ビデオカメラ技術の系統化
Video Camera Technologies Systematization

2
竹村 裕夫

Yasuo Takemura■要旨
ビデオカメラは、動画像を撮影・記録し、保存しておくことができる家庭用のカメラである。ここでは家庭用のビデオカメラを扱う。
ビデオカメラは日本で開発製品化され、世界中の人々に広く使われてきた。ここで培われた技術はその後、静止画像を撮影するデジタルカメラ、コミュニケーションの携帯電話へと引き継がれ、更に、スマートフォンやタ
ブレット端末にも適用されている。
ビデオカメラはコンパクトにまとめられているが、数多くの基本技術が結集されたシステムである。
レンズを含む光学系、光電変換の Key Device であるイメージセンサ、高画質・高機能の画像を再現するデジタ
ル信号処理、画像を記録する録画システム、コンパクトにまとめる高密度実装、など技術範囲は多岐に及ぶ。更に、
ビデオカメラに必須である小型・軽量・堅牢・低消費電力と民生用の基本である低コスト・高信頼性が要求される。
イメージセンサは、折から急速に進められた半導体技術に支えられ、数々の特徴ある研究成果が盛り込まれて、日本の得意とする産業に発展した。綺麗な画像が欲しいという多くの日本人のこだわりが、テレビ・カメラの高画質化技術開発に拍車をかけることになり、センサ技術者とカメラ技術者の連携により、世界トップの高画質化
ビデオカメラを生み出す技術の発展につながったといえよう。
ノイズを大幅に低減する埋め込みフォトダイオード、スミアを解決した FIT － CCD、光の利用を大幅に改善した内蔵マイクロレンズ、にじみを改善した VOD、インターレースを可能にした加算読み出し、残留電荷を除去す
る掃出し駆動、インターレースに適し、感度向上を実現した色差線順次方式、などの輝かしい国内技術が多数開発された結果、世界に冠たるビデオカメラが完成していった。
ビデオカメラとしては世界初の製品が次々と日本から出現する。1974 年ビデオカメラのルーツと言われる家
庭用単管式ビデオカメラ IK-12 が東芝から製品化された。その後、撮像管を用いたビデオカメラが各種開発、製品化されていくが、1980 年には撮像管に代って固体イメージセンサを用いた世界初の単板式ビデオカメラ VKC1000 が MOS 型イメージセンサを用いて日立製作所から製品化された。1982 年 CCD を用いたビデオカメラ TC100 が NEC から製品化され、各社の製品化競争が激しくなる。1983 年になると録画可能なβ方式 VTR を内蔵した一体型カメラ BMC-100 がソニーから製品化された。1985 年にはカメラ内蔵を目的とした小型 VTR が開発され、VHS-C 方式ビデオカメラ GR-C1 が日本ビクターから、
8 ミリ方式ビデオカメラ CCD-V8 がソニーから製品化された。
1989 年にはパスポートサイズと称した小型ビデオカメラ CCD-TR55 がソニーから製品化され、本格的普及が始まった。その後、
42 万画素を用いた高画質ビデオカメラ AI-XS1 が東芝から製品化され、多画素化競争が終わりを告げた。
使い勝手を改良した高機能型が次々と製品化されて行った。
ビデオカメラ技術の波及効果として、1970 年カラーテレビ電話、1983 年電子内視鏡（世界初は米国であるが、現在は実質的に日本製が 7 割を占める）、1981 年親指カメラ、1989 年立体ビデオカメラなど多数の世界初製品が日本で生まれ、監視用、産業用、医療用など広く活用されている。
日本の技術開発が世界のトップに躍進できた理由は厳しい競争の中にあって、技術者各自の意欲と連携によるところが大きい。CCD の初期の段階では主流であった高性能撮像管に対して性能が未達で、担当技術者は社内でも逆境にあった。その中で、将来必ず成功させるという青春の夢と意欲を持っていた。共通の強い目的意識、学会レベルで他社に悩みを打ち明け、それに快くアドバイスする指導者がいた。イメージセンサとビデオカメラ、双方の技術者で、課題提案→課題解決という見事な連鎖が築かれ、よい人材が集まり、優秀な技術者に育って行った。やがて、特許提案、IEEE など世界の学会で技術成果を次々に発表することにより、日本の技術の優位性が世界中から認知されて行った。
この分野の研究開発は 2000 年代に山を越したかに見えたが、デジタル技術とソフト技術の進歩により、新しい方向に転機を迎えている。撮像された画像から数学的手法を駆使して解像度を向上する超解像技術、ライトフィールドを捕えて、変換処理によって画像を再生するコンピュータイメージングなどが新たに、学会の注目を集めている。環境の変化に対応して、日本の技術が再度、花を開かせる土壌が生まれつつある。新しい手法を駆使して高画質の画像を作り上げるのは日本の技術者が最も得意とするところである。
カメラ技術は限りなき前進を期待され、日本の技術開発が新しいカメラ応用製品として結実することを祈念している。

ビデオカメラ技術の系統化

Video Camera Technologies Systematization
Yasuo Takemura■ Abstract
The video camera is a color television camera for consumer use that makes it possible for anyone to take a moving
picture. This paper surveys developments in video camera technology.
Video cameras have been developed and manufactured in Japan for several decades, and exported to global markets.
Many kinds of video camera technology have been developed in Japan and applied to digital cameras, cellular phones,
tablet PCs and more.
Although compact in size, the video camera is a large system including myriad basic technologies such as opticalsystems, imaging sensors, digital signal processing circuits and high density assemblies. Moreover, it must be small,light-weight, and durable, with low power consumption, low pricing and high reliability.
The image sensor industry in particular has evolved into one of Japan's most successful industries, supported byadvanced semiconductor production technologies. The Japanese consumer expects high fidelity color picture quality,
which has driven the development of various new video camera technologies, developments that have stemmed fromcollaboration between sensor technology and camera technology engineers.
Many successful image sensor technologies have been invented by Japanese engineers, such as pinned photodiodes
that significantly reduce noise levels, FIT-CCD image sensors that resolve the problem of image smear, on-chip microlenses that enable significantly better light utilization efficiency, VOD technology to rectify issues of image blooming,
interlaced scanning read-out, residual charge sweep-out drive technology, line-sequential chrominance difference
systems for increasing photographic sensitivity suitable for interlaced scanning, and pixel shift correction to deliver
enhanced resolution.
The world’s first video camera for consumer use, the IK-12, was developed in 1974 by Toshiba using an image
pickup tube with color stripe filters. Various video cameras using a single tube were subsequently manufactured inJapan. Then the world’s first solid-state single-chip video camera, the VK-C1000, was developed in 1980 by Hitachiusing an MOS image sensor. In 1982, the world’s first CCD video camera, the TC-100, was developed by NEC using asingle-chip CCD. Then in 1983, the BMC-100 video camera was developed by Sony, using β max VCR. Later in 1985,
two types of small VCR system suitable for video cameras, the VHS-C and 8mm, were developed. A VHS-C video
camera, the GR-C1, was developed by the Japan Victor Company (JVC), and an 8mm video camera, the CCD-V8, by
Sony. The video camera industry had truly begun to take hold of the market by 1989 when the compact "passportsized" CCD-TR55 was released by Sony. Toshiba later went on to unveil its AI-XS1 high-resolution 420,000-pixel video
camera, thereby bringing pixel-number competition to an end. Sophisticated and increasingly user-friendly video
cameras then began hitting the market.
Developments in video camera technology came to be widely used in surveillance, industry, medicine and other fields,
producing ripple effects whereby Japanese manufacturers began unveiling a slew of products that would represent
world firsts such as the color TV telephone in 1970, a thumb-sized camera in 1981 and a stereoscopic video camera in1989.
That Japanese video camera technologies came to dominate world markets was largely attributable to cooperation
among the nation's engineers, who exhibited a strong desire to develop new technologies in the midst of a fiercelycompetitive environment. In the early stages of CCD development, the technology fell short compared to the thenmainstream high-end image pickup tubes, a situation that vexed engineers specializing in the technology, not to mention
the companies they worked for. A strong sense that they shared a common objective led engineers from competingcompanies to raise concerns at academic conferences, which in turn prompted sound advice from willing mentors.
Eventually, patent filings and successive presentations of technological achievements at gatherings of professional
associations such as the IEEE and worldwide academic conferences resulted in Japan gaining global recognition for its
unparalleled technological excellence.
From here on in, expectations are still high regarding the boundless possibilities for advances in camera technology.
The world is watching for new technological innovations from Japan that will further the development of the video
camera.

112

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

Contents
要 旨… …………………………………………… 111
1 まえがき… …………………………………… 114
1.1 撮像の技術… ……………………………… 115
1.2 ビデオカメラの技術… …………………… 116
2. 光学系… ……………………………………… 119
2.1 撮像レンズ… …………………………… 119
2.2 ダイクロイックプリズム… …………… 120
2.3 CFA… …………………………………… 120
2.4 光学 LPF… ……………………………… 120
2.5 マイクロレンズ… ……………………… 121
2.6 その他の光学系… ……………………… 121
3. 撮像デバイス… ……………………………… 124
3.1 撮像デバイスの歩み… ………………… 124
3.2 撮像管… ………………………………… 126
3.3 CCD… …………………………………… 127
3.4 CMOS イメージセンサ… ……………… 130
3.5 CMOS センサと CCD…………………… 131
3.6 撮像デバイスの重要技術… …………… 133
4. カラー撮像方式－その１－… ……………… 144
4.1 概要… …………………………………… 144
4.2 単管式… ………………………………… 144
4.3 2 管式… ………………………………… 149
5. カラー撮像方式－その 2 －………………… 152
5.1 Bayer 方式… …………………………… 152
5.2 色差線順次方式… ……………………… 153
5.3 その他の方式… ………………………… 153
6. ビデオカメラ… ……………………………… 157
6.1 概要… …………………………………… 157
6.2 ビデオカメラの生産高… ……………… 157
6.3 単管式カラーカメラ… ………………… 158
6.4 単板式カラーカメラ… ………………… 159

6.5 VTR 一体型ビデオカメラ……………… 160
6.6 多画素化… ……………………………… 161
6.7 ビデオカメラの実際… ………………… 161
6.8 ビデオカメラの変遷… ………………… 167
6.9 ビデオカメラ技術の応用… …………… 167
7. ビデオカメラ用録画機器… ………………… 171
7.1 概要… …………………………………… 171
7.2 VTR… …………………………………… 171
7.3 デジタル記録メディア… ……………… 171
7.4 デジタル記録メディアを用いた
  ビデオカメラ… ………………………… 172
8. 高機能化技術… ……………………………… 173
8.1 概要… …………………………………… 173
8.2 AE………………………………………… 173
8.3 AF………………………………………… 173
8.4 AWB……………………………………… 175
8.5 手振れ補正… …………………………… 176
8.6 顔検出・認識… ………………………… 177
9. 高画質化技術… ……………………………… 182
9.1 コントラスト補正… …………………… 182
9.2 ダイナミックレンジ拡大… …………… 183
9.3 デモザイキング… ……………………… 184
9.4 超解像技術… …………………………… 187
10. ビデオカメラ技術の系統化… …………… 195
10.1 ビデオカメラ技術の全貌……………… 195
10.2 ビデオカメラ技術の展開……………… 195
10.3 ビデオカメラ技術の進展……………… 196
10.4 学会の役割と貢献……………………… 197
10.5 ビデオカメラ技術の展望……………… 203
11. むすび… …………………………………… 205
略語集… …………………………………………… 206■ Profile竹村 裕夫 Yasuo Takemura
国立科学博物館産業技術史資料情報センター 主任調査員
1962 年 3 月 早稲田大学第一理工学部電気通信学科卒業
同 年 4 月 東京芝浦電気株式会社（現 株式会社東芝）入社
中央研究所 配属
カラーテレビジョン撮像方式、ビデオカメラなど撮像機器の研究開発に従事
1994 年 9 月 同社退職 10 月東芝 AVE ㈱ 入社

2002 年 3 月

株式会社オクト映像研究所 設立
車載用カメラ開発業務
この間、電気通信大学大学院、東京工芸大学大学院 非常勤講師
IEEE Fellow 映像情報メディア学会フェロー

ビデオカメラ技術の系統化

113

1 まえがき
ビデオカメラの技術は日本で生まれ、日本の技術者で、光学メーカとの共同作業で、AI、AF、AWB がによって完成された数少ない、総合技術が結集された生まれた。手持ち撮影のためには手振れ補正も必要にものである。

なった。

家庭用映像機器にはテレビ受像機、VTR、カメラ、

ここではこれらの技術開発経緯を詳細に、資料に基DVD が挙げられるが、これらはいずれも、日本の技づき述べるとともに、如何にして日本の技術開発が世術者によって開発が進められ、量産化が達成されてき界のトップに躍進できたかを明らかにしていきたい。
第 1 章はまえがきとビデオカメラの生い立ちを概観た。
中でもカメラは放送局用のテレビカメラに始まり、し、第 2 章は被写体像を効率よく結像するための光学

家庭用のビデオカメラ、更に静止画像に特化したデジ系、第 3 章は key Device であるイメージセンサ、第タルカメラ、コミュニケーションの携帯電話、多機能

4 章は単管式を中心としたカラー撮像方式、第 5 章はのスマートホンと形を変えて進展し、いずれも日本のCCD を中心としたカラー撮像方式、第 6 章は本報告

技術が世界をリードしてきた。ビデオカメラはこの流

書のかなめのビデオカメラ、第 7 章はカメラ用記録装れの中でも、中心的な役割を演じ、ここで研究開発さ置、第 8 章はよい画像が撮れるために必要な高機能化れた技術が基本になって、後のカメラに引き継がれて処理、第 9 章は高画質化のために必要なデジタル信号

いる。

処理、第 10 章で系統化を述べた。

カメラの Key Device である CCD は発明こそ米国

本報告書の趣旨に合わせているため、技術解説の記であったが、日本の半導体技術に支えられながら、載は殆ど省いている。技術の内容を理解したい読者のCCD 特有のプロセス技術を盛り込むことによって、方は下記図書を参照して頂きたい。

性能が飛躍的に向上し、量産可能なデバイスに成長した。また、画像へのこだわりがカメラ技術者の画づく【参考図書】

りに生かされ、数々の新しい画像処理技術を生み出し、(1) 寺西信一監修 電子情報通信学会編：画像入力とカ

ビデオカメラの完成度を高めて行った。
ビデオカメラの開発初期にも、すでに、高性能な放送局用カメラが実用化されていた。しかし、このカメ
ラは熟練されたプロのカメラマンが操作するもので、
しかも、放送が始まる 30 分前から念入りな整備調整が行われ、初めて高性能な画像が得られる代物であった。誰でもが使える家庭用カメラにはほど遠いもので刊、2012 年 6 月刊。
(2) 蚊野浩監修 映像情報メディア学会編：デジカメの画像処理、オーム社刊、2011 年 4 月刊。
(3) 竹村裕夫：CCD・CMOS カメラ技術入門、コロナ社刊、2008 年 4 月。
(4) 畑田豊彦、ほか：眼・色・光 より優れた色再現を求めて、日本印刷技術協会刊、2007 年 12 月。

あった。
放送局用カメラを家庭に持ち込むための要件は、まず、小型、軽量、堅牢、無調整であった。これには(5) 米本和也：CCD/CMOS イメージセンサの基礎と応用、CQ 出版社、2003 年 8 月。

カメラの基本性能を向上することが第一に必要であっ(6) 映像情報メディア学会編、和久井孝太郎監修：テた。このため、使えるレベルのイメージセンサの開発

レビジョンカメラの設計技術、コロナ社、1999 年が急務であった。その上で、小型・軽量化には３枚の8 月。

CCD を 1 枚にして色分解プリズムをなくすこと、このために単板式カラー撮像方式の開発が不可欠であった。更に、イメージサイズを小さくした上で、撮像レンズを小型軽量にする必要があった。更に、回路を洗練して調整箇所をなくすことによって、部品点数を減らしたうえで、LSI 化をする。コンパクトにまとめる
ために小型実装技術も必要とした。
一方、撮影しやすくするためには、露光、フォーカ
ス、色温度の調整を自動化しなければならない。そこ

114

メラ、現代電子情報通信選書 知識の森、オーム社

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013(7) 相澤清晴、浜本隆之編著：CMOS イメージセンサ、
コロナ社、2012 年８月(8) 黒田隆男：イメージセンサの本質と基礎、コロナ
社刊、2012 年８月

公開された (6)。

1.1

撮像の技術

撮像技術のルーツは 1884 年ニポー (Paul Nipkow)の機械式撮像装置と言えよう。その根拠はドイツの特許にあり、1884 年 1 月に出願され、その翌年、1885
年 1 月に登録になっている (1)。その記念すべき特許の一部を図 1.1 に示す。この明細書には図 1.2 のように、円板式の撮像装置の構想が示されている。しかし、このアイデアを実用化する人はしばらく現れなかった。

その後、1940 年に開催が予定された東京五輪のテレビジョン中継を目指して、NHK は総力を挙げて開発に取り組んだ。浜松工高の高柳も開発部長として参加し、1939 年にはテレビ実験放送も開始された。しかし、国際情勢の悪化により東京五輪が中止、第二次世界大戦の開始で全てのテレビジョン開発が中断された。
この後の動きも含めて、表 1.1 にテレビジョンの簡単な歴史を示す。
戦後いち早くテレビジョン同好会が発足され、テレビジョンの開発が始まった。当初は大戦の影響が大き
く、米国に大きく後れを取っていた。

図 1.1 Nipkow 特許の一部

図1.1 Nipkow特許の一部

1926 年 に な っ て、 英 国 の ベ ア ー ド (John Logie
Baird) (2) が Nipkow の円板を用いてテレビジョンの実験に世界で初めて成功した。この記念すべき日は1926 年 1 月 26 日であった (3)。1927 年には Glasgow とLondon 間 438 miles の遠隔伝送に、更に、1928 年には London と New York の大陸間伝送に成功した。
一 方、1923 年 に ツ ヴ ォ ル キ ン (Vladimir Kosma
Zworykin) (4) は全電子式テレビジョンを発明、1930 年に電子式カメラを可能とする撮像管、アイコノスコー
プを発明した。
先行していた機械式には高画質化ができないという基本的な課題があり、撮像管、受像管 ( いわゆるブラ
ウン管 Cathode ray tube) を組み合わせた電子装置が現れると窮地に陥った。
BBC で は 1935 年、405 本 の 走 査 線 を 有 す る Marconi の全電子式と 240 本の Baird の機械式との評価を行い、全電子式を採用することになった (5)。
これらの世界の動きに対し、国内では浜松高等工業の高柳健次郎と、早稲田大学の山本忠興と河原田政太郎のグループがそれぞれ独自に研究開発を行っていた。1930 年 3 月に、両方式は東京日比谷の市政会館で開催されたラジオ放送 5 周年の記念展覧会で初めて

図 1.2 Nipkow の円板

図1.2 Nipkowの円板
ビデオカメラ技術の系統化

115

表 1.1 テレビ関連の歴史
年
1884
1897
1923
1925
1926

明治 17 年
明治 30 年
大正 12 年
大正 14 年
大正 15 年

1930

昭和 5 年

1933
1935
1936
1937
1939
1941
1946
1950

昭和 8 年
昭和 10 年
昭和 11 年
昭和 12 年
昭和 14 年
昭和 16 年
昭和 21 年
昭和 25 年

1953

昭和 28 年

1960
1963
1969

昭和 35 年
昭和 38 年
昭和 44 年

1989

昭和 64 年

2000
2003
2011

平成 12 年
平成 15 年
平成 23 年

人名・機関名ニプコー
ブラウン
ツヴォルキンベアード
高柳健次郎
山本、河原田、高柳
ツヴォルキンツヴォルキン
東京電気、
BBC
高柳指導の下 NHK
NHK

NHK
日本テレビ放送網

文献 (1)-(8) 等を参照してまとめた

項目
ニプコー円盤の発明
ブラウン管発明
全電子式テレビジョンの発明
機械式走査世界初のテレビ発明「イ」の字再生に成功
早稲田大学方式と浜松高等工業方式テレビの公開
アイコノスコープ撮像管原理特許の発明
アイコノスコープ発表
国産初のアイコノスコープ撮像管開発
テレビ放送開始 走査線 441 本、25/s インタレース
東京五輪目標にテレビジョン開発着手
テレビジョン実験放送
実験放送中止、研究開発中止
テレビジョン同好会発足
テレビジョン学会設立
テレビ本放送開始 *民放テレビ局開局
カラーテレビ本放送開始
日米間テレビ衛星中継受信実験成功 **アポロ 11 号人類初の月面第一歩 宇宙中継
衛星本放送開始
ハイビジョン ( アナログ）実用化試験放送開始
BS デジタル放送開始
地上デジタル放送開始
アナログテレビ放送終了 ***

備

考

2月1日
8 月 28 日
9 月 10 日
11 月 23 日
7 月 21 日
6月1日
11 月 25 日
12 月 1 日
12 月 1 日
7 月 24 日* 4 時間 / 日 受信契約 866 件** ケネディ米大統領暗殺速報*** 震災の影響で岩手、宮城、福島の各県が除かれた

録画装置の VTR が家庭用として普及し始めると、

1.2

ビデオカメラの技術

家庭用の撮像装置、ビデオカメラが注目され、日本メー1940 年代から 1950 年代のテレビジョン黎明期には

カが競って研究開発に参入、注力し始めた。後に、デテレビジョン用のカメラは白黒で、何とか画像が撮れジタルカメラ、携帯電話、スマートホン、タブレット

る、ハーフトーンが再現されるという時代であった。

端末と形態を変えて、大きな産業を築き上げることに

その後、1964 年の東京オリンピックでは国産の 2 管なるが、基本技術はこのビデオカメラで培われたもの

式カラーカメラが入場式の風景を鮮やかに映し出すこが多い。

とに成功、新装なった国立競技場の大観衆の中で坂井従来の放送用カメラと大きく異なるのは使う人がア

選手の持つ聖火の煙がたなびく姿が全国に同時に中継

マチュアであるため、誰でも、どこでも、安心してよ

放送された。この美しいカラー画像は今でも眼に焼きい画像が撮れることが必要であった。更に、普及させついている。1970 年に、大阪で万国博覧会が開催さるためには小型軽量、品質が均一で、量産可能、しかれると世界各国の踊りや民族衣装が毎晩放映されるにも低価格で売れる製品を作り上げる必要があった。

至ってカラーカメラの画質が向上し、カラーテレビ

ここに、日本の技術者が苦労し、切磋琢磨して世界受像機の普及が急速に進んだ。次第に、番組を記録にに誇る技術が多数生まれる素地があったといえよう。

残しておきたいという要求が急速に広まり、家庭用の以下で、これら技術開発の根幹に迫る事実をエビデ

VTR（Video Tape Recorder 磁気録画装置）が普及していった。

116

画像を自分たちで撮りたいという要求が大きくなり、ンスと共に明らかにしていきたい。
その後、ビデオカメラ、デジタルカメラ、カメラ付

一方、放送用カメラはプロの技術者が使いこなして

携帯電話などの家庭用機器が普及するにつれ、目的といく装置であって、当初は放送が始まる前から入り念するカメラが色々と変化してそれぞれに特有の技術がな調整を施すことによって初めてカラー画像が得られ進歩してきた。

るというカメラであった。したがって、当初から民生

他の産業は一つの製品が完成し、普及するとやがて用を目指した受像機に比べて、ビデオカメラは研究開

は衰退の道をたどったのに対して、カメラ技術は次々発が著しく遅れていた。

に形を変えて、新製品を生み出して行った。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

図 1.3 時代をリードした主要なカメラ技術の変遷

図 1.3 には主要なカメラと牽引してきたカメラ技術の独擅場であったので、長らく映像機器の中心となっを示した。目的とした画像が少しずつ違って、研究開てきた。

発が行われてきた様子が理解できよう。今後は乗用車

図 1.4 は映像機器の金額ベースでの国内生産実績をに搭載される車載カメラや教育・介護などの知的カメ示したもので、2004 年～ 2005 年にはビデオカメラとラに幅広い用途が期待されている。

デジタルカメラを加えたものが金額ベースで半数近く

他にも、セキュリティに必須な監視カメラや医療のを占めている。表 1.2 にこれらの数値を示す。

現場で活躍する内視鏡、組み立て現場での産業・工業

ところが、2 年後の 2008 年になると図 1.5 のように、用カメラ、科学研究用の高速度カメラなど撮像技術はさすがにカメラにも陰りが見られ始める。

広範囲に活用されている。

文字を読みやすくした

ビデオカメラに特徴的なのは日本の産業に貢献してきたことである。テレビや VTR がいち早く価格競争に巻き込まれた結果、多くは海外に拠点を設けて海外生産が増加し、国内の産業、雇用の創出の機会を失って言った。これに対し、ビデオカメラは優れた技術の積み重ねと、Key Device の CCD の量産が国内メーカ

カーナビ

カーナビ

液晶TV

液晶TV

プラズマTV
デジタルカメラデジタルカメラ

その他TV

DVD

ビデオカメラビデオカメラ年

DVD年(9)

図 1.4 映像機器国内生産実績その１（金額での比較） ほぼ半数がカメラ 表 1.2 国内映像機器の生産実績 ( 単位：十億円 )(9)図映像機器の国内生産実績その１（金額での比較） ほぼ半数がカメラ

2012-7-24

国立科学博物館

2

ビデオカメラ技術の系統化

117

カーナビ

40型以上TV

カーナビ

液晶TV
デジタルカメラ40型未満TV
ビデオカメラ

DVD

プラズマTV

デジタルカメラ年

献(9)- カメラに陰りが見える カメラに陰りが見える(5) BBC History, http://www.bbc.co.uk/history/his図映像機器の国内生産実績その（金額での比較）(1) Paul Nipkow : Elektrishes Teleskop, Patentshrift

toric_figures/baird_logie.shtml

No.30105, 1885 年 1 月 15 日登録、1884 年 1 月 6 日(6) 高柳健次郎：テレビ事始、有斐閣、1986 年。

出願。

(7) テレビは進化する - 日本放送技術発達小史、http://(2) Russell Burns : John Logie Baird, Television Pioneer, IEE History of Technology Series 28, The
Institution of Electrical Engineers, 2000 ( 国立科学博物館所蔵 )。
The Times, p9, Column C, 28 January 1926.
(4) Albert Abramson (foreword by Eric Barnouw) :Zworykin Pioneer of Television, University of Illinois Press, 1995 ( 国立科学博物館所蔵 )。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

www.nhk.or.jp/strl/aboutstrl/evolution-of-tv/index.html(8) 映像情報メディア学会編、和久井孝太郎監修：テレビジョンカメラの設計技術、コロナ社刊、1999(3) The “Televisor” Successful test of new apparatus,

118

ビデオカメラ年

図 1.5 映像機器の国内生産実績その 2 ( 金額での比較 )文

DVD－ビデオ

Vol.18 March 2013年 8 月。
(9) 経済産業省生産動態時計 映像機器生産実績表による2 光学系
カメラ用光学系は撮像レンズ、光学 LPF、ダイク
ロイックプリズム、CFA(Color Filter Array: 色フィル

2.1 撮像レンズ
撮像レンズはカメラの画質を左右する重要な光学部

タアレイ ) など多岐にわたる。
ここでは全てを述べるスペースがないので、主要な品である。1950 年代では図 2.1(a) に示すように、異なる焦点距離のレンズ 3-4 本を備え、ターレット式と言っ技術開発の経緯を記載する。
日本の光学技術は海軍の潜水艦潜望鏡で蓄積されてて、所望のシーンに合わせてこれらを交換して撮影しきた技術が基本と言われる。日本光学 ( 現在のニコン )ていた。動画像の撮像を目的とするテレビカメラではは 1930 年頃から海軍用兵器を製造していた。1932 年

ズームレンズが必須であることから、ズームレンズのに、陸軍が独自に製造を開始するにあたって、服部時開発が行われ (3)-(10)、図 (b) に示すように、標準装備で

計店精工舎が出資、勝間光学機械製作所を買収して、
東京光学機械（現在のトプコン）が設立された (1)。海軍の日本光学、陸軍の東京光学と言われるように、東京光学では測遠機、照準器などが作られ、技術開発が進められた。なお、キヤノンは 1934 年に精機光学研究所として設立、1934 年には国産初のフォーカルプ
レーンシャッタカメラを試作している。また、ニコン
は東京計器製作所の光学部門と岩城硝子製作所の反射鏡部門を統合、三菱合資会社社長岩崎小弥太の出資により日本光学工業 ( 株 ) として 1917 年に設立された (2)。
カメラ用光学系について主要な技術を表 2.1 に示す。
表

2.1 カメラ光学技術の年表

年
1958
1959
1964
1965

メーカ
キヤノン
キヤノン
フィリップス
富士写真光機

1967
1968
1969
1970

東芝
キヤノン
NASA
富士写真光機

1970

キヤノン

1971
1972
1976

日本コロンビア

1976
1980

コダック

1982

キヤノン

1983
1984
1986
1989
1993
1993

NEC
キヤノン
東芝
東芝
キヤノン
富士写真光機

富士写真光機(a)ターレット式レンズ装着(a)タ
レット式レンズ装着(b)ズームレンズ装着

図 2.1 放送用カメラとレンズ

図2.1(44)
放送用カメラとレンズ
文献を参照してまとめた。

項目
国産初のテレビカメラ用ズームレンズ開発
国産初のスタジオズームレンズ 45-200mm/F2.8 開発、
ダイクロイックプリズム使用 3P( プランビコン）カメラ発表 (13)3 インチ IO カメラ用高性能 10 倍ズームレンズ 80-800mm/F2.0
野球中継放送などで活躍
黒レベル安定化 ( 篠崎健吉 ) (41)1.25 インチプランビコンカメラ用スタジオズームレンズ (P10 × 20) 開発
アポロ 11 号宇宙船から全世界にカラーテレビ生中継 ( 面順次 )TK-301 用 10 倍 /F1.6 ズームレンズ (R10 × 16)
NHK 全局カラー化の標準カメラに搭載
バイアスライト組込み 3 色分解プリズム (14)プランビコン固有の残像低減
複屈折を用いた水晶フィルタ ( 長原脩策）(30)
回折格子型位相フィルタ (R.L.Townsend) (31)
ENG 2/3 インチカメラ用 10 倍 /F2.0 ズームレンズ (A10 × 10.5) 開発
小型軽量
Bayer 方式発明
初のオートフォーカス搭載テレビレンズ (P18 × 16 B-AF) 開発
アクティブ AF-TTL 方式 TTL (Through the Lens)
1 インチカメラ用高倍率ズームレンズ (PV40 × 13.5) 開発
1984 年開催ロスアンゼルス五輪で活躍
オンチップマイクロレンズ (32)
1 インチ HDTV カメラ用ズームレンズ (PV14 × 12.5HD) 開発
直径 16.5mm カメラ用超小型レンズ開発
立体カメラ用複眼レンズ開発
可変頂角プリズムを搭載した放送用初の光学防振レンズ J14a × 17KRS-V 開発
ENG 用非球面 10.5-378mm, F2.0,36 倍ズームレンズ A36 × 10.5 開発

ビデオカメラ技術の系統化

119ズームレンズが付いたカメラとなった。1958 年には(2)管と違って、CCD では感光面が画素配列で精度よくキヤノンが国産初のズームレンズを開発している 。

決まり、変動することがないので、これにより、運用

放送局用カメラはダイクロイックプリズムを有する

中に RGB 画像の色ずれが生じる不具合が解消された。

3 管式、3 板式が主流であったので、プリズムを装着

その後、高級タイプのビデオカメラにも 3 板式が使するためにバックフォーカスを長くする必要があり、われるようになり、CCD を高精度に固着させる自動

設計上の制約があった。その後、家庭用では単管式、化技術が開発され、本格的量産が可能になった。

単管式が主流になり、この制約はなくなった。その
反面、RGB の画像を同一平面上に結像する必要があ

2.3 CFAり、色収差を最小限にする設計が必要になった。その後、HDTV 時代になって高解像度化が必要になった

カメラ用 CFA では 1976 年コダックから Bayer 方(11)(12)式が提案され (18)、RGB 原色タイプの CFA の主流とビデオカメラでは手軽に誰もが使えることが必要な

なった。

。

ことから、まず、光量調整で自動絞りが搭載され、そ当初、単管式カメラの色フィルタはストライプタの後、オートフォーカスが普及し、更に、手振れ補正

イプが主流であり、撮像管の工程で高熱処理が必要でが入るようになった。また、小型軽量化競争が盛んで、あったため、多層干渉膜が用いられた。30 数層に蒸プラスチックレンズの採用、非球面レンズの導入によ着された多層干渉膜を逆エッチングで十数ミクロンのり、レンズ枚数が減少していった。

幅でストライプ状に形成する技術が東芝で開発され、
富士写真光機で量産化された。これにより、カラー用

2.2

撮像管、クロミコンが製品化され (19)、世界初の単管

ダイクロイックプリズム

式ビデオカメラの誕生につながった (20)。

ダイクロイックプリズムは図 2.2 に示すように、レ1980 年以降は CCD の開発と共に、CFA の開発競ンズから入射した光線を RGB 3 色光学像に分解して争が始まり、CCD の上に CFA を高精度で張り合わせ結像させる光学部品である。1960 年 Philips から提案る方式が採用された。安価に製造するために干渉膜の

され

(13)

、3 管式、3 板式には必須の光学部品になった。

無機フィルタから染料の有機フィルタに代わって行っ

3 個のプリズムで形成され、第 1 面で B 光線が、第 2た。CFA が印刷技術で作れることがわかり、凸版印刷、面で R 光線がそれぞれ選択的に反射されるので、透

大日本印刷など印刷会社がビデオカメラの製造にかか

過光線は G 光線だけになる。反射された RB 光線はい

わるようになった。

ギザギザをなくした

ずれも 2 回の反射で結像されるので、G 光線と同じ倒

一方で、CCD と CFA を別々に作って張り合わせる

方法では工程が複雑になると共に、ごみの管理がしに立像となるのが特徴である。

くいことから、CCD の上にダイレクトに CFA を形成する技術開発が進んだ (21)-(26)。

2.4 光学 LPF
CFA を用いて CCD から色信号を取り出す場合、サフォントをそろえたンプリングすることになるので、図 2.3 に示すように、被写体にサンプリング周波数の 1/2 以上の高周波成分
図 2.2ダイクロイックプリズム
ダイクロイックプリズム 
図
(13)

偽色信号

その後、プランビコン撮像管の残像低減のためにバ
イアスライトが効果があることがわかり、バイアスラ
イト組込みダイクロイックプリズムが開発された (14)。
3 板式用ではダイクロイックプリズムに直接 CCDを高精度に固着させる技術が開発された (15)-(17)。撮像

120

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

レ
ベ
ル

輝度信号

周波数 

変調色信号



図 2.3 偽色信号発生の要因
図 偽色信号発生の要因

表 2.2 光学 LPF の種類が含まれていると折り返し成分と重なって、偽信号がしなくなってきた。これを改善するために、層内レ発生する。図 2.4(a) は中心から外側に向かってリングンズを設けて改善を図るなど数々の改善が施されての幅と間隔がが次第に狭くなっている CZP(Circular

いる (35)-(40)。

2.6

その他の光学系

次に、黒レベルの基準を得る方式と色再現について
記す。
2.6.1

(b) 偽信号の発生( ) CZPチャート(a)

OB (Optical Black)

映像信号では黒レベルの基準が安定していないと色図 2.4 偽色信号発生の要因
図2 4 偽色信号発生の要因
図2.4

バランスが崩れ、また、画面が暗い、明るいなど安定

Zone Plate) チャートで、これを撮影すると図 (b) に示しない。この安定化には基準電位を設けてこのレベル

すように、本来ない部分に無数のリングが見えてくる。

で映像信号をクランプする。

これらが全て偽信号である。偽信号をなくすには被写基準電位を設けるために必要なのが OB である。

体の高周波成分を落とせばよい。この目的で、光学OB は撮像管時代に既に東芝から図 2.5 が提案されていLPF が用いられている(27)(28)。これには表 2.2 のような種類がある (28)。現在用いられるのは大部分が結晶の複屈折を用いた人工水晶フィルタ
折格子型位相フィルタ(31)(29)(30)

