באילו טכניקות ניתן להשתמש כדי להגדיל את הרזולוציה של המיקרוסקופ?
אחד מכלי הבדיקה העיקריים הוא המיקרוסקופ, והרזולוציה היא מדד מכריע להערכת ביצועי הכלי. רזולוציה היא היכולת להבחין בין שני קווים או נקודות קטנות באופן מובהק בטווח קרוב. העין עצמה מתפקדת כמיקרוסקופ. הרזולוציה של העין האנושית למרחק הראייה, המקובלת בכל העולם להיות 25 ס"מ, היא בסביבות 1/10 מ"מ בנסיבות תאורה רגילות. מכיוון שקווים ישרים יכולים לעורר מספר תאי עצב, ניתן להגדיל את הרזולוציה של העיניים תוך כדי צפייה בשני קווים ישרים.
מכיוון שהרזולוציה של העין האנושית היא רק 1/10 מ"מ, היא לא יכולה להבחין בין שני עצמים קטנים במיוחד שנמצאים במרחק של יותר מ-1/10 מ"מ זה מזה. אז הפיתוח של המיקרוסקופ האופטי לבדיקה מיקרוסקופית הגיע ראשון, ואחריו הפיתוח של מיקרוסקופ אלקטרונים. המרחק הקצר ביותר בין שני נקודות זעירות שניתן להבחין בבירור על דגימה מכונה רזולוציית המיקרוסקופ. D=0.61/NA היא נוסחת החישוב שלו.
בנוסחה: D הוא הרזולוציה (אום); λ הוא אורך הגל של מקור האור (אום); NA הוא הצמצם המספרי של עדשת המטרה (נקרא גם יחס הצמצם).
ניתן לקבל מהנוסחה כי הרזולוציה של המיקרוסקופ תלויה באורך הגל של מקור האור הנכנס ובצמצם המספרי של עדשת האובייקטיב התואמת. ניתן לראות כי השיטה לשיפור המיקרוסקופ האופטי:
1. הקטינו את אורך הגל של מקור האור.
אורך הגל הקצר יותר של האור הנראה הוא 390nm. אם אור אולטרה סגול באורך גל זה משמש כמקור הארה, ניתן להפחית את הרזולוציה של המיקרוסקופ האופטי ל-0.2um. עם זאת, מכיוון שהזכוכית של החומרים הנפוצים ביותר סופגת כמות גדולה של אור עם אורך גל מתחת ל-340 ננומטר, האור האולטרה סגול אינו יכול ליצור תמונה ברורה ובהירה לאחר כמות גדולה של הנחתה. לכן, יש להשתמש בחומרים יקרים כגון קוורץ (שיכול לעבור באור אולטרה סגול עד 200 ננומטר נמוך) ופלואוריט (שיכול לעבור באור אולטרה סגול עד 185 ננומטר), ולא ניתן לצפות במיקרוסקופ האור האולטרה סגול בעין בלתי מזוינת , ואפילו המדגם שנצפה בשל מגבלות המיקרוסקופ, יחד עם העלות הגבוהה, שיטה זו לשיפור הרזולוציה של המיקרוסקופ אינה בשימוש נרחב בשל מגבלותיה.
2. הגדל את הצמצם המספרי NA של עדשת האובייקטיב.
צמצם מספרי NA=n*sin(u)
בנוסחה, n הוא מקדם השבירה של המדיום בין עדשת האובייקט לדגימה; u הוא חצי זווית הצמצם של עדשת האובייקטיב. לכן, מנקודת המבט של עיצוב אופטי, אימוץ מתאים של זווית צמצם גדולה יותר או הגדלת מקדם השבירה הפך לשיטה נפוצה לשיפור הרזולוציה של מיקרוסקופ אופטי. בדרך כלל, עדשת האובייקטיבית בהגדלה נמוכה כמו מתחת ל-10X היא אוויר, ומקדם השבירה שלה הוא 1, כלומר, עדשת אובייקטיבית יבשה; המדיום של טבילת המים הוא מים מזוקקים, ומקדם השבירה שלו הוא 1.33; המדיום של עדשת אובייקטיבי טבילה בשמן הוא שמן ארז או שמן שקוף אחר, מקדם השבירה שלו הוא ממוצע בסביבות 1.52, קרוב למקדם השבירה של העדשה ושקופית הזכוכית, כמו עדשת השמן 100X של אולימפוס. לעדשת אובייקטיבי טבילה במים ועדשת אובייקטיבי טבילה בשמן יש לא רק הגדלה גבוהה אלא גם משפרות את הרזולוציה של עדשת האובייקטיבית עקב השימוש באמצעי מקדם שבירה גבוה.
