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金箔撮影のポイント~金箔屏風に適した撮影システムとは~

プロの写真家であれば、金箔屏風の撮影が非常に難度の高い被写体であることをご存知でしょう。
金箔とはいったいどんな被写体なのでしょうか。
今回は、物体の反射特性の観点から徹底的に分析してみようと想います。
まずは、原理と用語から。

1.原理と用語 〜 鏡面 〜

金箔とは何か?

鏡面

まず、鏡(かがみ)に光が入って反射する様子から観察します。
図(Fig.-1)は、鏡に光が入り、反射して出て行く様を表す概念説明図です。
鏡の面に垂直な方向を面法線(めんほうせん)と呼びます。
面法線に対して、例えば角度 シータ(θ)で入射した光を観察すると、その反射光は、面法線に対して、入射したのと同じ角度で出て行きます。
この反射角度は、入射角度と同じ角度になります。
また、入射光と反射光と面法線(N)は全て、同じ平面であることを確認します。
次に、白紙での現象を観察します。

2.完全拡散面

完全拡散面

入射した光に対して、白色紙は、一様に全方位に光ります。
図(Fig.-2)は、理想的な完全拡散面と呼ばれる状態の時の光度分布です。
完全拡散面からの反射光は、図に示す通り、きれいな球状態になります。

3.光沢面

光沢面

図(Fig.-3)は、鏡の表面が少し息が掛かって曇った状態を表しています。
実は、金箔はこの状態です。
特徴的なのは、鏡面反射と完全拡散面反射の中間的な挙動をしている点です。
ここで重要なのは、拡散光は先ほどと同じで、球状に分布していること、かつ、正反射(角などと呼ばれます)光(鏡面反射光とも呼ばれます)は、入射光==面法線(N)==正反射光(角)が同じ平面に有る点です。
立体的な形は、球から1本の角が出ているような形です。

4.イメージスキャナの光学レイアウト

イメージスキャナの光学レイアウト

次にイメージスキャナでスキャンする際の光学的なレイアウトです。 この図は、スキャナのレンズ光軸(被写体の面法線)、およびスキャン方向を含む面でカットした断面図です。 一般的にイメージスキャナでは、線状の光源(昔は蛍光灯、現在は、白色LEDからなる線光源)からの光を45度で入れて、その拡散反射光成分をレンズに導いて結像します。 この光学的レイアウトによって、例えば、光沢写真などが「テカリ」を生じずにスキャンできます。 「テカっている状態」とは、光沢反射成分の「角」が目や、レンズに入ってきている結果生じる現象です。 ラインセンサを使ったイメージスキャナは、テカリ=光沢反射光=正反射光は45度で反射して抜けて行き、結果として光沢反射成分はレンズの方向に入って来ません。 これがイメージスキャナ方式の最大の特徴です。

5.カメラで金屏風を撮影する

さて。いよいよ、金屏風をカメラで撮影するシーンを検証してみましょう。

カメラで金屏風を撮影する

図(Fig.5)は、左右に配置した照明(左照明,右照明)、カメラ、屏風を鉛直上部から観察した構図です。
カメラ方式での屏風撮影の課題は、次の2点にあります。

カメラ撮影の課題−1

照明装置から、屏風までの照射距離(L1~L2)が場所によって異なる。
つまり、これは照明ムラになります。作品の反射率が均一な紙である場合、照明ムラとしてデジタル画像が生成されます。

カメラ撮影の課題−2

被写体が金屏風などの、準光沢面の場合、照明装置の光沢反射(正反射)の位置に、「角」が生じ、強く光ります。
この2つの課題は、相反する課題です。
即ち、課題1の対策は、できるだけ、カメラの背部の遠い位置から照明することです。
被写体の屏風を球面の一部となる位置つまり、カメラ背面無限遠位置からの点光源照明が理想です。
しかし、この照明方向は、課題2の解決になりません。つまり、カメラ光軸正面に光沢反射が生じます。
更に、問題としては、作品に豊かな凹凸がある場合、影の無い眠い画像(印画紙の硬調、軟調で言うところの軟調)になります。
月齢の満月と半月と言えば判りやすいでしょうか。満月は、影の無い眠い月です。
以上をまとめると、カメラで撮影した屏風のデジタル画像は、その照明装置の配置を反映して、正反射の位置に光源のテカリが生じます。

6.一般的なイメージスキャナ

一般的なイメージスキャナFig.6-1

図(Fig.6-1)は、一般的なイメージスキャナの光学的レイアウトです。
先にしめした図 Fig.-4に対して、レンズ光軸を中心にして上から見て右回りに90度回転した状態の断面図です。
作品上の1本の画像をレンズによってラインセンサー上に結像している様子です。
この後、紙面に垂直方向に撮影ユニット(線光源、レンズ、センサ)が丸ごと移動しながら撮影を続けて、結果、2次元画像を得ます。

図(Fig.6-2)は、上図の斜視図(斜めから眺めた図)です。
このような光学系をイメージスキャナでは、縮小光学系と呼びます。
撮影するライン (PL-PC-PR)はレンズにより、ラインセンサに結像されています。
線光源は、45度の角度で読取り撮影ラインを照明しています。
ここで特徴的なのは、線光源から、撮影ラインへの入射角度は、φ(ファイ)で一定の角度で入射しているのに対して、レンズへ向かう光は、PCにて、θ=0度、PRにて、レンズ光軸(作品面法線)を含む平面にて、+θの角度、PLにてレンズ光軸(作品面法線)を含む平面にて、-θの角度、となっている点です。
これはどういうことかというと、図(Fig.-3)において、角(ツノ)こそレンズに向かっていませんが、拡散反射光のそれぞれ異なる方向の光がレンズに入ってきていることを意味します。

7.テレセントリックレンズを使ったイメージスキャナ 〜 オルソスキャナ 〜

テレセントリックレンズを使ったイメージスキャナ 〜 オルソスキャナ 〜

テレセントリックレンズを用いたイメージスキャナでは、作品からレンズに向かう光の角度が全て同一条件となっています。
ここでは、θ=0度となっています。

まとめ

  照射角 見込角(レンズ入射角) 見込角テレセントリックレンズ
PR(右) φ +θ' 0°
PC(中央) φ 0° 0°
PL(左) φ -θ' 0°

・一般的なイメージスキャナは、光源の照射角(φ)に対して反射光がレンズに入る入射角が場所によって異なる。(PL,PC,PR)

・一方テレセントリックレンズは全て同一条件になる。

テレセントリックレンズを用いたイメージスキャナシステム=オルソスキャナは、このレンズに入る光の方向さえも、全ての領域で同じ条件で撮影することができます。
その結果、金属光沢反射と拡散反射の両性を合わせ持つ金箔を貼った襖や屏風のような作品であっても、「作品全域で、照明光の入射角度と、レンズに向かう光の角度を完全にコントロールすることができます。」