何段とか言ってるやつ。量としての光をコントロールすることである。

カメラは光を捕まえる装置で、如何に大量の光を捕まえるかである。

捕まえる光の量を増やすには

• 入ってくる入り口を広くする
• 捕まえる時間を長くする
• 効率よく捕まえる

の3つになり、この3つが f値、シャッタースピード、ISO感度 に対応する。 なのでこの3つのどれでも増やせば捕まえられる光の量は増える。

しかし多ければ多いほどよいわけでなく、捕まえる量には適正値がある。 多すぎると、オーバーで、所謂「白飛び」、捕まえる量が少ないと、そもそも映らないとか「黒つぶれ」ということになる。

なのでこの3つをコントロールして露出を適正にする。

しかしこの3つは光の量を調整するだけでなく、別の要素も同時に変わってしまうので、 状況に合わせてどれをどれだけ調整するかということをする必要がある。 カメラで遊ぶ面白さの一部がこれになる。

f値は値を小さくする(開放)と光の量は増えるが、被写界深度が狭くなる、画質がボケてシャープさが失われるという問題がある。

シャッタースピードは長くすると光の量は増えるが、動いている対象に使うと被写体ブレ、手持ちならば手ブレの原因になる。

ISO感度は高くすると弱い光でも捉えられるようになるが、高感度ノイズと呼ばれる粒子状のノイズが全体的に入って画質が劣化する。

例えば、夜中の歩きながらの手持ちスナップ撮影ならば、手ブレ被写体ブレは避けたいのでシャッタースピードは遅くしたくない。 なので f値を下げて、劣化がユルイ範囲でISOを上げていくということになる。

三脚が使えるなら、手ブレが抑えられるので、シャッタースピードは長めにできるというような具合に調整する。

この捉えた光の量のことを普通「露出」と呼ぶ。そしてこの露出の相対関係を「段」という単位で呼ぶ。 大体のカメラはパラメータを自由に連続的に変えられるわけでなく、この「段」の幅で変化させる。

このことにより3つのパラメータの相互変換ができる。

シャッタースピードの単位は秒で表されているが、切り替えは倍倍倍になっている。1秒の次は2秒、2秒の次は4秒という感じだ。1秒で捕まえる光の量と2秒で捕まえる光の量の差が「1段」ということになる。

シャッタースピードにおける光の量は時間なので段は

このような関係になるということだ。

次に f値に関してだが、f値はレンズの絞りのことで、その形状は円である。 光の量に関係するのはこの円の面積である。円の面積を決定するパラメータは「半径」のみなので、半径をどのぐらいいじるといいのか？

\begin{eqnarray} \pi a^2 &=& 2\pi b^2 \\ a^2 &=& 2b^2 \\ a &=& \sqrt{2b^2} \\ a &=& b\sqrt{2} \end{eqnarray}

ということで半径を $ \sqrt{2} $ 倍すると面積が倍になるという計算になる。 f値というのは、焦点距離をレンズの口径で割った値であるから、口径がデカイほどf値が小さい、つまり明るいということになる。絞りはこの口径を変化させるということなので、f値というの絞りの半径に依存して変化する。

f値における光の量は面積。これをシャッタースピードの単位と一致させると

半径の近似の値を見るとカメラを触ったことあるならよくみかける数字が並んでいると思う。 つまり、段数においてはシャッタースピードと絞りは相互に変換できるということになる。

F値を1段絞って光の量は半分にしたならば、シャッタースピードを1段分長くすれば、同じ明るさで写真が撮れるということになる。当然同じ明るさではあるが撮れる写真はことなる。絞っているので写真自体は被写界深度が深くなり全体的にシャープな写りなる。しかしシャッタースピードが伸びているので場合によってはブレが発生している可能性もある。

ISO感度に関してもこれはそもそもそのように作られていて ISO感度100 に対して 200 は2倍の光を捕らえることになっている。 つまり、これも「段」の概念で相互変換できるということだ。

実用的な範囲でこの3つの調整幅が広いカメラ、レンズというのが高性能で値段も高いということになる。