この記事では、シグマの一眼レフカメラ用の交換レンズである大口径中望遠レンズ 105mm F1.4 DG HSMの歴史と供に設計性能を徹底分析します。
さて、写真やカメラが趣味の方でも、レンズの仕組みや性能の違いがよくわからないと感じませんか？
当ブログでは、光学エンジニアでいわゆるレンズのプロである私(高山仁)が、レンズの時代背景や特許情報から設計値を推定し、知られざる真の光学性能をやさしく紹介します。
当記事をお読みいただくと、あなたの人生におけるパートナーとなるような、究極の1本が見つかるかもしれません。
作例写真は準備中です。
レンズの概要
各社のマウントに対応した製品を販売する老舗レンズメーカーのひとつSIGMAは、2012年より「怒涛の超高性能Art」「超快速超望遠Sports」「小型万能なContemporary」と、わかりやすい3つのシリーズで製品を分類し構成しています。
その中でもArt(アート)シリーズは、超高性能を前提に金属部品を多用した高剛性、かつ端正なデザインの重厚長大なフラッグシップレンズです。
本項で紹介する105mm F1.4 DG HSM Artは大口径中望遠レンズでありながら極めて高い解像性能を誇るレンズです。
さらに、SIGMAが誇るArt大口径単焦点シリーズのなかでもSIGMA自身が「BOKEH-MASTER」との別名を付けるほどのレンズです。(ぼけますたー、と読みます)
大口径レンズによる像のにじみをボケと呼び愛でる文化は日本発祥で「世界共通でボケ(BOKEH)と言われるのだ」と聞いたことがあります。
外国人の知人がおりませんので真実なのかわかりませんが…
なおこのレンズは、各社マウントに対応した専用モデルがありますが、一眼レフカメラ用のマウントの製品はマウントアダプターを利用することで、ミラーレス一眼カメラにも使用できます。
このSIGMA 105mm F1.4は、高い描写性能ゆえに注意すべき点も多いレンズです。
まず、1.6Kgとかなりの重量であるため「三脚座」が付属します。
一般的にレンズの三脚座が付属する理由は、カメラよりもレンズが重いと三脚に据えたさいにマウント部分が痛んでしまうため、レンズ側で三脚に固定できるように用意されています。
三脚座が付属するレンズは、できるだけレンズ側を持って保持するように心がけてください。
続いて、フィルターサイズにも留意してください。
このレンズのフィルターサイズはφ105mmと特大サイズです。
一般的なレンズのフィルターサイズの最大はφ82mmでこれでもだいぶ限られたレンズのみが採用しており、φ82mmフィルターでもかなり高価です。
それを上回るサイズですから、とても高価ですし、フィルターの種類も限られてきます。
普通のメーカーでしたら、できるだけ軽量でフィルターサイズもφ82mm以内で設計するために少し性能あるいは仕様を妥協するわけですが、SIGMAのArtシリーズにはそのような忖度はありません。
以上のようにあらゆる意味で妥協の無い最高の105mmレンズをしっかり分析して参りましょう。
文献調査
さて特許文献を調べると現代の製品なので関連すると思われる特許が簡単に見つかりました。断面図の雰囲気から特開2019-144477実施例1が製品に見た目で近いので設計値と仮定し、設計データを以下に再現してみます。
！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。
Xでフォローしていただいているカメラ評論家の方の最新著作のご紹介です。
設計値の推測と分析
性能評価の内容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SIGMA Art 105 F1.4の光路図です。
レンズの構成は12群17枚、最も撮像素子に近い最終玉に非球面レンズを配置し球面収差と像面湾曲を同時に補正し、色収差を良好に補正するための特殊低分散材料を5枚も配置しています。
これだけの枚数ともなると、どのように形状を形容すべきなのか、難しい問題です。
あえて言うと、基本的な中望遠的なレイアウトが二重になっているというのか、大きな中望遠のなかに小さな中望遠と言うか…じっと見つめると何か錯視の絵を見ているような錯覚を起こしてしまいます。
現代の光学設計はコンピュータを使い最適化法というプログラムで答えを求めるのですが、あくまで初期値の近くにある「少し良い答えを出す」そんなレベルの物です。
そして、レンズの枚数が増えるほど答えの候補(組み合わせ)が膨大な数になりますから、計算時間も増大します。
