カメラのクアッドベイヤーセンサーとか何か 普通のセンサーと何が違う？

OMシステムのOM-1カメラの興味深い特徴の一つは、クアッドベイヤーセンサーだ。この記事では、これが何を意味しており、どのようなメリットとデメリットをもたらすのかを説明する。

基本的なポイントは、赤、緑、青のフィルターが一つのピクセルではなく4つのピクセルを覆うベイヤーカラーフィルター配列を使用することだ。これは、下の図で示されており、通常のベイヤー配列とクアッドベイヤーを比較している。この段階で、いくつかの用語を明確にしておく必要がある。多くのメーカはピクセルをフォトダイオードと名付けているが、一つのカラーフィルターの下の4つのピクセルは、それぞれ完全に機能し、他のピクセルから独立して読み出すことができる。実際にそうでなければ、このデザインにはあまり意味がない。従って、一見すると、クアッドベイヤー配列の唯一の効果は、センサーの解像度を4分の1にすることであるように見える。従って、OM-1の2000万画素のセンサーは実際には8000万画素である。あとで、なぜこれが良いアイデアなのか説明しよう。

クアッドベイヤーセンサーの配列は、携帯電話ではかなり一般的だ。携帯電話のレンズがセンサー上で最大1億画素までの解像度を実現するために、どのようにして十分な解像度を投影できるのか疑問に感じるかもしれない。その応えは、それは不可能であるが、しかし画素のサイズを小さくして使用することで解像度を上げることができる。携帯電話では、クアッドベイヤー配列により低照度時に4つのピクセルを組み合わせることができる。明るい光のときには、ピクセルは個別に使用され、これにより有効なピクセルの画素のサイズが減少しシャープネスが増す。

この配列を使用した最初の一般向けのカメラは、低画素数で動画専用のパナソニックのLUMIX GH5Sと、ソニーのα7S IIIだ。これらのカメラには上記の機能は搭載されていないが、それではクアッドベイヤー配列の利点は何だろうか？これらのカメラは図2に示す配列を仕様しており、それぞれ個別のピクセル上に別々のマイクロレンズがある。これによりマイクロレンズが光を各画素の有効領域に収集させる効果が維持できる。しかし、この設計では大きなピクセルとして使用することに比べて何も得るものはなく、この設計が利用される本当の理由は生産経済性にある。低画素のセンサーは非常に専門的な製品であり、もし他の製品の亜種とすることができれば、製造コストを削減することができる。例えば、ソニーでは1200万画素センサーは4800万画素センサーを派生して作ることができ、ソニーセミコンダクターが、この画素数前後のフルサイズセンサーを生産していることは驚くことはない。

それではOM-1をみてみよう。これは図3に示すような異なるマイクロレンズの配置を使用している。これは1つのマイクロレンズが各クアッドピクセルカラーフィルターを覆っている。欠点はマイクロレンズは光を各画素の有効でない部分にも集光させるため効率が低下することだ。しかし利点はセンサーがキヤノンのデュアルピクセル配列と同様の位相差検出機能を提供し、水平方向と垂直方向の両方で動作することだ。

このセンサーのデザインでは、フレーム内のすべての画素をフォーカス用の画素として利用することができ、クロスタイプの検出が可能であり、画像を撮影するときに位相差センサーで欠損した画素を補完する必要がない。キヤノンはデュアルピクセルRAW機能を提供しており、画像から深度情報を抽出することができる。クアッドピクセルRAWのオプションは非常に興味深いが、OMシステムはまだそれを提供していない。