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徕卡显微镜光学显微镜的基础知识

2014-10-29  发布者:admin 

现在的光学显微镜已经在生命科学中的标准工具以及材料科学超过一个半世纪。 为了经济,有效地使用这个工具,它可以帮助,特别是那些是每个显微镜的一部分,必不可少的组成部分很多,了解光学的基础。


透镜和反射镜

光学仪器像显微镜,望远镜和双目镜使用的光学元件,以产生对象的图像。 用于成像的物体的两个最常见的元素是会聚透镜和凹面反射镜。


图1-2:聚光用透镜(左),凹面镜(右)


镜头在光学显微镜多见; 因此,我们将集中在基本功能的徕卡显微镜下探查镜头。 凹面反射镜被用于成像物镜在反射望远镜。 很多时候,也使用凹面反射镜进行照明,如在汽车应用中的头灯。

通过一透镜成象

在探索如何这样一个镜头的工作原理,关键术语和镜头的定义,必须澄清。 大家谁曾经(MIS)使用放大镜的燃烧玻璃已经发现,当太阳指着镜头创建一个“热点”。 这个点被称为焦点 。 从透镜中心到该焦点位置的距离被称为焦距 。

当再现该实验与不同类型的会聚透镜,一会发现,焦距主要取决于透镜的曲率。 实际上,曲率结果在较短的焦距较小的半径。 另一个事实将被发现:镜片具有大直径更“有效的”比用一个较小的一个。 与这个结论我们已经定义了两个透镜的最重要的基准数据:焦距和开口(直径)。

为了简化该透镜直径它一般表示相对于焦距的处理。 在显微镜领域此参数为光圈 (又作:数值孔径NA)。 数值孔径被定义的NA = n sin α,其中n是填充物和透镜,和α之间的空间内的介质的折射率为最大的光锥可以进入透镜(图3中的半角)。 摄影师通过其f数定义一个物镜的孔径。 这被定义为焦距的透镜(N = f/D)(图4)的直径的比值。 而相比之下,NA值,小F数表示一个大的光圈。

 

  图3:在显微镜透镜孔径的定义                                                            图4:光圈摄影镜头的定义


还是那句话:什么对象,有时小,有时比大物体的形象,使? 回答是:对于给定的焦距它是定义大小的相对距离 !

还有,当谈到图像生成考虑到一个重要的细节:有两个“关键点”,严格链接到每一个镜头:重点(一前一镜头后面)。

下面的实施例描述了通过一个透镜形成的图像的典型情况:

1.对象具有与透镜的无穷远

在这种情况下,从物体到该透镜的平行光线被假定。 这些被重定向的透镜,以满足其后方焦点的平面中,并生成图像中的焦点的平面中。

图5:对象在无限远处


2.该对象位于一个相对较大的距离(焦距例如100次)

这种情况下产生的图像是比对象(原始对象的大小约为1 100  )  。

图 6:对象为大的距离


3.对象位于一个距离的两倍焦距透镜的前面。

此位置创建该对象的一个图像,该图像是大小相同的对象本身(再生标度为1:1)。 图像的位置处两次从透镜的后侧焦距找到。 顺便说一句,这是最短的总距离可以从物体的图像。

图7:对象在焦平面上的两倍


4.物体位于焦点的前面,但焦距两倍的范围内。

在这些条件下,图像生成,它比对象 。

图8:单双焦平面之间的对象


5.对象位于镜头的焦点。

在这种情况下,一个虚拟的图像,而不是真实的,则生成的。 的光线将离开透镜以平行的方式。 没有任何图像,可以发现,除非我们用另一种光学系统,例如我们的眼,它遵循壳体1的条件。

图9:对象在焦平面


上面的描述和图已被简化为基本光学原理容易理解。 在现实中,几乎所有的摄像元件由一个以上的透镜。 在上述附图中提出的光学元件作为一个理想化的“薄镜片”。 探索单步成像这些标准的情况之后,我们现在将实施这些发现为两个步骤的光学仪器:复式显微镜

该复合式显微镜

在光学显微镜放大在两个步骤中的对象。 在两个步骤中表现得象聚光透镜的光学系统被使用。 这两个部件被用在两个以上的情况:

  1. 第一步骤是将单个和双焦点之间的对象。 其结果是一个放大的,实像。 这种显微镜透镜(实际上包括几个透镜的光学系统)被称为物镜。

  2. 然后第二透镜被用来拾取这个图象刚好在其前面的焦点。 因此,我们产生的光束的平行光,但不是一个真实图像。 该光学元件被称为目镜。 人眼能处理此平行光束,并生成将图像投影到其视网膜上。

  3. 最后,这是可以从一个显微镜期望:物镜可以在放大尺度观察与细节难以察觉的肉眼。

有淡淡的实际应用:眼睛必须被放在显微镜上面的一个很短的距离。 从技术上来说,我们的眼睛的瞳孔已被定位在同一个地方的显微镜装置的出射光瞳。 这种出射光瞳可以当在显微镜的照明的光强度增大容易看到。 这是光明的窄点目镜上方可见。

使用一双眼观看时正确定位就显得尤为重要双目镜筒 。 两个目镜之间的距离必须被精确地调整,以匹配眼睛的距离。


图10:复合式显微镜,原理图


我们怎样才能拍摄显微图像?

作为光学显微镜的常规输出的平行光线的光束,一个真正的图像,首先要制备。 幸运的是,标准的紧凑型数码相机,包括镜头(称为物镜)作为我们的眼睛一样。 此镜头可以配合的对象,在很远的距离。 摄影师把这种距离“无穷大”。 在其他方面:从这些对象光线以平行的方式与我们联系。

当放置在显微镜的目镜后面的袖珍相机,我们能够拍摄通过显微镜。 为了避免挫折:用该组合获得的结果是非常有限的。 这是因为紧凑型相机的光学设计没有考虑到显微镜。 几个尺寸(直径,间距)限制了实际应用。因此,专用数字照相机而设计用于光学显微镜的特殊条件,可用于不同的应用。