奧林巴斯顯微鏡：顯微成像的基本概念

一個簡單的顯微鏡或放大鏡（透鏡）的顯微鏡或放大鏡聚焦的對象產(chǎn)生一個圖像。 簡單的放大鏡鏡片是雙凸的，這意味著它們是較厚的中心處比在外圍，如示出在圖1中的放大鏡。 的圖像在肉眼看來，好像它是在距離為10英寸或25厘米（ 參考，或傳統(tǒng)的或常規(guī)的觀看距離）。

由于出現(xiàn)的圖像為對象的同一側(cè)上的鏡頭，它不能被投射到屏幕上。 這些圖像被稱為虛擬影像 ，他們出現(xiàn)直立不倒。 圖1給出了一個簡單的放大鏡，如何運作的說明。 正在觀看的對象（在這種情況下，拍攝對象是玫瑰），用一個簡單的雙凸透鏡。 反射的光，從玫瑰進入鏡頭中，如在圖1中示出的直線。 此光被折射和聚焦，以產(chǎn)生一個虛擬的視網(wǎng)膜上的成像透鏡。 圖像被放大了的玫瑰，因為我們所感知的對象的實際尺寸（玫瑰）是無窮大，因為我們的眼睛的光線在直線跟蹤的虛擬圖像（圖1）。 這在下面更詳細討論。

當你看著顯微鏡，你不看，你正在尋找的標本在圖像的標本。 影像顯示的是“浮”在目鏡插入觀測管（在水平的固定光闌的目鏡）的頂部下方大約10毫米的空間。 你所觀察到的圖像是有形的，它不能被抓住。 這是一個“地圖”或表示不同的顏色和/或灰度從黑到白的標本。 意料的是，圖像將真實地再現(xiàn)標本準確的細節(jié)，形狀和顏色/亮度。 的含義是，它可能是可能的（是）產(chǎn)生高度精確的圖像。 相反，它可能是（而且經(jīng)常是）通過不正當?shù)募夹g(shù)或設(shè)備差，很容易降低圖像。

要了解如何在奧林巴斯顯微鏡的鏡頭的功能，你應(yīng)該還記得在圖像形成的透鏡作用的基本原則。 現(xiàn)在，我們將檢討使用一個簡單的雙凸透鏡的幾個不同的成像場景：

光從一個很遠的距離前面的凸透鏡（我們假定我們的“對象”是在圖2所示的長頸鹿）的對象，它是將被帶到一個焦點鏡頭背后的一個固定點。 這就是所謂的鏡頭的焦點 。 我們都熟悉的“燒玻璃”的想法，可以將精力集中在一張紙上燒了一個洞基本上是平行的光線從太陽到。 垂直平面的重點在于焦平面上。

凸透鏡的焦平面的中心的距離是知道的焦距。 （對于一個理想化的對稱薄的凸透鏡，這個距離在透鏡的前面或后面的是相同的。）現(xiàn)在我們長頸鹿的圖像出現(xiàn)在焦平面上（如在圖2中示出）。 該圖像是小于的對象（長頸鹿），它被反轉(zhuǎn)，是一個真正的能夠在膠片上的被捕獲的圖像。 這是用于普通的風光攝影的相機的情況。

現(xiàn)在對象移近的鏡頭的前面，但仍然是在前面的透鏡（這種情況下，處理在圖3中）的兩個以上的焦距。 現(xiàn)在，圖像鏡頭后面的進一步發(fā)現(xiàn)。 它是大于上面所描述的，但仍然是小于對象。 的圖像被反轉(zhuǎn)，并且是一個真實圖像。 這是的情況下，普通的人像攝影。

對象被帶到在前面的鏡頭的焦點距離的兩倍。 圖片是現(xiàn)在兩個背后的焦距鏡頭，如在圖4中示出。 它是作為對象的大小相同，它是真實的和倒置。

現(xiàn)在對象位于在透鏡的前面（在圖5中所示）之間的一個和兩個焦距。 現(xiàn)在的圖像仍然是進一步遠離背面的鏡頭。 這一次，被放大的圖像，并大于該對象;它仍然是反轉(zhuǎn)，它是真實的。 這種情況下描述的功能有限管長度在顯微鏡的使用物鏡。 這種有限的管長度的物鏡，一個真正的，倒立，放大的圖像投射到筒體內(nèi)的顯微鏡。此圖像進入焦點的平面處的固定光闌在目鏡。 被稱為物鏡的光管長度的距離的后焦平面上的物鏡（不一定是其背面鏡頭）的平面的固定光闌的目鏡。