る (41) 。現在の CCD、CMOS イメージセンサを通して全てに用いられている重要な技術である。

で、一部に回がある。

2.5 マイクロレンズ
CCD は表面に設けられたフォトダイオード部分に入射した光が光電変換に寄与するだけであって、その他の部分に入った光は無効になってしまう。このため

図 2.5 OB の実際

図2.5 OBの実際(41)

表面に何も処理をしないと光の利用率は 20 ～ 30％程

(41)

度に低下する。
これを改善するために、フォトダイオードの上部にマイクロレンズを設けて光の利用率を向上する方法がとらえている。これも CFA と同様に、CCD の表面に一体構造で形成される。

色再現

カメラでは色再現は重要な技術で、放送用カメラを中心に広く研究開発が行われてきた (42)(43)。
表示デバイスの 3 原色の色特性に基づき計算された最初の発表は 1983 年に NEC から行われている
その後、量産化され感度向上に寄与している

2.6.2

(32)

。

(33)(34)。

結果に補正を加え、原色フィルタの分光特性は図 2.6のような特性が用いられている。

最近では画素の微細化に伴い、フォトダイオードの一方、照明の色温度、波長分光特性も重要であり、位置が相対的に表面から深くなり、光が有効に到達

屋外、屋内の切り替えはもとより、照明の色温度によっ

ビデオカメラ技術の系統化

121

てホワイトバランスが自動的にとれるようにカメラはズム系を具えるテレビジョン撮像装置、特公昭

設計されている。

38-23724、1963 年 12 月 7 日（優先権主張 1960 年

ここでは多くのスペースがとれないので、参考文献

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ビデオカメラ技術の系統化

123

3 撮像デバイス
白黒テレビ放送の時代に活躍し、カラー放送の初期に3.1 撮像デバイスの歩み

使われた撮像管であった。しかし、IO は特性は優れ(1)ているが、使用前に電子ビームなどの念入りな調整を

ビデオカメラの key element である撮影デバイスが必要とし、一般用に使えるものではなかった。
次に、光量に応じて電気抵抗が変化する光電効果をどのように進展してきたのか概観する。

用いた光導電型撮像管が出現する。RCA の Weimer
3..1.1

らが考えた Sb2S3 を光導電膜に用いたビジコンは産業

撮像管

ビデオカメラに最初に使われた撮像デバイスはビジ用、家庭用のカメラに盛んに用いられた。

コンという撮像管であった。初期の 10 年ほどは撮像

世界初の家庭用単管式カラーカメラは色フィルタ内管が使われていたが、1970 年にベル研究所から CCD

蔵のビジコンが使われたもので、1974 年東芝から当の発表があると、内外のメーカは一斉に研究開発を進時の価格 298,000 円で発売された。本格的な家庭用カめ、日本の半導体技術の進歩に歩調を合わせて研究開

ラーカメラのルーツであった (2)。

発が進み、80 年代後半には撮像管から CCD に置き換

ビジコンは残像が多いのが欠点であったが、光導電膜に PbO を用いたプランビコンはこれを解決し、放わっていった。
撮像デバイスの歴史を振り返ってみると、表 3.1 のようにまとめることができる。撮像デバイスはテレビ

送局用の 3 管式カラーカメラには殆どの機種で採用された。

用のカメラとして、1884 年のニポーの円盤と呼ばれる機械式が最初といわれている。これから約 50 年後

3.1.2

固体撮像デバイスの解像管は初めての電子式であったが、蓄積動作がな

撮像管に対し、半導体で構成された撮像デバイス

いため、感度が著しく劣っていた。アイコノスコープ

を総称して固体撮像デバイスと呼ぶ (3)。実用的な固体はこれを改善したもので、蓄積型撮像管の最初のもの

撮像デバイスの研究開発は CCD の発明 (4)(5) 以降になであった。これを改良したイメージオルシコン (IO) がる。 当 初 は BBD(6)、CID(7)(8) を 含 め て CTD（Charge

表 3.1 ビデオカメラ用撮像デバイスの変遷
種類
機械式

名称
ニポーの円盤（1884 年 Nipkow)
解像管・Image Dissector (1931 年 Farnsworth)
アイコノスコープ（1933 年 Zworykin)
イメージオルシコン (1946 年 Zworykin)
SEC(1964 年 Westinghouse)
SIT(1971 年 RCA)
ビジコン (1940 年 RCA)
プランビコン (1962 年 Philips)
カルニコン（1971 年東芝 )サチコン (1972 年 NHK・日立製作所）
ニュービコン（1974 年松下電器）
HARP 管 (1994 年 NHK)

電子式
イメージ型

光導電型

像倍型
固 体

XY アドレス

電荷転送

CMOS

124

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

ホトスキャナ（1963 年 Honeywell)
TFT(1964 年 RCA)
スキャニスタ (1964 年 IBM)
Phototoransistor Array(1966 年 Westinghouse)
MOS 型イメージセンサ量産 (1981 年日立製作所）
BBD(1969 年 Philips)
CCD(1970 年 Bell)CID(1971 年 Philips)
CPD(1979 年松下電器）
アコーデオン CCD（1984 年 Philips)
CSD(1984 年三菱電機）
CMOS センサ (1993 年 Fossum)

Transfer Device、電荷転送素子）とも呼ばれていた。

置き換わってきた。

3.1.3

3.1.5

CCD

他の固体撮像デバイス

CCD の出現によって、固体撮像デバイスの研究開発は一気に加速されていくことになった (9)。日本では(a) MOS 型

東芝、NEC、日立製作所、松下電子工業、ソニーな1980 年代に日立製作所から実用化された MOS 型

ど大手半導体メーカが一斉に研究開発に乗り出した。

は画素内増幅器が設けられてなかったのが、現在の1980 年代はテレビジョン学会 ( 現在、映像情報メディ

CMOS 型との相違である。しかし、CCD にも適用可

ア学会 ) でイメージセンサの研究会を開くといつも会

能な数々の研究成果が開発されていったことは注目に場に入りきれないほどの技術者が集まり、閉会後も値する。npn 構造 (22) や非破壊読み出し、走査線ごとメーカ間の垣根を越えて、夜遅くまで熱心にアイデアをに画素を 1/2 ピッチずらす画素ずらし (23) など数々の考え、議論して、技術力の向上を図り、力を合わせて技術開発が行われた。また、固定パターンノイズの抑製品化を目指していた (10)(11)。これが現在の日本の撮像圧方式も開発された (24)。さらに、各画素に水平スイッ技術が世界トップになったエネルギーであろう (12)(13)。

チトランジスタを設けることにより、信号読出しを水CCD が中々製品化されなかった最大の理由は製造

平線からにした TSL(transversal signal line) 方式で特工程中の傷欠陥とゴミとの戦いであった。イメージセ性改善が図られた (25)。しかし、CCD の低ノイズに勝

ンサでは大面積の感光面を持ち、20 万画素のセンサてず、一旦姿を消すことになった。

が無欠陥で動作しなければならない。各メーカは量産化に見込みをつけて、製品化の報道発表をしても実(b) 積層型際の製品が出てくるまでにかなりの時間を要していた)(14)(15)積層型の撮像デバイスは CCD や MOS 型センサをスイッチだけに使い、上部に積層された光導電膜で光。

電変換を行うことにより、開口率の向上を図ろうとす
3.1.4

CMOS イメージセンサ

るものであった。

ビデオカメラの撮像デバイスでは CCD で決まりとCCD や CMOS センサでは光電変換するフォトダイ

思われていたが、カメラの小型化、LSI の高集積化のオードとスイッチングや転送の走査回路が半導体チッ

期待から 90 年代後半から新たな撮像デバイスの動き

プの同一平面上に形成されている。このため、光のが出てきた。CCD は高性能な特性を得るために、±利用率が悪く、開口率が大きく取れなかった。光電変の 3-5V 程度の電源の上に、10V 近くの高圧電源が必

換と走査を積層構造にすればそれぞれが自由に設計で要であった。このために、回路部分も含めた 1 チップ

き、開口率も 100％近くに向上できると考えられた。

化が困難であった。

日立製作所 (26)(27)、松下電器 (28)、東芝 (29) 等で研究開発

このような状況下で、1993 年 E. R. Fossum がアクティブ型 CMOS イメージセンサを提唱した。これがされ、HDTV 用の 200 万画素が開発され (30)(31)、放送用カメラにも使われたことがあった (32)。

現在の CMOS イメージセンサの最初といわれている(16)。Complementary Metal Oxide Semiconductor、相(c) 増幅型 等

補性金属酸化膜半導体という LSI の設計、製造プロセ

フォトダイオードで光電変換された信号電荷をス技術、CMOS プロセスを用いた撮像デバイスとい

MOSFET で増幅する AMI(Amplified MOS intelligent

う意味である。

imager) が NHK(33)-(35)、オリンパス光学工業、三菱電機

1995 年に同じ E. R. Fossum から CMOS イメージ
センサによる 1 チップ化の構想が発表になりなどで研究開発が進められた。

(17)(18)、各また、CCD と MOS 型の長所を合せた CPD(Charge

機関で研究開発が一気に活性化された。その後、DSP

Priming Device) (36)、CCD の 改 良 型 CSD(Charge（Digital Signal Processing）内蔵の 1 チップカメラのSweep Device) (37)、
アコーデオン CCD(38) などもあった。

実現を目指して開発が進んだ (19)-(21)。1997 年には東芝

一方、静電誘導フォトトランジスタで光電変換するから 130 万画素の CMOS センサを用いたデジタルカ

SIT(Static Induction Transistor)(39)(40)、が東北大学とオメラが発売され、注目を集めることになった。現在でリンパス工業で、CMD(Charge Modulation Device) (41)はデジタルカメラ、携帯電話、タブレット端末を中心(42)に大きな市場が形成され、ビデオカメラも CCD から

P h o t o d i o d e D e v i c e ) (43)、 F G A ( F l o a t i n g G a t e

が NHK とオリンパス光学工業で、APD(Avalanche

ビデオカメラ技術の系統化

125Amplifier) (44)、BASIS(Base Stored Image Sensor) (45)のコイルアセンブリが不要になり、小型化に好適であ等が研究されてきた。

る。
18mm 撮像管では外径がほぼ 18mm であり、大砲

3.2 撮像管のような 4 インチ半のイメージオルシコンと比べると格段に小型化が達成されている。

1974 年のビデオカメラに最初に用いられた撮像デ

撮像管については参考文献も少なくなっているのバイスは光導電膜に Sb2S3（3 硫化アンチモン）を用で簡単に図 3.3 を用いて、動作を説明しておこう (47)。

黒矢印を入れたいたビジコンという撮像管であった。これ以降、撮像管時代が続く中で、ビジコンの欠点であった残像軽減のための研究が進み、光導電膜に PbO を用いたプラ
ンビコンが登場し、これに刺激を受けて国内ではサチコン、カルニコン、ニュービコンなどの撮像管が次々に発明された。
プランビコンは 1962 年 Philips によって開発され、撮像管 3 本を使用する、いわゆる 3 管式カラーカメラに使用され、放送のカラー画質は著しく改善された。

(47)
図 3.3 撮像管の構造

図撮像管の構造

これに対し、サチコン、カルニコン、ニュービコンは
ビデオカメラに使用され、ビジコンの欠点であった残フェースプレートは光学ガラスでできていて、内面像が改善され、これも画質向上に寄与した。

に ITO( いわゆるネサコーティング ) が真空蒸着で作

図 3.1 は単管式カラービデオカメラ用撮像管とCCD
図3.1 撮像管とCCDられ、その上に光導電膜が形成される。左側からレンズを介して光が入射し、この光導電膜上に光学像が結像される。撮像管内部は真空が保たれ、ヒーターで温めれた電子ビームが光導電膜を走査すると、光学像によって、光電効果で蓄積された信号電荷が ITO の部
分から取り出されていく。この動作は図 3.4 の等価回路によっても説明できる。

図 3.1 撮像管と CCD(46)との外形比較である (46)。左から電磁偏向電磁集束 ( いわゆるマグマグ ) の 1 インチ撮像管 E5180、次が電磁偏向静電集束 ( いわゆるマグスタ ) の 18mm 撮像管、その隣がカラー用 1 インチ CCD、右端が白黒用 1 イ
ンチ CCD である。なお、撮像管の場合は電子ビーム
を偏向集束させるためにコイルアセンブリが必要にな
黒矢印を入れたる。図 3.2 に示すように静電集束の場合には撮像管の中に、集束機能が内蔵されているので、外部に集束用

図3.4 撮像管の等価回路(46)図 3.4 撮像管の等価回路 (47)

光学像によって光導電膜上には信号電荷が蓄積されていくので、電子ビームで走査することは電子ビームの太さに相当する各画素をスイッチングしていくことと考えられる。各画素が混じり合わないためには光導電膜の抵抗が大きく、横方向に電荷が移動しないこと(46)

が必要になる。
図 3.2 電磁集束と静電集束の違い (47)図 電磁集束と静電集束の違い126

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Vol.18 March 2013

電極 b の下に蓄積されていた信号電荷は電極 c の下

3.3 CCDに移動する。このとき、電圧 a の下は障壁となって信号電荷の逆方向への移動を妨げている。徐々に変化さ

3.3.1

せていた電極 b の電圧が +0.5V になれば電極 c の下構造

CCD の発明当初は図 3.5 に示すように簡単な構成
で信号電荷が蓄積・転送できるということで、半導体に全ての信号電荷が蓄積される。この動作を繰り返して行けば、信号電荷は右方向に次々と転送されていくメモリと撮像デバイスと両面からの応用が研究開発されてきた。しかし、撮像デバイスとしてのメリットが大きいことがわかり、実用化に向けての開発が盛んになっていった。

3.6
3 相駆動波図3.6図3相駆動波形
図
相駆動波

(1)

ことになる。言葉で説明した動作を 3 相の波形で示すと図 3.6 のようになる。

図3.5 CCDの構造

このように電極 3 個ごとに電圧を順次切り替えて、信号電荷を転送する方法を 3 相駆動という。3 相駆動
では +5V から +0.5V までの間にアナログ動作が必要になり、2 値のパルス波形では実現できない部分がある。
そこで実際の CCD では水平転送には 2 相駆動、垂直転送には 4 相駆動が用いられている。

図3.5 CCDの構造 図 3.5 CCD の構造 (1)CCD の基本構造は 図 3.5 に示すように、
MOS キャ
パシタを接近させて並列に多数並べたものである。半導体表面に絶縁膜を介して電極を多数並べただけのシンプルな構造である。各電極に電圧を順次、加えていくことにより、信号の蓄積と転送という二つの動作が行える。
信号電極を 3 組ごと a、b、c に区切って、これらに加える電圧を変化させていく。信号蓄積の状態では電また、構造自体も図 3.5 のような単純なものでは転送効率、S/N が確保できないことがわかってきて、撮像デバイス特有の数々の改良が施されていった。
3.3.2

CCD の種類

現在、実用化されている CCD 撮像デバイスの種類
は図 3.7 に示すように 5 種類ある。光電変換用にフォトダイオードを設けるか、CCD 自体で光電変換まで行うか、１画面の CCD メモリを設けるかどうか、による組合せである。
いわゆる 200 万画素 CCD では水平に 1920 画素、垂極 a と c に低い電圧＋ 0. ５V、電極 b に高い電圧＋

直に 1080 の有効画素数が設けられているが、ここで5V を加える。MOS 構造の場合と同様に、高電圧が加は説明の便宜上、4 × 4 画素、すなわち、水平 4 画素、えられた b 電極の下にポテンシャル井戸ができ、こ

垂直 4 画素、合計で 16 画素の場合を表している。この状態で光を当てると発生した信号電荷が移動して蓄のうちで最もよく使われているのが、IT-CCD なので、積される。

まずこれで CCD 撮像デバイスとしての基本動作を説

電極 a の電圧を +0.5V に保ったままで、電極 c の明しよう。

電圧を +0.5V から +5V に変化させると同時に、電極
b の電圧を +5V から徐々に +0.5V に変化させる。すると、ポテンシャル井戸は図 (b) のように変化して、(a) IT-CCD
図 3.7(c) は IT-CCD (Interline Transfer CCD 、インビデオカメラ技術の系統化

127

図 3.7 各種 CCD(1)

ターライン転送 CCD) の構成を示したもので、縦長フィールドシフトパルスで垂直 CCD に電荷が転送の四角がフォトダイオード、横長の四角が垂直転送された直後には各フォトダイオードは空になるが、光CCD の電極を示している。各列のフォトダイオード

は各フォトダイオードに連続して当たっているから、の間にはそれぞれ垂直転送 CCD が配列され、最後の再び、電荷が蓄積されていく。そして、１画面の信号

行の垂直転送 CCD に隣接して水平転送 CCD が 1 ラ

全てが読み出され、垂直転送 CCD の電荷が空になる

イン分設けられている。

と、次のフィールドパルスが加えられて、フォトダイ

撮像レンズによって、この表面に被写体の光学像が結像されると各フォトダイオードで光電変換が行われ、信号電荷が蓄積され、電荷像ができる。
この電荷像を CCD では縦横に順次、信号を転送していき、１個の信号出力端子から信号を取り出すように工夫されている。この役目をするのが CCD 転送部

オードから信号が読み出されて、再び、最初の状態に戻り、上記動作が繰り返される。
IT-CCD はビデオカメラ、デジタルカメラなど広く使われ、特殊用途以外、殆どのカメラにこの CCD が使われ、普通に CCD といえばこのタイプをいう。
画素数は 1982 年、CCD が製品化された当初は 20
万画素 (400H × 480V) であった。また、１画素の大である。
16 画素のフォトダイオードに蓄積された信号電

きさも発売当初は 13 μ m × 22 μ m 程度もあった。

荷はフィールドシフトパルスにより、一斉に、垂直

これが 2010 年時点では微細化技術を含む技術進歩に

CCD の一部、
図 (c) では 1 つおき、に転送される。次に、

よって、1.7 μ m × 1.7 μ m になっている。

垂直 2 画素が加算された上、4 列の垂直転送 CCD が並列に垂直方向に電荷を転送していく。垂直に転送さ128(b) FF-CCD

れた信号電荷は水平転送 CCD に送り込まれ、1 行分、

図 3.7(a) は FF-CCD (Full Frame-CCD、フルフレー

水平 4 画素の信号が入る度に、信号を水平方向に転送

ム CCD) で、垂直転送 CCD が光電変換も兼ねている。

し、左端に設けられた出力回路を通して出力される。

もっとも CCD の原点に近い形である。図 3.5 の CCD

水平転送 CCD が空になると次の 1 ラインの信号が送原理説明と同じ動作で信号の蓄積・転送を行っていく。

り込まれるという動作を繰り返す。このようにして 1

CCD 表面に光が入射しなければならないので、CCD

ラインずつの信号が出力端子から得られていく。

の各電極をポリシリコンなどの透明電極で形成する。

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FF-CCD は CCD の中で構造は最も簡単であるが、信号電荷の転送中にも光がかぶってしまうので、撮影にはストロボ発光のように照明をオンオフするか、写真機のようにメカニカルなシャッターが必要である。蓄積期間中だけシャッターを開いて光を入れて、シャッターを閉じて光を遮蔽してから信号電荷の転送を行うようにする。
当初はチップサイズを小さくできるので、内視鏡などの微細カメラに使われたこともあるが、現在ではほ図 3.8 IT-CCD1 画素の構造 (48)

とんど使用されない。

の断面構造を図 3.8 に示す。文献 (48) を参照して加工(c) FT-CCD

した。中央のマイクロレンズが付いている下が感光部、図 3.7(b) は FT-CCD (Frame Transfer-CCD、フレー

その右側に垂直転送部が配置されている。図中に示し

ム転送 CCD) で、FF-CCD の感光部と水平転送 CCD

た四角い枠で囲まれた部分が性能向上に顕著な効果がの間に CCD 蓄積部（１画面のメモリー）を設けたもあった日本の発明である。

のである。感光部で蓄積された全画素の信号電荷を光

図 3.5 に CCD の原理説明を行ったが、実用化され遮蔽のできる蓄積部に素早く転送して、転送中に光がた構造は性能向上のためにかなり複雑な構成になってかぶるのを防いでいる。

いる。

CCD 発明当初はこの FT-CCD が盛んに研究されたが、チップサイズが大きいこと、光の漏れによるスミ(a) フォトダイオード

ア現象（強い光が入ると、垂直に白線が見える CCD

フォトダイオードは半導体 n 基板の上に p-well を特有の現象）が避けられないことにより、日本では使形成し、その上に n ＋ 層を形成する、いわゆる n ＋ pn

われる機会は少ない。

構造になっている。更に、n 型層の上に p ＋ 層が形成され、フォトダイオードを表面でなく、ややバルク側(d) FIT-CCDに形成したことに特徴があり、埋め込みフォトダイ

図 3.7(d) は FIT-CCD (Frame Interline Transfer-

オードと呼ばれる。構造は表面から p ＋ n ＋ pn となっ

CCD、フレームインターライン転送 CCD) で IT-CCDている。この構造によりフォトダイオード界面が空乏に１画面の CCD 蓄積部を設けたものである。IT-CCD

化しないようにでき、界面に発生しやすい暗電流が抑よりチップサイズが大きく、垂直転送が 2 種類必要

制され、暗電流に起因する固定パターンノイズを一桁で動作が複雑になるが、IT-CCD の欠点であるスミア以上下げることができるようになった。

を低減でき、CCD では最高の性能が得られる。従っp-well はフォトダイオードの下を薄くして、基板方て、性能重視の放送局用のスタジオカメラや取材用の向に pn 構造を作り、強い光で過剰に発生した信号電

ENG カ メ ラ (Electronic News Gathering Camera) に荷を基板側に捨て去るような構造に工夫されている。

は FIT-CCD が使われている。

これにより、ブルーミングを抑えることができ、さ放送局用カメラの主流は現在、2/3” FIT-CCD で、らに、近赤外光線のような長波長光線は p-well の深S/N 62dB、画素数は 200 万画素の HDTV 対応が使わい部分まで達して光電変換されるので、長波長光線にれる。

よる電荷が消滅し、可視光成分が効率よく蓄積できるようになる。これを VOD 構造（Vertical Overflow(e) 全画素読出し IT-CCD
図 3.7(e) は全画素読出し IT-CCD で 1 個のフォトダ

Drain 構造、縦型オーバーフロードレイン構造）と呼び、CCD の微細化、高密度化に大きく貢献した。

イオードに対して垂直転送 CCD の電極 3 ～ 4 個が対

この構造を採用すると、基板電圧を制御する事によ

応して、一度に全てのフォトダイオードの信号が読みり、フォトダイオードに蓄積されていた信号電荷を一出せるようにした構造である。

斉に基板方向に消去できることになる。そこで、任意の時間にパルスを加えることにより、それまでの間に

3.3.3

CCD の構造

現在、実用化されている代表的な IT-CCD の 1 画素

蓄積されていた信号を消去する方式で電子シャッター動作が容易にできるようになった。

ビデオカメラ技術の系統化

129

なお、この埋め込み型フォトダイオードの構造は(d) 転送部転送方向の構造
図 3.9 に水平転送用 2 相駆動 CCD と垂直転送用 4

CMOS イメージセンサでも使われている。

相駆動 CCD の構造を示す。
(b) 色フィルタ

電極はいずれも、オーバーラップ構造にして不要なフォトダイオードの上には色フィルターアレイとマ障壁が生じないようにしている。2 相駆動では片方の電極下に p+ 層を作り電位障壁を形成しているので、イクロレンズが形成される。
これらは特殊な樹脂を塗布して染色、或いは加工を一方向への転送が可能になる。
図 3.10 に各々の波形を示す。高速転送が必要な水していくので、シリコン基板に加工、処理を施していく通常の半導体技術とは異なる工程である。
色フィルターアレイは CCD 画素と正確に位置合わ

平転送には 2 相駆動、
、比較的低速で構わない垂直転送には 4 相駆動が用いられている。

せをして、画素の上にミクロンオーダーで重ねて作られるので、オンチップカラーフィルターといわれる。
さらに、この上にマイクロレンズアレイが形成される。マイクロレンズは感光面に到達する光を集光して( ) 2相駆動波形(a)

フォトダイオード部分に当てようとするもので、これによりフォトダイオードに入る光が 2-3 倍に増加でき、
IT-CCD や CMOS イメージセンサの欠点であった光の利用効率が著しく改善される。感度向上に役立つとともに、転送電極やトランジスタ部に当る光が少なくなって遮光効果があがるメリットもある。

(b) 4相駆動波形(c) 転送電極部

図3.10
2相・4相駆動の波形
図 3.102 相・4相駆動の波形 (1)転送電極にフィールドシフトパルスが加えられると、フォトダイオードの右側に隣接して形成された

3.4

CMOS イメージセンサ

p+ 層を介して転送部の埋め込みチャンネルにフォト

CMOS イ メ ー ジ セ ン サ は 3.1.4 に 述 べ た よ う に、ダイオードに蓄積されていた信号電荷が転送される。

1995 年頃から注目を集めた。撮像デバイスの構成の転送部は n 埋め込みチャンネルの上に SiO2 の絶縁

面から IT-CCD と比べてみると図 3.11 に示すように、膜を介して Poli-Si の電極が作られ、さらに絶縁膜をフォトダイオードで光電変換された信号電荷を出力回介して Al 遮光膜で覆い、光の混入を極力抑える構造

路まで読み出す方式の違いと見ることができる。

になっている。

(b) CMOSイメージセンサ(a)(b) CMOSイメージセンサ(a)

図3 図3.11
図3.11
11 11イメージセンサの構成
図3
イメージセンサの構成

CCD
CCD

フォトダイオード

フォトダイオード

増幅器
増幅器(b) CMOSイメージセンサ(b) CMOSイメージセンサ

図 3.9 水平・垂直 CCD の断面構造(1)

図3.9 水平・垂直CCDの断面構造

130

図3イメージセンサの構成
11 イメージセンサの構成
図3.11
図3
11図3.11
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CCD(a) (a)CCD

図 3 11 イメージセンサの構成
フォトダイオード

フォトダイオード
増幅器

増幅器

CCD では図 (a) に示すように、フォトダイオード

3.4.2

特性

に蓄積された信号電荷は転送トランジスタを用いてCMOS センサでは画素ごとに増幅器を設けること

V-CCD（垂直転送 CCD）に読み出され、垂直転送、によって、以前の MOS センサの最大の欠点であった

水平転送された後、出力段に設けられた増幅器で増幅ノイズの課題をクリアすることができた。画素ごとにされて読み出される。一方、CMOS イメージセンサ

増幅器を設けたいという願いは以前からあったが、増では図 (b) に示すように、フォトダイオードに蓄積さ幅器の特性がばらつけば固定ノイズとなって使い物にれた信号電荷は画素ごとに設けられた増幅器で増幅さならなくなる。均一な増幅度を有する素子が作れるよ

れた後、垂直、水平のシフトレジスタで画素ごとにスうになったのは半導体の微細加工の進展によるところ

イッチングされ、読み出される。

が大きい。また、ノイズや画素欠陥を電子的に補正す

1 画素は CCD ではフォトダイオード、転送トランる回路技術の進歩も寄与している。

ジスタ、VCCD の一部で構成されるのに対し、CMOS

また、カラム ADC といって、水平ラインごとに信イメージセンサではフォトダイオードと 4 個のトラン号電荷を一斉に AD 変換して、デジタル信号で後処理

ジスタで構成される。図 (b) では 2 個のトランジスタができるようになったこともカメラとしての機能を大で構成された例を示したが、性能向上を図るために、きく前進できた。

最近は 4 個のトランジスタ構成が主流である。

更に、光電変換された信号電荷を速やかに出力できることも CMOS イメージセンサの大きな特徴である。

3.4.1

画素構造

1 画素が 4 個のトランジスタで構成される、いわゆ
る 4TR の画素構成を図 3.12 に示す

(49)

。

3.4.3

CMOS イメージセンサの製品化

CMOS イメージセンサを使用した製品の第 1 号は1997 年に製品化されたデジタルカメラ PDR-2 であった。

○ V

MRS

垂直信号線

CC

MA

MTG
PD

FD

ようになった。

●●

その後も主としてデジタルカメラ用撮像デバイスとして大きく成長し、更に携帯電話用には多数使われる

●

MSL

アドレス線

○

図 3.12 ４TR 画素の構成
図3.12 ４TR画素の構成

ビデオカメラ用としては主として、多画素化が要求される HDTV 用に使われ始めた。

3.5

CMOS センサと CCD

CMOS センサの 1 画素はフォトダイオード PD と読今まで述べてきたように、CCD がビデオカメラを出しトランジスタ MTG（トランスファーゲートトラン

中心とした撮像デバイスの全盛であった時代が、今やジスタ）、増幅トランジスタ MA、選択トランジスタ

CMOS センサに置き換わりつつある。

MSL（アドレストランジスタ）、リセットトランジス
タ MRS の 4 トランジスタで構成されている。

技術の内容については本報告書の主題でないので、まえがきに記載した参考文献を参照して頂くことにし光電変換された信号電荷は読出しトランジスタ MTGて、ここで CMOS センサと民生用として主流の IT-のソース部に蓄積される。蓄積された電荷はゲートに

CCD の比較をいくつか行ってみることにする。これ

パルスが印加されるとオンになり、フローティング

を通して、CMOS センサが飛躍的に伸びてきた理由

ディフュージョン FD に貯められる。選択トランジスが理解できよう。

タ MSL によりライン選択されると増幅トランジスタ
MA で増幅された信号が垂直信号線に転送される。このようにして、垂直シフトレジスタ、水平シフトレジ
スタにより、順次、信号が出力されていく。
ここで、リセットトランジスタは読出しトランジス
タと増幅トランジスタの間に設けられ、信号読出し前(a) 特徴と性能
表 3.2 は両者の特徴を示したものである。低消費電力、DSP など周辺回路の一体化などに優れていることから、小型のカメラ付携帯電話に重宝され、この分
野で主力製品になった。

に電位を一定レベルに初期化するものである。

ビデオカメラ技術の系統化

131表 3.2 CMOS センサと CCD の特徴される。これをグローバルシャッタと呼ぶ。これに対CMOS センサ
フォトダイオード
画素ごとカラム読出し
ナシ
デジタル
内蔵
内蔵可能
1 電源

し、CMOS イメージセンサでは、1 ラインずつ読み出

光電変換
増幅器
読出し
スミア
出力
FEA
信号処理回路電源

CCD
同左
出力段に一つCCD 転送有
アナログ
別チップが必要不可
3 電源

表 3.3 は両者の特性を示したもので、泣き所であった高感度化、低ノイズ化が研究されて特性上も CCDと遜色ないところに到達してきた。CCD のスミアは70dB から 90dB 程度に改善されてきたが、CMOS セ
ンサでは本質的に生じない。また、200 万画素以上の多画素化では CMOS センサの優位が決定的になってきた。撮像デバイス 30 年周期説があり、1970 年発明
された CCD がようやく主役の座を明け渡そうとしている。

されていくので、ローリングシャッタと呼ぶ。この読出し方法の違いについて図 3.13 を用いて検討してみよう (50)(51)。 時間軸が紙面の表面から奥の方へ伸びている。光学像は時間の経過と共に金太郎飴のように連続してセンサの結像面に到達している。この連続画像をどのようにサンプリングするか、すなわち、この金太郎飴をどこで切り出すかが両者の違いである。
図 (a) は CCD の読み出し方法を示したもので、特定の時間にシャッタが開いて、信号蓄積後にシャッタが閉じる。これは全画素のどこでも一様であるから、時間軸では垂直に切り出し、一定時間経過した時点で、蓄積が終了する。次に、一斉に、V-CCD に転送される。
V-CCD ではラインごとに順番に読み出されていくか
ら、時間経過と共に、斜めに順次信号を読み出していくことになる。一方、図 (b) は CMOS センサの読み出し方法で、シャッタは全画素の中で、ラインごと開い

表 3.3ていくから、時間経過で見ると斜めに切り出されるこ

CMOS センサと CCD の特性比較

項目
感度
スミア
ダイナミックレンジ
多画素化
高速化
S/N

CMOS センサ
◎
◎
○→◎
◎
◎
○→◎

IT-CCD◎△○△○◎とになる。シャッタ時間は全画素で一定であるから、時間間隔では一定期間、信号を積分していく。これが終了した時点で今度はラインごとに順番に読み出されていくから、時間経過が生じ、斜めに順次信号を読み出していく。
このように、CCD では駒ドリ撮影であるのに対し、CMOS イメージセンサは連続撮影である。したがっ(b) 読出し方法 - グローバルシャッタとローリング
シャッタ
CCD と CMOS イメージセンサでは、イメージ部に蓄積された信号電荷の読み出し方法が異なる。CCD
では全画素に蓄積された信号電荷がフィールドシフト
パルスによって、一斉に V-CCD に転送され、読み出て、動画像の場合は CMOS イメージセンサの読み出
し方法が、むしろ、自然であるが、１画面を切り出した場合に差異が生じる。被写体が動いている場合、CCD では全画素同時刻のシーンが撮像できるのに対し、CMOS イメージセンサでは全画素の中でラインごとに異なるシーンの画像を撮像することになる。そこで、CMOS イメージセンサで高速で動いている被

読出し

読出し

読出し時間

読出し時間
シャッタ時間1画面

シャッタ時間画面
時間の経過(a) の読出し方法
CCD の読み出し方法

センサの読出し方法(B) CMOS の読み出し方法

図 3.13 読出し方法の違い

図3.13 読出し方法の違い

132

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

(50)(51)

写体を撮像すると画像にひずみが生じることになる。

一方、画素が微細化されると入射する光量が減るの

このことは静止画像を撮影することが目的のデジタルで、信号量が小さくなる。感度が低下し、S/N も低下

カメラの場合には注意が必要である。

する。しかし、これらは技術開発の進歩によりクリア

この一方で、時間遅れなく、信号を瞬時に読み出
したい場合には、CCD が不利になる。図 (a) から明らかなように、蓄積終了から信号の読み出しまで三角形されてきた。

3.6 撮像デバイスの重要技術の形で時間遅れが生じる。これに対し、CMOS セン
サでは図 (b) から明らかなように、蓄積終了から信号

3.6.1

重要技術の年表の読み出しまで時間遅れが生じていない。通常の標準

撮像デバイスが実用化される段階で、特性改善や量方式では CCD の三角形の底辺は 1 フィールド時間、

産技術の確立のために、数々の重要技術が国内で開発

1/60s、16.6ms であり、CMOS センサでは最大でも時されてきた。ここでは年代別に重要技術を列挙し、表

間遅れは 1 ライン時間、1/32400s、すなわち、0.031

3.4 にまとめて項目と注釈を記す。なお、技術の詳細

μ s でほとんど無視できるオーダである。

は参考文献を参照して頂きたい。

この読み出し時間の相違はビデオカメラではさほど問題とならないが、撮像画像を用いて画像処理で制御を行うような、自動車用カメラの場合など一刻を争う場面では重要な事柄である。

3.6.2

特許・学会報告から見た重要技術

特許と学会報告を検証して、項目ごとに調査、検討を行ったので、いくつかを紹介する。
なお、特許庁は特許出願技術動向調査報告書－デジ(c) 画素ピッチの推移

タルカメラ ‐ (52) を 2009 年に刊行していて、209 ペー

図 3.14 に画素ピッチの微細化の傾向を示す。ビデ

ジには基本特許・重要特許の一覧表が掲載されている。

オカメラが実用化された 1980 年当時は 12 μ m あっ

ここに記載された技術はビデオカメラにも使われていた画素ピッチは 1995 年前後には一時 5.6 μ m の正方るものが多い。動画像は静止画像の連続と考えること

画素が主流となった。その後、微細化は一時停滞したができるからである。

が、90 年代後半からは再び微細化が進められた。
(a) VOD 構造の技術
図 3.8 に示した構造で、ブルーミングの抑制と電子シャッタの有効な手段として著しく画質と機能の向上に有益であった。表 3.5 に示すように、VOD 構造の発明は山田哲生 ( 当時 東芝 ) で平成 2 年度 全国発

