この記事の目的は、デジタルカメラのセンサーサイズがさまざまな種類の写真にどのように影響するかという質問です。センサーのサイズは、35 mm、中型、大型のフィルムカメラの選択に似ていますが、デジタルテクノロジーに固有のいくつかの顕著な違いがあります。サイズの選択肢が非常に多く、トレードも非常に多いため、このトピックでは多くの混乱が生じることがよくあります。視野の深さ、画像ノイズ、回折、コスト、サイズ/重量に関連するオフ。
このトピックに関する背景資料は次の場所にあります。デジタルカメラセンサーのチュートリアル。
センサーサイズの概要
現在、センサーサイズには、用途、価格、携帯性に応じて、さまざまな可能性があります。これらの多くの相対的なサイズ以下に示します：
キヤノンの1Ds / 5DおよびNikonD3シリーズは、最も一般的なフルフレームセンサーです。 Rebel / 60D / 7Dなどのキヤノンのカメラはすべて1.6倍のクロップファクターを持っていますが、主流のニコン一眼レフカメラは1.5倍のクロップファクターを持っています。上記のグラフには、キヤノンの1Dシリーズカメラで使用されている1.3Xクロップファクターは含まれていません。
カメラ付き携帯電話やその他のコンパクトカメラでは、センサーサイズが約1/4インチから2/3の範囲です。 「。オリンパス、フジ、コダックはすべて協力して、35 mmフィルムと比較して2倍のクロップファクターを持つ標準の4/3システムを作成しました。中型および大型のセンサーが存在しますが、これらははるかに一般的ではなく、現在非常に高価です。したがって、ここでは特に取り上げませんが、同じ原則が適用されます。
クロップファクター&焦点長乗数
クロップファクターはフルフレームの35mmセンサーと比較したセンサーの対角サイズ。これは、35 mmレンズを使用する場合、このようなセンサーが（サイズが制限されているため）外部でこれだけの画像を効果的に切り取るためです。
35mmフルフレーム画角最初は、画像情報を破棄することは決して理想的ではないと思うかもしれませんが、利点はあります。 。ほぼすべてのレンズは中心で最もシャープですが、品質は端に向かって徐々に低下します。これは、トリミングされたセンサーが画像の最低品質の部分を効果的に破棄することを意味します。これは、低品質のレンズを使用する場合に非常に便利です（通常、これらのレンズのエッジ品質は最低です）。
トリミングされていない写真
センタークロップ
コーナークロップ一方、これは、必要以上に大きなレンズを持っていることも意味します。これは、カメラを長時間持ち運ぶ人に特に関係のある要素です。期間（以下のセクションを参照）。理想的には、レンズから透過するほぼすべての画像光を使用し、このレンズは、シャープネスの変化がエッジに向かって無視できるほど十分に高品質である必要があります。
さらに、広角の光学性能レンズが長い焦点距離ほど優れていることはめったにありません。トリミングされたセンサーは、より大きなセンサーと同じ画角を生成するために広角レンズを使用する必要があるため、品質が低下する可能性があります。センサーが小さいほどレンズの中央領域も拡大するため、低品質のレンズでは解像度の限界がより明確になる可能性があります。詳細については、カメラレンズの品質に関するチュートリアルを参照してください。
同様に、焦点距離乗数は、小さいフォーマットで使用されるレンズの焦点距離を、同等の画角を生成する35mmレンズに関連付けます。クロップファクターに等しい。つまり、クロップファクターが1.6倍のセンサーに50 mmレンズを使用すると、35mmフルフレームセンサーの1.6x 50 = 80mmレンズと同じ視野が得られます。
注意してください。これらの用語はどちらも多少誤解を招く可能性があります。レンズが異なるサイズのセンサーで使用されているからといって、レンズの焦点距離が変わることはありません。画角だけです。 50 mmレンズは、センサーの種類に関係なく、常に50mmレンズです。同時に、「クロップファクター」は、画像が必ずしもトリミングされないため（そのセンサー用に設計されたレンズを使用する場合）、非常に小さいセンサーを表すのに適切でない場合があります。
レンズのサイズと重量に関する考慮事項
センサーが小さいほど、より軽いレンズが必要になります（同等の画角、ズーム範囲、ビルド品質、および絞り範囲の場合）。この違いは、野生動物、ハイキング、旅行写真にとって重要な場合があります。これらはすべて、より重いレンズを使用したり、長期間にわたって機器を運ぶ必要があるためです。下のグラフは、スポーツや野生生物の写真で一般的なキヤノン望遠レンズの選択に関するこの傾向を示しています。
これは、35 mmカメラで被写体が画像の同じ部分を占める必要がある場合、1.5倍のクロップファクター（300 mmが必要）のカメラで200 mm f /2.8レンズを使用する場合と同じ意味です。 f / 2.8レンズ）、3.5倍の重量を運ぶ必要があります！これは、2つのサイズの違いも無視します。これは、人前で注目を集めたくない場合に重要になる可能性があります。さらに、重いレンズは通常、はるかに高価です。
For一眼レフカメラ、センサーサイズが大きいほど、ファインダー画像が大きく鮮明になります。これは、マニュアルフォーカスの場合に特に役立ちます。ただし、レンズからファインダーに光を透過させて目に向けるには、より大きなプリズム/ペンタミラーが必要になるため、これらも重く、コストも高くなります。
被写界深度要件
センサーのサイズが大きくなると、特定の絞りに対して被写界深度が浅くなります（同じサイズと距離の被写体でフレームを埋める場合）。これは、センサーが大きいほど、被写体に近づくか、フレームを被写体で満たすためにより長い焦点距離を使用する必要があるためです。これは、より大きなセンサーで同じ被写界深度を維持するために、徐々に小さいアパーチャサイズを使用する必要があることを意味します。次の計算機は、（遠近感を維持しながら）同じ被写界深度を実現するために必要な絞りと焦点距離を予測します。
*同じ遠近法が必要な場合。
例として計算では、1.6倍のクロップファクターのカメラでf / 11で10mmレンズを使用して達成されたものと同じ遠近法と被写界深度をフルフレームセンサーで再現したい場合は、16mmレンズを使用する必要があります。絞りは約f / 18です。あるいは、フルフレームセンサーで50 mm f / 1.4レンズを使用した場合、被写界深度が非常に浅くなるため、1.6Xクロップファクターのカメラでは0.9の絞りが必要になります。これは、消費者向けレンズでは不可能です。
ポートレート（浅い被写界深度）
風景（大きいDoF）
背景のぼかしが改善されるため、ポートレートには浅い被写界深度が望ましい場合があります。風景写真には、より深い被写界深度が望ましいです。これが、コンパクトカメラがポートレートで大きな背景のぼけを生成するのに苦労しているのに対し、大判カメラは風景で十分な被写界深度を生成するのに苦労している理由です。
上記の計算機は、新しいセンサーにレンズがあることを前提としています。 （＃2）元のセンサー（＃1）と同じ画角を再現できます。代わりに同じレンズを使用する場合、絞りの要件は同じままです（ただし、被写体に近づく必要があります）。ただし、このオプションでは視点も変わります。
回折の影響
センサーのサイズが大きいほど、回折エアリーディスクが混乱の円（印刷サイズによって決定）よりも大きくなる前に、小さいアパーチャを使用できます。およびシャープネス基準）。これは主に、同じ印刷サイズを実現するために、より大きなセンサーをそれほど大きくする必要がないためです。例：理論的には8×10インチの大きさのデジタルセンサーを使用できるため、8×10インチの印刷では画像をまったく拡大する必要はありませんが、35mmセンサーでは大幅に拡大する必要があります。
次の計算機を使用して、回折によってシャープネスが低下し始める時期を推定します。これは、100％で画面に表示したときに回折が表示される場合にのみ表示されることに注意してください。これが最終印刷で表示されるかどうかは、表示距離と印刷サイズにも依存します。これも計算するには、回折限界と写真をご覧ください。
回折の開始は緩やかであるため、上記の回折限界よりわずかに大きいまたは小さい開口部が突然見えるわけではないことに注意してください。それぞれ良くも悪くも。さらに、上記は理論上の制限にすぎません。実際の結果はレンズの特性にも依存します。次の図は、ピクセルサイズを表すグリッドに対する2つのアパーチャのエアリーディスクのサイズ（理論上の最大解像度）を示しています。
ピクセル密度制限の解像度
（浅いDOF要件）
エアリーディスクは解像度を制限します
（深い被写界深度の要件）
上記の結果の重要な意味は、回折限界のピクセルです。センサーが大きいほどサイズが大きくなります（被写界深度の要件が同じままの場合）。このピクセルサイズは、エアリーディスクサイズがピクセル密度ではなく、総解像度の制限要因になる時期を示します。さらに、回折限界の被写界深度は、すべてのセンサーサイズで一定です。より多くのピクセルが必ずしもより多くの解像度を提供するとは限らないため、この要素は、使用目的の新しいカメラを決定するときに重要になる場合があります（被写界深度の要件に対して）。実際、ピクセル数が増えると、ノイズが増加し、ダイナミックレンジが減少するため、画質が低下する可能性があります（次のセクション）。
ピクセルサイズ：ノイズレベル&ダイナミックレンジ
一般に、センサーが大きいほどピクセルも大きくなり（常にそうであるとは限りません）、画像ノイズが低くなり、ダイナミックレンジが高くなる可能性があります。ダイナミックレンジは、ピクセルが完全に白になったときにセンサーが下でキャプチャできるトーンの範囲を表しますが、テクスチャが背景ノイズ（黒に近い）と区別できない場合は上になります。ピクセルが大きいほどボリュームが大きくなり、フォトン容量の範囲が広くなるため、一般的にダイナミックレンジが大きくなります。
注：キャビティカラーフィルターが存在しない状態で表示されます
さらに、ピクセルが大きいほど、特定の露光時間（同じFストップで）に多くのフォトンフラックスを受け取るため、光信号ははるかに強くなります。一定量のバックグラウンドノイズに対して、これにより信号対ノイズ比が高くなり、写真がより滑らかになります。
より大きくピクセル（センサーが大きい場合）
ピクセルが小さい（センサーが小さい場合）
ただし、バックグラウンドノイズの量は、センサーの製造プロセスと、カメラが各ピクセルから色調情報をどれだけ効率的に抽出するか（追加のノイズを導入することなく）にも依存するため、常にそうであるとは限りません。ただし、一般的には、上記の傾向が当てはまります。考慮すべきもう1つの側面は、2つのセンサーが100％で表示されたときに同じ見かけのノイズを持っていても、ピクセル数が多いセンサーはよりきれいに見える最終的な印刷を生成するということです。これは、（特定の印刷サイズで）ピクセル数が多いセンサーほどノイズが大きくならないため、このノイズの周波数が高くなり、きめが細かく見えるためです。
デジタルセンサーの製造コスト
デジタルセンサーのコストは、その面積が増えるにつれて劇的に上昇します。これは、面積が2倍のセンサーは、2倍以上の費用がかかることを意味します。したがって、より大きなサイズに移行するにつれて、単位「センサーの不動産」あたりの支払い額が効果的に増えます。
シリコンウェーハ（小さなセンサーに分割）
シリコンウェーハ（大きなセンサーに分割）
メーカーがデジタルセンサーをどのように製造しているかを見れば、これを理解できます。各センサーは、ウェーハと呼ばれるシリコン材料のより大きなシートから切り取られます。ウェーハには、数千の個別のチップが含まれている場合があります。各ウェーハは非常に高価（数千ドル）であるため、ウェーハあたりのチップ数が少ないと、チップあたりのコストがはるかに高くなります。さらに、特定のセンサーで修復不可能な欠陥（ホットピクセルが多すぎるなど）が発生する可能性はセンサー領域とともに増加するため、使用可能なセンサーの割合はセンサー領域（ウェーハあたりの歩留まり）の増加とともに低下します。これらの要因（ウェーハあたりのチップ数と歩留まり）が最も重要であると仮定すると、コストはセンサー面積の2乗に比例して増加します（センサーの2倍のコストは4倍のコストになります）。実際の製造では、サイズとコストの関係がより複雑になりますが、これにより、コストが急騰することがわかります。
これは、特定のサイズのセンサーが常に法外に高価になるということではありません。価格は最終的には下がる可能性がありますが、大きなセンサーの相対的なコストは、小さなサイズと比較した場合、（単位面積あたり）大幅に高くなる可能性があります。
その他の考慮事項
いくつかレンズは特定のセンサーサイズでのみ使用できます（または意図したとおりに機能しない場合があります）。これは、これらが写真のスタイルに役立つ場合にも考慮事項になる可能性があります。注目すべきタイプの1つは、チルト/シフトレンズです。これにより、チルト機能を使用して見かけの被写界深度を拡大（または縮小）できます。チルト/シフトレンズは、シフトを使用して遠近法を制御し、カメラを地平線の上または下に向けることによって生じる収束する垂直線を減らす（またはなくす）こともできます（建築写真で役立ちます）。さらに、高速超広角レンズ（f / 2.8以上）は、クロップドセンサーでは一般的ではありません。これは、スポーツやフォトジャーナリズムで必要な場合の決定要因となる可能性があります。
結論：全体的な画像の詳細&競合要因
被写界深度は、大判センサーの場合ははるかに浅くなりますが、回折限界に達する前にアパーチャを小さくします（選択した印刷サイズとシャープネス基準に対して）。では、どのオプションが最も詳細な写真を作成する可能性があるのでしょうか？被写界深度を犠牲にする余裕があれば、センサーが大きくなると（それに対応してピクセル数が増えると）、間違いなく詳細が生成されます。一方、同じ被写界深度を維持したい場合は、センサーサイズを大きくしても必ずしも解像度が向上するとは限りません。さらに、回折限界の被写界深度は、すべてのセンサーサイズで同じです。言い換えると、回折が顕著になる前に最小のアパーチャを使用した場合、回折限界のアパーチャが異なっていても、すべてのセンサーサイズで同じ被写界深度が生成されます。
もう1つの重要な結果は、被写界深度が制限要因である場合、同じ感度のセンサーサイズに応じて必要な露光時間が長くなることです。この要因は、おそらくマクロ写真と夜景写真に最も関連しています。小さいフォーマットで手持ちで撮影できる場合でも、同じ写真を大きいフォーマットで手持ちで撮影できるとは限らないことに注意してください。
一方、露光時間は必ずしも1倍になるとは限りません。センサーが大きいほどノイズが一般的に低いため（したがって、同様の知覚ノイズを維持しながら、より高い感度のISO設定を使用できるため）、最初は想定するかもしれません。
理想的には、知覚ノイズ（特定の印刷サイズでの）レベルは、一般に、デジタルカメラセンサーが大きいほど（ピクセルサイズに関係なく）減少します。
ピクセルサイズに関係なく、センサーが大きいほど、必然的に集光領域が大きくなります。理論的には、小さなピクセルを持つ大きなセンサーは、大きなピクセルを持つ小さなセンサーよりも（特定の印刷サイズに対して）見かけのノイズが低くなります（その結果、合計ピクセル数がはるかに少なくなります）。これは、高解像度カメラのノイズは、コンピューター画面で100％ノイズが多いように見えても、拡大が少ないためです。あるいは、ピクセル数の少ないセンサーの解像度を達成しながら、ピクセル数の多いセンサーで隣接するピクセルを平均化する（これによりランダムノイズを低減する）ことも考えられます。これが、ウェブ用に縮小された画像や小さなプリントがノイズのないように見える理由です。
全体：センサーが大きいほど、一般に、より多くの制御と芸術的な柔軟性が提供されますが、より大きなレンズとより高価な機器を必要とするコスト。この柔軟性により、（必要に応じて）小さなセンサーで可能なよりも浅い被写界深度を作成できますが、より高いISO感度とより小さな絞りを使用することで（または三脚を使用する場合）、より小さなセンサーと同等の被写界深度を実現できます。 。