出典 しゅってん は列挙 れっきょ するだけでなく、脚注 きゃくちゅう などを用 もち いてどの記述 きじゅつ の情報 じょうほう 源 げん であるかを明記 めいき してください。記事 きじ の信頼 しんらい 性 せい 向上 こうじょう にご協力 きょうりょく をお願 ねが いいたします。(2020年 ねん 5月 がつ )
CCDイメージセンサ (シーシーディーイメージセンサ、英 えい : CCD image sensor )は固体 こたい 撮像 さつぞう 素子 そし のひとつで、ビデオカメラ 、デジタルカメラ 、光 ひかり 検出 けんしゅつ 器 き などに広 ひろ く使用 しよう されている半導体 はんどうたい 素子 そし である。単 たん にCCD と呼 よ ばれることも多 おお い[1] [2] [3] [4] が、「CCD」という頭字 かしらじ 語 ご 自体 じたい には、CMOSイメージセンサ の「CMOS」の部分 ぶぶん と同様 どうよう に、「イメージセンサ」という意味 いみ は全 まった く含 ふく まれておらず、実際 じっさい にイメージセンサ以外 いがい へのCCD(電荷 でんか 結合 けつごう 素子 そし )の応用 おうよう は複数 ふくすう 存在 そんざい する。
CCDは、1969年 ねん 、アメリカ電信 でんしん 電話 でんわ ベル研究所 けんきゅうじょ にいたウィラード・ボイル とジョージ・E・スミス によって、磁気 じき バブルメモリ の動作 どうさ 原理 げんり から着想 ちゃくそう し、半導体 はんどうたい に応用 おうよう することによって発明 はつめい された。
通常 つうじょう の半導体 はんどうたい 集積 しゅうせき 回路 かいろ では、一般 いっぱん に、その上 うえ に作 つく り込 こ まれたそれぞれの素子 そし の間 あいだ は金属 きんぞく 層 そう のパターンによる配線 はいせん によって、電気 でんき 的 てき に接続 せつぞく され信号 しんごう がやりとりされる。これに対 たい し、隣 とな り合 あ った素子 そし の間 あいだ の電荷 でんか 的 てき な結合 けつごう を利用 りよう して、次々 つぎつぎ と電荷 でんか の状態 じょうたい が送 おく り出 だ されることにより信号 しんごう がやりとりされる素子 そし がCharge-Coupled Device(CCD : 電荷 でんか 結合 けつごう 素子 そし )である。
受光 じゅこう 素子 そし と組 く み合 あ わせて撮像 さつぞう デバイスとする他 ほか 、NTSC で必要 ひつよう な櫛形 くしがた フィルタでアナログフィルタにおける遅延 ちえん 線 せん に相当 そうとう するシーケンシャルアクセスの記憶 きおく 装置 そうち など、色々 いろいろ の応用 おうよう がある[5] 。撮像 さつぞう デバイスとしては、配線 はいせん に面積 めんせき を取 と られないぶん、受光 じゅこう 面積 めんせき を広 ひろ くできる、といった利点 りてん がある一方 いっぽう 、スミア 現象 げんしょう などの弱点 じゃくてん もある。
CCDイメージセンサとCMOSイメージセンサ [ 編集 へんしゅう ]
イメージセンサ・デバイスの例 れい
現在 げんざい メジャーな固体 こたい 撮像 さつぞう デバイスとして、CCDイメージセンサの他 ほか にCMOSイメージセンサ がある。長 なが らくCCDイメージセンサのほうが多 おお く利用 りよう されてきたが、低 てい 価格 かかく 品 ひん や携帯 けいたい 電話 でんわ ではCMOSセンサの普及 ふきゅう が進 すす んでおり、2004年 ねん 後半 こうはん には総 そう 出荷 しゅっか 個数 こすう でCMOSセンサが上回 うわまわ った。
より複雑 ふくざつ な構造 こうぞう のためにCMOSセンサに比 くら べてCCDの製造 せいぞう は難 むずか しく、製造 せいぞう のできる企業 きぎょう は限 かぎ られている。また、CMOSセンサに比 くら べてかなり高価 こうか な素子 そし となっている(詳細 しょうさい は後述 こうじゅつ )。
イメージセンサの目的 もくてき [ 編集 へんしゅう ]
撮像 さつぞう 素子 そし の働 はたら きは、被写体 ひしゃたい からの光線 こうせん をレンズ などの光学 こうがく 系 けい によって撮像 さつぞう 素子 そし の受光 じゅこう 平面 へいめん に結 ゆい 像 ぞう させ、その像 ぞう の光 ひかり による明暗 めいあん を電荷 でんか の量 りょう に光 ひかり 電 でん 変換 へんかん し、それを順次 じゅんじ 読 よ み出 だ して電気 でんき 信号 しんごう に変換 へんかん することである。
