徠卡顯微鏡光學(xué)顯微鏡的基礎(chǔ)知識
徠卡顯微鏡光學(xué)顯微鏡的基礎(chǔ)知識
現(xiàn)在的光學(xué)顯微鏡已經(jīng)在生命科學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)工具以及材料科學(xué)超過一個半世紀(jì)。 為了經(jīng)濟(jì)，有效地使用這個工具，它可以幫助，特別是那些是每個顯微鏡的一部分，必不可少的組成部分很多，了解光學(xué)的基礎(chǔ)。
透鏡和反射鏡
光學(xué)儀器像顯微鏡，望遠(yuǎn)鏡和雙目鏡使用的光學(xué)元件，以產(chǎn)生對象的圖像。 用于成像的物體的兩個最常見的元素是會聚透鏡和凹面反射鏡。
圖1-2：聚光用透鏡（左），凹面鏡（右）
鏡頭在光學(xué)顯微鏡多見; 因此，我們將集中在基本功能的徠卡顯微鏡下探查鏡頭。 凹面反射鏡被用于成像物鏡在反射望遠(yuǎn)鏡。 很多時候，也使用凹面反射鏡進(jìn)行照明，如在汽車應(yīng)用中的頭燈。
通過一透鏡成象
在探索如何這樣一個鏡頭的工作原理，關(guān)鍵術(shù)語和鏡頭的定義，必須澄清。 大家誰曾經(jīng)（MIS）使用放大鏡的燃燒玻璃已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)太陽指著鏡頭創(chuàng)建一個“熱點(diǎn)”。 這個點(diǎn)被稱為焦點(diǎn) 。 從透鏡中心到該焦點(diǎn)位置的距離被稱為焦距 。
當(dāng)再現(xiàn)該實(shí)驗與不同類型的會聚透鏡，一會發(fā)現(xiàn)，焦距主要取決于透鏡的曲率。 實(shí)際上，曲率結(jié)果在較短的焦距較小的半徑。 另一個事實(shí)將被發(fā)現(xiàn)：鏡片具有大直徑更“有效的”比用一個較小的一個。 與這個結(jié)論我們已經(jīng)定義了兩個透鏡的最重要的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)：焦距和開口（直徑）。
為了簡化該透鏡直徑它一般表示相對于焦距的處理。 在顯微鏡領(lǐng)域此參數(shù)為光圈 （又作：數(shù)值孔徑NA）。 數(shù)值孔徑被定義的NA = n sin α，其中n是填充物和透鏡，和α之間的空間內(nèi)的介質(zhì)的折射率為最大的光錐可以進(jìn)入透鏡（圖3中的半角）。 攝影師通過其f數(shù)定義一個物鏡的孔徑。 這被定義為焦距的透鏡（N = f/D）（圖4）的直徑的比值。 而相比之下，NA值，小F數(shù)表示一個大的光圈。
圖3：在顯微鏡透鏡孔徑的定義 圖4：光圈攝影鏡頭的定義
還是那句話：什么對象，有時小，有時比大物體的形象，使？ 回答是：對于給定的焦距它是定義大小的相對距離 ！
還有，當(dāng)談到圖像生成考慮到一個重要的細(xì)節(jié)：有兩個“關(guān)鍵點(diǎn)”，嚴(yán)格鏈接到每一個鏡頭：重點(diǎn)（一前一鏡頭后面）。
下面的實(shí)施例描述了通過一個透鏡形成的圖像的典型情況：
1.對象具有與透鏡的無窮遠(yuǎn)
在這種情況下，從物體到該透鏡的平行光線被假定。 這些被重定向的透鏡，以滿足其后方焦點(diǎn)的平面中，并生成圖像中的焦點(diǎn)的平面中。
圖5：對象在無限遠(yuǎn)處
2.該對象位于一個相對較大的距離（焦距例如100次）
這種情況下產(chǎn)生的圖像是比對象（原始對象的大小約為1 100 個 ） 小 。
