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June 2006

20 June 2006

梅雨の晴れ間

 Imgp1033caption_s
June 19, 2006
PENTAX *istD(ISO400,Raw mode, NR:ON), SMC PETNAX A1:2.8/20(F2.8), 30sec.exp.
本日6/19の昼間は暑くなり太陽も久々に顔を出した感じだ。夜は本当に久々の星空を見ることができたが、あっという間に薄雲に覆われてしまった。写真は自宅ベランダから見たへびつかい座である。

18 June 2006

APS-Cサイズに暗いレンズが多い理由を考える

ペンタックスKマウントの開口径から過去に販売された明るいレンズの後玉直径はだいたい35mm位である。
その最後群レンズの大きさがKマウントとしての光学設計時の制限事項の1つであるということが推定されるのはいうまでもない。
もう一つの光学設計時の制限事項として、フランジバック長があり、その長さは45.5mmである。
単純にレンズが単玉だったら、口径比F値は焦点距離f(mm)/レンズ口径D(mm)で表されるから、45.5mm/35mm=1.3である。
マウント開口部の大きなキヤノンEFマウントの場合も恐らく推定であるが同じように計算すると1.1ないし1.2程度だと推定される。同様にライカMマウントでほぼ1.0になる。
実際には、レンズは多数枚のレンズから構成されるから、もっと大きな直径のレンズが前群に用いられているのはいうまでもない。

と実際の寸法から推定したが、もう少し理論的に見ると開口数(NA値)というものがあり、光学系の明るさ、または解像力を表す量である。一般に顕微鏡の対物レンズにはこの値が必ず記載されている。
屈折率nの媒質中にある光軸上の物点が入射瞳に入る角度(開口角)を2θとするとき、nSinθで表される数値のことであり、NA値が大きくなればなるほど解像度が高いレンズということになる。写真レンズではほとんど用いられない。ちなみに顕微鏡の100倍の対物レンズはNA0.9前後である。
FナンバーとNA値の関係は、Fナンバーの逆数の1/2がNAとなる。
つまり、F1.0=NA値0.5,F1.4=NA値0.417,F1.4=NA値0.357となる。
この開口数の関係からペンタKマウントの大きさから現実的な数値を計算すると
θ=ARCTAN(15/45.5)=18.246度
レンズの屈折率の平均値である1.5(本当は空気の1.0が現実的である)を入れると
NA値=nsinθ=1.5×sinθ=0.47 (空気だと0.31)
口径比Fと開口数NAの関係はNA=(1/F)/2であるから
F=1/(2NA)=1/(2*0.47)=1.06となる。(同空気だと1.6になる)
つまり口径比F1.1くらいが限度と言うことになる。
かつてあったようなF1.0を切るようなレンズであるF0.9を実現するには単純にフランジバックを37.5mmにするか後玉の直径を36.4mmにしないといけない。現実にF0.95を実現したキヤノン50mmF0.95はほぼライカマウントのスペックだから実現できたと言うことが言える。
現実問題として、ミラーボックスがあるSLRではF1.0が実現する限界なのだろう。
しかも、この計算は135判を前提に50mmレンズを想定計算した値である。
現状のAPS-CサイズのDSLRでは標準レンズに当たる画角46度のレンズは34mmレンズになるので、このレンズを現状のペンタックスのフランジバックでは焦点距離の方が短いので、どうしても広角レンズとなりレトロフォーカスとならざるを得ないのである。
ということは、レンズの前玉が巨大となり、フィルターサイズ82mmクラスのレンズとなる可能性が現実のレンズの大きさから推定される。そのようなレンズの前玉の一枚目の巨大なメニスカス凹レンズが来ることになり、推定では77mmくらいの大きさに恐らくなるだろう。
そうすると必然的に倍率の色収差が大きくなり、かなり収差補正で苦労することは目に見えることになる。ということで現実的ではないのである。
現実私も持っているが、シグマの30/1.4の開放の周辺は酷いものである。ということで現実使い物にならないので、折角明るいレンズではあるが、周辺減光と色収差を鑑みるとF2.8くらいで実用になるレンズである。(それに加えて非球面のため偏芯しているらしく片ボケしているレンズである)
ということで、135判設計のFA31/1.8AL Limitedのあるペンタックスはそういう意味で、単焦点の標準レンズがあり、うれしい限りである。私も早くこのレンズがほしくてたまらないのであるが、なかなか買えない現実がある。
ついでにAPS-Cサイズの中望遠レンズはほぼ55mmとなり、同じように計算すると現実F1.8クラスが実用上最大の明るさとなる。つまり、昔出ていたSMC-P55/1.8が丁度そのスペックとなり、これを使うのがいいということであり、現行機種はないが現状でも理にかなったスペックのレンズであることがわかる。実用レベルを考えると私なりの結論としてAPS-CサイズのDSLRのレンズの最大に明るいレンズをメーカーで実現可能性のF値は1.8ではないかということになる。そういう意味でペンタックスは現実的なレンズラインナップをしていると推定される。
これより明るいレンズをつくっても、結局は口径食の問題が今度は出てきて、意味のない大きなレンズをつくることになり、コストアップにつながり意味がないレンズとなる可能性が高いのである。現状はAPS-Cサイズしかないので、135判時代と同じようなボケ味は望めないが、逆に見かけ上被写界深度が稼げるのでピントの面では有利に働き、今度出る手ぶれ防止機能も手に入るので、今まで以上に綺麗な画像を得ることが可能となろう。

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