顕微鏡の解像度を上げるにはどうすればよいでしょうか?

顕微鏡の解像度を上げるにはどうすればよいでしょうか?

顕微鏡は検査装置の主要機器の一つであり、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 つの線の間の短い距離を明確に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、視距離 (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、直線は一連の神経細胞を刺激することができるため、目の解像度を向上させることができます。

人間の目の分解能はわずか 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 つの小さな物体の間の距離を区別することができません。 そこで、単なる肉眼用の虫眼鏡から、顕微鏡観察用の光学顕微鏡、そして電子顕微鏡が登場しました。 顕微鏡の分解能は、標本上で明確に分解できる 2 つの小さなスポット間の最小距離として定義されます。 計算式はD=0.61λ/NAです。

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。

この式から、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することがわかります。 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390nmです。 この波長の紫外光を照明源として使用すると、光学顕微鏡の解像度は0.2umまで低下する可能性があります。 しかし、一般的な材質のガラスは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、紫外光200nmまで透過する石英や紫外光185nmまで透過する蛍石などの高価な材料を使用する必要があり、紫外光顕微鏡は肉眼では観察できません。顕微鏡の限界と高コストのせいで、顕微鏡の解像度を向上させるこの方法は、それ自体の限界により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、光学設計の観点から、光学顕微鏡の解像度を向上させるには、適切に開口角を大きくしたり、屈折率を高くしたりすることが一般的な方法となっています。 一般に、10倍以下のような低倍率の対物レンズの媒質は空気であり、その屈折率は1、つまり乾燥した対物レンズです。 水浸漬の媒体は蒸留水であり、その屈折率は1.33である。 油浸対物レンズの媒質は杉油などの透明な油で、その屈折率は一般的に1.52程度で、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。 水浸対物レンズや油浸対物レンズは高倍率であるだけでなく、高屈折率媒質を使用することで対物レンズの分解能も向上します。