画
素
ピ
ッ
チ

明表彰 通商産業大臣発明賞 受賞、平成元年度 関東地方発明表彰 科学技術庁長官発明奨励賞 受賞で関連特許がもう 1 件ある。学会発表は後藤ほか (53) があるが、(μm)

英国電子学会の論文誌のため知名度が小さい。石原は
ISSCC で発表 (54)、国内の報告もある (55)。
年

図 3.14 画素ピッチ縮小化の傾向
図3.14 画素ピッチ縮小化の傾向(b) FIT-CCD の技術
図 3.7(d) に示す 1 画面のメモリを持った CCD であ

2.2 μ m 以下になると光の波長に近づくこと、撮像る。スミアが著しく低減されるので、現在スタジオカ

レンズの回折の影響等で、結像性能が低下してカメラ

メラなど放送局用 CCD カメラにはほとんど FIT-CCDが作れなくなるといわれてきたが、技術開発の進歩にが使われる。チップサイズが大きくなりコストアップ

より、2012 年には 1.12 μ m 画素が製品化されている。

になるので、ビデオカメラには使われることは少ない。

2000 年以降は CMOS センサの画素で示してある。

表 3.6 に示すように FIT-CCD の発明は関根であるが、画素ピッチが小さくできると、画素数を一定とした特許出願はしたが、審査請求をしなかったため、特許

場合に、チップサイズを小さくでき、1 枚の半導体ウ登録されていない。代わりに後願の石原の特許が権利エハー上に多数のチップを配置できる。そこで、低コ化されている。

スト化には有効な手段である。

なお、論文では堀居賢樹のものが古い (56)-(58)。

ビデオカメラ技術の系統化

133

134

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Vol.18 March 2013年
名 前 ・ メーカ
名称備考 （ベル研究所） トランジスタ ）フォトスキャナ（）の発明 
 （） J.W.Horton
フォトダイオードを並べて順番に読み出して行けば撮像デバイスが作れるという発想
スキャニスタ 
撮像素子を並べる
素子を並べて順番に読み出して行けば撮像デバイスが作れるという発想
 
イメージセンサの原理 
の一種、CCDより1年早い 
（
発明 
（）（） Philips）
 CCD最初のエリアセンサ



水平転送に使われている相駆動
 
民生用CCDの主流

埋め込みチャンネル

横型
 

相関二重サンプリング回路
埋め込みチャンネルと類似技術
遊佐 厚、ほか(オリンパス）
型
 吉野優、ほか（松下電器）
読出し電極と転送電極を同一電極で駆動する
値駆動
 越智成之（ソニー）
フィールド読み出し 山田哲生（東芝）
表3.5参照 縦型オーバーフロードレイン 
関根弘一東芝
表参照 石原、年越智ソニー堀居、黒田松下年学会発表
 小池紀雄、ほか
型構造日立製作所
積層型（）
静電誘導フォトトランジスタで光電変換する。
東北大学、オリンパス工業

 大場、ほか
固定パターンノイズの抑圧方式開発
近村隆夫、ほか松下電器
積層型
真鍋宗平、ほか（東芝
積層型

松下電器
呼水転送
日本電気
イントリンシックゲッタリング
 寺西信一（埋め込みフォトダイオード
後にが と名付ける
竹村裕夫、ほか（東芝）
画素数より多くのパルス数で駆動することにより残留電荷を消去する
掃出し駆動 黒田隆男、ほか（松下電器）
残留電荷の除去
読出し時に光電変換素子を空乏化(95)日立製作所
型画素補間方式 越智成之ソニー
走査線ごとに画素をピッチずらす
画素ずらし
関根弘一東芝）
ハニカム特許のアイデア
市松画素配列表 撮像デバイスの年表
表 3.4 撮像デバイスの年表

ビデオカメラ技術の系統化

135石原保雄（）ソニー 
 日立製作所
 三菱電機
オリンパス光学工業
安藤文彦、ほか
 
 松下電器
 東芝 
日本電気
 
 
 
 杉木 忠、ほか（東芝）
中村信男、松長誠之（東芝）
山田哲生（富士フイルム） 
 小田和也、ほか（富士フイルム） 須川成利（東北大学）
 江川佳孝（東芝）
 
 ソニー
東芝
キヤノン

オンチップレンズ基板
アコーデオン
型方式
特性改善（各画素に水平スイッチトランジスタを設けることにより、信号読出し
の改良型


 フォトダイオードで光電変換された信号電荷をで増幅する

 用の万画素スタック開発
アクティブ型イメージセンサ提唱（）
全画素読み出し方式
順次走査方式
デジタル信号処理
内蔵のチップカメラ
グローバルシャッタ 
ラインごとにを設け、とデータ出力をパイプライン化
並列 出力アンプの雑音と熱雑音を出力アンプ自身のフィードバッククランプ方式により抑圧
ノイズ低減技術 ハニカム
画素内
画像処理と併せて化
ハニカム

横型オーバーフロー蓄積容量重露光動作（裏面照射型
携帯電話用裏面照射型
万画素裏面照射型
ビデオカメラ用裏面照射型
万画素裏面照射型
携帯電話用裏面照射型
億万画素
コマ 最大画素数

136

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013
1884年6月7日


1882年8月4日
小池紀雄
久保征治
でｐｎ構造 センサで形成

竹本一八男

固体撮像装置山田哲生
東芝
特願昭 特願昭 特願昭
1974年11月21日 年月日 年月日
特開昭 特開昭 特開昭
年月日年月日 年月日
特公昭 特公昭 特公昭
年月日 年月日 年月日


年月日
年月日 年月日
年月日
年月日

白木廣光

電荷転送デバイス 固体撮像装置

鈴木信雄
後藤浩成


年月日
石原保雄
織田英嗣
N型領域の拡散
深さを変化

固体撮像装置
固体撮像装置及びその駆動方法
山田哲生ほか
石原保雄
寺西信一


東芝
特願昭 特願昭
特願昭
年月日
年月日
年月日
特開昭
特開昭57-173274
年月日
年月日
特公昭 特公昭
特公平
年月日
年月日 年月日


－年月日 －年月日
1988年11月29日 年月日
固体撮像装置織田英嗣

固体撮像装置
の製造方法
寺西信一

特願昭
年月日
特開昭
年月日
特公平
年月日
年月日

CZ基盤の平成年度全国発
表彰で「通商産業
不純物ムラ抑制
大臣発明賞」受賞
平成元年関東地方
発明表彰において「科学技術庁長官
発明奨励賞」受賞
寺西信一：記念講演イメージセンサ実用化への技術展開、－垂直オーバーフロードレインの進化－、
参考資料映像情報メディア学会、情報センシング研究会、年月日(2) 特許庁：特許電子図書館
関連論文は下記がある。



石原、ほか：縦型オーバーフロー構造イメージセンサ、テレビジョン学会誌、年月



備考

発明者
メーカ
出願番号
出願日
公開番号
公開日
公告番号
公告日
特許番号
登録日
拒絶査定
異議申立
審判
審判請求
連名者

名称

表 3.5 VOD 技術

表技術

(c) オンチップμレンズ

るため、ラインごとの読み出しに工夫がいる。残像が図 3.8 に示す構造で、結像された光学像を光電変換なく、効率よく 信号電荷を読み出していくには隣接 2に寄与するフォトダイオード上に効率よく集中させる

ラインの信号を加算して読み出していくことが有効でことで、感度向上に大きな効果がある。表 3.7 に示すある。

ように、学会発表では石原の文献が最初である。特許

基本特許は残念ながら RCA であったが、表 3.8 にでは和田らの発明が基本とされる。フォトダイオード示すようにこの特許が公知になった直後に、国内メーなどのディスクリート部品では古くから素子の上に小カも多数特許提案されていた。特許庁の審査の段階で、さなレンズを設けて集光することが行われていた。し引用された特許が登録にならならず、その後に提案さかし、CCD が形成された半導体基板の上に異質な樹れた特許の方が登録になるなど、複雑な動きが見える。

脂でマイクロレンズを傷欠陥なしに設けることにはさインタレースについては C. H. Sequin の論文がある (60)。

まざまな改良が必要であった。論文は石原が古い (59)。
(d) 加算読み出し
動画像ではインタレース ( 飛び越し走査 ) が行われ

名称表

表 3.6 FIT-CCD

固体撮像装置

電荷転送撮像装置とその駆動方法石原保雄
特願
年月日
特開昭
年月日
特公昭
年月日

固体撮像装置越智成之
発明者 関根弘一
ソニー
メーカ 東芝特願
出願番号 特願
年月日
出願日 年月日
特開昭
公開番号 特開昭
年月日
公開日 年月日
特公昭
公告番号 
年月日
公告日 
異議申立
有
年月日
拒絶査定
年月日
審判請求

特許番号 
年月日
年月日
登録日 
備考 の最初の 関根先願を審査官が 関根先願で異議申立
提案
見落とし
拒絶査定後審判請求
審査請求忘れで 拒絶なしで登録拒絶理由に対し
特許不成立
再度請求範囲を限定
して登録
名称も変更
電子シャッタ機能を有する
【文献】
 堀居賢樹、黒田隆男、松本茂則、国井孝雄：新構成撮像素子－FIT-CCD撮像素子－、昭和56年電気関係学会関西支部連合大会、、。
構成が示されているという名称はここが初めて
 


（という言葉はないが、実質の構成が図示されている。）
 

のフルペーパ

ビデオカメラ技術の系統化

137

138

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

表 3.7 μレンズ

表レンズ
名称 光電変換装置
光線式警戒
固体撮像装置およ 撮像デバイス
マイクロレンズ 固体撮像装置およ オンチップレンズ
器用受光装置
びその製造方法の製造方法
びその製造方法の製造方法
発明者 小林茂雄
山本隆司
和田孝道ほか佐藤正倫
中野寿夫ほか 青木徹郎
門村新吾
メーカ 松下電器
松下電工
松下電器
富士フイルム
日立製作所
シャープ
ソニー
特願平
出願番号 特願昭－ 実願昭50-46170 特願昭 特願昭 特願 特願平
年月日 年月日 年月日 年月日
年月日
出願日 年月日 年月日
特開昭 特開昭 特開平
特開平
公開番号 特開昭 実開昭 特開昭
年月日
年月日
年月日
年月日
年月日
年月日
年月日
公開日




特公昭
公告番号 

年月日 


公告日 



特許番号 拒絶拒絶拒絶取り下げ
年月日



年月日
登録日 
年月日
年月日
年月日
拒絶査定 年月日
年月日
審判請求
備考 センサの上に凸受光素子の上に 連名者は
連名者は凹レンズと平坦層と 特許庁調査報告
レンズを密着する 可視光カットフィル 照井康明
笹野晃
凸レンズを設ける
オンチップレンズ
タを球面状に覆う 吉野優、太田善夫
筒井謙
製造方法
の量産特許
エミー賞受賞
塚田俊久
かなり限定
特開昭
特開平
参照特許
実開昭
特開昭
特開平
特開平
文献


ビデオカメラ技術の系統化

139

電荷転送型映像感 固体撮像装置
知装置の作動方法
P.A.レビン
太田善夫
RCA
松下電器
US 491836
特願昭49-131701
1974年11月14日
1974/7/25優先権
特開昭51-36819
特開昭51-57123
1976年3月27日
1976年5月19日
特公昭54-41363
1979年12月7日
1003021
みなし取り下げ1980年6月27日-

カラー固体撮像
装置
太田善夫
松下電器
特願昭50-82996
1975年7月4日
特開昭52-6416
1977年1月18日
特公昭58-14789
1983年3月22日
1185619
1984年1月20日

特開昭51-29021

固体撮像装置

照井康明
和田孝道
吉野優

竹本一八男
久保征治
佐藤和弘
長原脩策
特開昭51-31119 特開昭51-36819 特開昭51-57123 特開昭52-6416
特開昭51-36819
特開昭52-155010 特開昭52-2403
特開昭53-77125

小野寺秀夫
高橋健二
佐藤和弘

インターライン型 カラー固体
CCD撮像装置
撮像装置
長原脩策
太田善夫
越智成之
小池紀雄
日立
松下電器
ソニー
日立
特願昭51-71142 特願昭51-154017特願昭51-157234 特願昭52-82965
1976年6月18日 1976年12月20日 1976年12月24日 1977年7月13日
特開昭52-155010特開昭53-77125 特開昭53-80119 特開昭54-37427
1977年12月23日 1978年7月8日 1978年7月15日 1979年3月19日
特公昭60-43704 特公昭60-28435 特公昭62-40910 特公昭58-53830
1985年9月30日 1985年7月4日 1987年8月31日 1983年12月1日
1522884
123058
審判拒絶
1306183
1986年3月13日 1989年10月12日 1984年9月19日
1984年8月28日
1985年7月25日
審判昭59-17716
審判昭60-17670
1984年9月25日
1985年8月29日

固体撮像装置C. H. Sequin : Interlacing in Charge-Coupled Imaging Devices, IEEE Trans. Electron Devices, Vol.ED-20, No.6.p. 535 , 1973.

参照特許

発明者
メーカ
出願番号
出願日
公開番号
公開日
公告番号
公告日
特許番号
登録日
拒絶査定
審判番号
審判請求日
備考
加算読出しの基本 1水平読出し期間に連名者
複数ラインを同時に 中部隆平
読み出す手段が書 松浦敏郎
かれている

名称

表 3.8 加算読出し文献(17) E. R. Fossum : CMOS Image Sensors, Electronic(1) 竹 村裕夫：CCD・CMOS カメラ技術入門、コロ(2) 竹村裕夫：家庭用単管式カラーカメラの開発、映像情報メディア学会誌、Vol.60, No.6, pp.879-882,

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1983.

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1993.

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142

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国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

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pp.29-32, 2005 年 3 月 18 日。
(92) 江川佳孝、小池英敏、岡元立太、ほか：2 重露光
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イメージセンサ、映像情報メディア学会技術報告、
Vol.31, No.21, pp.25-28, 2007 年 3 月 23 日。
(93) 竹村裕夫、片山儀高：電荷結合素子、特公昭 53911 、1978 年 1 月 12 日、1972 年 5 月 31 日出願。
(94) 吉野優、照井康明：半導体装置、特許 1398724 号、1987 年 11 月 26 日、1975 年 5 月 16 日出願。
(95) 黒田隆男、堀居賢樹：国体撮像装置の駆動方法、
特公平 4-14551、1992 年 3 月 13 日、1997 年 9 月
3 日補正あり、1982 年 4 月 26 日出願。

(90) 小田和也、小林寛和、竹村和彦、竹内 豊、山田哲生：広ダイナミックレンジ撮像素子の開発－第 4 世代
スーパー CCD ハニカム－、映像情報メディア学
会技術報告、Vol.27, No.25, pp.17-20, 2003 年 3 月
28 日。

ビデオカメラ技術の系統化

143

4 カラー撮像方式 ―その１― 撮像管時代
4.1 概要4.2 単管式

ビデオカメラに用いられてきた撮像デバイスは 70

CCD が実用化される以前のビデオカメラはビジコ

年代の撮像管、80 年代後半からの CCD、2000 年代以ンという Sb2S3 (3 硫化アンチモン ) を光導電膜に用い降の CMOS イメージセンサなどいずれも光の明暗をた撮像管が主流であった。

感じて電気信号の大きさが変化する、光電変換デバイ

撮像管は光導電膜を電子ビームで走査して、透明電極から信号を取り出すもので、電子ビームの走査と収スであった。
これは光電変換を行う撮像管の光導電膜、CCD や束にはコイルによる電磁偏向、電磁収束が一般的であCMOS イメージセンサのフォトダイオードが光の波

り、走査と収束はアナログであった。したがって、走長選択性を持たず、可視光領域の波長に感度を有する

査の均一性が難しく、走査歪みも発生するため、走査ためである。

位置が正確には定まらず、画素単位で情報をアクセス

そこで、カラー信号を得るためには何らかの光学的することは不可能であった。

手段を用いて、色信号を選択的に分離して得ることが必要であった。この手法についてはこれまで多くの研

4.2.1

トライカラービジコン

究開発が行われてきた 。撮像デバイスの数から分類

色フィルタ内蔵の単管式の最初は 1955 年の RCA

すると図 4.1 のように表すことができる。撮像管ではのトライカラービジコンである (3)。図 4.2 に示すよう

単管式、3 管式と呼ばれ、固体撮像デバイスになってに、普通は均一に蒸着される透明電極 ITO ( ネサコー

単板式、3 板式と呼ばれるようになったが、この図でティング ) をストライプ状に分割して 3 番目ごとに結は煩雑になるので、板を用いている。

線して 3 組の出力線を形成する。3 組の電極に対応し(1)

この中でビデオカメラに用いられ方式は図 (b) がほ
とんどであり、一部の特殊用途として、図 (c) が用いられる。
なお、図 (a) の面順次はアポロの月面着陸のテレビ
映像送出で話題となった。医療用など一部の業務用に実用化され、最近では内視鏡の一部、などにも用いられている。
一方、高性能が要求される放送局用のスタジオカメ
ラ、ニュース取材用カメラ (ENG)、フィールドカメラ(EFP) などは図 (c) の 3 板式である。
ここでは経緯を中心に述べるので、技術の詳細は文献 (1)(2) を参照願いたい。

(5)
図4.2
図 4.2トライカラービジコン
トライカラービジコン (5)

撮像
デバイス

レンズ

レンズ

撮像
デバイス

色フィルタ
アレイ
モータ

用撮像
デバイス
レンズ

色分解
プリズム


回転円板

面順次

色フィルタ単板式

図 4.1 カラー撮像方式
図カラー撮像方式

144

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

用撮像
デバイス
用撮像
デバイス

板式(2)

て、それぞれに RGB の色フィルタをストライプ状に設ける。すると 3 組の出力線から RGB 色信号が分離して得られる。実際にはこのような構成にすると配線間容量の影響で混色が生じ、信号の S/N が低下する。
1 インチ撮像管で 300pF にもおよび、1.3MHz で 400

青光線カット赤光線カットΩ に達する。混色を避けるためには負荷抵抗を下げなければならず、その結果、S/N が低下する。これを改善する努力が発表されている (4)(5)。
こ の ト ラ イ カ ラ ー ビ ジ コ ン を 用 い て、RCA、
Magnabox などが業務用カメラを製品化した。
4.2.2

(a)

色フィルタと波形

周波数多重

国内では日本コロンビアで、1960 年代に活発な研究開発が行われた (6)。当時は撮像管の製造メーカも限られていたため、撮像管は普通のビジコンを用いて、リレーレンズを使って、研究開発が行われた。
図 4.3 に示すように、ストライプフィルタの像を撮
像管の光導電膜上に再結像させるのがリレーレンズの目的である。( 当時はストリップフィルタとも呼ばれていた。) しかし、リレーレンズは近接画像を周辺光(b) 周波数帯域の関係

4.4 周波数多重方式
図4.4図 周波数多重方式

量や周辺解像度の劣化なしに再結像しなければなら

Bedford（Canadian Marconi）(16)(17) とキース・ティー

ず、光学設計的にも無理があり、十分な性能が得られア ( フィリップス )(18) が 2 色のストライプフィルタをなかった。

使った単管式を、1956 年にはデビッド・ラッセル・テート (EMI) が 2 色のストライプフィルタを使った単管式を提案している (19)。これらの特許提案が公告になったのは 1958 年であるから、これら 3 人の発明は先後願の関係にあるため、米国、英国、カナダ、日本でそれ

被写体

撮像レンズ

色ストライ
プフィルタ

リレーレンズ

撮像管フェースプレート

図4.3 リレーレンズを用いた単管式の一例
図 4.3 リレーレンズを用いた単管式の一例

ぞれ登録されている。当時の特許出願は公開制度がなかったため、公告にはならないと公知にならない。公知になる前に複数の特許が出願されると先後願の関係といって、同一内容でなければ登録されやすい。そこ

原理を図 4.4 に示す。図 (a) に示すように、B カッ

でこのように類似の特許が登録されることになる。

トと R カットの 2 種類のストライプフィルタを用いこれに対して日本コロンビアの最初の提案は 1961

る。被写体の光学像はこのフィルタのピッチに相当す年であるから、これらの特許が公知例となり、ビート

る周波数で振幅変調され、変調 R 信号と変調 B 信号

妨害を除去する混合器を有するなど限定された特許にが図 (b) のような関係で得られる。

なっている (20)-(22)。

また、撮像管に要求される解像度特性が図 4.4 に示

これら特許の一覧を表 4.1 に示す。

すように、6MHz と広帯域に及び、しかも、6MHz 付
近まで高 S/N が要求されるため、特別な高性能撮像管が必要になる。そのため、なかなか良い画像を安定して得ることが難しかった。
日本コロンビアでは数年間にわたって研究開発を継続し、業務用カメラとしてこの方式が実用化された (7)-(15)。
一方、世界的にはこの周波数多重方式は古くからアイデアが提案されていた。1953 年には Leslie H.

ビデオカメラ技術の系統化

145

表 4.1 周波数多重方式特許
名称
発明者
メーカ
出願番号
出願日
公告番号
公告日
特許番号
登録日

Color Television
CameraRay D. Kell
RCA
301,503
July 29,1952

Colour Television
Transmission
Leslie H. Bedford
Canadian Marconi
650,962
16-Jul-53

Colour Television
Transmission Filter
Leslie H. Bedford
Canadian Marconi
659,355
Jan. 6, 1954

2,733,291
Jan. 31, 1956

Canad 602,998
Aug. 9, 1960
シアンとイェローのスト
ライプフィルタを有する
カラーカメラCanad 578,146
June. 23, 1959
カ ラ ー カ メ ラ 用 Cy
Ye のストライプフィ
ルタ

備考

周波数多重の基本
特許

名称

色信号発生装置

発明者
メーカ
出願番号
出願日
公告番号
公告日
特許番号
登録日

デビッド・ラッセル・テート
EMI

備考

優先権主張 1956-2-24
特公昭 35-14656
1960/10/5

ストライプフィルタを有する
カラーカメラ対応 英国特許 856,002

複数のテレビジョン情報信号
を同時に発生する装置の改良
キース・ティーア
フィリップス
優先権主張 1953-11-14
特公昭 33-3361
1958/11/14

シアンとイェローのストライ
プフィルタを有するカラーカ
メラ

単一撮像管による色信号発生装置
高木俊彦、長原脩策
日本コロンビア
特願昭 36-18776
1961 年 5 月 27 日
特公昭 39-13833
1964/7/16

色彩テレビジョン信号
発生方式
高木俊彦、長原脩策
日本コロンビア
特願昭 37-31707
1962 年 7 月 26 日
特公昭 40-5170
1965/3/18

ビート妨害除去混合器を有する単管式カ
ラーカメラ

ビート妨害を避けるために 1 つの色フィル
タを傾ける周波数多重方式

複合信号発生装置
高木俊彦、長原脩策
日本コロンビア
特願昭 38-70590
1963 年 12 月 26 日
特公昭 42-12473
1967/7/14

1 つの色フィルタを傾け、副走査を行う周波数多重方式

日本コロンビアからの 3 件はいずれも右 4 件の公知例後に出願

4.2.3 周波数インタリーブ
この方式は 1970 年電気関連 4 学会全国大会で東芝

変調波を輝度信号と R 変調波の間にインタリーブすと日立製作所からそれぞれ発表された。両社の発表はる方式 (23)、日立は図 (c) のように、R と B 二つの変調

微妙な違いがあり、東芝は図 4.5(a) (b) のように、B の波を輝度信号の中にインタリーブする (24) 方式であった。

色のフィルタと波形(d)⒟ 色フィルタと波形

図 4.5 周波数インタリーブ 図4.5 周波数インタリーブ

146

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

色フィルタを交互に傾ける
点で最初

放棄

内容

備考

1978 年 12 月 14 日

松下電器より異議申立により拒絶査定 (1976.4.6)
不服審判で請求却下 ( 特許不成立 ) 特願 46-3742 と同一。

単一搬送波インタリーブ

1981.9.30

S51-7515

S51-7515

拒絶査定 (1976.4.6)
不服審判で登録

単一搬送波 120°
インターリーブ

請求範囲補正1979.10.8

単一搬送波
インタリーブ

S51-22775
1976.7.12
967285
1979.7.26

上述したようにこの方式の開発を行ったが (26)(27)、周波数

東芝
S45-11436
1970.2.12

八木基、竹村裕夫

複数の信号を得るための撮像装置

特公昭 51-32053
1976 年 9 月 10 日
8570191977 年 4 月 28 日
傾けた 2 種の斜め色フィル
タを有し、輝度信号の中に 2 つの変調色信号をインターリーブ

八木基、竹村裕夫
東芝
特願昭 44-77051
1969 年 9 月 29 日

カラーテレビジョン撮像装置。一方、日立もRCA
特願昭 46-6127
優先権主張 1970 年 2 月 11 日
S46-1207
1971.9.16
特公昭 57-22503
1982 年 5 月 13 日
1142424
1983.4.13
S51-7516
1982.10.25

ウエスターン エレクトリック
特願昭 46-3742
優先権主張 1970 年 2 月 2 日
特開昭 46-759
1971 年 9 月 3 日

メーカ
出願番号
出願日
公開番号
公開日
公告番号
公告日
特許番号
登録日
審判番号
審判登録
審判拒絶
放棄

ロバート・アダムズ・ディスチャート

ジャイジェロームブランディン
ガー、ほか
RCA
特願昭 46-6126
優先権主張 1970 年 2 月 11 日
特開昭 46-1208
1971 年 9 月 16 日
特公昭 52-1615
1977 年 1 月 17 日

スー・ヤン・シャイ、ほか

発明者

特公昭 50-34375
1975 年 11 月 7 日
822621
1976 年 7 月 28 日
2 種の色ストライプフィルタを交差配列させ、2 種の搬送波をインターリーブの関係に配置

竹村裕夫
東芝
特願昭 44-68387
1969 年 8 月 30 日

カラーテレビジョン撮像装置

色符号化カメラ方式

特公昭 49-49247
1974 年 12 月 26 日
7875221975 年 9 月 16 日
2 種類の斜め色フィルタにより、輝度信号の中に 2 つの変調
色信号をインタリーブ

江藤良純
日立製作所
特願昭 44-25544
1969 4 月 4 日

色信号発生装置

色信号発生方式

2 つの独立した画像を伝送するビデオシステム

特公昭 45-8699
1970 年 3 月 28 日
5839541970 年 9 月 22 日
単一搬送波周波数
インタリーブ方式基本

周波数分離式単撮像管
カラー・テレビジョン・カメラ
坂田晴夫
NHK
特願昭 41-30805
1966/5/16

庭用ビデオカメラの製品化につなげた
(25)

名称

発明者
メーカ
出願番号
出願日
公開番号
公開日
公告番号
公告日
特許番号
登録日
内容

名称

表 4.2 周波数インタリーブ方式特許

従来の周波数多重方式では、図 3.4(b) のように、撮多重方式に熱心であった (28)-(36)。

像管の周波数帯域が 6MHz まで必要とされていたが、周波数インタリーブ方式は図 (d) に示すように、走この方式は同じ解像度を得るために、どちらも、
査方向に対して、少なくともどちらかの色フィルタを

5MHz で十分であり、周波数帯域が格段に狭くできる
走査線ごとに位相がπ 変化するように、斜めに配置

画期的な方式である。
することが特徴で、これにより周波数を共有したまま

その後、東芝ではこの色フィルタを撮像管内部に形成で、2 つの信号を分離できる。この信号が周波数インするクロミコンの量産化に成功し、1974 年、世界初の家
タリーブされていることは 1971 年の Proc. IEEE に発表され (37) 話題を呼んだ。こののち、詳細な解析結果が報告されている (38)-(42) 。

ビデオカメラ技術の系統化

147この周波数インタリーブ方式は国内を始め、海外

良いアイデアが生まれる余地があると考えられる。

メーカからも同時期に多数の提案があった。これら

また、ある場合は専門とかけ離れた文献を皆で読んを表 4.2 にまとめて示す。坂田（NHK ）が最も古く、でいるときにも生まれる。輪講会では複数の参加者が1966 年に単一搬送波方式を提案 (43)(44)、登録になった。

あるので必ずしも専門が近い人ばかりではない。他の

その後、1969 年に、江藤 ( 日立製作所 ) が学会発表と分野で使われている技術を自分の分野に適用すると大同じ図 (c) の方式(45)

を、竹村（東芝）が学会発表と同

じ図 (a), (b) の方式を特許出願(46)(47)

白くないからと逃げてしまわずに、常に前向きに新ししている。

海外メーカからはスー・ヤン・シャイ、ほか（ウエスターン エレクトリック）が 1970 年に

(49)

、
ジャイジェ

ロームブランディンガーほか（RCA）が 1970 年にきな効果が得られることがある。専門が違うから、面い技術に関心を持つことがアイデア創出には必要であ
る。

(50)

、

周波数インタリーブ方式を提案し日本に優先権主張で

4.2.4

位相分離方式（トリニコン）

出願したが、どちらも上記提案と同一とみなされ拒絶

トライカラー方式が 3 電極にして、RGB 信号を直され特許は成立していない。ただ、1 件、ロバート・

接取り出そうとしたのに対し、トリコンは図 4.6 のよアダムズ・ディスチャート (RCA) が 1970 年に優先権

うに、電極は 2 つに分割する。しかも、ここからは位

主張で出願

(51)

したものが限定されて、特許が成立し号の取出しは 1 本にしている (52)。これによりトライ

ている。
更に、
上記特許と 1 日違いで、
単一搬送波インタリー
ブ方式が特許出願され相分離に必要な基準信号を取り出すだけで、RGB 信(48)、限定つきで特許になってカラーの欠点であった容量の影響を避けることができる。色信号は RGB の順次信号となるから、インデックス信号を基準として位相分離できる。

いる。
周波数インタリーブの学会発表と坂田特許の公告が1970 年 3 月で、上記、特許提案のどれもが 1970 年 2

この方式は 1971 年ソニーから業務用カメラとして製品化された。

文字を大きくした

月までに出願されていて、これらが全て、先後願の関係にあって、公知でない。同じアイデアを発明するの電子ビームが、世界中で、同時期にあるという興味ある現象であ

光電膜
電子インデックス素子

る。
ここで、発想の点に触れてみたい。アイデア創出の色ストライプフィルタ













フェースプレート

機会はさまざまである。ある研究所では新しいアイデ

オフセットパルス

アを盛り込んだ機器の試作に追われていた。研究所に入射光しては珍しく、残業が続き、肉体的に疲れきった状態

ターゲット電圧で床に入っていた時にアイデアが浮かんだという。今、信号出力

図 図トリニコンの断面模式図
4.6 トリニコンの断面模式図作っている機器は 2 管式で進めているが、量産の時には単管式が必要だろう。それには何か工夫が要る。単管式にならないわけは周波数帯域が広がり過ぎている

ステップエネルギー方式からである。これが問題であって、狭くできれば解決

この方式は W C G のストライプフィルタを設け、する。身近なテレビで使われている NTSC 方式は色高域成分から、包絡線検波により 2 組の色信号成分を

信号をインタリープという特殊な変調方式を RCA が分離しようとするものである (53)。図 4.7 に示すように、考え出して狭くしていることにたどり着く。周波数を比較的広帯域の LPF により輝度信号を分離する。次織り込めれば狭くでき、別々に複数の色信号を分離でに、狭帯域 LPF により色信号の一つを分離する。更きる。これを単管式に適用できれば周波数が有効利用に HPF により高周波成分を分離、二つの包絡線検波できる。それにはフィルタを斜めにすればいけるかもにより、2R+B と R+2B の色信号を分離マトリックスしれない。こうしてアイデアの整理に取り掛かる。

回路により、RGB の 3 色信号を分離する。

このように、忙しいときには気力が充実しているので、連想が次々に浮かんで行き、アイデアが固まるのに時間がかからない。
業務が忙しいから、時間の余裕がないからアイデアが生まれないということはない。業務多忙な中でこそ

148

4.2.5

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

日本ビクターから 1978 年に提案され、単管式カメラが作られた。

枚構成が使用された。

プリアンプ
撮像管

R+3G+2B=Y

広帯域 LPF

R+3G+2B

狭帯域 LPF
HPF

なお、2 管式カメラ (61) は IK-83 として業務用に製

上包絡線検波下包絡線検波

2R+B
R+2B

図4.7 ステップエネルギー方式の回路構成品化された (62)-(64)。
マ
ト
リ
ッ
ク
ス
回
路

R

当時は 100 万円を切る業務用カメラとして脚光を浴びた。

G

また、放送局用カメラとしては、NHK からイメー

B

ジオルシコンを用いた 2 管式カメラが 1964 年に開催

図 4.7 ステップエネルギー方式の回路構成された東京オリンピックで使用されている (65)(66)。
文献(1) 竹村裕夫：CCD・CMOS カメラ技術入門 、5. カ

4.2.6

3 電極方式

ラー撮像方式、pp.110-132、コロナ社刊、2008 年

1974 になって、日立製作所では 3 電極方式の撮像
管、カメラの開発が行われた(54)-(57)。

4 月。
(2) 寺西信一監修 電子情報通信学会編：画像入力とカメラ、現代電子情報通信選書 知識の森、オー

4.3

2 管式

ム社刊、2012 年 6 月刊。

周波数多重方式では撮像管にかかる負担が大きく、(3) P. K. Weimer, S. Gray, H. Borkan, S. A. Ochs

高性能ビジコンが必要になった。そこで、撮像管を 2

and H.C. Thomson : The Tricolor Vidicon – An

本用い、輝度信号を 1 本の撮像管から、RB の 2 色信Experimental Camera Tube for ColorTelevision,

号をもう 1 本の撮像管(58)(59)から取り出す 2 管式が用いられた。
図 4.8 は 1970 年に大阪万国博で公開展示されたカ
ラーテレビ電話 (60) に用いられた 2 管式カラーカメラの光学系である。

Proc. IRE, Vol.43, pp.370-371, 1955.
(4) S. Gray and P. K. Weimer : Production of Fine
Patterns by Evaporation, RCA Rev., Vol.20,
pp.413-425, 1959.
(5) H. Borkan : Simultaneous Signal Separation in
the Tricolor Vidicon, RCA Rev., Vol.21, pp.3-16,
1960.
(6) 山 崎孝：単一撮像管カラーカメラ、テレビ誌、
Vol.18, No.9, pp.530-533, 1964.
(7) 高木俊彦、長原脩策：単一撮像管同時式カラーカ
メラの考察 ( 第一報 )、テレビ学会回路委員会資料、
1963 年 3 月。
(8) 高 木俊彦：撮像管多重化カラーテレビジョン系の解析、テレビ誌、Vol.18, No.9, pp.549-557, 587,
1964.
(9) 長 原脩策、市川武雄、高木俊彦：2 ビジコン周
波数分離形カラーカメラの試作、テレビ全大予、
2-8 、1965 年。
(10) 長原脩策、長島、高木俊彦：周波数分離形カラー
カメラとその一応用、テレビ全大予、4-11 、1966 年。

図 4.8 2 管式カラーテレビ電話の光学系(11) 小松康城、長原脩策：単管式イメージオルシコン
カラーカメラ、テレビ全大予、4-8 、1967 年。

2 管式なので、青信号の搬送波 1.4MHz に設定され(12) 佐々木徹郎、長原脩策、高木俊彦：CT-11 形モノている。色信号の周波数帯域は 0.5MHz でよいから撮

カラーフィルムカメラ装置、テレビ全大予、4-3 、像管の周波数帯域は 2.5MHz もあれば十分である。光

1968 年。

学像もそれに応じて簡略化できるが、それでも周辺解
像度、周辺光量の低下を防ぐためにリレーレンズは 8(13) 信時三郎、富岡 茂、長原脩策：16m/m モノカラー
撮影機、テレビ全大予、4-2 、1968 年。

ビデオカメラ技術の系統化

149

(14) 米山、長原脩策：単管式カラーフィルムカメラの
光学系、テレビ全大予、5-6, 1969.
(15) 長原脩策、米山：周波数分離型カラーカメラの色再現性の電子計算機シミュレーション、テレビ学
会方式回路委員会資料、1969 年 9 月。
(16) Leslie H. Bedford（Canadian Marconi）: Colour
Television Transmission, Canadian Patent(28) 信時三郎、富岡 茂：単管カラーカメラ用色分解系内蔵ビジコン、テレビ全大予、3-8、1970．
(29) 長原脩策、信時三郎、加納、高木俊彦：周波数分
離式単管カラーテレビカメラ、テレビ学会方式回
路委員会資料、22-13, 1970 年 8 月。
(30) Nobutoki Takagi : A Filter Integrated Color

602,998, Aug. 9, 1960 (650,962, filed July,16, 1953)

Vidicon for Single Pickup Tube Color Television[ シアンとイェローのストライプフィルタを有す

Camera, IEEE IEDM, 10-3, 1970.
(31) 信時三郎、高木俊彦、長原脩策、富岡 茂：周波るカラーカメラ ](17) Leslie H. Bedford（Canadian Marconi）: Colour
Television Transmission Filter, Canadian Patent578,146, June 23, 1959, (659,355,filed Jan. 6, 1954)

数多重化単管カラーカメラ用フィルター内蔵ビジ
コン、電子装置委員会、資料。
(32) Nobutoki Takagi and Shusaku Nagahara : A[ カラーカメラ用シアンとイェローのストライプ

Filter Integrated Color Vidicon for Single Tube

フィルタ ]

Color Television Camera, SMPTEWinter(18) キース・ティーア ( フィリップス )：複数のテレビ

Television Conference, San Fransisco, Jan. 1971.

