無一居

写真レンズの復刻「むいちきょ」
紀元2012年1月創業




収差図の見方

収差図からレンズの特性を観察 - 2023.05.15

クセノン66年 ガラス配置図  レンズ構成図です。中央に絞りがあります。光線が通過し、フィルム、あるいはセンサーに照射されます。焦点距離は特許では100mmに統一されていますが、収差を視るという目的においては標準の50mmの方が分かりやすいため、特に注記がない場合は全て50mmに合わせています。正確には51.6mmです。

 画角の記載がない場合は、縦収差図の中央と右のグラフの頂点、この場合は22.50度ですが、これは半画角なので倍の45度になります。ライカ判センサーサイズは対角線長が43mmですが、焦点距離51.6mmとした上で、それに対して画角を45度とするとちょうど隅まで光が達します。収差量によって半画角で大体21.5~23度とわずかに前後することもあります。
クセノン66年 縦収差図  左は球面収差図です。3色はそれぞれの色の波長を示しています。波長が違うのでズレています。レンズ構成図でも3色使っていますが、これは単に光線の通過を示すもので異なります。球面収差図はレンズ構成図の赤の線を表すものです。赤の線は幅があります。収差図のゼロは中央です。1.00は端です。赤の内側の光があらゆる角度で中央に向かいます。光が中央に向かった先でどうなっているのかを示しているのが球面収差図です。完全に中央で合焦していたら球面収差図の3本の色の線は真っ直ぐ直立します。この例では巻いていますが、このようなもののほとんどはアンダー側に振れてから戻します。稀に僅かに逆というものもあります。中央線はセンサー面で、それよりマイナス側に膨らんでいるということは光線の角度によってはセンサーより手前に射してズレているということです。そして1.00では僅かにオーバーとなっています。センサーより後ろに光線が向かっています。これがオーバーかアンダー側のどちらかに大きくズレると、他の収差の影響がなければソフトフォーカスになります。この例のように0.1mmぐらいオーバーにしている設計が多数です。

 中央は非点収差図です。センサー面の中央0からイメージサークルの隅まで、どれぐらい焦点がズレているかを示しているものです。センサー面に対し合焦点がどれぐらい前後しているかということです。それが点線(T:タンジェンシャル)で示されています。レンズは球面なので中央から奧、あるいは手前のズレ方も異なり、それが直線(S:サジタル)で示されています。つまり、1点を発した光がレンズを通過してまたセンサー面で1点に戻る、それがレンズの縦軸と横軸でどれぐらいズレているかを示しているものです。真ん中はズレないのでゼロから起点になり、そこから遠ざかるとどのようにズレているかを示すものです。

 右は歪曲収差図です。像面がどれぐらい湾曲しているかを示すものです。レンズ構成図でセンサー面の端は青い線でほぼ正確な位置に射しています。ですが歪曲収差図では1%以上、手前にズレていると示されています。

クセノン66年 横収差図  各レンズ固有の主な収差は縦収差図で確認できますが、縦収差図で示されたものが複合的に重なった時にどうなるかは、レンズ構成図のセンサー面に当たった光線を見ればわかります。そこを拡大したものが横収差図です。そのため、0度は球面収差図と同じです。


 各レンズの特徴を察るために収差図を視るのですが、これらのデータだけでは十分にわかりません。傾向のようなものがわかる程度です。なぜならレンズ構成、選んだガラスによる違いは収差図に出ません。優れた収差図は研究されているので各メーカーで同じようなものが作られているのですが、最終的に出来上がったものは全部違います。しかも製造地の影響すらあります。レンズを芸術として観た場合、それはもう、作り手次第としか言いようがありません。ただ、収差図を見ることで、作り手がどういうものを作りたかったのかはわかります。

スピード・パンクロ50mm 縦収差図  この図の明確な特徴は、球面収差が直立になっているということです。19世紀や後代のものでも産業用のレンズに多いタイプです。20世紀に入る頃には徐々に上掲したような巻き型になってきており、直立型は早い段階で淘汰されました。どう違うのか、古いレンズを入手し実際の描写で確認します。巻き型は描写が締まります。巻いていることで色収差のバラツキも纏まり、描写にキレが加わります。対して直立型は、自然な印象を与えます。安定感があります。温かい穏やかな写りです。昔の乾板やフィルムなら完全な平面でなかったりもするのでどちらが良いかというと巻き型になるのではないかということが容易に想像できます。ですがこの例は31年設計です。直立型を復活させています。長く使っても疲れないのです。つまり映画は長い時間見るので重要なのです。ですがセールス面からそこが評価されるかというとそれはちょっと難しいことも想定できます。やはり主張がはっきりしている方が受け容れられ易い事情はあると思います。しかし古いダゴールに感動すると直立型が大好きになります。これは傾向であって、巻型の傑作は多数ありますし、ガラスの選び方などで落ち着いたものにすることもできます。

