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奥林巴斯显微镜:显微成像的基本概念

2013-10-16  发布者:admin 

一个简单的显微镜或放大镜(透镜)的显微镜或放大镜聚焦的对象产生一个图像。 简单的放大镜镜片是双凸的,这意味着它们是较厚的中心处比在外围,如示出在图1中的放大镜。 的图像在肉眼看来,好像它是在距离为10英寸或25厘米( 参考,或传统的常规的观看距离)。

virt image

 

由于出现的图像为对象的同一侧上的镜头,它不能被投射到屏幕上。 这些图像被称为虚拟影像 ,他们出现直立不倒。 图1给出了一个简单的放大镜,如何运作的说明。 正在观看的对象(在这种情况下,拍摄对象是玫瑰),用一个简单的双凸透镜。 反射的光,从玫瑰进入镜头中,如在图1中示出的直线。 此光被折射和聚焦,以产生一个虚拟的视网膜上的成像透镜。 图像被放大了的玫瑰,因为我们所感知的对象的实际尺寸(玫瑰)是无穷大,因为我们的眼睛的光线在直线跟踪的虚拟图像(图1)。 这在下面更详细讨论。

 

当你看着显微镜,你不看,你正在寻找的标本在图像的标本。 影像显示的是在目镜插入观测管(在水平的固定光阑的目镜)的顶部下方大约10毫米的空间。 你所观察到的图像是有形的,它不能被抓住。 这是一个地图或表示不同的颜色和/或灰度从黑到白的标本。 意料的是,图像将真实地再现标本准确的细节,形状和颜色/亮度。 的含义是,它可能是可能的(是)产生高度精确的图像。 相反,它可能是(而且经常是)通过不正当的技术或设备差,很容易降低图像。

 

要了解如何在奥林巴斯显微镜的镜头的功能,你应该还记得在图像形成的透镜作用的基本原则。 现在,我们将检讨使用一个简单的双凸透镜的几个不同的成像场景:

 

光从一个很远的距离前面的凸透镜(我们假定我们的对象是在图2所示的长颈鹿)的对象,它是将被带到一个焦点镜头背后的一个固定点。 这就是所谓的镜头的焦点 。 我们都熟悉的烧玻璃的想法,可以将精力集中在一张纸上烧了一个洞基本上是平行的光线从太阳到。 垂直平面的重点在于焦平面上。

convex lens1

 

凸透镜的焦平面的中心的距离是知道的焦距。 (对于一个理想化的对称薄的凸透镜,这个距离​​在透镜的前面或后面的是相同的。)现在我们长颈鹿的图像出现在焦平面上(如在图2中示出)。 该图像是小于的对象(长颈鹿),它被反转,是一个真正的能够在胶片上的被捕获的图像。 这是用于普通的风光摄影的相机的情况。

 

convex lens2

 

现在对象移近的镜头的前面,但仍然是在前面的透镜(这种情况下,处理在图3中)的两个以上的焦距。 现在,图像镜头后面的进一步发现。 它是大于上面所描述的,但仍然是小于对象。 的图像被反转,并且是一个真实图像。 这是的情况下,普通的人像摄影。

 

对象被带到在前面的镜头的焦点距离的两倍。 图片是现在两个背后的焦距镜头,如在图4中示出。 它是作为对象的大小相同,它是真实的和倒置。

 

convex lens3

 

现在对象位于在透镜的前面(在图5中所示)之间的一个和两个焦距。 现在的图像仍然是进一步远离背面的镜头。 这一次,被放大的图像,并大于该对象;它仍然是反转,它是真实的。 这种情况下描述的功能有限管长度在显微镜的使用物镜。 这种有限的管长度的物镜,一个真正的,倒立,放大的图像投射到筒体内的显微镜。此图像进入焦点的平面处的固定光阑在目镜。 被称为物镜光管长度的距离的后焦平面上的物镜(不一定是其背面镜头)的平面的固定光阑的目镜。

 

convex lens4

 

在最后一种情况下,该对象位于凸状透镜的前焦面。 在这种情况下,出现的光线从透镜平行。 根据图像的位置的同一侧上的镜头为对象,并出现直立的(参见图1)。 的图像是一个虚拟的图像,并显示,就好像它是10英寸从眼睛,类似的功能的一个简单的放大镜;倍率取决于透镜的曲率的。

 

上面列出的最后一个案例描述的显微镜观察目镜的功能。 研究的对象,由目镜放大,反转,真正的投影图像的物镜。 放在上面的目镜,当人眼的晶状体和角膜的眼睛​​此其次是放大的虚像,看看这个虚拟的图像,就好像它是10英寸的眼睛,基地附近的显微镜。

 

