光学显微镜如何把图像“装”到你的眼睛里？

光学显微镜如何把图像“装”到你的眼睛里？

引用

简书

1.

https://www.jianshu.com/p/5896a2596966

显微镜是如何将微小的细胞放大到肉眼可见的程度？这个问题的答案隐藏在几何光学的精妙法则中。从列文虎克的第一台显微镜到如今功能强大的数码显微镜，光学显微镜的发展始终离不开透镜的精密设计。本文将带你深入了解显微镜的核心原理，揭示这个科学工具如何将微观世界展现在我们眼前。

物镜——光线捕获的“狙击手”

物镜的核心任务是把样本第一次放大。
根据几何光学的高斯公式：
当物体放在物镜的一倍到两倍焦距之间
，就会形成倒立放大的实像。这里的放大倍率
，但实际设计中，高倍物镜的物距u往往只比焦距f大几微米，这意味着工程师必须像捏陶瓷一样控制透镜曲率。
所以，实际中100倍油镜的焦距可能只有2mm，而物距仅2.1mm。
但是，你以为只要放大倍率够高就能看清一切？几何光学在这里露出了它的残酷面。根据恩斯特·阿贝提出的正弦条件：
其中n是物方折射率，θ是物镜的孔径角。这个公式直接决定了显微镜的数值孔径（NA），而NA值又与分辨率极限绑定
。想突破限制？要么用油浸物镜提升n（可达1.5），要么怼大孔径角θ——这就是为什么高倍物镜长得像“啤酒瓶底”。
所以我们就会发现一些反常的东西：100倍物镜的实际物理长度可能比40倍物镜更短，因为焦距更小！

光源——均匀打光的“布光大师”

光源的使用不仅仅是朝着样品照射那么简单。想要高清成像，显微镜的照明系统大有讲究。
①聚光镜把光源成像在物镜后焦面，实现“临界照明”消除杂散光。
②视场光阑成像在样品平面，精确控制照明范围。

结语：几何光学——光学显微的基石

今天，物镜的NA值、光路对齐、像差校正仍然由几何光学主宰。下次当你拧动显微镜粗调旋钮时，别忘了——这是一场跨越三个世纪的光线接力，而你我都是站在牛顿、惠更斯、阿贝肩膀上的观察者。