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ezSpectra 815Vの露光オーバーによるスペクトルの歪み発生位置

ezSpectra 815Vのスペクトルデータから検出器の実際の信号強度を求めるのには、波長ごとの感度分布が分かっていればよい。スペクトルデータは、生信号を感度分布で割って補正しているはずなので、スペクトルデータに感度分布をかければ生信号に比例する分布が得られる。
装置ごとの校正データを読み出せるかは試みていないけれど、浜松ホトニクスのカタログに、典型的な感度分布の図がある。さすがに、波長ごとの数値データは出ていないので、図から値のデータを起こす必要がある。
とりあえず、手作業で10nmごとに適当に値を拾った。そのデータを使って、ハロゲン光のスペクトルに掛け合わせて見た。
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図を見ると、スペクトルデータは長波長側が強くなっているが、検出器の出力は、少し短波長よりの700nmあたりが最大になっている。まさに、前のエントリーでスペクトルの形状がおかしくなり始めたあたりだ。


では、元のスペクトルはどうなっているのかと、最大強度を1に規格化して重ねてみた。自動露光調整では、露光時間はほぼ250msだったので、そこから50msずつふやして行っている。実データは、前のエントリーで出したように、完全にオーバーフローしている。でも450msまでは250msとぴったり重なっていて、スペクトルデータとしては問題がない。
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露光時間が500msになると、700nmあたりにずれが生じ、露光時間をさらに長くすると、その幅が広がっていく。広がり方が短波長の方が広いのも、元の強度分布の傾向と一致している。ただし、どこまでオーバーフローさせても大丈夫かは、スペクトル形状とスペクトルのピーク波長に依存するので、一概には決められない。

どこまでオーバーフローしても大丈夫かは、補正していない信号を見られれば一目瞭然だ。透過測定が中心的な使い方になる身としては、いちいち補正して考えるのはめんどくさいので、未補正信号が見られるほうがありがたい次第だ。


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by ZAM20F2 | 2017-06-21 20:53 | 科学系 | Comments(0)

ezSpectra 815Vの透過測定と検出器飽和

ezSpectra 815Vの透過測定モードでは、最初に参照信号を測定して、その後に試料の信号を測定する。これは、シングルビームの分光測定では普通のやり方だ。

ezSpectra815Vの測定範囲は320nmからのはずなんだけれど、参照信号の測定をすると信号強度が弱い領域にアミがかかって、その領域は測定対象外となる。これは自動設定で、現状では、S/Nが悪くてもスペクトルを見たいというわがままは許されない。

ハロゲンランプを光源に使って、黄色フィルターのスペクトル測定を行った。黄色フィルターは、20世紀の白黒写真が普通だった頃に、空に浮かぶ雲をハッキリと撮影するのに使われていた品だ。だいたい500nmより短波長の光を吸収して、長波長側はほぼ透過する。

参照信号の測定時間を自動調整にした状態で、測定範囲は415nmからになる。透過モードでは参照信号を記録できないので、発光測定モードで測定した参照信号を規格化しないで表示している。
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測定結果を見ると、吸収の最大が1.6程度なんだけれど、黄色フィルターだったら余裕で2は超えて3以上にはなってほしいところだ。短波長側の参照光強度をあげれば状況が改善するかなと、長波長側がオーバーフローするまで積算時間を上げて、スペクトル測定を行ってみた。
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短波長側の測定範囲は400nmより短波長になったけれど、スペクトル形状はあまり変わっていない。全うに測定できている。そこで調子にのって、さらに積算時間を上げて測定すると、さらに短波長まで測定できた。
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でも、650~700nm付近がへこんでしまってまともにスペクトルになっていない。これは、この領域で検出器の信号が飽和してしまっているためだ。

自動設定の参照信号を見ると、この領域よりさらに長波長の方が信号強度が高い。このため、飽和は長波長側から起こりそうなものだけれど、表示されているのは生の信号強度ではなく波長ごとの感度補正を行ったデータであり、生データは650~700nmあたりから飽和していておかしくない。生の信号強度を表示するモードがあれば、飽和しているかとか、どの波長が飽和しそうかなどが一目瞭然なので、生の信号強度が見られるモードがあると、透過測定にはありがたいところだ。

