写真のしくみ ⑪ 暗い場所でも明るく撮れるISO感度と露出の三角形

夜の街、室内のパーティー、薄暗い水族館。暗い場所で写真を撮ると、思ったよりずっと暗く写ってしまうことがあります。「もっと明るく撮れないのかな？」と思ったことはありませんか？

この回では、その「もっと明るく」を実現するための道具、ISO感度（アイエスオーかんど）のしくみを解き明かします。さらに、カメラが写真の明るさを決めるために使っている3つの道具の関係、通称 「露出の三角形」 まで一気にたどりつきましょう。

暗いところで写真が撮れない！

写真が写るには「光」が必要です。明るい場所にはたくさんの光があるから、カメラは楽に写真を撮れます。でも暗い場所では光が少ないので、カメラに届く光の量も少なくなります。

光が足りないまま撮ると、写真は暗くなってしまいます。まるで、かすかな声を聞き取ろうとしているようなものです。声（光）が小さすぎて、うまく聞こえない（写らない）というわけですね。

ではどうすればいいでしょう？ 方法は大きく分けて3つあります。

1. 光をたくさん集める ... レンズの穴を大きく開ける（絞りを開く）
2. 光を長い時間ためる ... シャッターを長く開けておく（シャッタースピードを遅くする）
3. 受け取った光の信号を増幅する ... これがISO感度です

今回の主役は3番目。まずはフィルムの時代にさかのぼって、「感度」の考え方がどこから生まれたのかを見てみましょう。

フィルム時代の「感度」を知ろう

デジタルカメラが登場するよりずっと前、写真はフィルムで撮るものでした。フィルムの表面には、ハロゲン化銀（はろげんかぎん）というとても小さな結晶の粒がびっしりと塗られています。この粒に光が当たると化学変化が起こり、それが写真の像になります。いわばフィルムの表面にある無数の小さな「光のセンサー」です。

ここで面白いのが、この粒の大きさによって光への敏感さが変わるということ。

たとえ話で考えてみましょう。校庭に出て「雨つぶキャッチゲーム」をする場面を想像してください。小さなおちょこを持った人と、大きなバケツを持った人が並んで雨の中に立ちます。同じ時間だけ待ったとき、どちらがたくさん雨水を集められるでしょう？ 当然、大きなバケツのほうですよね。

フィルムの粒もこれと同じで、大きな粒ほど光をたくさんキャッチできます。つまり少ない光でも化学変化を起こせるので、暗い場所に強い。これが「感度が高い」ということです。

逆に、小さな粒は光をキャッチする力が弱いので、たっぷりの光がないとうまく反応しません。「感度が低い」ということになります。

でも、ただ粒を大きくすればいいというわけではありません。大きな粒で撮った写真は、できあがりの画像にもその粒の荒さが見えてしまいます。砂絵をイメージしてみてください。粗い砂で描いた絵はザラザラしていて細かい部分がつぶれますが、サラサラの細かい砂で描けばなめらかで精細な絵になります。

• 感度の高いフィルム（大きな粒）... 暗い場所で撮れるけれど、画像がザラザラする
• 感度の低いフィルム（小さな粒）... 明るい場所が必要だけれど、画像がなめらかできれい

ここにもトレードオフがあります。感度と画質はシーソーの関係で、片方を上げればもう片方が下がる。これはフィルムの時代から変わらない、写真の根本的な宿命なのです。

「ISO」って何の略？

フィルムの感度を数字で表すしくみは、もともと国によってバラバラでした。アメリカでは ASA という規格、ドイツでは DIN という規格で表していました。同じフィルムなのに呼び方が違うのはややこしいですよね。

そこで登場したのが ISO（アイエスオー）。International Organization for Standardization、日本語では「国際標準化機構」という世界的な組織がつくった統一規格です。フィルムの感度を世界共通のひとつの数字で表しましょう、というルールです。

