無一居

写真レンズの復刻「むいちきょ」
紀元2012年1月創業

レンズの収差についての論考

収差は消すものか足すものか? - 2012.11.20


 物体の表面は光を反射していますので、人間は目でその光を捉える事によって知覚できます。レンズも同様で光を集めます。しかし球面のガラスを使って平面(フィルム面或いはセンサー面)に平らに結像させるのは簡単ではありません。現在はこの難しい幾何学計算をコンピューターで行いますので、数学の専門家である必要はなくなってきているかもしれませんが、かつてはたいへんな作業でした。それでもf値を絞れば収差はある程度克服できるので、すでに19世紀から優秀なレンズも残っています。それでも意図的に収差が残されたままのレンズもたくさんあります。

 これは現代のCCTV(防犯カメラ)レンズ、その中でも500万画素の高級品を作っているメーカーが発表している収差図です。

CCTVレンズの収差図
 左の収差は非点収差を示す図とあり、右は歪曲収差を示すものです。下の目盛りを見ると非常に小さい値なので、ほとんどゼロに近い優秀なものと見なせます。こういうものが質の良い高価な部類のものでも1,000円に満たない価格で販売されています。これだけ優秀なものであれば、写真撮影用のレンズにも転用したらどうでしょうか。しかしそういう使い方はされていません。なぜなら20世紀始めぐらいまでのレンズは無収差を目指して作られていて、その教訓から収差ゼロのレンズは平たい、味気ない描写になってしまうことを学んだからだろうと思います。この時に検討を経て加えられることもある収差というのは、どういうものがあるのでしょうか。基本的な方向性はだいたい決まっています。

シネレンズの収差図
 この収差図は、球面収差図を左に追加したもので、3部編成で示されています。結構一般的だった映画(英:シネ、独:キノ)用レンズの収差パターンです。下の目盛りの大きさで度合いを量ることができます。球面収差は左にカーブした後、右に振れていてプラスに過剰補正されています。キノはプラスが多いです。もちろんスチールでもこのようなものはありますし、ゼロに合わせているものも多数あります。大量にプラスかマイナスに振るとソフトフォーカスになります。一般的にはプラスマイナス0.3ぐらいで収めます。大口径のボケ玉は1ぐらいかそれを越える例もあります。この場合プラスが多いです。マイナスであれば1は多過ぎます。このグラフの線はまっすぐに立つこともあります。軍事産業用で使われます。鑑賞写真や映画では図のような曲線を描くようにするのが良いとされています。

 真ん中の非点収差図ですが、マイナス1ぐらい(像面湾曲)になっています。点線も引かれているのがわかりますが、それはプラスの方に逸れています。捻じれたようなボケ(非点収差)になりますが、キノでは多用されます。オールド・ライカは線が重なってマイナスに倒されます。ベレクの本にもそうするのが良いと書いてあります。せいぜいマイナス1ぐらいです。ライカではプラスは珍しいです。これもカーブして中央に戻すのが理想的です。

 歪曲収差もマイナスになっていますが、これはプラスも結構あります。いずれにしても中央に戻すのが良いとされています。60年代のドイツはすべて左巻というのが多いです。

 他には色収差の使い方やガラスの選定も関係があります。色収差があると色彩が変わって好ましくありません。それにも関わらず欧州のレンズは現代でも色収差を足していく傾向があります。色収差を足すとパースペクティブが増すからと説明されることがありますが、それだけではなく、瑞々しい描写を得る事もできます。色収差には2種類が指摘されていて像面に対して縦にずれるか横にずれるかということですが、これを組み合わせて狙い通りの色彩感を獲得します。白い紙に黒いインクで文字が書かれたものを斜めから撮影すると中央は黒ですが、手前は紫、奥は緑に変色します。基本的には好ましくはありませんが、この匙加減で美しい色彩感を演出することが可能なので積極利用されることがあります。せいぜい0.2とか0.3ぐらいです。日本のレンズはこの収差を完全に消す方向で設計する傾向がありますので、欧州のものとは考え方が異なると言われています。色は光の三原色で補正しますが、仏キノプティックは五色補正を掛けて製造まで緻密に組むので、一回分解すると性能を失うとさえ言われるほど繊細に作られています。しかしそれは収差をゼロにするということではありません。望む収差状況にするために緻密に合わせ込んでいます。

 基本的な方向性としてはこのようなもので、匙加減を変えてコンビネーションをどうするかがノウハウのほとんどだと言っても良いと思います。収差の加える方法自体は事実上、すでに語り尽くされていると言って良いと思います。収差を加えると言っても収差曲線がカーブしてゼロに戻すのであれば、これは仮想的な無収差となるのでしょうか、この特性は整ったレンズを作るのに必要なようです。画角を広げて見ていって、線が軸に戻っていれば、実際の使用画角で戻っていなくても良しとされます。真っすぐは良くないことが多いとされます。収差を加えると言っても0.3ぐらいであれば無収差という言い方もできるし、厳しく見ればCCTV高級品でも収差有りになるしというそういう感じになります(こうした工業用は工作や材料に精度を求めないので設計では完璧に近づけているだけで実際の商品は誤差があります)。動画用の場合はしっかり収差を足していきますが、静止画用レンズの場合は収差が多過ぎると問題があるのでもっとゼロに近くなります。

 映画用のレンズがスチール撮影に適さないわけではありません。キノ・プラズマートはその名の通りキノ Kino(独語。英語なら、シネ Cine:シネマ Cinema)ですから、完全な動画用であって盛大な収差が特徴ですが、当時の広告を見ると「ライカにも使える」という記述が見られます。シネレンズの黎明期から静止画撮影転用でも良いという認識があったのは驚きです。本コラムには幾つかのシネレンズが掲載してあります。キノプティック以外にもアストロ・ベルリンやソン・ベルチオがあります。映画用は収差が大きく振られるので、加減の幅も大きく、そのためにいろんな個性のものが出てきたのかもしれません。

 写真、動画用レンズにおける "完全な収差補正" とアナウンスするメーカーの説明は、基本的にはゼロに消すということを意味していますが、実際は研究されたある箇所へ狙い打ちされた補正を掛けるということを意味しています。ですから「良好に補正」と言う言葉が使われることもあります。企業秘密なので縦収差図はほとんど出していません。その補正の基本的な方向性は時代によって練り上げられてきたものであること、後は匙加減とガラスの選定等々であるということになります。鏡胴の内部構造の研究も進んでいます。


大メーカーが向う収差の方向性 - 2013.12.07


 追記として、最近こういう記事を見つけたので以下に拡大もできるようにします。

ニコン、レンズの「味」数値で評価
 「味」というと民族性とも関係があります。その観点から看ると味は考えない方が良さそうです。自分たちの感性だけで自信をもってやった方が結局は良いものができそうです。世界中のいろんなものをあれこれ研究しては取り入れるとインターナショナルになってしまいます。しかし時代が求めています。それでこういう装置が作られたのかもしれません。ニコン固有の味は愛されていますが、やはり携わっている技術者は進歩を考えます。AIなども出てきているので、新境地を開拓するのかもしれませんね。かつての一眼レフはフランジバックが長いことでレンズ構成にも制約があって難しいですから、ミラーレスが増えてきたのはレンズの味という観点からはとても良い方向です。

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