光学機器

光学機器は、レンズ、ミラー、絞りを組み合わせて、拡大鏡や顕微鏡から望遠鏡やカメラに至るまで、人間の視覚を拡張します。

Definition

屈折要素と反射要素を絞りやストップと組み合わせて使用し、物体からの光を拡大、収集、または記録する装置であり、その倍率、集光力、視野、および限界解像度によって特徴付けられます。

Scope

このトピックでは、単純拡大鏡、複合顕微鏡、屈折望遠鏡、反射望遠鏡、カメラ、そして光学系として扱われる人間の眼を含む、画像を形成または捕捉する機器の設計と操作について扱います。角倍率、対物レンズと接眼レンズの役割、開口絞りと視野絞り、入射瞳と射出瞳、開口数、視野、および倍率、明るさ、解像度の間のトレードオフについて論じます。機器は幾何光学のレベルで扱われ、究極の解像度限界を設定する回折については別の場所で扱われます。

Core questions

• 対物レンズと接眼レンズはどのように組み合わされて、顕微鏡や望遠鏡の倍率を設定するのでしょうか？
• 開口絞り（アパーチャーストップ）と瞳は、明るさと画質においてどのような役割を果たすのでしょうか？
• 倍率、視野、集光力は互いにどのようにトレードオフの関係にあるのでしょうか？
• 人間の眼は光学機器としてどのように記述されるのでしょうか？

Key concepts

• 角倍率
• 対物レンズと接眼レンズ
• 開口絞り
• 入射瞳と射出瞳
• 開口数
• 視野
• 複合顕微鏡
• 屈折望遠鏡

Key theories

視覚機器の角倍率

目で見る機器の場合、性能は角倍率、すなわち像がなす角度と物体がなす角度の比率によって測定されます。望遠鏡の場合、それは対物レンズと接眼レンズの焦点距離の比率に等しくなります。

絞り、瞳、開口数

開口絞り（アパーチャーストップ）とその像である入射瞳と射出瞳は、システムが受け入れ、送り出す光を制御します。開口数は集光円錐を定量化し、明るさと分解能にとって決定的な要素となります。

Clinical relevance

光学機器は、組織病理学や微生物学で使用される顕微鏡、眼科検査用の検眼鏡や細隙灯顕微鏡、手術用顕微鏡、低侵襲診断および手術に使用される内視鏡を通じて、臨床医学および検査医学の中心となっています。

History

複合顕微鏡と望遠鏡は1600年頃に出現し、ファン・レーウェンフックの単レンズ顕微鏡は、その後の世紀に微生物を明らかにしました。ニュートンは色収差を避けるために1668年に最初の実用的な反射望遠鏡を製作し、アッベの19世紀後半の顕微鏡結像理論は、機器の性能を回折の物理学と結びつけました。

Key figures

• Antonie van Leeuwenhoek
• Galileo Galilei
• Isaac Newton
• Ernst Abbe

Seminal works

• hecht2017
• smith2007

Frequently asked questions

なぜ望遠鏡は長い対物レンズと短い接眼レンズを使用するのですか？

屈折望遠鏡の角倍率は、対物レンズの焦点距離と接眼レンズの焦点距離の比率に等しいため、長い対物レンズと短い接眼レンズを組み合わせることで、遠方の物体を高く拡大することができます。

機器が有用に拡大できる限界は何によって決まりますか？

ある点を超えて倍率を上げても、ぼやけた像が拡大されるだけです。有用な限界は収差によって設定され、最終的には回折によって決まります。回折は、機器の開口部が分解できる最も微細な詳細を決定します。