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光と光の記録［光の記録編その1］―光の入力・変換・撮像

出版社：	産業開発機構
著者：	安藤幸司(著)
発行日：	2014-06-09
分野：	基礎医学 > 基礎医学一般
ISBN：	9784860281861
電子書籍版：	2014-06-09 （初版）

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光と光の記録［光の記録編その1］―光の入力・変換・撮像

―目次―

1章　光と電子
2章　光エネルギーの電子変換
3章　2次元記録（ビデオ装置）
4章　CCD固体撮像素子
5章　CMOS固体撮像素子
6章　電子管
7章　アナログビデオ信号
8章　デジタル画像信号
9章　コンピュータの進化とデジタル画像
10章　映像信号コネクタ
11章　データインタフェイス

この書籍の参考文献

参考文献のリンクは、リンク先の都合等により正しく表示されない場合がありますので、あらかじめご了承下さい。

本参考文献は電子書籍掲載内容を元にしております。

11章データインタフェイス

P.321 掲載の参考文献

「CCD/CMOSイメージ・センサの基礎と応用」, 米本和也, CQ出版社, 2003年8月

「CCDカメラ技術入門」, 竹村裕夫, コロナ社, 1997年12月

「固体撮像素子の基礎─電子の目のしくみ」, 安藤隆男, 菰淵寛仁, （株）日本理工出版会, 1999年12月

「CCDと応用技術」, 鈴木茂夫, 工学図書株式会社, 平成9 年8 月

「イメージセンサのすべて」越智成之, 工業調査会, 2008年10月

「新しい電子の眼─CCD」, 野口靖夫, 読売科学選書「1」, 読売新聞社, 1985年10月

「イメージセンサー」, 木内雄二, 日刊工業新聞社, 1978年2月

「テレビ技術教科書（上）」, 日本放送協会編, 2003年1 月, 15刷

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販売価格 495 円（税込）

1章光と電子

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1章光と電子

P.1
〔1〕光と電子

P.2
1.1 光を電子に変える材質

P.2
1.1.1 光と電子の関係 - 最初の発見

P.2
1.2 光電子 ( Photoelectron )

P.7
1.3 光電面 ( 光陰極、Photo Cathode )

P.7
1.3.1 シリコン ( silicon ) - 新しい光センサ

P.8
1.3.2 シリコン - 光反応の発見

P.8
1.4 半導体 ( semiconductor ) について

P.9
1.5 シリコンとゲルマニウム

P.11
1.5.1 埋蔵量

P.12
1.5.2 結晶製造の技術革新

P.12
1.5.3 安定した温度特性

P.13
1.5.4 高い集積化能力

P.13
1.5.5 P型領域、N型領域の発見

P.13
1.6 光電効果 ( Photoelectric Effect )

P.16
1.7 光電子放出効果 ( Photoelectron Effect )

P.16
1.8 光導電効果 ( Photoconductive Effect )

P.17
1.9 光起電力効果 ( Photovoltaic Effect )

P.17

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2章光エネルギーの電子変換

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2章光エネルギーの電子変換

P.19
〔2〕光エネルギーの電子変換

P.20
2.1 光の1次元記録

P.20
2.2 フォトチューブ ( 光電管 = Photoelectric Tube )

P.21
2.3 フォトマル ( 光電子増倍管 = Photo Multiplier )

P.21
2.3.1 スーパーカミオカンデ ( Super - Kamiokande、Super - K )

P.22
2.4 フォトダイオード ( Photo Diode )

P.25
2.4.1 発電素子としてのフォトダイオード

P.27
2.4.2 光スイッチ

P.28

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3章 2次元記録 ( ビデオ装置 )

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3章 2次元記録 ( ビデオ装置 )

P.31
〔3〕2次元記録 ( ビデオ装置 )

P.32
3.1 ビデオ画像の歴史

P.33
3.2 2000年までの動画映像 ( Legacy video signal output )

