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有关显微镜目视和摄影摄像时的实际放大率问题

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2024/10/16

生物显微镜

有关显微镜目视和摄影摄像时的实际放大率问题

有关显微镜在目视时或在摄影、摄像时的实际放大率这个问题往往受到很多用户的关注，现就这个问题作一些具体的解释。

1、有关显微镜目视时的实际放大率

要解释清这个问题需要先了解显微镜的成像原理。显微镜的成像原理如图一：

图一、显微镜的成像原理

如图一所示，在有限距离校正像差系统中，物面上的物体经物镜成像在中间像面上；该中间像再经显微镜的目镜放大后成像到观察者的眼中。这就是显微镜成像的基本原理。在图一中有两个安装面，一个是物镜的安装面。这个面在一般显微镜中就是物镜转换器安装孔的端面；另一个称为目镜安装面。这个面在显微镜上就是目镜筒上插入目镜的孔的端面。这两个面之间的距离称之为机械筒长。本公司生产的有限远距离校正像差产品的机械筒长为160mm，无论在系统中实际有多少光学零件，也无论实际上机架的几何尺寸有多大，系统的等效机械筒长仍为160mm。另外还有两个面，物面和中间像面。物面和中间像面之间的距离称之为共轭距离。按规定，目标经物镜放大后的中间成像应在目镜筒的目镜安装瑞面内10mm处。这个中间像的放大倍数就是物镜的标称放大倍数。但是必虽说明的是：这个放大倍数是在显微镜的共轭距离为标称的共轭距离时（也可以说机械筒长得到保证时）才能保证，共轭距离与公称值的偏差越大，实际放大倍数与物镜放大倍数的标称值之间的差也就越大。据相关标准规定，显微镜物镜放大倍率的误差不应大于±5%。经大量抽样检测，本公司生产的物镜的放大倍率误差一般均在±3%以内。

有的用户需要用分划目镜在显微镜下测量镜下某些目标的尺寸，这时可用分划目镜的分划对其测量。分划目镜的格值为0.1mm。测得的数值除以物镜放大倍率即为目标的实际尺寸。由于物镜有±5%的允差，他们可能认为上述的精度仍不能满足要求。遇到这种情况，我们就应用测微尺和分划目镜对显微镜的实际放大率进行校正，使之达到更高的精度。具体的校正步骤如下：

1、将格值为0.01mm的测微尺放在显微镜的载物台上；将十倍分划目镜（格值为0.1mm）插入目镜筒中。如果是转轴双目应插入无视度补偿的固定筒内；如果是拉板双目则可插入任意的一个目镜筒中，但是必需根据实际的瞳孔距进行机械筒长的补偿，具体的方法可参考仪器的说明书。

2、转动十字分划目镜上接目镜的调节圈使其分划成像清晰；对显微镜进行调焦使测微尺上的分划与分划目镜中的分划同时清晰。

3、移动载物台并转动分划目镜使测微尺的刻尺与分划目镜的刻尺重合。

4、用分划目镜的分划来度量测微尺的分划。为了提高精确度测量测微尺时应尽量多测量一些刻度。实际放大率的计算公式如下：

M=0.1 N÷0.01 n

式中: M为实测显微镜物镜的放大倍数;

N为选取的分划目镜分划的格数;

n为在N格内读取的测微尺格数,不到一格的可估读。

结论：

显微镜的放大倍率为所使用物镜标称放大率与目镜标称放大率之乘积；用显微镜测量目标的实际尺寸时，只需用分划目镜的分划尺去读取，用读到的长度值除以物镜的标称放大率即可；如果需要更精确的结果，显微镜的放大率需要用测微尺和分划目镜进行校正。

