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はボケにくい?~フルサイズとの比較
【今日の夕食】
 今日は、外食でした。近所のジョナサンです。
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OLYMPUS E-PM2+MZD14-42mmF3.5-5.6IIR;28mm相当、F3.5、SS1/160、ISO3200
★メキシカンピラフ&タンドリーチキン
 スパイシーでした。口の中がヒリヒリです。

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【今日のおじさん】マイクロフォーサーズはボケにくい?~フルサイズとの比較
 昨年(2013年)9月に、初めての一眼レフ(ミラーレス含む)を買いました。これと前後して、レンズとカメラについて、実験的・理論的な考察を進めています。

 今回は、デジタル一眼の代表的規格である「マイクロフォーサーズ」と「フルサイズ」で、ボケ具合を比較します。


★「ボケ」の計算式
 以前の記事(→こちら)に示した通り、ボケの大きさは、幾何学的な関係式などによって、算出できます。ボケの大きさpb[ピクセル]の計算式は、次式1となります。
20140419s01.jpg<式1>
 ここで、
 ・D:レンズ有効直径[mm]
 ・f:レンズ実焦点距離[mm](換算焦点距離ではない)
 ・C1:レンズから被写体までの距離[mm]
 ・L1:レンズからピント面の距離[mm]
 ・pw:撮影画像の長辺のピクセル数[ピクセル]
 ・Bw:撮像素子の長辺の幅[mm]


★センサーサイズの違うカメラでボケを比較
 式1の通り、ボケの大きさには、「撮像素子(撮像センサー)」の大きさが関係します。私のカメラは「マイクロフォーサーズ」ですが、同じ一眼レフ(ミラーレス含む)であっても、もっとセンサーの大きい「フルサイズ」や「APS-C」などがあります。

 そこで今回は、マイクロフォーサーズとフルサイズで、ボケ具合を比較してみます。(APS-Cは中途半端なので割愛します。)
 
 比較条件は、以下の通りです。センサーサイズと換算焦点距離、F値を変えています。
 ・条件MF1:マイクロフォーサーズ、換算焦点距離≒50mm、F値=2
 ・条件MF2:マイクロフォーサーズ、換算焦点距離≒100mm、F値=2
 ・条件FS1:フルサイズ、換算焦点距離≒50mm、F値=2
 ・条件FS2:フルサイズ、換算焦点距離≒50mm、F値=4

 換算焦点距離が違う条件でも換算撮影倍率がほぼ同一になるように、ピント距離L1を変えています。ピント面にある被写体は、いずれも同じ大きさで写る条件です。

 条件を下表1にまとめます。フルサイズのセンサー幅は、マイクロフォーサーズの約2倍です。条件MF1とFS2、条件MF2とFS1で、それぞれレンズ直径(有効径)は同一になります。
<表1>
 マイクロフォーサーズフルサイズ
 条件MF1条件MF2条件FS1条件FS2
撮像素子幅Bw17.3mm17.3mm36mm36mm
F値F2F2F2F4
実焦点距離f25mm50mm50mm50mm
換算焦点距離f3552mm104mm50mm50mm
レンズ直径D=f/F13mm25mm25mm13mm
ピント距離L11000mm2000mm1000mm1000mm
換算撮影倍率κ35=f35/L10.0520.0520.0500.050
※マイクロフォーサーズの換算焦点距離f35は、カタログでは実焦点距離f×2ですが、上表ではセンサー幅方向で換算し、実焦点距離f×2.08としています。

 その他の条件は、以下のように共通としました。
 ・幅方向のピクセル数:pw=1920pix(3Mサイズ)


★ボケ具合のシミュレーション結果
 比較結果を、下図1に示します。横軸が被写体までの距離C1[mm]、縦軸がボケの大きさpb[pix]です。
<図1>
20140425z1a.jpg  

 ボケ具合を代表する指標として、次の2つを比較しました。「ボケ勾配」は「ピント面の薄さ」を示します。
・無限遠ボケpbf:無限遠方でのボケの大きさ[ピクセル]
・ボケ勾配 K  :ピント面から1mmずれたときのボケの増大量[ピクセル/mm]
<表2>
 マイクロフォーサーズ
センサー幅Bw=17.3mm
フルサイズ
センサー幅Bw=36mm
  条件MF1条件MF2条件FS1条件FS2
F値2224
換算焦点距離 f35[mm]521045050
レンズ直径 D[mm]13252513
無限遠ボケ pbf[pix]35696733
ボケ勾配 K[pix/mm]0.0350.0350.0670.033

 マイクロフォーサーズとフルサイズのボケ具合の比較結果をまとめます。
a)条件MF1 vs FS1:換算焦点距離とF値が同じ(レンズ直径は異なる)
 ・無限遠ボケ:フルサイズがマイクロフォーサーズの約2倍。
 ・ボケ勾配 :フルサイズがマイクロフォーサーズの約2倍。

b)条件MF1 vs FS2:換算焦点距離とレンズ直径が同じ(F値は異なる)
 ・無限遠ボケ:フルサイズとマイクロフォーサーズで同じ。
 ・ボケ勾配 :フルサイズとマイクロフォーサーズで同じ。

c)条件MF2 vs FS1:F値とレンズ直径が同じ(換算焦点距離は異なる)
 ・無限遠ボケ:フルサイズとマイクロフォーサーズで同じ。
 ・ボケ勾配 :フルサイズがマイクロフォーサーズの約2倍。


★マイクロフォーサーズで大きなボケを得るには
 上の結果から、同じ換算焦点距離(画角)、同じF値の場合、フルサイズのボケ具合(無限遠ボケ、ボケ勾配)は、マイクロフォーサーズの約2倍になります。

 では、マイクロフォーサーズで、フルサイズと同レベルのボケを得るには、どうすればよいでしょうか?

 次の2つの方法があります。
 ・F値を1/2にする
  →無限遠ボケ、ボケ勾配ともフルサイズと同じになる。

 ・換算焦点距離を2倍にする
  →無限遠ボケはフルサイズと同じ。しかしボケ勾配は1/2のまま。

 例えばフルサイズでF4を使っているところに、マイクロフォーサーズのF2を使えば、フルサイズとまったく同じボケ具合を得られます。
 F値を1/2にすれば、「まったく同じ」ボケ量を得られます。F値を小さくすれば、センサーサイズの違いを超えられる、ということです。(逆に言うと、フルサイズでF2やF1.4のレンズを使ったときのボケ量を、マイクロフォーズで得るのは非常に難しい、とも言えます。マイクロフォーサーズではF0.95のレンズ(ノクトン)もありますが、非常に高価な上に、AF非対応の特殊レンズです。)


★まとめ
 マイクロフォーサーズとフルサイズで、ボケの大きさを比較しました。

 結果は、次の通りでした。
・同じ換算焦点距離、同じF値ならば、フルサイズはマイクロフォーサーズの2倍ボケる。

・F値を1/2にすれば、マイクロフォーサーズでもフルサイズと全く同量のボケを得られる。

 使用するレンズによっては、マイクロフォーサーズでも、フルサイズと同レベルのボケを得ることは可能です。(ただ、フルサイズでF2やF1.4のレンズを使ったときのボケ量を、マイクロフォーズで得るのは非常に困難です。マイクロフォーサーズではF0.95のレンズ(ノクトン)もありますが、非常に高価な上に、AF非対応の特殊レンズです。)


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