光学显微镜的工作原理

天工开物

一、基本光学原理

• 光的折射与透镜成像
  光学显微镜的核心是透镜系统，主要利用凸透镜的折射原理。当光线通过凸透镜时，会发生偏折并汇聚于一点（焦点）。显微镜通过组合多个透镜，实现对光线的多次折射和聚焦，从而放大物体细节。
• 放大倍数的计算
  显微镜的总放大倍数是目镜放大倍数与物镜放大倍数的乘积。例如，若目镜放大倍数为10×，物镜为40×，则总放大倍数为400×。
  
  

二、光学显微镜的核心组件及功能

• 照明系统
  • 光源：通常为卤素灯、LED或汞灯，提供稳定、均匀的光线。
  • 聚光镜：位于光源下方，将光线聚焦并引导至样品表面，提高照明效率。
  • 光圈（虹彩光圈）：调节进入物镜的光量，控制图像对比度和景深。
  • 滤光片：过滤特定波长的光，用于荧光显微镜或增强图像对比度。
    
• 物镜系统
  • 物镜：位于样品上方，是显微镜最关键的光学部件。其作用是将样品细节放大并形成实像。
    • 低倍物镜（如4×、10×）：视野大，适合快速定位样品。
    • 高倍物镜（如40×、100×）：分辨率高，但视野小，需配合油镜使用（100×油镜）。
      
  • 数值孔径（NA）：物镜的重要参数，表示其收集光线的能力。NA值越大，分辨率越高（如100×油镜的NA可达1.4）。
    
• 目镜系统
  • 目镜：位于显微镜顶部，将物镜形成的实像进一步放大，供人眼观察。
    • 标准目镜：放大倍数通常为10×，也可根据需求选择5×、15×等。
      
  • 眼杯：防止外界光线干扰，提高观察舒适度。
    
• 调焦系统
  • 粗调旋钮：快速移动载物台，使样品接近物镜焦点。
  • 细调旋钮：精细调节焦点，获得清晰图像（尤其在高倍镜下）。
  • 载物台：放置样品，可上下、左右移动以调整观察区域。