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ガラスの限界を超える补正力：蛍石レンズ

キヤノンレンズの高画质を支える大切な素材の一つが「蛍石（ほたるいし）」です。フッ化カルシウムの结晶体である蛍石で作ったレンズをガラスレンズと组み合わせることで、色収差を极小に抑えられることは古くから知られていました。しかし、天然の蛍石鉱石は小さく、顕微镜の対物レンズなど小さな光学机器にしか使われていませんでした。イメージングの进化を追及し続けるキヤノンは、この蛍石を写真用レンズへ応用することに着目し、蛍石鉱石を原料に高纯度で大型の人工蛍石结晶を合成する技术を独自に开発。1969年5月、世界で初めて一般消费者向けに蛍石レンズを採用した望远レンズ「FL-F300mm F5.6」を発売しました。

蛍石レンズによる色収差补正の仕组みと効果

色収差は、光がガラスの面を通过する际、赤?緑?青など色の波长の违いによって异なる角度で屈折し、色ごとに焦点位置がずれるために発生します。通常は、互いに逆方向に屈折する凸レンズと凹レンズを组み合わせることで、色収差を打ち消します。

ガラス凸レンズとガラス凹レンズを利用した色収差补正

しかし、通常のガラスでは、全ての波长の収差を打ち消すことはできません。残存色収差（二次スペクトル）と呼ばれ、赤など一部の波长で収差が残ります。ガラスの种类によっても波长ごとの屈折率が异なるため、组み合わせ次第で残存色収差を抑えることはできますが、ガラスの性质上の限界があります。ここで活跃するのが蛍石です。蛍石は通常のガラスとは原料自体が异なるため特性に大きな违いがあり、组み合わせることでより効果的に补正ができます。特に、焦点距离が长く、収差の影响が大きい望远レンズで効果を発挥します。

蛍石凸レンズとガラス凹レンズを利用した色収差补正

キヤノンの蛍石レンズは、天然の蛍石を原料にしています。そのためガラスでは得られない低屈折率、低分散特性を持っており、また、赤から緑の波长はガラス同様の分散倾向でありながら、緑から青の波长は大きく分散する异常部分分散という特性を持っています。蛍石の凸レンズと、高分散ガラスの凹レンズを组み合わせることで、残存色収差をも打ち消し、クリアでシャープな高画质レンズを実现します。

蛍石レンズの诞生と望远レンズの高画质化

补正の限界を超えて、色収差を极少に抑えられる蛍石レンズ。その诞生は1966年8月にスタートした「キヤノン贵计画」にさかのぼります。より高性能なレンズを作るためには、新たな素材作りから始めなければならない。キヤノンの研究者たちはその强い思いから、カメラレンズ用素材としての人工蛍石结晶製造技术の确立に挑みました。

人工蛍石结晶製造の难しさは、それが结晶であるという点にあります。ガラスは本来、物质の状态を表す言叶です。非晶质という、构成する原子がランダムに固定化している状态なので、热で溶かしさまざまな形状に加工しやすい特性を持っています。一方、蛍石は结晶质。构成する原子が规则正しく配列されなければ结晶になりません。天然の蛍石を粉砕し、不纯物を取り除き、カメラレンズに応用できる大型の蛍石を、原子构造を寸分たがえず规则的に再结晶化させるのは至难の业。真空环境下、1,000℃以上の高温を高精度にコントロールしなければならず、高纯度の大型结晶製造のための装置を一から开発する必要がありました。贵计画スタートから2年后の1968年、キヤノンはこの课题をクリアし、カメラレンズに利用できる大型の人工蛍石结晶の合成に成功しました。

蛍石レンズ製造のもう１つの课题が研磨です。蛍石はガラスよりも柔らかくデリケートなため、ガラスレンズと同様の研磨ができません。そこでキヤノンでは、特殊な研磨技术を开発し、ガラスレンズの4倍以上の时间をかけて研磨することで、翌年の1969年5月、製品化を実现しました。

蛍石レンズを採用した世界初のカメラ用レンズFL-F300mm F5.6（1969年発売）蛍石の光をイメージした緑のラインは、蛍石レンズを採用した証。

数々の困難を乗り越え製品化されたFL-F300mm F5.6は、その鮮明で高コントラストな描写から高い評価を受け、報道など、さまざまな分野で活躍しました。
キヤノンでは、その后も高温真空技术や温度制御技术、研磨技术を进化させ、数多くのレンズに蛍石レンズを採用。今も望远レンズの高画质化を追及し続けています。

蛍石レンズの製造工程

研削、研磨などガラス加工と同様の工程に见えますが、蛍石レンズはすべての製造工程において、ゆっくりと细心の注意を払いながら加工していきます。

蛍石レンズ搭载レンズ（2021年5月现在）