光学顕微鏡の横方向分解能について

質問

光学顕微鏡でテストパターン画像を取得し、ラインプロファイルを取得し明るさ（縦軸）を規格化しました。明るいところ（テストパターン）の信号を１とするとパターン間で得られる信号は０．７以下であれば「分解能がよいと見なせる」と聞いたのですが、そのことに対して自ら確認しようと文献を調査しても手がかりが得られません。
人から聞いた上記の話の妥当性を確認したいのですが、教えていただければ幸いです。よろしくお願いいたします。

ちなみにこの話をしてくれた方も、「自分も又聞きなので、そういうものだ、としか言えない」と話しておりました。

回答No.2

paddler · ベストアンサー

補足数値ありがとうございます。

> (1)テストパターンの仕様
> 　・USAF　RES　TARGET２”SQ　POS

これの最小ピッチパターン228lp/mmをお使いになったと思ってよろしいのでしょうか？

Yesと仮定して話を進めると、NA=0.30でλ=840ですから、インコヒーレント照明だとすると、

　λ / 2NA = 0.84 / 0.60 = 1.4(μm)

でmax714lp/mmとなります。インコヒーレント照明のCut-offの約32%の空間周波数をCCDで観察してコントラストが、

　(1-0.7)/(1+0.7) = 0.176

です。このエドモンドのスタンダードのパターンの膜はカタログでは分からないのですが、低反射の黒クロムのようなものか普通のＣｒを蒸着したものかによって、反射率が約15%くらいか約50%くらいか、と大きく違います。一方ガラスの方は反射率約4%です。黒クロムとして見てみると、

　黒クロム　：　(0.15-0.04)/(0.15+0.04) = 0.58

となりますね。パターンのでき具合も分からないのですが、悪目に見積もってコントラスト約0.5。これが0.176に落ちているので、約1/3にコントラスト低下。インコヒーレント照明のCut-off空間周波数の約1/3（32%）に対して、コントラストが1/3。これは、理想的な系での約1/2の性能、といったところでしょうか。

照明光学系（SLDでどのように照明しているか）や照明のσ（開口絞りの数値）などが分からないので、何とも言えない所です。いい加減な表現で真に申し訳ないのですが、上記数値だけから判断すれば、「あまり良いという程ではない」～「ひどく悪くもない」の間といったところでしょうか。

さらに、対物レンズなどの結像性能の問題だけでなく、フレアやゴーストなどがあると解像度（コントラスト）はかなり劣化します。
なので、この１点だけのコンラスト情報から言えるのは、この程度かと思います。

お礼

お礼が遅くなり、大変申し訳ありませんでした。
（ｐｃが使用不能状態でした）
再度詳しく教えていただき、大変有り難うございました。

回答No.1

paddler

ご質問が単に、「テストパターンのパターン間コントラストの数値から、その光学顕微鏡の分解能の善し悪しを語れるか？」ということなら、（細かいことを言わなければ）「ＹＥＳ」だと思います。

しかし、定量的に「あるテストパターンの像を撮ったときにパターン間コントラストが１：０.７であれば、分解能は良いと言えるか？」というご質問なら簡単にはいきません。

私の認識不足かも知れませんが、ご質問のように、ただ「テストパターン」と言っただけで、光学顕微鏡を良く知っている人なら誰でも「どこのメーカで作っているどんなテストパターンのことを言っていて、Line&Spaceの間隔が０.何μｍでコントラストいくらのもの」を指すんだと暗黙の了解で判る、というようなＪＩＳや国際規格で定められた（あるいはデファクトスタンダードになった）「テストパターン」なんて存在しないように思います。

ですから、下記の項目に関し定量的な数値を与えていただかないと、「パターン間コントラストが１：０.７であったということ」だけで「分解能が良いのか悪いのか」は、誰も回答できないように思います。

☆必要な情報☆

　（１）使用したテストパターンの仕様・・パターンの種類（Line&Space／Dot／ジーメンスターなど、およびそのピッチ、コントラストなどの数値）
　（２）使用した顕微鏡のタイプ・・透過／落射、明視野／暗視野／その他（偏光、微分干渉、etc.）、光源の種類（ハロゲンランプ／Ｈｇランプ）
　（３）使用した対物レンズの倍率と開口数（透過照明の場合はコンデンサーレンズの数値も）
　（４）照明系の絞り（開口＆視野）の状態
　（５）テストパターンを撮像した条件・・使用した結像レンズの倍率、ＣＣＤの寸法（1/2インチなど）

このくらいの情報があれば、「"そのテストパターン"のパターン間コントラストが１：０.７であったということ」から、「"使用した顕微鏡の照明系＋対物レンズの組合せ"が適正な解像度を持つか否か」が判断できるように思います。

参考までに、「テストパターン」の例を下記URLに示しておきます。

参考URL：

http://www.argocorp.com/Richardson/TestSlideHome.htm,http://www.kagaku.com/nano/mrs3.html

補足

ご回答有り難うございます。
専門家の方にお伺いするには不十分な（未熟な）質問で大変恐縮です。paddler さんの“必要な情報”について補足させていただきますのでどうぞよろしくお願いいたします。
(1)テストパターンの仕様
　・USAF　RES　TARGET２”SQ　POS
　　（http://www.edmundoptics.com/onlinecatalog/displayproduct.cfm?productID=1790&search=1）
(2)使用した顕微鏡タイプ
　部品を組み立てて作った顕微鏡です。　
　・落射・明視野・光源はSLD（中心波長約840nm）
(3)対物レンズについて
　・１０倍・開口数0.30
(4)すいません、うまくご説明できません。
(5)下記ＣＣＤを使用しています。
　・http://jp.hamamatsu.com/resources/products/sys/pdf/jpn/c488080.pdf

また、ここへ投稿した後もいろいろと調べてみました。http://www.shimadzu.co.jp/products/opt/guide/05.htmlの図は回折格子についてを示していますが、イメージとしてはこのグラフのような感じです。２本のテストパターンのプロファイルのピークがこの２つの山だとすると、山と山の間のくぼみが（理想は０であった方がいいのでしょうが）ピーク（山の頂上）の何割であれば“横方向分解能がよい”と見なせるのだろうか？と思ったのが質問したかったところです。
あまり良い補足とはいえない記述ですが、教えていただければ幸いです。
また、「これらの情報では何も答えられない」と叱られることを覚悟で記させていただきました。
どうか宜しくお願い申し上げます。