ジョン情報信号を同時に発生する装置の改良、特(33) 長原脩策、小林義和、信時三郎、高木俊彦：周波

公昭 33-3361 (1958-11-14)、優先権主張 1953-11-14.

数多重化単管カラーカメラ、電気四学会連大、[ シアンとイェローのストライプフィルタを有す

238, 1971.
(34) 米山正秀、国吉 孝、長原脩策、高木俊彦：単管るカラーカメラ ](19) デビッド・ラッセル・テート (EMI)：色信号発生装置、
特公昭 35-14656 (1960-10-5)、優先権主張 1956-224.[ ストライプフィルタを有するカラーカメラ ](20) 高木俊彦、長原脩策：単一撮像管による色信号発生装置、特公昭 39-13833, 1964-7-16, ( 特願昭 3618776, 昭 36(1961) 年 5 月 27 日出願 )[ ビート妨害
除去用混合器を有する単管式カラーカメラ ]カラーフィルムカメラの光学系、テレビ誌、
Vol.26, No.1, pp.14-20, 1972 年 1 月(35) 長原脩策、小林義和、信時三郎、高木俊彦：周
波数多重化単管カラーカメラの開発、テレビ誌、
Vol.26, No.2, pp.104-110, 1972 年 2 月(36) 長原脩策：撮像面多重利用カラーテレビカメラの現状と動向、電気四学会連大、273, 1973(21) 高木俊彦、長原脩策：色彩テレビジョン信号発生方(37) Yasuo Takemura : New Color Television Pickup

式、 特 公 昭 40-5170, 1965-3-18,( 特願 昭 37-31707,

System, Proc. IEEE, Vo;.59, No.2, pp.322-323, Feb.

昭 37(1962) 年 7 月 26 日出願 ) [ ビート妨害を避ける

1971.

ために 1 つの色フィルタを傾ける周波数多重方式 ](38) 竹村裕夫：斜め色ストライプフィルタによる周波(22) 高木俊彦、長原脩策：複合信号発生装置、特公昭

数インタリーブ撮像方式の検討、昭 49 年電子通42-12473, 1967-7-14,( 特願昭 38-70590, 昭 38(1963)
年 12 月 26 日出願 ) [1 つの色フィルタを傾け、副走査を行う周波数多重方式 ](23) 竹村裕夫：ITV 用カラーテレビ撮像方式の一考

信学会全国大会、1370, p.1373.
(39) 竹村裕夫：周波数インタリーブを用いたカラーテ
レビ撮像方式、電子通信学会論文誌 (A)、Vol.57-A, No.8, pp.606-611, 1974 年 8 月。

察、昭 45 年電気四学会連大予、1948、1970 年。

(40) Ysuo Takemura : Frequency Interleaving Color(24) 江藤良純、日比正男：周波数分離形新カラー撮像

TV Pickup System, IEEE Trans. Broadcasting,

方式、昭 45 年電気四学会連大予、1949、1970 年。

Vol. BC-21, No.3, pp.44-51, Sep.1975.

(25) 竹村裕夫：家庭用単管式カラーカメラの開発、(41) 竹村裕夫、佐藤逸三、金子照一、斎藤喜久雄：2

像情報メディア学会誌、Vol.60, No.6, pp.879-882,

π /3 周波数インタリーブ撮像方式、テレビジョ

June 2006.

ン学会誌、Vol.30, No.8, pp.658-664,1976.

(26) 江藤良純、日比正男：高解像度単管カラー撮像方(42) 竹村裕夫：単管式カラーテレビカメラ用周波数式の提案、テレビ誌、Vol.24,No.6, pp.460-462,

インタリーブ信号の解析、電子通信学会論文誌、

1970.-

Vol.60-B, No.4, pp.237-244, 1977.

(27) 江藤良純、日比正男：高解像度単管カラーカメラ、

150

テレビ誌、Vol..26,No.5, pp.381-387, 1972.-

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013(43) 坂田晴夫：単撮像管カラー・テレビジョン・カメ

ラ、特公昭 45-8698、昭 45 年 (1970)-3-28, 特願昭41-30804、昭 41(1966)-5-16 出願。[ 斜めの白黒ス
トライプを設けてこれをインデックスとして同期検波する単管式 ](44) 坂田晴夫：周波数分離式単撮像管カラー・テレビ
ジョン・カメラ、特公昭 45-8699、昭 45 年 (1970)-

カメラ、テレビ誌、Vol.27,No.4, pp.243-251, 1973
年4 月
(53) 高梨稜雄、三好忠義、中垣新太郎：ステップエネ
ルギー復調方式単管カラーカメラ、テレビジョン
学会技術報告、TBS48-2, pp.49-54,1978 年 8 月 25日。

3-28, 特願昭 41-30805、昭 41(1966)-5-16 出願。

(54) 西村、笹野、中野、松丸、筒井、長原脩策：3 電[ 単一搬送波周波数インタリーブ方式基本 ]

極方式単管カラー撮像管、電学全大、387, 1974.

(45) 江 藤良 純；色信号発 生 装置、 特 公 昭 49-49247、
昭 45 年 (1970)3 月 28 日、 特 願 昭 44-25544、 昭
44(1969)-4-4 出願。[2 種類の斜め色フィルタにより、輝度信号の中に 2 つの変調色信号をインタリーブ。](46) 竹村裕夫：カラーテレビジョン撮像装置、特公昭(55) 長原脩策、江藤良純、佐藤和弘、高橋健二、西村、
石橋：3 電極方式単管カラーテレビカメラ、電学
全大、388, 1974.
(56) 笹野晃、中野寿夫、松丸治男、筒井謙、西村孟郎、
長原脩策：3 電極方式単管カラーカメラ用ビジコ
ン、テレビ誌、Vol.29, No.6,pp.485-490, 1975.

50-34375、昭和 50 年 (1975)11 月 7 日、特願昭 44-(57) 江藤良純、佐藤和弘、高橋健二、長原脩策、西村

68387、
昭44(1969)8月30日 。
[2 種の色ストライプフィ

孟郎、石橋 静：3 電極方式単管カラーカメラのルタを交差するように配列させ、2 種の搬送波をイ

開発、テレビ全大、4-8, 1974.

ンタリーブの関係に配置するようにしたカメラ ](47) 八木基、竹村裕夫：複数の信号を得るための撮像装置、特公昭 51-32053、1976 年 9 月 10 日、特(58) 舟橋行平、竹村裕夫、本山博：クロミコン - ス
トライプフィルタ内蔵ビジコン -、東芝レビュー、
Vol.28, N.9, pp.1017-1022, 1973 年 9 月。

願昭 44-77051、昭 44(1969)9 月 29 日出願。[ 傾け(59) Kohei Funahashi, Yasuo Takemura and Hiroshi

た 2 種の斜め色フィルタを有し、輝度信号の中Motoyama, Toshiba Review, pp.20-26, Oct. 1973.

に 2 つの変調色信号をインタリーブ。](60) Yasuo takemura, Daiki Nabashima and Motoi(48) 八木基、竹村裕夫：複数の信号を得るための撮像

Yagi : Characteristics of the Color TV Telephone,

装置、特公昭 51-2275、1976 年 7 月 12 日、特願IEEE Trans. Broadcasting,Vol.BC-19, No.4, pp.77-

昭 45-11436、昭 45(1970)2 月 12 日出願。[ 交互に84, Dec. 1973.

傾けた斜め色フィルタを有し、単一搬送波インタリー
ブ](49) スー・ヤン・シャイ、ほか（ウエスターン エレクトリック）：(61) Yasuo Takemura, Itsuzo Sato and Hisao Tajiri: Compact Color Television Camera, J. of the
SMPTE, Vol.82, No.1, pp.12-16, Jan.1973.

2 つの独立した画像を伝送するビデオシステム、特(62) 舟橋行平、竹村裕夫、渡部弘、小林英雄、奥原光彦：

開昭 46-759, 1971 年 9 月 3 日。
（特願昭 46-3742 優

2 管式小形カラーカメラ、テレビジョン学会方式

先権主張 1970 年 2 月2 日）。但し、フィルタを傾ける、

回路研究委員会、1971 年 10 月 21 日。

R,B をインタリーブすることは 1969 年 8 月 30 日先(63) 渡部弘、小林英雄、舟橋行平、竹村裕夫：IK83

願あり。1978 年 12 月14 日放棄 ( 権利化されず ) [ 色形カラーカメラ装置 - ストライプフィルタ内蔵

フィルタを交互に傾ける点で最初。]

ビジコンと簡易型カラーテレビカメラ、東芝レ(50) ジャイジェロームブランディンガー、
ほか（RCA）：
色信号発生方式、特公昭 52-1615, 1977-1-17,( 特願ビュー、Vol.27, No.7, pp.647-650, 1972 年 7 月。
(64) Hiroshi Watanabe, Hideo Kobayashi, Kohei

昭 46-6126, 優先権主張 1970 年 2 月 11 日 ) 松下電

Funahashi and Yasuo Takemura : Compact Color

器より異議申立により拒絶査定。不服審判で請求

TV Camera, Model IK83, Toshiba Review, pp.17-

却下 ( 特許不成立 ) 特願 46-3742 と同一。

21, Feb. 1973.

(51) ロバート・アダムズ・ディスチャート (RCA)：色(65) 林 宏三、藤尾、杉本昌穂、坂井：2 撮像管分離

符号化カメラ方式、特公昭 57-22503 ,1982 年 5 月

輝度カラーカメラ、電気通信学会全国大会、582、

13 日、特願昭 46-6127、優先権主張 1970 年 2 月

1963 年 11 月

11 日。[ 単一搬送波 120°
インターリーブ ](52) 窪田泰治、黒川弘道、塩野隆史、田川進、蠣崎武広：
電子インデックスによる位相分離方式単管カラー(66) 林 宏三、杉本昌穂：2 撮像管式分離輝度カラー
カメラ、テレビ誌、Vol.20, No.5, pp.303-313, 1966
年 5 月.

ビデオカメラ技術の系統化

151

5 カラー撮像方式−その2−CCD・CMOSセンサ時代
撮像管は感光面が一様な光電膜で、電子ビームで感る方式である。

光面を走査することにより、信号を取り出していた。

ところが、動画像のテレビの標準方式ではインター

走査は偏向コイルに加える電圧によって変化するの

レース ( 飛越し走査 ) が行われている。インタレース

で、感光面上の画素の位置は精度よく定めることはでで Bayer 方式を使うと R B 画像がフィールド順次 ( 面

きなかった。

順次 ) になってしまい、R 画像と B 画像が画面ごとこれに対し CCD・CMOS イメージセンサでは感光に交互に現れてしまう。同時式に変換するためには 1

面がフォトダイオードアレイで構成されているので、フィールドメモリが必要になる、RB 画像で動きが不画素の位置はμオーダで正確に決めることができるよ

自然になるなどの欠点が生じる。そこで、動画像を扱うになった。走査も電子的なスイッチイングで行われうビデオカメラでは扱いにくい方式であった。

るので、画素の位置を正確に指定することができる。

実はこのような配列は白黒フィルムを用いてカラー

そこでカラー撮像方式では撮像管と異なる新規な方式化しようとしていた 1930 年代に盛んに研究されておが生み出せるようになった。

り、日本では特許出願されたが登録にならなかった (2)。

主要なカラー撮像方式お表 1 に示す。

Bayer 配列の CFA から色信号を分離する方式についてはいろいろな手段がある (3)-(5)。

表 5.1 主要なカラー撮像方式
年
1960 年
1976 年
1977 年
1978 年
1979 年
1979 年
1979 年
1980 年
1982 年
1982 年
1983 年
1983 年
1983 年
1983 年
1984 年
1984 年
1999 年
2007 年

項目
3 板式のもとになる色分解プリズム (20)
べイヤー方式 (7)水平画素ずらし 2 板式 (18)
べイヤー方式の改良 (19)
RB ストライプ 2 板式 (17)画素ずらし 3 板式 (1)MOS 型 W G Cy Ye 方式 (14)MOS 型 W G Cy Ye 画素ずらし方式 (15)(16)周波数インターリーブ方式 (10)イメージシフト (3)フィールド蓄積周波数インターリーブ方式 (11)-(13)スイング CCD(2)フレーム蓄積色差線順次 (6)フィールド蓄積色差線順次 (5)べイヤー方式の改良 (8)べイヤー方式信号処理方式 (9)垂直色分離型センサ (24)
WRGB 方式 (21)-(23)図5.1 Bayer 特許(1)
図 5.1 Bayer 特許 (1)5.1 Bayer 方式(a) 4×4画素の場合

単板式の基本となる Bayer 方式は図 5.1 に示すように、輝度信号に相当する Y を市松上に配列、残りの部分に 2 色の色 C1、C2 を配列する。これが 1976 年
Kodak の Bayer によって提案された基本特許 (1) である。実際には図 5.2(a) のように、光の 3 原色は RGBであるから、輝度信号を多く含む G を市松に、残りの部分に RB を配列する。図 (b) ～ (d) に示すように、
全 16 画素に対して、G は 8 画素、R と B はそれぞれ4 画素になる。この配列は水平垂直ともに対称な配列
であり、2 次元情報を扱う上で、素直に受け入れられ

152

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013(b) G画素(c) R画素(d) B画素

図 図5.25.2 BayerBayer
原色フィルタ
原色フィルタ色

RGB の原色信号の構成で示すと図 (c) のようになる。

5.2 色差線順次方式

この色分離の方法を次式を使って説明する。
これらの波形はパルス振幅変調と信号であるから、この方式は森村ら ( 松下電器 ) によって提案されたフーリエ級数で展開すると直流成分と基本波成分とで方式で加算読み出しに適した動画像に効果のある色配表すことができる。第 1 の走査線（奇数番目の走査線）

列である(6)(7)。色フィルタ配列は図 5.3(a) に示すように、

Y C M の補色 3 色と G の原色 1 色の 4 色で構成され、第 4 のラインの G M 配列が第 2 のラインの M G 配列と入れ替えていることが特徴である。この CFA を読

Y

C

Y

C

②

M

G

M

G

③

Y

C

Y

C

G

M

G

M

④

一方、第 2 の走査線（偶数番目）の走査線では

t
Y透過

第1の走査線の色信号構成

C透過t(a) 色配列

1
S0=( 2R + 3G + 2B ) / 2 + − ( 2R - G ) sin 2π f s t
2

1
Se=( 2R + 3G + 2B ) / 2 + − ( 2B - G ) sin 2π f s t
2

＋
①

では

ここで、f s は色フィルタのピッチで決まる基本周波数である。

M透過

上式より、LPF で分離することにより直流成分のG透過輝度信号を、f s を中心とする BPF で高周波数成分を第 走査線 色信号構成
第2の走査線の色信号構成

分離することにより二つの色差信号、(2R-G) 信号と(b) 2行加算読出しの信号(2B-G) 信号を走査線ごとに線順次で得ることができる。ここで示した直流成分と色差信号は輝度信号と色

図 5.3 色差線順次色フィルタ
図5.3 色差線順次色フィルタ

差信号とは若干異なるが、これらはマトリックス回路

み出す際に、まず第 1 フィールドでは第 1 のライン①等で補正することができる。

と第 2 のライン②を加算して読出し、次に、第 3 のライン③と第 4 のライン④を加算して読出し、以下この繰り返しになる。インタレースの第 2 フィールドでは

5.3 その他の方式

第 2 のライン②と第 3 のライン③を加算して読出し、

ビデオカメラで実用化されている方式は現在では原

次に、第 4 のライン④と第 5 のライン⑤を加算して読色の Bayer 方式と補色の色差線順次方式にほぼ統一

出し、以下これを繰り返す。

されてきたが、それまでには各種方式が提案実用化さこのようにすると、図 (b) に示すような信号出力がれてきた。これらの概略を示す。

得られる。ここで図 (b) の信号は 3 原色信号に直すと
図 5.4(b) のように表すことができる。これらの信号は(a) 2行加算読出しの信号(b)原色信号の構成(c) 3原色信号の構成

図5.4 色差線順次方式の色分離
図 5.4 色差線順次方式の色分離

ビデオカメラ技術の系統化

1535.3.1 WRGB 方式に配列している。画素ずらし効果による解像度の向上

Bayer 方式で光の利用率を向上しようとして、二つを行っている。

配列されている G の一つを図 5.5 に示すように W( 透5.3.3

明 ) にしたものである。

周波数インタリーブ

撮像管で行われたものと同じような画素配列を
G

R

G

R

B

W

B

W

G

R

G

R

B

W

B

W

CFA に適用したもので、赤と青信号を周波数インタ
リーブの関係で得られるようにした。フレーム読出しタイプとフィールド読出しタイプの 2 種類が東芝によって提案、一部で製品化されている (15)-(18)。

図 5.5 WRGB 配列
図5.5 WRGB配列

W 部分の画素は色フィルタで遮光されることなく、入射した光がそのままフォトダイオードで光電変換されるので、感度向上が期待できる。このフィルタ配列を用いたイメージセンサが東芝(8)-(10)

とコダック

(11)

W

G

W

G

G

C

G

C

C

Y

C

Y

G

Y

G

Y

W

G

W

G

G

C

G

C

C

Y

C

Y

Y

G

Y

G

か
(a)フレーム読出し

ら相次いで発表された。

(b)フィールド読出し

図 5.7 周波数インタリーブ

5.3.2

図5.7 周波数インタリーブ

MOS 型

日立製作所が MOS イメージセンサに注力してカメ

図 5.7 に示すように 4 × 2 画素を基本単位として繰

ラの開発を進めていく段階で数々の撮像方式の提案がり返される色フィルターアレイを用い、フレーム読み

あった (12)-(14)。CCD と異なり、複数の信号出力が容易

出しとフィールド読み出しで両方が可能である。図 (a)に得られることからその特徴を生かした色信号多重方

が W,G,C,Y の４色からなるフレーム読出し、図 (b) は式が提案された。図 5.6 に CFA を示す。図 (a) は W C

C,G,Y の３色からなるフィールド読出しである。

G Y の 4 色を用い、それぞれ 4 本の出力信号をデバイ

図 5.7(a) を用いて、動作原理を簡単に説明しよう。

スから直接取り出すもので、直交型と呼ばれた。2 行

図 (a) の フ レ ー ム 読 み 出 し で は 奇 数 ラ イ ン でW,G,W,G･･･ の繰り返し、偶数ラインで C,Y,C,Y･･･ の同時読出しを採用し、W G と Y C を同時に読み出すことにより、1 フィー

繰り返しとなる。

ルドで全画素の信号が読み出せる、いわゆるフィール

ここで

ド読み出しが採用された。一方、図 (b) は隣接したラW = R +G +B

インで位相が 180°ずれるように、画素を配列し、画

Y = R +G

素の上の設けられた色フィルタをΔで対称になるよう

C = G +B

図 5.6 MOS 型 -CFA の一例

図5.6 MOS型-CFAの一例

154

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

であるから、各走査線の信号は図 5.8(a) の ( ⅰ )( ⅱ )Eco=− 2( R + B )sin 2π f s tπEcy=− 2( R − B )sin 2π f s tπ

ここで、変調赤信号 R の搬送波は走査線毎に逆相、変調青信号 B は同相となる。
従って、R,B の変調色信号の搬送波はお互い位相がπ異なり、両搬送波信号は周波数インタリーブで織り込まれている。
5.3.4

垂直色分離

これまでは色分離を画素ごとに行う、すなわち、2次元に色フィルタを配列させて画素ごとに異なる色情報を得る方法であった。これに対して、垂直色分離型
フレーム読出し(b)フィールド読出し(a)
フレーム読出し読(ｂ)(a)(a)
フレーム読出し読(ｂ) フィールド読出しフィールド読出し(a)
フレーム読出し読(ｂ)フィールド読出し(a) フレーム読出し
読(ｂ)フィールド読出し
図 5.8
インタリーブの信号波形(a) フレーム読出し
読図5.8
(ｂ)
フィールド読出し
図5.8 インタリーブの信号波形
インタリーブの信号波形
図5.8
インタリーブの信号波形
図5.8 インタリーブの信号波形
図5.8
インタリーブの信号波形のように R,B 信号がパルス振幅変調されて得られる。

従って、奇数ラインと偶数ラインの信号の加算を行う

は 1 画素の厚み方向に色分離を行おうとするものである。各層で吸収される光以外は全て通過しなければならない。従って、配線層も含めて透明な物質で構成する必要がある。図 5.9 にこの概念図を示す。

と ( ⅲ ) のように 2B 信号が変調信号で、R+2G 信号が
ベースバンド信号で得られる。一方、減算を行うと ( ⅳ )のように R 信号が変調されて得られる。
これらの信号の周波数成分を解析するとパルス振幅
変調信号の高調波成分は信号の周波数帯域外となるので、基本波成分までに着目すると奇数ラインの信号 S0

光学像入力
B感光体
透明電極
G感光体
透明電極
R感光体

B光学像信号出力
G光学像信号出力
R光学像信号出力

透明電極

は2G + C + Y 2G -2( C + Y)
S0=+
sin 2π f s t
π2
R + 4G + B
2(R+B)=−
sin 2π f s t
π2

目的の色が分離できるような急峻な波長選択性を備えて、目的の色以外の波長についてはロスなく透過す
るような透明な物質が見つかれば理想的なイメージセ

但し、fs：CCD 画素数に起因する搬送周波数。
同様に、偶数ラインの信号 Se は
G+Y+C+G 2(G+Y) − 2(C+Y)
+
Se=
π
2

図
5.9 垂直色分離型の概念図
図5.9垂直色分離型の概念図

ンサが作れるであろう。
現時点で、この目的に近いのは、Si の波長選択性に着眼したものと、有機光導電膜を使おうとするもの、

sin 2π f s t

大別して 2 つの方式がある。
フォトダイオードに光が入射する際に断面を見る

R+4G + B
2( R − B )=−sin 2π f s tπ2と波長の短い青から順次吸収されて行き、長波長の赤

広帯域の輝度信号 Ey はどの走査線でも等しく、さ方向に分離して信号を取り出すことができれば異なEy=

R + 4G + B
2

は最も深い部分に到達して光電変換される。そこで厚る波長の信号が分離して得られることになる。米国
Foveon 社がこの原理を用いたダイレクトイメージセ
ンサを開発、シグマ社がデジタルカメラを製品化しとなる。
一方変調色信号は奇数走査線では Eco、偶数走査線
では Ece とするとた (19)-(21)。
一方、波長選択性を有する有機材料を用いて透明な光電膜を作ることにより、厚さ方向に 3 色分解された信号を取り出す試みもある。ＮＨＫ、富士フイルムでビデオカメラ技術の系統化

155それぞれ基礎的な研究開発が進められている (22)-(24) 。

(13) 原、ほか：小型 MOS 型単板カラーカメラ、テレ【文(14) 増田、ほか：PAL 方式 MOS 型単板カラーカメラ、

ビジョン学会誌、34, 12, pp.1088-1095, 1980.12.
献】(1) B. E. Bayer : Color Imaging Array, U. S. Patent,(15)Y.Takemura and K.Ooi : New Frequency In-

3,971,065, July 20, 1976.
(2) 特開昭 51-112228。1980 年 5 月 20 日拒絶査定。

terleaving CCD Color Television Camera, IEEE

(3) P.L.P.Dillon, et al. : Color imaging System using

Trans. Consumer Electronics, CE-28, 4, pp.618-624,

a Single CCD Area Array, IEEE Trans. Electron
Devices, ED-25, 2, pp.102-107, Feb. 1978.

Nov.1982.
(16)Y.Takizawa, et al. : Field Integration Mode CCD(4) M.Onga, et al. : Signal Processing Ics Employed inColor Television Camera using a Frequency Inter-a Single-Chip CCD Color Camra, IEEE Trans. Con-

leaving Method, IEEE Trans. Consumer Electron-

sumer Electronics, CE-30, 3, pp.374-380, Aug.1984.
(5) P.L.P.Dillon, et al. : Fabrication and Performance ofColor Filter Arrays, ED-25, 2, pp.97-107, Feb.1978.

ics, CE-29, 3, pp.358-364, Aug.1983.
(17) 小滝弘昭、瀧澤義順、竹村裕夫：CCD を用いた
フィールド蓄積周波数インターリーブ撮像方式、(6) 曽根賢朗、石川清次、橋本 進、黒田隆男、大久保

テレビジョン学会誌、37, 10, pp.833-839, 1983.10.

祥雄：フィールド蓄積モード CCD の単板カラー(18)Y.Takemura, et al. : New Field Integration Fre-

化 方 式、 テ レ ビ ジ ョ ン 学 会 誌、37,10, pp.855-862,

quency Interleaving Television Pickup System for(1983.10).

Single-Chip CCD Camera, IEEE Trans. Electron(7) 森村、：改良型色差線順次単板カラー方式、テレビ
ジョン学会誌、37,10, pp.847-854, (1983.10).
(8) H. Honda, Y. Iida, G. Ito and Y. Egawa : A Novel
White-RGB Color Filter Array for CMOS Image

Devices, E D-32, 8, pp.1402-1406, Aug.1985.
(19)R. B. Merrill : Color Separation in an Active Pixel
Cell Imaging Array using a Triple-Well Structure,
USP 5,965,875, 1999.

Sensors, Electronic Imaging, Proc. SPIE, Vol.6492,(20)FOVEON 社 home page http://www.foveon.com/

pp.6492J-1-10, Feb. 2007.

(21)Paul M. Hubel : Foveon Technology and Changing(9) H. Honda, Y. Iida and Y. Egawa : High Sensitivity Color CMOS Image Sensor with WRGB color

Landscape of Digital Cameras, 13th IS & T Color
Imaging Conference, pp.314-317, 2005,

Filter Array and Color Separation Process using(22) 瀬尾北斗、相原聡、難波正和、渡部俊久、大竹浩、

edge detection, Proc. International Image Sensor

久保田節、江上典文、平松孝浩、松田時宜、古田守、Workshop, pp.263-266,Jun. 2007.

新田浩士、平尾孝：有機光電膜と Z ｎ OTFT 回路(10) 本多浩大、飯田義典、江川佳孝、関弘道、田中長の積層構造を用いた有機撮像デバイスの原理実証

孝：White-RGB カラーフィルタ・アレイを用いた実験、映情学誌、Vol.64,No.3, pp.365-371, 2010 年。

高感度単板カラー CMOS センサ、映像情報メディ(23) 相原聡：有機光電膜のイメージセンサへの応用、

ア学会技術報告、Vol.31, No.50, pp.15-18, 2007 年 10

映情学誌、Vol.60, No.3, pp.291-294, 2006 年 .
(24) 井浜三樹男、三ツ井哲朗、野村公篤、前原佳紀、

月 26 日。
(11)Eastman Kodak News Release, June 14, 2007.

猪俣浩、後藤崇、竹内豊：画素サイズの微細化に(12) 梅本益雄、佐藤和弘、小池紀雄、竹本一八男、笹適した新有機 CMOS イメージセンサ、FUJIFILM

野 晃、泉田守司、高橋健二、長原脩策：単一撮像

RESEARCH & DEVELOPMENT, pp.14-17, No.55,

板カラーテレビカメラ、テレビジョン学会誌、33, 7,2010.

pp.554-559, 1979.7.

156

テレビジョン学会誌、37, 10, pp.840-846, 1983.10.

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

6 ビデオカメラ機能が追加されていった。2000 年代になるとデジタ

6.1 概要ルテレビの普及とともに、ビデオカメラも HDTV 化とデジタル化が急速に進んだ。すると録画装置も DV

1960 年代後半から、家庭用 VTR が普及し始めるとテレビ番組を録画するだけでなく、手軽に撮影できる

方式 VTR だけでなく、DVD、HDD、メモリーカー
ドと多様化していく。

ビデオカメラが切望されてきた。しかし、当時はテレ

一方、静止画像に特化してきたデジタルカメラがイ

ビ放送もカラー番組がわずかな状態であった。大阪のメージセンサの高速化とメモリー容量の増加に伴い、万国博を契機にカラー化の時代が来る。それと共に家2000 年代後半からは動画像が撮れるようになってき

庭用を目指したビデオカメラの研究開発が各メーカでた。ビデオカメラも静止画機能が付くようになり、境活発化してきた。1974 年に東芝が家庭用カラービデ

界が薄れてきた。

オカメラの製品化に成功すると各メーカから次々と光導電膜をターゲットに有する撮像管、ビジコンを使った単管式ビデオカメラが製品化されていった

以下、ビデオカメラの生産高を述べた後、各時代の中心となったビデオカメラについて記載する。

(1)(2)。

その後、1980 年中ごろに固体撮像デバイス、CCDの量産化が成功し、CCD カメラが製品化されるまで

6.2 ビデオカメラの生産高

は単管式ビデオカメラが家庭用として普及していった。
当初はカメラの出力信号を記録する VTR は据え置

ビデオカメラの統計が始まった 1983 年にはわずか120 万台であったが、表 6.1、図 6.1 に示すように、年々きタイプであり、VTR を台車に載せて移動させ、カ

表 6.1

メラとの間は映像用の同軸ケーブルと音声ケーブルで接続されていた。やがて、可搬型 VTR が開発されたが、まだ 重いため、肩から下げるショルダータイプであった。それでも、運動会や学芸会でわが子の活躍を録画したいという強い希望があり、70 年代後半から、録画ブームが起こり、急速にビデオカメラの台数が増えていった (3)。
しかし、ケーブルで接続する方法は煩わしく、VTRと一体化したいという期待は根強かった。一部に、従来型 VTR と一体化したビデオカメラが製品化されたが、家庭用として普及してきたβ方式や VHS 方式ではカセットサイズが決まっており、機構的にも小型化には限界があることがわかってきた。そこで、カメラに特化した VTR の開発が進み、ビデオカメラ用を目的とした 8 ミリ方式とカセットを小型化した VHS-C
方式が 1985 年に出現した。これ以降、ビデオカメラ
は VTR と一体化された製品になっていく。CCD の量産化に各メーカが成功した時期とも合致し、爆発的に数量が増加していった。当初 20 万画素で製品化されたが、各メーカは特徴を出すために、熾烈な画素競争が始まった。30 万画素、40 万画素と進んでいき、
42 万画素で NTSC 方式の解像度を満たすことになった。90 年代になると、高機能化競争が始まる。AF、AWB の精度が向上し、手振れ補正、顔認識などの新1983 年
1984 年
1985 年
1986 年
1987 年
1988 年
1989 年
1990 年1991 年
1992 年
1993 年
1994 年
1995 年
1996 年
1997 年
1998 年
1999 年
2000 年
2001 年
2002 年
2003 年
2004 年
2005 年
2006 年
2007 年2008 年2009 年
2010 年
2011 年

ビ デ オ
カメラ
数
量
（百万台）
1.202
1.571
2.574
3.258
4.609
6.682
6.935
8.803
11.774
8.383
7.751
7.997
8.658
8.830
8.898
9.684
10.45611.706
8.522
8.993
11.88
11.95713.07612.52412.477
7.928
4.155
3.856
1.904

カメラ関連生産高 (4)
デジタル
ビ デ オ
カメラ
カメラ
数
量 生 産 高( 百万台） （千億円）
1.15
1.55
3.54
4.17
4.83
6.45
6.15
7.36
9.23
6.14
4.98
4.50
4.43
4.62
4.55
4.89
5.057
5.25
9.615
5.49
12.765
4.10
16.916
4.15
25.0804.76
29.2004.18
28.876
4.39
37.1503.92
46.761
3.92
36.273
2.46
24.6951.30
24.206
1.32
19.539
0.58

デジタル
カメラ
生 産 高
( 千億円）

2.14
3.27
3.87
4.36
5.91
7.36
6.50
7.31
8.35
7.06
5.30
4.35
3.90

ビデオカメラ技術の系統化

157

カメラを製品化している (6)。
1974 年、東芝はカラー用撮像管、クロミコンの量産化、カメラの量産化に初めて成功、298,000 円という当時では画期的な世界初の家庭用ビデオカメラが製品化された (7)。それまでは 100 万円を切るカメラは少なく、東芝の 2 管式カラーカメラ IK-83 が 65 万円で発売されていた時代であった。
それまではカメラの調整箇所を外部から見えるところに設置し、具合が悪くなるとそこを回して調整する
図 6.1 ビデオカメラ・デジタルカメラの生産高(4)

図6.1 ビデオカメラ・デジタルカメラの生産高のが当たり前であった。一般家庭用は技術者が使うカ
メラではないから、無調整で動作しなければならない。

増加の一途をたどり、1991 年には 1 千万台を突破した。

更に、小型、軽量、堅牢に配慮した設計が採り入れら

ところが景気低迷によってその後は落ち込みが続き、れて、初めて量産化が可能になったものである。図 6.2

1995 年を境に再び上昇機運になった。しかし、2000にパンフレットを示す (9)。

年を第 2 のピークに、デジカメの急速な上昇に伴い、横ばいが続いた。2005 年を過ぎると、数量でも生産高でも下降現象となっている (4)。
一方、生産高は、91 年の 9 千億円をピークに、量産効果と競争の激しさにより、低コスト化が続き、2度とこの値を上回ることがなかった。
生産高のほとんどが輸出されていた。国内は 1988
年で 177 万台、1991 年で 208 万台であった。因みに、1994 年 3 月時点での我が国の普及率はカラーテレビ
99.0％、VTR 72.5% に対し、ビデオカメラは 29.9% であった。
このころからテレビや VTR が海外生産に移行し、国内生産高が減少していった。これに対し、ビデオカ
メラは国内生産が主流の数少ない電気製品で、外貨を稼ぎ、国内の雇用確保にも貢献してきたことは特筆に値する。

図 6.2 世界初のビデオカメラ (9)図表では、参考までにデジタルカメラの台数、生図6 3 世界初のビデオカメラ(W)
図6.3

産高も併せて記載した。生産高では、統計が始まった

実は、このカメラが製品化される前にも東芝は家庭1999 年から数年間の伸びが、1985 年からのビデオカ

用カメラの開発発表を行っていた (10)。ビジコン 2 本をメラの数年間の伸びと似ているのが興味ある現象であ使った 2 管式で、当時盛んであった映画フィルムを用る。2007 年に台数、価格ともピークを迎えた。それ

