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光と光の記録[レンズ編] 安藤幸司 著
定価(本体3,000円+税) A5版 290頁 【2013年6月発行】
本単行本は、2005年から2007年にかけて映像情報インダストリアル掲載されたものである。単行本の1巻2巻が光の性質について紹介したのに対し、3巻目は光を結像する作用を持つレンズに焦点をあてている。
写真レンズは、16世紀のカメラオブスキュラに使われて以来、写真機(フィルム感光材)、テレビカメラ、デジタル固体撮像素子の眼として重要な役割を果たしてきている。電子機器がデジタルに次々と置き換わって来ている中で、光学機器の心臓部である眼=レンズがアナログ素子であるのは非常に興味深い。ことほどさようにレンズは奥行きが深く、極めるのに多くの時間と経験を必要としてきた。(著者まえがき より)

1章 レンズの種類
 〔1〕   レンズの種類
 1.1   レンズのいろいろ(Lenses)
 1.2   レンズとレンズマウント(Lenses and Lens Mounts)
 1.3   一眼レフ用交換レンズ(Single Reflex Camera lenses)
 1.4   CCTV用(Cマウント)交換レンズ
 1.5   ズームレンズ(Zoom Lenses)
 1.6   ENGズームレンズ(Electric News Gathering Zoom Lenses)
 1.7   大判カメラ用レンズ(Large Format Camera Lenses)
 1.8   顕微鏡レンズ(Microscope Lenses)
 1.9   望遠鏡レンズ(Telescope Lenses)
 1.10  その他
2章 レンズの機能―光を集める作用
 〔2〕   レンズの機能─光を集める作用
 2.1   近軸光線(Paraxial Rays、ガウス光学Gauss Optics)
 2.2   球面レンズの曲率半径と焦点距離の関係
 2.3   焦点距離と画角(Focal Length, Angle Of View)
 2.4   撮影倍率(Magnifi cation)
 2.5   カメラメーカの倍率、ユーザの倍率
   (1)   遠くにある物体
   (2)   等倍で見る
   (3)   拡大して見る
   (4)   像ができない位置
   (5)   虚像(Virtual Images)のできる位置
 2.6   ピント調整(フォーカシング、Focusing)
   (1)   ピントが合わない
   (2)   インナーフォーカス
   (3)   大判レンズのフォーカス調整
   (4)   顕微鏡のピント調整
3章 レンズの機能―絞りと集光ボケ
 〔3〕   レンズの機能―絞りと集光ボケ(Iris, Blur)
 3.1   イメージサークルと絞り(Image Circle, Iris)
 3.2   許容錯乱円(Allowable Image Blur)
 3.3   レンズ解像力の数値的表現
 3.4   光が集まる焦点位置
 3.5   絞り作用が効くレンズ、効かないレンズ
 3.6   テレセントリック配置
 3.7   絞りの位置−入射瞳、射出瞳(Entrance Pupil、Exit Pupil)
 3.8   絞りの位置による像の歪み
 3.9   特殊な光源を使った撮影での絞りの効果
 3.10   焦点距離と口径(Focal Length and Optical Diameter)
 3.11   F値の由来
 3.12   FストップとN.A.(Numerical Aperture)
 3.13   F値の光伝達能力
 3.14   絞りの光量調節機能
 3.15   Fナンバー、Tナンバー
 3.16   明るいレンズ(Fast Lens, High Speed Lens)の由来
 3.17   Fナンバーと有効Fナンバー
 3.18   絞りと周辺光量
 3.19   Cos4乗則
 3.20   焦点深度(Depth of Focus)、被写界深度(Depth of Field)
 3.21   過焦点距離(かしょうてんきょり、Hyper-focal distance)
4章 レンズの機能―結像作用
 4.1   ピンホールレンズ(Pinhole lens)
 4.2   完全結像光学系(Perfect Optical Instrument)
 4.3   鏡とレンズ(Mirrors and Lenses)
 4.4   凸面鏡(Convex Mirror)
 4.5   凹面鏡(Concave Mirror)
 4.6   凹面鏡の焦点距離fと口径D
 4.7   非球面鏡(Aspheric Mirrors)―放物面鏡、楕円面鏡、双曲面鏡
 4.8   凸レンズと凹レンズ(Convex Lenses and Concave Lenses)
 4.9   単レンズの種類(Kind of Lenses)
 4.9.1  球面レンズ(Spherical lens)
 4.9.2  非球面レンズ(Aspherical lens)
 4.9.3  シリンドリカルレンズ(Cylindrical lens、円筒レンズ)
 4.9.4  トロイダルレンズ(Toroidal lens、円環レンズ)