 非点収差の2本の線の重なりは、左に倒す設計がほとんどです。それに対して歪曲は左右どちらもあります。ライカは右です。像面はトータルで平衡を保ちます。それは横収差図を参照となりますが、レンズ構成図のセンサー面を見ても光線が合焦していますので大体わかります。


スーパー・シックス49mm 縦収差図  54年の設計で(焦点距離49mmなので画角が少し広くなっています)、球面収差がアンダーになっています。19世紀の風景用レンズで採用されていた古典的手法で、有名なところではベス単があります。直立型と基本的には同じものと考えて間違いないと思います。

 非点収差はこれより画角を増して半画角で35度に達すると合流して交差します。収束しないものは画に纏まりがなくなる傾向です。この例は0.5mmぐらい開いていますので十分にボケ玉ですが、2mmやそれ以上もあります。キノ(映画用)の玉で多い傾向です。特に背景のボケの量に影響があります。開きが大きくなるとグルグルボケが出ます。

 球面収差図は紫外線を追加して4つの色の線を使っている図もあります。色収差は赤から青までの3色で評価しますが、それに紫外線を追加しています。赤外線はプレゼンスが低いので足していません。
色の波長 赤 - 656.0nm
緑 - 582.6nm
青 - 486.0nm
紫 - 400.0nm

 日本のレンズは色収差を足さないと言われていますが、欧州では積極的に使う傾向です。アンジェニューは0.12mmからそれ以上、ベルリン派では0.25mmぐらいにするものが多くあります。色収差を過剰補正して反転させるとパステル調になります。3色だけを見ると波長の通りに並んでいても紫だけ逆転していることがあるので確認のために表示しています。青も反転し始めると急激に捻り、紫外線は大きく突き放され、図の縮尺が大雑把になるので、青が反転している場合は紫を表示しないこともあります。

 色収差反転は光が仄かに捉えられる特徴があります。光が輝くわけではなく、ガス灯のように温かみを以て写ります。人の肌が美しく捉えられます。その代償として逆光などの厳しい環境では紫外線が紫色となって発現したり、コントラストが下がります。UVフィルターはレンズによって効果がそれぞれですが、強い反転があるレンズに使用するとかなり効果がありそうです。そうするのであれば、そのような特徴のレンズを選択する意味はないでしょう。

 このような収差配置の例は、

シュタインハイル グループ・アプラナット
パウル・ルドルフによるf5.5のテッサー
ベルテレのエルノスターの1つ目
ライカの最初のトリプレット
ニコラ・ペルシャイド
スピード・パンクロ 一代

 これらはモノクロ用レンズですが、少なくとも色の扱いに関しては、モノクロで良いものはカラーでも良い傾向です。それでもフィルム時代には好感されなかったようで、大きく反転させるようなものは少なくなっています。しかしデジタル時代に入るとまた考え方が変わってきて、現代シュナイダーのキノ、そしてライカもシュナイダーOEMですが、よく知られておりますようにパステル調の描写です。

 フィルム時代においても、アンジェニューは僅かに反転させています。ベルリン、ミュンヘン系の光学会社は、60年代ぐらいから色収差の反転を使ってこの方向性を追求しています。ツァイスがハッセルブラッドに供給していたレンズは、特許データがないので作例からの推測ですが、かなり強めの色収差が加えられしっかり反転している上、球面収差をアンダーとしています。淡いパステル調です。淡くなるのはガラスの選び方もありますが、中判カメラの場合、レンズからフィルムへのバックフォーカスに距離があるからです。コーティングを入れるようになってからは濃厚なパステルとなっています。最近のハッセルブラッドはシュナイダー製で富士フィルムOEMですが、この3社のレンズは共通点を感じさせます。


エクスプレス・ガウス 縦収差図  29年に設計されたもので、歪曲がほとんどありません。静かで上品な佇まいがあります。絵画のような印象になります。


 特徴を掴むのは、実際にその設計で作られたレンズの作例を参照するよりありません。収差図で理解できることは限定的です。

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