絞りと画素数の関係に関して

デジカメやビデオカメラには画素数というスペックがあり、
1000万画素とか2000万画素といった値が一般的に用いられます。
例えば、5000x4000ピクセルですと、
2000万画素ということになります。

つまり、センサー上は碁盤目状に区画されており、それぞれの区画が１画素に相当するということだと思います。


一方で、撮影時には
絞りやF値といった値を調整します。
F値を大きくすると、絞りが大きくなり、レンズ内に入り込む光量が減ります。

https://i1.wp.com/www.pt-box.com/wp3/wp-content/ …

この模式図などを見ますと、F値を大きくした時、
センサー中心付近しか使っていないように見えます。

一方で、F値を減らしたとしても、
撮影できる、ピクセル数が減るということはありません。

このことは矛盾しないでしょうか？

これって、上記の模式図が間違っており、
どのF値を設定したとしても、
レンズに入ってきた光がちょうどセンサー全体に当たるようにレンズが自動で調節しているということなのでしょうか？

あるいは、F値を大きくするとセンサーの中心しか使っていないが、
画素間のデータを線形補間などしているのでしょうか？

どちらが正しいですか？

質問者からの補足コメント

• どうもありがとうございました。
  この模式図が間違っていたのですね。
  
  どなたか正確に書かれた模式図を掲載しているサイトを知りませんか？
  検索して調べても、こういう適当な画しか見当たらないのですが・・・

  No.3の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2021/01/02 15:01

No.5 回答者： tsukin-cyclist 回答日時： 2021/01/12 10:26

下記のサイトの図などの方が、理解しやすいかな。

https://www.toshiba-teli.co.jp/technology/techni …

被写体からレンズに届く光が、色分けされて示されていますが、それぞれが別のセンサー上の点に収束して、結像しているのは理解できるかと思います。この各センサー上に向かう光の束を狭くするのが絞りの働きです。

像自体はレンズへの入射角度に応じてセンサーの対応する点に収束するのですが、そこへ向かう光束が減らされるから暗くなるのです。

理屈は上記なのですが、それを明示している図は、簡単な検索では見出せませんでした。自分は理解できているつもりなのでこれ以上探す気は有りません。上記で納得できない場合は、もう少し探されてください。

No.4 回答者： 918BG 回答日時： 2021/01/06 01:55

＞どなたか正確に書かれた模式図を掲載しているサイトを知りませんか？

なかなかそのものズバリという模式図はありませんが、絞りやF値といった値を調整することで受光素子に画像が投影される範囲が広くなったり狭くなったりするのではなく、単に投影される画像が明るくなったり暗くなったりするだけだということを理解してもらうために、以下のサイトを使っていささかの説明をさせていただこうと思います。

http://www7b.biglobe.ne.jp/~photojii/LENZE/SHUTE …
「レンズの部屋」ここはレンズに関する基本的な解説のコーナーです。

このページの「 １－２：レンズの基本的結像の性質　レンズの厚さを考えず、収差のない理想的なレンズは下記のルールで結像されます」　という説明の図を見て下さい。

向かって左側に「被写体」とあるのは撮影しようとする物体を表しており、右側に「実像」とあるのはカメラの撮像素子上に幾何学的に反転投影された画像を表しています。注目していただきたいのは、被写体から発せられた光が、黒・水色・緑・赤の四本の線で示され、最終的に一点に結像している事です。

当然の事ですが、レンズを通る光はこの四本だけではありません。色分けされた四本の線は、レンズを通過して画像を記録する光線の経路を模式的に表しているだけです。実際にはレンズを通過する全ての光線が最終的に一点に収斂して鮮明な画像を構成します。

ここで、絞りを使って一番外側の黒色で表された光をカットしても、画像の形は変わりません。さらに絞り込んで水色と赤色の光をカットしても、やはり画像の形は変わりません。変わるのは画像の明るさだけです。レンズを通過する光の量を減らした分だけ画像は暗くなります。

質問者さんがお書きになっている通り、レンズに入ってきた光は、光量の変化はあってもセンサー全体に照射されます。絞りを変化させても、投影される範囲が広くなったり狭くなったりすることはありません。

No.3 回答者： 噛めんサイダー 回答日時： 2021/01/02 14:43

画素数は受光素子の性能の話であり、絞り値はカメラ内に取り込む光の量の調整量のことであり、両者は無関係です。

そのリンク先の図では絞り値が大きくなると光の入射角が減るように書いてありますが、それはあり得ないです。入射角が変わるのはレンズの焦点距離が変わった時だけです。
入射する光の量が減り、被写界深度が深くなるのが正しいので、被写界深度が深くなることを表現するして、その為に単位面積あたりの光量が減るので暗くなる説明にするべきですね。

No.2 回答者： kuma-gorou 回答日時： 2021/01/02 12:44

解説図では、誤解を招きますね。

正しく云うと、絞りは光量を調節するものであり、入射角を調節するものではありません。

よって、レンズ絞り開放でも最小絞りでも、センサー全面で受光するのです。
※周辺光量の低下は無視します。

No.1 回答者： XR500 回答日時： 2021/01/02 12:41

＞F値を大きくした時、

＞センサー中心付近しか使っていないように見えます。

この認識が違っています。
「センサーの中心付近」を使うんではなく
「レンズの中心付近」を使うんです。
それでもセンサー上に投影される画像量（範囲）は同じです。

もちろん絞り開放付近で周辺光量が落ちるものもありますが
それでも画像情報は絞り値に関係なくセンサー全面に届きます。