光学系の分解能について

質問

光学系の分解能についての質問です．
凸レンズで平行光をつくり，運動している物体に照射し，光と影の部分を作ります．その後その平行光を凸レンズで結像し，CCDカメラで測定しようと考えています．
分解能は凸レンズが5μm，CCDカメラが0.1μmとなっています．この場合ですと，物体が0.1μm動いたとき，CCDカメラの分解能は満たしていますが，凸レンズの分解能が5μmで満たしていないため，測定することはできないのでしょうか？それとも私のレンズの分解能の解釈が違っており，単純にCCDカメラの分解能が満たしているため測定できるのでしょうか？

回答No.2

walkingdic

>凸レンズで平行光をつくり，運動している物体に照射し，光と影の部分を作ります．その後その平行光を凸レンズで結像し，CCDカメラで測定しようと考えています．

これをまともに解釈しますと、ＣＣＤ面上では単なる点光源が見えるだけになってしまいますけど、、、、後段の凸レンズが物体とＣＣＤ面の間で結像関係になるようにするのであれば、その境界はピントがあって観測できますが。

>この場合ですと，物体が0.1μm動いたとき，CCDカメラの分解能は満たしていますが，凸レンズの分解能が5μmで満たしていないため，測定することはできないのでしょうか？

何を持って測定できる、出来ないと考えるのかというのは単純にいえる話ではありません。レンズの分解能が５μｍということは、要するにＣＣＤ結像した像が５μｍのボケが存在するということを意味します。

ただその像をもって何を測定するのかで話は変わるわけです。

仮にその物体がスリットであり、スリットの幅を測定するのだとすると、ＣＣＤ上のスリット像は５μｍのボケが生じますので、たとえＣＣＤの分解能が０．１μｍであっても、スリット幅の測定ではもっと大きな誤差が生じ、それは最大５μｍ程度であるといえます。

ただスリットの位置を測定するという話ですと、たとえボケがあっても、スリット像の中心はぼけているとはいえ両サイドの光量１／２となる位置の中心のような測定にすれば、もっと精度は向上します。これだと多分レンズ分解能の１０倍程度の精度は出るはずですから、それだと０．５μｍ程度の測定精度は期待できます。

つまりどういう測定をするのか、そしてその手法はどうするのか、そして何より求める測定精度はいくつなのかというのがわからないと測定できる／出来ないの判定は出来ません。

回答No.1

foobar

（大雑把に言えば）凸レンズの分解能が5ミクロンということは、本来点像になるものが、おおよそ直径5ミクロンのぼやけた像になる、ということです。
そのぼやけた5ミクロンの像が0.1ミクロン移動したときに、その移動を検出できるか？となると、非常に難しいかと思います。）