显微镜结构及其原理
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§10.3 显微镜结构及其原理
一、基本结构 二、光束限制 三、分辨本领 四、放大本领
1、视角放大率 2、有效视角放大率 3、显微镜成像特点
五、聚光本领
1、光度学基本概念 2、像面照度公式
六、显微镜的物镜
一、基本结构－显微镜
1、结构
物镜
2、几个概念
y
Fo
F
光学筒长：目镜和物镜之
间的光学间隔D。
-y′
(1)、显微镜光学系统的性能得到充分的利用; (2)、没有赝像;
视角放大率的要求:
线度正好等于显微镜分辨极限的物体放大后对眼睛 的视角为2′~4′
2'0.5/NA4'
250
500NA 1000NA
物镜有四种，即－4×、－10×、－40×和－100× 目镜有三种，即5×，10×和15×
(5)光源的光亮度(L)：单位面积单位立体角的光通量。
(6)物面的照度(H)：单位面积接受到的光通量。
(7)辐射亮度定理：
光学系统各面上亮度满足L/n2=const.
(8)扩展源的照度：
L
物面
j
HLsin2j
来自百度文库
d
2、像面照度公式－显微镜聚光本领
设显微光学系统的基本亮 度为L0，则像面的照度为
Hi L0(n'sinU')2
oe
-y′
目镜 眼 睛
Fe -y1′
D
x1′
-w’Fe′
xa
oyy',
e2fe5 ' x02x'- 2'xa
250 fe'
-x2′
y
w
o e-2fe'5x f1 o'0 '-fo 2 'fe5 '/D 02f'5025cm
2、有效视角放大率－显微镜放大本领
使用显微镜要求:
(5) 通过目镜的离焦，可以将微小物体二次成放大的 实像进行显示或记录。
六、显微镜的物镜－显微镜
物镜参数:
显波微片物最镜大中厚通度常。给出四个参数，即bo/NA，及机械筒长/允许盖
消色差物镜的结构: (校正了轴上物点的色差和球差 )
低倍物镜 (3×~6×)
中倍物镜
(6×~10×)
里斯特(Leister)
1
2
L0
(nsinU)2
出瞳
Image
-U′
d
例题－显微镜
例题1、 用两个焦距都是50mm的正透 镜组成一个10倍的显微镜，问物镜的 倍率、目镜的倍率以及物镜和目镜之 间的间隔各为多少?
例题－显微镜
例题2、一显微镜的光学筒长为150mm, 如果物镜的焦距为20mm，目镜的视放 大率为12.5×,求：
作业－显微镜
10-4 10-5
框作为孔径光阑，或者在物镜的像方焦平面上或附近 设置专门的孔径光阑。
视场光阑：通常设置在物镜的像平面上。 入窗和入瞳重合，可以保证消除渐晕。 视场光阑的大小等于物面的视场可见范围与物镜
的垂轴放大率的乘积。
三、分辨本领－显微镜
1、分辨率
显微镜刚好能够分辨的物平
面上两点的最小距离。
出瞳D′
2、表示
s 0.61 /(n sin U )
目镜 眼 睛
Fe
Fe′
-y1′
D
xa
机械筒长：从显微镜的镜筒中抽出目镜和物镜，留下的镜筒的长 度，其值一般为160~190mm。我国为160mm。
目镜的工作距离：目镜的物方焦平面到目镜的第一个几何面的距 离。
镜目距：自目镜最后一个折射面到出瞳的距离。
二、光束限制－显微镜
孔径光阑：因物镜而异。 单组低倍物镜，其镜框即为孔径光阑； 多组透镜构成的复杂物镜，或者以最后一组透镜
3、显微镜成像特点－显微镜放大本领
(1) 有高的放大率； 物镜
(2) 眼睛和像的位置 y
适度，适于使用；
Fo
Fo′
(3) 通过调换物镜和 目镜可以改变显微镜
-y′
的视角分辨率，扩展 显微镜的使用范围；
目镜 眼 睛
Fe
Fe′
-y1′
D
xa
-x2′
(4) 物镜成实像，可以在物镜的实物面上设置分划板， 可以对物的线度进行测量；
0.61 / N.A.
s'
s'
q0
U′ A′
d
N.A. (Numeric aperture) 称为数值孔径。
s 不发光物体被别的光源照明: /N.A.
斜照明:
s0.5/N .A .
1、视角放大率－显微镜放大本领
tanw' tanw
物镜
y
Fo
Fo′
250 y
xa
y'' - x2 '
高倍物镜(40×+)
阿米西(Amiei)
浸没物镜 (90×~100×)
1、光度学基本概念－显微镜聚光本领
(1)光源的辐射通量(P)：单位时间的辐射能量。
(2)光源的光通量(P)： 单位时间的视觉辐射能量。
(3)光源的光辐出度(M): 单位面积在半空间的光通量。
(4)光源的发光强度(I)：单位立体角的光通量。
(1) 总的视放大率； (2) 系统的焦距； (3) 如果物镜的数值孔径为0.1，问该视 放大率是否在适用范围内? (4) 物体到物镜之间的距离。
例题－显微镜
例题3、一台显微镜有4个物镜，其垂轴 放大率 b 分别为-1×、-2.5×、-3×和5×，以适应不同需要，但物面和像面 之间的距离对不同物镜都要求为常数 200mm，试求4个物镜的焦距f′和物距l (假设物方主面和象方主面重合)。
一、基本结构 二、光束限制 三、分辨本领 四、放大本领
1、视角放大率 2、有效视角放大率 3、显微镜成像特点
五、聚光本领
1、光度学基本概念 2、像面照度公式
六、显微镜的物镜
一、基本结构－显微镜
1、结构
物镜
2、几个概念
y
Fo
F
光学筒长：目镜和物镜之
间的光学间隔D。
-y′
(1)、显微镜光学系统的性能得到充分的利用; (2)、没有赝像;
视角放大率的要求:
线度正好等于显微镜分辨极限的物体放大后对眼睛 的视角为2′~4′
2'0.5/NA4'
250
500NA 1000NA
物镜有四种，即－4×、－10×、－40×和－100× 目镜有三种，即5×，10×和15×
(5)光源的光亮度(L)：单位面积单位立体角的光通量。
(6)物面的照度(H)：单位面积接受到的光通量。
(7)辐射亮度定理：
光学系统各面上亮度满足L/n2=const.