今回の参照光の波長分布では650~700nmあたりが最初に飽和するであろうことは、浜松ホトニクスのカタログから、ざっくりとは確認できる。それは、改めて。

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by ZAM20F2 | 2017-06-20 21:26 | 科学系 | Comments(0)

ezSpectra815Vのスペクトル強度校正について

ezSpectra 815V用のソフトウエアは楢ノ木技研さんのWebからダウンロードできる。ソフトウエアには発光測定モードと、透過率測定モードがあり、発光測定モードでは、スペクトルの他、演色性も、照度も計測できる。偏光依存性のエントリーで演色性や色温度は発光測定モードで行っている。

多くの人にとっては、これらの測定が出来るのは当り前の事なんだろうと思うけれども、普通の分光器を使ったことのある身としては、演色性や照度が計測出来てしまうのは驚きだ。これらの値を出すためには、分光器のそれぞれの波長毎の測定感度補正が行われていないといけないからだ。

大昔に分光測定を習ったときに言われたのは、分光測定は相対強度測定が基本だということ。光源にも、分光器にも、光検出素子にも波長依存性がある。このため、測定で得られた信号値は、そのまま光強度にはならない。透過率測定では、試料を入れない状態を参照基準として、それに対して試料を入れるとどれだけ光量が減っているかを測定する。これなら、光源やら分光器の装置係数は参照と測定で相殺して問題にならない。

透過測定ではなく、蛍光の強度分布を求めたい時などは、標準電球という校正された光源の測定を行い、分光システムの感度分布を測定して校正値を得て、それをもとに強度分布を描き直す。それでも、強度分布が相対的に正しいだけで、縦軸の絶対値を求めるようにするには、さらなる注意が必要になる。

演色性や照度計算が出来ているということは、メーカー側で校正を行った時のデータを内部に持って、生データを演算処理していることになる。浜松ホトニクスのカタログには、波長の絶対値は校正データを出しているが、感度分布のデータは出していないと記されているので、感度分布校正データを作っているのは楢ノ木技研さんだ。

校正用のシステムはかなり高価だ。ezSpectra 815Vを数十台売っても元が取れるとは思えない。開発費や校正のための設備投資をどうやってまかなっているのか不思議だったのだけれど、どうやら、Web販売の他にOEMでの提供をおこなっているようだ。(というか、OEMの方の数が多くて、その予備をWeb販売しているぐらいじゃないと元が取れる気がしない。)
ソフトウエアはOEM先も使っているようで、測定ソフトウエアが親切なのは、OEM先の想定用途が分光素人さんのだからかもしれない。でも……、普通の分光器も使っている身からすると、透過測定モードは、もっと不親切にしてほしい。透過測定モードは、センサーから出てきた生の信号ではなく、強度補正をした後のデータを使って計算をしていると推定出来るのだけれど、そのため、センサーの飽和値が読みにくく、測定全域でS/Nをあげるための光源波長分布を定めにくいのだ。といっても、何を問題にしているのか分りにくいと思うので、次回は測定データを元に、この話題をもう少し展開しようと思っている。
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by ZAM20F2 | 2017-06-19 20:33 | 科学系 | Comments(0)

ezSpectra 815Vの偏光依存性

一般に回折格子分光器の特性は入射偏光により異なっている。楢ノ木技研のezSpectra 815Vの分光ユニットは回折格子分光器なので、ezSpectra 815Vの出力特性には入射偏光依存性があると予想される。そこで、入射偏光による特性の違いを眺めてみることにした。手近にある偏光光源としては液晶ディスプレイが使える。液晶ディスプレイでもスマートフォンやタブレットでは出射が直線偏光でないものもあるが、テレビやコンピュータディスプレイはまず直線偏光である。

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測定例は、ノートPCの白色にした画面を測定したもの。分光器を90度回している。この測定で一つだけ注意が必要なのは、TNタイプのディスプレイだと偏光が45度方向なので、分光器を0度と90度で測定すると、ほぼ同じスペクトルが得られてしまうこと。測定の前に、その辺に転がっている偏光素子で偏光の向きを確認しておく必要がある。偏光子がないなら……ディスプレイに白色画面を広げてハイディンガーのブラシを見ればよい。

ezSpectra 815Vのスペクトル測定では、ピーク値を1に規格化してくれる親切モードもある。しかし、それだと2つの測定結果の相対感度比が分らなくなる。ここでは、規格化なしのモードで表示している。図をみると、青色付近は感度は同程度だが、長波長側はだいぶ異なっている。

