物镜光学术语：物镜数值孔径NA、视场数FN、物镜分辨力R与无限远校正光学系统等详细介绍，三丰

三丰（Mitutoyo）物镜光学术语解析，揭示高精度显微成像原理。物镜数值孔径（NA）直接决定分辨力和焦深，NA值越高，成像越清晰。物镜分辨力（R）体现物镜区分微观细节的能力。物镜工作距离（WD）和齐焦距离保障了操作便利性。产品采用无限远校正光学系统，兼容性强。复消色差（Apo）技术有效校正色差，平场（Plan）设计确保整个视场图像清晰。科勒照明提供均匀亮度，明/暗视场观察满足不同对比度需求。Mitutoyo三丰物镜覆盖紫外到近红外波段，支持激光加工和高质量观测。这些精密光学特性使其成为半导体检测、微细加工等高端领域的理想解决方案，为工业检测提供可靠保障。

数值孔径NA(Numerical Aperture)

物镜数值孔径是决定物镜分辨力、焦深和成像亮度等重要性能的关键参数。物镜数值孔径数值越大，成像的分辨力越高，焦深则越小。

NA=n*Sinθ

其中，n 为三丰物镜前端与样品之间介质的折射率（空气中 n = 1.0），θ 为从物镜最外侧入射的光线与光轴之间的夹角。

分辨力R(Resolving power)

物镜分辨力是指能够区分两个极其接近的点或线的最小间隔。R的数值越小，分辨力越高。物镜分辨力计算公式为：

R(µm)=λ/(2*NA)

λ=0.55µm(基准波长)

物镜工作距离WD/齐焦距离(Working Distance/Parfocal Distance)

物镜工作距离是指对焦后样品表面到物镜前端的距离；齐焦距离则是指对焦后样品表面到三丰物镜安装面的距离。

无限远校正光学系统/有限远校正光学系统

使用物镜和成像(镜筒)透镜组合成像的光学系统称为无限远校正光学系统。

三丰物镜单独在有限距离处成像的光学系统称为有限远校正光学系统。

物镜焦距f(Focal Length)与倍率的关系

Mitutoyo物镜焦距f1与成像透镜焦距f2决定了无限远校正光学系统的总倍率。

物镜的倍率=f2/f1

例如以M Plan Apo 10×与MT-1配置无限远校正光学系统。M Plan Apo 10×的焦距f1为20mm，MT-1的焦距f2为200mm。则倍率为200/20=10×

视场数FN(Field Number)、实际视场、显示器显示倍率

样品表面可观察的范围取决于目镜视场光阑的直径，该直径值以毫米为单位称为视场数。实际视场可通过下式计算。

(1)显微镜可以观察的检测对象的范围(直径)：实际视场(mm)=目镜的视场数/物镜倍率

例如配置ø24目镜，M Plan Apo 10×镜头实际视场为24/10=2.4mm

(2)显示器观察范围

显示器观察范围(mm)=相机摄像元件的大小（纵×横）/物镜倍率

(3)显示器显示倍率

显示器显示倍率=物镜的倍率×显示器上的显示对角线长度(mm)/相机摄像元件的对角线长度(mm)

焦深DF(Depth of Focus)

对焦后，在焦平面前后仍能保持清晰成像的范围称为焦深。NA 越大，焦深越小；NA 越小，焦深越大，便于观察样本的微小高度差异。常用的 Berek 公式计算如下：

目镜观察时

±D(µm)= ω×250,000/(NA×M)+λ/(2×NA²)，λ=0.55 µm (基准波长)

ω：肉眼分辨力0.0014（假设眼睛的视角为5分）

M：综合倍率（物镜倍率x目镜倍率）

TV显示器观察时

±D(µm)= λ/(2×NA²)，λ=0.55 µm (基准波长)

明视场照明和暗视场照明

明视场照明是光线直接照射样品并进入物镜的观察方式；明视场落射照明则指光束通过物镜垂直照射样品表面。暗视场照明是从物镜外围以倾斜光照射样品，使平坦区域呈现暗背景，而凹凸或缺陷部位发亮，从而凸显表面结构的照明方式。

消色差物镜、半复消色差物镜和复消色差物镜

消色差物镜能够对轴上点的色差（红、蓝光）以及球差（黄绿光）进行基本校正，同时修正正弦差与近轴慧差。在绿光或白光照明下进行显微拍摄时，这类物镜能获得较为清晰的影像，但其综合表现并非最理想。

半复消色差物镜在像差校正上更进一步，可同时对红光与蓝光的球差和色差进行补偿。其成像的清晰度与色彩保真度明显优于消色差物镜。在进行彩色显微摄影时，选用此类物镜通常能在成像效果与经济成本之间达到一个较好的平衡。

复消色差物镜性能最高。它能够对红、绿、蓝三色光的色差实现高级校正，使三色光聚焦于同一平面，从而有效消减难以处理的剩余色差。此外，它还校正了红、蓝光的球差。这类物镜通常拥有更大的数值孔径，因此分辨能力更强，像场更为平坦、清晰，支持更高的有效放大倍率，非常适用于高标准的显微研究及成像工作。不过，其景深通常较浅，且制造成本高昂，价格最为昂贵。

科勒照明

一种配备视场光阑与孔径光阑的照明光学系统，广泛应用于生物显微镜、金相显微镜等设备。其特点在于光源并不直接在观察面上成像，而是能够均匀照亮整个视场。视场光阑用于清晰界定照明区域的边界，而孔径光阑则用于调节照明亮度。

孔径光阑：用于控制光束通过范围的光阑，直接影响照明亮度和系统的分辨力。尤其在透射照明下测量圆柱形样品的宽度时，使用合适的孔径光阑可以减少衍射光的影响，从而获得更精确的测量和观察结果。

视场光阑：用于遮挡观察区域以外的杂散光。通过消除这些非必要的光线，可以提升图像的清晰度和对比度。

平场(Plan)

指对消色差或复消色差物镜的像场弯曲进行校正的物镜。经过校正后，像面呈现为一个清晰的平面，而非曲面。本公司所有的FS系列物镜均符合平场规格。

渐晕/耀斑/重影

渐晕指光线在通过物镜后、成像之前，因各种因素（如光路遮挡）导致像场边缘区域亮度衰减、变暗的现象；耀斑是由于透镜内部或镜筒内表面的反射与散射光在像面上重叠，导致图像局部区域出现泛白、光晕的现象。这会显著降低图像的对比度；重影是因成像光学系统内部光学元件（如透镜表面）产生多重反射，导致一个物点在像面上形成两个或多个彼此错开的影像，造成图像重叠的现象

物镜的瞳径和光斑直径

瞳径：指能够进入物镜（后侧）光瞳的、沿光轴方向的平行光束的最大直径。计算公式如下，其中 NA 为物镜的数值孔径，f 为物镜焦距（单位：mm）：

瞳径(ømm)= 2×NA×f

光斑直径：当一束强度分布均匀的光束入射到物镜（后侧）并聚焦后，在焦点处光强分布降为零时的直径。可近似计算如下，其中 λ 为使用波长（单位：µm）：

光斑直径(øµm)= 1.22×λ/NA

需要注意的是，以上公式不适用于激光这类光束横截面强度呈高斯分布的光源。激光光束直径通常以峰值强度 1/e²（即13.5%）处的宽度来定义。其聚焦后的光斑直径可按下式计算，其中 λ 为激光波长（单位：µm），D 为激光出射光束直径（单位：µm），f 为物镜焦距（单位：µm）：

光斑直径(øµm)= 4×λ×f/(π×D)