画質を大幅に低下させることなく、レンズの倍率をどの程度改善できますか?


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現在、私は1倍の拡大マクロレンズ(35mm F / 2.8)しか持っていませんが、レンタルしたCanon MP-E 65mmレンズを5Xに交換できるレンズで遊んでいます。その倍率での写真撮影は世界とはかけ離れています!

質問は、画像品質を損なうことなく、延長チューブやその他のマクロアダプターを介して35mmマクロの倍率をどれだけ大きくできるかということです。可能であれば、2〜3倍を超えるには何が必要ですか?


画質を損なうことなく、それ自体ですでに可能である1x / 1:1を超えて、これを増やすことはできません。
dpollitt 2012年

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@dpollitレンズが画像媒体がキャプチャできる以上の解像度を持っている限り、可能だと思います。
Imre

回答:


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エクステンションチューブのセット全体を適切に積み重ねる必要があります。回折を増やしますが、被写体をより大きな倍率で拡大することもできます。数倍も可能です。したがって、回折の効果は小さいままなので、細かいディテールは低い倍率レベルよりもさらに際立ちます。拡大された詳細(特定のポイントまで...回折は詳細の拡大よりも速く成長しますが、風通しの良いディスクが元の詳細よりも大きくなる点に達する前に、他のものが拡張を続ける能力を制限します。)昆虫の眼のファセットは巨大になり、各ファセットの細部は十分な倍率で見ることができ、それらがピクセルの大きなクラスターにまたがるところまで...エアリーな回折のディスクが数ピクセルにまたがる可能性があるところまで。

実験のために、架空の昆虫が実際に私たちの主題であるとしましょう。18mp APS-Cカメラで、1:1の倍率で撮影しているとしましょう。被験者の目のファセットが8x8ピクセルの領域にあるとします(非常に小さい!)

35mm 1:1 @ f / 5.6で撮影し、25mm延長チューブで平手打ちする場合。倍率のゲインは、extension / focalLengthなので、25mm / 35mm、または0.714倍の倍率を追加します。倍率は、撮影する有効なF値に影響します。1.0倍の倍率では、すでにいくつかの効果が発生しており、有効な絞りはf / 11です。追加の倍率を使用すると、有効なF値f/5.6 * (1 + 1.714)、またはf / 15になります。被験者の眼のファセットのサイズが約26x26ピクセルになり、回折が約4ピクセルの領域に影響を与えています。

同様に、50mmの延長は1.43倍の追加倍率(50/35)になるため、有効なFストップはf/5.6 * (1 + 2.43)、つまりf / 19です。そのレベルでの回折は可視であり、IQに中程度の影響がありますが、光学収差がf / 2.8になるほど悪くはありません。ただし、それでも画像の最終的な品質には影響しません。被写体も細かく成長しているためです。対象の目のファセットは約43x43ピクセルになり、回折は約6ピクセルの領域に影響を与えています。

実験をさらに進めましょう...十分なDOFを得るためにf / 22まで絞る必要があり、全体を5倍に拡大する必要があります。これにより、有効な絞り値f/22 * (1 + 5)、またはf / 132が得られます。この時点で、18 mp APS-Cセンサーの場合、回折の影響は約150ピクセルの領域に広がります(これは非常に高解像度で、約116 lp / mm ...ラインペア/ミリメートルです)。回折の影響により、取得するのが非常に困難だったすべての詳細が消去されます。ただし、必ずしもそうであるとは限りません。あなたの5倍の倍率、ほぼ三桁以前の2.43xの倍率よりも大きく、これらの細部は26x26ピクセルの領域に広がっていました。同じ詳細が250x250ピクセル領域以上に広がっているはずです。回折が大きくなり、細部がぼやける可能性がありますが、約50ピクセルの領域に影響しています。回折で失われるよりも多くの詳細を抽出します。

基本的な質問に答えるには:詳細を失う前にどれだけ拡大できますか?風通しの良いディスクのサイズは、1.0倍の倍率では、元のディテールのサイズよりもわずかに速く成長します。これは、回折の不均一な性質によるものであり、その影響が大きくなるにつれて干渉/増幅する方法です。回折は光の波長にも依存します...私はこれまでの計算に黄緑色光(564nm)の波長を使用しましたが、可視光は約340nmバイオレットから790nmの深赤色の範囲です。深い赤色の光は、他の波長よりも多く回折し、より大きな回折を生成します。最終的に限界に達する可能性があります。その場合、回折はIQに影響を与え、それ以上のメリットは得られません。その限界は非常に遠いです 他の機械的な制限により、それ以上拡張できない場合を超えています。

通常の写真では、絞りを絞るほど、回折の影響が画像に影響します。停止しても画像の細部は大きくならないため、風通しの良いディスクが大きくなるにつれて、細部が失われます。マクロ撮影に関しては、拡大を増すにつれて細部を拡大します...そしてまた、回折を増やしながら、オリジナル詳細は常に風通しの良いディスクよりも大きくなります。拡大するとディテールが失われます(次第に細かいディテールが明るくなり、約3倍の倍率を超えると、回折により、最初の1.0倍よりも細かいディテールの可視性に影響が出始めます)。回折の影響により、さらに倍率を上げても有用なゲインを継続して得ることができなくなります。ただし、倍率を非常に大きくすることができます。一般的なケースでは、回折が本当に有害な方法でIQに影響を与える問題に実際に遭遇する前に、焦点面がレンズ内に近づきすぎたり、実際にレンズ内部に達したりする問題に遭遇する可能性がはるかに高くなります。


かなり詳細な説明!@Irmeの回答に基づいて、私はあなたが完璧なレンズを想定していると思います。つまり、解像度は回折以外のものによって制限されません。これは事実ですか?
Itai

@イタイ:必ずしもそうではありません。f / 5.6以下では、光学収差が軽減される傾向があり、回折はすでにIQに大きな影響を与えています。これが私がf / 4-5.6より広いものを保証するのが難しいので、より広いアパーチャを使用しなかった理由であり、場合によっては、レンズが回折限界よりもわずかに収差限界である場合もあります。上記の数値は回折が制限されていることを前提としています。これは、実際にこれらの開口部にあるほとんどのレンズに当てはまるはずです。
jrista

@イタイ:もう1つの情報。f / 5.6では、レンズの空間解像度は最大123lp / mmです。キヤノンの最高密度センサーである18mp APS-Cは、最大116lp / mmの解像度です。回折の観点からレンズとセンサーを一致させるには、おそらくf / 6.5程度まで下げる必要があります。それ以上のもの、そしてレンズはセンサーよりも回折が制限されます。ほとんどのセンサーは、それほど多くの空間解像度を解決することさえできません...ほとんどのフルフレームセンサーは、約70〜80 lp / mmを解決します。現時点では、もっと解決できるのはソニーの24 mp APS-Cだけだと思います...しかし、それはそれ自体に問題があります
jrista

表1にLLでの回折限界レンズ解像度の便利なチャートを示します。MTF 50%カラムを使用します... MTF 9%カラムは人間の視力が解決できる絶対最大値に関連します。これは、どのセンサーまたは最も優れた特殊なレンズ以外のすべてが解決できるよりもかなり良いです。
jrista

すべての更新をありがとう。それは非常に理にかなっていますが、私は混乱するかもしれません。焦点距離がレンズの外側になくなるまで、品質をほとんど損なうことなく、エクステンションチューブによって倍率を上げることができると言いますか?
Itai

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まず、エクステンションチューブを追加すると、レンズの前面がボディから遠ざかり、焦点面が近くなります。レンズが焦点面とカメラ本体の間に物理的に収まらなくなるまで、どれだけ伸ばすことができるかに制限があります。35mmマクロレンズはすでに非常に近距離に焦点を合わせているため、レンズの物理的な長さによって、レンズをどれだけ伸ばせるかが制限されます。

延長チューブを使用する場合、レンズをイメージング面(フィルムまたはセンサー)から遠ざけます。距離が大きいほど、投影されるイメージサークルが大きくなり、その一部を使用することになります。したがって、同じ解像度を得るには、レンズがより正確にイメージを投影する必要があります。35mm 1:1マクロレンズの固有の延長は70mmです。倍率を2倍にするには、さらに70mm相当の延長チューブを追加する必要がありますが、同じ投影品質を得るには、2倍の解像力も必要です。

したがって、レンズの解像度を延長係数で割った値が、必要な解像度よりも低くなると、画質が低下し始めます。それ以降は、代わりにトリミングを使用できます。

同様に、リバーサルリング写真は、リバースレンズの解像度によって制限されます(センサーの解像度のように最適化されており、センサーの2〜3倍ではありません)。そのために特別に設計された光学系なしで高倍率を得るのは、非常に安くて簡単(作物を印刷して低い解像度を受け入れる)か、不可能です。


それは興味深い見方です。では、35mmエクステンションの半分で焦点距離はどのくらいになるでしょうか?十分に伸ばしてレンズの内側にあるので物理的にピントが合わないポイントはありますか?
Itai

焦点距離の変化の計算方法がわからないので、新たに質問しました。これまでのところ、延長することでフォーカルプレーンが近くなることを実際に知っているだけなので、必然的にフロントガラスと交わるポイントが必要になります。
Imre、

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