北京赛车pk10

大信动态
 行业新闻及技术动态
光学镜头的数值孔径(NA)究竟是什么

【添加时间:2019-08-12 15:12:13】【来源:】【作者:cddaxin】【阅读:


可能您在很多地方也听说过这个名词,但是不确定它到底指的是什么,那么今天我们就来聊一下这个和孔径、分辨率都相关的术语。
数值孔径(NA)是一个无量纲的数,也就是说,它没有单位。只是用以衡量一个光学系统(镜头)能够收集的光的角度范围。在光学领域,我们将其定义为NA=sinθ。其中n是镜头工作介质的折射率,如果是空气中,n就是等于1.0,θ就是光进入镜头时最大孔径锥角的一半。NA表示了镜头收光锥角的大小,而这也决定了显微镜收光能力和空间分辨率。 
也许您更了解另一个描述亮度相关的参数:F数(光圈f#),那么这个NA值和F数又有什么关系呢?
如下图,假设无穷远处点成像(平行光入射),成像于像方,那么在像方计算NA’仍然是n*sinu’,而从图中的三角形关系得出,NA又近似等于

其中,D为入瞳直径,f’为焦距,像方F数 (f#)=D / f’
 

当然在物方,我们需要乘上相应的倍率,即:

 
同样,对于有限远工作距离的成像,如下图,其有效的F#为, 那么我们同样可以推算出:

至于NA与分辨率之间的关系,通过物理光学的衍射理论,推导出公式如下(推导的过程就不再赘述):

基于瑞利判据,镜头对一个理想点成像的结果,实际上是一个衍射光斑(艾里斑 Airy Disk),如果两个衍射斑其中一个斑的中心和另一斑的第一条暗环重合了,那么就说这两点可分辨,如下两图:

由此可以看出,NA越大,分辨率越小,意味着镜头的分辨能力越强!当然,为了提高NA,我们从公式可以看到,提高介质折射率n也是一种手段,这就是油浸物镜存在的原因。(常用的油如杉木油,溴化萘的折射率高达1.5到1.6多,这样使得NA也相应提高)!
 
通常在显微镜系统,会用到NA来表征物镜的收光能力及分辨能力。此外,在远心镜头的设计上也会有所应用。关于远心镜头首片镜片直径大小,有一个粗略的计算公式:
直径=2 x 数值孔径(NA)x 工作距离(WD) +视野(FOV)
*目录中标注的NA就可以用来计算远心镜头首片镜片的大小!
除了成像光学,在光纤光学中,NA表征了光进出光纤时的锥角大小,同样定义为n*sinθ, 这和光纤的纤芯层及包覆层的折射率相关,其关系为:

其中n1为纤芯的折射率,n2为包覆层的折射率。
如下图,n1为1.62,n2为1.52,计算得出NA为0.56,此时计算最大的临界角度θmax就是34°。
现在,您应该知道了数值孔径(NA)是个什么样的参数了!

北京赛车pk10  |    关于大信  |    产品展示  |    人才招聘  |    远程订购   |    联系我们  |    大信动态  |

北京赛车pk10地址:中国四川成都经济技术开发区东华路8号       联系电话:028-84878835        传真:028-84878837         邮箱:dx_xzb@163.com

版权所有:成都大信光学仪器有限责任公司    COPYRIGHT(C) 2015 ALL RIGHTS RESERVED