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イイね!
2020年03月06日

カメラの知識 レンズは同じ

前回はセンサーサイズが違うレンズは何が違うか?
について書きました。
今回は何が同じなのかについて書いてみます、今回も文字ばっかりで前回よりも長いです(汗
興味有る人だけ読んで下さい。

あとこれはブログを書き終わってから追加で書いてますが話が飛びまくって読み辛いかも知れません(汗



レンズのスペック表を見ると焦点距離とかF値とか被写界深度とか色々と書いてありますよね?
これらは何が違うのでしょうか?センサーサイズが違うとレンズにも違いは有るのでしょうか?
そう疑問に思ったので同じ事を探して調べてみました。


1、センサーサイズが違っても焦点距離は同じ。

実はこれフルサイズ用レンズもマイクロフォーサーズ用レンズも数値の内容、意味は同じだと言う事が分かりました。
フルサイズ用レンズ以外のレンズスペック表には良く「35mm判換算」と書かれているので違うものだと思っていたのですがフルサイズ用レンズの焦点距離10mmとマイクロフォーサーズ用レンズの焦点距離10mm、実は同じなんです。

焦点距離とは「光学系の主点から焦点までの距離のこと」です。
つまりレンズを抜けて来た光が焦点を結ぶまでの距離は何mmか?と言う数値なのでセンサーサイズの違いに左右される要素では無いんです。
イメージサークルの大きさはこの焦点距離には直接関わっていないのでフルサイズ用レンズとマイクロフォーサーズ用レンズの焦点距離は同じと言える訳です。


余談ですがセンサーサイズの違いによって左右されるのは「画角」であって「焦点距離」では無いと言う事です。
これ重要です、焦点距離はレンズ固有の数値であり、画角はレンズを覗き込むセンサーが関係する数値だったんです。


2、レンズのF値はフルサイズ用もマイクロフォーサーズ用も同じ。

このF値と言うのはレンズの焦点距離をレンズの有効口径で割った数値です。
調べてみると有効口径を求めるのは複雑では有りませんが計算をしないといけないので面倒臭いです、単純にレンズの面積や絞り羽の開口面積と言う訳では無いんですね・・・

兎に角、F値とはレンズを通過する光の明るさを示す絶対数値では無く色々と計算した後に出てくる比率の事です。
この計算式にイメージサークルの大きさは関わらないのでセンサーサイズの違いでF値の内容、レンズの明るさが変わる訳では有りません。
つまりF値の表記もフルサイズ用レンズとマイクロフォーサーズ用レンズに違いは無く同じと言う訳です。


ここでも余談ですがF値は一緒でも焦点距離に比例して有効口径は大きくなるそうです、焦点距離10mmF2.0より焦点距離100mmF2.0の方が同じ明るさなのに有効口径が広くなる訳です、焦点距離が長くなると光が多く減衰すると言う理屈なんですかね?
素人考えだとレンズ枚数が変わらなければ光量は変わらない様な気もしますが・・・この辺がよく分かりません、レンズを設計する人や専門家にしか詳しく分からない領域かも知れません。
よく有る望遠で明るいレンズが極端に太くなるのはこの辺りが理由みたいです。

更に余談ですがF値とはレンズが光を100%通す物と仮定した上で計算上求められる光量の値らしいです、それとは別にT値と言う数値も有りこちらがレンズを通過する光量の絶対数値と言える物で、後玉の後ろで光量を計測して出す値の様です。
どんなに高性能なレンズでも100%光を通すなんて事は有り得ないので必然的にF値よりもT値の方が大きい値になります。
それとボケを増やしたり綺麗にしたり出来るフィルターが内蔵されているレンズはT値でしか明るさを表せない様です。


3、同じ焦点距離とF値ならフルサイズ用レンズもマイクロフォーサーズ用レンズも被写界深度は同じ。

この被写界深度と言うのも私は勘違いしていました。
「フルサイズとマイクロフォーサーズでは同じF値で被写界深度は2段分の差が有る」
と言った内容をネットで見た事が有りまして、これをレンズの特性だと思ってました。
正確にはレンズの特性では無くセンサーの特性だった様です。

被写界深度は計算で求める事が出来る数値の様で関わってくるのは「焦点距離」「F値」「許容錯乱円」と言う3つの数値の様です。
この内の2つ「焦点距離」と「F値」がレンズに関係する数値です、先に書いた様に焦点距離とF値はセンサーサイズが変わっても違いが無い数値です。
要はフルサイズセンサー機とマイクロフォーサーズセンサー機で被写界深度が変わる要素がレンズには無いと言えます。
被写界深度が変わる要素がレンズに無い以上、同じ焦点距離で同じF値のフルサイズ用レンズとマイクロフォーサーズ用レンズの被写界深度は同じと言える訳です。


