写真レンズ
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写真レンズ(しゃしんれんず)とは写真撮影用に用いるレンズ。
複数のレンズを組み合わせたもので、カメラに取りつけて使う。写真用レンズともいうが、通常は単にレンズと呼ばれる事が多い。
写真レンズには、多くの場合絞りと焦点（ピント）調節機構が組み込まれている。レンズのスペックは口径比（F値）と焦点距離で表わされる。焦点距離・露出時間が同じであれば、F値が小さいほど明るく写るレンズである。焦点距離によって、標準レンズ、広角レンズ、望遠レンズなどに分類される。最近はズームレンズも多い。
大判カメラ用レンズでは焦点調節機構はなく、シャッターが組み込まれている。
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[編集] レンズの主だった分類
焦点距離による分類は 35mm判カメラ の代表的な値で記載する。
[編集] 単焦点レンズ
焦点距離が固定されたもの。単体レンズとも呼ばれる。ズームレンズに比べ
- レンズの構成枚数が少ないため、小型軽量。
- 色収差、画像のゆがみ、ひずみを補正しやすい。
- F値の小さい明るいレンズが多いため、高速なシャッターを切りやすい。
といった特徴を持つ。
- 広角レンズ - 35mm以下。
- 広角レンズ - 24～28/30/31～35mm。
- 超広角レンズ - 12～14～15～16～17/18～20/21mm。- 超広角では焦点距離が1mm違うだけで画角が大きく変わる。
- 魚眼（フィッシュアイ）レンズ - 180度の画角を持つ。
- 全周魚眼 - 全方向180度の画角を持つため、円形の画像として撮影される。
- 対角線魚眼 - 対角線に対して180度の画角を持ち、四角形に撮影される。
- 標準レンズ - 50mm前後(40/43/45～50～55/58mm)。人間の肉眼に近い45度前後の画角を持つ。F値の小さい（1.4、1.2など）明るいレンズが多い。
- 望遠レンズ - 85mm以上。
- 短望遠/中望遠レンズ - 85/90～100/105～120/135mm。
- (長)望遠レンズ - 135～150～180/200～250～300mm。
- 超望遠レンズ - 400mm以上。最も長いものだと屈折光学系では1200mm、反射光学系(ミラーレンズ)では2000mmというものが存在する。大きく重くなるため、カメラボディではなくレンズの重心付近をがっちりした三脚に固定する形になる。
[編集] ズームレンズ
焦点距離を一定の範囲で自由に変化できるもの。 そのさい、ピント位置の移動が生じないものをズームレンズ、生じるものをバリフォーカルレンズという。 最近ではAF機構の普及により、多少の焦点面移動があってもズームレンズと称するようである。
なお、焦点面移動をカムによるレンズ群の非直線移動で補正する方式を「機械補正式」（Mechanical compensation)、屈折力のバランスを計算してズーミングしても焦点面を一定に保つように設計段階から考慮した方式を「光学補正式」（Optical compensation)と呼ぶ。 焦点面移動の補正をカメラ側の自動焦点機能に依存する事を「電子補正式」（Electoronic compensation）と呼ぶ。 現実的に今日の高倍率化、大口径化が進んだズームレンズの焦点面移動をメカニカルやオプティカルのみで補正する事は困難で、残った誤差を電子補正で補う事は今や常識となっている。
単焦点レンズに比べ
- F値の大きく、暗いレンズが多い。
- レンズの構成枚数が多くなるため、大きく重くなりがち。
- 色収差や画像のゆがみ、ひずみの補正が難しい。
という特徴を持つ。
[編集] 焦点距離による分類
- 広角/超広角ズーム - 20/35～50mm程度。最近では16/17mmから、物によっては7mmから始まるレンズもある。
- 標準ズーム - 24/28/35～70/80/105mm程度。
- 望遠ズーム - 70/80～200～400mm程度。1200～1700mm程度の焦点距離域を持つ超望遠ズームレンズも存在する。
- 高倍率ズーム - 28～300mm程度のように、高い倍率（この例では約10倍）を持つもの。
[編集] レンズ構成による分類
レンズ構成的には機械補正式の「2群ズーム」「3群ズーム」「4群ズーム」と光学補正式の4種類に大別できる。