いた 8 ミリ撮影機と同程度の大きさであった。このカ以降は海外生産への移行と価格競争の激化で台数、価メラはニューヨークで開催された IEEE Show に展示

格とも下降現象になっている。2000 年代後半からは公開されて注目を集めた。しかし、家庭用に量産する携帯電話やスマートフォンにカメラ機能が盛り込まれには価格が合わず、1972 年 4 月に業務用カメラ IK83

たことも影響して、更に、低下している。

として、製品化され、当時としては最も安い 65 万円

6.3 単管式カラーカメラ

で発売された (11)。2 管式では光学系が複雑になり、低価格化が見込めず、単管式にする必要があり、家庭用として製品化されるまでに 5 年が経過していた。

1970 年、日本コロンビアが色ストライプフィルタ

これを契機に各メーカもカメラの量産技術を確立を内蔵した FIC(Filter Integrated Color) と称するビジ

し始め、業務用カメラからスタートしたソニーは位相コンを製品化、業務用単管式カラーカメラを製品化し分離方式 ( トリニコン ) を家庭用に製品化した。更に、た 。1971 年、ソニーは位相分離方式で同じく業務用

1978 年には日本ビクターは出力信号を低域、広域に

(5)

158

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

分けて包絡線検波で色信号を取り出すステップエネ
ルギー方式で単管カメラを発表した。また、1979 年、日立製作所はトライカラー方式のサチコン単管式で、1980 年、松下電器はニュービコン単管式で家庭用カメラに参入した。
ここで注目すべきは、1981 年 7 月の電子スチルカメ
ラの発表以来、フィルムがなくなるという危機感から、写真機メーカが一斉に電子化への転換を図ってきたことである。1982 年になると、小西六、キヤノン、ニコ

図 6.3 世界初の MOS ビデオカメラ ( 日立製作所提供 )ンが単管式ビデオカメラの発売に踏み切った。
このようにして、70 年代後半から 80 年代前半まで、

図6.5 世界初のMOSビデオカメラ

撮像管を用いた単管式ビデオカメラが広く普及し、ビデオカメラの基礎を築き上げていった。80 年初めからは CCD カメラが実用化され始めたが、当初は量産が難しく、価格も高価であったため、それほど普及しなかった。しかし、80 年代中頃になって量産技術が図6.6 世界初のCCDカメラ NEC提供

図 6.4 世界初の CCD カメラ ( 日本電気提供 )確立すると、
急速に CCD カメラに置き換えられていっCFA を用いた 2 線読み出し方式の MOS 形撮像デバた。

イスを用いた新製品を 218,000 円で発売した。
これらにより、先行していた単管式カメラと同程度

6.4 単板式カラーカメラの価格が実現されていく。1984 年 10 月になると松下

1981 年 4 月世界初の固体ビデオカメラ VK-C1000を 258,000 円で、同年 12 月には NEC が色差線順次方が日立製作所から発売された。4 色の CFA を有し、式の CCD カメラを 198,000 円で発売、初めて 20 万円

4 線式の MOS 形撮像デバイスを用いたもので、価格を切った。

は 35 万円であった電器が色差線順次方式で独自の CPD を用いたカメラ(12)。図 6.3 に外形写真を示す。続

い て、1982 年 10 月、 図 6.4 に 示 す よ う な、 世 界 初1984 年から 1985 年時点の各社の単板式カメラを表
6.2 にまとめて示す (3)。

の CCD ビデオカメラ TC-100 が NEC から 278,000 円で発売された (13)。Bayer 方式で IT-CCD を用いたもの で あ っ た。 こ の 1 年 後、1983 年 10 月 に は CCDG5( ソ ニ ー ) が 228,000 円 で Bayer 方 式、IT-CCD
を 用 い て 発 売 さ れ、 同 時 期 に 日 立 製 作 所 は 2 色 の表 6.2 1983-1984 年時点の単体ビデオカメラ
型名
VK-C1500
メーカ
日立
イメージセンサ MOS

VCK-100
三洋電機
MOS

CCD-G5
ソニー
CCD

カラー撮像方式 画素補間点順次 4 色同時読出し Bayer

VZ-CD100
松下電器
CPD

TC110
NEC
CCD

色差線順次

色差線順次

IK-3000
東芝
CCD
周波数インタリーブ
YGC 市松CFA
YCW 市松GCYW
RGB 市松YCMG 市松
YGC 市松
水平解像度 (TV300 以上
250
250
250
250
250
本)
最低照度 (lx)
35
28
30
30
9
20
消費電力 (W)
3.7
4.7
4.5
5
4
3
撮像レンズ
6 倍ズーム
6 倍ズーム
6 倍ズーム
6 倍ズーム
6 倍ズーム
6 倍ズーム(mm)
ｆ =12.5-75
ｆ =12.5-75
ｆ =12-72
ｆ =12.5-75
ｆ =11--70
ｆ =8.5-51
外形寸法
124 × 134 ×
149 × 139 ×
107 × 137 ×
209 × 168 ×
120 × 148 ×
108 × 137 ×
WHD(mm)
１９５
192
218
242
183
223
重さ (kg)
0.98
1.09
1.02
0.98
0.98
0.95
発売時期
Oct-83Oct-83Oct-83Oct-84
Dec-84 価格 ( 円 )218,000
248,000
228,000
259,800
198,000 -ビデオカメラ技術の系統化

159

6.5

線順次方式で 8 ミリサイズの IT-CCD を用い、298,000

VTR 一体型ビデオカメラ円で発売された。日立製作所も 1986 年 2 月から新方式の MOS 型センサを用いて VHS ビデオカメラお発売。東ビデオカメラに VTR は必須であったが、従来のβ方芝も1986 年 4 月に VHS 方式のビデオカメラを発売した。

式、VHS 方式ともに、カセットサイズが大きくカメラに内蔵するには不十分であった。そこで、80 年代初めころから、各メーカはビデオカメラ用には新たな規格を作る必要があるとして、独自規格の VTR を内蔵したビデオカメ
ラ試作品を発表した。図 6.5(a) に示すように、1980 年ソニーがビデオムービー (14) を発表すると、その 2 か月後には日立が図 (b) のマグカメラ (15)、そして翌 1981 年には松下電器が図 (c) のマイクロビデオシステム (16) を発表しそ
れぞれ規格提案を行った。なお、三洋電機もカメラ一体(a) ビデオムービー ( ソニー )型超小型 VTR を 1981 年 8 月に発表している。
これらの提案はこの 3 社に、VHS の開発メーカである
日本ビクター、V-2000 の開発メーカであるフィリップス白
熱電球社 ( いわゆるフィリップス ( オランダ )) を加え、5社(b)マグカメ( ) ビデオムービー(ソニー)(a)
ビデオム ビ (ソニ )で新フォーマット 8 ミリビデオの骨子を作成、その後、日本電子機械工業会、磁気テープ工業会、日本写真機工業会など関連する各メーカの参加を呼び掛けた (17)。その結果、
8 ミリビデオ懇談会が結成され、1984 年 4 月に 127(b) マグカメラ ( 日立 )図6.7 VTR一体型ビデ社の賛同で 8 ミリビデオが規格化された (18)。詳細は 7 章参照。
その結果、1985 年以降、各メーカは VTR を内蔵した
いわゆるカメラ一体型 VTR を発売する。ポラロイド社が発売した 8 ミリビデオカメラには周波数インタリーブ( ) ビデオムービー(ソニー)(a)
ビデオム ビ (ソニ )方式の IT-CCD が使われた。1984 年 10 月、
25 万画素CCD を用いた 8 ミリビデオカメラがソニーから 298,000(b)マグカメラ(日立)( ) マイクロ(c)

円で発売、続いて、
1985 年 4 月に録画専用の普及型 8 ミ
リビデオカメラが 198,000 円で発売された。一方、1985(c) マイクロビデオシステム ( 松下電器 )年 10 月、VHS ビデオカメラが松下電器から発売、色差

図 6.5 VTR 一体型ビデオカメラ提案( 各社新聞発表資料より )図6.7 VTR一体型ビデオカメラの提案(
表 6.3 1985-1986 年代の一体型カメラ

(ソニ )
(ソニー)

型名
メーカ
VTR
イメージセンサ
画素数
カラー撮像方式

CCD V88AF
ソニー
8 ミリ
2/3 CCD
25 万
G ストライプ

NV-M3
松下電器
VHS
8 ミリ CCD
20 万
MGYC 市松

CFA

RB 線順次

色差線順次(b)マグカメラ(日立)

GR-C7
JVC
VHS-C
1/2 CCD
22 万
MGYC 市松VM-500日立
VHS
2/3 MOS30 万
WGYC 市松

色差線順次

独立 4 線式( ) マイクロビデオシステム(松下電器)(c)

VTR一体型ビデオカメラの提案(x)(y)(z) 9.4
最低照度 (lx)
消費電力 (W)
撮像レンズ

外形寸法 HD(mm)重さ (kg)
発売時期
価格 ( 円 )

160

19
7.1

10
9.5

15
7.5

10

6 倍ズームF1.4 AF
126×191×350
2.3
Oct-85299,800

6 倍ズームF1.2 AF
144×192×361
2.7
Oct-85
298,000

6 倍ズームF1.6 AF
121×165×223
1.3
Feb-86
248,000

6 倍ズームF1.2 AF
164×192×359
2.4
Feb-86
298,000

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

VM-500東芝
VHS
1/2 CCD
20 万
GCY 市松周波数インタリーブ
10
8
6 倍ズームF1.2 AF
164×192×365
2.7
Apr-86
298,000

更に、8 ミリに対抗して JVC は VHS-C 方式のビデオカ
メラを 1986 年 2 月に発売、記録メディアとして 3 方式が製品化されていった。 これらのビデオカメラを表 6.3 に示す (3)。

6.6 多画素化
今まで述べてきたように、70 年台、80 年台前半のビデ
オカメラは NTSC 放送に見合った解像度が得られることが第一であった。一方で当初普及していた撮像管の単管式カメラ並みの解像度が得られる必要があった。このため画素数は 20 万～25 万画素での実用化に集中してきた。
表 6.3 に示すように、各メーカが一通りこのレベルの製品化に到達すると次の目標は高解像度化になった。
NTSC 放送は 3.58MHz にカラー用の副搬送波があるため、当初、水平解像度は 270TV 本程度であり、これにはイメージセンサは 20 万画素で十分とされていた。
NTSC 放送の輝度信号の周波数帯域が 3.5MHz までとれたとしても、80 倍が TV 本であるから、270TV 本となる。ところが、記録メディアの VTR が 8 ミリ、S-VHSなどの新規格の採用によって、水平解像度が 400TV 本以上に向上したため、これに見合ったイメージセンサの高解像度化が必要になった。
イメージセンサの画素数と解像度の関係はカラー撮像
方式や輝度信号処理の違いによって差が出てくるが、単板式カラーカメラの画素数と水平解像度の関係は図 6.6に示すようになる (19)。原色方式では輝度信号の主成分である G 信号の割合が少なく、ほとんどの画素に G 信号を有する補色方式が解像度の点では優位にあった。
図示したように、400TV 本以上を確保するためには、
40 万画素が目標値ではあったが、20 万画素から一気に

図 6.6 イメージセンサの画素数と水平解像度の関係
図6.8イメージセンサの画素数と水平解像度の関係進めることは困難で、30 万画素を経て 40 万画素へと向かった。
20 万画素から 40 万画素へ至るカメラの性能・仕様の推移の一例を表 6.4 に示す。20 万画素では水平解像度
が 250TV 本であった。それが 30 万画素では 360TV 本に向上する。42 万画素では余裕をもって 470TV 本を達成できるようになり、
S-VHS の解像度を上回ることになる。
なお、多画素化による高画質化と共に高機能化競争も活発化したが、これは 8 章に述べる。

6.7 ビデオカメラの実際
ビデオカメラは数多く開発・製品化されてきたが、ここではこれらをいくつかの観点から推移を注目していこう。
まず、70 年代以降から現在までの主なビデオカメラを表
6.5 に示す。できるだけ正確を期すため、各メーカのパン
フレット、新聞発表資料を中心に、学会発表、参考文献 (3)(29)(30)で補足した。したがって、数値は同一条件で測定されたものではないことを了解頂きたい。

表 6.4 画素数の推移とカメラ性能の一例
IK-3000
特徴
撮像デバイス
画素数
水平解像度
VTR
撮像レンズ
明るさ F
ファインダー
最低被写体照度
重量
外形寸法 (W×H×D)
消費電力
発売時期
価格

2/3 インチ CCD
20 万250TV 本なし
6 倍ズーム1.2
0.6 インチ白黒 CRT
50lx
1.1kg
95 × 120 × 210mm
5W
1981 年秋予定
350,000

AI-30AF

AI-40SV

高画質自動追尾 AWB

初の 40 万画素

1/2 インチ CCD
30 万360TV 本VHS-C
6 倍ズーム1.2
0.6 インチ白黒 CRT
8lx
1.6kg
115×156×270mm
8.5W
1987 年 8 月 .
198,000

2/3 インチ CCD
40 万
470TV 本S-VHS
6 倍ズーム1.7
0.6 インチ白黒 CRT
15lx
1.7kg
115×156×291mm
9.0W
1988 年 4 月
248,000

AI-XS1
高解像度化 (初の 40 万画素 )1/2 インチ CCD
42 万
470TV 本SVHS-C
8 倍ズーム1.2
1 インチ白黒 CRT
7lx
1.34kg112×145 × 295mm
10.3W
1989 年 9 月 .
198,000 円

重量はカセット、バッテリー含む

ビデオカメラ技術の系統化

161

162

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

1984

1983

1982

1981

1980

1979

1975
1978

1872
1973
1974

型

名

メーカ
日本コロンビア
ソニー
IK81
東芝
4 IK83
東芝
赤井電機
4 IK12
東芝
VCC300
三洋電機
NHKNEC
5 3板式試作品
4 IK1300
東芝
VKC600E
日立製作所
GC3350F
日本ビクター
7 GXV3
日本ビクター
XC350JA
シャープ
VKC830
日立製作所
1 XC1
ソニー
6 IK2300
東芝
7 ビデオムービーソニー
9 VKC1000
日立製作所
9 マグカメラ
日立製作所
10 試作品
東芝
松下電器
2 マイクロビデオシステム 松下電器産業
4 HVCF1
ソニー
5 マイクロビデオシステム 松下電器産業
5 IK3000
東芝
8 マビカ
ソニー
VKC1500
日立製作所
XC2P
シャープ
10 KONICA color VC 小西六写真工業
TC100NEC
VKC3000
日立製作所
VC100
キヤノン
S100
ニコン
KY1900
ビクター
3 IKC400
東芝
7 BMC100
ソニー
10 CCD・G5
ソニー
10 XC37
ソニー
VCC520
三洋電機
TORONE
ミノルタ

年 月
1970
1971

サチコン3管式
1/2 サチコン
1/2 SMFトリニコン撮像管
2/3 19万画素ITCCD
2/3 19万画素ITCCD
1/2インチ サチコン

MOS
単管ビジコン
単一搬送波 1/2 サチコン
CCD
MOS

3電極単管方式
サチコン単管式2/3 12万画素ITCCD
2/3 特殊ビジコン（クロミコン)
2/3 FTCCD
2/3 MOS
2/3 MOS
2/3 20万画素CCD
ニューコスビコン単管式
1/2インチ コスビコン
MFトリニコン管
2/3 CPD
2/3 20万画素CCD

特徴
重量 消費電力 録画装置 定価(円)別
業務用 色フィルタ内蔵周波数多重単管式
業務用 位相分離単管式
別800,000 業務用2管式 色フィルタ内蔵撮像管
別650,000 業務用低価格 色フィルタ内蔵撮像管
別450,000 業務用低価格
別298,000 世界初の家庭用ビデオカメラ 発売
別2.8kg 15別別
国産初の試作品公開
2.6kg 31W
227,000 コストダウン 月産3,000台
別
178,000
別251,800 ステップエネルギー方式
別
1.4kg
138,000 世界最小・最軽量家庭用カラービデオカメラ、単管式
別
3kg
12W
別
別
トライカラー方式 サチコン採用
1.3kg
2板式 全日空B747に搭載
別
2.5kg 9W
199,000 最低照度50lx
別2kg
7W
一体型(8ミリ方式) テープ幅8mm 9月ベルリンショー試作機公開
方式提案
1.1kg 3.8W
350,000 世界初の固体化ビデオカメラ 80エレショー展示 81年4月発売
別2.6kg
一体型(1/4"方式) テープ幅1/4" 9月ベルリンショー試作機公開
方式提案
別エレクトロニクスショーで試作品展示
別
2.1kg 5W
一体型 (蒸着テープ方式提案) テープ幅7mm
方式提案
2.7kg
220,000 水平解像度300本の高画質映像を実現
別
1.9kg 4.9W
マイクロビデオシステム CPD採用 米国松下技術展で公開
一体型
1.1kg 5W
350,000 開発・発売予定の発表
別電子スチルカメラ 1986年発売
フロッピー
980g
重さ１kgを切る
別99,800 ゾーンフォーカス グッドデザイン賞
別690g
カメラメーカ 初 82年フォトキナ出品
別
世界初の家庭用CCDビデオカメラ 発売
別288,000 世界初ビデオオートフォーカス採用
別
別
キヤノン初
別
ニコン初
別
890g 2.9W
145,000 最軽量 最低消費電力
別2.48kgβ269,000 ベータムービー・初めてのVTR一体型・録画のみ
228,000 CCDで初の量産化
１ｋｇ
別
115g
世界最小・最軽量（当時） 産業用高感度白黒CCDカメラモジュール別
2.2kg 5.8
198,000 ポータブルBetaビデオ記録用カメラ
別別

表 6.5 ビデオカメラの変遷

1インチ 特殊ビジコン（クロミコン)
25mm静電収束・電磁偏向ビジコン
CCD
1インチ 特殊ビジコン（クロミコン)
ビジコン
単管式

インチ・撮像デバイス
1インチ FICビジコン
1インチビジコン トリニコン
1インチビジコン2管式
2/3インチビジコン2管式

表6.5 ビデオカメラの変遷ビデオカメラ技術の系統化

163

1992

1991

1990

1989

1988

1987

1986

1985

VM200GRC1
VCK100
1 CCDV8
4 NVM1
10 VME1
12 NVM3
2 GRC7
8 VCC20
8 NVM21
9 CCDM8
9 IKM10B
9 IKC20A
10 CCDV30
6 NVMS1
8 AI30F
9 VLC51
NVMC15
VEMD1
6 IKT30C
6 VLC65
8 IKM30
9 CCDV88
11 GRA30
AI35AFAI41SV
VLC650
PV4609 AIXS1
CCDTR55
SK3D7A1
4 GET'S
6 NVS1
9 KY90
VMES88
BCC100
SCC01ES30TW
LX1
VMES800
4 CCDTR900
9 GRSZ1

日立製作所
日本ビクター
三洋電機
ソニー
松下電器
キヤノン
松下電器
日本ビクター
シャープ
松下電器
ソニー
東芝
東芝
ソニー
松下電器
東芝
シャープ
松下電器
三洋電機
東芝
シャープ
東芝
ソニー
日本ビクター
東芝
東芝
シャープ
松下電器
東芝
ソニー
東芝
キヤノン
日本ビクター
松下電器
日本ビクターサンヨー
東芝
ビクター
富士フイルム
キヤノン
三洋電機
ソニー
日本ビクター
8mm
別
VHSC
別
8mmm
一体型
VHSC
SVHSC
VHSC

8.5W
7.5W
6.8
4.2W

1.3kg
1.2kg
2.1kg
730g
25g
0.9kg
1.68㎏ 8.5W
1.4kg 9.0W

1/2インチ 27万画素 CCD
1/2 30万画素CCD×3 枚
1/2インチCCD方式 27万画素
1/2 30万画素CCD
2/3インチ 42万画素CCD
1/2 30万画素CCD
2/3 40万画素CCD

1/3インチ 27万画素 CCD
1/3インチ41万画素CCD

1/2 CCD 25万画素
1/2 ４1万画素CCD×3 枚
1/2 36万画素CCD
1/2 40万画素CCD

1/3CCD

1/2 42万画素CCD
1/2 CCD
1/2 30万画素CCD
1/2 36万画素CCD

8mm
別
別
8mm
SVHS
VHSC
VHSC

１kg
25g
4.2W
100ｇ 4.3W
１.4kg

690g
860g

780g

5.5W

6.5W

1.34kg 10.3W
790g
1.67kg1.5kg 8.3W

8mm
Hi8SVHSC
フロッピー
Hi8
8mm
Hi8
一体型

SVHSC
8mm
VHSC
Hi8
一体型
SVHSCVHS
VHS

25万画素CCD
20万画素CCD
20万画素CCD
25万画素CCD
42万画素CCD
1/2 30万画素CCD
ＣＣＤ方式

7.5W
9.5W

1.3kg
2.4kg

1/2 CCD
2/3インチＣＣＤ方式

VHSC
別
8mm
VHS
8mm

1.9kg 7.6W
1.09kg 4.7
1.97kg2.5kg
1.98kg 7.5W

1/2 ハイバンドサチコン
固体撮像素子25万画素CCD
ニューコスビコン単管式
1/2 サチコン

198,000 8mm一体型
世界初 3板式CCD小型カメラ 72×71×156mm(W×H×D)
8倍ズーム エルゴデザイン
30万画素 超小型
215,000 TTL式 AF/AWB搭載 世界最小・最軽量（当時）
フルレンジ・オートフォーカス搭載
178,000 フリッカー補正で高画質
218,000 40万画素 高画質
1.5インチ カラー液晶ファインダー レンズによる拡大
初の手振れ補正（光学式） 北米向け
198,000 42万画素でNTSC方式画素拡大競争終結
160,000 パスポートサイズ・6倍電動ズーム
世界初の立体ビデオカメラ
260,000 Good Desgin Award
SVHSムービーコンポ
ブレンビー・手振れ補正機能 ファジー理論応用
ICカードで撮影状況に即応3CCDカメラ
163,000 ジーマ・双眼鏡スタイル
3CCDカメラレコーダ 業務用 CCD張合せ装置開発
通称 GET'S 必要なアイテムを着脱自由
電子スチルカメラ
VLマウント(キヤノン、ソニー、日立、松下で策定)交換式
158,000 ジーマ ３つ（AF,AE,AWB）のファジー
小型軽量化1/3 ４１万画素プレシジョンCCD採用
 大広角・大望遠・顕微鏡的拡大撮影まで対応ビデオムービー

299,000 VTR一体型
288,000 VHSCを用いた初の一体型
248,000 ポータブルBetaビデオ記録用カメラ
280,000 初の8ミリカムコーダ
初の一体型
298,000 キヤノン初のVTR一体型 位相分離方式
色差線順次採用
248,000 世界最小・最軽量VHSビデオムービー
255,500 F1.2 8倍ズーム グッドデザイン賞
1/10,000 電子シャッタ
198,000 ハンディカム
500,000 世界初超小型カメラ 17.5φ長さ53mm
300,000 Cマウント箱型小型カメラ
198,000 再生機能付きハンディカム
SVHS一体型
198,000 30万画素 高画質
198,000 8倍ズーム可変速 高速電子シャッター1/1000

164

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

2005

2004

2003

2002
2002

2001

1999
1999
2000

1998

1997

1996

1995

1995

1993
1994

10 VLHL1
NV3CCD1
CCDVX1VLHX1FS1
2 THK500D
5 GREX7E1
4 CCDTRV90
9 ＮＶ－ＤＪ１
9 DCRVX1000
9 DCRVX700
12 GRDV1
12 VLDH5000
QV10
VMH3910 GRDVM1
VMPS102
7 PKMC202
8 アルグレット PDR 2
9 MV1
11 GRDVL
2 XL1
9 DCRTRV900
GRDLS1
D1
9 ADA
5 DCRVX2000
7 VLMR1
GRDVA2000
8 VLNZ10
IDC1000Z
X3
6 VLMG10
8 VLDD10AGDVX100
2 VLZ7HD1DMXC1
2 TKWD310
10 HDRFX1
7 HDRHC1
9 MEHV10

シャープ
松下電器
ソニー
シャープ
富士フイルム
東芝
日本ビクター
キヤノン
ソニー
松下電器
ソニー
ソニー
日本ビクター
シャープ
カシオ計算機
日立製作所
日本ビクター
三洋電機
NEC
東芝
キヤノン
日本ビクター
キヤノン
ソニー
日本ビクター
ニコン
富士重工業
ソニー
シャープ
日本ビクター
シャープ
三洋電機
Foveon
シャープ
シャープ
松下電器
シャープ
ビクター
三洋電機
日本ビクター
ソニー
ソニー
東芝
1.4kg
880g
660g
450g
575g

CCD
1/3 38万画素3CCD
1/4型CCD68万画素
1/4 CCD 68万画素
1/4型CCD68万画素
1/2インチ 150万画素CCD
積層型CMOS
1/4型CCD133万画素
4.8W
5W

1/3型 112万画素3CCD
1/3 297万画素CMOSセンサー
500万画素CCD

2.0kg
680g

580g 4.4W
1/4型CCD133万画素
1/1.8型CCD420万画素/ 1/4型CCD68万画素
155g 2.9W
1/2.7インチ 334万画素CCD

590g
630g

5.0W
4.4W
4.4W

6.3W

miniDV一体型
miniDV
DV
一体型

7.1W
6.3W
9.5W

水平解像度500本 プログレッシブスキャンCCD

210,000 世界初 液晶ビューカム ４型液晶 8倍ズーム
298,000 ブレンビープロ・手振れ補正機能
350,000 家庭用ビデオカメラのフラッグシップモデル
198,000 ツインカム8・ズームレンズ＋広角単焦点
通称 シンプルHi8
ハイビジョン用3板式 解像度1000TV本
185,000 SVHSステレオHiFiムービー
通称ムービーボーイ ファインダーに視線入力採用
TRVスタイル・液晶モニタを脇腹で開閉
275,000 デジカム デジタル化高画質。水平解像度500TV本
350,000 デジタルハンディカム DV(デジタルビデオ規格）
235,000
220,000 DV ・縦型 小型軽量 ポケットデジタルムービー
350,000 デジタル記録 水平解像度500TV本 224,640画素5型LCDモニタ
液晶デジタルカメラ 本格的普及始まる
劣化のない電子式
230,000 液晶付デジタルビデオカメラ（ポケットデジタルムービー）オープン 単三乾電池駆動 2時間撮影
世界初のUSB対応
59,800 CMOS イメージセンサ初の実用化 デジタルカメラに適用
235,000 プログレシブ デジタル化 フレーム静止画

588,000 3CCD レンズ交換式 XLマウント採用 ハイアマチュア・プロ用
インターレス／プログレッシブの切替可能 デジタル化
光学10倍、総ズーム200倍
既存の一眼レフレンズが使える 一眼レフデジタルカメラ
車載ステレオカメラ(レガシイランカスター搭載) Active Driving Assist
DV
380,000 液晶モニター搭載 メモリースティック”スロット装備
miniDV
230,000 3.5型液晶 LCD分離可能タイプ/業界初D端子搭載/SDカード対応
一体型
ムービー、デジカメ 兼用
miniDV
3型液晶 １０倍ズーム ズームマイク 液晶デジタルビューカム
iDディスク 160,000 iDshot 世界最小 光磁気ディスク 業界初IEEE1394
積層型一眼レフデジタルカメラ
miniDV
3型液晶 １０倍ズーム フラッシュライト内臓
miniDV
3倍ズーム静止画・10倍ズーム動画 カメラ分離タイプ
DV
ビデオカメラで映画撮影 24p撮影と映画用γ
miniDV
2.5型液晶 １０倍ズーム SDカード対応
初のハイビジョン相当カメラ 720p
SDカード オープン Xacti 1号機 世界初 MPEG4ムービー VGA30fps
Pixim方式WDRカメラ
別HDVオープン 民生用世界初1080i記録のハイビジョンビデオカメラ
HDV
オープン 原色フィルタ コンパクトHDV ハイビジョン普及の立役者
HDD
オープン 0.85型HDD（４GB)搭載の小型軽量 テープからHDDへ

一体型
8mm
なし

Hi8
DV
DV
DV
DV
miniDV

Hi8
別
一体型

Hi8
SVHSC
Hi8

8.7W
3.9W

8W

620g
640g
200g
130g
930g
670g
1.7kg
880g
670g

1.4kg

1.1kg

900g
815g

1.5kg

1/3 CCD
1/4インチ 27万画素 CCD
320×240 1/4 CCD
1/4 33万画素CMOS
1/3 38万画素プログレシブCCD
CCD 38万画素
1/3 27万画素CCD
1/4 3CCD
CCD 38万画素

9.4W

450g
1.19kg 10.4W

890ｇ

1/3インチ 41万画素CCD
3CCD
41万画素 3CCD
1/3 CCD 41万画素
1/3 41万画素CCD
2/3 130万画素CCD×3枚
CCD
1/2 41万画素CCD
1/3インチCCD
3CCD
1/3 41万画素3CCD
単板式
1/3 CCD 57万画素
1/4 41万画素 3CCD

ビデオカメラ技術の系統化

165

7 HDRUX1
7 HDRSR1
DZGK3300
DMXHD1
DMXCA6DMXCA65
1 HDCSD1
9 GSCA100FDMXCG65
11 HDRFX1000
DMXHD1000
DMXHD2000
DMXCG10
1 HDRAX2000
9 NEXVG10
10 EOSC300
10 EOSC500
10 NEXVG900
12 NEXVG30
2 X920M

ソニー
ソニー
日立製作所
三洋電機
三洋電機
三洋電機
松下電器
東芝
三洋電機
ソニー
三洋電機
三洋電機
三洋電機
ソニー
ソニー
キヤノン
キヤノン
ソニー
ソニー
パナソニック
3.3W

210g
155g
220g
495g
150g

1/2.5インチ 536万画素CCD
1/2.5インチ 637万画素CCD
1/2.5インチ 637万画素CCD
1/3 236万画素 CMOS
1/2.5インチ 618万画素CCD
クリアビッドCMOSセンサー
1/2.5インチ 400万画素CMOS
1/2.5インチ 810万画素CMOS
1/2.33インチ 1066万画素CMOS
1/3 3CMOSAPSCサイズ CMOS
35mmフルサイズ1810万画素CMOS
35mmフルサイズ829万画素CMOS
35mmフルサイズ2430万画素CMOS
1610万画素APS CMOS
1/2.3 裏面照射型 3CMOS
270g 4.2W
268g 4.3W
171g 2.7W
2.1kg
620g
1.82kg 23.9W
1.43kg 11.7W
1.03kg1.42kg
480g 5.9W

4.3W
3.1W
3.2W

660g
640g

1/3 CMOS
1/3 CMOS

参考文献(1) 電子情報通信学会 現代電子情報通信選書 知識の森 画像入力とカメラ オーム社刊 2012年(2) 玄光社：ビデオサロン、2011年11月号(3) ビデオカメラグランプリ(4) 車載ステレオカメラの開発(3)、日経エレ、 pp.9295、2011919(5) 茨木県立歴史館 特別展 茨木からの家電(6) 竹村裕夫：CCDカメラ技術、ラジオ技術社刊、1986年１１月(現在廃版）(7) 各メーカ home page(8) 謝辞に記した方々にご協力頂いた

メーカ名の表記については 東芝は全て現在の東芝に、松下電器、三洋電機は当時の名称で記した。

2013

2012

2010

2009

2008

2007

2006

DVD
オープン AVCHD規格方式デジタルハイビジョン
HDD
オープン AVCHD規格方式デジタルハイビジョン
ＤＶＤオープン 記録媒体にＤＶＤを用いた世界初のＨＤＴＶビデオカメラ*1。
SDカード オープン 世界最小最軽量ハイビジョンムービー
SDカード オープン 世界初の生活防水ムービー
SDカード オープン 世界初の防水ムービー
SDカード オープン AVCHD方式
HDD
オープン フルハイビジョン 100GBHDD 世界最小
SDカード オープン MPEG4 AVC（H.264）ファーマット
HDV
オープン HDVフラッグシップ 業務用HDVシリーズ
SDカード オープン 世界最小最軽量のフルHDムービー
SDカード オープン 世界初 プログレッシブハイビジョン 1080 ６０P
SDカード オープン コンパクト 1000万画素写真
メモリ記録 オープン HDV→AVCHD テープからメモリへ
メモリ記録 オープン 世界初レンズ交換式HDビデオカメラ
メモリ記録 オープン 4K Cinema 1～60fps 2012エミー賞受賞
メモリ記録 オープン 2K フルハイビジョン 2012エミー賞受賞
328,000 レンズ交換式世界初35mmフルサイズCMOSイメージセンサー搭載
178,000
オープン 総画素数1276万

表 6.6 は 1970 年後半にビデオカメラが現れてから、

で、パスポートサイズにまとめたのが図 6.7 に示すよ1990 年代にかけてビデオカメラの革新が激しい中にあって、一つの時代を形成してきたビデオカメラを選んで、表にまとめたものである。単管式ビデオカメラで世界初の家庭用を達成した IK-12、固体カメラで世界初の製品化を達成した VK-C1000、長らくビデオ
カメラとして主流であった CCD を用いて世界初のビ
デオカメラを発売した TC-100 を挙げることができよう。当初、量産化に苦労した CCD カメラの中で、いち早く量産に成功したのは CCD-G5 であった。ここまではカメラ単体がほとんどであった。
録画機能を有した VTR を一体化したビデオカメラ

図 6.7 パスポートサイズのビデオカメラ (18)

表 6.6 時代を代表するビデオカメラの仕様 (70 年後半から 90 年代）
撮像管
IK-12
東芝

MOS 型
ＣＣＤ
CCD
８ミリ
VK-C1000
TC-100CCD-G5
CCD-TR55(18)
図6.9 パスポートサイズのビデオカメラ
日立製作所
NEC
ソニー
ソニー
初の固体
初の CCD
CCD カメラ初のパスポートサイズ
特徴
初の家庭用カメラ
ビデオカメラビデオカメラ 量産品（初の普及品）
2/3 インチ
1/2 インチ
2/3 インチ
IT-CCD
撮像デバイス
1 インチビジコン
19 万画素 CCD
27 万画素 CCD
19 万画素 MOS
撮像方式
Ｙｅ，Ｃｙストライプ
Cy,W,Ye,G モザイク RGB 市松
R,G,B 市松
Mg,G,Ye,Cy
周波数インタリーブ
Bayer
Ｂａｙｅｒ
色差順次
水平解像度
250 ＴＶ本
260TV 本以上
250TV 本ー
撮像レンズ
固定 ( Ｃマウント交換可能） 6 倍ズームレンズ
6 倍ズームレンズ 6 倍ズームレンズ
0.6 インチ
電子ビュー
1 インチ白黒 CRT
ファインダー
白黒 CRT
ファインダー
電子シャッター なし
なし
なし
1/60-1/4000
重量
2.6kg
1.7kg
1.02kg0.79kg
外形寸法 (mm)90 × 170 × 345
58 × 100 × 155
107 × 137 × 218 107 × 106 × 176(W × H × D)
消費電力
65W
5.3W
4.5W
5.2W
1982 年 101983 年 10 月 .
1989 年 6 月 .
発売時期
1974 年 4 月
1981 年 4 月 .
月
価格
298,000 円
350,000 円
278,000 円
228,000 円
160,000 円

SVHS-C
AI-XS1
東芝
高解像度化
特徴(40 万画素 )1/2 インチ
撮像デバイス
38 万画素 CCD
Mg,G,Ye,Cy
撮像方式
色差順次
単板式
水平解像度
470TV 本撮像レンズ
8 倍ズームファインダー
1 インチ白黒 CRT
電子シャッター 1/60-1/10,000
重量1.3kg
外形寸法 (mm)112 × 145 × 295(W × H × D)
消費電力
10.3W
発売時期
1989 年 9 月 .
価格
198,000 円

166

国立科学博物館技術の系統化調査報告

SVHS-C

Hi8

NV-S1
松下電器
ブレンビー、
手振れ補正
1/3 インチ
27 万画素 CCD
Mg,G,Ye,Cy
色差順次
単板式
330TV 本
6 倍ズーム1/100-1/4,000
0.97kgVL-HL1
シャープ

