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片方から入射した光(可視光~近赤外)は透過させ、
もう片方から入射した光は反射させる素材は何かありませんか?

                ×
    ↓          ↑
--------------------------------------------------(素材)
    ↓          ↑↓(反射)
    ○(透過)

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A 回答 (12件中11~12件)

材料ではありませんが、光アイソレータという光デバイスがあります。



参考URL:http://www.jst.go.jp/pr/info/info339/yougo.html

この回答への補足

ご紹介ありがとうございました。
早速アイソレータについて調べてみました。反対方向から入射した光は
透過しないようですが、反射するとの説明はないようでした。
反射せず、吸収されてしまうのでしょうか?

補足日時:2007/07/22 01:03
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マジックミラーってこんな感じですよね。

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偏光板と1/4波長板を組み合わせることによって
円偏光するらしいいのですが、その仕組みがわかりません。是非、教えてください。

Aベストアンサー

1/4波長板については知っておられるのでしょうか?

1/4波長板そのものが直線偏光を円偏光にする機能を持っています。その前の偏光板は1/4波長板に入射するための直線偏光を取り出すために置かれています。

1/4波長板について。

1/4波長板は非等方性結晶でできています。結晶軸(いわゆるC軸)の方向が、偏光方向と45度の角度を持つように入射します。このとき、入射光は結晶軸の方向とそれに垂直な方向に等しい振幅を持ち、また各方向の成分の位相はそろっています。入射面上での2方向の電場は、簡単に次のように書けます。

Ex = A cos(wt)
Ey = A cos(wt)

結晶内部では、それぞれの方向がことなる屈折率をもつため、各方向の光波の伝搬速度がことなります。それによる光学距離のずれが、波長の4分の1の大きさになるような(位相がπ/2ずれるような)厚さにしておけば、出てくる光は円偏光になります。出射面上での電場Ex,Eyはこうなります。

Ex = A cos(wt+φ)
Ey = A cos(wt+(φ+π/2)) = A sin(wt+φ)

すなわち、(Ex,Ey)で表される電場ベクトルは回転しています。

といった感じです。どうでしょう。

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Q偏光フィルムにはどんな種類がありますか?

偏光フィルムについてなんですが、偏光フィルム2枚を90度回転させると、フィルムが透明になったり、不透明になったりします。
以前東急ハンズで偏光フィルムを買ってきた時、サイズは色々あったのですが、フィルム自体は黒っぽい色で1種類しか売っておらず、もう少し色みが明るいフィルムが欲しいと思いました。
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Aベストアンサー

偏光板には種類があると言えばあるのですが、
お探しのタイプの偏光板は、ほぼ1種類と思って差し支えないと思われます。

ちょっと専門的な話になりますが、直線偏光タイプの偏光板が、お探しのもので、そのほかの種類としては円偏光タイプ、楕円偏光タイプなどがあります。
下記サイトは、液晶ディスプレイ用偏光板の一流メーカーの例です。
http://www.sanritz-corp.co.jp/products/polarizer/
http://www.nitto.co.jp/product/industry/electronics/communicator/cellphon/lcds/polar/

偏光板の作り方ですが、イメージだけわかるように簡単に説明します。
まず、樹脂に染料みたいなのを混ぜた材料を作り、それをシート状に加工します。
しかる後に、一方向に、ぐいぐい引っ張ります。
悪さをした子供の左右のほっぺを、ぐいっとつかんで、懲らしめるが如くです。(日テレ系「サルヂエ」の「サル伸ばし」という例えでもよいかも?)

すると、染料の粗密が出来、それをミクロで見れば、引っ張った方向に対して垂直なストライプ(格子)模様のような構造ができあがります。

これで「偏光板」は出来上がりで、あとは所定の角度と大きさに切り取るだけです。

偏光板に、太陽光のような一様な偏光分布の光が入射すると、光の振動方向成分のうち、上記の「ストライプ」に対して平行に振動する成分だけが通過するようになります。

原理的に言って、偏光板の最大の透過率は50%です。
いくらがんばっても、これ以上にはできません。

実際に製造販売されている偏光板、偏光フィルムなどは、すでに、透過率が40%程度以上あると思いますが、消費者向けに廉価で売っているものはどうなってるかは不明です。
(高い偏光度に特化した、業界や研究施設向け製品もあり、その場合は透過率30%を切るものもあるらしいですが。)