ISO感度の数字は、数字が2倍になると感度も2倍になるように決められています。

• ISO 100 ... 基本の感度。晴れた屋外でちょうどいい
• ISO 200 ... ISO 100の2倍の感度
• ISO 400 ... ISO 200のさらに2倍（ISO 100の4倍）
• ISO 800 ... さらに2倍（ISO 100の8倍）
• ISO 1600, 3200, 6400 ... どんどん倍々に増えていく

感度が2倍になるということは、同じ明るさの写真を撮るために必要な光の量が 半分で済む ということです。ISO 100で撮れる写真と同じ明るさの写真を、ISO 200なら半分の光で撮れます。暗い場所で撮るときに、とても頼もしい武器になりますね。

デジタルカメラではどうなっている？

フィルムの場合、感度はフィルムそのものの性質で決まっていました。ISO 100のフィルムをカメラに入れたら、そのフィルムを使い終わるまで感度は変えられません。もっと感度が欲しければ、フィルムごと交換するしかなかったのです。

デジタルカメラはここが根本的に違います。デジタルカメラのセンサー（撮像素子）は、光を受けて電気信号に変換する装置です。光が多ければ大きな信号、光が少なければ小さな信号が出ます。ここまではフィルムと似ています。

違いは、その 電気信号を後から増幅できる というところです。

これはラジオの音量つまみにたとえるとわかりやすいでしょう。ラジオから流れてくる音楽が小さいとき、ボリュームを上げれば大きく聞こえるようになりますよね。デジタルカメラのISO感度も同じ原理で、センサーが受け取った電気信号を増幅して、暗い場所でも明るい写真をつくり出します。

そして最大のメリットは、写真1枚ごとにISO感度を自由に変えられること。フィルム時代のように交換する必要がありません。明るい場所ではISO 100、暗い場所ではISO 3200、とボタンひとつで切り替えられます。これはデジタルカメラの大きな強みです。

増幅すると「ノイズ」が現れる

ここまで聞くと、「じゃあISO感度をどんどん上げればいいじゃないか」と思うかもしれません。暗い場所でも明るく撮れるなら万能です。

ところが、そうはいきません。ISO感度を上げると、写真にザラザラとした荒れが出てきます。これを ノイズ といいます。

ラジオのたとえに戻りましょう。ボリュームを上げると、音楽だけでなく「サーッ」というノイズ（雑音）も一緒に大きくなってしまいます。ラジオの信号にはもともとわずかなノイズが混じっていて、ボリュームを上げるとそのノイズも同じだけ増幅されてしまうのです。

デジタルカメラでも同じことが起こります。センサーの電気信号には、もともとわずかなノイズが含まれています。ISO感度を上げて信号を増幅すると、写したい本来の像（信号）とともにノイズも一緒に増幅されます。その結果、写真がザラザラしたり、本来ないはずの色のつぶつぶが現れたりするのです。

• ISO感度が低い（ISO 100など）... ノイズが少なく、なめらかできれいな写真
• ISO感度が高い（ISO 6400など）... 暗い場所で撮れるけれど、ノイズが目立つ

フィルム時代の「大きな粒はザラザラする」という話と、デジタル時代の「ノイズが増える」という話。原因はまったく違いますが、感度を上げると画質が落ちる という結論は同じです。写真の世界では、この「感度と画質のトレードオフ」は昔も今も変わらない普遍のルールなのです。

写真の明るさを決める「3つのつまみ」

さて、ここまでISO感度の話をしてきましたが、写真の明るさを決めるのはISO感度だけではありません。カメラには明るさを調整するための道具が、全部で 3つ あります。

1. 絞り（しぼり） ... レンズの中にある穴の大きさを変える
2. シャッタースピード ... シャッターを開けている時間の長さを変える
3. ISO感度 ... 受け取った信号を増幅する度合いを変える