長波長側の感度が低い偏光では色温度が高く測定されているはずである。そこで、演色性評価モードで2つの方向で色温度を測ってみると、赤のスペクトルが強い方で5900K、弱い方で8200Kだった。他のディスプレイでも試してみたけれど、それぞれ5300Kと8300K、4800Kと6700Kという結果になった。いずれも、誤差とは言えない大きな違いとなっている。この分光器で液晶ディスプレイの色温度を評価する時には注意が必要だ。

色再現域の評価に関しては、はR、G、Bの一つの色だけ点灯してそのスペクトルから色座標のxy値を求める。この時は、xy値の計算に関わるスペクトル範囲は狭いので偏光方向による誤差は小さく問題にならないだろうと思う。

色温度にしろ、色再現域にしろ、誤差を減らしたいなら、分光器の一辺を偏光に対して45度方向に傾けて測定すると良いだろう。この角度で最初のディスプレイの色温度は6700Kと出てきた。このやり方は分光がらみの実験技術の本にも書いてある話だ。こうすれば、両方の偏光特性の影響が平均される。ezSpectra 815Vの校正は無偏光で行われているだろうから、入射直線偏光を2方向に同じだけ振り分けてやれば無偏光の時と同じ結果を与えるはずだ。

偏光による測定誤差を防ぐもう一つは、入射口の前に偏光解消光学系をつけること。たとえば、光ファイバーで入力するUSB接続分光器は光ファイバーで偏光が乱れるために、ファイバーに偏光を入れても大丈夫であることが多い。ただ、一般に偏光をきちんと解消するのは楽ではない。

ところで、スペクトル測定データを注意深く眺めると、短波長の端と長波長の端の浮上がりレベルが、偏光方向で異なっている。一方の偏光ではほぼ見られないことと合わせて、これらの浮上がりは、実際にこの波長の光によるものではなく、「迷光」(他の波長の光の影響)によるものと考えられる。測定結果は迷光にも偏光依存性があることを示している。実は、非偏光で迷光について、少し測定していたのだけれど、この結果を見て、偏光で測定しなおさないといけないかなぁと思案している。

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by ZAM20F2 | 2017-06-16 20:59 | 科学系 | Comments(0)

ezSpectra 815Vの分光ユニット

ezSpectra 815Vの写真を最初に見たときには、どうやって分光しているのか想像できなかった。
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銀色の箱の穴が受光部分だけれど箱のサイズは1×1×2cm程度。MEMS技術を使ったという文言から思い浮ぶのはMEMS駆動のlamellar回折格子を使ったFT分光器なんだけれども、それならセンサーは1個のはず。256素子のアレーセンサーは回折格子を使ったポリクロメータを意味しているはず。

分光器の機構とは別に疑問だったのは、銀の箱の作者が楢ノ木技研さんかどうか。もちろん、ベンチャー企業がコンパクトな分光器を作ってはいけないということはないんだけれども、楢の木技研さんの住所を地図で調べると山の中の一軒家。一軒家の様子が見られないかとストリートビューを試して見るも、だいぶ手前の林道で終わっているような所。山の中の秘密研究所というとわくわくするものがあるけれども、密かにクリーンルームを持っていて、MEMS技術を使った品物を開発しているとは思えない。もちろん、ファブレスで外注の可能性はあるけれども。ちなみに、所在地の周りの林は、現在の航空写真では葉っぱが茂っていて樹木の特定ができないけれど、前の秋や冬撮影の写真からすると落葉樹中心の模様。技研の名前とあわせて、ミズナラ林と想像している。ただ、何故か頭の中では「樅ノ木技研」となっていた、さらに技研さんのツイッターを眺めているうちに「やまねこ技研」に変換されるようになり、頭の中では「やまねこ技研の分光器の仕組みは……」なんて具合になっている。

これらの疑問は、浜松ホトニクス(こちらは、フォトニクスと頭に入っていたよ。そういえば、だいぶ前、浜松さんの商品のパッケージに、Photon is our business. とか書いてあるのを見て蘇格蘭人が「こいつら光子を一個一個売ってるのか」と笑い転げていた。)のWebでマイクロ分光器C12666MAを見つけて解消した。見た目も分光範囲などのスペックも同じで、この分光ユニットか、その特注品を使っていると考えるのが素直なところだ。

