顯微鏡物鏡數值孔徑與分辨率

顯微鏡物鏡數值孔徑與分辨率

    顯微鏡物鏡光學系統的數值孔徑（NA）是一個無量綱的數，用以衡量該系統能夠收集的光的角度范圍。在光學的不同領域，數值孔徑的精確定義略有不同。在光學顯微鏡領域，數值孔徑描述了物鏡收光錐角的大小，而后者決定了顯微鏡收光能力和空間分辨率；在光纖領域，數值孔徑則描述了光進出光纖時的錐角大小。

    其大小由下式決定：NA = n * sin α，其中 n 是被觀察物體與物鏡之間介質的折射率；α 是物鏡孔徑角（2α）的一半。物鏡孔徑角是指：物鏡光軸上的物體點與物鏡前透鏡的有效直徑所形成的角度。

1． 數值孔徑

　　數值孔徑簡寫NA，數值孔徑是物鏡和聚光鏡的主要技術參數，是判斷兩者（尤其對物鏡而言）性能高低的重要標志。其數值的大小，分別標刻在物鏡和聚光鏡的外殼上。

　　數值孔徑（NA）是物鏡前透鏡與被檢物體之間介質的折射率（n）和孔徑角（u）半數的正弦之乘積。用公式表示如下：NA=nsinu/2。

    孔徑角又稱"鏡口角"，是物鏡光軸上的物體點與物鏡前透鏡的有效直徑所形成的角度。孔徑角越大，進入物鏡的光通亮就越大，它與物鏡的有效直徑成正比，與焦點的距離成反比。

　　顯微鏡觀察時，若想增大NA值，孔徑角是無法增大的，唯一的辦法是增大介質的折射率n值。基于這一原理，就產生了水浸物鏡和油浸物鏡，因介質的折射率n值大于1，NA值就能大于1。

    數值孔徑最大值為1.4，這個數值在理論上和技術上都達到了極限。目前，有用折射率高的溴萘作介質，溴萘的折射率為1.66,所以NA值可大于1.4。

　　這里必須指出，為了充分發揮物鏡數值孔徑的作用，在觀察時，聚光鏡的NA值應等于或略大于物鏡的NA值。

　　數值孔徑與其他技術參數有著密切的關系，它幾乎決定和影響著其他各項技術參數。它與分辨率成正比，與放大率成正比，與焦深成反比，NA值增大，視場寬度與工作距離都會相應地變小。

2． 分辨率

　　顯微鏡的分辨率是指能被顯微鏡清晰區分的兩個物點的最小間距，又稱"鑒別率"。其計算公式是σ=λ/NA 式中σ為最小分辨距離；λ為光線的波長；NA為物鏡的數值孔徑。可見物鏡的分辨率是由物鏡的NA值與照明光源的波長兩個因素決定。NA值越大，照明光線波長越短，則σ值越小，分辨率就越高。

要提高分辨率，即減小σ值，可采取以下措施：

（1） 降低波長λ值，使用短波長光源；

（2） 增大介質n值以提高NA值（NA=nsinu/2）；

（3） 增大孔徑角u值以提高NA值；

（4） 增加明暗反差。