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显微镜的库勒照明光路系统图解与各主要部件的简要说明(图)

标签: 显微镜 库勒照明 光路系统

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人眼的光学系统真的够简单,尽管人眼的视网膜是一个球面形的曲面,但人脑却有这样的本能和思维,能够理解投射于视网膜上的各种奇怪变形的成像,并把它处理成外部世界中所熟悉的形象。人眼要能看到显微镜所成的像,就必须把瞳孔凑近显微镜的出射光筒上。现在的目镜多数作成高接目点式,如图中所示,使配戴眼镜之人戴着眼镜来看显微镜的成像就可以了。

目镜通常由接目镜与场镜组成,把物镜投射于中间像平面上的第一次成像作再次的放大。场镜外不远处装有目镜的固定光阑,正好位于中间像平面上。传统式显微镜的目镜还要负责补偿物镜放大时的残余色差,故又叫补偿式目镜。中间像平面,是传统式显微镜(固定筒长)物镜成像的位置,而在无限远校正的显微镜中,则由物镜与镜筒透镜联合成像的位置,图中是以传统式显微镜的光路来表示,故并未列出无限远校正的显微镜的镜筒透镜及其光路图。

这里的物镜图是40倍的消色差物镜,它与样品间的工作距离约为1mm。 而后焦平面与物镜相距也是在毫米的数量级。从图中可以看到,光源上任意一点发出的光在穿过样品后,由物镜会聚于后焦平面上,整个的灯丝像也依同样的原理成像于同一的后焦平面上,把目镜从镜筒上拔出直接望进目镜筒中,就可看到物镜后焦平面上的孔径光阑和灯丝的像,道理就是如此。

在明视野照明下,样品通常是已染色的组织切片。

聚光镜的功用之一,是把照明光源发出的光均匀而充分地分布在所要观察的样品视域范围内。如图中所示的孔径光阑上所形成的某一发光点的像,经聚光镜后成为一束平行光,穿透过样品时把样品均匀地照明。整个的灯丝成像于孔径光阑上,依同样的方式照明了样品,于是样品便获得了充份的照明。

如图中所示。灯丝上任意一点发出的光会聚成像于孔径光阑上。而灯丝上所有各点发射的光汇集在孔径光阑上,就形成了整个灯丝放大了的像。

较完备的灯室内装有集光与(汇)聚光(线的透)镜,集光镜通常是凹面镜,装在灯泡的后方,把灯丝向后方发射的光收集后反射向前方,汇同灯丝向前发射的光一起经由灯室出射窗上的聚光镜向前传送。途中还要穿透一组滤光片和反光镜作90°转折,垂直向上经由视场光阑出射到聚光镜系统中。灯室的聚光镜系统具有一定的调焦功能与足够的放大率,可将灯丝像放大并会聚于聚光镜系统的孔径光阑上并充满它,从而也充满物镜的后焦平面。视场光阑则用来调节所观察视域的照明范围。

显微镜的光源通常采用低工作电压的高亮度卤钨灯泡或微型灯管,其发光体是紧密卷绕并压制成编平排状的钨丝功率在50瓦以上的常装在外接的灯室中。

请看左列的的四张图,即图2至图4:

图2:是显微镜的完全光路图,它包括了照明的光路、视场光阑的成像光路、孔径光阑的成像光路以及样品的成像光路,各光路交错在一起,很不容易作出区分。为此,把图2拆分为图3、图4与图5,说明如下:(各部件的名称与图1可以对应参照)

图3:是视场光阑经聚光镜调节高低位置而清晰成像于样品所在的平面上;和样品一起由物镜放大成像于中间像平面上,再由目镜放大成像由观察者观察,所看到的是视场光阑和样品的像;

图4:是聚光镜的孔径光阑,它和光源的灯丝像一起经聚光镜后,成为一个具有一定孔径角,也就是代表着一定的聚光镜数值孔径的照明光锥,由各方位平行穿越样品,在样品上不会留下任何的迹象,经物镜会聚成像于物镜的后焦平面上,经目镜成像后在人的视网膜上只感到照明光的亮度,不会看见孔径光阑和灯丝的像;

图5:是样品在照明光照明下,连同视场光阑的像一起由物镜成像于中间像平面上,再由目镜放大成像由观察者观察,所看到的是样品和视场光阑的清晰像。

这几张光路图都是在库勒照明系统已调好的情形下所表达出来的:

1、 如果乱调聚光镜的高低位置,视场光阑的像就会变得不清晰,也无法确认其大小,于是就失去了视场光阑控制杂散光的作用;

2、 如果乱调聚光镜孔径光阑的达小,由聚光镜出来的照明光锥孔径角就忽大忽小,其直接的效果便是影响显微镜的分辩率,而对于照明光亮度的调节看来是不会有想像中的增加或减少;

3、如果不按库勒照明系统的要求来调节视场光阑的大小,样品观察的效果就会不好。 开得太大,视域外的照明光就会以杂散光的效果影响所观察的样品,使视域出现眩光;开得太小又会使所观察的视域范围受到限制,所观察的样品细节就会不全;

4、在库勒照明系统调好之后,作日常观察时,不要忘了要把照明光路中的的毛玻璃摆进光路中,以免灯丝的像会影响观察的效果;

5、 要调节所观察视野的亮度,最好是使用中性减光滤光片来减弱亮度。

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