光学で数値開口数を計算すること

光学における数値開口の理解

光学の魅力的な世界では、計算することができます。 数値開口 (NA) レンズが光を集め、固定された物体距離で細かい標本の詳細を解決する能力を決定するために重要です。本質的に、NAはシステムが光を受け入れたり放出したりできる角度の範囲を特徴づける無次元数です。これは次の式で定義されます:

• NA = n × sin θ

公式を分解する

この式を完全に理解するために、その基本的な要素に分解してみましょう：

屈折率 (n)

その 屈折率 (n) は、真空内の光速に比べて、媒質内で光速がどの程度減少するかを測る指標です。これは無次元の量であり、異なる材料によって異なります。例えば、空気の屈折率は通常1.0003程度であり、水の屈折率は約1.33です。

最大光円錐の半角 (θ)

シンボル θ (θ) はを表します 半角 レンズに出入りできる最大の光の円錐について。この角度は度（°）またはラジアン（rad）で測定されます。

実生活の例

理解するには明確さが必要ですので、実際の例を交えてみましょう。

顕微鏡を使用していると想像してください。レンズの屈折率は1.52（油浸レンズによく見られる）で、最大半角は70°です。これらを私たちの公式に代入すると:

• NA = 1.52 × sin 70° ≈ 1.52 × 0.9397 ≈ 1.43

したがって、このレンズの数値開口はおおよそ1.43です。

光学システムにおける重要性

その 数値絞り 二つの主な理由で重要です。

• 解決高いNAは、レンズがより細かい詳細を解決できることを可能にします。これにより、観察されている物体の画像がより明瞭で詳細になります。
• 明るさNAが高いレンズはより多くの光を集め、画像を明るくします。これは特に低照度の条件で重要です。

データ検証

私たちの入力が確実であることを保証することは重要です。 n そして θ 合理的な範囲内にあります。

• n 正の数である必要があり、通常は最も一般的なレンズの場合、約1から2の範囲です。
• θ 0°から90°の間である必要があります。

よくある質問

数値開口（Numerical Aperture）が顕微鏡において重要な理由は何ですか？

NAが高いほど、顕微鏡の解像力が高くなります。これは、非常に近い2つの点を識別できることを意味し、より詳細な画像を提供します。

媒質は数値開口に影響を与えますか？

確かに。レンズと対象物の間の媒質の屈折率はNAに大きな影響を与えます。たとえば、油浸を使用すると（屈折率が高いため）、NAが増加し、それによって分解能が向上します。

NAは1より大きくなり得ますか？

はい、特に高屈折率の浸漬油を使用する場合はそうです。たとえば、多くのオイル浸漬レンズのNAは1を超えています。

要約

要約すると、理解することが 数値絞り レンズシステムのナンバー（NA）は、光学設計、顕微鏡、またはレーザー技術の分野で働くすべての人にとって重要です。屈折率と光円錐の半角を定義することで、NAはシステムが光を捉え、解像する能力に関する重要な洞察を提供し、それがキャプチャされた画像の明瞭さと明るさに直接影響します。