u8国际

光のなぞ 光や色のたのしい知识がいっぱい!

光を记録する

カメラのしくみって?

カメラに欠かせないもの

カメラの种类はさまざまで、现在、数百におよぶ机种があるといわれます。しかし、「写真を撮影(さつえい)する」という目的のカメラには、外侧のボディ以外にかならず备わっている部品があります。それは以下の3つです。この3つ以外の部品や机能がなくても撮影(さつえい)できますが、この3つのうちひとつでも欠けると、写真になりません。

  • 光を集めて像をつくる部品=レンズ
  • 光を感じ取って记録する部品=感光材料(フィルムやセンサ)
  • 感光材料に光を当てる时に开く部品=シャッター

なお、先にしょうかいしたピンホールカメラには、レンズは使われていません。しかし、「像をつくる」というはたらきは、レンズのかわりに小さな穴(针穴)が受け持っています。また、ごく初期に作られたカメラには、现在のようなシャッターはなく、レンズのキャップを开け闭めしてシャッターにしていました。
また、デジタルカメラでは、シャッターに相当するはたらきを电子回路が担っています。电気の流れをコントロールすることによって、シャッターのように露出(ろしゅつ)时间を调节するのです。

一眼レフカメラのスケルトン図

一眼レフカメラのスケルトン図

レンズのしくみ

レンズとは、ガラスやプラスチックで作られた光をくっ折させるうすい部品のことです。ただし、カメラのしくみを考える场合、レンズそのものだけでなく、ピント调节や光の量を调节する部品も合わせた、レンズシステム全体を指すことがほとんどです。

现在のカメラ用レンズ(レンズシステム)には、多い场合には20枚以上ものレンズが组み合わされています。これは、1枚のレンズではどうしてもさけられないさまざまな収差と呼ばれる光のズレを、复数のレンズを组み合わせることで取りのぞくためです。収差があると、像のシャープさが失われたり、コントラストが悪くなってしまいます。カメラ用レンズでは光の通り方をコンピュータで计算して、最适な像ができるように设计しています。

カメラには、ピントを合わせる装置も必要です。ふつうの撮影(さつえい)では、レンズを前后させることでピントを合わせますが、コンパクトタイプのカメラでは、このための装置はボディ侧にあります。しかし、一眼レフをはじめ多くの高性能カメラでは、ピント调节のしくみはレンズシステムに组みこまれています。

ピントが合った画像を撮影(さつえい)するためには、レンズの全体または一部を前後に移動 させてピント合わせを行う必要があります。
一眼レフ用カメラのレンズシステムの主なピント合わせのしくみには、ヘリコイドと呼ばれるネジを使うものと、カムと呼ばれる沟(みぞ)のある筒(つつ)を使うものがあります。特にカムによるピント合わせでは、撮影距离(さつえいきょり)に応じて复数のレンズを别々に动かすフローティング)や、ズームレンズでは焦点距离(しょうてんきょり)に応じてピントを合わせる量を変える复雑なしくみがあります。

なお、レンズにはフィルムやセンサーに届く光の量を调节するしくみも组み込まれています。これが「しぼり」です(后でくわしく説明します→しぼりとシャッター)。

ズームレンズ

ズームレンズ

単焦点(しょうてん)レンズ

単焦点(しょうてん)レンズ

いろいろなピント合わせ方法

いろいろなピント合わせ方法

オートフォーカス(ピント调节)

ピントの调节は前述したようにレンズを前后させて行いますが、现在、ふつうに使うカメラのほとんどが自动でピントを合わせるオートフォーカス机能を持っています。ただし、オートフォーカスといってもさまざまな方式があり、一长一短です。ここでは、距离(きょり)を测る基本的なしくみと、现在のコンパクトタイプのデジタルカメラで一般(いっぱん)的な「コントラスト検出方式」についてしょうかいしましょう。

巻き尺などを当てるのではなく、手の届かないところまでの距离(きょり)を测るには、叁角测量という方法が使われます。これは「その1辺の长さと2つの顶点の角度がきまれば、その叁角形が决まる」という原理に基づいています。

たとえば図の础から叠までの距离(きょり)を测るとします。まず、叠から颁までの距离を测り、さらに角产と角肠を测れば、叁角形础叠颁が决まりますから、础と叠の距离(きょり)は计算できることになります。
実際のカメラではB’(カメラのファインダー)からA’(被写体(ひしゃたい))をまっすぐにのぞき(角b’は直角になります)、カメラの中のC’にある小さな鏡をA’が映るように回転させます(この角度が角c’になります)。B’とC’の距離(きょり)はわかっていますから、三角形A’ B’ C’の大きさがわかり、A’とB’の距離(きょり)も計算できる…というしくみです。
なお、この原理で被写体(ひしゃたい)までの距离(きょり)を调べるには、少なくとも2つの窓が必要です。コンパクトカメラなどにファインダー以外の窓(测距窓(そっきょまど))があるのはこのためです。