DV ( ６ミリデジタ DV (6 ミリル)
デジタル）NV-DJ1
DCR-VX1000
松下電器
ソニー

液晶ビューカム

デジタル記録38 万画素 CCD

1/4 イ ン チ 27 万 画 1/3 インチ
素 CCD
38 万画素 CCD

Mg,G,Ye,Cy
色差順次
単板式
4 型カラー液晶
1/60-1/10,000
0.89kgデジタル記録RGB 3 板式

RGB 3 板式

500TV 本10 倍ズームレンズ
カラー液晶
1/60-1/8000
1.1kg

500TV 本10 倍ズーム
カラー液晶
1/4-1/10,000
1.6kg

96 × 134 × 167 198 × 144 × 78

144 × 122 × 266.5 110 × 144 × 329

7.8W
1990 年６月 .
165,000 円

7.5W
1995 年 9 月 .
275,000 円

Vol.18 March 2013

9.3W
1992 年 10 月
210、000 円

9.5W
1995 年 9 月 .
235,000 円

うな CD-TR55 で、この機種により本格的に普及できるビデオカメラが実現できた。ここまではまだ解像度の点で物足りなさがあったが、AI-X1 は 42 万画素

6.9 ビデオカメラ技術の応用の CCD 開発に初めて成功し、多画素化競争に終止符1970 年に CCD が発明されて以来、内外各メーカで、を打った。それまで悩まされてきた手振れを解決した研究開発が続けられた。特に国内メーカがビデオカメのが、NV-S1 である。これ以降は AE、AF、AWB のラを目指して撮像管を凌ぐ性能を実現すべく、激しい

3 大機能に加えて手振れ補正 (AS : Auto Stabilization)

開発競争が繰り広げられた。その結果、80 年代初めが必須のものになった。そして、1995 年になると DVから各メーカで、ビデオカメラの開発・製品化の新聞方式のカメラが登場し、画質の劣化がないデジタル記発表が行われたが、量産技術の確立が遅れたため、予録に入る。ビデオカメラで撮ったものは見やすいビデ

定された半年後の製品化が見送られることが多かっオに編集して保存したかったが、それまでのアナログた。

記録ではダビングの際に画質の劣化が避けられず、編CCD の量産化に苦しむ各メーカは比較的生産台数

集がネックになっていたが、これ以降はこの悩みが解の規模が小さい業務用カメラに活路を見出すことに決された。

し、その結果、業務用カメラの製品化が相次いだ。
1983 年 9 月にソニーは箱型業務用カメラを初めて

6.8 ビデオカメラの変遷

製品化、1988 年に東芝は CCD を 3 個使った 3CCD カ
メラ IK-T30C を世界で初めて製品化した。これには 3

ここで、図 6.8 を参照して、年代別にビデオカメラ

色分解プリズムに CCD の感光面を精度よく固着する
CCD 張り合わせ装置が開発された。

の変遷をたどってみよう。
当初はビデオカメラもかなりの重さがあり、図 (a)のように、は 1969 年のビデオカメラとして最初のイ

6.9.1

親指サイズカメラ ( 超小型カメラ )メージが発表された当時は未だ三脚に載せるタイプで1986 年 9 月に図 6.9 のような親指大の超小型カメラ

あった。これが、実用化された 1974 年になると肩にが東芝から製品化された (20)-(22)。これらは今までのカ載せるショルダータイプになる。図 (d) は最後の単管メラで撮影できなかったカメラアングルからの撮影を

式ビデオカメラで、小型化が達成された。しかし、未だ記録用の VTR は別タイプで肩から提げなければならなかった。80 年代後半になるとカメラ用に 8 ミリ、
VHS-C の VTR が登場し、ビデオカメラも手のひらで支えるタイプになった。しばらくはこの形が定着する
が、記録メディアが VTR から更に小型の SD カード、
HDD、DVD などが登場すると図 (f) のように手のひらに入るまでに小型化が可能になった。

世界初の超小型カメラ
図 6.9図6.11
世界初の超小型カメラ(e)VHS-C一体型
体 AI35AF

可 能1988に し年た。

( ) 2管式試作品19(a)
管式試作品 69年

(b)単管式IK12 1974年(c)単板式IK3000 1981年(d)単管式IKC400 1983年 (f)HDD内蔵 2005年

図6.10
外形から見るビデオカメラの変遷
図6.8 外形から見るビデオカメラの変遷

ビデオカメラ技術の系統化

167

琵琶湖マラソンで伴走するオートバイの車近くに装着な姿勢で、内視鏡を走査する必要がなくなったため、して、ランナーの脚の動きを鮮やかに捉えた画像が医者の腰痛が減少したといいわれる。更に、細胞片をNHK から放送され、解説者が驚きの声を上げた。さ摘み取る鉗子や、患部を焼き切るレーザも内蔵するこらに、富良野のスキー滑降コースでは、試走者のヘルとにより、今や、内視鏡は観察するだけでなく、治療

メットに装着して滑り降りることにより、スキー選手

器に成長した。これもビデオカメラ技術の波及効果での目線で、起伏に富んだコースをダイナミックに滑走ある。

するリアルな画像をお茶の間にダイレクトに届けることができた。NHK はこれらの画像を世界で初めて放送し、絶賛を浴びた。また、映画「マルサの女」でメ

6.9.3

立体ビデオカメラ

1987 年には図 6.11 のような世界で初めての立体ビ

ガネの横にひっそりと置くシーンにも活用された。
この斬新なカメラの発想は井上靖の短編小説「他人の眼」による。CCD はこんなに小さくなったのに、
ビデオカメラは何で大きいのだろう、見たいところ
へ眼を！

これがカメラ研究者の究極の夢であった。

だったら、カメラから眼を外したら？些細なアイデアを実現するのには一苦労が要る。本来の業務をやりながら、アンダーザテーブル ( どこからも資金をもらわず自力で進める開発 ) で未知への挑戦を進める。新規

図 6.11 世界初の立体ビデオカメラな研究には誰も専門家はいない。苦労して試作しても図6.13 世界初の立体ビデオカメラ

あまりに斬新過ぎるとメーカの中ではよさをわかって

デオカメラ SK3D7 が開発され、米国向けに製品化さもらうのが大変である。捨てられる直前だったマイク

れた (26)-(28)。

ロカメラはユーザーが使ってくれ、大評判になる。究これは表 6.4 に示した 30 万画素のビデオカメラ、

極の夢と発想の転換により、世界初のマイクロカメラ

AI-30AF を母体とし、カメラヘッド部を複眼化したが実現できた。

もので、2 組のレンズと CCD を一体構造に精度よく収納することによって、それまで、煩雑だった左右の

6.9.2

電子内視鏡

画像をμオーダで合致させることに成功した。左右の今では当たり前の電子内視鏡が 1987 年、国内で初めて開発された(23)-(25)

画像をフィール順次で撮り出し、普通の VTR に記録。それまでは 5 万本程度のファイする。再生側では画像に同期して液晶メガネを左右交バースコープを用いて手元まで、画像を導いて一人の互に切り替えスイッチすることにより、左画像が左眼

医者が観測し、必要に応じて写真撮影を行っていた。

に、右画像が右眼に入り、手軽に立体画像を楽しむこ

CCD では、直接、スコープの先端に取り付けることとができる。現在でもこのカメラは世界中で活躍してが可能になり、図 6.10 のようにテレビ画面で、複数いる。

の医者が同時に内部を観測できるようになった。無理

これまでの立体画像を撮るカメラは 2 台のビデオカ
メラを三脚に取り付け、根気よく 2 枚の画像の位置合わせを調整しなければならなかった。画面が垂直にずれると左右の画像が重ならず、著しく、見にくくなるからである。この立体ビデオカメラでは、3 板式カメ
ラ用にプリズムと CCD を高精度に固定する自動調整
治具の技術を取り入れることにより、垂直方向の誤差をμオーダ以内の精度に抑えることができた。このよ
うにして、レンズと CCD を一体構造にして固着させることに成功、いつでも手軽に安定した立体画像が得られるようになった。新規なカメラを作り出すには技
術のポイントを抑えることが必要である。

図 6.10 電子内視鏡

図6.12 電子内視鏡

168

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

6.9.4

知的玩具に応じて東京霞が関ビル、大阪 MM ビルとの間でもビデオカメラ技術の応用として将来期待されるも交信された。

のに知的玩具がある。一人暮らしの女性、シニア世代の人々が外出先から自宅に戻って玄関に入るとき、

6.9.6

コックピットカメラからビデオカメラへ

ちょっと話しかけたくなる、それに応じて一言返して

80 年代初め、CCD の量産化には各メーカとも苦労

くれる、そのようなインテリジェントな人形が一つのしていた。その中で、ソニーの戦略は少量の機種からイメージであり、目を離せない介護老人を見守り、異実用化を進め、業務用機種を挟んで、本格量産化につ常発生時には素早く通報できるような介護ロボットもなげていった。その経緯を紹介する。

家庭や施設、病院などで活躍するであろう。これらに撮像管から CCD への転換期に 3 種のカメラがあった。

共通する基本技術がカメラと記録、信号処理の技術で先陣はソニーの XC-1。1980 年、CCD カラーカメラ商品

あり、ビデオカメラそのものである。

化として世界初、CCD 量産へ向けた足場を築いた。用

図 6.12 はビデオカメラに、
ノートパソコンの顔認識、

途は航空機搭載で、最初に全日空ジャンボ機のスカイビ
ジョン用にコクピットとランディングギア（前足）に取り付けられた。採用の理由は撮像管の大型サイズ、振動衝
撃に弱い、焼き付きという弱点の克服にあった。CCD は
12 万画素で、解像度不足を 2 板方式でカバーした。
第二陣は 1983 年、本格 CCD 量産ラインから生まれた白黒カメラ XC-37 であった。撮像管から CCD への転換期にあたる。CCD ならではの耐振動衝撃性と手のひらに乗る超小型サイズで、業務用分野で圧倒的

図 6.12
知的玩具の一例I-Doll
I-Doll
図6.14
知的玩具の一例

日本語認識・合成を応用して試作された知的玩具、愛称 I-Doll（Intelligent Doll）
である(29) − (31)

。話しかけると、人形の額に付けたビデオカメラが検知、言葉を認識・な評判を呼び、マシンビジョン用カメラの元祖として
15 年のロングセラー機となった。画素数は 19 万画素、
テレビカメラには不足だが、コンピュータの眼としては十二分に役立った。

理解して、人形の画面が表情を変え、スピーカから返そして、1985 年、ビデオカメラ CCD-V8 は撮像管事を聞け、会話を楽しめる。1998 年に試作されたが、から CCD への転換の最終戦を飾った。小型ビデオ一

当時はコストがかかり、時代の先取りが早過ぎ、製品

体型カメラの元祖でもある。25 万画素の単板式カラー化に至らなかった。

CCD を用い、記録は 8mm 方式。プロトタイプの「ビデオムービー」が発表されてから、苦節 5 年、技術開

6.9.5

カラーテレビ電話

発の成果であった。
( 元ソニー 名雲文男氏への取材による )1970 年大阪で開催された万国博の電気通信館で世界初のカラーテレビ電話が公開された。これは図6.13 のように、2 管式カメラの応用で、上部にカメラ

文

部、下部に受像部、右上に小型モニタが設けられてい(1) 長 原脩策、信時三郎、蠣崎武広、安藤隆男：2る(32) - (34)

。カメラは高感度の 2/3 型カルニコンを 2 本用いた 2 管式である。電気通信館に１対抗設けられ、180 日間にわたって一般の入館者が自由に使い、必要

献
色 お よ び 3 色 撮 像 管、 テ レ ビ 誌、Vol.28, No.11,
pp.896-301, 1974.

(2) 川崎満、和久井孝太郎：特集撮像デバイス 7．撮像 管 と カ メ ラ 技 術、 テ レ ビ 誌、VOL.28, No.11,
pp.918-925, 1974.11.
(3) 竹 村裕夫：CCD カメラ技術、ラジオ技術社刊、
1986 年 11 月。( 現在、廃刊 )(4) 電子機械工業会、JEITA、カメラ工業会の統計より、フォーマットに合わせて編集。
(5) 長 原脩策、小林義和、信時三郎、高木俊彦：周
波数多重化単管カラーカメラの開発、テレビ誌、

図 6.13 カラーテレビ電話

Vol.26, No.2, pp.104-110, 1972 年 2 月

ビデオカメラ技術の系統化

169

(6) 窪 田泰治、黒川弘道、塩野隆史、田川進、蠣崎
武広：電子インデックスによる位相分離方式単ラ、日経ハイテク情報、1985 年 8 月 18 日。

管カラーカメラ、テレビ誌、Vol.27, No.4, pp.243-(22) 田沼千秋、竹村裕夫、逸見和弘、木村正信、近藤雄、天野南、福岡義孝：超小型 CCD カラーカ

251, 1973 年 4 月(7) 竹 村裕夫：家庭用単管式カラーカメラの開発、映像情報メディア学会誌、Vol.60, No.6, pp.879-882,

メラ、テレビ誌、Vol.41, No.11, pp.1026-1032,
1987 年 11 月。
(23) 星：電子内視鏡、メディカルレビュー、Vol.11,

June 2006.
(8) 東芝小型カラーカメラ IK-12 パンフレットより、

No.2, pp.44-50, 1987.
(24) 伊藤 阿耶雄：オプトエレクトロニクスと医療、

1974 年 4 月(9) 世 界最小のカラーテレビカメラ－家庭用小型
VTR などに最適な超小型カラーテレビカメラを開発－、東芝新聞発表資料、1969 年 3 月 6 日。
(10) Yasuo Takemura, Itsuzo Sato and Hisashi Tajiri

電子通信学会誌、Vol.71, No.1,pp.28-31, 1988 年 1月。
(25) 竹村裕夫：CCD 内視鏡とその微小化動向、Coronary, Vol.6, pp.31-36, 1989 年 8 月。

: Compact Color Television Camera, J. of(26) Yasuo Takemura, Masanobu Kimura Shinichi

SMPTE, Vol.82, No.1, pp.12-16, Jan. 1973.

Yamaguchi, Junichi Hosokawa and Yasunari(11) 低価格の簡易型カラーカメラ IK-83 を発売、東芝
新聞発表資料、1972 年 3 月 29 日
(12) 日立 MOS カラービデオカメラ VK-C1000 パンフ

Arakawa : Stereoscopic Video Movie Camera
using 300K Pixel IT-CCD Sensors, IEEE Trans.
Consumer Electronics, Vol.37, No.1, pp.39-44, Feb.
1991.

レットより、1981 年 3 月(27) (Invited Paper) Yasuo Takemura : Stereoscopic(13) NEC 新聞発表資料より(14) ソニー：ビデオ / カメラ一体型「ビデオムービー」{ 仮称 } に試作機公開。方式統一を提案。ソニー
新聞発表資料、1980 年 7 月 1 日(15) 基本設計 2 時間撮影のビデオ内蔵カメラ「マグVideo Movie Camera “3D-CAM”, 1989 3D
Meeting June 1989.
(28) 竹村裕夫：次世代テレビ特集 永年の大きな夢が実現に近づく 立体ビデオディスク、立体ビ

カメラ」について。日立製作所新聞発表資料、

デオムービーが実用化、日経ハイテク情報、1989

1980 年 9 月 16 日。

年 1 月 9 日。

(16) 世界最小・最軽量・低消費電力のカメラ一体型(29) 古谷智子：21 世紀のセンサ・認識技術の応用、VTR、CPD 固体撮像素子採用 “ マイクロビデオ

東芝 AVE 技術レビュー、第 10 号、2000 年 3 月。

システム ” を開発、松下電器産業新聞発表資料、(30) 古谷智子、竹村裕夫、竹内元比古：知的ロボット、

1981 年 5 月 20 日。( 松下電器は 1981 年 2 月にも特開平 2001-179665、2001.7.3 公開、1999.12.24 出願。

1/2 インチ撮像管を用いたマイクロビデオシステ(31) 古谷智子、竹村裕夫、竹内元比古：表情を有す
る知的ロボット、特開平 2001-215940、2001.8.10

ムを提案している。)(17) カメラ一体型 VTR ＂ミリビデオ ” の新フォー
マット案の骨子を関係業界に 5 社共同提案、5 社
新聞発表資料、1982 年 1 月 20 日。
(18) 弓手康史：8 ミリビデオの標準化規格案について、
テレビ誌、Vol.38, No.3, pp.219-225, 1984 年 4 月。
(19) 竹村裕夫：CCD・CMOS カメラ技術入門、コロ

公開、2001.1.31 出願。
(32) 竹村裕夫、八木基、鍋島大樹、青木栄一郎、浜口
和男：カラーテレビ電話の試作、第 7 回テレビジョン学会全国大会、10-7, pp.331-332, 1971 年。
(33) Yasuo Takemura, Daiki Nabeshima and Motoi
Yagi : Characteristics of the Color TV

ナ社刊、2008 年 4 月。
(20) Yasuo Takemura, Masanobu Kimura, Kazushige
Ooi, Hiroshi Mukaigawa, Takahiro Nakamura,

Telephone,IEEE Trans. Broadcasting, Vol.BC-19, No.4,

Chiaki Tanuma, Kiyofumi Sanda and Minami

pp.77-

Amano: CCD Micro-Miniature Color Camera,

84, Dec. 1973.

IEEE Trans. Consumer Electronics, Vol.CE-33,(21) 日経記者による新製品ハイテク度調査 新製品

国立科学博物館技術の系統化調査報告(34) 竹村裕夫、鍋島大樹、八木基：カラーテレビ電話、
テレビジョン学会誌、Vol.27, No.3, pp.190-196,

No.2, 85-89, May 1987.

170

ハイテク度ランキング第 1 位 超小型 CCD カメ

Vol.18 March 2013

1973 年 3 月。

7 ビデオカメラ用録画機器
7.1 概要７．
１ 概要
ビデオカメラの録画機器は当初はカメラと別に設けられ、その間をケーブルで接続して用いられてきた。
しかし、これでは不便なので、カメラの中に組み込めるように、カメラ一体型 VTR という呼び方で一体化が進められた。しかし、既存のベータ方式、VHS 方
式ではカセット自体が大きすぎ、小型の使いやすいビ
デオカメラを作ることは不可能であった。そこで、カ

一方、カメラ組込みを意識して、1984 年次世代家
庭用 VTR を目指した 8 ミリビデオが世界 127 社の統一フォーマットとして規格化された。これに対し、VHS 方式についても同年、カメラ用に VHS-C が開発された。しかし、
VHS-C カセットは録画時間が 20 分で、120 分の録画が可能な 8 ミリビデオに対して苦戦した。
後に、8 ミリビデオは Hi 8、Digital 8 と性能アップが図られ、小型化カセットを採用したため、ビデオカ
メラ用に普及した。
表 7.1 にカセットサイズとテープ幅を示す。

メラ用に小型のカセットが提案、規格化されていった。それによって、8 ミリビデオ、VHS-C、SVHS-C、
DV、HDV など多数の方式が乱立した。更に、VTR
テープ以外にも、DVD、HDD、SD カードなど各メー
カの得意分野でビデオカメラが作られるようになって行った。
ここでは、簡単にこれらの経緯を振り返ってみたい。

表 7.1 カセットサイズとテープ幅
項目
VHS
β
VHS-C
8 ミリビデオDV
miniDV

カセットサイズ (mm)188 × 104 × 25
156 × 96 × 25
92 × 52 × 23
95 × 62.5 × 15
125 × 78 × 14.6
66 × 48 × 12.2

テープ幅 (mm)
12.65
12.65
12.65
8.00
6.35
6.35

HD デジタル VCR 協議会ではデジタル記録 VTR

7.2 VTR
最初の家庭用 VTR は 1969 年に日本電子機械工業会（EIAJ）の技術標準として規格化された統一Ⅰ型で、これはテープがカセットでなく、リールに巻かれた状
態のオープンリール方式であった。
その後、テープのカセット化が進み、1970 年に 3/4
インチテープの U マ / チック方式、1972 年に統一Ⅰの規格である DV 規格を 1995 年に設定した。標準のDV カセットは 125 × 78 × 14.6mm、mini DV カセッ
ト は 66 × 48 × 12.2mm で、 テ ー プ 幅 は 1/4 イ ン チ（=6.35mm）とした。これにより、
従来からの悩みであったダビングによる画像劣化が低減した。
その後、ハイビジョン画像に向けて、HDV 方式を策定、しかし、これは 1440 × 1080 で、水平 1920 画
素を必要とするフルハイビジョンではなかった。

型フォーマットのカートリッジ VTR、1974 年に 1/2
インチテープの V コード方式が製品化された。
本格的なカセット VTR は 1975 年ソニーからβ方式、1976 年ビクターから VHS 方式が出現し、据置きタイプの VTR はこの２方式に集約された。
米国市場では VHS フォーマットのカメラ一体型も発売された。国内ではカセットがやや小さいベータ方式で 83 年にソニーが VTR 一体型を発売した。
その後、NTSC 方式の周辺機器の性能向上が行われ、VHS 方式の水平解像度 240TV 本では物足りなくなってきたので、高解像度化を図った S-VHS 方式が 1987
年に規格化された。YC 分離で入力する S 端子の採用
により、NTSC 方式のテレビ放送の解像度が 330TV本に制約されるのに対し、5MHz の信号入力が可能になり、水平解像度が 400TV 本以上になった。

7.3 デジタル記録メディア
但し、多くの人は知らされていないが、現在、日本の地上デジタル放送はこの画素数で放送を続けているのであるから、規格としては間違っていない。因みに、
水平 1920 画素での放送は日本では BS デジタルだけである。
一方、
1995 年には DVD が規格化され、
HDD、
SD カー
ドなどのデジタル記録メディアが次々に出現した。
当初パソコン用の記録メディアであった HDD は携
帯用に信頼性が著しく向上し、2004 年 1 月には直径0.85 インチ ( 約 22mm) の小型化が達成された。寸法は 32 × 24 × 4mm で、容量は 4GB であった。更に、2012 年 6 月には HDD として 1.5TB の大容量化も行な

ビデオカメラ技術の系統化

1712007 年になると、SD カードを用いたハイビジョン

われている。図 7.1 に 0.85 インチ HDD の外観を示す。
500 円硬貨と同程度の大きさに小型化されている。
当初デジタルカメラ向けの静止画像の記録用であっカメラがパナソニックから、HDD を内蔵したハイビ
ジョンビデオカメラが東芝から発売され、各メーカの得意な記録メディアを搭載したビデオカメラが市場に出回ることになった。HDV 方式にこだわっていたソ
ニーも 2010 年になるとテープからメモリ記録に下ビ
デオカメラを発売するに至った。
表 7.2 にこれらのスペックを示す。

文献(1) 横山克哉、日本放送協会編：NHK ホームビデオ

図 7.1 0.85 インチ HDD
図7.1 0.85インチHDD

技術、日本放送出版協会刊、1980 年 4 月

た SD カードは半導体技術の進歩とともに、年々記(2) 日 本放送協会編：VTR 技術、日本放送出版協会刊、1982 年 10 月

録容量が増加し、標準タイプで 32GB、2012 年には(3) 竹村裕夫、田中繁夫、テレビジョン学会編：家庭64GB の大容量化が達成された。
これらのデジタル記録メディアは、従来の磁気テー用ビデオ機器、コロナ社刊、1991 年 10 月

プによる記録に比べ、複雑なメカを必要としない、信(4) 映像情報メディア学会編：映像情報メディア工学

頼性が著しく向上する、アクセスもはるかに優れてい

大事典、継承技術編、オーム社刊、2010 年 6 月

る、などのメリットが大きく、これらの記録メディア(5) 東芝ニュースリリース：モバイル機器に搭載可能を用いたビデオカメラが次々に製品化され、複雑なメ

な 0.85 型ハードディスクドライブの開発についカが必要となる VTR を用いたビデオカメラは急速にて、2004 年 1 月 8 日(6) 東芝ニュースリリース：ポータブルハードディス

消滅して行く。

ク「CANVIO」の発売について、2012 年 6 月 19

7.4

デジタル記録メディアを用いたビデオカメラ日1995 年になるとソニー、ビクターから DV 方式のビデオカメラが登場、編集・ダビングによって画質が劣化しないということで脚光を浴びた。
2003 年にはビクターから初のハイビジョンビデオ
カメラが発売された。しかし、これは 720p と標準の1080i ではなく普及しなかった。2004 年にソニーが1080i ハイビジョンカメラを発売、これは HDV 方式
で業務用であったが、2005 年にソニーは普及型のハ
イビジョンカメラを発売した。

表 7.2 デジタル記録のメディア
方式
DV
HDV
AVCHD

記録メディア
磁気テープ
磁気テープ

容量
12.9GB/ 時間
同上

80mmDVD
SD カードHDD

2.8GB( 両面）BD 7.5GB
64GB
1.5TB

画素数
720 × 480、720 × 480
1440 × 1080、1280 × 720
1920 × 1080、1440 × 1080、1280 × 720、720 × 480、720 × 576

1.5TB： 写真 408,000 枚 (3.5MB/ 枚 ) 映画 1200 本 (13MB/ 分 90 分 / 本 )音楽 381,000 曲 (MP3 による圧縮 128kbps  4 分 / 曲 )172

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

デジタル TV 番組 159 時間

8 高機能化技術
サの出力信号で制御する。

8.1 概要表 8.1 AE 方式

ビデオカメラの電子回路は高機能化に関する回路と高画質化に関する回路に大別できる。これらの回路技
術は 1960 年代 70 年代に放送局用カメラを中心に研究

方式
環境光
被写体

検出手段
スポットセンサ
イメージセンサ

原理
単純測光
平均測光
重点測光

開発が行われ、カラーカメラの高性能化に大きく貢献してきた。その後、70 年代に入ると家庭用のビデオ

被写体が明るければ出力が大きくなり、暗ければ小カメラの開発競争が激しくなり、この基本となる高機さくなる。これを一定レベルに制御するには入射光量能化、高画質化電子回路は画像処理技術として日本のを制御する必要があり、レンズの絞りを変える、電子技術が中心となって開発が進み、ビデオカメラが世界

シャッタの時間を制御する二つの方法がある。現在はに大きく躍進する原動力となった。ここではまず、高プログラム制御で両者を変化させることが一般に行わ

機能化について主要技術を紹介する。

れる。単純に被写体全画面を平均して測光することはビデオカメラの高機能化技術は、図 10.1 に示した

少なく、被写体の画面を細分化して、その中の主要部

ように自動光量 AE (Auto Exposure 自動光量制御 )、

分を測光する重点測光や人物を撮るときには顔認識にオートフォーカス AF (Auto Focus 自動フォーカス制より顔部分を抽出してそこを測光する、顔認識 AE が御 )、オートホワイト AWC (Auto White Balance 自動行われている。

白バランス制御 )、手ブレ補正 AS (Auto Stabilizer)、
顔認識、フリッカ除去が主なものである。

8.2 AE

AF 技術の最初も写真機に始まる。1977 年発売されたコニカ C35AF、ジャスピンコニカの愛称で人気にAE の初めての特許は図 8.1 に示すように、1955 年の Jullius Durst( 独 AGFA 社 )8.3 AF(1)といわれる。明るさなった。これはハネウェル社が開発したモジュールを使用した世界初の AF カメラである (2)。

を検出して写真機のシャッタ時間を制御しようとする
レンズものであった。
写真機では個別のセンサを付加して測光していた

前ピンの場合
左右の2つの像

ジャスピンの場合
単一像

R像

後ピンの場合右左の2つの像L像が、これでは環境光を測定することになり、被写体の明るさを正確に測ることが不可能であった。

L像

R像

現在では表 8.1 に示すように、イメージセンサという高性能センサがあるのでこれを用い、イメージセン

図 8.2 TCL 方式 (4)図8.2 TCL方式(1)
図18.1AE
AE基本特許
基本特許
(1)
図8.1
図8

ビデオカメラ技術の系統化

173この仕組みは TCL（Through the Camera Lens）方式と言われ (4)、図 8.2 に示すように、レンズを通った
光を 2 分割して、2 枚の像を作りこの位相差を検出するものである。
なお、ハネウェル社との間ではミノルタの特許紛争があった。
両社は当初共同で進めていたが、ハネウェル社の開発スピードが遅く、途中からミノルタが独自開発し、一眼レフカメラ、α 7000 に搭載してしまった。

図奥行きのある景色
8.5 奥行きのある景色
図8.5

その結果、ハネウェル社の特許 (7) に抵触することになってしまった (8)。この特許は図 8.3 に示すように

ここで、AF の原点に立ち戻ってみると、被写体は本来図 8.5 に示すように、3 次元の奥行き情報を有している。ここで被写体のどこにフォーカスを合わせた
いかは撮影者の意志によるものである。したがって、
単純な手段では AF の完成度を上げることはできない。
第一に考えられるのは、撮影者は撮りたい被写体を
画面中央に配置するであろうという仮定で、中央部分のエリアを抽出してここにフォーカスを合わせる中央
重点測光であった。しかし、この方式では、乾杯のシー

図 8.3 ハネウェル社の AF 特許

図8.3 ハネウェル社のAF特許(7)(7))

ンでジョッキにフォーカスが合って、肝心の人物がボケるという不具合が生じた。そこで、最近では顔検出

TCL の出力信号を用いて制御手段までが示されていの技術を用いて、顔にフォーカスを合わせる方法がとる。なお、TCL 方式の原理は独 Leitz 社の特許 (9) にられるようになった。

も示されているが、図 8.4 に示すように制御手段には

なお、AE や AF の制御の基本技術には山登り制御が多く採用されている。合焦位置で映像信号の高周波成分が最大振幅になり、前ピンでも後ピンでも振幅が小さくなる。この関係を図 8.6 に示す。山の頂点を究めることになるので山登りサーボといわれ、これは日本の技術である (10)図 8.4 ライツ社の AF 特許 (8)図8 4 ライツ社のAF特許(8)図8.4

触れられていない。
こののち AF には表 8.2 に示すように映像信号のコントラストを最大になるように制御するコントラスト

図8.6
図 山登り制御8.6 山登り制御

方式と位相差方式に大別されて技術が進んできている。

実際にはマイコンを使ったデジタル制御が行われている。
表 8.2 AF 方式

方式
アクティブ方式
パッシブ方式

ライトフィールド

174

検出手段
超音波
赤外線
TCL
映像信号

制御手段
レンズフォーカス
レンズフォーカス
レンズフォーカス
レンズフォーカス

なし

なし

国立科学博物館技術の系統化調査報告

高周波成分を１フィールド期間積分し、この値が
原理
伝搬速度
三角測量
位相検出
位相差
コントラスト
画像処理

Vol.18 March 2013

もっとも大きくなるようにレンズを移動させるモー
ターを制御するものである。原理上は簡単であるが、実際にはピントが合っているとき、すなわち、山の頂上にいるときでもどちらかに振ってみて、信号の振幅

下、曇天下、屋内の白色ランプの下、蛍光灯照明下なが最も大きいことを確認しないと本当にピントが合っ

ど光の条件で色の見え方が変わってくる。人間の眼はているかどうかわからない。山の高さ、振幅の最大値

これらの光に順応して、白は白に感じるようにできてが被写体の種類によって大きく変わり、絶対値が設定いるので、それ程不自然には感じない。しかし、カメできない。また、被写体が移動したときに追随するス

ラではこれら色温度の異なる光に含まれる RGB 成分

ピードが問題になる。さらに、フィールド毎に積分しに忠実に反応して、色温度が高いと図 8.7(a) に示すよて値が得られるので最小でも数フィールドの時間が必

うに青みがかった白、低いと図 (c) に示すように赤み要になるなどの課題がある。

がかった白に再現される。

AF の分野で最近の注目すべき技術にライトフィー(11)-(13)

カメラでは多くの場合、白は白く見えることが必要にながある。レンズの後面に結像するフーリエるから、図 8.8 に示すように、色温度が変わった場合に変換像を電気的な画像処理によって変換して画像を再もその色温度でホワイトバランスが採れるように制御しな生する方式が行われている。

ければならない。これには無彩色の被写体では RGB のルド

通常は結像位置にイメージセンサを置くため、各画割合がいつも一定値になるように、または色差信号の R-素に入力した像はレンズの全面を通った光を積分してY,B-Y が常にゼロになるように制御する。具体的には図いる。このため本来、あったはずの角度情報が失われ8.9 のように、RGB 信号のバランスを見て、色温度を検出ている。この角度情報を抽出する。具体的には結像面

して、色温度が高い場合には B のゲインを下げ、色温度にマイクロアレイレンズを置き角度情報を持った複数が低い場合には R のゲインを下げるように制御する。

の像をイメージセンサに結像させる。この光学系を用いて被写体を撮像し、この画像から角度情報を用いて、画像処理を行うと撮影者の好みの位置にフォーカスを合わせることができる。

8.4 AWB
同一の被写体を撮像する場合でも、屋外の太陽光の(a)色温度が高い場合+2700K(a)
色温度が高い場合+2700K(b) 原画図
図8.9
AWB 構成AWBの構成(b) 原画図 8.9 AWB の構成(c) 色温度が低い場合-2300K(c)色温度が低い場合-2300K

図 8.7 色温度による変化

図8.7 色温度による変化(a) 晴天の風景(a)晴天の風景(b) 曇天の風景(b)曇天の風景
図 8.8 色温度が変化したときの望ましい色調(c) 電球の室内(c)電球の室内

図8.8 色温度が変化したときの望ましい色調
ビデオカメラ技術の系統化

175ここでは色温度を正確に検出することが必要にな

自動車などの移動体からのカメラ撮影には防震台がる。撮影する環境に基準の白を置いて、これを撮影し必要であり、ハンディカメラからの映像は画面がゆれてカメラの白バランスをとることが理想的である。

て見づらい画像が放送されていたが、この装置により

しかし、これでは一般の人が使用するカメラでは煩わしいので、被写体の特徴を生かして白を判断するこ

画像を改善することができた。
今ではデジタルカメラでは手ぶれ補正は当たり前の機能であるが、1987 年当時は現在のような半導体技とが行われる。
例えば、撮像する１画面に含まれる色成分は全体を積分すると大体ゼロ、無彩色に近くなるという仮定に術の進歩がなかったから、図 8.11 に示すように、装置は可搬型ラック 1 本が必要であった。

基づくものである。
この場合にも、画面の中で、色付きの大きな部分 ( 飽
和度の高い部分 ) は除外して、飽和度の低い部分だけを抽出して積分する、
このような工夫を施すことによって、色温度検出の精度を高めている。更に、被写体の特徴を把握して、全体が赤い色調になる夕焼けの景色、赤いトマトをアップで撮像する際など、特殊なシーンでは AWB 動
作を除外する方法を用いて、不自然な画像に陥ることがないように工夫が施されている。
図8.11揺れ
図8
11揺れ補正補正装置
装置(19)

実際には色温度の種類はそれ程多くないので予め、

図 8.11 初期の揺れ補正装置 (20)白熱ランプ、蛍光灯、太陽光線など何種類かの色温度の補正係数をメモリーしておき、これを切り替えて使

ビデオカメラの手振れ補正は 80 年代後半から必要用することにより、最適状態に近いホワイトバランス性が認識され始め、研究開発が活発になってきた (22)。

がとれる。

ビデオカメラで最初に製品化されたのは図 8.12 に示

これら技術の詳細については文献(14)-(19)を参照してすようなジンバルメカ方式 (23)(24) である。

頂きたい。

8.5 手振れ補正
電子的に手ブレを補正する、いわゆる手ぶれ補正技
術が 87 年始めに放送用として実用化された (20)(21)。
画面の揺れや振動を画像全体の平行移動量として画像信号から検出して、この揺れ情報に基づいて画面の位置補正を行うことにより、揺れを除去する電子的な(22)
図
ジンバルメカ方式
図8.12
図812 8.12ジンバルメカ方式

揺れ補正方式が採られた。

(22)

