唯一無二のFoveonセンサーが作り出す圧倒的かつ精緻で繊細な「解像感・色表現」
株式会社シグマはレンズメーカーとして知られるが、近年は世界で唯一の三層構造の垂直色分離方式を採用したセンサー「Foveon」を搭載したカメラを発売していることでも話題となっている。同社の山木和人社長はFoveonセンサーを搭載したカメラについて、とあるインタビュー※1で「当社がメインになることはなく、補完する存在……」と語っているが、その控え目な言葉とは裏腹に、唯一無二のセンサーが作り出す圧倒的かつ精緻で繊細な「解像感・色表現」に魅了され、作品作りに活かしている写真家は多い。今回は、そんなFoveonセンサーの魅力をあらためて探り、「レンズ交換ができるミラーレス一眼」として昨年登場したsd Quattroとsd Quattro Hを紹介する。
報告：高村達／「写真豆知識」編集部
協力・画像提供：株式会社シグマ
作品提供：高村達／松倉広治／山口規子／柳川勤
Foveonとの出会い……高村達
世界唯一の三層構造「垂直色分離方式」Foveon X3 センサー
世界唯一の三層構造「垂直色分離方式」※2を採用したFoveon X3センサーは、1997年創業の米国のベンチャー企業・Foveon社が開発した受光素子である。
シグマは、2002年10月に世界ではじめてFoveon X3センサーを搭載した一眼レフカメラSD9を発売し、その後もSD14、DP1などのカメラを発表。2008年11月にはFoveon社の全株式を取得しシグマ傘下に収めている。
SD1 Merrillとの出会い
SD1 Merrill
私が以前撮影していた「錆びをテーマにした作品」がある。中判デジタルカメラで撮影し、RAWからTIFFに仕上げていたのだが、フィルムのような立体感が出ないことも多く、フィルムで撮影後、スキャナーで取り込んで仕上げる作業を併用していた。
そんな中、私が出会ったのはFoveon社を傘下に収めたのちに開発したMerrillセンサーを搭載した「SD1 Merrill」（2012年03月発売）であり、そのシャープな解像度に驚いた。そのシャープな解像度に驚いた。それからSD1 Merrillで何度か撮影したが、なかなかのジャジャ馬なホワイトバランスにやや不満を感じて いたものの、鋭い画質というのであろうか……フィルム時代のコンタクトプリントのような画像であったことは記憶にあたらしい。
シグマ初のミラーレス一眼 sd Quattro、sd Quattro Hの登場
dp2 Quattro
その後、Foveon Quattroセンサー※3を搭載したdpシリーズ（レンズ固定式）が発表され、dp2 Quattro（2014年06月発売）は色温度のパラメータが数字で変更できるようになり、かなりの進化を遂げていた。（※現在のファームウェアはVer.2.01までアップデートされている）
昨年（2016年7月）、「レンズ交換ができるミラーレス一眼」へと進化を遂げたsd Quattroが発売され、更に12月20日、センサーサイズAPS-Hのsd Quattro Hを発売した。トップ層の有効画素数は、sd Quattroで1960万画素、sd Quattro Hで2,550万画素あるため、解像感は、それぞれ3,900万画素、5,100万画素相当になる。
センサーサイズはそれぞれAPS-CとAPS-Hだが、このサイズにして解像度はベイヤー配列フルサイズを凌駕するほどの実力である。Foveon X3 センサーについて株式会社シグマ マーケティング部の桑山輝明氏に伺った。
Foveon X3 ダイレクトイメージセンサーの特長と魅力
SIGMA 桑山氏が語る Foveon X3 ダイレクトイメージセンサーセンサーの優位性
株式会社シグマ 桑山輝明氏
イメージセンサーの原材料であるシリコンは、表層部から順に短い波長の光を吸収し、深層部ほど長い波長の光を吸収する特性をもっています。 Foveon X3 センサーは、このシリコンの特性を利用して、異なる深さに3つのフォトダイオードを配置して色分離する垂直色分離方式を採用しています。 垂直方向に色分離を行うため、単一セル内で光の波長のすべてを記録することができます。 一般的なセンサー方式の様に色補間処理が必要なく、原理的に偽色が発生しませんので、ローパスフィルターも必要ありません。そのため、ピクセルロケーション単位での精緻で繊細な解像感や色表現が可能で、豊かなグラデーションやトーンを表現できます。
デジタルカメラの絵が「なんとなくデジタルっぽい」と感じるのは、（ベイヤー配列のセンサーで撮影された画像が）計算で求められた色を、なんとなく感じているからではないかと思います。Foveonは分光特性が人間の眼に似た特徴があり違和感がなく自然に感じるのではないでしょうか。
Foveon X3 ダイレクトイメージセンサーは、フルカラーセンサーであるため、色補間やローパスフィルターが必要ないメリットがある一方、三層構造であるため、データ量が3倍になってしまうデメリットがあります。 例えば、一層が2,000万画素のセンサーでは三層で6,000万画素のデータとなってしまいます。この膨大なデータを処理するために大きなバッファメモリが必要となり、時間がかかったりしてしまいます。
Quattroセンサー
解像感を上げるために画素数を増やしていけば、ファイルサイズの肥大化につながってしまいます。特に三層構造のFoveon X3 センサーではその傾向が強くなります。そこで光の波長をブロードに捉えるFoveon X3 センサーの性質に着目し、トップ層(B)は下層に比べ4倍の1960万画素のセンサーを配置しているに対し、ミドル層（G）（グリーン）とボトム層（R）（レッド）は490万画素のセンサーを配置し「1：1：4」構造をといたしました。トップ層では、輝度情報と色情報を取得し、ミドル層とボトム層では、色情報のみを取得しています。 それを画像処理の過程で、トップ層で得た輝度情報をミドル層、ボトム層の各層で得た色情報に適応させることで、画素数の肥大化を防ぎながら高解像化を達成しています。
トップ層がミドル層、ボトム層に対して4倍のピクセル数がある「1：1：4」構造を採用したことから「4」を意味するイタリア語の「Quattro」をジェネレーションネームとしました。
多くの写真家がモヤモヤ感じている「相当画素数」って何ですか？
