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孔徑角

來自 儀器信息網 的圖片

kong jing jiao

中文名:孔徑角

外文名:aperture angle

別名:鏡口角

領域:天文學

性質:與焦點的距離成反比等

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,進入物鏡的光通量就越大,它與物鏡的有效直徑成正比,與焦點的距離成反比[1]

簡介

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,進入物鏡的光通量就越大,它與物鏡的有效直徑成正比,與焦點的距離成反比。

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)性能高低的重要標誌。其數值的大小,分別標科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(h)和孔徑角(u)半數的正玄之乘積。用公式表示如下:NA=n·sina/2

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h值。基於這一原理,就產生了水浸系物鏡和油浸物鏡,因介質的折射率h值大於一,NA值就能大於一。

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值可大於1.4。 這裡必須指出,為了充分發揮物鏡數值孔徑的作用,在觀察時,聚光鏡的NA值應等於或略大於物鏡的NA值。

數值孔徑與其他技術參數有着密切的關係,它幾乎決定和影響着其他各項技術參數。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。

對分辨率的影響

分辨率又稱"鑑別率","解像力"。是衡量顯微鏡性能的又一個重要技術參數。

顯微鏡的分辨率用公式表示為:d=l/NA

式中d為最小分辨距離;l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d值越小,分辨率就越高。

要提高分辨率,即減小d值,可採取以下措施

1. 降低波長l值,使用短波長光源。

2.曾大介質h值和提高NA值(NA=hsinu/2)。

3.增大孔徑角。

4.增加明暗反差

對工作距離的影響

工作距離也叫物距,即指物鏡前透鏡的表面到被檢物體之間的距離。鏡檢時,被檢物體應處在物鏡的一倍至二倍焦距之間。因此,它與焦距是兩個概念,平時習慣所說的調焦,實際上是調節工作距離。

在物鏡數值孔徑一定的情況下,工作距離短孔徑角則大。

數值孔徑大的高倍物鏡,其工作距離小。

孔徑光闌是限制軸上物點成像光束立體角(錐角)的光闌。也就是起到決定能通過光學系統的光能(即像平面照度)作用的光闌。

將此光闌Q1QQ2通過其前面的透鏡成像到物空間去,則其像P1PP2 就決定了光學系統的物方孔徑角(由孔徑光闌決定的光錐角稱為孔徑角U)。這一限制軸上點光束孔徑角的光闌)孔徑光闌被其前面的光組在光學系統物空間所成的像稱為入射光瞳,簡稱入瞳。

孔徑光闌Q1QQ2被其後面的透鏡(光組)在像空間所成的像P1'P'P2' 稱為出射光瞳,簡稱出瞳,其決定了系統像方孔徑角U'。

與入射光瞳、出射光瞳對應的那個實際起着限制光束作用的光闌Q1QQ2即為孔徑光闌。

孔徑角的作用

光束的孔徑角是表徵實際光學系統功能的重要性能參數之一。它不但決定了像面的照度,而且還決定了光學系統分辨能力。

在物面上按其成像光束孔徑角的不同可分為三個區域:

第一個區域是以B1A為半徑的圓形區,其中每個點均以充滿入射光瞳的全部光束成像。此區域之邊緣點B1由入射光瞳下邊緣P2和入射窗下邊緣點M2的連線所確定。

第二個區域是以B1B2繞光軸旋轉一周所形成的環形區域,在此區域內,每一點已不能用充滿入瞳的光束成像,在含軸面內看光束,由B1點到B2點,其能通過入射光瞳的光束,由100%到50%漸變,這就是軸外點的漸暈現象。 此區域的邊緣點B2由入射光瞳中心P和入射窗下邊緣M2的連線確定

第三個區域是以B2B3繞光軸旋轉一周所形成的環形區域,在此區域內各點的光束漸暈更為嚴重,由B2點到B3點,其漸暈係數由50%降低到0。B3點是可見視場最邊緣點,它由入射光瞳上邊緣點P1和入射窗下邊緣點M2的連線所決定。

以上三個區域只是大致的劃分,實際上在物平面上,由B1到B3點的漸暈係數由100%到0是漸變的,並沒有明顯的界限。用眼睛通過放大鏡觀察物面時,由放大鏡和眼睛組成的光學系統就是這樣。  

參考來源