ＣＣＤの原理
ＣＣＤ(Charge Coupled Devices)といえばビデオカメラのみならずデジカメやカメラ付携帯電話、誘導ミサイルにも使われる非常に使い勝手の良い素子で「ＣＣＤ」という言葉を知らない人はいないくらい世の中に普及しています。そのＣＣＤの種類を大きく分けると「ＩＴ−ＣＣＤ」と「ＦＩＴ−ＣＣＤ」の２種類が存在します。ＩＴ−ＣＣＤ（Interline Transfer - CCD)は構造が単純で生産コストも安くできる反面、スミアが発生するため民生用カメラで多く使用されています。
ＦＩＴ−ＣＣＤ(Frame Interline Transfer - CCD)は転送部にフレーム蓄積部を設けてスミアの低減を図っていますが、構造が複雑で生産コストも割高になり小型化が難しく感度も少し暗くなるのが特徴です。
■ＣＣＤの原理
ＣＣＤの原理はレンズから入射された光をフォトダイオードが受光し、フォトダイオードが光の信号を電気信号に変える原理を利用して２種類のφＨパルスと４種類のφＶパルス、残留電荷をリセットするφＲパスルによって駆動しています。右図のようにフォトダイオードに溜まった電荷は４種類のφＶパルスによって押し下げられ、掃きだされた光の電荷をφHパスルによってアンプ回路へ流し込み、次のφＨパルスが電荷を受ける前にφＲパルスによってリセットをかける動作を行います。
ＣＣＤから取り出される信号は非常に微弱なアナログ電流のため、ノイズの原因である「信号電流ノイズ」「リセットノイズ」「暗電流ノイズ」をいかに抑えるかが重要になります。
現在市販されているＤＶカメラのＣＣＤには３ＣＣＤと単板(1枚)ＣＣＤの二種類が販売されています。
■単板ＣＣＤの原理
ＣＣＤはもともとフィルムと違い光の強弱しか感じ取ることができない素子で、色信号を抽出すためにはＣＣＤの前面にカラーフィルターを取り付ける必要があります。単板ＣＣＤは原色であるＲ、Ｇ、Ｂまたは補色であるCｙ、Mｇ、Yｅ、Ｇのカラーフィルターを貼り付けられたＣＣＤから色信号を取り出しています。
カラーフィルターの並びは色の特性の比率に応じてＲＧＢのフィルターが１：２：１の「ベイヤー方式」が代表的です。
しかし一枚のＣＣＤでそれぞれの色を取り出す訳ですから出力された映像信号は３ＣＣＤに比べるとかなり劣ります。
原理的には原色系(ＲＧＢ)のフィルターを使用すると発色が良いと言われ、補色系(ＣｙＭｇＹｅＧ)のフィルターを使うと感度が良いといわれています。
■３ＣＣＤの原理
３ＣＣＤはレンズからの光を分光プリズム内のダイクロイック膜の反射によってＲＧＢの光の３原色に分光し、それぞれのＣＣＤによって光電変換されます。ダイクロイック膜とは「色を２つに分ける」という意味で３ＣＣＤカメラの光学系で用いる色分解プリズム方式で使用され、ＲＧＢそれぞれの光を波長によって透過、反射させる膜のことです。
ダイクロイック膜は屈折率の高い層と低い層を交互に１０層〜２０層真空蒸着したのもで、光の色による波長ごとの屈折率の違いを利用して、青色と赤色を吸収することなく効率的に反射させ、ＲＧＢそれぞれのＣＣＤに特定の波長だけを入射させる目的で使用します。
ダイクロイック膜はビル建築用の窓硝子などにも使われる非常に高価な素材で、色分解プリズムを使用する３ＣＣＤの価格を引き上げる要因にもなっています。
３ＣＣＤの解像度を上げる方法としては松下電器が考案した"画素ズラシ"（GchのCCDに対してRch、Bchの画素をずらして解像度を上げる方法）を使い解像度を上げる工夫をしています。
■分光特性
左表はダイクロイック膜によって透過、反射される分光特性グラフです。赤外域にまで感度を持つＣＣＤはあらかじめＩＲ(Infra Red)カットフィルターで赤外線を遮断した後、色分解プリズムでＲＧＢの光を取り出します。
青の波長４００〜４７０ｎｍ、緑の波長５００〜５７０ｎｍ、赤の波長５８０〜７００ｎｍの色再現性を確保しながらＲＧＢを分離し、「感度」「Ｓ／Ｎ」を確保しつつＲＧＢの面積を生かすように設計されており、この作業が後に「メーカーの色」となって製品の評価につながります。
取り出された色信号はＲＧＢ別々の回路で処理され、エンコーダー回路で複合されてビデオ出力としてモニターに映し出されるのです。
■ＣＣＤのイメージサイズ
レンズが映像を結像する時ＣＣＤ側の結像範囲は円形になっており、この範囲をイメージサークルと呼びイメージサークルの内側で作られる四角の範囲をイメージサイズと呼んでいます。このイメージサイズの範囲内でＣＣＤは受光する訳ですがＤＶカメラはフィルムカメラと違いイメージサイズ（ＣＣＤのサイズ）が機種によって異なるため焦点距離が変わります。そのためにＤＶカメラのカタログには必ず３５ｍｍ換算で焦点距離を表示しているのです。
| ＣＣＤインチサイズ | イメージサークル径 | |
| 2/3インチ | φ11 | |
| 1/2インチ | φ8.0 | |
| 1/3インチ | φ6.0 |
ＣＣＤのインチサイズはイメージサークルの直径であり４：３の画角の対角線の長さを現していますが、現実には１インチ＝２５．４ｍｍよりも小さい数字になっています。
「インチサイズとイメージサークル」の表より２／３インチＣＣＤは対角が１７ｍｍではなく１１ｍｍ、１／２インチＣＣＤの対角は１２．７ｍｍではなく８ｍｍ、１／３インチＣＣＤは対角が８．５ｍｍではなく６ｍｍと表示されています。
なぜこのような数字が公表されているのでしょうか？それはカメラにＣＣＤが採用される以前はビジコンなどの撮像管が主流で撮像管の形状は円形だったのです。
もともとインチサイズとは撮像管の直径を表す尺度であり、その撮像管が１／３インチの直径だとすると内側で作られるイメージサイズは１／３より小さいことになります。
テレビのブラウン管に置き換えればブラウン管の対角線の長さが２９インチだとすると実際は外装に隠れているため画像が映し出される部分は２９インチより小さいことになります。。。ちょっと解りにくいですが・・・(^_^;
結局解釈としては１／３インチＣＣＤなら１／３インチのイメージサークル内で作られる４：３の枠ということになるのです。
