廊下のむし探検

このブログではマンションの廊下にでてくる「むし」の紹介とカメラを使ったちょっとマニアックな趣味を紹介します

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カメラの被写界深度4

カメラの被写界深度を別の方法で調べてみました。今回は以前よりもっと直接的な方法です。

イメージ 1

実体顕微鏡の本体を取り除き、その場所に一眼レフカメラ(NIKON D90)を固定します。固定はアルミフォイルを詰めて行いました。カメラには接写レンズ(AF Micro Nikkor 60mm)を取り付け、等倍でマニュアルフォーカスにしておきます。下にマイクロメータ付きのステージを置き、対物マクロを取り付けています。初めに、実体顕微鏡のステージでフォーカスを合わせて、後は、少しずつマイクロメータを回して対物ミクロを上下しながら写真を撮っていきます。

F16で撮影した対物ミクロの画像はこんな感じです。
イメージ 2

中央に10ミクロン間隔の目盛がありますが、つぶれてしまって見えません。この目盛線の幅は1.2ミクロンです。外側に4重の輪が見えますが、これははっきり見えます。この線幅は16ミクロンです。そこで、外側の円の線幅を測り、ぼやけ具合を調べてみることにしました。

絞りを変えて撮影したものを並べます。
イメージ 3

いずれもピントが合った条件での画像です。右側は対物ミクロの4重の円の一部、中央はImageJでそれを解析したものです。絞りがF16、F32は綺麗な形をしていて、その幅はほぼもとの線幅(16ミクロン)程度の3ピクセル(16.5ミクロン)です。絞りが開放に近づいてくると、線幅自身はあまり変化しないのですが、裾に広い成分が見えてきます。F5では特に顕著で、右の画像でも線ははっきりしていますが、全体にぼやけた感じが出ています。

マイクロメータ付きのステージで高さを0.25mmずつ変えて撮影し、それぞれの線の幅を計測したものが次の図です。

イメージ 4

横軸はマイクロメータの読みそのものを書いています。3.5mmがほぼ合焦位置です。縦軸は線幅をピクセル単位で表しています。F値が小さいと、距離が変化すると急速にぼやけが出てきます。それに対して、F32ではほとんど変化しません。縦軸をmm単位で表し、傾きを求めたものが次の図です。

イメージ 5

横軸はF値の逆数です。縦軸は傾きを表しています。先日行ったノギスを傾けて撮影した結果も一緒に載せています。また、幾何光学から求めた予想は
イメージ 6
という式で表されます。ここでmは倍率です。今の実験の場合、等倍なので、m=1を入れると傾きは1/2になります。それを線で表しています。今回の実験結果は、F32やF16では予想と結構良く合っていますが、F値が小さくなるにつれ、ずれが大きくなっていることが分かります。また、ノギスで行った実験とも比較的良く合っています。

実線より上にあるということは、被写界深度がそれだけ狭くなっていることを意味します。特にF値が小さいところでそれが顕著なのは、別の原因があるからではないかと思います。F5で撮影した線のパターンを解析してみますと、次のような図になります。
イメージ 7
右の数字は合焦位置からのずれを表しています。合焦位置で見えていた裾の部分が徐々に広がって、最終的にぼやけになっている様子が分かります。これはレンズの収差によるものと思われます。この傾向はF8でも見られます。従って、被写界深度を広くし、ぼやけの効果をできるだけ少なくして撮影するには、絞りをF8よりかなり絞って撮影することが必要なように思えます。

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