倍率と解像度

解像度と倍率は、光学の分野で議論される非常に重要な概念です。解像度や倍率の理論は、天文学、天体物理学、ナビゲーション、生物学など、光学を応用するあらゆる分野で重要な役割を担っています。今回は、解像度と倍率とは何か、その定義、解像度と倍率の調整・変更方法、解像度と倍率の応用、解像度と倍率の類似性、最後に解像度と倍率の違いについて説明します。

倍率

倍率は、光学の分野で議論されている特性です。一般に倍率とは、何らかの物体や方法によって、元の画像を何倍に拡大したかを意味します。最もシンプルな拡大鏡はルーペです。簡易型顕微鏡とも呼ばれる。

倍率などの光学特性を計算する方法は2つあります。それがレイ・ダイアグラムとマトリックス表現である。レイダイアグラムは、倍率、物体距離、像距離、像が実像か架空か、などの関連現象を簡単に計算する方法です。マトリックス法は、これらの計算をすべて行うことも可能です。

ラジオグラムは光学素子の数が少ない場合（1〜3個）に適しており、大規模で複雑なシステムを扱う場合にはマトリクス法がよりシンプルになります。望遠鏡や複合顕微鏡で見る物体の倍率は、対物レンズと接眼レンズの焦点距離によって決まります。対物レンズには、ミラーとレンズがあります。

解像度

解像度は、光学の分野で議論されるもう一つの非常に重要なテーマである。人間の目やイメージングデバイスが物体を見るとき、実際に見ているのは、その物体から発生する回折パターンです。人間の目の虹彩やデバイスの絞りは、回折を発生させる鋭いエッジとして機能する。このような装置を通して、近接した2つの物体を見ると、その回折パターンが重なり合う傾向がある。この2つの物体の回折パターンが十分に分離していれば、2つの別々の物体としてみなされる。重なっている場合は、1つのオブジェクトとして扱われます。

分解能とは、近距離でこれらの物体を識別する機器の能力である。解像度は、2つの物体を別々の物体として扱い、その間の最小の角度間隔として定義されます。分解能は、観測装置の口径と観測光の波長に依存する。

画像処理においても解像度は重要な要素であり、画像にはその画像に含まれる詳細な情報量を示す特定の解像度の数値が存在する。

• 倍率は、装置によって画像が何倍に拡大されたかを示します。解像度は、画像上で密接に配置された2つの物体の間を分離する能力を提供します。

• 解像度とは、画像の品質や鮮明さのことです。そのため、大口径の一眼レフカメラでは非常にシャープな画像が得られ、ポイント＆シュートカメラではシャープさに欠ける画像になってしまうのです。

• 望遠鏡や顕微鏡のような機器では、分解能はその機器で得られる最大倍率も決定する。