コンピュータで最適化しているのに不思議に思われるかもしれませんが、これだけの多枚数のレンズ設計ともなると熟練の設計者でなければすぐにコントール不能に陥りまともな答えを得ることも難しいのです。
レンズの設計はコンピュータがアシストしてくれるとは言え、設計者が信念をもって導かねば適切な答えにはたどり着くことはできません。
また、レンズ枚数が多ければ設計自由度が高まり高度な収差補正が可能になるわけですが、製造誤差の要素数が増えるので発売までの苦労はかけ算で増大します。SIGMAの中の人もたぶん大変だったでしょう。
縦収差
球面収差 軸上色収差
画面中心の解像度、ボケ味の指標である球面収差は、SIGMAのArtシリーズに85mmF1.4がありまして、そちらが最高性能かなと思っていたのですが、少々信じがたいことにこの105mmの方が球面収差が少ない…
像面湾曲
画面全域の平坦度の指標の像面湾曲は、ほぼ完全に収差が抑えられているレベルです。
歪曲収差
画面全域の歪みの指標の歪曲収差は、望遠域なのでほんのわずかにプラス側に残る糸巻き型ですが、絶対値的には写真に影響するレベルではありません。
倍率色収差
画面全域の色にじみの指標の倍率色収差も、105mm F1.4の仕様とは信じ難いレベルで十分に補正されています。
横収差
画面内の代表ポイントでの光線の収束具合の指標の横収差を見てみましょう。
横収差的にも85mmF1.4より補正されている印象です。
スポットダイアグラム
スポットスケール±0.3(標準)
ここからは光学シミュレーション結果となりますが、画面内の代表ポイントでの光線の実際の振る舞いを示すスポットダイアグラムから見てみましょう。
極小さいですね…
105mmのF1.4ですよ…
これは「狂気」か、あるいは「凶器」か？
スポットスケール±0.1(詳細)
さらにスケールを変更し、拡大表示したスポットダイアグラムです。
MTF
開放絞りF1.4
最後に、画面内の代表ポイントでの解像性能を点数化したMTFによるシミュレーションの結果を確認してみましょう。
開放Fno1.4の状態で画面全域で十分高い特性です。さすがに画面の最周辺にあたる像高21mmあたりでは像面湾曲がありますが、あくまで隅の話で、全体には高い解像力が期待できます。
小絞りF4.0
FnoをF4まで絞り込んだ小絞りの状態でのMTFを確認しましょう。一般的には、絞り込むことで収差がカットされ解像度は改善します。
Fno4.0まで絞れば無収差と感じられる極めて高い性能になります。
現在のカメラ用のイメージセンサーを前提とすれば物理的にこれ以上は高解像度の映像を作る手段はないかもしれません。
多数画像の合成などを考えれば別ではありますが…
冒頭にも記した通り、BOKEH-MASTERと言う別名を持つレンズではありますが、収差のキレキレ具合からするとKIRE-MASTERでも良いかも？と思いました…
総評
現代的光学設計の代表例として取り上げたこのレンズですが、想像以上に補正差された収差の様子は圧巻でしたね。
SIGMAの他のレンズの様子からすると、もっと非球面レンズを多用し、小型化することも可能なのではないかと思いますが、非球面レンズを多く導入すると玉ねぎボケといわれるボケの汚さが増大するリスクがあるため、できる限り球面レンズを多用し設計されたものと推測されます。
このArt 105mm F1.4は、体力に自信が無いと使いこなすのは困難でしょうが、一度でも使うとその高性能から離れられない体になりそうですね。
持つ者を選ぶ、唯一無二の最高峰レンズの1本ではないでしょうか？
以上でこのレンズの分析を終わりますが、今回の分析結果が妥当であったのか？ご自身の手で実際に撮影し検証されてはいかがでしょうか？
それでは最後に、あなたの生涯における運命の1本に出会えますことをお祈り申し上げます。
LENS Review 高山仁
マウントアダプターを利用することで最新のミラーレス一眼カメラでも使用できます。
このレンズに最適なカメラをご紹介します。
当ブログで人気の「プロが教えるレンズクリーニング法」はこちらの記事です。
製品仕様表
SIGMA Art 105 1.4製品仕様一覧表(Lマウント用)
| 画角 | 23.3度 |
| レンズ構成 | 12群17枚 |
| 最小絞り | F16 |
| 最短撮影距離 | 1.0m |
| フィルタ径 | 105mm |
| 全長 | 155.5mm |
| 最大径 | 115.9mm |
| 重量 | 1625g |