ストライプをスカスカにして偏光性能を下げると、透過率は上がりますが・・・・・無意味ですね。

例えば、透過率が40%の偏光板を、49%のものに買い換えたところで、透過率は2割弱しか変わりません。

その上、人間の眼というのは、物理的に明るさが2倍になった時に、心理的に2倍感じるようにはなっていません。
おおむね、物理的な明るさの3乗根で感じるようになっています。
わかりやすい例ですと、部屋の天井灯が蛍光灯4本で、OFF→2本だけ点灯→4本全部点灯 という3段階スイッチになっている場合、2本と4本の明るさの比は、2倍も明るくなっているようには感じられません。
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説明が長くなりましたが、結論としては、探しても探しても、求めているものは見つからないかもしれないということです。
とは言え、消費者向けの偏光フィルムが、現状、どういう仕様になっているか、とか、お店はどこか、とかは知らないもので・・・。

ネットで1つだけ見つけましたので、一応リンクを書いときます。
http://www.tech-jam.com/items/KN3115820.phtml#product_spec
文中、「透過率90%」と書いてますが、これは、本来「45%」と書くべきものです。




<おまけ(トリビア)>
海釣りをする人などが使う偏光サングラスは、海に反射した太陽光が偏光になっていることに着目し、その眩しい反射光がカットできる原理を利用しています。(一般に、反射した光は偏光になります)

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下記サイトは、液晶ディスプレイ用偏光板の一流メーカーの例です。
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Q円偏光フィルタの原理

偏光フィルタが水面からの反射を消す原理は検索すると
出ていて理解しているつもりなのですが、
円偏光フィルタはどういう原理なのでしょうか?
なぜ偏光フィルタではだめなのかも含めて教えていただけますか?

どうぞよろしくお願いします。

Aベストアンサー

リニア偏光フィルターも円偏光フィルターも偏光幕で、光の波を振いに掛ける原理は同じ。
違いは、選別した光の波を1/4波長位相差板を通して、光の進行をネジ状に回転させるか否かです。
http://www.starman.biz/kazuosasaki_blog/science/universe/pg256.html

写真を撮る事自体は、リニア偏光でも何ら問題ありません。
では、何故、光の進行を回転させる必要が有るのか?
それは、リニア偏光では、位相差検出AF方式のカメラでは、AF精度に狂いが生じる恐れがあるからです。
ですから、MFカメラやコントラスト検出AFカメラでは、リニア偏光フィルターを用いても構いませんが、現状、偏光フィルターと言えば、円偏光(C-PL)フィルターを指し、リニア偏光フィルターは殆ど販売されていません。
写真を撮る上での効果自体は、どちらも同じです。


【参考に】位相差AFとは?

自分の目の前に「指を1本立てて」遠くを眺めると、指が「2本」に見えます。
コレは、左右の目に「視差」があるからです。
そこから、指に視線を移すと、指は「1本」に、且つ鮮明に見えます。つまり指に「ピント」が合ったと言う事です♪
コレが、「位相差AFセンサー」のピント合わせの仕組みです。

が、レンズは単眼です。
では、どうして視差を作るのでしょうか?
その仕組みは、レンズから入ってきた光(像)のうち、f2.8付近或いはf5.6付近を通る光束の中から、180度相い対角する光束のみを選択的に通す「分光レンズ」を用い、人の目に相当する「視差」、つまり、「位相差」を作ります。(縦線検出センサーでは対角する左右の光束、横線検出は対角する上下の光束)
f2.8検出センサーはf5.6センサーの「位相差」が2倍になるので、理論上は検出精度も2倍になります。
キヤノンHP
http://web.canon.jp/Camera-muse/tech/report/2011/09/

位相差AF検出方式のメリットは、ピントのズレ方向と量から、直ちに、前ピンか後ピンかとピントを合わすに必要なレンズ駆動量が演算(カメラで演算した数値をレンズ側のROMで駆動量に置き換える)出来るので、素早いピント合わせが可能になる事です。

