光學(xué)系統(tǒng)有很多種，它們的結(jié)構(gòu)和成像原理都有所不同，如望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、各種成像儀，所以我們先確定一個(gè)相對(duì)經(jīng)典的成像系統(tǒng)：光學(xué)顯微鏡，來展開講解。

我們先簡單的回顧一下光學(xué)的一些基礎(chǔ)知識(shí)，光具有波粒二相性質(zhì)，所以光是一種電磁波，我們下面所介紹的主要定義為波段在390nm—770nm可見光波段的常規(guī)顯微鏡。

瑞利距離為能分辨兩個(gè)艾利班的最小距離，這個(gè)距離有一個(gè)公式：Rayleigh distance =0.61λ/N.A。其中λ光學(xué)系統(tǒng)中光源的波長，N.A為物鏡的數(shù)值孔徑。

所以，我們繼續(xù)展開，一般光源的波長是恒定的，顯微鏡常用的LED白光取550nm，那么決定性的變量就是物鏡的數(shù)值孔徑N.A。N.A值物鏡的物理特性，它由物鏡的直徑 (D) 和工作距離 (WD) 決定，N.A也有其公式：N.A=n*sin a/2。（其中n為光工作介質(zhì)的折射率，a為光進(jìn)出透鏡時(shí)最大錐角）。

講到這里，我們就可以理解為什么光學(xué)分辨率有極限值，它由物鏡N.A決定，N.A越大，分辨率越高；N.A由工作介質(zhì)折射率和透鏡最大錐角決定，折射率一般為空氣固定1（部分介質(zhì)能稍微提高折射率：如油鏡），那么就只能通過讓物鏡更靠近樣品和增大物鏡的口徑這兩方面提高最大錐角α，又因?yàn)楣絅.A =n*sin a/2中sin函數(shù)有最大值為1，所以就假設(shè)物鏡已經(jīng)做到理想狀態(tài)α角使N.A取到最大值1（空氣介質(zhì)），那么瑞利距離（分辨率）0.61λ/N.A就算得最小值為0.61x550/1=335nm，該值為白光下顯微鏡的極限分辨率。

接下來我們繼續(xù)討論一個(gè)問題：現(xiàn)代顯微鏡通常搭配攝像頭連接電腦成像，那么在顯示器上的成像分辨率還是不是光學(xué)分辨率，和通常衡量圖像分辨率的參數(shù)：像素又是什么關(guān)系？

在解答這個(gè)問題之前，我們簡單講解一下攝像頭的工作原理：簡單來講，攝像頭是把平時(shí)到人眼的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為顯示器上成像的電信號(hào)，如果光信號(hào)成像的分辨率是瑞利距離，那么電信號(hào)成像的分辨率就是像素，它們之間的關(guān)系是：顯示分辨率是攝像頭像元尺寸（單個(gè)像素尺寸）和采樣率直接影響實(shí)際可達(dá)到的分辨率，它不會(huì)超過光學(xué)分辨率。像元尺寸限制：若攝像頭像元尺寸大于光學(xué)分辨率，則無法分辨細(xì)節(jié)。例如，若光學(xué)分辨率為5微米，而像元尺寸為10微米，則實(shí)際分辨率受限于攝像頭。奈奎斯特采樣定理：為充分解析目標(biāo)，像元尺寸需小于線分辨率的1/2。所以搭配足夠分辨率的攝像頭，才能完全發(fā)揮出光學(xué)系統(tǒng)本身的分辨能力。

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