低分散ガラス

低分散ガラス( LD ガラス) は、色収差が低減されたガラスの一種で、光の波長によって屈折率がそれほど大きく変化しません。言い換えると、ガラスを通過する光は、その構成色間の広がりまたは分散が小さくなり、高コントラストのエッジでの「レインボー効果」が低減されます。特定の材料の波長分散は、アッベ数によって特徴付けられます。LD ガラスは、従来のタイプよりも高いアッベ数を持っています。クラウン ガラスは、比較的安価な低分散ガラスの例です。

LD ガラスを使用した写真レンズは、光学設計に低分散要素が使用されていることを示すために、次のようなさまざまな名前でブランド化され、販売されています。

• 異常分散（AD）：ミノルタ^[1]
• 特殊低分散（ED）：ニコン、 [ ^2] オリンパス、^[3] ペンタックス^{[4] ：22}
• 異常低分散（ELD）：シグマ^[5]
• 低分散（LD）：タムロン^[6]
• 超低分散（SD）：トキナー^{[7] ：23}
• 特殊低分散または超低分散（SLD）：シグマ^[5]
• 超低分散（UD）：キヤノン^[8]

一部のガラスには、さらに低い波長分散特性を持つ材料を指定するために「Super」修飾子（「Super ED」など）が含まれている場合があります。

特定の材料が LD ガラスであるかどうかを決定する業界全体の標準はありません。これらの指定は製造元固有のものとして見なされるべきであり、つまり、LD / ED / UD ラベルの付いた特別なガラスは、同じ製造元の従来のガラスよりも分散が低くなります。Schott AG は、ガラスコードごとにグループ化された、屈折率 (y 軸) をアッベ数 (x 軸) の関数として示す製造ガラスの図を公開しています。 ^[9]ほとんどの古典的なクラウンガラスとフリントガラスは、グラフの右側の緩やかな曲線を描いています。これは、これらの古典的なガラスでは屈折率とアッベ数が逆相関していることを示しています。それらの左側のレンズ材料は、特定の屈折率に対してアッベ数が高く、ランタンをドー​​プしたガラスの多くを含め、低分散タイプと見なすことができます。

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  従来のガラスを使用したプリズムを通過する白色光は、屈折率が波長の関数であるため、虹色に分散されます。
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  異なる波長を収束させるための不十分な補正による色収差により、高コントラストのエッジに「レインボー効果」が生じます。
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  無彩色ダブレットの図: クラウンガラスとフリントガラスを一緒に使用して、赤と青の波長を単一の焦点に収束させます。
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  高性能望遠レンズには、 LD ガラス要素が組み込まれていることがよくあります。

低分散ガラスは特に色収差を減らすために使用され、アクロマティックダブレットで最もよく使用されます。正レンズは低分散ガラスで作られ、負レンズは高分散ガラスで作られています。負レンズの効果を打ち消すには、正レンズを厚くする必要があります。そのため、アクロマティックダブレットは、同等の色収差補正されていない単レンズよりも厚く、重くなります。^[10]

望遠レンズと比較すると、焦点距離の短い対物レンズは低分散レンズの恩恵を受けにくい。その主な問題は色収差ではなく球面収差だからである。低分散レンズによって生じる球面収差は、非球面レンズで補正できる。低分散レンズによってシャープネスが向上するため、 f値を低くしてシャッタースピードを速くすることができる。これは、例えばスポーツ写真や野生動物の写真撮影では重要である。望遠レンズによって得られる浅い被写界深度により、写真の被写体を背景から際立たせることもできる。^[11]

赤外線補正特殊低分散ガラスはCCTVカメラにもメリットがあります。SLDガラスの色収差が低いため、レンズは可視光から赤外線まで常に焦点を保つことができます。^[12]

低分散ガラスは、例えばモード同期レーザーなどの超短光パルスを扱う際にも使用され、光学素子における群速度分散によるパルスの広がりを防止します。 ^[13]

