Digitalmikroskope

Numerische Apertur (N.A.)

Wichtige Punkte im Überblick

Die numerische Apertur (N.A.) ist der zentrale Parameter für das Auflösungsvermögen eines Objektivs.
Beugung begrenzt die praktisch erreichbare Auflösung – auch bei hoher N.A.
Eine höhere N.A. ermöglicht die Darstellung kleinerer Lichtscheiben und trägt so zu einer besseren Auflösung bei.
Die N.A. wird auf der Objekt- und Bildseite über den Winkel θ und den effektiven Durchmesser des Objektivs definiert.

Die numerische Apertur (N.A.) ist ein Wert, der die Auflösungsfähigkeit eines Objektivs angibt und durch die folgende Gleichung definiert ist.
n: Brechungsindex des Beobachtungsmediums [z. B. n(Luft) = 1]
θ: Winkel zwischen der optischen Achse und dem Licht am äußersten Rand des effektiven Durchmessers des Objektivs
N.A. = n * sin θ
Obwohl die N.A. die Auflösung eines Objektivs bestimmt, spielt auch die Beugung eine Rolle dabei, was tatsächlich aufgelöst werden kann. Beugung ist ein Phänomen, bei dem sich Licht wellenartig ausbreitet. Diese Eigenschaft verhindert, dass selbst das hochauflösendste Objektiv den Fokus auf eine einzelne Punktquelle bündeln kann, wodurch der Brennpunkt eher zu einer Scheibe wird. Die kleinste auflösbare Lichtscheibe wird als Airy-Scheibe bezeichnet, und ihr Radius wird durch die folgende Formel ausgedrückt:
λ: Wellenlänge des Lichts
N.A.: numerische Apertur
0,61: Konstante
r = 0,61 * λ / N.A.
Der Wert aus dieser Formel entspricht der Auflösung. Nach dieser Gleichung gilt: Je größer die numerische Apertur (N.A.), desto kleiner der Radius der Airy-Scheibe. Ein Objektiv mit größerer N.A. kann daher kleinere Strukturen auflösen, was zu einem schärferen Bild führt.