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「ARCTOS」で使用する部品について

Q10/Q7用外部バッテリーグリップ「ARCTOS」では、3Dプリント製部品から電子部品まで様々なものを組み合わせています。
使用する電子部品はBOOTHでまとめてキット品として頒布していますが、ある程度の知識がある方であればキット品を使わず、ご自身でお好みの部品を使用することも可能です。
以下、使用する部品について詳細をコラム的に記します。

・3Dプリント製グリップ


写真はグリップ組立後、ダミーバッテリーを接続した状態です。
グリップ外装は、お好みに応じて塗装や染色が可能です。(出力サイズが1辺100mmを超えるため、DMM.makeでの染色指定ができません。)
ナイロンおよびMJF(PA12)での出力が可能ですが、ナイロン出力で問題ないことを確認しています。
ランナー接合等はしていませんので、出力後そのまま塗装・組み立て作業に入ることが可能です。

・3Dプリント製ダミーバッテリー
ダミーバッテリーについては、単体で使いたいという方がいることも予想し、グリップとは別に注文する形式としています。
こちらはナイロン出力のみですがSTLデータのダウンロードも可能としましたので、何か電装パーツを自作したいという方は役立てていただければ幸いです。
カメラ内部へ挿入して使用しますので、造型時のナイロン粉末が侵入しないようにお気を付けください。

・18650バッテリー


グリップ内部に搭載するバッテリー本体は、近年大容量のリチウムイオンバッテリーとして入手が容易な18650サイズのものを使用します。
* 18650バッテリーを検索するとオーライト製の18650互換サイズのものがヒットしますが、正極と負極が同じ側にある独自仕様のため使用できません。ご注意ください。
充電モジュールに過充電・過放電保護回路を搭載するものを使用しますが、少なくともモジュールかバッテリーのいずれかに保護回路が必須となります。
カメラ本体の本来のバッテリー「D-LI68」が3.7V/1000mAhであることから、「大容量バッテリーグリップ」としては2000mAh以上のものが望ましいです。
幸い18650バッテリーでは2000mAh未満のものはあまり出回っていないため容量自体が問題となることは少ないと思いますが、充電電流には十分留意してください。
詳しくは後述しますが、国内外のネット通販サイトにて入手可能なTP4056を採用したUSB充電モジュールでは、出荷時の充電電流を1Aとしたものが多く出回っています。
ほとんどの18650バッテリーの場合、1C充電が可能と考えて差し支えないかと思いますが、使用前にバッテリーのデータシートにて問題なく使用可能かどうか確認してください。
もちろん充電モジュールの充電電流を変更することも可能です。
(100均のモバイルバッテリー内部に入っているような出所不明の安価な18650等は避けましょう。)

・18650バッテリーホルダー


18650バッテリーの格納に、グリップ内部へホルダーを配置する形式としました。
最も安価に入手可能な「巻き線ばね」タイプのホルダーを採用しましたが、付属の導線が細いので、余裕をもって24AWGくらいのものに交換しておくといいでしょう。
また、保護回路付きの18650は全長が数mm長いため、ホルダーへ取り付け可能か事前に確認しましょう。
ホルダーの大きさによって、本体かホルダーのいずれかを必要に応じて削ってください。

・USB充電モジュール


USB充電・給電には国内外のネット通販サイトにて入手の容易なTP4056を使用した充電モジュールを使用します。
TP4056を使用した充電モジュールにはいくつかの種類があり見た目も似通っているため、購入前に過充電・過放電保護回路を搭載しているかどうかしっかりと確認しましょう。
* 写真のものと同一構成であれば大丈夫ですが、より基板が小さく負荷端子のないものは充電「専用」モジュールのため保護回路が不十分です。お間違えの無いようお気を付けください。

写真のMicro USB Type-Bのものが最も安価です。グリップの加工が必要となりますが、より利便性の高いType-C搭載モジュールを選択することもできます。
充電モジュールに、バッテリーと負荷出力(ダミーバッテリー)を繋げることにより使用可能です。
モジュール上には充電中を示す赤色のインジケーターLEDと充電完了を示す青色のインジケーターLEDが実装されているため、後述の2色LEDによって外部へ引き出して使用します。
基板の初期不良をよく聞くため、購入後の目視による確認で不良個所が無いか、無負荷でUSB電源に接続して異常が生じないか(充電中LEDと充電完了LEDが点滅するか)確認しましょう。
18650充電用として、前述したように出荷時は1A設定となっているモジュールがほとんどですが、使用するバッテリーに合わせて変更も可能です。
TP4056のデータシートには制御用抵抗と充電電流との計算式が掲載されていますので、実際に18650バッテリーを充電する前にご参照ください。
USB充電中に負荷を入れる(カメラを起動する)と充電はカットされ、USBから負荷側への給電として機能します。

・2色LED
TP4056モジュールに実装されているSMDのLEDを外部に引き出して充電インジケーターとして流用します。
2色LEDはアノードコモンのものを使用します。色はお好みのものをご使用ください。
選択したLEDによっては電流制限抵抗の変更が必要です。
充電と完了とを別にしたい、グリップ内部から半透過させるのではなくグリップ外部にホルダーを取り付けたい、そんな場合はグリップ側の加工が必要です。
充電モジュール本体に実装されているLEDの拡散光で判断する場合、2色LEDは必須ではありません。

