デジタルカメラについて

もはや現代人の必須アイテムともいえるデジタルカメラ。年々精度の上がる手ブレ補正機能はもちろん、最近では人の笑顔を自動的に捉えシャッターを押してくれるという優れものまであるそうですね!もうデジカメは人間よりもずっと賢い存在なんじゃないでしょうか。

そんな素晴らしいデジカメですが、いざ買いに行くと種類がありすぎて迷ってしまいますね。店頭で見てもさっぱり訳が分からないので、事前にデジカメの性能について調べてる事にしました。

デジタルカメラ (digital camera) とは、撮像素子で撮影した画像をデジタルデータとして記録するカメラである。世界で初めてコダックが開発したそうです。

一般に「デジタルカメラ」といえば静止画を撮影する「デジタルスチルカメラ」を指し、動画を撮影する「デジタルビデオカメラ」は含めない。現在では静止画撮影が可能なデジタルビデオカメラや、動画撮影が可能なデジタルスチルカメラが一般的になっており、双方の性能の向上もあってその境界線が徐々になくなりつつあるが、デジタルカメラはその中でも静止画の撮影に重点を置いたモデルを指す。

通常「デジカメ」と略称されるが、「デジカメ」は、日本国内では三洋電機や、他業種各社の登録商標である(2010年4月現在)。三洋は「『デジカメ』単体での使用は不問だが、『XXのデジカメ』(XXはメーカー名)のような記述は認めない」、と表明している。 本項で特にことわらない限りは、一眼レフカメラはデジタル一眼レフカメラを、コンパクトカメラはデジタルコンパクトカメラを指す。

分類

実態としてはおおむね下記の通りである。分類が困難な機種もある。

  • コンパクト・デジタルカメラ - レンズ交換が不可能で、撮像素子が1インチ以下のもの。
    • ネオ一眼 - 明るい20倍程度の高倍率ズームレンズを持った、比較的大きなもの
    • 高級コンパクトカメラ - 比較的大きな撮像素子(1/1.8型以上)を持ち、マニュアル操作に重点を置いたもの
    • (上記以外の)コンパクトデジタルカメラ - 小型化に重点を置いた一般向けの機種。市場の多くをこのタイプが占める
  • ミラーレス一眼カメラ - 一眼レフカメラのデジタル化の中で派生した形式で、レンズ交換が可能でありながら光学式ファインダーが省かれ、電子式ファインダーのみを持つ。
  • デジタル一眼レフカメラ - レンズ交換が可能で、ペンタプリズムなどによる光学式ファインダーを持つ従来の一眼レフカメラをデジタル化した形式。35mmフィルムと同程度の大きな撮像素子を持つものは「フルサイズ」と呼ばれる。
  • 中判デジタルカメラ - 35mmフィルムより大きな撮像素子を持つレンズ交換の可能な一眼レフ形式で、デジタルバックの形で提供されるものもある。従来は本体だけで100万円以上する高価なものであったが、2010年現在、80万円前後の一般向けのものも相次いで製品化されるようになった。

構造

全体構造

デジタルカメラの全体的な構成は、大きく分けて光学系と電子系、そしてそれらを保持する筐体に分類できる。 光学系はレンズと絞り機構であり、一眼レフでは光学式ファインダー用のレフレックスミラーとプリズムがこれらに加わる。機械式のシャッター機構を備えるも のもある。電子系は受光素子とメモリーを含む画像演算回路、記録装置、液晶表示器、ストロボ、操作スイッチ、電池などである。

光学系

撮像
基本的な光学系は銀塩カメラとそれほど差はない。同じ画角で同じF値のレンズを作る際に、撮像素子が小さいほど短い焦点距離のレンズ、つまり小さいレンズで済む。ほとんどのデジタルカメラの撮像素子は、35mmフィルムに比べて小さいため、レンズは35mmフィルム式のカメラのものよりも小さい。デジタルカメラの中でもコンパクトデジカメの撮像素子は特に小さいため、高倍率のズームレンズが小型の本体に搭載できる。

