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【深層解説】ソニー大口径望遠ズーム SONY FE 70-200mm F2.8 GM OSS -分析125

ソニーの大口径望遠ズーム SONY FE 70-200mm F2.8GM OSSの性能分析・レビュー記事です。

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

ズームレンズの中でも、プロ御用達の上位レンズの一部は俗に「大三元レンズ」と呼ばれています。

まず、本来の大三元とは麻雀用語で、ゲームでのアガリ手段の中で高得点を得られる特別な組み合わせ「役満の一種」です。

大三元は特定の3種の牌(パイ)を集めると成立するため、これを転じて「最上級の3本のレンズ」との意味合いで大三元レンズと称されているのです。

大三元レンズは、焦点距離仕様が広角ズーム/標準ズーム/望遠ズームの3本の組合わせで、かつFnoの仕様が広角端から望遠端までF2.8一定(通し)の明るい大口径ズームレンズであることが一般的です。

Fnoが明るいF2.8の通しズームレンズは、大型化が著しく、収差補正に課題もあり、各社から製品が出始めるのは1980年代以降のことで、大三元レンズの形が定番化したのは2000年代を越えてからです。

それでは、当記事で分析するSONYの大三元レンズの一角である大口径望遠ズームレンズの系譜を確認しみましょう。

   ※(カッコ)発売日

MINOLTAは、かつてオートフォーカス一眼レフを世界で初めてシステム化した名門カメラ企業でしたが、2006年にSONYへカメラ事業を譲渡していますので、MINOLTAからSONYまでを一覧にまとめています。

過去の記事では、1987年に発売されたMINOLTA時代の初代大口径ズーム80-200mm F2.8を分析しました。

初代レンズ当時のカメラは、世界初のオートフォーカスを実現したシステム一眼レフαシリーズ(Aマウント)でした。

1980年代、一眼レフカメラにオートフォーカスが初めて搭載された頃「オートフォーカスの必要性」について喧々諤々の議論がありましたが、現代ではプロカメラマンにも必須の機能となったものです。

そして2013年、MINOLTAからカメラ事業を継承したSONYは、αシリーズをフルサイズのミラーレス一眼カメラ(Eマウント)へと進化させました。

フルサイズミラーレスも、発売当初こそ一眼レフカメラに対するデメリットが取り沙汰され喧々諤々の議論がありましたが、着実な進歩を重ね2020年頃にはついに一眼レフカメラをカメラを追い抜くに至ります。

時代は繰り返すのか、いつも革新の中心にいるαシリーズの存在には不思議な運命を感じずにはいられませんね。

この躍進の一翼を担った大三元望遠ズームFE 70-200mm F2.8GM OSSが今回分析するレンズになります。

続いて少し、レンズの名称の説明します。

レンズ名の「GM」は、SONYレンズの最高峰シリーズである「G Master」の略で、元はMINOLTAレンズの上位グレードを示す「G」の表記を継承したものです。

名称末尾のOSSは「Optical Steady Shot」の略で「光学式手振れ補正」を搭載することを示します。

文献調査

発売日前後のSONYが出願する特許をつぶさに確認しますと国際公開の形式でWO2017/134929が出願されているのがわかりました。

SONYは比較的きまぐれに特許を出願する傾向があり、製品に関連する特許が発見できない事も多いのですが、今回は出願されておりましたので形状的に製品と酷似する実施例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。

