アクロマート

アクロマートレンズ：色収差補正レンズの解説

アクロマートレンズとは、2種類の色について色収差を補正したレンズです。単レンズでは発生する色収差を、クラウンガラスとフリントガラスを組み合わせることで補正し、より鮮明な像を得ることができます。

色収差補正の種類: アクロマートレンズの色収差補正は、対象とする光の波長によって異なります。眼視観測用レンズでは、C線とF線（青色と赤色の光）の軸上色収差を補正し、d線（黄色の光）で球面収差とコマ収差を最小にするのが一般的です。一方、天体望遠鏡では暗い天体を観測することが多いため、e線（緑色の光）で球面収差とコマ収差を最小にする補正が用いられることもあります。また、写真撮影用レンズでは、感光材料の特性に合わせて、異なる波長での補正が行われます。古くは、青色から紫色に感度の高い写真乾板が多用されていたため、d線とg線（青緑色）の軸上色収差を補正し、F線で球面収差とコマ収差を最小にする設計が一般的でした。天体写真の分野では、青白い星が多いことを考慮し、F線とh線（紫色の光）の軸上色収差を補正し、g線で球面収差とコマ収差を最小にする設計が用いられてきました。これは「天体写真色消し」と呼ばれています。

代表的なアクロマートレンズの設計

リトロー型対物レンズ

1827年、ヨーゼフ・ヨハン・フォン・リトローによって推奨されたこのレンズは、設計、研磨、組み立てが容易であるため、惑星観測など長焦点の対物レンズに適しています。凸レンズにはクラウンガラス(K3やBK7)、凹レンズにはフリントガラス(F2)が一般的に使用されます。コマ収差が比較的大きいという欠点がありますが、F20程度の焦点比であれば問題になりません。世界最大級の屈折望遠鏡であるヤーキス天文台の40インチ望遠鏡やリック天文台の90cm望遠鏡も、リトロー型対物レンズを採用したケプラー式望遠鏡です。

フラウンホーファー型対物レンズ

ヨゼフ・フォン・フラウンホーファーが発明したこのレンズは、大型屈折望遠鏡で広く使用されています。リトロー型と同様にクラウンガラスの凸レンズとフリントガラスの凹レンズを組み合わせますが、4面の曲率が全て異なり、球面収差とコマ収差の両方を効果的に補正できます。そのため、明るいF値（F値が小さいほど明るい）を実現でき、必要なガラスの量も少なくて済みます。リトロー型と比較すると、軸上色収差は同程度ですが、フラウンホーファー型の方がコマ収差が小さく、明るいF値が実現可能です。ただし、像面湾曲のため画角は数度以下に制限され、大口径化に伴い高次球面収差の補正が困難になるため、F4より明るいレンズを作るのは困難です。フラウンホーファーの時代には、高品質なガラス材料の入手が難しかったため、三角関数対数表と三角追跡法を駆使して設計が行われていました。1904年には、ハンス・ハルティングによってハルティングの公式が発明され、フラウンホーファー型レンズの設計が簡素化されました。さらに、接合面を分離し空気間隔を設けた空気間隔付きフラウンホーファー型も存在します。このタイプは高次球面収差や球面収差の波長差のコントロールに優れ、F2.5程度まで大口径化が可能ですが、組み立て精度の要求が高いという欠点があります。

参考文献

吉田正太郎『天文アマチュアのための望遠鏡光学・屈折編』誠文堂新光社 ISBN 4-416-28908-1

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