図 8.10 に示すように、映像信号中から動きベクト

手持ち撮影では 20Hz 以下の振動による手振れの要ルを検出して、補正ベクトルを発生させて、画像位置因が大きいことがわかり (23)、水平垂直両方向の帯域の平行移動を行うものである。

抽出フィルタを用いて、映像信号から動き検出に有効な周波数成分を抽出し、代表点マッチング法により動きベクトルを効率よく抽出する帯域抽出代表点マッチ
ング法が開発された (25)(26)。更に、手振れか被写体の動きかをファジー理論を使って識別して、誤動作を防いでいる (27)。
なお、特許としては 1980 年に CCD のカメラぶれ補正がある (28)。
その後も数々の手振れ補正方式が研究開発されてき

(20)
(19)
図8.10
揺れ補正装置の構成
図 8.10
揺れ補正装置の構成

176

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

た (29) ～ (86)。

320 を発売 (92) した。

8.6 顔検出・認識

ビデオカメラでは 2008 年 1 月に、パナソニックが
動画撮像時に人物の顔を検出し適切な補正を自動で行カメラで撮影する場合に、顔は最も重要な被写体でうことで、ユーザーが面倒な操作なくキレイに撮影すあり、統計によると 70% が顔を中心に撮影しているることができる「おまかせ顔認識」を搭載した、世界(87)。したがって、露出、ピント、色調を顔に合初の顔認識搭載デジタルハイビジョンビデオカメラ

わせることにより、失敗のない写真が撮れることが必HDC-SD9/HDC-HS9 を発売した (93)。また、4 月には、要になり、顔検出機能が付いたカメラが増加している。

ソニーがデジタルハイビジョンカメラ HDR-TG1 に、最初にカメラに搭載したのはニコンで、2005 年 2

顔をきれいに撮影する「顔検出」機能を搭載した (94)。

月に発売した COOLPIX シリーズで 7900, 7600, 5900

顔認識技術は、入館時のゲートでのチャックや空の 3 機種に搭載した。これは Identix 社（米国ミネソ

港のゲートでの不審者の検出などのセキュリティ用途タ州）が開発した生体認証技術を用いた顔認識技術

や、テレビの視聴率調査時に視聴者の個人別統計を取

FaceIT を採用、コンパクトデジタルカメラにおいて、る用途などで、古くから研究開発が進められてきた。

撮影画面内の人物の顔を検知してピントを合せるもの

これらは個人の顔をデータとして記録した辞書を持っというで、世界初の顔認識 AF である(88)ており、カメラの前に立った個人の顔をこの辞書にあ。

そ の 後、2006 年 9 月 に 富 士 フ イ ル ム は 顔 検 出 機
能、顔キレイナビを搭載したデジタルカメラ Fine Pix

る顔と照合するのが目的であった。従って、正解率を高める必要があった。

S6000fd を発売した。画像処理ソフトウエア、Image

これに対してカメラの顔認識は顔を捕らえるだけでIntelligence を開発することにより、世界最速で 10 人

よいので、技術的にははるかに容易なことであった。

まで一度に検知できると発表している(89)

この技術を紹介しておこう。

。

2007 年になるとペンタックス (Optio A30 2 月 )、ソ

カメラが捕らえる視野（被写体）の中から顔を確

ニー (Cyber-shot T100 3 月 )、オリンパス ( μ 780 4 月 )、実に検出することが必要になる。一般には顔の辞書を

キヤノン (IXY DIGITAL 810IS 6 月 )、カシオ (EXILIM

作って置き、顔と顔以外の画像を区別する。顔の中のZOOM EX-Z1200 6 月 ) などのメーカが次々にデジタ

眼、鼻、口などの器官には位置や端点、中心点などにルカメラを発売する。

特徴がある、顎、鼻、眼、眉、口には形状や輪郭に特

更に単純な顔検出でなく、笑顔でシャッタが切れるようにした技術が 2007 年秋には登場する。ソニーは独自の自然な笑顔を逃さず撮影する「スマイルシャッ

徴がある。これらを組み合わせることにより顔検出が行われる。
識別器の一例は図 8.14(a) に示したように、事前にター」を搭載した “ サイバーショット ”『DSC-T200』『DSC-T70』を 9 月に発売した (90)。その翌日にはオムロンが図 8.13 のように、顔画像から笑顔度を測定す(a) 顔辞書の一例(89)

オムロン社のOKAOVisionの笑顔度測定技術による画像
図 図8.13
8.13 オムロン社の
OKAOVisionの笑顔度測定技術によ
(89)
る画像

(b) 特徴点抽出

図 8.14 顔辞書の一例
文献（95）を参照して作成
図8.14 顔辞書の一例

るリアルタイム笑顔度測定技術を開発(91)、また、オリンパスは 2008 年 1 月に笑顔を自動的に連写撮影する

収集しておいた顔画像と顔以外の画像を学習して分類

スマイルショットを搭載したカメラ CAMEDIA FE-

しておく。次に図 (b) に示すように、顔の左右の眼とビデオカメラ技術の系統化

177右目は頬より暗い
左目は眉間より暗い(a) ウインドウ走査と顔(b) 顔検出

鼻腔は頬より暗い図 8.15 顔検出処理の一例
図8.15 顔検出処理の一例

鼻に注目すると位置関係はほぼ定まり、更に 3 つの特徴がある。

USP 3,875,401, Apr. 1, 1975 (July 9, 1973 出願 ).
(8) AF カメラ特許紛争の波紋広がる ミノルタがハ

右目は頬より暗い、左目は眉間より暗い、鼻孔は頬ネウエルに 165 億の和解金、日経エレクトロニク

より暗いという特徴があり、明暗の長方形の 3 組の領ス誌、No.550, pp.225-235, 1992 年 3 月 30 日号。

域で表すことができる。それぞれの組みは Haar

(9) Ludwig Leitz : Photoelectric Precision Camera

Wavelet 特徴といわれる。これらからブースティン

Range Finder with Optical Verification, USP

グという学習アルゴリズムを用いて最終判定を行う。

3,529,528, Sept. 22, 1970, (Dec. 6, 1966 優先権主張 )このように複数の特徴が同時に満たされることを共(10) 石田順一、藤村安志：山登りサーボ方式によるテ起性といい、検出精度の向上に寄与している (95)。部

レビカメラの自動焦点調節、NHK 技術研究、17,

分的明暗差を用いる方式では左右の眼と口を用いる例

1,pp.21-26, 1965.

もある

(96)

。一例を図 8.15 に示す。

更に技術の詳細に関心がある方は文献(11) Ren Ng, Marc Levoy, Mathieu Bredif, Gene Du(97)-(103)

を参照

願いたい。

val, Mark Horowitz, Pat Hanraham : Light Field
Photography with a Hand-held Plenoptic Camera,
Stanford Tech Report CTSR, pp.1-11, 2005-02(12) 日浦慎作：コンピュテーショナルフォトグラ

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178

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自動車での実用化が始まる ”、日(80) 経エレクトロニクス、1996 年 9 月 2 日号、pp.169-178（1990）．
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ニュースリリース、2007 年 9 月 5 日。
(92) オリンパス：笑顔を自動的に連写撮影する「スマイルショット」搭載コンパクトデジタルカメラ「CAMEDIA FE-320」新発売、ニュースリリース、2008 年 1 月 22 日。
(93) パナソニック：世界初、顔を見つけてキレイに撮

サシリコンマイクロマシニング技術による小型高れる「おまかせ顔認識」搭載デジタルハイビジョ

精度の静電容量型加速度センサの開発について ”、

ンビデオカメラ HDC-SD9/HDC-HS9 を発売、プ

OMRON TECHNICS、Vol.36、No.2、pp.130-133

レスリリース、2008 年 1 月 9 日。

（1996）．

(94) ソニー：スナップ写真を撮影する感覚で 気軽に(82) 日下博也：“ 手振れ補正機能の高解像度化・高性

ハイビジョン撮影が楽しめる世界最小・最軽量デ能化 ”、画像電子学会誌、Vol.31、No.6、pp.1183-

ジタルハイビジョン “ ハンディカム ” 発売、プレ1191（2002）．

スリリース、2008 年 4 月 3 日(83) 大石末之：“ アマチュアカメラにも搭載されてき(95) 三田雄志：高速・高精度を両立する顔検出技術、

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東芝レビュー、Vol.61, No.7, pp.62-63, 2006 年 7 月。

（1994）．
(84) 内藤貴志、塚田敏彦、山田啓一、小塚一宏、山本
新：“ 屋外環境下における走行中の車両のナンバープレート認識 ”、映像情報メディア学会誌、
Vol.53、No.5、pp.730-737（1999）．
(85) 佐原正義：“ ミノルタαシステムの電子化技術 ”(96) 川出雅人：第 12 章 組込み顔認識技術とそのセキュリティ応用の可能性、トリケップス、2007
年8月(97) 徐 剛、杉本岳夫：顔検出及び顔追跡方法並びにその装置、特許 3459950(1997 年 4 月 30 日出願 )(98) ギュッタ、スリニヴァス：監視・偵察システ

テレビジョン学会技術報告、Vol.9, No.35, pp.23-

ムにおける軌道分析を用いた侵入者検知、特許

28 (1985)

3974038(2000 年 12 月 12 日出願 )(86) Garrett Brown：”Equipment for Use with Hand
held motion Picture Cameras”, USP 4,017,068（1974）(87) 蚊野 浩 ( 監修 )：“ デジカメの画像処理，” 映像情報メディア学会編，pp.45-76，オーム社（2011）(88) ニコン：生体認証技術を用いた、世界初の顔認(99) 伊藤 渡：撮像装置および方法並びにプログラム、
特許 4121026(2004 年 1 月 21 日出願 )(100) 川口善也、小杉真人：撮像装置及びその制御方
法並びに制御用プログラム、特許 4006415(2004
年 6 月 3 日出願 )(101) 三菱総合研究所 コモディティ化の進む顔認識

識 AF 機能をコンパクトデジタルカメラに搭載、技術、http://easy.mri.co.jp/20080115.html

Press Release、2005 年 2 月 16 日。

2008 年 1 月 15 日

(89) 富士写真フイルム：世界最速の顔検出機能「顔キ(102)M.-H. Yang, D. J. Kriegman and N. Ahuja: “Deレイナビ」搭載で、人物がもっとキレイに撮れる

tecting Faces in Images: A Survey,” IEEE Trans.

ネオ一眼デジタルカメラ「FinePix S6000fd」、

Pattern Anal. Mach. Intell., vol. 24, No. 1, pp.34-58

ニュースリリース、2006 年 7 月 27 日。

(2002)(90) ソニー：笑顔を検出し、自動で撮影する「スマイ(103)P. Viola and M. Jones: “Rapid Object Detection

ルシャッター」新搭載 “ サイバーショット ”T シ

using a Boosted Cascade of Simple Features,”リーズ 2 機種発売、報道資料、2007 年 9 月 4 日。

Proc. IEEE CVPR, vol. 1, pp.511-518 (2001)

ビデオカメラ技術の系統化

181

9 高画質化技術
8 章に引き続き、ビデオカメラの電子回路のうち高代に提案されたが、デジタル画像処理の進歩により、1990 年代に米国 NASA で活発な研究開発が行われ、画質化に関する技術を述べる。
ビデオカメラ技術の全貌をまとめた図 10.1 に示すよう2000 年代になって、デジタル処理の高速化と高集積に、色分離回路、色信号処理、輝度信号処理のカメラ化が可能になったことで、民生分野にも使われるよう

基本回路を通った後に、コントラスト補正、ダイナミックになった。

レンジ拡大、デモザイキング、超解像処理がある。

入力画像の分離には乗算器が目的に応じて用いられ、画像処理にはεフィルタなどの各種デジタルフィルタ

9.1 コントラスト補正や関数が用いられ、高度な演算処理が行われる (4)(5)。
例えば、
図 9.2 のように、分離後に一方をレベル圧縮、

最近のデジタル画像処理技術の進歩により、画像認
識、画像処理の分野で新たな展開が行われている。

一方をレベル伸長することにより、入力画像のコント
ラストを最適化できる。

従来の、アナログ的手法では輪郭強調や、逆光補正を行う目的で、特定の信号を強調するとこれに応じて

照明光成分

ノイズも増加されてしまうため、目的は達成されてもレベル
圧縮
コントラスト最適画像

全体にノイジーな画像となってしまい、総合評価とし乗算器ては画質が改善された効果が顕著に現れないという状
況が多かった。
デジタル処理を行うことによって、フーリエ変換に

物体光成分

基づく周波数領域での画像処理がたやすく行えるよう

画像合成

レベル
伸長

図 9.2 適応型コントラスト伸長（ACE)になってきた。更に、周波数領域で扱うことによって、いろいろな手法のフィルタリングが行える。その上にまた、入力画像を乗算器でテクスチャ生成子と骨格
図9.2 適応型コントラスト伸長（ACE)
画像に分離して図 9.3 に示すような処理を加えると、数学の関数を用いてデジタル処理を行う。
このような分野にいち早く参入して、デジタルカ①エッジ周辺にリンギング発生がない、②サンプル

メラや監視用カメラの画質改善に取り組んできたのはホールドぼけがない、③エッジのジャギーが抑制、な(1)

Apical Limited( 英 ) である 。信号の圧縮・記録の際どの特徴がある高画質の拡大画像が得られる (6)。

に失われていた白部分、黒部分の信号を適切なコント
ラスト補正をすることにより改善する。また、表示装
置のコントラスト範囲を超えたような信号が入力されないように、予め、コントラスト補正をすることがで

テクスチャ

入力画像

3 lobed LanczosWindowed sinc
補間法

乗算器

拡大画像
画像合成

きる。
また、図 9.1 に示した Retinex 理論 (2) に基づき、入

超解像度
TV補間法

力画像を照明光成分と物体光成分に分け、別々に処理

骨格画像を加えた上で合成することにより、所望の特性が改善

図 9.3 画像拡大への応用

文献 (6) を参照してまとめたされた高画質画像が得られる (3)。この原理は 1970 年
図9.3 画像拡大
図
画像拡大への応用
応用

更に図 9.4 のような処理を行うと急峻なエッジは鈍
文献(6)を参照してまとめた
らずに、リンギングやジャギーの発生なしに雑音が除照明光成分去された高品質の画像が得られる (6)。

画像処理
入力画像

画質改善画像乗算器

画像合成

一方、画像処理技術を駆使して、レンズのボケを電気的に補正する技術なども実用化に向けて開発されている (7)。

画像処理
物体光成分

図 9.1 Retinex の原理
図9.1

182

Retinexの原理

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

雑音に影響される

テクスチャ

濃淡はこれよりはるかに広く、車載カメラの場合、不Shinkage 作用素θ

自由なく使いこなすには 120 － 130dB 程度のダイナ
対数テクス
チャ生成子 v

雑音由来成分
の選択的除去ミックレンジが必要である。

exp

ダイナミックレンジの拡大はカメラ技術の中では大

入力画像
乗算器

画像合成

変重要な開発課題であり、主として、イメージセンサ
技術の改良の中で、80 年代から、様々な取り組みが

exp

対数骨格u
骨格画像

行なわれてきた (8)。しかし、イメージセンサの基本特

雑音に殆ど
雑音
殆
影響されない性が損なわれることが多く、中々カメラとして実用化

図 9.4 雑音除去への応用
文献 (6) を参照してまとめた
図9.4 雑音除去への応用されることは少なかった。

文献(6)を参照してまとめた

ダイナミックレンジ拡大が望まれる例は図 9.6 のよ9.2 ダイナミックレンジ拡大

うに、トンネルの入り口、出口でコントラストレンジ

ダイナミックレンジとは 1 枚の画像の中に明るい部は見えないし、図 (b) ではトンネルの外が見えない。

が極度に広い場合である (9)(10)。図 (a) ではトンネル内

部分と暗い部分が混在しているとき、明るい部分と暗い部分がどこまで再現できるかを言う。即ち、明るい部分と暗い部分の比率がいくらかであるかで評価される。図 9.5 は光電変換特性を示したもので、明るいレベルは信号出力が飽和して、歪が生じる、クリップ
される、などの要因で正しい信号出力が得られなくな(a)入り口では内部が暗くてよく見えないる。一方、暗いレベルはノイズに埋もれ、信号が再現(b)出口では外が明るくてよく

図9.6 トンネルの出入り口の画像

できなくなる。したがって、ダイナミックレンジの拡
大には飽和レベルを上げること、ノイズレベルを下げることが基本的に必要になる。
(a)入り口では内部が暗くてよく見えない(a)入り口では内部が暗くてよく見えない
現 在、 カ メ ラ に 最 も 多 く
使 わ れ て い る IT-CCD(b)出口では外が明るくてよく見えない(b)出口では外が明るくてよく見えない(Interline Transfer CCD) ではダイナミックレンジは
図 9.6 トンネルの出入り口の画像
図9.6トンネルの出入り口の画像
トンネルの出入り口の画像
図9.6
60-70dB と言われている。ところが、自然界では光のダイナミックレンジ拡大の技術は表 9.1 に示すように各種方式が提案、実験されてきた。しかし、いずれもカメラの基本特性に影響を与えるため、ビデオカメ

飽和レベル

信号号出力

ラに搭載されることは少ない。業務用カメラでは太陽の当たり方が大きく変化する場面での監視用 (11)(12) や駅のプラットホームに設置されるカメラ (13)(14) で実用60dB化されている。
図 9.7 は複数電子シャッタを適応的に用いた WDR

60～70dB
60
70dB

カメラで撮影した画像の一コマで、図 (a) のように通ノイズレベル常のカメラで見えない外の景色が、図 (b) のようにト

光入力

ンネル内部と外部の両方で画像が認識できている。

図 9.5 イメージセンサの光電変換特性
図9.5 イメージセンサの 光電変換特性
表 9.1
項 目
基本特性
画素構成

カメラ技術

WDR の各種方式

方式
飽和レベルの拡大
ノイズレベルの低減
対数特性 (15)-(20)
横型オーバーフロー容量 (21)-(26)垂直 2 画素方式 (27)(28)
画素内 ADC(13)(14)
掃き出し駆動 (29)
複数電子シャッタ (30)-(32)手段
画素面積拡大 など
暗電流削減 など
MOS FET の閾値特性利用
オーバーフロー電荷を再蓄積
高感度、低感度の 2 画素を垂直に配置
露光時間の異なる画素信号を各々 ADC
蓄積電荷の一部を削除
高速シャッタ低速シャッタの時分割

ビデオカメラ技術の系統化

183

70-80 年代ではカメラの信号処理はアナログ回路で行われていたので、RGB 信号を得る方法も限られていた。例えば、恩賀 ( ソニー ) ほかは 4 本の 1H 遅延線を用い、ライン相関を使って、輝度信号と 2 つの色差信号を得るようにして画質を改善した (37)(38)。
その後、デジタル信号処理がこの分野の画質改善に大きく貢献した。早くから、着目していたのは Bayer(a) 通常カメラの画像
通常カメラの画像(a) (a)通常カメラの画像方式の元祖、Kodak 社で、90 年代始めから、画素を埋める各種の有力な方式特許が提案されている。更に、コピュータの進歩で、解像度・偽信号のシミュレーショ
ンが比較的容易にでき、成果もカラー画像という形で明確に出せることから、メーカだけでなく、大学や各種機関の実験室でも研究に注力し、夥しい数の特許、学会報告が行われるようになった (39)(40)。
これらの手法はモザイク型にサンプリングされた信(b) WDR カメラの画像(b)(b)WDRカメラの画像
WDRカメラの画像
図 9.7 適応型 WDR カメラの画像 (32)号から信号を復元する技術ということで、デモザイキ
ングと呼ばれるようになっている。

CMOS
イメージセンサでは画素内にトランジスタ
図9.7
適応型WDRカメラの画像(27)(27)

図9.7 適応型WDRカメラの画像

9.3.1

や容量を設けることができるようになったため、CCD

単純補間

G 成分は図 9.9(a) に示すように、補間対象の画素では不可能であった画素構造を細工する各種の WDR

G23 の周囲に、必ず 4 画素が存在する。これに対し、方式が実現できるようになり、各種の方式が提案され

R B 成分は図 (b) ～ (d) に示すように、4 画素のクロス、ている (33)-(36)。

2 画素の垂直、水平の 3 通りの状態がある。

ここでは各方式について述べるスペースがないの

最もシンプルな方法は次の方法である。図 (a) に示

で、参考文献を提示する。

すように、垂直、水平 4 画素の平均値で画素 G23 を補間する。同様に、図 (b) ではクロスに存在する 4 画素

9.3 デモザイキング

を用いて、この平均値で R23 を補間する。一方、
図 (c) (d)ではそれぞれ、
垂直、
水平の 2 画素で R22 、R13 補間する。

図 9.8(a) の Bayer 方式では各色成分は図 (b) ～ (d) に

B 成分についても R 成分と同様に補間することができ

示すように、G は市松状に配列されているが、R, B はる。

G の半分の画素数になっている。
このように、離散的に配列されている色情報から、各色成分の信号を得るためには欠如している画素を埋

即ち、単純なリニア補間を行う場合には G はG23=( G13 + G22 + G24 + G33 ) / 4となる。

めていく必要がある。この画素を埋めていく方式に一方、RB については

よって、画像の解像度と偽信号が大きく変化し、画質

クロス補間では R23=( R12 + R14 + R32 + R34 ) / 4に及ぼす効果が大きい。

G11

R12 G13

R14

B21

G22

B23

G24

G31

R32

G33

R34

B41

G42

B43

G44

(a) Bayer配列

G11

G13
G22

G31

R12
G24

G33
G42

(b) G成分R32
G44(c) R成分

図9.8 Bayer 配列とRGB各色成分

図 9.8 Bayer 配列と RGB 各色成分

184

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

R14
B21

B23

B41

B43

R34

(d) B成分

G13R12G22 G23 G24

R12

R14

R32

(a) Gフィルタの補間

R13 R14

R22

R23

G33

R12

R34

R32

(b) クロス補間
R23 =(R11 + R 13 + R31 + R 33 ) / 4(c) 垂直補間(d) 水平補間
R32 = (R11 + R31) / 2 RI = (R11 + R 13) / 2

図 9.9 色フィルタの補間
図9.9 色フィルタの補間

垂直補間では R22=( R12 + R32 ) / 2

R14

水平補間では R13=( R12 + R14 ) / 2

G24

となる。
しかしこの方法はいわゆるスムージングであり、単

R32

G33

に LPF 効果が得られるだけである。従って、画像が

G35

R36

G44

変化していない領域であれば問題ないが、エッジやテ

R54

クスチャでは誤差が大きくなる。そこで、誤差が小さくなるように、以下に述べるように、各種の改良が行

R34

(42)
図9.10 色情報のエッジ方向性を加図 9.10 色情報のエッジ方向性を加味した補間の一例

味した補間の一例(36)

なわれ、提案されてきた。

Δ Rv = | ( R14+ R54 ) / 2 − R34 |
9.3.2

勾配を用いた補間

Δ Rh = | ( R32+ R36 ) / 2 − R34 |  （Adaptive Interpolation）

ここで、エッジの方向性を判断して補間する勾配補間

Δ Rh > Δ Rv であれば G34 = (G24 + G44 ) / 2

法（Adaptive Interpolation） が Robert H. Hibbard

Δ Rv > Δ Rh であれば G34 = (G33 + G35 ) / 2(Eastman Kodak) から提案されている(41)。これは図 9.9

これ以外は G34 = (G24 + G33 + G35 + G44 ) / 4の G23 を補間する場合に、周囲の G 画素を見て、好ましい補間方向を判断する。垂直と水平の G の勾配、同様に、B23 画素が存在する位置の G23 を補間するを計算し、勾配の大きい方向の変化が大きいとして、場合には、この周囲の B 画素を計算して勾配を求めて、変化の小さい方向の画素を用いて保管するものであ同様な条件で判断して G23 を補間して行く。

る。具体的には次式による。
Δ Gv = | G13 − G33 |エッジの方向性を見て、補間する方法ではヤコビア
ン ( ヤコビ行列 ) を用いた方式も提案されている (43)。

Δ Gh = | G22 − G24 |ここで、
Δ Gh > Δ Gv であれば G23 = (G13 + G33 ) / 2

9.3.3 ACPI 方式（Adaptive Color Plane Interpolation）

Δ Gv > Δ Gh であれば G23 = (G22 + G24 ) / 2

G 画素と R または B 画素の 1 色を組合わせること

これ以外は G23 = (G13 + G22 + G24 + G33 ) / 4

により、勾配とラプラシアン (2 次微分 ) を用いて、補間の精度をあげる方式、ACPI 方式が John F. Hamilton,

上記方法は 2 画素で勾配を見ることになるが、色Jr. と James E. Adams, Jr. (Eastman Kodak) から提案

情 報 に 適 用 す る こ と に よ り、3 画 素 で 勾 配 を 判 断されている (44)。図 9.11 のように、G の変化を判断する際

し、判別精度を向上させることができる。この方法に G の勾配と R のラプラシアンを加える。

は Claude A. Laroche と Mark A. Prescott (Eastman
Kodak) から上記方法と同じ日に提案されている (42)。
この方法は図 9.10 に示すように、R34 画素が存在す

Δ Gv = | G24 − G44 | + | 2R34 − R14 − R54 |Δ Gh = | G33 − G35 | + | 2R34 − R32 − R36 |ここで、る位置の G34 を補間する場合に、この周囲の R 画素を

Δ Gh > Δ Gv であれば計算して勾配を求めるものである。G だけで補間する場

G34 = (G24 + G44 ) / 2 + ( 2R34 − R14 − R54 ) / 4

合は 2 画素で勾配を見ていたが、R を用いることにより 3

Δ Gv > Δ Gh であれば画素で勾配を見ることができ、予測精度が上がる。

G34 = (G33 + G35 ) / 2 + ( 2R34 − R32 − R36 ) / 4

ビデオカメラ技術の系統化

1859.3.4R14（Constant Hue Based Interpolation）

B23

G24

B25

G33

R34

G35

B43

G44

B45

R32

CHBI 方式

9.3.1 ～ 9.3.3 はいずれも画素を補間する方法であっR36た。これに対して画素を置き換えることにより、画素 を 生 成 す る CHBI 方 式 が David. R. Cok (Eastman
Kodak) によって提案された (45)。一様な画像では色相の変化も一様であり、色の比率がほぼ一定になるといR54
図 9.11ACPI方式の説明図
ACPI 方式の説明図 (44)(38)
図9.11

う画像の性質を利用するものである。
そこで、周囲の画素から 2 つの色の比率を求め、この比率の平均値で画素を置き換えることによって R、これ以外は

B 画素を生成する。まず、G は 9.3.1 ～ 9.3.3 に述べた

G34 = (G24 + G33 + G35 + G44 ) /4 + ( 4R34 − R14

補間手法で、欠落画素を補間しておく。
次に R と B 画素を生成するが、同一なので、R を− R32 − R36 − R54 ) / 8
一方、R または B 画素について、B 画素を例にして生成する場合について示す。Bayer 方式では R の欠
落位置は図 9.9 に示したように 3 通りある。まず、図説明する。
垂直間の補間は(c) では (2,2) の位置を生成するので、垂直両隣の比を

B33 = (B23 + B43 ) / 2 + ( 2G33 − G23 − G43 ) / 2

用いると、水平間の補間は
B24 = (B23 + B25 ) / 2 + ( 2G24 − G23 − G25 ) / 2

R22= G22 (R12 R32)/2+
G12 G32となる。図 (d) では (1,3) の位置を生成するので、水とする。
クロス方向の補間は次の 3 種類がある。
右下がりの場合、
B34N = (B23 + B45 ) / 2 + ( 2G34 − G23 − G45 ) / 2

平両隣の比を用いると、
R13= G13 (R12 R14)/2+
G12 G14となる。一方、
図 (b) では (2,3) の位置を生成するので、右上がりの場合、
B34P = (B43 + B25 ) / 2 + ( 2G34 − G43 − G25 ) / 2
平均値の場合、B34A = (B23 + B25 + B43 + B45 ) / 4

クロスの 4 画素の比を用いて、
R23= G23 (R12 R14 R32 R34
)/4
+
+
+
G12 G14 G32 G34+ ( 4G34 − G23 − G25 − G43 − G45 ) / 4となり、すべての画素が生成できる。

判別の種類として、右下がりの場合と右上がりの場

他の色信号、B 画素についても同様な手法で生成で
きる。

合がある。

な お、 少 な い R 、B 画 素 を G 画 素 を 用 い て、 補

右下がりでは、
DN = | 2G34 − G23 − G45 | + | B23 − B45 |間する手法は Cop の得意とするところで、 G 成分

右上がりではを用いて、R, B 画素の色相成分を算出することによDP = | 2G34 − G25 − G43 | + | B25 − B43 |り、RB 画素の補間制度を向上して、偽色信号 (Color

そこで、

Fringing) を少なくする方式が 1984 年に提案されていDP ＞ DN の場合はる (46)。

B34A = (B23 + B45 ) / 2 + ( 2G34 − G23 − G45 ) / 2
9.3.5 エッジ指標を用いた改良

DN>DP の場合はB34P = (B43 + B25 ) / 2 + ( 2G34 − G43 − G25 ) / 2

上 記 方 式 に、 エ ッ ジ 検 出 を 加 味 し た 方 式 が Ron

DP ≑ DN の場合はKimmel(Israel) から提案されている (47)。いくつかの方

B34A = (B23 + B25 + B43 + B45 ) / 4

向にエッジ指標 (Edge Indicator) を設定しておく。あ+ ( 4G34 − G23 − G25 − G43 − G45 ) / 4

る方向にエッジがありそうな場合にはエッジ指標の値とする。

が小さくなり、その方向の隣接画素の寄与が少ないともう一つの色信号、R 画素についても同様な補間判断される。この場合に比率を単純加算するのでなく、重み付け加算することにより、置き換えの精度を向上

を行う。

している。

186

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

9.3.6

日本の技術

べてが存在するという仮定に基づいて、基準画素の色

国内の技術では、MOS 型のカメラで先行した小沢

フィルタの色とは異なる色信号を類推して基準画素の直樹ら（日立製作所）、秋山俊之ら ( 日立製作所 ) から位置に設定する仮想画素を生み出す方式が東芝から提補色形色フィルタアレイに画素判別手段を適用した提案されている (58)-(60)。図 9.8(a) で、基準画素 G22 に着目案が行われてきた (48)-(50)。これらのアイデアは補色タイ

して、ここに仮想画素 RV, BV を生成する方式を示す。

プに限らず Bayer 配列の色フィルタアレイにも適用

Bv = G22 × 2(B21+ B23)/(G11+G13 +G31 +G33)

可能である。

Rv = G22 × 2(R12+ R22)/(G11+G13 +G31 +G33)

また、画素間のレベル差を判別して、置き換える画同様にして、基準画素 G33 については素を変えることにより、偽信号を減少して画質を向上

RV = G33 × 2(R32+ R34)/(G22+G24+G42 +G44)

する方式が松岡宏樹ら ( 松下電器 ) から提案されていRV = G33 × 2(R23+ R43)/(G22+G24+G42 +G44)

る

(51)

これらの演算式の特徴は明るさの情報を G 信号か。

さらに、9.3.2 で説明した垂直、水平の相関を利用しら得て、色情報は周辺の R、B と G の割合、それぞた方式は前中章弘ら ( 三洋電機 ) によって、2 か月遅れの画素平均値から演算により得ていることである。

(52)(53)。垂直、水平の相関値検出手

このほかにも、大田郁子、相澤清晴 ( 東京大学 ) は段を設けて、相関が強いか弱いかを判断して補間画素

画素混合画像から復元する方式 (61) 、小松隆、齊藤隆

を決めるようにしている。

弘 ( 神奈川大学 ) は Total-Variation 正則化を用いた方れで提案されている

式など (62)(63)、関根太郎ら（新潟大学）は高い空間周波
9.3.7

国内のデモザイキング技術

上記はアナログ手段で、実現できてきたが、デジタ
ルデモザイキングは 90 年代から研究開発が行われてきた。
画素を置き換えて画質を改善しようとする方式が久野徹也ら ( 三菱電機 ) によって開発されてきた (54)-(57)。
一般に、G 成分と R、B 成分は相関が強いので、注目する G 画素、R 画素について、それぞれの画素の低数を有する色彩信号に配慮した方式 (64) など大学の研究も盛んである。
また、最近でもキヤノン、ニコン、ソニーなどメー
カからの特許提案は盛んである (65)-(77)。

9.4 超解像技術
9.4.1

サンプリング 周波数の増加

域成分を LPF で示すとビデオカメラでこれを実現するにはイメージセンサ

R34： G34 = RLPF： GLPFと光学像の間で、相対位置を時間的に変化させてサンが成り立つので、プリング周波数を高くすることが K.A. Hoagland らかG34= R34 × GLPF / RLPF

ら提案されている (78)(79)。光学系に挿入された薄いガラで表すことができる。

ス板を周期的に振動させて、光学像を水平方向に移動

したがって、G の垂直、水平の相関をそれぞれ、させることにより、水平画素数を実質的に 2 倍にしてΔ GV , Δ GH とすれば解像度を向上させている (80)。

Δ GV < Δ GH のとき、この考え方を実際にイメージセンサに適用したス

Gi,j = Ki,j × GVLPF / KVLPF

ウィング CCD が原田望らによって提案されている (81)。

とする。ここで、K は R,B のどちらかである。

図 9.12 に示すように、CCD パッケージの下に圧電素

同様に、子を搭載し、水平方向に画素間隔の 1/2 微動させるこΔ GV > Δ GH のとき、とにより、画素を実質的に 2 倍に向上できる。

Gi,j = Ki,j × GHLPF / KHLPF

この考え方は図 9.13 に示すように拡張できる。右、次に、R,B については次の手法で画素を置き換える
Ri,j = Gi,j × {Ri − 1 , j + Ri + 1 , j }/{Gi − 1,j+Gi + 1, j }Bi,j = Gi,j × {Bi , j － 1+ Bi , j + 1 , }/{Gi , j + 1+Gi , j + 1 }更に相関差を利用する際に、拘束条件を設けることにより、補間の精度を上げるとともに、LPF に代わって補間誤差を低減する非線形フィルタを用いる方式が提案されている (55)。
また、色フィルタに対応する画素には RGB 成分す

図 9.12 スウィング CCD(81)
図 9.12

スウィングCCD(81)

ビデオカメラ技術の系統化

187

11

11’

13

13’

11’’

11’’’

13’’

13’’’

31

31’

33

33’

31’’

31’’’

33’’

33’’’

(a) 類似画素の抽出

図 9.13 4 回撮像による画素の増加
図9.13 4回撮像による画素の増加

下、左のように繰り返して微動させ、それぞれの位置で撮像することにより、4 倍のサンプリング点が得ら
れ、垂直、水平の解像度がそれぞれ 2 倍向上できる。

(b) 類似画素の位置合せ

図 9.15 前後の画素から画素を補強

図9.15 前後の画素から画素を補強

9.4.2 フレーム内再構成型超解像方式
井田孝らはライン間で輝度変化が同じ性質を有するという自己合同性を利用して、フレーム内処理による超解像方式を実現した (82)(83)。
1 枚の画像の中で、輪郭などのエッジ部分はエッジに沿って輝度が同じように変化している場合が多い。
即ち、エッジ部分では類似した絵柄が複数存在する。
このような画像の性質は自己合同性と呼ばれる。例え

9.16 フレーム内処理による超解像方式(85)
図9.16図フレーム内処理による超解像方式(85)に対し、相対的に同じ位置になる点を他のラインから算出し、サンプリング点を増加している (85)。
9.4.3(a) 顔の一部(b) 輪郭部分の輝度変化

図9.14
画像の自己合同性 文献(84)を参照して作成。
図 9.14
画像の自己合同性
文献 (84) を参照して作成。

フレーム間再構成型超解像方式

動画像のフレームを高解像度化する際に、前後のフレームを参照する方式である。カメラが固定されていて、被写体が動かない静止画の場合には変化がないが、ば、図 9.14(a) は画像の中で最も重要な女性の顔の一カメラと被写体の間に、何らかの動きがあると、二つ部で、頬の部分に注目すると、輝度が同じように変化のフレーム間で、サンプリング位置が異なる被写体

している絵柄が輪郭に沿って、連続して存在する。図が得られる。そこでフレーム間の動きを検出し、その(b) はこの輪郭部分の輝度変化を立体的に観測したも動きを補正して被写体の位置を合わせることができれので、類似した変化が多数存在していることがわかる。

ば、サンプリング点が増加した画像が得られる。

ここで注目すべきは輪郭部分の輝度変化は同じように変化しているが、位置が水平方向右に少しずつ移動
していることである。

高周波成分が復元でき、高解像度画像が得られる。
9.4.2 で示したフレーム内再構成型では自己合同性

このことは、画面の左から等間隔でサンプリングしのない画像では高解像度化が期待できない。そこで、ていると輪郭部分のサンプリング位置が上下の画素に

フレーム間を利用したサブピクセルシフト画像を用い

ついてわずかに変化していることになる。

た複数画像による超解像度化が開発されている (86)(87)。

図 9.15 はこの説明図で、図 (a) に示したように、類図 9.17 に示すように、対象フレーム上の画素から 1/2

似画素を抽出する。次に、図 (b) に示したように、位画素ずらせたサブピクセルシフト画像を生成して解像置を合わせ、前後の画素から新しい画素を補強する。

度を向上させている。

実際には、図 9.16 に示すように、中央の画素ライン

188

したがって、この方式は動きを正確に検出できれば国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

これらの技術は、PC やデジタルテレビに使われ

A.Buades ら ( スペイン ) によって提案された方式 (88)
で、対象画素を中心としたブロックと画像内から大量に収集したブロックとの間の類似度を重みとして各ブ
ロックの中心画素の加重平均をとり、対象画素を置き換える技術である。この方式を基本として、構造適応型 NL-Means 法が河田ら（東芝）によって開発された (89)。
ブロックに分割された画像は図 9.18 に示すように、単純なパターンの組合せによって表現することができ
図 9.17 サブピクセルシフト画像の生成方法

図9.17 サブピクセルシフト画像の生成方法(86)(86)

る。そこで、ノイズに対してロバストな基底パターン
を自然画像から統計的に学習する。図 9.19(a) は自然ている。実用化に当たっては、高速処理が必要で画像から切り出した 5 億個のブロックを出現頻度が高あり、機器に応じて、専用の LSI が開発されていい順に並べ、147 個を並べたものである。出現頻度のる。PC にはメディアストリーミング処理プロセッサ

高い基底パターンは自然画像に多く存在する局所的なSpursEngine TM、デジタルテレビには専用 LSI の映構造を表す。一方、出現頻度の少ない基底パターンは

像エンジン、メタブレイン TM プレミアムに搭載さ画像の構造とは相関を持たないノイズ成分とみなすこれているとができる。そこで図 (b) のように、出現頻度の高い(86)

ここに示した技術は今後、ビデオカメラを始め、デ基底パターンだけを選別する。このパターンはノイズ

ジタルカメラや携帯電話、スマートホンなどの撮像機の影響を受けにくいパターンになる。この基底パター

器への活用が予定されている。

ンを用いて、対象ブロックを置き換えることで、類似度がノイズに影響されるリスクを回避できる。図 (c)9.4.4の基底パターンを用いて表現しなおしたブロックの組

ノイズ除去技術

超解像技術の適用に当たっては事前にノイズを極力み立て方を図 9.20 に示す。
なお、超解像技術については詳しく述べるスペース

抑えておく必要がある。
従来のノイズ低減技術はフレーム相関など画像の相関を用いるものが多いが、これを事前にやってしまうがないが、画像の比較評価については文献 (90)、解説
としては文献 (91)-(95) がある。

と、超解像処理の妨げになる。そこで、NL-means 法（Non-Local Means）を用いた方式が注目されてきた。

図 9.18 規定パターンによる画像の構成 (89)

図9.18 規定パターンによる画像の構成(89)

ビデオカメラ技術の系統化

189

図 9.19 基底パターンの選別方法( )(89)
図9.19 基底パターンの選別方法
(89)

(89)
(89)
図9 20 ノイズ低減の手法
図9.20
図 9.20 ノイズ低減の手法

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Vol.58, No.1, pp.109-114, 2004 年。

出願 )(62) 小松 隆、齊藤隆弘：光学ローパスフィルタによ(78) K.A.Hoagland : Television Applications ofるボケの復元機能を有するデモザイキング、映像Interline Transfer CCD Arrays, NASA/JPL

情報メディア学会誌、Vol.59,No.3, pp.407-414,

Conference on CCD Technology, pp.152-156, Dec.

