光学顕微鏡

Question

光学顕微鏡について調べているのですが、開き角は小さくすればするほど焦点深度は深くなると思うのですが、開き角は実際にはSEMなどのように小さくできないと思います。これはなぜでしょうか？暗くなるにしても光を強くすればいいだけだと思います。
分かる方いましたら、教えて下さい。よろしくお願いします。

Answer

回答1さんが述べられていることに補足? させていただきます。

1. 大学等のレポートとは関係がないですよね。
2. 「開き角」= 開口数（Numerical Aperture, N.A.)として調べてみてはいかがでしょうか。
3. N.A.が小さくなると焦点深度(ピントが合っている範囲)は深く(長く)なります。
   開口数は小さくすることができます。でも開口数を小さくすると回答1さんが述べられているとおり、分解能が悪くなります(細かいものが分離できなくなる)のでいくら接眼レンズ側で拡大したとしても本来見たい細かなものがぼやっとしか見えなくなり、顕微鏡の機能を果たせません。
4. SEMの場合には使っている波の波長が短いため光学顕微鏡に比べてN.A.が小さくてもいいことと、まったく異なる原理を用いている(収束された電子ビームによって試料より放出される2次電子を観測している)ため一緒に考えるとややこしくなります。
　質問の意図がわかりかねますが、光学顕微鏡は顕微鏡メーカのHP, SEMであればSEM, 原理などをキーワードとして検索すると必要な情報が出てくると思います。

分解能の改善以外の利点とのことですが、これ以上はご質問の内容が漠然としすぎていて、回答が難しいと考えております。もう少し具体的な情報(試料との距離、測定(見たい)物の大きさ、形状など)が必要かと思います。焦点深度が最初に出てきたことから、比較的大きなもので奥行きがあっても測定される長さが変わりにくい、テレセントリック系のことをお探しなのでしょうか?

Answer

顕微鏡の分解能を上げるためにはNAを大きくすることが必須です。
NAとは開口数とも言い、質問者さんの言う開き角のことだろうと思います。

光はレンズで絞られ、三角錐のように集光されて、しまいには超微細な
１点に集約されると思いこみがちですが、実際はこうはなりません。
集光点付近はある太さ以下にはならず、ぼやっとしているのです。

これはレンズの性能などが原因ではなく光の持つ原理的な現象なのです。

分解能を表す式があります。

d = 0.61 * λ / NA

d は集光径（分解できる最短の２点間距離）
λは光の波長
NAは開口数・・・NA = N * sin( θ )・・・Nは屈折率、θは開き角（片側）

この d が分解能の限界を与えます。回折限界と言い、光に波動の性質が
ある以上避けられない原理的は現象です。

分解能を上げるには、波長を短くするか、NAを大きくする以外に方法が
ありません。なので、高密度記録を誇るブルーレイは波長の短い青いレーザ
で情報を読み取っているのです。普通は空気中なのでNは１ですから、
NAの最大値は１です。でもNA=1というのは試料から出た光のうち、±90度の
範囲をレンズに取り込むことを意味します。これは不可能ですが、DVD
などではNA=0.85（くらいだと思いました。ブルーレイはもっと？）くらい
で設計されています。

望遠顕微鏡のようなものを作ろうとすると、大変な大きさのレンズが必要と
なります。試料から広角で広がった光を遠くですべてレンズに納めなくては
ならないので、必然的に巨大な対物レンズになってしまいます。

実際、作動距離の長い対物レンズはかなり大口径のレンズを使っています。

ほとんどが分解能をあげるために無理をしてNAを大きくしていると思います。

他には受光（投光）する光量を多くする効果もありますが、これをメインで
狙うのはもともとNAが小さい場合が多いと思います。（NA=0.05を0.1にする
など）

光学顕微鏡とは？開き角と焦点深度の関係について知りたい