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こんにちは！卯月銀河（@gingacamera）です。
「CCD」と「CMOS」という2種類のイメージセンサーを聞いたことはあるでしょうか。
この2種類のイメージセンサーは現在としては主流のイメージセンサーとなりますが、意外とこの2種類のイメージセンサーの違いやメリット・デメリットは知らないという方は多いと思います。
今回は「CCD」と「CMOS」という2種類のイメージセンサーの違いやメリット・デメリットについて解説していこうと思います。
「CCD」と「CMOS」について知りたい、今自分が使っているカメラに付いて詳しくなりたいという方にはおすすめです。
結論、イメージセンサーの特徴を知ると撮影時に起こる現象や価格についても知ることができます。
イメージセンサーとは
イメージセンサーとは、カメラのレンズ部分から取り込んだ光を電気信号に変換する半導体のことをさします。
光を電気信号に変換することでデジタルのデータとして映像や画像に残すことができます。
例えとして「電子の眼」と言われることも多く、人の目で言う目の網膜のような役割をしているため、そのような例え方がされています。
イメージセンサーのサイズとは
イメージセンサーにはサイズが存在します。
下記の記事に詳細を解説しているので合わせてご覧下さい。
主流である2種類のセンサーとは
現在、イメージセンサーには主に2種類のセンサーが使用されています。
それが、CCDイメージセンサーとCMOSイメージセンサーです。
それぞれ違った特徴やメリット・デメリットを補保有しており、採用されている機種も異なっています。
CCDイメージセンサーの詳細や読み方とは
CCDとは、Charge Coupled Device（チャージ・カプルド・デバイス）の略で、日本語では「電荷結合素子（でんかけつごうそし）」とも呼ばれています。
CCDの読み方は「シーシーディー」となっています。
構造としては、フォトダイオード（受光素子）が光の強弱に応じて電荷を蓄積していき、蓄積された電荷は転送路に流し込まれて増幅器へと送られます。
最終的には電圧に変換され、電気信号として出力されます。
その後処理や加工を行うことで画像や映像が生成されていくという仕組みです。
メリットとしては以下があります。
デメリットとしてはいかがあります。
メリットから順に解説していきます。
メリット1：画像の歪みが起きない
CCDイメージセンサーは光を均一に電荷に変換するため、画像全体の均等な状態となります。
そのため中心から端っこまで歪みが起きることがない写真や映像となります。
メリット2：高品質で細かな部分まで再現可能
撮影する画像の品質が優れており、細部まで再現可能な点もCCDイメージセンサーのメリットです。
電荷を電気信号に変換する過程で、ひとつの増幅器をすべての画素に適用しているため個体差が小さくなり、細かな部分まで高品質な状態を再現することが可能となっています。
メリット3：光が弱い環境でも明るさを保つことが可能
CCDイメージセンサーは光を効率的に捉えることができるため、光が弱い環境でも明るさを保つことが可能です。
夜景や光が少ない室内での撮影において非常に良い働きをしてくれます。
デメリット1：構造が複雑なため高価になりやすい
CCDイメージセンサーは構造が複雑なためコストが高くなりがちです。
同等の性能を持つCMOSイメージセンサーを引き合いに出した場合、CCDイメージセンサーは特殊な設備や技術が必要になってくるため、CMOSイメージセンサーと比べると高価になってしまいます。
デメリット2：構造上消費電力が多い
CCDイメージセンサーは歪みがないメリットや高品質で細かな部分まで再現可能なメリットを有することで、商品で力が多いというデメリットを生み出しています。
消費電力が多いとバッテリーの減りが早く撮影への影響が出てしまうため、バッテリーへの気遣いが必要となってきます。
デメリット3：スミア、ブルーミング、パープルフリンジなどのノイズが発生する可能性がある
スミア（明るい撮影条件下で生じる縦方向の光のスジ）、ブルーミング（強い光によって画面が白く抜ける現象）、パープルフリンジ（輪郭が紫色になる現象）などのノイズが発生する可能性がある点がデメリットとしてあげられます。
ノイズが発生すると撮影した写真や映像に影響してしまうため、ノイズが発生する環境下では注意する必要があります。
CMOSイメージセンサーの詳細や読み方とは
CMOSイメージセンサーはComplementary Metal Oxide Semiconductor（コンプリメンタリー・メタル・オキサイド・セミコンダクター）の略であり、日本語では「相補型金属酸化膜半導体」と呼ばれています。
COMSの読み方は「シーモス」となっています。
