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體視顯微鏡的原理
發布時間:2019/12/17
體視顯微鏡光學結構原理是:由一個共用的初級物鏡,對物體成像后的兩個光束被兩組中間物鏡亦稱變焦鏡分開,并組成一定的角度稱為體視角一般為12度~15度,再經各自的目鏡成像,它的倍率變化是由改變中間鏡組之間的距離而獲得,利用雙通道光路,雙目鏡筒中的左右兩光束不是平行,而是具有一定的夾角,為左右兩眼提供一個具有立體感的圖像。體視顯微鏡實質上是兩個單鏡筒顯微鏡并列放置,兩個鏡筒的光軸構成相當于人們用雙目觀察一個物體時所形成的視角,以此形成三維空間的立體視覺圖像。
體視顯微鏡大體分為兩類,每種各有優劣。以前的體視顯微鏡系統,即Greenough發明的光路,利用2物鏡,分別走2條光路,進入2個目鏡分別成像。最近的系統即CMO,利用1個大的物鏡,按一定角度分為2條光路,進入2個目鏡成像。兩類體視顯微鏡都可以改變放大倍數,連續變倍。
中間部分有時設計成滑塊或轉盤式的物鏡轉換器,便于轉換物鏡倍數。這在過去的體視顯微鏡中很流行,現在不多見了。最高質量的體視顯微鏡是安裝了中間變倍透鏡組的,用于改變放大倍數。
早期體視顯微鏡只能放大7x-30x,現在學生用的體視顯微鏡也能放大2x-70x了。中間變倍的體視顯微鏡可放大250x-400x,更高端的研究級體視顯微鏡可超過500x。工作距離從20-140mm,增加特殊的附加透鏡,可達到300mm或更大。附加透鏡可接在特殊設計的物鏡口上,用于改變放大倍數和工作距離。
現代體視顯微鏡配備寬視野、高眼點目鏡,放大倍數5x-30x。常在目鏡上配膠皮眼罩,避免觀察者的眼鏡直接接觸到目鏡。屈光度可調,瞳距55-75mm。視場由物鏡倍數和目鏡的視場光闌尺寸決定。FN即目鏡的視場光闌直徑,在出廠的時候已經固定,所以視場與物鏡倍數相關。增加物鏡倍數,視場變小;相反,減小物鏡倍數,視場變大。例如使用10x目鏡,低倍物鏡(0.5x)時,視場范圍約為65-80mm(取決于中間變倍),比復式顯微鏡的視場范圍更大(使用相同目鏡、物鏡時,視場范圍約40mm)。但大的視野要求更高的照明亮度,也往往難以使整個視野均勻照明。
與其他光學顯微鏡一樣,體視顯微鏡的分辨率(D)取決于照明的波長和物鏡的數值孔徑。
分辨率(D)=0.61×λ/(n×sinθ)
其中d為最小分辨距離,λ為照明波長,n為物鏡和樣品間的物質折射率,θ物鏡孔徑角的一半。
改變目鏡倍數并不會改變分辨率,只能改變放大倍數,卻不會增加觀察到的樣品細節。所以高倍目鏡(放大倍數30x或更高)只是空放大。為了對比顯微鏡之間的差別,分辨率常用每毫米的線數(lp/mm)表示。
體視顯微鏡附加透鏡放大倍數為0.3x-2x,可以改變工作距離和分辨率。通常,分辨率與附件透鏡的放大倍數成正比;視場范圍與放大倍數成反比;景深與放大倍數成反比;工作距離與放大倍數相反,但不成線性比率關系。另外,使用附件透鏡,在絕大多數情況下,對圖像亮度沒有顯著的影響。
Greenough和CMO體視顯微鏡都可以利用傳統的顯微照相術(膠卷)和數碼技術成像。
對于各種類型的光學顯微鏡,觀察時最重要的因素可能要數樣品的照明方式了,以及照明對于揭示感興趣特征的效果。體視顯微鏡經常利用不同的光源和配置,在反射照明和透射照明系統下檢測樣品,照明方式對于成像具有戰略性的意義。
在很多情況下,透射光和反射光照明結合使用,便于更有效的揭示樣品特性。這篇文章中著重講解反射光照明在鏡檢中的應用,包括照明技術和設備。用體視顯微鏡檢測的樣品大多都是三維物體,要求操作者使用最有效的照明,來觀察感興趣部分的細節。
復式顯微鏡有DIC、偏光、相差、熒光等觀察方式。而體視顯微鏡由于工作距離更長,數值孔徑較小,放大倍數較低,這些觀察技術很多都不能實現。體視顯微鏡是通過多種照明方式實現的不同觀察。沒有哪種固定的照明策略是最佳的。根據不同的樣品,可以有多種機制,用近乎無限種照明技術觀察或多種結合使用。對于一個樣品或物體,盡管有不同的照明方式,但其中某一種可能會得到最好的觀察結果。
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