Abbildungsprinzipien (geometrische Abbildung) von optischen Mikroskopen
Nur wenn der Öffnungswinkel eines Objekts für das menschliche Auge nicht kleiner als ein bestimmter Wert ist, kann das bloße Auge seine Details erkennen. Diese Größe wird als visuelle Auflösung ε bezeichnet. Unter optimalen Bedingungen, d. h. wenn die Beleuchtung des Objekts 50 bis 70 lx beträgt und der Kontrast groß ist, kann sie 1' erreichen. Zur leichteren Beobachtung wird dieser Wert im Allgemeinen auf 2' erhöht und dies wird als durchschnittliche Okularauflösung angesehen.
Die Größe des Betrachtungswinkels eines Objekts hängt von der Länge des Objekts und der Entfernung vom Objekt zum Auge ab. Es gibt eine Formel y=Lε
Der Abstand L kann nicht sehr klein gemacht werden, da die Anpassungsfähigkeit der Augen eine gewisse Grenze hat. Insbesondere wenn die Augen nahe am Grenzbereich der Anpassungsfähigkeit arbeiten, wird das Sehvermögen extrem ermüdet. Für den Standard (Gesichtsansicht) beträgt der optimale Betrachtungsabstand 250mm (klare Sichtentfernung). Dies bedeutet, dass Augen mit einer visuellen Auflösung von ε=2' ohne Instrumente die Details von Objekten mit einer Größe von 0,15 mm klar erkennen können.
Bei der Beobachtung von Objekten mit einem Betrachtungswinkel von weniger als 1' muss ein Vergrößerungsinstrument verwendet werden. Lupen und Mikroskope werden zur Beobachtung von Objekten verwendet, die sich in der Nähe des Beobachters befinden und vergrößert werden sollen.
(1) Das Abbildungsprinzip der Lupe
Eine optische Linse aus Glas oder anderen transparenten Materialien mit gekrümmter Oberfläche kann Objekte vergrößern und Bilder erzeugen. Das optische Pfaddiagramm ist in Abbildung 1 dargestellt. Das Objekt AB im objektseitigen Fokus F hat eine Größe von y und wird zu einem virtuellen Bild A'B' der Größe y' vergrößert.
Vergrößerung der Lupe
Γ=250/f'
Wobei 250--klare Sichtweite, Einheit ist mm
f'--Brennweite der Lupe, Einheit ist mm
Als Vergrößerungsverhältnis bezeichnet man das Verhältnis des Bildwinkels eines mit einer Lupe in 250 mm Entfernung beobachteten Objektbildes zum Bildwinkel eines ohne Lupe beobachteten Objekts.
(2) Abbildungsprinzip des Mikroskops
Mikroskope und Lupen erfüllen die gleiche Funktion: Sie vergrößern kleine Objekte in der Nähe, sodass sie vom menschlichen Auge betrachtet werden können. Allerdings kann ein Mikroskop eine stärkere Vergrößerung bieten als eine Lupe.
Schematische Darstellung eines Objekts, das von einem Mikroskop abgebildet wird. Der Einfachheit halber zeigt die Abbildung die Objektivlinse L1 und das Okular L2 als eine einzige Linse. Objekt AB befindet sich vor der Objektivlinse und sein Abstand zur Objektivlinse ist größer als die Brennweite der Objektivlinse, aber kleiner als die doppelte Brennweite der Objektivlinse. Daher wird es, nachdem es durch die Objektivlinse gegangen ist, zwangsläufig ein umgekehrtes vergrößertes reales Bild A'B' bilden. A'B' befindet sich im Objektfokus F2 des Okulars oder sehr nahe an F2. Es wird dann durch das Okular zu einem virtuellen Bild A''B'' vergrößert, das mit den Augen beobachtet werden kann. Die Position des virtuellen Bilds A''B'' hängt von der Entfernung zwischen F2 und A'B' ab, die unendlich sein kann (wenn sich A'B' auf F2 befindet) oder in der scheinbaren Entfernung des Beobachters (wenn sich A'B' in der Abbildung rechts vom Fokus F2 befindet). Okulare funktionieren wie eine Lupe. Der einzige Unterschied besteht darin, dass das Auge durch das Okular nicht das Objekt selbst sieht, sondern das durch die Objektivlinse einmal vergrößerte Bild des Objekts.
