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。
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。
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。
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。非球面レンズ
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。
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。
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。
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。超音波モータ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。
超音波モーター採用のパイオニアであり、高級レンズ(リングUSM)から普及レンズ(マイクロUSM)に至るまで多くの製品に採用。略号USM (Ultrasonic Motor)。
以前は主に高級レンズ群に採用されていたが、近年発売のレンズは高級〜普及モデルまでほぼ全てが超音波モーター搭載となっている。略号SWM (Silent Wave Motor)。
D3000/5000シリーズではボディモータータイプのレンズを作動させるカップリングを廃止しているため、レンズ内モーター搭載レンズ以外はAFを駆動させることが出来ない。
2016年より一部のレンズで静寂性重視でパルスステッピングモーターが導入されている。
コニカミノルタ(旧ミノルタ)/ソニー(α)
一部のレンズに搭載している。略号SSM (Super Sonic Motor)。
コンタックス645用レンズおよびNシリーズ用レンズに搭載している。
キヤノン・ニコン・シグマ・ペンタックス・ソニー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及びニコンデジタル一眼レフ専用一部普及レンズのみ。略号HSM (Hyper Sonic Motor)。
デジタル一眼レフ専用高性能レンズ群「DAスターレンズ」全てを含む、一部レンズに搭載。略号SDM (Supersonic Direct-drive Motor)。
「SUPER HIGH GRADEシリーズ」の一部と「HIGH GRADEシリーズ」の一部に搭載。略号SWD (Supersonic Wave Drive)。
パナソニック/ライカ
フォーサーズ・システム対応レンズ「ライカDバリオエルマー14-150mm」で搭載。略号XS (Extra Silent)。
キヤノン・ニコン・ソニー各カメラ用に搭載。略号USD (Ultrasonic Silent Drive), PZD (Piezo Drive)。
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。
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。
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。
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。手ぶれ補正機構
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デジタル専用と対応の違いは、フィルム(多くは35mm判を想定)撮影時にケラレが発生するか否かである。。
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。
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。
ソニー (SONY) - Gレンズ(G Lens)、カール・ツァイスレンズ (Carl Zeiss)、Gマスター(G Master)
オリンパス(旧・高千穂光学) - ズイコー (ZUIKO)、ズイコーデジタル (ZUIKO DIGITAL)、Mズイコー(M.ZUIKO)、Mズイコープロ(M.ZUIKO PRO)
キヤノン(旧・精機光学) - セレナー (SERENAR)
興和(コーワ) - プロミナー (PROMINAR)
コシナ - コシナー (COSINA)、コシノン (COSINON)
コニカ(旧・小西六 / 現・コニカミノルタ) - コニター (KONITAR)、ヘキサー (HEXAR)、ヘキサノン (HEXANON)
小堀製作所 - テフノン (TEFNON)
コムラー(旧・三協光機) - コムラー (KOMURA※)、コムラノン (KOMURANON)
タムロン(旧・秦成光学) - ロクナー (ROKUNAR)、タムロン (TAMRON※)
トキナー(旧・東京光器製作所) - トキナー (TOKINA※)
トプコン(旧・東京光学) - シムラー (SIMLAR)、トプコール (TOPCOR)
ニコン(旧・日本光学) - ニッコール (NIKKOR)
日東光学 - コミナー (KOMINAR)
富士フイルム・フジノン(旧・富士写真光機) - フジナー (FUJINAR)、フジノン (FUJINON※)
ペトリ(旧・栗林写真工業) - オリコン (ORIKON)、オリコール (ORIKKOR)
リコーイメージング(旧・旭光学工業) - タクマー (TAKUMAR)
マミヤ - セコール (SEKOR)
ミノルタ(旧・千代田光学精工 / 現・コニカミノルタ) - ロッコール (ROKKOR)、プロマー (PROMAR)
リコー(旧・理研光学) - リコー (RICOH※)、リケノン (RIKENON)、リコマット (RICOMAT)
ヤシカ(旧・八州光学) - ヤシノン (YASHINON)、ヤシコール (YASHIKOR)、ヤシマー (YASHIMAR)
※ - 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。