固体 こたい 撮像 さつぞう 素子 そし においては、1枚 まい のシリコン基板 きばん 上 うえ に形成 けいせい された多数 たすう の受光 じゅこう 素子 そし の並 なら びで光 ひかり 電 でん 変換 へんかん を行 おこな う。受光 じゅこう 素子 そし に光 ひかり を照射 しょうしゃ すると光 ひかり エネルギーによって電荷 でんか を発生 はっせい する。この電荷 でんか をCCD素子 そし によって外部 がいぶ に転送 てんそう するのが主 おも な動作 どうさ である。なお、受光 じゅこう 素子 そし として独立 どくりつ したフォトダイオード を用 もち いる場合 ばあい と、転送 てんそう 用 よう CCDそのものを受光 じゅこう 素子 そし として動作 どうさ させる場合 ばあい がある(後述 こうじゅつ )。
電圧 でんあつ を制御 せいぎょ して電荷 でんか を転送 てんそう する
CCDはMOSキャパシタ を近接 きんせつ して並 なら べた構造 こうぞう が基本 きほん である。CCDはMOS構造 こうぞう 半導体 はんどうたい 素子 そし の一種 いっしゅ で、シリコン基板 きばん 表面 ひょうめん の酸化 さんか 膜 まく 上 じょう に多数 たすう の電極 でんきょく を設 もう け、MOS構造 こうぞう の各 かく 電極 でんきょく に隣 となり 同士 どうし で異 こと なる電圧 でんあつ を与 あた えることによりポテンシャルウェル (英語 えいご 版 ばん ) (電位 でんい の井戸 いど )を作 つく り出 だ し、これを利用 りよう して半導体 はんどうたい 中 ちゅう で電荷 でんか を保持 ほじ ・転送 てんそう できるようにしたものである。
各 かく 電極 でんきょく に加 くわ える電圧 でんあつ を適切 てきせつ に制御 せいぎょ することにより各 かく 素子 そし の電荷 でんか が隣 となり の素子 そし にいっせいに転送 てんそう される。これにより各 かく 素子 そし が保持 ほじ する電荷 でんか をバケツリレー式 しき に順次 じゅんじ 外部 がいぶ に取 と り出 だ すことができる。ちょうどデジタル回路 かいろ のパラレル=シリアルシフトレジスタと同 おな じ動作 どうさ であり、アナログ量 りょう を扱 あつか えるシフトレジスタ とも言 い われる。この性質 せいしつ を利用 りよう して一 いち 列 れつ の端 はし から入力 にゅうりょく した電荷 でんか を素子 そし 数 すう 分 ぶん の転送 てんそう 回数 かいすう に相当 そうとう する遅延 ちえん を持 も たせて反対 はんたい 側 がわ の端 はし から取 と り出 だ せば、遅延 ちえん 線 せん (ディレイライン)として動作 どうさ させることができ、前述 ぜんじゅつ のようにこのようなCCDの機能 きのう の利用 りよう 法 ほう はイメージセンサ以外 いがい にもいろいろある。
一 いち 次元 じげん イメージセンサ[ 編集 へんしゅう ]
リニアイメージセンサともいい、フォトダイオード を一 いち 列 れつ に並 なら べ、これに並列 へいれつ にCCDを配置 はいち している。1回 かい の露光 ろこう でフォトダイオードが光 ひかり 電 でん 変換 へんかん した電荷 でんか を各 かく 画素 がそ に対応 たいおう するCCD素子 そし にいっせいに転送 てんそう し、続 つづ いてCCDに転送 てんそう パルスを与 あた え電荷 でんか を順次 じゅんじ 読 よ み出 だ す。全 ぜん 画素 がそ の電荷 でんか を出力 しゅつりょく し終 お わると次 つぎ の露光 ろこう が可能 かのう になる。
一 いち 次元 じげん イメージセンサは線 せん 状 じょう の像 ぞう しか光 ひかり 電 でん 変換 へんかん できないので、被写体 ひしゃたい とイメージセンサを相対 そうたい 的 てき に移動 いどう させるか、光学 こうがく 系 けい によって同等 どうとう の相対 そうたい 移動 いどう を行 おこな うことにより被写体 ひしゃたい 全体 ぜんたい をカバーする。ファクシミリ や複写 ふくしゃ 機 き 、イメージスキャナ などで使 つか われる方式 ほうしき である。またそういったものの他 ほか 、1次元 じげん のパターンのみ取得 しゅとく できれば良 よ いという応用 おうよう も多 おお く、カメラでは「ジャスピンコニカ」や「キヤノンオートボーイ」時代 じだい のオートフォーカス用 よう センサで使 つか われていたという例 れい がある[6] 。
二 に 次元 じげん イメージセンサ[ 編集 へんしゅう ]
エリアイメージセンサともいい、格子 こうし 状 じょう その他 た の配置 はいち で平面 へいめん 状 じょう に敷 し き詰 つ めたものである。CCDと受光 じゅこう 素子 そし の配列 はいれつ によりいくつかの構造 こうぞう がある。
インターライン型 がた CCD撮像 さつぞう 素子 そし の構造 こうぞう
