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撮像素子について~画像センサーのサイズや変換の仕組みなど

皆さんこんにちは。撮れ高映像部スタッフの平良です。

皆さん、撮像素子という言葉を聞いたことがありますか。デジタルカメラで写真や映像を撮影した時に、画像データを作成するうえで重要な部分です。今回は撮像素子について学んでいきます。

撮像素子とは?

デジタルカメラにおいて撮影とは、レンズから透過された被写体の光を画像データに変換して出力することです。カメラ内には撮像素子と言われる、データ変換を行うための部品が内蔵されています。従来のカメラで言うフィルムの役割を担う撮像素子はイメージセンサーとも言われ、現在のデジタルカメラのほぼ全てに内蔵されています。フィルムにかわり、光をフォトダイオードという受光素子が感知して光の映像情報を電気による情報へと変換するのが撮像素子の役割です。

より高画質な写真は、画像センサーサイズとレンズの大きさによって決まってきます。レンズは交換できますが、画像センサーは交換できません。そのため、画像センサーがどのサイズなのかは、カメラを選ぶ上でとても重要です。

画像センサーのサイズ

デジタル一眼レフカメラのセンサーサイズ

・35mmフルサイズセンサー(約36×24mm) 
・APS-H(27.9×18.6mm機種で異なる) 
・APS-C機用(Canon:22.3×14.9mm、Nikonなど:23.6×15.8mm) 
・フォーサーズ(約18×13.5mm)

コンパクトデジタルカメラ

・1/1.8型(約7.18×5.32mm) ・1/2.3型(約6.2×4.6mm)

スマートフォン

・1/3.2型 ・1/4型

下の写真は画角を比較したものになります。

APS-C
35mmフルサイズ

イメージセンサーはサイズが大きいほど画質も良くなります。1画素あたりの面積も大きくなれば、受光量が増え、1画素が受光できる情報量が増えます。画素1粒の大きさで成り立っており、イメージセンサーの大きさと画素数の2点が画質に関係しているということです。

光の映像情報を電気による情報に変換する仕組み

デジタルカメラの場合、撮像素子がレンズからの受光を経て発生する電子を利用します。

①マイクロレンズがフォトダイオードのセルに効率よく光を集めます。

②カラーフィルターによって光の色成分をRGBあるいはCMYに分解します。

③フォトダイオードが受光すると強弱に応じて電子を発生させます。

電子1つは小さいので、画像処理回路間に電子を増幅のためのアンプを配置して信号を増幅させます。シャッターが閉じていると電子が小さい状態を保持しますが、シャッターが開くとフォトダイオードは受光した光の強さに応じた電子を発生させて蓄えます。

シャッターが閉じたとき、蓄えた電子がある部分に隣接した部分の電子を低くして、蓄えた電子を移動させます。この作用を繰り返すことで、電子をアンプまで転送し、増幅することで電気信号へと変換します。つまり、1つ1つのフォトダイオードが画像を構成する部分の光を電気信号に変えて、画素単位の情報が集まり、一枚の写真として画像情報が構成されます。

カメラの画質を左右するのは光であり、その光を多く取り込めるかがポイントで、その要素の一つとしてイメージセンサーが重要な存在であることを理解することができました。

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