P.34
3.3 電子映像信号 - Serial video Signal

P.36
3.4 撮像素子の発達

P.37
3.5 ビデオテープレコーダ ( VTR ) の恩恵

P.39
3.6 撮像管の時代

P.39
3.7 CCDの発展

P.41
3.8 対抗馬 - CMOSカメラ

P.42

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4章 CCD固体撮像素子

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4章 CCD固体撮像素子

P.43
〔4〕CCD固体撮像素子

P.44
4.1 CCD撮像素子の歴史

P.44
4.2 CCDの基本原理 - シフトレジスタ

P.45
4.3 CCD素子のキーワード ( Keywords )

P.47
4.3.1 画素 ( pixel )

P.48
4.3.2 画素サイズ ( pixel size )

P.48
4.3.3 イメージサイズ ( image size )

P.49
4.3.4 受光サイズ ( photodiode size )

P.51
4.3.5 開口率 ( fill factor )

P.51
4.3.6 受光電荷容量 ( dwell capacitor )

P.51
4.3.7 ノイズ ( Noise )

P.52
4.4 その他の特性キーワード ( Other Keywords )

P.52
4.4.1 素子タイプ ( CCD types )

P.52
4.4.2 電子シャッタ ( Electronic Shutter )

P.54
4.4.3 量子効率 ( Quantum Efficiency )

P.55
4.4.4 波長感度 ( Photo Sensitivity )

P.55
4.4.5 ダイナミックレンジ ( Dyanamic Range )

P.55
4.4.6 データ転送レート ( Data Transfer Rate )

P.57
4.4.7 画素欠陥 ( Pixel Defect )

P.57
4.4.8 使用温度 ( Temperature )

P.57
4.5 CCD撮像素子の種類

P.58
4.6 フルフレームトランスファー型CCD ( Frame Transfer CCD )

P.61
4.6.1 フレームトランスファー型CCDの受光・転送メカニズム

P.61
4.6.2 模擬図の説明

P.62
4.6.3 受光 - 光の雨

P.64
4.6.4 バケツの種類

P.64
4.6.5 フレームトランスファー ( Frame Transfer )

P.65
4.6.6 水平転送の仕組み

P.65
4.6.7 バケツの昇降

P.65
4.6.8 転送の仕組み

P.65
4.6.9 転送のタイミング

P.66
4.7 蓄積部を持つフレームトランスファー型CCD

P.67
4.8 インターライントランスファー型CCD

P.68
4.9 フレームインターライントランスファー型CCD

P.69
4.10 スミア / スメア ( smear )

P.69
4.11 ブルーミング ( blooming )

P.72
4.12 VOD ( Vertical Overflow Drain ) 構造

P.73
4.13 インターライントランスファー型CCD撮像素子の撮像、転送原理

P.75
4.13.1 インターライントランスファー型CCDの電子シャッタ機能

P.76
4.13.2 フレーム蓄積とフィールド蓄積 ( フレーム読み出しとフィールド読み出し ) ( Frame / Field Integration, Frame / Field Readout )

P.77
4.13.3 テレビジョン規格のCCDを計測用に使わなければならなかった時代

P.78
4.13.4 1 / 30秒の露光をもつフレーム蓄積 ( Frame Integration )

P.78
4.13.5 時間の同時性を重視したフィールド蓄積 ( Field Integration )

P.79
4.13.6 電子シャッタ ( Electric Shutter ) の恩恵

P.80
4.13.7 ストロボなどを利用した短時間露光撮影

P.81
4.14 プログレッシブスキャン型CCDの登場

P.81
4.14.1 プログレッシブスキャン型CCD ( Progressive scan CCD )

P.82
4.15 画素ずらし ( pixel shift technology )

P.83
4.16 3板CCD素子 ( 3CCD )

P.84
4.16.1 3色分解手法

P.85
4.16.2 ダイクロイックプリズムの機能

P.87
4.16.3 3板CCDの利点と欠点

P.88
4.17 カラーフィルタ方式CCD素子 ( Bayer Filter, Color Filter Array )

P.90
4.18 モアレと光学ローパスフィルタ ( Moire, Optical Low Pass Filter )

P.92
4.19 3層カラーCMOS素子 ( Foveon X3 CMOS )

P.96
4.20 QE ( Quantum Efficiency、量子効率 )

P.99
4.21 ショットノイズ ( shot noise ) 、フォトンノイズ ( photon noise )

P.103
4.22 光子の読み出しノイズ

P.104
4.23 ビンニング ( Binning )

