标签：显微镜 专属 NA 聚光镜 消色差 照明 技术参数 视场 物镜
数值孔径NA
数值孔径NA指物镜前透镜与样本之间的介质折射率（η）乘以孔径角（u）半数的正玄，关系式为NA=η·sinu/2.它是物镜、聚光镜主要技术参数，判断物镜性能的重要指标，标刻在物镜外壳上。
数值孔径越大，成像质量越好。物镜观测时孔径角不能改变，不同介质折射率的变化，可以改变NA。因此，派生了水浸物镜、油浸物镜。水η=1.333，水浸物镜NA可为0.1~1.25；香柏油η=1.515，油浸物镜的NA可为0.80~1.45；新戒指溴萘η=1.66，物镜NA≥1.40.
数值孔径与分辨率、放大率、影像亮度成正比，与焦深成反比。NA增大，则视场宽度、工作距离相应变小。
分辨率
分辨率指成像过程中光点呈现差异的最小分辨距离，表示为d=λ/NA，d为最小分辨距离，λ为光纤的波长，NA为物镜数值孔径。可见NA越大，λ越短，d越小，分辨率越高。可见光源最小只能分辨距离0.4μm的两个物点。
分辨率的改善，取决于4个相关因素：1.采用波长更短的光源，λ下降；2.使用折射率更高的介质，η上升，NA提高；3.设计制造更大的物镜孔径角；4.增加图像明暗对比，提升影像清晰度。
放大倍数
焦深
指焦点的深度，即样本焦点平面上下与之同样观测清晰的区间范围。焦深越大，样本清晰的层数就越多。
①焦深与总放大倍数、物镜数值孔径、图像分辨率成反比。放大倍率越高，NA值越大，焦深越小，而分辨率提高。
②样本制备的裱封剂等周边介质折射率增加，焦深变大。
视场宽度
指显微镜圆形视场中容纳样本的实际范围，也称视场直径。其越大，样本信息量越大。
①视场宽度与目镜的视场数成正比。若目镜放大倍率不变，视场数越大，视场宽度也就越大，便于观测（注：视场数指目镜的视场宽度，用FN表示，标刻在目镜外壳上）。②物镜放大倍数增加，视场宽度变小。即低倍镜下看全貌，高倍镜下看局部。
覆盖差
样品盖玻片厚度的国际标准为0.17mm，物镜已修正了这个相差，并标刻在外壳上。当光线通过非标厚度的盖玻片进入空气后产生了折射，引起的相差称为覆盖差。
覆盖差的产生影响了显微成像的质量，观测样本时需要了解以下三点：
（1）放大倍率越高，NA值越大，覆盖差越明显。盖玻片厚度增加时，覆盖差加重且难以调焦。
（2）油浸物镜没有覆盖差问题，因油和盖玻片的折射率都是1.52，形成均匀的光学系统。
（3）物镜的NA值越大，盖玻片厚度的允许误差就越小，对盖玻片厚度的质量要求更加严格。
工作距离
指物镜前透镜表面至样本之间的距离，也称物距。观测时样本应处在物镜焦距的1～2。它与焦距是两个概念，显微镜的调焦，实际上是在调节工作距离。
物镜的数值孔径（NA）不变时，若缩短工作距离，需增大孔径角。高倍物镜的NA大，工作距离变小。
镜像亮度与视场亮度
（1）镜像亮度即图像亮度，表示眼睛观测图像的明暗程度，要求不暗淡，不耀眼，不疲劳。
（2）视场亮度即显微镜下视场范围的明暗程度，受物镜、目镜、光源强度等多种因素的影响。
镜像亮度与显微镜其他技术参数的关系主要有两点。
（1）镜像亮度与数值孔径（NA）的平方成正比，相同条件下NA大的物镜亮度改善明显。
（2）镜像亮度与总放大率的平方成反比，相同条件下目镜放大倍数增加，镜像亮度下降。
物镜
物镜是显微镜第一次成像的光学部件，由多组透镜胶合组成。焦距是透镜组的总焦距。
根据色差、像差、场曲等校正的程度以及专有特性，物镜有多种类型：（平场）消色差物镜、（平场）复消色差物镜、超平场和特种物镜等。
色差：可见光源（多色光）成像中的颜色差。白色物点不能形成白色像点，而是彩色像斑。
像差：光轴外物点发出的光束经过光学系统折射后在像平面处形成的弥散光斑（模糊圈）。
彗差：光轴外物点发出的光束经光学系统折射后呈现的彗星状非对称成像误差。
消色差物镜achromatic objective：普通物镜，外壳上标刻“Ach”字样。主要校正光轴成像的色差（红、蓝色）、球差（黄、绿光）、彗差。场曲较大。
复消色差物镜apochromatic obiective：高级物镜，结构精密复杂，由萤石等特种玻璃制作，外壳标有“Apo”。其在消色差物镜基础上还要校正二级光谱，红、绿、蓝色差，红、蓝光球差。复消色差物镜的像差校正完善，数值孔径更大，分辨率、有效放大率更高，成像质量上乘。
半复消色差物镜semi apochromatic obiective：性能成本、成像品质介于消色差物镜和复消色差物镜之间，也称氟石（萤石）物镜，标有“FL”。可校正红、蓝二色的色差和球差。
