今日のおじさん、なに食べました? (仮)

妻の料理と、おじさんの毎日の記録です。ほんのり工学テイスト。

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マイクロフォーサーズで解決!~ボディ内・レンズ内手ブレ補正の比較
【今日の夕食】
 今日は、妻と娘(2歳10ヶ月)で、「平塚総合公園」(神奈川県平塚市)に出かけました。動物にエサやりしたり、遊具で遊んだり、楽しく過ごしました。天気のよい一日で、外遊びが快適でした。
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OLYMPUS E-PM2+MZD45mmF1.8;90mm相当、F4.0、SS1/100、ISO500
★米飯

★鶏肉とサツマイモのこってり炒め
 ごま油が効いていて、食欲を刺激します。おいしく頂きました。

★アボカドとパプリカとレタスのサラダ

★鮭缶
 賞味期限が切れていました。

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【今日のおじさん】マイクロフォーサーズで解決!~ボディ内・レンズ内手ブレ補正の比較
 今年9月に、初めての一眼レフ(ノンレフレックス)を買いました。いわゆる「ミラーレス一眼(レンズ交換式カメラ)」、オリンパス「PEN mini E-PM2」です。(ほぼ同世代のカメラに、E-PL5,E-PL6,E-P5,E-M5などがあります。)
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 今回は、撮影時の手ブレを補正する「手ブレ補正」について、「カメラ内手ブレ補正」と「レンズ内手ブレ補正」を比較します。


★手ブレによる像のブレの大きさ
 手ブレの種類(方向)については、以前の記事(→こちら)で書きました。ここでは、通常の撮影時(目安:撮影倍率が0.1倍以下)に影響が大きい、ピッチング・ヨーイング方向の「角度ブレ(回転ブレ)」の手ブレ補正について考えます。

 ピッチング・ヨーイングによるブレは、下図1のように表されます。手ブレによって、カメラがΔθ[rad]だけ、反時計回り(CCW)に回転する(傾く)とします。これは、カメラを固定して、世界(被写体)が時計回り(CW)に回転するのと同じです。回転中心は、レンズから距離L3[mm]の位置とします。
<図1>
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 レンズからピント面までの距離をL1[mm]、レンズから撮像素子(センサ)までの距離をL2[mm]とします。すると、回転Δθ[rad]によって、被写体は上方にΔh1=(L1+L3)Δθだけ移動したように見えます。

 この移動Δh1[mm]によって、撮像素子に結ばれる像は、Δh2[mm]だけズレます。これが、手ブレによる画像のズレ量(像のブレ量)です。幾何学的な関係から、Δh2は、次式1で計算できます。
20131213s02.jpg<式1>
 式1のf[mm]は、レンズの「焦点距離」です。f<<L1として、(1+x)^n≒1+nx の近似を用いています。また、式1の変形の過程においては、次式2の「レンズの基本式」を使いました。なお、この式の導出過程は、以前の記事で述べました(→こちら)。
20131213s01.jpg<式2>


★「撮像素子シフト方式」による手ブレ補正
 式1のように、撮像素子の位置におけるブレ量Δh2[mm]が分かりました。ブレ量が分かると、レンズや撮像素子を移動させて、手ブレを補正できます。

 最初に、「撮像素子シフト方式」の手ブレ補正を考えます(以前の記事での検討内容と同じです→こちら)。撮像素子シフト方式の手ブレ補正では、下図2のように、手ブレによる画像のズレ量Δh2[mm]に相当する量Δs[mm]だけ、撮像素子を移動させます。これによって、手ブレによる像のズレをキャンセルできます。
<図2>
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 撮像素子の移動量Δs[mm]=手ブレに画像のズレ量Δh2[mm]です。式1から、Δsは次式3となります。
20131213s03.jpg<式3>


★「レンズシフト方式」による手ブレ補正
 次にに、「レンズシフト方式」の手ブレ補正を考えます。
 レンズシフト方式では、撮像素子でなく、レンズを移動させます。下図3のように、レンズを上方にΔL[mm]だけ移動させると、撮像素子の位置での像が移動して、手ブレをキャンセルできます。
<図3>
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 このときのレンズの移動量は、幾何学的な関係から、次式4で計算できます。この式4においても、「レンズの基本式」式2を用いて、式を変形しています。
20131215s01.jpg<式4>

 式3と式4を比べると、撮像素子シフト方式での撮像素子移動量Δs[mm]と、レンズシフト方式でのレンズ移動量ΔL[mm]が、同一の値(≒fΔθ)であることが分かります。ただ、移動させる向きは逆です。

