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七郎 / Seven Liu

科学与艺术,恰如人生中的红颜知己。 本博内容保留所有权利.

 
 
 

日志

 
 

4.8 Lens characteristic & Numerical Aperture(NA) 镜头特性和数值孔径  

2012-06-25 17:12:49|  分类: 读点英文 |  标签: |举报 |字号 订阅

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The numerical aperture value of a focus lens in a pickup-head is defined by:

光头聚焦透镜的数值孔径NA定义如下:

NA = n sin θ

Where n is the index of refraction, 1.0 in air, and is the half angle of the cone of light from the lens. The NA in combination with the active exit diameter (d) of the lens is defining the working distance, (f).

其中n是折射率, 在空气中为1.0, θ是从镜头发出光线锥角度的一半。NA和镜头的有效出口直径一起决定了工作距离f。

f= d / 2NA

 

-------------------------

Key Words:

·Numerical aperture 数值孔径

·aperture孔,穴;(照相机,望远镜等的)光圈,孔径;缝隙

·exit diameter 出口直径,出口截面直径

------------------------

数值孔径又叫做镜口率,简写为N.A。它是由物体与物镜间媒质的折射率n与物镜孔径角的一半(a2)的正弦值的乘积,其大小由下式决定:N.A=n*sin a/2 数值孔径(numerical aperture)。

它的定义为:n0sinθmax,在显微镜中,n0是物镜周围媒质(空气、油、水等)的折射率。θmax为物镜所能收纳的最大光线锥的半角,即边缘光线和光轴的夹角。数值孔径的范围是从低倍物镜的0.07到高倍物镜(100×)的1.4左右,显微镜的分辨本领和数值孔径成正比。

 

数值孔径简写NA(蔡司公司的数值孔径简写CF),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(即消位置色差的能力,蔡司公司的数值孔是代表消位置色差和倍率色差的能力)的重要标志。其数值的大小,分别标示在物镜和聚光镜的外壳上。

数值孔径极限

显微镜观察时,若想增大NA值,孔径角是无法增大的,唯一的办法是的折射增大介质率η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η值大于1,NA值就能大于1。

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。

 

与其他参数的关系

数值孔径是显微镜物镜的重要参数,决定了物镜的分辨率。与物镜的放大倍数,工作距离,景深有直接关系。

一般来说,它与分辨率成正比,与放大率成正比,焦深与数值孔径的平方成反比,NA值增大,视场宽度与工作距离都会相应地变小。

 

容易产生的误区

数值孔径与分辨率成正比,但这并不是说在选择物镜的时候一定要选择数值孔径(N.A)最大才是最好,因为物镜还会有很多其他重要参数,比如荧光透过率,工作距离等等,只有根据自己的实验需要,选择最合适的才是最佳方案。不能盲目迷信数值孔径。

 

Aperture 光圈

Aperture is a device that controls the quantity of light that passes through the lens. It is an iris type mechanism, which shrinks or grows in order to let in less or more light.

光圈是用来控制镜头受光量的装置。是一个虹膜型机构,可以收缩或放大以控制受光的多少。

The numbers you usually see on a lens are:

常见的镜头号码(系数)如:

F: 3.5 4.5 5.6 8 11 16 22 32

Each number lets in two times less light than the previous one.

每个数字与后一个数字相比进光量多一倍。

Small numbers represent a large aperture, big numbers - small aperture. Most digital cameras do not have this numbers written on their lenses, but they use aperture as part of their construction. It is also the way for you to select aperture priority shooting mode from your camera to control the depth of field.

较小的数字表示较大的光圈,而大的数字表示较小的光圈。大多数相机的镜头上并没有标明数字,但它们都使用了光圈机构。在拍摄之前要先选择合适的光圈来控制景深。

景深就是在所调焦点前后延伸出来的"可接受的清晰区域"。在拍摄的场景中,被摄主体呈现出清晰的范围。景深可能很长,也可能很短、很浅,我们可以根据需求调整摄影的模式来控制景深的长短。一般相机要对焦后才能拍摄,理论上相片中只有被准确对焦的部分(焦点)清晰,焦点前及焦点后的景物会因在焦点以外而显得模糊。不过,基于镜头、拍摄距离等因素,在焦点前、后仍然会有一段距离的景物能够被清晰显示,不致于落入模糊地带,这个清晰的范围便称为景深。

一般会影响到景深长短的原因,有下面三种:

1.光圈越大、景深越浅,光圈越小、景深越长

在拍摄距离不变的拍摄情况下,使用大光圈来拍摄时,因为景深变浅,被摄体的前后景物会变得比较模糊。而使用小光圈时,被摄体前后景物清晰的距离就会变长。

2.镜头的焦距越长、景深越浅,镜头的焦距越短、景深越长

在光圈、快门都不变时,拍摄同一个场景,使用长镜头会让景深变浅。而使用广角镜时,景深就会变长。

3.距离拍摄体越近时、景深越浅,距离拍摄体越远时、景深越长

在光圈、快门、镜头焦距都不变的情况下,拍摄同一场景,离被摄体越近时,景深就会越浅。离被摄体越远时,景深就会越长。)

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