エクステンションチューブとクロップセンサーを使ったマクロ倍率の計算方法

倍率は撮影倍率とも呼ばれ、センサー上の像の実寸と被写体の実寸を比較したものです。1:1、つまり1×では、10 mmの被写体がセンサー上に10 mmの像を結びます。1:2、つまり0.5×では、像の大きさは5 mmです。Nikonは、等倍撮影をセンサー面上でこのように説明しています。Nikon：自宅でマクロ撮影に挑戦。

定義となる計算式は、m = センサー上の像の大きさ ÷ 被写体の実寸です。画面上での拡大率は別の値です。モニター上で写真を拡大表示すると、表示サイズは変わりますが、撮影時の撮影倍率は変わりません。

この違いは、カメラを比較するときに重要です。被写体の像が横幅10 mmなら、センサーが小さいほどその像はセンサーに占める割合が大きくなります。ただし、像の実寸は10 mmのままです。これは撮影倍率の定義から直接導かれます。

エクステンションチューブは、カメラとレンズの間に取り付ける中空のスペーサーです。レンズをセンサーから遠ざけることで、より近距離にピントを合わせられるようになり、倍率も高くなります。チューブには追加の光学素子がなく、互換性のあるチューブは重ねて使用できます。計算では、それぞれの公称長を合計します。Cambridge in Colour：マクロ用エクステンションチューブとクローズアップレンズ。

m ≈ m₀ + E/fを使います。各記号の意味は次のとおりです。

• mは、チューブを使用した場合の推定倍率です。
• m₀は、選択したフォーカス設定でチューブを使わない場合のレンズ倍率です。
• Eは、追加するエクステンションの長さ（ミリメートル）です。
• fは、同じフォーカス設定でのレンズの焦点距離（ミリメートル）です。

Claffはレンズの像距離と焦点距離からこの関係を導いています。エクステンションチューブが倍率に与える影響。

例として、ネイティブの最大倍率が0.20×の50 mmレンズに20 mmのエクステンションを加えると、m ≈ 0.20 + 20/50 = 0.60×となります。これは、レンズの関連する焦点距離が約50 mmのままだと仮定し、レンズを最短撮影距離に設定した場合の推定値です。

一方、レンズを無限遠に設定すると、ネイティブ倍率はほぼゼロになるため、簡略化した推定式はm ≈ E/fとなります。同じ50 mmレンズに20 mmのチューブを付けた場合、倍率は約0.40×です。したがって、計算にはフォーカスリングの位置も関係します。チューブの長さだけでは結果は決まりません。

この式にはレンズの実焦点距離を使います。50 mmと記されたレンズの場合、クロップ換算焦点距離は使わないでください。

Nikonの説明によると、小型センサーはレンズが投影する像の中央部分をより狭く記録しますが、レンズの光学特性そのものは変わりません。そのため、光学系を同じにしてセンサーサイズだけを変えても、撮影倍率は変わりません。Nikon：クロップファクターとは？計算方法は？。

フレームに収まる被写体の幅を計算するには、撮影倍率の定義を変形します。被写体の写る範囲の幅 = 有効センサー幅 ÷ 倍率です。カメラの仕様で確認できるセンサー幅と、実際に記録される画像領域を使ってください。以下の比較では、幅36 mmと幅24 mmの仮想センサーを使います。

光学倍率	幅36 mmのセンサーで写る範囲	幅24 mmのセンサーで写る範囲
0.50×	72 mm	48 mm
0.60×	60 mm	40 mm
1.00×	36 mm	24 mm

倍率0.60×では、幅20 mmの被写体は幅12 mmの像として投影されます。これは幅36 mmのセンサーでは横幅の3分の1、幅24 mmのセンサーでは2分の1を占めます。光学倍率が同じでも、小型センサーのほうが画角は狭くなります。

横方向の画角を比較するには、フルサイズ換算倍率 = m × 36/センサー幅で計算します。したがって、説明用の幅24 mmのセンサーでの0.60×は、幅36 mmのセンサーでの0.90×と同じ横方向の被写体範囲になります。この値は画角換算値として示してください。光学倍率は0.60×のままです。

センサー幅を直接使うと、アスペクト比が異なるフォーマットを比較するときの曖昧さも避けられます。被写体の高さがフレームに収まるかを確認したい場合は、センサー高 ÷ mで縦方向の範囲を別途計算してください。

まず希望する構図を決めます。Wを被写体の実際の幅、Sをセンサー幅、pを被写体がフレームの横幅に占める割合とします。物理的な寸法はすべて同じ単位を使ってください。

撮影倍率の定義から、センサー上で必要な像の幅はp × Sとなるため、目標倍率 = p × S/Wです。エクステンションの推定式を変形すると、必要なエクステンション ≈ f × (目標倍率 − m₀)となります。

