写真

写真(しゃしん、古くは寫眞)とは、

  • 狭義には、レンズを通して対象を結像させ、物体で反射したおよび物体が発した光を感光剤に焼き付けたのち、現像処理をして可視化したもの。このとき、感光剤に焼き付けるまでを行う機器は、基本的にカメラと呼ばれる。
  • 広義には、電磁波粒子線などによって成立する、弁別可能で存続性の高い

英語の"photograph"という語は、イギリス天文学者ジョン・ハーシェルが創案した。photo-は「光の」、-graphは「かく(書く、描く)もの」「かかれたもの」という意味で、日本語で「光画」とも訳される。"photograph"から、略して"フォト"と呼ぶこともある。

日本語の「写真」という言葉は、中国語の「真を写したもの」からである[1]

写真の原理

に対してレンズカメラ等の機器を用いて、屈折、遮断等の光学的な操作を行ない、特定の波長の光に感光する物質(感光材)に照射し、感光させる。感光させた感光材に対して、必要ならば現像等の可視化や定着等の感光能力の消失等の操作、焼き付けや印刷等により明暗の反転や拡大を行なうなどして、最終的な画像を得る。得られた画像は再び光を当てて鑑賞することが可能である。

銀塩写真の原理

銀塩写真の原理も語も以前と何ら変わるものではないが、ディジタルカメラの普及以降、レトロニム的に単に「写真」ではなく銀塩写真と明示的に言うことも多くなった。なお、「アナログ写真」という語は「デジタル写真」の「デジタル」を単にすげ替えた単なるレトロニムでしかない。

ハロゲン化銀は光が当たるとイオンが還元され、金属微粒子の核ができる。感光して銀粒子核の潜像となってもそのままでは画像にはならない。感光した部分にある銀はごく少量のため、適当な量まで銀粒子を成長させて可視化する必要がある。これは現像処理で行なう。また、感光しなかった部分はそれ以上感光しては困るため、不要な部分のハロゲン化銀は取り除く必要がある。これは定着処理で行なう。

ハロゲン化銀は感光する時、波長を吸収する領域が青色に寄っている。そこで可視領域に渡って感光させるために感光色素を用いて本来の吸収波長以外にも反応が起こるように設定する。まず感光色素が光に反応し、色素の電子がハロゲン化銀へ移動することによってハロゲン化銀の直接の感光と同様の変化が成立する。可視的な電磁波の特定の波長領域にのみ感光するようにし、三原色に対応するように感光層を重ねるとカラーフィルムになる。

撮像素子の原理

デジタルカメラテレビカメラビデオカメラでは、撮像素子として、撮像管などを使ったものでないものは、固体撮像素子を使っている。固体撮像素子は、微小なフォトダイオードが規則的にびっしりと並んだものであり、光子pn接合に入ると電子を叩き出して電荷が発生する、というものである。量子効率は銀塩写真のハロゲン化銀の場合よりもはるかに高いため、高感度である。これを走査して信号として取り出し、AD変換器へ送る。あるいは電子スチルビデオカメラ等ではアナログ信号のまま直接FM変調などによって磁気テープ等に記録する。

撮像管の場合は、光電効果による電荷を、磁界ないし電界によって走査される電子ビームによって読み取り、電子信号とする。

相反則と相反則不軌

写真の感光量は光の量(単位時間あたりの光の量×光が当たった時間)によって基本的に決まる。これを相反則(ソウハンソク)という。ただし、感光量は入射した光の量にどこまでも比例するのではない。未露光部はベースフィルム以上淡色にはならないし、感光するハロゲン化銀は限られているから一定以上の光を当ててもそれ以上濃くならない。従って、光の入射量と画像の濃さをグラフにするとシグモイド関数のようになる。変化の中間部は直線的であり、この部分の傾きのことをガンマという。

露光時間が極端に短かったり長かったりする場合には、相反則が成立しないことがある。これを相反則不軌という。カラーフィルムでは色毎に相反則不軌の状態が異なるため、カラーバランスが崩れる問題がある。短いほうは通常のカメラの、数千分の1秒程度では顕在化しないため通常は気にされることはない。一方長い方は、夜間や天体の撮影で問題になる。

フィルムの場合、冷却することで長時間露光時の相反則不軌を低減できることが、経験的に知られている[2]。相反則不軌は天体写真を撮る時などに大きな問題となる。1977年頃には長時間露光時の相反則不軌対策や分光感度を調整した天体撮影用のスペクトロスコピック感光材料が市販されていたほどである。

なお、長時間露光においては相反則不軌とはまた別の問題もある。現在利用可能なオプトロニクスによるデジタルカメラでは、画像に熱雑音と製作不良から発生するランダムノイズが乗る。一部のデジタルカメラでは長時間露出する際のノイズを軽減する機能が付いている。非常に長い時間露光する場合、ノイズが最終的な画像に影響しないように撮像素子を低温で動作させる必要がある。天文撮影や科学機器では冷却機構が最初から設計に含まれているものもある。

