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Photography

写真


写真とは、レンズ(あるいは針穴)を通った光を結像させ可視化したものです。像の固定方法に関して分類すれば、フィルムを使用する銀塩写真と、電子デバイスを使用するデジタル写真に大別することができます。

人はなぜ写真を撮るのか。その答えは写真家・写真評論家の数だけ存在するものかもしれませんが、ひとつシンプルに思うのは、人類の原点である「道具を使った狩猟採集」に起源があるのかもしれません。写真を「撮る」、弓矢を「射る」、どちらも Shooting です。



写真略史

カメラの歴史の第1段階は、ギリシャ時代から用いられていたといわれる「針穴をあけた暗い部屋」、いわゆるカメラ・オブスキュラです。
暗い部屋の一方の壁に小さな穴を開けると、外の風景が穴の反対側の壁にさかさまに写し出される(倒立像ができる)という現象は、おそらくそのずっと以前から偶然的に知られていたと思われます。

中世の画家(例えばダヴィンチ)も風景絵画の補助手段としてその原理を利用しており、17世紀には、イタリアのボルタらが携帯用暗箱を用い、レンズとすりガラスによる暗箱が、18Cから画家の間に普及していたといわれます。

針穴のかわりに凸レンズをつけると集光面積が大きくなり、出来上がる倒立像も明るくなります。像のできる面をすり硝子にしてトレースすれば風景画ができることから、レンズとすり硝子をもつカメラ・オブスキュラは18世紀ごろから画家の間で普及するようになりました。これがカメラの歴史の第2段階です。

歴史の第3段階は、像を自動的に定着させる写真術の発明で幕をあけます。ニエプスのヘリオグラフィー(1824年)、タルボットのネガポジ法 (1835年)、そしてダゲールによるダゲレオタイプ(1839年)。特にネガからポジが複製できるというタルボットのアイデアは、画像の「複製」・「大量生産」を可能にしました。
タルボットによる世界初の写真集 自然の鉛筆(1844)

これらの発明によって多くの肖像画家や風景画家が転職を余儀なくされるほど、それは画期的な出来事でした。そして、後のイーストマン・コダック社のロールフィルム(1888)によって、35㎜スチールカメラの原型が完成します。

以後、100年の歴史を経て、アナログ磁気記録(ソニー マビカ 1981 にはじまる電子スチルカメラ)の10年があり、1990年台からデジタル記録の時代に突入します。フィルムは現在も製造されてはいますが、市場はほぼデジタルに置き換わったと言えます。

構造と機能

カメラの構造は、一般に外界側から順にレンズ・絞り・シャッター・撮像素子(フィルム面)となっていて、これに撮影対象を確認するためのファインダー機構ついています。レンズ・絞り・撮像素子(フィルム面)という光が通る過程は「人」の眼球の構造とほぼ同様です。

撮影パラメータ(画角、絞り、シャッタースピード、ISO感度)は、フィルムカメラでもデジタルカメラでも同じですが、露光部分であるフィルムとイメージセンサーについては、まったく別のもの・・として、それぞれに特有の理解が必要になります。ここでは、デジタルとフィルムの違いも強調しつつ、概説します。

レンズ

カメラという機械にとって最も重要な光学系を構成するのがレンズです。レンズの材質は光学硝子という良質の硝子ですが、一般的にはクラウンガラス(K)、それに鉛を加えて屈折率を上げたフリントガラス(F)の二つになります。光学硝子は当然無色透明で均質であり、光の透過に関して等方であること、またレンズの設計に必要な光学常数、すなわち精巧な屈折率と分散率をもつことが要求されます。実際には、一枚の凸レンズだけでは光の波長による屈折率の差、いわゆる色収差が避けられないため、複数のレンズを群に構成して単体のレンズに見立てています。

レンズには Fナンバーという数値があって、レンズの「明るさ」に関係します。

Fナンバー = 焦点距離/レンズの有効径

レンズの焦点距離が短くなるほど(広角になるほど)、また、口径が大きくなるほど(つまり集光面積が大きくなるほど) Fナンバーは小さくなります。つまり、Fナンバーが小さいほど「明るいレンズ」ということになります。