- 2群ズーム - 広角/超広角ズームに多用。一眼レフやデジタルカメラでは前凹、後凸のレトロフォーカス構成、銀塩コンパクトカメラでは前凸、後凹のテレフォト型構成で前後の間隔を変える事で変倍を行う。
- 3群ズーム - 光学補正式ズームより発展したもので高倍率ズームに多用。前から順に凸凹凸の順に群が配置されており中心の凹群はほぼ静止し前後の凸成分が連動して前後に移動する事でレトロフォーカスとテレフォトを両立するため高倍率化に適している。広角側で長さが最小になるため小型化に適しており、比較的小口径の望遠ズームでも多用される。
- 4群ズーム - 前から順に凸凹凸凸、または凸凹凹凸の配置。最前部の凸はピント合わせにのみ移動する焦点系、2群目が焦点距離を変える変倍系、3群目がズーミングによって移動するピント位置を補正する補正系、4群目が前群の虚像を実像に戻すマスターレンズ系。ズーミングしても長さが変わらないズームレンズがこのタイプで大口径望遠ズームやムービー用ズームレンズに使われる方式。ズーミングしても長さが変わらない構造上どうしても大型化し一般に広角側には適していない。
- 2群ズームや3群ズームは近年の高倍率化のため最後部の凸成分をさらに2群や3群に分離してフローティング化する事が普通で、「多群ズーム」と呼ばれる。このため上述のように単純に「2群ズーム」「3群ズーム」「4群ズーム」に分類出来ない光学系も増えてきた。
- 光学補正式ズーム
- かつては3群ズームの応用例として固定された凹群の前後を直線運動する凸群ではさむことで変倍する光学補正式もあったが小型化、大口径化に不利で画質的にも制約が大きく今日では消滅している。
[編集] 特殊レンズ/用途・形状別による分類
- マクロレンズ - 被写体へ近接して撮影が可能（最短10～20センチ程度まで接近可能）なレンズ。被写体をフィルムに写る同じ大きさ（等倍）まで、近接撮影専用の特殊なレンズでは3倍程度まで撮影できるものもある。主に生物や工芸品等の細かいパーツ等を写す場合に用いられるが、通常の撮影も可能。ニコンではせいぜい等倍までの縮小光学系のレンズに拡大光学系を意味する「マクロ」の呼称はおかしい、という解釈から「マイクロレンズ」と称している。ただし、拡大撮影装置の交換レンズに「マクロ」を称するレンズも存在した。
- PC（パースペクティブ・コントロール）レンズ（シフトレンズ） - 特に建物などを撮影する場合、あおり機構（レンズの上下移動が可能な機構）を内蔵して、被写界深度から由来する画像のひずみを補正できるレンズ。キヤノンではTSレンズ（ティルト・シフトレンズ）と称する。
- ソフトフォーカスレンズ - ハイライト部分から光がにじみだすような描写が可能なレンズ。意図的に球面収差を発生させて柔らかな描写を発生させるものが多い。又、ソフト効果をオフにして通常撮影もできるレンズがほとんど。
- パンケーキレンズ - 光学系に主にテッサー系を使用し、レンズの全長がパンケーキのように薄く軽い。ボディに装着しても通常のレンズのようにかさばらないので、バッグへの収納が容易になるため、スナップショット用として使われる。ペンタックス社製の物が有名。
- ミラーレンズ（レフレックスレンズ） - 焦点距離の長いレンズを小型にするために、内部でドーナツ型のミラーで反射させているレンズ。絞りはF8などの一定値に固定され、背景の画像のボケ方がドーナツ状になる特徴がある。ミラーを使用しているため、色収差が少ない。ただし反射鏡のみではコマ収差や球面収差が補正出来ないため、これらの補正のためにレンズ光学系を追加しているので「反射屈折（カタジオプトリック）光学系」となる事が多い。
基本はカセグレンタイプで、メーカーによりルマックカセグレン、マクストフカセグレンなど方式に差がある。
- 参考：天体望遠鏡#反射望遠鏡
[編集] レンズのタイプ
- トリプレット
- 単玉レンズを第一群から凸・凹・凸に置いたもの。ザイデルの5収差をともあれ一通り補正できる、簡にして要を得た設計。なおレンズタイプの多くがドイツで開発・発展したが、トリプレットは英国産である。
- Nikkor Q 105mm f4に見られる。
- この構成を持つものにツァイス社のトリオター、シュナイダー社のラジオナーがなどある。
- テッサー
- 1902年、ドイツ・カール・ツァイス社のパウル・ルドルフによって設計された、3群4枚構成のコンパクト設計のレンズ。
