Atelier Bonryu

zone plate photography

 
 

ゾーンプレート写真_研究室

ゾーンプレート写真の原理ー直進する光

光は直進する:ピンホール写真の基本的な原理は、「光は直進する」ということです。被写体上の各点から出た光線は小さな穴を通ってフィルムやセンサーなど感光面の上の対応する点に達して被写体と相似形の倒立像を作り出すわけです。しかし、被写体の一点から四方八方に放射された光線のうち小さなピンホールを通るほんのわずかな光だけが感光面上の一点に達するので十分な明るさが得られないという問題点があります。明るさを増加させる最も簡単な方法は光の屈折現象を利用して光を集めるレンズを使うことす。今のカメラはほとんどレンズを使っていますが、他に、天体望遠鏡(反射望遠鏡)で活躍しているように凹面鏡を使う方法もあって、レフレックスタイプの交換レンズとして発売されています。では、レンズも鏡も使わずに光を集めて明るい像を造る方法はないものでしょうか?

 このような目的にあうのが「ゾーンプレート(ZP: Zone Plate)です。なお、ゾーンプレートには白(透明ゾーン)と黒(不透明ゾーン)の2階調でできている「フレネル・ゾーンプレート(FZP: Fresnel Zone Plate)」と透明度が連続的に変化している「ガボール・ゾーンプレート(GZP: Gabor Zone Plate)」がありますが、ここでは原則としてFZPについて記します。ゾーンプレートは、上図のように、弓の的のような模様の板で、透明なリング状ゾーンの部分を光が通るようになっています。各ゾーンの半径は光の波長と焦点距離から計算して求めますが、普通のカメラ程度の大きさの装置で写真を撮ることを考えると、必要なゾーンプレートの最大のゾーンの直径はせいぜい数ミリメートルという小ささです。弓の的に比べると遥かに小さいことがわかります。中心の円の直径はピンホールカメラのピンホールと同じで、普通、最外側のゾーンの直径はピンホールの直径の一桁程度大きなものを使います。原理的には、リング状の「ゾーン」の数はいくらでも増やせるし、それに伴って半径はどんどん大きくなります。ゾーンの数を増やせば、分解能は良くなるし明るさも増すのですが、ゾーンとゾーンの間隔がどんどん狭くなっていくので製作可能なゾーンの数は技術的に制限されてしまいます。また、ゾーンプレートでは波長によって焦点距離が決まりますが、ゾーンの数が増加すると波長や焦点距離の許容誤差の範囲が狭くなるということもあります。これについては後に述べます。私は、焦点距離が55mmで透明ゾーン数15のプレートと焦点距離90mmで透明ゾーン数7のプレートを使った撮影から始めました(後にしるすように、通常、ゾーン数は透明ゾーン数と不透明ゾーン数を合わせたものを指しますので、これらのゾーンプレートは、それぞれ、ゾーン数29と13のゾーンプレートであると言うことになります)。一般的に、ゾーンプレートによる写真はピンホール写真よりもっとソフトだと言われますが、このことについては後で詳しく記します

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ゾーンプレートのパターンの例

 白い部分が透明で光を通します。白いところが不透明になるような構成もあります。

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研究室 ピンホール写真 ゾーンプレート写真 ダブルスリット写真 赤外線写真 紫外線写真../atelier_bonryu_g/Pinhole_a.html../atelier_bonryu_g/Zoneplate_a.html../atelier_bonryu_g/Doubleslit_a.html../atelier_bonryu_g/IRPhoto_a.html../atelier_bonryu_g/UVPhoto_a.htmlPinhole.htmlZoneplate.htmlDoubleslit.htmlIR_Photo.htmlUV_Photo.htmlshapeimage_2_link_0shapeimage_2_link_1shapeimage_2_link_2shapeimage_2_link_3shapeimage_2_link_4shapeimage_2_link_5shapeimage_2_link_6shapeimage_2_link_7shapeimage_2_link_8shapeimage_2_link_9

第3版発売