 4.9.5  フレネルレンズ(Fresnel Lens)
 4.9.6  グリンレンズ(GRIN lens)
 4.9.7  ゾーンプレート(Fresnel Zone Plate lens=FZP:回折レンズ)
 4.9.8  回折光学素子(DOE=Diff ractive Optical Element)
 4.10   薄いレンズ、厚いレンズ
 4.11   2枚のレンズを使った場合の結像の関係
 4.11.1  凸レンズ2枚の場合
 4.11.2  凸レンズと凹レンズの場合
 4.12   実際のレンズの機能と役割
 4.12.1  焦点距離(Focal Length)
 4.12.1  レンズの主点(Principal Points)
 4.12.3  口径比と絞り(Aperture Ratio, Diaphragm)
 4.12.4  レンズマウント
5章 レンズ設計と収差
 〔5〕   レンズ設計と収差
 5.1   ペッツバール(Petzval)と写真レンズ
 5.2   ペッツバールの新しい写真レンズ
 5.3   ペッツバール以前の写真レンズ
 5.4   写真レンズの位置づけ
 5.5   レンズの設計―光線追跡
 5.6   コンピュータによる光線追跡
 5.7   レンズの収差(Aberrations)
 5.8   色収差(Chromatic Aberration)
 5.8.1  色収差の指標 ―アッベ数
 5.8.2  色収差の補正の仕方
 5.8.3  倍率色収差
 5.9   球面収差(Spherical Aberration)
 5.9.1  アプラナート(aplanat)
 5.9.2  アッベの正弦条件(Sine Condition)
 5.9.3  単レンズの球面収差
 5.10   非点収差(Oblique Astigmatism)
 5.11   コマ収差(Coma)
 5.12   歪曲収差(Distortion)
 5.13   像面湾曲(Curvature of Field)
 5.13.1  ペッツバール和(Petzval sum)
 5.13.2  ザイデル(Philipp Ludwig von Seidel:1821〜1896)
 5.14   収差の補正されたレンズ
6章 写真レンズの歴史
 〔6〕   写真レンズの歴史
 6.1   カメラレンズの祖:イタリア
 6.2   レンズの向上:イギリス
 6.3   写真術の始まり:フランス
 6.4   数学的手法の導入:ドイツ
 6.5   広角レンズ:イギリスとドイツ
 6.6   光学ガラス製造の確立:ドイツ
 6.7   カール・ツァイス(Carl Friedrich Zeiss:1816〜1888)
 6.8   エルンスト・アッベ(Ernst Abbe:1840〜1905)
 6.9   オットー・ショット(Friedrich Otto Schott: 1851〜1935)
 6.10   写真レンズの基礎の確立と光学ガラス製造の確立:ドイツとイギリス
 6.11   光学ガラスチャート
 6.11.1  BK7
 6.11.2  光学材料
 6.12   代表的な写真レンズ―ガウス、トリプレット、テッサー
 6.12.1  ガウスタイプ(Gauss)―1888年
 6.12.2  トリプレットタイプ(Triplet)―1893年
 6.12.3  テッサータイプ(Tessar)―1902年
 6.13   ドイツ数学の巨匠―ガウス(Johann Carl Friedrich Gauss:1777〜1855)
 6.14   至宝のカメラレンズ―映画カメラに使われるツァイスレンズ
7章 レンズの解像力
 〔7〕   レンズの解像力
 7.1   濃度によるレスポンス、周波数によるレスポンス
 7.2   中心部と周辺部のレスポンス
 7.3   タンジェンシャル方向とラジアル方向のレスポンス
 7.4   解像力チャート
 7.5   フィルムのレスポンス、固体撮像素子のレスポンス
 7.6   ナイキスト周波数の考え方(Nyquist)
 7.7   MTF曲線―(Modulation Transfer Function Curve)
 7.8   デジタル画像の注意点―モアレ
 7.9   複合解像力(複数レンズの組み合わせ、レンズと撮像素子の総合解像力)
 7.9.1  アナログ記録媒体の場合
 7.9.2  デジタル記録媒体の場合
8章 レンズの応用
 8.1   虫メガネ(magnifying glass, loupe)
 8.2   虫メガネの倍率
 8.2.1  もうひとつの倍率の表し方
 8.3   メガネ(a pair of glasses)
 8.4   カメラ用レンズ(Camera Lenses)
 8.5   広角視野での撮影
 8.6   ビデオカメラ用レンズ(CCTV Lenses)
 8.6.1  価格対性能
 8.6.2  映画用Cマウントレンズ
 8.6.3  産業向けカメラレンズのCマウント
 8.7   顕微鏡(Microscope)
 8.8   顕微鏡対物レンズ
 8.8.1  ブランド表示
 8.8.2  光学補正(プラン、アクロマート、アポクロマート、フルオリート)
 8.8.3  倍率/開口数(N.A.)
