開口数(NA)とは何か？わかりやすく図解

開口数とは？

開口数が大きいほどレンズの性能が高いということになります。と言われてもピンとこないと思うので、以下わかりやすく解説します。

開口数が大きいとどうなる？

高NAのレンズを用いると、大きく以下の2点が起こります。

1. 開口数が大きいとたくさんの光を集められる
2. 開口数が大きいとより小さい点に光を絞ることができる

(出典:Quora)

開口数が大きいとたくさんの光を集められる

開口数NA=n sinθという式からわかるように、開口数が大きい＝nかθが大きいことになります。nは媒質(例えば大気、水の屈折率)によって決定するため簡単には変えられません。つまり、開口数が大きい=θが大きいと考えることが出来ます。

下図は「焦点が同じで、開口数が異なるレンズ」の模式図です。

つまり、開口数が大きいほど「明るく・高感度」に露光(カメラの場合は撮影)することが出来ます。

小さい点に光を集めることが出来る

レンズを通して極小のビーム光を入射させると、対物レンズが全くの無収差であっても、光の回折現象によってある大きさを持ったスポットになります。スポット径は以下の式で計算可能です。

上式から、開口数が大きいレンズを通った光ほど、より小さなスポットを形成することができます。