コンデジ（コンパクトデジタルカメラ）で、超マクロ写真を撮る

高級な一眼レフカメラを駆使すれば、高画質な超マクロ写真が撮れるのは当たり前です。
しかし、安価なコンパクトデジタルカメラを使っても高画質な超マクロ写真を撮れるなら嬉しいですよね。
市販されているコンデジの多くは、マクロ撮影もできるのですが、機能にはかなり差があります。ここで目指している"超マクロ"とは、1cm以下だが一応肉眼で見える程度の世界です。超マクロを謳っている機種は少ないのですが、OLYMPUSのStylus TG Toughシリーズは、TG2 以降、顕微鏡モードを備えていますし、RICOH(旧PENTAX)のWGシリーズも、初代の WG1 以降デジタル顕微鏡モードを備えています。そこで、筆者の手元にある OLYPMUS Stylus TG4 Tough と PENTAX Optio WG1 GPS で調べて見ました。
TG4は、2016年1月時点の最新機種です。WG1 GPS の後継としては、2015年時点で WG5 GPS が販売されています。


マクロ写真に期待される要素も様々ですが、超マクロだと細かな部分が見えるかどうかがそもそも問題なので、分解能を重視して調べました。分解能の表現としては、等幅で並んだ白黒の線をどれくらい細かく見分けられるか( 1mm当たり黒線何本 )といった方法がありますが、ここでは、対物マイクロメーターで代用しました( 顕微鏡用 1mm scale/10μm divisions )、(ルーペ用 30mm scale/100μm divisions )。

まず、OLYPMUS Stylus TG4 Tough です。 １枚目の写真では、最近接で 10μm divisions を撮影し、分解能の限界について調べました。 ２枚目の写真では、少し離れた位置から 100μm divisions を撮影し、画面全体の解像度のバランスについて調べました。




最近接撮影のケースでは、マイクロメーターの 10μm の線は識別可能で、それより少し下まで識別出来そうです。限界は5〜10μmの間でしょうか。
少し離れて 100μm divisions を撮影した写真では、コントラストは低いものの、中心部の画質はそれなりに良好です。しかし、周辺部はやや解像度が低いです。
安物レンズの場合、画面中央と周辺でピントの合う距離が違っていたりします。 焦点面が平面にならず湾曲している為に、このような現象が起きるのですが、TG4 の場合は、それが主原因ではなさそうです。 被写体面に対してカメラを傾けても、ボケ具合はほとんど変わりませんでした。周辺のレンズ解像度が低いのが、主原因でしょう。


次は、PENTAX Optio WG1 GPS です。




最近接撮影のケースでは、10μmの線は完全に潰れて識別出来ません。50μmの線ははっきり見えています。限界は20μm程度でしょうか。
少し離れて 100μm divisions を撮影した写真では、コントラストが高く、中心部の画質はとても鮮明ですが、周辺部はかなり解像度が低いです。 周辺画質が低いのは、TG4 と同様な理由のようです。

これらの分解能がどれほど素晴らしいのかよく分からないので、一眼レフでも同じような写真を撮って見たのですが、衝撃的な事実が判明しました。
OLYMPUS E330という一眼レフに専用の Zuiko Digital 35mmMacro を取り付けて撮った写真が以下です。


画像の倍率が小さいせいもありますが、10μmの線は潰れて識別出来ません。50μｍの線ははっきり見えています。限界は20μm程度でしょうか。一眼レフの専用マクロレンズなのに コンデジの TG4 に負けています！ というか OLYPMUS TG4 Tough の顕微鏡モードが素晴らしいと言うべきでしょうか！ WG1 も善戦していると言うべきでしょう。

ただし、一眼レフ本体が劣っているのかというとそういう訳ではありません。ZUIKO 20mm Macroを E330 に取り付けて撮影した結果が以下です。
（昔 OLYMPUS のフィルム式一眼レフ用に売られていたレンズです）


10μmの線が鮮明に見えており、分解能は3μm以下でしょうか。この ZUIKO 20mm Macro は、当時から一眼レフカメラ用のレンズとして世界最高レベルの分解能を誇っていたのですが、さすがです。このように、一眼レフの機材の組み合わせは自由なので、最高の性能を出せる余地があるのです。

分解能の高い写真を撮れるカメラは、当然のことながらレンズや撮像素子の性能が高いのですが、それ以外にも特徴があります。 それは、これらの写真がとても狭い範囲を写しているということです。 TG4やWG1は横幅約3mm、E330に20mmマクロでは横幅約4mmといった極く狭い範囲だけを画面いっぱいに写すことが出来ます。 これに対して、E330にZuiko Digital 35mmMacroを取り付けた例では、横幅18mm程度の範囲が写っています。 TG4やWG1で27mmx20mm程度の範囲を写した写真も上に掲げましたが、画面全体で均一に分解能が高いとは言えないし、TG4では、中心付近の分解能も最近接に較べてかなり落ちているように見えます。
試しに、10μm divisions をやや離れた位置から写して見ると...


