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2010年8月17日 (火曜日)

CCDとは? CMOS全盛のデジカメ

映画にかこつけて、カメラにまで話が及んでいたが、思い出したので再開する。

デジカメはフィルムが半導体に置き換わっただけである。半導体なので電気がないと動けない。アナログ⇒デジタル⇒アナログに変換するプログラムが必要となった。ついでに「バカチョン」カメラにしてしまった。

とはいえ、昔のビデオカメラは素人では扱えなかった。セミプロ向けのものでも100万円はした。 デジカメは三洋電機のCCDが世界中で使われていた。SANYOの技術はIPODに生かされているが、実用化するお金がなく、APPLEが製品化したのでSONYのWORK MANが打撃をうけた。当時SANYOはメモリー製造も行っていたのでAPPLE社とアイデアのやりとりがあった。

本題に戻そう。

CCDイメージセンサ (Charge Coupled Device Image Sensor) は固体撮像素子のひとつで、ビデオカメラ、デジタルカメラなどに広く使用されている半導体素子である。CCDと呼ばれる。
画像を電気信号に変換する際に、受光素子が光から発生した電荷を読み出すために電荷結合素子 (CCD: Charge Coupled Device) と呼ばれる回路素子を用いて転送を行う。


別な転送方式を使うCMOSイメージセンサとともに用いられ、CCDのほうが多く利用されてきたが、台湾製の低価格品や携帯電話ではCMOSセンサの普及が進み、2004年後半には総出荷個数でCMOSセンサが上回った。

CCDの動作
CCDはMOS構造半導体素子の一種で、シリコン基板表面の酸化膜上に多数の電極を設け、各電極に隣同士で異なる電圧を与えることによりポテンシャルウェルを作り出し、これを利用して電荷を保持できるようにしたものである。各電極に加える電圧を適切に制御することにより各素子の電荷が隣の素子にいっせいに転送される。これにより各素子が保持する画素ごとの電荷をバケツリレー式に順次外部に取り出すことができる。

CCDは、他の撮像素子に比べて相対的に感度が高く、ノイズが少ないという特徴を持つ。しかし、CCDを動作させるためには入力電圧として、高いプラス電圧とマイナス電圧を含む複数の電圧(例えば、+15V、-7.5V、+5V)を必要とする。そのためCCDの消費電流は比較的高いものになる。また数種の電圧を生成するための電源LSIが必要になる。

この構造のためにCMOSセンサに比べてCCDの製造は難しく、製造のできる企業は限られている(SANYO)。また、CMOSセンサに比べてかなり高価である。

CCDサイズ呼称
イメージセンサのサイズ呼称については2通りの方式がある。これはCMOSイメージセンサについても同様である。

インチ単位による呼びサイズ

CCDサイズの相対比較1/2.5インチ、1/1.8インチ、2/3インチなどインチ単位で呼ばれるサイズである。
このサイズはイメージセンサの撮像面の実寸を示すものではなく、呼び名に相当する管径の撮像管の撮像面サイズと等しいことを表す。
2/3インチセンサの場合は(25.4×2÷3=16.9mmではなく)2/3インチ撮像管に相当する対角11mm、1/2インチセンサでは対角8mmとなる。
これはCCDイメージセンサの初期の用途がテレビカメラ用の撮像管を置き換えるものであったため、レンズなどの光学系を設計したり選択したりする際の便宜を考慮してこのような習慣が生まれたものである。
同様な理由により、特に断らない限り画面の縦横比は標準テレビ画面と等しい4:3が主流である。

なお日本ではメートルを基準とする計量法により「インチ」の使用が認められないためブラウン管などと同様「1/2.5型」などと表記する。他国からみたら融通のきかない馬鹿にしか思えません。

特定の規格により実サイズが規定されているもので、35mmフルサイズ(135フィルムサイズに等しい36mm×24mm)、APS-C(16.7mm×23.4mm)などがある。なお、オリンパスが単独で決めたフォーサーズ・システムについては約18.0mm×13.5mm(実際は17.3mm×13.0mm)の実寸が規定されているためこの範疇であるが、そのサイズ自身は「管径4/3インチの撮像管」に由来している。
Ccd_size


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