显微镜光学特性.pdf

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1、实验十二显微镜光学特性一、实验目的1．了解显微镜的结构及其光学特性参数。2．掌握测量显微镜的放大率、视场、数值孔么的原理和方法。二、实验原理显微镜是人们用以观察微小物体和认识微观世界的重要手段及工具，是一种极为重要的目视光学仪器。其基本组成是显微物镜和目镜两大部分。被观察的目标经显微镜光学系统成象而被放大，由于先后经过显微物镜和目镜光组的两次放大，所以显微镜的放大率G应该显是显微物镜放大率b和目镜放大率G的乘积目D´250G=bG=-(39-1)显目f¢f¢物目式中D——显微镜的光学筒长；f¢——显微物镜的焦距；物f¢——目镜的焦距。目由几何光学可知，物镜的横向放

2、大率D250b=-，目镜的放大率G=，目f¢f¢物目根据式（39-1）分别测量出显微物镜的横向放大率b和目镜的放大率G即可目计算出显微镜的放大率G。显显微镜的视场受安置在显微物镜象平面上的视场光阑所限制。通常是以能观察到的物平面上的圆直径作为显图39-1测量NA值的原理图微镜的线视场，以线量毫米单位表示。1-目镜2-被测显微物镜3-小孔光阑4-刻度尺显微镜的放大率愈大，基线视场就愈小。测量显微镜的视场，可以用显微镜来观测标准毫米分划的刻度尺，并用下式计算L=mt(39-2)式中m——沿视场直径所看到的刻度尺分划数目；t——刻度尺的分划值，单位为mm。显微物镜数值孔

3、径是显微镜分辨率和成象照度的基本判据。数值孔径越大，显微镜的分辨率越高，照度也越大，因此它是显微镜的主要光学特性参数之一。显微物镜的数值孔径等于物平面中心发出的成象光束孔径角之半u的正弦与物方折射率n的乘积，用符号NA表示，即NA=nsinu。对在空气中的物镜，物方折射率n=1，，故NA=sinu。测量数值孔径NA的原理由定义可知，若物方介质的折射率已确定，则只需测量物方孔径角之半u值即可通过计算求得NA。图39-1是测量物方孔径角的原理图。小孔光阑3放在物镜工作平面中心。在距小孔光阑d处安置一根标准刻尺4，刻尺上A、B两点发出的光线经小孔光阑后被物镜成象，因在A

4、、B两点之外发出的光线被物镜框挡住，不能参加成象，因而A、B对小孔光阑3的张角2u就是孔径角。测量时，首先用显微镜对小孔光阑调焦，而后取下目镜，直接从镜筒中观看标尺分划象，读取所能看见的最多分划数目m。由图39-1可看到有如下关系mttgu=(39-3)2d因标准刻尺的分划格值t为已知，测量出距离d后，由式（39-3）即可计算出显微物镜的物方半孔径角u，显然数值孔径同时也可求出。在进行大批量的生产检测时，为提高测量效率，图39-2数值孔径仪原理图可采用专用仪器测量数值1-半圆柱玻璃体2-金属框架3-底座4-十字标记5-指标线孔径，这种仪器称为数值孔径仪，它可以直接

5、读出半孔径角u和NA值。其测量原理和上述方法类同，如图39-2a所示，刻尺以光阑O为圆心制成半圆形，当从显微镜镜筒中观看刻尺象时，能够直接读出它们对O点的张角，即孔径角2u。阿贝数值孔径仪的外形示意图如图39-2b所示。在半圆柱玻璃体1上，沿直径方向切出与其上表面45°角的斜面，该斜面用作反射镜，它能把从玻璃体周边柱面部分射入的光线反射到上表面。在玻璃圆柱体上表面的圆心附近，有一直径为8mm左右的圆形镀铝面，其上有一透光狭缝。玻璃体1的侧面有一金属框架2，它可以绕玻璃体1的底座3旋转。十字标记4作为测量时的观察目标。测量时，框架2沿玻璃柱面侧边滑动到一定位置上，由

6、指标线5指示相应的数值孔径NA值。三、实验仪器设备××待测显微镜（10物镜、5目镜），测微目镜，小孔光阑，标准刻度尺，半透半反立方棱镜，照明光源，阿贝数值孔径仪，带小孔的镜筒。显微镜的结构见图47-1。四、实验内容和步骤1．显微镜视场的测量（1）首先将标准刻度尺置于待测显微镜的承物台上，用照明光源照明刻度尺。（2）将显微镜对承物台上刻尺调焦，直到看清刻度分划象。（3）人眼通过显微镜观察，读取所能看到刻尺分划最多的格数m，重复三次读取观测值m、m、m。123（4）记录观测数据，计算显微镜的线视场值。2．显微镜放大率的观测方法一根据式（39-1），显微镜的放大率G可由

7、显微物镜的横向放大率b和目镜的显250放大率G的乘积计算确定。显微目镜的放大率为G=mm，事先用焦距仪测出目镜的目目f¢目焦距f¢则可确定出G。测量显微物镜的横向放大率b的步骤如下：目目（1）用标准机械筒长的待测显微镜对承物台上的刻度尺调焦，待看清楚刻尺象时，刻尺正好处在物镜的实际工作距离上，此时保持显微镜物镜与刻度尺之间的距离不变，用测微目镜置换目镜。（2）通过测微目镜重新观看刻度尺分划象，若在测微目镜分划板上呈不清晰刻尺象时，调节测微目镜筒沿光轴上下位置，直至刻度尺呈清晰象为止，此时仍保持了标准规定的机械y¢筒长。用测微目镜测出已知刻度y的象距y¢，显微物镜的

8、垂轴放大率