Hvordan kan mikroskopets oppløsning økes?
Et av de primære testverktøyene er mikroskopet, og oppløsning er en avgjørende beregning for å vurdere verktøyets ytelse. Oppløsning er evnen til å skjelne mellom to linjer eller små punkter tydelig på nært hold. Selve øyet fungerer som et mikroskop. Oppløsningen til det menneskelige øyet på synsavstand, som er universelt akseptert å være 25 cm, er rundt 1/10 mm under normale lysforhold. Fordi rette linjer kan begeistre en rekke nerveceller, kan oppløsningen til øynene økes mens du ser på to rette linjer.
Siden det menneskelige øyets oppløsning bare er 1/10 mm, kan det ikke skille mellom to ekstremt små objekter som er nærmere enn 1/10 mm fra hverandre. Så utviklingen av det optiske mikroskopet for mikroskopisk inspeksjon kom først, etterfulgt av utviklingen av elektronmikroskopet. Den korteste avstanden mellom to bittesmå flekker som tydelig kan skilles på en prøve, kalles mikroskopoppløsningen. D=0.61/NA er beregningsformelen.
I ligningen står D for oppløsning i um, for lyskildens bølgelengde i um, og NA for objektivlinsens numeriske blenderåpning i um (også kalt blenderforhold).
Formelen indikerer at den numeriske blenderåpningen til den matchende objektivlinsen og bølgelengden til den innfallende lyskilden bestemmer mikroskopets oppløsning. Som man kan se, kan det optiske mikroskopet forbedres ved å:
1. Reduser bølgelengden til lyskilden.
Synlig lys har en kortere bølgelengde på 390nm. Denne bølgelengden av ultrafiolett lys kan forringe det optiske mikroskopets oppløsning til 0,2um når den brukes som belysningskilde. De fleste vanlige materialers glass absorberer imidlertid mye lys med en bølgelengde under 340 nm, noe som gjør det umulig for UV-lys å produsere et klart og strålende bilde selv etter betydelig dempning. Siden UV-lysmikroskopet ikke kan sees med med det blotte øye og til og med den observerte prøven, må dyre materialer som kvarts og fluoritt, som kan passere gjennom ultrafiolett lys så lavt som henholdsvis 185nm og 200nm, brukes. Denne teknikken for å øke oppløsningen til mikroskopet brukes ikke ofte på grunn av dens egne grenser, som er forsterket av de høye kostnadene og begrensningene til mikroskopet.
2. Øk den numeriske blenderåpningen NA til objektivlinsen.
Numerisk blenderåpning NA=n*sin(u)
I ligningen står n for mediets brytningsindeks som ligger mellom objektivlinsen og prøven, og u for objektivlinsens halve blenderåpningsvinkel. På grunn av dette, fra et optisk designs synspunkt, har riktig bruk av en større blendervinkel eller økning av brytningsindeksen dukket opp som en populær teknikk for å forbedre oppløsningen til et optisk mikroskop. Mediet for objektivlinser med lav forstørrelse, for eksempel de med forstørrelser under 10X, er vanligvis luft, som har en brytningsindeks på 1, noe som gjør det til et tørt medium. Mediet for vannnedsenking er destillert vann, som har en brytningsindeks på 1,33. Mediet for oljenedsenkingsobjektiver, som 100X oljelinsen fra Olympus, har en brytningsindeks som generelt er rundt 1,52. På grunn av bruken av medium med høy brytningsindeks, har vannnedsenkningsobjektivlinsen og oljenedsenkingsobjektivlinsen ikke bare høy forstørrelse, men forbedrer også oppløsningen til objektivlinsen.
