写真レンズ

概要

写真レンズには、多くの場合絞りと焦点調節（ピント合わせ）機構が組み込まれている。レンズのスペックには口径比（F値）と焦点距離（mm）などがある。F値が小さいほど明るく、他の条件が同じなら速いシャッター速度で撮影できるレンズである。分類にはいろいろあるが、焦点距離による分類では、超広角レンズ、広角レンズ、標準レンズ、望遠レンズ、超望遠レンズなどがある。焦点距離が固定のものは「単焦点レンズ」と呼び、連続的に可変するものを「ズームレンズ」と呼ぶ（ズーム操作によって焦点が移動しないもののみを「ズームレンズ」とし、焦点が移動するようなものも総称する場合は「バリフォーカルレンズ」と呼び分けることもあった）。
以上は小型カメラ用である。レンズ交換式小型カメラの場合、シャッターはフォーカルプレーンがもっぱらである。レンズ非交換のコンパクトカメラなどではレンズシャッターである。大判カメラ用レンズでは、そもそも焦点調節機構を持たないし（蛇腹で、レンズボードごと移動してピントを調節する）、全ての機種において、レンズシャッターを使う。
カメラの歴史の初期には、1枚だけのレンズ（単玉レンズ）を用いていたこともあったが、その場合収差が大きく鮮鋭な像が得られず、比較的その影響を少なくするため口径を小さく（F値を大きく）すると、光量が少なくなって露出時間が長くなるという問題がある。このため複数枚のレンズを組み合わせて、より収差が少なく鮮鋭であり、かつ口径の大きなレンズを作る試みが長年続けられてきた。当初はレンズの焦点距離の固定された単焦点レンズであったが、後に焦点距離が可変のズームレンズも作られるようになった。

レンズの主な分類

以下に挙げる分類はあくまで概念的なもので、製品によって必ずしも厳密に当てはまらない場合もある。

画角による分類

「広角ズーム(～24mm」「標準ズーム(～70mm)」「望遠ズーム(70mm～)」に分けられる。近年の高性能化でズーム倍率が高くなり、レンズ1本で広角から望遠まで撮影できるレンズが増えたが、それらは「高倍率ズーム」と称される事もある。高倍率ズームの名称を使わない場合は、最大焦点距離でそれぞれの位置に分類されていることが多い(18-55なら標準、18-140なら望遠等)。

レンズのテクノロジー

この節ではだいたい戦後使われるようになった新しめの技術について述べる。

非球面レンズ

通常のレンズではレンズ表面の曲率が一定な球面レンズを使用するが、球面レンズには平行光線を完全な形で一点に収束させられないという欠点がある。この欠点を解消するため曲率を連続的に変化させてレンズ形状を非球面状態にしたレンズが非球面レンズで、これを用いることで大口径レンズの球面収差補正、広角レンズの歪曲収差補正、ズームレンズの小型化が可能になる。

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が発生する。特に望遠、超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。写真レンズは屈折率やスペクトル光のずれ具合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補正するが、蛍石（フローライト、フッ化カルシウム）は通常の光学ガラスと比較するとスペクトル光のずれが異常に少ないため、これをレンズとした蛍石レンズを使用することで色収差補正における設計自由度が向上し、色収差を補正しやすくなる。また、通常の光学ガラスを用いて同等の色収差補正を実現するよりも小型・軽量化しやすくなる。しかし蛍石は研磨が難しい、結晶であるため割れやすいなど難しい点がありコストアップ要因であるため、蛍石レンズを使用した民生用レンズを販売しているメーカーでもごく一部でしか採用していない。近年では蛍石と似た低分散性を持つ異常分散ガラスを用いた異常分散レンズが開発され、高級製品から量産タイプまであらゆるレンズで用いられるようになっている。

