孔径角
物镜前透镜收集的光锥的最大纵向角度称为“角光圈”(见图1)。除了NA增加外，图像亮度也与角光圈成正比。角孔径随物镜焦距的变化而变化，它与物镜前镜头在物镜聚焦时从标本发出的成像光线的最大角度有关。
角孔径与物镜焦距成反比。随着焦距的减小，物镜前镜头可以收集的光量就会增加。换句话说，如果物镜非常接近标本，那么物镜可以收集更多的斜射光线。应该说，角孔径通常是由物镜内部的光学决定的，每个物镜都会有一个最佳焦距。打个比方，你可以这样想:如果你站在一扇门前面，门上的钥匙孔通向另一个房间，那么当你站在远处时，你只能看到房间里的一点光线和物体。如果你把眼睛贴在钥匙孔上，你就会看到房间里更多的细节和光线，因为理论上，你增加了眼睛的角光圈。
物镜采集并形成的图像亮度和图像细节(分辨率)与角光圈有关。来自标本的光继续通过盖玻璃和物镜前镜头之间的空气或通过浸没介质。
计算NA
数值孔径可由下式表示和确定:
数值孔径(NA) = n•sin(α)
在上面的公式中，' n '是覆盖玻璃和物镜前镜头之间的介质的折射率(例如;空气、水或油)。' α '符号与透镜可收集的光锥角的一半有关(即角光圈;年代,图2)。
空气的折射率大约是1.0，而水的折射率是1.3，一些用于光学显微镜的浸泡油的折射率高达1.52。
折射
为了充分理解NA，理解折射是有帮助的。在光学和显微学中，折射是指光波通过和从样品发出的方向发生变化，这是由于光通过的介质发生了变化，可以是空气、玻璃、水或油。用一个叫做“斯涅尔定律”的公式来描述折射。威勒布罗德·斯奈利乌斯(1580-1626)是荷兰数学家和天文学家。除了确定了一种计算地球半径的新方法外，他还因数学上描述了折射而受到赞扬。然而，他并不是第一个这样做的人，更准确地说，他“重新发现”了衍射，因为这在许多世纪前就被波斯数学家和物理学家伊本·萨尔描述过。在他984年的手稿中，他描述了弯曲的透镜和镜子如何弯曲和聚焦光线。
斯涅尔定律指出，入射光和折射光的角度之比等于光所经过的折射率之比的倒数。
简单地说，当光从一种介质传播到另一种介质时，它的速度会发生变化——例如，当光从空气传播到水中时，它的速度会变慢。此外，速度的变化导致光以非90°的角度进入介质时的方向发生变化。需要注意的是，光的频率不会改变，但波长将由介质的性质决定。
理论上，物镜前透镜采集到的光锥的最大角孔径为180°，即α值为90°。由于正弦90为1，这就意味着，能够从空气介质中的样品收集180°的结果光的物镜的理论NA也将为1。显然，折射率是实现物镜最高NA的限制因素。因此，高na目标是那些使用浸入介质代替空气，如油或水。在现实中，标本和物镜前镜头之间有空气的NA是不可能达到的，因此“干镜头”(即非浸入物镜)的最高NA接近0.95。这是由于大多数透镜不能从标本中收集180°的光，最宽的角度大约是144°。sin 144°为0.95，由于空气的折射率为1.0，理论最大NA接近0.95。
低NA的高倍倍率物镜，其分辨率也就低。许多显微镜公司提供尽可能高的NA物镜。因此，如果你打算为你的显微镜购买新的镜头，你应该总是考虑在你的预算范围内购买那些能提供最大NA的物镜。
