ペンタックスK20Dはその外観からも判るように前機種K10Dの後継機となる。並べてみるまでもないほどにその二台の見た目や触感は共通している。ペンタックスのデジタル一眼として最高級機に位置する機体は、手に余ることもないボディサイズと程よいと重量で持つ者に安心感を与えてくれる。K10Dゆずりのグリップもフォールドにはちょうど良い。細かく見比べていくとK20Dになって変更されたカ所を見つけることができるが、その最小限に留められた変更はK10Dの時点ですでに完成形となっていた証拠でもある。
外観こそ大きな変更がみられないK20Dだが、その内部は確実に進化している。K10Dに搭載されていた撮像素子(約1020万画素CCD)が約1460万画素CMOSへと変更されたのだ。これはペンタックス、サムスンテックウィン、サムスン電子の共同開発による撮像素子となり、APSサイズの撮像素子を採用するデジタル一眼レフカメラの中では最多の画素数となる(K20D発売時)。
また更なる低ノイズ化を実現したことで、最高ISO感度も1600から3200(拡張時6400)へとアップされている。これはおよそ1EV分のノイズ低減が可能となった結果だという。また高感度ノイズリダクションは「OFF、微弱、弱、強」と使い分けることができる。ノイズリダクションは強くかけることでよりノイズを軽減できるが、同時に画像の解像感が損なわれるので状況に応じて使い分けたい。
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