光学显微镜10X100和25X40有什么区别？100X物镜一定要滴油使用吗？ 第1页

这里讨论油镜为啥要用油。

不少国内书籍和资料解释得很简单。

比如有的是这么讲的：
分辨率D（越小越清晰）在0.5λ/NA 到 λ/NA之间，有些资料就写成D=0.61λ/NA。 λ为光的波，NA为数值孔径。而数值孔径NA为物方介质折射率n和物镜0.5倍孔径角θ的正弦值的乘积。所以，把物方介质从空气换成香柏油后，折射率从1变成1.5，数值孔径增大，D值也就变小，变得更清晰了。
然而当你进一步思考，会问“当介质改变时，孔径角会发生变化”吗？光路发生了怎样的变化？
比如用物理教学软件简单模拟一下：

当把介质从油换成空气后，会发现，似乎：
1，从光路图上看，油镜用油，和不用油，介质之外的光路没啥变化（这里不考虑色散等像差），区别只是工作距离。空气时样本需要更靠近物镜才能合焦。这可能也解释了为何一部分油镜在不用油时无法合焦，完全看不清东西，此时的工作距离不够。
2，由于样本更靠近物镜了，孔径角θ貌似变大了，即n变小的同时sinθ变大了，那数值孔径NA真的改变了吗？
（注意，这里的描述和结论都要打个问号，有些其实是不正确的）
总之，普通人单纯从这个公式，不容易理解问题。

还比如，有的资料是这么解释的：

说光在空气中折射的角度更大，所以很多光就漏掉了，物镜的进光量小，所以不清晰，用油后物镜进光量大，所以清晰。
于是很多同学马上就问，我把卤素灯或LED灯调得亮一点，是不是就清晰了？为啥非要用油。
事实上，你调得再亮也不会变清晰。

上述这些解释方法都不是特别好，不容易理解问题。
我觉得有一些书还是解释得通俗易懂的。看过之后，你就知道油镜用油，数值孔径增大清晰度变高，本质的原因在于物质的临界角。

大家都知道全反射和斯涅尔定律，所以，光线从空气射入玻璃（N=1.5）的最大出射角约为42°，也就是临界角是42°。

所以如果你不用油，射入物镜前镜片的光束，缩在一个较小的夹角范围内，小于84°

而如果你用油，射入物镜前镜片的光束，夹角可以达到110°以上。

若这个光束夹角小于物镜设计的夹角，就无法利用前透镜后面的镜片们的整个设计面积，与光轴角度较大的光线无法参与像的形成，因此无法充分发挥物镜的分辨率，牛头变狗头，会变得模糊一些。

此外，从图上也能看出，理论上载玻片底部和聚光镜之间也应该用油，这样从灯泡射出的光线才能更好地充满整个孔径角范围。

此外，还有人问，干镜用油能不能提高分辨率，因为单纯从D=0.61λ/NA的公式，似乎答案是能。但实际上，用油就违背了物镜的设计条件，光束夹角虽然更大，但超出了镜片的设计面积，最重要的就是像差问题，干镜是针对空气来设计减小像差，而且光学上越偏离光轴的光线，像差越大，所以超出设计的大角度通常都会带来明显的像差，比如色散，劣化像质得不偿失。