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【デジタル編:03】CCDとCMOSの違い | 一発合格!フォトマスター検定

【デジタル編:03】CCDとCMOSの違い

更新日:

 

【フォトマスター検定対策】:ジャンル/デジタル

「CCDとCMOSの違い」

撮像素子(イメージセンサー)におけるCCDとCMOSの違いについて解説します。

別記事:撮像素子の構造・仕組みで撮像素子(イメージセンサー)の概要を理解している方向けです

 

CCDとは?

CMOSとは?

CCDとCMOSの違いは?

スミア、ブルーミングとは?

 

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CCDとは?CMOSとは?

 

デジタルカメラの撮像素子は、レンズから入ってきた光を、電気信号に変換して出力する役割を持っています。
撮像素子はサイズの他にも、「電気信号をどのように読み出すか」によって「CCD」「CMOS」の2種類に分かれます。

 

 

ここで少しだけ歴史をお話します。

 

デジタルカメラが登場してしばらくは、撮像素子といえば「CCD」が使用されていました。
当時のCMOSは解像力が低く、カメラに使用するには適さなかったためです。

しかし、技術の発展によりCMOSでも高い解像力を得られるようになりました。
また、後述しますが、次第にCCDが持つ欠点の方が目立つようになってきたため、現在はほとんどのデジタルカメラで「CMOS」を搭載するようになっています。

 

ためしに、各メーカーのカメラのスペックを見てみてください。

仕様・スペック欄の「撮像素子」の部分を見ると、CMOSやCMOSセンサーと表記されていると思います。

繰り返しになりますが、現在の主流はCMOSセンサーです。

 

 

続いてCCDとCMOSの違いについて見ていきましょう。

 

 

●CCD

CCDは、バケツリレー方式で各画素の電荷を転送します。
電荷順次転送方式、面順読み出し…などと呼ばれることもありますが、バケツリレーと覚えておきましょう。

撮像素子は非常に小さい画素がたくさん敷き詰められている構造になっています。

CCDは、それぞれの画素が隣の画素に順番に電荷を受け渡していき、最後に増幅する形をとっています。

 

CCDの特徴としては、もう一つ。
感度が高く、ノイズも発生しにくいというメリットがあります。

このメリットがあったために、デジタルカメラが登場してしばらくはCCDが使われていたんですね。

しかし、CCDには「スミア」や「ブルーミング」という特徴的な白飛びが発生するというデメリットがあります。
こちらに関しては後述します。

 

 

●CMOS

一方CMOSは、ひとつひとつの画素が個別のアンプ(増幅器)を持っています。
CCDはバケツリレー方式で信号を送って、最後に増幅する形を取っていましたが、CMOSは各画素ごとに蓄積した電荷を個別のアンプで増幅して、取り出す形です。

 

CCDとは信号の取り出し方が異なるため、後述する「スミア」や「ブルーミング」は性質上発生しないのが強みです。

しかし、画素ごとに個別のアンプを持つ…というのが曲者で、アンプのばらつき(個体差)の影響が画質に影響を与えてしまう…というのがデメリットでした。

 

また、動体歪みという現象もCMOSの特有のものです。
CCDは面順読み出しと呼ばれ、「せーの!」ですべての画素から一斉に情報を読み出します。
読み出したら、あとはバケツリレーでその情報を隣の画素に受け渡す形です。

 

一方、CMOSは線順読み出しで、個別の画素ごとに読み出し、それも1列ずつ読み出していきます。
読み出し始めと終わりにタイムラグが生じてしまうので、読み出すスピードよりも被写体の動きが早いと、画像がぐにゃっと歪んでしまう性質があります。

 

現在は技術の発展によりカバーされているのですが、こうしたデメリットが嫌われて、CMOSは当初のデジタルカメラには採用されなかったわけですね。

 

 


スミア、ブルーミングとは

 

撮像素子にCCDを使用した場合、性質上避けられないのが「スミア」ブルーミング」です。

 

●スミア

スミアとは、非常に強い光源(太陽や車のヘッドライトなど)を写した際に、その光源を中心として上下(または左右)に白い筋状の白飛びが生じる現象です。明らかに被写体とは異なる、白い光の直線が走るような形で写ります。

 

これは、CCDがバケツリレーのような転送方式を取っているために起こります。
強すぎる光を受光したせいで、電荷が本来蓄積するフォトダイオードではなく、バケツリレーの転送経路に混入してしまうことで発生します。

 

 

●ブルーミング

ブルーミングは、非常に強い光源(太陽や車のヘッドライトなど)を写した際に、ある画素における電荷がフォトダイオードで飽和して、隣り合うフォトダイオードや転送経路に漏れ出してしまう現象です。

 

光が強すぎるせいで、フォトダイオードで蓄積しきれなくなるイメージです。
一般的に、輝点(光源)を中心としてぼやっと白くにじみ広がる形として現れます。

ブルーミングもスミアも、発生メカニズムは異なるものの、強い光源を写した際に発生するものです。
よって、これらが同時に発生していることも多いです。

 

 

 

CCDとCMOSの違いが整理できたでしょうか?

フォトマスター検定の過去問を確認すると、撮像素子周りの問題は多く出題されているので、しっかり把握しておきましょう。

 

 

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