顕微鏡、倍率が大きいと視野はせまく・明るさは暗くなる理由

どんな理科のテキストにも、「顕微鏡を高倍率にすると、見える視野は狭くなり、明るさは暗くなる」と書いてあります。

なぜでしょうか？

★顕微鏡の仕組み

顕微鏡が見える仕組みから考えるとわかります。

われわれの眼が、顕微鏡で拡大された像を見ることができるのは、反射鏡で集められた光がプレパラートを通過し、その光が眼に届くからです。

（光が通過しないと、顕微鏡でものを見ることはできません。だから、例えば植物の茎の断面を顕微鏡で拡大して観察したいとき、茎のかたまりを顕微鏡にごろんと載せても、光を通さないので見ることはできません。光が通過するように茎の断面を薄く切ってプレパラートを作って初めて茎の断面を観察することができます。）

★視野

理解しやすいように、模式図を使って考えてみましょう。

光は、光の粒子が直線状に飛んできているものだと考えられます。

今、低倍率で顕微鏡を覗いたとき、約２０個の光の粒子が通過した場所を、眼が見ていると仮定します。

次に、もとの場合の２倍の高倍率にして見るとします。

もとの見えていたものより狭い場所を拡大して見ているのが「高倍率」の意味ですから、視野（見える範囲）が狭くなることはすぐに納得できます。

★明るさ

次に明るさです。

低倍率のとき、光の粒子が２０個、視野に含まれていました。この２０個の光が眼に届いて見えていたことになります。

もとの２倍の高倍率にすると、面積が狭くなった分、その場所を通過している光の数も減少し、視野に含まれる光の粒子の数は約５個に減りました。

眼に届く光の数が５個に減った分、当然、暗くなります。

これが、高倍率にすると暗くなる理由です。

★倍率と視野・明るさの関係

最後に、顕微鏡の倍率とは「長さ」の拡大比のことです。
倍率が２倍というのは、長さが２倍になることを表しています。

面積はすべて長さの平方（平方＝２乗）になります（だから面積の単位は平方～なのです）。
長さが２倍だと、面積は２×２の４倍になります。

通過する光の量は、模式図からもわかるように面積に反比例します。

したがって、倍率をもとの２倍の高倍率にすると、視野は４分の１になり、明るさも４分の１になります。