浜松テレビ(これは旧社名だ)のカタログには光路図がある。穴の奥にはスリットがあり、そして、ベースの上に凹面のブレーズ回折格子が作り付けてあり、そこで分光した光がスリットの横にあるラインセンサーに結像する仕組みだ。穴の部分にはガラス窓が付いているので、埃が内部に入り込む心配はない。実物が届くまでは埃がスリット部分に集ったり、内部に入るとまずいので、測定しない時はテープで窓をふさがなければと思ったいたけれど、それは杞憂に終った。

でも、光路図を見て、えっと……、どこが動くのでしょうか?動作部分が見当たらないんですけれども……と不審がっている。まさか、凹面回折格子の曲率を変えてるとも思えないし、ブレーズ角がMEMS技術で可変とも思えない……。

どうも、MEMS技術というのは機械的駆動という意味ではなく、深掘りのエッチングでスリットを作っているというあたりの話のような気がする。
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個人的には、MEMS技術を用いてと書かれると動きがないだけに違和感があるところだ。

それでも、可視領域の分光ユニットがほぼ2立方cmで実現できていて、5万円もしない価格で販売されているのは、256素子で、分解能が10nm以下だとしても驚異なことで技術の進歩の有難みを感じている。
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by ZAM20F2 | 2017-06-14 21:20 | 科学系 | Comments(0)

予告編:楢ノ木技研USBスペクトロメーター ezSpectra 815Vで遊んで見る

分光測定というと、机の上を占拠する自記分光光度計を使うか、分光器やら光源やらを組み合わせるのが普通だったのだけれども、ファイバー入力でUSB接続可能なポリクロメータが出現して大きく様変わりした。大きさ的には、一家に一台あっても邪魔にならない位なんだけれども、値段的には一家に一台とはならないような価格なので、さすがにふらふらと買い込めず、このブログでも回折格子フィルムとデジタルカメラの組み合わせでの分光器を作ってみたりしていた。
数日前、何かの弾みでディスプレイのスペクトル計測の頁に行き着き、そこで使われている分光器のメーカーである楢ノ木技研さんのWebをのぞいてみたら、入門クラスの一眼デジタルカメラ程度で買える分光器を売っている。
さすがに、ファイバー入力の分光器が2000から4000チャンネルあるのに対して、256チャンネルで、分解能もそれなりだけれども、一家に一台の分光器としては十分な性能を持っている。最初に見たサイトには、すぐに売り切れになるようなことが書いてあったのだけれど、そんな様子もなく、普通に売っていたので、気軽に一台発注してみた。その後、品切れになっているので、危ないところではあった。

ezSpectra 815Vは基板の上に実装されているだけなので、取り扱いに注意が必要。そこで、一緒にezSpectra 815V用簡易ケースも注文している。ケースにくるまない写真は楢ノ木技研さんのWebにもあるので、ここでは、ケースに収めた様子。
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銀色のところの真中が受光窓。横からだと
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と、なかなかにコンパクト。簡易ケースは側面はあいているので、毎度おなじみのmtテープを貼って側面は塞いでいる。
接続はμUSBのAタイプ。

やってきて数日遊んだ範囲で、ディスプレイ画面や、LED電球のスペクトルや演色性を評価するにはこのままで十二分の性能。でも、顕微鏡に取り付けて顕微分光をしたり、あるいは、簡易な透過スペクトル測定装置なんかにするのには、癖を理解して最適化する必要がある。たとえば、「ディスプレイのスペクトル計測」記事の白熱電球と太陽のスペクトルは紫外に迷光がのっているし、長波長側に機器由来の振動構造が生じており、その低減が分光測定には重要だ。


このユニット、発売から1年以上たっているのだけれど、Web上の情報が多くはない。価格と性能を考えると、高校なんかの課題研究の道具としてもすごく使える気がする。ので、不定期連載で、取り上げていくつもりでいる。

※このシリーズ、プロジェクトTタグをつけることにしました。
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by ZAM20F2 | 2017-06-11 17:22 | 科学系 | Comments(0)