またまた余談ですが許容錯乱円と言う数値にはセンサーサイズが関わってくる様でして、フルサイズセンサーとマイクロフォーサーズセンサーでは許容錯乱円が変わるので結果的にマイクロフォーサーズ機の方が同じ焦点距離で同じF値でも被写界深度が深くなると言う訳らしいです。
ちなみに被写界深度の差は2段分です、フルサイズセンサーとマイクロフォーサーズセンサーの違いそのままですね。

余談その2ですがボケは被写界深度が浅い方が大きくなるのは有名です、同じ焦点距離と同じF値でもマイクロフォーサーズより絞り値2段分、APS-Cより1段分ボケ量が増えるフルサイズの方がボケ好きには堪らないのでしょう。
中判や大判のカメラの方がもっとボケるんでしょうけどね。


ここで私個人の好みの話に飛びますが、私はパンフォーカスの写真が好きです。
フルサイズカメラより2段もF値を小さくしても被写界深度がフルサイズと同じになるマイクロフォーサーズは私にうってつけなフォーマットと言えます。

フルサイズでF16まで絞らないとパンフォーカスに出来ないシチュエーションでもマイクロフォーサーズならF8で行けます。

上にフルサイズ用レンズでもマイクロフォーサーズ用レンズでもF値が同じなら明るさの違いは無いと書きました、つまり専用設計のレンズを使ったマイクロフォーサーズならフルサイズと同じ画角で同じ被写界深度の写真を2段分明るく撮れると言う事です。
画角を揃える為に変わる数値は焦点距離です

フルサイズと同じ明るさで良いならマイクロフォーサーズは2段分シャッタースピードを早く出来ます。

フルサイズと同じ明るさ、同じシャッタースピードで良いならISO感度を2段分低く出来ます。

マイクロフォーサーズセンサーのフルサイズセンサーに対して2段分受光面積が小さいと言うデメリットはパンフォーカス狙いの同じシチュエーションでなら

・フルサイズよりも2段分シャッタースピードを稼げる。
・フルサイズよりも2段分ISO感度を低く出来る。

と言う大きなメリットになる訳です。
マイクロフォーサーズはフルサイズに比べてパンフォーカスし易い訳です。

シャッタースピードを稼げるので手ブレし難いです、三脚の必要性がフルサイズより減ります。

ISO感度を2段分落とせるので高感度ノイズを2段分高機能なフルサイズセンサーと同じ、場合によっては少なく出来ます。

更にレンズには回析現象と言うものが有りF値を大きくして行くとある一定のF値から画質が低下して行きます、小絞りボケと言われている現象です。
F値は割合なのでフルサイズ用レンズとマイクロフォーサーズ用レンズに違いは無いと上で書きましたが回析現象が起こり始めるF値もフルサイズ用レンズとマイクロフォーサーズ用レンズでだいたい同じなんです。
レンズ設計によって変わる様ですがセンサーサイズは関係有りません
F値を絞り込まなくても被写界深度が深いマイクロフォーサーズならレンズの回析現象を避けながらパンフォーカス写真を撮れる場合がフルサイズよりも多いです。

マイクロフォーサーズと言うフォーマットにはフルサイズに対して以上の様なメリットが有る訳です・・・まあ、それなりに明るいシチュエーションでパンフォーカスを狙うと言う場合に限ってですけどね( ̄▽ ̄;)

でもパンフォーカス好きな私には凄く魅力的な特性です♪


話を戻しまして、以上がフルサイズ用レンズとマイクロフォーサーズ用レンズで比べても同じになる項目でしょうか、色々話が飛んだので分かり難いですが(汗
解像度はレンズのグレード次第で同じセンサー用のレンズでも変わるので比べられないです。
ボケ味もレンズ設計の違いであってボケ量が多くてもボケ味は汚いレンズとかも有る訳ですし、ボケ量の差はレンズの差では無くセンサーサイズの差ですからね。


とまあこんな感じでセンサーサイズの違いによる差は結構有りますがレンズに起因する違いと言うのはイメージサークルの大きさだけと言う事が調べられました。


あとレンズについては画角に関してですかね?
これもレンズの違いでは無くセンサーサイズの違いなのでセンサーについてもう少し調べてから書いてみる事にします。

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Posted at 2020/03/06 19:39:13

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この記事へのコメント

2020年3月6日 21:43
センサーサイズが大きいほど豊かなボケが、、、なんて言ってる時代も終わりそうです。
例えば、僕の使っているiPhone11proのポートレートモードは、距離によるボケ量の変化までは未だ再現出来ませんが、なかなか頑張っていますし、あと数年でその辺もソフトでやれるのではないかと。
センサーサイズによる写真の出来栄えの違いは近々無くなりそうな勢いです。そうなるとますます自分はどういう機材、機能が好きなのかが大切になりますね。
コメントへの返答
2020年3月6日 23:09
カメラがデジタルになった事でPCによる加工、と言うと変かも知れませんけど写した映像に手を加えられる様になりましたからね。

