絞りについて

この記事は2018年08月10日に公開されました。 情報が古い可能性があります。

こんにちは、殿内(@tonoccho)です

デジカメに本腰入れて学んでみようと思ったのでまずは基礎知識についてかいていこうと思います。

今回は絞りについて、なぜならばこれが一番よくわからないのです。

絞りって何?

絞りというと、あの有名なFですね。漠然と数字が小さい方が明るくてボケ味が強い、という捉え方をしてましたが、この数字についてきちんと理解したいのです。

Fの値=レンズが受ける光の量

まず基本はこれです。Fの値は1.4とか、2とかかいてありますね。この数字にもきちんと意味があって、数字が1段階変わるとレンズが受け取る光の量が2倍になります、とか言われてもよくわかりませんね。

要はレンズの光を受ける範囲が2倍(光を通る半径が√2倍=大体1.4倍)です。

レンズは円の形になっていて、この面積がつまり2倍になります。計算してみましょう。中学校で習った内容でいけますね。

Fが1.4の時は、1.4×1.4×π=1.96π

Fが2の時は、2×2×π=4π

円の面積は半径の二乗に比例する、と難しく書きましたが、完全に2倍にならないのは、2の平方根が無理数だからです。ひとよひとよにひとみごろ、懐かしいですね!

これをどうイメージするかというと、例えば上から水が流れてくるのを受けるコップの口が大きい方がどんどん水を取り込みますね。そういうイメージです。

Fの値と被写界深度の関係

また難しい言葉を出した、、、

被写界深度とは、ピントの合っている距離から、手前と向こうにどれくらいの距離までピントが合うか、ということです。

被写界深度が深い=ピントの合う範囲が広い=全体的にピントの合った写真になる

被写界深度が浅い=ピントの合う範囲が狭い=遠くと近くがよりぼけた写真になる

Fの値が小さいほど明るいけど周囲がボケた写真になり、大きいほど暗いけど全体的にくっきりした写真になる、といいます。

先にもかいたようにFの値が小さいほど明るい写真になるのはレンズに入る光の量が増えるのでピンと来やすいんですが、なんでボケ味が強くなるのか?

ここに絞りのもう一つの重要なポイントがあります。

絞りの値が小さいほどレンズのより広い範囲を使うから被写界深度が狭い

カメラはレンズが集めた光をセンサーに当てて写真に変換する機械です。きちんと集まればピントが合い、集まらなければボケます。

レンズの範囲が狭い時と広い時でどのような差が現れるでしょうか?ここで思い出していただきたいのは入射角と反射角です。水に光をあてると当てた角度と等しい角度で反射するアレですが、ここでのポイントは、浅い角度で当てた光は浅く屈折し、深い角度で当てた光は深く屈折するということです。

入射角が45度なら反射角も45度ですね。理科で習いましたからきっと本当です(実際のレンズは色々工夫してるみたいですけど)例えばレンズに対する距離が近いほどレンズの中での屈折幅が大きいことになりますが、レンズが光を通す直径が小さいほど距離が離れても角度が変わりにくいということになります。

高校で三角関数をやったことがあると思います。例えばレンズの半径が5cmとします。そのレンズから5cm離れた物体はレンズに対して45度の角度で入り込みます(直角二等辺三角形なので)。で、8.7cm程度離れた物体は30度の角度で入り込みます(1:2:√3のあれですね)ので、このままだとそれぞれの物体の焦点が合う距離は3.6cm離れます。

ではそのままレンズの半径を2.5cmに狭めたとします。その場合の両者の入る角度はというと26.5度と16度ですね。

計算はこちらを使いました。

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で、それらの角度を考えたときに、どのくらいの差があるかを計算しました。連立方程式でグラフを考えてx=0のときのy座標の差を考えます。差が小さいほどボケ味が小さいと言えそうです(差が小さい=ボケっぷりが少ない)。

で、45度の場合、26.5度の場合はそれぞれ原点を通り、それぞれx=5のときに30度のものと16度のものが交差すると考える(y座標はそれぞれレンズの半径の5と2.5)と良いかと思います(あってると思います)。

角度が30度のもののy切片は18.5/8.7なので大体2.13でした。

角度が26.5度のものの傾きは0.5ですから、これをもとに16度のものを考えますと、y切片は1.06でした。つまり、焦点が合うグラフとの差が小さいので、ボケ味は減ると考えられます(ここまで考えてどのみち同じ点を通るんだから遠くの物体の傾きだけ比べればいいということに気づいたのは秘密ですが)。

そんなわけでFの値が大きい、絞りの値を上げたほうが全体的にボケない写真になることが数学的に見て取れました。三角関数とかいらなかった・・・

実験

そういうわけで実験してみました。まずはF2.8

一列だけくっきり、後はボケてますね。

次はF22です。

全体的にボケボケではあるものの、均一です。これはシャッタースピードがとても遅かったので、このようになりました。差を極端にするためにFの値を最大限大きくしています。

この実験でわかったのは、同じ写真を取るにしても、Fの値を大きくするとシャッタースピードが遅くなる、ということですね。

ところで、Fの値は1段階あたり1.4倍になるそうです。√2倍ですね。円の面積は半径の二条に比例するからです。では2.8と22では面積的にはどれくらい違うんでしょうか、というと6段階違います。電卓でひたすら1.4倍していって、一番近い値が6回目だっので。

まとめ

今回実際に絞りの値を変えて撮ってみたことでどういうものかがわかりました。自分のイメージでは、例えば花を取るときなんかは絞りを開放して強調するとか

絞って全体をきちんとかっちり撮るとか

こういう使い分けができそうです。

ただし、注意点としてはあまり暗いところで絞るとシャッタースピートが遅くなって手ブレしたりノイズが乗ったりするという点でしょうか。シャッタースピートを短くする設定もありますが、それだと絵が暗すぎるし、そういう場合は三脚ですかねえ。

参考

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