画像A シグマに聞く インタビューに応えてくれた、株式会社シグマ 経営企画室 広報課 課長の桑山輝明氏。 画像B シグマのデジタル一眼レフカメラ レンズ交換式のデジタル一眼『SD14』。1406万画素のFOVEON X3 ダイレクトイメージセンサーを搭載。 サンプル撮影画像もあるスペシャルサイトはコチラ。

画像C 偽色とモアレのないセンサーを採用 Foveon X3 は、ローパスフィルターが不要で、計算で色を出すのではなくリアルな色で画像を生成できる。

解説
デジタルカメラと写真の世界に魅了されたユーザが「な〜んか気になっている」という存在が、フォビオンの三層CMOSセンサー『Foveon X3』ではないでしょうか?

Foveon X3は、今まで培われ来たイメージセンサー「ベイヤー方式」とは異なり、補完やローパスフィルターが不要で"自然な写真が撮れる"という人もいます。

では、

・今のベイヤー方式のセンサーで撮ると、
　不自然な写真になるの?
・どうして Foveon X3 なら自然な写真になるの?
・そもそも補完やローパスフィルターってなに?
　邪魔者なの?

と、次々と湧き出る疑問…
メーカーに聞いてスッキリしましょう。

シグマは現在、レンズ交換式一眼レフ『SD14』とコンパクトデジタルカメラ『DP1』の両製品のセンサーに Foveon X3 を採用しています。イメージセンサーのサイズはともにAPS-C(20.7×13.8mm)サイズ。早速、このセンサーの利点についてアレコレ聞くとともに、ベイヤー方式のどこが問題点なのかも探ってみましょう。

Q:
今まで、ほとんどのデジタルカメラのセンサーには「ベイヤー方式」のイメージセンサーが使われ、切磋琢磨して技術革新を遂げてきました。

しかし、御社が採用しているフォビオンの三層CMOSセンサー方式(FOVEON X3 (R) ダイレクトイメージセンサー)は、それとは異なる方式です。ひと言で、どのような特長があるのでしょうか。

3層の感色層でRGB3色のすべてを取り込むことができるフルカラーセンサーであるということです。

原理的に偽色が発生しませんので、ローパスフィルターが不要です。つまり、光の3原色すべての情報や微細な被写体の情報もそのまま取り込むことができるのです。

Q:
ベイヤー方式だとレンズを通した画像そのままは描写できないということですか?

ベイヤー方式は、モノクロセンサーですので、色情報が取り込めません。そこでピクセルの上にカラーフィルターを乗せて色情報を取り込んでいます。

その方法ですと1つの画素でRGBのうちひとつだけしか識別できませんので、ベイヤー方式では補完よって、残りの2色を復元しています。その過程で偽色が発生してしまいます。この偽色を抑える為に一般的には、センサーの前にローパスフィルターを取り付けますが、これを付けると解像度が下がってしまいます。

Q:
ローパスフィルターは解像度を下げる悪役ということですね。それが要らないセンサーだというのが採用の決め手ですか?

そうですね。ローパスフィルターが不要なのと、複雑な計算によってで色を作り出すのではなくセンサーが取り込んだ正しい情報で画像を生成すれば色を補完する必要もなく、レンズの性能もあますことなく活かすことができると考えました。そして、センサーの構造もフィルムようなものであったのも採用の決め手でした。

主流のベイヤー方式イメージセンサーの欠点とは?

画像D ベイヤー方式のしくみ 光量を判別するセンサーを格子状に配置し、その上にRGBを分離するカラーフィルターを配置。フィルターを通ったそれぞれの光を色情報として捉える(上)。人の目に対する感度が高い「緑」をまんべんなく並べて配置することが多い。（図はわかりやすく表現したイメージ『体系的に学ぶ デジタルカメラのしくみ』より） 画像E ベイヤー方式とFoveon X3の違い 単層のベイヤー方式(画像D上)は平面で見ると理論上、緑では全体の50%、赤と青では25%の色情報しか捉えることかできないことになる。 Foveon X3(画像D下)は3層の感色層によって1ピクセルがRGBすべての色情報を捉える構造。(イラスト出展:株式会社シグマ) 画像F ベイヤー方式とFoveon X3の違いを解説してくれる桑山氏 「原理的にはシンプルで理にかなっていると感じますし、レンズの良さを最大限に引き出せるセンサーです」 画像G Foveon X3 の強み 本来のカタチでボケる絶妙のボケ味がある、大きなサイズで高画質プリントすると差がよく解る、と語る桑山氏。

