[实验三]显微系统特性参数的测量.doc

[实验三] 显微系统特性参数的测量 一、实验目的 通过对显微系统特性参数的实际测量，进一步掌握显微系统的基本成像原理，同时加深对其各参数的理解。 二、实验内容 实际测量显微系统的线视场、放大倍率及数值孔径的大小。 三、实验仪器 待测显微镜、测微目镜、标准刻尺、半反半透镜、照明光源、标准柱等。 四、测量原理 显微镜线视场的检测 显微镜的原理示意如下图3－1所示： 图3－1 从图中可见，显微镜由物镜及目镜构成，被观测的物体经显微镜的物镜放大后其像再经目镜放大以供人眼观察，其成像过程是一个二次成像过程。对于显微镜而言，分划板是其视场光阑，显微镜的线视场主要取决于视场光阑的大小，且显微镜的视觉放大率越大，它的物空间的线视场越小。 若在显微镜承物台上放置一标准玻璃刻尺，并以光源照明，令显微镜对标准玻璃刻尺进行调焦，使人眼通过显微镜看清其像，则显微镜中所能看到的最大刻线范围即为显微镜的线视场。 显微镜放大率的测量 其测量原理如图3－2所示： 图 3－2 使待检显微镜对承物台上的标准玻璃刻尺1调焦，在垂直光轴方向于明视距离处安放另一刻尺2，并用光源同时照明两个刻尺。此时人眼可同时看清两刻尺的像，并将二者消视差，在视场中读取刻尺1的像与刻尺2齐合的读数M及N，则采用下式即可求得显微镜的视觉放大率： （3－1） 式中分别为刻尺1及刻尺2的格值。 除了此种测量方法外，还可以采用前置镜法直接测量或分别测量构成此显微镜的物镜的垂轴放大率及目镜的视觉放大率。在此就不一一介绍了。 （三）显微镜物镜数值孔径的测量 显微镜的数值孔径是显微镜一个非常重要的参数，其大小直接决定了显微系统的分辨能力及象面照度。数值孔径的表示形式如下所示： （3－2） 式中为显微物镜物方介质折射率；为显微物镜物方半孔径角。 当显微镜的数值孔值不大时可采用下面的方法进行测量，其测量原理如图3－3所示： 将已知高度为的标准柱放在刻尺上，使待测显微镜以标准柱的上端面中心进行调焦，取下标准柱及显微镜目镜，用眼直接读取视场所见的刻尺分划的格数，则有： （3－3） 根据式（3－3）即可求出物方孔径角的大小，再利用式（3－2）即可求出被测量显微镜的数值孔径。 图3－3 在显微镜的批量生产检测时，可依据此检测原理做成专用的数值孔径仪检测，以提高检测效率。 五、测量步骤 （一）显微系统线视场的测量 1、将标准刻尺放置在被测量显微镜的承物台上，固定好位置，并用光源照明刻尺。 2、旋转显微镜的转动圆盘选择一个放大率比较小的物镜（如果物镜的放大倍率选择过大则看不到刻尺的像），同时通过拔插的方式选择一个适合的目镜，转动旋钮令显微镜对刻尺进行调焦，直至看到刻尺的清晰的像，若通过调整只能看见刻尺的模糊的像，则还需旋转目镜进行相应的视度调节。 此时读出通过显微镜目镜所能看到的最大的刻尺范围，此数值即为待测显微镜的线视场的大小。由于在此成像过程中所用的物为已知刻值的刻尺，所以通过直接读取格值的方式就能够测量出线视场的大小，十分方便快捷。 （二）显微系统放大倍率的测量 1、将标准刻尺1放置在被测量显微镜的承物台上，固定好位置，并用光源照明刻尺。 2、在选择了适当的物镜及目镜的基础上，对标准刻尺1进行调焦，直至看清标准刻尺1的像。 3、在垂直于显微镜的光轴方向上再放置一个刻尺2（此刻尺的格值可以与刻尺1相同也可不同，根据具体情况而定），并使此刻尺位于明视距离处。同时将一个半反半透镜放置于待测目镜之上。此时让照明光源同时照明两个刻尺，当人眼通过半反半透镜进行观察时就能够同时看到两个刻尺的像：其中刻尺1通过显微镜成像、放大后经半反半透镜的透射进入人眼，而刻尺2则仅经过半反半透镜的反射后进入人眼，在此过程中没有经过放大。 4、将两像进行调整并消视差，此时分别读取所见视场中刻尺1的格值数N及同一视场中刻尺2的格值数M，并利用式（3－1）即可求出被测显微镜的放大倍率。 （三）显微镜数值孔径的测量 1、首先将标准刻尺放置在被测量显微镜的承物台上，固定好位置，然后将已知高度的标准小圆柱放置于标准刻尺上，并用光源照明。 2、然后调整显微镜令显微镜对此小圆柱的上端面进行调焦，直至在目镜中看到小圆柱上端面的清晰的像。 3、先取下目镜，再移走小圆柱，直接通过人眼来观察标准刻尺经显微物镜所成之像，上下移动人眼的位置，直至能够看见刻尺的清晰的像。数出所见视场中的刻尺的格值，并代入公式（3－3）、（3－2）中，即可求出该被测显微镜的数值孔径。 六、思考 1、如用小孔光阑代替标准圆柱，就如何检测显微镜的数值孔径？ 2、对于显微镜而言，其物方线视场的大