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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単焦点レンズのボケ比較~45mmF1.8と17mmF1.8、オリンパスM.ZUIKO DIGITAL
【今日の夕食】
 今日は、娘(2歳11か月)と、図書館まで出かけました。図書館の休憩スペースでお弁当を食べて、帰りに公園に寄りました。昼寝もせず、ずっと一日元気でした。
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OLYMPUS E-PM2+MZD45mmF1.8;90mm相当、F4.0、SS1/100、ISO640
★米飯

★みそ汁、わかめ・かいわれ

★ニラ卵炒め

★4点盛りプレート「豆いっぱい」
・ししゃも
・花豆煮
・トルテリーニ(チーズ入りパスタ)&トマト豆
・ひじき豆

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【今日のおじさん】単焦点レンズのボケ比較~45mmF1.8と17mmF1.8、オリンパスM.ZUIKO DIGITAL
 昨年(2013年)の9月に、初めての「一眼レフカメラ」(正確にはノンレフ)を買いました。レンズやカメラに関して、いろいろな実験や考察を進めています。
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 今回は、このカメラ用の交換レンズ「M.ZUIKO DIGITAL 45mm F1.8」と「M.ZUIKO DIGITAL 17mm F1.8」の2本について、ボケ具合や被写界深度を、定量的に比較します。


★交換レンズ「M.ZUIKO DIGITAL 45mm F1.8」の不満点
 現在、私の所有しているカメラは、オリンパスのミラーレス一眼「PEN mini E-PM2」です。レンズは、もっぱら「M.ZUIKO DIGITAL 45mm F1.8」を使っています。このレンズは、背景がきれいにボケて、被写体が引き立ちます。特に、娘(2歳10ヶ月)を撮ると、とても満足な写真が撮れます。
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OLYMPUS E-PM2+MZD45mmF1.8+ND4;90mm相当、F1.8、SS1/1600、ISO200

 しかし反面、困った点もあります。画角が換算90mmと望遠寄りのため、かなり離れないと、背景をからめた写真が撮れません。人物のアップばかりになって、「どこで撮っても同じような写真」になりがちです。妻がこのカメラを使ったところ、「使いにくいこと、この上なし。」との感想を頂きました。

 写す範囲を自由に調整できる点では、キットレンズ(ズームレンズ、M.ZUIKO DIGITAL 14-42mm F3.6-5.6 IIR)が便利です。しかし、デジイチらしいボケが不足するのが不満です(キットレンズのボケ実例は、→こちらの記事)。また、このキットレンズは、使用時には鏡筒が大きく伸びるので、持ち運びに少々不便を感じます。

 以上のような不満から、もう少し広角のレンズが欲しいなあ、と思うようになりました。いわゆる「レンズ沼」の誘惑です。新しいレンズの候補は、いくつかあります。下表の通りです。
メーカー形式価格
オリンパスM.ZUIKO DIGITAL 17mm F1.846,000
パナソニックLUMIX G 20mm F1.7 II ASPH.42,000
パナソニックLEICA DG SUMMILUX 25mm F1.4 ASPH.58,800
※価格はヨドバシドットコム。2014/1現在。


 どのレンズも高価なので、「とりあえず買う」ことはできません。慎重かつ十分な事前検討が必要です。もっとも気になるのは、現在のレンズ45mmF1.8で気に入っている「大きなボケ」が、これらのレンズで得られるかどうか、です。広角になれば焦点距離が小さくなり、レンズ直径も小さくなるので、基本的にボケは減る方向です。しかし、どれくらい減るのか、許容できる範囲なのか。
 そこで今回、数値シミュレーションで、ボケ具合を調べてみました。


★ボケの数値シミュレーション
 ボケを比較するレンズは、次の2つです。候補のうち、最も焦点距離の小さいものを選びました。
 レンズa)現在所有:M.ZUIKO DIGITAL 45mm F1.8
 レンズb)購入検討:M.ZUIKO DIGITAL 17mm F1.8

 ボケ量の数値シミュレーション(計算)の方法は、以前の記事(→こちら)に示した通りです。次式1で計算できます。
20131109s1.jpg<式1>
 ここで、
 ・D:レンズ直径[mm](有効口径、有効直径)
 ・f:実焦点距離[mm](35mm換算焦点距離ではない)
 ・L1:ピント面までの距離[mm]
 ・C1:ボケる像までの距離[mm]
 ・pw:記録画像の画素並び数(幅)[ピクセル]
 ・Bw:撮像センサーのサイズ(幅)[mm]

 式1を使って、それぞれのレンズで、ボケ量を計算します。焦点距離とレンズ直径は、以下の通りです。
 レンズa)レンズ直径D=25mm(F1.8)、焦点距離f=45mm
 レンズb)レンズ直径D=9.4mm(F1.8)、焦点距離f=17mm

 また、カメラの諸元(スペック)は、以下としました。
 ・pw:記録画像の画素並び数(幅)=2048[ピクセル](3Mサイズ)
 ・Bw:撮像センサーのサイズ(幅)=17.3[mm](マイクロフォーサーズ)

 ピント距離L1は、次の2通りとします。
 条件A)いずれのレンズとも、L1=2000mmの場合。
 条件B)撮影倍率が同じ場合。レンズa:L1=2000mm、レンズb:L1=755mm、とする。

 以上の条件で、レンズからの距離と、ボケの大きさの関係を、式1で数値シミュレートしました。


★ボケの比較結果
 計算結果を示します。最初に、条件A)ピント面までの距離が同じ場合を、下図1に示します。横軸がレンズから対象物までの距離、縦軸は対象物のボケ量(単位:ピクセル)です。ピント面L1=2mでピントが合っており、ボケ量はゼロです。このL1よりもC1が小さいと「前ボケ」、大きいと「後ボケ」が生じます。前ボケは、後ボケよりも、増大が顕著です。
<図1> 条件A)ピント面L1=2000mm
20140111z11.jpg
 上図1で、レンズa)45mmF1.8と、b)17mmF1.8を比べると、次のことが分かります。
 ・すべての範囲で、レンズa)のボケが大きい。
 ・無限遠方(C1→∞)でのボケ量は、レンズa)がb)の約7倍。

 条件A)では、レンズによらず、レンズからピント面の距離が同一です。このため、広角のレンズbでは、ピント面にある被写体(主題)のサイズが、レンズaに比べて小さいです。実用的には、ピント面にある被写体のサイズが同じになるような条件で、ボケを比較したほうが良いように感じます。すなわち、「撮影倍率」を合わせた条件で比較します。これが条件B)です。撮影倍率は、焦点距離f÷ピント面までの距離L1、で概算できます。レンズaでL1=2m、レンズbでL1=0.755mとすると、撮影倍率が同一になります。
 条件B)での計算結果を、下図2に示します。横軸は、図1とは異なり、ピント面から対象物までの距離としています。すなわち、ゼロの位置がピント面です。ここからマイナス側に行くとレンズに近づき、プラス側に行くとレンズから遠ざかる方向です。
<図2> 条件B)撮影倍率が同じ
20140111z12.jpg
 図2の横軸を拡大したのが、下図3です。
<図3> 図2の部分拡大
20140111z13.jpg
 上図2、3から、レンズa)45mmF1.8と、b)17mmF1.8を比べると、次のことが分かります。
 ・「後ボケ」では、レンズa)のボケが大きい。
 ・「前ボケ」では、レンズb)のボケが大きい。
 ・無限遠方(C1→∞)でのボケ量の違いは、約2.6倍。条件Aのときほど大きくない。
 レンズb)17mmF1.8では、ピント面までの距離が近くなったことで、前ボケが生じやすくなっています。しかし後ボケについては、レンズa)45mmF1.8のほうが、ボケは大きいです。

 また、図3を見て、興味深い点があります。両レンズとも、ピント面に近い位置(±0.2mくらい)でのボケやすさには、大きな違いがない点です。すなわち、撮影倍率が同じならば、両レンズの「被写界深度」には違いがない、と言えそうです。
 式1をC1について微分して、C1=L1とおけば、ピント面でのボケやすさ(ピントが外れたときに、ボケがどれだけ大きくなるかの程度)を計算できます。次式2のようになります。
20140111s11.jpg<式2>
 式2において、f/L1≒撮影倍率です。撮影倍率が同じであれば、ピント面近傍でのボケやすさは、F値に反比例します。F値が2倍になれば、ボケやすさは1/2になります。すなわち、被写界深度が2倍に増します。今回比較した2つのレンズはF値が同じなので、撮影倍率が同じならば、ピント面近傍でのボケやすさは同じとなります。(もちろん、ピント面から大きく離れた位置でのボケは、図2~3の通り、両レンズで大きく異なります。)


★ボケを決めるのは「レンズ直径」
 式1に戻ると、無限遠方(C1→∞)でのボケの大きさは、次の特徴があります。
 ・レンズ直径Dに比例する。
 ・焦点距離fに比例する。
 ・ピント距離L1に反比例する。