二 に 次元 じげん イメージセンサの中 なか でもインターライン型 がた CCDイメージセンサは、一般 いっぱん 的 てき なビデオカメラやデジタルカメラで多用 たよう される。
受光 じゅこう 部 ぶ のフォトダイオードと電荷 でんか 転送 てんそう 部 ぶ の垂直 すいちょく 転送 てんそう CCDを一 いち 列 れつ ごとに交互 こうご に配置 はいち し、垂直 すいちょく CCD列 れつ の端 はし 部 ぶ を水平 すいへい 転送 てんそう CCDの各 かく 素子 そし に接続 せつぞく して全体 ぜんたい として櫛形 くしがた に配置 はいち した構造 こうぞう である。各 かく 転送 てんそう 用 よう CCDは光 ひかり 電 でん 変換 へんかん を行 おこな わないように遮光 しゃこう 膜 まく で覆 おお ってある。また、各 かく 画素 がそ のフォトダイオードと画素 がそ に対応 たいおう する垂直 すいちょく CCDの各 かく 素子 そし に間 あいだ にはアナログスイッチとして働 はたら くトランスファゲートが置 お かれている。読 よ み出 だ しは一 いち 例 れい として次 つぎ のようにして行 おこな う。
トランスファゲートを閉 と じておく。
フォトダイオードを感光 かんこう し、電荷 でんか を蓄積 ちくせき する。
トランスファゲートを開 ひら き、フォトダイオードから各 かく 垂直 すいちょく 転送 てんそう CCDに電荷 でんか をいっせいに転送 てんそう する。
トランスファゲートを閉 と じる。
各 かく 垂直 すいちょく 転送 てんそう CCDの電荷 でんか を1回分 かいぶん 転送 てんそう し、各 かく 列 れつ の端 はし 部 ぶ にあたる画素 がそ の電荷 でんか を水平 すいへい 転送 てんそう CCDに移送 いそう する。
水平 すいへい 転送 てんそう CCDに順次 じゅんじ 転送 てんそう パルスを与 あた えて全 ぜん 水平 すいへい 画素 がそ を出力 しゅつりょく する。
5に戻 もど って垂直 すいちょく 転送 てんそう CCDの全 ぜん 画素 がそ を読 よ み出 だ すまで繰 く り返 かえ す。
これによりすべての全 ぜん エリアの画素 がそ が順次 じゅんじ 走査 そうさ されたことになる。
ビデオカメラ に使 つか うためには毎秒 まいびょう 30~60回 かい の露光 ろこう ・転送 てんそう ・読 よ み出 だ しを行 おこな う必要 ひつよう があるため、フォトダイオードから垂直 すいちょく CCDへの電荷 でんか 転送 てんそう は垂直 すいちょく 帰 き 線 せん 期間 きかん に、また、水平 すいへい 転送 てんそう CCDからの読 よ み出 だ しは各 かく 水平 すいへい 帰 き 線 せん 期間 きかん に行 おこな われる。
フルフレーム・トランスファ型 がた CCD撮像 さつぞう 素子 そし の構造 こうぞう
フレーム・トランスファ型 がた CCD撮像 さつぞう 素子 そし の構造 こうぞう
ほかに、垂直 すいちょく 転送 てんそう CCDの各 かく 素子 そし で直接 ちょくせつ 光 ひかり 電 でん 変換 へんかん を行 おこな うフルフレームトランスファ型 がた 構造 こうぞう 、受光 じゅこう 用 よう CCDと転送 てんそう 用 よう CCDを持 も ち、垂直 すいちょく 帰 き 線 せん 期間 きかん に受光 じゅこう 用 よう CCDから転送 てんそう 用 よう CCDに転送 てんそう を行 おこな うフレームトランスファ型 がた CCDもある。フルフレーム型 がた は転送 てんそう 用 よう CCDが不要 ふよう なため光 ひかり の当 あ たる素子 そし 面積 めんせき の比率 ひりつ (開口 かいこう 率 りつ )が大 おお きく、インターライン型 がた に比 くら べて感度 かんど が高 たか い。一方 いっぽう 、電荷 でんか 転送 てんそう 中 ちゅう は受光 じゅこう しないように機械 きかい 的 てき シャッターが必須 ひっす となるため、動画 どうが 撮影 さつえい は難 むずか しい。フレームトランスファ型 がた は、開口 かいこう 率 りつ の高 たか い点 てん ではフルフレーム型 がた と同様 どうよう であるが、転送 てんそう 用 よう CCDを別 べつ に持 も つ分 ぶん 素子 そし 面積 めんせき が大 おお きくなる。
背面 はいめん 照射 しょうしゃ 型 がた CCDは読 よ み出 だ し回路 かいろ が受光 じゅこう 部 ぶ の反対 はんたい 側 がわ にあるため、受光 じゅこう 面積 めんせき を広 ひろ くすることが出来 でき 、同 どう 面積 めんせき のチップに比 くら べ感度 かんど が高 たか い。しかし、背面 はいめん 照射 しょうしゃ のためにシリコン基板 きばん 層 そう を削 けず り落 お とすことにより熱容量 ねつようりょう が大幅 おおはば に低下 ていか し、暗 くら 電流 でんりゅう による発熱 はつねつ が増加 ぞうか する。これによる熱 ねつ ノイズの影響 えいきょう を抑 おさ えるためには何 なん らかの冷却 れいきゃく 装置 そうち が必要 ひつよう となり、撮影 さつえい 機器 きき の小型 こがた 低 てい 価格 かかく 化 か の大 おお きな障害 しょうがい となっている。
