光学顕微鏡の理論上の限界倍率は何ですか?
光学顕微鏡の分解能限界は約 0.2 マイクロメートルで、これは 1500 ～ 2000 倍の倍率に相当します。さらに高い倍率を実現するには、電子顕微鏡またはトンネル走査型顕微鏡が使用されます。
拡大レンズは光を再焦点化して拡大することができ、拡大レンズを組み合わせて光学顕微鏡を実現します。光学顕微鏡の限界は波長によって制限されており、無制限に拡大することはできません。
一般的に、固定波長の光学顕微鏡の解像度限界は光の波長の半分であり、可視光の波長は 400～760nm であるため、光学顕微鏡の解像度限界は 200nm (0.2 ミクロン) です。0.2 ミクロン未満の物体は光学顕微鏡では解像できません。これは、人間の手の触覚解像度が触覚細胞間の狭い距離を超えることができないのと同じです。
倍率は主観的な表現で、人間の目で見た物体のサイズと、25cmの距離で見た実際の大きさの比として定義されますが、光学顕微鏡の0.2ミクロンの解像度は、1500～2000倍の倍率に相当し、平均的な細胞の構造をはっきりと見るには十分です。
より短い波長の電磁波を使用すれば、より大きな拡大率を達成できますが、これは可視光の波長範囲を超えています。1931 年にイギリスの物理学者ルスカが電子顕微鏡を発明しました。波動粒子二重性の原理によれば、電子ビームはド・ブライネ波よりも波長が短いため、より小さな解像度を達成できます。
電子の加速電圧と自身の波長は一致しており、電圧が100キロボルトのとき、電子ビームの波長は約0.004nm（実際の解像度は0.2nmにしか達しない）であり、可視光の波長よりもはるかに小さいため、電子顕微鏡の解像度の限界は光学顕微鏡よりもはるかに高く、大きいものでは300万倍の拡大率を実現し、ウイルス、ミトコンドリア、DNAなどの小さな物体を区別することができます。
