什么是显微镜参数中的数值孔径?

如题所述

显微镜的数值孔径是显微镜的一个重要参数之一。

值孔径简写NA,数值孔径是物镜和聚光镜的主要技术参数,是判断两者性能高低的重要标志。其数值的大小,分别标在物镜和聚光镜的外壳上。

数值孔径(NA)是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率(h)和孔径角(u)半数的正玄之乘积。用公式表示如下:NA=hsinu/2
孔径角又称"镜口角",是物镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度。孔径角越大,进入物镜的光通亮就越大,它与物镜的有效直径成正比,与焦点的距离成反比。

显微镜观察时,若想增大NA值,孔径角是无法增大的,唯一的办法是增大介质的折射率h值。基于这一原理,就产生了水浸系物镜和油浸物镜,因介质的折射率h值大于一,NA值就能大于一。
数值孔径最大值为1.4,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。

数值孔径与其他技术参数有着密切的关系,它几乎决定和影响着其他各项技术参数。它与分辨率成正比,与放大率成正比,与焦深成反比,NA值增大,视场宽度与工作距离都会相应地变小。
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第1个回答  2020-03-27
显微镜上的目镜表示的参数意义是:
 1、分辨率
  显微镜的分辨率是指能被显微镜清晰区分的两个物点的最小间距,又称"鉴别率"。其计算公式是σ=λ/NA
式中σ为最小分辨距离;λ为光线的波长;NA为物镜的数值孔径。可见物镜的分辨率是由物镜的NA值与照明光源的波长两个因素决定。
  2、放大率和有效放大率
  经过物镜和目镜的两次放大,所以显微镜总的放大率是物镜放大率和目镜放大率的乘积,显微镜放大倍率的极限即有效放大倍率。
  3、数值孔径(NA)
  数值孔径简写NA,数值孔径是物镜和聚光镜的主要技术参数,是判断两者(尤其对物镜而言)性能高低的重要标志。其数值的大小,分别标刻在物镜和聚光镜的外壳上。它是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率(n)和孔径角(u)半数的正弦之乘积。用公式表示如下:NA=nsinu/2。它与分辨率成正比,与放大率成正比,与焦深成反比,NA值增大,视场宽度与工作距离都会相应地变小。
  4、焦深
  焦深为焦点深度的简称,即在使用显微镜时,当焦点对准某一物体时,不仅位于该点平面上的各点都可以看清楚,而且在此平面的上下一定厚度内,也能看得清楚,这个清楚部分的厚度就是焦深。焦深大,
可以看到被检物体的全层,而焦深小,则只能看到被检物体的一薄层。
  焦深
目镜的视场
  5、视场直径
  所看到的明亮的圆形范围叫视场,它的大小是由目镜里的视场光阑决定的。视场直径也称视场宽度,是指在显微镜下看到的圆形视场内所能容纳被检物体的实际范围。视场直径愈大,愈便于观察。
  视场直径=目镜视场数/物镜倍率
  6、覆盖差
  由于盖玻片的厚度不标准,光线从盖玻片进入空气产生折射后的光路发生了改变,从而产生了相差,这就是覆盖差.国际上规定,盖玻片的标准厚度为0.17mm,许可范围在0.16-0.18mm,在物镜的制造上已将此厚度范围的相差计算在内。物镜外壳上标的0.17,即表明该物镜所要求的盖玻片的厚度。
  7、工作距离(WD)
  工作距离也叫物距,即指物镜前透镜的表面到被检物体之间的距离。
第2个回答  2020-12-18

第3个回答  2024-07-22

数值孔径(是最初由阿贝为显微镜物镜和聚光镜定义的值(通常用缩写NA表示)。它由简单表达式给出:

数值孔径 (NA) =n×sin(μ) 或 n×sin(α)

注意:许多时候使用变量 μ 指二分之一角孔径,有时候则使用更常见的术语 α,在某些情况下为θ。

在数值孔径方程中,n表示物镜前透镜与样品之间的介质折射率,μ或α表示物镜的二分之一角孔径。

显微镜物镜的数值孔径是衡量其在固定物距下收集光线和分辨精细标本细节的能力的指标。成像光波穿过样品并以倒锥体进入物镜,如图1(上图)所示。该光锥的纵向切片显示了角孔径,该值由物镜的焦距决定。

在实践中,干物镜很难实现高于0.95的数值孔径值。图 1 显示了一系列由不同焦距和数值孔径的物镜衍生而来的光锥。随着光锥变大,角孔径(α)从7°增加到60°,导致数值孔径从0.12增加到0.87,接近使用空气作为成像介质时的极限。通过增加样品和物镜前透镜之间的成像介质折射率(n),可以获得更高的数值孔径。显微镜物镜现在允许在水(折射率 = 1.33)、甘油(折射率 = 1.47)和沉油(折射率 = 1.51)等替代介质中成像。物镜的数值孔径在一定程度上还取决于光学像差的校正量。

高度校正的物镜往往具有更大的数值孔径,如下图2和表1所示。如果我们以一系列典型的 10 倍物镜为例,我们会看到,对于平场校正的平面物镜,数值孔径的增加对应于色差和球面像差的增强校正:平面消色差,N.A. = 0.25;计划萤石,N.A. = 0.30;和计划复消色差,N.A. = 0.45。

在一系列相似放大倍率的物镜中,随着光学校正系数的增加,数值孔径的增加这一特征在整个放大倍率范围内都适用,如表1所示。大多数制造商都努力确保其物镜具有每类物镜可能达到的最高校正和数值孔径。

放大倍率在60倍至100倍(或更高)之间的大多数物镜都设计用于浸油。通过检查上面提出的数值孔径方程,我们发现普通浸油可获得的最高理论数值孔径为 1.51(当 sin (α) = 1) 时)。然而,在实践中,大多数油浸物镜的最大数值孔径为1.4,最常见的数值孔径范围为1.0至1.35。

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