CCDは、1969年 ねん 、アメリカ電信 でんしん 電話 でんわ [7] ベル研究所 けんきゅうじょ にいたウィラード・ボイル とジョージ・E・スミス によって、磁気 じき バブルメモリ の動作 どうさ 原理 げんり から着想 ちゃくそう し、半導体 はんどうたい に応用 おうよう することによって発明 はつめい された[8] 。フェアチャイルドセミコンダクター 、RCA 、テキサス・インスツルメンツ を含 ふく むさまざまな会社 かいしゃ がその発明 はつめい を採用 さいよう し、プログラム開発 かいはつ を始 はじ めた。フェアチャイルドが、商用 しょうよう デバイスに利用 りよう した最初 さいしょ の会社 かいしゃ となった。1974年 ねん までに、500セルの一 いち 次元 じげん 素子 そし との100x100セルの二 に 次元 じげん デバイスを発売 はつばい した。岩間 いわま 和夫 かずお によるリーダーシップ のもと、ソニー は、注目 ちゅうもく すべき額 がく の投資 とうし を含 ふく むCCDへの大 おお きな開発 かいはつ 努力 どりょく を始 はじ めた。結局 けっきょく 、ソニーは自社 じしゃ のカムコーダー 用 よう にCCDを大量 たいりょう 生産 せいさん することが可能 かのう になった[9] 。
ベル研究所 けんきゅうじょ での発明 はつめい の後 のち 、遅延 ちえん 線 せん として、あるいはイメージセンサとしての応用 おうよう 研究 けんきゅう が進 すす み、1970年代 ねんだい 後半 こうはん には試作 しさく カメラが、1980年代 ねんだい には実用 じつよう 的 てき なカラーテレビカメラが製品 せいひん 化 か され、半導体 はんどうたい 加工 かこう 技術 ぎじゅつ の進歩 しんぽ により撮像 さつぞう 管 かん を代替 だいたい した。1990年代 ねんだい にはデジタルスチルカメラ が誕生 たんじょう し、21世紀 せいき 初 はじ めには銀 ぎん 塩 しお カメラを代替 だいたい しつつある。
2006年 ねん 1月 がつ 、ボイルとスミスは、CCDに関 かん する仕事 しごと が認 みと められ全米 ぜんべい 技術 ぎじゅつ アカデミー のチャールズ・スターク・ドレイパー賞 しょう を受賞 じゅしょう した[10] 。2009年 ねん 、二人 ふたり はノーベル物理 ぶつり 学 がく 賞 しょう を受賞 じゅしょう した[11] 。
CCDイメージセンサは、ほかの半導体 はんどうたい 集積 しゅうせき 回路 かいろ と同様 どうよう にシリコンウェハー から製造 せいぞう する。他 た の半導体 はんどうたい 集積 しゅうせき 回路 かいろ の製造 せいぞう と基本 きほん 的 てき には変 か わらないが、受光 じゅこう 面 めん への配慮 はいりょ が求 もと められ通常 つうじょう のモールディングは行 おこ なわれず、サブストレートへの実装 じっそう などで保持 ほじ される。
デジタルカメラ
ビデオカメラ
カメラ付 づけ 携帯 けいたい 電話 でんわ
複写 ふくしゃ 機 き 、ファクシミリ
自動車 じどうしゃ 用 よう カメラ
胃 い カメラ(上部 じょうぶ 消化 しょうか 管 かん 内視鏡 ないしきょう )
CCDイメージセンサによるカラー撮像 さつぞう [ 編集 へんしゅう ]
LCD表示 ひょうじ 素子 そし の画素 がそ 配置 はいち
単 たん 板 いた 式 しき カラーカメラのベイヤー配列 はいれつ
3板 いた 式 しき カラーカメラのCCD素子 そし の空間 くうかん 配置 はいち
3板 いた 式 しき の別 べつ 方式 ほうしき (緑色 みどりいろ 解像度 かいぞうど 優先 ゆうせん )
他 た の多 おお くのカラー撮影 さつえい 方式 ほうしき と同様 どうよう 、1枚 まい のセンサにRGBの各 かく 色 いろ を作 つく り込 こ む単 たん 板 いた 方式 ほうしき と、光学 こうがく 的 てき にRGBの各 かく 色 いろ を分離 ぶんり したものをそれぞれのセンサで撮影 さつえい する多 た 板 いた (3板 いた )方式 ほうしき がある。
