写真の基礎

写真の超基本!写真がどんな仕組みで撮れるのか解説するよ!

2018-11-02

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カメラってどういう仕組みで写真が写るのかって疑問に思いませんか?
ファインダーに映し出される世界がすぐに写真になるんですよ。不思議ですよねー。

カメラの電源を入れてシャッター押すだけじゃん
DC
リチャルド
あわわ。DC、そんなこと言ったら元も子もないですやん・・・
リチャルド
でも、写真が写る仕組みが理解できると写真の超基本の露出がよくわかるんだよ!
ふーん。じゃあ、勉強してみよっかな
DC

という訳で、写真を撮るうえで是非とも理解しておきたい露出の仕組みの元となるカメラで写真が写る仕組みについて今回は解説してみたいと思います。

カメラは眼とよく似た仕組み

カメラの構造というのは、実は人間の眼の構造にとても似ていて、眼で物を見ている事とカメラで写真が撮れる事は仕組み的には同じです。

構造としては、それぞれ下のイラストのような仕組みです。

どちらも物体に反射して入ってくる光を、光の量を調節する→レンズで焦点を合わせて像を映し出す→光の情報を読み取る→記録するという流れです。

共通する基本的な部分について、それぞれ見ていきましょう。

物体の像を映し出す水晶体・レンズ

物に反射した光が眼やカメラレンズに入ると、眼の中にある水晶体と言われる部分やカメラレンズ内のレンズが光を屈折させて焦点を合わせ、光を読み取る箇所(網膜やイメージセンサー)に像を結ぶ役割を果たします。

物理が苦手な人には、ちょっと耳の痛い内容ですよね(^^;

リチャルド
僕は物理が苦手ですーw

ただ、光とレンズの物理現象の理解が写真の良し悪しには関係ないのでご安心ください!

ちょっと乱暴に言えば、レンズや眼に届いた光は、レンズや水晶体を通ると折れ曲がり、光が入ってきた反対側に上下左右が反対になった物体を映し出すってことです。
これは、論より証拠って事で、下の画像のレンズ部分を見てください。

レンズをマウント側から見ると、レンズの中のカエルさんが逆さまに見えていますよね。 このようにレンズは、物体をレンズの反対側に上下左右が逆になった像を映し出しているって訳です。 それを読み取る部分に映し出すのレンズの役目です。

光の量を調節する虹彩・絞り

レンズを通って網膜やイメージセンサーに届く光の量を調節する機能を果たすのが、虹彩や絞りです。

これはレンズに入る光の量が多い場合(明るい場合)、虹彩や絞りが光を通す穴を小さくして光を減らしたり、逆に暗くて全ての光を通す場合には大きく穴を広げる事で調節します。

左:絞りが閉じた状態 右:絞りが全開の状態(絞り開放と言います。)

また、絞り機能は、単純に光の量を調節だけでなくピントが合う幅(被写界深度)を決める重要な要素の一つなので、この絞りの役目についてはよく理解する必要があります。

絞りの事を説明すると長くなるので、別記事にまとめていますのでこちらを読んでみてください。

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リチャルド
現代の電子式レンズでは、自動絞りといってファインダーを覗いている時には全開状態で、シャッターを押した瞬間にだけ絞りが指定の絞り値まで閉じる仕組みになっています。絞りが閉じた状態だと光量が少なくてファインダーが暗いですからね。ただ、これだと被写界深度が確認できないので、カメラには絞り込みボタンが付いています。このボタンを押すと指定の絞り値に絞りが閉じて被写界深度を確認する事ができるようになります。

光を認識する網膜・イメージセンサー

レンズを通ってきた光の情報を読み取る機能を果たす部分が、網膜やイメージセンサーです。

網膜は、なんと一億個以上の光を感じる細胞などで構成される部位で水晶体が映し出した像を光の刺激として脳に伝達する役割を果たします。
カメラで、この網膜と同じ役目を果たすものが、イメージセンサーという半導体部品です。 レンズを外してカメラ本体内を覗くと見える板状の部品です。

一眼レフの場合には、前にミラーがあるのでミラーアップすると見えます。ミラーレス一眼は直接見えています。

このイメージセンサーとレンズの基本について解説した記事もありますので、良ければ読んでみてください。

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このイメージセンサーは、眼で見る分にはただの板ですが、すごーーく拡大していくと光の情報を読み取るための画素とか素子ピクセルと呼ばれる極小の部品が無数に並んでいて、一つ一つが光の情報を読み取ってデジタルデータに変換します。

そして、このイメージセンサー上にレンズが像を映し出す事で、画素が光の情報を読み取り、そのデータを集めて並べたものがデジタル写真となる訳です。 デジタル写真は、点描画みたいなものってことです。

ちなみに、カメラやスマホなどの性能を表す時に使われる”◯◯万画素”というのは、イメージセンサー上に画素が何万個並んでいるのかを表しています。画素が多い程、デジタル写真のピクセル数が増えるので高精細なデータとなります。
ただ、一概に画素数が多ければ写真が綺麗になるとは言い切れません。 詳しくは、以下の記事で解説しています。

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フィルムカメラの場合

フィルムカメラの場合には、イメージセンサーの部分がフィルムになります。
写真フィルムは、膜状のポリエステルなどに光を浴びると化学変化を起こす感光剤(主として銀化合物)を塗布したものです。

