Chapter
611

1. 「光」の撮影を楽しもう

1.1 マニュアル撮影のすすめ

7「光」の撮影を楽しもう

高性能なデジタルカメラが手軽に入手できるようになり，フィルムカメラの時代に比べて，写真撮影が格段に楽になりました ．本書で紹介する「光の実験」の撮影に
3）

図 1.2 花火の撮影例 1（プログラムオートモード）．デ
ジタルカメラのオートモードで，手持ち撮影しました．
これは，花火大会の最後を締めくくる錦冠（にしきかむろ），銀冠（ぎんかむろ）で，金色，銀色の光を放つ花火です．
［Nikon D7000，16–85 mm
f/3.5–5.6G（f=48 mm），露出：
プログラムオート（露出補正：− 1.7），フォーカス：オート，f/6.3，1/250 秒，ISO：
4000］

おいても，デジタルカメラの恩恵は計りしれません．第 1 の恩恵は，撮影して直ぐに画像が確認でき，条件を修正して再撮影ができることです．そして第 2 は，フィルムに比べて実用感度域が格段に広がって，暗い被写体の撮影に強くなっていることです．
5. スペクトルを楽しもう

5.3.3

5.3 CD–R 分光器でスペクトル像を撮影する

フラウンホーファー線の撮影

太陽光の連続スペクトルを観察すると，フラウンホーファー線と呼ばれるたくさんの暗線があることに気が付きます．フラウンホーファー線は，太陽の大気中に存在する元素や地球大気中の酸素などが太陽光を吸収することによって生じる暗線です．太なるスペクトル測定対象の 1 つです．
図 5.11 に，CD–R 分光器で撮影した太陽光のスペクトル像を示します．暗線を際立

D2：588.997 nm

たせるために，画像処理ソフトで露光量を下げてあります．図中に，可視領域における主なフラウンホーファー線の吸収波長とその吸収元素も併記しました ．リストに9）あっても写っていない暗線や，リストにはないが写っている暗線が，結構数多く存在しています．
向けようとしても，光軸を合わせることは困難で，光軸を外れた光は分光器内の邪魔な光（迷光）になって内部で乱反射し，図 5.12 のような画像悪化の原因になります．
対策として，入射スリットの直前に蛍光を発しない薄い紙（例えば，レンズペーパー）を貼って，太陽光が当たった紙が 2 次光源となって，入射スリットに光が均一に照射されるようにしました．また，地球の自転によって太陽が動きますから，CD–R 分光を使って，太陽光を入射スリット直前の紙に照射しました．つまり，30 秒程度の露光時間中は，辛抱強くシーロスタットの真似をすることになります．
図 5.11 のスペクトル像は，まずまずの波長分解能で分離しています．例えば，よく知られているナトリウムの D1 線（589.594 nm）と D2 線（588.997 nm）を見ると，5.14 です．分光器の波長分解能を表す指標として半値全幅（FWHM）があります（図5.15 参照）．図 5.14 の D2 線で半値全幅を求めてみると，自作した CD–R 分光器では，マニュアル撮影のすすめような撮影では，多くの場合，オートモードが決めた適正露出では，思い通りの仕上がりになりません．例えば，図 1.1 は，オパールの遊色を (a) 絞り優先オートモードの自動露出（露出補正：0.0）で撮影，(b) マニュアルで露出を決めて撮影した写真です．このような黒背景で弱い光を撮影する場合，オートモードでは露出オーバーになる傾向があり，本来撮影したい遊色の色彩が埋もれてしまいます．そういった理由か

影では，C–PL（図 3.29 のサーキュラー PL）をカメラに装着し，C–PL の前で 1/4 波
円偏光で変わるコガネムシの色三脚を使用してマニュアルで露出を決めた花火の写真です．低 ISO 感度に設定し，f/2.8G ＋接写リング 68 mm，側から見て定義します．円偏光選択反射の説明はたいへん難しいのですが，ごく簡単ています．実際の撮影では，CD–R 分光器が取り付けられたカメラ全体を黒布で覆います．

ジ「コガネムシは円偏光」
CD-Rをご参照ください．
分光光器で器で撮撮影
影CD-R分

光616.218
616.218 nm
nm (Ca)
(Ca)

15）

可能な波長
長帯にある帯にある可能な波9）．
主な太陽吸収線9）
主な太陽吸収線．
** は他の元素とも関は他の元素とも関係がある．** は磁場は磁場係がある．**
測定によく使われる．
測定によく使われる．

89● 1/4 波長板シート
1/4 波長板は，インターネッ
トで比較的安価なシートタ
イプの製品が入手可能です．
●進相軸
屈折率が低く，光の伝搬速度が速い軸．↔遅相軸偏光顕微鏡を使ってアオドウガネ体表の左円偏光反射像，右円偏光反射像を撮影したものです．左円偏光では見えている細かなテクスチャーが，右円偏光では消失していことがわかります．

