Jak można poprawić rozdzielczość mikroskopu?
Mikroskop jest jednym z głównych urządzeń do testowania sprzętu, a ważnym wskaźnikiem oceny działania mikroskopu jest rozdzielczość. Rozdzielczość odnosi się do możliwości wyraźnego rozróżnienia mniejszej odległości pomiędzy dwoma małymi punktami lub dwiema liniami. Ludzkie oko samo w sobie jest mikroskopem. W standardowych warunkach oświetleniowych rozdzielczość ludzkiego oka przy odległości fotopowej (uznanej na arenie międzynarodowej jako 25 cm) jest w przybliżeniu równa 1/10 mm. Przy obserwacji dwóch linii prostych, ponieważ linie proste mogą stymulować szereg komórek nerwowych, można poprawić rozdzielczość oczu.
Rozdzielczość ludzkiego oka wynosi tylko 1/10 mm, zatem oko ludzkie nie jest w stanie rozróżnić obiektów mniejszych niż 1/10 mm lub odległości pomiędzy dwoma małymi obiektami bliższymi niż 1/10 mm. Istniały więc proste makroskopowe szkła powiększające, mikroskopy optyczne do obserwacji mikroskopowych, a następnie mikroskopy elektronowe. Rozdzielczość mikroskopu definiuje się jako mniejszą odległość między dwoma małymi punktami na próbce, którą można wyraźnie rozróżnić. Wzór obliczeniowy to: D=0.61λ/NA
We wzorze: D jest rozdzielczością (um); λ to długość fali źródła światła (um); NA to apertura numeryczna obiektywu (zwana także współczynnikiem apertury obiektywu).
Ze wzoru wynika, że rozdzielczość mikroskopu jest określona przez długość fali padającego źródła światła i aperturę numeryczną odpowiedniego obiektywu. Widać z tego, że metody doskonalenia mikroskopii optycznej:
1. Zmniejsz długość fali źródła światła.
Krótsza długość fali światła widzialnego wynosi 390nm. Jeśli jako źródło światła zostanie użyte światło ultrafioletowe o tej długości fali, rozdzielczość mikroskopu optycznego można zmniejszyć do 0,2 um. Ponieważ jednak większość zwykłych materiałów szklanych pochłania dużą ilość światła o długości fal poniżej 340 nm, światło ultrafioletowe nie może utworzyć wyraźnego i jasnego obrazu po dużym tłumieniu. Dlatego też należy stosować drogie materiały, takie jak kwarc (przepuszczający światło ultrafioletowe o długości fali zaledwie 200 nm) i fluoryt (przepuszczający światło ultrafioletowe o długości fali zaledwie 185 nm), a mikroskopów w świetle ultrafioletowym nie da się zaobserwować gołym okiem, nawet pod obserwacja próbek. W połączeniu z wysokimi kosztami ta metoda poprawy rozdzielczości mikroskopu nie jest powszechnie stosowana ze względu na swoje ograniczenia.
2. Zwiększ aperturę numeryczną NA obiektywu.
Apertura numeryczna NA=n*sin(u)
We wzorze n oznacza współczynnik załamania światła ośrodka pomiędzy soczewką obiektywu a próbką; u jest połową kąta rozwarcia obiektywu. Dlatego odpowiednie przyjęcie większego kąta apertury w konstrukcji optycznej lub zwiększenie współczynnika załamania światła stało się powszechną metodą poprawy rozdzielczości mikroskopów optycznych. Ogólnie rzecz biorąc, ośrodkiem soczewek obiektywowych o małym powiększeniu, takich jak te poniżej 10X, jest powietrze o współczynniku załamania światła 1, czyli soczewka obiektywu z systemem suchym; ośrodkiem immersyjnym jest woda destylowana o współczynniku załamania światła 1,33; ośrodkiem obiektywu immersyjnego jest olej cedrowy lub inny przezroczysty olej o średnim współczynniku załamania światła. Przy wartości około 1,52 jest on zbliżony do współczynnika załamania światła soczewek i szkiełek, takich jak soczewki olejowe 100X firmy Olympus. Obiektywy immersyjne w wodzie i w oleju mają nie tylko duże powiększenie, ale także wykorzystują media o wysokim współczynniku załamania światła, aby poprawić rozdzielczość obiektywu.
