レンズ分析

【レンズ性能評価】新旧比較 NIKON Nikkor 50mm F1.2 Ai vs Z -分析080

1970年代に発売されたニコン Fマウント用の超大口径標準レンズAi Nikkor 50mm F1.2と、ミラーレス専用ZマウントのNikkor Z 50mm F1.2の比較分析記事となります。

レンズの仕組みやその性能は一体どう違うのか、具体的な違いがほとんどよくわかりませんよね。

雑誌やネットで調べても似たような「口コミ程度のおススメ情報」そんな記事ばかりではないでしょうか?

当ブログでは、レンズの歴史やその時代背景を調べながら、特許情報や実写作例を元にレンズの設計性能を推定し、シミュレーションによりレンズ性能を技術的な観点から詳細に分析します。

一般的には見ることのできない光路図や収差などの光学特性を、プロレンズデザイナー高山仁が丁寧に紐解き、レンズの味や描写性能について、深く優しく解説します。

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。

それぞれ個別の分析記事については以下をご参照ください。

 関連記事:Ai Nikkor 50mm F1.2
 関連記事:Nikkor Z 50mm F1.2S

レンズの概要

FマウントのAi Nikkor 50mm F1.2とNikkor Z 50mm F1.2Sの比較の前に、改めてNIKONにおける超大口径F1.2の系譜を確認してみましょう。(発売年)

  • NIKKOR-S Auto 55mm F1.2 (1965)5群7枚
  • New Nikkor 55mm F1.2 (1975)5群7枚
  • Ai Noct Nikkor 58mm F1.2 (1977) 6群7枚
  • Ai Nikkor 50mm F1.2 (1978)6群7枚★当記事
  • NIKKOR Z 50mm F1.2 S (2020)15群17枚★当記事

 ※光学系が流用されているものは除いています。

今回の比較のAi Nikkor 50mm F1.2は、焦点距離がピタリ50mmとなった初のF1.2仕様のレンズでした。

一眼レフ用のレンズは、光学ファインダーへ光を導くためのミラーを配置するため、レンズと撮像素子の距離であるバックフォーカスを広くあける必要がありますが、一眼レフの黎明期は焦点距離50mmレンズではバックフォーカスをあけることができませんでした。

苦肉の策として、焦点距離を58mmや55mmに少し伸ばし、全体を大きくすることでバックフォーカスを確保したのです。

その後、研究開発が進み悲願達成、ついに50mm F1.2仕様が実現されました。

しかしこれ以降、実に40年に渡り50mm F1.2の新規開発は封印された状態となっていました。

封印されていた理由は、公式には語られていないと思いますが、推測するにFマウントはサイズが小さいため、50mm F1.2の大口径をオートフォーカス化することが構造的に難しかったのではないかと思われます。

特にミラー有一眼レフをレンズを外して前から覗くと、見た目にミラー周りがかなり混みあっていますし、小径マウントの影響も考えると物理的になんらかの課題があったのではないでしょうか?

そして時を経て、ミラーレス化されたZマウントの誕生と供に大願成就、新時代にふさわしい最上級のレンズとしてNikkor Z 50mm F1.2Sが新生されました。


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私的回顧録

『NIKON 50mm F1.2調査顛末』

さて、2020年から始めたNIKON 50mmレンズの分析も今回で一時終了です。

最終では無いと思いますが、執筆現在(2022年)のNIKONのレンズラインナップ状況からすると50mmはしばらくはお休みと思います。

今回は、50mmレンズの分析に関して、心残りとなった点を備忘録として残したいと思います。

Ai Noct Nikkor 58mm F1.2

Ai Noct Nikkor 58mm F1.2は、NIKONの標準レンズの中でも伝説的な人気を誇るレンズです。

熟練の職人しか加工できない特殊な工法の非球面レンズが導入され、1点づつ専用計測器で収差を測りながら組まれたとか、そんな逸話の尽きないレンズですが残念ながら特許文献を発見することができていません。

米国の関連サイトでも見かけません。製品の発売年代からすると特許文献が電子化されている時代の物のように思えますから残念ながら出願されなかったのでしょうか。

 参考:1971年以降の特許文献は電子化され、検索できるとされています。

また、Fマウントで最初のF1.2であるNIKKOR-S Auto 55mm F1.2 (1965)も発見には至りませんでした。

最初のレンズだけに分析に挙げたいレンズのひとつではありましたが残念なことです。

55mm F1.2ついては特許文献の電子化と検索対応がなされていないだけで、将来的には発見できるかもしれません。

なお、過去のNikkor 50mmレンズ分析記事はこちらなどです。

 関連記事:NIKON Nikkor 50mm F1.8D


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!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。


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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。

 関連記事:光学性能評価光路図を図解

光路図

上図左は、Ai Nikkor 50mm F1.2の光路図で、以下青字F 50mmと記載します。

上図右は、Nikkor Z 50mm F1.2の光路図で、以下赤字Z 50mmと記載します。

双方とも同スケール比で描画しています。

この2本のレンズの発売時期には40年以上の期間の開きがありますから、実に半世紀の違いがあります。

この間はまさに激変の時代で、露出は無論のことピント合わせも自動になり、さらにはフィルムを装填して撮影していたのすらすでにだいぶ過去の話となり、カメラはすっかりデジタル化されました。