ペンダントルーペ

東海産業は様々なルーペを販売しているけれども、その中で、これは一番安い品ではないかと思う。
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直径28mmのレンズが入った手持ちルーペ。倍率は3倍。
コーティングもしていない単純なルーペだけれども、ちゃんと光学ガラスを用いているという。見え方もしっかりしている。
気軽に使えるしなで、複数持っていてもよいきがする。
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by ZAM20F2 | 2017-05-27 20:42 | 物系 | Comments(0)

教科書的

出先で見かけた液晶テレビ
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正面から見ると普通に見えるのだけれど、したから見上げると
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画面がおかしくなり、さらにしたから見ると
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色調がめちゃくちゃになる。上からは
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コントラストが弱くなるけれども、一応は見える。
左右方向はここまで悪くならない。

これはTN(ツイステッドネマチック)型の液晶表示だ。TN型は視野角特性がよくないので、テレビでは視野角特性がより優れたVAやIPSが使われているのだけれど、コストはTN型の方が有利なために、安価な液晶TVには使われているとは聞いていたけれども、実物を、しげしげと見たのはこれが初めてだ。
TN型でも補償板を組み合わせると視野角特性はもっとよくなる。ノートパソコンではTN型を使っているものも多いけれど、ここまで視野角特性が悪いのは見た記憶がない。ここまで視野角特性が悪い液晶ディスプレイを見たのは山手線の初代の液晶ディスプレイ以来という感じだ。
ここまでの視野角特性の悪さは、もはやTN型液晶の視野角特性の悪さの教科書写真として使えそうなほどだ。

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by ZAM20F2 | 2017-05-15 21:16 | 液晶系 | Comments(0)

差異未確認

カモイさんの紙テープというと、普通の人はクラフト屋さんにあふれまくっているカラフルなやつを、カメラをいじっている人は、黒・白・グレーの写真屋さんに置いてあるやつを思い浮かべると思うけれど、その元は塗装用のマスキングテープだったわけで、ホームセンターなどでは、カモイさんのマスキングテープを置いてある。
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で、おもわず手に取ってしまったのは、マスキングテープにずいぶんと種類があったため。クラフト屋さんのも、写真屋さんのも、粘着材については一種類の気がするのだけれど、マスキングテープは貼る対象によって、どうも、粘着材が違っているような印象だ。
デコレーション用途には粘着材は何でもいいのだけれど、工作の仮固定とか考えると、粘着材の違いは意味があり、思わず、置いてあった異なる用途のものを買い込んでしまった。クラフト屋さんの品より単価が安いのもよいところ。
それぞれの用途は
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とのこと。具体的な違いは、まだ試していない。
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by ZAM20F2 | 2017-05-13 06:33 | 物系 | Comments(0)

にている

長らく距離計連動カメラを使っていた。レンズは一応は交換可能だけれども、このカメラ用は実質的に2本しか交換レンズがなく、望遠側のレンズは使う機会が少なく、ほとんど標準レンズのみを使っていた。
35mmカメラの標準レンズは普通は50mmだけれども、このカメラのレンズは40mm。レンズをつけた状態で、コートやヤッケのポケットに入る。ちなみに、もう一本の交換レンズは90mm。その後、異なるメーカーの28mmや15mmを入手して、外付けのファインダーとともに使ってた。

そんなカメラ歴のためか、この画角でポケットに入るカメラが欲しいなぁと思っていた。まあ、コンパクトデジタルカメラだったら、ポケットに入って、この画角がズーム域になる物もあるけれども、いちいち画角を合わせるのはめんどくさい。

P社のミラーレスカメラは、早い時期から40mm相当のレンズをラインアップに加えていて、このレンズが出たときから気になっていたのだけれど、距離計連動形状でファインダーの付いているカメラが出てこなかったので手を出さずにいた。

ようやく出たGX-7はかなり良いと思ったけれど、ファインダーが上に上がる必要はないし少し大きいようい思えた。GM-5も悪くはないのだけれど、今度は小さすぎる気になっていた。それでも、GM-5は買おうかと思って値下りを待っていたら、本体がディスコンになってしまい、妙なレンズキットになってしまったのでスルーしていたら、GX7-MKIIが突如出現してきた。

