孔径角

孔径角
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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]

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。

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

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。

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。