解説

●ベイヤー方式のしくみと難点
デジタルカメラの多くは「ベイヤー方式」(単層ベイヤー配列方式)を採用しています。撮像素子を規則正しく格子状に配置する方法ですが、センサーは光の強さ(光量)しか判断できないので、赤、緑、青(RGB)それぞれのカラーフィルターを使い、フィルターを通った光を色として識別しています。

この構造では細かな色の見落としが発生します。解りやすく表現すれば、センサーの場所によって認識できる色が決まっているので、そこに別の色があった場合は認識できません。これではフルカラー表現には不十分なので、更にまわりのセンサーが識別した情報から演算し、見落とした色情報を補完します。

このしくみでは、偽色(本来ない色が出る)やモアレが発生しやすいため、次に偽色やモアレを抑えるために使われるようになったのが光学ローパスフィルターです。

光学ローパスフィルターは不要な高周波の信号を遮断し、低周波の信号だけ通過させるフィルターで、偽色やモアレを抑えるのと引き替えに、画像がぼやけてクッキリ感が損なわれたり、画質を落としてしまう、と言われています。

ベイヤー方式にはこのような難点がありますが、長年スタンダードな方式として開発されてきた歴史と実績があり、これは大きなアドバンテージであると言えます。

●フォビオン三層CMOSセンサーのしくみ
一方、フォビオンの三層CMOSセンサー方式は、シリコンを3層に重ね、シリコンを通る光の深度で色を識別します。3層のシリコンで分離した青、緑、赤(RGB)の光をそれぞれ取り込んで画像を生成するため「フルカラーキャプチャ」とうたっています。

Q:
このセンサーを採用したボディを開発する上で、難しかった点はなんですか?

Foveonセンサーは、通常のベイヤー方式のセンサーとは、全く異なるアルゴリズムで演算を行います。そのため、画像処理のノウハウを一から構築しないといけないことが大変でしたね。

今まで世の中になかったセンサーですので、毎日が試行錯誤の連続でした。当然、画像処理のプロセッサーもありませんでしたので、ソフトウェアでいかに速く画像処理を行うかも大変でした。

Q:処理速度が欠点ですか?

ソフトウェア処理の場合、ハードウェア処理に比べて時間がかかります。それをカバーするために『SD14』の場合、ボディ内に3基のCPUを搭載しています。

画像を処理するCPU、ボディを制御するCPU、それらを繋げるCPUです。

Q:
チカラワザですね(笑)。CPUにかかる負担が大きい分、連写機能は制限されますね。

連写は、秒間 3 コマで撮影が可能ですが、連続で 6 コマまでしか撮れません。バッファの容量は大きいのですが、1 枚のデータ量が多いため 6 コマでバッファがいっぱいになってしまいます。

1 枚の画像を処理するのにだいたい 10 秒ほどかかりますね。

Q;
イメージセンサーが生成する画像の良さを記事で表現するのは困難ですが、Foveon X3 の高画質を表現するのになにか良い言葉はありますか。

画像の善し悪しは数値で表せないので難しいですが、お客様からはよく「空気感のある写真が撮れた」、「シャッターを押したときの感動がよみがえる」などと表現していただきますね。

Q:
フォビオンの三層CMOSセンサーが高画質を発揮するシーンとは、つまり、どのような場合に高品質な写真が引き立つでしょうか。

例えば、サクラや紅葉を撮った場合、ピントが合っているところは問題ないのですが、ローパスフィルターを通すと、ボケている描写がおかしなカタチになったりします。サクラがサクラのカタチでボケないんですね。

