จะปรับปรุงความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ได้อย่างไร?
กล้องจุลทรรศน์เป็นหนึ่งในอุปกรณ์หลักของอุปกรณ์ตรวจสอบ และดัชนีสำคัญในการตัดสินประสิทธิภาพของกล้องจุลทรรศน์คือความละเอียด ความละเอียดหมายถึงความสามารถในการแยกแยะจุดเล็กๆ สองจุดหรือระยะห่างระหว่างเส้นสองเส้นได้อย่างชัดเจน ตาของมนุษย์เองก็คือกล้องจุลทรรศน์ ภายใต้สภาพแสงมาตรฐาน ความละเอียดของสายตามนุษย์ที่ระยะการถ่ายภาพ (25 ซม. เป็นที่ยอมรับในระดับสากล) จะเท่ากับ 1/10 มม. โดยประมาณ สำหรับการมองเส้นตรงสองเส้น ความละเอียดของตายังสามารถปรับปรุงได้ เนื่องจากเส้นตรงจะกระตุ้นเซลล์ประสาทหลายชุด
ความละเอียดของสายตามนุษย์มีเพียง 1/10 มม. ดังนั้นระยะห่างระหว่างวัตถุที่มีขนาดเล็กกว่า 1/10 มม. หรือวัตถุขนาดเล็กสองชิ้นที่อยู่ใกล้กว่า 1/10 มม. จึงไม่สามารถแยกแยะได้ด้วยตามนุษย์ ดังนั้นจึงมีตั้งแต่แว่นขยายมาโครอย่างง่ายไปจนถึงกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคอลสำหรับการสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์ และจากนั้นด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน คำจำกัดความของความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์คือระยะห่างระหว่างจุดเล็กๆ สองจุดที่สามารถแก้ไขได้อย่างชัดเจนบนชิ้นงาน สูตรการคำนวณคือ: D=0.61λ/NA
ในสูตร: D คือความละเอียด (หนอ); λ คือความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสง (หนอ); NA คือรูรับแสงตัวเลข (เรียกอีกอย่างว่ารูรับแสงของเลนส์) ของเลนส์ใกล้วัตถุ
สามารถหาได้จากสูตรที่ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ถูกกำหนดโดยความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสงที่ตกกระทบและตัวเลขรูรับแสงของเลนส์ใกล้วัตถุที่ตรงกัน จะเห็นได้ว่าวิธีการปรับปรุงกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง:
1. ลดความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสง
ความยาวคลื่นที่สั้นกว่าของแสงที่ตามองเห็นคือ 390nm หากใช้แสงอัลตราไวโอเลตของความยาวคลื่นนี้เป็นแหล่งกำเนิดแสง ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงจะลดลงเหลือ 0.2um อย่างไรก็ตาม เนื่องจากวัสดุส่วนใหญ่ที่ทำจากแก้วดูดซับแสงจำนวนมากที่มีความยาวคลื่นต่ำกว่า 340 นาโนเมตร แสงอัลตราไวโอเลตจึงไม่สามารถสร้างภาพที่ชัดเจนและสว่างได้หลังจากการลดทอนจำนวนมาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้วัสดุราคาแพง เช่น ควอตซ์ (ซึ่งสามารถส่งแสงอัลตราไวโอเลตได้ต่ำถึง 200 นาโนเมตร) และฟลูออไรต์ (ซึ่งสามารถส่งแสงอัลตราไวโอเลตได้ต่ำถึง 185 นาโนเมตร) และกล้องจุลทรรศน์แสงอัลตราไวโอเลตไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า แม้แต่ตัวอย่างที่สังเกตได้ ข้อจำกัดของ , บวกกับค่าใช้จ่ายที่สูง ดังนั้นวิธีการปรับปรุงความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์นี้จึงไม่ถูกใช้อย่างแพร่หลายเนื่องจากข้อจำกัดของตัวมันเอง
2. เพิ่มรูรับแสงตัวเลข NA ของเลนส์ใกล้วัตถุ
รูรับแสงตัวเลข NA=n*sin(u)
ในสูตร n คือดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางระหว่างเลนส์ใกล้วัตถุกับชิ้นงาน u คือมุมรูรับแสงครึ่งหนึ่งของเลนส์ใกล้วัตถุ ดังนั้น จากมุมมองของการออกแบบออปติก การใช้มุมรูรับแสงที่กว้างขึ้นอย่างเหมาะสม หรือการเพิ่มดัชนีการหักเหของแสง จึงกลายเป็นวิธีทั่วไปในการปรับปรุงความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง โดยทั่วไป เลนส์ใกล้วัตถุกำลังขยายต่ำ เช่น ต่ำกว่า 10X ใช้อากาศเป็นตัวกลาง โดยมีดัชนีการหักเหของแสงเท่ากับ 1 ซึ่งก็คือเลนส์ใกล้วัตถุแบบแห้ง สื่อการแช่น้ำคือน้ำกลั่นและดัชนีการหักเหของแสงคือ 1.33 เลนส์ใกล้วัตถุสำหรับแช่น้ำมันคือน้ำมันซีดาร์หรือน้ำมันโปร่งใสอื่นๆ และดัชนีการหักเหของแสงโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 1.52 ซึ่งใกล้เคียงกับดัชนีหักเหของเลนส์และสไลด์แก้ว เช่น เลนส์น้ำมัน 100X ของ Olympus วัตถุประสงค์ในการแช่น้ำและวัตถุประสงค์ในการแช่น้ำมันไม่เพียงแต่มีกำลังขยายสูงเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงความละเอียดของวัตถุประสงค์เนื่องจากการใช้สื่อที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูง
