CCDカメラとは？

CCDカメラは、電荷結合素子（CCD）イメージセンサーを備えたあらゆるタイプのデジタルカメラです。 これには、民生用および業務用のスチルカメラ、ビデオカメラ、セキュリティカメラ、携帯電話カメラ、医療用カメラの大部分が含まれます。 CCDは非常に効率的で、入射光の約2％にしか反応しない写真フィルムとは異なり、一般に入射光の約70％を取り込みます。 CCDは赤外線にも敏感であるため、暗視監視カメラや天文学アプリケーションに最適です。 一部のカメラは相補型金属酸化膜半導体（CMOS）イメージセンサーを使用しますが、CCDは最も一般的なタイプです。

ほとんどのCCDカメラは、単色、カラー、または赤外線操作用に設計されているかどうかにかかわらず、単一の電荷結合素子を使用して画像データを収集します。 この場合、光はレンズから入り、フィルターにかけられ、単一の光電イメージセンサーアレイの表面に焦点を合わせます。 「3 CCD」または「3チップ」カメラとして知られる多くのプロ用ビデオカメラには、3つのCCDアレイが含まれています。 これらにより、入射光はプリズムによって赤、緑、青の成分に分割され、それぞれが独自のCCDセンサーに焦点を合わせます。 これにより、色の分離が改善され、光の感度が向上するため、一般的にはより正確な色の陰影が得られ、暗い場所ではより詳細になります。

FAXマシン、スキャナー、およびその他のタイプのリニアスキャンカメラは、1次元CCDイメージセンサーを使用してデータを収集し、センサー全体またはスキャン対象を移動して画像全体をキャプチャします。 他のすべてのタイプのCCDカメラは、固定された2次元面積マトリックスを使用します。 CCDセンサーは、焦点を合わせた光の強度、持続時間、波長に基づいて電荷を蓄積する、結合した光活性コンデンサの配列です。 画像に露出されると、センサーのコントローラーは各コンデンサーの電荷をアレイ内の隣接するコンデンサーにシフトします。 これにより、マトリックス全体に波及効果が生じ、電荷の最後のセットがチップ外の別のデジタイザーにシフトされます。 このデジタイザは、それらを数値に変換してカメラのメモリに保存します。

通常、CCDカメラが画像データを保存および取得する方法は、システムの設計に影響します。 フルフレーム方式では、CCD全体を集光に使用し、画像データがオフチップで転送されるときのスミアを防ぐためにメカニカルシャッターが必要です。 この設計は、最も光を収集する場合に理想的であり、最高の画像がコスト、時間、および電力消費よりも重要です。 インターライン方式は、CCDの1列おきに1ピクセルシフトで画像電荷データをすばやく保存し、スミアを防ぎ、効率を犠牲にしてメカニカルシャッターを不要にします。 代わりに、フレーム転送方法は、許容量のスミアリングを使用して実装され、メカニカルシャッターは使用されません。 フレーム転送は電荷の蓄積と検索にCCDの半分を使用し、残りの半分は新しい画像を蓄積するため、同じサイズの画像を処理するために2倍のシリコンが必要です。

特殊なCCDカメラは、紫外線から赤外線までの光波長に敏感であるため、天文学で使用されます。 実際、これらは非常に敏感であるため、CCDを液体窒素温度に冷却するなど、画像を歪める「ノイズ」の量を減らすために多くの追加手順を実行する必要があります。 適切な量​​の補正と画像処理により、観測所品質の天体写真は、CCDカメラ機器を装備した真面目で献身的なアマチュアが利用できるようになりました。