光学显微镜原理

　　光学显微镜是利用光学原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结构信息的光学仪器。光学显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成，是人类进入原子时代的标志。

光学显微镜的光学原理

　　折射和折射率：

　　光线在均匀的各向同性介质中，两点之间以直线传播，当通过不同密度介质的透明物体时，则发生折射现象，这是由于光在不同介质的传播速度不同造成的。当与透明物面不垂直的光线由空气射入透明物体(如玻璃)时，光线在其介面改变了方向，并和法线构成折射角。

　　透镜的性能：

　　透镜是组成光学显微镜光学系统的Z基本的光学元件，物镜、目镜及聚光镜等部件均由单个和多个透镜组成。依其外形的不同，可分为凸透镜(正透镜)和凹透镜(负透镜)两大类。

　　当一束平行于光轴的光线通过凸透镜后相交于一点，这个点称“焦点”，通过交点并垂直光轴的平面，称“焦平面”。焦点有两个，在物方空间的焦点，称“物方焦点”，该处的焦平面，称“物方焦平面”;反之，在象方空间的焦点，称“象方焦点”，该处的焦平面，称“象方焦平面”。

光学显微镜的成像原理

　　光学显微镜和放大镜起着同样的作用，就是把近处的微小物体成一放大的像，以供人眼观察。只是光学显微镜比放大镜可以具有更高的放大率而已。

　　下图是物体被光学显微镜成像的原理图。图中把物镜和目镜均以单块透镜表示。物体AB位于物镜前方，离开物镜的距离大于物镜的焦距，但小于两倍物镜焦距。所以，它经物镜以后，必然形成一个倒立的放大的实像A1B1。A1B1位于目镜的物方焦点F2或者在很靠近F2的位置上。再经目镜放大为虚像A2B2后供眼睛观察。虚像A2B2的位置取A1B1之间的距离，可以在无限远处(当A1B1位于F2上时)，也可以在观察者的明视距离处(当A1B1在图中焦点F2之右边时)。

　　光学显微镜目镜的作用与放大镜一样。所不同的只是眼睛通过目镜所看到的不是物体本身，而是物体被物镜所成的已经放大了一次的像。光学显微镜的重要光学技术参数在镜检时，人们总是希望能清晰而明亮的理想图象，这就需要光学显微镜的各项光学技术参数达到一定的标准，并且要求在使用时，必须根据镜检的目的和实际情况来协调各参数的关系。只有这样，才能充分发挥光学显微镜应有的性能，得到满意的镜检效果。

光学显微镜成像影响因素

　　由于客观条件，任何光学显微镜都不能生成理论上理想的像，各种相差的存在影响了成像质量。

　　1、色差

　　色差是光学显微镜成像的一个严重缺陷，发生在多色光为光源的情况下，单色光不产生色差。白光由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种组成，各种光的波长不同，所以在通过透镜时的折射率也不同，这样物方一个点，在像方则可能形成一个色斑。

　　色差一般有位置色差，放大率色差。位置色差使像在任何位置观察，都带有色斑或晕环，使像模糊不清。而放大率色差使像带有彩色边缘。

　　2、球差

　　球差是轴上点的单色相差，是由于透镜的球形表面造成的。球差造成的结果是，一个点成像后，不在是个亮点，而是一个中间亮、边缘逐渐模糊的亮斑。从而影响光学显微镜成像质量。

　　球差的矫正常利用透镜组合来消除，由于凸、凹透镜的球差是相反的，可选配不同材料的凸凹透镜胶合起来给予消除。旧型号光学显微镜，物镜的球差没有完全矫正，应与相应的补偿目镜配合，才能达到纠正效果。一般新型光学显微镜的球差完全由物镜消除。

　　3、慧差

　　慧差属轴外点的单色相差。轴外物点以大孔径光束成像时，发出的光束通过透镜后，不再相交一点，则光点的像便会得到逗点状，型如慧星，故称“慧差”。

　　4、像散

　　像散也是影响清晰度的轴外点单色相差。当视场很大时，边缘上的物点离光轴远，光束倾斜大，经透镜后则引起像散。像散使原来的物点在成像后变成两个分离并且相互垂直的短线，在理想像平面上综合后，形成一个椭圆形的斑点。像散是通过复杂的透镜组合来消除。

　　5、场曲

　　场曲又称“像场弯曲”。当透镜存在场曲时，整个光束的交点不与理想像点重合，虽然在每个特定点都能得到清晰的像点，但整个像平面则是一个曲面。这样在镜检时不能同时看清整个相面，给观察和照相造成困难。因此研究用光学显微镜的物镜一般都是平场物镜，这种物镜已经矫正了场曲。

　　6、畸变

　　前面所说各种相差除场曲外，都影响像的清晰度。畸变是另一种性质的相差，光束的同心性不受到破坏。因此，不影响像的清晰度，但使像与原物体比，在形状上造成失真。