クロップセンサーカメラのレンズ光学系の理解

新しいカメラの購入を検討している場合、またはカメラのアップグレードを検討している場合、おそらくクロップセンサーカメラについてすべて聞いたことがあるでしょうが、それはどういう意味ですか?クロップファクターはレンズの選択にどのように影響しますか?システムを検討するときは、カメラ本体だけでなく、そのシステム用のレンズの選択も考慮する必要があることがよくあります。

センサーの光学系と同等性

クロップセンサーオプティクス

ほとんどの新しい写真家は、通常は安価なクロップ センサー カメラから始めることがよくあります。しかし、あなたがより高度になるにつれて、フルフレームシステムにアップグレードすることは理にかなっていますか?アップグレードを検討している場合、妥当なアップグレード パスはありますか?

たとえば、クロップセンサー本体で使用するためにフルフレームレンズを購入する必要がありますか?非常にややこしいようで、公平を期すために、少し複雑で、単純な経験則だけではすべてを語ることはできません。カメラセンサー自体の違いを見るのではなく (それらはすべて非常に優れています)、レンズ自体の意味を理解しようとしましょう.

同様の焦点距離レンズ – オリンパス micro 4/3rds 40-150mm f/2.8 (80-300mm 相当) および Canon の 100-400mm f/4.5-5.6 (フル フレーム用)。

レンズのサイズ

レンズを見ていると、さまざまな焦点距離と絞り値が表示されます。同じカメラボディの同じメーカーでも、絞りと焦点距離の組み合わせが異なることがよくあります。写真の重要な部分は光学系であるため、さまざまなサイズのセンサーのレンズを比較するにはどうすればよいでしょうか?レンズは、あなたが見ているカメラ本体とどのように関係していますか?

Nifty 50mm (左側がフル フレーム) と右側が micro 4/3rds 25mm (50mm 相当)。

さらに、異なるサイズのクロップ センサーがレンズの光学系にどのような影響を与えるのでしょうか?クロップセンサーカメラの f/2.8 レンズは、実際には f/2.8 レンズですか、それとも別のものですか?より大きなフォーマットのカメラはどうですか？小さい絞り (F ストップ) が大きく見えるのに、背景の分離とボケが優れているため、画像が非常に豪華なのはなぜですか?

これはすべて、ほとんどの写真家が本当に理解していない写真の大きな謎の 1 つである、レンズの光学系とクロップ センサーの同等性に関連しています。

レンズ光学の基本

レンズの光学系を理解するには、入ってくる光に対してレンズが何をするかを理解する必要があります。レンズを通過した光は実際には反転し、画像が上下反転します。光は、レンズを通過した後、デジタル センサーに投影されます。

焦点距離と画像がセンサーに反転します。

ほとんどのレンズは、焦点距離と最大口径によって定義されます。焦点距離が長いほど、遠くの物体が近くに見えます。そのため、たとえば、スポーツやバード ウォッチングをする人は、通常、より長い焦点距離で近づきたいと考えています。

数値が小さいほど視野が広くなり、より多くのものを画像内に収めることができ (広角レンズ)、多くの場合、風景写真家の取引ツールになります。 35mm換算で、200mmレンズは長いレンズ、20mmレンズは超広角レンズです。

相対的な絞りサイズの図。

開口絞り値は、レンズの絞りまたは穴のサイズを表します。レンズは、アイリスが開くことができる最大の開口部に基づいて評価されます。取り込める光が多いほど、必要なシャッター速度は速くなります。この特性により、最大口径の大きなレンズは明るいレンズと呼ばれます。たとえば、f/2.8 レンズはかなり速いと見なされ、f/5.6 レンズ (キット レンズと考えてください) はかなり遅いと見なされます。

光学数学

こっけいな数学は最小限にとどめておきますが、レンズの光学系を理解するのに非常に役立ちます。

焦点距離は、レンズの実際の長さの測定値ではなく、カメラの焦点面でデジタル センサー上に鮮明な画像を形成するために光が収束するポイントからの光学距離の計算です。一方、絞りは、レンズの虹彩によって作成される穴のサイズです。絞りは、レンズの焦点距離に幾何学的に関連しています。たとえば、焦点距離 100 mm のレンズの f/2.8 レンズは、100 ÷ 2.8 =35.7 mm です。レンズの焦点距離が開口部のサイズを決定するため、センサーのサイズとは無関係ですが、焦点距離に依存します。

同様の範囲をカバーするユーティリティ レンズ – Canon 24-105mm f/4、および Olympus 12-40mm クロップ センサー カメラ f/2.8 (24-80mm 相当) のレンズ光学系の理解。