CCDイメージセンサそのものには、ほかの撮像 さつぞう 管 かん や固体 こたい 撮像 さつぞう 素子 そし と同様 どうよう 、色 いろ の識別 しきべつ 能力 のうりょく はない。一般 いっぱん 的 てき なCCDの波長 はちょう ごとの感度 かんど 特性 とくせい (分光 ぶんこう 特性 とくせい )はおおむね300nm~800nmでゆるやかな山 やま 型 がた のピーク特性 とくせい を持 も ち、可視 かし 光 こう 範囲 はんい をカバーしている。従 したが って、カラー撮影 さつえい を行 おこな うためにはカラーフィルタ により光 ひかり の三原色 さんげんしょく に色 いろ 分解 ぶんかい を行 おこな う必要 ひつよう がある[12] 。三原色 さんげんしょく 分解 ぶんかい には加 か 色 しょく 法 ほう による方法 ほうほう と減 げん 色 しょく 法 ほう によるものがあり、原理 げんり 的 てき には後処理 あとしょり の単純 たんじゅん な加 か 色 しょく 法 ほう は色 いろ 再現 さいげん 性 せい に優 すぐ れ、光 ひかり 通過 つうか 量 りょう が多 おお い減 げん 色 しょく 法 ほう は感度 かんど に優 すぐ れるとされるが、素子 そし レベルの性能 せいのう や後述 こうじゅつ の色 いろ 処理 しょり 技術 ぎじゅつ による差異 さい もあるため、製品 せいひん レベルでの比較 ひかく ではその差 さ が顕著 けんちょ ではない。
カラーフィルタのマスクパターンにもいくつかの方法 ほうほう が考 かんが えられる。まず、LCD などの表示 ひょうじ 素子 そし のように、正方形 せいほうけい に敷 し き詰 つ められた各 かく 画素 がそ に対 たい してRGB それぞれの受光 じゅこう 部 ぶ を配置 はいち する方法 ほうほう が考 かんが えられる。画像 がぞう データなどの、各 かく ピクセル毎 ごと に色 いろ の値 ね があるモデルと整合 せいごう 性 せい が良 よ いが、各 かく 受光 じゅこう 部 ぶ が細長 ほそなが くなり、また3倍 ばい のピッチで微細 びさい 構造 こうぞう を作 つく り込 こ まねばならず、製造 せいぞう 上 じょう よろしくない。
一般 いっぱん に固体 こたい 撮像 さつぞう 素子 そし では受光 じゅこう 部 ぶ 毎 ごと にマイクロレンズを置 お くので、各 かく 受光 じゅこう 部 ぶ は縦横 じゅうおう 比 ひ を1とするか、それに近 ちか いことが望 のぞ ましい。従 したが って正方形 せいほうけい を敷 し き詰 つ めた上 うえ にベイヤー配列 はいれつ (Bayer arrangement)[注釈 ちゅうしゃく 1] のフィルター(ベイヤーフィルター )を掛 か けるという手法 しゅほう が一般 いっぱん 的 てき である。
ベイヤー配列 はいれつ では、CCDの総画 そうかく 素数 そすう Nに対 たい して、緑 みどり の解像度 かいぞうど はN/2、赤 あか および青 あお の解像度 かいぞうど はN/4になるため、各 かく 画素 がそ 毎 ごと に周辺 しゅうへん の画素 がそ の出力 しゅつりょく を用 もち いて補間 ほかん 演算 えんざん を行 おこな うことによりN個 こ のRGBの組 くみ を作 つく り出 だ している。補間 ほかん 演算 えんざん の方式 ほうしき により画質 がしつ が影響 えいきょう を受 う けるため、各 かく カメラメーカーは独自 どくじ に処理 しょり 方法 ほうほう を考案 こうあん している。ここで、緑 みどり の画素 がそ を2倍 ばい 設 もう けているのは、人間 にんげん の眼 め の分光 ぶんこう 感度 かんど が緑 みどり 付近 ふきん をピークとしており、緑 みどり の解像度 かいぞうど が見 み かけ上 じょう の解像度 かいぞうど を向上 こうじょう させるためである。
この他 ほか 、富士 ふじ フイルム のスーパーCCDハニカム やその他 た のパターン(参考 さんこう :英語 えいご 版 ばん )、またフィルタではなく深 ふか さにより色 いろ を識別 しきべつ するFoveon の方式 ほうしき などがある。
放送 ほうそう 用 よう カラーテレビカメラなどでは、高画質 こうがしつ ・高 こう 感度 かんど の要求 ようきゅう 性能 せいのう を満 み たすため、3板 いた 方式 ほうしき を採用 さいよう することがある。これは、上述 じょうじゅつ のような微小 びしょう 構造 こうぞう のフィルタによる方式 ほうしき が不可能 ふかのう だった撮像 さつぞう 管 かん 時代 じだい の方式 ほうしき と同様 どうよう のもので、RGB各 かく 色 いろ それぞれに1枚 まい のCCDイメージセンサを用意 ようい し、ダイクロイックプリズム (各 かく 波長 はちょう に対 たい し、ミラーあるいはフィルタとして働 はたら く)により各 かく 色 いろ に分 わ けて感光 かんこう させてRGBそれぞれの色 いろ 信号 しんごう を取 と り出 だ す。3板 いた 式 しき には、RGB均等 きんとう 方式 ほうしき だけでなく、2枚 まい の緑色 みどりいろ 用 よう 素子 そし を水平 すいへい に1/2画素 がそ ずらすことで見 み かけ上 じょう の水平 すいへい 解像度 かいぞうど を向上 こうじょう させる手法 しゅほう を採用 さいよう することもある。この場合 ばあい 、青 あお ・赤 あか 用 よう のCCDは2色 しょく 共用 きょうよう としており解像度 かいぞうど は低下 ていか するが、緑 みどり 解像度 かいぞうど の向上 こうじょう で補償 ほしょう できることを狙 ねら う。さらに、緑 みどり CCDを1枚 まい だけにすると2枚 まい CCD方式 ほうしき のカラー撮像 さつぞう も可能 かのう である(2板 いた 方式 ほうしき )。