这种情况也说明了现在被广泛采用无限远校正物镜的运作。 对于这样的物镜,该对象或试样定位在完全的前焦面的物镜。 从这样的镜头出现在平行的光线从各个方位。 为了使这样的光线集中,镜身或双目观察头必须将管镜头的光路中的物镜和目镜之间,带来的图像形成的物镜集中在飞机的设计固定隔膜的目镜。 无限远校正的物镜的放大率等于( 奥林巴斯设备这为180mm尼康使用的焦距为200mm;其他制造商使用其他的焦距)在使用的物镜的焦距除以管透镜的焦距。 例如,10X无限远校正的物镜,在奥林巴斯系列,将有一个焦距为18mm180mm/10)。

 

了解显微镜的一种简单方法是通过一台幻灯机,一台设备对我们大多数人所熟悉的比较。 可视化变成一台幻灯机在其端部与灯壳搁在一张桌子上。 从灯泡的光通过聚光透镜,然后通过透明传递,然后通过成直角放置在一个给定的距离从投影透镜的光束的光投射到屏幕上的投影透镜。 在此屏幕上出现图像倒置(颠倒和扭转)和放大。 如果我们要带走屏幕上,而不是用放大镜检查在太空中的真实影像,我们可以进一步放大图像,从而产生另一个或第二阶段的放大倍率。

 

现在,我们将稍微详细地描述如何在显微镜的工作原理。 第一透镜的显微镜是一个最近的正在研究的对象,因为这个原因,被称为物镜 。 从外部或内部(在显微镜主体内)源的光首先通过载物台下聚光器 ,其中形成了一个良好定义的是集中到的对象(检体)的光锥。 光穿过试样和进入的物镜(类似于上述的投影机到投影透镜),然后突出一个真正的,反相和放大图像的一个固定的平面内的检体的显微镜,被称为“ 中间图像平面(图6中示出)。 我们的物镜有几大功能:

· 物镜,必须收集来自每个试样的各个部分或点的光。

· 物镜,必须有重组到各个图像中的对应点(有时称为抗点)来自试样的各点的光的能力。

· 物镜必须被构造成使得它足够接近的试样将被集中,这样它会投射到管体的放大的,实时的图像。

中间像平面通常位于约10毫米的顶部下方的显微镜主体管内的特定位置的固定的内部隔膜的目镜 。 物镜和所述中间图像的后焦平面之间的距离被称为光管长度 。 注意,该值的机械管的长度 ,这是显微镜物镜转换器(其中的物镜是,安装)被插入其中的目镜(目镜)的观测管的顶部边缘之间的距离是不同的。

compound

目镜或高眼压,装入管体的上端部,从检体中是最远的光学部件,。 在现代化的显微镜,目镜被保持到位,由显微镜观察管,这使从它落入管的顶部上的台肩。 目镜的位置是这样的,它的眼睛(上)镜头进一步放大投影图像的物镜。 这观察者的眼睛看到二次放大的图像,好像它是在从眼睛的距离为10英寸(25厘米),因此此虚拟图像看起来就好像它是靠近底座的显微镜。 从显微镜观察管的顶部的距离的物镜的肩部(它适合进入物镜转盘)是在一个有限的管长度系统通常为160毫米。 这就是所谓的机械管的长度,如上面所讨论的。 目镜有几个主要的功能:

· 目镜,进一步放大的实像预计的物镜

· 目镜以目视观察,产生二次放大的虚拟图像。

· 显微摄影,它会产生二次放大的实像预计的物镜。 这增强真实图像可以被投影在摄影胶卷的照相机中或之上的屏幕上方的目镜举行。

· 目镜可以配备秤,标记或十字线(通常称为作为刻度 , 手提袋或网线),在这样一种方式,这些插入的图像可以被叠加在图像上的试样。

确定图像的放大倍率的量的因素是,它是预先确定的物镜光学元件的建造过程中的物镜放大率物镜通常已放大的权力,范围从1:11X),100:1100X),最常见的权力4X(或5X),10X20X40X(或50X),和100X。 显微镜的物镜的一个重要特征是其很短的焦距,允许增加倍率相比,一个普通的手透镜(图1中示出)时,在一个给定的距离。 显微镜是如此高效倍率的首要原因是两阶段的扩大,取得了这样的短的光学路径,由于短的光学元件的焦距。

 

目镜,如物镜,被列为在中间图像放大自己的能力。 它们的放大系数之间变化与最常用的具有值10X-15X目镜5X30X。 在显微镜的视觉倍率的总额派生乘以物镜和目镜的放大倍数值。 比如,用5倍的物镜与10X目镜产生一个总的视觉倍率50X和同样,在其顶端的规模,用30X目镜使用100X物镜给人以视觉上放大倍率3000X

 