・導線
モジュール-ダミーバッテリー電極間の接続と、モジュール-2色LED間の接続、必要に応じてモジュール-バッテリーホルダー間の接続に使用します。
太さは24AWGくらいあれば十分余裕があります。グリップ内部の容量に余裕が無いため、取り回しも考えてもう一回り細くても可。
色はお好みで選んでください。最低限2色以上あると分かりやすいです。

・ニッケルストリップ
ダミーバッテリーの電極に使用します。
導電性がよく、加工がしやすく、なるべく薄い(0.5mm未満)ものがベストです。
はんだ付けのしやすさを考えると、ニッケルメッキ板の方がいいかもしれません。
幅3.5mm長さ10.0mmほどに加工し、はんだ付けをしてダミーバッテリー内に埋め込みます。
電極が動かないように固定し、またダミーバッテリー内でショートしないように電極部分以外の絶縁をしっかりと行ってください。

・熱収縮チューブ
はんだ付け箇所の絶縁に使用します。
余剰分の導線はグリップ内に格納されます。グリップ内でショートしないよう細心の注意を払ってください。

ドレスアップパーツ (ペンタダミー) / Dress-up parts (Dummy pentaprism)

カメラと言えば一眼レフ。ファインダーと言えばペンタプリズム。
背面ライブビューのデジタルカメラに対して、何か「物足りない」と感じることはないでしょうか。
ふと撮影しようと構えたとき、ファインダーを覗こうと顔をくっつけてしまうことはないでしょうか。
少なくとも、私はよくあります。「あ、無いんだった…」よくやります。結構恥ずかしいですよね。

「ペンタ部が無いのなら、付けてしまえばいいのでは」

これまで「ネコミミ」や「ウサミミ」をホットシューに付けてきた以上、作ること自体は簡単です。
(もっとも、「かっこいい」ペンタ部形状となるとまた悩ましいところではあるのですが)
取り付け対象は「PENTAX Q」として、かつなるべく汎用的に使えるように設計しました。
(大きめのカメラに組み合わせた場合、ちょっと小さくあまりかっこよくはないかもしれません)
以下、本文中のリンクより詳細確認及び注文が可能です。

シュー用ドレスアップパーツ (ペンタダミー汎用) [MRO-DS-PEN-01]


第1弾、もっともオーソドックスなペンタ部をデザインしました。
参考にしたのはPENTAX MEやPENTAX MX。
アクセサリシューやファインダーの接眼部を持たないため、シンプルで上品なデザインです。
銘板部分は好みのデザインにできるよう、取り外し式になっています。
カメラのアクセサリシューへ取り付けるだけです。

DMM.make: https://make.dmm.com/item/979499/

貼付用ドレスアップパーツ (ペンタダミー汎用) [MRO-DSP-PEN-01]


こちらは要望にお応えして、シュー取り付け部分をカットしたもの。
貼り付けるだけで、どこにでもペンタ部を生やせます。

DMM.make: https://make.dmm.com/item/989858/

シュー用ドレスアップパーツ (シュー付ペンタダミー汎用) [MRO-DS-PEN-02]


第2弾、追加のアクセサリシューが付いて機能的になりました。
参考にしたのはPENTAX SuperA。ちょっとゴツいデザインです。
背面にダミーのファインダー接眼部を持っているため、つい覗いてしまっても誤魔化せます。
取り付け位置の調整機構を持ち、また別途オプションを使用することで専用のサムレストが取り付け可能です。
取り外し式の銘板は第1弾と共通の寸法となっています。

DMM.make: https://make.dmm.com/item/1031361/

オプションパーツ

PENTAX Qシリーズ各種には、専用オプションパーツを追加することでよりリアルに仕上がります。
むしろこちらとの組み合わせこそがメインかもしれません。

シュー用ドレスアップパーツ (ペンタダミーQ用銘板) [MRO-DS-PEN-01Q]


PENTAX Qに取り付ける場合に使用します。

DMM.make: https://make.dmm.com/item/985716/

シュー用ドレスアップパーツ (ペンタダミーQ10用銘板) [MRO-DS-PEN-01Q10]


PENTAX Q10/Q7に取り付ける場合に使用します。

DMM.make: https://make.dmm.com/item/985715/

シュー用ドレスアップパーツ (ペンタダミーQ-S1用銘板) [MRO-DS-PEN-01QS]


PENTAX Q-S1に取り付ける場合に使用します。

DMM.make: https://make.dmm.com/item/983101/

シュー用ドレスアップパーツ (ペンタダミー汎用銘板) [MRO-DS-PEN-01N]


こちらは標準で付属する銘板パーツの単体です。
STLファイルを公開しているため、オリジナルのロゴを入れて出力したい場合はこちらをご利用ください。

DMM.make: https://make.dmm.com/item/984913/
STLファイル: 上記リンクより無料ダウンロード可能

シュー付ペンタダミー用サムレスト (Q用) [MRO-DS-PEN-02QT]


