Числовая апертура
В оптике числовая апертура ( ЧА ) оптической системы — безразмерное число , характеризующее диапазон углов, под которым система может принимать или излучать свет. Благодаря включению показателя преломления в свое определение, числовая апертура обладает тем свойством, что она постоянна для луча при переходе от одного материала к другому при условии, что на границе раздела отсутствует сила преломления . Точное определение термина немного различается в разных областях оптики. Числовая апертура обычно используется в микроскопии для описания приемного конуса объектива (и, следовательно, его светосилы и разрешения ).), и в волоконной оптике , в которой он описывает диапазон углов, в пределах которых свет, падающий на волокно, будет передаваться по нему.
В большинстве областей оптики, и особенно в микроскопии , числовая апертура оптической системы, такой как объектив , определяется выражением
где n — показатель преломления среды, в которой работает линза (1,00 для воздуха , 1,33 для чистой воды и обычно 1,52 для иммерсионного масла ; [1] см. также список показателей преломления ), а θ — максимальная половина -угол конуса света, который может войти или выйти из линзы. В общем случае это угол реального краевого луча в системе. Поскольку показатель преломления включен, числовая апертура пучка лучей является инвариантом, поскольку пучок лучей проходит от одного материала к другому через плоскую поверхность. Это легко показать, переформулировав закон Снеллиусачтобы найти, что n sin θ постоянно на границе раздела.
В воздухе угловая апертура объектива примерно вдвое больше (в параксиальном приближении ). Числовая апертура обычно измеряется по отношению к конкретному объекту или точке изображения и будет меняться по мере перемещения этой точки. В микроскопии NA обычно относится к NA объектного пространства, если не указано иное.
В микроскопии числовая апертура важна, потому что она указывает на разрешающую способность линзы. Размер мельчайших деталей, которые могут быть разрешены ( разрешение ), пропорционален λ / 2NA , где λ — длина волны света. Объектив с большей числовой апертурой сможет визуализировать более мелкие детали, чем объектив с меньшей числовой апертурой. Предполагая качественную ( дифракционную ) оптику, объективы с большей числовой апертурой собирают больше света и, как правило, обеспечивают более яркое изображение, но обеспечивают меньшую глубину резкости .
Увеличение увеличения и числовой апертуры объектива уменьшает рабочее расстояние, т. е. расстояние между передней линзой и образцом.
