どうもこんにちは!
あなたの専属フォトアドバイザーのnikoです。

今回は「撮像素子の構造」についてお話していこうと思います。
「撮像素子って何?」と思った方はこちらのページでお話ししています。

「撮像素子の構造」の話はかなり専門的な話になりますので、「後でいいよ!」と思ったら、読まなくても大丈夫です。

あと、「撮像素子の構造」を知っているメリットは「カメラを購入する時」です。一眼レフカメラの「スペック表」に必ず記載されています。「撮像素子の構造」を知っていると、長所・短所がわかり、より深くカメラを選ぶ事ができます。

それではお話をしていきます。
撮像素子が写真データを作るしくみ

まず、「撮像素子」が受け取った「光」をどうなるのか。イラストを用意しました。ご覧ください。

「撮像素子」の表面には、1000万個とか、2000万個の「フォトダイオード」と呼ばれる光を受け取る素子(受光素子)が並んでいます。

私たちが写真を撮ると、外部から入ってきた光を「フォトダイオード」が受け取り、電気信号に変換します。そして最終的にその電気信号が合成されて1枚の「写真データ」になります。

したがって、この1つ1つの「フォトダイオード」が写真の上で画素を構成します。そして、この「フォトダイオード」の数が、1000万個あるとすれば、写真を校正する画素も約1000万個あることになります。

以上から、1つの「撮像素子」の「フォトダイオード」の数が多いほど、「画素数」が多いことになり、写真に写る点の数も多くなります。それが写真では高画質と呼ばれる理由です。

最近のコンパクトデジタルカメラでは、800万以上の画素数が多くありますが、写真の「良し悪し」は「画素数」だけでは全く判断できません。

「撮像素子の大きさ」「画素数」「画素ピッチ」を踏まえて「写真データ」の綺麗さが決定します。その事は後日お話しさせていただきます。
撮像素子の構造について

「撮像素子の構造」には大きく分けて4つの種類があります。
  • CCDセンサー

  • CMOSセンサー

  • スーパーCCDハニカムセンサー

  • Foveon X3センサー

  • ベイヤー配列式センサー

一眼レフカメラの「撮像素子」の構造はこの4種類のいずれかになります。
次はこの4種類を解説していきます。
CCDセンサーの構造はどうなっているの?

まずCCDセンサーの構造を見て頂きましょう。

CCDセンサーはデジタルカメラ初期から現在まで、撮像素子として最も長く使用されているものです。

フォトセンサーの形は真四角(正方画素) です。CCDセンサーはフォトセンサーで光を受けてそれをコントロール処理する「制御回路」が別の場所にまとめて配置されています。

あと、CCDセンサーは画素の中にトランジスタなどを設置する必要があるCMOSに比べ、フォトダイオードの面積を確保しやすいという利点があります。そのため、コンパケトデジタルカメラに搭載するような小型センサーの分野では特に有利です。
CMOSセンサーの構造はどうなっているの?

次はCMOSセンサーの構造をイラストで見て頂きましょう。

CMOSセンサーもまた歴史の長いセンサーです。デジタルカメラに本格的に使用されるようになったCMOSセンサーはキヤノンのEOS D30からです。

フォトセンサーの形はCCDセンサーと同じく真四角(正方画素) になってます。

CMOSセンサーは「制御回路」が1つ1つのフォトセンサ一部に組み込まれています。ですから、撮像素子全体の中で、あるセンサ一部分だけに限定して制御するということも可能で、そうした機能を活用したのがニコンの一眼レフに搭載されている「クロップ撮影モード」です。

あと、転送方法に関してですが、バケツリレー式にデータ転送が行われるCCDに対し、CMOSセンサーは1つひとつの画素のデータを直接読み出すX-Yアドレス方式を用いています。

そのため、データ転送の高速化と低電力化に優れています。また、センサーの一部分だけを利用するといったことが行えるのも、CCDとは大きく異なる点です。

今後の撮像素子の傾向としては、CCDセンサーからCMOSセンサーに変わっていくだろうとも言われています。
スーパーCCDハニカムの構造はどうなっているの?

次はスーパーCCDハニカムせんさーの構造を見て頂きましょう。

スーパ一CCDハニカムは富士フィルムが独自で開発し、製造しているものです。

基本的にはCCDと同じ構造なのですが、最大の特徴はフォトセンサーが正方形ではなく蜂の巣のように八角形をしていることです。

この形にすることで同じ占有面積内で、より大型のフォトセンサーを作ることができるため高感度の画質に有利です。
Foveon X3センサーの構造はどうなっているの?

次はFoveon X3センサーの構造をイラストで見て頂きましょう。

Foveon X3センサーはR ・G・Bそれぞれのフィルターを持ったセンサーを1つの層に並べ、それを3層に重ねて配置しています。ちょうどカラーフィルムと同じ考え方です。

この方式の最大のメリットは、ベイヤ一方式では避けることができなかった偽色や色モアレの発生がなく、そのためローパスフィルターの必要がないことです。
ベイヤー配列式センサーの構造はどうなっているの?

次はベイヤー配列式センサーの構造を見て頂きましょう。

ベイヤー方式センサーはR・G・B3色のフィルターを持ったフォトセンサーを平面上に市松模様のように並べて配置し、各センサーの情報を取り込んでカラー画像に仕上げています。
Foveon X3センサー とベイヤー配列式センサーの構造の違い

ベイヤー配列式センサーでは1画素につきR・G・Bいずれかの情報しか持てませんが、3層式の構造を持つFoveon X3センサーは1画素でRGBフルカラーの情報が得られます。

また、原理的に偽色が発生しにくく、ローパスフィルターを必要としないという利点も合わせ持っています。

今回は、「撮像素子の構造」をお話ししました。
それでは。nikoでした!
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