P.105
4.24 計測CCDカメラメーカの先駆 - VIDEK ( ばいでっく ) 社

P.106
4.24.1 初期の計測カメラの問題点

P.107
4.24.2 VIDEK社メガプラスカメラの採用したCCD

P.109
4.24.3 初期の計測用CCDカメラの仕様

P.110
4.24.4 カメラ用レンズ

P.112
4.24.5 1990年代のデジタルカメラの模索

P.113

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5章 CMOS固体撮像素子

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5章 CMOS固体撮像素子

P.115
〔5〕CMOS ( Complementary Metal Oxide Semiconductor ) 撮像素子

P.116
5.1 CMOS撮像素子の原理

P.116
5.2 CMOSカメラの開発

P.117
5.2.1 CMOS APS素子

P.119
5.2.2 マウスセンサ用CMOS

P.119
5.3 CMOSカメラの特徴

P.120
5.4 CMOS素子とCCD素子

P.122
5.4.1 CCDとCMOSのシェア

P.122
5.4.2 デジタル一眼レフカメラのCMOS

P.122
5.4.3 フィルムカメラを撤退させたデジタルカメラ

P.123
5.5 CCDとCMOS撮像素子の一般的な比較

P.123
5.6 電子シャッタ内蔵CMOS撮像素子

P.125
5.6.1 ローリングシャッタとグローバルシャッタ ( Rolling Shutter, Global Shutter )

P.127
5.6.2 グローバルシャッタ ( Global Shutter )

P.129
5.7 特殊な固体撮像素子 ( CCD素子とCMOS素子 )

P.129
5.7.1 冷却型撮像素子 - Cooled CCD

P.130
5.7.2 冷却型撮像素子 - Cooled CMOS

P.131
5.7.3 超高感度撮像素子 - EMCCD

P.133
5.7.4 高速度撮像素子

P.136
5.7.5 100万コマ / 秒の高速度撮像素子 - ISIS

P.138

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6章電子管

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6章電子管

P.141
〔6〕電子管

P.142
6.1 一時代を築いた撮像管 ( Imaging Tubes )

P.142
6.2 撮像管の原理

P.143
6.3 代表的な撮像管 - ビジコン ( Vidicon ) 管

P.145
6.4 撮像管の大きさ

P.147
6.5 撮像管の種類

P.148
6.5.1 非蓄積形撮像管 ( Nonstorage Tubes )

P.148
6.5.2 蓄積形撮像管 ( Storage Tubes )

P.149
6.5.3 ビジコン ( Vidicon )

P.150
6.5.4 プランビコン ( Plumbicon )

P.151
6.5.5 カルニコン ( Chalnicon )

P.151
6.5.6 サチコン ( Saticon )

P.152
6.6 SEC管 ( Secondary Electron Conduction tube )

P.152
6.6.1 開発の経緯

P.152
6.6.2 SEC管の基本性能

P.154
6.6.3 アポロ11号での活躍

P.155
6.7 ハーピコン ( HARPICON ) ( HARP撮像素子 )

P.158
6.8 電子管によるその他の撮像素子

P.159
6.8.1 イメージコンバータ管 ( Image Converter Tube、転像管 )

P.159
6.8.2 X線イメージャ ( X - ray Imager )

P.162
6.8.2.1 シンチレータ ( Scintillator ) 部

P.163
6.8.2.2 転像管部

P.164
6.8.2.3 撮像部

P.165
6.8.3 イメージインテンシファイア ( Image Intensifier )

P.166
6.9 電子顕微鏡 ( Electron Microscope )

P.168
6.9.1 透過型電子顕微鏡 ( TEM )

P.168
6.9.2 走査型電子顕微鏡 ( SEM )

P.169
6.9.3 電子顕微鏡の歴史

P.170
6.10 フライング・スポット・スキャナ ( Flying Spot Scanner、FSS )

P.171

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7章アナログビデオ信号

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7章アナログビデオ信号

P.173
〔7〕アナログビデオ信号

P.174
7.1 テレビ信号を記録する

P.174
7.2 動画像の系譜

P.175
7.3 テレシネ装置 ( Telecine )

P.176
7.4 2 - 3プルダウン方式 ( 2 - 3 pull down method )

