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更新時(shí)間:2025-04-29
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一、分辨率
分辨率是指能夠分辨出的相鄰兩個(gè)物點(diǎn)間的最小距離的能力,這種距離稱為分辨距離。
一般來說分辨距離越小,分辨率越高。一般規(guī)定:顯微鏡或者人眼在25cm處明視距離處,能夠清楚分辨被檢物體細(xì)微結(jié)構(gòu)最小間隔的能力,稱為分辨率。人眼的分辨距離是100μm;光學(xué)顯微鏡的最大分辨距離是0.2μm。分辨距離(r)可用以下的公式計(jì)算:
r = 0.61 λ/n sinα
其中:n為聚光鏡和物鏡之間介質(zhì)的折射率(空氣的折射率為1,油為1.5)α為樣品對(duì)物鏡角孔徑的半角,sinα的最大值為1λ為照明光源的波長;0.61是一個(gè)恒定參數(shù)
上式中的n sinα的值稱為物鏡的數(shù)值孔徑(numerical aperture),縮寫NA。各種物鏡和聚光鏡的數(shù)值孔徑是不同的,干燥系物鏡NA為0.05~0.95,油鏡的NA為0.85~1.4。值得注意的是分辨率指的是分辨能力,而r值指的是分辨距離,因此r值越小對(duì)應(yīng)的分辨率越高。
二、最大分辨率
根據(jù)分辨率的定義可知,當(dāng)r值越小的時(shí)候,分辨率越高。根據(jù)公式可得當(dāng)NA的值越大,r值越小,分辨率也就越高。因此當(dāng)以可見光作為光源時(shí),我們就可以計(jì)算出透鏡的最大分辨率是多少。
要想使得分辨距離盡可能的小,一方面是使得數(shù)值孔徑NA盡可能大,好的玻璃透鏡的鏡口角大約為70°,空氣折射率為1,因此NA大約為0.94。另一方面可以縮短波長,可見光的波長范圍為400~700nm,以450nm的藍(lán)光,空氣作為介質(zhì)為例,其最大分辨距離為r=0.61×450/1×0.94≈0.3μm;若選擇油鏡作為光折射的介質(zhì),則最大分辨距離可提高到0.2μm。
三、分辨極限和放大率
顯微鏡的分辨極限受可見光波長的限制,無論怎樣改善透鏡,也不可能克服波長本身所造成的限制。普通光學(xué)顯微鏡下,能夠清楚分辨的相鄰兩點(diǎn)之間的最小距離為0.2μm,稱為光鏡的分辨極限。
最終成像的大小和原物體大小的比值稱為放大率,在顯微鏡中總的放大率等于物鏡放大倍數(shù)乘以目鏡的倍數(shù),放大倍數(shù)同樣受分辨極限的限制。一般來說,光鏡的最大放大率只能是透鏡數(shù)值孔徑的一千倍??諝庾鳛榻橘|(zhì)時(shí),最大放大倍數(shù)大約為1000倍。
四、注意事項(xiàng)
文中所提到的分辨率實(shí)際上是指分辨能力,有些資料當(dāng)中也使用分辨力一詞。計(jì)算分辨距離時(shí),α指的是物鏡角孔徑的半角,有些材料直接當(dāng)作角孔徑,因此在計(jì)算的過程中要除以2。最大分辨率等同于最小的分辨距離,通俗的講就是看的最清楚,切記不要混淆概念。文中所有的數(shù)值均為約數(shù),數(shù)據(jù)只是作為例子,便于理解。