最も基本的な形では、レンズは曲面を備えたガラスまたはプラスチックです。レンズは、屈折と呼ばれる物理現象を利用して光線を曲げるために使用されます。
光は、密度の異なる物質の中をさまざまな速度で移動します。たとえば、ガラスやプラスチックよりも空気中をすばやく移動します。
したがって、光が空気とレンズのガラスの境界を越えると、速度が低下します。光がレンズに斜めに入ると、速度が低下すると光線の方向も変わります。これは屈折です。それが起こる理由を理解するために、ブルドーザーを想像してください。トラックが一方の側でもう一方の側よりもゆっくり動く場合、ブルドーザーは回転します。同様に、光線がレンズに斜めに入ると、最初に入る部分の速度が低下するため、光線の経路が曲がります。
表面が外側に湾曲しているレンズは、光線を収束させ、凸レンズと呼ばれます。カメラのイメージセンサーに遠くから光を集中させるために使用されるのはこのプロセスです。レンズの前部要素からそのレンズが焦点の合った画像を投影する場所までの距離は、焦点距離として知られています。焦点距離はミリメートルで測定され、長いほど画像は拡大され、画角は狭くなります。
現代のレンズの内部
科学では一枚の湾曲したガラスがレンズと見なされますが、カメラに取り付けられているレンズははるかに複雑です。最新のカメラレンズの本体には、20個以上のレンズ要素があり、それらはすべてそれ自体がレンズと見なすことができます。
レンズエレメントは最も一般的にガラスで作られていますが、CanonのLシリーズなどの一部のハイエンドレンズには、フルオライトで作られたエレメントが組み込まれています。一方、バジェットレンズには光学プラスチック製の要素が含まれている場合があります。
レンズ要素の組み合わせは、カメラによってキャプチャされた画像に光学的欠陥がないことを保証するために使用されます。単一のレンズは、異なる波長の光を異なる程度に屈折させる可能性があり、これにより、色収差として知られる物体のエッジの周りに色付きの縞が生じる可能性があります。レンズ要素の組み合わせを使用することにより、これらの問題を減らすことができます。
フォーカスコントロールは、複数の要素を使用するためのもう1つの動機です。一眼レフは、設定された距離からの光のみを集束させることができます。レンズ要素の一部を動かすことができる機構を組み込むことで、被写体のピントが合う距離を変えることが可能になります。
レンズには、正しい露出を実現するために、フィルムまたはイメージセンサーに到達する光の量を調整するメカニズムも必要です。これは、人間の目の虹彩のように、開口部のサイズを調整できるようにする、多数の可動ブレードで構成される絞りを使用することで実現されます。
迷光はレンズフレアを引き起こし、画像のコントラストに影響を与えるため、レンズ内部で跳ね返る迷光も考慮事項です。したがって、レンズ要素には、反射を減らすように設計されたコーティングが施されています。他のコーティングを使用して、たとえばUV光を遮断することにより、画像のカラーバランスを修正することができます。
古いレンズは純粋に機械的でしたが、現代のレンズには豊富な電子機器が含まれています。モーターにより、カメラは自動的にフォーカスを設定し、露出を制御できます。ビデオカメラ用のサーボ駆動ズームレンズは、ボタンを押すだけで焦点距離を調整できます。一部の高度なレンズには、手ぶれを検出するモーションセンサーが組み込まれており、モーターを使用してレンズ要素のグループを調整し、ハンドヘルドでの撮影時に画像を安定させます。
レンズの種類
この基本的な技術は、レンズの目的に応じて、さまざまな方法で適応させることができます。構造の違いにより、一部のレンズは特定の種類の作業により適したものになり、コストにも影響します。
プライムレンズの焦点長は固定されているため、視野角も固定されています。キャプチャする画像のサイズを変更する場合は、カメラを動かす必要があります。ズームレンズには、焦点距離を変更し、その結果、画角を変更するために相互に移動できるレンズ要素があります。外部ズームレンズは、レンズの本体を伸ばすことでこれを実現します。これは、マットボックス付きのカメラリグを使用している場合に問題を引き起こす可能性があります。したがって、レンズ本体内の要素を動かして焦点距離を変更する内部ズームレンズは、映画製作により適しています。
ほとんどの静止画レンズは映画製作にも同様に使用できますが、シネマトグラフィー用に設計されたレンズに固有の特定の機能があります。ほとんどの静止画レンズの焦点距離を変更する場合は、画像の焦点を再調整する必要があり、フィルム作成時にズームインまたはズームアウトが実用的ではなくなります。シネマズームレンズは同焦点であるため、焦点距離を変更しても焦点が維持されます。
静止画撮影レンズの絞り設定は、レンズの焦点距離と絞りの直径から計算された単純な比率から導き出されるF値でマークされます。ただし、レンズ内のレンズ要素の数などの要因が、カメラのイメージセンサーに到達する光の量に影響を与える可能性があるため、同じF値に設定されたレンズ間で露出に差が生じる可能性があります。
これは静止画の問題ではありませんが、映画製作では、カメラマンがシーケンス内のショット間の露出を一致させることができる必要があります。シネマレンズの絞り設定は、イメージセンサーに到達する光のレベルを示すTストップ（透過ストップ）でマークされているため、同じTストップに設定された2つのレンズの露出レベルは一致します。
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レンズがどのように機能するかをよりよく理解できたので、次のフィルムプロジェクトに適したレンズを選択するためのアドバイスについては、VideomakerのUltimateGuideにアクセスしてください。
Pete Tomkiesは、英国マンチェスター出身のフリーランスの撮影監督兼カメラマンです。彼はまた、Duck66Filmsとして短編映画を制作および監督しています。