ความละเอียดเชิงแสงในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงนิยามโดยใช้สองจุด จากสมมติฐานว่าแหล่งกำเนิดแสงในอุดมคติของแสงขนานตรงที่ไม่มีการแทรกสอดกันนั้นถูกฉายมา โดยอาจใช้คำจำกัดความของเรย์ลี หรืออับเบอ ในการคำนวณความละเอียดของภาพ โดยยึดค่าที่ความยาวคลื่น 550 นาโนเมตร (แสงสีเขียว) เป็นหลัก โดยค่ายังขึ้นอยู่กับค่ารูรับแสงเชิงตัวเลขด้วย[1]

ความละเอียดของเรย์ลี

ให้ค่าความยาวคลื่นของแสงเป็น λ, ค่ารูรับแสงเชิงตัวเลขของเลนส์ใกล้วัตถุเป็น NA, ค่าดรรชนีหักเหของตัวกลางระหว่างวัตถุกับเลนส์ใกล้วัตถุเป็น n และ ค่ามุมสูงสุดที่ทำกับแกนเชิงแสงของลำแสงที่ฉายจากวัตถุเข้าสู่เลนส์ใกล้วัตถุเมื่อมุมสูงสุดเป็น θ แล้ว ความละเอียดเชิงแสง δ ของแหล่งกำเนิดแสงแบบจุดสองจุดตามคำจำกัดความของเรย์ลีจะคำนวณได้ดังนี้

δ = 0.61 × λ N A = 0.61 × λ n sin ⁡ θ {\displaystyle \delta ={\frac {0.61\times \lambda }{NA}}={\frac {0.61\times \lambda }{n\sin \theta }}}

ความละเอียดของอับเบอ

นิยามโดยแอ็นสท์ อับเบอในปี 1873

δ = λ 2 N A = λ 2 n sin ⁡ θ {\displaystyle \delta ={\frac {\lambda }{2NA}}={\frac {\lambda }{2n\sin \theta }}}

ความละเอียดของฮอปคินส์

ในความเป็นจริงเราต้องการค่าคงตัวที่แตกต่างกันไปตามสถานะการส่องสว่าง K โดยจะได้ว่า

δ = K λ N A = K λ n sin ⁡ θ {\displaystyle \delta =K{\frac {\lambda }{NA}}=K{\frac {\lambda }{n\sin \theta }}}

ถ้านำไปใช้กับแสงที่มองเห็นได้ เมื่อ K = 0.5 จะได้ว่า[2]

δ = 0.5 × 550 n m ÷ 1.45 ≈ 190 n m ( 0.19 μ m ) {\displaystyle \delta ={\hbox{0.5}}\times 550nm\div {\hbox{1.45}}\approx 190nm({\hbox{0.19}}\mu {\hbox{m}})}

เราสามารถได้ความละเอียดเชิงแสงประมาณ 0.2 μm โดยใช้เลนส์ใกล้วัตถุกำลังขยาย 100 เท่า สำหรับแสงที่มองเห็นได้ อย่างไรก็ตาม หากว่ากันโดยละเอียดแล้ว นี่ไม่ใช่ขีดจำกัด เนื่องจากค่าสูงสุดของความละเอียดเชิงแสงจะเปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับสภาพแสง ประสิทธิภาพของเลนส์ และ วัสดุที่ใช้ แม้ว่าบางครั้งจะใช้ขีดจำกัดการเลี้ยวเบน ของเลนส์ในความหมายเดียวกับความละเอียดเชิงแสง แต่ก็ไม่ใช่คำจำกัดความที่ถูกต้องของความละเอียด