フォビオンではレンズのボケ方がそのまま描写され、フィルムで撮影したようなサクラらしいボケ味になると感じます。

特にお店などで高品質で出力印刷した写真では、差がはっきりと解るのではないでしょうか。

Q:
ベイヤー方式だと色を計算で表現するので違和感を感じるケースがある、と実際にプロカメラマンの友人から聞いたことがあります。

デジタルカメラ黎明期にはよく「デジタルくさい」なんて表現が使われていましたが、そういう感覚の世界にも影響しているのでしょう。

また、デザイナーの方に意見を聞くとフォピオンの場合は「フルカラーで色情報をたくさん持った画像なのでレタッチがしやすい」と言われますね。

※ FOVEON X3 はFoveon Inc.の登録商標です。

大型センサーを搭載したコンパクトデジタルカメラ

画像H シグマのコンパクトデジタルカメラ コンパクトカメラ『DP1』。1400万画素のFOVEON X3 ダイレクトイメージセンサーを搭載。TIPA Best Prestige Camera受賞やカメラグランプリ2008 カメラ記者クラブ賞など、注目度の高さが伺える。 サンプル撮影画像もあるスペシャルサイトはコチラ。 画像I DP1の開発は大変だったが 画質には自信がある 当初の目標ではレンズF値2.8だったが製品はF4に変更になった。しかし、一眼レフ機よりも高画質を目指した。 画像J コンパクトでも一眼レフ画質 16.6mm F4レンズを搭載。大型イメージセンサーを採用しているため、被写界深度が浅く、近距離や解放絞りでの撮影では、一眼レフカメラのような自然なボケ味を実現。フラッシュ内蔵。 画像K いつも一眼レフを持ち歩けなくても 手軽に持ち歩ける小型ボディは、幅113.3mm×高さ59.5mm×奥行50.3mm、重さ250g。画像ファイルはRAWとJPEGに対応。

Q:
デジタル一眼レフのフラッグシップ『SD14』と同じフォビオンの三層CMOSセンサーを搭載していながら、小型のコンパクトデジカメ『DP1』を発売していますね。私たちもとても気になっている製品ですし、いろいろな方面で注目されていますね。

次は『DP1』とその開発などについて詳しく聞かせてください。

SD14の開発の目途が立ってきたときに、次にどういったカメラを作ろうかと話し合いました。

もともとコンパクトデジカメをつくりたい考えがあったので、次はSD14と同じセンサーを搭載したコンパクトデジカメを開発しようと話していたのが具体化しました。私たちはそれまでコンパクトデジカメを作ったことがなかったので、このサイズの高性能機を開発するのがどれだけ大変かを知らなかったんですね(笑)。だからやり始められたようなもので…。

何十機種ものコンパクトデジカメを開発している他社メーカーの開発者だったら最初から「こんな大変なものは作りたくない」と言っていたでしょうね(笑)。

解説
『DP1』はコンパクトデジタルカメラに分類されます。しかし、同社の一眼レフのフラッグシップ『SD14』と同じ、Foveon X3 ダイレクトイメージセンサーを搭載しています。一般的なコンパクトデジタルカメラに搭載されている 1/1.8型 〜 1/2.5型 センサーと比べると約7倍〜12倍の面積があります。でかい。
コンパクトカメラなので、レンズ交換はできません。光学ズーム機能やカンタン撮影モードなどがありませんので、ファミリー向けにパチパチ撮ろうという製品ではないようです。

このなんとも懐かしい魅力が漂う『DP1』…気になっている人も少なくないはずです。

Q:
クルマで例えるなら、小型のボディに大出力エンジンと言えばライトウエイトスポーツの憧れですが、『DP1』にも似たようなコンセプトを感じます。開発のきっかけはなんでしょうか。

「フイルムカメラの頃は一眼レフもコンパクトカメラも同じサイズのフィルムが入っていたのに、どうしてデジタルになるとコンパクトカメラのセンサーは小さいんだろう、でっかくできるんじゃないの」という、いわば安易な発想で始めましたが、開発をしてみたら凄く難しかったんですね(笑)。リリースが遅れて、お客様にはご心配やご迷惑をおかけしました。

Q:
コンパクトなので持ち歩きには楽でしょうね。コンパクトカメラとは思えない大きなセンサーも魅力です。ただ、実際の使い勝手としてはズーム機能もないし…。

はじめは、使い勝手の良いカメラを目指して開発を行いましたが、弊社が目指していた画質を実現することが難しいことがわかり、一から開発し直しました。画質優先で開発を行ったら、1枚撮ったら次の写真を撮るまでに 7 秒間かかるカメラになりました。

Q:
次の写真を撮るまでに7秒も待つんですか?
それってアリなんですか(笑)?

ありですね（笑）。
コンパクトカメラの使い方っていろいろですよね。メモ代わりにパチパチ撮るという方には(書き込み時間が) 7 秒は長いと思いますが、作品をじっくり撮る方には、その 7 秒で落ち着いて次の写真の構図や被写体のことをあれこれ考えるのが楽しい時間だと思います(笑)。

イライラして 7 秒待つのではなくて、次の撮影のための時間を提供してくれるというか。もちろん、処理時間が速いほうが良いと思っていますので、今後の開発で努力していきます。

Q:
写真を撮ることが楽しい、たっぷりと時間をかけて撮る人には「7秒」は長い待ち時間ではないわけですね。

たしかに、いつも『SD14』のようなデジタル一眼レフを持って歩ければいいですけれど、そうも行かないですし、家族で旅行している先で「この景色は撮っておきたいなぁ」と思ってコンパクトデジカメでパチリとやっても、感動するような写真にはやっぱりなりません。

そのような方には、この「DP1」はお勧めですね。画質については『SD14』に負けないものを、むしろSD14より後発の分、SD14を超える画質を目指しましたので。

Q:
ズームがないのが気になりますが、ズームレンズ付きのモデルは考えられないんですか?