レンズは、口径の大きなものほど分散・収差が大きくなるので、その分良質のレンズの製造にはコストがかかります。標準画角のレンズで f 1.4 ~ f 2.8 程度、ズームレンズでは f 4 ~ f 5.6 あたりが主流です。


焦点距離

焦点距離はレンズの主点(後ろ側主点)から焦点面(記録面)までの距離のことですが、カメラの機能の問題として焦点距離が重要なのは、この値が画角(具体的には主点から画面の対角線の両端とを結ぶ線のなす角)に直接関わるという点です。フィルム撮影を例にとると、35㎜フィルムの場合は、サイズ36×24㎜で対角線43.2㎜ですから、焦点距離50㎜で画角46度となります。

焦点距離が短くなれば画角は大きく(ワイドに)なり、長くなれば画角は狭く(望遠に)なります。人間の眼に自然に見える角度がほぼ50度であることから50㎜のレンズは標準レンズ、28㎜や35㎜は広角レンズ、じっと見つめる画角にあたる85㎜はポートレートレンズ、135㎜や200㎜などは望遠レンズと呼ばれます。この値が固定的なレンズを単焦点レンズ、この値を一定の範囲で変えられるものをズームレンズといいます。

ただし、焦点距離 XX㎜と記載されていても、記録面(イメージセンサーやフィルム)のサイズが変われば画角も変わるという点には注意が必要であす。例えば 6×6 ㎝ のフィルムでは焦点距離80㎜ が標準画角となるし、35㎜よりサイズの小さいイメージセンサーを用いるデジタルカメラでは焦点距離が非常に短くても標準画角となる場合があります。様々なサイズのイメージセンサーを使用するデジタルカメラのカタログでは、物理的な焦点距離の記載が画角を説明するものとはならないため、従来のカメラの感覚で理解できるよう「35㎜カメラ換算で50㎜」などと記載されています。

絞り

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絞りはレンズの使用面積つまり明るさを調節する単純な機構です。絞り機構はレンズ群の中間にあって、複数枚の金属羽根で構成されています。レンズ鏡胴の絞りリングで開閉を調節しますが、リング上のF値(絞り値)はレンズの解放 F値から順に公比 √2 の等比数列で並んでいます。すなわち目盛を1段増やすごとに有効径が、1 / √2ずつ小さくなる(採光面積が半分になる)ことを意味します。これは主として撮像面にあたる光量を適正に調節するためのものですが、これは人間の目の虹彩と同様、絞れば被写界深度が深くなり前後のピントも合いやすくなるという映像表現上の効果の大きな機構です。

シャッター

デジタルカメラとフィルムカメラで種類・仕組みが異なります。

シャッタースピード

シャッターは、世界をとらえる「一瞬」というものにどの程度の時間を与えるかを決める機構であり、その選択可能性が大きなものほどカメラとしての機能は優れているといえます。一般的なスチールカメラでは4秒から1/4000秒までの間を1/2倍間隔で選択できるようになっていて、これは絞りの1段に対応して撮像面にあたる光量を1/2ずつ調整する目的をもちます。「動くものを止めて写すか、動きを軌跡として写すか」といった、人間の目では直接見ることのできない視覚世界の表現に関わるものであり、写真に特有のものです。

ISO感度

ISO感度は、国際標準化機構(ISO)で策定された感度規格です。

フィルムカメラの場合は、撮影に使うフィルムによって ISO感度が固定となるので*1、絞りたければシャッタースピードを遅く、シャッタースピードを速くしたければ絞りを開ける・・といった調整をしなければ、適正な露出が得られませんが、デジタルカメラの場合、ISO感度は一定の範囲でブーストされるので(フィルムで言うと、コマごとに増感現像ができるので)、撮影の意図を優先して、絞りとシャッタースピードを自由に決めても、ISO感度が自動調整されるので適正露出で撮ることができます。

デジタルカメラには以下の3つの ISO感度があります。

もともと「ISO感度」は、写真フィルムに関する国際標準規格で、デジタルカメラにおける「ISO感度」という表現は、従来のフィルム感度の言い方を継承しているだけです。つまりフィルムを知っている世代の人間にわかりやすいように表現を継承しているだけで、デジタルネイティブの人にとっては逆にわかりにくいものとなっているようです。