この3つの関係は、よく 「露出の三角形」 と呼ばれます。三角形の3つの辺が互いに影響し合いながら、写真の明るさ（露出）を決めているイメージです。

水道の蛇口でたとえてみましょう。コップに「ちょうどいい量」の水をためたいとします。

• 絞り は蛇口の開き具合。大きく開ければ水がドバッと出るし、少しだけ開ければチョロチョロ出ます。
• シャッタースピード は蛇口を開けている時間。長く開けていれば水はたくさんたまるし、一瞬だけなら少ししかたまりません。
• ISO感度 はちょっと性格が違います。コップにたまった水の量はそのままに、「2倍に見せる」「4倍に見せる」と数字を引き上げてくれる増幅装置のようなものです。便利ですが、増幅するぶんだけ「ノイズ」という余計なものも一緒についてきます。

コップにちょうどいい量の水（ちょうどいい明るさの写真）を得るために、この3つをうまく組み合わせるのがカメラの露出制御です。

絞りの役割とトレードオフ

絞りは、レンズの中にある羽根を開いたり閉じたりして、光の通り道の大きさを変える装置です。F値（エフち）という数字で表します。

ここで少しややこしいのが、F値が小さいほど穴が大きいということ。F1.8は大きな穴、F16は小さな穴です。数字と穴の大きさが逆なので、最初はちょっと混乱するかもしれません。

• F値が小さい（穴が大きい） ... 光をたくさん取り込める。明るく撮れる。
• F値が大きい（穴が小さい） ... 光を少ししか取り込めない。暗くなる。

ここまでなら「じゃあいつも穴を大きくしておけばいいのでは？」と思いますよね。ところが、絞りにはもうひとつの顔があります。ピントが合って見える範囲（被写界深度といいます）が変わるのです。

• F値が小さい（穴が大きい） ... ピントの合う範囲がせまい。背景がふわっとボケる。
• F値が大きい（穴が小さい） ... ピントの合う範囲が広い。手前から奥まで全体がくっきり。

ポートレート写真で背景をきれいにボカしたいならF値を小さく。風景写真で隅々までくっきり写したいならF値を大きく。明るさだけでなく、写真の表現にも直結するのが絞りの面白いところです。

シャッタースピードの役割とトレードオフ

シャッタースピードは、カメラのシャッターが開いている時間の長さです。1/1000秒、1/250秒、1/60秒、1秒、といった値で表されます。

• シャッタースピードが遅い（長い時間） ... 取り込む光が多い。明るくなる。
• シャッタースピードが速い（短い時間） ... 取り込む光が少ない。暗くなる。

シャッタースピードのトレードオフは ブレ です。

• シャッタースピードが速い ... 動いている被写体もピタッと止まって写ります。スポーツ写真はこれが命です。
• シャッタースピードが遅い ... 撮影中に被写体やカメラが動くと、写真がブレてしまいます。

手持ちで撮影するとき、人間の手はどうしてもわずかに揺れています。だからある程度より遅いシャッタースピードでは、三脚を使わないと「手ブレ」が起こります。暗い場所でシャッタースピードを遅くすれば光はたくさん入りますが、手ブレのリスクと引き換えになるのです。

ISO感度の立ち位置

そしてここまで見てきた今回の主役、ISO感度。

• ISO感度を上げる ... 信号を増幅して明るくする。でもノイズが増える。
• ISO感度を下げる ... ノイズが少なくきれいだが、暗い環境に弱い。

ISO感度は、絞りやシャッタースピードだけでは光が足りないときの「最後の切り札」のような存在です。絞りを目いっぱい開いて、シャッタースピードも手ブレしないギリギリまで遅くした。それでもまだ暗い。そんなときにISO感度を上げて、足りない分を補います。ただし、ノイズという代償がついてきます。

3つのトレードオフを並べてみると

ここで3つの道具の特徴をまとめてみましょう。

絞り

• 明るくしたい → F値を小さくして穴を大きく → ピントの合う範囲がせまくなる
• ピントの合う範囲を広くしたい → F値を大きくして穴を小さく → 暗くなる