偏光だけを反射し，右回りの円偏光は吸収します．詳しくは，石川謙氏のホームペー

610.273610.273 nm
nm (Ca)(Ca)
612.223612.223 nm
nm (Ca)(Ca)

588.997 nm (Na*, D 2)

589.594 nm (Na, D1)

532.805 nm (Fe)526.955 nm (Fe*)

525.022 nm (Fe**)516.733 nm (Mg*)
517.270 nm (Mg)
518.362 nm (Mg)495.761 nm (Fe*)

492.051 nm (Fe*)

489.150 nm (Fe)

半値全幅を指します．

にいうと，コガネムシの体表は左回りのらせん構造物質で覆われていて，左回りの円

図 6.22 (a) 左円偏光と (b)右円偏光．偏光の回転方向は，観測者（カメラ）側から見て定義します．

486.134 nm (H)1.1

デジタルカメラのオートモードは性能が良く，一般的なスナップ写真撮影では，カメラ任せできれいな写真が撮れます．しかしながら，本書で紹介する「光の実験」の射と呼びます．左円偏光，右円偏光の回転方向は，図6.22 のように観測者（カメラ）図 5.13 CD–R 分光器の日陰への設置．CD–R 分光器は日陰に置き，手に持ったミラーを使って，シーロ半分の値を取る波長の幅で(a)(b)
スタットのように入射スリットの直前の紙に太陽光を照射し，太陽光が均一に入射スリットに入るようにしす．単に半値幅という場合，約 0.25 nm の分解能が得られていることがわかります．

470.300 nm (Mg)

撮影するにあたってのポイントについてまとめます．

［Ni kon D80，105半m m値 全 幅
図 0E5.15（FWHM: full width at half
露出：マニュアル，フォーカ
コガネムシなどの甲虫のなかには，左円偏光はその体表で反射するが，右円偏光は長板を回転させています．1/4 波長板の進相軸が C–PL の直線偏光子の透過軸に対して，maximum）．
絞りを f/14 まで絞り込んであえて光量を落とし，長時間露光で光量を溜め込むことで，
ス：マニュアル，f/16，2秒，ピークの広がり具合を表す
反射しないという変わった特性をもつものがあります．この性質を円偏光の選択反+45°のときに左円偏光，− 45°のときに右円偏光のみが C–PL を透過します．図 6.24 は，色が白く飛ぶことなく，花火の色を再現することができています．
ISO：100］指標で，ピーク最大高さの6.4.1

波長領域を，imageJ を使って，スペクトル像の RAW 画像からデジタル化したのが図452.863 nm (Fe*)
455.404 nm (Ba++)

いなかったかもしれません．ここでは，本書全体のイントロとして，「光の実験」をのように，左円偏光と右円偏光では，同じ個体とは思えないほど色が変わります．撮出補正で露光量を落としているにもかかわらず，色が白く飛んでいます．図1.3 は，

図 5.11 右の拡大挿入写真のように，きれいに分離していることがわかります．この438.356 nm (Fe)440.476 nm (Fe)441.514 nm (Fe*)

432.578 nm (Fe*)
434.048 nm (H)422.674 nm (Ca)423.595 nm (Fe*)
425.013 nm (Fe*)
425.080 nm (Fe*)
425.435 nm (Cr*)
426.049 nm (Fe)427.177 nm (Fe)

本書掲載画像の多くは，微弱な「光」が主役なので，フィルムカメラでは撮影できて
63

0.597 nm
図 1.1 オパールの遊色．
ら，本書に掲載したほとんどの画像は，マニュアル露出で撮影されています．
図 5.12 迷光による画像の悪化例．炎天下に CD–R 分光器を出して，直接太陽に向けると，邪魔な光（迷(a)絞り優先オートモードの図 5.14 ナトリウム D 線
デジタルカメラは，人間の眼と違い，長時間露光で光を溜め込むことができます．
光）が分光器内で乱反射して画像が悪化することがあります．
自動露出で撮影したオパー（D1，D2）のスペクトル分離．ルの写真．デジタルカメラ
これは，微弱な光の撮影で，ISO 感度を上げずに，露光時間によって適正な光量が得
図 5.10 をデジタル化してみの自動露出は，必ずしも期ると，D2 線 の 半 値 全 幅でられることを意味します．微弱な光の撮影では，長時間露光で光を溜め込めるデジタ
待通りの露出になるとは限
約 0.25 nm の波長分解能でりません．あることがわかります．
ルカメラの特性を最大限に利用することが，美しい「光」の撮影を楽しむポイントの［Ni kon D80 0E ，105 m m
1つと言ってよいでしょう．長時間露光は，花火の撮影などにも有効です．肉眼ではf/2.8G ＋接写リング 68 mm，ピーク
露出：絞り優先オート（補正：
鮮やかに見える花火を撮影してみると，色が白く飛んでしまい，思ったほどきれいに100%0.0），フォーカス：マニュア撮影できなかったという経験はありませんか．その主な原因は，オートモードが適正
ル，f/16，10秒，ISO：100］886. 色彩を楽しもう
6.4 コガネムシの円偏光選択反射50%(b) マニュアルで露出を決めと判断した露出が，目まぐるしく光量が変化する花火に対して，適正ではなかったとたオパールの写真．シャッ
実際に，アオドウガネ（甲虫目コガネムシ科）に円偏光を照射して撮影すると，
図 6.23いうことにあります．図1.2 は，オートモードで手持ち撮影した花火の写真です．露6.4 コガネムシの円偏光選択反射
ター速度を変えながら複数波長FWHM枚撮影した中の 1 枚です．

