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世界のことを知りたい

読書習慣を付けたい。…マンガも本だよね?…バナナはおやつだよね?

レンズの収差についての説明はキャノンの子供向けサイトが分かりやすい。カメラ初心者は読んでおくといいかも!

カメラ

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レンズには収差というものがあって、うまく焦点に光が集まらなくなってしまいます。こうした収差はソフト側で修正できますが、収差とはどういうものかは一応知っておきたいです。

ということでちょっと検索してみたのですが、一番分かりやすかったのは「光のなぞ|キヤノンサイエンスラボ・キッズ」。素晴らしいです。

子供向けと言いながら説明のレベルは高い。私にはちょうど良いレベルでした。「すごく詳しい専門的な説明はしてくれなくていいけど、一般人向けの説明レベルよりは高くして欲しい」というレベル。本当にちょうど良いです。キャノンからすると私もキッズですね

でもキッズ向けだからと言って読むのを恥ずかしがる必要はありません。難しいレベルの話は基礎レベルの積み上げから成り立っていますから。…と自分に言い聞かせています。

収差とは

光を精密に集めるのは大変!|キヤノンサイエンスラボ・キッズ

球面収差って何?

ふつう、レンズの表面のカーブは、球の一部分を切り取ったようなもので、半径の決まった面(球面)です。これは、レンズの計算をしたり、レンズの材料となるガラスを機械でけずるときなどに便利だからです。しかし、レンズの面が球面だと、周辺に行けば行くほど面のカーブがきつすぎて、焦点距離(しょうてんきょり)が短くなってしまいます。このため、光が完全に1点に集まらず、ボケてしまいます。この現象を、球面収差(きゅうめんしゅうさ)といいます。 ボケる差はたいへんわずかなので、単純なしくみのルーペなどではわかりませんが、光を精密(せいみつ)に集める必要があるカメラレンズや、望遠鏡、顕微鏡(けんびきょう)などでは問題になります。

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非常に分かりやすいですね。だから非球面レンズを開発して光がうまく焦点へ向かうようにしていると。交換レンズに「非球面レンズが入っている」と宣伝する理由が分かりますね。

色収差って何?

とつレンズで光が折れ曲がって集まるとき、ちょっと困ったことが起こります。図で示したように、光はレンズの表面で2回、くっ折するのですが、そのしくみは光を分けるプリズムとよく似ています。つまり、赤や緑や青といった光の色ごとに、折れ曲がる角度がちがってくるのです。プリズムでは、このことを利用して光を分解しています。しかしレンズでは光を集めるのが目的なので、折れ曲がる角度が色ごとに異なると、色ごとに別々の場所に焦点(しょうてん)ができてしまいます。 たとえばカメラのレンズなら、赤い光でピントがあっても、青い光ではボケる…ということが起こり、精密な撮影(さつえい)のじゃまをします。このような現象をレンズの「色収差(いろしゅうさ)」と呼んでいます。

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こちらも非常に分かりやすい。波長によって 屈折率が違う。だから色収差が起きるのですね。

どうやって収差を減らす?

そしてこのページを読んで本当に良かったと思ったのは次の所。

色収差はレンズの持っている基本的な性質ですし、球面収差は球面を使っている以上、かならず発生します。ですからこの2つの収差は、レンズをつくる技術をどんなに精密にしても、完全になくすことができません。
そこで、カメラレンズや望遠鏡などのレンズの性能を上げるために、とつレンズとは逆の収差を持つおうレンズを組み合わせるなどして、色収差や球面収差を打ち消す工夫がなされています。高性能なカメラレンズや望遠鏡に、何枚ものレンズが使われているのはこのためです。

さらに最近では、もっと高い性能のレンズをつくるため、特別な方法が用いられています。
たとえば、色収差を取りのぞくための技術には、特別なガラス材料を使ったレンズがあります(UDレンズなどと呼ばれています)。このレンズの材料は、プリズムのような光を分ける効果が非常に弱いため、色収差の量を事実上、問題にならないくらいに小さくできるのです。
また、球面収差についても、周辺にいくに従って焦点(しょうてん)距離(きょり)が長くなるようなカーブの面をもつ、非球面レンズもつくられています。
これらの特しゅレンズを使ったカメラレンズや望遠鏡、顕微鏡(けんびきょう)は、たいへん高い性能を発揮します。

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交換レンズにはいくつもレンズが入っています。「どうして交換レンズ内にたくさんのレンズを置いているんだろう?」「それぞれのレンズはどういう考えのもとに入っているんだろう?」と疑問だったのですが、それがだいぶ解消されました。

交換レンズに虫眼鏡をいくつも置くようにして拡大するならたくさんある理由が分かりますが、通常は凸レンズと凹レンズが組み合わさっています。

この疑問に上で答えてくれています。もしかしたら正確ではないかもしれませんが、光を凸レンズで屈折させてから、凹レンズで屈折させれば収差が元に戻せるのではないでしょうか。正の角度に屈折させた後に負の角度へ、屈折率も変えて。

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このサイトの他の記事「カメラのしくみって?」とかも勉強になります。コントラスト検出ってこういうことなのね。

もっと早く読んでおけば良かった。カメラの初心者はさらっと読んでおくといいですね。