シャッタースピード

• 明るくしたい → シャッタースピードを遅く → ブレやすくなる
• 動きを止めたい → シャッタースピードを速く → 暗くなる

ISO感度

• 明るくしたい → ISO感度を上げる → ノイズが増える
• ノイズを減らしたい → ISO感度を下げる → 暗くなる

どの道具も、明るさを得るかわりに何かを犠牲にしています。逆に言えば、何かを犠牲にして明るさを手放すことで、それぞれの「いいところ」を引き出せます。この3つのバランスをとることが、写真を撮るうえでの最も基本的な判断になるのです。

カメラの「オート」はすごい

ここまで読んで「3つも同時に考えるなんて大変すぎる！」と思った人もいるかもしれません。安心してください。現代のカメラには オートモード があります。

オートモードでは、カメラが撮影の瞬間に周囲の明るさを測り、絞り、シャッタースピード、ISO感度の3つを自動で決めてくれます。しかもただ明るさを合わせるだけでなく、「手ブレしないようにシャッタースピードはこのくらいは確保しよう」「ノイズが目立ちすぎないようにISO感度はここまでに抑えよう」といった判断まで、一瞬のうちにやってのけます。

たとえば明るい公園で花を撮るとき、カメラはこんなふうに考えます。

「光はたっぷりあるな。ISO感度は100にしてノイズを最小に。シャッタースピードも十分速くできるぞ。絞りはF8くらいに絞って、くっきり写そう。」

同じカメラを室内の暗いレストランに持ち込むと、判断が変わります。

「光が少ないぞ。まず絞りを開けてF2.8に。シャッタースピードは手ブレしない1/60秒を確保して... それでもまだ足りない。ISO感度を1600まで上げよう。」

こうやって3つのつまみをバランスよく回しながら、そのときどきで最適な組み合わせを選んでいるのです。

もちろん、オートまかせではなく自分で操りたいという人もいます。「背景をボカしたいから絞りは自分で決めて、残りはカメラにまかせる」（絞り優先モード）や、「動きを止めたいからシャッタースピードは自分で決める」（シャッター優先モード）のように、3つのうち一部だけ自分で決めるモードも用意されています。どこまでカメラにまかせて、どこから自分で判断するか。その選び方の幅が広いのも、写真の楽しさのひとつです。

この回のまとめ

この回では、ISO感度のしくみと、写真の明るさを決める3つの道具の関係を見てきました。

• フィルムの感度は、フィルムの粒（ハロゲン化銀の結晶）の大きさで決まります。大きな粒ほど光をキャッチしやすく感度が高くなりますが、画像はザラザラに。感度と画質はシーソーの関係です。
• ISOは感度を世界共通の数字で表すための国際規格。数字が2倍になると感度も2倍で、ISO 100を基準に200、400、800と倍々に増えていきます。
• デジタルカメラのISO感度は、センサーが受け取った電気信号を増幅するしくみ。フィルムと違い、1枚ごとに自由に変えられるのが大きな強みです。
• ISO感度を上げると、写したい信号と一緒にノイズも増幅されます。ラジオの音量を上げると雑音も大きくなるのと同じ原理です。感度を上げれば暗い場所で撮れますが、画質とのトレードオフは避けられません。
• 写真の明るさは「絞り」「シャッタースピード」「ISO感度」の3つで決まり、これを露出の三角形と呼びます。それぞれが明るさ以外にも副作用をもっています。
  • 絞りはピントの合う範囲（被写界深度）を変える
  • シャッタースピードはブレを変える
  • ISO感度はノイズを変える
• オートモードでは、カメラが3つのつまみを自動でバランスよく調整してくれます。撮影者は必要に応じて一部を自分で決めることもでき、そこに写真の表現の自由があります。