マクロカメラレンズ

マクロレンズは文字通り、写真の主題のまったく新しい世界を切り開きます。日常的なものについて、違う考え方をさせることさえあります。しかし、これらのエキサイティングな可能性にもかかわらず、マクロ写真は非常に細心の注意を払った技術的な試みでもあります。多くの場合、細部が重要な要素であるため、マクロ写真には優れた画像のシャープネスが求められ、それには慎重な写真技術が必要です。倍率、センサーサイズ、被写界深度、回折などの概念はすべて、新たな重要性を帯びています。この高度なチュートリアルでは、これらの概念がどのように相互に関連しているかについて技術的な概要を説明します。

写真は、「The Smaller Majority」の著者、Piotr Naskrecki の厚意によるものです。 ."

倍率

倍率は、実際のサイズと比較して、オブジェクトがカメラのセンサーに表示されるサイズを表します。たとえば、カメラのセンサー上の画像が実際のオブジェクトの 25% の大きさである場合、倍率は 1:4 または 0.25X と言われます。言い換えると、倍率が高いほど、オブジェクトを小さくしても画像フレームを埋めることができます。


倍率 0.25 倍の写真 (被写体が遠くにある)	倍率 1.0 倍の写真 (被写体が近づいています)

図は定性的な説明のみを目的としています。水平距離は縮尺通りに表示されていません。

倍率は、焦点距離と焦点距離という 2 つのレンズ特性によって制御されます。近くに焦点を合わせることができるほど、特定のレンズが達成できる拡大率が高くなります。これは、近くのオブジェクトが大きく見えるため、理にかなっています。同様に、最短焦点距離が同じであっても、焦点距離が長くなる (ズームが大きくなる) と、倍率が大きくなります。

注:「焦点距離」はカメラセンサーと被写体の間の距離として測定され、「レンズ焦点距離」は実際のレンズ焦点距離 (乗数なし) です。

真のマクロレンズは、カメラのセンサー上のオブジェクトを実際のオブジェクトと同じサイズでキャプチャできます (1:1 または 1.0X マクロと呼ばれます)。厳密には、この1:1の倍率を達成できるレンズのみが「マクロレンズ」に分類されます。ただし、「マクロ」は、約 1:10 以上の倍率に適用されるクローズアップ写真を含むために大まかに使用されることがよくあります。チュートリアルの残りの部分では、この大まかなマクロ定義を使用します...

精度に関する注意 :レンズメーカーは、焦点距離の定義に一貫性がありません。センサーを使用して距離を測定するものもあれば、レンズの前面または中心から測定するものもあります。最大倍率値が利用可能または測定可能である場合、上記の計算よりも正確な結果が得られます。

クロップされたセンサーに関する注意 :クロップされたセンサーでフルフレームレンズを使用している場合、センサーでキャプチャされた光は、焦点距離が同じであっても、フルフレームセンサーを使用してキャプチャされた場合よりも拡大されて表示されます。これは、レンズが画像を拡大したからではなく、小さいセンサーが画像の外側の領域をトリミングしたためです.ただし、効果を知りたい場合は上記の倍率の場合、焦点距離乗数を使用できますが、トリミングされたセンサーのフルフレームレンズにのみ使用できます。

倍率とセンサーサイズ

しかし、その有用性にもかかわらず、写真家がしばしば最も気にかけていること、つまりフレームを埋めることができる最小のオブジェクトは何かについて、拡大は何も語っていません。残念ながら、これはカメラのセンサーサイズによって異なります。最近ではセンサーのサイズが大きく異なります。

フルサイズのオブジェクト
(直径 24 mm)

0.25X のコンパクトカメラ

0.25X のフルフレーム SLR カメラ

上記の図はすべて縮尺通りに表示されています。
コンパクトカメラの例では、1/1.7 インチのセンサーサイズ (7.6 x 5.7 mm) を使用しています。 mm センサー。

上記の例では、4 分の 1 は各カメラのセンサーで同じ 0.25 倍のサイズに拡大されますが、コンパクトカメラの小さいセンサーはフレームを画像で埋めることができます。他のすべてが同じであれば、センサーが小さいほど小さな被写体を撮影できます。

注:「被写体の縮小サイズ」は、写真の最短寸法に沿って測定されます。

レンズエクステンション &効果的な F ストップ

カメラのレンズの焦点を徐々に近づけるためには、レンズ装置をカメラのセンサーから遠ざける必要があります (「エクステンション」と呼ばれます)。低倍率の場合、伸びは小さいため、レンズは常にセンサーから焦点距離の約 1 倍の距離にあります。ただし、倍率が 0.25 ～ 0.5 倍以上に近づくと、レンズはセンサーから遠くなり、実際には焦点距離が長いかのように動作します。 1:1 の倍率では、レンズはカメラのセンサーから焦点距離の 2 倍まで移動します。


倍率を選択:	1:2 (0.5X)	1:1 (1.0X)