第2弾のシュー付きペンタダミーに対応するQ専用サムレストです。
ダミー接眼部のパーツと入れ替えて取り付けます。
(第1弾のペンタダミーには取り付けできません)

DMM.make: https://make.dmm.com/item/1045344/

ここまでくるといっそダミーではないファインダーを付けたりしてしまいたいですね。

PENTAX KP用グリップ / Customized Grip for PENTAX KP

カメラ用アクセサリを作るとき、ほとんどの場合は「付加する」タイプのアクセサリかと思います。
カメラ自体、あるいはレンズ自体はそのままで、足りない機能やデザインを付け加えるものですね。
例えば「カメラ用ネコミミ」や「サムレスト」のようなものです。
一方、取り付け部分の寸法が分かれば、カメラやレンズに対応する「互換パーツ」を作ることもできます。

これまで、多くのデジタル一眼レフカメラは本体に一体化したグリップを持つことが多く
カメラごとの特色ある形状を形作っていました。
しかしながら、グリップのホールドは当然個人差があるので、
人によって使いやすさに差ができてしまうことは避けられません。
こうした中で、グリップにカスタマイズ性を持たせた「PENTAX KP」は、
好みのホールド感を選択可能なカメラとして、また数少ないカスタム可能なグリップを持つカメラとして
(製作者含むTwitter界隈では)独特ながら盛り上がりを見せる存在となっています。
(カメラとしても初級者から上級者まで十分楽しむことができる、コンパクトながら魅力的なカメラです)
当記事では、主に私が設計・製作した「KP用グリップ」を紹介します。
いずれも、取り付けにはM4細目ピッチねじが必要です。

PENTAX KPグリップ自作用ベース部品 [MRO-GP-KPU-01]


オリジナルの互換グリップを製作する上で、最初にぶつかる壁が取り付け部分の寸法です。
こちらのベース部品は、PENTAX KPのグリップの「固定用ピン」と「固定用ねじ」の寸法に合わせた
最小構成の3Dモデルとなっています。
STLファイルをダウンロードし、3D CADソフトにインポートすることで
グリップの形状のモデリングに活用いただければ幸いです。

DMM.make: https://make.dmm.com/item/978675/
STLファイル: 上記リンクより無料ダウンロード可能

PENTAX KP削り出しグリップ [MRO-GP-KPU-02]


オリジナルの互換グリップは、人によって作り方も様々です。
「パテを使って盛り付けたい」人もいれば、「削り出したい」と考える人もいるでしょう。
こちらの部品は後者の「削り出したい」と考える人向きのグリップです。
(分かる方はPENTAX LXのグリップAを思い浮かべていただければ)
STLファイルもダウンロード可能ですが、ソリッドに出してくれるMJF出力の依頼がオススメです。
家庭用のFDMな3Dプリンタで出力する場合、フィルに気を付けないと内部がスカスカになってしまいます。
もちろん、3D CADソフト上で削り出してのモデリングも可能です。
また、(角が鋭利な点がありますが)このままでもグリップとして使用することができます。

DMM.make: https://make.dmm.com/item/1025588/
STLファイル: 上記リンクより無料ダウンロード可能

これらの部品に興味がある方は、本文中のリンクより詳細確認及び注文が可能です。

【P.-Miauor-Q 85/3.2】テクノロジー #2 機構

>> 基本情報 >> 組み立て説明書
>> 作例
>> テクノロジー #1:光学系 - #2:機構

目次

写真用レンズに必須の機構

一般的な写真用レンズのほとんどは、以下のような機構を持ちます。

  • カメラ側のマウントに適合するレンズ側マウントを持つ
  • ヘリコイドによるピント調節機構を有する
  • 段階的な光束調整を可能とする絞り機構を持つ

設計時点で、市販品・個人製作品含めていくつかの3Dプリント製鏡筒のレンズを確認していました。
しかしながら、少なくとも個人製作品においては上記すべてを満たすものは無いと言っても過言ではなく、せっかくならば前例の無いことにチャレンジしたいとの思いもあり、製作目標はこれら全てを満たしたものとしました。
せっかく部品を一から作るのであれば「組み立てる楽しみ」も味わってほしいと思い、DIYの組み立てキット品としました。

レンズ側マウントについて

レンズのマウントには大きく分けて「スクリュー式」と「バヨネット式」があります。
レンズを作るうえで特にレンズ-ボディ間での連動等は備えないため、互換性はマウント形状のみであり、機能はレンズ単体で独立します。
これだけならば、より適合するカメラ・アダプターが豊富で、形状の設計もしやすいスクリュー式の方がいいと思われるかもしれませんが、一眼レフカメラのマウントがスクリュー式からバヨネット式へと移り変わっていったようにバヨネット式には多くのメリットがあります。
バヨネット式のメリットは、

  • 取り付ける際の回転角が小さく、レンズの交換が容易
  • 取り付け位置に対する誤差が生じにくく、レンズの指標を合わせやすい
  • レンズのロックが確実に行われるため、操作中に脱落が生じにくい

