應(yīng)用光學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)印刷版-資料下載頁(yè)
2025-06-23 16:48本頁(yè)面
【正文】 實(shí)驗(yàn)七 顯微系統(tǒng)特性參數(shù)的測(cè)量（可選）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?通過(guò)對(duì)顯微系統(tǒng)特性參數(shù)的實(shí)際測(cè)量，進(jìn)一步掌握顯微系統(tǒng)的基本成像原理，同時(shí)加深對(duì)其各參數(shù)的理解。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)際測(cè)量顯微系統(tǒng)的線視場(chǎng)、放大倍率及數(shù)值孔徑的大小。 三、實(shí)驗(yàn)儀器 待測(cè)顯微鏡、測(cè)微目鏡、標(biāo)準(zhǔn)刻尺、半反半透鏡、照明光源、標(biāo)準(zhǔn)柱等。 四、測(cè)量原理 (一) 顯微鏡線視場(chǎng)的檢測(cè) 顯微鏡的原理示意如下圖7－1所示： 圖71從圖中可見(jiàn)，顯微鏡由物鏡及目鏡構(gòu)成，被觀測(cè)的物體經(jīng)顯微鏡的物鏡放大后其像再經(jīng)目鏡放大以供人眼觀察，其成像過(guò)程是一個(gè)二次成像過(guò)程。對(duì)于顯微鏡而言，分劃板是其視場(chǎng)光闌，顯微鏡的線視場(chǎng)主要取決于視場(chǎng)光闌的大小，且顯微鏡的視覺(jué)放大率越大，它的物空間的線視場(chǎng)越小。 若在顯微鏡承物臺(tái)上放置一標(biāo)準(zhǔn)玻璃刻尺，并以光源照明，令顯微鏡對(duì)標(biāo)準(zhǔn)玻璃刻尺進(jìn)行調(diào)焦，使人眼通過(guò)顯微鏡看清其像，則顯微鏡中所能看到的最大刻線范圍即為顯微鏡的線視場(chǎng)。 (二) 顯微鏡放大率的測(cè)量 其測(cè)量原理如圖7－2所示：圖 72使待檢顯微鏡對(duì)承物臺(tái)上的標(biāo)準(zhǔn)玻璃刻尺1調(diào)焦，在垂直光軸方向于明視距離處安放另一刻尺2，并用光源同時(shí)照明兩個(gè)刻尺。此時(shí)人眼可同時(shí)看清兩刻尺的像，并將二者消視差，在視場(chǎng)中讀取刻尺1的像與刻尺2齊合的讀數(shù)M及N，則采用下式即可求得顯微鏡的視覺(jué)放大率： （71）式中 分別為刻尺1及刻尺2的格值。 除了此種測(cè)量方法外，還可以采用前置鏡法直接測(cè)量或分別測(cè)量構(gòu)成此顯微鏡的物鏡的垂軸放大率及目鏡的視覺(jué)放大率。在此就不一一介紹了。 （三）顯微鏡物鏡數(shù)值孔徑NA的測(cè)量 顯微鏡的數(shù)值孔徑是顯微鏡一個(gè)非常重要的參數(shù)，其大小直接決定了顯微系統(tǒng)的分辨能力及像面照度。數(shù)值孔徑的表示形式如下所示： （72）式中為顯微物鏡物方介質(zhì)折射率； 為顯微物鏡物方半孔徑角。 當(dāng)顯微鏡的數(shù)值孔值不大時(shí)可采用下面的方法進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量原理如圖7－3所示： 圖7—3將已知高度為d的標(biāo)準(zhǔn)柱放在刻尺上，使待測(cè)顯微鏡以標(biāo)準(zhǔn)柱的上端面中心進(jìn)行調(diào)焦，取下標(biāo)準(zhǔn)柱及顯微鏡目鏡，用眼直接讀取視場(chǎng)所見(jiàn)的刻尺分劃的格數(shù)m，則有： （73）根據(jù)式（7－3）即可求出物方孔徑角的大小，再利用式（7－2）即可求出被測(cè)量顯微鏡的數(shù)值孔徑。 在顯微鏡的批量生產(chǎn)檢測(cè)時(shí)，可依據(jù)此檢測(cè)原理做成專用的數(shù)值孔徑儀檢測(cè)NA，以提高檢測(cè)效率。 