解像情報をグリーン（全体の50%）で取得する一般的なベイヤー式イメージセンサーに比べ、トップ層の全てで取得するQuattroセンサーは2倍の解像情報があるといえます。例えば、sd Quattroでは、トップ層が1,960万画素あるため、一般的なベイヤー式のあてはめると、3,900万画相当にあたる解像感があるといえるので、このような表記をいたしました。
ノイズについては？
3つの層それぞれにノイズが発生するだけではなく、色感度が高いためにノイズによる影響をより大きく受けます。この影響を最小限に抑えるためのノイズリダクションは永遠の課題とも言えます。
RAW撮影がお薦め
多くの場合JPEGでも十分な画質を実現できますが、繊細な色合いやノイズバランスの調整、高解像度撮影の際には、RAWでの撮影がお薦めです（桑山）。
SIGMA初のミラーレス一眼sd Quattroとsd Quattro H が登場
sdQuattroHとsdQuattroの違い
カメラの内部構造はセンサー以外同じなの？
センサー以外は、カメラの内部構造は同じです。センサー周りの重さ分だけ差（10g）があります。バッファメモリも同じであるため、sd Quattroが連続撮影枚数が12枚であるのに対してsd Quattro Hは8枚になります。（桑山氏）
| sd Quattro H | sd Quattro |
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DNG対応について
sd QuattroではSIGMA独自のRAWデータファイルのX3F、X3Iが採用され、専用RAW現像ソフトSIGMA Photo Proでしか現像できなかったが、今回からアドビが提唱するDNG（DNGはDigital Negativeを意味し、その名の通り、デジタルなネガフィルムをイメージしている）ファイル形式が加わった。そのため、AdobeBrigeやAdobeLightroomなど、幾つかのRAW現像ソフトに対応し現像できるようになった。まだ未知数な部分とX3Fの14bitに対してSIGMA DNGファイルは12bitの為、今後に期待したいところだ。
※詳しくは
http://www.sigma-global.com/jp/cameras/sd-series/products/
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SFDについて（Super Fine Detail）
sd QuattroからSFDというノイズを低減し、階調を広げ、より高精細な画像生成を可能にする撮影モードが搭載された。SFDモードはISO100、一回のレリーズで7枚の露出の異なる画像を取得し、X3IというRAWデータを生成。そのX3Iを専用の現像ソフトSIGMA Photo Proでダイナミックレンジが広くノイズレスで高精細な画像を生成することができる。
マルチショット撮影になるため、半ピクセルずれてもNGとなるため三脚使用が必須となるが、ノイズの全くない高精細な画像が仕上がり、美術品撮影や貴重な原稿のアーカイブ撮影など、定常光の安定した光の下での撮影で威力を発揮する。
http://www.sigma-global.com/jp/cameras/sd-series/features/
dp Quattro とsd Quattroの違いについて
コンパクトなボディに専用設計をしたレンズを搭載したdp Quattroに対して、sd Quattroはレンズ交換式ミラーレス一眼ボディである。レンズ交換式であるため、様々なSA用レンズが装着可能である。ファインダーも約236万ドットカラー液晶の電子式ビューファインダーを採用している。 この他、dpとの違いは、画像処理エンジンTRUE IIIを2個搭載したり、2倍の大容量メモリが搭載されたり、高速性能に優れた像面位相差検出方式と合焦性能に優れたコントラスト検出方式の2つのAF検出方式を採用していることなど、カメラとしての性能を向上させている。
| dp Quattro | sd Quattro |
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ユーザーが語るFoveon X3 ダイレクトイメージセンサーの魅力
高村達
SIGMA sd QuattroH で撮影する画質は大型フィルムカメラの密着プリントのような立体感 のある画質であり決して速くない書き込みやプレビューはフィルム時代の心地よさを思い出す。デジタルでは普通になった高感度特性もフォベオンではフィルムと変わらない！それでも数多くあるデジタルカメラの中でこれほどの解像度を持っているデジタルカメラを私は知らない！ きっとこのカメラには写真家を熱くする何かを持っているのだろうと思う。
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| sd Quattro + 35mm F1.4 DG HSM | Art | sd Quattro H + 135mm F1.8 DG HSM | Art |
松倉広治
ワンシャッターに集中できるカメラ。それは、大判フィルムカメラで撮影する感覚にどこか似ている。Foveonセンサーの圧倒的な解像力と奥行きある描写が生み出す臨場感が、撮影者のモチベーションを心地よく高めてくれる。一方、自由に選択できるレンズが、sd Quattroの機動力を高め、一瞬のシャッターチャンスにも素早く反応してくれる。
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| sd Quattro + 35mm F1.4 DG HSM | Art | sd Quattro + 18-300mm F3.5-6.3 DC
MACRO OS HSM | Contemporary |
山口規子
sd Quattroの魅力は何と言っても解像感の素晴らしさである。被写体の質感やその場の空気感を繊細に映し出す。「そこにあるそのもの」の存在感を１００％写し切るカメラはなかなかないと思う。しかしながらサクサク撮れるカメラではないことも事実。慣れるまで噛んで噛んで味が出てくる、まさにスルメのようなカメラ。そしてFoveonの沼にハマるとそこからもう抜け出せないのである。Welcome to SIGMA Foveon world !
