駿河精機株式会社
浜松ホトニクス株式会社
ビットラン株式会社

【2021年版】CCDカメラ5選 / メーカー10社一覧

CCDカメラのメーカー10社を一覧でご紹介します。まずは使用用途や原理についてご説明します。


目次


CCDカメラとは

CCDカメラ

CCDカメラは画像センサーにCCD(Charge Coupled Device)を用いたカメラです。

最近ではCMOSセンサーの技術革新によって性能やコストの点で優れている点が多いため、多くの画像センサーがCMOSセンサーに置き換えられています。しかし、一部の研究用途においては特定のCCDカメラの方にアドバンテージが有るため、過去の遺物とならず現役で活躍しています。

また、CMOSに比べると、原理上ダイナミックレンジが狭いので写真にしたときのコントラストが強くなる傾向があり、趣味の世界ではこれを好んで使用する人もいます。

CCDカメラの使用用途

一部のコンパクトデジタルカメラではまだCCDセンサーが採用されていますが、一般向けのCCDセンサーはほとんど開発が終了されていることから、今後はCMOSセンサーに置き換えられていく可能性が高いと言えます。しかし、研究用途では重宝されるケースがあります。

例えば生体分子のイメージングにおいて顕微鏡と組み合わせて利用されています。

特に、一分子イメージングを行う際は非常に微弱な蛍光を検出する必要があるため、顕微鏡側の光学的な工夫とカメラの感度が重要になります。CCDはもともと感度が高いことが特徴でしたが、検出したシグナルを更に増幅する機構持ったEM(electron multiplying、電子倍増)CCDによって最大で1000倍程度まで検出感度を高めることができます。

最近のCMOSセンサーは量子収率の向上とノイズの低さによって一分子蛍光の検出をカバーしていますが、そもそもの一分子蛍光が非常に微弱であるときは、シグナルを増幅できるEMCCDカメラの方が感度的には高いと言えます。

CCDカメラの原理

CCDカメラは、レンズなどの光学系を通してフォトダイオードのアレイ(CCD素子)で構成されるCCDセンサーに結像させます。CCDセンサーは受光用と転送用とで上下に分割されており、受光用のCCD素子に光子が飛び込むと、光電効果によって電子が発生し、CCD素子は量子井戸として電荷を蓄えます。各CCDに溜まった電荷は垂直方向に配置された転送用のCCDに転送され、続いて水平方向に送られ、増幅器で電流の増幅が行われます。

EMCCDでは増幅器に送る前の段階で、転送電荷に電圧を印加して電子倍増を行います。これは衝突電離という現象を利用したもので、半導体中を流れる電子を電圧で加速させると、半導体を構成する原子と衝突して、その原子を電離させます。これによって一つの電子であっても何倍にも増幅することが可能になります。そのため、EMCCDでは一光子の検出も可能で光子数の測定も行うことができます。

ただし、電荷の転送は一列全てのCCDで電荷が十分にたまらないと行われず、これが律速となって転送速度には限界があります。

使い方

デジタルカメラは従来のアナログカメラ(フィルム式カメラ)と同様の構造で、相違点は、フィルム式カメラがフィルムを使うのに対し、デジタルカメラはCCDと呼ばれる撮像素子で画像をとらえるということです。CCDは画像をデジタル信号でとらえるため、デジタルカメラと呼ばれます。

CCD素子はフルフレーム型、フレームトランスファー型、インターライン型の3つに大別できます。
フルフレーム型CCDは標準的なCCDで、理化学計測向けには最も感度が高く、ダイナミックレンジが大きいです。また、読出し時には阻止に光が当たらないよう、遮光用シャッターが必要です。
フレームトランスファー型CCDは、受光するCCDとは別に、画像を保管するCCDを配したタイプで、受光した画像を一旦保管するCCDに転送し、次を露光している間に保管している電荷を読み出す仕組みです。シャッターは不要ですが、2倍の面積のCCDを必要とします。
インターライン型CCDは1つの素子の中に受光部と格納部が配置されています。ビデオカメラなどのCCD素子がこのタイプになります。シャッターは不要ですが、開口数がフルフレームに比べて小さいです。

CCDカメラは次のように医学用、高速度カメラなどに使用されます。

  • 分光用カメラ
    画像の分光スペクトルが得られるカメラです。撮影範囲内の分光特性を一度に計測できます。食品の鮮度の診断、異物の検出、工業分野では製品の色の管理などの応用があります。
  • 生体観測用カメラ
    顕微鏡に取り付けて生物の微細な動きの観察や極微弱光のイメージを観察する目的で冷却型CCDカメラが普及しています。重要になるのは高感度、高解像度、高速度です。
  • X線カメラ
    軟X線~硬X線の範囲でX線CCDカメラが広く使われるようになってきています。CCDカメラは高感度、またダイナミックレンジが広いことが他の検出器と比較して優れています。
  • 高速カメラ
    秒速100コマ以上のカメラを高速度カメラと呼びます。自動車の衝突実験や工場の製造工程の管理など、産業用に多く使われるようになってきています。