金属酸化物でできたP型トランジスタとN型トランジスタの2つを組み合わせた半導体回路構造の1つとなっています。
そんなCMOSイメージセンサーは以下のような特徴を持っています。
メリット
デメリット
メリットから順に解説していきます。
メリット1：消費電力が低く、発熱も少ない
高電圧アナログ回路をもつCCDイメージセンサーに比べて、CMOSイメージセンサーは素子が小さいため消費電力が小さく、発熱も抑えられています。
特に長回しの動画撮影の際には発熱が抑えられていると安定した撮影が可能となるため非常に強いメリットと言えます。
消費電力においても低いとバッテリーを長持ちさせることが可能なため、充電回数を減らせたり、バッテリー交換を交換する手間を減らせたりするメリットもあります。
メリット2：ノイズの発生を抑えられる
CMOSイメージセンサーの構造的に、にスミア（明るい撮影条件下で生じる縦方向の光のスジ）やブルーミング（強い光によって画面が白く抜ける現象）が発生しないというメリットもあります。
ノイズは撮影した写真や映像に影響が出てしまう可能性があるので、ノイズが抑えられるということは非常に大きなメリットと言えます。
メリット3：安価に製造できる
CMOSイメージセンサーは汎用の半導体製造装置を流用できることから、CCDイメージセンサーよりも安価で製造できるというメリットがあります。
デメリット1：CCDイメージセンサーと比べると画質が劣る傾向にある
CMOSイメージセンサーはそれぞれの画素に別の増幅器を適用するため、増幅器のばらつきによって個体差が大きくなってしまい、CCDイメーしセンサーと比べて画質が劣る傾向にあります。
また、CMOSイメージセンサーの多くはローリングシャッター方式を採用しており、ローリングシャッター歪みを発生させていまう可能性もあるため、その点においても画質が劣る傾向にあると言えます。
CCDイメージセンサーとCMOSイメージセンサー比較一覧表
CCDイメージセンサーとCMOSイメージセンサーのメリット・デメリットを解説してきましたが、それらを踏まえた比較一覧表を作成しています。
| CCDイメージセンサー | CMOSイメージセンサー | |
|---|---|---|
| 画質 | ◎ | ◯ |
| ノイズ | ◯ | △ |
| 処理速度 | △ | ◯ |
| 消費電力 | △ | ◯ |
| コスト | △ | ◯ |
画質、ノイズに置いてはCCDイメージセンサーが大変収集ですが、それ以外の処理速度や消費電力、コストに関してはCMOSイメージセンサーに軍配が上がっています。
ですがこれらはあくまで互いを単純比較した場合の結果であり、搭載されている電子機器やセンサーの種類、サイズなどでもその結果は大きく変わってきます。
主流のイメージセンサーはどっち？
現在幅広くし採用されているのはCOMSイメージセンサーとなっています。
わかりやすいところだと、ミラーレス一眼カメラ、コンデジ、スマホ、Webカメラ、ドライブレコーダーなどよく名前の聞くカメラにはおおよそCOMSイメージセンサーが採用されています。
一方CCDイメージセンサーはと言うと、数十年前はケータイ電話のカメラやコンデジにも採用されていましたが、現在では産業カメラや検査機器に使用されているケースが多くなっています。
実際にCCD・CMOSイメージセンサーが搭載されている機種は
実際にCCD・CMOSイメージセンサーが搭載されている機種の一例を紹介します。
下記がCMOSセンサー搭載機種の一例です。
EOS R6 Mark II・RF24-105L IS USM レンズキット
下記がCCDイメージセンサー搭載機種の一例です。
現代の機種はCMOSイメージセンサーをより多く採用し、CCDイメージセンサーは数年前の機種が採用していたというのがこれらの一例からもわかると思います。
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まとめ：CMOSイメージセンサーとCCDイメージセンサーは表裏一体
今回はCMOSイメージセンサーとCCDイメージセンサーの違いについて解説してきました。
CMOSイメージセンサーとCCDイメージセンサーにはそれぞれメリット・デメリットがありますが、それらは互いに表裏一体です。
ですが日々開発が進みデメリットが抑えられているシーンも多く見られています。
イメージセンサーのメリット・デメリットを知ることで日々の撮影で起こる現象やなぜこうなるのかと言うのを理解することができるようになってきます。
すると対策も取れるようになってくるので、ぜひイメージセンサーのメリット・デメリットを覚えてみましょう。
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