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画角と焦点距離、撮像素子サイズの関係

焦点距離とは
「無限に遠い場所にピントを合わせた時の、レンズと撮像素子までの距離」
を言います。

もう少し厳密に言うと、レンズには厚みがありますので、厚みの中心から撮像素子までの距離を指します。

画角とは、
「レンズを通して撮像素子に写り込む範囲を、撮像素子を中心とした角度で表したもの」
の事です。

(１)焦点距離と画角

焦点距離が変わると画角が変わります。焦点距離が長くなるにつれ画角が小さく（撮影範囲が狭く）なり、焦点距離が短くなるにつれ画角が大きく（撮影範囲が広く）なります。

これは、音楽CDで簡単な実験が出来ます。
自分の目が撮像素子、音楽CDがレンズだと仮定して、音楽CDを目の前に近づけて穴から外を覗いて下さい。そして、そのまま音楽CDを目から遠ざけていくと穴から見える範囲が狭くなるはずです。

撮像素子の面積一杯に像が写るため、焦点距離が長くなる（＝画角が小さくなる）につれ 像が拡大 されることになります。

(２)撮像素子サイズと画角

焦点距離が同じレンズを使用しても、撮像素子のサイズが異なると画角が変わります。撮像素子のサイズが小さくなるにつれ画角は小さく（＝撮影範囲が狭く）なり、撮像素子のサイズが大きくなるにつれ画角は大きく（＝撮影範囲は広く）なります。

これは、A4サイズのポスターを別サイズの用紙に等倍コピーしたようなものです。

レンズから入ってくる像が撮像素子より大きい場合、像の真ん中が撮像素子サイズ分だけ切り取られた形になり、結果的に画角が小さくなり、拡大されたのと同じ事になります。
撮像素子のサイズを広げてやると、切り取られる範囲が広くなりますので、これは画角が大きくなったのと同じ事になります。