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光學(xué)金相顯微鏡的基本組件-物鏡篇(上)

時(shí)間:2024-1-8 閱讀:865
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金相顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)主要由物鏡、目鏡組成;照明系統(tǒng)由光源、光欄及濾色片等組成。


照明系統(tǒng)已經(jīng)介紹過,本篇文章主要介紹物鏡的主要特征

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物鏡的放大率用Mo表示

MO=A′B′/ AB =fm/fo(5-12)

式中:fo物鏡的焦距;fm為鏡筒透鏡焦距。


物鏡所成的像為實(shí)像、倒立。


生物顯微鏡的物鏡常用的放大率為:4×;10×;40×;63×;100×(油)。


金相顯微鏡物鏡常用的放大率為:5×,10×,20×,50×,100×。除此之外根據(jù)樣品觀察的需要,對(duì)于低倍的要求,可以配1.25×、1.6×、2.5×物鏡。對(duì)于更高倍的要求,可以配150×的物鏡,但由于一般無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的金相顯微鏡,可以通過改變鏡筒透鏡的焦距來實(shí)現(xiàn)物鏡放大率的改變,有些使用者要求顯微鏡配置1×、1.5×、2×的中間變倍器,而不是選擇100×以上的物鏡。


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物體一點(diǎn)所發(fā)出的光線中,通過系統(tǒng)光闌最外側(cè)光線的入射角叫孔徑角u,該角的正弦值sinu和介質(zhì)折射率n乘積為數(shù)值孔徑,用N·A表示,見圖




圖片

N·A= n*sin a/2

式中:n為物鏡與試樣之間的介質(zhì)折射率。在干燥空氣中n=1。在油浸系統(tǒng)香柏油中n=1.515;甘油中n=1.473;水中n=1.333。

數(shù)值孔徑表示物鏡的聚光能力,增大聚光能力,可提高物鏡的鑒別率。


數(shù)值孔徑(NA.)是物鏡的物理特性

數(shù)值孔徑兩個(gè)要素:物鏡的直徑(D),工作距離(WD)



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不同數(shù)值孔徑的分辨率:

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景深又稱焦點(diǎn)深度,簡(jiǎn)稱焦深,表示物鏡對(duì)于高低不平物體能清晰成像的能力




圖片
  • 數(shù)值孔徑越大,景深越小

  • 分辨率越高,景深越小

  • 被觀察物體周圍介質(zhì)的折射率加大,可增大景深

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分辨率是物鏡能將兩個(gè)物點(diǎn)清晰分辨的最大能力,用兩個(gè)物點(diǎn)能清晰分辨的最小距離d的倒數(shù)表示。物體通過光學(xué)儀器成像時(shí),每一物點(diǎn)對(duì)應(yīng)一像點(diǎn),但由于光的衍射,物點(diǎn)的像不再是個(gè)幾何點(diǎn),而是不一定大小的衍射亮斑??拷膬蓚€(gè)物點(diǎn)所形成兩個(gè)亮斑,如果互相重疊則使兩個(gè)物點(diǎn)分辨不清,從而限制了光學(xué)系統(tǒng)的分辨率。顯然,像面上衍射圖像亮斑半徑愈大,系統(tǒng)的分辨率則越小。下圖中A1’A2’為物點(diǎn)A1A2的衍射圖像,呈同心環(huán)狀,中心的光線強(qiáng)度最大,衍射環(huán)的光線強(qiáng)度隨環(huán)的直徑增大而逐漸減弱。

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物鏡的工作距離是指物鏡第一個(gè)表面到被觀察物體之間的距離。


物鏡的工作距離與物鏡數(shù)值孔徑有關(guān),物鏡倍率越高,數(shù)值孔徑越大,工作距離就越小。


一般高倍率大孔徑的高級(jí)物鏡,其工作距離在0.2 mm左右,為了避免由于操作不當(dāng)而產(chǎn)生物鏡與試樣表面的碰撞致使物鏡受損壞,高倍物鏡及油鏡殼體內(nèi)裝有彈簧裝置,以便物鏡受壓時(shí)能順利地退縮,使物鏡和試樣得到保護(hù)。


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  • 數(shù)值孔徑(NA.)正比于分辨率

  • 數(shù)值孔徑(NA.)與景深DOF成反比

  • 數(shù)值孔徑(NA.)與工作距離成反比

  • 放大率增大,數(shù)值孔徑(NA.)增大,但非線性



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