Atelier Bonryu
zone plate photography
ゾーンプレート写真＿研究室
ゾーンプレート写真の撮影ー副焦点
副焦点（※注７）：光の干渉・回折現象を使っているゾーンプレートの特徴の一つは、屈折現象を使っているレンズと異なり、多数の焦点を持っている事です。光の波長
と焦点距離
を指定して作ったゾーンプレートは、主焦点（
）の他に無限に多くの副焦点（
）を持っています。ここで、プラスは光源と反対側にできる焦点で、言わば、凸レンズの焦点に当たり、マイナスは光源の側にできる焦点で、言わば、凹レンズの焦点に当たります。副焦点の焦点距離は主焦点の焦点距離を奇数で割った値になっています。なお、この副焦点があるのはフレネル型ゾーンプレートであって、ガボール型ゾーンプレートには副焦点は存在しません。また、統一的に表す為に、直進する透過光に対する焦点を
と表します。
下の左図は、波長、焦点距離、ゾーン数を550 nm、100 mm、15 として作ったゾーンプレートに平行光線を入射したときに光軸上のどの位置に光が集まるかを計算した結果の図です。緑色がフレネル型ゾーンプレートを、赤がガボール型ゾーンプレートを表しています。何れのゾーンプレートでも、設計通り、100 mmの位置の主焦点に光が集まっていますが、フレネル型ゾーンプレートでは、この他に、33 mm および 20 mm の位置にも光が集まっています。これらの位置は、主焦点距離 100 mm の 1/3 および 1/5 の副焦点に相当します。1/7, 1/9,...の副焦点も存在しますが、これらはこのグラフの外になるので描かれていません。ガボール型ゾーンプレートの場合はこれらの点に光が集まっていない事がわかります。
上の右図はフレネル型ゾーンプレート（焦点距離100 mm、ゾーン数15）の主焦点（実線）および副焦点（破線）の位置にスクリーンを置いてこれらの焦点の近くでの光の集まり方を計算した結果です。この図を見る限り、副焦点にはより狭い範囲にに光が集まっているようで、主焦点よりも分解能の高い写真が撮影できるように見えます。しかし、実際には、副焦点を使って写真を撮影するのは容易ではありません。詳しい事は※注７で説明しますが、簡単に言えば、副焦点に集まる光の総量が急激に減少する事と背景光の割合が急激に増加する事が原因です。
副焦点を使った写真撮影：上に書いたように、副焦点を使った写真撮影は必ずしも容易ではありません。しかし、※注７に記すように、利点と思われる点も存在します。そこで、最も扱いやすい
の副焦点を使って実際に撮影をしてみました。下の写真は焦点距離300 mm、ゾーン数65と焦点距離90 mm、ゾーン数19のゾーンプレートを使ってノウゼンカズラを撮影して副焦点を使ったゾーンプレート撮影の効果について調べたものです。
焦点距離：300 mm、ゾーン数：65のゾーンプレートの副焦点（焦点距離：100 mm）を使って撮影したノウゼンカズラ
焦点距離：300 mm、ゾーン数：65のゾーンプレートの主焦点（焦点距離：300 mm）を使って撮影したノウゼンカズラ
焦点距離：90 mm、ゾーン数：19のゾーンプレートの主焦点（焦点距離：100 mm）を使って撮影したノウゼンカズラ
焦点距離が300 mmでゾーン数が65のゾーンプレートの副焦点（焦点距離：100 mm）で撮影した写真は、焦点距離100 mm、ゾーン数21程度のゾーンプレートの主焦点で撮影した写真と比較すべきでと思われますが、ここでは手元にあった焦点距離90 mm、ゾーン数19のゾーンプレートを使って撮影した写真と比較した。また、焦点距離300 mmで撮影した写真も添えてあります。何れにしても、主焦点を使って撮影した写真の方がはっきりとした写真になります。ただ、副焦点を用いて撮影した写真も強い光の部分の輪郭は明瞭に出ていますから、画像がぼんやりしている原因はあくまでも背景光が強すぎることによるものです。これらの写真は、いずれも、前に述べた方法でレベル調整によって背景光の影響を減らしていますが、副焦点を使った写真では背景光が極端に強いのでこれを十分に取り除くのは困難です。しかし、においても記してあるように、長い焦点距離でゾーン数を大きくすれば背景光の効果を減らせる可能性があります。