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柳川勤
この解像感、色、諧調はFoveonセンサーでなければ得られない！
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| sd Quattro + 30mm F1.4 DC HSM | Art |
| DP3 Merrill によるパノラマ合成写真 | |
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| DP3 Merrillを使い、縦位置で７カット横にずらして撮影、SIGMA Photo ProでRAW現像後、Photoshopでパノラマ合成 元画像はTIFFフォーマットで 37,190px X 9,341px、1.76GB クリック後のリンク先画像はJPEGフォーマットに変換後、1,920 × 482px に縮小（ウィンドサイズにより大きさは変化） |
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| 部分拡大 １ | 部分拡大 ２ |
Foveon X3ダイレクトイメージセンサーまとめ
Foveon X3ダイレクトイメージセンサーの歴史
1997年 三層構造の「垂直色分離方式」イメージセンサーを開発したFoveon社（Foveon, Inc.）が米国で創業- 2002年10月 シグマよりSD9発売、世界初のFoveon X3センサーを搭載した一眼レフカメラ
- 2007年03月 SD14発売。
- 2008年03月 DP1発売。
- 2008年11月 Foveonをシグマグループの完全子会社に
- 2011年06月 SD1
- 2012年03月 SD1 Merrill
- 2014年06月 dp2 Quattro
- 2016年07月 sd Quattro
- 2016年12月 sd Quattro H
一般的なセンサーとFOVEONセンサーとの違い
ベイヤー式イメージセンサーの基本構造
受光素子の各ピクセル上に赤・緑・青を分離するためのRGBフィルターを配置する配列方式のことをいう。現在販売されているほとんどのデジタルカメラの撮像素子に採用されている方式。人間の眼は緑色の波長に最も敏感であるため、ベイヤー配列では緑色（G）のフィルターは赤（R）と青（B）の倍の数を配列している。
RGBそれぞれのフィルターを通過した光はそれ以外の色を感知しないため、近隣ピクセルの色情報から演算処理によって補完した画像を生成しているため、偽色（実際には存在しない色）が発生しやすい。そのため、ベイヤー配列の撮像素子を使った多くのデジタルカメラには偽色やモアレを低減するためのローパスフィルターをレンズとセンサーとの間に配置しかなりの効果を上げているが、同時に画像の解像度を落としてしまうという欠点もある。
ベイヤー配列方式は多くのメーカーが採用しており、補完処理に関してもある程度成熟した技術ともいえるが、RGBフィルターとローパスフィルターの二つのフィルターを通して画像を生成している事実には変わりはない。
Foveon X3ダイレクトイメージセンサーの基本構造
Foveon X3ダイレクトイメージセンサーは光の波長を短いほうから順に吸収するシリコンの特性を活かして、垂直方向に配置された３層（トップ、ミドル、ボトム）が短波長（主に青）、中間波長（主に緑）、長波長（主に赤）の光を捉えることで、すべての色情報を得ることができるフルカラーセンサーである。また、ベイヤー配列センサーと違い、RGBフィルターが不要で「色補完」を行わないため原理的に偽色も発生しない。そのため解像度を落としてしまう「ローパスフィルター」も必要なくなるため、非常に精緻でシャープ感があり、なおかつ自然な画像が生成できる。
Foveonセンサーの優れた点と弱点
優れた点
・APS-Cにしてフルサイズをしのぐ圧倒的な解像度とシャープな画質
・カラーフィルターで光情報を損失しない
・フィルターアレイの干渉を隠すための光学的ローパスフィルターが不要
・色補間処理不用
・繊細な解像感・色表現
弱点
・高感度性能
・三層構造のため画像処理が遅くなる