リニア偏光フィルターも円偏光フィルターも偏光幕で、光の波を振いに掛ける原理は同じ。
違いは、選別した光の波を1/4波長位相差板を通して、光の進行をネジ状に回転させるか否かです。
http://www.starman.biz/kazuosasaki_blog/science/universe/pg256.html

写真を撮る事自体は、リニア偏光でも何ら問題ありません。
では、何故、光の進行を回転させる必要が有るのか?
それは、リニア偏光では、位相差検出AF方式のカメラでは、AF精度に狂いが生じる恐れがあるからです。
ですから、MFカメラやコントラスト検出...続きを読む

Q波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式は?

波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式を知っていたら是非とも教えて欲しいのですが。
どうぞよろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

No1 の回答の式より
 E = hc/λ[J]
   = hc/eλ[eV]
となります。
波長が nm 単位なら E = hc×10^9/eλ です。
あとは、
 h = 6.626*10^-34[J・s]
 e = 1.602*10^-19[C]
 c = 2.998*10^8[m/s]
などの値より、
 E≒1240/λ[eV]
となります。

>例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
>合っているのでしょうか?
λに 540[nm] を代入すると
 E = 1240/540 = 2.30[eV]
でちょっとずれてます。
式はあっているはずです。

Qハーフミラーの構造と原理について

ハーフミラーの原理と構造について詳しく知りたいです。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

ミラーの基本的な構造は、

空気-反射物質-ガラス基板-空気

となっています。ハーフミラーでもまったく同じです。
ここで、反射物質は色々あります。
一番簡単なのはアルミ、銀などですね。このほかにも金などが使われることもあります。
あと、この反射物質の所では誘電体多層膜といって、2種類の物質をきわめて薄く積層した構造のものもあり、これは吸収が極めて小さいミラーが作れるため、レーザーなどの非常に強い光を反射させるミラーなどに利用されています。

屈折率の値では、空気<ガラス基板<反射物質という順番で大きくなります。

物理的には一般に屈折率小から屈折率大の物質界面で反射するときには固定端の反射となり位相が変わります。
逆の場合は自由端の反射となり、界面での位相の変化は起こりません。
これは普通の並みの反射の仕組みと同じようになっています。

一般に金属などの場合は非常に大きな誘電率εを持っていて、またその符号がマイナスになっています。(導体であるため)
そのため、金属の複素屈折率N(N^2=ε)もその虚部(虚部が吸収を表します)大きな値となります。
ですから光の電場はわずかな量しか金属に進入できません。
ただ金属膜の厚みを薄くすれば透過する光が生まれますので、金属ミラーの場合は厚みを薄くすればハーフミラーになります。

位相が反転するかどうかというのはMaxwell方程式で反射物質の誘電率εを使い、界面での連続条件から連立方程式を立ててとくと反射、透過の式を得ることができ求めることができます。

これ以上詳しくお知りになりたい場合は専門書を読まれたほうがよいでしょう。

では。

ミラーの基本的な構造は、

空気-反射物質-ガラス基板-空気

となっています。ハーフミラーでもまったく同じです。
ここで、反射物質は色々あります。
一番簡単なのはアルミ、銀などですね。このほかにも金などが使われることもあります。
あと、この反射物質の所では誘電体多層膜といって、2種類の物質をきわめて薄く積層した構造のものもあり、これは吸収が極めて小さいミラーが作れるため、レーザーなどの非常に強い光を反射させるミラーなどに利用されています。

屈折率の値では、空気<ガラス...続きを読む

Q反射率+透過率 が 1 にならない理由について

電磁波の問題のですが・・・

http://laboratory.sub.jp/phy/25.html

のページの一番下の「透過・反射」のところです。

最後に、反射率(R)+透過率(T)=1

とありますが、計算しても 1 になりません。

(ε_n)/(μ_n)  nは任意の数

が、常に一定と仮定すれば

R+T=1

となります。

しかし、実際は媒質によって変わってきますよね?

ってことは常に

R+T=1

は成り立たない気がします。

もし成り立たないなら、物理的にどういった意味があるのでしょうか?

Aベストアンサー

>ってことは常に、R+T=1、は成り立たない気がします。
もし成り立たないなら、物理的にどういった意味があるのでしょうか?

