この記事では、ニコンのミラーレス一眼Zマウントシステム用の交換レンズである超大口径標準レンズZ 50mm F1.8S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。
レンズの概要
本レンズNIKON Nikkor Z 50mm F1.2Sは、NIKON ミラーレス専用Zマウントの標準画角レンズです。
また、NIKONレンズにおけるフラッグシップのSシリーズに分類され、超大口径のF1.2仕様かつ高性能なレンズとなっています。
まずは、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
- 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。
直接の先代製品であるAi Nikkor 50mm F1.2は1978年の発売ですから、このZ 50mm F1.2の発売までは実に40年もの期間が開いたことになります。
なお、Zマウントにおける焦点距離50mm台のレンズは、執筆現在(2022)では以下の3本が発売となっています。
- NIKKOR Z 50mm f1.8 S(2018)9群12枚
- NIKKOR Z 50mm F1.2 S (2020)15群17枚★当記事
- NIKKOR Z 58mm f0.95 S Noct(2019)10群17枚
ミラー有一眼レフ用のFマウント時代も多数の焦点距離50mm台のレンズがありましたが、ミラーレス化されたZマウントでも、開始から3年ほどですでに3本目の50mm台レンズが発売されてます。
NIKONの50mm好きも筋金入りと言ったところでしょう。
私的回顧録
あらためて、Fnoによるレンズの大きさの違いを比較してみましょう。
下図では、NIKON Nikkor 50mm F1.8D 、 50mm F1.4D 、 50mm F1.2の3本を同スケールで描画してみました。
実際に製品を手に取ると、あまり大きさは変わらない感じがするのですが、光学系だけで見るとF1.8とF1.2ともなると二回りほど違うことがわかりますね。
これは、レンズが小さくともフォーカスリングや絞りリングなどの操作部材は極端に小さくすることができませんから、結果的に小ささには限度があり製品としての仕上がりは意外に差が無くなることが理由です。
さて、数式は書きたくありませんが、Fnoは『Fno ＝ 焦点距離 ／ 口径(d)』の関係で示されます。
上図のレンズは、全て焦点距離50mmと同じ数値ですから、単純に口径(d)の違いがFnoに直結します。
Fnoの違いを概念的にとらえると、先ほどの公式の関係から「口径が太いほど、Fnoの数値は小さく」なります。
また、図でわかるように口径が太いということは取り込む光の量が多いことでもあり「明るいレンズ」とも言えます。
「Fnoが小さいほど、明るいレンズ」の関係性はここから導き出されるわけです。
ここで注意点ですが、ここでの口径とは、撮像素子中心部へ集光する光線束の太さ(軸上光線径)のことで、被写体側レンズ(前玉)の径寸法ではありません。
ただし、一般的に焦点距離50mmより長いレンズは、口径と前玉がおおむね一致しますので色々と誤解が生じてしまいます。
しかし、反対に広角レンズは口径が細く、前玉は大きくなります。広角レンズは、F3.5などの暗いレンズが多いですが、前玉は大きいですよね。
この「口径」を見た目から説明すると、レンズを被写体側から見た時の絞り部分の径であり、人間なら瞳孔(ひとみ)に相当するものです。
単純に口径と言うとレンズの径寸法と勘違いされるため、光学の専門家は「見かけのひとみ径」と言う方も多いですね。
ちなみに「見かけ」とは「レンズを通して見たときの」との意味です。
レンズを通して見ていると実際のサイズとは違って見えるため「見かけの」と表現しているのです。
過去には1枚のレンズでFnoの違いを比較した記事も執筆しておりますので参考にご確認ください。
関連記事：Fnoとレンズの大きさ
文献調査
このNikkor Z 50mm F1.2は、私の方へ直接分析依頼をくださる方も多かったレンズで、皆様の注目度の高い製品でしたが、発売より1年以上かかりようやく分析となりました。
これは特許が公開された時期による影響で、私がさぼっていたわけではありません。特許は出願から公開となり、第三者が読めるようになるまで感覚的には1年半ほどかかります。
よって、製品の発売と同時期に特許が出願されたと仮定すると、その特許が公開され読めるようになるまで製品発売から1年以上かかることになります。
電子化の進んだ現代ですから、システム上は数週間で公開することも可能と思いますが何か法的な事情でもあるのでしょうか…
なお、最近のNIKONの製品は、国際公開(WO)という形式で出願されているようです。
国際的な特許の仕組みはさっぱり知りませんが、全世界同時に特許を出願するような方式なのでしょうかね？
大企業はやることが違いますから真意は理解できませんが、WO2021/241230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。
関連記事：特許の原文を参照する方法
！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。
レンズレビュー公認レンズクリーナー：公認の秘密はこちら
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NIKON Nikkor Z 50mm F1.2Sの光路図になります。
