普通光学显微镜的原理和性能介绍

（一）光学显微镜的成像原理 
显微镜的放大是通过透镜来完成的，单透镜成像具有像差，影响像质。由单透镜组合而成的透镜组相当于一个凸透镜，放大作用更好。

（二）显微镜的性能 
显微镜分辨能力的高低决定于光学系统的各种条件。被观察的物体必须放大率高，而且清晰，物体放大后，能否呈现清晰的细微结构，首先取决于物镜的性能，其次为目镜和聚光镜的性能。 

1、数值孔径 也叫做镜口率（或开口率），简写为N.A，在物镜和聚光器上都标有它们的数值孔径，数值孔径是物镜和聚光器的主要参数，也是判断它们性能的最重要指标。数值孔径和显微镜的各种性能有密切的关系，它与显微镜的分辨力成正比，与焦深成反比，与镜象亮度的平方根成正比。 
数值孔径可用下式表示： 

式中： 
n—物镜与标本之间的介质析射率 
α—物镜的镜口角 

所谓镜口角是指从物镜光轴上的物点发出的光线与物镜前透镜有效直径的边缘所张的角度，见图1—5。 
镜口角α总是小于180°。因为空气的折射率为1，所以干燥物镜的数值孔径总是小于1，一般为0.05—0.95；油浸物镜如用香柏油（折射率为1.515）浸没，则数值孔径最大可接近1.5。虽然理论上数值孔径的极限等于所用浸没介质的折射率，但实际上从透镜的制造技术看，是不可能达到这一极限的。通常在实用范围内，高级油浸物镜的最大数值孔径是1.4。 

几种物质的介质的折射率如下： 
空气为1.0，水为1.33，玻璃为1.5，甘油为1.47，香柏油为1.52。 
介质折射率对物镜光线通路的影响见图1—6。 

2、分辨力 
D可用下式表示： 
D=λ/2N.A. 
可见光的波长为0.4—0.7微米，平均波长为0.55微米。若用数值孔为0.65的物镜，则D=0.55微米/2×0.65=0.42微米。这表示被检物体在0.42微米以上时可被观察到，若小于0.42微米就不能视见。如果使用数值孔径为1.25的物镜，则D=2.20微米。凡被检物体长度大于这个数值，均能视见。由此可见，D值愈小，分辨力愈高，物象愈清楚。根据上式，可通过：（1）减低波长；（2）增大折射率；（3）加大镜口角来提高分辨力。紫外线作光源的显微镜和电子显微镜就是利用短光波来提高分辨力以检视较小的物体的。物镜分辨力的高低与造象是否清楚有密切的关系。目镜没有这种性能。目镜只放大物镜所造的象。 

3、放大率： 
显微镜放大物体，首先经过物镜第一次放大造象，目镜在明视距离造成第二次放大象。放大率就是最后的象和原物体两者体积大小之比例。因此，显微镜的放大率（V）等于物镜放大率（V1）和目镜放大率（V2）的乘积，即： 
V=V1×V2 
比较精确的计算方法，可从下列公式求得 

F1=接物镜焦距，F2=接目镜焦距  △=光学筒长，D=明视距离（=250毫米）

设△=160毫米   F1=4毫米  D=250毫米  F2=150毫米

4、焦深： 
在显微镜下观察一个标本时，焦点对在某一象面时，物象最清晰，这象面为目的面。在视野内除目的面外，还能在目的面的上面和下面看见模糊的物象，这两个面之间的距离称为焦深。物镜的焦深和数值孔径及放大率成反比：即数值孔径和放大率愈大，焦深愈小。因此调节油镜比调节低倍镜要更加仔细，否则容易使物象滑过而找不到。