デジタルに最適なCCD/CMOSサイズとレンズとは何か…

概要

前回の特集、 おいしいところだけ戴きます… フォーサーズとマニュアル撮影 フィルムカメラのシッポが残るDSLRの問題点 では説明し切れなかった話題、映像素子のサイズとレンズの関係を詳しく説明します。
率直なところ、デジタル・カメラの画質は、CCDやCMOSよりもレンズが強く影響しています。この時に、映像素子サイズがフィルムと違うと、レンズで使用する特性が変わってきます。それを、どう考え、デジタル専用レンズをどう考えるのか・・・。
また、別な視点で、いろいろなレンズを使用できるメリットは大切です。デジタルカメラは焦点距離が長くなります。それは、すなわちイメージサークルが小さくなり、レンズ特性のいいところを使用できるようになるということです。フォーサーズは焦点距離は2.0倍、LEICA Digital-Module-Rは1.37倍です。つまり、イメージサークル径はフォーサーズでは1/2、LEICAで1/1.37となり…レンズの一番高性能な、中央部分を使用します。
また、CCDやCMOSの現状についての説明もいたします。
そうしたメリットが享受できる素晴らしさをご説明します。

2005/02/14,15 2026/08/22

CCDやCMOSのサイズは35mmフィルムと同じがいいとは言えない

デジタル・カメラで、CCDやCMOSは、フィルムに相当します。
このサイズは、いろいろと話題になります。全然気にしない人もいますし、35mmフィルムと同じサイズがいいと信じるテル人もいます。なんとなく大きいほうがいいとか、無条件に考えている人も多いみたいです。
でも、これといった、論理的な根拠は無いみたいな気がします…感覚的な話題は多いですが…。

だからだと思いますが、CCDやCMOSは半導体だから、35mmフイルムと同じいわゆるフルサイズ半導体受光素子は、時間とともに安くなるはず…とか、ななかなか頓珍漢な話も良く登場していて、目が点になったりもしました。半導体が安くなるのは、大量生産だからという理由だけではなく、半導体の製造工程の技術革新に拠り、チップサイズの小型化が出来たためでもあります。35mmフィルム相当の半導体は巨大なので、そうそう安く出来るものでもありません。

私自身は、フルサイズの受光素子を採用したDSLR(デジタル一眼レフ)を購入する気はありません。
だって、昔からのレンズなんて大して持っていないし、旧来のフィルムカメラの常識にも、あまり興味が無いからです。
私にとって、DSLRは、フィルムカメラとはまったく異なるものなのでした。

先に結論を述べたいと思います。

DSLRの受光素子が35mmフィルムと同じであるメリットは、レンズをたくさんお持ちの人が、フィルムカメラとまったく同じに使いたい場合にだけ、あります。

デジタルカメラの受光素子が35mmフィルムカメラよりも小さいほうが、光学系であるデジタル専用レンズをコンパクトに出来る可能性が出来ますし、旧来のレンズを使用した場合は、焦点距離が長くなる代わりにイメージサークル径が小さくなるので、レンズ特性のいいところを使用できます。ですから、中心の特性を重視したleicaのようなレンズは、見違える特性を示してくれるようになります。

受光素子のサイズが大きいということは、価格にそのまま反映してしまい、ある一線を超えて安くすることは困難です。受光素子サイズを35mmフィルムと同じにこだわることは、DSLRの将来を考えるならば、それほど意味はありません。

新しい時代には、新しい常識が必要であり、今はその過渡期に過ぎません。
デジタルがカメラの基本の時代になるとき、いままでの常識は通用しなくなるでしょう。

これらの話題の説明を、順番を追ってしていきたいと思います

CCDやCMOSとはなんなのか

デジタルカメラのカタログにも、雑誌にも、気軽にCCDとかCMOSという半導体受光素子の話題が書かれているのですが、意外とその意味は知られていないみたいです。

CCDやCMOSと受光素子を呼ぶのは、信号を取り出す方式の違いのことで、光を電気に変換する方法の違いではありません。光を電気に変換する方法は、CCDもCMOSも同じで、フォトダイオードなんかにより行います。実は、これらの受光素子はデジタルではなく、アナログの素子です。そのアナログ量をデジタル値として取り出すことが、受光素子と周辺回路の働きです。

CCD(Charge Coupled Devices)

フォトダイオードが光から電気に変えた結果を蓄えて、取り出すために使用する技術のひとつが、CCDです。CCDとは、隣接する素子の間で、バケツリレーのように電気を順番に移動させて電気信号を取り出します。
取り出した結果は、増幅回路により増幅して出力します。
このように、電気信号を移動させていきますので、データを取り出すとCCDの中は空っぽになります。このような動作になるので、揮発性といわれます。

また、CCDから伝達された電気信号を増幅しますので、CCDそのものが、とれだけ正確にノイズ無く伝達できるかが、大切となります。

CCDのメリットは、配線を使用しないで情報を取り出すことが出来ることにあります。
フォトダイオードは、半導体平面の上に配置しますので、そのサイズを大きくする場合、配線が少ないほど有利となります。

半導体技術は、製造工程の関係で、多層になると困ることが多く、平面上にフォトダイオードと配線やアンプなどの回路を構成する努力をします。過去にCCDが主流であった理由は、そうしたバランスがとりやすい点にあります。

半導体製造技術の進歩から、原理的に動画対応が困難であるCCD方式は、主流の光半導体技術ではなく、今は製造されていません。しかし、写真としての画質について、CMOSの現行の演算方式の映像よりも評価が高くなっており、CMOSでもCCDのような比較的大容量の電子を保持する方式が検討されています。

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)

フォトダイオードが光から電気に変えた結果を、それぞれ専用のアンプで増幅して、取り出します。その際に、いろいろな加工を行うことができ、今主流のSONYの方式では、CCDのように電子を蓄積するのではなく、短時間で読みだして演算するような方式をとることで、推定で結果を得る方式になっています。このような光半導体の処理方式は、特にスマートフォン等で有利ですが、スマートフォンとデジタルカメラの画質が類似する原因の一つになっています。

初期にはCANONは自社製造でしたが、現在ではSONYにCANONも製造を依頼しており、2026年ではSONYの独壇場です。

ただ、この方式は、SONYのような処理方式ではカメラメーカーごとの画質が類似しやすくなるため、また、スマートフォンとカメラとの画質が類似する原因になります。そのため、LEICAなどはSONYからの脱却を模索していますし、Appleはサムソンがアメリカに設立する光半導体工場を利用して独自方式を検討しています。また、中国では国家指導で独自光半導体を開発しようとしています。