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显微镜

相衬物镜之相衬环尺寸设计技术参数

时间:2017/8/31 23:22:31   作者:郑士利   来源:正势利   阅读:1981   评论:0
内容摘要: 相衬物镜之相衬环尺寸设计技术参数——摘自《实用光学技术手册》【王之江】通过资料,可以得出相衬环设计时其理论值参考方向:    根据以上资料,不难由有效通光口径推算出其相衬环尺寸设计尺寸,再根据经验余量方面也可以直接得出环状光阑设计尺寸。    故,通过以上信息,可以编辑出一份相...
 相衬物镜之相衬环尺寸设计技术参数——摘自《实用光学技术手册》【王之江】

通过资料,可以得出相衬环设计时其理论值参考方向:

相衬观察:

    在观察生物、矿物以及其他标本时,常会遇到与周围介质具有同样吸收系数和颜色而折射率或厚度稍有不同的物体(位相物体),用普通的明场观察难以看清,染色还会杀死许多标本活体,影响观察效果。

    1935年采尔尼克采用一种特殊的方法来观察此类标本,此法即为相衬法。

相衬物镜之相衬环尺寸设计技术参数
相衬物镜之相衬环尺寸设计技术参数
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相衬物镜之相衬环尺寸设计技术参数
相衬物镜之相衬环尺寸设计技术参数

    根据以上资料,不难由有效通光口径推算出其相衬环尺寸设计尺寸,再根据经验余量方面也可以直接得出环状光阑设计尺寸。
    故,通过以上信息,可以编辑出一份相衬环设计尺寸的公式。设计时根据有效通光口径直接就得出剩下所要设计的所有参数了。公式已经编辑好,有兴趣者可以一共探讨之。

微信:49922779

 

 

 

20210819整理:

相衬观察:

        在观察生物、矿物以及其他标本时,常会遇到与周围介质具有同样吸收系数和颜色而折射率或厚度稍有不同的物体(位相物体),用普通的明场观察难以看清,染色还会杀死许多标本活体,影响观察效果。

 

相衬原理:

        下图为一简单的位相物体标本,物体厚度为d,折射率为n1,而周围介质折射率为n。

        一束平行光照明标本,背景光线1的振动方向为:y1=acosωt

        通过位相物体光线2的振动方向为:y2=acos(ωt+σ)

                                                          式中,a为振幅,σ为位相差(σ=2πd(n-n1)/λ),ω为圆频率

        将y2改写成恒等式:y2=acosωt+2asinσ/2cos(ωt+σ/2+π/2)

        第一部分为背景光;

        第二部分是光线通过位相物体时由于衍射而形成的。它与背景光叠加后得到位相物体在像面上的光亮度。但σ值很小时,第二部分几乎为零,叠加后的光亮度与背景光相位差甚微,故明场难以觉察到位相物体的存在。

       相衬法的实质就是在物镜后焦面附近放置一相板,适当安排光路,使直射光在相板规定的区域内通过,且被吸收掉大量的光能量(透过率为τ),使直射光振幅衰减至与衍射光振幅相当。位相物体所产生的衍射光在通过整个相板的同时改变某一位相差Δ。于是,直射光与衍射光的振动方程分别为

y1‘=τacosωt;y2’=2asinσ/2cos(ωt+σ/2+π/2+Δ),两者叠加后的振幅为a’,光强为a'平方=a平方{τ平方+4sin(σ/2)[sinσ/2-τsin(σ/2+Δ)]}

设K=(a平方-a‘平方)/a平方为对比度,则有K=(1-τ平方)+4sin(σ/2)[τsin(σ/2+Δ)-sinσ/2]

在未引进相板时,τ=1,Δ=0,则Kmin=0;

当引入相板时,若τ=2sinσ/2,Δ=(π/2-σ/2),则Kmax=1


相衬板形状和参数确定:
         无论从观察效果或制造工艺考虑,取环形图案作相衬板较为合适,如图示。
        确定两个参数r1与r2值(r0为平均半径)时,应考虑下列因素:

a)亮度:
环形的面积决定了成像的光亮度,若以Sri表示其面积,则有
Sri=π(r2平方-r1平方)=2πr0(r2-r1)
可见,在同样环宽的情况下,平均半径越大,环形面积也越大,成像光亮度也大。

b)面积:
环形引起遮光的影响类似于中心遮拦。环形面积越大,衍射斑的光能分散现象越严重,故环形面积要受此约束。

c)宽度:
环形宽度越大,直射光除零级次的光谱通过外,高级次的光谱通过的也多,使位相物体像的四周出现“镶边”现象。可用环形面积与周长之比作为评价指标Q1,对于单个环有Q=[π(r2平方-r1平方)]/[2π/(r1+r2)]=(r2-r1)/2
Q值越小,“镶边”现象越弱。若将一个环在保持面积不变的条件下,分为许多同心圆环,则Q值将会急剧下降,”镶边“现象得到极大改善。

d)NA:
进行环形光阑与相衬板计算时,若r1、r2值过大,则光线将无法进入显微物镜,尤其无法进入高倍物镜的前片,即r1、r2受到物镜前片通光口径的限制。

综合考虑上述四个因素,不难选取合适的r1、r2值。推荐一个数值作为一级近似值:r0为相衬板通光口径的6/10。若不考虑套准余量,环宽为通光直径的1/10。
通常取τ=0.07~0.15。

正相衬和负相衬:
        衍射光相位滞后π/2,称为正相衬。当被观察物体的折射率大于周围介质的折射率时,物体的图像比背景暗;反之,物体的图像比背景亮。此时,相衬板的环形部分仅起吸收直射光能量的作用,而其余通光部分则起改变相位作用,如图示。
       直射光相位滞后π/2,称为负相衬。当被观察物体的折射率大于周围介质的折射率时,物体的图像比背景亮;反之,物体的图像比背景暗。此时相衬板的环形部分除起吸收直射光能量的作用外,还改变直射光相位,如图示。


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