双眼鏡では、ED ガラスは高密度 (HD) ガラスとも呼ばれ、光透過率を高め、光分散を減らし、光スペクトルの分割による色収差、つまり「色フリンジ」を軽減する高品質の光学ガラスです。双眼鏡の対物レンズで使用され、色スペクトルの光波を人間の目に焦点を合わせ、明るく鮮明な画像を実現します。ED レンズは、希土類元素を含む特定の配合で作られています。ただし、ED レンズに使用する材料を規定する ED 規格はありません。そのため、ED ガラスの品質は異なる場合があります。^[14]

一部のガラスには異常部分分散と呼ばれる特異な性質があります。異常分散はアポクロマートレンズの設計に必要です。青と赤の波長を収束するアクロマートダブレットとは対照的に、アポクロマートは3つ以上の波長の焦点を収束します。^[15]

トリウムガラスは二酸化トリウムをドープしたもので、屈折率が高く分散の少ないレンズ材料となり、アポクロマート設計に適しています。トリウムガラスは第二次世界大戦前に使用されていましたが、1950年代まで広く使用されませんでした。トリウムは放射性であるため、光学技術者や設計者は別のドーピング元素を使用した代替品を模索し、トリウムガラスを使用したレンズ設計は1980年代後半までに中止されました。^[16]

代替案として、1930年以降、ジョージ・W・モリーはランタン酸化物と他の希土類元素の酸化物を添加したホウ酸塩ガラスを発表し、高屈折率低分散ガラスの利用可能な範囲を大幅に拡大しました。ランタンも放射性ですが、トリウムよりはるかに低い活性です。ホウ酸塩ガラスは、同じアッベ数のケイ酸塩ガラスよりもスペクトルの青色領域での波長-屈折依存性が低くなっています。第二次世界大戦中、コダックは航空写真用に高性能のトリウムを含まない光学ガラスを製造しましたが、黄色がかっていました。白黒フィルムと組み合わせると、その色合いは実際には有益であり、紫外線フィルターとして機能してコントラストを改善しました。希土類元素の使用により、クラウンタイプとフリントタイプの両方の高屈折率低分散ガラスの開発が可能になりました。^[17]

長焦点レンズアセンブリにおける低分散ガラスの使用は、第二次世界大戦後にエルンスト・ライツ社（ライツ）によって開拓されました。ライツ研究所は、酸化ランタン（III）がトリウムの適切な代替品として使用できることを発見しました。^[18]しかし、ガラスの非晶質構造を維持し、それらのレンズを通して撮影された画像に縞模様の欠陥を引き起こす結晶化を防ぐために、追加の元素を添加する必要がありました。

ショット社がKzF（クルツフリント）と分類するこれらのいわゆる「ホウ酸塩フリント」ガラスは、酸、アルカリ、天候要因による腐食を非常に受けやすい。しかし、20モル％以上の酸化ランタンを含むホウ酸塩ガラスは、常温では非常に耐久性がある。 ^[19]別の高性能ガラスには、高濃度の二酸化ジルコニウムが含まれているが、融点が高いため、るつぼ材料による汚染を防ぐためにプラチナで裏打ちされたるつぼを使用する必要がある。

低分散ガラス要素を組み込んだレンズは、従来のガラス要素を使用した同等のレンズよりも高価になる可能性があります。これは、前述の高性能ガラスのいくつかでは、大量の高純度化学物質の製造が必要になるためです。

LDガラスの開発と並行して、人工的に成長した蛍石（CaF
₂1960年代から、低分散を必要とするレンズ素子に蛍石結晶が使われるようになりました。^{[20] [21]}しかし、蛍石の使用には大きな欠点がありました。蛍石の屈折率が低いため、レンズの曲率を大きくする必要があり、球面収差が大きくなるのです。さらに、蛍石は形状保持性が低く、非常に壊れやすいため、レンズ素子に加工するには特別な取り扱いが必要です。^[22]

レンズ材料としてフッ化カルシウムの高屈折率代替品として、フッ化リン酸ガラスが適している。フッ化物の一部はメタリン酸塩で安定化され、二酸化チタンが添加されている。^[23]

• 非球面レンズ
• アクロマートレンズ
• アッベ数
• 回折限界システム
• 物質分散係数

• レンズ仕様