センサー光子量計算機EX

センサーサイズ
アスペクト比
総画素数 万画素
ISO感度


センサーサイズmm xmm =mm2
画素ピッチμm
画素面積μm2
センサーの単位面積当たりの光子量個/mm2
1画素当たりの光子量個/画素
ノイズの出やすさ

適正露出で撮影した際の1mm2辺りの光子量を約100億個、1画素当たりの光子量を約22万個とした、センサーの単位面積当たり及び1画素当たりの光子量を計算します。
利用方法
1.元となるセンサーのサイズを選択します。
2.センサーの総画素数を入力します。
3.ISO感度を入力します。
4.計算をクリックします。

画素面積はシリコンから発生するノイズ量の逆数=S/N比に影響を与えます。
ただし、世代間及びメーカー毎によるノイズ対策の違いにより、画素面積によるノイズ量は必ずしも反比例しません。
センサー照射光度はセンサーに写る像の明るさ=写真の明るさに影響を与えます。
1画素当たりの明るさは1画素で取り込める光子の量=ラティチュードに影響を与えます。

最近の高感度センサについて
ISO感度を上げると適正露出の時の光子数がどんどん減ってゆくことが分かります。
例えば、Nikon D500ですと、最高ISO感度は1640000相当になります。
総画素数は2151万画素ですので、これを計算すると・・・
単位面積当たり615854個、画素当たりにするとなんと僅か11個という結果になります。
これは18%グレーでの適正露出の場合なので、センサー飽和する場合でもわずか22個ということです。
これにカラーフィルターでの減衰や開口率の問題があるので、実際にセンサーにあたる光子の数は、これよりもはるかに少なくなります。
明るい部分ですらこれですから、これでまともに写真が写るわけ無い事が容易に分かるかと思います。
※Nikon D5は画素数を同程度に抑え、サイズが約2倍のフルサイズセンサーになっていますが、その代わ最高りISO感度も倍になっていますので、その場合の1画素当たりの光子量はほぼ同じです。

センサー出力、RAW保存ビットを14bit出力とした場合。
適正露出の時8192の値となります。
これを計算すると同じくNikon D500でISO 2200の時に光子の数が7945個となります。
このセンサーが光子1個単位で検出できる且つ100%受光出来るとき、この感度がセンサーの性能を生かせる最高の感度と言うことになります。
実際は、先ほども述べたようにフィルターでの減衰や開口率の問題でこれ以下の感度になりますので、おそらくISO1600ぐらいがセンサー本来の性能を生かせる上限感度かと思われます。

※:光子数の推定↓
プランク定数:h = 6.62606957 x 10-34[m2kg/s]
緑の光の波長:550[nm]
緑の光の周波数:ν = c / 550[nm] = 5.45 x 1014[Hz]※cは光速で3.00 x 108[m/s]として計算。
光子1個のエネルギー量:h x ν = 3.61 x 10-19[J/s]
1Lxのエネルギー量:1.46[mW/m2]
1m2当たりの光子量:4.04 x 1015 = 1.46 x 10-3 / 3.61 x 10-19[個/m2]
1mm2当たりの光子量:4.04 x 109 = 4.04 x 1015 / ( 1000[mm] x 1000[mm] )
0EV=2.5Lxなので、
0EV時の1mm2当たりの光子量:1.01 x 1010 = 4.04 x 109 × 2.5

※計算に間違いがある場合はご指摘ください。
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