一方、多くのデジタルカメラなどでは、コントラスト検出方式というピント合わせ技术が用いられています。これは、実际に撮像(さつぞう)センサに写る像を调べながらレンズを前后に动かし、いちばんコントラストが高くなる位置=ピントが合う位置でレンズを止めるしくみです。ただし、この方式では模様のない壁(かべ)を撮影(さつえい)する场合や、暗くてコントラストがはっきりしないときなど、うまくピント合わせできない场合があります。このため、多くのデジタルカメラでは、ピントを调べる场所をいくつも用意して、それぞれのピントの合い方を比较(ひかく)しながら计算して调节する机能が搭载(とうさい)されています。

この他に、一眼レフデジタルカメラでは、像を调べてピントが合う面の位置を検出する位相差検出式(いそうさけんしゅつしき)のオートフォーカスを持つものが一般(いっぱん)的です。また、以前はカメラから超音波(ちょうおんぱ)を出し、被写体(ひしゃたい)ではね返ってくるのをとらえて、コウモリのように距离(きょり)を计算する方式もありました。最先たん技术としては、画面の中にある「颜」を検出してそこにピントを合わせるタイプのオートフォーカスも実现しています。

叁角测量の図

叁角测量の図

距离计(きょりけい)のしくみ

距离计(きょりけい)のしくみ

コンパクトカメラの测距窓(そっきょまど)写真

コンパクトカメラの测距窓(そっきょまど)写真

コントラスト検出のしくみ

コントラスト検出のしくみ

しぼりとシャッター

フィルムや撮像(さつぞう)センサなどが正确に「光を感じ取って记録する」には、そのフィルムや撮像(さつぞう)センサなどにとって「ちょうど良い」量の光を当てる必要があります。なぜなら、光の量が少なすぎれば(暗すぎれば)、フィルムでは化学反応が起きず撮像(さつぞう)センサでは电気信号が発生しないからです。逆に、光の量が多すぎれば(明るすぎれば)、フィルムにぬってある光を感じる薬品が、ほとんどすべて反応してしまいます。また、デジタルカメラの撮像(さつぞう)センサでは计算できないレベルの电気信号が発生してしまいます。
そして、この光の量の调节を行っているのが、「シャッター」と「しぼり」です。

※&苍产蝉辫;シャッターには、不必要なときにフィルムに光を当てない…という役割も持っています。

シャッターにはさまざまな形式がありますが、现在の银塩カメラでもっとも多く用いられているのは、レンズシャッターとフォーカルプレーンシャッターです。レンズシャッターでは小さな仕切り板がレンズの中に置かれていて、バネの力で猛(もう)スピードで开闭するようになっています。完全に开いてから完全に闭じるまでが露出(ろしゅつ)时间(シャッタースピード)になります。レンズシャッターはコンパクトで比较(ひかく)的シンプルなため、コンパクトカメラに多く用いられています。

なお、よく「シャッタースピードは250分の1」などといわれますが、この「何分の1」は秒で、シャッターが开いている时间(=露出(ろしゅつ)时间)を示しています。当然、露出(ろしゅつ)时间が长くなればなるほど、たくさんの光がフィルムに当たります。

レンズシャッターはレンズの途中(とちゅう)にあるため、闭じているときは光が通りません。ですから、レンズを通った光をピントグラスで见る一眼レフでは、レンズシャッターを用いることができません(※注)。そこで、多くの一眼レフカメラでは、フィルム(感光材料)の直前にシャッターが置かれています。これがフォーカルプレーンシャッターです。
フォーカルプレーンシャッターは2枚の幕で构成されており、それぞれが别々に动きます。先幕(さきまく)が开いて露出(ろしゅつ)が始まり、露出(ろしゅつ)を终えるときは后幕(あとまく)が闭じます。レンズシャッターに比べて动かす幕が大きいので、动き自体はややおそくなります。このため、先幕が开ききらない间に后幕をスタートさせることで、フィルムの1点に光が当たる时间を短くしています。

※注
特别なしくみを用いてレンズシャッターを使用する一眼レフもあります。このような机种では、フィルムの前にフォーカルプレーンシャッターに似た遮光板(しゃこうばん)があり、ミラーやシャッターの动きと连动させる复雑なしくみが用いられています。

しぼりは、感光材料に「一度に」当たる光の量を调节するしくみです。多くのしぼりは、复数のうすい金属板を组み合わせた复雑な构造をしており、入ってくる光の束の直径を连続的に変化させています。このようなしぼりができる以前は、レンズのところに丸い穴のあいた板を差しこんで、しぼりにしていました。しぼりを変えるときは、大きさのちがう穴があいた板に差しかえるしくみでした。
なお、ふつう、しぼりの开き加减は口径比(こうけいひ)(焦点距离(しょうてんきょり)を口径で割った値)で表され、数字が小さいほどしぼりが开かれ、多くの光が入ります(数字が大きくなるとこの逆)。

フォーカルプレーンシャッター

フォーカルプレーンシャッター

しぼりの原理図

しぼりの原理図

しぼりの写真:开いたところ?しぼったところ

しぼりの写真:开いたところ?しぼったところ

この记事の笔顿贵?プリント

ほかの光のなぞ

色と光

日本の色いろいろ