LED 照明ノーツ 22

レンズを使う９

＜色収差について＞

前回までに近軸理論による焦点距離、光学系配置、あるいは球面収差について触れさ

せていただいた。これらの量は一つの波長の光線、単色の光線について考えた量である。

今回は、一つの波長の光線だけではなくて異なる波長の光線が入射した場合に結像はどう

ネルギーが伝播していくものなので、その性質を語るうえで、周期、振動数、波長と言う

量が必要となる。所謂波の形の振動が繰返されて波が進行していく訳であるが、その基本

と成る波の形一個分の長さを波長と言う。人間には異なる波長で光るもの、或いは異なる

波長の光で照明された被写体からは異なる色を感じる。波長の違いにより人間の受ける刺

激が異なり、異なる色感を生む。人間が光を感じることのできる波長領域、可視領域は一

般的に、380nm から 700nm 程度と言われている。この範囲からより短い波長領域の光を

紫外線、長い方を赤外線と呼ぶ（であるから赤外線は決して赤くは見えない）。デジタル的

な色合成、或いは光学設計においても、これらの単色の色刺激を３色以上混ぜて白色を含

む様々な色彩が表現される。この可視領域においても人間の感じやすさ、感度の違いがあ

って、サンプルデータを基に標準比視感度と言うのが決められている（図 1）。緑のあたり

の中にも度々、登場している。一番はっきりしているのが、屈折率の異なる境界面におけ

る光線の屈折という現象を表現するスネルの屈折則の式においてである(図2)。

2211 sinsin

屈折率と言うものは、確かに光の曲がり方、屈折の度合いを決める係数であるのであ

るが、実は屈折率は真空中と比べた、その媒質における光の速度の比を表している。ある

また、屈折率は、同じ媒質中においても、光の波長が変化すると、やはり変化する。

真空中では光の速度は波長に寄らず一定であり、波長に応じて波長固有の振動数が変化す

るのであるが、媒質中でもこの真空中での固有の振動数は一定である。従って波長が変化

すると、光の進む速度も変化する。と言うことは屈折率が変化するということである。従

って波長の短い光が通過する時の方が屈折率は大きくなる。ある媒質の屈折率を n、真空中

とすれば 6)、

屈折率が非常に高い硝子も存在すれば、ある波長における屈折率が同じでも波長が変わる

式会社オハラ 8）

）の硝子表と言うものを掲載する。縦軸は屈折率、横軸は（詳しくは後述さ

せていただくが）分散の逆数をとってある。

さて、屈折率が異なると、どのようなことが、起きるかと言うと、それは単純な話で

あって、(1)式、スネルの屈折式における、両辺の屈折率 nが異なるわけであるから、光の

曲がり方が異なることになる。プリズムなどで虹色に白色光が分離できるのもこの理屈に

よる。

因みに、スネルの反射則においては、

また、これまで触れさせて戴いた近軸理論も元々(1)式を基本として（(4)式に有るよう

にスネルの屈折則は簡単になるが）導かれたものであるから、

2211

焦点距離が変化する。そして結像位置も、倍率も変わることになる。空気中（或いは真空

中）に光学系が存在すればレンズメーカーの式７）

a

（6）

量すべてが変化する。単波長では収差が無かった近軸理論においても色（波長）による像

4．参考文献