2022年2月25日カメラのピクセルサイズとは、カメラセンサー上の個々のピクセルの物理的な寸法（幅と高さ）を指し、通常はマイクロメートル（μm）単位で測定されます。これは、カメラの感度と細部を捉える能力の両方に影響を与える重要な仕様です。しかし、画像ピクセルサイズ（センサーのピクセルサイズと光学系の倍率から決まる）は、多くの画像特性を決定する上でより直接的な役割を果たします。
1. センサーピクセルサイズと画像ピクセルサイズの関係
センサーピクセルサイズと画像ピクセルサイズ:
センサーのピクセルサイズは、センサー上の単一ピクセルの物理的なサイズです。一方、画像のピクセルサイズは、センサーのピクセルサイズをシステム倍率で割ることで決まります。
光学系の倍率（レンズや顕微鏡の対物レンズなどの光学部品によって決まります）は、有効な画像ピクセル サイズに重要な役割を果たします。
光学システムの影響:
固定焦点面システム（例：顕微鏡の対物レンズ）と焦点調節可能なシステム（例：従来のカメラレンズ）
固定焦点面システムでは、ピクセル サイズは倍率に直接関係しており、ピクセルが大きいほど多くの光を集めることができ、感度が高まります。
フォーカス可能なシステムでは、被写体までの距離を変えたり、ズームレンズを使用したりすることで倍率を調整でき、これにより有効な画像ピクセル サイズが変更されます。
2. 感度とピクセルサイズ
より大きなピクセルと感度:
ピクセルが大きいほど、より多くの光を集めることができ、特に暗い場所でのカメラの感度が向上します。
例え: ピクセルが大きいほど、雨水を収集するカップに比べてバケツのようなものです。面積が広いほど、より多くの光子が収集され、感度が高まります。
たとえば、ピクセルのサイズが X 方向と Y 方向の両方で 2 倍になると、ピクセル領域は 4 倍に増加し、収集できる光子の数も 4 倍になります。
低照度撮影のメリット:
ピクセル サイズが大きくなると、カメラが弱い光信号を捉える能力が大幅に向上し、必要な露出時間や光レベルが減少します。
3. ピクセルサイズと画像解像度
解像度のトレードオフ:
ピクセルが大きくなるほど感度は向上しますが、細かい部分まで解像する能力は低下することもあります。
例: 1 μm のピクセルでは、隣接する特徴が互いにぼやけてしまうため、2 μm より小さい詳細を解像するのは困難です。
ピクセルが大きくなるほどピクセル化の度合いが増し、画像の細かい部分が不明瞭になります。
光学システムの制限:
光学系の解像度も、微細なディテールを解像する上での制限要因となります。各光学系には限界があり、それを超えてピクセルサイズを縮小しても解像度は向上せず、感度は低下します。
顕微鏡対物レンズベースのシステムでは、主に開口数 (NA) によってこの解像度の限界が決まります。
4. ピクセルサイズを光学系に適合させる
高NA顕微鏡に最適なピクセルサイズ：
6.5 μm ピクセル サイズのカメラは、60 倍の高 NA 顕微鏡対物レンズと最適に組み合わせることができます。
10 または 11 μm ピクセルのカメラは、100 倍の高 NA 対物レンズに最適です。
ピクセルが大きいほど感度は高くなりますが、ピクセルが小さいほど必ずしも詳細解像度が向上するわけではありません。光学システムがそのような解像度をサポートできる場合にのみ、より細かい画像の詳細をキャプチャするのに役立ちます。
5. 結論: ピクセルサイズ、感度、解像度のバランス
ピクセルサイズのトレードオフ:
ピクセルが大きいほど、低光量での撮影や感度の向上には適していますが、微細な画像の詳細を解像する能力は犠牲になります。
ピクセルが小さくなると画像の解像度は向上しますが、特に暗い場所では感度が低下する可能性があります。
システムマッチング:
理想的なカメラのピクセルサイズは、使用する光学系によって異なります。高倍率のシステム（高NA顕微鏡など）の場合、ピクセルサイズは光学系の分解能と想定される画像撮影アプリケーションとのバランスをとる必要があります。
