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構造について

光学信号である画像を電気に変換する撮像素子(光学センサ)は、CCDイメージセンサかCMOSイメージセンサが用いられる。この点が光化学反応を用いる銀塩フィルム式のフィルムカメラと大きく異なる点である。撮像素子の受光面の大きさは、通常のフィルムカメラで用いられる35mm判フィルムの1コマよりも小さいものが大多数である。半導体素子そのものである撮像素子は、その大きさが部品価格の主要な決定要素であるため、比較的廉価なコンパクトデジカメでは1/3インチから2/3インチが、上位価格帯を占める一眼レフタイプではより大きなAPS-Cサイズが用いられる傾向がある。また、一部の高級機種や業務用機種には35mmフルサイズや中判など、銀塩フィルムと同等サイズの撮像素子を搭載する製品もある。
撮像素子は長年CCDが主流で画質に劣るとされたCMOSは一部の安価な機種に搭載されるのみであったが、その後、CMOSイメージセンサの性能が向上して多くの問題も対処が進められたため、CMOSの特徴である低消費電力性や低価格なこともあり、一眼レフを中心にCMOS搭載機種が増えてきている。CMOSは低消費電力であり、また、CMOSによるデジタル回路を同じシリコン基板上に構築しやすいので高機能な駆動回路をセンサ側に作り込むのに向いており、例えばA/D変換回路を作り込むものまで現われているいる。。
一般に撮像素子が大きいほど色再現性、感度、ノイズ、ダイナミックレンジなどあらゆる点で有利である。とくに同じ時代に設計された撮像素子同士の比較ではサイズによる画質の差は歴然としており、測定値にもはっきりと表れる。また、同じ画角・同じF値における被写界深度が浅くなるため、対象物だけにピントを合わせて背景から浮き上がらせる「ボケ」の効果が得られやすい。反面、撮像素子が大きいとボディが大型化し、高価になる。また画素数が多いほど描写は精細になり、大きなサイズでのDPE依頼やフォト出力のプリントでも細かい画像が得られるが、撮像素子のサイズが同一にて画素数を増やすと、1画素あたりの面積が小さくなり、情報量が低下するため、ダイナミックレンジが狭くなる、電気的なノイズ・歪みが多くなる事からむしろ画質を損なう場合もあるので、撮像素子や処理回路でノイズなどを極力抑える配慮も必要になるため、画素数を増やすには限界もある。  コンパクトなボディに大きな撮像素子を搭載した機種も存在する。2010年現在用いられている撮像素子の多くが、1つの画素で多様な色の識別は行えず、画素を構成するそれぞれのフォトダイオードの上に CMY(RGB)の内のいずれか1色のフィルターを配置することでそれぞれの色を検出するようにしている。このため、多様な色が検出できる最小単位には少なくとも3画素分が必要となる。続く画像処理部ではそれぞれの画素には本来存在しなかった他の2色分の色情報を周囲の色から作り出すという処理が行われる場合があり、時には「偽色」と呼ばれる誤った色情報を生み出したり不自然なノイズを生じる原因となっている。このようなノイズや画素数の実質的な減少を避けて、可能な限り画素数を増やしたいプロ仕様の上級機種では、入射光を3個ほどのプリズムによって CMY(RGB) という波長帯別に分離してから、それぞれの光を1枚ごとの撮像素子で電気に変換する仕組みを備えるものもある。

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