実用 じつよう 的 てき なものではないが、錯視 さくし 現象 げんしょう を利用 りよう して色 いろ を知覚 ちかく させる手法 しゅほう がある。ベンハムの独楽 こま を参照 さんしょう 。
冷却 れいきゃく することにより熱 ねつ に起因 きいん するノイズ を減 へ らし、長時間 ちょうじかん の露光 ろこう を可能 かのう にした。なお、熱 ねつ 雑音 ざつおん とショット雑音 ざつおん を混同 こんどう する向 む きもあるが、まったく別種 べっしゅ のノイズである。
CCDイメージセンサのサイズ呼称 こしょう [ 編集 へんしゅう ]
イメージセンサのサイズ呼称 こしょう については2通 とお りの方式 ほうしき がある。これはCMOS イメージセンサについても同様 どうよう である。
インチ単位 たんい による呼 よ びサイズ [ 編集 へんしゅう ]
3/2インチ、1/1.8インチ、1/2インチなどインチ単位 たんい で呼 よ 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 さつぞう 面 めん の実寸 じっすん を示 しめ すものではなく、呼 よ び名 な に相当 そうとう する管 かん 径 みち の撮像 さつぞう 管 かん の撮像 さつぞう 面 めん サイズと等 ひと しいことを表 あらわ す。2/3インチセンサの場合 ばあい は(16.9mmではなく)2/3インチ撮像 さつぞう 管 かん に相当 そうとう する対 たい 角 かく 11mm(8.8mm x 6.6mm)、1/1.8インチセンサでは対 たい 角 かく 8.93mm(7.18mm x 5.32mm)、1/2インチセンサでは対 たい 角 かく 8mm(6.4mm x 4.8mm)が実寸 じっすん となる。これはCCDイメージセンサの初期 しょき の用途 ようと がテレビカメラ用 よう の撮像 さつぞう 管 かん を置 お き換 か えるものであったため、レンズ などの光学 こうがく 系 けい を設計 せっけい したり選択 せんたく したりする際 さい の便宜 べんぎ を考慮 こうりょ してこのような習慣 しゅうかん が生 う まれたものである。同様 どうよう な理由 りゆう により、特 とく に断 ことわ らない限 かぎ り画面 がめん の縦横 じゅうおう 比 ひ は標準 ひょうじゅん テレビ画面 がめん と等 ひと しい4:3が主流 しゅりゅう である。
なお日本 にっぽん では計量 けいりょう 法 ほう により取引 とりひき における「インチ」の使用 しよう が認 みと められないためブラウン管 ぶらうんかん などと同様 どうよう 「1/2.5型 がた 」などと表記 ひょうき する場合 ばあい があるが同 おな じことである。
特定 とくてい の規格 きかく により実 じつ サイズが規定 きてい されているもので、35mmフルサイズ (135 フィルムを用 もち いる35mm判 ばん の画面 がめん サイズに等 ひと しい36mm×24mm)、APS-C (16.7mm×23.4mm)などがある。なお、フォーサーズ・システム については約 やく 18.0mm×13.5mm(実際 じっさい は17.3mm×13.0mm)の実寸 じっすん が規定 きてい されているためこの範疇 はんちゅう であるが、そのサイズ自身 じしん は「管 かん 径 みち 4/3インチの撮像 さつぞう 管 かん 」に由来 ゆらい している。
CCDイメージセンサの製造 せいぞう [ 編集 へんしゅう ]
CCDイメージセンサの製造 せいぞう 技術 ぎじゅつ は、半導体 はんどうたい 部分 ぶぶん の製造 せいぞう プロセス、カラーフィルタやマイクロレンズの生成 せいせい などにおいて一般 いっぱん 的 てき なCMOS ロジック製造 せいぞう 技術 ぎじゅつ とは異 こと なる部分 ぶぶん が多 おお い。このため主要 しゅよう な製造 せいぞう メーカーは半導体 はんどうたい メモリ やCPU 、ASIC などとはかなり異 こと なる。2004年 ねん における大手 おおて 製造 せいぞう メーカーはソニー 、シャープ 、松下電器産業 まつしたでんきさんぎょう (現 げん パナソニック )、三洋電機 さんようでんき で世界 せかい 市場 いちば の約 やく 8割 わり を占 し め、これはCMOS イメージセンサにおいて首位 しゅい のソニー、2位 い の東芝 とうしば とも6、7%程度 ていど のシェアしかない状況 じょうきょう とは対照 たいしょう 的 てき である。このほか、KODAK もCCDイメージセンサを製造 せいぞう している。