といったものがあり、レンズ‐ボディ間の連動を設けなくてもこれらのメリットが利いてきます。
また、3Dプリントによる製作の場合、複雑な形状は作りやすいものの精度面で切削に劣るため、細かい凹凸や突起形状の再現が困難なことが欠点として挙げられます。
スクリュー式の場合ねじ部分に誤差が生じやすく、回転角が大きいため取り付けの困難さが予想できました。
また、後ほど述べますがヘリコイドや絞り環等の各種機構と組み合わせた時にも摩擦による操作性の悪化は懸念事項であったため、確実なレンズの固定が必要であると考えました。
このため、レンズ側マウントはバヨネット式とし、私自身のメイン機材がペンタックスのレフ機であることからKマウントとしました。
現在はFマウント部品を追加し、ニコンFマウントでもお楽しみいただけます。

マウントを決定することでフランジバックも決定され、すなわちフランジバック長は45.5mmとなります。
光学系の設計から決定される無限遠時のバックフォーカスとすり合わせ、フランジバック長に適合する位置にマウント面が決まり、ようやく鏡筒の設計が可能となります。
もし光学系のバックフォーカスがフランジバックよりも短い場合には、光学系を再設計しなければいけません。
正確にはフランジバックよりもバックフォーカスが短くてもミラーとの干渉さえなければ問題は無いので、ある程度のマージンはあるのですが、機種ごとにミラーの大きさが異なる等もあるため、フランジバックよりも長い数値とすることをオススメします。

#1:光学系で述べたように、今回は中望遠のダブルガウス構成のためバックフォーカスは十分に長くとることができていました。
ちなみに、元より複雑な光学系の設計は目指していなかったこと、また(市販のレンズとは比べ物にならないとしても)ある程度の解像感を確保しておきたかったことから、設計の困難さが予想される広角および短フランジバックのレンズは検討段階で除外しています。

近年、短フランジバックマウントであるミラーレス一眼カメラ専用マウントが主流となっており、レフ機用のマウントは少数派と言えます。
しかしながら、もしこの記事を閲覧し、自作レンズ設計に興味を持たれた方がいらっしゃいましたら、レフ機用としてバックフォーカス長に余裕を持った設計としてはいかがでしょうか。
というのも、レフ機用の設計としておくことで短フランジバック系マウントにもマウントアダプターによって流用が可能であるため、より多くのユーザーに試していただくことができ、魅力的ではないかと考えられるからです。
もちろん、3D CADでの設計変更は容易なため、ミラーレス用のマウント部品を追加で設計し、組み合わせを変えることで多マウントへ対応することも可能です。
ちなみに、これは私個人の嗜好の問題ではありますが、実際に自分で設計した光学系を通してレフ機のOVFで像を確認したい、というのが今回一番のモチベーション維持に繋がっています。

ピント調節機構について

写真用レンズは、撮像素子面に像を形成する必要があるため、レンズ全体では一つの凸レンズであると言えます。
凸レンズを通った光は、ある一点で焦点を結び、レンズ主点からこの焦点までの距離を焦点距離と言います。
被写体の位置は無限遠よりも近くにあるため、レンズによって像がボケずに形成される位置は焦点距離よりもカメラ側になります。
つまり、被写体像の位置を撮像素子の位置と等しくする操作がピント調節であり、このための基本的な操作は「レンズを繰り出す」こととなることが分かります。

ピント調節機構として、多くのレンズでは多条ねじを用いたヘリコイドを備えています。
今回は「世の中に出す」ことが目的であったため、最初はもっとも単純な機構として、通常のメートルねじを流用して設計時間を短縮し、試作を行いました。
しかしながら、試作したプロトタイプでテスト撮影してみると、メートルねじそのままではピント環の回転角が大きく、また(試作のため一般用3Dプリンタで自家出力したとはいえ)回転動作もスムーズとは言えず、思っていた以上に使いにくいことが分かりました。
実際に通常のメートルねじを用いたヘリコイドを備えた市販レンズ(組み込み用のボードレンズ等)もありますが、これらのほとんどはマウントとしての固定と共用で、ピント位置はあらかじめ固定して使用するため、一般的な撮影には向かないことをあらためて実感した次第です。
撮影でのレスポンスの悪さはストレスと直結するため、通常のメートルねじを流用する案は取りやめることとしました。
最終的には多条ねじによるヘリコイドを新規に設計し、キーによって光学系保持部を直進させて繰り出しを行う直進ヘリコイドとしました。
また、ヘリコイドの操作性を考慮して、クラシカルなローレット形状のデザインとしています。

