顯微鏡放大影像之謎
人類的眼睛之所以能夠看到物體的形狀、顏色和影像,是因為光線照射到物體反射後或光源所發出的光線進入眼睛,進入眼中的光線經過透光的角膜、虹膜、水晶體、和液態的玻璃體的折射成為影像落在視網膜上,再經過視神經把訊號傳送到腦海中。
水晶體與凸透鏡
眼睛中的水晶體的原理與凸透鏡的原理很相似,凸透鏡邊緣薄、中間厚,會有一個球面表面或兩面表面。凸透鏡主要對光起會聚作用,以折射成像,所成的像可以是倒立、縮小的實像;
▲倒立、等大的實像;倒立、放大的實像;
▲正立、放大的虛像。像出現的位置隨物體至凸透鏡的距離而變。
放大鏡的原理
根據凸透鏡光的折射原理,物體放在凸透鏡的一倍焦點距離內的位置,就能夠產生一個正立和放大的虛像,所以放大鏡就是一個短焦距的凸透鏡,在相同物距的情況下,短焦距的凸透鏡放大倍數高,所以當我們把放大鏡靠近物體時,就能夠透過鏡中看到被放大的影像。
顯微鏡的結構
放大鏡能夠把物體的影像放大,如果再把另一把放大鏡放在被放大的虛像上,能否把被放大的虛像再次放大?
顯微鏡的運作結構就是利用兩組凸透鏡組成,分別是靠近眼鏡的稱為「目鏡」,而靠近被觀察的物體的稱為「物鏡」。
顯微鏡樣本片會放置在載物台上,然後把物鏡對着樣本片,當光源照射樣本片,樣本片物體的光會通過物鏡,形成一個放大及倒立的實像,而目鏡就相當於放大鏡的功用,把由物鏡所形成的放實像再次放大,形成一個放大及正立的虛像。
顯微鏡的光源亮度對顯微鏡是會產生影響的,而大部分新款的顯微鏡都設有LED頂燈及底燈,讓使用者可自行調較光暗,能夠觀看透明或非透明的標本,加上顯微鏡台内置更設有濾光鏡,營造色差對比,讓標本一目了然。
而微調手輪而能讓觀察者微調載物台的高度,以便調整物鏡與的標本的距離,使影像更清晰。
顯微鏡中的數學
顯微鏡能夠把微小不可見或難見物品之影像放大,是能夠讓我們利用眼睛觀察極微小的物件的光學儀器,顯微鏡的放大倍率和清晰度對顯微鏡是非常重要,在目鏡和物鏡身上都會刻有一些數值,例如:4x、10x、12x或120x,這又是什麼來的?
顯微鏡的調整倍率,又叫放大倍率,就是相等於:目鏡倍率 x 物鏡倍率,假如目鏡倍率是 10x,而物鏡倍率是 120x,顯微鏡的放大倍率就是 10 x 120 = 1200 倍。
目鏡的鏡頭愈長、倍率愈低;目鏡的鏡頭愈短、倍率愈高。而物鏡的鏡頭愈長、倍率愈高;物鏡的鏡頭愈短、倍率愈高。顯微鏡就是利用目鏡和物鏡的倍率組合來改變顯微鏡的放大倍率。
顯微鏡與智能手機的配合
新型設計的顯微鏡更可以接駁智慧型電話轉接器,可以在目鏡位置放置智慧型電話,可以進行攝影機拍照或錄影,更方者觀察者把標本影像以作分享或傳送之用,更可以利用智慧型電話的放大功能,有助增加影像的放大率。
顯微鏡在STEM學習中依然扮演着一個很重要的角色,就是要培育學生的觀察能力,視藝老師更可以利用顯微鏡配合視覺藝術的課堂中,以觀察微小世界的美進行藝術創作,成為科學中的藝術。