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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レンズ実験11~デジイチ「きれいなボケ」のわけ
【今日の夕食】
 今日は、妻は母子分離山登りサークルのママ会で、留守でした。娘(2歳5ヶ月)と2人での夕食です。
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★米飯、カレー
 ずっと以前に作って冷凍していたカレーです。思ったよりも、スパイシーでした。

★みそ汁、こまつな

★トマト、きゅうり

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【今日のおじさん】レンズ実験11~デジイチ「きれいなボケ」のわけ
 4月に新しいカメラ(オリンパスTG-630、防水コンデジ)を買ってから、レンズに興味を持つようになりました。少し前から、いくつかのレンズ実験を記事にしています。

 今回は、写真の演出において重要な「ボケ」について、前回の続きです。
 コンパクトカメラ(コンデジ)とデジタル一眼レフ(デジイチ)での、ボケの程度の違いについて考察します。


★ボケた像の大きさ
 まず、前回のおさらいです。
 ピントが合わない場合を考えます。ピントが合わない場合には、像にボケが生じます。この場合、像がピントが合う場合に比べて、像のサイズは大きくなります。
 下図1は、L1の距離にピントがあった状態で、L1よりも遠い距離C1(C1>L1)の被写体を見た場合です。この場合、像は撮像素子(CCD,CMOSイメージセンサなど)よりも手前で結ばれます。撮像素子の位置では、像の輪郭がぼやけて、像のサイズが大きく見えます。C1<L1の場合も、同様に像がぼやけて、大きく見えます。
<図1>
20130720z3.jpg
 ピンボケの場合の像の直径d2’[mm]は、次式1で表せます。(この式の導出過程は、→前回の記事
20130720s03.jpg <式1>
 ここで、
 ・d1:被写体の直径[mm]
 ・f :レンズの焦点距離[mm]
 ・D :レンズの有効直径(有効口径)[mm]
 ・C1:レンズから被写体までの距離[mm]
 ・L1:レンズからピント位置までの距離[mm]

 実際に記録される像のサイズは、ピクセルです。ボケた像の直径d2'[mm]に相当するピクセル数p2'[pix]は、次式2で計算できます。
20130721s2.jpg <式2>
 ここで、
 ・M :撮像素子のサイズ[mm]
 ・pw:撮像素子の並び数[個]
 また、式2において、f35[mm]は35ミリフィルム換算の焦点距離です。次式3で計算できます。(35ミリフィルム換算焦点距離について、詳しくは→こちらの記事。)
20130721s1.jpg <式3>
 ここで、M35:35ミリフィルムのサイズ=36[mm]
 式2は、近似的に、次式4のようにも書けます。ここで、微小量xに対する近似 (1+x)^n≒1+nx、および 1+x≒1 を用いています。
20130721s3.jpg <式4>
 式4から、焦点距離fが大きいほど、レンズ直径Dが大きいほど、ボケが生じやすいことが分かります。


★デジタル一眼は、ボケがきれい?
 デジタル一眼レフ(デジイチ)で撮影した写真を見ると、ピントを合わせたところ以外が「きれいにボケ」て、主題が引き立つように感じます。一方、コンパクトカメラ(コンデジ)で撮影した写真では、ピントを合わせたところ以外もあまりボケず、ごちゃごちゃとした印象の写真になりやすい気がします。この違いは、何が原因なのでしょうか。
 デジイチとコンデジで、代表的なスペックを用いて、ボケの程度を比較してみました。次のスペックを用います。
a)デジイチ F値:小
 ・F値     :F=2.0
 ・焦点距離   :f=50mm(35mmフィルム換算:50mm)
 ・レンズ有効直径:D=25mm
 ・撮像素子サイズ:M=36mm(幅方向) …フルサイズ
 ・撮像素子並び数:pw=3968個(幅方向)…1200万画素相当
 ※単焦点レンズ装着のデジイチを想定。

b)デジイチ F値:大
 ・F値     :F=4.9
 ・焦点距離   :f=50mm(35mmフィルム換算:50mm)
 ・レンズ有効直径:D=10.2mm
 ・撮像素子サイズ:M=36mm(幅方向) …フルサイズ
 ・撮像素子並び数:pw=3968個(幅方向)…1200万画素相当
 ※ズームレンズ装着のデジイチを想定。

c)コンデジ F値:小
 ・F値     :F=2.0
 ・焦点距離   :f=9mm(35mmフィルム換算:51.8mm)
 ・レンズ有効直径:D=4.5mm
 ・撮像素子サイズ:M=6.25mm(幅方向)…1/2.33型
 ・撮像素子並び数:pw=3968個(幅方向)…1200万画素相当
 ※高性能ズームレンズ搭載のコンデジを想定。オリンパスTG-2など。

