Jak lze zvýšit rozlišení mikroskopu?
Jedním z primárních testovacích nástrojů je mikroskop a rozlišení je zásadní metrikou pro hodnocení výkonu nástroje. Rozlišení je schopnost rozlišit mezi dvěma čarami nebo malými body zřetelně na blízko. Samotné oko funguje jako mikroskop. Rozlišení lidského oka na vzdálenost vidění, které je všeobecně přijímáno jako 25 cm, je za normálních světelných podmínek kolem 1/10 mm. Protože přímé linie mohou vzrušovat řadu nervových buněk, lze při sledování dvou přímých linií zvýšit rozlišovací schopnost očí.
Protože rozlišení lidského oka je pouze 1/10 mm, nedokáže rozlišit dva extrémně malé objekty, které jsou od sebe blíže než 1/10 mm. Na prvním místě byl tedy vývoj optického mikroskopu pro mikroskopickou kontrolu, následovaný vývojem elektronového mikroskopu. Nejkratší vzdálenost mezi dvěma drobnými skvrnami, kterou lze na vzorku jasně rozlišit, se nazývá rozlišení mikroskopu. D=0.61/NA je jeho výpočetní vzorec.
V rovnici D znamená rozlišení v um, vlnovou délku světelného zdroje v um, a NA pro numerickou aperturu čočky objektivu v um (také nazývané aperturní poměr).
Vzorec ukazuje, že numerická apertura odpovídající čočky objektivu a vlnová délka dopadajícího zdroje světla určují rozlišení mikroskopu. Jak je vidět, optický mikroskop lze vylepšit:
1. Snižte vlnovou délku světelného zdroje.
Viditelné světlo má kratší vlnovou délku 390nm. Tato vlnová délka ultrafialového světla může snížit rozlišení optického mikroskopu na 0,2 um, pokud je použit jako zdroj osvětlení. Sklo většiny běžných materiálů však absorbuje velké množství světla s vlnovou délkou pod 340 nm, což znemožňuje UV světlu produkovat jasný a brilantní obraz i po výrazném zeslabení. Vzhledem k tomu, že UV světelný mikroskop není vidět pouhým okem a dokonce i pozorovaný vzorek musí být použity drahé materiály jako křemen a fluorit, které mohou procházet ultrafialovým světlem o vlnové délce 185 nm a 200 nm. Tato technika pro zvýšení rozlišení mikroskopu není často používána kvůli jejím vlastním limitům, které jsou umocněny vysokou cenou a omezeními mikroskopu.
2. Zvyšte numerickou aperturu NA objektivu.
Numerická apertura NA=n*sin(u)
V rovnici n znamená index lomu média, který leží mezi čočkou objektivu a preparátem, a u znamená úhel poloviční apertury čočky objektivu. Z tohoto důvodu se z hlediska optického designu správné přijetí většího aperturního úhlu nebo zvýšení indexu lomu objevilo jako oblíbená technika pro zvýšení rozlišení optického mikroskopu. Médium pro objektivy s malým zvětšením, jako jsou ty se zvětšením pod 10X je typicky vzduch, který má index lomu 1, což z něj činí suché médium. Médiem pro ponoření do vody je destilovaná voda, která má index lomu 1,33. Médium pro objektivy s olejovou imerzí, jako je olejová čočka 100X od Olympus, má index lomu, který je obecně kolem 1,52. Díky použití média s vysokým indexem lomu mají čočky objektivu s vodní imerzí a čočky s olejovou imerzí nejen vysoké zvětšení, ale také zvyšují rozlišení čočky objektivu.
