普通光學顯微鏡的原理和性能介紹

（一）光學顯微鏡的成像原理 
顯微鏡的放大是通過透鏡來完成的，單透鏡成像具有像差，影響像質。由單透鏡組合而成的透鏡組相當于一個凸透鏡，放大作用更好。

（二）顯微鏡的性能 
顯微鏡分辨能力的高低決定于光學系統的各種條件。被觀察的物體必須放大率高，而且清晰，物體放大后，能否呈現清晰的細微結構，首先取決于物鏡的性能，其次為目鏡和聚光鏡的性能。 

1、數值孔徑 也叫做鏡口率（或開口率），簡寫為N.A，在物鏡和聚光器上都標有它們的數值孔徑，數值孔徑是物鏡和聚光器的主要參數，也是判斷它們性能的最重要指標。數值孔徑和顯微鏡的各種性能有密切的關系，它與顯微鏡的分辨力成正比，與焦深成反比，與鏡象亮度的平方根成正比。 
數值孔徑可用下式表示： 

式中： 
n—物鏡與標本之間的介質析射率 
α—物鏡的鏡口角 

所謂鏡口角是指從物鏡光軸上的物點發出的光線與物鏡前透鏡有效直徑的邊緣所張的角度，見圖1—5。 
鏡口角α總是小于180°。因為空氣的折射率為1，所以干燥物鏡的數值孔徑總是小于1，一般為0.05—0.95；油浸物鏡如用香柏油（折射率為1.515）浸沒，則數值孔徑最大可接近1.5。雖然理論上數值孔徑的極限等于所用浸沒介質的折射率，但實際上從透鏡的制造技術看，是不可能達到這一極限的。通常在實用范圍內，高級油浸物鏡的最大數值孔徑是1.4。 

幾種物質的介質的折射率如下： 
空氣為1.0，水為1.33，玻璃為1.5，甘油為1.47，香柏油為1.52。 
介質折射率對物鏡光線通路的影響見圖1—6。 

2、分辨力 
D可用下式表示： 
D=λ/2N.A. 
可見光的波長為0.4—0.7微米，平均波長為0.55微米。若用數值孔為0.65的物鏡，則D=0.55微米/2×0.65=0.42微米。這表示被檢物體在0.42微米以上時可被觀察到，若小于0.42微米就不能視見。如果使用數值孔徑為1.25的物鏡，則D=2.20微米。凡被檢物體長度大于這個數值，均能視見。由此可見，D值愈小，分辨力愈高，物象愈清楚。根據上式，可通過：（1）減低波長；（2）增大折射率；（3）加大鏡口角來提高分辨力。紫外線作光源的顯微鏡和電子顯微鏡就是利用短光波來提高分辨力以檢視較小的物體的。物鏡分辨力的高低與造象是否清楚有密切的關系。目鏡沒有這種性能。目鏡只放大物鏡所造的象。 

3、放大率： 
顯微鏡放大物體，首先經過物鏡第一次放大造象，目鏡在明視距離造成第二次放大象。放大率就是最后的象和原物體兩者體積大小之比例。因此，顯微鏡的放大率（V）等于物鏡放大率（V1）和目鏡放大率（V2）的乘積，即： 
V=V1×V2 
比較精確的計算方法，可從下列公式求得 

F1=接物鏡焦距，F2=接目鏡焦距  △=光學筒長，D=明視距離（=250毫米）

設△=160毫米   F1=4毫米  D=250毫米  F2=150毫米

4、焦深： 
在顯微鏡下觀察一個標本時，焦點對在某一象面時，物象最清晰，這象面為目的面。在視野內除目的面外，還能在目的面的上面和下面看見模糊的物象，這兩個面之間的距離稱為焦深。物鏡的焦深和數值孔徑及放大率成反比：即數值孔徑和放大率愈大，焦深愈小。因此調節油鏡比調節低倍鏡要更加仔細，否則容易使物象滑過而找不到。