コンパクトデジカメの多くが沈胴式のレンズを備えることで、携帯性を高めている。

1眼レフ機種ではレンズ交換に対応するために、カメラ本体と交換レンズとの接続に関して規格があり、これは「レンズマウント規格」と呼ばれる。カ メラの本体側には「レンズマウント」と呼ばれる交換レンズの接合基部が設けられ、光路となる大きな開口部とその周囲の円環状の金属部分から構成される。レ ンズマウントには交換レンズ内の絞り機構やズーム機構などを駆動・制御するための配線用接点が設けられており、レンズマウント規格では物理形状だけでなく こういった電気信号類も規定している。
銀塩カメラのシャッター機構は機械式のみであったが、デジタルカメラでは機械式と電子式(電子シャッター)の2種類がある。一般に一眼タイプでは機械式、コンパクトデジカメでは電子式が採用される傾向がある。
ファインダー
ほとんど全てのデジタルカメラには本体の背面に液晶ディスプレイによる画像表示器が備えられており、これが撮影時の画像情報を得るファインダーとしても用いられることが多い。また、従来型の小穴を覗き込む透過形式のファインダーを装いながら、内部には電子式の表示面が備わっている電子ビューファインダーが搭載されているものもある。一眼レフカメラではペンタプリズムなどを用いた光学式のレフレックスファインダーが搭載されており、背面の液晶ディスプレイと合わせてそれぞれの役割の違いがメーカー各社ごとの特徴である。低価格な機種の中には、透過式の光学ファインダーを用いてコストを省くものもある。

撮像素子

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異なる。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。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、画質が劣ったCMOSは一部の安価な機種に搭載されるのみだった。その後、CMOSイメージセンサの性能が向上して 多くの問題点も対処が進められた。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るのに向いており、例えばA/D変換回路を内蔵するものがある。。

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り画質の差があり、測定値にも表れる。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依頼やフォトプリントでも精細な画像が得られる。撮像素子のサイズを変えずに画素数を増や すと、1画素あたりの面積が小さくなる。ダイナミックレンジが狭くなる、電気的なノイズ・歪みが多くなること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を抑える設計が必要であるため、画素数を増やすことには限界がある。  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 RGB(CMY) 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。このため、多様な色が検出できる最小単位は少なくとも3画素である。続く画像処理部では、それぞれの画素には本来測光しなかった他の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、 「偽色」と呼ばれる誤った色情報を生成したり不自然なノイズが生じる原因である。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。

電子式ファインダーと操作部

フィルムカメラのファインダーには幾つか異なる方式があるものの、全て光学式だった。デジタルカメラの場合も同様の構造が可能だが、ほとんど全ての デジタルカメラは、撮像素子で得た画像データを本体背面などのカラー液晶で表示することでファインダーとしている。この電子式ファインダーはプリズムやミ ラー、光路を必要とする光学式に比べて設計上の自由度が高い。単に撮影画像を表示するだけでなく、電子機器であるデジタルカメラ本体の操作画面としてや、 画像編集といった付加的な機能にも利用される。

背面液晶式カメラの多くが液晶表示部が背面に固定されているが、これを可動としたのがいわゆるバリアングル液晶であり、撮影者の視点や姿勢にあまり制約されることなく、ローアングル(低い位置からの撮影)やハイアングル(高い位置からの撮影)などの撮影が容易になった。

フィルムカメラでもデジタルカメラでも同様であるが、実際に撮影させる画像とファインダーで見える画像とが必ず同じ範囲であるとは限らない。実記録 画像が100%とした時のファインダー画像の大きさを%で示す「ファインダー視野率」という指標がある。デジタルカメラでは、比較的100%のものが多い。

シャッターボタンを含む操作用のスイッチ類は人間工学に配慮されている。一部の機種では電子式ファインダーである液晶画面にタッチパネルを組み込むことで、ファインダーの画面が操作面となるものもある。

画像処理部

撮像素子からのアナログ信号はアンプによって増幅され、高速アナログ/デジタル変換器によってデジタル信号に変換された後、DRAMのような半導体記憶素子に一時記憶として蓄えられる。画像処理専用に作られたASICが、この一時記憶領域から必要なサイズの画素を読み出しては演算処理を行い、一時記憶へ書き戻す。イメージセンサの画素数の増加とそれに伴い求められる処理性能の上昇に合わせて、次々と演算処理速度の高いICが開発されている 。