圖 6：對象為大的距離
3.對象位于一個距離的兩倍焦距透鏡的前面。
此位置創(chuàng)建該對象的一個圖像，該圖像是大小相同的對象本身（再生標(biāo)度為1：1）。 圖像的位置處兩次從透鏡的后側(cè)焦距找到。 順便說一句，這是最短的總距離可以從物體的圖像。
圖7：對象在焦平面上的兩倍
4.物體位于焦點(diǎn)的前面，但焦距兩倍的范圍內(nèi)。
在這些條件下，圖像生成，它比對象大 。
圖8：單雙焦平面之間的對象
5.對象位于鏡頭的焦點(diǎn)。
在這種情況下，一個虛擬的圖像，而不是真實(shí)的，則生成的。 的光線將離開透鏡以平行的方式。 沒有任何圖像，可以發(fā)現(xiàn)，除非我們用另一種光學(xué)系統(tǒng)，例如我們的眼，它遵循殼體1的條件。
圖9：對象在焦平面
上面的描述和圖已被簡化為基本光學(xué)原理容易理解。 在現(xiàn)實(shí)中，幾乎所有的攝像元件由一個以上的透鏡。 在上述附圖中提出的光學(xué)元件作為一個理想化的“薄鏡片”。 探索單步成像這些標(biāo)準(zhǔn)的情況之后，我們現(xiàn)在將實(shí)施這些發(fā)現(xiàn)為兩個步驟的光學(xué)儀器：復(fù)式顯微鏡。
該復(fù)合式顯微鏡
在光學(xué)顯微鏡放大在兩個步驟中的對象。 在兩個步驟中表現(xiàn)得象聚光透鏡的光學(xué)系統(tǒng)被使用。 這兩個部件被用在兩個以上的情況：
第一步驟是將單個和雙焦點(diǎn)之間的對象。 其結(jié)果是一個放大的，實(shí)像。 這種顯微鏡透鏡（實(shí)際上包括幾個透鏡的光學(xué)系統(tǒng)）被稱為物鏡。
然后第二透鏡被用來拾取這個圖象剛好在其前面的焦點(diǎn)。 因此，我們產(chǎn)生的光束的平行光，但不是一個真實(shí)圖像。 該光學(xué)元件被稱為目鏡。 人眼能處理此平行光束，并生成將圖像投影到其視網(wǎng)膜上。
最后，這是可以從一個顯微鏡期望：物鏡可以在放大尺度觀察與細(xì)節(jié)難以察覺的肉眼。
有淡淡的實(shí)際應(yīng)用：眼睛必須被放在顯微鏡上面的一個很短的距離。 從技術(shù)上來說，我們的眼睛的瞳孔已被定位在同一個地方的顯微鏡裝置的出射光瞳。 這種出射光瞳可以當(dāng)在顯微鏡的照明的光強(qiáng)度增大容易看到。 這是光明的窄點(diǎn)目鏡上方可見。
使用一雙眼觀看時正確定位就顯得尤為重要雙目鏡筒 。 兩個目鏡之間的距離必須被精確地調(diào)整，以匹配眼睛的距離。
圖10：復(fù)合式顯微鏡，原理圖
我們怎樣才能拍攝顯微圖像？
作為光學(xué)顯微鏡的常規(guī)輸出的平行光線的光束，一個真正的圖像，首先要制備。 幸運(yùn)的是，標(biāo)準(zhǔn)的緊湊型數(shù)碼相機(jī)，包括鏡頭（稱為物鏡）作為我們的眼睛一樣。 此鏡頭可以配合的對象，在很遠(yuǎn)的距離。 攝影師把這種距離“無窮大”。 在其他方面：從這些對象光線以平行的方式與我們聯(lián)系。
當(dāng)放置在顯微鏡的目鏡后面的袖珍相機(jī)，我們能夠拍攝通過顯微鏡。 為了避免挫折：用該組合獲得的結(jié)果是非常有限的。 這是因為緊湊型相機(jī)的光學(xué)設(shè)計沒有考慮到顯微鏡。 幾個尺寸（直徑，間距）限制了實(shí)際應(yīng)用。因此，專用數(shù)字照相機(jī)而設(shè)計用于光學(xué)顯微鏡的特殊條件，可用于不同的應(yīng)用。