顯微鏡的幾個概念:分辨率，放大率，最大分辨率，分辨極限

一、分辨率

分辨率是指能夠分辨出的相鄰兩個物點間的最小距離的能力，這種距離稱為分辨距離。

一般來說分辨距離越小，分辨率越高。一般規(guī)定：顯微鏡或者人眼在25cm處明視距離處，能夠清楚分辨被檢物體細微結(jié)構(gòu)最小間隔的能力，稱為分辨率。人眼的分辨距離是100μm；光學(xué)顯微鏡的最大分辨距離是0.2μm。分辨距離(r)可用以下的公式計算：

r = 0.61 λ/n sinα

其中：n為聚光鏡和物鏡之間介質(zhì)的折射率（空氣的折射率為1，油為1.5）α為樣品對物鏡角孔徑的半角，sinα的最大值為1λ為照明光源的波長；0.61是一個恒定參數(shù)

上式中的n sinα的值稱為物鏡的數(shù)值孔徑（numerical aperture），縮寫NA。各種物鏡和聚光鏡的數(shù)值孔徑是不同的，干燥系物鏡NA為0.05~0.95，油鏡的NA為0.85~1.4。值得注意的是分辨率指的是分辨能力，而r值指的是分辨距離，因此r值越小對應(yīng)的分辨率越高。

二、最大分辨率

根據(jù)分辨率的定義可知，當(dāng)r值越小的時候，分辨率越高。根據(jù)公式可得當(dāng)NA的值越大，r值越小，分辨率也就越高。因此當(dāng)以可見光作為光源時，我們就可以計算出透鏡的最大分辨率是多少。

要想使得分辨距離盡可能的小，一方面是使得數(shù)值孔徑NA盡可能大，好的玻璃透鏡的鏡口角大約為70°，空氣折射率為1，因此NA大約為0.94。另一方面可以縮短波長，可見光的波長范圍為400~700nm，以450nm的藍光，空氣作為介質(zhì)為例，其最大分辨距離為r=0.61×450/1×0.94≈0.3μm；若選擇油鏡作為光折射的介質(zhì)，則最大分辨距離可提高到0.2μm。

三、分辨極限和放大率

顯微鏡的分辨極限受可見光波長的限制，無論怎樣改善透鏡，也不可能克服波長本身所造成的限制。普通光學(xué)顯微鏡下，能夠清楚分辨的相鄰兩點之間的最小距離為0.2μm，稱為光鏡的分辨極限。

最終成像的大小和原物體大小的比值稱為放大率，在顯微鏡中總的放大率等于物鏡放大倍數(shù)乘以目鏡的倍數(shù)，放大倍數(shù)同樣受分辨極限的限制。一般來說，光鏡的最大放大率只能是透鏡數(shù)值孔徑的一千倍。空氣作為介質(zhì)時，最大放大倍數(shù)大約為1000倍。

四、注意事項

文中所提到的分辨率實際上是指分辨能力，有些資料當(dāng)中也使用分辨力一詞。計算分辨距離時，α指的是物鏡角孔徑的半角，有些材料直接當(dāng)作角孔徑，因此在計算的過程中要除以2。最大分辨率等同于最小的分辨距離，通俗的講就是看的最清楚，切記不要混淆概念。文中所有的數(shù)值均為約數(shù)，數(shù)據(jù)只是作為例子，便于理解。