デジカメのセンサーとは

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デジタルカメラの心臓部を知ろう

デジタルカメラは写真に革命をもたらした。それまでのフィルムカメラの限界を超えて、写真の新たな可能性を広げてくれた功績はもっと評価されるべきです。

より多くの人が写真撮影の趣味を始められるようになっただけでなく、写真家がより多くのコントロールと創造性を発揮できるようになったのです。

しかし、実際にデジタルカメラの仕組みを理解している人はどのくらいいるのでしょうか？デジタルカメラの心臓部には、センサーがあります。

この小さな部品があるからこそ、フィルムではなく、デジタル形式で写真を撮影することができるのです。ここでは、デジタルカメラのセンサーを理解するための簡単なガイドをご紹介します。


　デジタルカメラセンサーとは？　

デジタルカメラセンサー（DCS）は、カメラになくてはならないものです。

デジタルカメラで撮影した写真の仕上がりや、拡大・縮小、プリントの仕上がりを決定する重要な役割を担っています。

DCSは、画像の解像度、低照度環境でのカメラのパフォーマンス、ダイナミックレンジ、被写界深度など、写真を撮るときに制御し、役立つ長いリストがあります。

どのように機能するのか？

DCSは主に2つの方法で動作します。1つはグレースケール写真を作成する方法、もう1つはフルカラー画像を作成する方法です。

DCSは、写真を撮ろうと思ってボタンを押すと、グレースケールの写真ができあがります。DCSに光を当てると、デジタルカメラの光孔が開き、電気信号として蓄積される光子を集めることができます。

露光が終わると、カメラは空洞を閉じます。

このとき、電気信号の強さを測定することで、カメラが自動的に各キャビティに入った光子の数を集計します。

この信号には正確なデジタル値が割り当てられ、グレースケールの画像が作成されます。

このように正確な値を決定するために、カメラは「ビット深度」を使用しています。

ファイル形式が記録されると、さらに精度を下げることができます。



ビット深度とは？

これは、各色を識別するために使用される0と1の数によって決定されるパレットで、カメラが利用可能な固有の色の数を知ることができます。

グレースケール画像では、ビット深度は色ではなく、利用可能な固有の色調を識別します。

カラー写真の場合、空洞の中ですべての色が混ざり合うのではなく、フィルターが各空洞を覆い、それが1つの色に対応し、他のすべての色の侵入をブロックします。

最近のカメラでは一般的に、各キャビティは3原色（赤、青、緑）のうち1色しか取り込むことができません。

そこで、下図のように赤・緑・緑のフィルターを並べた「ベイヤー配列」が最適とされています。

このアレイでは、見ての通り、緑のセンサーが他の色に比べて2倍になっています。

人間の目は青や赤の光に弱いので、緑のフィルターを多く使うことで、よりシャープでノイズの少ない画像になります（赤や青はノイズが目立ちます）。

次に、「デモザイク」と呼ばれる処理によって、私たちが見ることのできる画像が作られます。これは、カメラが原色を、各ピクセルの色情報をすべて含む完全な画像に変換することです。

デジタルカメラのセンサーの種類

デジタルカメラのセンサーも、その仕組みと同様に2種類に大別されます。CCD（電荷結合素子）とCMOS（相補型金属-酸化膜-半導体）です。

CCDセンサーは1969年に発明され、当初はストレージ用として開発されましたが、受け入れられませんでした。

CCDセンサーは、チップから電荷を取り出し、センサー内にある増幅器に移動させます。

その信号を外部回路でアナログからデジタルに変換し、同じ回路で画像をメモリーカードに保存します。

CMOSセンサーは、センサー内に情報を残したまま、画素ごとに受信するデータを変更することができます。

CCDセンサーにはない、画素ごとに変化させることができるため、光の状況に応じて変化させることができます。

この2つのセンサーは、品質レベルや光に対する感度の高さなど、非常によく似ています。

しかし、決定的な違いは、光を取り込んでからどうするかということです。

どちらのセンサーも、光から電気信号を作り出す光電効果に依存しています。

光電効果とは、電荷を帯びた粒子が、電磁波を吸収した瞬間に物質から放出される効果です。

CCDセンサーは、なぜ時代遅れになってしまったのか？

新しく発売されるカメラには、CMOSセンサーが搭載されることが多くなり、光や色の幅が広がりました。

CCDセンサーは、メーカーの間でもあまり人気がなくなってきています。

この変化が現れ始めたのは2015年です。

CMOSがCCDセンサーを追い越した大きな理由のひとつは、製造コストがはるかに安いことで、特に生産コストを節約しようとしている企業にとっては魅力的でしょう。

さらに、Appleは自社のスマホにCMOSセンサーを採用していると言われており、その人気の高まりと、カメラ品質に対するユーザーからの評価が明白であることから、他社も追随したいと考えるのは明白でしょう。

最高のカメラとは？

技術の進歩に伴い、カメラの画質や性能は飛躍的に向上しています。

現在購入できる最高のカメラを紹介するウェブサイトはたくさんあります。

しかし、最終的に最高のカメラは、別の人に1によって異なり、それが何のために使用されるに依存することになります。

例えば、野生動物の写真家であれば、より速く、より多くのフレーム/秒を持つカメラは信じられないほど有用でしょう。

一方、ソーシャルメディア用に写真を撮るのであれば、最新のデジタル一眼レフカメラのような画素数は必要ありません。

つまりはあなたが何を撮りたいかによってカメラの優劣も変わってくるのです。

最高のカメラとは、あなたが購入可能で、購入してから最も使用頻度が高いもの、と言い換えられるでしょう。

以上、デジタルセンサーの仕組みについて簡単に説明しました。

もちろん、これはほんの一部で、デジタルセンサーの科学についてもっと知りたい場合は、オンラインで検索してください。

もっと深く掘り下げた記事もたくさんあります。しかし、以上の記述でデジタルセンサーの仕組みの基本はご理解いただけたかと存じます。