡的N.A。越大，則&也越小。

山此可見(jiàn)，物鐃的數(shù)值孔徑及波長(zhǎng)對(duì)鑒別率冇直接影響，其數(shù)值孔徑越大，光的波長(zhǎng)越 短，則物鏡的鑒別率就越高。這樣，在顯微鏡中就可以看到更細(xì)的粒子。

因此，金相顯微鏡常常附冇各種“濾色片”，一方面為了消除一些色差，另一方面有時(shí) 也用一些黃、綠、藍(lán)等濾色片，把光的波長(zhǎng)減短來(lái)觀察，以提高鑒別能力。（濾色片與試樣 顏色配合好還可提高襯度。）

(4 )物鏡的數(shù)值孔徑（N.A.)與放大倍數(shù)的關(guān)系

數(shù)值孔徑通常以N.A.表示。（N.A.為Numerical Aperture的縮寫。）它表征若

物鏡的集光能力。上面已經(jīng)說(shuō)明，物鏡的鑒別能力和數(shù)值孔徑有很大關(guān)系，物鏡的鑒別能力

主要決定于進(jìn)入物鏡的光線錐所張開(kāi)的角度，即決定于其角孔徑的大小，角孔徑越大的物鏡

鑒別率就越高。

數(shù)值孔徑（N.A，）= n sin p -It屮 n-一•物鏡前片玻璃到試樣之間的介質(zhì)的折射率

u——角孔徑的一半 例：4〇x 物鏡（干系統(tǒng)）n = 1 u = 40°30^/ 2   u-81°

M. A. = n sin 卩=1 x sin.ioSO’ = 0.65 前而已經(jīng)提到，顯微鏡的分辨能力決定于物鏡的數(shù)值孔徑

(N.A.)和照明光源的波長(zhǎng)1 5 = 0^)。&的數(shù)值一般都很小，經(jīng)過(guò)物鏡和目鏡兩次

放大后，才能被人眼所觀察到。由于人眼的實(shí)際小觀察角在2'到4 z之間，相當(dāng)于在明視 距離2 5 0毫米處，人眼能看到的鑒別能力在0.15?0.3 0毫米之間。

設(shè)人眼鑒別能力為e，若要使物鏡鑒別的細(xì)微部分能為人眼所觀察，必須放大至M= ^倍。

e      e      2 e (N.A ) 2 e

^M= h = (A—丁 -_ ⁼ T^(1X.^A.)

V 2N.A./

所以，顯微鏡的冇效放大倍數(shù)應(yīng)在500 ( N.A.)?1000 ( N.A.)之間。在選用放大倍數(shù)時(shí) ，若不足500 (N.A.)，表示使用不當(dāng)，未能充分發(fā)揮其作用。若大于1〇〇〇 (N.A.)，表示 此時(shí)“空虛放大”（空放），象雖然放大到了一定的倍數(shù)，但不能分辨出細(xì)微的部分。所 以，我們一般決定了試驗(yàn)的放大倍數(shù)以后，還要根據(jù)數(shù)值孔徑（N.A.)的大小來(lái)適當(dāng)?shù)剡x 擇物鏡。

例如 4〇x 物鏡（N.A. ) =0.65

則有效的放大倍數(shù)應(yīng)在（50〇x 0.65 )倍?（1000X 0.65 )倍即 325倍?650倍范圍

內(nèi)。

又如 25x 物鏡（N. A.)二 0.40

則有效的放大倍數(shù)=500 >< 0,40?]_000 x C。40 = 200倍~400倍

在N.A. = n sin 口中，由于sin ji總是• 1 (如sin # = 1 ,則物鏡的工作距離=0 )，所 以，干系統(tǒng)（空氣為介質(zhì)）的ft筻其N.A。總;1小1。即使采用了油為介質(zhì)，目前，大倍 物鏡的N.A•也只能做到1。40 (如Le;t^] “MMS” TS0倍物境N_;A, = 1.40)。所以光學(xué)顯微 鏡的放大倍數(shù)就有一定的司限性，-苡只能在1500倍以下肓玟。若要再提高放大倍數(shù)，只能 用波長(zhǎng)入比普通可見(jiàn)光短的電子束來(lái)代替光源的電子顯微鏡來(lái)工作了。

(普通可見(jiàn)光，如D光，入=53S3埃，而電子束的入=0.05埃）