- トリプレットを発展させたもので、コンパクトな設計ながらシャープかつ良好な撮像を得られた事から、多くの人々が「普通によく写る」レンズを手に入れたと言われており、他の光学機器メーカーも多くの写真レンズにこの設計を用いるなど、多大な影響を与えた、名レンズの一つである。
- ヘリアー
- ドイツ・フォクトレンダー社のハーディングによって開発されたトリプレットの発展型。トリプレットの前群と後群を色消しの貼り合わせにしたもの。張り合わせレンズの凹凸の組み合わせによって形式は2通り存在する。
- クセノター
- ダブルガウス
- 数学者ガウスの名を冠した、絞りを挟む形で前後対称の構造をしたレンズ。
- 1896年にカールツァイスのパウル・ルドルフによって設計された「プラナー」で実用化され、以後標準域から中望遠域で多く用いられる。
- 大口径化と像面の平坦化が容易で、高画質が得られる。開発当初はレンズ構成枚数が多くフレアもおきやすい事が最大の難点となっていたが、第二次大戦後日本の光学メーカーがレンズコーティングなど様々な改良を重ね、こうした難点を克服した結果、現在では標準レンズの主流となっている。
- ゾナー
- カール・ツァイス社のルードヴィッヒ・ベルテレが1931年に設計したレンズ。コンパクトながら当時としては大口径かつコントラストの高さで評価され、以後標準域から望遠域にいたるまで多用されている。その反面、バックフォーカスが短めという欠点が有り、一眼レフカメラでは望遠レンズのみで使用されている。
- レトロフォーカス
- 元来フランス・アンジェニュー社の「レトロフォキュ」という広角レンズに由来する。一眼レフで広角レンズを設計する場合必須。利点はバックフォーカスが長く出来るため、可動ミラーに干渉しない。また、ビオゴン(ツァイス)などの対照型レンズと比べて周辺光量落ちが少ない。反面、その巨大な第一面の凹レンズが発生させる歪曲の克服が困難で、近距離で急に描写が劣化しやすい。
- テレフォト
- 望遠域のレンズに使われる設計で、前群に凸レンズを、後群に凹レンズを配置したもの。これによりレンズの全長を焦点距離よりも短くコンパクト化する事ができる。その反面、糸巻き型の歪曲収差が発生しやすく、ボケの形も崩れやすいという欠点をもつ。
[編集] レンズに組み込まれた技術
[編集] 非球面(アスフェリカル)レンズ
通常のレンズでは球面レンズを使用するが、平行光線を完全な形で一点に収束させられない（収差）という欠点がある。この欠点を解消するためにレンズの形状を加工し、非球面状態にしたレンズが非球面レンズで、これを用いる事で「大口径レンズの球面収差補正」「広角レンズの歪曲収差(ディストーション)補正」「ズームレンズの小型化」が可能になる。当初は球面レンズを削って加工していたため、高級レンズにしか用いられなかったが、近年では非球面金型にレンズ材料を流し込んで整形する形式(ガラスモールド非球面レンズ等)や球面レンズに非球面化する素子を貼り付けて加工する形式(レプリカ非球面レンズ、ハイブリッド非球面レンズ等)など容易に量産化可能な状況が整ったため、低価格なズームレンズにも用いられるようになった。
[編集] 蛍石レンズ/異常分散（特殊分散）レンズ
レンズに光を通すと、波長の違いによるスペクトル光が生じ、焦点のズレなどが生じる(色収差)。特に望遠レンズでは焦点距離が長いため、色収差が顕著に現れる。通常では屈折率やスペクトル光のずれ具合(分散)の異なる素材を使ったレンズの組み合わせによって色収差を打ち消す（アクロマート:Achromatと呼ぶ）手法が用いられるが、完全に打ち消す（アポクロマート:Apochromatと呼ぶ）ことは難しい。蛍石（フローライト、フッ化カルシウム）は通常のガラスと分散が大きく異なるため色収差補正における設計自由度が向上し、より色収差を補正しやすくなる。しかし写真レンズに用いるには天然鉱物である蛍石ではコストがかかり過ぎる（実際、人工結晶化等の技術を持つキヤノン（詳しくは子会社であるキヤノンオプトロンが技術を持つ）でも、ごく一部のレンズでしか採用していない。なお天然の蛍石は異物が入って有色であるためそのままでは使えない。亜鉛や鉛などのスカベンジャーで無色にした人工の物を使う）ため、蛍石と同様の性質を持つガラス（EDガラス）を用いたレンズ(異常分散レンズ、特殊分散レンズとも。ED（Extra-low Dispersion）レンズ、UD（Ultra Low Dispersion）レンズなどの略呼称がある)が開発され、これが高級製品から量産タイプまであらゆる形態のレンズで用いられるようになっている。
