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ピンホールとレンズの違いを知りたい

ー 概要 ー

ピンホールカメラの原理とレンズカメラの違いについてまとめます.紛らわしく図を見ても適切に理解できないことがあると思いますので、少し丁寧に説明を試みます.
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この章を学ぶ前に必要な知識
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ポイント
  • ピンホールカメラは小さな穴を通ってやってくる光の束をそのまま投影面に映します
  • ピンホールカメラはやってくる光が少ないため短い撮像時間では暗い
  • レンズカメラは小さな穴ではなくレンズを使って広がった光を集めて投影面に集めます
  • レンズカメラは明るくすることができるが、明るくするとぼけやすくなる

解 説

ピンホールカメラとレンズカメラの違いについて絵を交えて簡単に説明してみようと思います.
ピンホールとレンズの違いを知りたい
初めに「ぼける」とはどういった状態なのかについての説明から入ります. 明るいLEDのような点光源をおいて、その近くに白い紙を置いたときを想像します. そのとき、当たり前ですが白い紙には点光源からきた光を受けてぼんやりと円状の赤い色が見えていると思います.これがすなわち「ぼけている」状態です. 「ぼける」状態はあるところから出た光が一箇所に集まらないでばらばらなところに向かってしまう状態です. 以下の絵をご覧ください.
「ぼける」とは
ぼけるの図解 光はすべての表面であらゆる方向に光を反射します.(鏡や金属などはある程度方向が限られますが) その一点に注目するようにして点光源の例を考えます. その点光源からもありとあらゆる方向に光が出ています. 紙をその近くに置いたとき、そこに写った赤いまるは光源から出た光のうちの一部があたって反射しているものです. 点から出た光ですが、放射状に光が広がっていくため、紙に写ったときにも光が散ってしまっている状態になってしまっていて、即ちぼけた状態になっています. ぼけるとはこのようにある平面で光が一点に集まれていない状態からきています. そのためぼけない状態はこの逆に、光源から出た光がまた一点に集まればよいのです.
上記の絵のように点光源での光が散らばってしまうためにぼけてしまうのでした。 これはりんごの表面の全ての点において同様のことが起こっていると考えてください. りんごの緑色の部分の在る点から出た光がこれも点光源と同様に放射状に広がって生きます.これを何らかの平面に綺麗に出すには、散らばっていた光を集めて映し出す必要があります. そのため理想はサイド店光源が平面に写された状態です.
りんごと点光源

1.ピンホールカメラ

以上を踏まえると一つの点から出て行ってしまった光を集めることでぼけなくすることが一つの方法ですが、 実はもう一つ別の方法があります. 光が散らばってそれらが全て平面に映されてしまって重なることでぼけてしまうので、そもそも平面にくる光を絞ってしまえばいいのです. そこでピンホールカメラではすごく小さな穴を用意してそこを光が通るようにします. すると平面に届く光は少なくなるため、ほとんど1点に光が来ているようなものになるため、ぼけていないように見えます.
ピンホールカメラの仕組み
ピンホールカメラ仕組み
上記のような仕組みのピンホールにしたことで以下のような特徴が出てきます. ・ほんの少ししか光を使わないため、画像が暗い ・ほんの少ししか光を使わないため、明るい画像を取るには長い間さらしておく必要あり ・穴には大きさがあるので、少しぼけてしまうことは避けられない ・写したい平面を話すほど、暗くまたぼけやすくなっていく
ピンホールモデル特徴
いくら絞っても穴の大きさは大きさがあるので、ある程度幅を持ってしまう。 そうするとやはり像は少しぼけてしまう.
Youtubeにおけるアニメーションつきのピンホールカメラも紹介しておきます.英語です.

2.レンズカメラ

レンズカメラはピンホールカメラと異なり、ほんの少しだけ通すのではなく、できる限り出ている光をまげて一点に集めるようにがんばります.ピンホールは光を集めるのを諦めていたので、大きな違いです. 表面から出て行った光を無理やり曲げてまた一点に戻るようにするのがレンズの役割になります.
レンズカメラ概要
レンズカメラの仕組み
レンズカメラでは上記のようにある点から出た光をなるべく捕まえて再度写したい平面でできるかぎり1点になるように光を曲げて集めます. 多くの光を集めることができるため、 ・ピンホールカメラより明るくなることが多い. ・光を集められる距離は決まっていて(焦点距離)、その距離より少し手前や少し遠くに平面を置くとぼけてしまう. ・レンズが大きさが小さいと(カメラの絞りを絞ると)ピンホールと同じになる 特に最後の絞りを絞りすぎるとピンホールカメラと同じ状態になるのは少し面白いところかもしれません.絞り自体がピンホールと同等の役割になってしまうから起こる現象です.
レンズカメラでのレンズの働き
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