屈折率や誘電率は一般的に複素数だと考えることができます。複素数を考えることによって、媒質による光の吸収の効果を導入することができます。これによって、光の強度は光が進行するに従い、指数関数的に減衰することを示すことができます。

R+T=1

は屈折率や誘電率が実数とした場合(吸収がない場合)に成り立つ関係です。

Q厚みと透過率の関係

いろいろな厚みのシートを作成しています。
そこで、数点のシートの厚みを変化させたときの透過率を測定すると
あらゆる厚みの透過率がわかる式がありますか?

ほかのサイトの紹介や簡単な意見でもいいので
教えてください!

Aベストアンサー

光学に関しては一般的な知識しか持っていませんが、回答が無いので解る範囲で.....

光の透過率に関しては次のような項目が関係してきます。

表面反射

波長依存性

厚みに関係した減衰率
 厚みが2,3,4倍になるに従い、1/4,1/9,1/16 と光の強度は減衰する。

光線の拡散
 光線が直線状に方向を余り変えずに透過してくるか、
 斜め方向にも拡散してくるか


例えば Wikipedia:透過率 の項を参照下さい。

>光学材料では、表面(界面)で光が反射されるため、素材自体の透過率のことを内部透過率、界面をふくめた全体の透過率を外部透過率と呼ぶ。

多くの用途に対応する為には波長依存性も明らかにする必要があります。
しかし普通には使用する素材について、常用する光の厚みと減衰率の関係を求めれば良いと考えられます。
(波長依存性、拡散については、先ず無視して考えます)

そうすると次のような式が成立する筈です。

 I/I_0 = Kexp(-αx)  (A)

 I,I_0 透過光、入射光 強度
 K:表面効果 (K<=1, 簡単には K=1 と仮定しても良い?)
 α:吸収係数  Wikipedia:吸収係数他 参照
x:厚み=経路長

何種類かの厚みについて、透過光強度を測定し、(A)式の関係を片対数グラフにプロットします。
(横軸=等間隔目盛ー厚み、或いは一定厚みの板枚数、縦軸=対数目盛透過光強度)

そのグラフから関係式が読み取れるのではないでしょうか。

もっと詳しくは、厚みと透過光強度の対数値との関係式を、最小二乗法を使って求めます。

 log(I/I_0) = log(K) +α*x (A')

なおサーチ条件を工夫して調べれば、大抵の情報は回答を待つよりも直ぐに見つかります。
例えば次等

光 透過率
光 透過率 計算式
光 透過率 計算式 OR 関係式
光 透過率 波長依存性 (+計算式、関係式、解説、基礎、物質 OR 材料 OR 素材、.....)
光 拡散率 OR 拡散係数

光学に関しては一般的な知識しか持っていませんが、回答が無いので解る範囲で.....

光の透過率に関しては次のような項目が関係してきます。

表面反射

波長依存性

厚みに関係した減衰率
 厚みが2,3,4倍になるに従い、1/4,1/9,1/16 と光の強度は減衰する。

光線の拡散
 光線が直線状に方向を余り変えずに透過してくるか、
 斜め方向にも拡散してくるか


例えば Wikipedia:透過率 の項を参照下さい。

>光学材料では、表面(界面)で光が反射されるため、素材自体の透過率のことを内部透過率、界面をふく...続きを読む

Qカチオンとアニオンとは?

最近、化学を勉強し始めました。
カチオンとアニオンが分かりません。
テキストにCN+アニオン、CN-カチオンとありますが、分からないため、それらの結合次数が求められません。
基礎かもしれませんが、どなたか教えてください。

Aベストアンサー

> カチオンとアニオンが分かりません。

 既に回答がありますが,カチオンとは (+) の電荷(正電荷)を持ったイオンの事です。日本語では「陽イオン」と言います。逆にアニオンは (-) の電荷(負電荷)を持ったイオンで「陰イオン」と言います。

 『最近、化学を勉強し始めました。』との事ですので,敢えて注意しておきますが,化学の用語で「プラスイオン」や「マイナスイオン」はありません。上記の様に「陽イオン」または「陰イオン」と言います。

> テキストにCN+アニオン、CN-カチオンとありますが、

 何か勘違いしていませんか? でなければ,教科書が間違っています。「CN+」や「CN-」の「+」や「-」は正電荷を持っている事及び負電荷を持っている事を示していますから,「CN+」はカチオンで「CN-」はアニオンです。つまり,「CN+ カチオン」と「CN- アニオン」です。

> CNとCNカチオン、CNアニオンの結合次数を求めていますが、使用しているテキストには等核二原子分子しか記載されておらず、異核二原子分子は記載されていません。今求めています。
求め方は違うのでしょうか?

