显微镜的奥秘:为何目镜短则倍数大,物镜长则放大效果显著?
解析:
显微镜的工作原理是基于光学放大。当物体AB通过物镜时,它会形成一个实像A'B',这个实像位于目镜的前焦面F2处或其附近。随后,这个实像A'B'经过目镜的放大作用,以近似平行光的方式出射,最终在我们的眼中形成一个正立且放大的虚像。
在显微镜的设计中,为了实现操作的便捷性和高效性,即在不移动物置的情况下,通过更换物镜和目镜来改变放大倍率,并能始终获得清晰的像并使其位于视场,需要确保物镜所成的像面A'B'与目镜的前焦面F2保持重合。这样,无论更换何种倍数的物镜和目镜,都不需要重新调焦,物镜和目镜的相对位置需满足齐焦的条件。
齐焦条件是指,虽然光学筒长Δ会随着物镜焦距f1'的变化而变化,但物平面到像平面的共轭距M是固定不变的。这意味着,在选择不同光学筒长Δ时,应保持M值不变,以确保成像的稳定性和清晰度。
从更具体的角度来看,镜头放大倍率越高,其焦距就会相应地变短。高倍物镜在成像时,其工作距离W.D.(即物镜镜头到样品的距离)更短,意味着它需要离样品更近。为了适应这种更近的观测距离,物镜镜头需要设计得更长。而为了保持目镜焦距与物镜像面A'B'的重合,高倍目镜的镜头则需要设计得更短。
参考资料:
国科大应用光学课程的PowerPoint讲义。
迟泽英、陈文建合著的《应用光学与光学设计基础》(高等教育出版社,2013年出版)。