Разрешающая способность оптического микроскопа
Разрешение принципиально ограничено дифракцией на объективе: видимые точки являются не чем иным, как дифракционными пятнами. Две соседние точки разрешаются, если минимум интенсивности между ними достаточно мал, чтобы его разглядеть. Для снятия зависимости от субъективности восприятия был введен эмпирический критерий разрешения Рэлея, который определяет минимальное угловое расстояние между точками как
где θ — угловое разрешение (минимальное угловое расстояние) , λ — длина волны, D — диаметр объектива.
Коэффициент подобран так, чтобы интенсивность в минимуме между пятнами была равна примерно 0,8 от интенсивности в их максимумах — считается, что этого достаточно для различения невооруженным глазом.
Считают, что разрешающая способность микроскопа определяется разрешающей способностью его объектива (для правильно рассчитанного прибора это вполне верно) .
Поскольку "паспортным" параметром микрообъектива является числовая апертура, то определять разрешающую способность через "диаметр объектива" (что, вообще говоря, сильно вульгаризированное понятие) не принято.
Для расчета разрешения микрообъектива (под которым понимается минимальное расстояние, на котором могут находиться разрешаемые при наблюдении элементы предмета, либо минимальный размер отдельного элемента) используется формула:
где а - угловая апертура объектива, определяемая углом 2а, под которым выходной зрачок объектива виден из плоскости предмета, n - показатель преломления оптической среды, которая находится между последней линзой объектива и предметом, λ - длина волны света, используемого для освещающения объекта. Значение n sin а обозначается символом NA и именуется числовой апертурой.
Видно, что "поднять разрешение" (т. е. уменьшить R) можно уменьшая длину волны (минимум - 450 нм для видимого света) , увеличивая угол 2а (в лучшем случае удается получить sin a около 0,94) и увеличивая n (применение иммерсионной оптики с n иммерсии около 1,56). Подставив эти значения в формулу можно увидеть, что предел разрешения для оптической микроскопии составляет немногим менее 200 нм.