写真レンズ

写真レンズ（しゃしんレンズ）とは、写真撮影用・写真機（カメラ）用のレンズで、写真用レンズともいう。写真撮影カメラの主要な構成要素のひとつであり、レンズ交換式カメラでは独立したモジュールとして、「レンズマウント」にネジ込み構造やバヨネット構造などで取り付けられる。レンズ交換式でないカメラでは内蔵ないし通常は取り外されない構造のモジュールとなっている。
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。
単焦点レンズ.
焦点距離が固定されたもの。焦点距離を連続的に変化させられるズームレンズに対する概念。ズームレンズと比べ、
といった特徴を持つ。
写真学校などでは、ズームレンズから入るとズームに頼ってしまい足を使わなくなってしまう（1点からの画角調整ばかりをして前後左右にアングルを調整することを考えない）などとして、「まずは単焦点の標準レンズから」などと言われることがある。
ズームレンズ.
画角（焦点距離）を一定の範囲で連続的に変化させられるもの。かつては、画角の変化にともなってフォーカスの移動が生じないものを特にズームレンズ、生じるものも含めてバリフォーカルレンズ（可変焦点レンズ）と分類することもあったが、近年は特に分類しないことも多い。
ズームにともなうフォーカスの移動の補正には、光学設計の段階で焦点移動を極力少なくした「光学補正式」 (Optical compensation) と精密カムによるレンズ群の非線形な移動で補正する「機械補正式」 (Mechanical compensation) が従前用いられてきた。カメラ本体のオートフォーカス性能の向上に伴って、焦点移動の補正を電子制御に依る「電子補正式」 (Electoronic compensation) も登場した。
ズームレンズは単焦点レンズに比べ、
といった難点があったが、光学設計技術の進歩により欠点は縮小傾向にある。
ズーム機構は手動で動作させるものが多いが、動画撮影向けのものには電動モータによってズーム動作する電動ズームがある。
工業用レンズではコンピュータ制御によって正確に倍率制御ができるものがあり、拡大計測においてズーミングごとの寸法補正が必要なくなるなど利便性が向上している。
ズームレンズはその機構上、4群ズームを除いて同じ絞りの大きさでも焦点距離によってF値が変わる。そのため本来は焦点距離ごとに絞りの大きさとF値を換算しなければならないが、カメラ側でこの計算を行い絞りを設定したF値に合わせて自動的に調整する機構が採用されるようになってユーザーはこれを考慮する必要がなくなった。
かつて絞りを手動調整していたころは「F○通し」という呼びは開放F値が全ズーム領域で等しい、すなわち焦点距離ごとのF値の変動のない高級な4群ズームレンズを指したが、絞りが電子制御化されてからは2群や3群ズームでもズーミングによるF値の変動はなくなり、「F○通し」という呼びは単に開放F値が全ズーム領域で等しいレンズを指すものになった。その中でもF2.8通しの14-24/24-70/70-200の3本を「大三元」、F4通しの同レンズ群は「小三元」の通称で呼ばれることがある。
日本においては、ズームレンズは、その普及し始めの時期には安易な道具と捉えられ、単焦点レンズに比べて画質で大きく劣るとされたが（これを名付けてズームレンズ文化包丁論と呼ぶ場合もある）、その後の技術の進歩により、遅くとも2007年頃までには、28-300mm（約10.7倍）のような高倍率ズームレンズであっても、単焦点レンズとの優劣差は一般的にイメージされるよりは小さくなり、プロの仕事道具としての使用にも耐えると評価されるようになっていた。
画角による分類.
焦点距離50mmをズーム領域の中心付近にもつズームレンズを標準ズームと呼び、それより長いものを望遠ズーム、短いものを広角ズームと呼ぶ。極端に長いものを超望遠、短いものを超広角と呼ぶこともある。ズーム倍率が10倍を超えるものは特に高倍率ズームと呼ばれることがある。
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。しかし近年の高倍率化のため2群ズームや3群ズームは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ことが普通で「多群ズーム」と呼ばれるなど、上述のように単純に分類できない光学系も増えてきた。
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/異常低分散（特殊低分散）レンズ.
光学ガラスには波長によって屈折率が異なる性質（分散）があり、色収差の原因になる。蛍石（フローライト、フッ化カルシウム）は光学ガラスの傾向を外れて異常に分散が小さく（異常部分分散）、これを素材とした蛍石レンズを光学系に組み込むことで光学ガラスレンズのみを用いるよりも高度に色収差を補正することができる。さらに密度が小さいためレンズの軽量化にもつながる。しかし蛍石レンズは扱いが難しく高コストなため採用は一部の高級製品にとどまり、代わりに蛍石に近い特性を持たせたガラス材のED（Extra-low Dispersion）レンズあるいはUD（Ultra Low Dispersion）レンズが開発され、高級製品から廉価製品まで広く採用されるようになった。
高分散レンズ.
低分散レンズとは逆に青色の屈折率が他の色よりも高い、高分散なレンズを用いて従来補正が難しかった青色の補正を行うことができる。この高分散レンズをキヤノンではBR（Blue Spectrum Refractive）レンズ、ニコンではSR（Short-wavelength Refractive）レンズと呼んでいる。
高屈折レンズ.
屈折率の高い素材のレンズを用いることにより、レンズ枚数を減らし画質の改善やレンズの軽量化に有利になる。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）.
光の回折現象を利用した素子で、同心円状に微細な溝が彫り込まれている。回折レンズは屈折レンズと逆向きの色収差を発生させるため、収差を打ち消すことができる。ただし画角が大きくなると撮像に回折素子の影響が出てしまうため、採用は望遠レンズに限られている。キヤノンでは多層構造にした「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」として一眼レフカメラ用レンズの他、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ている。
超音波モーター.
超音波振動で駆動し、静穏かつ高速にオートフォーカス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した。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、ペンタックス、オリンパス、シグマの一部のレンズにも採用されている。また普及版など一部例外はあるもののフルタイムマニュアルフォーカス（後述）が可能である。
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.
フォーカシングに伴って変動する収差を、フォーカシングに用いるレンズ群を複数の群に分割してそれぞれ別の動きをさせることで補正する方式。キヤノンやソニーは単にフローティングと呼んでいるが、ニコンは全体繰り出し方式のレンズの一部を浮動させるものを近距離補正方式（CC：Close-Range Correction）、それ以外のものをマルチフォーカス方式（Multi-FS）と呼んで区別している。
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（現リコーイメージング）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レンズをデジタル対応レンズと呼ぶことがある。
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たレンズも作られている。このようなレンズはデジタル専用レンズと呼ばれる。
フィルム写真が主であった時代には多くの消費者は小判のプリントで鑑賞するだけであったが、デジタル時代になりディスプレイ上でのピクセル等倍での観賞が容易に行われるようになり、一般消費者による写真レンズの評価基準も等倍観賞を前提とする厳しいものとなった。このため、デジタル対応レンズでは精度向上や各収差の低減がより志向されるようになった。
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。また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。
※ - レンズブランドが社名になった例である。
いち早くレンズへのブランド使用を止めたのはキヤノンで、1957〜1959年ごろにはすでにセレナー銘の使用を止めている。ライカやカール・ツァイス、フォクトレンダーなど海外ブランドではレンズシリーズ毎の名前がブランド名的に扱われているものもある。