 等核2原子分子でも異核2原子分子でも考え方は同じはずです。同じ様に考えれば良いと思います。

> CN,CN+,CN-の結合次数と結合の強さを考えたかったのですが・・・。

 どの結合の結合次数と結合の強さでしょうか? どういったレベルの話でしょうか? 『最近、化学を勉強し始めました。』との事から,勝手に「炭素・窒素間の結合」についての「初歩的レベルの話」と考えましたが・・・。

 そうであれば,「CN」,「CN+」,「CN-」で違いは無いと考えて良いと思います。それぞれの構造を考えてみれば解るかと思いますので,以下構造について説明しておきます。

 まず,炭素及び窒素原子の電子配置は,炭素:1s(↑↓), sp(↑), sp(↑), py(↑), pz(↑),窒素:1s(↑↓), sp(↑↓), sp(↑), py(↑), pz(↑) となっています。

 ここで,両原子の 1s 軌道の電子は結合には関与しませんので考えなくても良いです。で,両原子の電子1個を有する sp 軌道を使って C-N のσ結合が出来ます。さらに,両原子の py 軌道同士,pz 軌道同士の重なりによってπ結合2つが生じます。結果,CN 間は3重結合になります。

 残った軌道と電子をみると,炭素原子には電子1個の sp 軌道が,窒素原子には電子2個(孤立電子対)の sp 軌道がそれぞれ残っています。炭素の sp 軌道は窒素原子とは反対側,窒素の sp 軌道は炭素原子とは反対側,をそれぞれ向いていますので,結合に関与することはできません。したがって,その電子状態を書くと ・C:::N: となります。これが「CN」と書かれている構造です。ですので,より正確に書けば,炭素上の不対電子も示した「・CN」となります。

 この不対電子が存在する炭素の sp 軌道の電子を取り除いてやれば電子(負電荷)が1個減りますから -(-1) = +1 で「+」になります。これが「CN+」ですが,「+」電荷は炭素原子上にありますので「+CN」と書く方が正確です。

 さて,先の不対電子が存在する炭素の sp 軌道は電子を1個受け入れる事が可能です。ここに電子を受け入れた場合 +(-1) = -1 で「-」になります。これが「CN-」です。「-」電荷は炭素上にありますので「-CN」と書く方がより正確なのは先の「+CN」の場合と同じです。

 如何でしょうか。こうみれば「CN」も「CN+」も「CN-」もCN間の結合に関しては同じですね。勿論,炭素の sp 軌道上の電子の数はCN間の結合に影響が無いわけではありませんが,それを議論するのであれば『最近、化学を勉強し始めました』というレベルではないと思いますので・・・。

> カチオンとアニオンが分かりません。

 既に回答がありますが,カチオンとは (+) の電荷(正電荷)を持ったイオンの事です。日本語では「陽イオン」と言います。逆にアニオンは (-) の電荷(負電荷)を持ったイオンで「陰イオン」と言います。

 『最近、化学を勉強し始めました。』との事ですので,敢えて注意しておきますが,化学の用語で「プラスイオン」や「マイナスイオン」はありません。上記の様に「陽イオン」または「陰イオン」と言います。

> テキストにCN+アニオン、CN-カチオンとあります...続きを読む

Q統計学的に信頼できるサンプル数って?

統計の「と」の字も理解していない者ですが、
よく「統計学的に信頼できるサンプル数」っていいますよね。

あれって「この統計を調べたいときはこれぐらいのサンプル数があれば信頼できる」という決まりがあるものなのでしょうか?
また、その標本数はどのように算定され、どのような評価基準をもって客観的に信頼できると判断できるのでしょうか?
たとえば、99人の専門家が信頼できると言い、1人がまだこの数では信頼できないと言った場合は信頼できるサンプル数と言えるのでしょうか?