总放大倍率还取决于在显微镜的管长度。 最标准的固定管长度显微镜管长度为160170200210毫米,160毫米是最常见的生物医学显微镜透射光。 许多工业显微镜,设计用于在半导体工业中,有210毫米的管长度。 显微镜的物镜和目镜这些设计用于特定的管的长度的光学性质,并使用一个物镜或在不同的管的长度的显微镜的目镜将导致的变化倍率(并且还可能导致在光学像差透镜增加错误)。 无限远校正的显微镜也有目镜和物镜,这些物镜的光学调谐到显微镜的设计,而这些不应该是显微镜与不同的无穷大管长度之间交换。

 

现代研究显微镜是非常复杂的,而且往往有落射和透射照明器内置在显微镜住房。 在这些显微镜的设计缩颈排除限制在管的长度以导致需要补偿的附加的物理大小,在显微镜主体和机械管的物理尺寸为160毫米。 这是通过添加一组并行镜片显微镜的表观机械管长度缩短。 这些额外的透镜有时会引入一个额外的倍率(通常约1.25-1.5X)计算视觉和显微照相倍率时,必须加以考虑。 这种额外的倍率被称为作为管因子大多数显微镜制造商所提供的用户手册中。 因此,如果正在使用与15X目镜组5倍的物镜,那么总的视觉倍率变得93.75X(使用一个1.25X管因子)或112.5X(用一个1.5X管子因素)。

empty

 

除了一些显微镜中使用的平行化透镜,制造商还可以提供额外的镜头(有时称为倍率兑换),可以旋转到光学路径增加倍率。 这通常是提供简化在标本的框架,显微摄影。 这些镜头通常都非常小,从1.25X2.5倍的放大系数,但这些镜头的使用可能会导致空的放大倍率 ,图像被放大的情况下,但没有更多的细节得到解决。 与液晶DNA的显微照片,图7中示出这种类型的错误。 用20X平场的消色差透镜物镜采取在图7a)的显微照片,在偏振光下,用0.40的数值孔径,并照相放大10X的一个因素。 细节是清晰的,重点是锋利的显微照片,揭示了许多六边形包装的液态结晶聚合物结构的详细信息。 相反地,在右边的显微照片(图7b))被带到与4X平常消色差透镜物镜,具有数值孔径0.10和照相放大50X的一个因素。 此显微照片缺乏的细节和清晰度图7a)中存在的,并且演示了一个显着的缺乏引起的引入的的巨大程度的大型空倍率决议。

 

应采取的护理,选择目镜/物镜组合,以确保无需增加不必要的文物标本细节的最佳放大倍率。 例如,实现250倍的放大倍率,显微镜可以选择25X目镜加上10倍的物镜。 另一种选择相同的放大倍率是10倍的目镜25倍的物镜。 由于25X物镜有一个较高的数值孔径(约0.65),比10X物镜(约0.25),并考虑到数值孔径值定义一个物镜的分辨率,这是明确的,后者的选择将是最好的。 如果显微照片相同视野与每一个物镜/目镜上述组合,这将是显而易见的的10目镜/25x物镜二重奏会产生优异的标本的细节和清晰度相比,替代的组合时的显微照片。

 

一个物镜/目镜组合有用的总放大倍数的范围内被定义的系统的数值孔径。 有一个最小的必要的细节中存在一个有待解决的图像的放大倍率,并且此值通常相当任意地设定为500倍的数值孔径(500×NA)。 在光谱的另一端,放大倍率的图像的最大有用通常被设置在1000倍的数值孔径(1000×NA)。 放大倍率高于此值将产生图像细节没有进一步的有用的信息或更细的分辨率,并且通常会导致图像劣化,如上面所讨论的。 超过有用的倍率的限制会导致图像遭受从空倍率现象(参见图7a)和(b)项),其中仅增加通过目镜或中间管透镜的放大倍率使得图像变得更加没有放大在细节分辨率的相应增加。 表1列出的共同物镜/目镜组合,在于有效的放大倍数范围。

有效的放大倍数范围 
(500-1000×NA的物镜)


物镜 
(NA)

目镜

10X

12.5X

15X

20X

25X

2.5X 
(0.08)

---

---

---

x

x

4X 
(0.12)

---

---

x

x

x

10X 
(0.35)

x

x

x

x

x

25X 
(0.55)

x

x

x

x

---

40X 
(0.70)

x

x

x

---

---

60X 
(0.95)

x

x

x

---

---

100X 
(1.40)

x

x

---

---

---

X =很好地结合起来

表1

 

 

这些基本原则为基础的复合式显微镜,放大镜或简单的显微镜不同的是,采用一组镜头对准系列的运作和建设。 这些原则的制定,在过去的几百年的发展,今天的精密仪器。 现代显微镜往往是模块化的,可互换的零件用于不同的物镜,这种显微镜能够生产从低到高倍率卓越的清晰度和对比度的图像。