当前课程知识点:光学工程基础 > 上篇:应用光学——显微系统 > 2.12.5 显微镜的分辨率及有效放大率 > 2.12.5 显微镜的分辨率
大家好
我们接下去来讨论显微镜的分辨率
从我们前面学过的知识
我们知道
一个物镜 它有一个线分辨率
那么这个分辨率
可以用这个式子来表达
它是等于1.22λ乘以f除上D
其中λ是它的工作波长
f是这物镜的焦距
D是这个光学系统的入瞳直径
显微镜在工作时
物体一般就在物镜焦点的附近
因此我们可以认为
D除以2f近似地等于sinU
这个U是显微镜物镜的
物方孔径角
把这个式子代到前面那个
我们可以得到
显微镜的分辨率
是等于1.22λ除以两倍的nsinU
nsinU我们知道
是显微镜的数值孔径
那么化简以后我们得到
它的分辨率应该是等于
0.61λ除以NA
一般而言 这种情况是
物点是自然发光的情况下
显微镜的分辨率
是跟物体的照明方式
也是有关系的
对不发光的物体
照明方式是垂直入射
那么它的分辨率是λ除上NA
也就是系数发生了变化
如果是倾斜照射
那么它的分辨率是0.5λ除以NA
那从这个我们来讨论一下
显微镜的分辨率
跟哪些因素有关系
用什么方法来提高它的分辨率
第一 显微镜的分辨率
它是和数值孔径有关系的
数值孔径越大
它的分辨率就越高
第二 我们可以通过
物体和物镜之间浸液的方式
来提高显微镜的数值孔径
这样可以来提高显微镜的分辨率
一般这样的浸液的折射率一般在1.5
这类物镜我们称为阿贝浸液物镜
我们也可以减小显微镜的工作波长
来提高它的分辨率
接下去我们讨论一下
显微镜的有效放大倍率
如果我们希望通过显微镜
观测具有一定细节的一个物体
那么这个地方必须满足两个条件
这跟我们前面讨论的望远镜有相似之处
第一 显微镜的物镜
必须有足够的数值孔径
能分辨出物体的细节
也就是说显微镜本身
有足够的分辨率
能分辨出这个细节
第二 显微镜有足够的放大倍率
把该细节放大以后
对人眼的张角
要满足至少大于
人眼的极限的角分辨率
人眼便于分辨的角距是2到4分
该角距在明视距离上的分辨距离
σ′是这么计算的
这表示4分所对应的弧度值
这表示2分所对应的弧度值
那么显微镜的仪器分辨率
是0.5λ除以NA
我们假设为
如果显微镜的分辨率σ
乘以显微镜的总的放大倍率Γ
它应该等于人眼的分辨率
那么我们最后可以得到
0.5λ除以NA
乘以显微镜的总的视觉放大倍率Γ
它应该也同样是在这个范围内
我们把波长取为550纳米
那么上面的式子
我们可以把它化简为
视觉放大倍率的一个范围
大于527NA
小于1054NA
我们取个整数以后
它近似为
显微镜的视觉放大倍率
应该介于1000NA和500NA之间
符合上面这个式子要求的视觉放大倍率
我们称之为显微镜的有效放大倍率
显微镜有效放大倍率
取决于显微镜的数值孔径
数值孔径越大
那么它有效放大倍率也越大
如果显微镜的放大倍率
小于它的有效放大倍率的下限
物镜已经把物体的细节分辨出来了
但是因为放大倍率的不够
人眼不能分辨
放大倍率大于上限时没有意义的
因为这样并不能给出
更多的物体的细节信息
好 这一节
关于显微镜的分辨率
我们就讲到这
-1.1.1 课程背景和内容简介
-1.1.2 光学工程的特点
--光学工程的特点
-1.1.3 本课程的学习方法
--本课程的学习方法
--外部链接
-1.2.1 微积分基础知识
--微积分基础知识
-1.2.2 光学工程中的常用函数
-1.2.3 常用函数的运算与变换
-扩展阅读
--SPIE课程:Light in Action-Lasers,Cameras&Other Cool Stuff
--SPIE课程:A Day Without Photonics-A Modern Horror Story
--SPIE课程:Advice to Students from Leaders in the Optics&Photonics Community
--版权说明
-2.1.1 基本概念和光线传播基本定律
-2.1.2 成像基本概念
--成像基本概念
-2.1.3 费马原理
--费马原理
-2.1.4 等光程成像
--等光程成像
-2.1.5 常用曲面形状
--常用曲面形状
-第一次作业--作业
-2.2.1 近轴光学基本概念
--近轴光学基本概念
-2.2.2 近轴球面成像
--近轴球面成像
-2.2.3 近轴球面成像放大率
-2.2.4 物像空间及光学不变量
-2.2.5 矩阵光学简介
--矩阵光学简介
-2.2.6 矩阵光学应用
--矩阵光学应用
-第二次作业--作业
-2.3.1 理想光学系统基本概念
-2.3.2 理想光学系统的基点与基面
-2.3.3 图解法求像
-2.3.4 解析法求像
-2.3.5 理想光学系统的放大率
-2.3.6 理想光学系统焦距关系
-2.3.7 理想光学系统组合
-2.3.8 透镜与薄透镜
-2.3.9 远摄型光组和反远距型光组
-第三次作业--作业
-2.4.1 平面反射镜及双平面反射镜
-2.4.2 反射棱镜及其展开和平行平板成像
-2.4.3 反射棱镜成像方向
-2.4.4 棱镜转动定理
-2.4.5 角锥棱镜和折射棱镜
-2.4.6 光学材料简介
-第四次作业--作业
-2.5.1 光阑简介与孔径光阑
-2.5.2 视场光阑与渐晕
-2.5.3 远心光路
-2.5.4 景深
