実体顕微鏡の分解能を調べる

大晦日に、顕微鏡の分解能を測ってみようなんて思う人は世界広しといえど、ほとんどいないだろうな。また、ブログに出しても見る人なんていないだろうな。そう思いながら、実体顕微鏡で撮った写真から分解能を測ってみようと思いました。

この間から、実体顕微鏡の接眼レンズに一眼レフカメラを密着させて写真を撮ったり、カメラポートにカメラを取り付けてみたりしていたのですが、その比較もしてみたかったのです。

分解能は解像度で表すこともありますが、ここでは小さい点や線を顕微鏡で見たときにそれがどれだけ広がるかという量で測ってみました。適当なものを探したのですが、なかなか見つからないので、いつもの対物ミクロの目盛線を使うことにしました。

実体顕微鏡(Olympus SZX7）のカメラポートにNikonD90のボディを取り付けて、透過照明で撮影したものが次の写真です。顕微鏡のズームは最大にしています。

中央にかすかに目盛が見えます。コントラストが非常に悪いのですが、とりあえずやってみることにしました。その部分を拡大したものが次の写真です。

この写真は画像処理をしてコントラストを上げています。上の写真がカメラポートに取り付けたもの、下は接眼レンズにカメラを密着させ、ズームレンズを望遠の80mm側にして撮影したものです。目盛全体で1mmを表しているので、１目盛は10ミクロンです。

この写真から、どのように分解能を求めたらよいかと悩んでいたのですが、ImageJというフリーソフトに、Plot Profileというグレースケール強度を求める解析方法があったので、それを使ってみることにしました。画像処理する前のもとの写真を使って、細かい目盛の部分（黄色の四角の部分）の強度を書いたものが次図です。

たて軸はグレースケール強度なのですが、適当にずらして書いてあります。鋭くへこんでいる部分が目盛の黒い線の部分になります。この図には、接眼レンズにカメ ラを密着させてカメラレンズのズームを変えて撮影した写真と、カメラポートにカメラを取り付けて撮影したものを一緒に載せています。それぞれの凹みの間隔は10ミクロンなので、それから凹みの幅を求めてみました。

カメラポートに取り付けて撮影したものが一番狭くて、2.3ミクロンの幅になりました。しかし、接眼レンズに密着させたものもそれほど悪くはありません。ズームを望遠側にすると像は大きくなるのですが、同時に幅も少し狭くなっています。

まだ、この値だけだと実際の分解能にはなりません。なぜなら、目盛線にもともと幅があるからです。そこで、今度は普通の顕微鏡を使って倍率を上げて撮影することにしました。やはり、接眼レンズにカメラを密着させて撮影したものが次の写真です。

対物レンズを40xにして写真を撮ってみました。やはり、普通の顕微鏡だと目盛線がくっきり写りますね（画面が青くなっているのは照明にLEDの懐中電灯を使ったからだと思います）。40ｘで観察すると、対物ミクロの目盛線に太さがあることが少し分かる感じです。その時の凹みの幅は1.17ミクロンになりました。従って、実際の目盛線の幅は1ミクロンくらいでしょう。この値と、先ほどの2.3ミクロンという値を用いて、ともにガウス関数だと考える と、2.3^2-1^2の平方根で分解能は求まり、その結果、実体顕微鏡の分解能は約2ミクロンということになります。

接眼レンズにカメラを密着させて撮影する方法では、カメラレンズのズームが使えるので、像を大きくすることができるのですが、カメラポートに取り付けた場合は像の大きさは変えられません。従って、カメラの画素数はできるだけ大きくて、細かい部分が写るようにすることが大切です。