工業製品、と言うか科学製品は性能を維持したまま小型化して行くのが正常進化ですから大きい物と小さい物の差とか違いとかは時間と共に無くなって行くんでしょうね。

とは言え大きい方が何かと有利なのに変わりはないので今後映像技術に大きな進化や変化が有った時は大きなカメラから変わって行くと思いますよ。
大きく新しい物を作り出す、新しく作り出した物を小型化する、それが科学ですからね(^ ^)
2020年3月6日 22:49
パンフォーカスに限って言えばその通りです。写真を仕事としている方々にはボケという表現が必要になってくるので、自分の作品に対する表現の幅を広げる意味合いで(一部の方を除いて)フルサイズ機を主に使っているのだと思います。

レンズの設計に関してですが、センサーサイズに関係が無い訳ではない・・・と言うよりも、レンズ設計自体がセンサーサイズを基準に考えているからです。ライカなどに共通基準を作られてしまっているのでセンサーサイズに対して、レンズ側で取り込める光をどれだけ増やせるかがキモになります。

基本的に多くの人がF値ばかり気にされますが、昨今のレンズはガラス以外にも樹脂レンズとのハイブリッドですので、母材の吸収(可視光消衰)を踏まえた上で、母材となるガラスや樹脂の表面反射を如何に落とすかとなります。もちろんレンズは群構成なのでレンズ1枚の透過率特性を99%(ガラス・高額損失込み)までに落とせたとしても、比較的反射率特性を落としやすいガラスの10枚構成であっても単純にセンサーに届く光は凡そ90%以下になります。実際にはゴーストなどを防ぐため更に絞りなどで光線経路を絞る必要も出てくるので、光学設計は常にその辺りとの戦いになります。解像度や画角を確保するためには光路長を稼ぐ必要がありますが、レンズを増やして光路長を稼ぐと同時にゴーストや光学損失も増えていってしまうために難しいのです。

携帯のカメラなどiPhone X以降を例に出すと凡そ5~6枚の全て樹脂レンズ構成です。この例は、6-8年ほど前から画像処理技術が発展した恩恵によって光路長を稼がずに高画質に補完出来るようになったのが大きいです。携帯サイズのセンサーに特化した妙な進化を遂げているとも言えます・・・w
コメントへの返答
2020年3月6日 23:20
あはは・・・まあ素人がにわかに調べた事なので的外れな事も有ると思います(^_^;)

センサーのサイズが違うと言うのは物理的な違いですからね、レンズの設計と言う話になるとまずはセンサーの大きさ有りきで設計して行く物だと思います。
今回レンズは同じと言うのはあくまでレンズとセンサーの大きさを無視して比率がフルサイズのシステム全体とマイクロフォーサーズのシステム全体が同じと仮定したらレンズと言う物の違いは物理的な大きさだけなんだろうなと感じた次第です。

スマホのレンズは不思議だったんですよ、あれ空間が無いじゃないですか、綺麗な画像が撮れるのはデジタル補完だったんですね・・・今後はホントにセンサーサイズとか違う意味が無くなりそうですね(汗
2020年3月7日 0:37
ちなみに雑談程度ですが、広角レンズや望遠レンズの良いやつは何故あんなに高いのか・・・会社によって諸説あると思いますが、キモになってくるコーティング技術の確立が非常に難しくなるからです。広角レンズですと物凄く出目金なレンズが1番玉に来る訳ですが、あれらの面形状に対して均一に同じ反射率特性を持たせる事は非常に難しく、大抵の場合には『45度以上の斜入射でも高い透過率を持たせろ』というような注文が付きます(汗)

実際にはレンズ自体にも切削レンズですら(インゴットの時点から)複屈折アスを持っているため、位相差をキャンセルする必要が出てきたりと特殊な例もありまして・・・これら全ての要望を叶えた上で信頼性試験に通る品質のレンズを作るとなると笑えるようなイニシャル/ランニングコストが掛かるようになります(汗) 母材自体がヤケやすい、熱衝撃に弱いetcetc...などの都合によって単純に良品率も高くはないというのも理由に挙げられると思います。それらが10枚20枚と組み合わさったものがレンズユニットとして市販されるので、驚きの価格が付く訳ですwww
コメントへの返答
2020年3月8日 10:20
レンズは一見すると単純形状に見えますが複雑な形してますからね、広角レンズの出目金とか両面非球面レンズなんて作るのだけで大変そうです(汗

あの形を作りつつその上でナノオーダーとか他業種ながらアホだと思います( ̄▽ ̄;)

だからこそ凄いんでしょうけどね、金額も凄いけど・・・

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