GX-7に関する文句も、GM-5に関する文句も解消されていて、購入しない理由はなくなってしまったのだけれど、買おうと思ったときは発売前で、勢い余って別のカメラを入手してしまったため、発売後、しばらく自重することとした。でも、値下がりを待ちすぎてGM-5の二の舞は避けたかったので、11月も半ば過ぎに手に入れた。

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長らく使っていたカメラと比べると、大きさはほぼ同じ。このレンズをつけているとコートのポケットにも放り込める。いろいろな機能がついているらしいのだけれども、それらは、ほぼ全部無視して、素直にプログラムオートで使っている。レンズは、前のカメラにあった90mm相当に加えて、28mm相当も入手したけれど、とりあえず、40mm相当をつけっぱなしにしている。

コンパクトデジタルカメラも含めて、マクロレンズ以外はズームレンズを使っていたのだけれど、久々に単焦点を使ってみると、その潔さが新鮮に感じられる。ズームレンズだと、ファインダーを覗いてから、画角変化させて撮影となるけれども、画角変化プロセスがない分だけ、見た物を素早く切り取ることになる。これ、結構悪くない。

カメラ、なかなか気に入っているけれど、贅沢を言うなら、撮影範囲の外側まで見られるファインダーだったらいいなぁと感じている。もっとも、そのためには撮像素子を一回り大きい物を使わなければならず、コストその他の面で不可能なのは分かっているけれども、距離計連動カメラの利点の一つは、ファインダーで撮影範囲の外側が見られること。このため、ちょっとした構図の調整がやりやすい。

こんなことを書くと,使っていたカメラの本家か、フジのX-Pro2使ったらという声が飛んできそうだ。
まあ、そうなんだけれど、本家は、デジタルになってからのファインダーは覗いたことはないんだけれど、二重像合致式ブライトフレームのファインダーで行くなら、背面液晶がない方がよい。でも、そうなると、デジタルの必要はなく、フィルムライカを買い込んだ方が、最近のフィルム価格の高騰を考えに入れても楽しめる気がする。実際、フィルムライカは昔に比べると暴落していて、M5が10万しないのを見たときは、思わず買ってしまおうかと思ったほどだ。M5、世間的な評判は高くないけれども、そして、露出計が死んでそうだけれど、あそこまでは、ライカも本気で新しいカメラを作っていた気がする。ファインダー見ながらシャッター速度を変えられることや、中間速度もOKなんて、すてきな機構だ。北井一夫さんだって(それからたぶん木村伊兵衛さんだって)愛用していたはずだ。デジカメinfoの記事によると「銀塩カメラ(MP)は約1200のパーツで出来てる。デジタルは700を少し超えるパーツだ。」だそうでM5はさらにパーツ数は多いと思う。開発期間も遙かに長いし、実に手のかかったカメラだ。、
X-Pro2の方はといえば、ものすごく真面目にファインダー設計をしていると思う。ライブビューじゃないファインダーで、一応はピント範囲の表示があっても、その枠の中で、どこに本当にピントが合っているかは自明ではない。昔、その手のフィルムカメラを使っていて、斜面に咲く片栗を撮影したとき、距離はほぼOKだったので安心していたら、片栗ではなく10cm程度後ろの斜面にピントが合っていて、使えない写真の山だったことがある。これが、二重像合致式だと、どこにピントを合わせているかが確実に見えるので、こんな失敗はない。X-Pro2ではこんな失敗を避けるために、ピント部分を右下に拡大して見せるスタイルのファインダーもある。これ、撮影距離による視差の補正も含めて、すごく高度なことをやっている気がするし、ゆっくりと撮影するなら、悪くないかもしれないのだけれど、私の感覚では、あまり使えない。というのは、右下を注視すると、中央部がお留守になってしまう。二重像合致式では、ピントを合わせる部分が中央部分だから、そのまま、一番大事なところに注意しながら、フレームを決められるのだけれど、X-Pro2の方式だと、そこに一ステップが加わってしまう。フジの人もそれは分かりながら、現状でベストの方法を提案していると思うのだけれど、視野率が100%とならずに、三脚に据えてじっくり構図を決めるのではなく、素早く構図を決めるのが勝負のブライトフレームファインダーとは必ずしも整合性の高い手法ではないような気がしてしまう。


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by ZAM20F2 | 2017-02-01 20:47 | 物系 | Comments(0)