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光と光の記録[光の記録編その1] 安藤幸司 著
定価(本体3,000円+税) A5版 340頁 【2014年6月発行】
本編では、光によって得られた映像の記録方法について解説を試みている。映像の記録は、銀塩写真材料の発明で本格的になった。19世紀の産物である。以後、200年が経とうとしている。映像記録は人類の大切な保存形態として注目を集め、大いに進化した。
本書の狙いは、映像を科学的に捉えたいとする読者を対象としている。本編では、映像記録の媒体を電子記録に絞って解説している。(著者まえがき より)

1章 光と電子
 〔1〕   光と電子
 1.1   光を電子に変える材質
 1.1.1  光と電子の関係─最初の発見
 1.2   光電子(Photoelectron)
 1.3   光電面(光陰極、Photo Cathode)
 1.3.1  シリコン(silicon)─新しい光センサ
 1.3.2  シリコン─光反応の発見
 1.4   半導体(semiconductor)について
 1.5   シリコンとゲルマニウム
 1.5.1  埋蔵量
 1.5.2  結晶製造の技術革新
 1.5.3  安定した温度特性
 1.5.4  高い集積化能力
 1.5.5  P型領域、N型領域の発見
 1.6   光電効果(Photoelectric Eff ect)
 1.7   光電子放出効果(Photoelectron Eff ect)
 1.8   光導電効果(Photoconductive Eff ect)
 1.9   光起電力効果(Photovoltaic Eff ect)
2章 光エネルギーの電子変換
 〔2〕   光エネルギーの電子変換
 2.1   光の1次元記録
 2.2   フォトチューブ(光電管=Photoelectric Tube)
 2.3   フォトマル(光電子増倍管=Photo Multiplier)
 2.3.1  スーパーカミオカンデ(Super-Kamiokande、Super-K)
 2.4   フォトダイオード(Photo Diode)
 2.4.1  発電素子としてのフォトダイオード
 2.4.2  光スイッチ
3章 2次元記録(ビデオ装置)
 〔3〕   2次元記録(ビデオ装置)
 3.1   ビデオ画像の歴史
 3.2   2000年までの動画映像(Legacy video signal output)
 3.3   電子映像信号─Serial video Signal
 3.4   撮像素子の発達
 3.5   ビデオテープレコーダ(VTR)の恩恵
 3.6   撮像管の時代
 3.7   CCDの発展
 3.8   対抗馬 CMOSカメラ
4章 CCD固体撮像素子
 4.1   CCD固体撮像素子
 4.1   CCD撮像素子の歴史
 4.2   CCDの基本原理─シフトレジスタ
 4.3   CCD素子のキーワード(Keywords)
 4.3.1  画素(pixel)
 4.3.2  画素サイズ(pixel size)
 4.3.3  イメージサイズ(image size)
 4.3.4  受光サイズ(photodiode size)
 4.3.5  開口率(fill factor)
 4.3.6  受光電荷容量(dwell capacitor)
 4.3.7  ノイズ(Noise)
 4.4   その他の特性キーワード(Other Keywords)
 4.4.1  素子タイプ(CCD types)
 4.4.2  電子シャッタ(Electronic Shutter)
 4.4.3  量子効率(Quantum Effi ciency)
 4.4.4  波長感度(Photo Sensitivity)
 4.4.5  ダイナミックレンジ(Dyanamic Range)
 4.4.6  データ転送レート(Data Transfer Rate)
 4.4.7  画素欠陥(Pixel Defect)
 4.4.8  使用温度(Temperature)
 4.5   CCD撮像素子の種類
 4.6   フルフレームトランスファー型CCD(Frame Transfer CCD)
 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
 4.6.2  模擬図の説明
 4.6.3  受光─光の雨
 4.6.4  バケツの種類
 4.6.5  フレームトランスファー(Frame Transfer)
 4.6.6  水平転送の仕組み
 4.6.7  バケツの昇降
 4.6.8  転送の仕組み
 4.6.9  転送のタイミング
 4.7   蓄積部をもつフレームトランスファー型CCD
 4.8   インターライントランスファー型CCD
 4.9   フレームインターライントランスファー型CCD
