回折限界
ディジタルカメラでは、回折効果が通常のピクセルグリッドの効果と相互作用をする。この光学系の異なる部分からなる複合効果は点拡がり関数(PSF)の畳み込みにより決定される。回折限界レンズの点拡がり関数はエアリーディスクである。カメラの点拡がり関数は計器応答関数(IRF)とも呼ばれ、ピクセルピッチに等しい幅を持つ矩形関数で近似することができる。画像センサの変調伝達関数(PSFより得られる)のより完全な導出は、フリーゲルによって与えられた。正確な計器応答関数が何であれ、レンズのFナンバーにはほとんど依存しないことに気づくだろう。よって、異なるFナンバーでは以下のように3つの異なるレジームで動作させることができる。
回折PSFの広がりに対してIRFに広がりが小さい場合には、系は本質的に回折制限がされているということができる(レンズ自体が回折限界である限り)
IRFに対して回折PSFの広がりが小さい場合には、系は機器制限されている
顕微鏡の有効分解能は、側面から照らすことにより向上させることができる。
明視野もしくは微分干渉顕微鏡など従来の顕微鏡では、これはコンデンサを用いることにより達成される。空間的にインコヒーレントな条件下では、画像はコンデンサ上の各点から照らされた画像の合成として理解され、それぞれが対象の空間周波数の異なる部分をカバーする。これは多くて2倍まで効果的に解像度を改善させる。
全ての角度から同時に照射すると(全開集光器)、干渉計のコントラストは低下する。従来の顕微鏡では最大解像度(全開集光器、NA = 1)はめったに使われない。さらに、部分的にコヒーレントな条件下では記録された画像が物体の散乱ポテンシャルに対して非線形になることがよくある(特に非自発光(非蛍光)の対象物を見るとき)。コントラストを高めるために、そしてときどき系を線形化するために、(構造化光を用いた)非従来の顕微鏡は、既知の照明パラメータを有する一連の画像を取得することにより、集光器の照明を合成する。
回折限界の光学系をただ使うときよりも高い解像度を有するように見える画像を生成する技術が存在する。これらの技術は、解像度のいくつかの面は向上するが、一般的に費用および複雑性が莫大に増加する。この技術はふつう画像化の問題の小さなサブセットにのみ適している。一般的なアプローチを以下に概説する。