焦点深度について教えてください

医療でオペに顕微鏡を使いたいのですが
その際に焦点深度という言葉がでてきます。
高価なものは、焦点深度が深いようです。
解説を読むと、
例えば対象が5mm動いたとき、焦点深度が浅いと視野から
なくなるが深いとなくならない、、という説明がありました。

焦点深度が深いと許容度が高くなるということだと思うのですが
高倍率になると許容度が高くなるのは理解できますが
同倍率で何故許容度に差がでるのかが理解できません。

あやふやな質問で申し訳ありませんが焦点深度についての
総論的な解説と何故同倍率で許容度に差が出るかの解説
をご教授していただけたら幸いです。
よろしくお願いいたします

No.4 ベストアンサー 回答者： astra0641 回答日時： 2007/03/31 19:15

顕微鏡の深度は、顕微鏡の倍率と開口数に依存し、いくつかの実験式が提唱されていますが、有名なところでベレックの式は

T=λ/(2NA^2)＋0.34/(mNA)
となります。ここでNAが開口数でmが総合倍率です。
手術顕微鏡の場合には、作動距離（レンズと焦点位置の距離）が長いでしょうから、NAは小さくなるので、ベレックの式の第２項の倍率が含まれる項の方が重要になるのではないかと思います。この式から分かることは、倍率が高くなると深度が浅くなる（許容度が低くなる）ことと、NAが大きくなるとやはり深度が浅くなることです。これは、普通のカメラで絞りを開くとボケが大きくなることと基本的には同一の話です。
とりあえず、Web上だと下の参考URLにピンぼけ顕微鏡写真との関連で深度の話があります。
※ただ、個人的に不思議なのは通常はNAの大きな対物レンズが明るく、分解能が高いために高価な製品についているのですが、高価な製品の方が深度が深いとなると、同倍率なら低NAのレンズになっているはずで（分解能はまず問題にならないでしょうが）、明るさを稼ぐために、照明光学系に工夫があって、高くなるのでしょうかねぇ。

参考URL：http://www.op.titech.ac.jp/lab/Take-Ishi/html/ki …

この回答への補足

ご回答ありがとうございました。

＞明るさを稼ぐために、照明光学系に工夫があって、高くなるのでしょうかねぇ。

個人的に私も調べまして実は最終的に残った疑問はこれに
なります。
ただ、眼鏡につけるテレスコープ（ルーペ）タイプでも
（照明装置なし）でも高価な商品が焦点深度が高くなっています。
低いものは3万円程度、高いものは30万円ぐらいします。
低NAのレンズを使っているならばここまでの価格差がでるのが
疑問です。

補足日時：2007/04/01 18:58

No.3 回答者： noname#40706 回答日時： 2007/03/31 00:36

顕微鏡ではなく、カメラの場合は同じ焦点距離（顕微鏡ならば倍率に対応するのでしょうか）でも深度の違いがあるのはよく知られていることです。

絞り（開口数に対応するのでしょう）をＦ１６とか３２などなどに絞り込むと深度は深くなります。逆に絞りを開放、明るくすると深度は浅くなります。

つまり、レンズの口径が大きいほど深度は浅くなります。

顕微鏡とカメラの光学系のしくみを同一に考える訳にはいかないでしょうが、ご参考までに。

開口率、深度　などで　検索してみてください。

一般に　開口数が大きいほど明るく解像力は大きくなるが深度は浅くなるということです。

http://www.nikon-instruments.jp/jpn/tech/2-1-5-1 …

http://kenbikyo.hirarara.com/06/post_25.html

No.2 回答者： nabeta 回答日時： 2007/03/30 21:38

私もあまり詳しくはないですが...

no.1の方がおっしゃっている通り高倍率になると焦点深度は浅くなり、許容度は小さくなるはずです。そもそも焦点深度という言葉ですが、本質的にレンズの結像はある一点ですから完全にピントが合う点は一点です。しかし、実際には焦点から少し離れ、光線が少し拡がったところであっても人間の目の解像度（普通は10分の1ミリ程度）以下であればピントが合っているように感じられます。つまりremonpakiraさんの場合ではサンプルが焦点から5mmずれても光線の拡がっている様子が判別できなかった。この場合の焦点深度が5mmだった。ということもできます。（もっと目がいい人だと焦点深度は4mmになるでしょう）
高倍率では短い距離でより大きく光線を拡げる必要がありますから、その分焦点深度はあさくなります。

次に同倍率で焦点深度が深くなる理由ですが、おそらくレンズの焦点距離を変えているためだと思います。焦点距離が長くなると光線の拡がりは抑えられ、その分遠くに結像します。つまり顕微鏡で考えた場合には顕微鏡が大型化する、ということにつながります。中学理科でレンズの虚像の作図をやったと思いますが、焦点距離を長くして作図するとイメージしやすいのではないでしょうか。
もしかしたらremonpakiraさんのおっしゃっている
＞高価なものは、焦点深度が深いようです。
というのは大型化した場合のことなのではないでしょうか。（ただし焦点深度や倍率はレンズの屈折率を変えたり絞りや開口度によっても変わるので単純な焦点距離だけの話ではないかもしれませんが）


ただ私は決して光学を専門にしているわけではありませんので記述が正しいとは言えません。悪しからず...(^-^;)
レンズに関してはさまざまなサイトで解説してますのでそちらで調べると図もあってわかりやすいでしょう。

参考URL：http://www.op.titech.ac.jp/lab/Take-Ishi/html/ki …

No.1 回答者： leo-ultra 回答日時： 2007/03/30 20:05

> 高倍率になると許容度が高くなるのは理解できますが

経験的に言わせていただけますと、高倍率にしたほど、
ピント（フォーカス）を合わせるのが難しく思えます。
ちょっとフォーカスを動かすだけで、像が乱れてしまいます。つまり焦点深度（許容度）が狭くなります。

> 同倍率で何故許容度に差がでるのかが理解できません。
「光学系の違い」ということではないでしょうか？対物レンズ、接眼レンズと一言にいっても、複数のレンズから構成されていますし、ピンホールを入れたり、入れる位置によっても変わってきます。

極端な例は共焦点顕微鏡です。この顕微鏡は、ふつうの顕微鏡と同程度の倍率ですが、極端に焦点深度が狭くなる光学系を組んでいます。光学像を観察するためにではなく、高さを測るために使用されます。

この回答への補足

すいません、単純に書き間違えました。
高倍率ではなく低倍率になると許容度が高くなると
いう理解です。すみません

補足日時：2007/04/01 18:55