センサーCCDとCMOSの違い

センサーはカメラのコアコンポーネントです。光電変換、情報記憶、電気信号の遅延と逐次伝送などの機能を持っています。高い集積度と低い消費電力を持つため、その後急速に発展しました。画像取得とデジタル処理に不可欠なキーデバイスです。現在、市場のカメラで一般的に使用されている感光チップには、CCDとCMOSの2種類があります。

1. CCD（電荷結合素子）

   現在、一般的に使用されているCCDカメラには、フルフレーム転送、フレーム転送、ライン転送の3つの構造があります。

   1. インターライン転送

      3つの構造の中で、行転送が最も一般的に使用されており、ほとんどの中低価格製品はこの方法を使用しています。

   2. フルフレーム転送（フルフレーム）

      フルフレーム転送構造は最も単純で、感光領域と記憶領域が一体となっており、100％のフィルファクターを得ることができます。欠点は、画像の光漏れを避けるために、読み出し中に外部光が入らないようにする必要があることです。これは、メカニカルシャッターを使用するか、ストロボを使用するか、露光時間を読み出し時間よりもはるかに長くして光漏れを最小限に抑えることで実現できます。

   3. フレーム転送

      フレーム転送構造は、感光領域と記憶領域が完全に分離されており、サイズが等しいことです。露光された信号電荷は非常に高速（通常はフレーム期間の1％未満）で記憶領域に転送され、その後ラインごとに読み出されます。フレーム転送センサーは100％のフィルファクターを達成し、読み出しプロセス中に次のフレームが露光されることは明らかです。欠点は、チップサイズが大きく、コストが高いことです。

2. CMOS（相補型金属酸化膜半導体）センサー

   CMOSセンサーの感光部分の原理はCCDセンサーと同じです。違いは、各ピクセルユニットに、感光部分に加えて、アンプと読み出し回路部分があることです。CMOSセンサー全体には、アドレス指定回路、アンプ、A/Dも統合されています。

1. 最初の点は、フルウェル容量の違いです。CMOSセンサーの各ピクセルには感光ダイオード、アンプ、読み出し回路が含まれており、センサー全体にはアドレス指定回路とA/Dも含まれているため、各ピクセルの感光領域はピクセル自体の表面積よりもはるかに小さくなります。したがって、同じピクセルサイズの場合、CMOSセンサーのフルウェル容量はCCDセンサーよりも低くなります。
2. 2番目の点は、コストの違いです。CMOSセンサーは一般的な半導体回路で最も一般的に使用されているCMOSプロセスを使用しているため、周辺回路（AGC、CDS、タイミング、DSPなど）をセンサーチップに簡単に統合でき、周辺チップのコストを節約できます。
3. 3番目の点は、CMOSセンサーはランダムにアドレス指定できることです。これにより、キューの興味のある部分のみを読み出すことが非常に便利になり、フレームレートが向上します。
4. 4番目の点は、ノイズの違いです。CMOSセンサーの各フォトダイオードにはアンプが装備されており、アンプはアナログ回路であるため、各アンプが得る結果を一貫させることは困難です。したがって、水平レジスタの出力端にアンプが1つしかないCCDセンサーと比較して、CMOSセンサーのノイズは大幅に増加し、画質に影響します。
5. 5番目の点は、消費電力の違いです。CMOSセンサーの消費電力はCCDセンサーよりも低いです。

要約すると、CCDの利点は画質がCMOSよりも優れていることですが、欠点も明らかです。そのプロセスは非常に複雑であり、その技術を習得できるメーカーは非常に少ないため、価格は安くない運命にあり、特に一部の大型CCDコンポーネントでは、価格はさらに受け入れられません。したがって、現在のカメラ市場では、ハイエンドカメラは一般的にアイデンティティとステータスを示すためにCCDイメージャーを使用しています。CMOSイメージャーの最大の利点は、電力を節約することです。同じバッテリーと構成で、CMOSはCCDよりも1〜2時間長く使用できます。回路が接続されているときにのみ電力を消費するのに対し、CCDは常に電力を消費するためです。いわゆる「電気の虎」です。これに基づいて、私たちは強みを最大化し、弱みを回避し、さまざまなアプリケーションに対してCCDまたはCMOSカメラを合理的に選択できます。