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【カメラ】カメラの基礎知識②・レンズについて

焦点距離と絞りと被写界深度

前回はデジタルカメラの構造について勉強し、レンズについては明るさについてのみ書きましたが、今回はレンズについてもう少し掘り下げてみたいと思います。

自分のカメラのレンズを見てみましょう。何か数字が書かれていると思います。レンズに書いてあるその数値を読み解いてみましょう。「1:2.8」などと書かれている部分があります。これは、前回書いたF値のことです。この場合F2.8のレンズだということになります。その近くに、mmの単位で書かれた数値があります。これはなんでしょうか。レンズの仕組みを知ると、今まで気にしていなかった画面の隅々まで気になってくるかと思います。レンズについて、お勉強してみましょう。

CONTENTS

  1. 焦点距離と画角
  2. 絞り
  3. 被写界深度
  4. 単色収差と色収差
  5. デジタルズーム、光学ズーム

1.焦点距離と画角

焦点距離とは、ピントを合わせたときの、レンズから撮像素子までの距離です。レンズにmmの単位で書かれた数値がそれです。ズームレンズの場合は、18-55mmというように焦点距離の両端の数字で表します。焦点距離が短くなるほど広角系に、長くなるほど倍率が上がり、望遠系のレンズになります。

広角系レンズ
広角系レンズ
望遠系レンズ
望遠系レンズ

焦点距離が変わればレンズが被写体を切り取る範囲も変化します。それが画角です。画角とは撮像素子に写る範囲を角度で表したものです。画角が広いと写る範囲が広くなり、画角が狭いと写る範囲が狭くなります。

焦点距離とレンズの種類
・魚眼レンズ(12mm以下)
・広角レンズ(18-30mm)
・標準レンズ(35-85mm)
・望遠レンズ(100-300mm)
・スーパー望遠レンズ(300mm以上)

2.絞り

絞りとは、レンズの絞り開口部の大きさを意味します。
レンズに書いてあるF値は、そのカメラの絞りが一番開放されている状態の数値です。F2.8のカメラであるなら、図の一番左端がF2.8から始まり、絞りの調節ができるということになります。絞り値を大きくすると、絞りが絞られてレンズを通る光が少なくなり、絞り値を小さくすると絞りが開かれてレンズを通る光が多くなります。
絞り
絞りは、明るさが変えるということの他、背景のピントを調整することもできます。F値を大きくし絞りを絞ると背景までくっきりと、F値を小さくし絞りを開放させると背景はぼやけるという性質があります。それが被写界深度です。

3.被写界深度

被写界深度とは、画像の中でピントがあっている箇所の一番手前から一番奥までの距離をいいます。

少し詳しく書くと、ピントが合っている位置にある点は、撮像素子上で点に写ります。でも、そうでない場所だと,撮像素子上でうまく点になってくれず、ぼやけた円になります。この円を錯乱円といいます。最も小さな錯乱円を最小錯乱円、画面上で点として許容できる錯乱円のことを許容錯乱円といいます。現実には、最小錯乱円として極小の円も点として許容するため、ピントが合っている部分を点とすると、多少前後したピンボケ部分も最小錯乱円=極小の点として許容します。その範囲が、被写界深度の深度になるのです。

被写界深度を深くすると、近景から遠景まですべてピントが合って見えます。その表現方法をパンフォーカスといいます。風景写真などによく利用され、記念撮影などはパンフォーカスで撮ります。逆に、被写界深度を浅くすると、背景がぼやけます。主役のみにピントを当て、背景や前景をぼかす表現方法をボケ表現といいます。ポートレートなどではこの方法が多用されます。

被写界深度 浅い 深い
絞り値 F値を小さくし絞りを開放させる F値を大きくし絞りを絞る
焦点距離 長い(望遠) 短い(広角)
撮影距離 近い 遠い

4.単色収差と色収差

レンズは入射した光束を収束または発散させて像を作ります。発散光や収束光が収束する点は、結像点と呼びます。入射した光を収束させる際、理想はすべての光が一点に集まることですが、実際の光学設計上はどうしてもそれに差が生じます。この差を収差と呼びます。収差には、球面レンズのように形状に起因するものと、光の波長分散がもたらすものがあります。色収差と単色収差です。

主にレンズの形状に起因する単色収差は、5種類。研究者の名前を取ってザイデルの5収差と呼ばれています。
1. 球面収差
レンズの中心を通った光とレンズの周辺を通った光が同じ位置に焦点を結ばないという収差です。像が劣化し、解像力を低下させ、ボケてしまいます。

2. コマ収差
光軸外の1点を光源とする光が、像面において1点に集束しない収差。夜景などを撮影すると、彗星の尾のように光が流れた像となります。

3. 非点収差
光軸外の1点を光源とする光が、レンズに対して同心円方向と直径方向で焦点距離がずれる収差。片方に合わせると点像が縦長の細い楕円になり、反対に合わせると横長の細い楕円になります。

4. 像面湾曲
レンズの前側と後側で、レンズに平行な焦点面が平面から平面に対応しない、という収差。中心部と周辺部で焦点がずれるため、中央にピントを合わせると周辺部にピンボケが起き、周辺部にピントを合わせると中央がピンボケという状態になり、全体にピントを合わせることができなくなります。

5. 歪曲収差
物体平面上の形状と像面での形状が相似形とはならない現象のことです。広角系のレンズは直線が外側に曲がる樽型の収差がおこりやすく、望遠系のレンズは直線が内側に曲がる糸巻き型の収差がおこりやすいのが特徴です。魚眼レンズは、この特性を利用したものです。標準レンズではほとんどの収差を感じることはありません。




レンズを構成している材料に起因する色収差は、2種類あります。
1.軸上色収差
色による屈折率の違いにより、結像位置が色によって前後にずれる収差。色がボヤけて見えます。

2.倍率色収差
色による屈折率の違いが斜めに入射した光の場合、像の倍率の違いとなってあらわれます。その結果、色により像の大きさが異なってしまい、被写体のフチに赤や青紫の色ズレがおきる現象があります。

5.デジタルズーム、光学ズーム

デジタルカメラのズームには、2つの種類があります。光学ズームとデジタルズームです。

光学ズームとは、複数のレンズの組み合わせで倍率を上げて撮れる拡大画像のことです。デジタルズームとは、撮れた画像をカメラ内部で切り取り拡大処理したものです。なので、デジタルズームの画像は劣化します。

光学ズーム5倍、デジタルズーム10倍という場合、最大ズームは、5×10=50倍になります。ただこの場合、光学ズーム5倍で撮影し、画像ソフトで10倍サイズと同じサイズでトリミングしたものと同じ画質になります。

レンズに「5×」などと書かれているものは、光学ズームの倍率のことです。



以上のことをふまえて、いかがでしょう。自分の持っているカメラについて理解が深まったでしょうか。カメラの特性をつかめたら、その性質を利用したいろんな撮影方法で撮ることができます。自分が撮りたいと思う被写体に対してどういった画面の仕上がりを求めるかを考え、うまく対処していくことが大事ですね。

次回は、露出について書きたいと思います。

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