異常分散レンズ

異常分散レンズ：色収差を抑える革新技術

異常分散レンズは、色収差の少ない高解像度な画像を実現するために開発された特殊なレンズです。その名の通り、異常部分分散性を持つガラスを使用しており、カメラレンズや顕微鏡、望遠鏡など、高性能が求められる光学機器に広く用いられています。メーカーによってEDレンズ、UDレンズ、LDレンズ、SDレンズなど、様々な名称で呼ばれていることも特徴です。

色収差と異常部分分散性

レンズは光の波長によって屈折率が異なるため、異なる色の光が焦点位置にずれが生じ、色収差が発生します。この色収差を低減するために、異常部分分散ガラスが用いられています。

異常部分分散性とは、波長に対する屈折率の変化（部分分散）が、通常のガラスとは異なる特性を示すことを指します。通常のガラスでは、可視光線領域での部分分散は波長にほとんど依存しません。しかし、異常部分分散ガラスでは、特定の波長範囲で部分分散が大きく変化します。特に青色領域（約500nm）での分散性が低いものが低分散、高いものが高分散と呼ばれます。異常分散レンズはこのような特殊なガラスの特性を利用して色収差を効果的に低減します。

蛍石レンズとの比較と材料

以前より、色収差補正に優れた蛍石レンズが存在していました。蛍石レンズはフッ化カルシウムの単結晶を加工したもので、非常に優れた光学特性を持ちますが、素材が柔らかく割れやすく、製造が非常に困難であるという欠点がありました。

異常分散ガラスは、この蛍石レンズの代替として開発されました。オハラの「S-FPL51」「S-FPL53」、ショットの「FK51」などが代表的な製品です。これらのガラスは、酸化リン、フッ化アルミニウム、フッ化カルシウムなどを原料とし、酸素イオンとフッ素イオンが共存する特殊な組成を持っています。製造は蛍石レンズよりは容易ですが、通常の光学ガラスに比べると難易度が高いです。

異常分散ガラスの光学特性は、酸素とフッ素のモル濃度比によってほぼ決定されます。フッ素の割合が多いほど、低屈折率低分散（アッベ数が高い）になります。そのため、異常分散ガラスは、屈折率とアッベ数の組み合わせのバリエーションが限られており、アッベ図上にプロットするとほぼ一直線上に並ぶという特徴があります。

多くの異常分散ガラスは既存のケイ素酸化物ガラスにフッ素化合物、リン酸化物、ホウ素化合物などを添加して特性を改良していますが、ケイ素を含まないリン酸クラウンガラス（PK）なども存在します。

EDレンズとSDレンズ

色収差をさらに低減させたレンズをSDレンズと呼ぶ場合もありますが、EDレンズとの明確な境界線はなく、ほぼ同義で用いられる場合もあります。世界的にはEDレンズという呼称が一般的ですが、日本ではEDレンズとSDレンズを区別し、蛍石レンズに近い特性を持つものをSDレンズ、それに近い特性を持つものをEDレンズと呼んでいます。キヤノンは、UDレンズについて「2枚で蛍石レンズ1枚に相当する」と謳っています。

歴史と発展

異常部分分散ガラスは、1800年代にはフラウンホーファーが試作したものの、腐食に弱く実用化には至りませんでした。実用化の道を拓いたのは、天然の蛍石結晶を用いた蛍石レンズでした。1837年のビュースターによる顕微鏡レンズや、1888年のアッベによる顕微鏡用対物レンズなどが初期の例です。

実用的な異常分散ガラスは、1960年代後半から1970年代前半にかけて開発されました。1966年にショットが開発したクラウンガラス「FK50」が最初の実用的な異常分散ガラスとされています。その後、日本の光学メーカーも開発に参入し、耐候性、価格、製造技術などの向上が進み、現代に至っています。1987年には、住田光学ガラスが蛍石と同等の分散（アッベ数95）を持つ光学ガラス「K-CaFK95」を製品化しました。

まとめ

異常分散レンズは、高性能光学機器に欠かせない重要な技術です。蛍石レンズに匹敵する性能を、より高いコストパフォーマンスと耐候性で実現しています。今後もその技術革新は続き、さらに高性能な光学機器の発展に貢献していくでしょう。

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