在最后一種情況下，該對象位于凸狀透鏡的前焦面。 在這種情況下，出現(xiàn)的光線從透鏡平行。 根據(jù)圖像的位置的同一側(cè)上的鏡頭為對象，并出現(xiàn)直立的（參見圖1）。 的圖像是一個虛擬的圖像，并顯示，就好像它是10英寸從眼睛，類似的功能的一個簡單的放大鏡;倍率取決于透鏡的曲率的。

上面列出的最后一個案例描述的顯微鏡觀察目鏡的功能。 研究的“對象”，由目鏡放大，反轉(zhuǎn)，真正的投影圖像的物鏡。 放在上面的目鏡，當人眼的晶狀體和角膜的眼睛“看”在此其次是放大的虛像，看看這個虛擬的圖像，就好像它是10英寸的眼睛，基地附近的顯微鏡。

這種情況也說明了現(xiàn)在被廣泛采用無限遠校正物鏡的運作。 對于這樣的物鏡，該對象或試樣定位在完全的前焦面的物鏡。 從這樣的鏡頭出現(xiàn)在平行的光線從各個方位。 為了使這樣的光線集中，鏡身或雙目觀察頭必須將管鏡頭的光路中的物鏡和目鏡之間，帶來的圖像形成的物鏡集中在飛機的設(shè)計固定隔膜的目鏡。 無限遠校正的物鏡的放大率等于（ 奧林巴斯設(shè)備這為180mm，尼康使用的焦距為200mm;其他制造商使用其他的焦距）在使用的物鏡的焦距除以管透鏡的焦距。 例如，10X無限遠校正的物鏡，在奧林巴斯系列，將有一個焦距為18mm（180mm/10）。

了解顯微鏡的一種簡單方法是通過一臺幻燈機，一臺設(shè)備對我們大多數(shù)人所熟悉的比較。 可視化變成一臺幻燈機在其端部與燈殼擱在一張桌子上。 從燈泡的光通過聚光透鏡，然后通過透明傳遞，然后通過成直角放置在一個給定的距離從投影透鏡的光束的光投射到屏幕上的投影透鏡。 在此屏幕上出現(xiàn)圖像倒置（顛倒和扭轉(zhuǎn)）和放大。 如果我們要帶走屏幕上，而不是用放大鏡檢查在太空中的真實影像，我們可以進一步放大圖像，從而產(chǎn)生另一個或第二階段的放大倍率。

現(xiàn)在，我們將稍微詳細地描述如何在顯微鏡的工作原理。 第一透鏡的顯微鏡是一個最近的正在研究的對象，因為這個原因，被稱為物鏡 。 從外部或內(nèi)部（在顯微鏡主體內(nèi)）源的光首先通過載物臺下聚光器 ，其中形成了一個良好定義的是集中到的對象（檢體）的光錐。 光穿過試樣和進入的物鏡（類似于上述的投影機到投影透鏡），然后突出一個真正的，反相和放大圖像的一個固定的平面內(nèi)的檢體的顯微鏡，被稱為“ 中間圖像平面（圖6中示出）。 我們的物鏡有幾大功能：

· 物鏡，必須收集來自每個試樣的各個部分或點的光。

· 物鏡，必須有重組到各個圖像中的對應(yīng)點（有時稱為抗點）來自試樣的各點的光的能力。

· 物鏡必須被構(gòu)造成使得它足夠接近的試樣將被集中，這樣它會投射到管體的放大的，實時的圖像。

中間像平面通常位于約10毫米的頂部下方的顯微鏡主體管內(nèi)的特定位置的固定的內(nèi)部隔膜的目鏡 。 物鏡和所述中間圖像的后焦平面之間的距離被稱為光管長度 。 注意，該值的機械管的長度 ，這是顯微鏡物鏡轉(zhuǎn)換器（其中的物鏡是，安裝）被插入其中的目鏡（目鏡）的觀測管的頂部邊緣之間的距離是不同的。

