显微镜的性能参数

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❖一、显微镜的性能参数 ❖二、透镜的像差与色差
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一、显微镜的基本参数
• (一)数值孔径 • (二)放大率 • (三)分辨率 • (四)视野 • (五) 景深 • (六)工作距离 • (七)镜像亮度和清晰度
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（一）数值孔径
数值孔径又称镜口率，是物体与物镜间媒质的折射率 n 与物镜孔径角的一半（β）正弦值的乘积，用NA表示。即：
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（七）镜像亮度与清晰度
镜像亮度即显微镜的图像亮度的简称，它与照 明及物镜的性能参数相关。镜像亮度以观察时眼睛 舒适为佳。高倍率条件下工作的暗场、偏光、摄影 显微镜等都需要足够的亮度。
镜像清晰度是指图像轮廓清晰、衬度适中的程 度。是显微镜成像质量的综合指标，其影响因素较 多，如镜片质量、镜筒内壁质量、光学系统的设计 和制造精度等有关，也与使用方法有关。
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（二）色 差
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色差
轴向色差
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垂轴色差
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（一）像 差
1.像散 主光轴以外的物点发出的光与主光轴有 夹角，它经透镜折射后在不同面上成像，形成弥散 斑或与光轴平行、垂直的亮线等，称为像散。
主光轴外的物点
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主光轴
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（一）像 差
2.球差 若物像是中间亮而边缘成逐渐模糊的 弥散斑称为球差。
球差形成的原因 是物体通过透镜边缘 的光线折射角更大， 在成像时两部分的光 线不能交于一点。球 差使物点像成一个 “弥散斑”，影响物 像的清晰度。
NA＝n sinβ
数值孔径是评价显微镜性能的重要参数。常用 媒介物的折射率≤ 1.515（香柏油），β＜90°，sinβ ＜1，因此数值孔径范围在 0.05～1.40之间。
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（一）数值孔径
数值孔径 NA＝n sinβ
低数值孔径 较高数值孔径 最高数值孔径
干物镜
干物镜
油浸物镜
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（二）放大率
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工作距离、景深
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（六）工作距离
工作距离是指显微镜正常观察物像时物镜表面 到被观察标本间的距离。
显微镜观察物体时标本应置于物镜焦点外靠 近焦点处，且放大倍数较大的物镜焦距较小，因 此它与物镜的数值孔径和放大率成反比，即放大 率越大的物镜观察时离标本越近。
显微镜使用过程中习惯所说的“调焦”指的 就是调整物镜的工作距离。
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二、透镜的像差和色差
（一）像差
包括：像散、球差 、彗差 、场曲 、畸变等
（二）色差
包括：轴向色差和垂轴色差
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（一）像差
像差表现为透镜所成的像与理想像在形状、颜 色等方面存在差异。
观察物体的点进入透镜系统的光线不可能全部 沿高斯光学成像理论（近轴成像光学理论）而成一 个点像，这种由透镜系统成像不能达到理想条件所 致的物点与像点之间的差异称为像差。
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（一）像 差
4.场曲 平面物体成像后形成一个弯曲的面称
为场曲。 平面物体各物点
都可形成清晰的像，
但其与光轴的距离
不同，使整个像不
在同一平面上，如
此像差称为场曲。
场曲对显微摄影成
像质量影响较大。
平面物体
曲面物像
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（一）像差
5.畸变 由于像平面上各处放大率不同而形成的 物体成像缺陷称为畸变。畸变不影响像的清晰度但 使被观察物形状失真。
显微镜的放大率常称为放大倍数，指显微镜经多次成像 后最终所观察到的物像大小相对于原物体大小的比值，常记 作M。
M＝Leabharlann Baiduaq
M是总放大倍数；m是物镜的放大倍数；a为 目镜的放大倍率；q是在双目显微镜中所增设的 棱镜产生的放大倍数。
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（二）放大率
在实际应用中，放大率多用位置放大率估算，公 式如下：
M＝（250 L q）／（f1f2） Ｌ为镜筒长度， f1为物镜焦距，f2为目镜焦距．
物镜和目镜的焦距越短，越有利提高显微镜的放 大率，但减少工作距离不方便使用。实际观察时， 常用目镜放大率与物镜放大率的乘积表示M。
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（三）分辨率
分辨率是指分辨物体细微结构的能力，用显微 镜所能分辨的两个物点间的最小距离表示。分辨率 是光学检测仪器最重要的性能参数之一。
分辨率与光波波长和数值孔径有关，计算公式 如下：
δ＝0.61λ／NA δ数值越小，显微镜分辨本领越强。因此，用短 波长的光，增大 NA 可提高显微镜的分辨能力。优质 光学显微镜的分辨接近0.2μm 。
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分辨率与放大率
显微镜的分辨率和放大率是两个相互联系的参 数，与照射光的波长和显微镜数值孔径有关。当选 用的物镜数值孔径不够大、分辨率不够高时，显微 镜不能分清物体的细微结构，此时过度增加放大倍 数，得到的只是一个大轮廓但模糊的图像。此时的 放大率称为无效放大。反之，若分辨率较高而放大 倍数不够时，虽然图像清晰但因太小也可能不被人 眼清晰地观察。
要观察到清晰的物像，应合理匹配显微镜物镜
的数值孔径与显微镜的放大倍数，才能保证放大率
是有效的。有效放大率（Me）用肉眼分辨率 δ眼 与
显微镜分辨率 δ 的比值表示。
Me＝δ眼／δ
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（四）视野
视野又称视场，是指通过显微镜所能看到的标 本范围。视野成圆形。视野大小决定于物镜的倍数 及目镜光阑的大小，小放大倍数和大光阑可获得较 大的视野，反之则视野较小。
因为视野的局限，一般均要通过机械装置移动、 分区观察标本。
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圆形视野
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（五）景深
景深又称焦点深度，是指在成一幅清晰物像的 前提下，像平面不变，景物沿光轴前后移动的距离。 显微镜观察时，不仅位于聚焦平面上的点是清楚的， 而且在景深范围内的各点也是清楚的。景深与总放 大倍数及物镜的分辨率成反比。
畸变示意图
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（二）色 差
由于复色光中各种光的折射率不同、光程差异 所导致的成像缺陷称为色差。色差分为轴向色差和 垂轴色差。
形成色差的原因：各种波长光的折射率不同， 复色光（如白光）经过透镜后，各种色光将产生不 同的光程差，造成颜色不同。
色差会造成物像的颜色不同、位置不重合、大 小不一等缺陷。
一个物点成三个“像斑”
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（一）像 差
3.慧差 若物像在成像平面上便形成一个顶端 小而亮，远离光轴方向形成逐渐增宽且亮度减弱的 模糊尾部，称为彗差。
光轴外物点产生的 光束经过透镜的中央 和边缘后形成多个像 点，散落在垂直于光 轴的平面上，离光轴 近的像点亮，其他像 点逐渐变暗而成彗星 状光斑，称为慧差。