高品質ビデオストリーミングを可能にする非球面レンズ

Netflix^®の最新番組、YouTube^®のバイラル動画、あるいはDisney+^®の懐かしい番組など、世界はこれまで以上にビデオストリーミングを求めています。ビデオコンテンツの大量消費は、インターネット帯域幅に深刻な負担をかけ、ネットワークの維持が困難になっています。撮影監督は、被写界深度の浅いビデオを巧みに撮影して、ビデオの圧縮とストリーミング品質を向上させていますが、そのためには特殊なシネマレンズが必要です。こうしたシネマレンズ内にあるハイエンドの非球面レンズ素子は、浅い被写界深度で品質を維持するのに必要不可欠で、それによって世界中の人々に最善のNetflix体験をもたらします。

シネマレンズとは？

シネマレンズ、あるいはシネレンズは、映画制作の厳しいビデオ品質要件に合わせて特別にデザインされたレンズアッセンブリです。これらは、マシンビジョンや商用写真撮影に用いられるレンズアッセンブリよりもはるかに大きく、高価になる傾向があります。

浅い被写界深度を用いることで帯域幅の10％を削減¹

高品質ビデオに対する需要はかつてないほど高まっています。世界のビデオストリーミング市場は2019年に426億ドルに達し、さらなる爆発的な成長を遂げているため、2020年から2027年までの年平均成長率（CAGR）は20.4％と予想されています。²

撮影監督は、浅い被写界深度 （DOF） で撮影することにより、ストリーミング用に合わせたコンテンツを巧みに制作してきました。被写界深度 （DOF） とは、ピントを再調整することなく特定レベルの解像力を維持する、対象物の最近点と最遠点間の距離になります (Figure 1)。浅い被写界深度は、対象物の関心のあるポイントのみに焦点を合わせ、その背景はぼやけた状態になることを意味します。これは、ショット内の何かに視聴者の注意を引きつけるのによく用いられますが、ビデオの圧縮やストリーミングに対してもメリットがあります。

Figure 1:Fナンバーの低い“ファスト”レンズは、対象物にピントを合わせている時のDOFが小さくなる

ビデオファイルは非常に大きく、ストリーミング用にファイルサイズを小さくするために圧縮する必要があります。圧縮アルゴリズムは、各フレーム内の各画素すべてというのではなく、フレーム間で変化する情報のみを知性的にエンコードしています。ぼやけた背景は、一般的にフレーム間の変化がないため、浅いDOFは全体的な圧縮画像の品質をより許容します。圧縮アルゴリズムは、ビデオのピントの合った領域の詳細をより保持しながら、背景のぼやけた箇所はより圧縮します。これは、この箇所の圧縮がそれほど目立たないからです。一般的な経験則として、低いDOFを用いることで帯域幅の約10％を削減することができますが、これは背景の忙しさと正確なDOFに依存します。¹

これを可能にする非球面レンズ素子

浅いDOFの映画撮影に用いられるシネマレンズは、低いFナンバーまたは急な焦点角度で高画質を提供できなければなりません。レンズによって一点集光される光の角度が急になるほど、球面収差あるいはレンズ開口全体に対する焦点位置の変動が大きくなります。浅いDOFのシネマレンズのデザイン上の一番の障害は、球面収差への対処です。この対処に、大きなシネマレンズアッセンブリ内にはハイエンドの非球面レンズ素子が組み込まれます (Figure 2)。

Figure 2:従来の球面レンズ素子 (左) と非球面レンズ (右) の球面収差

非球面レンズは、より複雑な面形状を通して収差の影響を最小化します。非球面の製造は、球面レンズを製造するよりも複雑かつ困難になるため、浅いDOFを得るために非球面レンズを利用しているシネマレンズの価格は高くなります。直感に反しているように感じますが、データ量がより少ない動画を撮影するためにはより高価なレンズが必要になります。Netflixでお気に入りの番組の全シリーズを1回の週末で視聴できるのも、最新のシネマレンズ内に組み込まれたハイエンド非球面レンズのおかげなのです。

エドモンド・オプティクスの非球面レンズ

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