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과학

개구수

개구수과학
영문명
Numerical aperture
기호
NA
정의식
NA = n sinα
차원
무차원
개구수는 광학계가 물체에서 오는 빛을 받아들이는 각도 범위를 매질의 굴절률과 함께 나타낸 무차원 수이다. NA라고 쓰며, 현미경 대물렌즈의 집광 능력과 미세 구조를 구분하는 능력을 평가하는 중요한 값이다.

식에 들어가는 두 값

물체 쪽 매질의 굴절률을 n, 대물렌즈가 받아들이는 빛 원뿔의 반각을 α라고 하면 NA = n sinα이다. 반각이라는 점이 중요하다. 원뿔 양끝 사이의 전체 각도를 그대로 식에 넣으면 같은 장치를 다른 개구수로 잘못 계산하게 된다.

간단한 계산

굴절률을 1로 근사하고 반각이 30도이면 개구수는 1 × 0.5 = 0.5이다. 전체 각도는 60도이지만 식에는 그 절반인 30도를 사용한다. 같은 반각에서 매질의 굴절률이 1.5라면 계산값은 0.75가 된다.

렌즈의 크기와 같은 말은 아니다

개구수에는 길이 단위가 붙지 않는다. 따라서 개구수 0.5를 렌즈 지름 0.5 mm처럼 읽을 수 없다. 렌즈가 받아들이는 광선의 각도 범위와 물체 쪽 매질이 함께 반영된 값이므로, 렌즈의 겉보기 크기만 비교하는 설명과는 다르다.

배율과 구분하기

배율은 영상이 얼마나 크게 보이는지를 나타내고 개구수는 빛을 수집하고 세부 구조를 구분하는 능력과 연결된다. 두 값은 대물렌즈의 서로 다른 성질이다. 영상을 크게 확대하는 것만으로 물체에서 받아들이는 빛의 각도 범위가 자동으로 넓어지는 것은 아니다.

관련 문서

굴절률 / 렌즈 / 광학 / 공초점 현미경 / 형광 현미경 / 회절 / 삼각함수 / 파장