光学ズームとデジタルズーム

遠くの景色をよく見ようと、倍率を変えられる双眼鏡のズームレバーを回したことがあると思います。望遠鏡の中のレンズどうしの距離が変わることで、遠くの物がぐっと目の前に近づきますよね。

カメラの光学ズームも、これとまったく同じ原理で動きます。カメラのレンズの中には何枚ものガラスレンズが入っていて、モーターがそのレンズを前後に動かします。レンズ間の距離が変わると光が曲がる角度が変わり、イメージセンサー（光を感じ取って写真を作る半導体の板）に結ばれる像そのものが大きくなります。

この過程では、デジタルズームのように画素を失うことがありません。センサーに入っている数千万個の画素（ピクセル）が、拡大された像をそっくり受け止めるからです。だから光学ズームで引き寄せて撮った写真は、鮮明な画質をそのまま保てます。

スマートフォンのギャラリーで写真を開き、2本の指で画面を広げて拡大したことは、誰にでもあるでしょう。一部分を大きく見ることはできますが、少し引き伸ばしすぎると文字がにじみ、四角いドットがざらざらと見えてきます。

デジタルズームの仕組みは、この画面の拡大とまったく同じです。レンズはその場でじっとしたまま、カメラのセンサーが受け取った写真全体のうち、真ん中の一部分だけをナイフで切り抜くように切り取ります。そして、その小さな切れ端を元の画面サイズに合うように、無理やり引き伸ばすのです。

もともと情報のなかった空白の部分を、スマートフォンのプログラムが周りの色をまねて、おおまかに埋めているようなものです。そのため、デジタルズームは倍率を上げるほど、写真がぼやけ、ピクセルが崩れる現象が起こります。ただし、画素数がとても多いセンサーの真ん中を切り取って使う低い倍率では、画質の劣化は少なめです。

スマートフォンのカメラは、一般的なカメラとは仕組みが少し違います。厚さが1センチメートルにもならない薄いスマートフォンの中に、分厚い望遠レンズのかたまりを入れて前後に動かせるようにするのは、物理的にとても難しいからです。

そこで、ほとんどのスマートフォンメーカーは、背面に1倍の標準レンズ、3倍の望遠レンズ、5倍の望遠レンズといったように、固定レンズのカメラを複数並べています。画面で3倍ズームのボタンを押すと、レンズが動くのではなく、3倍のカメラに一瞬で切り替わる方式です。

最近では、潜望鏡（ペリスコープ）のように鏡で光を直角に曲げ、スマートフォン本体の中にレンズを横向きに寝かせて入れる屈曲光学（フォールデッド）ズーム技術が広く使われています。さらに、複数枚の写真の合成や、AIによる輪郭の補正といったハイブリッド技術も加わり、スマートフォンでも画質の劣化を大きく抑えられるようになっています。