d)コンデジ F値:大
 ・F値     :F=3.9
 ・焦点距離   :f=9mm(35mmフィルム換算:51.8mm)
 ・レンズ有効直径:D=1.83mm
 ・撮像素子サイズ:M=6.25mm(幅方向)…1/2.33型
 ・画素並び数  :pw=3968個(幅方向)…1200万画素相当
 ※一般ズームレンズ搭載のコンデジを想定。オリンパスTG-630など。


 a)~d)とも、焦点距離(35ミリ換算)は、ほぼ同一です。大きく異なるのは、レンズ有効直径Dです。
 これらのスペックを使って、式2を用いて、ボケの大きさを計算しました。計算における撮影条件は、次としました。
 ・ピント位置:次の2通り
  ・L1= 500mm …撮影範囲(幅)=約350mm(人物の顔が大写しになるくらい)
  ・L1=1000mm …撮影範囲(幅)=約700mm(人物のバストショットくらい)
 ・被写体サイズ:d1=100mm


★レンズが小さいコンデジはボケにくい
 式2による計算結果を示します。
 まず、ピント位置L1=500mmの場合です。レンズからの距離C1[mm]と、像のサイズp2'[pix]の関係を、下図1に示します。
<図1>
20130721z1.jpg
 ボケは、デジイチF小>デジイチF大>コンデジF小>コンデジF大、の順に大きいです。これは、レンズ直径の大きさの順と同じです。
 上図1の像サイズは、レンズから遠ざかることによる直径の減少(遠いものは小さくなる)と、ボケによる直径の増大を、足し合わせたものです。ボケによる直径増加(式2の第1項)だけを見ると、下図2のようになります。
<図2>
20130721z2.jpg
 式2の通り、ボケによる直径増加を決めるのは、F値ではなく、レンズ直径Dです。F値が同レベルのデジイチとコンデジでも、レンズの直径はデジイチ:25mm、コンデジ:4.5mmと、大きな開きがあります。このため、F値が小さい高級コンデジであっても、デジイチに匹敵するボケを得ることはできません。

 次に、ピント位置L1=1000mmの場合です。まず、距離と像の直径(ボケを含む)の関係です。
<図3>
20130721z3.jpg
 ボケによる直径増加だけを取り出したのが、下図4です。
<図4>
20130721z4.jpg
 ピント位置が遠ざかると、距離によるボケの増加は、なだらかになります。このため、ピント位置500mmのときに比べて、各スペックでのボケの差が縮まっています。しかし、やはり、レンズの直径が大きいほど、ボケの増加量は大きくなっています。


★「きれいなボケ」が得られるコンデジは?
 一般に、コンパクト化=焦点距離(絶対値)小=レンズ直径小、となります。焦点距離については、撮像素子のサイズを小さくすることで、35ミリ換算の焦点距離(つまり画角)を、デジイチ相当に確保できます。しかし、レンズ直径が小さいことは、どうしようもありません。コンデジでは、デジイチほどの「きれいなボケ」は得られないと考えるのが良さそうです。
 それでも、コンデジで、少しでも「きれいなボケ」に近づきたいならば、レンズ直径が大きいものを選ぶのが良さそうです。レンズ直径は、一般的にカタログに記載されていないため、自分で計算(D=焦点距離f/F値)する必要があります。焦点距離が同じであれば、F値が大きいものほど、レンズ直径が大きくなります。
 ただ、コンデジのレンズ直径=1~3mmほどで、デジイチのレンズ直径10~30mmです。高級なコンデジでも、デジイチに匹敵するボケは得られないことを、肝に銘じておく必要があります。
 なお、ここでいうレンズ直径は、有効直径です。見た目の直径(外形寸法)とは、大きく異なるので、注意が必要です。また、ズームレンズでは、ズーム倍率(焦点距離)に応じて、レンズ直径が変わります。頻繁に使うズーム倍率のところでのレンズ直径を、重視するとよいと思います。(しかし、ズーム両端以外のF値と焦点距離は、カタログには表示されていないことが多いです。)

 ボケにくいことは、いつも悪いことではありません。しかし、主題をはっきりさせた写真を撮影したい場合には、余計なものが鮮明に写ってしまい、ジャマになることが多いです。
 

★まとめ:コンデジで「きれいなボケ」は得にくい
 デジタル一眼レフとコンパクトカメラで、ボケやすさを比較しました。結果をまとめます。
 ・ボケの大きさは、焦点距離fに比例し、レンズ直径Dに比例する。
 ・ボケの程度を決めるのは、F値ではなく、レンズ直径Dである。
 ・デジイチと同じF値でも、コンデジはレンズ直径が大幅に小さいため、ボケを得にくい。
 ・「きれいなボケ」を得たいならば、レンズ直径の大きいデジイチを使うのがよい。
 ・コンデジでもボケを多少は得たいならば、レンズ直径(=f/F)に注目して選ぶのがよい。


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