非球面レンズ

非球面レンズ（ひきゅうめんレンズ、Aspheric lens ）は、平面でも球面でもない曲面を屈折面に含むレンズである。円筒面、トーリック面、対称非球面、非対称非球面等が使用される。

球面レンズに比べて、1つあるいはいくつかの収差を小さくすることができるような、球面より理想的な曲面を採用する。写真レンズでは、主に、大口径レンズにおける球面収差と、超広角レンズやズームレンズにおける歪曲収差の補正に大きな効果がある。また、写真レンズ以外にも様々な光学機器に採用されている（むしろ例えば「レーザー用で、ある特定の波長における球面収差を、1枚のレンズでゼロにする」といったように、特化した目的と性能のレンズを作れるということから、写真レンズ以外のほうが応用が大きい）。

一般に、ほとんどの非球面レンズでその中心部では球面に近く、周辺ほど球面から外れるわけであるから、その働きは周辺部ほど効果が大きく、複数のレンズから成る光学系では光束が広がる部分で効果が大きい。従って、写真レンズにおける非球面レンズの効果は開放絞りに近い時ほど大きい。絞り込んだ場合には球面レンズのみで製作されたレンズの方が性能が高くなる傾向にあるものの、最小絞りにしても目立って悪くなるようなことはなく、普通撮影に使用しても問題はない。

眼鏡では視界の歪みが少なく同じ度数でも薄く設計できるが価格が上昇するため、球面レンズを標準とし非球面レンズをオプションとする販売手法が多い。

前史 

球面のみで構成されたレンズでは様々な収差が発生し、像がぼやけたり、像面が湾曲したりといった欠点となる。これを抑えるために、たとえば色収差を抑えるには相補的な形状の分散が異なるレンズを組み合わせるが、そういった工夫がなされてきた。

しかし、レンズ枚数の増加による重量化・高価格化などの問題もあり、球面レンズのみの組み合わせでは収差補正に実用上の限界があった。

研削非球面 

非球面を用いれば複数枚のレンズを組み合わせたのと同等以上の大きな補正効果が得られることは17世紀にはデカルト、コンスタンティン・ホイヘンスらの研究によって明らかとなっていたものの、理論的に求められた曲線を正確に再現するための技術的・機械的な限界から大量生産は長らくなされなかった。1台ずつ生産される天体望遠鏡の分野では、非球面の補正板を採用し1931年に発明されたシュミット式望遠鏡など戦前からの実用化例があるが、設計者のベルンハルト・シュミットは非球面の研磨方法を生涯公表しなかったという。

20世紀後半になって加工技術が発展したことによりレンズ面の非球面加工が可能になり、一般的なガラス素材による非球面レンズが生産可能となった。一般撮影用レンズの初の非球面レンズ採用はエルンスト・ライツ（現ライカ）のウォルター・マンドラー設計で1966年フォトキナで発表され発売されたノクチルックス50ミリF1.2とされる。国産では1971年のキヤノンFD55ミリF1.2ALが初で1977年のノクトニッコール58ミリF1.2が続く。当初は研削加工により製造されていて、この方法で製造されたものを研削式非球面レンズという。当初はレンズ研磨職人の手作業、後には機械旋盤でも加工されるようになったものの、大量生産に向かず非常に高価なものであった。

新製法 
近年では、あらかじめ非球面形状に超精密旋盤で加工した型で高温で軟化させたガラスを挟んで製造されたモールドレンズや、球面レンズ上に紫外線硬化樹脂などを重ねて複雑な複合レンズ様に成型した複合非球面レンズのような低コストの非球面レンズが製造可能となり、廉価なカメラレンズや眼鏡のレンズ、光ディスクのピックアップレンズなどに採用されるようになった。

ガラスモールド非球面レンズは、硝材の熱膨張･収縮からあまり肉厚で、大口径のレンズは成形困難とされていたが、トキナーが1997年にHOYAと共同開発したATX20-35mmF2.8では、アタッチメントφ77mmもある大口径レンズの最前玉にガラスモールド非球面を採用し、モールド非球面レンズの大口径化に貢献した。また、現在でも試作品などのための少量生産では型を使わず研削・研磨によって非球面とする創生法も用いられ、研究が重ねられている。

注釈

出典

参考文献 
カメラ毎日別冊『カメラ・レンズ白書1980年版1交換レンズ読本』毎日新聞社
日本光学工業『新・ニコンの世界第9版』 1983年2月1日発行
『クラシックカメラ専科No.23、名レンズを探せ!トプコン35mmレンズシャッター一眼レフの系譜』朝日ソノラマ
『クラシックカメラ専科No.50、ライカブック'99ライカのメカニズム』朝日ソノラマ
吉田正太郎 『レンズとプリズム』第1版 地人書館、1985年6月10日。

関連項目 
 幾何光学
 収差
 写真レンズ
 対物レンズ

リンク 
 非球面レンズとは？ - 住田光学ガラス
 ザ・ワークス：Vol.47 ガラスモールド非球面レンズ - Enjoyニコン - ニコン

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