レンズが長くなってもアイリスが大きくならないため、ズーム レンズには複数の絞りがある場合があります。これは数学的な関係なので、同じアイリス開口部で焦点距離が長くなると、絞りは小さくなります。より高価なズーム レンズは全範囲で同じ口径を持っていますが、レンズがより長い焦点距離にズームするにつれてアイリスを大きくしなければならないため、これは技術的な偉業です。

カメラ センサー フォーマット リフレッシャー

フィルム写真の黄金時代には、フィルムのストックによって決まる複数のフォーマットがありました。より一般的なサイズの 1 つは、34.98 ± 0.03 mm (1.377 ± 0.001 インチ) 幅のスプロケット フィルム ストックによって決まる 35 mm フィルムでした。フィルムの時代には、複数のフォーマットもあり、レンズのサイズと性能にも影響を与えた大小のフィルム ストックが利用可能でした。

デジタル センサーが元々スチル カメラ用に開発されたとき、大型のセンサーは法外に高価だったため、小型のセンサーが使用されていました。センサーのサイズにはさまざまなものがあり、このさまざまなセンサーのサイズがカメラのレンズの仕組みに影響を与えます。

センサーが 35mm フィルム ストックのサイズに近い場合、フル フレームと呼ばれます。小さいものはクロップセンサーと呼ばれます。フルフレームよりも大きいサイズにはさまざまなバリエーションがありますが、一般的にそれよりも大きいものは中判と呼ばれます。センサーは、サイズだけでなく形状も異なります。

クロップセンサーの相対サイズ

センサー サイズ

一般的に言えば、フル フレーム センサーは約 36mm x 24mm の長方形で、長さと幅の比率が 3:2 で、862mm 平方の領域をカバーします。逆に、マイクロ 4/3rds クロップ センサーは 17.3mm です。 x 13mm (比率 4:3) で 224.9mm 平方の領域をカバーします。Nikon/Pentax APS-C クロップ センサーは 23.6mm x 15.7mm (比率 3:2) で、370mm 平方の領域をカバーしますが、Canon APS は-C センサーは 22.2mm x 14.8mm (3:2 の比率) ですが、328.5mm 角しかありません。より大きなフォーマット (フルフレームよりも大きい) は正方形になる傾向があります。

多くの場合、クロップ ファクターは、センサーの角から角までの対角線のサイズによって計算されます。たとえば、フル フレーム センサーは対角線がマイクロ 4/3 センサーの 2 倍であるため、クロップ比率は 2 倍になります。ニコン APS-C クロップ センサーの場合、比率は 1.5x であり、キヤノン APS-C クロップ センサーの場合は 1.6x です。

センサーフットプリントの比較

​​スクエアとラウンド

レンズは円形ですが、センサーは長方形または正方形です。したがって、すべてのカメラは画像の一部を切り取ります。これは、丸いレンズが長方形のセンサーに円形の画像を投影するためです。これは、イメージ サークルの端が切れていることを意味します。

カメラ メーカーは、センサー全体がイメージ サークルから十分にカバーできるように、レンズとカメラの組み合わせを設計しています (これをカバー力と呼びます)。これにより、センサーのサイズとレンズが作成されたセンサーのサイズが一致しない場合に問題が発生する可能性があります。

フルフレームとマイクロ 4/3 フレームを重ねたイメージサークル

クロップ ファクターは画像にどのように影響するのでしょうか?

イメージに影響を与える要因はたくさんあります。センサーのサイズは画像に影響しますが、焦点距離と絞りのサイズも影響しますが、これらはレンズの物理的特性であり、クロップ ファクターの影響を受けません。少なくとも直接ではありません。

クロップセンサーが集光と焦点距離に及ぼす影響を説明するために、一連のテスト画像が設定されました (これらは過度に科学的ではありませんが、より説明的です)。 Olympus EM1 Mark II (Micro 4/3rds センサー – 2 倍のクロップ ファクター) と Canon 5D Mark IV (フル フレーム) を使用。

オリンパス EM1 Mark II、マイクロ 4/3rds カメラ

Canon 5D Mark IV フルフレーム カメラ。

焦点差変換と集光変換を説明するために、焦点距離変換のみを使用してカメラを並べてセットアップしました。センサーの形状は完全に同じではないため、互いに一致するように切り取られています (8×10 の比率)。

