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显微镜光学系统

镜头类型

光学显微镜采用物镜和目镜进行成像。观察放大率是物镜放大率与目镜放大率的乘积。普通光学显微镜的放大率范围为10×至1,000×,而部分光学显微镜的放大率可达2000×。

物镜

物镜由多片镜头组成,用于放大物体,并投影较大图像。根据焦距的不同,可安装不同放大率的镜头,如4×、10×、40×和50×。除了放大率,物镜的性能指标还包括数值孔径和工作距离。
透射镜头的光线会产生色差(渗色),其折射率根据波长的不同而变化。为了防止色差的发生,研制出了以下镜头:

- 消色差镜头
这种镜头用于使两种波长(颜色)的光线的折射率保持一致。这种镜头被广泛使用,部分原因是价格合理。
- 半复消色差镜头(萤石镜头)
这种镜头用于使三种波长(颜色)的光线的折射率保持一致。这种镜头具有观察波长约为340 nm的紫外线所需的透射比,因此适用于荧光观察。
- 复消色差镜头
与半复消色差镜头一样,这种镜头用于使三种波长(颜色)的光线的折射率保持一致。这种镜头具有较大的数值孔径和较好的分辨率,因此通常用于对详细观察有要求的科研领域。这种镜头具有较高性能,因此价格也较高。
- 平场镜头
这种镜头的场曲像差得到校正,因此镜头中心和周边均完成对焦。如果上述三种镜头的场曲像差得到校正,可分别称为平场消色差镜头、平场萤石镜头和平场复消色差镜头。在大部分情况下,在镜头侧面标有“PLAN”。
- 浸没镜头
这类镜头可通过在物镜与标本之间填充液体来增加数值孔径,从而获得较高分辨率。使用油工作的浸没镜头被称为油浸镜头,而使用水工作的浸没镜头被称为水浸镜头。油浸镜头侧面标有“HI”或“OIL”,而水浸镜头侧面标有“W”或“WATER”。

目镜

目镜是安装在观察者一侧的镜头。图像经物镜放大后,由目镜进一步放大,以利于观察。目镜由1至3片镜头组成,也可设置视场光阑,可消除不必要的反射光和像差。
根据放大率的不同(如7×和15×),可使用不同类型的目镜。除了放大率,镜头性能还可表示为视场数,即视场的范围。
与物镜相反,目镜的放大率越高,长度越短。
根据视场光阑的结构或应用的不同,可安装以下镜头:

- 惠更斯镜头
惠更斯镜头由两个平凸镜头组成。这种镜头用于低放大率观察,其特点是视场光阑位于镜筒中。
- 拉姆斯登镜头
这种镜头的特点是视场光阑不在镜筒中。
- PERIPLAN镜头
即使在视场的周边,这种镜头也可校正放大率和其他特性的色差,实现清洗观察。
- 补偿镜头
补偿镜头是补偿物镜产生的像差的目镜。
- 宽视场镜头
这种镜头可实现宽视场,主要用于观察生物体和矿物质。
- 超视场镜头
这种镜头可支持更宽的视场,主要用于立体显微镜。

聚光镜头

聚光镜头是安装在载物台下方的镜头。这种镜头能调整光量,使光线均匀照亮物体。这种镜头适用于高放大率观察。聚光镜头可分为多种类型,包括普通的“阿贝聚光器”和用于校正色差的“消色差聚光器”。

- 阿贝聚光器
阿贝聚光器是一种简易的聚光镜头,通常与显微镜搭配使用,适用于教育机构。
- 消色差聚光器
消色差聚光器是一种能够校正色差的聚光镜头。消色差齐明聚光镜是对消色差聚光器的改进,能够校正场曲。
- 万能聚光器
万能聚光器可支持多种观察方法,如暗视场、相位差、微分干涉对比和偏光观察。

关于放大率

总观察放大率表示为物镜放大率与目镜放大率的乘积。例如,如果物镜的放大率为20×,目镜的放大率为10×,则总放大率为200×。
1×指观察者在距物体250 mm处观察该物体的状态。250 mm被视为最容易被人眼观察到的距离。这个距离被称为明视距离。目镜的放大率等于明视距离除以镜头的焦距。

镜头的清洗

使用完显微镜后,必须清洗灰尘、油和污垢,因为镜头在使用过程中很容易粘上灰尘、指纹或培养液。

如何清洗镜头

清洗镜头时,主要需要以下工具:

  • 吹风机(压缩空气)
  • 镜头清洁纸
  • 棉签
  • 清洗剂(制造商推荐的清洗剂、无水酒精、乙醚和酒精的混合物、蒸馏水等)
1.用吹风机或其他装置清洗镜头
首先,用吹风机或压缩空气清除镜头表面的灰尘。
(由于压缩空气的压强较大,部分镜头不适合使用压缩空气。请根据操作手册的规定决定是否使用压缩空气。)
2.清除污垢
使用清洗剂(如制造商推荐的清洗剂、无水酒精、乙醚和酒精的混合物或蒸馏水)清除污垢。眼镜清洁剂含去雾剂,因此不建议使用。
当使用乙醚等易燃清洗剂时,应小心谨慎,防止点燃易燃物。清洗前,应关闭周围的电子设备。还应注意室内通风。
用纱布、无纺布或清洁纸等防尘材料蘸取少量清洗剂,按照从中心到外周的顺序,螺旋擦拭镜头。在擦拭尺寸较小的镜头时,将拭镜纸缠绕在棉签的顶端,轻轻擦拭镜头,注意不要用力过大。
上述清洗过程也适用于聚光镜头。
在使用完油浸物镜后,务必对其进行清洗;否则,镜头表面会变质。用清洁纸吸走剩余的油污,然后用清洁纸蘸取清洗剂,轻轻擦拭镜头。

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