注:図は、レンズが対称であることを前提としています (瞳孔倍率 =1)。

最も重要な結果は、レンズの実効 F ストップが増加することです*。これには、被写界深度の増加、露光時間の延長、回折に対する感受性の増大など、通常の特性がすべて備わっています。実際、「効果的」が使用される唯一の理由は、多くのカメラがまだ補償されていない f ストップ設定を示しているためです (低倍率で表示されるように)。ただし、他のすべての点では、F ストップは実際に 持っています

*テクニカルノート: Fストップが変化する理由は、これが実際にはレンズの焦点距離に依存するためです. Fストップは、焦点距離と開口径の比として定義されます。たとえば、開口径が 25 mm の 100 mm レンズの F 値は f/4 です。マクロレンズの場合、F ストップが増加するのは、有効焦点距離が長くなるためです。絞り自体が変化したためではありません (倍率に関係なく同じ直径のままです)。

経験則では、1:1 の場合、有効な F ストップは、カメラを使用して設定した値よりも約 2 ストップ大きくなります .したがって、f/2.8 の絞りは f/5.6 のようになり、f/8 は f/16 のようになります。露出設定を計算します:

写真提供：Piotr Naskrecki.

他の倍率では、次のように有効な f ストップを推定できます。

実効 F-Stop =F-Stop x (1 + 倍率)

たとえば、0.5X の倍率で撮影している場合、f/4 に設定されたレンズの有効な f ストップは f/5.6 と f/6.3 の間のどこかになります。実際には、これは 2 倍から 3 倍長い露出時間が必要になることを意味し、手持ちで撮影できるか、三脚を使用する必要があるかの違いになる可能性があります。

テクニカルノート:
上記の式は、通常のレンズ (焦点距離 50 mm 付近) に最適です。 105 mm や 180 mm などのはるかに長い焦点距離を持つマクロレンズにこの式を使用すると、有効なレンズ F ストップをわずかに過小評価する傾向があります。より正確な結果に関心がある場合は、レンズの瞳倍率を知るとともに、以下の式を使用する必要があります。

実効 F ストップ =F ストップ x (1 + 倍率/ 瞳孔倍率)

たとえば、Canon の 180 mm f/3.5L マクロレンズの瞳孔倍率は 1:1 で 0.5 であり、より単純な式を使用した場合よりも f ストップが 50% 大きくなります。 .ただし、瞳孔倍率の公式を使用することは、ほとんどの状況ではおそらく実用的ではありません。最大の問題は、焦点距離によって瞳倍率が変化することであり、さらに別の式が導入されます。また、カメラレンズメーカーによって公開されることはめったにありません。

実効絞りのその他の影響には、オートフォーカス機能とビューファインダーの明るさが含まれます .たとえば、ほとんどの一眼レフカメラは、最小 f ストップが f/5.6 を超えると、オートフォーカス機能を失います。その結果、f/2.8 を超える最小 f ストップ値を持つレンズは、倍率 1:1 のときにオートフォーカス機能を失います。また、高倍率時はファインダーが不当に暗くなる場合があります。これがどのように見えるかを確認するには、いつでもカメラを f/5.6 または f/8 に設定し、「被写界深度プレビュー」ボタンを押すことができます。

最後に、ニコンのカメラは有効な F ストップを自動的に補正することに注意してください。 .つまり、ニコンカメラのビューファインダー/LCD で報告される F ストップは、標準的な方法を使用して F ストップ設定を特に変更したことがなくても、焦点距離が短くなるにつれて徐々に増加します。

被写界深度

被写体を拡大すればするほど、被写界深度は浅くなります。マクロおよびクローズアップ写真では、これは非常に薄くなります — 多くの場合、わずか数ミリです:

被写界深度が非常に浅いクローズアップ写真の例。
写真提供:Piotr Naskrecki.

したがって、マクロ写真では通常、適切な被写界深度を得るために高い f ストップ設定が必要です。あるいは、被写体を最も鮮明な焦点面に合わせることで、わずかな被写界深度を最大限に活用することができます。とにかく、どの程度の被写界深度を使用できるかを知っておくと役立つことがよくあります:

注:被写界深度は、1 フィートの距離から見た 8x10 インチの印刷物で鮮明に見えるものに基づいて定義されています。 0.032 mm の 35 mm カメラの標準錯乱円に基づいています。倍率が 1X を超える場合、出力は µm (ミクロンまたは 1/1000 mm とも呼ばれます) の単位になります。
*Nikon SLR カメラを使用している場合は、このボックスをオンにする必要があります。それ以外の場合は、チェックを外してください。

被写界深度は焦点距離とは無関係であることに注意してください。したがって、たとえば、0.5X の 100 mm レンズは、同じ f ストップにある限り、0.5X の 65 mm レンズと同じ被写界深度を持ちます。また、低倍率写真とは異なり、被写界深度は焦点距離に関して対称のままです (前後の被写界深度は同じです)。