カメラサイズ比較（左がフルフレーム、右がmicro 4/3）

両方のカメラが同じ景色を狙っていました。

カメラを並べてセットアップをテストします。

経験則と現実のルール

焦点距離は、通常、フル フレーム センサーの等価物に変換され、焦点距離にセンサーの対角比を掛けることによって、同じ視野が得られます。たとえば、マイクロ 4/3 センサーの 25mm レンズは、フル フレーム カメラの 50mm レンズに相当します (クロップ ファクターは 2:1)。

50mm レンズに適合する Canon EFS (クロップセンサー) レンズは 31mm です。これも逆に働きます。クロップ センサー カメラ ボディにフル フレーム レンズを装着すると、焦点距離が倍増します (クロップ センサーでは、同じ 50mm レンズが 75mm レンズのようになります)。この経験則は有効です。

編集者注: 光学系は同じではありませんが、これは作物センサーを理解する一般的に受け入れられている方法です.

24mm 相当 – 同じシャッター速度と ISO、左がフル フレーム、右が Micro 4/3 (両方とも f/4、ISO200、1/160)。

絞りと被写界深度

うまく機能しないもう 1 つの経験則は、絞りに 1 つまたは 2 つの絞りを追加することです (トリミングによって異なります)。なぜ機能しないのですか？ええと、ここにはもっと多くの機能があります。

絞りはレンズの集光能力に影響しますが、クロップセンサーカメラでは、センサーが小さいほど被写界深度 (焦点の合う領域) が大きくなります。つまり、ISO 感度 200 の f/2.8 レンズは、どのカメラ ボディでも同じシャッター スピードに非常に近いはずです (カメラ ボディごとに露出計にばらつきがあります)。したがって、f/2.8 レンズは常に集光用の f/2.8 です。

70mm 相当 – 同じシャッター速度と ISO、左側がフル フレーム、右側が Micro 4/3 (両方とも f/4、ISO200、1/80)。

物事をより複雑にするのは、イメージの外観です。クロップ センサーのボケは、フル フレーム センサーほど良くはありません。フル フレーム センサーの余分な領域によって、クロップ センサーに比べて被写界深度 (焦点が合っている画像の量) が変化するためです。これは、センサーサイズほどレンズの機能ではありません。これはかなり微妙な場合もありますが、特にポートレートでは重要な要素です。

200mm 相当 – 同じシャッター速度と ISO、左側がフル フレーム、右側が Micro 4/3 (f/4、ISO 200、1/30)。

200mm 相当 – 同じシャッター速度と ISO、左側がフル フレーム、右側が Micro 4/3 (f/4、ISO 200、1/40)。

クロップ センサー カメラのフル フレーム レンズ

レンズは、優れたレンズを備えたカメラよりもはるかに長持ちする傾向があり、カメラ本体を 2 回または 3 回繰り返します。非常に多くの人が、ガラスへの投資という格言を信じています。したがって、フル フレーム レンズに対応するクロップ センサー ボディを使用している場合は、フル フレーム ボディを購入する準備ができるまで、フル フレーム レンズを購入しないでください。レンズが名目上同じサイズに見えても、クロップレンズほどシャープではない可能性があるため、答えは必ずしもそうではありません.

フルフレーム レンズはクロップ レンズよりも高価ですが、多くの場合、耐候性やより耐久性の高い構造など、他の機能にお金を払っています.センサー サイズが大きく異なるため、クロップ センサーにフル フレーム レンズを取り付けると、レンズの中心部分のみを使用することになりますが、ディテールはその部分により集中します。これは、フル フレーム レンズの光学品質に影響を与える可能性があります。

多くの場合、品質は向上しますが、センサー間のサイズの違いを説明するには不十分です。そのため、カメラをすぐにアップグレードすることがわかっている場合を除き、クロップ ボディにフル フレーム レンズを使用したくない場合があります。

もう 1 つの考慮事項は、クロップ ファクターを逆に使用する必要があることです。 Canon クロップ ボディ (クロップ ファクター 1.6) では、24mm レンズが 38.4mm レンズになります。これは、ワイド レンズを使用したクロップ ボディでは、それほど広い画角を取得できないことを意味します。

クロップ ボディにフル フレーム レンズを使用すると、クロップ ファクターによって焦点距離が長くなります

結論

センサーサイズ間でレンズを比較すると、レンズに関して多くの誤解があります。基本機能、集光機能、および幾何学的関係を理解することは、カメラ システム内およびセンサー サイズ間でレンズを比較するのに役立ちます。

素晴らしい結果を生み出すことができるすべてのカメラ システムで利用できる優れたレンズがあります。レンズはカメラ本体と同じくらい重要です。そのため、システムを選択するときは、特定の写真スタイルに必要なレンズを選択していることを確認してください。