显微镜的光学连接尺寸

11.2.2　显微镜的光学连接尺寸

从操作方便、快速的要求出发，希望当显微镜物面位置不动但改变放大倍率、更换物镜和目镜组时，能始终保持物像清晰（即物镜像面与目镜前焦面始终重合不需要重新调焦）且位于视场中央。这就要求物镜和目镜的相对位置满足齐焦要求，且置中性能优良。由于生物与金相显微镜产品批量大、应用范围广，为使世界各国生产的显微镜一些主要零部件能互相通用，对显微镜的光学连接尺寸及一些基本参数均尽可能按国际标准和国家标准加以标准化。

为此，对显微镜的有关光学机械衔接尺寸有如下一些重要规定和要求（见图11.2）：

（1）在显微镜中，取下物镜组和目镜组后，剩下的镜筒上下端面间的长度，即物镜筒定位面到目镜筒定位面之间的距离t_m称为机械筒长。各国规定的机械筒长标准不同，有160mm、170mm、190mm等。我国规定机械筒长为160mm。

（2）光学筒长Δ随物镜焦距f₁＇的不同而不同，但是由物平面到像平面的共轭距M是确定不变的。为此，不同物镜光学筒长Δ的选择应保证其M值不变，此即使显微镜满足齐焦条件的要求。对大量使用的生物与金相显微镜，我国规定标准有M=195mm（有限筒长）和无穷远（又称筒长无限远）两种，后者主要适用于一些金相和大型显微镜。

（3）物镜框的结构应保证物体经物镜所成的实像面有固定的位置，且目镜框的结构亦应保证目镜前焦面始终与物镜的像面重合。为此，我国规定物镜的实像面到显微镜筒的目镜筒定位面的距离、又称为目镜的齐焦距离为t₀=10mm。

图11.2　显微镜的光学连接尺寸

以下，按两种共轭距M介绍其各光学连接尺寸的有关标准：

（1）共轭距离为195mm的显微物镜

①机械筒长　t_m为160mm。

②物镜的齐焦距离　从物镜筒的定位面到物平面（在空气中）之间的距离t_b为45mm（此外，还有一种为36.65mm），齐焦距离的公差根据相应物镜的放大率确定。

③目镜的齐焦距离　从目镜筒定位面到物镜像面之间的距离t₀为10mm，公差为±0.3mm。

图11.3　由不同倍率物、目镜组合的放大倍率200×显微镜的光学连接尺寸

应该指出，由于光学筒长Δ随物镜焦距（倍率）的不同而不同，因而物镜焦距愈长，其光学筒长愈短，反之亦然。图11.3即表示在相同的显微镜放大倍率下（200×），选取不同的物镜和目镜倍率组合时，各光学连接尺寸的相对关系。

（2）共轭距离为无限远的显微物镜，其工作原理如图11.4所示。物体准确地位于前置物镜的物方焦面处，经前置物镜所成的像位于无限远（即前置物镜的共轭距为无穷大）。在前置物镜后方的平行光路中加入辅助物镜，则在其后焦面处可以得到物体的倒立放大实像。这种显微镜也可以视为是由辅助物镜和目镜构成的一个望远镜，通过此望远镜观察被前置物镜成在无限远处的像。

图11.4　共轭距离为无限远的显微物镜

这种显微物镜的优点是，在前置物镜和辅助物镜之间是平行光路，有利于装配调整，且可在其间加入棱镜、滤光片和偏振片，而不引起像点位置变动、产生双像叠影等。在使用过程中，一般保持辅助物镜不动，而只改变前置物镜的焦距，以达到变倍目的。这种显微物镜的放大率由下式决定：

上式中f₁₁＇、f₁₂＇分别为前置物镜和辅助物镜的焦距。

关于这种显微物镜的国际标准为：

①前置物镜的齐焦距离是45mm，前置物镜的像距为无穷远；

②机械筒长可以任意；

③辅助物镜的标准焦距值f₁₂＇可取125mm、160mm、200mm、250mm等，其中250mm为优先采用数值，这也是我国国标的取值。由此得到

上式表明，显微物镜的放大倍率只取决于前置物镜焦距f₁₁＇，即β₁与f₁₁＇成反比。

这种共轭距离为无限远的显微物镜，一般在镜筒侧面刻有“∞”的标志，经常用于金相显微镜、工具显微镜以及机械工艺中测光洁度。