35mm判カメラや中判カメラ用のレンズには「マクロレンズ」というカテゴリーがあり、ほとんどのメーカーから複数本のレンズが出ています。大判カメラ用にも近接用レンズがありますが、種類は少ないです。大判カメラでは蛇腹を繰出すことで、すべてのレンズがマクロレンズとして使えるといっても過言ではありません。
もちろん、35mm判カメラや中判カメラのレンズでもベローズや接写リングをかませることで近接撮影ができますが、遠距離にピントが合わなくなってしまいます。
レンズの最短撮影距離
マクロレンズの定義は明確に決まっていないようですが、被写体に近づいて撮影でき、概ね、1/2倍以上の倍率で撮影できるレンズを一般的にはマクロレンズと呼んでいるようです。
これに対して、マクロの名がついていない普通のレンズは被写体に極端に近づくことはできず、最短撮影距離はレンズの焦点距離の10倍くらいのものが多いのではないかと思います。焦点距離が50mmのレンズであれば50cm前後、100mmのレンズであれば1m前後といった感じです。当然、撮影倍率も自ずと限界があります。
一方、大判カメラはレンズの種類に関係なく、蛇腹の許す範囲までレンズを繰出すことができます。
何故、一般のレンズが焦点距離の10倍くらいを最短撮影距離にしているかというと、多分、画質の低下が顕著にならない距離であることと、それくらいの距離までは露出補正をしなくても影響がないことが理由かと思われます。
カメラのレンズは無限遠にピントを合わせた時がレンズと撮像面の距離が最短になり、より近くの被写体にピントを合わせるためにはレンズを繰出す必要があります。その結果、レンズと撮像面の距離が長くなり、撮像面に入る光の量が減少してしまうため、露出を多めにしなければならなくなります(下図を参照)。
上の図のように、レンズと撮像面の距離が長くなればなるほど撮像面に入る光の量が減少するのがわかります。例えば、レンズと撮像面の距離が2倍になるとレンズからの光が描く円の直径も2倍になるため、この円の面積は4倍になります。すなわち、撮像面に入る光の量が1/4に減少してしまうことになります。したがって、適正露出にするためには露出を4倍にする必要があります(絞りで2段開く、もしくはシャッター速度を2段分遅くする)。
撮影距離とレンズ繰出し量の計算
近い被写体にピントを合わせる際、レンズをどれだけ繰出さなければならないかを計算で求めることができます。
レンズから被写体までの距離をａ、レンズから撮像面までの距離をｂ、レンズの焦点距離をｆとしたとき、これらの間には下のような式が成り立ちます。
1／a ＋ 1／b ＝ 1／f
手元に「フジノンCM Wide 105mm 1:5.6」という大判カメラ用のレンズがありますので、このレンズで焦点距離の10倍にあたる1050mmに位置する被写体を撮影することを想定してみます。
上の式に、被写体までの距離 a＝1050mm、レンズの焦点距離 f＝105mmを当てはめてレンズと撮像面の距離 bを計算すると、
1／b ＝ 1／f － 1／a
＝ 1／105 － 1／1050
＝ 9／1050
よって、b ＝ 116.7mm となります。
すなわち、無限遠にピントを合わせた状態(105mm)から11.7mm、繰出すことになります。
では、実際にレンズがどれくらい繰出されるかということで、フジノンCM Wide 105mmのレンズで実測してみました。
無限遠にピントを合わせた時のシャッター位置から撮像面までの長さは104mmでした。ここから、焦点距離の10倍となる1050mm先の被写体にピントを合わせ、同じようにシャッター位置から撮像面までの長さを測ったところ、115mmでした。すなわち、レンズの繰出し量は11mmということです。
上の計算式で求めた値と若干の差がありますが、実測値の測定精度はあまり高くないと思われますので、以後は理論値を使って話を進めます。
レンズを繰出すことによる露出補正値を求める
しかしながら、たとえ11.7mmと言えどもレンズから撮像面までの距離が長くなれば、撮像面に入る光の量が減少するのは上の図からも明らかです。では、実際にどれくらいの影響があるのかを計算してみます。
レンズを繰出すことによる露出補正量は下の式で求められます。レンズ繰出し量とは撮像面からレンズまでの距離をいいます。
露出補正倍数 ＝ (レンズ繰出し量／焦点距離)＾２
この式に、レンズ繰出し量の116.7mmとレンズ焦点距離の105mmをあてはめてみます。
露出補正倍数 ＝ (116.7／105) ^ 2
＝ 1.235
となり、レンズを無限遠の状態からさらに11.7mm繰出すことで、1.235倍の露出補正が必要ということになります。
1.235倍という補正量を絞り値にあてはめると、√1.235 ＝ 1.111 ですので、
5.6 ＊ 1.111 ＝ 6.222 となります。
よって、フジノンCM Wide 105mm 開放f値5.6のレンズが、116.7mmまで繰出されることで実効f値が6.2になるということを意味します。これは、絞りでおよそ1/4段に相当します。
また、レンズの焦点距離、有効径、そして開放ｆ値には以下の関係式が成り立ちます。
開放ｆ値 ＝ 焦点距離／有効径
この式にフジノンCM Wide 105mm の値をあてはめてレンズの有効径を求めると、
有効径 ＝ 105mm／5.6
＝ 18.75mm となります。
この有効径で116.7mmまで繰出した場合の実効ｆ値は、
実効ｆ値 ＝ 116.7mm／18.75mm
＝ 6.22
となり、上で計算した値とほぼ同じになり、実態が正しいことがわかります。
これらのことから、1/4段程度であれば露出補正を必要としない許容範囲内という判断がされ、一般的なレンズの最短撮影距離が焦点距離の10倍前後になっているのではないかと思われます。
1/4段を大きいとみるか小さいとみるかは意見の分かれるところかもしれませんが、一般的な一眼レフカメラなどに備わっている露出補正は1/2ステップ、もしくは1/3ステップであり、これに比べて50～75%の値ですから、許容範囲と言っても差し支えないのではないかと思います。
最近のカメラではレンズから入ってきた光を測定して露出を決めているので、レンズの実効ｆ値が暗くなったところで何ら気にすることはありませんが、大判カメラなどのように自動露出計が内蔵されていない場合はそういうわけにいきません。上の検証結果から分かるように、レンズの焦点距離の10倍より遠い距離にある被写体を撮影する場合は特に補正なしで問題ありませんが、それより近い被写体を撮影する場合は、実際のレンズの繰出し量を測定して露出補正値を計算しなければならず、面倒であることは間違いありません。
繰り返しになりますが近接撮影をする場合は、レンズ繰出し量と焦点距離を下の式に当てはめて、露出補正量を計算します。
露出補正倍数 ＝ (レンズ繰出し量／焦点距離)＾２
実際にレンズ繰出し量によってどの程度の露出補正が必要になるか、焦点距離105mmのレンズについて計算して表にしてみました。レンズ繰出し量は、レンズから撮像面までの距離になります。
大判カメラ用のレンズはどれもがマクロレンズとして使用できますが、露出補正というひと手間を加えなければならないということです。
前置きが長くなってしまいましたが、次回は撮影倍率と実際の撮影について触れたいと思います。
(2021年1月31日)
