ピンホールレンズの自作で学ぶ。光学の歴史と難しさ。

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カメラの趣味として立ちはだかる金の問題というのがありまして。

描写の違いを楽しみたいけど、楽しむにはお金が必要というジレンマが存在します。

そんなジレンマを解消するために、このホームページでも安価な機材の紹介をしているのですが…

「やっぱりレンズが欲しい!!!!!」

というワケで今回はレンズを自作してみようと思います。

今回自作するレンズはピンホールレンズと呼ばれる、光がピンホール(針穴)を通るだけのシンプルな作りのレンズで、とても簡単に作成でき、材料も少ないので少ない出費で制作が可能

また、(ピンホールレンズという名称でありながら)レンズを使用しないので収差や口径食が発生しない事も特徴の一つです。

ピンホールレンズはカメラの歴史において原点であり、光学の歴史に触れる面白さや、ピンホールレンズ特有のソフトな描写も魅力の一つとして、作成から撮影まで楽しめるアイテムなのではないかと思います。

目次

ピンホールレンズの自作に必要な物

  • レンズ関連
    • ボディキャップ
    • 銅箔(厚さ0.01~0.05mmくらい)
  • 工作関連(必須)
    • ドリル(5mmくらい)
    • 接着剤、テープ等
    • 針(まち針など細めの物)
    • サンドペーパー 2000番
  • 工作関連(あった方が綺麗にできる)
    • ルーペ
    • マイクロスケール

ドリル、テープ、まち針、サンドペーパーは100円均一で揃います。

ルーペはマクロレンズで代用する!

銅箔はあくまで理想

ピンホールカメラに使う銅箔ですが、銅箔に近い材質なら別の物でも代用も可能です。

一方で識者によると、やはり銅箔が最適だそうで、逆にピンホールレンズに向かない材質の例として理由としては以下の事があるそうです。

  • アルミ箔は柔らかく加工に向かない
  • アルミ缶は厚すぎる(厚さ約0.15mm)
  • 紙は透過し毛羽立つ

銅箔の他に、真鍮箔を使う人も居るそうです。

小さい穴を開ける工具

今回は小さい穴を開けるために針を使いますが、ピンバイスという工具も存在します。

正確な穴を一発で開けるには、このような工具があった方が正確ですが、今回は銅箔が余るほどにあるので、失敗も前提で制作していきます。

「銅箔の量が少なく一発で済ませたい」という人は検討してみてください。

ピンホールレンズの作り方

焦点距離を測る

カメラにボディキャップを取り付け、イメージセンサー(Ф←このマーク)からボディキャンプの先端までの距離を測ります。

この距離が今回作るピンホールレンズの焦点距離です。

ミラーレス一眼の場合は、どのメーカーも大体25mmくらいです。

一眼レフの場合はミラーボックスがあるので、その分焦点距離が遠くなります。

ピンホールレンズに焦点は存在しない

ここで少しだけ補足説明です。

本来、焦点距離とはイメージセンサーからレンズ内の主点(光が交わる位置)までの距離の事を指すのですが、ピンホールレンズはピンホールで光が交差するため、レンズ内に主点が存在しないピンホールレンズには焦点距離も存在しません

しかし、イメージセンサーからピンホールまでの距離で、一般的なレンズと同等の画角を得られる事から、この記事では焦点距離と表記します。

ピンホールレンズの焦点距離については諸説あるらしい。

ボディキャップに穴を開ける

カメラからボディキャップを取り外し、ボディキャップの中央にドリルで穴を開けます

この穴はピンホールとは別物なので、穴が綺麗でなかったり、中心から多少ズレていても問題ありません。

ボディキャップは絶対にボディから外すんだぞ。

銅板にピンホールを開ける

さて、ココがピンホールレンズの真骨頂です。

まずは銅板を加工のしやすい大きさにカットします。

カットした銅板に針でピンホールを開け、スケールでピンホール径を測定します。

ピンホールの測定にはひび割れを測るスケールを使用しました。

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最適なピンホールの大きさ

ピンホールは小さければ良いというワケではありません。ピンホールが小さいと小絞りボケと同様の回折という現象が発生します。

回折の説明はこちら

最適なピンホールのサイズは計算によって求める事ができます。

ちなみに答えを先に言うと、焦点距離25mmの最適なピンホール径は0.2~0.26mmです。

以下から最適なピンホール径について解説しますが、あまり面白くはないので、焦点距離が25mm以外の人は読まなくても大丈夫です。

25mmから数ミリの誤差なら、同じピンホール径でいけます。

無限遠の場合、光の波長をλ、焦点距離をb、ピンホールの半径をrとした場合の式は以下になります。

b=r2

うぅ…なんかイヤな予感がするぞ。

光の波長というのがややこしいですが、以下を目安にして計算します。

可視光線 | 生物分子科学科 | 東邦大学

  • 紫 400nm(0.0004mm)
  • 緑 550nm(0.0006mm)
  • 赤 700nm(0.0007mm)

これを式に代入すると

  • 紫 r=√(0.0004×25) r=0.10
  • 緑 r=√(0.0006×25) r=0.12
  • 赤 r=√(0.0007×25) r=0.13

焦点距離が異なる人は25を自分の焦点距離に変えてください。

rは半径である事から、直径にするために2倍します。

  • 紫 0.10×2=0.20mm
  • 緑 0.12×2=0.24mm
  • 赤 0.13×2=0.26mm

つまり焦点距離25mmにおいて、理想的なピンホール径は0.2〜0.26mmという事になります。

「色によって光の波長が異なるから、レンズの制作は難しい」という事がよく分かる。

久しぶりにxを求めたぜ…

とにかく綺麗なピンホールを開ける

ピンホールレンズにおいて、ピンホール径も重要ですが、それよりも重要なポイントは綺麗なピンホールを開けるという事です。

綺麗なピンホールでなければ、光が直進せず、回折の原因となります

針でピンホールを開けたら、サンドペーパーを使用してバリを取り除き、できるだけ綺麗なピンホールを作りましょう。

バリ取りが終わったらピンホール径の再確認をしておきましょう。

ボディキャップと銅板を接着する

ここまで来たらもう作業は終わりです。

ピンホールを開けた銅板をボディキャップに取り付けられるサイズにカットします。

ボディキャップの中央にカットした銅板のピンホールが来るように置き、テープ等で貼り合わせたら完成です。

念のためブロワーでゴミを飛ばしてカメラのボディに取り付けましょう。

ピンホールレンズのスペック

今回作ったピンホールレンズのスペックは焦点距離が25mmでピンホール(有効口径)が0.25mmとすると、F値は100となります。

F100という暗いレンズなので、低いISO感度で撮りたいなら、三脚は必須です。

まさかのF100!?

F値の計算の方法はコチラ

ゴーストが出るときは?

実際に外で使ってみると、銅板が内部で反射するのか、レンズに太陽光が当たるとシャワーゴーストが大量に発生しました。

簡易的な対策としては、手で影を作り、太陽光をカバーすると解決できます。

シャワーゴースト
手で影を作って対策

レンズフード、お前めっちゃ仕事してたんだな。

ピンホールレンズの作例

今回作ってみたピンホールレンズの作例です。

レンズの描写的に、三脚に据えてじっくり撮影するレンズではないと思ったので、僕はあえて手持ちのスナップで楽しみました。

ISO感度が高くなる事もありましたが、ソフトな描写のおかげでノイズもそう悪目立ちせず、編集の見せ方次第で表現としても使えます。

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