显微镜的光束限制结构特点

11.3.1　显微镜的光束限制结构特点

显微镜中光阑设置与光束限制情况有特殊性，它将直接影响显微镜的使用性能和像质。

在显微镜中，限制有效光束大小的孔径光阑设置，随显微物镜的情况而不同。对于单透镜组的低倍显微物镜，显微镜的孔径光阑和入瞳就是物镜框本身（如图7.11所示）；而对由多透镜组成的显微物镜，常用最后一组透镜的镜框作为孔径光阑。显然，显微镜出瞳的位置应在目镜像方焦点之后，因而可以使眼瞳与之重合；复杂物镜（如高倍显微物镜和应用于精密测量的显微物镜）的孔径光阑通常是置于物镜的像方焦面附近。此时，显微镜的入瞳在物方无限远处，出瞳则在显微系统的像方焦面处；且可证明，即使孔径光阑不在物镜的像方焦面处，而是位于其附近的x₁＇处，显微系统的出瞳仍可近似视为与系统的像方焦面重合。

在图11.5中，设显微系统出瞳到系统像方焦面的距离为x＇，由组合系统像方焦点位置公式可知，由于x_F＇＞0，因而显微系统的像方焦面应位于目镜的像方焦面之后，则由图中几何关系应有：

上式中，由于x₁＇与Δ相比很小，因而其在分母中的值可以略去，即可得

由于x₁＇值不大，且（f₂＇/Δ）²约为百分之几的数量级，故x＇值很小，因而可以得到出瞳与显微系统像方焦面近于重合的结论。

显微系统的上述结构特点，可以保证观察者眼瞳在任何情况下均能与系统的出瞳重合，从而使所有从目镜射出的光束均能进入眼睛，而不发生光瞳渐晕与视场遮拦。

图11.5　复杂物镜显微系统有效光束的限制（孔径光阑的设置）

下面确定显微镜的出瞳大小。参看图7.11，显微物镜成像光束的大小通常以物、像方孔径角u和u＇表示。对于显微物镜成像应该满足正弦条件，即有：

对于显微镜来说，n＇等于1；又若以D＇表示显微镜的出瞳，且知如下基本关系：

将上两式代入式（11.4）得到：

上式亦可表示为

通常定义上式中显微物镜的物方折射率与物方孔径角正弦的乘积nsinu为“数值孔径”，并以N.A.表示，或简记为NA，即有

NA=N.A.=nsinu　　　　　　　　　　　　　　　（11.8）

数值孔径是显微物镜的重要性能指标。从式（11.7）还可以看出，显微镜的出瞳大小与放大率Γ成反比，而与物镜的数值孔径成正比。当Γ=500NA时，应有D＇=1mm。这表明，显微镜的出瞳直径很小，一般均小于眼瞳直径。例如，当Γ=1600×时，采用100×的油浸物镜，其NA=1.25，则对应的出瞳直径D＇为0.39mm。