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写真(寫眞、しゃしん)

・ 狭義には、穴やレンズを通して対象を結像させ、物体で反射した光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像。

"photograph" という語はイギリスの天文学者ジョン・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」という意味であり、合わせて「光の画」と訳せたという意見を必ずしも否定できない。しかしながら、日本では光が写すのではなく「光景を写す」という意味の造語が行われた。"photograph"から、略してフォトと呼ぶこともある。写真はデジタル写真の電子データである場合画像と呼ぶ。

◆ 写真の原理

光に対してレンズや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事が可能である。

◇ 銀塩写真の原理

近年、デジタル写真と区別してフィルムを利用する写真を銀塩写真という。

ハロゲン化銀は光を与えると銀イオンが還元され、イオン化されない銀ができる。感光して銀に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、適当な量まで銀を増やす必要がある。これは現像液で行う。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、不要な部分の銀分子は取り除く必要がある。これは定着処理で行う。

ハロゲン化銀は感光するとき、波長を吸収する領域は青色によっている。そこで、可視領域にわた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。

◇ 半導体撮像素子の原理

デジタルカメラやテレビカメラ、ビデオカメラでは受光面に半導体撮像素子を用いる。CCDの場合、半導体撮像素子に入射した光子がpn接合に入ると電子が発生する。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。発生した電子を走査することでAD変換器へ送る。VHS等、アナログ式の場合は電荷量に応じて信号の強弱を記録媒体に記録する。(シャノン=ハートレーの定理)

ビジコン管の場合、光電面に入射した光子によって電位が変化し、走査することで電位の強弱を記録媒体に記録する。

◇ 相反則と相反則不軌

基本的に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)によって決まる。これを相反則という。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更なる別の問題をも生む。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のである。

長時間露光においてはまた別の問題がある。現在利用可能な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ディテクターを低温で動作させる必要がある。ただしフィルムの長時間露光では、粒状性は変化しない。

なお、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。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フィルムが市販されていたほどである。

◇ 写真の撮影

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は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)

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