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光学产品相关

光阑 不积跬步,无以至千里——显微镜的小知识

更新时间  2024-03-16 10:08 阅读

苏州五强光学

无限远成像物镜是指物镜的机械镜筒长度无限大。 从工作平面上的物点发出的光线穿过物镜,以平行光束射向无限远。 在显微镜中,无限远成像物镜可以提供许多优势。 它们可以将平行光聚焦在目镜视场光阑处,增加显微镜镜筒的长度,添加额外的光学元件,并提高显微镜系统的灵活性。

简单的无限远成像显微镜系统的光路由物镜、镜筒透镜和相机组成。 如图1所示。

光阑

图1 基本显微系统的装置组成

无限远成像物镜的设计初衷是为了使光束从物镜射出成为平行光。 这样,当在物镜和镜筒透镜之间添加其他光学器件时,就不会引入额外的光程差,不需要补偿校正。 因为物镜和管镜之间存在平行光,那么物镜和管镜之间的距离可以任意放置甚至无限大吗?

图2 基本显微镜系统成像流程

由于今天的内容是关于无限远成像物镜的,所以答案肯定是否定的。 接下来我们来分析一下为什么物镜与镜筒透镜之间的距离不能为无限远。

首先我们回顾一下平行光源成像规律的知识。 平行光可以理解为从无限远点发出的光线。 不同方向的平行光对应的无穷远点在一个平面上。 因此,定义平行于光轴的平行光形成的会聚点称为焦点,不同方向的所有平行光会聚点形成的平面称为焦平面。 如图所示。

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图3 平行光会聚

由于物镜是多个不同透镜的组合,我们可以将物镜等同于单个透镜,因此物镜也遵循上述规则。

这里我们可以将样本视为一个发光的扩展光源,它是不同位置的点光源的集合。 然后将样品放置在物镜的工作平面上。 由于光路的可逆性,光源发出的光在物镜工作平面上经过物镜后变成平行光。 不同位置的点光源产生的平行光与光轴形成不同的角度。 (只有焦点处的点光源发出的光经过物镜后与光轴平行)。

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图4 扩展光源的准直

相信大家从图4中已经看到,展开的光源经过透镜准直后变成平行光。 然而,离轴点处的平行光相对于光轴具有角度。 随着距轴的距离增加,角度也会增加。 在增加。 因此,准直平行光一般具有发散角。

这种现象也适用于无限远成像显微镜系统。 物镜视场内的采样点经过物镜后也变成平行光,然后管镜将平行光会聚在CCD目标面上成像。 当管透镜靠近物镜时,它可以收集所有物点发出的所有光线。 然而,随着镜筒透镜距离物镜越来越远,填充入瞳的离轴物点发出的光束并非全部都能到达像平面。 ,部分光束会被镜筒镜框或其他孔径遮挡,导致离轴物点的光束宽度小于轴上物点。 这种离轴点光束被部分遮挡、像面边缘照度降低的现象称为渐晕。

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图5:物镜与镜筒透镜之间不同距离处的光路情况

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图 6 渐晕

接下来我将通过实验来直观地展示显微图像随着物镜与镜筒透镜之间距离的变化会发生怎样的变化。

实验装置的光路如下图所示。 将样品整体固定在物镜工作平面上。 同时,将相机放置在筒镜后面。 调整目标面与镜筒透镜之间的距离,并将其固定为整体。 然后改变两个整体之间的距离。 从远处观察显微图像的变化。

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图7 实验装置示意图

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图8 实验装置示意图

通过实验可以观察到,当物镜与镜筒透镜之间的距离在一定范围内增加时,图像没有明显的变化。 当距离不断增加时,采集图像的边缘逐渐变得模糊,严重影响成像质量。

好了,今天的分享就这些了,所以当有人问你无限远成像物镜与筒镜的距离是否可以任意设定时,你一定要说“NO”。