さて、繰り出し量を大きくすると当然ながらより近くの被写体にピントを合わせることができます(=最短撮影距離)が、繰り出したときのレンズの性能が無限遠での性能と同じとは限らず、通常、無限遠を基準に設計した場合は性能が徐々に低下していきます。
今回の設計ではヘリコイドによって光学系全体が繰り出される全群繰り出し方式を採用しましたが、これは繰り出すレンズの質量が大きいことからオートフォーカス化には不利な反面、繰り出した時の性能は安定することが知られており、マニュアルフォーカスのレンズでは広く使われている方式です。
(オートフォーカスレンズの場合、モーターに掛かる負荷を減らすためフォーカス群をレンズの一部のみとする方式がよく用いられます)
全群繰り出し方式のマニュアルフォーカスレンズを見ると、だいたいのレンズは焦点距離の10倍くらいの距離を最短撮影距離としていることが多くなっていることに気付くかもしれません。
実際に繰り出し時の光線追跡をしてみると、さすがに焦点距離の10倍程度ではあまり変化はありませんが、20倍、さらに30倍と繰り出し量を多くしたときに画質低下が大きくなることが分かると思います。
慣例的に10倍としているのは、繰り出し量を大きくしたときのヘリコイドの強度や、あるいは別途接写用のアクセサリを取り付けた場合のマージンを考慮してのことでしょう。
繰り出した状態で鏡筒にガタがないような設計とする必要がありますが、これには鏡筒の長さや多条ねじを形成する長さのバランスが重要となります。
今回の設計においてもひとまず慣例通りにすることとして、焦点距離が85mmであることから最短撮影距離は10倍の0.85m程度として設計を進め、最終的にはヘリコイドのリミッターを搭載した状態では、繰り出し量は8mm、最短撮影距離は1.0mとなりました。

絞り機構について

#1:光学系にて少し触れましたが、収差を少しでも減らすためダブルガウス構成の対称面にアイリス(虹彩絞り)を置く構成としました。
使用するアイリスは本来は顕微鏡用のもので、以前に110-Qアダプター(リンク先:DMM.makeページ)を製作した時に使用したもののサイズ違いのものです。
110-Qアダプターの時はアイリスの操作レバーにキャップを付けてほぼ直接絞り操作を行うようにしましたが、今回は同じような構成とした場合にヘリコイド位置に絞り環を配置するのは好ましくないため、一般的な写真用レンズと同じくマウント直近に絞り環を配置することにしました。
このため、絞り環から光学系保持部品まで回転を連動させる機構を用意し、アイリスのレバーを操作する構成となっています。
アイリスの光軸方向の位置はヘリコイド操作に応じて変化するため、連動機構も光軸方向の長さの変化に対応するような形状としました。
ちなみに、前述したようにヘリコイドは光学系が回転しない直進ヘリコイドとしましたが、もし光学系が回転するような構成としてしまうとアイリス自体も回転してしまうことから、このような配置は困難だったと言えます。
組み込んだアイリス自体は無段階ですが、これだとOVFでの撮影では分かりにくいため、絞り環にクリックストップ機構を設けて現在の開放からの絞り段数を感覚的に分かるようにしています。

レンズ用アクセサリーについて

写真用レンズと言えば、豊富なアクセサリー群も忘れてはいけない存在です。
レンズ前面には各種フィルターの取り付けを可能とするためのねじを配置しました。
フィルターねじは一般的なスプリング式のレンズキャップの固定にも使われるため、精度的に問題なければぜひ付けておきたいものだと思います。
そして外枠には専用フードを取り付けるためのバヨネットを配置。
なるべく遮光性能を確保し、クラシカルな外観と合わせるため、窄めた形状の角型フードとしました。
フードのデザインにローレットとの一体感を持たせることで、フードを取り付けた時が完成形となるようなデザインとなりました。

更新履歴

2020/02/25: Fマウント部品について追記

【P.-Miauor-Q 85/3.2】テクノロジー #1 光学系

>> 基本情報 >> 組み立て説明書
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>> テクノロジー #1:光学系 - #2:機構

目次

レンズ構成


「最初のダブルガウス」として知られる、4枚からなるレンズ構成となっています。
「ガウス構成」とは、凸メニスカスと凹メニスカスを離して配置したダブレット(2枚構成)のことで、これを2組用いる構成のため「ダブルガウス」と名が付いています。
これは天文学者アルヴァン・クラーク(Alvan G. Clark)により1888年に特許出願(US Patent 399,499)されたもので、ガウス構成のレンズを2組、前後で完全対称となるように配置したものです。
現在では収差を抑えて大口径化され、「変形ダブルガウス」として数多くのレンズに採用されています。
標準域の大口径単焦点レンズの多くは「ダブルガウス」が元になっていると言っても過言ではありません。


話を本レンズに戻しますと、初めからこの構成を目指したわけではなく、正確には「この形に落ち着いた」とでも言うべきでしょう。
誤解なきように付け加えるならば、本来レンズに生じる収差をなるべく抑えるために4枚の対称構成を取るのがダブルガウス構成です。
一方、本レンズでは収差の抑制は不完全なものとなっており、その結果として強烈なソフト効果が生まれています。

収差と特徴

当初「初めてのレンズ設計ならトリプレットだろう」と考え、

  • 35mmフルサイズのイメージサークル
  • 中望遠(焦点距離70mm~150mm)くらい
  • F2.8~F4くらい

を目指して設計していました。これらについて、ひとつずつ見ていきます。

イメージサークルについては、メインで使用している「PENTAX K-1」のファインダーで像を確認したかったため、という理由からです。
収差については特に考えず、極端な周辺光量落ちが無ければ構わないだろうと考えました。
焦点距離については、まず広角は設計やレンズの選定など色々と難しくなりそうなのでパスし、イメージサークルが確保しやすく収差も穏やかになりそうな望遠系にしようと考えました。
中望遠としたのは、仮に収差が大きくソフトになったとしても利用しやすく、また鏡筒設計まで考えたときに3Dプリンタでの出力サイズをあまり大きくしたくなかったためです。
F値については、世間一般でのいわゆる「大口径」を目指すと口径自体も大きくなってしまうため、「大口径」から一歩引いたあたりにすることにしました。
とはいえ、いずれも決定ではなく、なるべく柔軟に(下方)修正できるような目標値としました。