実際の撮影での注意点を確認しましょう．まず，直接入射スリットを太陽の方向に器は日陰に固定して全体に黒布を被せ，図 5.13 のように，露光時間の間は常に，ミラー

図 5.11 太 陽 のフラウン
9）
ホーファー線 ．暗線を際立たせるために，画像処理ソフトで露光量を下げています．
［Nikon D800E，55–200 mm
f/4–5.6G（f=100 mm）， 露
出：マニュアル，フォーカ
ス：マニュアル，f/11，30 秒，ISO：100］●オパールの遊色
オパールは鉱物の一種で，美しいものは宝石にされます．オパール内では，球状のシリカ微粒子が凝集していて，3 次元的な周期構造を形成しています．光を当てると，場所によって異なる 3 次元周期構造が回折してさまざまな色を発します．
3 次元構造なので，光の当て方や見る方向によって色や光り方が変わります．これを遊色と呼びます．
「回折」については，「6 色彩を楽しもう」を参照してください．
~0.25 nm陽光のフラウンホーファー線は，分光器を自作したら，一度はチャレンジしてみたく552.842 nm (Mg)

●フラウンホーファー線
1814 年，ドイツの物理学者
ヨゼフ・フォン・フラウンホー
ファーは，太陽光スペクトルの中に多数の暗線があることを報告しました．それらの暗線は，発見者の名にちなみ，フラウンホーファー線と呼ばれています．
また，フラウンホーファー
は，光学分野においてフラウンホーファー回折にその名を残しています．波である光には，障害物背後の影となる領域に回り込む波特有の性質があり，回折と呼ばれています．フラウンホー
ファー回折は，回折現象を無限遠で観測したときの近似 解 で， 別 名 遠 方 場 回 折とも呼ばれます．レンズなどの光学分解能はフラウン
ホーファー回折によって決まることから，光学分野では
1, 2）
非常に重要です ．

D1：589.594 nm

626.4.2

図 6.25
顕 微 鏡 画 像の 焦 点合 成 に使 用した
CombineZP．

クールな焦点合成ソフトウェア

アオドウガネの体表には，湾曲や局部的な凸凹があるため，顕微鏡を使った撮影では，体表の一部にしか光焦点が合いません．図 6.24 では，顕微鏡の焦点位置を少しずつずらしならが撮影した (a)28 枚，(b)27 枚の画像から，焦点合成を行い，擬似的に，被写界深度が深い 1 枚の画像を得ています．
焦点合成には，無料ながら精度の高い画像合成をしてくれる CombineZP16）を使用しました（図 6.25）．

少しずつ焦点をずらしながら撮影した複数の画像を(a) 左円偏光
450500550550(b) 右円偏光
600600CombineZP に読み込ませると，CombineZP は，① コントラスト等の情報を元にそれぞれの画像から焦点が合っている部分を抽出，② 抽出された部分画像を合成，[nm]
波長[nm]
波長③ 画像全領域で焦点が合った画像を生成，という流れで画像処理を行います（図 6.26）．

(a)
図 6.23(a)(b)
左円偏光 / 右円偏光で反射色が全く異なるアオドウガネ．(a) 左円偏光板の場合，(b) 右円偏光板の場合．
(b)

合成

焦点位置焦点が合っている
画像を合成
図 6.24 左円偏光 / 右円偏光で異なるアオドウガネ体表の顕微画像．(a) 左円偏光板を通して撮影したアオドウガネ体表の顕微鏡写真．(b)右円偏光板を通して撮影たアオドウガネ体表の顕微鏡写真．どちらも，焦点合成した画像です．

顕微鏡の焦点位置

図 6.26 焦点合成の概要．顕微鏡の焦点位置を少しずつずらしながら複数枚の写真を撮影して，焦点の合っている部分を合成し，全体に焦点が合っている 1 枚の画像を作成します．

図 1.3 花火の撮影例 2（マニュアルモード）．マニュア
ルモードの長時間露光で，三脚に固定して撮影しました．
［Nikon D7000，16–85 mm
f/3.5–5.6G（f=34 mm）， 露
出：マニュアル，フォーカス：マニュアル，f/14，17.4 秒，ISO：100］