Як можна збільшити роздільну здатність мікроскопа?
Одним із основних інструментів тестування є мікроскоп, і роздільна здатність є вирішальним показником для оцінки ефективності інструменту. Роздільна здатність — це здатність чітко розрізняти дві лінії або маленькі точки на близькій відстані. Саме око функціонує як мікроскоп. Роздільна здатність людського ока на відстані зору, яка загальновизнано становить 25 см, становить приблизно 1/10 мм за нормальних умов освітлення. Оскільки прямі лінії можуть викликати збудження ряду нервових клітин, роздільна здатність очей може бути збільшена під час спостереження за двома прямими лініями.
Оскільки роздільна здатність людського ока становить лише 1/10 мм, воно не може розрізнити два надзвичайно малі об’єкти, розташовані на відстані ближче 1/10 мм. Отже, розробка оптичного мікроскопа для мікроскопічного контролю була першою, а потім розробка електронного мікроскопа. Найкоротша відстань між двома крихітними плямами, які можна чітко розрізнити на зразку, називається роздільною здатністю мікроскопа. D=0.61/NA — його формула обчислення.
У цьому рівнянні D позначає роздільну здатність у мкм, довжину хвилі джерела світла в мкм, а NA означає числову апертуру об’єктива в мкм (її також називають коефіцієнтом апертури).
Формула показує, що числова апертура відповідної лінзи об’єктива та довжина хвилі джерела падаючого світла визначають роздільну здатність мікроскопа. Як видно, оптичний мікроскоп можна вдосконалити за рахунок:
1. Зменшіть довжину хвилі джерела світла.
Видиме світло має коротшу довжину хвилі 390нм. Ця довжина хвилі ультрафіолетового світла може знизити роздільну здатність оптичного мікроскопа до 0,2 мкм, якщо використовується як джерело освітлення. Проте скло з більшості звичайних матеріалів поглинає багато світла з довжиною хвилі нижче 340 нм, через що ультрафіолетове світло не може створити чітке та яскраве зображення навіть після значного ослаблення. Оскільки ультрафіолетовий мікроскоп неможливо побачити за допомогою Неозброєним оком і навіть для досліджуваного зразка необхідно використовувати дорогі матеріали, такі як кварц і флюорит, які можуть пропускати ультрафіолетове світло з довжиною довжини 185 нм і 200 нм відповідно. Цей метод підвищення роздільної здатності мікроскопа не часто використовується через його власні обмеження, які ускладнюються високою вартістю та обмеженнями мікроскопа.
2. Збільшити числову апертуру NA лінзи об’єктива.
Числова апертура NA=n*sin(u)
У цьому рівнянні n позначає показник заломлення середовища, що знаходиться між лінзою об’єктива та зразком, а u позначає кут половини апертури об’єктива. Через це, з точки зору оптичного дизайну, правильне застосування більшого кута апертури або підвищення показника заломлення стало популярною технікою для підвищення роздільної здатності оптичного мікроскопа. Середовище для об’єктивів із низьким збільшенням, наприклад із збільшенням нижче 10X, як правило, це повітря, яке має показник заломлення 1, що робить його сухим середовищем. Середовищем для занурення у воду є дистильована вода, яка має показник заломлення 1,33. Масляні іммерсійні об’єктиви, такі як масляні лінзи 100X від Olympus, мають показник заломлення, який зазвичай становить близько 1,52. Завдяки використанню середовища з високим показником заломлення водно-імерсійні об’єктиви та масляні іммерсійні об’єктиви не тільки мають високе збільшення, але й покращують роздільну здатність об’єктива.