P.177
7.5 再生速度 - 24コマ / 秒

P.180
7.6 アナログビデオ信号 - NTSC ( National Television Standards Committee )

P.181
7.7 NTSC規格の骨格

P.181
7.8 アナログ信号の仕組み

P.182
7.9 インターレース ( interlace、飛び越し走査 )

P.184
7.10 NTSCの画面

P.187
7.11 NTSC規格の仲間 - PALとSECAM

P.189
7.12 29. 97フレーム / 秒の怪

P.190
7.13 アスペクト比4. 3

P.191
7.14 NTSC規格のカラー情報

P.192
7.15 白黒受像器との互換の問題

P.193
7.16 カラー映像信号の作り方

P.194
7.17 カラーバースト信号の弊害

P.196
7.17.1 カラーバースト信号の定義

P.196
7.17.2 29. 97フレーム / 秒の根拠

P.198
7.18 NTSC規格の水平解像力

P.198
7.19 S - VHSビデオの解像力

P.200
7.20 ビデオ信号のダイナミックレンジ

P.201

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8章デジタル画像信号

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8章デジタル画像信号

P.203
〔8〕デジタル画像信号

P.204
8.1 DV ( デジタルビデオ ) 信号

P.204
8.1.1 ハイビジョンデジタルビデオ ( HDV ) 信号

P.206
8.2 デジタル放送信号 ( Digital Broadcasting Signal )

P.207
8.3 VGA規格 ( Video Graphics Array )

P.208
8.4 デジタル放送 ( Digital Broadcasting )

P.211
8.5 デジタルVTR ( Digital Video Tape Recorder )

P.211
8.5.1 D1 - VTR

P.212
8.5.2 D1 - VTRとD2 - VTR

P.213
8.6 4 : 2 : 2 コンポーネントデジタル信号 ( ITU - R BT. 601 )

P.215
8.7 ハイビジョン放送 ( アナログ放送とデジタル放送 ) ( High - Definition Television )

P.217
8.8 デジタルハイビジョン

P.218
8.9 セグメント放送 ( Segment Broadcasting )

P.219
8.10 計測映像分野でのハイビジョンテレビの役割

P.220
8.10.1 画面構成の縦横比のあいまいさ

P.221
8.10.2 圧縮による情報の損失

P.222
8.10.3 濃度情報のリニアリティ

P.223
8.10.4 時間スケールのあいまいさ

P.223
8.10.5 インターレース

P.224

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9章コンピュータの進化とデジタル画像

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9章コンピュータの進化とデジタル画像

P.225
〔9〕コンピュータの進化とデジタル画像

P.226
9.1 デジタル画像開発経緯

P.226
9.2 バス規格

P.227
9.3 高速通信規格

P.228
9.4 画像取り込みの基本

P.228
9.5 コンピュータの仕組み

P.229
9.5.1 CPUの性能

P.230
9.5.2 システムバス ( FSB = Front Side Bus、および、NB - SB Data Bus )

P.231
9.5.3 BIOS ( Basic Input Output System )

P.231
9.5.4 ノースブリッジ ( Chip set North Bridge )

P.232
9.5.5 サウスブリッジ ( Chip set South Bridge )

P.232
9.5.6 DRAM ( Dynamic Random Access Memory )

P.232
9.5.7 AGP ( Accelerated Graphic Port )

P.233
9.5.8 PCI ( Peripheral Component Interconnect )

P.234
9.5.9 PCI Express ( Peripheral Component Interconnect Express )

P.234
9.5.10 USB、イーサネット、SCSI、IEEE1394、他

P.234
9.6 画像転送の歴史的背景

P.234
9.7 NTSCビデオ信号の送信について

P.235

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10章映像信号コネクタ

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10章映像信号コネクタ

P.237
〔10〕映像信号コネクタ

P.238
10.1 映像信号用コネクタと通信方法

P.238
10.2 RCAコネクタ

P.238
10.3 BNCコネクタ

P.240
10.4 BNCを使ったHD - SDIケーブル

P.242
10.5 信号ケーブルと送信方式

P.242
10.6 不平衡ケーブル ( unbalanced cable ) と平衡ケーブル ( balanced cable )