五、測(cè)量步驟（一）顯微系統(tǒng)線視場(chǎng)的測(cè)量 將標(biāo)準(zhǔn)刻尺放置在被測(cè)量顯微鏡的承物臺(tái)上，固定好位置，并用光源照明刻尺。 旋轉(zhuǎn)顯微鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤選擇一個(gè)放大率比較小的物鏡（如果物鏡的放大倍率選擇過(guò)大則看不到刻尺的像），同時(shí)通過(guò)拔插的方式選擇一個(gè)適合的目鏡，轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕令顯微鏡對(duì)刻尺進(jìn)行調(diào)焦，直至看到刻尺的清晰的像，若通過(guò)調(diào)整只能看見(jiàn)刻尺的模糊的像，則還需旋轉(zhuǎn)目鏡進(jìn)行相應(yīng)的視度調(diào)節(jié)。 此時(shí)讀出通過(guò)顯微鏡目鏡所能看到的最大的刻尺范圍2y，此數(shù)值即為待測(cè)顯微鏡的線視場(chǎng)的大小。由于在此成像過(guò)程中所用的物為已知刻值的刻尺，所以通過(guò)直接讀取格值的方式就能夠測(cè)量出線視場(chǎng)的大小，十分方便快捷。 （二）顯微系統(tǒng)放大倍率的測(cè)量 將標(biāo)準(zhǔn)刻尺1放置在被測(cè)量顯微鏡的承物臺(tái)上，固定好位置，并用光源照明刻尺。 在選擇了適當(dāng)?shù)奈镧R及目鏡的基礎(chǔ)上，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)刻尺1進(jìn)行調(diào)焦，直至看清標(biāo)準(zhǔn)刻尺1的像。 在垂直于顯微鏡的光軸方向上再放置一個(gè)刻尺2（此刻尺的格值可以與刻尺1相同也可不同，根據(jù)具體情況而定），并使此刻尺位于明視距離處。同時(shí)將一個(gè)半反半透鏡放置于待測(cè)目鏡之上。此時(shí)讓照明光源同時(shí)照明兩個(gè)刻尺，當(dāng)人眼通過(guò)半反半透鏡進(jìn)行觀察時(shí)就能夠同時(shí)看到兩個(gè)刻尺的像：其中刻尺1通過(guò)顯微鏡成像、放大后經(jīng)半反半透鏡的透射進(jìn)入人眼，而刻尺2則僅經(jīng)過(guò)半反半透鏡的反射后進(jìn)入人眼，在此過(guò)程中沒(méi)有經(jīng)過(guò)放大。 將兩像進(jìn)行調(diào)整并消視差，此時(shí)分別讀取所見(jiàn)視場(chǎng)中刻尺1的格值數(shù)N及同一視場(chǎng)中刻尺2的格值數(shù)M，并利用式（7－1）即可求出被測(cè)顯微鏡的放大倍率。 （三）顯微鏡數(shù)值孔徑的測(cè)量 首先將標(biāo)準(zhǔn)刻尺放置在被測(cè)量顯微鏡的承物臺(tái)上，固定好位置，然后將已知高度的標(biāo)準(zhǔn)小圓柱放置于標(biāo)準(zhǔn)刻尺上，并用光源照明。 然后調(diào)整顯微鏡令顯微鏡對(duì)此小圓柱的上端面進(jìn)行調(diào)焦，直至在目鏡中看到小圓柱上端面的清晰的像。 先取下目鏡，再移走小圓柱，直接通過(guò)人眼來(lái)觀察標(biāo)準(zhǔn)刻尺經(jīng)顯微物鏡所成之像，上下移動(dòng)人眼的位置，直至能夠看見(jiàn)刻尺的清晰的像。數(shù)出所見(jiàn)視場(chǎng)中的刻尺的格值m，并代入公式（7－3）、（7－2）中，即可求出該被測(cè)顯微鏡的數(shù)值孔徑。 【思考題】 如用小孔光闌代替標(biāo)準(zhǔn)圓柱，該如何檢測(cè)顯微鏡的數(shù)值孔徑？ 對(duì)于顯微鏡而言，其物方線視場(chǎng)的大小與哪些因素有關(guān)？ 對(duì)于低倍顯微鏡，其最大視場(chǎng)由哪種光闌限制？該光闌一般放在哪里？
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