イメージセンサー

雨の日に庭へバケツをずらりと並べたと想像してみてください。雨が止んだ後、バケツごとに溜まった水の量を測れば、どこに雨がたくさん降ったかが分かりますよね。イメージセンサーの仕組みはこれによく似ています。

センサーの表面には、光を受け取る小さなマス目が碁盤の目のようにびっしり敷き詰められています。マス目の一つひとつには、光を受けると電気を作り出すフォトダイオードという素子が入っています。シャッターが開いている間に光の粒がたくさん届いたマスほど、多くの電気が溜まります。

撮影が終わると、マスごとに溜まった電気の量を順番に読み取って数値に変換します。この数値がそのまま画面上の1つの点（ピクセル）の明るさになります。写真はつまるところ、光の量をマス目ごとに記録した数値の表なのです。

しかし、フォトダイオードは光の強さを測るだけで、それが何色なのかまでは区別できません。そのままでは白黒写真しか撮れないのです。そこで、マス目ごとに色のついた薄いフィルターを1枚ずつ被せます。

広く使われているのは、赤・緑・青のフィルターを格子状に交互に並べる方法です。人間の目が緑に対して敏感であることを考慮し、緑のフィルターは他の色よりも多く配置されています。各マスは自分が担当する色の明るさだけを記録し、写真全体の明るさ情報は主に緑のマスが担います。

こうすると、1つのマスには1色分の情報しか残らず、他の2色は空欄になってしまいます。この空いた情報は、周りのマスの値を参考にして計算で補完します。私たちが普段見ているフルカラー写真は、このように計算で推測して埋められた結果なのです。

もう少し正確に言えば、写真の画質は画素数だけで決まるわけではありません。同じサイズのセンサーをより細かく分割すると、1マスあたりが受け取れる光の量は減ってしまいます。暗い場所で撮影した写真にざらざらとしたノイズ（斑点）が出るのは、これが原因です。

そのため、センサー自体の大きさとマス目1つの広さがどちらも重要になります。光が足りないときは、小さなマスをいくつか束ねて1つの大きなマスのようにつかう技術もよく使われます。画素数が同じでもセンサーが大きければ、マスごとに光を余裕を持って受け止めることができます。

現在、スマートフォンやデジタルカメラに搭載されているものの多くはCMOS（シーモス）方式のセンサーです。マスごとに信号を増幅する回路が組み込まれているため、読み出し速度が速く省電力です。かつて主流だったCCD方式は信号を1列にまとめて送り出す構造だったため、現在では特殊な機材を中心に使われています。