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光学レンズの基礎：種類・構造・役割を徹底解説【技術コラム】
光学レンズの基礎：種類・構造・役割を徹底解説【技術コラム】
光学レンズとは、私たちの生活に深く関わる技術要素の一つです。スマートフォンのカメラや医療機器、プロジェクター、さらには産業用検査装置に至るまで、さまざまな場面でその恩恵を受けています。
本記事では、レンズの基本的な構造から特殊レンズの種類、設計の重要性、さらに弊社での開発事例や技術資料のご案内まで、光学レンズの「今さら聞けない基礎知識」をわかりやすくご紹介いたします。
光学レンズとは？
1. レンズの基本的な形状
レンズの性能は、その「形状」によって大きく左右されます。まずは代表的な形状とその特徴についてご紹介します。
① 凸レンズ（Convex Lens）
中央が厚く、外側に向かって薄くなる形状。
特徴は「集光」に優れている点で、平行光線を一点に集める働きがあります。
カメラやプロジェクター、太陽光集光装置などで幅広く使われています。
応用例：
映像機器（カメラ、ビデオ）
太陽光集熱システム
拡大鏡や虫眼鏡
② 凹レンズ（Concave Lens）
中央が薄く、外側に向かって厚くなる形状。
「発散」に適しており、光を広げる役割を持ちます。
レーザーのビーム拡大やアイピース（接眼レンズ）によく使用されます。
応用例：
レーザー加工装置
顕微鏡や望遠鏡の接眼部
近視矯正用のメガネ
③ 球面レンズと非球面レンズ
-
球面レンズ（Spherical Lens）：
球の一部を切り出したような形で、製造が容易でコストも抑えられますが、「球面収差」が生じやすいという欠点があります。 -
非球面レンズ（Aspherical Lens）：
より理想的な曲面で設計されたレンズ。球面収差を大きく軽減し、性能向上と小型化の両立が可能になります。
応用例：
スマートフォンのカメラ
ヘッドアップディスプレイ（HUD）
医療用スコープ
2. その他の光学レンズの種類と特徴
用途に合わせて設計された特殊なレンズも多数存在します。ここでは代表的なものをご紹介します。
① アクロマティックレンズ（Achromatic Lens）
複数の素材を組み合わせて作られた「色収差補正用レンズ」。
白色光の各波長（赤・青・緑など）を同一点に結像させる設計になっています。
応用例：
顕微鏡
分光装置
高精度カメラレンズ
② シリンドリカルレンズ（Cylindrical Lens）
円柱形のレンズで、光を一方向のみに集光・拡散させることが可能。
レーザーライン形成や歪補正などに利用されます。
応用例：
ラインセンサーカメラ
バーコードリーダー
レーザーレベラー
③ ロッドレンズ（Rod Lens）
円柱状の細長いレンズで、両端面が平らな構造。
光を内部で全反射させながら伝送し、小型機器での光伝達に特化しています。
応用例：
医療用内視鏡
光通信機器
ファイバーカプラ
④ ボールレンズ（Ball Lens）
完全な球体で、全方向からの光を均等に集光・発散できる構造です。
光ファイバーとの結合や、コリメート用途での利用が多く見られます。
応用例：
光ファイバー通信
精密測定装置
コンパクトセンサー
⑤ フレネルレンズ（Fresnel Lens）
通常の凸レンズの厚みを段階的に分割し、軽量・薄型化を実現したレンズ。
大口径レンズが必要な場合にコストを抑えることができます。
応用例：
プロジェクター
太陽光集光パネル
災害用ライト・信号機
⑥ アレイレンズ（Lens Array）
複数の小型レンズを格子状に配置した構造で、複数の光線を同時に処理可能。
光の分配・均一化が求められる装置に最適です。
応用例：
光通信モジュール
ホログラフィック表示
照明の配光制御
⑦ 回折レンズ（Diffractive Optical Element：DOE）
光の回折現象を応用し、極めて薄型かつ高性能な光制御を実現したレンズ。
波長ごとの干渉を活用して、従来困難だった光学設計が可能になります。
応用例：
ARグラス
高精度センサーモジュール
スペクトル分析装置
3. レンズの主な役割と応用分野
光学レンズは、以下の3つの機能によって多様な産業用途に適応しています。
● 集光（Focusing）
光を一点に集める働き。太陽光発電やレーザー加工に利用されます。
● 発散（Diverging）
光を広げることで広範囲を照射可能に。センサーカバーや照明などに活躍。
● 結像（Imaging）
物体の像を正確に結び、視覚化する。カメラ・顕微鏡・医療スコープなどに使用。
4. レンズ設計の重要性とは？
レンズは単なる部品ではありません。
システム全体の性能を左右する“設計要素そのもの”です。
設計において考慮すべきポイント：
-
使用波長（UV, 可視, IRなど）
-
使用温度・湿度・振動環境
-
屈折率と分散特性
-
形状公差と表面精度
-
コーティングの有無と種類
-
レンズ配置（光軸、距離、角度）
設計段階でのミスは、性能不良や大幅なコスト増に直結します。
弊社では、最適設計から試作、量産立ち上げまでサポート可能です。
5. 当社の光学レンズ設計・開発実績
弊社では、以下のような多様な設計・開発案件を手がけております。
| 案件内容 | 製品分野 | 支援内容 |
|---|---|---|
| 非球面レンズ | 自動車部品 | 光学設計＋金型支援 |
| フレネルレンズによる軽量表示機器 | 展示用ディスプレイ | 試作〜量産 |
| 医療内視鏡 | 医療分野 | 光学選定＋評価サポート |
| スマートグラス | ウェアラブルデバイス | 設計検証＋OEM |
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ビーム電子工業株式会社 小松 元大
Tel: 0263-48-1650
Mail： m.komatsu@beam-matsumoto.co.jp
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