 4.10   スミア/スメア(smear)
 4.11   ブルーミング(blooming)
 4.12   VOD(Vertical Overfl ow Drain)構造
 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
 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
 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)
 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
 4.13.4  1/30秒の露光をもつフレーム蓄積(Frame Integration)
 4.13.5  時間の同時性を重視したフィールド蓄積(Field Integration)
 4.13.6  電子シャッタ(Electric Shutter)の恩恵
 4.13.7  ストロボなどを利用した短時間露光撮影
 4.14   プログレッシブスキャン型CCD の登場
 4.14.1  プログレッシブスキャン型CCD(Progressive scan CCD)
 4.15   画素ずらし(pixel shift technology)
 4.16   3板CCD素子(3CCD)
 4.16.1  3色分解手法
 4.16.2  ダイクロイックプリズムの機能
 4.16.3  3板CCDの利点と欠点
 4.17   カラーフィルタ方式CCD素子(Bayer Filter, Color Filter Array)
 4.18   モアレと光学ローパスフィルタ(Moire, Optical Low Pass Filter)
 4.19   3層カラーCMOS素子(Foveon X3 CMOS)
 4.20   QE(Quantum Effi ciency、量子効率)
 4.21   ショットノイズ(shot noise)、フォトンノイズ(photon noise)
 4.22   光子の読み出しノイズ
 4.23   ビンニング(Binning)
 4.24   計測CCDカメラメーカの先駆─VIDEK(ばいでっく)社
 4.24.1  初期の計測カメラの問題点
 4.24.2  VIDEK社メガプラスカメラの採用したCCD
 4.24.3  初期の計測用CCDカメラの仕様
 4.24.4  カメラ用レンズ
 4.24.5  1990年代のデジタルカメラの模索
5章 CMOS固体撮像素子
 〔5〕   CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)撮像素子
 5.1   CMOS撮像素子の原理
 5.2   CMOSカメラの開発
 5.2.1  CMOS APS素子
 5.2.2  マウスセンサ用CMOS
 5.3   CMOSカメラの特徴
 5.4   CMOS素子とCCD素子
 5.4.1  CCDとCMOSのシェア
 5.4.2  デジタル一眼レフカメラのCMOS
 5.4.3  フィルムカメラを撤退させたデジタルカメラ
 5.5   CCDとCMOS撮像素子の一般的な比較
 5.6   電子シャッタ内蔵CMOS 撮像素子
 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)
 5.6.2  グローバルシャッタ(Global Shutter)
 5.7   特殊な固体撮像素子(CCD素子とCMOS素子)
 5.7.1  冷却型撮像素子─Cooled CCD
 5.7.2  冷却型撮像素子─Cooled CMOS
 5.7.3  超高感度撮像素子─EMCCD
 5.7.4  高速度撮像素子
 5.7.5  100万コマ/秒の高速度撮像素子─ISIS
6章 電子管
 〔6〕   電子管
 6.1   一時代を築いた撮像管(Imaging Tubes)
 6.2   撮像管の原理
 6.3   代表的な撮像管―ビジコン(Vidicon)管
 6.4   撮像管の大きさ
 6.5   撮像管の種類
 6.5.1  非蓄積形撮像管(Nonstorage Tubes)
 6.5.2  蓄積形撮像管(Storage Tubes)
 6.5.3  ビジコン(Vidicon)
 6.5.4  プランビコン(Plumbicon)
 6.5.5  カルニコン(Chalnicon)
 6.5.6  サチコン(Saticon)
 6.6   SEC管(Secondary Electron Conduction tube)
 6.6.1  開発の経緯
 6.6.2  SEC管の基本性能
 6.6.3  アポロ11号での活躍
 6.7   ハーピコン(HARPICON)(HARP撮像素子)
 6.8   電子管によるその他の撮像素子
 6.8.1  イメージコンバータ管(Image Converter Tube、転像管)
