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イメージセンサとは何?(英語表記:image sensor) |CAD用語集

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イメージセンサ

[かな] いめーじせんさ [英語] image sensor

イメージセンサは、レンズから入った光を電気信号に変換する半導体です。画像を撮影する為の撮影素子に使われるものであり、カメラの心臓部分です。近年、高画質という言葉を良く聞くと思いますが、カメラの画質はこのイメージセンサの性能によって左右されます。

 

イメージセンサ

 

ここではイメージセンサについて解説していきます。

 

イメージセンサの詳細

イメージセンサとは、一眼レフカメラや、スマホのカメラに等に使用されている半導体センサです。仕組みとしては、光がレンズ内に入射→センサがその光を捉え→データに変換というフローで処理が行われます。

 

撮影の仕組み

 

歴史について

開発は遡る事1933年。初めのイメージセンサは、ラジオなどに使用される「真空管」を利用した「アイコノスコープ」でした。このアイコノスコープは、真空中で電子の動きを自由自在に操ることが出来る性質を利用したセンサです。下記の画像の様に、光電効果のあるセシウムを塗った雲母板を真空管内に配置し、結像させ、そこで発生した電荷を信号電力として取り出すというものでした。

 

アイコノスコープの仕組み

 

その後、月日は流れ1969年。The American Telephone & Telegraph Companyの、ベル研究所の職員であったウィラード・ボイル氏とジョージ・E・スミス氏によって、半導体を使用したイメージセンサが発明されました。この機構は世界で採用の動きを見せていき、1952年ペンタックスよりアサヒフレックスという日本初の35mm一眼レフが発売されました。その後、採用が続き1990年代には市販されるすべてのカメラに採用されることとなりました。

 

イメージセンサの種類

イメージセンサには大きくCCDとCMOS存在するので、解説していきます。

 

CCD

CCDセンサは、隣同士の素子が電荷を受け渡すことのできる構造になっています。フォトダイオードにより素子ごとから電荷を蓄積し、バケツリレーの様に移動させた後電荷を電圧に変換します。電荷を集めてからアンプを通して電圧に変換する構造になっており、CMOSとは全く違う構造になっています。

 

CCDの特徴

動く物体を撮影しても歪みが起こらず、非常に高画質な写真を撮影することが可能ですが、消費電力が高いのが非常に残念の欠点と言えます。

 

バケツリレーを行う

 

CMOS

CMOSセンサは、素子ごとに画素単位でフォトダイオードとトランジスタが用意されており、それぞれで電荷信号を増幅する機構となっています。

 

素子ごとに電荷を増幅し、必要な電圧だけ切り替える

 

CCDセンサとは違い、隣の素子とは電荷を受け渡さず、その素子ごとに電荷を増幅します。必要な電圧だけ取り出すのでスイッチで取捨選択を行います。

 

CMOSの特徴

こちらは、素子が小さいため消費電力が小さく、非常に安価ですが電気信号のノイズにより画質が下がってしまうというデメリットが見受けられます。 

以上になります。

 

 

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