恥ずかしい話ですが、マンションの壁をカビさせたことがありますが、防湿庫のカメラは無事でした。

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

左図(青字WIDE)は広角端で焦点距離70mm、右図(赤字TELE)は望遠端で焦点距離200mm

光路図

上図がSONY FE 70-200mm F2.8GM OSSの光路図になります。

本レンズは、ズームレンズのため各種特性を広角端と望遠端で左右に並べ表記しております。

左図(青字Wide)は広角端で焦点距離70mmの状態、右図(赤字Tele)は望遠端で焦点距離200mmの状態です。

英語では広角レンズを「Wide angle lens」と表記するため、当ブログの図ではズームの広角端をWide(ワイド)と表記しています。

一方の望遠レンズは「Telephoto lens」と表記するため、ズームの望遠端をTele(テレ)と表記します。

さらに、当ブログが独自開発し無料配布しておりますレンズ図描画アプリ「drawLens」を使い、構造をさらにわかりやすく描画してみましょう。

レンズの構成は18群23枚、黄色で示すのは望遠レンズで特に補正が困難である軸上色収差に効果的な特殊低分散材料ED(Extra-Low Dispersion)ガラス、紫に示すのはさらに強力で蛍石にも匹敵する補正効果を持つ超低分散材料Super EDで、非常に大口径な第2と第3レンズに搭載されています。

赤で示すのは球面収差や像面湾曲の補正に効果的な非球面Asphericalレンズで、緑に示すのは新開発の超高度非球面XA(extreme aspherical)レンズで表面の研磨精度を極限まで高めることで輪線ボケを抑えた自然なボケ味を実現しています。

MINOLTA時代の初代70-200は、非球面レンズは1枚も使われていませんし、特殊材料のレンズも1枚のみと、質素な構成でしたが衝撃的な進化を遂げていますね。

 関連記事:MINOLTA AF APO TELE ZOOM 80-200mm F2.8

続いて、ズーム構成について以下に図示しました。

上図では広角端(WIDE)を上段に、望遠端(TELE)を下段に記載し、ズーム時のレンズの移動の様子を破線の矢印で示しています。

ズーム構成を確認しますと、レンズは実質的に全7ユニット(UNIT)構成となっています。

第1ユニットは、全体として凸(正)の焦点距離(集光レンズ)の構成となっていますが、このズーム構成を凸(正)群先行型と表現します。

この凸群先行型は、望遠端の焦点距離が70mmを越えるズームレンズで多い構成です。

高倍率ズームや望遠ズームレンズは、ほとんど全て凸群先行型と見て間違いありません。

第1ユニットの被写体側UNIT1Fは固定ですが、撮像素子側のUNIT1Rはピント合わせを行う第1フォーカス(Focus1)ユニットとなっており、実質的には2つの群に分かれています。

第2ユニット、第3ユニットが望遠端になるにつれて撮像素子側へ移動し、第5ユニットは広角端と望遠端では動いていないように見えますが、ズームの中間位置で撮像素子側に弧を描くように移動します。

さらに第5レンズユニットはピント合わせ時にも移動するため、第2フォーカス(Focus2)ユニットも兼ねています。

二つのフォーカスユニットを同時に移動させる方式を一般的にフローティングフォーカス機構と呼びます。

この巨大な第1フォーカスと第2フォーカスをフローティングフォーカスで超高速に駆動させるため、リングドライブSSM(Supersonic Wave Motor)と2つのリニアモーターを搭載し、計3つの駆動源を組み合わせ高度な技術で制御しています。

望遠ズームレンズには、第1ユニットが固定の物と飛び出す(移動する)物の2種類があります。

第1ユニットが飛び出すタイプは、広角端の状態にすると全長をとても小さくできるので、高い携帯性を求めるユーザーに人気です。

第1ユニットが固定のタイプは、堅牢性が高く、ホコリや水分の入り込みも少なく、報道機関など荒っぽい現場では好まれるようですね。

大口径望遠ズームは、スポーツや報道などの現場でも使われることが多いためか、第1ユニットを固定式にすることが一般的のようです。

さらに、第6ユニットの一部は、光学式手振れ補正OSS(Optical Steady Shot)の機能を担っており、OSSレンズを瞬時に振動させることで手振れを打ち消します。

画質を損なうことなく手振れを補正を実現するために、振動状態の性能変動までも補正する高度な収差補正が行われているのです。

縦収差

左図(青字WIDE)は広角端で焦点距離70mm、右図(赤字TELE)は望遠端で焦点距離200mm

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

画面中心の解像度、ボケ味の指標である球面収差から見てみましょう、基準光線であるd線(黄色)はミラーレス時代のレンズらしく広角端も望遠端も鋭く切れ味の良い補正をされています。