C-MOSカメラとの違い

CCDセンサーは2次元の平面で、電極の電荷を順番にバケツリレー的に外部に取り出す方式です。
C-MOSセンサーは2次元の平面で、各画素一つ一つがフォトDiとC-MOS-Trのスイッチで、さらに格子状のフォトDiにスイッチが付いていて、スイッチの切り替えでそれぞれの画素から信号を読み出します。各セルのTrは増幅器でもあり、ノイズの発生が抑えられます。
この違いにより、次のような違いとなります。
CCD=消費電力×/画質◎/価格×
C-MOS=消費電力◎/画質〇/価格◎
このように、画質はCCDのほうが優れており、価格はC-MOSの方が、構造が簡単なため安価となります。

参考文献
https://andor.oxinst.com/learning/view/article/comparing-scmos
https://hamamatsu.magnet.fsu.edu/articles/emccds.html
https://www.tem-inc.co.jp/contents/small-camera/167/
http://www.roper.co.jp/Html/roper/tech_note/html/rp00.html
https://www.tel.co.jp/museum/exhibition/principle/cmos.html

CCDカメラのメーカー情報

CCDカメラのメーカー10社一覧


CCDカメラのメーカーランキング

社員数の規模

  1. 1 浜松ホトニクス株式会社
  2. 2 駿河精機株式会社
  3. 3 ビットラン株式会社

設立年の新しい会社

  1. 1 MSHシステムズ株式会社
  2. 2 株式会社ミルス・システムズ
  3. 3 ソーラボジャポン株式会社

歴史のある会社

  1. 1 浜松ホトニクス株式会社
  2. 2 駿河精機株式会社
  3. 3 ビットラン株式会社

CCDカメラ5選

C11090-22B

浜松ホトニクス株式会社 C11090-22B 画像出典: 浜松ホトニクス株式会社公式サイト

特徴

C11090-22Bは、紫外線から近赤外線までの広帯域をカバーした冷却デジタルCCDカメラです。

センサーにBT-CCD(背面照射型CCD)を採用することで広い帯域において高い量子効率(90%@600nm)、ペルチェ冷却方式によって低い読み出しノイズ(6 electrons rms)を実現した高効率(S/N)な撮像が可能です。

チップサイズは1K(1024画素×1024画素)、最大露光時間は2時間、メカニカルシャッタが不要で耐久性に優れたイメージングカメラです。

浜松ホトニクス株式会社の会社概要

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BU-66EM-VIS

ビットラン株式会社 BU-66EM-VIS 画像出典: ビットラン株式会社公式サイト

特徴

BU-66EM-VISは、可視光波長域の撮影が可能な電子増倍機能冷却CCDカメラです。

センサーには、KAE-02150(1920画素×1080画素, 1pixel=5.5µm)を搭載しており、2段ペルチェによる冷却方式を採用しています。

フレーム周期は最大25fps(12ビット)、露光時間は1ms~18時間、量子効率は450nm-500nmにおいて50%以上の特徴があります。

BU-66EM-VISは医療サイエンスやライフサイエンスなどの顕微サイエンティフィックな用途に適しています。

ビットラン株式会社の会社概要

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8051M-USB

ソーラボジャポン株式会社 8051M-USB 画像出典: ソーラボジャポン株式会社公式サイト

特徴

8051M-USBは、顕微鏡用サイエンティフィックCCDカメラです。

センサーには、4/3-inchのOn Semi KAI-08051M(or KAI-08051-FBA)CCDイメージセンサー(3296画素×2472画素)を搭載。

科学用イメージングに特化された8メガピクセルCCDにより、最大17.1フレーム/秒の処理が可能なため、明視野顕微鏡や検査などの低ノイズ撮影が求められる用途に適しています。

ソーラボジャポン株式会社の会社概要

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Eagle

MSHシステムズ株式会社 Eagle 画像出典: MSHシステムズ株式会社公式サイト

特徴

Eagleは微弱光のイメージング測定に最適な高感度冷却型イメージングCCDカメラです。

センサーにe2v社の背面照射センサーを使用しており、300~1100nmの紫外から近赤外域の広帯域をカバーすると同時に最大量子効率90%以上の高感度を実現しています。

さらに、ビニング機能も搭載しているため、微弱な対象光の撮像・測定も可能です。

センサーサイズは2K(2048画素×2048画素)と1K(102画素8×1028画素)があるため、用途に応じて使い分けることが可能です。

MSHシステムズ株式会社の会社概要

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T2040

Imperx,Inc. T2040 画像出典: Imperx,Inc.公式サイト

特徴

T2040は、400nm-800nmの可視光域のイメージングが可能なCCDカメラです。

センサーには、4/3-inchのON Semiconductor KAI-04070CCDイメージセンサー(2048画素×2048画素, 1pix=7.4µm)を搭載。

フレーム周期は最大34fps、ダイナミックレンジは70bB、量子効率は450nm-500nmにおいて50%以上の特性があります。

T2040には、ストロボ出力やトリガー入力、複数のLUTによる自動露出とゲイン制御などの撮影機能が搭載されています。

Imperx,Inc.の会社概要

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