わかりやすく教えていただけると幸いです。

Aベストアンサー

> この統計を調べたいときはこれぐらいのサンプル数があれば信頼できる・・・
 調べたいどの集団でも、ある一定数以上なら信頼できるというような決まりはありません。
 何かサンプルを集め、それをなんかの傾向があるかどうかという仮説を検証するために統計学的検定を行って、仮設が否定されるかされないかを調べる中で、どの検定方法を使うかで、最低限必要なサンプル数というのはあります。また、集めたサンプルを何か基準とすべき別のサンプルと比べる検定して、基準のサンプルと統計上差を出すに必要なサンプル数は、比べる検定手法により計算できるものもあります。
 最低限必要なサンプル数ということでは、例えば、ある集団から、ある条件で抽出したサンプルと、条件付けをしないで抽出したサンプル(比べるための基準となるサンプル)を比較するときに、そのサンプルの分布が正規分布(正規分布解説:身長を5cmきざみでグループ分けし、低いグループから順に並べたときに、日本人男子の身長なら170cm前後のグループの人数が最も多く、それよりも高い人のグループと低い人のグループの人数は、170cmのグループから離れるほど人数が減ってくるような集団の分布様式)でない分布形態で、しかし分布の形は双方とも同じような場合「Wilcoxon符号順位検定」という検定手法で検定することができますが、この検定手法は、サンプルデータに同じ値を含まずに最低6つのサンプル数が必要になります。それ以下では、いくらデータに差があるように見えても検定で差を検出できません。
 また、統計上差を出すのに必要なサンプル数の例では、A国とB国のそれぞれの成人男子の身長サンプルがともに正規分布、または正規分布と仮定した場合に「t検定」という検定手法で検定することができますが、このときにはその分布を差がないのにあると間違える確率と、差があるのにないと間違える確率の許容値を自分で決めた上で、そのサンプルの分布の値のばらつき具合から、計算して求めることができます。ただし、その計算は、現実に集めたそれぞれのサンプル間で生じた平均値の差や分布のばらつき具合(分散値)、どのくらいの程度で判定を間違える可能性がどこまで許されるかなどの条件から、サンプル間で差があると認められるために必要なサンプル数ですから、まったく同じデータを集めた場合でない限り、計算上算出された(差を出すために)必要なサンプル数だけサンプルデータを集めれば、差があると判定されます(すなわち、サンプルを無制限に集めることができれば、だいたい差が出るという判定となる)。よって、集めるサンプルの種類により、計算上出された(差を出すために)必要なサンプル数が現実的に妥当なものか、そうでないのかを、最終的には人間が判断することになります。

 具体的に例示してみましょう。
 ある集団からランダムに集めたデータが15,12,18,12,22,13,21,12,17,15,19、もう一方のデータが22,21,25,24,24,18,18,26,21,27,25としましょう。一見すると後者のほうが値が大きく、前者と差があるように見えます。そこで、差を検定するために、t検定を行います。結果として計算上差があり、前者と後者は計算上差がないのにあると間違えて判断する可能性の許容値(有意確率)何%の確率で差があるといえます。常識的に考えても、これだけのサンプル数で差があると計算されたのだから、差があると判断しても差し支えないだろうと判断できます。
 ちなみにこの場合の差が出るための必要サンプル数は、有意確率5%、検出力0.8とした場合に5.7299、つまりそれぞれの集団で6つ以上サンプルを集めれば、差を出せるのです。一方、サンプルが、15,12,18,12,21,20,21,25,24,19の集団と、22,21125,24,24,15,12,18,12,22の集団ではどうでしょう。有意確率5%で差があるとはいえない結果になります。この場合に、このサンプルの分布様式で拾い出して差を出すために必要なサンプル数は551.33となり、552個もサンプルを抽出しないと差が出ないことになります。この計算上の必要サンプル数がこのくらい調査しないといけないものならば、必要サンプル数以上のサンプルを集めて調べなければなりませんし、これだけの数を集める必要がない、もしくは集めることが困難な場合は差があるとはいえないという判断をすることになるかと思います。

