らくらく図解 CCD/CMOSカメラの原理と実践

らくらく図解　CCD／CMOSカメラの原理と実践
安藤 幸司
オーム社 2011-05-25

撮像素子を知るためにCCD/CMOSの知識は必要不可欠!!
デジカメや携帯、PCへの標準装備など、撮像素子の世界も大きく変わりつつあります。数年前まで主流だったのは、光に対して非常に感度がよいCCD（Charge Coupled Device）カメラでしたが、現在携帯電話において最も採用されているのはCMOS （Complementary Metal Oxide Semiconductor）カメラです。消費電力が少なく組み込みも簡単で安価なため、今後ますます市場を広げていくのは確かですが、CCD/CMOS技術にはそれぞれ特徴があります。そのため両方をカバーする必要性があります。本書ではCCD/CMOS技術を図解でわかりやすく解説します。

■目次
第1章　カメラの原理と撮像素子の基礎
1-1　私たちの身の周りのカメラ
1-2　カメラの歴史
●カメラオブスキュラ
●ダゲレオタイプ
●ゼラチン銀塩乳剤
●電子カメラ ? テレビ放送
●デジタルカメラ
1-3　カメラの構成
1-4　カメラの種類
●静止画用カメラ
●動画用カメラ（ムービーカメラ）
1-5 撮像素子の基礎知識
●映像の記録方法
●面情報の記録
1-6　CCD 撮像素子
●CCD/CMOS 素子の歴史
●CCD/CMOS 素子の技術用語
●CCD 撮像素子とカメラの性能
コラム：VideK の仕様
第2章　CCD とCMOS
2-1　CCD撮像素子の種類
●フルフレームトランスファ型CCD
●フレームトランスファ型CCD
●インターライントランスファ型CCD
●フレームインターライントランスファ型CCD
●プログレッシブスキャン型CCD
2-2　CMOS固体撮像素子
●MOSと呼ばれる半導体とMOS 素子の歴史
●CMOS素子の開発
●CMOSカメラの特徴
●CMOS素子の電子シャッタ
●ローリングシャッタとグローバルシャッタ
●グローバルシャッタの特徴
●CMOSの画質を向上させたCDS機能
2-3　CCDとCMOSの比較
●両者の市場
●CCDとCMOS撮像素子の一般的な比較
コラム：固体撮像素子開発のエピソード
第3章　撮像素子の諸特性
3-1　波長感度特性とノイズ
●波長感度特性
●QE(量子効率）
●ノイズとS/N 比
●ショットノイズとフォトンノイズ
●ビンニング
3-2　フォトダイオード部の構造
●スミアとブルーミング
●フレームインターライントランスファ型CCD によるスミア低減
●VOD 構造
●電子シャッタ機能
●フレーム蓄積とフィールド蓄積
3-3　カラー画像の解像力
●画素ずらし
●3板CCD
●カラーフィルタ方式CCD
●モアレと光学ローパスフィルタ
●偽色
第4章　特殊な撮像素子
4-1　冷却型撮像素子
●Cooled CCD
●Cooled CMOS
4-2　超高感度撮影素子－ EMCCD
4-3　高速度撮像素子
●100万コマ/ 秒の高速度撮像素子－ ISIS
4-4　三層カラーCMOS 素子
4-5　電子管撮像素子
●固体撮像素子と比べた撮像管の特徴
●撮像管の歴史
●撮像管の原理
●代表的な撮像管－ビジコン管
●撮像管の大きさ
●ハープ（HARP）管
●イメージインテンシファイア
●電子顕微鏡
第5章　レンズについて知る
5-1　レンズの働き
●光を集める
●像を作る
●具体的な使用例－レンズの焦点距離を求める
5-2　レンズの種類
●レンズマウント
●一眼レフカメラ用交換レンズ
● CCTV 用（C マウント）交換レンズ
●ズームレンズ
5-3　レンズの機能
●焦点距離と画角
●絞りの作用
●絞りとボケ、許容錯乱円
●焦点距離と口径－ F 値
コラム：F 値の由来は？
5-4 レンズの収差
●色収差
●球面収差
●非点収差
●コマ収差
●歪曲収差
●像面湾曲
5-5　解像力
●レンズの解像力
●撮像素子の解像力
●解像力チャート
第6章　撮影と応用の技術
6-1　カメラ撮影を構成する要素
6-2　シャッタの意味
●シャッタで露光タイミングを決める
●電気式シャッタ（トリガ信号）
●シャッタ時間（露出時間、露光時間）
6-3　録画速度と撮影時間
6-4　感度
●ISO 感度
●被写体照度
●像面照度
●APEXシステム
6-5　テレビ放送
●テレビ放送規格（NTSC アナログ規格）
●地上デジタル放送、衛星放送
第7章　デジタル画像と画像解析
7-1　デジタル画像
●画素数と濃度、時間軸
7-2 静止画像ファイルフォーマット
●BMP/DIB4
●TIFF
●GIF
●PNG
●JPEG
●Exif
7-3　動画像ファイルフォーマット
●AVI
●AVI2.0
●WMV
●QuickTime
●MPEG
●H.246規格
●VC-1（Video Codec 1）
参考文献
索　　引