また、単に画像データを得るだけならば、スマートフォンなどの機器でも可能となり、瞬時に世界中の方々と共有することも可能です。

そして高性能を求める人類の欲望は、ついに50mmレンズにもこのような進化を促したわけです。

さて、改めてF 50mmを見ると対称型ダブルガウス型光学系という人類史に残る画期的なレンズタイプによりが驚異的に小さくまとまっていると捉えるべきか、あるいはZ 50mmが恐竜的な超絶進化を果たしたと見るか、評価は難しいところですね。

縦収差

左図はFマウント 50mm、右図はZマウント 50mm

左から、球面収差像面湾曲歪曲収差のグラフ

球面収差 軸上色収差

球面収差から見てみましょう、F 50mmの特筆すべき点は小枚数構成の大口径レンズにもかかわらず、かなり素直な球面収差の形を実現し自然なボケ味を狙っている点です。

一方のZ 50mmは非球面レンズの活用で徹底的に収差を補正しています。

軸上色収差F 50mmは若干ですがF線(水色)の補正不足が気になるものの、小枚数構成ながら適度に補正されており、対称型構成の良さを引き出しています。

像面湾曲

像面湾曲F 50mmはさすがにグラフの上端側の画面周辺部ではタンジェンシャル方向(破線)とサジタル方向(実線)で大きく開くような特性となり、俗に言う「アスが大きい」状態です。

Z 50mmは言うまでもないレベルで補正されていますね。

歪曲収差

歪曲収差F 50mmの方ではダブルガウスタイプにありがちな若干マイナス側に倒れる特性で、形状的には樽型になります。数値的には一般的な量です。

Z 50mmは、驚異的な補正で「ゼロ」にしています。標準レンズゆえに完璧でありたいとの願いがあったのでしょうか…

倍率色収差

左図はFマウント 50mm、右図はZマウント 50mm

倍率色収差F 50mmは中間部のズレが少々大きいものの、Z 50mmの構成枚数の1/3ほどで構成されてますから健闘しているとも言えます。

球面収差や像面湾曲などの単色の収差は、レンズ枚数の増加や非球面レンズの採用により劇的に改善することが可能ですが、色収差は材料の自由度に限度があるため補正に限界があることもこの理由の一端です。

横収差

左図はFマウント 50mm、右図はZマウント 50mm

タンジェンシャル、右サジタル

横収差として見てみましょう。

F 50mmZ 50mmの差は歴然ですね。

F 50mmではタンジェンシャル方向のコマ収差(非対称)や、サジタル方向のコマフレアが、甚大な量発生している様子がうかがえます。


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スポットダイアグラム

左図はFマウント 50mm、右図はZマウント 50mm

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、最初にスポットダイヤグラムから見てみましょう。

スポットダイアグラムではF 50mmは中央部の像高6mmぐらいからスポットの増大が見られ、中間部の像高12mmを超えるとサジタルコマフレアの影響でV字形状になっています。

Z 50mmでは「全域で略点」ですね…

スポットスケール±0.1(詳細)

さらに拡大した様子です。F 50mmでは拡大は酷でしたでしょうか。

Z 50mmが画面周辺部まで丸さを維持している点が驚異的です。

MTF

左図はFマウント 50mm、右図はZマウント 50mm

開放絞りF1.2

最後に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。

絞りが開放状態のMTFは、F 50mmは中心こそ健闘しているものの、Z 50mmの驚異的な性能に目が奪われますね。

小絞りF2.8

1段と少し絞り込んだF2.8ではF 50mmはグッと改善しますが、周辺部の像高18mmぐらいから外側があまり改善しません。

Z 50mmはすでにF2.8の状態で理論的な上限値に近い状態になってしまいます。

小絞りF4.0

さらに絞ったF4では、中間部の像高12mmぐらいまでの性能であれば、F 50mmZ 50mmがかなり拮抗してきますが、F 50mmではさらに外側の像高はもう改善は無さそうです。

ダブルガウスタイプの素性の良さが光りますね。

Z 50mmは天井との意味でこれ以上の改善は無さそうです。

総評

小型軽量でクラシカルな描写と供に絞りによる画質の変化が楽しめるAi Nikkor 50mm F1.2、開放から異次元の高性能を実現するNikkor Z 50mm F1.2

どちらか一つのみに選択することは、限りなく不可能に近い難題です。

さて、並べてみますと、半世紀の進化がよりずっしりとした重みで伝わってきたのではないでしょうか?

さらに次の半世紀の後に「カメラの概念」自体が残っているのでしょうか?それすら予測は困難ですね。


作例・サンプルギャラリー

Ai Nikkor 50mm F1.2とNikkor Z 50mm F1.2Sの作例集は各製品ページをご参照ください。

 関連記事:Ai Nikkor 50mm F1.2
 関連記事:Nikkor Z 50mm F1.2S


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製品仕様表

製品仕様一覧表

Ai Nikkor 50mm F1.2Nikkor Z 50mm F1.2
画角46度47度
レンズ構成6群7枚15群17枚
最小絞りF16F16
最短撮影距離0.5m0.45m
フィルタ径52mm82mm
全長47.5mm150mm
最大径68.5mm89.5mm
重量360g1090
発売日1982年2020年12月11日

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