■レンズの球面収差

 凸レンズや凹レンズなど通常のレンズは球面で構成されているため、レンズに光軸と平行な光線を入射させたとき、光軸からの距離によって焦点位置が変化します。すなわち、レンズの光軸に近い光線の焦点位置に比べ、光軸から離れたレンズ周辺部に入射した光線の焦点位置がレンズに近い方にずれます。
 この現象は球面収差と呼ばれ、レンズの宿命です。 lens_ab1.gif

球面収差の量はどれ位か?
 光軸からの距離によって焦点位置がどのように変化するかは、光軸に平行な光線がレンズの前面、後面で屈折して進行方向を変えて光軸と交わる点(焦点:F)を「光の屈折の法則」に沿って厳密に計算することによって計算することができます。
レンズの焦点距離の計算(Excel)をクリックしてください。

 このExcelシートで「光線の位置(h)」を色々変えて、焦点位置を確認してください。
次の図は [ レンズの曲率半径 r1=100, r2=-100, 厚さ d=20, 屈折率 n=1.5 ] の凸レンズにおいて、hの値と焦点距離 f0(ここではレンズ中心から焦点位置までの距離)の関係をプロットしたものです。
lens_ab2.gif

(注1)主点とは入射光線とレンズ通過後の光線の延長線上の交点です。
(注2)焦点距離(焦点位置)の計算式については下記を参照してください。
   レンズの焦点距離の計算式
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