記録部

画像を記録するには、一般にフラッシュメモリが使用される。ICチップによる内蔵固定式やメモリカードを差し込む内蔵交換式などの記録媒体がある。

記録媒体
撮影された画像データの記録・保存には、主にフラッシュメモリを内蔵したメモリーカードが使われる。かつては民生用としてコンパクトフラッシュやスマートメディアが、業務用としてPCカードタイプのハードディスクやマイクロドライブが利用されていたが、2010年現在ではいずれもSDメモリーカードが主流である。
記録情報の内容について、カメラ映像機器工業会 (CIPA) によってファイル名などに関する規則であるカメラファイルシステム規格 (DCF) が規定されている。メモリーカードのルートディレクトリ上に作成される「DCIM」(Digital Camera IMagesの略)ディレクトリ、その下のサブディレクトリの命名法などがメーカー間で統一されているため、1枚のメモリーカードを異なるメーカーのデジ タルカメラで使いまわしてもデータが混ざったり混乱が生じない。また、他のカメラで撮影した画像を表示させることができる機種もある
フラッシュメモリーは不要な画像をいつでも消去できるうえ、大容量低価格化によって数千枚から数万枚もの画像を保持できるようになった。

外部接続

画像をやり取りするために外部との接続端子を持つ機種では、USB端子を備えるものが多い。メモリーカードをパソコンやプリンターに差し込んで接続したり、DPE店へ預けたりする方法でも画像情報を利用することが可能である。パソコンのすべてが適切なメモリーカード用スロットと備えているわけではなく、多くの機種ではUSBのような汎用的なインタフェースを備えることで、カメラ側にメモリーカードを装着したままパソコンなどで読み書きできるようにしていることが多い。

また、USBを経由することで、戸外で多くの撮影を行う場合でも、ノートパソコンなどよりも小型軽量のUSB対応外部記憶装置へ画像情報を大量に保存するような利用法が可能である。USB経由でプリンターへの出力も可能である。

ストロボ部

ほとんどの機種では夜間撮影などのためにストロボ発光機能を備えている。必要な電圧までコンデンサに充電することで電気エネルギーを蓄えて、シャッターボタンによる操作でストロボを発光させる。ただし、コンパクトデジカメのストロボは3-5m程度の距離しか有効な光量を作れない。また、多くの機種では筐体上部などにアクセサリーシューが付いており、オプションで外部ストロボが取り付けられる。

電源

携帯電子機器であるデジタルカメラの電源はほとんどが、内蔵される充電式バッテリーによる。デジタルカメラはほとんどすべての機能が電子回路によって実現されているため、フィルムカメラよりも消費電力が 大きい。比較的多くの枚数を記録できることもあって、大容量で大きく重いバッテリーを内蔵していることが一般的である。ほかの方式より軽量で容量の大きい 専用のリチウムイオン電池を採用する機種が多い。シャッターを切ったりフラッシュメモリに書き込んだりフラッシュライトを点灯する時は特に大電流が必要で あるため、このパルス放電に対応したバッテリーとしてニッケル水素電池が多くの機種で採用された。ニッケル水素電池を外出先で消費し切った場合は、入手性 の高いアルカリ乾電池が使用可能であるものが多い。。 メーカーはカメラ本体だけでなく、消耗品、周辺機器も含めたトータルで利益が出ればよい。特に電池はメーカー、機種ごとに異なることが多いので、予備の電 池が必要な場合、新しいカメラを購入したときは電池も購入する必要がある。予備電池の価格は比較的高めにつけられている場合が多い。そのため、純正品以外 にも多くの互換電池が出回っている。代表的なメーカーに台湾のロワなどがある。カメラメーカーの中には、互換電池が作れないようにプロテクトを施しているメーカーもある。

筐体

不安定な手持ちでの操作や衝撃・塵埃の多い環境で用いられることが多いカメラの本体を構成する筐体(ボディ)には、内部の脆弱な光学部品や電子部品 を支え保護するために堅牢性や気密性を維持することが求められ、同時に軽量であることが求められる。筐体は、アルミ合金等の金属製の骨格に、多数のエンジニアリングプラスチックなどの合成樹脂によるフタやグリップ、緩衝材が取り付けられているのが一般的である。

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