目鏡或高眼壓，裝入管體的上端部，從檢體中是最遠的光學部件，。 在現(xiàn)代化的顯微鏡，目鏡被保持到位，由顯微鏡觀察管，這使從它落入管的頂部上的臺肩。 目鏡的位置是這樣的，它的眼睛（上）鏡頭進一步放大投影圖像的物鏡。 這觀察者的眼睛看到二次放大的圖像，好像它是在從眼睛的距離為10英寸（25厘米），因此此虛擬圖像看起來就好像它是靠近底座的顯微鏡。 從顯微鏡觀察管的頂部的距離的物鏡的肩部（它適合進入物鏡轉(zhuǎn)盤）是在一個有限的管長度系統(tǒng)通常為160毫米。 這就是所謂的機械管的長度，如上面所討論的。 目鏡有幾個主要的功能：

· 目鏡，進一步放大的實像預(yù)計的物鏡。

· 目鏡以目視觀察，產(chǎn)生二次放大的虛擬圖像。

· 顯微攝影，它會產(chǎn)生二次放大的實像預(yù)計的物鏡。 這增強真實圖像可以被投影在攝影膠卷的照相機中或之上的屏幕上方的目鏡舉行。

· 目鏡可以配備秤，標記或十字線（通常稱為作為刻度 ， 手提袋或網(wǎng)線），在這樣一種方式，這些插入的圖像可以被疊加在圖像上的試樣。

確定圖像的放大倍率的量的因素是，它是預(yù)先確定的物鏡光學元件的建造過程中的物鏡的放大率。物鏡通常已放大的權(quán)力，范圍從1:1（1X），100:1（100X），最常見的權(quán)力4X（或5X），10X，20X，40X（或50X），和100X。 顯微鏡的物鏡的一個重要特征是其很短的焦距，允許增加倍率相比，一個普通的手透鏡（圖1中示出）時，在一個給定的距離。 顯微鏡是如此高效倍率的首要原因是兩階段的擴大，取得了這樣的短的光學路徑，由于短的光學元件的焦距。

目鏡，如物鏡，被列為在中間圖像放大自己的能力。 它們的放大系數(shù)之間變化與最常用的具有值10X-15X目鏡5X和30X。 在顯微鏡的視覺倍率的總額派生乘以物鏡和目鏡的放大倍數(shù)值。 比如，用5倍的物鏡與10X目鏡產(chǎn)生一個總的視覺倍率50X和同樣，在其頂端的規(guī)模，用30X目鏡使用100X物鏡給人以視覺上放大倍率3000X。

總放大倍率還取決于在顯微鏡的管長度。 最標準的固定管長度顯微鏡管長度為160，170，200，210毫米，160毫米是最常見的生物醫(yī)學顯微鏡透射光。 許多工業(yè)顯微鏡，設(shè)計用于在半導體工業(yè)中，有210毫米的管長度。 顯微鏡的物鏡和目鏡這些設(shè)計用于特定的管的長度的光學性質(zhì)，并使用一個物鏡或在不同的管的長度的顯微鏡的目鏡將導致的變化倍率（并且還可能導致在光學像差透鏡增加錯誤）。 無限遠校正的顯微鏡也有目鏡和物鏡，這些物鏡的光學調(diào)諧到顯微鏡的設(shè)計，而這些不應(yīng)該是顯微鏡與不同的無窮大管長度之間交換。

現(xiàn)代研究顯微鏡是非常復雜的，而且往往有落射和透射照明器內(nèi)置在顯微鏡住房。 在這些顯微鏡的設(shè)計縮頸排除限制在管的長度以導致需要補償?shù)母郊拥奈锢泶笮。陲@微鏡主體和機械管的物理尺寸為160毫米。 這是通過添加一組并行鏡片顯微鏡的表觀機械管長度縮短。 這些額外的透鏡有時會引入一個額外的倍率（通常約1.25-1.5X）計算視覺和顯微照相倍率時，必須加以考慮。 這種額外的倍率被稱為作為管因子大多數(shù)顯微鏡制造商所提供的用戶手冊中。 因此，如果正在使用與15X目鏡組5倍的物鏡，那么總的視覺倍率變得93.75X（使用一個1.25X管因子）或112.5X（用一個1.5X管子因素）。

