apple iPhone 15 Pro Max に搭載された望遠レンズ 120mm F2.8の性能分析・レビュー記事です。
この記事では、AppleのスマートフォンiPhoneに搭載されている小型望遠レンズの構造を分析します。
現代(2023現在)では、世界中の人々が手にしているスマートフォンですが、カメラとしての機能も近年急激に向上し、もはや利便性においてはカメラを越えた部分も多くなりました。
その一方で、誰もが常に身に着けているスマートフォンですが、そのカメラとしての仕組みや構造をご存じの方はとても少ないのではないでしょうか？
そもそも、カメラが内蔵されていると言われても「本当に何枚もレンズが入っているのか？」と不思議に感じるサイズです。
そこで、当記事ではApple iPhoneに望遠レンズについて特許情報や実写の作例から光学系の設計値を推測し、シミュレーションによりレンズ性能を分析します。
世界でこのブログでしか読む事のできない特殊情報をお楽しみください
レンズの概要
執筆現在(2023)のiPhoneに代表されるスマートフォンのカメラは、いわゆる多眼化により焦点距離(画角)を広げています。
要はカメラとレンズを複数搭載し、これを切り替えたり画像を補完することでズームレンズのように焦点距離(画角)を可変させています。
まず、初期のスマートフォンの標準レンズは、焦点距離35mm(換算値)ぐらいから始まりましたが、徐々に広角化(短焦点化)が進み焦点距離26mmを越えるほどになりました。
このスマートフォンの標準レンズの代表例については、過去に分析を行っておりますので以下をご参照ください。
関連記事：iPhone 標準レンズ分析
さらにスマートフォンの第2のカメラには、超広角の焦点距離13mmあたりが搭載されるようになります。
超広角が搭載されたのは、広角レンズは薄く設計できること、広い画角で撮影できれば切り出し(デジタルズーム)ができること、などが理由でしょう。
そして近年、スマートフォンの第3のカメラには待望の「望遠レンズ」が搭載されるようになります。
ここで、近年のiPhoneに搭載された望遠レンズの仕様を見てみましょう。
- iPhone 12 Pro : 65mm F2.0
- iPhone 13 Pro : 77mm F1.8
- iPhone 14 Pro : 77mm F2.8
- iPhone 15 Pro Max : 120mm F2.8当記事
※数値は35mm換算値
望遠レンズと言っても一般カメラの焦点距離とは異なり、スマートフォンの望遠レンズとは一緒に搭載されている標準レンズ(26mm前後)よりも長いとの意味合いです。
初期に搭載された65mm F2.0の仕様ならば、一般的なカメラでは標準レンズあるいは中望遠レンズの範疇ですね。
しかし、年々改善が進み、ついにiPhone 15では120mmまで長焦点化を達成し、望遠レンズと名乗っても違和感の少ない領域に達しました。
さて、今回はiPhone 15 Pro Max に搭載された望遠レンズ120mm F2.8について、長焦点化を実現した裏にどのような技術や仕組みがあるのか分析してまいります。
文献調査
apple iPhoneのレンズは、主に台湾のラーガンプレシジョン(大立光電)などアジア系のメーカーが開発しており、レンズの仕様も公開されていないため特許から推定することが通常は難しいものです。
しかし、apple自体がレンズの特許を出願する事例が極わずかですが存在し、今回も珍しく関連する関係特許を発見することができました。
予想するに、ラーガンは他のスマートフォンメーカーとも取引があるので、新規性の高い機能に関しては他社への流出を防止するため、apple自体が特許出願し権利を握っておきたいのだろうと思われます。
さて、発見された関連文献US 2022/0091373を見ると複数のパターンの実施例が記載されており、大別するとレンズ構成が3枚の物と4枚の物がありました。
どちらが実際の製品に近いのかは現時点では不明ですが、実施例の数やバリエーション的に3枚構成を推しているよう感じるので3枚構成の実施例1を製品化したと仮定し、設計データを以下に再現してみます。
おそらく詳細な設計は、ラーガンプレシジョンなど外部で実施されているので、今回のデータは「基礎設計としてこのような仕組みだ」と見ていただくのが妥当だろうと思います。
なお、当ブログでは撮像素子のサイズによらずグラフを比較して見られるように撮像素子のサイズに合わせてスケールを調整して記載しています。
イメージ的には、もしもこのレンズがフルサイズ用として設計されたら…として見られるようにしてある、と考えていただけるとわかりやすいかと思います。
なお、撮像素子の小さなシステムは、光学的な収差量が同程度でも引き延ばしなどの影響や、ノイズの影響があるため最終的な画質が同一であるわけではないので注意が必要です。
さらにスマートフォン用のカメラは様々な合成技術や画像処理を駆使しているそうなので、性能を見るうえで注意が必要です。
！注意事項！
以下の設計値などと称する値は適当な特許文献などからカンで選び再現した物で、実際の製品と一致するものではありません。当然、データ類は保証されるものでもなく、本データを使って発生したあらゆる事故や損害に対して私は責任を負いません。
設計値の推測と分析
性能評価の内容などについて簡単にまとめた記事は以下のリンク先を参照ください。
光路図
上図がapple iPhone 15 Pro Max 120mm F2.8の光路図になります。
