כיצד ניתן להגביר את הרזולוציה של המיקרוסקופ?
מיקרוסקופ הוא אחד הציוד העיקרי של ציוד בדיקה, והמדד החשוב לשפוט את ביצועי המיקרוסקופ הוא הרזולוציה. רזולוציה מתייחסת ליכולת להבחין בבירור בין המרחק הקטן בין שתי נקודות קטנות או שני קווים. העין האנושית עצמה היא מיקרוסקופ. בתנאי תאורה סטנדרטיים, הרזולוציה של העין האנושית במרחק הראייה (מוכר בינלאומי כ-25 ס"מ) היא בערך 1/10 מ"מ. לצורך התבוננות בשני קווים ישרים, ניתן לשפר את רזולוציית העיניים מכיוון שהקווים הישרים יכולים לעורר סדרה של תאי עצב.
הרזולוציה של העין האנושית היא רק 1/10 מ"מ, כך שהעין האנושית אינה יכולה להבחין בין עצמים הקטנים מ-1/10 מ"מ או את המרחק בין שני עצמים זעירים הקרובים מ-1/10 מ"מ. אז הופיע מזכוכית מגדלת מקרוסקופית פשוטה למיקרוסקופ אופטי לתצפית מיקרוסקופית, ולאחר מכן מיקרוסקופ אלקטרונים. רזולוציית מיקרוסקופ מוגדרת כמרחק הקטן ביותר בין שני כתמים קטנים שניתן לפתור בבירור על דגימה. נוסחת החישוב שלו היא: D=0.61λ/NA
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. עדשת אובייקטיבי טבילה במים ועדשת אובייקטיבי טבילת שמן לא רק בעלות הגדלה גבוהה אלא גם משפרות את הרזולוציה של עדשת אובייקטיבית עקב השימוש במדיום מקדם שבירה גבוה.