写真の撮影

35mm一眼レフ用交換レンズ(50mmF1.4)

写真撮影(しゃしんさつえい、: Photo shoot、フォトグラフィ、: photography)とは、カメラによって静止画スチル写真)を記録する行為のこと。

カメラおよびカメラ・オブスクラは撮影機器である。写真フィルムまたは電子的記録カードが記録媒体であるが、ほかの方法が採られることもある。例えば、光学コピーや乾式コピー(ゼロコピー)は長期的に使用可能な画像を作るが、写真フィルムではなく静電気の移動を使っているので、電子複写(静電複写)という。マン・レイの刊行したレイヨグラフなどのフォトグラム印画紙に投影された影でできた画像であり、カメラを用いない。スキャナのガラス面に直接撮影対象を置くことによって、電子複写を行うことも可能である。

撮影者は記録媒体を必要な量の光に露出する目的で、カメラとレンズを選択・操作できる(記録媒体として通常は、写真フィルムか固体撮像素子を使う)。

選択・操作の対象には以下のものなどがあると思われる。カメラの操作は互いに関係する。

  • レンズの種類(単焦点、ズーム・バリフォーカル、一般撮影用、高倍率撮影用、ティルト/シフト、ソフトフォーカスなど)
  • レンズの焦点距離(超広角、広角、標準、望遠、超望遠)
  • 合焦点(フォーカスが合っている点)
  • 絞り値(F値
  • シャッター速度
  • ISO感度
  • レンズフィルター、覆い・ディフューザー
  • 記録画質など(デジタルカメラにおいて)
絞り
左側はF値が小さく、右側はF値が大きい。

フィルム面に到達する光の総量は露出時間、レンズの絞りによって変わる。このうちどちらかを変えれば、露出が変わる。(物理的なシャッターがないカメラであっても)露光時間はシャッター速度で表される。露光時間が1秒より短い場合は通常分子が1の分数で表記され、それはカメラのシャッター速度設定ダイヤルに明記されている場合、秒の逆数で表示されている場合が多い。絞りはF値で表示されているが、これはレンズの明るさを表している。Fは焦点比(focal ratio)のFである。F値がルート2分の1倍になる毎に絞りの直径はルート2倍大きくなり、絞りの面積は2倍になる。典型的なレンズに刻まれたF値は、2.8、4、5.6、8、11、16、22、32などであるが、これは数字が大きくなる毎に光の量が半分になっていくことを意味する。

特定の露出のシャッター速度と絞り値は、さまざまな組み合わせが成立する。例えば、125分の1秒でF8と500分の1秒でF4では同じ量の光が得られる。当然ながら、どの組み合わせを選んだかは最終的な仕上がりに影響する。シャッター速度の変化は対象とカメラの動き(ぶれなど)の反映の度合いを変える。絞りの変化は被写界深度を変える。

被写界深度は焦点の前後に広がるピントがあっているように見える範囲のことである。例えば長焦点レンズ(望遠レンズ)を絞りを開いて使用した場合、対象の目には鋭く焦点が合うとき、鼻の頭はピントが合って見えないということが起こる。反対に短焦点レンズ(広角レンズ)を使用し、絞りこんで(絞り値を大きくして)遠距離に焦点を合わせて使えば、対象の目にも鼻にもピントが合って見える写真を撮影することは容易である。

長焦点レンズを使用し、絞りを開いて近距離に焦点を合わせれば、被写界深度は極端に浅くなる。反対に短焦点レンズを使用し、絞りこんで(絞り値を大きくして)遠距離に焦点を合わせれば、被写界深度は極端に深くなる。絞り値、焦点距離、焦点の位置が同じでも、レンズのF値(絞り開放時のF値)によって被写界深度は異なる。また、レンズのF値が同じでも設計・表記と実際との差などにより被写界深度は異なる。ピンホールのように、非常に小さい絞りを使うとごく広い範囲にピントを合わせることができる。これはパンフォーカスと呼ばれる。

写真の出力

材質にかかわらず、カメラが捕らえた像を最終的な写真作品にするには、何らかの工程が必要である。この工程には現像焼き付けなどがある。

焼きつけ工程では、いくつかの調整によって結果を変えることができる。こうした調整の多くはイメージキャプチャーなどで行われる調整に似ているが、引き伸ばし機を用いた焼きつけ工程に固有のものもある。大部分はデジタルによく似た調整であるが、大きく異なる効果をもたらすものもある。

調整には次のものなどがある。

  • フィルム現像の内容
  • 印画紙の種類(光沢の程度や質感など)
  • 引き伸ばし機の方式や性能
  • 露光時間
  • レンズの絞り
  • コントラスト
  • 覆い焼き(焼きつけの一部だけ露出を減らす)
  • 焼き込み(一部だけ露出を増やす)
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