光學顯微鏡效率怎么定義和計算

一、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）性能高低的重要標志。其數值的大小，分別標刻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（n）和孔徑角（u）半數的正弦之乘積。用公式表示如下：NA=nsinu/2

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，進入物鏡的光通亮就越大，它與物鏡的有效直徑成正比，與焦點的距離成反比。

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n值。基于這一原理，就產生了水浸物鏡和油浸物鏡，因介質的折射率n值大于1，NA值就能大于1。

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值可大于1.4。

這里必須指出，為了充分發揮物鏡數值孔徑的作用，在觀察時，聚光鏡的NA值應等于或略大于物鏡的NA值。

數值孔徑與其他技術參數有著密切的關系，它幾乎決定和影響著其他各項技術參數。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。

二、分辨率

顯微鏡的分辨率指能被顯微鏡清晰區分的兩個物點的最小間距，又稱“鑒別率”。其計算公式是σ=λ/NA

式中σ為最小分辨距離；λ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σ值越小，分辨率就越高。

要提高分辨率，即減小σ值，可采取以下措施：

1、降低波長λ值，使用短波長光源。

2、增大介質n值以提高NA值（NA=nsinu/2）。

3、增大孔徑角u值以提高NA值。

4、增加明暗反差。

三、放大率和有效放大率

由于經過物鏡和目鏡的兩次放大，所以顯微鏡總的放大率Γ應該是物鏡放大率β和目鏡放大率Γ1的乘積：

Γ=βΓ1

顯然，和放大鏡相比，顯微鏡可以具有高得多的放大率，并且通過調換不同放大率的物鏡和目鏡，能夠方便地改變顯微鏡的放大率。

放大率也是顯微鏡的重要參數，但也不能盲目相信放大率越高越好。顯微鏡放大倍率的極限即有效放大倍率。

分辨率和放大倍率是兩個不同的但又互有聯系的概念。有關系式：500NA<Γ<1000NA

當選用的物鏡數值孔徑不夠大，即分辨率不夠高時，顯微鏡不能分清物體的微細結構，此時即使過度地增大放大倍率，得到的也只能是一個輪廓雖大但細節不清的圖像，稱為無效放大倍率。反之如果分辨率已滿足要求而放大倍率不足，則顯微鏡雖已具備分辨的能力，但因圖像太小而仍然不能被人眼清晰視見。所以為了充分發揮顯微鏡的分辨能力，應使數值孔徑與顯微鏡總放大倍率合理匹配。

四、焦深

焦深為焦點深度的簡稱，即在使用顯微鏡時，當焦點對準某一物體時，不僅位于該點平面上的各點都可以看清楚，而且在此平面的上下一定厚度內，也能看得清楚，這個清楚部分的厚度就是焦深。焦深大,可以看到被檢物體的全層，而焦深小，則只能看到被檢物體的一薄層，焦深與其他技術參數有以下關系：

1、焦深與總放大倍數及物鏡的數值孔徑成反比。

2、焦深大，分辨率降低。

由于低倍物鏡的景深較大，所以在低倍物鏡照相時造成困難。在顯微照相時將詳細介紹。

五、視場直徑（FieldOfView）

觀察顯微鏡時，所看到的明亮的圓形范圍叫視場，它的大小是由目鏡里的視場光闌決定的。

視場直徑也稱視場寬度，是指在顯微鏡下看到的圓形視場內所能容納被檢物體的實際范圍。視場直徑愈大，愈便于觀察。

有公式：

F=FN/β

式中F－視場直徑；

FN－視場數（FieldNumber，簡寫為FN，標刻在目鏡的鏡筒外側）；

β－物鏡放大率。

由公式可看出：

1、視場直徑與視場數成正比。

2、增大物鏡的倍數，則視場直徑減小。因此，若在低倍鏡下可以看到被檢物體的全貌，而換成高倍物鏡，就只能看到被檢物體的很小一部份。

六、覆蓋差

顯微鏡的光學系統也包括蓋玻片在內。由于蓋玻片的厚度不標準，光線從蓋玻片進入空氣產生折射后的光路發生了改變，從而產生了相差，這就是覆蓋差。覆蓋差的產生影響了顯微鏡的成響質量。

國際上規定，蓋玻片的標準厚度為0.17mm，許可范圍在0.16-0.18mm，在物鏡的制造上已將此厚度范圍的相差計算在內。物鏡外殼上標的0.17，即表明該物鏡所要求的蓋玻片的厚度。

七、工作距離WD

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