P.243
10.7 同軸ケーブル

P.245
10.7.1 同軸ケーブルの歴史

P.246
10.7.2 同軸ケーブルの原理

P.247
10.7.3 同軸ケーブルのインピーダンス

P.249
10.7.4 3C - 2Vと呼ばれる同軸ケーブル

P.250
10.7.5 1ナノ秒で信号が20cm進む同軸ケーブル

P.252
10.8 平衡ケーブル ( balanced cable )

P.253
10.8.1 フィーダー線 ( ladder line )

P.253
10.8.2 ツイストペア線 ( Twisted pair line )

P.254
10.8.3 シールド処理されたツイストペアケーブル

P.255
10.9 光ファイバケーブル ( Optical Fiber Cable )

P.255
10.9.1 ファイバレーザ ( Fiber Optic Laser )

P.255

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11章データインタフェイス

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11章データインタフェイス

P.257
〔11〕データインタフェイス

P.258
11.1 データインタフェイス

P.258
11.2 RS232C

P.258
11.3 RS - 422

P.261
11.4 セントロニクス ( Centronics )

P.262
11.5 GP - IB ( General Purpose Interface Bus )

P.263
11.6 その他歴史的なデータ転送規格

P.266
11.6.1 DMA ( Direct Memory Access )

P.266
11.6.2 VME ( Versa Module Eurocard )

P.266
11.6.3 SCSI ( Small Computer System Interface )

P.266
11.6.4 IDE ( Integrated Drive Electronics ) / ATA規格

P.268
11.7 イーサネット = Ethernet

P.269
11.8 イーサネット開発の歴史

P.272
11.9 CSMA / CD ( Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection )

P.274
11.10 イーサネットのいわれ

P.276
11.11 半二重通信、全二重通信 ( Half Duplex、Full Duplex )

P.277
11.12 同軸ケーブルからツイストペアケーブルへ

P.278
11.13 モジュラージャック ( Modular Jack )

P.279
11.14 ストレートケーブルとクロスケーブル

P.280
11.15 ギガビットイーサネット ( Giga - bit Ethernet )

P.282
11.15.1 8B1Q4 ( 8bit - 1 quinary quartet )

P.282
11.15.2 オートネゴシエーション ( Auto - Negotiation )

P.284
11.16 Fire Wire = IEEE1394、i. Link

P.284
11.16.1 IEEE1394の通信速度

P.285
11.16.2 USB2. 0との比較

P.286
11.16.3 i. Link

P.286
11.17 USB = Universal Serial Bus

P.287
11.17.1 USBの機能

P.288
11.17.2 通信の4つのモード

P.290
11.17.3 電源管理

P.291
11.17.4 USB1. 1の特徴

P.293
11.17.5 USB2. 0規格

P.294
11.17.6 接続認識

P.295
11.17.7 USBに使われるコネクタ

P.295
11.17.8 USB3. 0規格

P.296
11.19 D端子 ( D - Terminal )

P.297
11.20 HDMI ( High - Definition Multimedia Interface )

P.299
11.20.1 TMDS ( Transition Minimized Differential Signaling )

P.300
11.21 DVI ( Digital Visual Interface )

P.300
11.21.1 DVI規格

P.302
11.21.2 DVI端子

P.303
11.22 DisplayPort

P.303
11.23 HD - SDI ( High Definition - Serial Digital Interface )

P.305
11.24 LVDS ( Low Voltage Differential Signaling )

P.306
11.24.1 差動信号 ( Differential Signaling )

P.307
11.24.2 ツイストペア ( twisted pair )

P.307
11.24.3 LVDSの特徴

P.308
11.25 カメラリンク ( CameraLink )

P.310
11.25.1 LVDSとカメラリンク

P.311
11.25.2 カメラリンクの概略仕様

P.312
11.26 PoCL ( Power over CameraLink )

P.314
11.26.1 アナログカメラからデジタルカメラへの移行

P.314
11.26.2 省ケーブルとスムーズな移行

P.314
11.26.3 PoCLの規格化

P.315
11.27 CoaXpress

P.316
11.28 Light Peak ( = Thunderbolt )

P.318

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光と光の記録［光の記録編その1］―光の入力・変換・撮像

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11章 データインタフェイス

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11章データインタフェイス