開口数は 1 未満にできますか?

開口数は 1 未満にできますか?

はい、光学システムの開口数 (NA) は 1 未満になることがあります。開口数は、システムが光を受け取ったり放出したりできる角度の範囲を表す無次元数です。次のように定義されます。

NA = n * sin(θ)

ここで、 n はレンズまたは光学系が動作する媒体の屈折率（空気の場合、n は通常 1）であり、 θ はレンズまたは光学系に出入りできる最大光円錐の半角です。

空気中の光学システム (n=1) の場合、NA の最大値は 1 で、これは半角 90° に相当し、システムがレンズ軸に垂直な平面のすべての方向から来る光を捉えることができることを意味します。ただし、実際には、このような極端な角度で光を高効率かつ大きな収差なしに捉えることができるレンズを設計および製造することは困難であるため、ほとんどの光学システムの開口数は 1 未満です。

さらに、光学システムが水やガラスなど屈折率が 1 より大きい媒体で動作する場合、NA は 1 を超えることがあります。これは、NA 式の正弦関数が媒体の屈折率で効果的に「乗算」され、より高い NA が可能になるためです。ただし、空気または真空で動作する場合、屈折率はおよそ 1 であるため、NA は通常 1 未満になります。

要約すると、多くの光学システム、特に空気中または類似の環境で動作するように設計されたシステムでは、開口数が 1 未満であることが一般的です。この制限は主に、レンズ設計の実際的な制約と光伝播の固有の特性によるものです。