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分辨率
可以将密集的点区分为单个的点的能力。
分辨率极限(最大分辨率)
可识别为不同点的最小间距。光学分辨率极限的判定,最早是由物理学家恩斯特阿贝博士在1873年发现,可判定任何光学成像的分辨率理论极限。
凸透镜能将入射光聚焦到它的焦点上,但由于透镜口径有一定大小,光线透过时会由于波动特性会发生衍射,无法将光线聚成无限小的焦点上,而只会形成一定能量分布的光斑。中央是明亮的圆斑,周围有一组较弱的明暗相间的同心环状条纹,把其中以第一暗环为界限的中央亮斑称为艾里斑(Airy Disk)。图1为两个等光强的艾里斑从重叠到逐步分开的影像。
图1
图2
从光的波动属性分析,物体细节对光的波动的反射才是物体被观察到的根本原因。通过发射波长等于或者小于物体大小的波,它被反射回观察者。而被观测物可以被观测到的最小尺度就是1/2波长,小于这个尺度被观测物将无法反射光波,从而无法被观测。
图3
最终,阿贝博士得出的阿贝简单判定(Abbe Simple Criterion)为:
但是在实际应用中,被测物体不是一个点而是一系列物点的集合。每一个物点经过有限直径的透镜后,在像平面上都会产生文中开头提到的艾里斑,如果两个物点的艾里斑重叠到无法分辨,我们则认为这两个物点无法被分辨,图4中让两个等光强的非相干点像逐步分开,当两个点像中心间隔等于艾里斑的半径R,这样的艾里斑可以被认为是物点可以被分辨的最小尺寸,这种不同于阿贝简单判定的方式叫做瑞利判定(Rayleigh Criterion)。
图4
那么我们来计算一下按照瑞利判定,可被分辨的艾里斑的半径(也就是可以被分辨的最小尺寸)与生成这个艾里斑的光波波长的关系。图5为原理示意图。
图5
中间演算过程涉及到冗长的傅里叶级数变换以及各种函数方程,最终计算结果为:
普通光学显微镜,为提高分辨率极限(使
一、减小λ值
可见光的波长范围:390nm~760nm,取可见光的波长为较短数值λ=400nm时(相当于紫色光),d≈200nm=0.2μm,这基本上可认为是一般光学显微镜的最高分辨能力了。
图6
在可见光波段想要获得更好的分辨率极限,显微镜系统在设计时就要尽量选用蓝紫光线作为照明光源。
二、增大n•sinα的值,这个值也被标为NA值(数值孔径)
图7