Limit of microscope resolution

Díky mikroskopu zlepšíme rozlišovací schopnost oka až o dva řády, tedy 0,001 mm. Úkolem mikroskopu je rozlišit jednotlivé objekty, popřípadě detaily, a zvětšit jejich obraz tak, aby odpovídal velikostním parametrům oka, neboli objektiv vytváří obraz a úkolem okuláru je zvětšit úhel pozorování do velikosti vyhovující oku. V případě unaveného oka se hodnoty liší.
 * Rozlišovací schopnost lidského oka
 * bodová rozlišovací mez oka je přibližně 1'
 * nejmenší velikost předmětu, který je oko schopno rozlišit je 0,1 – 0,15 mm

Nejvhodnější mírou rozlišovací schopnosti mikroskopu, respektive jeho objektivu je mez rozlišení.

Mez rozlišení mikroskopu
Je to taková vzdálenost dvou bodů objektu, kdy je ještě rozlišíme, tzn. nesplynou v jeden bod.


 * Mez rozlišení mikroskopu ovlivňuje
 * ohyb a interference světla
 * numerická apertura
 * kondenzor
 * vady čoček

Ohyb a interference světla
Ohyb a interferenci vysvětlíme na preparátu, který budeme považovat za rovinnou optickou mřížku. Při průchodu světla mřížkou dochází k interferenci světla a vznikají maxima a minima. Paprsky dopadají na mřížku rovnoběžně a jejich směr je kolmý na rovinu mřížky. Pokud je mřížková konstanta dostatečně malá, nastane při průchodu paprsku štěrbinou interference světelných vln a částečný ohyb jejich směru. Maximální světelný tok prochází skrze mřížku převážně v původním směru, ale v důsledku vlnových vlastností světla je částečně oslaben. V rovině kolmé na směr paprsku dochází k rozložení světla na střídavá maxima a minima. Intenzita maxim rychle klesá se vzrůstající vzdáleností od původního paprsku a rozlišujeme tak maxima a minima několikátého řádu v závislosti na vzdálenosti od původního paprsku. V důsledku ohybu a interference světla nebude u reálné optické soustavy obrazem bodu bod, ale rozptylová ploška, neboli rozptylový (ohybový) kroužek.

 Abbeho kritérium rozlišitelnosti: Pro vznik rozlišeného sekundárního (skutečného) obrazu optické mřížky musí primární obraz obsahovat nejen maximum nultého řádu, ale navíc alespoň maximum prvního řádu. Obraz vzniká superpozicí svazků různých ohybových maxim – tzn. obraz je tím kvalitnější, čím větší množství ohybových maxim se jeho vzniku účastní. Pokud jsou dva objekty tak blízko sebe, že jejich rozptylové kroužky se zčásti překrývají, nebudou rozlišeny a budou zobrazeny jako jeden.

Na základě Abbeho kritéria můžeme formovat vztah pro mez rozlišení mikroskopu:

Platí:  d = λ / A

λ….. vlnová délka použitého světla

A….numerická apertura

200 px|náhled|Numerická apertura vzhledem k bodu P závisí na polovičním vrcholovém úhlu θ maximálního světelného kužele, který může do čočky vstoupit nebo z ní vystoupit.

Numerická apertura
V literatuře se zkracuje N.A., nebo n.a. Jedná se o bezrozměrné číslo, které je číselným měřítkem pro schopnost mikroskopické optiky zachycovat informace, obsažené v pozorovaném objektu. Platí, že lepší kvalitu má ten objektiv (při totožném zvětšení), který má vyšší numerickou aperturu. Numerická apertura je proto nejvýznamnějším hlediskem pro srovnávání jakosti objektivů a cílem výrobců je mikroskop s co největší numerickou aperturou.

Platí: A = n. sin α

n…. index lomu prostředí (mezi objektivem a preparátem)

α….úhel mezi středním a okrajovým paprskem světla vstupujícího do objektivu

300 px|náhled|vpravo|Schéma stavby kondenzoru

Kondenzor
Kondenzor musí být nastaven tak, aby co nejlépe koncentroval světelný tok do roviny preparátu a do vstupní pupily objektivu. Toho lze dosáhnou vhodným výškovým nastavením kondenzorového stolku a vhodným nastavením jeho numerické apertury. Numerickou aperturu kondenzoru můžeme ovládat aperturní clonou. Pro kondenzor obecně platí vztah meze rozlišení:

d = λ/(Aobj+Akon)

Při optimálním přizpůsobení objektivu a kondenzoru jsou jejich numerické apertury shodné. V praxi používáme Akond < Aobj

Ze vztahu vyplývá, že schopnost objektivu rozlišit ve světle procházejícím kondenzorem dva blízko sebe ležící předmětné body a zobrazit je jako dva body, nikoli jako bod jeden, není určována zvětšením objektivu, nýbrž číselnou aperturou a délkou vlny použitého světla.

Objektiv má tím lepší rozlišovací schopnost, čím bližší dva body dovede rozlišit, neboli čím je vzdálenost „d“ mezi nimi menší.

Vady čoček

 * sférická (=kulová)
 * chromatická (=barevná)
 * astigmatismus

Související články

 * Vady optických soustav
 * Konstrukce a funkce světelného mikroskopu

Zdroje

 * HEJTMÁNEK, Milan. Úvod do světelné mikroskopie.  3. přeprac. a dopl. vyd. Olomouc: Vydavatelství University Palackého, 1993, 65 s. ISBN 80-706-7308-7.
 * SMÉKAL, Petr. Experimentální metody biofyziky II. 1. vyd. Ostrava: Ostravská univerzita, 1995, 712 s. ISBN 80-704-2723-X.
 * PROSSER, Václav a kol. Experimentální metody biofyziky. 1. vyd. Praha: Academia, 1989, 712 s. ISBN 80-200-0059-3.