顕微鏡の解像度を向上させるにはどうすればよいでしょうか?
顕微鏡は検査機器の主要機器の一つで、顕微鏡の性能を判断する重要な指標は解像度です。解像度とは、2つの小さな点または2本の線の間のより小さな距離をはっきりと区別する能力を指します。人間の目自体が顕微鏡です。標準的な照明条件下では、明所距離（国際的に25cmと認識されています）での人間の目の解像度は、約1/10mmに相当します。2本の直線を観察する場合、直線は一連の神経細胞を刺激できるため、目の解像度を向上させることができます。
人間の目の解像度はわずか 1/10mm なので、人間の目は 1/10mm より小さい物体や、1/10mm より近い 2 つの小さな物体間の距離を区別することはできません。そのため、単純なマクロ拡大鏡、顕微鏡観察用の光学顕微鏡、そして電子顕微鏡がありました。顕微鏡の解像度は、標本上の 2 つの小さな点の間の明確に区別できるより小さな距離として定義されます。計算式は、D=0.61λ/NA です。
式中、D は解像度 (um)、λ は光源の波長 (um)、NA は対物レンズの開口数 (レンズ開口比とも呼ばれます) です。
式から、顕微鏡の解像度は入射光源の波長とそれに対応する対物レンズの開口数によって決まることがわかります。このことから、光学顕微鏡を改善する方法は次のとおりです。
1. 光源の波長を短くします。
可視光の短い波長は39nmです。この波長の紫外線を照明源として使用すれば、光学顕微鏡の解像度を0.2umまで下げることができます。しかし、一般的なガラス材料のほとんどは340nm以下の波長の光を大量に吸収するため、紫外線は大幅に減衰して鮮明で明るい像を形成できません。そのため、石英（200nmの紫外線まで透過可能）や蛍石（185nmの紫外線まで透過可能）などの高価な材料を使用する必要があり、紫外線顕微鏡はサンプルを観察しても肉眼で観察できません。高コストと相まって、顕微鏡の解像度を向上させるこの方法は、それ自体の限界のために広く使用されていません。
2. 対物レンズの開口数NAを大きくします。
開口数 NA=n*sin(u)
式中、n は対物レンズと標本との間の媒体の屈折率、u は対物レンズの半分の開口角である。したがって、光学設計においてより大きな開口角を適切に採用するか、屈折率を高めることは、光学顕微鏡の解像度を向上させるための一般的な方法となっている。一般に、10 倍以下の低倍率対物レンズの媒体は空気で、屈折率は 1、つまりドライ システム対物レンズです。水浸媒体は蒸留水で、屈折率は 1.33 です。油浸対物レンズの媒体は杉油などの透明油で、平均屈折率は 1.52 前後で、オリンパスの 100 倍オイルレンズなどのレンズやスライドガラスの屈折率に近いです。水浸対物レンズと油浸対物レンズは、高倍率であるだけでなく、高屈折率媒体を使用して対物レンズの解像度を向上させています。