(8)扩展源的照度：
L
物面
j
HLsin2j
来自百度文库
d
2、像面照度公式－显微镜聚光本领
设显微光学系统的基本亮 度为L0，则像面的照度为
Hi L0(n'sinU')2
oe
-y′
目镜 眼 睛
Fe -y1′
D
x1′
-w’Fe′
xa
oyy',
e2fe5 ' x02x'- 2'xa
250 fe'
-x2′
y
w
o e-2fe'5x f1 o'0 '-fo 2 'fe5 '/D 02f'5025cm
2、有效视角放大率－显微镜放大本领
使用显微镜要求:
(5) 通过目镜的离焦，可以将微小物体二次成放大的 实像进行显示或记录。
六、显微镜的物镜－显微镜
物镜参数:
显波微片物最镜大中厚通度常。给出四个参数，即bo/NA，及机械筒长/允许盖
消色差物镜的结构: (校正了轴上物点的色差和球差 )
低倍物镜 (3×~6×)
中倍物镜
(6×~10×)
里斯特(Leister)
1
2
L0
(nsinU)2
出瞳
Image
-U′
d
例题－显微镜
例题1、 用两个焦距都是50mm的正透 镜组成一个10倍的显微镜，问物镜的 倍率、目镜的倍率以及物镜和目镜之 间的间隔各为多少?
例题－显微镜
例题2、一显微镜的光学筒长为150mm, 如果物镜的焦距为20mm，目镜的视放 大率为12.5×,求：
作业－显微镜
10-4 10-5
框作为孔径光阑，或者在物镜的像方焦平面上或附近 设置专门的孔径光阑。
视场光阑：通常设置在物镜的像平面上。 入窗和入瞳重合，可以保证消除渐晕。 视场光阑的大小等于物面的视场可见范围与物镜
的垂轴放大率的乘积。
三、分辨本领－显微镜
1、分辨率
显微镜刚好能够分辨的物平
面上两点的最小距离。
出瞳D′
2、表示
s 0.61 /(n sin U )
目镜 眼 睛
Fe
Fe′
-y1′
D
xa
机械筒长：从显微镜的镜筒中抽出目镜和物镜，留下的镜筒的长 度，其值一般为160~190mm。我国为160mm。
目镜的工作距离：目镜的物方焦平面到目镜的第一个几何面的距 离。
镜目距：自目镜最后一个折射面到出瞳的距离。
二、光束限制－显微镜
孔径光阑：因物镜而异。 单组低倍物镜，其镜框即为孔径光阑； 多组透镜构成的复杂物镜，或者以最后一组透镜
3、显微镜成像特点－显微镜放大本领
(1) 有高的放大率； 物镜
(2) 眼睛和像的位置 y
适度，适于使用；
Fo
Fo′
(3) 通过调换物镜和 目镜可以改变显微镜
-y′
的视角分辨率，扩展 显微镜的使用范围；
目镜 眼 睛
Fe
Fe′
-y1′
D
xa
-x2′
(4) 物镜成实像，可以在物镜的实物面上设置分划板， 可以对物的线度进行测量；
0.61 / N.A.
s'
s'
q0
U′ A′
d
N.A. (Numeric aperture) 称为数值孔径。
s 不发光物体被别的光源照明: /N.A.
斜照明:
s0.5/N .A .
1、视角放大率－显微镜放大本领
tanw' tanw
物镜
y
Fo
Fo′
250 y
xa
y'' - x2 '
高倍物镜(40×+)
阿米西(Amiei)
浸没物镜 (90×~100×)
1、光度学基本概念－显微镜聚光本领
(1)光源的辐射通量(P)：单位时间的辐射能量。
(2)光源的光通量(P)： 单位时间的视觉辐射能量。
(3)光源的光辐出度(M): 单位面积在半空间的光通量。
(4)光源的发光强度(I)：单位立体角的光通量。
(1) 总的视放大率； (2) 系统的焦距； (3) 如果物镜的数值孔径为0.1，问该视 放大率是否在适用范围内? (4) 物体到物镜之间的距离。
例题－显微镜
例题3、一台显微镜有4个物镜，其垂轴 放大率 b 分别为-1×、-2.5×、-3×和5×，以适应不同需要，但物面和像面 之间的距离对不同物镜都要求为常数 200mm，试求4个物镜的焦距f′和物距l (假设物方主面和象方主面重合)。