 6.8.2  X 線イメージャ(X-ray Imager)
 6.8.2.1 シンチレータ(Scintillator)部
 6.8.2.2 転像管部
 6.8.2.3 撮像部
 6.8.3  イメージインテンシファイア(Image Intensifi er)
 6.9   電子顕微鏡(Electron Microscope)
 6.9.1  透過型電子顕微鏡(TEM)
 6.9.2  走査型電子顕微鏡(SEM)
 6.9.3  電子顕微鏡の歴史
 6.10   フライング・スポット・スキャナ(Flying Spot Scanner、FSS)
7章 アナログビデオ信号
 〔7〕   アナログビデオ信号
 7.1   テレビ信号を記録する
 7.2   動画像の系譜
 7.3   テレシネ装置(Telecine)
 7.4   2-3プルダウン方式(2-3 pull down method)
 7.5   再生速度─24コマ/秒
 7.6   アナログビデオ信号─NTSC(National Television Standards Committee)
 7.7   NTSC規格の骨格
 7.8   アナログ信号の仕組み
 7.9   インターレース(interlace、飛び越し走査)
 7.10   NTSCの画面
 7.11   NTSC規格の仲間─PALとSECAM
 7.12   29.97フレーム/秒の怪
 7.13   アスペクト比4.3
 7.14   NTSC規格のカラー情報
 7.15   白黒受像器との互換の問題
 7.16   カラー映像信号の作り方
 7.17   カラーバースト信号の弊害
 7.17.1  カラーバースト信号の定義
 7.17.2  29.97フレーム/秒の根拠
 7.18   NTSC規格の水平解像力
 7.19   S-VHSビデオの解像力
 7.20   ビデオ信号のダイナミックレンジ
8章 デジタル画像信号
 〔8〕   デジタル画像信号
 8.1   DV(デジタルビデオ)信号
 8.1.1  ハイビジョンデジタルビデオ(HDV)信号
 8.2   デジタル放送信号(Digital Broadcasting Signal)
 8.3   VGA規格(Video Graphics Array)
 8.4   デジタル放送(Digital Broadcasting)
 8.5   デジタルVTR(Digital Video Tape Recorder)
 8.5.1  D1-VTR  8.5.2  D1-VTRとD2-VTR  8.6   4:2:2コンポーネントデジタル信号(ITU-R BT.601)
 8.7   ハイビジョン放送(アナログ放送とデジタル放送)(High-Defi nition Television)
 8.8   デジタルハイビジョン
 8.9   セグメント放送(Segment Broadcasting)
 8.10   計測映像分野でのハイビジョンテレビの役割
 8.10.1  画面構成の縦横比のあいまいさ
 8.10.2  圧縮による情報の損失
 8.10.3  濃度情報のリニアリティ
 8.10.4  時間スケールのあいまいさ
 8.10.5  インターレース
9章 コンピュータの進化とデジタル画像
 〔9〕   コンピュータの進化とデジタル画像
 9.1   デジタル画像開発経緯
 9.2   バス規格
 9.3   高速通信規格
 9.4   画像取り込みの基本
 9.5   コンピュータの仕組み
 9.5.1  CPUの性能
 9.5.2  システムバス(FSB=Front Side Bus、および、NB─SB Data Bus)
 9.5.3  BIOS(Basic Input Output System)
 9.5.4  ノースブリッジ(Chip set North Bridge)
 9.5.5  サウスブリッジ(Chip set South Bridge)
 9.5.6  DRAM(Dynamic Random Access Memory)
 9.5.7  AGP(Accelerated Graphic Port)
 9.5.8  PCI(Peripheral Component Interconnect)
 9.5.9  PCI Express(Peripheral Component Interconnect Express)
 9.5.10  USB、イーサネット、SCSI、IEEE1394、他
 9.6   画像転送の歴史的背景
 9.7   NTSC ビデオ信号の送信について
10章 映像信号コネクタ
 〔10〕   映像信号コネクタ
 10.1   映像信号用コネクタと通信方法
 10.2   RCAコネクタ
 10.3   BNCコネクタ
 10.4   BNCを使ったHD-SDIケーブル
 10.5   信号ケーブルと送信方式
