显微镜成像原理(为什么物体成像不会模糊、失真?)

时间:2024-07-18 14:15:13

显微镜是个神奇的东西,我们肉眼看不到的东西,在它的“注视下”都无可遁形,确实令人好奇万分。


为什么显微镜能放大呢?

光学放大镜的原理是先用物镜(凸透镜)将物体进行放大,然后使用目镜将物镜放大的实像再次放大,所以光学显微镜的放大倍数=目镜放大倍数×物镜放大倍数。

比如说目镜是放大倍数是5X,物镜是10X,那么该台显微镜放大倍数就是5×10=50倍。其中决定显微镜分辨率高低的,是物镜。

光学显微镜

分辨率大小一般用分辨距离表示,其计算公式是d=0.61λ/A(λ为光波长,A为物镜的数值孔径)。

电子显微镜原理与光学显微镜原理类似,只是使用电子束替代了可见光束,用电磁场替代了透镜;扫描隧道显微镜则是利用量子理论中的隧道效应。

扫描隧道显微镜

显微镜的放大极限?

光学显微镜的极限分辨率是0.2μm,最大放大能力在1500~2000倍,这主要是受制于可见光波长400~700nm所致(显微镜的分辨率约为光波长的一半)。

电子显微镜极限分辨能力大约在0.2nm,最大放大能力可达数百万倍,是光学显微镜的1000多倍,主要是利用了波长更短的电磁波或者电子束。

电子显微镜及其原理

扫描隧道显微镜是当今世界上放大能力最强的显微镜,其纵向分辨率达到0.01nm,放大倍数超过3亿倍。

用一句话形容他们的功能:光学显微镜可以看细胞,电子显微镜可以看DNA,而扫描隧道显微镜则可以观察原子。

显微镜下的世界

显微镜放大为什么不失真?

我们都知道,数码相机拍摄的图片,放到电脑上继续放大,超过一定限度后就会模糊、失真。

但是显微镜将物体放大数千乃至数百万倍,物体仍然很清晰,不会模糊,也不会失真,这到底是怎么回事?


其实数码相片放大后模糊、失真,主要是由于在数码设备中物体的成像都是由像素构成。所谓像素,实则是在屏幕上显示的点,它的大小不是固定的。



具有相同尺寸的显示屏,如果它的像素越多,它的像素点尺寸就越小,分辨率就越高。如手机的像素为1080 x 2244,表示这个手机屏幕每行有1080个像素点,一共有2244排。

这个像素点代表了它表示图像的最小单位,如果继续放大,它没有继续包含有效信息了,就产生模糊和所谓的失真。


眼睛看到显微镜放大物体的成像,并不使用像素表示,它是光波(电磁波等)对实际物体信息特征的反映。在普朗克长度(1.616229x10^-35m)以上范围,实体都是存在的,都可以连续体现其信息特征,没有所谓的失真。