 レンズ直径Dは、焦点距離fに比例し、レンズのF値(Fナンバー)に反比例します。したがって、上は、次のようにも書き換えられます。
 ・焦点距離fの2乗に比例する。
 ・F値に反比例する。
 ・ピント距離L1に反比例する。

 今回比較した2つのレンズは、焦点距離が2.6倍異なり、F値は同じです。したがって、ピント距離L1が同じ条件では、ボケの比率は焦点距離の2乗に比例して、2.6^2≒7倍、となります(図1の結果)。一方、撮影倍率を保つ場合には、f/L1=一定です。したがって、ボケの比率は、焦点距離fに比例して、2.6倍となります(図2の結果)。

 いずれにせよ、ボケ量には、レンズ直径(焦点距離÷F値)の違いが、大きく影響します。似たF値のレンズを比較する場合には、焦点距離の違いが、決定的です。ボケ量2.6倍の差がどの程度が、いまいち分かりませんが、17mmF1.8のレンズに、45mmF1.8と同等のボケを期待するのは、明らかに間違っていそうです。
 また、45mmレンズでは、画角が狭いため、背景の写る範囲が制限されて、「きれいなボケ」が得やすいと思われます。17mmレンズでは、仮に同量のボケが得られたとしても、広い範囲の背景が写るので、おそらくゴチャゴチャした、汚らしいボケになる可能性が高そうです。

 以上の検討結果から、「ボケを得たい」という観点で見ると、17mmF1.8は、購入には踏み切れません。


 なお、逆に言うと、17mmF1.8は、「遠くのものも大きくボケない」という利点があります。この利点を活かせば、風景をからめた写真の撮影がしやすいかもしれません。しかし、この場合は、45mmF1.8で絞りを絞った場合と、ボケ具合がどう違うのか?という疑問も生じます。このあたりも、検討すべき課題です。



★まとめ
 焦点距離の異なる2つのレンズで、ボケ量を数値シミュレーションで比較しました。
 ・M.ZUIKO DIGITAL 45mm F1.8
 ・M.ZUIKO DIGITAL 17mm F1.8
 
 ボケの大きさを決定付けるのは、「レンズ直径」です。両レンズのF値は同じですが、焦点距離が2.6倍違います。このため、レンズ直径も2.6倍違います。ボケの大きさは、撮影倍率が同じならば2.6倍、撮影距離が同じならば約7倍、45mmF1.8が大きくなります。
 ボケを優先するならば、レンズ直径の大きいレンズを使うのが、最善の策です。


 別の記事で、25mmF1.8を加えた以下3本の比較も示しました。
→こちらの記事

 ・M.ZUIKO DIGITAL 45mm F1.8
 ・M.ZUIKO DIGITAL 25mm F1.8
 ・M.ZUIKO DIGITAL 17mm F1.8




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レンズについて
 こんばんは。まきお929です。難しい数式、分かりませんでした・・・。
(以下、私見を書きますが、個人的な意見なので流して下さい)
 私は、マツジョンさんが候補にあげたうちパナ20mmF1.7を持っています。が、食べ物等の接写でないかぎり、あまりボケません。私もF値が小さいのでボケるかと最初思ったのですが、広角レンズは焦点距離が短いので全然です。そう、「焦点距離の2乗に比例する」が決定的に効く訳です。

 では、どうするか?私がマツジョンさんなら、次の一本は迷わず望遠40-150mmですね。撮れる被写体も一気に増えるし、焦点距離が長いからかなりボケます。
http://photo.sandb.jp/?eid=89#comments
この中で、7.小樽、11.多摩湖にて、14.札幌の動物園、15.近所の公園(リス園)は望遠です。「45mmでも画角狭いのに、望遠なんて」と、最初は思われるかもしれませんが、すぐ慣れると思います。背景を整理出来てすっきりとした絵になるし、人に焦点を当てたポートレートならお薦めです(ここら辺は、好みにもよりますが・・・)。

 14-42mm、お持ちの様ですが私はこのレンズ大好きです!上で示したURLの中の1.広告壁と老婆(上野)と5.千葉房総、このお気に入りの2枚はこのレンズで撮りました。小さいのに、解像度も高くてとても優秀なレンズです。
 このレンズはボケませんが、写真はボカす事が有効な場合よりも、そうでない場合の方が多い気がします。是非、使ってあげて下さい。

 それでは(長々すいませんでした)。
まきお929 | URL | 2014/01/12/Sun 00:32 [編集]
すいません、追加です
何度もすいません。マツジョンさんに、実はお願いがあるのですが・・・。

