LED 照明ノーツ 34

レンズを使う 21

＜絞りの役割＞

光学系には必ず絞りというものがある。光学系内にそれらしい絞りが見当たらないと

しても、絞りと同様の役目をするレンズの外径、あるいは押さえ環、鏡筒などの金物が存在

する。今回はこの絞りについて解説させていただきたい。

系においては可変ではなく、絞りの穴の大きさが固定されている場合も多い。

それでは絞りを何処に配置すれば良いか？ということになるが、光学系に回転対称性

があれば当然、光軸を中心になるように配置することが妥当である（図１）。

図１ 光軸に対する絞りの位置

光軸から離れた位置を通過する光線に比べて、光軸付近の光線の挙動は極端に変化しない

し、また物造りの観点からしても回転対象軸付近の性能は安定している。

またこれまでにも触れさせていただいたように、絞りを開く場合に、光軸付近から徐々に光

線を通していくという考え方が、近軸理論の背景となっている（図２）。

実際にはそこに自由度があり、設計者の意志に基づき設定されることる。ただ、セオリーは

主光線

が小さくて済むということであり、そしてコンパクトである以上に、収差補正的にもレンズ

の端を光線が通る場合よりも有利であり、それはレンズ設計的には重要である。原則的には

絞りは光学系の中心部付近に配置するべきである。しかし、Bのようなタイプが必要とされ

る場合も多く（瞳を扱う回で説明させていただく）、あくまでも原則である。

何れにしてもこのように、明るさをコントロールする絞りを開口絞りと呼ぶ。

2． 視野絞り

図４ 視野絞り

この絞りがどんどん閉まっていくと、それにつれて光の届く領域もどんどん小さくな

って行く。この様に視野を制限する絞りを視野絞りと呼ぶ。

照明光学系や顕微鏡などでは積極的に用いられる視野絞りであるが、一般的にはレン

ンズの最前面と最後面の径により起きていることが光路図から分かる。

図５ ビグネッティングが起きている光学系の光路図

3． 主光線

が用いられる。

この定義は一般的なもので、光学設計の教科書等に倣うものであるが、光学系によって

は上記ビグネッティングが甚だしい場合もあり（そもそも開口絞り中心を通る光線が存在

しない時すらある。）、そうした場合には開口絞りの光線通過範囲の真ん中の光線を、あるい

は開口絞り面における光線通過領域の重心を通る光線を主光線として選択するする場合も

ある。光束全体の方向を問題にする場合にはこちらの方が適当である。

図１、図４におけるレンズには顕著なビグネッティングが起きているが（青い光線、赤

い光線）、青い光束に注目すると、絞り中央を通過する主光線は実は光束の偏った位置を通

過していることが分かる。

[3] 松居吉哉：結像光学入門（JOEM、東京、1988）