 8.8.4  光学補正オプション
 8.8.5  有限補正・無限補正、鏡筒長(=Mechanical Tube Length)
 8.8.6  ガラスプレート厚さ補正
 8.8.7  作動距離(Work Distance)
 8.8.8  カラーコード
 8.8.9  取り付けネジ
 8.9   顕微鏡接眼レンズ
 8.9.1  接眼レンズのタイプ
 8.9.2  ホイゲンタイプ(Huygenian Eyepiece)
 8.9.2.1 色消し条件
 8.9.2.2 ラムスデンタイプ(Ramsden Eyepiece)
 8.9.2.3 ケルナータイプ(Kellner Eyepiece)
 8.9.2.4 ペリプランタイプ(Periplan Eyepiece)
 8.10   接眼レンズのキーワード
 8.10.1  視野レンズ(Field Lens)
 8.10.2  視野数(Field of View)
 8.10.3  視野倍率
 8.11   ケーラー照明(Koehler Optics)
 8.12   望遠鏡(Telescope)
 8.13   無限遠と有限距離(Infi nity Distance、Finite Distance)
 8.14   望遠鏡の倍率(Magnifi cation of Telescope)
 8.15   顕微鏡の倍率と望遠鏡の―倍率公式の違い
 8.16   望遠鏡の倍率
 8.17   簡易望遠鏡―双眼鏡(Binoculars)
 8.18   プリズム(Prism)
 8.18.1  ポロ・プリズム(Porro Prism)
 8.18.2  ダハ・プリズム(Dach Prism、Roof Prism)
 8.19   双眼鏡の性能
 8.19.1  カタログ値の説明
 8.19.2  双眼鏡の明るさ
 8.20   望遠鏡接眼レンズ(Eye Piece、Ocular)
 8.21   視界(Field of Vision、Field of View、Visual Field)
 8.21.1  実視界と見掛け視界
 8.21.2  瞳距離(Eye Relief)
 8.21.3  瞳径(ひとみけい、exit pupil)
 8.22   望遠鏡対物レンズ(Objective)
9章 光ファイバ
 〔9〕   光ファイバ(Fiber Optics)
 9.1   光ファイバの転送原理
 9.2   ファイバの材質
 9.2.1  石英ガラス
 9.2.2  多成分ガラス光ファイバ(Multi-component Glass Optical Fiber)
 9.2.3  プラスチック(ポリマー)ファイバ(Plastic Optical Fiber=POF)
 9.3   光増幅用光ファイバ
 9.4   光通信用ファイバ
 9.5   モード(Mode)
 9.6   ライトガイドとイメージガイド(Light Guide and Image Guide)
 9.7   ファイバ径
 9.8   ファイバオプティックプレート(Fiber Optic Plate、FOP)
 9.9   ファイバオプティックテーパー(Fiber Optic Taper、FOT)
 9.10   ファイバロッド(Fiber Rod、Image Conduit)
10章 テレセントリック光学系
 〔10〕   テレセントリック光学系(Telecentric Optics)
 10.1   物体の投影法(Object Projection)
 10.2   テレセントリックの考え方
 10.3   シンプルな光学系での考察
 10.4   絞りの意味―どこまで絞ればよいか
 10.5   被写界深度(Depth of Field)
 10.6   有効撮影範囲(Field of View)
 10.7   撮影距離(Shooting Distance)
 10.8   市販テレセントリックレンズのカタログの見方
 10.9   デジタルカメラと像側テレセントリックレンズ
11章 索引
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 ◆   かな
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