上記の計算によって、45mmF1.8と60mmF2.8(マクロ)、どっちがボケか計算する事は可能でしょうか?F値なら45mm、焦点距離なら60mmだと思いますが、実感としては45mmの方がボケる様な気がするんですけど・・・

 余談ですが、私が望遠(40-150mm)を買ったのは後になってからでした。「別に鳥とか撮る訳でもないし、そんな長いの要らない」って最初は思っていたのです。しかし、今ではこのレンズ無しなんて考えられません。さっきはボケを中心に紹介しましたが、前述のURLのうち実は2.千葉房総、3.千葉房総、4.大洗、8.浜松町、16.ゲートブリッジ、17.高橋も望遠でした。
ただ、お安くないですし(この望遠はキットレンズなので安めですが・・・笑)、撮りたい写真も人それぞれだと思いますので、自分に合ったレンズをお買い求め下さい。
まきお929 | URL | 2014/01/12/Sun 01:06 [編集]
> まきお929 さん
 こんばんは。レンズの紹介ありがとうございます。数式は趣味の世界なので、あまり気にしないでください。

 広角レンズがどんなものか雰囲気を感じてみようと、先日14-42mmを久しぶりに使いました。17mm固定で1日使ってみましたが、視野がとても広くなって、たいへん快適でした(被写体から離れなくて良い!)。写りも、おっしゃる通り、とてもきれいです。晴天の屋外で使うことを考えると、広角側はこのズームレンズで十分な気がしてきました。このキットレンズ、あまり使っていなかったので、新しい広角レンズよりも、しばらくこちらを使ってみようかと思います。
 そして望遠ズームですが、今後子供が大きくなって、運動会やら発表会やらの機会が増すと、必ず必要になりそうな予感がしています。当時8000円足せばダブルズームを買えたのですが、しかし8000円の余裕がなく、買えませんでした。望遠ズームはオリンパスとパナソニックの両方あり、F2.8通しなんていう高級品もあるので、選ぶのが楽しそうです(買えるかどうかは別として)。45mm画角にすっかり慣れてしまったので、望遠の40mm始まりならば、問題ないと思います。

 最後にボケについてですが、撮影倍率が同じ(ピント面の被写体を同サイズで写す)場合、十分遠くにある背景のボケの大きさは、レンズ直径に比例します。レンズ直径=実焦点距離f÷F値です。45mmF1.8はレンズ直径25mm、60mmF2.8マクロはレンズ直径21mmです。わずかですが、45mmF1.8のほうがボケるかもしれません。

 コメントありがとうございました。
マツジョン | URL | 2014/01/12/Sun 20:38 [編集]
レンズについて
はじめまして。
こちらのレンズ、45mm F1.8 のものを買おうかどうか悩んでまして、こちらのBlogにたどり着きました。

主に私は朝食やパンなどを撮るのがメインなのです。
たまに向こうがボケて欲しいなと思うことがあったのでこちらのれんずはどうなのかな?と思った次第です。
こちらはズーム不可ですか?
E-PL3を使っています。
アドバイスよろしくお願いします。
yukari | URL | 2014/05/11/Sun 15:15 [編集]
>yukari さん

はじめまして。ご訪問ありがとうございます。
 
 私も経験半年ほどの初心者ですので、分かる範囲での回答です。

 このレンズ45mmF1.8での、いろいろな被写体での作例を、以下にまとめました。ご覧くだされば参考になるかと思います。花、料理、子供など撮っています。
http://lglink.blog81.fc2.com/blog-entry-959.html

 料理を撮る場合でも、よくボケますが、写る範囲が狭いので、1m以上離れないとならず、席を立って撮影しないといけないのが弱点です。ズーム不可ですので、自分が動いて写る範囲を調整する必要があります。

 私は45mmF1.8しか持っていませんが、同じくらいの価格で25mmF1.8というレンズがあります(これもズーム不可です)。45mmよりも、写る範囲が広くなります。料理ですと、こちらのほうが使いやすいかもしれません。

 また、キットレンズでボケさせたい場合には、望遠側(写る範囲が狭い側)にズームして、離れて撮ったほうが、ボケが大きくなります。キットレンズで料理を撮った写真は、例えば以下をご覧ください。
http://lglink.blog81.fc2.com/blog-entry-1111.html

 まずはキットレンズで試してみて、不満ならば25mmや45mmの購入を検討されるのが、間違いないと思います。

以上、ご参考になりますでしょうか。
マツジョン | URL | 2014/05/11/Sun 18:53 [編集]



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