画面の中心の色にじみを表す軸上色収差は、左側図の広角端では少々補正残りがあるものの、グラフの上端部でg線(青)とC線(赤)が重なり撮影すると不思議と目立たない配慮がされていますが、絞り込むと目立つ恐れがあるので注意が必要です。

一方の右側図の望遠端側では軸上色収差は、ほとんどゼロと言えるレベルに補正されています。一般的に軸上色収差の補正が困難とされる大口径レンズの望遠端でありながら素晴らしいレベルです。

像面湾曲

画面全域の平坦度の指標の像面湾曲も球面収差に合わせて十分に補正されています。

歪曲収差

画面全域の歪みの指標の歪曲収差は、一般的なズームレンズと同程度で広角端ではマイナスに倒れる特性であるため実写すると樽型に歪みます。一方の望遠端側はプラス側の特性であるため糸巻き型になります。

歪曲収差は、画像処理による補正が容易なため、ある程度は許容しているものと推測されます。

倍率色収差

左図(青字WIDE)は広角端で焦点距離70mm、右図(赤字TELE)は望遠端で焦点距離200mm

画面全域の色にじみの指標の倍率色収差は、軸上色収差ほど極小ではありません。倍率色収差も画像処理での補正が容易なため一般レンズ程度の補正としているものと推測されます。

横収差

左図(青字WIDE)は広角端で焦点距離70mm、右図(赤字TELE)は望遠端で焦点距離200mm

タンジェンシャル、右サジタル

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として見てみましょう。

左列タンジェンシャル方向、右列サジタル方向それぞれコマ収差(非対称)も無く略直線的な特性です。

ミラーレス時代にふさわしい、大口径ズームとは思えないレベルですね。

スポットダイアグラム

左図(青字WIDE)は広角端で焦点距離70mm、右図(赤字TELE)は望遠端で焦点距離200mm

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。

グラフの上端側の画面中心部の特性から、グラフの下端側の画面周辺部の特性まで、スポットの大きさが均一でほとんど変わらない様子に衝撃を受けます。

倍率色収差を画像処理に任せているため、スポットダイヤグラムで見るとg線(青)とC線(赤)が少しずれているのはわかります。

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。

拡大しますと、グラフの下端側の画面周辺部の特性ではよりはっきりとg線(青)とC線(赤)がずれているのがわかります。

ですが、実際に撮影すると画像処理で補正されてしまうので見ることはできないのでしょう。

MTF

左図(青字WIDE)は広角端で焦点距離70mm、右図(赤字TELE)は望遠端で焦点距離200mm

開放絞りF2.8

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。

開放絞りでのMTF特性図で画面中心部の性能を示す青線のグラフを見ると、広角端も望遠端も同レベルで山の頂点の高さが極めて高いです。

0.9ポイントを越えているようですね。

画面周辺部の像高18mm(黄色)を越えると山の頂上は高いものの位置がずれがありますが、フィルム時代の単焦点よりも良いぐらいのレベルです。

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。

ただし、絞り開放状態の性能があまりに高すぎる本レンズは良い意味で変動しないようです。

総評

SONY FE 70-200mm F2.8 GM OSSは、さすがミラーレス時代の大三元望遠と言わんばかりの超高性能な大口径レンズでした。

2000年代を迎えたころ「ズームレンズの性能は単焦点レンズに並んだ」とさかんに言われた記憶がありますが、2010年代を越えますとすでに「単焦点を越えた」の領域に突入していると言っても過言では無い状態です。

さらにリニューアルされた後継機種(第二世代)も分析しておりますので当レンズ(第一世代)との違いをご確認ください。

 関連記事:SONY FE 70-200mm F2.8 GM OSS II

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

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作例・サンプルギャラリー

SONY FE 70-200mm F2.8GM OSSの作例集は準備中です。


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

製品仕様一覧表 SONY FE 70-200mm F2.8GM OSS

画角34-12.3度
レンズ構成18群23枚
最小絞りF22
最短撮影距離0.96m
フィルタ径77mm
全長200mm
最大径88mm
重量1480g
発売日2016年9月30日

記録メディアは、事故防止のため信頼性の高い物を使いましょう。

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