Hvordan kan mikroskopets opløsning øges?
Et af de primære testværktøjer er mikroskopet, og opløsning er en afgørende målestok for at vurdere værktøjets ydeevne. Opløsning er evnen til at skelne mellem to linjer eller små punkter tydeligt på tæt hold. Selve øjet fungerer som et mikroskop. Opløsningen af det menneskelige øje på synsafstanden, som er universelt accepteret at være 25 cm, er omkring 1/10 mm under normale lysforhold. Fordi lige linjer kan excitere en række nerveceller, kan opløsningen af øjnene øges, mens man ser to lige linjer.
Da det menneskelige øjes opløsning kun er 1/10 mm, kan det ikke skelne mellem to ekstremt små objekter, der er tættere på end 1/10 mm fra hinanden. Så udviklingen af det optiske mikroskop til mikroskopisk inspektion kom først, efterfulgt af udviklingen af elektronmikroskopet. Den korteste afstand mellem to små pletter, der tydeligt kan skelnes på en prøve, kaldes mikroskopopløsningen. D=0.61/NA er dens beregningsformel.
I ligningen står D for opløsning i um, for lyskildens bølgelængde i um, og NA for objektivlinsens numeriske blænde i um (også kaldet blændeforholdet).
Formlen angiver, at den numeriske blænde på den matchende objektivlinse og bølgelængden af den indfaldende lyskilde bestemmer mikroskopets opløsning. Som det kan ses, kan det optiske mikroskop forbedres ved:
1. Reducer lyskildens bølgelængde.
Synligt lys har en kortere bølgelængde på 390nm. Denne bølgelængde af ultraviolet lys kan forringe det optiske mikroskops opløsning til 0,2um, når det bruges som belysningskilde. De fleste gængse materialers glas absorberer dog meget lys med en bølgelængde under 340 nm, hvilket gør det umuligt for UV-lys at producere et klart og strålende billede selv efter betydelig dæmpning. Da UV-lysmikroskopet ikke kan ses med med det blotte øje og selv den observerede prøve, skal der bruges dyre materialer som kvarts og fluorit, der kan passere gennem ultraviolet lys så lavt som henholdsvis 185nm og 200nm. Denne teknik til at øge opløsningen af mikroskopet anvendes ikke ofte på grund af dens egne grænser, som er sammensat af mikroskopets høje omkostninger og restriktioner.
2. Forøg den numeriske blænde NA for objektivlinsen.
Numerisk blænde NA=n*sin(u)
I ligningen står n for mediets brydningsindeks, der ligger mellem objektivlinsen og prøven, og u for objektivlinsens halvblændevinkel. På grund af dette, set fra et optisk designs synspunkt, er korrekt vedtagelse af en større blændevinkel eller forøgelse af brydningsindeks dukket op som en populær teknik til at forbedre opløsningen af et optisk mikroskop. Mediet til objektivlinser med lav forstørrelse, såsom dem med forstørrelser under 10X, er typisk luft, som har et brydningsindeks på 1, hvilket gør det til et tørt medium. Mediet til vandnedsænkning er destilleret vand, som har et brydningsindeks på 1,33. Mediet til olienedsænkningsobjektiver, såsom 100X olielinsen fra Olympus, har et brydningsindeks, der generelt er omkring 1,52. På grund af brugen af medium med højt brydningsindeks har vandnedsænkningsobjektivlinsen og olienedsænkningsobjektivlinsen ikke kun høj forstørrelse, men forbedrer også objektivlinsens opløsning.