--2.5.4 景深
-第五次作业--作业
-2.6.1 光度学与色度学基础
-2.6.2 视见函数和光度学
-2.6.3 光传播过程中光学量的变化规律
-2.6.4 色度学基本概念
-2.6.5 CIE标准色度学系统
-第六次作业--作业
-2.7.1 球差
--2.7.1 球差
-2.7.2 色差
--2.7.2 色差
-2.7.3 子午像差和弧矢像差
-2.7.4 彗差、像散、场曲、畸变
-2.7.5 垂轴像差、波像差
-2.7.6 光学传递函数
-第七次作业(像差)--作业
-2.8.1 人眼的光学模型
-2.8.2 人眼的缺陷与校正
-2.8.3 人眼的景深
-2.9.1 光学系统的分辨率
-上篇:应用光学——光学系统的分辨率(光学系统分辨率)
-2.9.2 人眼的分辨率
-上篇:应用光学——光学系统的分辨率--第八次作业(人眼)
-2.10.1 放大镜
-上篇:应用光学——放大镜--第八次作业(放大镜)
-2.10.2 放大镜的光束限制和视场及目镜
-2.11.1 望远系统
-2.11.2 望远镜的放大倍率
-2.11.3 望远镜的视觉放大率
-2.11.4 望远镜的分辨率
-第九次作业(望远镜)--作业
-2.12.1 显微镜及其放大率
-2.12.2 显微镜的视觉放大率
-2.12.3 显微镜的孔径光阑
-2.12.4 显微镜的机械筒长
-2.12.5 显微镜的分辨率及有效放大率
-2.12.6 显微镜的景深
-2.12.7 显微镜的照明系统
-第九次作业(显微镜)--作业
-3.1.1 电磁场的波动性
-3.1.2 平面电磁波及其性质
-3.1.3 球面波与柱面波,光波辐射与辐射能
-3.2.1 电磁场的连续条件(边界条件)
-3.2.2 光在两电介质分界面上的折射与反射
-3.2.3 菲涅耳公式
-3.2.4 全反射与倏逝波
-3.2.5 金属表面的反射
-3.2节课后习题--作业
-3.3.1 光的吸收、色散和散射
-3.4.1 光波的叠加
-3.5.1 干涉原理及相干条件
-3.5节课后习题--作业
-3.6.1 干涉图样计算
-3.6.2 分波阵面干涉装置的特点
-3.6节课后习题--作业
-3.7.1 时间相干性
-3.7.2 空间相干性
-下篇:物理光学——干涉条纹的对比度及其影响因素
-3.8.1 干涉条纹的定域
-3.8.2 平行平板产生的等倾干涉
-3.8.3 楔形平板产生的等厚干涉
-下篇:物理光学——平板的双光束干涉--3.8节课后习题
-3.9.1 斐索干涉仪
-3.9.2 迈克尔逊干涉仪
-下篇:物理光学——典型的双光束干涉系统及其应用
-3.10.1 平行平板的多光束干涉
-3.10.2 F-P 干涉仪
-3.10.3 光学薄膜基础
-3.10.4 单层膜与多层膜
-3.10课后习题--作业
-3.11.1 惠更斯—菲涅耳原理
-3.11.2 菲涅耳—基尔霍夫衍射公式及衍射分类
-3.11节习题--作业
-3.12.1 夫朗和费衍射公式的意义
-3.12.2 矩孔衍射和单缝衍射
-3.12.3 圆孔衍射
-3.12节习题--作业
-3.13.1 成像系统的分辨本领
-下篇:物理光学—— 光学成像系统的衍射和分辨本领
-3.14.1 双缝与多缝的夫朗和费衍射
-3.14.2 光栅的分光性能
-3.14.3 几种典型光栅
-3.14节习题--作业
-3.15.1 圆孔和圆屏(盘)的菲涅耳衍射
-3.15.2 菲涅耳透镜
-下篇:物理光学—— 菲涅耳衍射(菲涅耳衍射)
-3.16.1 平面波的复振幅分布和空间频率、复杂复振幅及其分解
--3.16.1 平面波的复振幅分布和空间频率、复杂复振幅及其分解
-3.16.2 光波衍射的傅里叶分析方法
-3.16.3 透镜的傅立叶变换性质
-3.16.4 相干成像系统分析及相干传递函数
-3.16节习题--作业
-3.17.1 非相干成像系统分析及光学传递函数
-3.17.2 阿贝成像理论、波特实验与光学信息处理
-3.17.3 全息术
-3.17节习题--作业
-3.18.1 偏振光概述
-3.18.2 光在晶体中的传播
-3.18.3 单色平面波在晶体中的传播
-3.18.4 单轴晶体中光的传播
-3.18节习题--作业
-3.19.1 光波在晶体表面的折射和反射
-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(一)
-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(二)
-3.20.2 偏振光和偏振态的琼斯矩阵表示
-3.20节课后作业--作业
-3.21.1 偏振光的变换
-3.21.2 偏振光的测定
-3.21节课后习题--作业
-3.22.1 平面偏振光的干涉
-3.22.2 会聚偏振光的干涉
-3.22节课后习题--作业
-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(一)
-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(二)
-3.23.2 电光效应(一)
-3.23.2 电光效应(二)
-3.23.3 声光效应
-下篇:物理光学——磁光、电光和声光效应--3.23节课后习题
-期末考试--作业