さて、問題はやはり「コスト」です。
予算が潤沢にあるならばともかく、あいにく個人製作、試作をするにもあまりお金は掛けられません。
もちろん机上でシミュレートするだけならいかようにもできるのですが、あくまで目的は「レンズの組み立てキットとして世に出す」ことと決めていました。
そこで、安価に入手可能な既製品の単レンズに絞ってエレメントを選定したところ、トリプレット構成(凸凹凸)ではなかなかちょうど良いものを探すのに難儀していました。
そこでレンズの入手性や鏡筒の光学系保持部の設計のしやすさを考慮して前後を完全対称とすることにし、凸凹凹凸のダブルガウス構成となったという経緯を辿っています。
絞りについては「最初のダブルガウス」では差し込み式のいわゆる「ウォーターハウス絞り」だったようです。
以前110-Qアダプター(リンク先:DMM.makeページ)を製作した際に顕微鏡用のアイリス(虹彩絞り)が入手可能なことが分かっていましたので、こちらを中央の対称面に置くことにしました。

対称構成のメリットとして、絞りの前で生じた一部の収差を絞りの後ろでキャンセルできることが挙げられます。
ただし、やはりレンズの選定には苦労し、すべての収差を抑えることについては妥協しています。

光学系から見た特徴としては、

  • 完全対称型のために歪曲収差、倍率色収差、コマ収差について優秀
  • 球面収差が全域に残存
  • 像面湾曲、非点収差の対処が足りず、周辺の解像性能が良くない
  • エレメントの口径に余裕があるため、周辺光量が確保されている

といったことが挙げられます。
球面収差の残存は全体の「ソフト」な描写に、そして非点収差は周辺部のいわゆる「ぐるぐるボケ」として写真に表れます。
周辺部の性能はあまりよろしくないため、撮影の際には被写体をなるべく中心に置くことが求められます。
絞ることである程度これらの収差は改善しますが、市販のレンズのような「カリカリ」の描写には及びません。
レンズ構成こそ4枚と少なめですが、侮るなかれ。
透過光量の低下は「面」で効いてきますので、合計8面。もしコーティングがなければ透過光量は1/3も減少してしまいます。
レンズエレメントはいずれもマルチコート品を選定したため、透過光量や逆光耐性もそれなりのものとなりました。

【P.-Miauor-Q 85/3.2】組み立て説明書

>> 基本情報 >> 組み立て説明書
>> 作例
>> テクノロジー #1:光学系 - #2:機構

目次

事前の準備

まず、「基本情報 >> 部品の入手について」の項目をご一読いただき、
記載されている部品を準備します。

【3Dプリント品 (DMM.makeにて委託)】
マウント部品は、お手持ちのカメラに合わせてペンタックスKマウントもしくはニコンFマウントを選択してください。
【光学レンズ (ケンコー製)】
【アイリス (顕微鏡用を個人輸入)】
【ねじ類 (内面反射を防ぐため黒色を推奨)】

また、以下のものを準備してください。

【染色・塗装関係】
全面黒での塗装が組み立て・運用ともに一番楽ですが、
お好みに応じて外装をつやありの銀色にする等もよいかと思います。

  • 黒塗料 (ダイロン等のナイロン用染料、もしくはプラモデル用スプレー)
  • つや消しトップコート (表面保護および内面反射防止)
  • 無水エタノール (3Dプリント品の洗浄用)
  • 超音波洗浄機 (3Dプリント品の洗浄用、できれば推奨)

【3Dプリント品組み立て関係】

  • プラスドライバー
  • ピンセット (必須ではないですが、あると便利です)
  • ロックタイト (ねじの緩み防止)
  • 紙やすり、スポンジやすり (無くても支障が生じにくいよう設計してあります)
  • ワイヤーブラシ等 (粉末除去用)
  • ニッパー・カッター等 (ランナー切り離し用)

【光学系組み立て関係】

  • 無水エタノール (光学レンズのクリーニング用)
  • シルボン紙、クリーニングペーパー等
  • ブロアー

組み立て手順

3Dプリント部品別に分けて順番に組み立てを行うことで、スムーズに組み上がるようになっています。

  1. 「光学系保持部品」へ光学レンズを組み込む
  2. 完成した「光学系保持部品」を「鏡筒部品」へ取り付け、「鏡筒部品」を組み立てる
  3. 「マウント部品」を「鏡筒部品」へ取り付ける
  4. 完成したレンズをカメラへ取り付け、「フード」を取り付ける