 10.6   不平衡ケーブル(unbalanced cable)と平衡ケーブル(balanced cable)
 10.7   同軸ケーブル
 10.7.1  同軸ケーブルの歴史
 10.7.2  同軸ケーブルの原理
 10.7.3  同軸ケーブルのインピーダンス
 10.7.4  3C-2Vと呼ばれる同軸ケーブル
 10.7.5  1ナノ秒で信号が20cm進む同軸ケーブル
 10.8   平衡ケーブル(balanced cable)
 10.8.1  フィーダー線(ladder line)
 10.8.2  ツイストペア線(Twisted pair line)
 10.8.3  シールド処理されたツイストペアケーブル
 10.9   光ファイバケーブル(Optical Fiber Cable)
 10.9.1  ファイバレーザ(Fiber Optic Laser)
11章 データインタフェイス
 〔11〕   データインタフェイス
 11.1   データインタフェイス
 11.2   RS232C
 11.3   RS-422
 11.4   セントロニクス(Centronics)
 11.5   GP-IB(General Purpose Interface Bus)
 11.6   その他歴史的なデータ転送規格
 11.6.1  DMA(Direct Memory Access)
 11.6.2  VME(Versa Module Eurocard)
 11.6.3  SCSI(Small Computer System Interface)
 11.6.4  IDE(Integrated Drive Electronics)/ATA規格
 11.7   イーサネット=Ethernet
 11.8   イーサネット開発の歴史
 11.9   CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)
 11.10   イーサネットのいわれ
 11.11   半二重通信、全二重通信(Half Duplex、Full Duplex)
 11.12   同軸ケーブルからツイストペアケーブルへ
 11.13   モジュラージャック(Modular Jack)
 11.14   ストレートケーブルとクロスケーブル
 11.15   ギガビットイーサネット(Giga-bit Ethernet)
 11.15.1  8B1Q4(8bit-1 quinary quartet)
 11.15.2  オートネゴシエーション(Auto-Negotiation)
 11.16   Fire Wire=IEEE1394、i.Link
 11.16.1  IEEE1394の通信速度
 11.16.2  USB2.0との比較
 11.16.3  i.Link
 11.17   USB = Universal Serial Bus
 11.17.1  USB の機能
 11.17.2  通信の4つのモード
 11.17.3  電源管理
 11.17.4  USB1.1の特徴
 11.17.5  USB2.0規格
 11.17.6  接続認識
 11.17.7  USBに使われるコネクタ
 11.17.8  USB3.0規格
 11.19   D端子(D-Terminal)
 11.20   HDMI(High-Defi nition Multimedia Interface)
 11.20.1  TMDS(Transition Minimized Diff erential Signaling)
 11.21   DVI(Digital Visual Interface)
 11.21.1  DVI規格
 11.21.2  DVI端子
 11.22   DisplayPort
 11.23   HD-SDI(High Defi nition―Serial Digital Interface)
 11.24   LVDS(Low Voltage Diff erential Signaling)
 11.24.1  差動信号(Diff erential Signaling)
 11.24.2  ツイストペア(twisted pair)
 11.24.3  LVDSの特徴
 11.25   カメラリンク(CameraLink)
 11.25.1  LVDSとカメラリンク
 11.25.2  カメラリンクの概略仕様
 11.26   PoCL(Power over CameraLink)
 11.26.1  アナログカメラからデジタルカメラへの移行
 11.26.2  省ケーブルとスムーズな移行
 11.26.3  PoCLの規格化
 11.27   CoaXpress
 11.28   Light Peak(= Thunderbolt)
12章 索引
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