Измерение и приборостроение
Понимание численной апертуры: расчеты и ее влияние на оптическое разрешение
Table of Contents
Численность диафрагмы (NA) является ключевым параметром в оптике, который влияет на разрешающую способность линз и микроскопов. Она определяет способность линзы собирать свет и разрешать мелкие детали на изображении. Понимание того, как вычислять NA и его влияние на оптическое разрешение, имеет важное значение для эффективного проектирования и использования оптических систем.
Что такое числовая апертура?
Численность апертуры — безразмерное число, характеризующее диапазон углов, по которым система может собирать свет.Определяется как произведение показателя преломления среды и синуса полуугла максимального светового конуса, захваченного линзой.
Вычисление числовой апертуры
Формула для расчета NA:
NA = n × sin(θ)
Где n — показатель преломления среды между линзой и объектом, а θ — полуугол светового конуса, поступающего в линзу. Например, в воздухе (n ≈ 1,0), если максимальный угол θ составляет 30°, то NA = 1,0 × sin(30°) = 0,5.
Влияние на оптическое разрешение
Более высокие значения NA позволяют линзам собирать больше света и разрешать более мелкие детали.Предел разрешения оптической системы может быть приближен по критерию Рэлея:
Резолюция ≈ 0,61 λ/NA
Где λ — длина волны используемого света.Увеличение NA уменьшает минимальное разрешимое расстояние, улучшая способность системы различать близкие объекты.
Резюме
- Численность апертуры измеряет способность собирать свет.
- Рассчитано как NA = n × sin(θ).
- Более высокий уровень NA улучшает разрешение и четкость изображения.
- Разрешение зависит обратно от NA.