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显微镜的基本结构和工作原理

普通生物显微镜主要由物镜、目镜、镜筒、载物台和反射器组成。通过物镜将放置在载物台上的物体放大。当对焦目标物时,可通过目镜观察放大图像。数码显微系统则通过相机和放大光学将实时图像输出至显示器。

尽管具有相似的结构,望远镜则用于观察遥远的物体。望远镜通过物镜接收来自恒星或其他遥远的物体的光,然后通过目镜将折射光调整至焦点。相比之下,显微镜发出的光会到达物体表面或穿过物体,通过物镜和目镜放大透射光或反射光。

显微镜原理
图:生物显微镜进行放大观察的原理

显微镜的优点

生物显微镜具有不同放大率的物镜,能够实现样本的精密成像。显微镜放大率是物镜放大率与目镜放大率的乘积。

但是,除了放大率以外,分辨率是决定显微镜性能的另一重要因素。分辨率是识别两个光斑的能力,可表示为仍然可被辨别为不同实体的两个点之间的最短距离。需要高放大率才能显示小物体,但是物体的清晰度则取决于分辨率。对于光学显微镜,由于可见光波长的影响(400至800 nm),分辨率上限理论上约为100至200 nm。如果需要更高的分辨率,可以考虑使用电子显微镜。

数值孔径(NA)是决定物镜性能的重要因素。NA越大,镜头的分辨率和亮度越高。选择显微镜时,用户必须根据成像样本,检查镜头的NA、放大率和分辨率。

像差是影响镜头性能的另一要素。像差指镜头形状缺陷导致图像失真或模糊。像差被校正的越彻底,镜头的性能就越高。

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