開発初期段階ではF2.8のレンズや、ズームレンズの検討をしました。ただ、この「DP1」の大きさを実現するにはズームやF2.8は、ちょっと無理だとの結論になり、現在の16.6mmF4.0レンズを搭載することになりました。ただ、ズーム付きコンパクトの要望はありますので、今は具体的な予定はありませんが、大きささえクリアできれば今後は考えられるかもしれません。

ズーム機では、ありませんが、先日24.2mmF2.8レンズを搭載した『DP2』の開発発表を行いました。この「DP2」の画角は、41mm相当の標準域になりますので、使いやすいと思います。大型センサーの長所を活かして、積極的にボケを活用した作品作りをしていただきたいですね。

Q:
マイクロフォーサーズも更に小型の一眼を計画していそうですし、小さいボディでもセンサーが大きくて高画質な写真が撮れるデジタルカメラ製品が今後も一層、注目されるといいですね。

最後に、スタジオグラフィックスの読者にはシグマさんのレンズを愛好しているユーザも多いのですが、同じような性能のレンズ製品でも、ニコンやキヤノンなどの大手メーカーと比べると価格設定が安いですよね。それも魅力の一つだと思いますが、安さの秘密みたいなものを教えてください。

弊社は、できる限りお求め易い価格で提供していきたいとの思いがあります。そうすることで多くのお客様が交換レンズの楽しさを体験していただけるからです。交換レンズは、一度に数を生産することで単価を下げることができます。大量にレンズ生産できることがレンズメーカーの強みです。ただ、それにも限界がありますので、部品の共通化等を行ったり、設計の工夫をしたりして、コストを抑えるこの努力をしています。

Q:
各社の特性に合わせて作るのは大変でしょうね。

1社のボディに合わせてレンズ開発をするのと異なり、各社のボディの条件に合うようにレンズ設計を行うわなければならないので、大変なところはそこですね。ただ、そういった制約の中で、高性能レンズを設計するところにやりがいがありますね。

今回はどうもありがとうございました。

　▼ このインタビュー記事の内容はこの書籍に反映されています。

スタジオグラフィックス執筆 デジタルカメラユーザ必携の教科書!! ■デジタルカメラのしくみと機能を基本から理解するなら・・ 体系的に学ぶ デジタルカメラのしくみ 第2版　 発売中 日経BPソフトプレス刊　神崎洋治/西井美鷹著 デジタルカメラの最新技術とそのしくみ、トレンドを加筆。デジカメの歴史から、仕様表の概要、レンズや撮像素子(CCDやCMOSセンサーなど)の構造や特徴、手ぶれ補正のしくみと違いなど、デジタルカメラをより詳しく理解するためのしくみに主眼を置き、やさしく解説。初級者からプロカメラマンやデジタル一眼レフ愛好家まで必携の一冊。 詳しく・・

>> 次回の「メーカーに聞く デジタルカメラのココが知りたい!!」

　　第05回　ソニーに聞く 「裏面照射型CMOSセンサー」

• CCDとCMOS、ソニーは製品によってイメージセンサーをどう選択しているの?
• コンパクトデジカメにはCCDとCMOS、どっちがベター?
• 最近の一眼レフではCMOSセンサーが多いのはなぜ?
• 新開発の裏面照射型CMOSセンサーってなにがどうすごいの?

<< 前回の「メーカーに聞く デジタルカメラのココが知りたい!!」

　　第04回　シグマに聞く 「手ぶれ補正のしくみと特長」

• ボディ内とレンズ内　手ぶれ補正はどっちがベター?
• レンズ内手ぶれ補正は 画質が劣るって本当?
• 手ぶれ補正はいつもONがいいの?
• 三脚を使うとき、手ぶれ補正はON? OFF?

■ご注意
本文および、メーカーご担当者のコメント、写真/画像等、許可なく転載することはご遠慮ください。
記事内容は記事初出当時のもので、記事で紹介した機能や仕様、しくみなどは変更になる場合があります。製品や機能など、最新情報はご自身でご確認ください。
本文および、メーカーご担当者のコメント内容などは、規格や製品の仕様や特長を保証するものではありません。