高屈折レンズ

高い屈折率を持つ光学素材を使用することにより、画質を改善することができる。またレンズの軽量化にも有効である。トリウムを添加した高屈折ガラスは高屈折率と低分散特性を持ち、1950年代-1970年代までは一部のレンズで使用されていた。国内では旭光学（現在のペンタックス）のレンズを中心に使用されたが、数年で黄色や茶色に変色する点、微弱ながらガンマ線が放射される点などが忌避され使用されなくなった。酸化鉛を添加した鉛ガラスは高屈折率と高分散特性を持ち広く使用されたが、2000年過ぎ頃より鉛による環境汚染を防止すると称するRoHS対応のため徐々に使用されなくなった。現在は酸化ストロンチウムや酸化バリウムを添加したガラスが使用されるが光学性能はトリウムガラスや鉛ガラスには及ばない。

回折光学素子（回折レンズ）

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ことで、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。これが回折光学素子（回折レンズ）である。これを用いること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こと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。

フルタイムマニュアルフォーカス

オートフォーカスを作動させている状態のままレンズのフォーカス切り替えスイッチを変えることなくマニュアルフォーカスでピントの微調整ができる機構。超音波モーター搭載レンズの独擅場であったが、ミノルタ（現コニカミノルタ）はボディー、ペンタックスはレンズの構造を変更することで超音波モーターを搭載していない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している。
メーカーによって呼称が違いキヤノンでは「フルタイムマニュアルフォーカス」、ニコンでは「M/Aモード」、コニカミノルタ・ソニーでは「DMF (Direct Manual Focus) モード」ペンタックスでは「QSFS (Quick Shift Focus System)」オリンパスでは「フルタイム・マニュアルフォーカス、S-AF+MF/ C-AF+MF」などとメーカー別に呼称が違うので注意が必要である。

インナー（インターナル）フォーカス/リアフォーカス

大きく重いレンズのピント合わせで全群を動かすと、ピントリングの操作が重いものになり撮影者の負担となる。これを解消するため、レンズの最後部・もしくは中間部のみを動かすだけでピント合わせができるよう設計することで、軽く操作できるようになる。他にも、「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となる」「レンズ前玉部が動かないためレンズフィルター操作（とくに偏向フィルターやクロスフィルター使用時）に影響が出ない」などの利点がある。オートフォーカス以前からあった技術ではあるが、オートフォーカスレンズではフォーカシング速度の向上に大きく寄与するため、さらに広く使われるようになった。

フローティング

通常、一般的によく撮影される特定の撮影倍率を基準として各収差は補正されており、それ以外の倍率では収差が大きくなることがある。うまく設計することにより、一部のレンズの相対位置をずらしてフォーカス移動にともなう収差変動を制御できるため、全域に渡って収差が抑えられた写真レンズとすることができる。これをフローティングと言うが、高精度のカム加工を必要とし高価でもある。

コーティング

光がレンズを通るとレンズ表面で反射すること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やゴーストが発生する。これを抑えるためにコーティングに関する研究開発が行われたが、初期のものは単層膜コーティング（モノ・コーティング）であった。
やがて光学性能に対する要求の高まりと、蒸着技術の向上ととも1952年（昭和27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、「アクロマチック・コーティング」が開発され、その反射色から「緑のロッコール」とも呼ばれた。
以降はカラーバランスを保つにも有利な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）が米国 OCLI（Optical Coating Laboratory Incorporated）による技術供与により開発、1970年（昭和45年）に発表した、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」（SMC）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」（SSC）や「SWC (Subwavelength Structure Coating)」、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」、ペンタックスの「エアロ・ブライト・コーティング」、カール・ツァイスの「T*コーティング」、ローライの「HFT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・撥油効果やキズへの耐性等のメンテナンス性の向上を狙ったコーティングも合わせて使用されることもある。代表的なものとしてペンタックスの「SP (Super Protect) コーティング」がある。

手ぶれ補正機構

レンズ内のジャイロ機構等によって手ぶれを補正する機構。

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（周辺光量の低下が目立つ）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、でき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。また、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、小型イメージセンサーを持つ機種は、従来のフィルムカメラよりも小さなイメージサークルで対応できるので、イメージサークルを小さく設計し、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。