色収差
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色収差(いろしゅうさ、chromatic aberration)とは、レンズで像をつくるときに、光の波長によって像にずれを生じることである。
[編集] 原理
レンズには光学ガラスや特殊プラスチックなどを用いるが、これらの屈折率は波長によって異なる。たとえば一般的な光学ガラスであるBK7の屈折率は、可視光の中の波長656 nm(赤)と486 nm(水色)では、それぞれ1.5143と1.5224というように異なっている。このため同じレンズを用いても波長によって焦点距離が異なる(色分散)ために、像の大きさと位置に差が生じる。これをレンズの色収差という。色収差は軸上色収差と倍率色収差に分けて考えることができる。
軸上色収差とはレンズの焦点距離が波長によって違うために、色によって像面の位置が前後にずれることである。白色点光源を撮影したとき点像の周りに色づいたボケをまとっているように見える。
倍率色収差は色によって像の倍率が異なり、像の大きさが異なることである。白色点光源を撮影したとき、特に画面の周辺部において虹色に色づいて放射方向に伸びるように見える。
[編集] 解決手段
色消しレンズやアクロマート(achromat)レンズと呼ばれる、屈折率の異なる素材のレンズの組を使って色収差の影響を少なくできる。例えば、クラウングラスとフリントグラスの2つのレンズ同士を張り合わせて一つのレンズのようにすることでアクロマートレンズを作れる。このようにして影響をある程度まで少なくすることができる。また、レンズの個数や素材の種類を増やしてさらに色収差の影響を抑えることが出来る。ただしレンズの個数を増やすことは像が暗くなることや、コストがかかるなどの問題点がある。
もう一つの解決手法は色分散の少ないレンズを使うことである。例えば、蛍石の結晶は色分散が非常に小さいという特性を持つため、これをレンズに用いると、色収差が非常に小さい、すなわち広い波長域にわたって焦点距離の差のない極めて安定した光学性能が得られる。そのため、光学レンズの材料としては最高と言われている。しかし、単結晶化が難しく大型のレンズを作ることは極めて難しい。この為、直径20cmの凸レンズで100万円以上の高値になることもある。
なお、天体望遠鏡に用途はほぼ限られるが、レンズを使わないで反射鏡のみで構成した反射望遠鏡には、色収差が発生しない。