 なお、手ブレ角度Δθは、時間とともに変化します。したがって、撮像素子やレンズのシフト量ΔsやΔLは、Δθの変化にしたがって、リアルタイムに制御する必要があります。撮像素子やレンズの移動には、「DCモータ」や「ステップモータ」、「超音波モータ」、などが用いられるようです。回転式でなく、リニア式のモータの採用が多いようです。


★「撮像素子シフト方式」と「レンズシフト方式」の優劣
 現状のデジタル一眼(レフ付き一眼レフ、ミラーレス一眼レフ)では、メーカーや形式によって、手ブレ補正の方式が異なります。すなわち、「撮像素子シフト方式(カメラ内手ブレ補正)」を採用するものと、「レンズシフト方式(レンズ内手ブレ補正) 」を採用するものの、2通りがあります。下表1に、各社デジタル一眼における現状をまとめました(コンパクトカメラ(コンデジ)は未調査です)。各社カタログ、ホームページの記載によります。

<表1>各社の手ブレ補正方式
メーカー手ブレ補正方式メーカーでの呼び名
ニコンレンズシフトVR(Vibration Reduction)
キャノンレンズシフトIS(イメージスタビライザー)
ペンタックス撮像素子シフトSR(Shake Reduction)
ソニーレンズシフトOSS、レンズ内光学式手ブレ補正機構
パナソニックレンズシフトPOWER O.I.S、MEGA O.I.S
パナソニック※1撮像素子シフトボディ内手ブレ補正
オリンパス撮像素子シフト撮像センサーシフト式手ぶれ補正
フジフイルムレンズシフト手ブレ補正機構(OIS)
シグマレンズシフトOS(Optical Stabilizer)
タムロンレンズシフトVC(Vibration Compensation)
※1:パナソニックの撮像素子シフト方式は、2013/12現在では「DMC-GX7」のみに搭載。


 各社とも、自社で採用している方式が、他の方式よりも優れていると宣伝しています。各社の主張から、両方式の利点をまとめると、下表2のようになります。
<表2>
撮像素子シフト方式レンズシフト方式
使用可能な
レンズ
◎ あらゆるレンズ× 対応レンズのみ
レンズ設計の
自由度
◎ 自由な設計
 低コスト、コンパクト、
 高画質化
× 補正機構による制約
レンズごとの
補正機構の最適化
× レンズ別の設計不可◎ レンズごとに最適化
大望遠レンズでの
補正効果
△ 不十分な場合あり◎ 大望遠用に最適化
光学
ファインダー
像の手ブレ
× 原理的に補正不可◎ 手ブレ補正される
電子ファインダー
および液晶画面
像の手ブレ
△ 一部機種で対応※1◎ 手ブレ補正される
原理的に
補正できる軸数
△ 回転2軸、並進2軸
  ローリング1軸 ※2
× 回転2軸、並進2軸
  ローリング方向は
  原理的に不可 ※2
※1:電子ファインダー像の手ブレ補正可能な機種(2013/12現在):オリンパス E-M1,E-M5,E-P5。
※2:並進方向とローリング方向は、対応したカメラまたはレンズのみ。撮像素子シフト式で、並進方向・ローリング方向の手ブレ補正が可能なカメラ:オリンパス E-M1,E-M5,E-P5。レンズシフト式で、並進方向の手ブレ補正が可能なレンズ:キャノン EF100mm F2.8L マクロIS USM、EF24-70mm F4L IS USM(ハイブリッドIS)。


★「レンズごとの補正機構の最適化」とは
 上の表2の中で、レンズシフト方式の利点として、「レンズごとに補正機構を最適化できる」ことが挙げられます。具体的にどのようなことか、補足しておきます。
 式3または式4の通り、撮像素子シフト方式・レンズシフト方式によらず、補正のための撮像素子またはレンズの移動量(ΔsまたはΔL)は、レンズの焦点距離が大きいほど、増します。したがって、一般に望遠レンズ(焦点距離が大きい)ほど、補正のためのシフト量(ストローク)を増す必要があります。
 例えば、マイクロフォーサーズで焦点距離14mm(換算28mm)の広角レンズと、焦点距離300mm(換算600mm)の大望遠レンズとでは、必要なシフト量が約20倍も違ってしまいます。これだけ違う補正量を、同じ補正機構で補正するのは、困難であると推察されます。すなわち、必要なシフト量が小さい広角レンズでは、移動速度はゆっくりでも精密な駆動系が求められると思われます。一方で、望遠レンズでは、大きいシフト量を迅速に達成するために、多少精度が劣っても高速な駆動系が必要そうです。
 こうした、性格の異なる駆動の方針を、1種類の駆動系(モータなどのアクチュエータ、ねじなどの運動伝達要素、軸受などの案内要素、数値制御のためのコントローラ)で実現するのは、一般的に困難です。したがって、原理的に単一の駆動系で撮像素子を動かさざるを得ない撮像素子シフト方式では、広角側あるいは望遠側のいずれかを部分的に妥協して、駆動系を設計しなければなりません。このために、「大望遠では手ブレ補正が不十分」といった問題が生じる可能性があります。
 一方で、レンズごとに駆動系を設計できるレンズシフト方式では、広角側では微小ストロークに適した駆動系を、大望遠では大ストロークに適した駆動系を設計できます。このために、妥協のない手ブレ補正機構を設計する自由があります。ただ、レンズごとに設計・検証するので、開発コストがかかる欠点はありそうです。(例えばニコンのカタログには、「1本のVR機構の開発に10,000枚以上の実写テストを実施することで、それぞれのレンズに最適化したチューニングを行っています。」[1]とあります。明らかに、高コスト体質といえます。)
[1]ニコン;ニッコールレンズ総合カタログ、6CJ-1001-17(1307-110)K、(2013/7/1現在のもの)


