デジタルカメラにとって良いレンズとは

質問

カテ違いでなく、理系の質問ということで、よろしくお願いします。

デジタルカメラの撮像素子の構造上、フィルムと違い光束の方向性が問題となってきます。
「受光部がピクセルの窪んだ位置に有るため」が、その理由であるそうで、斜め方向から光が入ってくると周辺光量が不足したり、色ずれが発生したりとフィルムの場合には起こりにくい現象が、メーカーサイドで確認されているそうです。
それは理解できます。
そこでデジタルカメラ専用レンズは、撮像素子の周辺部まで、ほぼ垂直に光が入射するように設計されているとのことです。

以下質問になりますが、レンズは被写体からレンズの受光面に到達した光束を適切に屈折することで結像するものと思います。
つまり、撮像素子の面に入射するほとんどは斜め光線で占められると考えます。
撮像素子の面に垂直に光が入射するようにしたら、平行光線になり結像しないように思えます。どう考えても作りえないように思えます。考え違いでしょうけれど。
せいぜい、バックフォーカスをできるだけ長くするようなことしか考えられません。

どのような設計なら撮像素子の面に垂直に光が入射するようになりますか。

実は、フィルム用従来レンズが使用できるデジタル一眼レフか、デジタル専用レンズの一眼レフかで悩んでおります。

回答No.3

noname#11476 · ベストアンサー

いまは２つの解決策があります。

１．レンズのＣＣＤ側の光線がＣＣＤに対して垂直となるようにする。
ご質問者ができないのではと考えた方法です。
これは後側テレセントリックレンズといい、実は可能です。
もちろん単レンズではできませんが複数のレンズを使うことで可能になります。
特に難しい設計というわけではありませんが、最近の小型でかつ高解像度を実現し、さらに後ろテレセン（片テレセンとも：どちらも略称です）にするのは大変なので次の対策が主流になっています。

２．ＣＣＤ側の対策
たとえばデジタルカメラにはフィルム用のレンズが使えたりします。
どうやっているかというと、ＣＣＤの画素の前にマイクロレンズアレイをおき、斜め方向からの光でもきちんと画素に入るようにしているのです。
最近のＣＣＤではこの対策はすでに当たり前になってきています。

実はこのマイクロレンズによる画角の改善はＣＣＤだけの話ではなく、液晶テレビでも行われています。
最近の液晶が斜めから見てもちゃんと見えるのはマイクロレンズアレイで改良しているわけです。

では。

お礼

明確な回答でよく分かりました。
1.については、汎用のデジタルカメラ用としては、難しそうですね。
2.について、色々検索してピクセルの断面図を見つけてマイクロレンズも確認できました。
半球状で、これなら垂直光線に拘る理由は無いと思いました。
液晶モニターが以前は正面でしか見えず不自由に思っていましたが、確かに最近は横から見えます。マイクロレンズアレイなのですね。ドットピッチ精度大変そう。
安心してデジタル一眼レフを選定できそうです。
ありがとうございました。

回答No.2

assamtea

こんばんは。

> せいぜい、バックフォーカスをできるだけ長くするようなことしか考えられません。

私もご質問に書かれている通りだと思います。

単純に受光面に光を垂直に当てるなら、結像するCCD位置に凹レンズを
うまく置けば、平行光に近くする事は出来ると思いますが、いくらデジカメ
のレンズとは言えそんな設計をするなんて聞いたこと無いです。

それに、↓の
http://cweb.canon.jp/camera/eosd/kissd/catalog/index09.html

EOS kissデジタルの発売に合わせて発売される専用レンズの説明には、
通常のEFレンズよりも、バックフォーカスが短くなると書かれています。

通常、デジタルカメラはCCD又はCMOSの受光素子ですから、フィルムより
も面積が狭く、解像度を求めますが、光の入る角度は余程小型な設計を
しなければ大きな問題にはならないのではないでしょうか？

そして、この角度の問題は光学系の設計によって対処するよりも、CCDに
よって対処した方が良いのでは無いでしょうか？

現に、CCD間の配線を下に配置することによって、ご質問の問題を解決した
CCDが開発されたと、どこかで見た覚えがあります。

おそらく、デジタル専用レンズの一眼レフは、
・レンズ設計がコンパクト
・MTFチャートを見るとコントラストよりも解像度よりの設計をする
・焦点距離が、35mmに換算すると1.6倍になるので、上記の18-55のように
　広角側を考えて設計し、かつコスト的にも考えた設計とする
位の違いしか思いつきません。

お礼

そうですよね。撮像素子がフィルムより小さいので小型化したり機械精度を上げたりしていくために、先行きの自由度を考えれば、マウントでさえ度々変更してきたキャノンの場合バックフォーカスもデジタル専用としますよね。

同感です。撮像デバイスの欠点ですから、レンズ設計が制約を受けないように、改良してゆくものでしょう。
フィルムは１００年以上の歴史が有るから、撮像素子は、こらから改良を重ねていくものでしょう。

従来レンズも使用できるデジタル一眼レフを選択しても良さそうですね。クラシックレンズでさえ遊べますから。
ご回答ありがとうございました。

回答No.1

LCR707

光学はまったく専門外ですが、エドモンドの製品にテレセントリックレンズというのがあります。普通のレンズは画角の端では内側から覗いたような絵になりますが、このレンズで見ると常に真上から見た絵になるそうです。仕組みとしては、対物レンズの焦点位置に絞りを設けて、斜めに入射した光を除去し、対物レンズにほぼ平行に入射した光のみを利用するようです。
　同様な考え方で、ＣＣＤの直前のレンズの焦点位置に絞りを置けば、ＣＣＤにはほぼ平行光線のみが照射されそうに思います。（あまり自信はありません）

参考URL：

http://www.edmund.co.jp/index.htm

お礼

有るものですね。
大変参考になりました。
どうやら像側テレセントリックというのが、センサー側の光束を平行にできるようですね。
平行ならフランジバックの精度が不要なようで、ある意味有用に思いました。
しかし、斜め光線を除去するそうですから、効率が低いのではないかと心配になることと、寸法や構成の設計にかなりの制約があり、デジタルカメラ用には商品化されにくいと思いました。

ありがとうございました。