このため、デジタルカメラやビデオカメラなどの製品 せいひん では競合 きょうごう しているメーカーにCCDイメージセンサを供給 きょうきゅう する例 れい は珍 めずら しくない。例 れい として、ソニーが広範 こうはん な供給 きょうきゅう を行 おこな っていた事実 じじつ がはからずも明 あき らかになった事件 じけん がある。
ソニー製 せい CCD不具合 ふぐあい 問題 もんだい [ 編集 へんしゅう ]
ソニーはCCD製造 せいぞう において大手 おおて であり、ビデオカメラやデジタルカメラを製造 せいぞう する会社 かいしゃ へ供給 きょうきゅう していた。2002年 ねん 10月 がつ にCCD素子 そし の窓 まど となるガラス板 ばん を接着 せっちゃく するために用 もち いていた接着 せっちゃく 剤 ざい を変更 へんこう した。
2004年 ねん 春 はる 、業務 ぎょうむ 用 よう ビデオカメラにおいてCCD素子 そし とICパッケージのピンを結 むす ぶボンディングワイヤが破断 はだん する不具合 ふぐあい が見 み つかった。ボンディングワイヤリング装置 そうち に不適切 ふてきせつ な設定 せってい を行 おこな った状態 じょうたい で製造 せいぞう していたことが判明 はんめい したため、ソニー製 せい CCDを使用 しよう していた業務 ぎょうむ 用 よう ビデオカメラメーカー各社 かくしゃ はリコール を行 おこな い事態 じたい は収拾 しゅうしゅう したと思 おも われた。
しかし、2004年 ねん 夏 なつ から徐々 じょじょ に、再 ふたた びボンディングワイヤが破断 はだん する問題 もんだい が発生 はっせい した。これは変更 へんこう された接着 せっちゃく 剤 ざい に含 ふく まれるヨウ素 もと がCCDチップとボンディングワイヤが繋 つな がっている合金 ごうきん 部 ぶ に侵入 しんにゅう し、欠陥 けっかん が生 しょう じて合金 ごうきん 部 ぶ で破断 はだん が発生 はっせい するものであった。ボンディングワイヤリング装置 そうち の設定 せってい ミスが原因 げんいん と思 おも い込 こ んでいたソニーは、問題 もんだい のある接着 せっちゃく 剤 ざい でCCDを製造 せいぞう し続 つづ けたため、本 ほん 問題 もんだい を見過 みす ごしてしまった。
2005年 ねん 10月 がつ 以降 いこう 、ソニーおよびカメラ製造 せいぞう メーカー各社 かくしゃ からリコール情報 じょうほう が発表 はっぴょう された。この問題 もんだい によって不具合 ふぐあい を生 しょう じるCCDは1000万 まん 個 こ 以上 いじょう 、問題 もんだい を生 しょう じうるデジタルカメラ・ビデオカメラは100機種 きしゅ 以上 いじょう に及 およ んだ。なお、ソニー以外 いがい のカメラ製造 せいぞう メーカーは「ソニー製 せい CCD」に起因 きいん する不良 ふりょう であることを明言 めいげん しているわけではないが、不具合 ふぐあい の発生 はっせい 状 じょう 況 きょう と公表 こうひょう された原因 げんいん から同一 どういつ 原因 げんいん であることが認 みと めうるとされる。
また、富士写真 ふじしゃしん フイルムの子会社 こがいしゃ 富士 ふじ フイルムマイクロデバイス開発 かいはつ のスーパーCCDハニカム の一部 いちぶ にも同様 どうよう な不良 ふりょう が発生 はっせい しており、不具合 ふぐあい の原因 げんいん であるヨウ素 す 化合 かごう 物入 ものい り接着 せっちゃく 剤 ざい をCCD製造 せいぞう に用 もち いるのは、当時 とうじ の一般 いっぱん 的 てき な方法 ほうほう であったとも考 かんが えられる。
本節 ほんぶし に関 かん する参考 さんこう 文献 ぶんけん
出典 しゅってん は列挙 れっきょ するだけでなく、脚注 きゃくちゅう などを用 もち いてどの記述 きじゅつ の情報 じょうほう 源 げん であるかを明記 めいき してください。記事 きじ の信頼 しんらい 性 せい 向上 こうじょう にご協力 きょうりょく をお願 ねが いいたします。(2020年 ねん 5月 がつ )
^ 神崎 かんざき 洋治 ようじ (著 ちょ ), 西井 にしい 美 よし 鷹 たか (著 ちょ ) 「体系 たいけい 的 てき に学 まな ぶデジタルカメラのしくみ 第 だい 2版 はん 」日経 にっけい BPソフトプレス; 第 だい 2版 はん (2009/1/29) 第 だい 5回 かい : CCDの電荷 でんか バケツリレーのしくみ デジカメの「しくみ」
