顕微鏡の解像度を向上させるにはどうすればよいですか?

顕微鏡の解像度を向上させるにはどうすればよいですか?

顕微鏡は主要な検査機器の一つであり、顕微鏡の性能を評価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 つの線の間の短い距離を明確に区別できる能力を指します。人間の目自体が顕微鏡であり、標準的な照明条件下では、視覚距離 (国際的には 25cm と認識されている) での人間の目の解像度は約 1/10mm です。 2 本の直線を観察する場合、一連の神経細胞を刺激できるため、目の解像度も向上します。

人間の目の分解能はわずか 1/10mm なので、1/10mm より小さい物体間の距離や、1/10mm よりも近い 2 つの小さな物体間の距離は人間の目では区別できません。そのため、単なる巨視的な拡大鏡から、顕微鏡観察用の光学顕微鏡、そして電子顕微鏡へと移行してきました。顕微鏡の解像度は、標本上で明確に区別できる 2 つの小さな点の間のより短い距離として定義されます。計算式は次のとおりです: D=0.61 λ/NA

式では、D は解像度 (um) です。 λ は光源の波長 (um) です。 NA は対物レンズの開口数 (開口率とも呼ばれます) です。

式によれば、顕微鏡の解像度は、入射光源の波長と、対応する対物レンズの開口数に依存します。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あることがわかります。

1. 光源の波長を短くします。
可視光の波長はさらに短く、390nmです。この波長の紫外光を照明光源として使用すると、光学顕微鏡の分解能は0.2umまで下げることができます。しかし、一般的なガラス素材は340nm以下の波長の光を多く吸収するため、紫外線は大幅に減衰してしまい、鮮明で明るい画像を形成することができません。そのため、石英（200nmの紫外線を透過できる）や蛍石（185nmの紫外線を透過できる）などの高価な材料を使用する必要があり、紫外線顕微鏡は肉眼では観察できず、観察されたサンプルによって制限され、高価なコストも伴います。したがって、顕微鏡の解像度を向上させるこの方法は、独自の制限があるため、広く使用されていません。

2. 対物レンズの開口数NAを大きくする

開口数 NA=n * sin (u)

式中、n は対物レンズと試料の間の媒質の屈折率です。 U は対物レンズの半開口角です。したがって、光学顕微鏡の解像度を向上させるには、光学設計においてより大きな開口角を採用するか、屈折率を高めることが一般的な方法となっています。一般に、10 倍以下の低倍率対物レンズは媒体として空気を使用し、屈折率が 1 の乾式対物レンズです。水浸媒体は蒸留水であり、屈折率は 1.33 です。油浸レンズの媒体はタールまたはその他の透明な油で、一般に屈折率は約 1.52 で、オリンパスの 100X 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倍率が高いだけでなく、高屈折率媒質の使用により対物レンズの解像度も向上します。