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徠卡課堂 | 光學金相顯微鏡的基本組件-物鏡篇（上）

更新時間：2023-12-09 點擊次數(shù)：1165

金相顯微鏡的光學系統(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

物鏡的放大率用M_o表示

M_O=A′B′/ AB =f_m/f_o（5-12）

式中：f_o物鏡的焦距；f_m為鏡筒透鏡焦距。

物鏡所成的像為實像、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，對于低倍的要求，可以配1.25×、1.6×、2.5×物鏡。對于更高倍的要求，可以配150×的物鏡，但由于一般無限遠光學系統(tǒng)的金相顯微鏡，可以通過改變鏡筒透鏡的焦距來實現(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。

物體一點所發(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

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)值孔徑兩個要素：物鏡的直徑(D)，工作距離(WD)

不同數(shù)值孔徑的分辨率：

景深又稱焦點深度，簡稱焦深，表示物鏡對于高低不平物體能清晰成像的能力。

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

分辨率是物鏡能將兩個物點清晰分辨的最大能力，用兩個物點能清晰分辨的最小距離d的倒數(shù)表示。物體通過光學儀器成像時，每一物點對應(yīng)一像點，但由于光的衍射，物點的像不再是個幾何點，而是不一定大小的衍射亮斑。靠近的兩個物點所形成兩個亮斑，如果互相重疊則使兩個物點分辨不清，從而限制了光學系統(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A₁A₂的衍射圖像，呈同心環(huán)狀，中心的光線強度最大，衍射環(huán)的光線強度隨環(huán)的直徑增大而逐漸減弱。

物鏡的工作距離是指物鏡第一個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物鏡，其工作距離在0.2 mm左右，為了避免由于操作不當而產(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，以便物鏡受壓時能順利地退縮，使物鏡和試樣得到保護。

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