テクニカルノート:
第一印象に反して、被写界深度はカメラセンサーが小さいほど本質的に優れているわけではありません。センサーが小さいほど同じ f ストップで被写界深度が深くなるのは事実ですが、これは公正な比較ではありません。回折によって解像度が制限される前に、センサーが大きいほど f ストップが高くなる可能性があるからです。両方のセンサーサイズが同じ回折限界解像度でプリントを生成する場合、両方のセンサーサイズは同じ被写界深度を持ちます。唯一の固有の利点は、センサーが小さいほど、被写界深度を達成するために必要な露光時間が短いことです。

マクロ回折限界

回折は、カメラのメガピクセル数に関係なく、写真の解像度を制限する光学効果です (写真チュートリアルの回折を参照)。 Fストップが増加するにつれて、画像は回折の影響を受けやすくなります。高い f ストップ設定では、回折が非常に顕著になり、画像の解像度が制限され始めます (「回折限界」)。その後、その後の f ストップの増加は、解像度をさらに低下させるだけに作用します。

ただし、高倍率では、有効な F ストップが実際に回折限界を決定するものであり、必ずしもカメラによって設定されたものではありません。これは以下で説明されます:

*Nikon SLR カメラを使用している場合は、このボックスをチェックしてください。それ以外の場合は、チェックを外したままにします。
結果は、カメラが示す F/ストップであり、必ずしも有効な F/ストップではありません。

回折の開始は緩やかであるため、上記の回折限界よりわずかに大きいまたは小さい開口部が、それぞれ突然良くなったり悪くなったりするわけではないことに注意してください。さらに、上記は理論上の限界にすぎません。実際の結果は、特定のレンズの特性にも依存します。最後に、上記の計算機は、画像を画面上で 100% 表示するためのものです。小さいまたは大きい印刷サイズは、それぞれ、回折限界の f ストップが実際には上記の値よりも大きいか小さいことを意味する場合があります。

マクロ写真では、ほとんどの場合、回折によって引き起こされる軟化と引き換えに被写界深度を大きくすることができます .回折限界を超えて F ストップをプッシュすることを恐れないでください。回折は、ノイズ (ISO) とシャッタースピードなどの他のトレードオフのバランスをとる方法と同様に、露出設定を選択するときに注意する必要があるものです。一般的に、デジタル一眼レフカメラでは、f/11-f/16 の絞り設定が被写界深度とシャープネスの間の適切なトレードオフを提供しますが、余分な (しかしより柔らかい) 被写界深度のために f/22+ が必要になる場合があります。ただし、最終的には、最適なトレードオフを特定する最善の方法は、特定のレンズと主題を使用して実験することです。

作動距離と焦点距離

マクロレンズの作動距離は、レンズの前面と被写体の間の距離を表します。これは、代わりに (通常) カメラのセンサーから被写体までを測定する最短焦点距離とは異なります。

写真提供：Piotr Naskrecki

作動距離は、被写体がどれだけ邪魔される可能性があるかを示す有用な指標です。花やその他の静止した物体の写真には近い作動距離が適している場合もありますが、昆虫やその他の小さな生き物の邪魔になる可能性があります (ミツバチが花から飛び出すなど)。さらに、被写体が草やその他の葉の中にいる場合、作動距離を近づけることが非現実的または実用的でなくなる場合があります。作動距離が近いと、周辺光が遮断され、被写体に影ができる可能性もあります。

特定の倍率では、作動距離は一般に焦点距離とともに長くなります .これは、異なる焦点距離のマクロレンズを選択する際に最も重要な考慮事項となることがよくあります。たとえば、Canon の 100 mm f/2.8 マクロレンズの作動距離は倍率 1:1 でわずか ~150 mm (6") ですが、Canon の 180 mm f/3.5L マクロレンズの作動距離は ~300 mm とより快適です。 (12") 同じ倍率で。これにより、被写体を写真に収めることができるか、怖がらせて追い払うかの違いが生じることがよくあります。

ただし、別の考慮事項は、焦点距離が短いほど、より立体的で没入感のある写真が得られることが多いということです。これは特にマクロレンズに当てはまります。有効な焦点距離が長くなると遠近感が平坦になる傾向があるからです。利用可能な最短の焦点距離を使用すると、この効果が相殺され、奥行き感が増します。

クローズアップの画質

被写体の倍率が高くなると、カメラレンズの欠陥も拡大されます。これらには、色収差 (特に画像のコーナー付近の高コントラストエッジに沿ったマゼンタまたはブルーのハロー)、画像の歪み、およびぼやけが含まれます。これらはすべて、高倍率で非マクロレンズを使用する場合に最も顕著に現れます。対照的に、真のマクロレンズは、最短焦点距離付近で最適な画質を実現します .

下の例は、コンパクトカメラを使用し、最も近い焦点距離で 0.3 倍の倍率で撮影したものです。これは標準の非マクロレンズであるため、画質は明らかに低下します: