Atelier Bonryu
zone plate photography
Atelier Bonryu
zone plate photography
ゾーンプレート写真_研究室
ゾーンプレートによるマクロ撮影(1)
マクロ撮影:「マクロ撮影」は、通常、撮像面(センサー面、フィルム面)上での像の大きさが被写体の大きさの(1/2)程度あるいは等倍より大きくなる撮影の事をさします。小さな被写体を大きく写すマクロ撮影ではレンズを被写体になるべく近づけて撮影しますから、マクロ撮影は「接写(close-up)」とほぼ同義に使われています。しかし、正しくは、「接写」はこれより低い倍率の撮影も含みます。レンズを使うカメラでピントを合わせる為には、被写体からレンズまでの距離(a)が短くなるにつれてレンズから撮像面までの距離(b)を長くしなければならないので、近くの被写体を撮影する為にはレンズを前に繰り出す必要があります。これはゾーンプレートの場合も同じです(結像の公式、図1)。交換レンズの場合、繰り出す長さには限度がありますから、普通のレンズではある一定の距離よりも近いところにある被写体にピントを合わせる事はできません。これを解決して、より高い撮影倍率の写真を得る為には、マクロレンズを使う等して撮影を行います。
倍率:撮影された像の倍率(横倍率:m)は、像の大きさ、被写体の大きさを、それぞれ、B、Aとして、m=B/A と表されますが、1つの薄いレンズ(ピンホール、ゾーンプレート)については、図2に示すように、倍率mは、b/a であると考える事ができます。したがって、被写体からレンズまでの距離 a を短くすれば、レンズから像までの距離 b は長くなり、倍率mは大きくなります。
ピンホールによるマクロ撮影:ピンホールカメラで撮影する時、撮像面に投影される点光源の像の大きさは針穴の直径よりも大きくなります。高い倍率を達成するために点光源に近づけば、この点光源の像はますます大きくなるので分解能はそれに応じて悪くなり、高い倍率のマクロ撮影は不可能ではありませんが、極めて難しそうです。
マクロ撮影の例:以下に示すのは、波長 550 nm に対して設計した、焦点距離 50 mm 、ゾーン数 29 のガボール型ゾーンプレートを用いたマクロ撮影の例です。b=100 mm として、aがほぼ 100 mmになるようにして撮影してあります。被写体は、オオイヌノフグリ(直径:約 8 mm)、ハコベ(直径:約 5 mm)、ツルニチニチソウ、カタバミ等の花で、ほぼ等倍の撮影がなされています。なお、カメラは、フォーサーズ規格のOlympus E-300 ですから、センサーサイズは、17.3 mm x 13 mm です。オオイヌノフグリの花弁の細い筋状の模様がはっきりと見えます。
図1:結像の公式
図2:像の倍率
図3:撮像面の明るさの倍率依存性
焦点距離 f=50 mm、ゾーン数 N=29 のガボール型ゾーンプレートで、倍率 m=2倍(赤)、1倍(緑)、 0.5倍(青)、 0.11倍(マゼンタ)になるような a、 b を採用したときの撮像面上の光の分布。
図4:分解能の倍率依存性
ゾーンプレート(赤: 焦点距離= 50mm、ゾーン数=29)とピンホール(青:ピンホール径dがゾーンプレートの中心円と同じ大きさの時、緑:ピンホールから像面までの距離bを一定にした時)の分解能の倍率(m)依存性。ここでは、点光源の像の半径を分解能eと定義してあります。
表1:倍率 m、被写体までの距離 a、撮像面までの距離 b の関係