【デジタルカメラのセンサーの種類】ベイヤー方式センサーとFoveonセンサーの違い

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こんにちは。しむです。

先日、センサーサイズの違いについて記事を書きました。

関連 1インチ?APS-C?フルサイズ?カメラのセンサーサイズの違いとそのメリット・デメリット

 

これだけ見ると「大きいセンサーの方が良いのかな」って気がするんだけど、そうとは限らないのがセンサーの奥深いところ。

実はセンサーそのものにも少し(だけど大きな)違いがあるんです。

カメラを始める前の、これから初めてカメラを買おうと言う人たちにはまだ少し早い知識かもしれません。

だけど、カメラを選ぶ上で知識が少なくて困ることは無いと思うんです。

初めてカメラを買う人も、買い増し、買い替えを検討している人も、知っていて損はないセンサーの種類のお話。

小難しい話は斜め読みでオーケーです。

僕も斜め書きするので、ぜひ気軽に読んで言ってください。

 

センサーの種類にも違いがある

上でも簡単に触れたけど、センサーサイズだけじゃなくてセンサーの種類もいくつかあります。

と言っても大きく分類すればたったの2つ。

 

以前も話したけど、センサーってデジタルカメラの最もコアな部分で、出来上がる写真の画質に直結します。

何が違うのかって言うと、センサーの色情報の読み込み方が違うんです。

センサーが読み込む情報が違えば、出てくる絵も全然変わります。そりゃあもう容赦無く変わります。

覚悟してください。

 

ベイヤー配列センサー

 

多くのデジタルカメラで採用されている、一般的に普及しているセンサーが「ベイヤー式センサー」「ベイヤー配列センサー」と呼ばれるもの。

2018年現在、市場に出回っているカメラの95%以上がこのタイプのセンサーを搭載しているといっても過言ではありません。

 

ベイヤー配列センサーとはどんなものなのか

ベイヤー配列というのはカラーフィルターの色パターンの一つで、一枚のフィルターで色をいい感じに覚えてもらうためのパターン。輝度に敏感な緑の素子と、色差に敏感な赤と青の素子を組み合わせて、それぞれ足りない色を補色する仕組みです。

そんなベイヤー配列のカラーフィルターを、イメージセンサーの上に載せているのが、

センサーというよりもイメージセンサーの上に載せているカラーフィルターという部分が違うんです。イメージセンサーは光の強弱を感知して、カラーフィルターが色を覚えるという仕組み。

というとなんだか分からないけど、

  1. 一枚のセンサーを準備します
  2. 1画素ごとに緑、青、赤のいずれかの色を担当してもらいます
  3. 自分の担当外の色は、周辺の画素の色情報から判断して補完してね

という考え方です。

「色を補完する」という部分を少し掘り下げて説明すると、例えば、赤色を担当している1マス(1画素)の働きとして、赤色は完璧に記録するじゃないですか。

でも現実の色味って赤の単色だけではなくて、たくさんの色が重なり合ってできているわけです。

実際の色を再現するためには三原色である青と緑の情報も必要。でも自分は赤しか認識できない。

なので周囲の緑や青の情報から「おそらくこれくらいの青と緑が入ってる」と予測して補完するわけです。

 

ベイヤー配列センサーのメリット、デメリット

ベイヤー方式で色を記録する場合、フィルターとイメージセンサー一枚の構成なので、画像処理にかかる時間は早くなります。

高感度にたいする耐性もそこそこあって、夜や屋内などの写真でのノイズも出にくくなります。

 

反面、偽色やモアレといった、本来の色とは異なるカラーが出てしまう場合もあります。

 

これは上で書いた通りの「色の補完」に対する弊害。

周囲の色から判断して赤と青と緑それぞれの色を予測するわけですが、予測精度は100%ではありません。間違えることだってあります。

残念な事に予測に失敗してしまうと、本来の色と違う色を出してしまう。そんな感じです。

 

少し変わったベイヤー配列じゃないセンサー

FUJIFILMの作っているカメラにはX-Trans CMOSセンサーというものを搭載している機種があります。

これは同じようにイメージセンサー上にカラーフィルターを載せているものなので、原理としては一緒。周りの画素と協力して、補色して色を表現します。

こんな感じで独自の配列でのカラーフィルターをセットしてるわけです。これにはベイヤーさんも真っ青です。余談だけど、ベイヤー配列はベイヤーさんが見つけた手法らしいよ。

で、なんでFUJIFILMが違う配列でわざわざ作っているかというと、偽色やモアレの発生をより抑えることができるんだって。

難しいことを考え出すとアレなので大変雑に言ってしまうけど「X-Trans CMOSはよりキレイな色を出せるようになったセンサーだよ」って覚えておけばだいたい合ってると思う。

 

Foveonセンサー

上のベイヤー配列センサーや、X-Trans CMOSセンサーとは根本的な仕組みからして違う、一線を画すセンサーがこれ。

Foveon(フォビオン)センサーと呼ばれるものです。

 

 

Foveonセンサーとはどんなものなのか

今、世の中のセンサーはベイヤー式センサー、つまりイメージセンサーとカラーフィルターの組み合わせが主流と言ってきました。

つまりモノクロ用のイメージセンサーにカラーフィルターの情報を組み合わせる形です。

これに対して

「3枚イメージセンサー載せちゃえばよくね?カラーでさぁ。」

とぶっこんで来たのがFoveonセンサーです。

ここを見てくれるとよく分かる。

参考 Foveon X3®ダイレクトイメージセンサー | SIGMA SD15 : スペシャルコンテンツ

 

現在Foveon社(SIGMAの孫会社)が特許を持っている技術でFoveonでしか実現できないスーパーウルトラミラクルなセンサーです。

透過性のあるシリコンセンサーでそれぞれの色情報を記録するんだって。だから全画素で(同じ位置の)色情報を赤青緑の全て記録できるの。

積層センサーつまりすごいセンサー。

 

Foveonセンサーのメリット、デメリット

Foveonセンサーのメリットは何と言っても豊かな色表現。

何度も書くけど、全画素で三原色全ての色を記録することが出来てしまうので、偽色やモアレなどがない。つまりローパスフィルターがいらない(今じゃローパスフィルターレスのカメラはベイヤーでも多いけど)

カラーフィルターと比べると色の分離が甘いなんて言われるけど、Foveonでしか表現できないものが確かにある。

 

その代わり、一枚の画像処理に時間はかかるし、高感度もめちゃくちゃ弱い。

「ISO400あたりから厳しくなってきます」なんて今の時代Foveon以外で聞くことはないと思う。

画像処理に時間がかかるのでどうしてもレスポンスもフィーリングも悪く感じてしまうし、使えないシーンと使えるシーンがはっきりしてる。

デメリットは腐る程あるけど、それでも使いたくなるのがFoveonの魅力なんですよね。

 

ふわっと覚えておくくらいでちょうどいい

ここまで書いておいてなんだけど、こんな所に固執するのはよっぽど深い沼にハマっている人だけなので、あんまり気にしなくていいです。

「あぁ、なんか違うって言ってたなぁ」くらいで良い。

どのセンサーを選んでも最近のカメラであれば、普通の人は満足できると思う。

満足できない重度の沼にハマり始めた時にでもそっと思い出してください。

 

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