平场物镜plan objective：主要校正场曲缺陷，使视场平坦、成像逼真、观测方便，是在物镜透镜组件中增加的一块半圆形后透镜。其也可组合在消色差物镜、复消色差物镜之中。
特种物镜：在上述物镜基础上，为达到特殊观测效果而设计制造的物镜。
目镜
目镜放大物镜的实像，是中间像的放大，属第二次放大。目镜结构相对简单，由若干透镜分几组构成。透过目镜的光线相交于上方的点称为眼点，是成像观测的最佳位置。
目镜有多种放大倍数的配置，10X最为常用；5X的成像还原性较高，但放大倍数偏小；20X目镜放大倍数最大，但影像清晰度下降。需根据实际需要选择。
聚光镜
聚光镜用来弥补光量不足，适当改变光源的光性质，聚焦样本，改善照明。它位于载物台下方，在使用NA≥0.40物镜时须有其配合。它结构多样，物镜数值孔径不同对聚光镜要求也不同。
1.阿贝聚光镜（Abbe condenser）：阿贝聚光镜由两片透镜组成，聚光能力较好。当普通显微镜的物镜NA≥0.60时色差、球差校正不完备，需要配合使用。
2.消色差聚光镜（achromatic aplanatic condenser）：消色差聚光镜由一系列透镜组成，能校正色差、球差，获得满意成像，是明视场观测中最好的一款，配置高级显微镜，低倍物镜不适用。
3.其他聚光镜指上述明场之外其他用途的聚光镜，如暗视野聚光镜、相衬聚光镜、偏光聚光镜、微分干涉聚光镜等。
照明方法
显微镜照明方法按光源位置和光束走向，分为透射照明和落射照明两大类。
1.透射照明（transparent illumination）透射照明适用于透明或半透明样本，多数生物显微镜属于此类照明。其中又分中心照明和斜射照明两种形式。
（1）中心照明（central illumination），指照明光束的中轴与显微镜的光轴在同一条直线上，是最常用的透射式照明法。该法又分临界照明和柯勒照明两种。
1）临界照明（critical illumination），普通照明法。优势：光源光束经聚光镜成像照射于样本，光束狭而强。缺陷：光源灯丝像与样本平面重合，成像照明不均匀，有明暗差别。消除：光源前方放置乳白吸热滤色片，照明可变得较为均匀，或者更换LED光源。
2）柯勒照明（Kohler illumination），纪念蔡司工程师发明的“二次成像”而命名。它克服了临界照明的缺点，成像效果好，显微拍照佳。主要特点是：光源的灯丝经聚光镜及可变视场光阑后，灯丝像第一次落在聚光镜孔径的平面处，聚光镜又在该处的后焦点平面处形成第二次的灯丝像，照明的热焦点已不在样本的平面处，样本可长时间照明观测。
（2）斜射照明（oblique illumination），光束中轴与显微镜光轴不重合，以一定角度斜照样本。相衬、暗视野、体视显微镜常用之。
2.落射照明（incident illumination）：落射照明又称反射照明，光源在样本上方，光束通过物镜后落射到样本上，物镜起着聚光镜的作用，适合非透明样本。荧光、体视、倒置、激光共聚焦显微镜采用这种照明。
光轴调节
显微镜光学系统中光源、聚光镜、物镜、目镜的光轴和光阑的中心必须与显微镜的光轴重合，使用前光轴调节不可忽略。
1.聚光镜中心调整调整聚光镜中心是显微镜光轴调整的重点。方法：先将视场光阑缩小，用10×物镜观测，若光阑轮廓像不在中央，则调整聚光镜外侧的两个螺钉将其调至中央；再缓慢增大视场光阑直至轮廓像与视场边缘重合，表明已经同轴，使用时最好再略大一些。
2.孔径光阑调节孔径光阑安装在聚光镜内，研究级显微镜的聚光镜外侧边缘上有刻度标记，便于调节聚光镜使其与物镜的数值孔径相匹配，更换物镜时需同步调整。
参考：林国庆 主编，现代生命科学仪器设备与应用现代生命科学仪器设备与应用 (豆瓣) (douban.com)
202024006900100000003.pdf (sciencepress.cn)
202024006900100000004.pdf (sciencepress.cn)
标签：显微镜,专属,NA,聚光镜,消色差,照明,技术参数,视场,物镜 来源： https://blog.csdn.net/zhangjiali12011/article/details/122170511
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