FujifilmのSuper CCD EXRとスマホ写真に受け継がれる技術遺産

2000年代後半にFujifilmが開発した Super CCD EXR センサーは、画期的なフォトダイオード構造を提示しました。この技術は、現代のスマートフォンカメラを支える中核技術をいち早く先取りしたものでした。同社は2009年にコンパクト機 FinePix F200 EXR でこの設計を実用化。画素を45度斜めに配置し、同色のセルを隣接させることで光の受光効率を大幅に高めました。

実際の現場では、製造コストや消費電力の観点からCCDは一般的なCMOSへと置き換わっていきました。しかし、小型受光面が抱える光学的な物理限界そのものは解消されていません。技術の変遷を辿る写真家にとって、この革新は現代のスマートフォンがなぜマルチフォトダイオード配列に頼らざるを得ないのかを明確に示しています。

小型センサーの制約を克服するEXRの3大アプローチ

Fujifilmの設計は、同一のカラーフィルターの下に隣接するフォトダイオードを対で配置しました。この独自の幾何学的配置により、プロセッサーは撮影条件に合わせて3つのモードを柔軟に切り替えることができました。第1のモードは1200万画素のフル解像度を用いて十分な光量下で緻密な描写を達成し、第2のモードは隣接画素を結合して暗所ノイズを低減した600万画素のクリアな画像を生成しました。

第3のモードは同時露光による明暗差の克服です。画素の半分が早めに露光を完了して白飛びを防ぎ、残りの半分がシャドウ部の情報を蓄積しました。1回のレリーズで両方の信号を統合することで、複数枚連写合成で発生する被写体ブレ（ゴースト）を完全に排除しました。ハードウェアの工夫で実現したこの機能は、現代では高度なソフトウェア処理に委ねられています。

現代のQuad Bayer配列へと受け継がれるピクセルビニング

セルを結合するという設計思想は、現代のスマートフォンに搭載されるQuad BayerやNona Bayerセンサーへと直結しています。4800万画素や5000万画素の小型センサーは、同色フィルターの下に4つのセルを束ね、暗所では1200万画素の高感度画像として出力する仕組みを採用し、Fujifilmが確立したビニングの原理を踏襲しています。

しかしながら、この手法は微細な被写体において解像限界の妥協を伴います。スマホ用センサーは過度なデモザイク補間処理で解像感を補うため、微細パターンの破綻を生じがちです。対してFujifilmの初期設計は、シリコン上で直接クリーンなアナログ読み出しを行い階調を確保していました。この歴史は、小型受光面において解像度と階調表現のトレードオフが不変の法則であることを物語っています。