カメラの仕組みを徹底解説｜レンズやシャッター、絞りなどの基礎知識

カメラが好きという方は多いかもしれませんが、その構造を理解している人は少ないのではないでしょうか？

カメラ初心者の方やカジュアルに写真を楽しんでいる方は、あまり詳しくないかもしれません。

しかし、大まかな仕組みはさほど難しいものではなく、また知っていることでより撮影が楽しくなります。

今回はカメラの仕組みについて詳しく解説しますので、ぜひこの機会に覚えてみてはいかがでしょうか。

カメラの基本的な仕組み

まずは、基礎知識です。カメラの基本的な部品や写真を撮る仕組みについて解説します。

カメラに必要な部品

現在カメラの種類は様々ありますが、写真撮影に用いるスチルカメラでは、レンズ・シャッター・感光材料の3つの部品が必要です。

レンズは、外部からの光をカメラ内部へ通すものです。

像を集めて感光材料に照射するのが一番の役割ですが、一眼レフカメラの場合はミラーに反射させてファインダーから写真に写る景色を見えるようにする役割もあります。

シャッターは、通常時に感光材料への光を遮りながら、撮影時にのみ光を当てることができる部品です。

これを開閉することで、シャッタースピードをコントロールしています。

最後に感光材料は、感じた光を記録する役割を持つ部品です。

要はフィルムやイメージセンサー（撮像素子）のことで、フィルムの場合は感光材料の受光感度（ISO感度）によって写真の明るさが左右されます。

デジタルカメラでも同じ名称の機能が搭載されており、写真の明るさを変えることが可能です。

写真を撮る仕組み

レンズでピントを合わせて、あらかじめ感光材料に結像するようにします。

そして、シャッター幕をシャッタースピード分開けて、光が感光材料に届くと記録されるという仕組みです。

シャッターの仕組みに関しては後ほど「カメラのシャッターの仕組み」内で詳しく説明します。

画像が記録される仕組み

フィルムカメラの場合、画像はまずフィルムに記録されます。フィルムは、そのまま写真にはなりません。

現像後のフィルムを、引き伸ばし機を用いて印画紙に焼き付け、現像液に浸すことで像が浮かび上がり写真が完成する仕組みです。また、最近は手焼きをせず、フィルムをスキャンしてデータ化する方も多いかと思います。

デジタルカメラの場合は、イメージセンサーが搭載されているので、記録されるのは変換された画像データです。

レンズから入ってきた光がイメージセンサーの画素に当たり、色情報などを検知します。

そして、画像処理エンジン（メーカーによっては映像エンジン）によって電気信号として画像化。その後に、内蔵メモリーもしくはSDカードなどのメディアへ保存されます。

カメラと人間の目の関係

カメラの造りと人間の目の仕組みは似ているといわれています。

カメラの各機構を人間の目に例えると、レンズが水晶体、フィルムやセンサーは網膜、口径を決めるのは瞳孔の大きさです。

どちらも取り込んだ像を反転させており、反転した倒立像をデジタルカメラではイメージセンサーで、人間は脳で、更に反転して正立させています。

カメラのレンズの仕組み

次に、カメラに必要な部品のひとつであるレンズの仕組みです。加えて、ピント調節や焦点距離についても解説します。

カメラのレンズの仕組み

レンズは内部に複数枚のレンズを組み合わせて作られており、イメージセンサーよりわずかに大きな円（イメージサークル）に結像するようになっています。

これは、レンズ1枚のみでは像の歪みや色がにじんでしまう「収差」が生じてしまうため。レンズを重ねることで収差を少なくすることが可能です。

フォーカス・ズーム・手ブレ補正機能では、その内部レンズを1枚～複数枚動かし、様々な動作と結像を同時におこなうことを可能にしています。

カメラのレンズによるピント調節

ピント調節は、内部のレンズを前後させて行います。

その動作を、レンズ交換式カメラではフォーカスリングやオートフォーカス機能でおこないます。

その一方で、レンズ交換式ではないコンパクトデジタルカメラ（コンデジ）などでは、高級コンデジなど一部を除いて、ほとんどがオートフォーカスです。

レンズと焦点距離の関係

焦点距離は、レンズの中心から結像する位置（焦点）までの距離のことです。

スチルカメラでは、レンズ内部にある凸レンズを中心とし、フィルムやイメージセンサーまでの距離のことを指します。

焦点距離が短いレンズは画角が広くなり、撮影される範囲が大きく、反対に焦点距離が長いレンズは画角が狭くなり、撮影される範囲も小さくなるという仕組みです。

カメラのシャッターと絞りの仕組み

シャッターと絞りの仕組みについて、解説します。

一見全く異なる機構のようですが、共通点もあり、写真表現にも関わるため、しっかり覚えておきましょう。

シャッターと絞りの関係

シャッターと絞りは、どちらも感光材料に届く光量を調整するための機構です。

シャッターはフィルムやイメージセンサーの前に配置されており、開閉する時間によって光量を調整します。

そして絞りは、絞り羽の開き具合を調整することで光量を調整する機構です。絞りに関しては、「レンズの絞りの仕組み」で詳しく解説します。

レンズの絞りの仕組み

絞りは、絞り羽の開き具合を調整することで光量を調整する機構です。

絞りは、弧を描いた複数の金属板である「絞り羽」で構成されています。

絞り羽が弧を描いていることで、絞っても開放しても穴が円形のまま保たれるという構造です。

絞りは、開放することで中央にある穴が大きくなり、光がたくさん入ってきます。

反対に光量を制限したいなら、絞り込んで中央の穴を小さくするということです。

この絞りは被写界深度にも関係し、開放するとピント面以外がボケて、絞り込むと全体にピントが合ってきます。

絞りの値である「F値」は「F2.8」や「F8」などと表記され、値の小さい方が開放、値の大きい方が絞り込んでいる状態です。

カメラのシャッターの仕組み

シャッターには、大きく分けてメカシャッターと電子シャッターがあります。

メカシャッターは、物理的なシャッターのことです。

一眼レフカメラやミラーレス一眼カメラ、「フォーカルプレーンシャッター」、コンパクトデジタルカメラ（コンデジ）では高級コンデジなど一部を除いて「レンズシャッター」が使われています。一方、電子シャッターはイメージセンサーの制御によって物理的なシャッターを再現する技術です。

シャッターを開いている時間は「シャッタースピード」と呼ばれ、シャッタースピードが遅いと光が当たる時間が長くなり、明るく写せたり、動く被写体を線のように描写することができます。

反対に、シャッタースピードが速いと光が当たる時間が短くなり、写真が暗くなりますが、早く動く被写体をブレなく止めて写すことが可能です。

カメラの仕組みを確認して更にカメラを楽しもう！

最近ではiPhoneなどスマホのカメラで撮影することが多くなったことから、このような従来のカメラの仕組みはなかなか覚える機会はないと思います。

しかし、根本の部分は同じなので、スマホで撮影するのが好きな方は原理を覚えればカメラが使ってみたくなるかもしれません。ぜひ、これを機会にデジタル一眼レフカメラから、カメラデビューしてみてはいかがでしょうか。