組立図やレンズ構成図、あるいは製品写真を参考にしてください。

光学系保持部品の組み立て

参考:「Primo-Miauor-Q 85mm 1:3.2 (光学系固定)」DMM.make商品ページ

組立図

レンズ構成図

  1. 「光学系保持部品」の3Dプリント部品はランナー接合されていないため、そのまま組み立てを行います。部品は前側部品、後側部品、絞り連動レバー、飾り板の4点です。部品に残留したナイロン粉末を洗浄し、黒で染色もしくは塗装しておきます。
  2. レンズ構成図を参考に、後側部品に3、4枚目のレンズを取り付けます。それぞれ周囲3箇所にM2ナットを入れ、外側からM2ねじ(長さ5mm)で固定します。レンズの固定が緩い場合、長さ6mmのねじを使ってください。3枚目のレンズ(凹メニスカスΦ30.5mm)は前後が分かりにくいため注意してください。
  3. 後側部品にアイリスを取り付けます。周囲3箇所にM2ナットを入れ、外側からM2ねじ(長さ5mm)で固定します。アイリスの固定が緩い場合、長さ6mmのねじを使ってください。
  4. アイリスに絞り連動レバーを取り付けます。スムーズに動作することを確認してください。
  5. 1と同様に前側部品に1、2枚目のレンズを取り付けます。それぞれ周囲3箇所にM2ナットを入れ、外側からM2ねじ(長さ5mm)で固定します。レンズの固定が緩い場合、長さ6mmのねじを使ってください。2枚目のレンズ(凹メニスカスΦ30.5mm)は前後が分かりにくいため注意してください。
  6. 前側部品に飾り板を取り付けます。前側部品の周囲3箇所にM2ナットを入れ、前側部品に飾り板をはめ込んでから外側からM2ねじ(長さ5mm)で固定します。
  7. 前側部品と後側部品を仮組みし、干渉しないことを確認します。

鏡筒部品の組み立て

参考:「Primo-Miauor-Q 85mm 1:3.2 (鏡筒)」DMM.make商品ページ

組立図

  1. 「鏡筒部品」の3Dプリント部品はランナー接合されており、一体となって造型されます。部品はピント環、支持部、ピント環固定部、ヘリコイドリミッター、鏡筒、絞り環の6点です。ランナーを切り離し、バリを除去した後ナイロン粉末を除去して洗浄します。部品の造型コストを下げるため、部品間のクリアランスがギリギリとなっており、粉末が残留しやすくなっています。部品の洗浄後に、黒で染色もしくは塗装します。
  2. 組み立て済みの光学系固定部品の後側部品の外周3箇所にM2ナットを入れ、鏡筒に取り付けて鏡筒後側からM2ねじ(6mm)で3箇所固定します。絞り連動レバーの位置を間違えないように気を付けてください。
  3. ピント環の内部にピント環固定部を設置します。
  4. 鏡筒をピント環のヘリコイドにねじ込みます。ピント環固定部の凹みに、鏡筒の突起が一致するようにして最後までねじ込んでください。
  5. ヘリコイドリミッターにM2ナットを5箇所取り付け、ピント環の先端に取り付けてM2ねじ(5mm)で5箇所固定します。リミッターの寸法は若干きつめになっていますので、取り付けにくい場合は適宜やすり等で削ってください。
  6. ピント環の後方から、支持部の突起2箇所をピント環固定部とピント環の凹みに一致するよう差し込みます。
  7. 支持部の後方から、絞り環を突起が絞り連動レバーに一致するように差し込みます。この状態で絞り環は固定されないため、仮止めしてください。

マウント部品の組み立て

Fマウント用・Kマウント用ともに組み立て手順は変わりません。

  1. 「マウント部品」の3Dプリント部品はランナー接合されていないため、そのまま組み立てを行います。部品はマウント部品、絞りクリック用バネの2点です。部品に残留したナイロン粉末を洗浄し、黒で染色もしくは塗装しておきます。(絞りクリック用バネは外部に露出しませんので、染色・塗装の必要はありません。)
  2. 組み立て済みの鏡筒部品のピント環を回し、ヘリコイドを最大まで繰り出します。
  3. 組み立て済みの光学系固定部品の前側部品の外周3箇所にM2ナットを入れ、鏡筒に取り付けて側面からM2ねじ(5mm)で固定します。このとき、鏡筒に組み込み済みの光学系固定部品の後側部品の突起が前側部品の凹みと一致するようにします。
  4. マウント部品の鏡筒側の凹みに絞りクリック用バネを設置し、鏡筒部品の後方へはめ込みます。絞り環の内側にクリック位置に対応した溝があります。はめ込む際、絞り環を開放位置にしておくと位置関係が分かりやすいです。
  5. レンズ後方からピント環固定部にM2ナットを入れ、マウント部品にM2ねじ(10mm)を通して3箇所固定します。1箇所ずつ、少しずつ固定すると固定しやすいです。
  6. 以上で完成です。お疲れさまでした。お好みに応じて先端にフィルター(Φ58mm)を装着できます。レンズの保護には別途Fマウント用もしくはKマウント用のリアキャップと58mmのフロントキャップをご用意ください。斜入射光に弱くフレアが生じやすいため、オプションのフードを取り付けることで実用性が向上します。

