จะปรับปรุงความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ได้อย่างไร?

จะปรับปรุงความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ได้อย่างไร?

กล้องจุลทรรศน์เป็นหนึ่งในอุปกรณ์หลักของอุปกรณ์ทดสอบ และดัชนีสำคัญในการตัดสินประสิทธิภาพของกล้องจุลทรรศน์คือความละเอียด ความละเอียดหมายถึงความสามารถในการแยกความแตกต่างระหว่างจุดเล็กๆ สองจุดหรือเส้นสองเส้นได้อย่างชัดเจน ตาของมนุษย์เองก็คือกล้องจุลทรรศน์ ภายใต้สภาพแสงมาตรฐาน ความละเอียดของสายตามนุษย์ที่ระยะการมองเห็น สำหรับการสังเกตเส้นตรง 2 เส้น สามารถปรับปรุงความละเอียดของดวงตาได้ เนื่องจากเส้นตรงสามารถกระตุ้นเซลล์ประสาทหลายชุดได้

ความละเอียดของสายตามนุษย์มีเพียง 1/10 มม. ดังนั้นดวงตาของมนุษย์จึงไม่สามารถแยกแยะวัตถุที่มีขนาดเล็กกว่า 1/10 มม. หรือระยะห่างระหว่างวัตถุขนาดเล็กสองชิ้นที่อยู่ใกล้กว่า 1/10 มม. ดังนั้นจึงมีตั้งแต่แว่นขยายมาโครธรรมดาไปจนถึงกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงสำหรับการสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์ และจากนั้นเป็นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์หมายถึงระยะห่างที่เล็กที่สุดระหว่างจุดเล็กๆ สองจุดที่สามารถแก้ไขได้อย่างชัดเจนบนชิ้นงาน สูตรการคำนวณคือ: D=0.61λ/NA

ในสูตร: D คือความละเอียด (หนอ); λ คือความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสง (หนอ); NA คือตัวเลขรูรับแสงของเลนส์ใกล้วัตถุ (เรียกอีกอย่างว่าอัตราส่วนรูรับแสง)

สามารถหาได้จากสูตรที่ว่าความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสงที่ตกกระทบและค่ารูรับแสงที่เป็นตัวเลขของเลนส์ใกล้วัตถุที่ตรงกัน จะเห็นได้ว่าวิธีการปรับปรุงกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง:

1. ลดความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสง

ความยาวคลื่นที่สั้นกว่าของแสงที่ตามองเห็นคือ 390nm หากใช้แสงอัลตราไวโอเลตของความยาวคลื่นนี้เป็นแหล่งกำเนิดแสง ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงจะลดลงเหลือ 0.2um อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกระจกของวัสดุทั่วไปส่วนใหญ่ดูดซับแสงจำนวนมากที่มีความยาวคลื่นต่ำกว่า 340 นาโนเมตร แสงอัลตราไวโอเลตจึงไม่สามารถสร้างภาพที่ชัดเจนและสว่างได้หลังจากลดทอนจำนวนมาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้วัสดุราคาแพง เช่น ควอตซ์ (ซึ่งสามารถผ่านแสงอัลตราไวโอเลตได้ต่ำถึง 200 นาโนเมตร) และฟลูออไรต์ (ซึ่งสามารถผ่านแสงอัลตราไวโอเลตได้ต่ำถึง 185 นาโนเมตร) และกล้องจุลทรรศน์แสงอัลตราไวโอเลตไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า และแม้แต่ตัวอย่างที่สังเกตได้ เนื่องจากข้อจำกัดของกล้องจุลทรรศน์ประกอบกับค่าใช้จ่ายสูง วิธีการปรับปรุงความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์นี้จึงไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากข้อจำกัดของตัวมันเอง

2. เพิ่มรูรับแสงตัวเลข NA ของเลนส์ใกล้วัตถุ

รูรับแสงตัวเลข NA=n*sin(u)

ในสูตร n คือดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางระหว่างเลนส์ใกล้วัตถุกับชิ้นงาน u คือมุมรูรับแสงครึ่งหนึ่งของเลนส์ใกล้วัตถุ ดังนั้น จากมุมมองของการออกแบบออปติก การใช้มุมรูรับแสงที่กว้างขึ้นอย่างเหมาะสมหรือการเพิ่มดัชนีการหักเหของแสงจึงกลายเป็นวิธีทั่วไปในการปรับปรุงความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง โดยทั่วไป เลนส์ใกล้วัตถุที่มีกำลังขยายต่ำปานกลาง เช่น ต่ำกว่า 10X คืออากาศ และดัชนีการหักเหของแสงคือ 1 นั่นคือเลนส์ใกล้วัตถุแบบแห้ง สื่อของการแช่น้ำคือน้ำกลั่นและดัชนีการหักเหของแสงคือ 1.33 ตัวกลางของเลนส์ใกล้วัตถุที่จุ่มน้ำมันคือน้ำมันซีดาร์หรือน้ำมันใสอื่นๆ ดัชนีการหักเหของแสงอยู่ที่ประมาณ 1.52 ใกล้เคียงกับดัชนีการหักเหของเลนส์และกระจกสไลด์ เช่น เลนส์น้ำมัน 100X ของ Olympus เลนส์ใกล้วัตถุแบบแช่น้ำและเลนส์ใกล้วัตถุแบบจุ่มน้ำมันไม่เพียงแต่มีกำลังขยายสูง แต่ยังปรับปรุงความละเอียดของเลนส์ใกล้วัตถุเนื่องจากการใช้ตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูง