開口数 NAってどんな数字のことですか？？

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質問者：u16
質問日時：2001/08/20 20:53
回答数：2件

レンズとかで開口数 NAっていう数字を聞きますが、
(1)どんな意味なんでしょうか？

(2)その数字が大きいとどうで、小さいとどうなんでしょう？

(3)たとえば、一般的なものでは、どのくらいの数字が常識で
どのくらいの数字だと限界だとか、すごいレンズだってことになるんでしょうか？

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光学関係の本をちょっと見れば載っているのかもしれませんが、
不精ですいません。ここで質問させてください。

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回答 (2件)

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No.2ベストアンサー

回答者： noname#11476
回答日時：2001/08/21 14:09

NAの定義は、

NA = n * sinθ
です。（nは光路の屈折率)
いまレンズがあって、その先に焦点があるとします。
レンズを通った光が焦点に結ぶことを考えますと、レンズのどの位置の光も焦点一つに集まります。
ここで、レンズの両端から出た光が焦点に集まるとき、円錐状に光が集まる図を書くことが出来ますよね。
（イメージできます？円錐の頂点が丁度焦点です）
このときの、円錐を横から見た時の頂角が２θになります。
つまり、θは０より大きく、９０度よりは小さくないといけません。
従って、NAも普通は０＜ＮＡ＜１の間の数値となります。
簡単には、焦点距離がｆで、レンズの半径がｒとすると、tanθ=r/fですから、これからθを求めてsinθを求めれば良いわけです。

さて、この数値は色んな目的に使われます。
一つは明るさです。一つの点から出た光は通常四方八方に進みますが、ＮＡが大きいと取り込む角度が大きいので明るくなります。
もう一つは焦点深度です。NAが大きいと焦点から像がずれたときに、大きくぼけます。
最後に、解像度です。これの説明はちょっとやっかいですが、基本的に光は絶えず広がろうとする性質（回折）があると思って下さい。
そのため、もし非常に小さく絞り込もうとすると大きな角度θで絞り込まないと、光の広がろうとする性質がレンズに打ち勝ってしまって、絞り込め無くなります。

これまでの話で大体おわかりと思いますが、NAが小さい方は特別すごいことではありません。NAが大きい方はすごいことです。
用途によってすごさは変わってきますが、顕微鏡だと0.7位は特別ではないでしょう。0.8以上だと高解像度になってきます。
中には1.0とか、1を越える場合もあり、これはすごいことです。
ちなみに、1を越えるためには、光路を屈折率1以上の物質（実際には水溶液）でレンズと被測定対象物を満たしてあげます。

別の用途として、高精度レンズといえば半導体の回路を焼き付けるステッパー用レンズでしょう。これはNA=0.65位が普通、NA=0.7, 0.75だと高解像度、中にはNA=0.8という超高解像度のものもあります。

では。