★どちらを選ぶべきか?→両方を「いいとこどり」できます!
 以上のように、撮像素子シフト方式、レンズシフト方式、それぞれに利点と欠点があります。では、どちらを選べばよいのか、悩ましいところです。
 ところが、実は、悩む必要はないのです。なぜなら、撮像素子シフト方式と、レンズシフト方式の、両方を「いいとこどり」できるカメラが存在するからです。

 そのカメラは、オリンパスのカメラです。現行のオリンパスのデジタル一眼(ミラーレス)の全て(「OM-D」E-M1、E-M5、「PEN」E-P5、E-PL6、E-PL5、E-PM2)には、「撮像素子シフト方式」の手ブレ補正機構が搭載されています。そして、このカメラの規格「マイクロフォーサーズ」に対応したレンズのうち、パナソニックのレンズの多くは、「レンズシフト方式」の手ブレ補正機構を搭載しています。オリンパスのカメラに、これらのレンズシフト方式のレンズを取り付けた場合には、カメラ本体側か、レンズ側か、どちらの手ブレ補正機構を使うか、選択できます(両方の同時使用は不可)。なお、パナソニックのGX7も、撮像素子シフト方式を搭載しています。

 したがって、オリンパスのカメラ(またはパナソニックGX7)を買っておけば、撮像素子シフト方式の手ブレ補正機構に不満がある場合には、レンズシフト方式を搭載したレンズを買うことで、レンズシフト方式の手ブレ補正機構の恩恵を受けることができます。まさに、「いいとこどり」です。
 従来、デジタル一眼レフにおいては、サードパーティー(カメラ本体と違うメーカー)のレンズは、「本来は使用を推奨しない」扱いでした。例えばニコンのカタログ[1]には、「ニコンカメラは、ニコンのレンズ・アクセサリーとの組み合わせでご使用ください。」と記載されています。しかし、オリンパスとパナソニックの「マイクロフォーサーズ」の規格では、規格に従ったレンズとカメラであれば、メーカーを問わず、(オフィシャルに)組み合わせが可能です。これは、きわめて画期的だと思います。私は、マイクロフォーサーズを応援します。
 
 撮像素子シフト方式のカメラは、レンズが安価で軽量、しかも写りがよい、という点も強みです。実際、私の使用するレンズ「M.ZUIKO DIGITAL 45mm F1.8」(レンズ内手ブレ補正なし)は、コンデジとは別世界の写りです。デジイチらしい「きれいなボケ」で、子供撮りには最適です。2万5千円もしますが、デジタル一眼用のレンズとしては、かなり安価な部類だそうです。(このレンズの作例は、→こちらの記事
MB190060a.jpgH600_MA210243.jpg
 私は、オリンパスのカメラ「PEN mini E-PM2」に、上のレンズ「M.ZUIKO DIGITAL 45mm F1.8」を取り付けて、撮影を楽しんでいます。撮像素子シフト方式の手ブレ補正の効果は十分で、まったく問題を感じません。このカメラの手ブレ補正有無での撮影結果の比較は、以前の記事(→こちら)にあります。


 今や、手ブレ補正について「撮像素子シフト方式」か「レンズシフト方式」かを、悩む必要はありません。撮像素子シフト方式のカメラを買って、好きなレンズ(レンズシフト方式も含む)を、自由に選びましょう!


★まとめ
 デジタル一眼の手ブレ補正方式について、「撮像素子シフト方式」と「レンズシフト方式」とを比較しました。
 それぞれに利点はありますが、私のオススメは「撮像素子シフト方式」を搭載した、マイクロフォーサーズのカメラです(オリンパスの全形式と、パナソニックのGX7)。
 撮像素子シフト方式のマイクロフォーサーズであれば、「レンズシフト方式」のレンズも選べます。双方の方式の、「いいとこどり」が可能です。

 
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