[編集] 回折光学素子
光には障害物の端を通過する際に障害物の裏に回り込む「回折」という性質を持つ。この原理を利用し、レンズの波長の順序を逆転させる事で、一般の屈折レンズと組み合わせて色収差を打ち消すレンズが開発された。これを用いる事でより高画質の写真画像が得られ、さらに非球面レンズと同等の光学特性を持つ事から、球面収差の補正やレンズの全長の短縮も可能になる。キヤノンでは2～3層構造にした「積層型回折光学素子(DOレンズ、Diffractive Optics)」として一眼レフカメラ用レンズに、ニコンでは「位相フレネル(PF、Phase Fresnel)レンズ」としてコンパクトデジタルカメラ用テレコンバーターレンズに用いられている。
[編集] 超音波モーター
超音波振動で駆動し、静穏かつ高速にAFを可能にするモーター。カメラ用レンズとしては、キヤノンが世界に先駆けて搭載。当初は高級レンズ群のみに限られていたが、現在ではキヤノンレンズのほとんどに採用されており、ニコン、コンタックス、ミノルタ、シグマの一部のレンズにも採用され、ペンタックスも採用製品の発売を予定(2006年9月現在)している。またフルタイムマニュアルフォーカスが可能である（普及版など一部例外あり）。
- キヤノン
- 超音波モーター採用のパイオニアであり、高級レンズから普及レンズに至るまでほぼ全てに採用。略号USM(Ultra Sonic Motor)。
- ニコン
- 主に高級レンズ群に採用されているが、近年は、超音波モーター搭載の常用レンズも登場。略号SWM(Silent Wave Motor)。
- コニカミノルタ（旧ミノルタ）/ソニー（α）
- 超音波モーターを採用したカメラメーカーとしては最後発。現在70～200mm F2.8と300mm F2.8に搭載。略号SSM(Super Sonic Motor)。
- コンタックス
- コンタックス645用レンズおよびNシリーズ用レンズに大方搭載。
- シグマ
- レンズメーカーとしては唯一超音波モーター搭載レンズを製造。なお、超音波モーターを搭載しているのはキヤノン・ニコン・シグマ製カメラおよびフォーサーズ・システム規格のカメラ用の高級レンズ群のみ。略号HSM(Hyper Sonic Motor)。
- ペンタックス
- 採用製品の発売を予定(2006年9月現在)
[編集] フルタイムマニュアルフォーカス
レンズのフォーカス切り替えスイッチを変える事なく、AFでピントが合焦した状態のまま、すぐにMFでピントの微調整ができる機構。一時期超音波モーター搭載レンズの独壇場であったが、ミノルタ（現コニカミノルタ）やペンタックスはボディーの構造を変更する事で、超音波モーター非搭載レンズの使用時においてもフルタイムマニュアルフォーカスを実現。
- キヤノン
- フルタイムマニュアルフォーカス。リングUSM（超音波モーター）搭載レンズでは可能だが、マイクロUSM搭載レンズでは不可能（ただし、EF50mm F1.4 USMは差動機構を採用することで可能となっている）。
- ニコン
- M/Aモード。
- コニカミノルタ
- DMF(Direct Manual Focus)モード。全αレンズ対応。
- ペンタックス
- QSFS(Quick Shift Focus System)。デジタル一眼レフ、DAおよびD FAレンズのみ対応。
- オリンパス
- S-AF+MF/C-AF+MFモード。デジタル一眼レフ、ズイコーデジタルレンズで対応。
[編集] インナー(インターナル)フォーカス/リアフォーカス
AFレンズではモーターによってレンズ駆動しているため、フォーカス系レンズの重量がフォーカシングスピードに大きく影響してくる。これを解消するため、レンズの最後部(リアフォーカス)もしくは中間部(インナーフォーカル)をフォーカス系レンズにする事で、レンズ重量を軽減しフォーカシングスピードを向上させる手法がとられている。又、この手法を使う事で、「レンズ全長が常時一定に保たれる」「レンズ系全体のコンパクト化が可能で、特にズームレンズでは一層の高倍率化が可能」「レンズ前玉部が動かないため、フィルター操作に影響が出ない」などのメリットが生じる。
[編集] フローティングシステム(近距離収差補正機構)
通常、一般的に良く撮影される特定の撮影距離を基準として、レンズの各収差補正がなされているが、それ以外の距離では収差が発生しやすくなる。これは近距離撮影時に顕著に見られる。これを補正するためにレンズの一部を浮木のように撮影距離に応じて移動させる。これによって最短撮影距離から無限遠に渡って収差を最小限に抑える事が出来る。
