כיצד ניתן להגביר 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.
במשוואה, D מייצג רזולוציה באום, עבור אורך הגל של מקור האור באום, ו-NA עבור הצמצם המספרי של עדשת המטרה באום (נקרא גם יחס הצמצם).
הנוסחה מציינת שהצמצם המספרי של עדשת האובייקטיב התואמת ואורך הגל של מקור האור הנכנס קובעים את רזולוציית המיקרוסקופ. כפי שניתן לראות, ניתן לשפר את המיקרוסקופ האופטי על ידי:
1. הקטינו את אורך הגל של מקור האור.
לאור הנראה יש אורך גל קצר יותר של 390nm. אורך גל זה של אור אולטרה סגול יכול לדרדר את הרזולוציה של המיקרוסקופ האופטי ל-0.2um כאשר הוא משמש כמקור הארה. עם זאת, רוב הזכוכית של החומרים הנפוצים סופגת הרבה אור עם אורך גל מתחת ל-340 ננומטר, מה שהופך אותו לבלתי אפשרי עבור אור UV לייצר תמונה ברורה ומבריקה גם לאחר הנחתה משמעותית. מאחר שלא ניתן לראות את מיקרוסקופ אור ה-UV עם בעין בלתי מזוינת ואפילו בדגימה הנצפית, יש להשתמש בחומרים יקרים כמו קוורץ ופלואור, שיכולים לעבור באור אולטרה סגול נמוך עד 185 ננומטר ו-200 ננומטר בהתאמה. טכניקה זו להגדלת הרזולוציה של המיקרוסקופ אינה משמשת לעתים קרובות בגלל מגבלות משלה, אשר מורכבות מהעלות הגבוהה וההגבלות של המיקרוסקופ.
2. הגדל את הצמצם המספרי NA של עדשת האובייקטיב.
צמצם מספרי NA=n*sin(u)
במשוואה, n מייצג את מקדם השבירה של המדיום שנמצא בין עדשת האובייקט לדגימה, ו-u עבור זווית חצי הצמצם של עדשת האובייקט. בשל כך, מנקודת המבט של עיצוב אופטי, אימוץ נכון של זווית צמצם גדולה יותר או הגדלת מקדם השבירה הופיע כטכניקה פופולרית לשיפור הרזולוציה של מיקרוסקופ אופטי. המדיום לעדשות אובייקטיביות בהגדלה נמוכה, כגון אלו עם הגדלות מתחת ל-10X, הוא בדרך כלל אוויר, בעל מקדם השבירה של 1, מה שהופך אותו למדיום יבש. המדיום לטבילת מים הוא מים מזוקקים, בעלי מקדם השבירה של 1.33. המדיום לעדשות אובייקטיביות לטבילה בשמן, כמו עדשת השמן 100X מבית אולימפוס, הוא בעל מקדם שבירה שהוא בדרך כלל סביב 1.52. בשל השימוש במדיום מקדם שבירה גבוה, לעדשת אובייקט טבילת המים ועדשת אובייקט טבילת השמן יש לא רק הגדלה גבוהה אלא גם משפרות את הרזולוציה של עדשת האובייקט.
