仪器信息网APP

选仪器、听讲座、看资讯

立即体验

当前位置：仪器社区 >显微镜 > 生物显微镜 > 帖子详情

显微镜、数值孔径、浅显易懂！

金条

2014/03/05

生物显微镜

先来看看数值孔径的概念。下面是平行光向上，经过物镜。

从以下公式看，数值孔径NA和两个因素有关，一个是介质折射率，一个是图中的锥角a（也称孔径角），且都是成正比的关系。

NA=介质折射率Xsin1/2 的开口角

先来说说孔径角：

通俗点来说数值孔径的大小代表了一个物镜收集物体散射出来的光的能力的大小。上图中的物镜只能够收集锥角a之内的光线。我们知道，一个物体的细节越小（或者说他的空间频率越高），它散射的光的角度范围就越大。一个理想的物镜，应该能够收集所有角度的光线然后再在像面上还原出物体的像。但实际因为物理尺寸的限制，这个角度a总是有限并且小于90度的。也就是说那些包含在大于锥角a的散射光中的物体的高频细节信息损失掉了。那么能不能再改进一些呢？看下图：

如果照明光不像第一图中那样是平行光，而是一个由聚光镜4产生的光锥，那么有可能收集到大于角度a的等效散射光线，这时同样的物镜可以还原更多的物体细节。所以物镜的分辨率应该是：

分辨率同时受到物镜和聚光镜数值孔径的限制，物镜的数值孔径越大分辨率越高。那么聚光镜的数值孔径是不是也越大越好呢？也不是，当聚光镜的NA和物镜的NA相同时，分辨率最高。为什么？因为当聚光镜的NA大于物镜时，超出的那部分大角度的光在物体上的零级散射（就是透射光）是不能被物镜收集的，只有大于零级的散射光能被收集，而这些光是不能有效的成像的（至少对明场成像是如此）。所以聚光镜的NA超过物镜时就没有实际意义了。我们从上面的图上还可以知道，最好物面1处每一点的照明都是这样的一个光锥，并且这个光锥的角度最好是可以根据不同物镜可调的。而这些正是科勒照明所能够满足的条件。
从上面的讨论可以知道，聚光镜在显微镜成像系统中也是一个限制因素，为了获得最佳的成像效果和发挥高NA物镜的能力，我们的显微镜上最好有一个高质量的聚光镜，并且要调整照明光路满足科勒照明条件。

在说说介质折射率：

而在显微镜系统中，对于给定的物镜，孔径角已经固定，若想增大其NA值，唯一的办法是增大介质折射率n值。因为空气的折射率永远都是小于1的，所以介质的折射率n值要大于1，就需要引入其他的介质比如油和水，NA值就可能大于1。

数值孔径最大值为1.4（油），这个数值在理论上和技术上都达到了极限。目前，有用折射率高的溴萘作介质，溴萘的折射率为1.66,所以NA值可大于1.4。不过NA大于1.4的，我暂时还没见过和用过。

再讲讲物镜的分辨率极限。通常的物镜口径总是有限的，不可能把物体散射的所有光都收集到。那么如果工程师能够造出一个接近理想的物镜，能收集到所有的远场散射光，是不是分辨率就可以无限小呢？也不是，还有一个物理原理上的限制，叫“衍射极限”。这个衍射极限是怎么回事呢？这个东西和物体对光的衍射能力(或散射能力）有关。前面已经说过了，物体的细节越小，衍射光的角度越大。还是以第一个图中例，如果物体1的细节处的空间频率和波长一样大，那么衍射光的角度a就是90度了。如果细节处的尺寸更小，会发生什么？这部分空间频率的成分失去了对光的衍射能力！入射光除了吸收和透射，不会有其它角度的散射。换句话说，就是如果物体的细节比波长小，那么这个物体其实是不散射光的，是透明的，也就是说光波“看”不到比它波长更小的物体的细节。如果考虑图二中有角度的入射光，这个极限大概是波长的一半。这就是衍射极限的来源。物镜的口径造得再大，也无法超越这个极限。

相关话题

金条

第1楼2014/03/05

以上文章是我在网上几个博文结合自己的一些理解整理出来的，希望对大家有用

0

金条

第2楼2014/03/10

哎版面没人啊

0

金条

第3楼2014/04/01

必须得自己顶起来了啊

0

Boneash明

第4楼2014/06/11

简单的说，高端应用都会配数值孔径最大的物镜。当然也很贵

0

金条

第5楼2014/07/04

嗯。。但是也需要数值孔径更大的聚光镜。不然发挥不出来高端物镜的威力
Boneash明(v2751118) 发表:简单的说，高端应用都会配数值孔径最大的物镜。当然也很贵

0

近期热榜

热门活动

猜你喜欢最新推荐热门推荐更多推荐

品牌合作伙伴

日立科学仪器

珀金埃尔默仪器（上海）有限公司（PerkinElmer）

珀金埃尔默仪器（上海）有限公司（PerkinElmer）

日本电子株式会社

赛默飞世尔科技

马尔文帕纳科

上海仪电科仪

梅特勒托利多

布鲁克核磁

举报帖子

点赞用户

好友列表

加载中...

正在为您切换请稍后...