 一方、支持率調査や視聴率調査などの場合、比べるべき基準の対象がありません。その場合は、サンプル数が少ないレベルで予備調査を行い、さらにもう少しサンプル数を増やして予備調査を行いを何回か繰り返し、それぞれの調査でサンプルの分布形やその他検討するべき指数を計算し、これ以上集計をとってもデータのばらつきや変化が許容範囲(小数点何桁レベルの誤差)に納まるようなサンプル数を算出していると考えます。テレビ視聴率調査は関東では300件のサンプル数程度と聞いていますが、調査会社ではサンプルのとり方がなるべく関東在住の家庭構成と年齢層、性別などの割合が同じになるように、また、サンプルをとる地域の人口分布が同じ割合になるようにサンプル抽出条件を整えた上で、ランダムに抽出しているため、数千万人いる関東の本当の視聴率を割合反映して出しているそうです。これはすでに必要サンプル数の割り出し方がノウハウとして知られていますが、未知の調査項目では必要サンプル数を導き出すためには試行錯誤で適切と判断できる数をひたすら調査するしかないかと思います。

> どのような評価基準をもって客観的に信頼できると判断・・・
 例えば、工場で作られるネジの直径などは、まったくばらつきなくぴったり想定した直径のネジを作ることはきわめて困難です。多少の大きさのばらつきが生じてしまいます。1mm違っても規格外品となります。工場では企画外品をなるべく出さないように、統計を取って、ネジの直径のばらつき具合を調べ、製造工程をチェックして、不良品の出る確率を下げようとします。しかし、製品をすべて調べるわけにはいきません。そこで、調べるのに最低限必要なサンプル数を調査と計算を重ねてチェックしていきます。
 一方、農場で生産されたネギの直径は、1mmくらいの差ならほぼ同じロットとして扱われます。また、農産物は年や品種の違いにより生育に差が出やすく、そもそも規格はネジに比べて相当ばらつき具合の許容範囲が広くなっています。ネジに対してネギのような検査を行っていたのでは信頼性が損なわれます。
 そもそも、統計学的検定は客観的判断基準の一指針ではあっても絶対的な評価になりません。あくまでも最終的に判断するのは人間であって、それも、サンプルの質や検証する精度によって、必要サンプルは変わるのです。

 あと、お礼の欄にあった専門家:統計学者とありましたが、統計学者が指摘できるのはあくまでもそのサンプルに対して適切な検定を使って正しい計算を行ったかだけで、たとえ適切な検定手法で導き出された結果であっても、それが妥当か否か判断することは難しいと思います。そのサンプルが、何を示し、何を解き明かし、何に利用されるかで信頼度は変化するからです。
 ただ、経験則上指標的なものはあります。正規分布を示すサンプルなら、20~30のサンプル数があれば検定上差し支えない(それ以下でも問題ない場合もある)とか、正規分布でないサンプルは最低6~8のサンプル数が必要とか、厳密さを要求される調査であれば50くらいのサンプル数が必要であろうとかです。でも、あくまでも指標です。

> この統計を調べたいときはこれぐらいのサンプル数があれば信頼できる・・・
 調べたいどの集団でも、ある一定数以上なら信頼できるというような決まりはありません。
 何かサンプルを集め、それをなんかの傾向があるかどうかという仮説を検証するために統計学的検定を行って、仮設が否定されるかされないかを調べる中で、どの検定方法を使うかで、最低限必要なサンプル数というのはあります。また、集めたサンプルを何か基準とすべき別のサンプルと比べる検定して、基準のサンプルと統計上差を出すに必要な...続きを読む

QUV-LEDの光を平行光に

 UV-LEDの光を蛍光顕微鏡の光源にしたいと考えています。
そのためにはLEDからの光を平行にする必要があります。今考えているのは、凹レンズ、凸レンズ(石英)を組み合わせることですが、どうも出力が低下してしまいます。
 効率よく光を取り出すために光ファイバーなどを用いていますが、まだ出力は弱いようです。
 何か参考になる意見があれば教えていただけないでしょうか?