除了一些顯微鏡中使用的平行化透鏡，制造商還可以提供額外的鏡頭（有時稱為倍率兌換），可以旋轉(zhuǎn)到光學路徑增加倍率。 這通常是提供簡化在標本的框架，顯微攝影。 這些鏡頭通常都非常小，從1.25X到2.5倍的放大系數(shù)，但這些鏡頭的使用可能會導致空的放大倍率 ，圖像被放大的情況下，但沒有更多的細節(jié)得到解決。 與液晶DNA的顯微照片，圖7中示出這種類型的錯誤。 用20X平場的消色差透鏡物鏡采取在圖7（a）的顯微照片，在偏振光下，用0.40的數(shù)值孔徑，并照相放大10X的一個因素。 細節(jié)是清晰的，重點是鋒利的顯微照片，揭示了許多六邊形包裝的液態(tài)結(jié)晶聚合物結(jié)構(gòu)的詳細信息。 相反地，在右邊的顯微照片（圖7（b））被帶到與4X平常消色差透鏡物鏡，具有數(shù)值孔徑0.10和照相放大50X的一個因素。 此顯微照片缺乏的細節(jié)和清晰度圖7（a）中存在的，并且演示了一個顯著的缺乏引起的引入的的巨大程度的大型空倍率決議。

應(yīng)采取的護理，選擇目鏡/物鏡組合，以確保無需增加不必要的文物標本細節(jié)的最佳放大倍率。 例如，實現(xiàn)250倍的放大倍率，顯微鏡可以選擇25X目鏡加上10倍的物鏡。 另一種選擇相同的放大倍率是10倍的目鏡25倍的物鏡。 由于25X的物鏡有一個較高的數(shù)值孔徑（約0.65），比10X物鏡（約0.25），并考慮到數(shù)值孔徑值定義一個物鏡的分辨率，這是明確的，后者的選擇將是最好的。 如果顯微照片相同視野與每一個物鏡/目鏡上述組合，這將是顯而易見的的10倍目鏡/25x物鏡二重奏會產(chǎn)生優(yōu)異的標本的細節(jié)和清晰度相比，替代的組合時的顯微照片。

一個物鏡/目鏡組合有用的總放大倍數(shù)的范圍內(nèi)被定義的系統(tǒng)的數(shù)值孔徑。 有一個最小的必要的細節(jié)中存在一個有待解決的圖像的放大倍率，并且此值通常相當任意地設(shè)定為500倍的數(shù)值孔徑（500×NA）。 在光譜的另一端，放大倍率的圖像的最大有用通常被設(shè)置在1000倍的數(shù)值孔徑（1000×NA）。 放大倍率高于此值將產(chǎn)生圖像細節(jié)沒有進一步的有用的信息或更細的分辨率，并且通常會導致圖像劣化，如上面所討論的。 超過有用的倍率的限制會導致圖像遭受從空倍率現(xiàn)象（參見圖7（a）和（b）項），其中僅增加通過目鏡或中間管透鏡的放大倍率使得圖像變得更加沒有放大在細節(jié)分辨率的相應(yīng)增加。 表1列出的共同物鏡/目鏡組合，在于有效的放大倍數(shù)范圍。

有效的放大倍數(shù)范圍 
（500-1000×NA的物鏡）

表1

這些基本原則為基礎(chǔ)的復合式顯微鏡，放大鏡或簡單的顯微鏡不同的是，采用一組鏡頭對準系列的運作和建設(shè)。 這些原則的制定，在過去的幾百年的發(fā)展，今天的精密儀器。 現(xiàn)代顯微鏡往往是模塊化的，可互換的零件用于不同的物鏡，這種顯微鏡能夠生產(chǎn)從低到高倍率卓越的清晰度和對比度的圖像。