[編集] レンズコーティング
レンズが光を通るとレンズ表面で反射する事によって、光量のロスやレンズ内部での反射によるフレア、ゴーストの発生が生じる。これを防ぐために、コーティングを施して不必要な反射を防ぎ、最適なカラーバランスを保つようにしていた。これを単層膜コーティング（モノ・コーティング）という。やがて光学性能の要求の高まりと、蒸着技術の向上ととも1952年に千代田光学精工（後のミノルタ。現・コニカミノルタ）によって世界初の2層コーティングである、”緑のレンズ”とも呼ばれた「アクロマチック・コーティング」が開発され、重層膜コーティングが主流となっていく。そして、旭光学工業（現・ペンタックス）がOCLI社（米）による技術供与により開発、1970年に発表され、当時は驚異的ともいえた最多7層膜、透過率99.8%を実現させた「スーパー・マルチ・コーティング」を端緒とし、現在は多層膜コーティング（マルチ・コーティング）が主流となっている。他に代表的なものとしてキヤノンの「スーパー・スペクトラ・コーティング」、ニコンの「スーパー・インテグレーテッド・コーティング」「ナノクリスタルコート」、カール・ツァイスの「T*コーティング」などがある。 また、光学性能の向上以外に、撥水効果やキズへの耐性等のメンテナンスの向上を狙ったコーティングも合わせて使用される事もある。
[編集] 手ぶれ補正機構
レンズ内のジャイロ機構によって手ぶれを補正する機構。詳細は同項を参照。
[編集] デジタル対応/デジタル専用レンズ
通常の写真用フィルムに比べて、デジタルカメラのイメージセンサーは斜めから入ってくる光を捉える性能が低いといわれている。このため、特に広角レンズなどでフィルムカメラ用に設計されたレンズでは、周辺部が暗くなる（周辺減光が目立つ）ケースが多い。他にも、斜めに入射する光がデジタルカメラ特有の画質劣化の原因となるといわれている。このため、デジタルカメラ対応を謳う設計の新しいレンズにおいては、出来るだけイメージセンサーに対する入射角が垂直に近くなるような設計（このようなレンズをテレセントリック光学系とよぶ）が行われる。又、イメージセンサーの表面やローパスフィルターなどが光を全反射するため、レンズとイメージセンサーとの間で発生する光の反射が写りに悪影響をもたらす場合がある。これらを改善するためにレンズのコーティングや光学系を見直し、よりデジタルカメラに適した設計を行ったデジタル対応レンズが販売されている。さらに、イメージセンサーの面積は従来のフィルムよりも小さいため、イメージサークルの大きさをこれに合わせて小さく設計し、性能の割に小型で低価格になるようにしたレンズも作られており、デジタル専用レンズとして販売されている。
[編集] レンズのブランド
カメラメーカーでは、長い間レンズにブランドが付けられていたが、1990年代以後ニコン･フジなど一部を除いてレンズへのブランド使用を中止している。又、製品のブランド名が定着し、ブランド名に社名変更した企業も多い。
- オリンパス - ズイコー、ズイコーデジタル
- キヤノン - セレナー
- 興和（コーワ） - プロミナー
- コシナ - コシナー、コシノン
- コニカ（旧・小西六 / 現・コニカミノルタ） - コニター、ヘキサー、ヘキサノン
- 小堀製作所 - テフノン
- コムラー（旧・三協光機） - コムラー、コムラノン
- タムロン（旧・秦成光学） - タムロン
- トキナー（旧・東京光器製作所） - トキナー
- トプコン（旧・東京光学） - トプコール
- ニコン（旧・日本光学） - ニッコール
- 日東光学 - コミナー
- 富士フイルム・フジノン（旧・富士写真光機） - フジナー、フジノン
- ペトリ（旧・栗林写真工業） - オリコール
- ペンタックス（旧・旭光学工業） - タクマー、smc ペンタックス
- マミヤ - セコール
- ミノルタ（現・コニカミノルタ） - ロッコール、プロマー
- リコー - リケノン、リコマット
- ヤシカ - ヤシノン、ヤシコール、ヤシマー
なお、ライカやカール・ツァイスなど海外のメーカーではレンズ分類ごとにブランド名がつけられている事が多い。
[編集] 関連項目
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