Aベストアンサー

どのような装置構成なのかと、用いている波長についての情報がない限り、適切な回答はできませんが、以下のような装置構成で、波長が350nm程度と仮定してお答えします。
(推定した装置構成)
・UV LEDの光をレンズで集光して光ファイバに入れる
・光ファイバから出た光をレンズで平行光束にして蛍光顕微鏡の光源ポートに入れる
※光ファイバの使用は必須ではありませんが、装置配置の自由度を高めるために用いているのかと推察しました。
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確認しておくべきこと
1)レンズの形状、配置が適切か?
2)各光学部品の材質が適切か?
3)取り扱いが適切か?
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1)上記構成では、集光用のレンズと、平行光束への変換用のレンズの2群のレンズが必要です。
集光用レンズに求められる特性としては
・LEDの光を十分に集められること
・ファイバの伝播モードに入射できること
の2つが求められます。
LEDの光は、かなり広い方向にわたって放射されていますので、十分大きなN.A.を持つレンズで光を集める必要があります。通常LEDメーカーから分布特性のデータが入手できますから、それを参考にレンズを選んでください。一方、ファイバへの入射ですが、こちらは、光ファイバの伝搬モードに入射させるため、光ファイバのN.A.よりも小さなN.A.を持つレンズを用いなければなりません。また、コア径よりも小さい領域まで集光できるよう、収差が十分抑えられたレンズを用いる必要があります。
一方、平行光束とするためのレンズに求められる用件は
・ファイバのN.A.にあわせたレンズを選ぶ
ということです。
きちんと集光できているか、平行光束に変換できているかなどは、実測するのも当然ですが、シミュレーションを用いて検討してもいいでしょう。単純な光学系であれば、OptalixやZemaxといった商用シミュレータの試用版や学生版で事足りるかもしれません。

これらレンズの選定において注意すべきことは、色収差の問題です。レンズというのは屈折現象を利用したデバイスであり、屈折率が光の波長に依存するため、例えば焦点距離100mmとかかれたレンズであっても、その焦点距離は設計波長でのみ正しくなります。今回の場合、ほぼ単一波長のみを扱えばいいので、複数レンズを組み合わせた色収差補正は必要ありませんが、レンズのおくべき位置などがずれる可能性があることは認識しておいてください。
2)
UVグレードの石英であれば、350nm前後の吸収はあまり気にしなくてかまいません。ただ、可視光用のレンズによく使われているBK7等の材料は紫外線を強く吸収しますので、間違ってこういった材質の部品が使われていないことは確認してください。
光ファイバも紫外線を吸収しますが、短い距離でしたら問題にならない程度かと思われます。ただ、念のためカタログで特性を確認しておいてください。

通常問題となるのは、吸収ではなく反射です。光学部品では、反射を抑えるために反射防止コーティングを施すのが一般的ですが、反射防止コーティングは狭い波長範囲でしか能力を発揮できません。適切なコーティングを選択していることを確認してください。

3)レンズやファイバの端面を汚していると光が減衰します。また、ファイバは短い曲率での曲げにより、光漏れを起こします。
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集光、ファイバへの導入、ファイバ伝送中、平行光束への変換、それぞれどの段階に問題があるのか、できればパワーメーターを用いて各段階のロスを確認してください。
なお、適切なレンズが見つからない場合、反射式対物レンズというものが利用できる可能性があります。これは、回答者1の方が触れられている懐中電灯のリフレクタと同じような原理の光学部品ですが、光学実験ように設計され、高精度に制作された商品です。原理上色収差がありません。金属材質と表面コーティングにより利用できる波長範囲がきまっています。製品は、例えばニューポ-トなどから購入することができます。

どのような装置構成なのかと、用いている波長についての情報がない限り、適切な回答はできませんが、以下のような装置構成で、波長が350nm程度と仮定してお答えします。
(推定した装置構成)
・UV LEDの光をレンズで集光して光ファイバに入れる
・光ファイバから出た光をレンズで平行光束にして蛍光顕微鏡の光源ポートに入れる
※光ファイバの使用は必須ではありませんが、装置配置の自由度を高めるために用いているのかと推察しました。
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確認しておくべきこと
1)レンズの形状、配置が適切か?
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