距離指標の貼り付け


お好みに応じて、以下より距離指標データをダウンロードして貼り付けてください。
サイズは 90mm x 5mm です。
サンプルでは黒塗装済みのアルミテープにレーザー彫刻を施したものを貼り付けています。

距離指標データ: https://soraphoto.blob.core.windows.net/soraphoto-main/2019/12/distance_label_90x5.png

更新履歴

2020/02/12: 距離指標のダウンロードを追加
2020/02/25: Fマウント部品について追記

【P.-Miauor-Q 85/3.2】作例

>> 基本情報 >> 組み立て説明書
>> 作例
>> テクノロジー #1:光学系 - #2:機構

目次

作例1 (Prototype ver. w/ PENTAX K-1 Mark II)

*プロトタイプ版での撮影のため、製品版とは描写が異なる可能性があります。

作例2 (Release ver. w/ PENTAX K-1 Mark II)

【P.-Miauor-Q 85/3.2】基本情報

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>> 作例
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目次

「Primo-Miauor-Q 85mm 1:3.2」について

「史上初!? 一眼レフ用交換レンズ組み立てキット、できました!」

記念すべき 自作レンズ「Miauor」第一弾。Kマウント用中望遠単焦点レンズです。
(オプションのマウント用部品を追加し、KマウントまたはFマウントで使用可能となりました)
今までにない強烈なソフト効果を気軽に楽しんでもらうことを目的としています。
現時点での私が持ちうる知識と技術を総動員し、これまで3Dプリンターで製作したものの中で最も設計・製作が複雑なものとなりました。

名前の頭の「Primo」は、「第一の」を意味します。
後ろの「Q」は、後述のスペックにおけるレンズの構成枚数が「4枚」であることを表します。
つまり、このレンズが「Miauor」の第一弾のレンズであり、4枚構成であるためこのような名前としました。

部品の入手について

冒頭でも述べたように、組み立てキット品として頒布しています。
以下の部品を購入していただき、組み立てることで初めてレンズとして機能します。
頒布していましたが、残念ながら光学部品の入手に目途が立たなくなってしまったため頒布を終了いたしました。
以下は頒布当時の情報となります。

【3Dプリント品 (DMM.makeにて委託)*公開を終了しました*

【光学レンズ (ケンコー製)*入手不可能になりました*

【アイリス (顕微鏡用を個人輸入)】

【ねじ類 (内面反射を防ぐため黒色を推奨)】

  • M2ねじ (5mm) 26本 / (6mm) 3本 / (10mm) 3本
  • M2ナット 32個

ここまで、総額はフード含めて41000円、フード無しなら35000円くらいです。
自家染色・塗装される場合はもう少しお安くなります。

なお、時期は未定ですが組み立て済み完成品の頒布を検討中です。
BOOTHにて完成品の頒布を開始しました。詳細は引き続き以下に記載します。
上述の通り光学部品の調達が不可能となったため、完成品頒布についても終了いたしました。

完成品の頒布について*頒布を終了しました*

ここまで「組み立てを楽しみたい」方向けの組み立てキット品としての公開について記しましたが、当然ながら「レンズとして使ってみたい」だけの方もいると思います。
(部品点数やネジ類も多いですし、塗装・染色や組み立てを手間と考えてもまあ不思議ではないですよね)
そのような方へ、組み立て済みの完成品の頒布をBOOTHにて開始しました。

https://mr-optics.booth.pm/items/1685013

フードの有無を選択でき、自家出力品のレンズキャップを付属してのお届けです。

仕様

レンズタイプ中望遠単焦点ソフトフォーカスレンズ
レンズマウントペンタックスKマウント
ニコンFマウント
焦点距離85mm
開放絞り値F3.2
最小絞り値F22
絞りのタイプ手動絞り
画角28.5°
レンズ構成4群4枚 (完全対称型ダブルガウス)
絞り羽根枚数14枚
最短撮影距離1.0m
最大撮影倍率0.09倍
フィルター径58mm
最大径×長さ83×63.8mm (キャップ・フード含まず)
質量190g (キャップ・フード含まず)
オプション角型フード、58mmレンズキャップ、Kマウントリアキャップ

【レンズ構成図】

更新履歴

2020/02/12: BOOTHでの販売について記載
2020/02/25: Fマウント部品について追記

M&R Optics ロゴについて

Twitterでは適宜できごとを載せているのですが、ブログの方は更新が遅れ気味です。
M&R Opticsのロゴが決定した際にもブログの方へはいきなりロゴを掲載していたので
びっくりされた方もいたかもしれません。
(ブログのみ見ている方がどれだけいるのか分かりませんが…)


こちらのM&R Opticsロゴですが、


とTwitterでも述べたように、「M&R Optics」という名前そのものを表したデザインとなっています。
ちなみに「ねこ」で「ペンタゴナル」なロゴということで、個人的に「ねこペン」と呼んでいます。(被るので正式名称ではありません)

既にレンズフードやレンズキャップ等にこのロゴを(スペースが許せば)埋め込んでいますが、
今後も様々なグッズを作っていこうと思います。