ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์จะเพิ่มขึ้นได้อย่างไร?

ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์จะเพิ่มขึ้นได้อย่างไร?

หนึ่งในเครื่องมือทดสอบหลักคือกล้องจุลทรรศน์ และความละเอียดเป็นเมตริกที่สำคัญสำหรับการประเมินประสิทธิภาพของเครื่องมือ ความละเอียดคือความสามารถในการมองเห็นระหว่างเส้นสองเส้นหรือจุดเล็กๆ อย่างชัดเจนในระยะใกล้ ตาเองทำหน้าที่เป็นกล้องจุลทรรศน์ ความละเอียดของสายตามนุษย์ที่ระยะการมองเห็นซึ่งเป็นที่ยอมรับในระดับสากลคือ 25 ซม. จะอยู่ที่ประมาณ 1/10 มม. ภายใต้สภาพแสงปกติ เนื่องจากเส้นตรงสามารถกระตุ้นเซลล์ประสาทได้หลายเซลล์ ความละเอียดของดวงตาจึงเพิ่มขึ้นได้ในขณะที่ดูเส้นตรงสองเส้น

เนื่องจากดวงตาของมนุษย์มีความละเอียดเพียง 1/10 มม. จึงไม่สามารถแยกแยะระหว่างวัตถุขนาดเล็กมากสองชิ้นที่อยู่ใกล้กันมากกว่า 1/10 มม. ดังนั้นการพัฒนากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงสำหรับการตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์จึงเกิดขึ้นเป็นลำดับแรก ตามมาด้วยการพัฒนากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ระยะทางที่สั้นที่สุดระหว่างจุดเล็กๆ สองจุดที่สามารถแยกแยะได้อย่างชัดเจนบนชิ้นงานเรียกว่า ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ D=0.61/NA คือสูตรการคำนวณ

ในสมการ D หมายถึงความละเอียดในหน่วย um สำหรับความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสงในหน่วย um และ NA สำหรับตัวเลขรูรับแสงของเลนส์ใกล้วัตถุในหน่วย um (เรียกอีกอย่างว่าอัตราส่วนรูรับแสง)

สูตรนี้บ่งชี้ว่าตัวเลขรูรับแสงของเลนส์ใกล้วัตถุที่ตรงกันและความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสงที่ตกกระทบจะเป็นตัวกำหนดความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ อย่างที่เห็น กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงสามารถปรับปรุงได้โดย:

1. ลดความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสง

แสงที่มองเห็นมีความยาวคลื่นสั้นกว่า 390nm ความยาวคลื่นของแสงอัลตราไวโอเลตนี้สามารถลดความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงลงเหลือ 0.2um เมื่อใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสง อย่างไรก็ตาม กระจกของวัสดุทั่วไปส่วนใหญ่จะดูดซับแสงจำนวนมากที่มีความยาวคลื่นต่ำกว่า 340 นาโนเมตร ทำให้แสงยูวีไม่สามารถสร้างภาพที่ชัดเจนและสดใสได้ แม้ว่าจะมีการลดทอนลงอย่างมาก เนื่องจากไม่สามารถมองเห็นกล้องจุลทรรศน์ด้วยแสงยูวีได้ด้วย ด้วยตาเปล่าและแม้แต่ตัวอย่างที่สังเกตได้ จะต้องใช้วัสดุราคาแพง เช่น ควอตซ์และฟลูออไรต์ ซึ่งสามารถผ่านแสงอัลตราไวโอเลตได้ต่ำถึง 185 นาโนเมตรและ 200 นาโนเมตรตามลำดับ เทคนิคนี้เพื่อเพิ่มความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ไม่ได้ถูกใช้บ่อยนัก เนื่องจากข้อจำกัดของมันเอง ซึ่งประกอบกับต้นทุนที่สูงและข้อจำกัดของกล้องจุลทรรศน์

2. เพิ่มรูรับแสงตัวเลข NA ของเลนส์ใกล้วัตถุ

รูรับแสงตัวเลข NA=n*sin(u)

ในสมการ n หมายถึงดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางที่อยู่ระหว่างเลนส์ใกล้วัตถุกับชิ้นงาน และ u สำหรับมุมรับแสงครึ่งหนึ่งของเลนส์ใกล้วัตถุ ด้วยเหตุนี้ จากมุมมองของการออกแบบออพติคอล การใช้มุมรับแสงที่กว้างขึ้นหรือการเพิ่มดัชนีการหักเหของแสงอย่างถูกต้องจึงกลายเป็นเทคนิคที่ได้รับความนิยมในการปรับปรุงความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง สื่อกลางสำหรับเลนส์ใกล้วัตถุที่มีกำลังขยายต่ำ เช่น เลนส์ที่มีกำลังขยาย ต่ำกว่า 10X โดยทั่วไปคืออากาศซึ่งมีดัชนีการหักเหของแสงเท่ากับ 1 ทำให้เป็นสื่อกลางที่แห้ง สื่อสำหรับการแช่น้ำคือน้ำกลั่นซึ่งมีดัชนีการหักเหของแสงเท่ากับ 1.33 สื่อกลางสำหรับเลนส์ใกล้วัตถุแบบจุ่มน้ำมัน เช่น เลนส์ออยล์ 100X จาก Olympus มีดัชนีการหักเหของแสงโดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 1.52 เนื่องจากใช้ตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูง เลนส์ใกล้วัตถุแบบแช่น้ำและเลนส์ใกล้วัตถุแบบจุ่มน้ำมันจึงไม่เพียงแต่มีกำลังขยายสูงเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงความละเอียดของเลนส์ใกล้วัตถุอีกด้วย