2、? 有关用CCD摄像图像的实际放大率

用CCD摄像机拾取显微镜图像的基本方法是将摄像机的CCD靶面设置在图一所示的显微镜的中间像面处。有时为了获得适当的放大倍率或成像幅面，在显微镜中间像面与CCD的靶面之间加装一只放大倍率大于一或者小于一的摄影目镜。如果是前者，在靶面上成像的放大率即和图一所示的情况一样，就是所用物镜的标称放大率；如果为后者，在靶面上成像的放大率为物镜标称放大率与摄影目镜标称放大率的乘积。上面所讲的均为光学放大的因子。但该系统还有一另一个放大因子，即所谓的电放大因子。这个电放大因子是监示器上图像尺寸与CCD靶面上图像相对应尺寸的比值。总系统的放大率即为这两个放大因子的乘积。光学放大因子的计算方法在前面已作了解释，它的误差不会超过标称放大率的±5%。电放大因子就不太讲得清楚。理论上讲，它应是监视器上相应尺寸与CCD器件上相应尺寸的比值，但是这两个器件的标称尺寸标注方式五花八门，并不统一。这对于计算它们的比值来说就十分困难。

对于CCD器件来说，一般标称的1/2英寸或者1/3英寸等都是指的它的外轮廓的对角线尺寸，而实际尺寸比这个尺寸小很多，并且不同的生产厂家还不一样。（参见图二）

对于监视器来说也有同样的问题。例如CRT监视器是指阴级射线管外轮廓的对角线尺寸，实际显示部份的尺寸比它小。（参见图二）LCD监视器的标称尺寸就是它的显示部份对角线的实际尺寸。

图二 CCD器件和CRT对角线标称尺寸与有效尺寸示意图

此外，无论是CRT监视器或LCD监视器，它的场幅度和行幅度均可由用户随意调整。用户在调整时一般只保证屏幕上的一个圆看起来基本圆整就行了，也就是说屏幕的垂直方向与水平方向的放大率不会是完全一致的。这样对计算放大倍率来说就成了问题。

如果用户一定要精确的测量镜下目标的尺寸，我们推荐他们采用如下的办法：

将显微镜及电视摄像系统安装好后开机调试好，开机后等监视器工作一些时间稳定下来后在载物台上放上前面讲到的测微尺；调整仪器使测微尺分划在监视器屏幕上清晰；用直尺在屏幕上量出一定数量分划格子的实际长度，再采用前面目视时类似的计算方法计算出系统的实际放大率。

M=L÷0.01n

式中: M为系统的实际放大率;

L为用直尺在监视器屏幕上量出的n格数测微尺的长度（mm）;

n为实际测量测微尺的格数;

0.? 01是测微尺格值（mm）。

在实际应用中用直尺在监视器屏幕上量出目标的尺寸，除以M值即为目标的实际尺寸。

此法看来很粗糙，但实际精度应是较高的。其原因在于：首先是系统的放大率很高。用直尺量出的误差除以放大率后已经是一个很小的误差数了；其二是采用这种方法已经补偿了系统的所有误差，包括电放大部份和光学部份的误差。

正如前面所提到的监视器垂直方向和水平方向的幅度调整可能不一至，要获得更高的精度，不同方向的尺寸度量可能要在不同方向用测微尺进行校正。

结论：

在使用CCD摄像机观察显微镜的镜下目标时，可采用在监视器屏幕上用直尺度量测微尺的方法来校正系统的实际放大率M。测量时用直尺量取监视器上目标的实际尺寸后除以M即为目标的实际尺寸。

3、? 有关显微摄影时的实际放大率

显微摄影时光学系统的情况与CCD摄像时基本一样，只是在放置CCD器件的地方是放置的感光胶片。理论上讲，在感光胶片处图像的实际放大率就是物镜标称放大率与摄影目镜标称放大率的乘积。但是一般的胶片均需进行后期的暗房制作。在一般的冲洗店内，暗房制作时的放大率是不好控制的。这时可采用CCD摄像时用直尺和测微尺校正的方法来校正，但要求放大测微尺照片与放大实标本照片的放大倍数要控制到一致。

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