幅30 mmの装飾品を、幅24 mmの仮想センサーのフレーム横幅の80%に収めたいとします。使うのは、ネイティブ最大倍率0.20×の説明用50 mmレンズです。

1. 目標倍率 = 0.80 × 24/30 = 0.64×。
2. 必要なエクステンション ≈ 50 × (0.64 − 0.20) = 22 mm。
3. 予測される撮影範囲の幅 = 24/0.64 = 37.5 mm。
4. 被写体が占める割合 = 30/37.5 = 80%。

近い長さの市販チューブを出発点にできます。同じ前提での以下の計算を見ると、手持ちのチューブをすべて取り付けると構図が必要以上に窮屈になることがある理由がわかります。

追加するエクステンション	推定倍率	説明用の幅24 mmセンサーで写る範囲	幅30 mmの被写体は横方向に収まるか？
0 mm	0.20×	120 mm	はい。周囲に十分な余白あり
12 mm	0.44×	54.5 mm	はい
20 mm	0.60×	40 mm	はい。横幅の75%を占める
36 mm	0.92×	26.1 mm	いいえ。このフォーカス設定では収まりません

計算結果がエクステンション0 mm以下なら、選択したネイティブ設定では倍率を追加する必要はありません。レンズ単体で試し、ピントとカメラ位置を調整してください。フォーカス設定を変えた場合は、計算し直すか、得られた倍率を測定してください。

主な注意点は、レンズに表示された焦点距離がすべての撮影距離で変わらないかのように使うことです。Claffの原著の分析では、近距離のフォーカシングで焦点距離が短くなることが多いと指摘し、最短撮影距離での焦点距離を使うと、エクステンションによる倍率の予測値がどう変わるかを示しています。エクステンションチューブが倍率に与える影響。

レンズに表示された焦点距離を使った計算は、計画用の概算として扱ってください。メーカーがレンズとチューブの正確な組み合わせについて倍率表を公開している場合は、その情報で予測値を補正してください。

Canon EF50mm f/1.8 STMの説明書には、実際の例が記載されています。レンズ単体での最大倍率は0.21×、EF12 IIを使った場合は0.24～0.45×、EF25 IIを使った場合は0.53～0.74×です。これらの範囲はフォーカス設定によって変わります。Canon EF50mm f/1.8 STM説明書、エクステンションチューブの仕様。

表示上の焦点距離50 mmを使うと、25 mmのエクステンションでの最大倍率は0.21 + 25/50 = 0.71×と予測されますが、Canonの公称値は0.74×です。この比較から、概算式より公表仕様を優先すべき理由がわかります。

倍率だけでは、被写体とレンズ前面との間にどれだけ空間があるかはわかりません。構図や照明を整えるときに、別途確認してください。エクステンションチューブを使うと、レンズがピントを合わせられる距離の範囲が狭くなり、遠距離にピントが合わなくなることもあります。Cambridge in Colour：エクステンションチューブ使用時の注意点。

定規を撮影すれば、最短撮影距離での焦点距離がわからなくても結果を確認できます。以下の方法は撮影倍率の定義に基づいています。既知の幅の被写体が記録されたセンサーの幅全体に写る場合、倍率は両者の比で求められます。

1. カメラの公式仕様でセンサーの物理的な幅を確認します。画像の一部だけを切り出して記録する場合は、有効幅を使います。
2. 選んだチューブとレンズを取り付け、焦点距離を選び、試したいフォーカス位置に設定します。
3. ミリ目盛りの定規をセンサー面と平行に置き、目盛りがフレーム中央を水平に横切るようにします。
4. 目盛りにピントが合うまで、カメラまたは定規を動かします。この調整中はフォーカス設定を変えないでください。
5. フレーム全体を撮影し、画像の左右端の間にある定規の長さを読み取ります。後からトリミングしたり、遠近補正したりした画像は使わないでください。
6. 測定倍率 = 有効センサー幅 ÷ 定規の写った範囲で計算します。

たとえば、幅24 mmの仮想センサーに定規の幅30 mmがちょうど写っている場合、m = 24/30 = 0.80×です。これが測定された光学的な撮影倍率です。横方向のフルサイズ換算画角は0.80 × 36/24 = 1.20×です。

定規をセンサーと平行に保ち、整数ミリの間隔を正確に読み取ってください。目盛りが傾いていたり、画像をトリミングしていたりすると、測定誤差が生じます。セットアップを再現できるように、チューブ長、焦点距離、フォーカス設定、定規の写った範囲、計算した倍率を記録してください。

エクステンションの式で組み合わせの出発点を選び、センサー寸法で構図を予測し、定規の写真で実際の倍率を確認します。測定した撮影範囲に被写体と希望する周囲の余白が収まったら、定規を被写体に置き換え、その光学設定を保ったまま撮影します。

• 自宅でマクロ撮影に挑戦 — Nikon
• マクロ用エクステンションチューブとクローズアップレンズ — Cambridge in Colour
• エクステンションチューブが倍率に与える影響 — Bill Claff、Photons to Photos
• クロップファクターとは？計算方法は？DXとFXの違い — Nikon
• EF50mm f/1.8 STM説明書 — Canon