コントラストが低すぎて、判別がほとんどできません。
このコントラストの低さは、TG4の弱点のようです。

ここまで"分解能"という言葉を使って来ましたが、 デジタルカメラの性能について語るときは、"解像度"という言葉を使うのが普通です。 両者は対象が違います。 分解能は、被写体に対するきめ細かさの尺度（物理的長さ）です。 それに対し、デジタルカメラの解像度>は、レンズや撮像面が到達した光をどの程度きめ細かく扱えるかという尺度（物理的長さではない）です。
カメラの解像度は、レンズと撮像面の解像度の総合で決まります。分解能はカメラの解像度と、撮影範囲で決まります。 つまりカメラの解像度とレンズ画角が同じなら近づいてクローズアップで撮った方が分解能は上がります。



クローズアップは、カメラを近づけるだけでなく、画角を狭めることでも実現できます。


このページで取り上げた OLYPMUS TG4 Tough と PENTAX Optio WG1 GPS は、どちらも画角を狭めたまま極端に近づける(被写体まで1cm)カメラで有ることが判りました. このように、狭画角＆超近接できるカメラであれば分解能の高い写真になる訳です。
もちろんレンズ解像度の著しい低下を招かなければの話ですが...

ところで、市販コンデジの機能を調べている内に興味深いことに気づきました。まず、2016年１月初頭の時点で販売されていた44機種の価格とズーム比の関係をグラフにしたのが以下です。
価格については、その時点での最低販売価格(kakaku.com調べ)です。これを見ると、大きく２つの価格系列があることが判ります。１つはズーム比を競い合っている価格系列です。 もう１つはズーム比は２−４倍程度でそれ以外の機能で競い合っている価格系列です。
ズーム比を大きくすると低画質になってしまうことは、カメラ雑誌などでも取り上げられているのでご存じの方も多いと思いますが、上のグラフでも商品戦略の違いが現れています。今回詳しく調べた２機種は、いずれも光学ズーム比４倍で後者の系列に属しています(図中の緑丸●)。ズーム比の大きさを捨ててその他の機能で売っている訳です。どちらも、防水・耐衝撃でアウトドア向けを謳っており、顕微鏡モードを備えて、さらにGPS計測機能付きモデルがあります。高ズーム比カメラは、レンズが突出してしまうので、防水は難しいでしょう。防水・耐衝撃にするなら低ズーム比でというのは、納得です。

もう一つ気付いたのは、ズーム比の大きなカメラでも1cmマクロ機能があったりするのですが、広角でしか使えないらしいと言うことです。広角だと写る範囲が広いので、高解像度のレンズであったとしても、分解能を上げるのは困難です。高ズーム比を謳っているコンデジはやはり超マクロに向いていないと思った方がよいでしょう。
試しに 12倍ズームの CANON IXY170 で 1cm まで近づいて撮ってみました。最近接にしたときの範囲は 27×20mm が最小です。

どうしたことでしょう。中心付近は素晴らしい画質ですが、周辺部はほぼ画質崩壊でグダグダです！
素晴らしい画質とはいっても１目盛（100μm）当たりの画素数は19画素程度に過ぎません。２点を識別するには２画素以上必要なのですから、これだと分解能が10μmを下回ることは出来ないはずです。撮影範囲を極端に狭める機能が無いと分解能が制限されるということが良く分かると思います。それにしても この写真の周辺部はどうしちゃったんでしょうか。これだと縦横3分の１くらいの中心付近しか有効画素がないのも同然です。2千万画素の謳い文句が泣きます。200万画素で充分でしょう。
( IXY170 の名誉の為に言っておくと、風景写真などは、まともな画質で写ります。 )

OLYMPUS Stylus TG4 Tough

TG4 は、低予算で超マクロ写真を撮ることのできる素晴らしいカメラです。
総合的な性能でコンデジが一眼レフに劣るのは致し方ないとして、小さく、軽く、しかも比較的安価に入手できるコンデジでまともな超マクロ写真を撮れるのは嬉しいです。また、観察記録を付ける目的で安価な実体顕微鏡を買おうか迷っている人にもお勧めです。
欲を言えば、超マクロでLEDライトガイドを使用すると却って見苦しい写真になるので、もう少し改善する方法がないものでしょうか。
外観についても注文があります。TG4 は外観がオシャレなのですが、WG1のような片手で握ったときのホールド感がありません。激しい野外活動には不向きだと思います。せっかく防水・耐衝撃性を謳っているのに惜しいですね。OLYMPUSさんに更なる外観デザインの工夫を御願いしたいところです。

PENTAX Optio WG1 GPS

WG1 は、TG4 に較べてやや画質が劣りますが、野外活動にお薦めです。ボディの上面中央はわずかに凹み、底面には滑り止め加工がなされているので、片手で握ったときのホールド感は抜群に良いです。防水、耐衝撃性ももちろんあります。後継（RICOH）のWGシリーズでは、画質が向上しているとの話を聞いたことがあるのですが、どうなのでしょうか。期待したいです。

高ズーム比コンデジ

"マクロ写真を撮りたいなら買うな" です。
高ズーム比は、観光旅行やスポーツ観戦それに野鳥の観察などには便利です。カメラ売り場で店員さんに聞けば、万人向けの無難なカメラとして高ズーム比のカメラを勧めてくるでしょうが、マクロ写真重視の人はそんな話に乗ってはいけません。