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求真百科

孔径角

来自 仪器信息网 的图片

kong jing jiao

中文名:孔径角

外文名:aperture angle

别名:镜口角

领域:天文学

性质:与焦点的距离成反比等

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,进入物镜的光通量就越大,它与物镜的有效直径成正比,与焦点的距离成反比[1]

目录

简介

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,进入物镜的光通量就越大,它与物镜的有效直径成正比,与焦点的距离成反比。

数值孔径

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,分别标科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=n·sina/2

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。 这里必须指出,为了充分发挥物镜数值孔径的作用,在观察时,聚光镜的NA值应等于或略大于物镜的NA值。

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。

对分辨率的影响

分辨率又称"鉴别率","解像力"。是衡量显微镜性能的又一个重要技术参数。

显微镜的分辨率用公式表示为:d=l/NA

式中d为最小分辨距离;l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。NA值越大,照明光线波长越短,则d值越小,分辨率就越高。

要提高分辨率,即减小d值,可采取以下措施

1. 降低波长l值,使用短波长光源。

2.曾大介质h值和提高NA值(NA=hsinu/2)。

3.增大孔径角。

4.增加明暗反差

对工作距离的影响

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。镜检时,被检物体应处在物镜的一倍至二倍焦距之间。因此,它与焦距是两个概念,平时习惯所说的调焦,实际上是调节工作距离。

在物镜数值孔径一定的情况下,工作距离短孔径角则大。

数值孔径大的高倍物镜,其工作距离小。

孔径光阑是限制轴上物点成像光束立体角(锥角)的光阑。也就是起到决定能通过光学系统的光能(即像平面照度)作用的光阑。

将此光阑Q1QQ2通过其前面的透镜成像到物空间去,则其像P1PP2 就决定了光学系统的物方孔径角(由孔径光阑决定的光锥角称为孔径角U)。这一限制轴上点光束孔径角的光阑)孔径光阑被其前面的光组在光学系统物空间所成的像称为入射光瞳,简称入瞳。

孔径光阑Q1QQ2被其后面的透镜(光组)在像空间所成的像P1'P'P2' 称为出射光瞳,简称出瞳,其决定了系统像方孔径角U'。

与入射光瞳、出射光瞳对应的那个实际起着限制光束作用的光阑Q1QQ2即为孔径光阑。

孔径角的作用

光束的孔径角是表征实际光学系统功能的重要性能参数之一。它不但决定了像面的照度,而且还决定了光学系统分辨能力。

在物面上按其成像光束孔径角的不同可分为三个区域:

第一个区域是以B1A为半径的圆形区,其中每个点均以充满入射光瞳的全部光束成像。此区域之边缘点B1由入射光瞳下边缘P2和入射窗下边缘点M2的连线所确定。

第二个区域是以B1B2绕光轴旋转一周所形成的环形区域,在此区域内,每一点已不能用充满入瞳的光束成像,在含轴面内看光束,由B1点到B2点,其能通过入射光瞳的光束,由100%到50%渐变,这就是轴外点的渐晕现象。 此区域的边缘点B2由入射光瞳中心P和入射窗下边缘M2的连线确定

第三个区域是以B2B3绕光轴旋转一周所形成的环形区域,在此区域内各点的光束渐晕更为严重,由B2点到B3点,其渐晕系数由50%降低到0。B3点是可见视场最边缘点,它由入射光瞳上边缘点P1和入射窗下边缘点M2的连线所决定。

以上三个区域只是大致的划分,实际上在物平面上,由B1到B3点的渐晕系数由100%到0是渐变的,并没有明显的界限。用眼睛通过放大镜观察物面时,由放大镜和眼睛组成的光学系统就是这样。  

参考来源