デジタルカメラの「ISO感度」は、レンズから入ってきた光をカメラ内でどの程度増幅させるかを意味するもので、「感度」というよりは「入力レベル」と言う方が近いかもしれません。この値は、撮像素子の性能に応じて一定の範囲(つまり常用感度の範囲)で自由に変更できるので、例えば、絞りを変えずにシャッタースピードを2倍にしたい場合、ISO感度が2倍(電気信号が2倍)になれば綺麗に撮影することができます(つまり、撮影意図に応じて絞りとシャッタースピードは自由に選べるのです)。この場合の「ISO感度」は、もはや「感度」と呼ぶにはふさわしくないように思います。デジタル撮影において「適正露出」という概念自体が理解しづらいのも、説明しているの大人が「フィルム世代」だからかもしれません。以下のような表現をよく見かけますが、これはフィルム世代の思考回路による説明だと感じます。

手ブレしないようにするには、ISO感度の数値を上げましょう

これは、そうすることで結果的にシャッタースピードが上がるので、手ブレしにくくなるわけです。デジタル世代の人には、以下のような説明の方が直感的で理解しやすいのではないかと思います。

手ブレしないようにするには、シャッタースピードを上げましょう。
注)シャッタースピードを上げると当然露光量が減りますが、
  カメラが自動的にブーストするので適正レベルで保存されます。


撮影モード

撮影時の露出設定には、一般に以下の4つのモードがあります。

個人的な感想ですが、この4つの設定は「ISO感度固定を前提に絞りとシャッタースピードを調整する」というフィルムAEカメラの選択肢が継承されたもので、フィルム世代の「脳」がデザインしたからこうなったのではないかと感じます。デジタル撮影では「絞りとシャッタースピードを撮影者が自由に決められる」という点で「感度」の概念は不要とも言えるので、デジタル特有の新しい発想で撮影モードの選択肢をリ・デザインしてもよいのではないかと思います。RAWデータの画素値を決めるのは、絞り(開光面積)・シャッタースピード(露光時間)・入力レベルの3要因で、「入力レベルは自動調整されるので、絞りとシャッタースピードは、撮影者のお好みでどうぞ」というのがデジタルカメラのモード設定の基本にあるのが自然なのではないかと思います。

されに言えば、デジタルの場合、あらゆる選択行為がソフトウエアレベルで行われるので、わざわざ機械的に見えるダイアル類を作る必要はなく、インターフェイスのすべてをタッチパネルで実現可能です(余計な機構をつくると接触不良などのリスクも増します)。ということは「デジタルカメラの究極の姿はスマホのようなフルパネルコントロールのもの」とも言えるのではないかと・・・。

イメージセンサー / Film

像を記録する媒体には、デジタル、フィルムともに、様々な規格があります。当然ですが、媒体(素子)の面積が大きい方が画質が良く高価になります。
スマホのイメージセンサーは 1/2.3inch 程度。最新のものでは、1/1.14 inch まで拡大

イメージセンサーのサイズフィルムのサイズ
ImageSensor.png
FilmSize.png

出典:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sensor_sizes_overlaid_inside.svg

画素数・解像度




APPENDIX

写真についての「覚書」

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GUIDE

TOOL

DATA


*1 フィルムの場合、現像時に増感(あるいは減感)現像することを前提に、フィルムの仕様とは異なる値を設定して撮影することもできます。
*2 カタログ値ではコントラスト比 1000:1 で 140本/mm ということで、35mmのフィルム1コマは 5040本 × 3360本 =1693万画素となりますが、フィルムは剛性が低くまた厚みもあるため理論通りのシャープな画像を得ることは難しく、経験値的には 600万画素 〜 1000万画素と評価されるようです。
添付ファイル: fileImageSensor.png 37件 [詳細] fileFilmSize.png 37件 [詳細] fileDOF.png 230件 [詳細]
Last-modified: 2024-02-23 (金) 15:27:28