^ 安藤 あんどう 幸司 こうじ (著 ちょ )「らくらく図解 ずかい CCD/CMOSカメラの原理 げんり と実践 じっせん 」らくらく図解 ずかい CCD/CMOSカメラの原理 げんり と実践 じっせん - 安藤 あんどう 幸司 こうじ - Google ブックス
^ 加藤 かとう 俊夫 としお 半導体 はんどうたい 入門 にゅうもん 講座 こうざ (Semiconductor JapanのWeb上 じょう 講義 こうぎ )第 だい 16回 かい イメージセンサ [1]
^ CCDカメラとは 株式会社 かぶしきがいしゃ 日本 にっぽん ローパー
^ 「CCDのアナログ信号 しんごう 処理 しょり 回路 かいろ への応用 おうよう 」doi :10.3169/itej1954.30.377
^ AF35ML(オートボーイスーパー)/AF35ML(オートボーイスーパー) クオーツデート - キヤノンカメラミュージアム に「CCD(電荷 でんか 結合 けつごう 素子 そし )ラインセンサーを使用 しよう した三角 さんかく 測量 そくりょう 方式 ほうしき によるオートフォーカス」とある。2023年 ねん 9月 がつ 8日 にち 閲覧 えつらん 。
^ 現在 げんざい はAT&T の子会社 こがいしゃ 。
^ 例 たと えば、次 つぎ の特許 とっきょ を参照 さんしょう のこと。 US3792322A - Buried channel charge coupled devices - Google Patents (アメリカ合衆国 あめりかがっしゅうこく 特許 とっきょ 第 だい 3,792,322号 ごう )とUS3796927A - Three dimensional charge coupled devices - Google Patents (アメリカ合衆国 あめりかがっしゅうこく 特許 とっきょ 第 だい 3,796,927号 ごう )また、特許 とっきょ の解説 かいせつ (日本語 にほんご )として、以下 いか の記事 きじ が詳 くわ しい CCD: 石 いし くれと砂粒 さりゅう の世界 せかい 。
^ たとえば、US419213A - Feed-water heater - Google Patents (アメリカ合衆国 あめりかがっしゅうこく 特許 とっきょ 第 だい 419,213号 ごう ) US4194213A - Semiconductor image sensor having CCD shift register - Google Patents (アメリカ合衆国 あめりかがっしゅうこく 特許 とっきょ 第 だい 4,194,213号 ごう )を参照 さんしょう のこと。
^ Charles Stark Draper Award , http://www.nae.edu/NAE/awardscom.nsf/weblinks/CGOZ-6K9L6P?OpenDocument
^ Nobel Prize website , https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2009/summary/
^ 例 たと えば、US5877807A - Optoelectronic colored image converter - Google Patents (アメリカ合衆国 あめりかがっしゅうこく 特許 とっきょ 第 だい 5,877,807号 ごう )
^ Bryce Bayer, Inventor of a Filter to Make Color Digital Pictures, Dies at 83 - The New York Times
^ 米国 べいこく メイン州 しゅう ポートランド 出身 しゅっしん の考案 こうあん 者 しゃ Bryce Bayer が由来 ゆらい であり、正式 せいしき な発音 はつおん は/ˈbaɪər/ (カナ表記 ひょうき するならば「バイヤー」もしくは「バイアー」)だが[13] 、日本語 にほんご では英語 えいご 読 よ みをベースに「ベイヤー」と表記 ひょうき されることが多 おお い。
出典 しゅってん は列挙 れっきょ するだけでなく、脚注 きゃくちゅう などを用 もち いてどの記述 きじゅつ の情報 じょうほう 源 げん であるかを明記 めいき してください。記事 きじ の信頼 しんらい 性 せい 向上 こうじょう にご協力 きょうりょく をお願 ねが いいたします。(2020年 ねん 5月 がつ )
CMOSイメージセンサ
スミア - CCDで発生 はっせい する高 こう 輝度 きど で電荷 でんか があふれることによる垂直 すいちょく か水平 すいへい 方向 ほうこう の光 ひかり 条 じょう