CCD　エンジニアリングなよもやま話　vol. 1

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CCDのサイズはどこの長さを言ってるの？

胃カメラと金太郎飴の意外な関係

医療用接着剤を高精度塗布する
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デジカメなどの「目」として使われている「CCD（Charge Coupled Device）」ですが、カタログに「2/3インチ・200万画素・原色フィルターCCD搭載」とよく書かれています。この意味を知ることで、CCDをだいぶ理解できるようになります。

まず2/3インチですが、これはCCDのサイズを表しています。テレビで20インチと言えば、対角線の長さが20インチと分かりやすいのですが、CCDの場合はちょっと違います。例えば、2/3インチCCDは有効撮像範囲W8.8×H6.6mm（対角11mm）で、対角線の長さは2/3インチ（約17mm）ではありません。
それでは一体この表記はCCDのどこの長さなのでしょうか？

実はCCDのサイズには無関係で、イメージセンサとしてCCD以前に使われていた撮像管の規格に関係しています。その当時、撮像管の径は1インチ、2/3インチ、1/2インチなどの種類があり、例えば2/3インチ径の撮像管の場合、実際の撮像エリアはW8.8×H6.6mm（対角11mm）でした。CCDが登場し、撮像管からの置き換えを進める上で、レンズなどの光学系部品はそのまま流用したいという思惑がありました。そこで、CCDの有効撮像範囲を撮像管のそれに合わせて呼んだのが今もなお残っているという訳です。

ですから、CCDサイズで「2/3インチCCD」というのは、「撮像管2/3インチ用の光学系に適合するサイズのCCD」ということです。

CCDには光の明暗を感知する光センサがびっしりと敷き詰められています。
画素数（ピクセル数）とはこの光センサの数のことで、画素数が多いほどきめ細かな写真を撮ることができます。
また、同じ画素数であれば、CCDサイズが大きいほど１個当たりの光センサの面積が増え、感度が良いと言えます。

CCD自体は光の明暗を検知するだけで、色を識別することができません。色情報を得るため、各画素の光センサーにカラーフィルタがかけられています。このフィルタが、RGBの光の３原色であれば「原色フィルタ」、C（シアン）、M（マゼンタ）Yの補色にG（緑）を加えたものであれば「補色フィルタ」です。

一般的に原色フィルタは鮮やかで階調豊かな美しい画像が得られますが、光の透過率が悪く低感度となりがちです。それに対し、補色フィルタは光の透過率が高いので高感度ですが、演算によりRGBを生成するために色再現にロスが発生し、色乗りが悪いと言われています。

デジカメ等の売り場に行ったら、これらを踏まえてCCDのスペックをみてください。新たな発見があるかもしれません。

内視鏡と言えば胃カメラや大腸内視鏡等の医療器具を思い浮かべる人が多いと思います。それにしても、曲がりくねったチューブでどうして胃や腸の中が見えるのでしょうか。

それは、内視鏡のチューブの部分に秘密があり、髪の毛ほどの細い光ファイバーが数万本も束ねられています。ファイバースコープとも呼ばれる所以です。対物レンズで捉えた光は、１本の光ファイバーが１つの画素として接眼レンズまで伝わり、体内の様子を見ることができるわけです。ですから、光ファイバーの数が多いほど画素数が多くなり、細かな画像を得ることができます。

余談ですが、内視鏡の画質は光ファイバーの束をいかにきれいに積むかにかかっています。最初から細くて長い光ファイバーを積むのではなく、金太郎飴のように太めの短い光ファイバーを積んで、後から熱を加えて引き伸ばしているそうです。これにより内視鏡の画質は昔より格段に向上し、細くなりました。

細くて長いものが欲しい時は、まず太くて短いものを作るという逆転の発想が功を奏したようです。

CCDや医療用機器等の高精密製品の製造では、微細部品の組立てに高精度な液剤塗布制御技術が必要になります。

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