シャッターが開いてフィルムに光が当たると、感光剤が変化する事で像を記録します。

リチャルド
フィルムに感光剤として銀化合物を使用していることから、フィルムカメラの事を銀塩カメラとも呼ばれたりします。

読み取った光の情報を映像化する脳・画像エンジン

人は、網膜で読み取った光の刺激を視神経を通じて脳に送って複雑な処理を行うことで、物体を見ると認識しているそうです。

デジタルカメラの場合も同じで、イメージセンサーが読み取った光の情報は、そのままでは厳密には写真(画像ファイル)にはなっていません。

リチャルド
イメージセンサーが読み取った生データの事をRAWデータと言います。

読み取った情報を画像ファイル化するために、カメラ内では画像エンジンと呼ばれる半導体部品に情報を送って画像処理を行うことで画像ファイルに変換しています。
この変換が行われて初めて、正式に画像ファイルとなりPC上で見たり、印刷したりできる状態になります。

なお、レンズが映し出す像は上下左右反対になると書きましたが、脳や画像エンジンがその逆さまになった像を回転させているので、眼で見える世界や写真は上下左右が正常な状態として認識されます。

RAWファイルについては、以下に関連記事を書いています。

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リチャルド
フィルムカメラでは、撮影したフィルムを印画紙に焼き付ける作業のことを現像と言います。これにちなんで、デジタル写真でもイメージセンサーが読み取ったRAWデータを画像ファイルに変換することを現像処理と呼びます。

 

カメラだけの機能

基本的な写真が写る構造は、これまで書いてきたように眼と同じなのですが、写真を撮るためにカメラだけが持っている機能があります。
ここからは、それらの点についてみてみます。

シャッター/シャッタースピード

人が見ている世界は常に動いているので、言わば動画の世界ですが、写真は瞬間を切り取った静止画の世界です。
このため、記録する時間を決めるシャッタースピードという考え方があります。

イメージセンサーの前にシャッターは付いていて、シャッターボタンを押した瞬間に設定された時間だけシャッターが動作します。このシャッターが開いている時間分の光の情報が記録されるというのが、写真の特徴と言えます。

これにより、高速なものでも止まっているように写したり、逆に長い時間の光の軌跡を静止画にしたりと、写真特有の表現がこれによって可能となります。

リチャルド
イメージセンサーやフィルムに光が当たる時間の事を露光時間と言います。なので、何十秒もシャッターを開けておくことを長時間露光と表現します。

シャッタースピードについて、詳しくは以下の記事にまとめていますので、こちらもみてください。

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レンズ交換

眼で見える世界は常に一定の範囲でしか見えませんよね。

しかし、色々な種類のレンズを使うことで遠い一部分を拡大してみたり、広範囲を引いてみたりと色々な見え方にすることができます。
身近なもので言えば、虫眼鏡や望遠鏡、顕微鏡といったあたりですね。

カメラの場合、一眼レフなどのレンズ交換式カメラでは、レンズを色々な種類に交換することで写す範囲を変えることができます。
遠くのものを大きく写す望遠レンズ、眼で見えるよりも広範囲を写す超広角レンズ、小さなものを拡大して写すマクロレンズなど様々な種類のレンズがあるので、レンズを使い分ける事で色々な表現ができる点も特徴です。

また、カメラレンズには、写る範囲が可変のズームレンズと範囲が固定された単焦点レンズがあり、どちらも良い点があります。
その特徴については、以下の記事にまとめてあります。

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ISO感度

普段の生活している分には気付かないことなのですが、人の眼が見ることができる明るさの範囲というのは、実はとても広いんです。

例えば、夏の日差しが強い日に暗い屋内から外に出ると一瞬白くまぶしいですが、しばらくしたら普通に見えますよね。
逆に夜に明かりを消すと消した瞬間は真っ暗で何も見えませんが、これもしばらくすれば暗さに慣れてうっすらと見えるようになります。
このように人の眼は、明るい状況から暗い状況まで幅広く見ることができるんです。

これに対して、カメラが写せる明るさの幅はとても狭いのです。
このため、これを補うものとして、光の強さに対してどれだけ敏感に反応するのかを決めるISO感度(いそかんど)という設定があります。

この設定が高いと弱い光(暗い場所)にも反応して写真を写す事ができます。 なので、屋外などの明るい場所ではISO感度は低く、屋内の暗い場所ではISO感度を高くというような設定の仕方となります。

ただ、このISO感度には、デメリットもあるので注意が必要です。詳しくは、以下の記事に詳しく書きました。

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まとめ

リチャルド
どうだい?DC 少しは理解できたかな?
目の作りとカメラの作りが一緒って事は少しは分ったけど複雑だぁー
DC
ま、とりあえずシャッター押せば、カメラが勝手に色々やってくれて写真が写るって事だね!
DC
リチャルド
ありゃー
リチャルド
でも、少し理解できたら後は写真と撮るうちに分かってくるよ!

皆さんは、どうでしょうか?
基本的な仕組みは、眼やカメラは基本的に同じで、ただ、少しカメラ特有の考え方があるって事でお分かり頂けたでしょうか?
本記事で紹介している他の記事も読んで頂ければ、もっとカメラについての理解が深まるかと思うので良ければ読んでみてくださいね。

カメラの構造が理解できてくると、露出のイメージもし易くなってきて、露出のコントロール方法を覚える事ができて撮れる写真の幅も広がりますので、ザックリでも良いのでぜひ覚えてみてください!

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