显微镜的光学原理

玻璃之情

    显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，把一个全新的世界展现在人类的视野里。显微镜根据其应用可以分为工业显微镜、生物显微镜。工业显微镜，主要是应用在工业上观测材料、品质检测等。工业材料大部分是非透明的，比如金属、复合材料、电子半导体器件。
    而生物显微镜主要应用于生命科学领域，观测的主要是细胞、病菌、组织等等，绝大多数是透明物体。观察试样的透明与非透明也就决定了两种显微镜在结构上的最大不同——光路的不同。工业显微镜大多是反射照明光路（也有一些是带有透反两个光路或应用在地质方面的纯透光路），而生物显微镜是纯透射，没有反射光路。下面就和一起来探究显微镜的光学原理吧。

一． 折射和折射率
    光线在均匀的各向同性介质中，两点之间以直线传播，当通过不同密度介质的透明物体时，则发生折射现像，这是由于光在不同介质的传播速度不同造成的。当与透明物面不垂直的光线由空气射入透明物体(如玻璃)时，光线在其介面改变了方向，并和法线构成折射角。

二． 透镜的性能
　　透镜是组成显微镜光学系统的最基本的光学元件，物镜、目镜及聚光镜等部件均由单个和多个透镜组成。依其外形的不同，可分为凸透镜(正透镜)和凹透镜(负透镜)两大类。
　　当一束平行于光轴的光线通过凸透镜后相交于一点，这个点称“焦点”，通过交点并垂直光轴的平面，称“焦平面”。焦点有两个，在物方空间的焦点，称“物方焦点”，该处的焦平面，称“物方焦平面”；反之，在像方空间的焦点，称“像方焦点”，该处的焦平面，称“像方焦平面”。光线通过凹透镜后，成正立虚像，而凸透镜则成正立实像。实像可在屏幕上显现出来，而虚像不能。

三． 像差
　　影响成像的关键因素就是像差，由于客观条件，任何光学系统都不能生成理论上理想的像，各种像差的存在影响了成像质量。像差可分为色差、球差(Spherical aberration)、慧差、像散、场曲、畸变（Distortion），各种像差除场曲外，都影响像的清晰度。而畸变是另一种性质的像差，光束的同心性不受到破坏。因此，不影响像的清晰度，但使像与原物体比，在形状上造成失真。