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センサーサイズと倍率

ライターさん(最終更新日時:2015/6/28)投稿日:

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     センサーサイズと倍率

レンズ交換のできないコンパクトデジタルカメラ(通称コンデジ)には光学10倍ズームやデジタル4倍など倍率が書いてあります。沈胴式(レンズがカメラ内に収納される)のタイプなら30倍、ネオ一眼とよばれる一眼レフカメラに似たものなら60倍以上のものもあります。
これらのカメラは、数万円程度であるにもかかわらず、一眼レフなら100万円以上する高価なレンズと同等以上の望遠画像を得ることが出来ます(正確には できるように みえます)。光学式にかかわらず安くて高倍率の得られるしくみを解説します。


★ センサーサイズ

カメラが光を受け取る部分をイメージセンサー(撮像素子)といいます。かつてのフィルムカメラと同じ大きさのセンサーを 35ミリフルサイズ( 36×24 mm )といいいます。例外的にもっと大きなセンサーもありますが、多くのメーカーではフルサイズセンサーが最大です。横と縦の比をアスペクト比といい 3:2 です


普及型のカメラにはもっと小型のセンサーが使われます。


APS-Cサイズ:23.4×16.7 mm 程度、実際にはこれよりやや小型が多い アスペクト比 3:2
マイクロフォーサーズ(μ4/3):17.3×13.0 mm アスペクト比 4:3
1インチ:13.2×8.8 mm アスペクト比 3:2
1/1.7インチ:7.6×5.7 mm アスペクト比 4:3
1/2.3インチ:6.2×4.6 mm アスペクト比 4:3

などが現行カメラに用いられています。

mount01.jpg

コンデジではセンサーが見えませんが、フルサイズセンサーをもつCANON EOS-5DMkⅢと、唯一1/2.3インチセンサーをもつPENTAX-Q10 のセンサーを比較してみます。

つまり同じ焦点距離のレンズを使ってもセンサーサイズが異なると写る範囲が変わります。

右の正方形は1画素の大きさを示しています。


★ 写る範囲の比較


レンズにはイメージセンサー面にできるイメージサークルがあります。レンズは円形なのでセンサー面にできる像も円形です。この円形をイメージサークルといいます。実際には境界はぼやけていますが模式的にクッキリしたイメージサークルにしています。
ある風景が目の前にあってカメラを向けると、イメージサークルのうち長方形で囲んだ部分がセンサーに感知されます。センサーのないところに光が来ても感知されませんから記録もされません。
最も大きな外側の長方形が35mmフルサイズセンサーです。中央に向かって徐々に小さくなります。一番内側の長方形が1/2.3インチセンサーです。

image01.jpg

同じ焦点距離(この場合焦点距離18mm)であれば、外側のフルサイズで撮れば広範囲が写るので撮れた画像は下のようになります。image02.jpg

しかし、内側の1/2.3インチセンサーでは中央部しか感じませんので、それを画面一杯に拡大すればこうなります。

image06.jpgこれはフルサイズでなら焦点距離で5.8倍長い104mmレンズで撮ったのと同じ範囲です。したがって35mm換算104mmレンズということになります。
センサーが小型であればあるほど望遠効果は強くなりますが、実際は18mmの広角レンズで撮っているのです。


★ 高倍率でも安い理由とメリット


1.小さなセンサーは安く作れる
 フルサイズセンサーの面積は1/2.3インチセンサーの30倍です。つまり同じシリコンウエハー(センサーはシリコンの単結晶円盤の表面に作ります)から1個のフルサイズセンサーがとれるなら、小型センサーは30個作れます。もし仮に1個の画素に不良があればフルサイズセンサー1個はゴミ箱行きですが、小型センサーなら生きている29個は使えます。つまり製品としての歩留まりも良いのです。生産コストが高いのでセンサーは大きいほど高価になります。
 
2.小さなレンズでよい。
 小型センサーはセンサーに当たるイメージサークルがセンサー以上であれば良いのでレンズを小型にできます。通常 ズームレンズは13~18枚くらいのレンズを組み合わせて作りますが、レンズ1個1個が小さくてもかまわないのでガラス素材の使用量も少なく、研磨も楽です。レンズはガラス素材を溶融・冷却して作りますがガラス内部に格子欠陥などが出来てしまうと使えません。小型レンズなら欠陥のない部分を選んで使うこともできます。
 さらに大きなレンズを支える鏡胴(レンズをはめ込む筒)も軽くてすみ、モーターも小型にできます。image07.jpg

枠より少し大きなイメージサークルでよいので、レンズを小型化できます。


★ デメリット


1.画質が悪い

 メリットは小さく軽く安くで、数万円で高倍率レンズのカメラが作れますが、小さなセンサーに多くの画素を詰め込んだため、ノイズが発生しやすく画像が荒れる原因になります。
1200万画素のPENTAX-Q10でも一個の画素はわずか 1.6μmしかありません。2000万画素付近が限界で、さらに増やしても1画素のサイズが光の波長(0.8μm)に近づくため意味がなくなります。


2.背景ボカシができない

 背景ボカシをするには 

   焦点距離を長くする

   F値を小さくする

   被写体に近づく

   背景の距離比を大きくとる

という条件が必要なりますが、小型センサーカメラでは焦点距離が長く出来ない(長くすると超望遠になって被写体が大きく写りすぎてしまう)ためボカシがやりにくくなります。


★関連知恵ノート


一眼レフ・ミラーレスの選び方

http://note.chiebukuro.yahoo.co.jp/detail/n326718


2015年4月13日

2015年6月28日編集

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