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2016年2月26日 (金)

・二枚レンズによる色消しの仕組み

以前に色収差を光学的に無くす方法の記事を書きました。

この記事での凸レンズと凹レンズを使った
色消しの仕組みをもう少し詳しく書きます。

光学ガラスはいろいろな種類がありますが、
光の色によって屈折率が異なります。
Dable_1

赤は屈折率が低く、
青は屈折率が高く、これによって
プリズムでは光が虹色に分かれます。

光学材料として有名な蛍石は
色によって屈折率が殆ど変わりません。
また屈折率自体もとても低い硝材です。
横軸を波長、縦軸を屈折率にしたグラフは
下のようになります。
Dable_2

グラフの中のg線とかd線とかは
光学設計時によく使われる波長です。
特にd線を基準として設計することが多いです。
(d線での解像力が一番重視される)

このグラフをレンズのイメージ図にしてみます。
Dable_3
ピント位置は緑の線(d線)を基準として記載しています。
以前の「色収差を表す図」で記載した図は
このd線をピント位置として書いています。

同じ座標で普通のガラスと蛍石を書くと
下のようになります。
縦軸が先ほどの図とは違うので注意。
Dable_4

以上のように、レンズ一枚だけではどうしても色収差が消せません。
色収差を消すためには2枚以上のレンズを組み合わせる必要があります。
凸レンズ(正レンズ)と凹レンズ(負レンズ)を組み合わせるのが簡単です。
Dable_6

ただし、正レンズと負レンズがまるっきり同じ
パワーを持っていると、レンズの役割を果たさなくなってしまいます。
Dable_5
結像しない…。

なので、正レンズのほうが屈折率を高くする必要があります。
そして、正レンズは分散の低い(色が分かれにくい)ガラスを、
負レンズは、分散が高い(色が分かれやすい)
種類のガラスを選ぶ必要があります。

この凸レンズと凹レンズを組み合わせたものをダブレットと呼びます。

次回:二枚レンズによる色消しの限界

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