尼康顯微鏡物鏡的景深和焦深
當(dāng)考慮到在光學(xué)顯微鏡的分辨率，大部分的重點(diǎn)放在上的點(diǎn)至點(diǎn)在垂直于光軸的橫向分辨率（圖1）。 向分辨率的另一個(gè)重要方面是在軸向（或縱向）拆分的物鏡，即測量平行于光軸，并且*經(jīng)常被稱為景深的分辨能力。
軸向分辨率，如水平分辨率，僅通過物鏡的數(shù)值孔徑（圖2）決定的，與目鏡僅僅放大鏡解決，投影到中間像平面的細(xì)節(jié)。 正如在傳統(tǒng)的攝影，景深是通過從在焦點(diǎn)*近的物體面到*遠(yuǎn)的平面也同時(shí)在焦點(diǎn)的距離來確定。 在現(xiàn)場的顯微鏡深度很短，通常以微米為單位計(jì)量。術(shù)語的焦點(diǎn)深度，這是指圖像的空間，往往是交替使用的景深，這是指對象的空間。
命名這個(gè)交換可能會導(dǎo)致混亂，特別是當(dāng)術(shù)語都來特指景深在顯微鏡的物鏡。 幾何圖像平面預(yù)期可能代表一個(gè)無限薄的試樣部分，但即使在沒有像差的，每個(gè)圖像點(diǎn)被擴(kuò)大成一個(gè)衍射圖中上面和下面該平面延伸。 艾里斑，由顯微鏡物鏡產(chǎn)生的衍射圖案的一個(gè)基本單元，表示通過所述中間圖像平面的中心部分。 這增加了有效的在焦深度穿過略微不同的試樣的平面的Z軸的艾里斑的強(qiáng)度分布的。
景深和圖像深度
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表1
焦點(diǎn)深度與物鏡的數(shù)值孔徑和放大率而變化，并且在某些條件下，高的數(shù)值孔徑系統(tǒng)（通常是具有更高的放大倍率）有更深的焦點(diǎn)深度比低數(shù)值孔徑的那些系統(tǒng)中，即使在景深是少（見表1）。 這是特別重要的，因?yàn)轱@微攝影膠片乳劑或數(shù)碼相機(jī)傳感器必須暴露或照明系統(tǒng)中落在焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的平面上。 由集中在高放大倍率的小誤差并不至關(guān)重要的，因?yàn)槟切┚哂蟹浅５捅堵饰镧R進(jìn)行。 表1給出了計(jì)算出的變型中字段和圖像深度在一系列物鏡隨數(shù)值孔徑和放大的中間像平面的深度。
在顯微鏡的高數(shù)值孔徑，景深由波動光學(xué)初步確定，而在較低的數(shù)值孔徑， 混亂的幾何光學(xué)圓占主導(dǎo)地位的現(xiàn)象。 使用各種不同的標(biāo)準(zhǔn)來確定當(dāng)圖像變得銳利得令人無法接受，一些作者提出了不同的公式來描述在顯微鏡景深。 場的總深度由下式給出的波和場幾何光學(xué)厚度的總和：
其中，d（TOT）表示的景深，λ是照明光的波長，n為介質(zhì)的蓋玻片和物鏡前透鏡元件之間（通常是空氣（1.000）或浸沒油（1.515））的折射率，和NA等于物鏡的數(shù)值孔徑。 變量 e的是，可以由被放置在顯微鏡的物鏡，其橫向放大率是M的圖像平面上的檢測器來解決的*小距離。 使用此公式中，景深（四（TOT））和波長（λ）必須以類似的單元。 例如，如果D（合計(jì)）為以微米來計(jì)算的，λ也必須以微米配制（700納米的紅色光被輸入到方程為0.7微米）。 注意，字段的衍射限制的深度（在方程中的*項(xiàng)）成反比收縮與數(shù)值孔徑的平方，而分辨率的橫向限制減少的方式，是成反比的數(shù)值孔徑的*功率。 因此，軸向分辨率和可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)切片厚度是通過系統(tǒng)的數(shù)值孔徑的影響更與其說是比顯微鏡的橫向分辨率。
人眼能正常容納從無窮遠(yuǎn)到約25厘米，使景深可通過上面的方程比大得多時(shí)給予1通過目鏡觀察的顯微鏡圖像。 另一方面，視頻傳感器或照相乳劑在于一個(gè)薄的固定的平面，以便利用這些傳感器場和軸向分辨率的深度是由方程式中的參數(shù)給出。 在這些情況下，軸向分辨率由慣例定義為四分之一的*極小值，上面和下面焦點(diǎn)之間的距離，沿著由物鏡產(chǎn)生的三維衍射像的軸線。
對景深，和強(qiáng)度的三維衍射圖案的分配這些值，基于非相干照明系統(tǒng)（或發(fā)射）點(diǎn)光源，其中所述聚光鏡的數(shù)值孔徑大于或等于該物鏡。 在一般情況下，字段的增加，*多為2倍，作為照明的增加一致性的深度（作為聚光鏡的數(shù)值孔徑接近零）。 然而，該三維點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（PSF）與部分相干照明可以以復(fù)雜的方式從當(dāng)光圈功能是不均勻到目前為止討論出發(fā)。 在許多基于相位，對比度產(chǎn)生顯微鏡模式，場的深度可以變成是出乎意料比從上面的方程預(yù)測較淺，并且可以得到非常薄的光學(xué)部分。
在數(shù)字視頻顯微鏡，在攝像管或CCD的物鏡淺焦平面，高對比度達(dá)到的高物鏡和聚光鏡的數(shù)值孔徑，并且圖像的高放大倍數(shù)顯示在監(jiān)視器都有助于減少的深度上場。 因此，具有視頻，可以得到非常尖銳而薄的光學(xué)部分 ，并能以非常高的精度限定的薄樣品的聚焦程度。