2005 年 3 月。

1976.

(63) 小松 隆、齊藤隆弘：Total-Variation 正則化を

(79) A. Nordbryhn : The Dynamic Sampling Effect

用いたシャープニング－デモザイキング法、映像

with Charge Coupled Device(CCD) Imagers,

情報メディア学会誌、Vol.61, No.11, pp.1621-1632,

SPIE Vol.143, 1978.

2007 年 11 月。
(64) 関健太朗、高橋善寿、菊池久和、村松正吾：高い空間周波数を有する色彩信号に配慮したカラーデモゼイシング、映像情報メディア学会誌、Vol.61,(80) K. A. Hoagland : Image-Shift Resolution
Enhancement Techniques for CCD Imagers, SID
82 Digest, pp.288-289, 1982.
(81) 原田 望、遠藤幸雄、林元義明、江川佳孝、田沼千秋、

ビデオカメラ技術の系統化193横山勝徳、吉田興夫：スウィング CCD イメー(90) Sang Cheol Park, Min kyn Park and Moon Gi

ジセンサ、テレビジョン学会誌、Vol.37, No.10,

Kang : Super-Resolution Image Reconstruction

pp.826-832, 1983 年 10 月。

: a Technical Overview, IEEE Signal Processing(82) 井田 孝、松本信幸、五十川賢造：画像の自己合同性を利用した再構成型超解像、電子情報通信(91) 杉本茂樹、奥富正敏：画像の超解像化処理、日本学会技術報告、IE2007, pp.135-140, 2007 年 12 月。

ロボット学会誌、Vol.23, No.3, pp.33-37, 2008 年 4(83) 熊谷明、井田 孝、田中明良：映像の高画質化を実現した超解像技術、東芝レビュー、Vol.63,
No.11, pp.50-63, 2008 年 11 月。
(84) 三島 直、山内日美生：CELL レグザの超解像技術、
東芝レビュー、Vol.65, No.4, pp.15-18, 2010 年 4 月。
(85) 渡邊敏明：高画質化技術の動向と東芝の取組み、
東芝レビュー、Vol.64, No.6, pp.2-6, 2009 年 6 月。
(86) 竹島秀則、加藤宣弘、金子敏充：サブピクセルシ
フト画像を用いた複数フレーム超解像技術、東芝
レビュー、Vol.64, No.6,pp.11-14, 2009 年 6 月(87) Hidenori Takeshima, et al. : Image Registration
using Subpixel-shifted Image for Super-resolution,
Proc. International Conference Image Processing,
San Diego, 2008-10, IEEE, pp.2404-2407.
(88) A. Buades, et al. : A on-Local Algorithm for
Image Denoising, CVPR2005, IEEE Computer
Society Conference, Vol.2, pp.60-65,2005.
(89) 河田諭志、田口安則、松本信幸：高画質なデジタ
ルカメラを実現するランダムノイズ除去技術、東芝レビュー、Vol.65, No.9,pp.32-35, 2010 年 9 月。

194

Magazine, pp.21-36, May 2003.

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013月。
(92) 田中正行、奥富正敏：画素数の壁を打ち破る複数
画像からの超解像技術、映像情報メディア学会誌、
Vol.62, No.3, pp.337-342, 2008 年 3 月。
(93) 齊藤隆弘：高品質画像入力のための新しい画像処
理パラダイム、浜松地域知的クラスタ創成事業
第 17 回イメージングセミナ、講演資料。2006 年
10 月 31 日。
(94) 齊藤隆弘：サンプリング定理の壁を打ち破る 1 枚の画像からの超解像オーバーサンプリング、映像
情報メディア学会誌、Vol.62, No.2, pp.181-189,
2008 年 2 月。
(95) 久野徹也：小特集 デジタル一眼レフカメラの画像処理技術、映像情報メディア学会誌、Vol.61,
No.3, pp.275-278, 2007 年 3 月。

10 ビデオカメラ技術の系統化
用に記録再生する電子カメラ ( 電子スチルカメラとも

10.1 ビデオカメラ技術の全貌いわれた ) が注目を集めた。記録媒体として独自規格のフロッピーディスクを用いた。しかし、これは写真

図 10.1 はビデオカメラ技術の全貌を示したものでフィルム、それを焼き付けた印画紙に比べて解像度がある。大別すると撮像レンズ、光学 LPF、CFA を含

かなり劣るため、大きく普及することはなかった。

む光学系、ビデオカメラの最重要部品である撮像デ

しかし、90 年代後半になると、半導体メモリにデバイス、前処理に相当する AFE、ビデオカメラの主

ジタル記録する技術が進み、撮像デバイスの多画素化

要部分のデジタル信号処理、そして出力回路から成りが達成されたため、急速に普及が始まり、台数もビデ立っている。デジタル信号処理部の中は映像信号を組

オカメラを上回る産業に成長した。デジタルカメラはみ立てていく必要な基本回路と画質をよくするためのビデオカメラの技術を基にして、その上に、静止画像

高画質化回路と失敗のない画像を得るための高機能回のための画質向上が進められていった。

路からなる。これらを制御するためにはマイコンが用

90 年代後半には携帯電話が普及し始め、カメラのいられ、実際の処理のアルゴリズムはソフトで行われ小型化技術を取り入れて、カメラ付携帯電話が登場する。

る。当初はメモ代わりの機能で使われていたが、スナッ

その他に、ビューファインダーと録画装置が必要でプ写真を撮りたいという要求が高まり、カメラの小型ある。ビューファインダーは光学像の一部を取り入れ

化、画素の微小化技術の進歩で、コンパクトデジタル

る光学ファインダーと小型液晶を用いた電子ファイン

カメラ並みの画像が撮れるようになると、国内では全ダーがある。

ての携帯電話がカメラ付になった。更に、自分やツーショットの画像を撮りたい要求が高まり、表裏にカメ

10.2 ビデオカメラ技術の展開

ラを設ける携帯電話も登場した。
この形態はコンピュータ機能を備えたスマートフォ

図 10.2 はビデオカメラ技術の展開を示したものでンやタブレット端末にも適用され、カメラはこれらのある。大きな流れでは 90 年代初めから静止画像を専照明
CFA①コントラスト補正②ダイナミックレンジ拡大③デモザイキング④超解像処理イメージセンサ①撮像管②CCD③CMOSセンサ

被写体

L
P
F

撮像レンズ

製品には不可欠になっていく。

A
D
C

AGC
CDS

光学LPF
光学系

カ
メ
ラ
基
本
回
路

ビューファ
インダー

高画質化
処理
高機能化
処理

録画装置
(VTR DVD HDD
半導体メモリ)

AFE (CCDのみ）

出
力
回
路

NTSC 出力Y Pr Pb/YUV

デジタル信号処理
高密度実装(小型部品)(回路基板)

電源回路

自動化(測定・評価)LSI(システムLSI)

高信頼性

筐体

図10.1

ソフト

①色分離
②色信号処理（マトリックス 色信号処理 肌色補正）③輝度信号処理（ガンマ・ニー処理 マスキング
ディテール処理 フレア補正
シェージング補正 黒・白レベル処理）

ビデオカメラ技術の全貌①AI (自動光量)②AF (オートフォーカス)③AWB (オートホワイト)④手ブレ補正 ⑤顔認識
⑥電子シャッタ⑦電子ズーム ⑧逆光補正⑨自動追尾

CFA : Color Filter Array
LPF : Low Pass Filter
AFE : Analog Front End
AGC : Auto Gain Control
CDS : Correlated Double Sampling

図 10.1 ビデオカメラ技術の全貌
2

ビデオカメラ技術の系統化

195

1970

1990

2000

2010

▼

▼

▼

▼

2015
▼

スマートフォン

民生用

コンピュータ通信

携帯電話

デジタル静止画

デジタルカメラ

電子カメラ
ビデオカメラ

静止画

監視カメラ

業務用

業務用カメラ・親指カメラ
業務用カメラ
親指カメラ
電子内視鏡

様々な分野に貢献

テレビ電話・会議
テレビ電話
会議
車載カメラ

図10.2 ビデオカメラ技術の展開
知的玩具

2012‐7‐24

図 10.2 ビデオカメラ技術の展開
国立科学博物館

3
3

一方、業務用分野では、監視カメラが店内監視やプ
ラットホームの安全監視などに用いられてきたが、犯罪の抑止効果が期待されて、街角にも設置されるようになってきた。これにも、ビデオカメラ技術が展開さ

表 10.1 にビデオカメラ技術を年代順に記載し、技術の進展をまとめた。映像情報メディア学会誌の隔年れている。
また、医療分野ではファイバースコープが主流だっの 7 月号に掲載される年報と文献 (1)(2) を参照してまた内視鏡が、CCD をスコープ先端に付けた電子内視

とめたものである。縦軸に技術の項目を並べ、項目ご鏡に置き換わっていった。鮮明な画像によって初期のとに海外技術と国内技術を線の太さで示した。

疾患が見つかるという大きな効果がある。更に複数の表 10.2 に世界初、国内初のビデオカメラを列挙し医師が同時に画面を見ることができ、操作の容易さかた。これらを選んだ根拠を表 10.3 にまとめて示した。

ら腰痛が減少したという逸話もある。硬性鏡、腹腔鏡

これまでの調査研究を基に未来技術遺産候補を表 10.4などへも展開され、開腹手術を行わなくても済むようにまとめた。

になり、術後の回復が早く、患者の負担も大きく改善
されて行った。
乗用車にカメラを搭載することが当たり前になってきたが、これもビデオカメラ技術の展開である。車載
カメラでは車庫入れアシストや周囲を見渡せるアラウ
ンドビューなどが製品化されてきた。追突防止や白線検出による路線はみ出しへの警告などの開発が盛んでこの分野も大きな産業になると期待されている。

196

10.3 ビデオカメラ技術の進展

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

10.4 学会の役割と貢献
これらの技術成果を次々と生み出すことになった背景には学会の貢献があった。特に、テレビジョン学会（現在の映像情報メディア学会）を通じて、長年にわたって、研究者・技術者が連携し、共通の目標に向かって歩んできたことが挙げられる。
カメラ技術が急速に進歩を遂げた 70 年後半から 80
年代は多くの人材がカメラの分野に集まった。また、良き指導者が各メーカ、機関に在籍していた。ビデオ
カメラは、形は小さいけれど、中身は高度な技術が結集されている。これらの新技術の発表の場を学会の研図 10.3 特集号の目次の一部 (8)

究会、論文誌が提供し、技術の進歩のために意見交換でき、親身になって若い技術者を指導してきた。メー

ビデオカメラは世界に輸出したいという目標があカの垣根を越えた連携が築かれていった。これらが各り、撮像デバイスは IEEE の IEDM、ISSCC に、ビデ

メーカの若手技術者に刺激を与え、カンフル剤となっオカメラはICCE に最新の技術成果を発表し、日本の
(7)
図10.5
特集号の目次の一部て、世界に誇れる輝かしい成果を生み出していった。
2012‐7‐24

技術レベルの高さを世界にアッピールした。最近では
国立科学博物館てきた二宮輝雄 (NHK)、
木内雄二 ( 東芝 )、安藤隆男（静も活発である。

当時の電子装置研究委員会を主査としてリードされ2 年に 1 度開催される IEEE Image Sensor Workshop
IEEE : Institute of Electrical and Electronics

岡大学）、方式回路研究会の主査をされた長谷川伸（電通大）、長原脩策 ( 日立 )、編集委員会で指導された大Engineers

越孝敬 ( 東大 )、芦川幹夫 ( 日立 )、辻重夫 ( 東芝 ) など

IEDM : International Electron Devices Meetingの各氏を挙げることができよう。

ISSCC : International Solid-State Circuits

これらの活動は学会誌等に掲載された座談会に示されている

Conference
ICCE : International Consumer Electronics(3)-(5) のでので参照頂きたい。

特に毎年 3 月に開催される電子装置と方式回路の合Conference
また、それぞれの下記の論文誌にも多くの論文が掲

同研究会は 1 年間の成果を報告する研究会として注目され、ビデオカメラや撮像デバイスの研究者・技術者

載されて行った。

で会場はあふれかえり、しばしば大ホールに急遽、移IEEE Transactions on Electron Devices

動することも多かった。テレビジョン学会編集委員会

Journal of the Solid-State Circuits

では随時、論文特集を企画していった。これらの動向

IEEE Transactions on Consumer Electronics

は海外にも伝わり、各メーカが 3 月の研究会を注目

この一端を紹介すると、IEEE Trans. Electron De-

した。Philips は会場近くのプリンスホテルを予約し、

vices1985 年 8 月号は Special Issue on Solid-State Im-

日本語の論文を直ちに翻訳して調査研究していたとい

age Sensors が組まれた。図 10.4 に示すように、ここ

(6)

う 。
テレビジョン学会誌の第 1 回論文特集号は図 10.3のように、1979 年 7 月号であった。カラーの撮像デバイスだからどういう画像が得られたのか、カラー画像を載せたいという意見が出て、当時としては珍しいカラー版となった。この特集号は評判がよくすぐに売り切れ、驚くことに外国の関連のある人に会うとみんな買って持っていた、著名な研究者、ワイマー博士（RCA）、ギヨス氏 ( トムソン CSF) なども持っていて、海外でも関心が高かった、と当時の二宮編集長は語っている (7)。

図 10.4 IEEE Trans. ED の一部 (9)図10.6 IEEE Trans. EDの一部(8)2012‐7‐24

7

国立科学博物館

ビデオカメラ技術の系統化

197

表 10.1

ビデオカメラ技術の系統図

表 10.1 は次の文献・資料を参照にした。
(1) 和久井孝太郎：電子メディア総合年表、NEW MEDIA 誌、pp.29-136, 1997 年 1 月。		
(2) 竹村裕夫：CCD カメラ技術入門、コロナ社刊、1997 年 12 月。
(3) 和久井孝太郎、浮ケ谷文雄、竹村裕夫、ほか：テレビジョンカメラの設計技術、pp.13-25, コロナ社刊、1999 年 8 月。
(4) 木内雄二：20 世紀の撮像・センシング技術の進展、映像情報メディア学会誌、
Vol.54, No.2, pp.136-140, 2000 年 2 月。
(5) 寺西信一：20 世紀の固体撮像技術の進展を支えた 10 の業績、映像情報メディア学会誌、Vol.54, No.2, pp.141-

198

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

147, 2000 年 2 月。
(6) 佐藤和弘：情報センシング技術 30 年の鼓動、映像情報メディア学会誌、Vol.56, No.3, pp.407-410, 2002 年 3 月。
(7) 黒田隆男：イメージセンサの世界における日本～日本が果たしてきた役割と歴史から学ぶこと～、映像情報メディア学会誌、Vol.65, No.3, pp.336-341, 2011 年 3 月。				
(8) 越智成之：CCD 誕生 40 周年～黎明期～、映像情報メディア学会誌、Vol.65, No.5, pp.691-697, 2011 年 5 月。

ビデオカメラ技術の系統化

199

200

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

知的玩具

テレビ電話

業務用カメラ電子内視鏡

ビデオカメラデジタルカメラ
電子カメラ

携帯電話

年

単管式
(1974東芝)

万国博カラーテレビ電話(1970東芝)

1970

1990

3板式

立体ビデオカメラ(1989 東芝)

ブレンビー
(1990パナソニック)

カメラ付OHP(1990 エルモ)

超小型
3板式
(1986 東芝) (1989 東芝)

カメラモジュール
(1983 ソニー)

コックピットカメラ

CCD内視鏡
(1983東芝)

β方式一体型(1983 ソニー)

I-Doll(2000東芝)

レンズ交換式(1998 キヤノン)

デジタルハンディカム(1995 ソニー)

世界日本

SDカード内蔵(2007パナソニック)

DVD内蔵
HDTV
(2004ソニー) (2006日立)

HDD内蔵(2007東芝)

裏面照射型(2010ソニー)

裏面照射型(2010東芝)

カメラ搭載携帯(2000 シャープ)
CMOSデジカメ(1997 東芝)

2010

2000

デジタルビデオカメラ(1995 パナソニック)

QV10

MOS単板式 CCD単板式 パスポートサイズ 液晶ビューカム(1989 ソニー)
(1981日立) (1982 NEC)VHS-C方式一体型(1985 JVC)

3板式
(1992 ソニー)

デジタル記録カメラ

8ミリ方式一体型(1985 ソニー)

電子スチルカメラ(1981ソニー)

1980

表 10.2 世界初、国内初のビデオカメラ
表10.2 世界初・日本初のビデオカメラ及び応用製品

ビデオカメラ技術の系統化

201【ビデオカメラ関連】
万国博カラーテレビ電話
電子スチルカメラ
超小型カメラ
3板式 監視用
デジタル記録カメラ
ビジュアルプレゼンター
本格的デジカメ
CMOSデジカメ
カメラ搭載携帯電話
裏面照射型
裏面照射型携帯
多画素ＣＭＯＳ

パスポートサイズ
立体
ブレンビー
3板式プロ用
3板式プロ用
液晶ビューカム
デジカム
デジタルハンディカム
レンズ交換式
HDTV
DVD内蔵
HDD内蔵
SDカード内蔵8ミリ方式一体型

VHS-C方式一体型【ビデオカメラ】
名 称
単管式
MOS単板式
CCD単板式
β方式一体型大阪で開催された日本万国博の電気通信館と東京霞が関ビル間で、世界初のカラーテレビ電話公開。
現在のデジカメをイメージした世界初の電子カメラ試作品。「フィルムよさようなら」が流行語になった衝撃的試作品
直径１６．５ｍｍのカメラヘッド部を有する超小型カメラ。カメラは箱型という概念を一新した画期的な世界初のカメラ
世界初3板式小形カメラ。プリズムとCCDを高精度に接合する自動機を開発。
半導体メモリを記録媒体とする世界初のデジタルカメラ。現在のデジカメのルーツ。
電子式ＯＨＰ。ＯＨＰは光学式であったが、これにビデオカメラ技術を転用。世界初のカメラ付ＯＨＰ
VGAで画質はもう一息であったが、本格的普及に至ったフラッグシップ
現在主流のＣＭＯＳイメージセンサを世界で初めてデジカメに採用
J-Phoneから発売された世界初のカメラ搭載携帯電話。現在では当たり前のカメラ付携帯のルーツ。
1641万画素裏面照射型ＣＭＯＳを用いた世界初のビデオカメラ
1460万画素裏面照射型携帯電話用
1億2000万画素ＣＭＯＳ－ＡＰＳ 世界最高画素

型名
理
由
IK-12
色ストライプフィルタ内蔵ビジコンによる世界初の本格的家庭用ビデオカメラ。ビデオカメラのルーツ。
VK-C1000
世界初の固体イメージセンサを用いた家庭用単板式ビデオカメラ
TC-100
世界初のCCDを用いた家庭用単板式ビデオカメラ
BMC-100
記録媒体と一体化された世界初のビデオカメラ
GR-C1
カメラ用に小型化されたVHS-Cカセットを用いた世界初のビデオカメラ
CCD-V8カメラ用に小型化された8ミリカセットを用いた世界初のビデオカメラ
CCD-TR55
パスポートサイズに小型化された世界初のビデオカメラ。民生用として本格的普及が始まる
SK3D7
複眼のレンズ・ＣＣＤを一体化し、VHS-Cカセット内蔵の世界初の3Dビデオカメラ。米国で500台発売。
NV-S1
手振れ補正を採用した世界初のビデオカメラ。
BCC-100
世界初3板式プロ用ビデオカメラ。プリズムとCCDを高精度に接合する自動機を世界で初めて開発。
CCD-VX1
3板式家庭用ビデオカメラとしてのフラッグシップモデル。
VL-HL1
世界初液晶ファインダー付き。今では当たり前の液晶ファインダー、これまでは小型CRT
ＮＶ－ＤＪ１
世界初のデジタルビデオカメラ。デジタルならではの高画質。DV方式。
DCR-VX1000 世界初のデジタルビデオカメラ。デジタルならではの高画質。DV方式
XL-1
ビデオカメラとして、世界初のレンズ交換式。XLマウントを採用
HDR-FX1
走査線1080本を有する本格的ＨＤＴＶビデオカメラ
DZ-GK3300 記録媒体にＤＶＤを用いた世界初のＨＤＴＶビデオカメラ。初代DZ-MV100はカートリッジＤＶＤ-RAMのみに対応。
GSC-A100F 記録媒体にＨＤＤを用いた世界初のHDTVビデオカメラ。2006年9月にに0.85インチＨＤＤ内蔵MEHV10を発売。
HDC-SD1
記録媒体にSＤカードを用いた世界初のHDTVビデオカメラ

1970 東芝
1981 ソニー
1986 東芝
IKM10B
1988 東芝
IKT-30C
1990 東芝・富士フイルム DS-X
1990 エルモ
ＥＶ１０１
1995 カシオ計算機
QV101997 東芝
2000 シャープ
J-SH042010 ソニー
2010 東芝
2010 キヤノン

年 メーカー
1974 東芝
1981 日立製作所
1982 NEC1983 ソニー
1985 JVC
1985 ソニー
1989 ソニー
1989 東芝
1990 パナソニック
1990 東芝
1992 ソニー
1992 シャープ
1995 パナソニック
1995 ソニー
1998 キヤノン
2004 ソニー
2006 日立製作所
2007 東芝
2007 パナソニック

表 10.3 世界初・日本初の根拠表10.3 世界初・日本初の根拠

202

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013(a） ビデオカメラそのもの
番号
名称
1 固体ビデオカメラ
VK-C1000
2 単管式ビデオカメラ
IK-12
3 CCDビデオカメラ
TC-100
4 パスポートサイズビデオカメラ
CCD-TR55
5 ビデオカメラ ブレンビー
NV-S1
6 立体ビデオカメラ
SK3D7
7 液晶ビューカム
VL-HL18 VTR一体型ビデオカメラ
BMC-100
9 8ミリビデオカメラ
CCD-V89 VHS-Cビデオカメラ
GR-C1
11 3板式ビデオカメラ
BCC-100
11 3板式ビデオカメラ
CCD-VX1
13 デジタルビデオカメラ
ＮＶ－ＤＪ１13 デジタルビデオカメラ
DCR-VX1000

登録候補一覧

資料形態
所在地
製作者
製作年
選定理由
1981 世界初の固体イメージセンサを用いた保管
茨城県立歴史館
日立製作所
水戸市緑町2-1-15
家庭用単板式ビデオカメラ
1974
世界初の家庭用ビデオカメラ。ビデオカメラのルーツ。
展示
東芝科学館
東芝
川崎市幸区小向東芝町1
色フィルタ内蔵ビジコンの開発。量産体制の確立
1982 世界初のCCDを用いた家庭用単板式ビデオカメラ
日本電気
調査中
いち早く製品化を達成
1989 パスポートサイズの小型化で世界初のビデオカメラ
展示
ソニー歴史資料館
ソニー
品川区北品川6-6-39
家庭用として本格的普及が始まる
1990 手振れ補正を採用した世界初のビデオカメラ。
パナソニック岡山AVC工場パナソニック
保管
岡山市東区東平山1360
1989 世界初の3Dビデオカメラ
展示
東芝科学館
東芝
川崎市幸区小向東芝町1
立体カメラのルーツ
1992 世界初の液晶ファインダー付きビデオカメラ
展示
シャープミュージアム
シャープ
これまでは小型CRT
天理市櫟本町2613－1
1983 記録媒体と一体化された世界初のビデオカメラ
展示
ソニー歴史資料館
ソニー
品川区北品川6-6-39
これまでは録画装置は別でケーブルで接続
1985 カメラ用に小型化された8ミリカセットを用いた展示
ソニー歴史資料館
ソニー
品川区北品川6-6-39
世界初のビデオカメラ
JVC
1985 カメラ用に小型化されたVHS-Cカセットを用いたVHS記念館保管
横須賀市神明町58-4
世界初のビデオカメラ
1990 世界初3板式ビデオカメラ。
調査中
東芝
プリズムとCCDを高精度に接合する自動機
1992 プロ用ビデオカメラとしてのフラッグシップモデル。
保管
ソニー歴史資料館
ソニー
品川区北品川6-6-39
1995 世界初のデジタルビデオカメラ
パナソニック岡山AVC工場パナソニック
保管
岡山市東区東平山1360
デジタルならではの高画質 DV方式
1995 世界初のデジタルビデオカメラ
保管
ソニー歴史資料館
ソニー
デジタルならではの高画質 DV方式
品川区北品川6-6-39

表 10.4 ビデオカメラ技術

表10.4 ビデオカメラ技術 登録候補一覧

では業界トップの Walter F. Kosonocky と共に、芦川

松下電器

ソニー

エルモ

Editorial Members に日本の技術者 5 名が参加し、論文査読を行った (9)。
この特集号には日本から 17 件、米国 15 件、欧州 5件が採択され、もはや、日本の技術紹介なくして世界トップの論文誌も成り立たなくなるような勢いであった。
一 方、1983 年 8 月 号 の IEEE Trans. Consumer
Electronics はビデオカメラ関連だけではないが、40
件の論文中日本が 21 件、米国 8 件、欧州 10 件、イン
ド 1 件である (10)。
これらの活動は全世界から高く評価され、この分野での日本の技術が世界にゆるぎないものとなっていった。

10.5 ビデオカメラ技術の展望
以上、ビデオカメラ技術を中心に研究開発、製品化の経緯を調査してきた。
ここでは今後、ビデオカメラ技術がどのようになっていくか、将来展望を考察してみたい。
10.5.1

動画像への欲求図 10.2 に示したようにビデオカメラを中心に進ん

ソニー歴史資料館
品川区北品川6-6-39

できたカメラ技術は時代と共に、デジタルカメラ、携
帯電話、スマートフォン、タブレット端末と形を変えながら進化を遂げてきた。写真のような静止画像に比べて多少の煩わしさがあるとはいえ、動画像を撮り、保存しておきたいという欲求はなくなることはない。
10.5.2

高画質化

調査中

保管

調査中

デジタルテレビ画像は 2K × 1K、いわゆる 200 万（b） ビデオカメラ応用製品
番号
名称
1 カメラ付携帯電話
J-SH042 超小型親指カメラ
IKM10B
3 カラーテレビ電話－
4 電子OＨＰ
ＥＶ１０１
5 コックピットカメラ
XC-1
6 コックピットカメラ
－

資料形態
所在地
製作者
保管
シャープミュージアム
シャープ
天理市櫟本町2613－1
保管
東芝科学館
東芝
川崎市幸区小向東芝町1
調査中
東芝

製作年
選定理由
2000 J-Phoneから発売された世界初のカメラ搭載携帯電話
現在では当たり前のカメラ付携帯のルーツ
1986 カメラの概念を変えた世界初超小型カメラ
親指大にしてカメラは箱型という概念を一新
1970 世界初のカラーテレビ電話。半年間にわたって公開。
大阪で開催された日本万国博の電気通信館
1990 世界初のカメラ付OHP
OHPは光学式であったが、ビデオカメラ技術を転用
1980 世界で初めてＣＣＤ実用化
全日空ジャンボ機に取り付け スカイビジョン用
日本航空に取り付け幹夫 ( 日立製作所 ) が Gest Editors に選ばれ、13 名の画素の HDTV から 4K × 2K へ、4 倍の画素数への多画素化が進みつつある。最終段階で人が見るテレビの
画像はハードで 4K × 2K の多画素化が行われなければならない。しかし、撮像するカメラの画像は力ずく
で画素数を増やすのではなく、画像処理技術を駆使して、2K → 4K 変換が主流となっていくであろう。今までの多画素化の歴史がそうであったように、単純な多画素化は感度低下やダイナミックレンジの副作用が生じるからである。9 章で述べたように、デモザイキ
ングや超解像技術の進歩は著しいものがある。これらの技術を用いて、日本人が得意の画づくりの技術に適用すれば新規な高画質ビデオカメラが生まれるであろう。

ビデオカメラ技術の系統化

20310.5.3

文

3D 技術

また、3D 表示も根強い欲求がある。一昨年の 3D
デジタルテレビのブームは残念ながら 25 年前の技術

献

(1) 竹
 村裕夫：CCD・CMOS カメラ技術入門、コロナ社刊、2008 年 4 月。

と本質的な変化がないため、一時的なものとなってし(2) 映像情報メディア学会編、和久井孝太郎監修：テまった。2D テレビとの互換性、メガネをかける煩わ

レビジョンカメラの設計技術、コロナ社、1999

しさを解決しなければならない。

年8月

ここでも 2D → 3D 変換技術が注目を集めている。
放送局からの電波は 2D で送られてきても、受像側で(3) 座談会 若手技術者大いに語る：テレビジョン学
会誌、Vol.37, No.10, pp.869-876, 1983.

3D に変換して楽しむことが可能になる。そうなれば(4) 座談会 固体イメージセンサ開発の熱気と学会活2D との互換性が保たれ、3D テレビの普及に弾みがつ

動 前編、映像情報メディア学会誌、Vol.60, No.8,

くことが予想される。メガネレス 3D テレビも技術的

pp.1244-1249, 2006.

には実用段階に来ている。こうなればビデオカメラも(5) 座談会 固体イメージセンサ開発の熱気と学会活

3D 機能付きが必需品になる。2D → 3D 変換技術も画

動 後編、映像情報メディア学会誌、Vol.60, No.9,

像処理技術の応用である。

pp.1386-1392, 2006.

このように、半導体技術の進歩で、高速、大容量になってきたおかげで、従来では難しかった高度な画像(6) 映像情報メディア学会 望月徹事務局長、沖宗恵
子主任への取材。2012 年 12 月 3 日。

処理の手法が実用化可能となり、これからの進歩は限(7) 会誌通巻 400 号記念 歴代編集長座談会、テレビ

りないものを秘めているといえよう。ここに、日本のジョン学会誌、Vol.35, No.12, pp.992-1003, 1981.

技術の生きる方向があると考えられる。

(8) 論文特集 固体撮像デバイス、テレビジョン学会
誌、Vol.33, No.7, 1979.
(9) S pecial Issue on Solid-State Image Sensors :IEEE Trans. Electron Devices, Vol.ED-32, No.8,
1985.
(10) IEEE Trans. Consumer Electronics, IEEE Trans.
Electron Device, Vol.CE-29, No.3, Aug. 1983.

204

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

11 むすび
ビデオカメラの系統化について、ビデオカメラに特謝 辞

有な技術を中心に記述してきた。ビデオカメラの技術

本報告書をまとめるにあたって多くの関係者のご協力

成果は多くの研究者、技術者によるたゆまぬ想像力のを頂いた。特に下記の方々には面談の上、貴重なご意発揮、研究開発への意欲と努力の結晶である。特に、見、資料等の提供を頂いた。深く感謝の意を表する。

その中の主要技術が日本の研究者、技術者によって、築き上げられ、製品化されて行ったことは特筆に値する。ビデオカメラが大きな産業に成長し、全世界の人々に広く愛用されてきたことは研究者、技術者冥利に尽きるものがある。その一端を担うことができ、本報告書の執筆ができたことは大変ありがたいことである。
ビデオカメラを構成する技術は多岐にわたり、ここに記載した技術の他にも、カメラ用ファインダー、カ
メラ用 LSI、ビデオカメラの機能を制御するマイコン
技術、関連するソフト技術、筐体などの機構技術、高速で小型に回路基板に部品を実装する高密度実装、量産技術の中心となる測定・評価や高信頼性技術などがある。これらの技術は家電製品に共通した技術でもあり、今回はページ数の制約もあって、割愛せざるを得なかった。これらについては別の切り口で調査研究が行われる際に、記載して頂けることを期待したい。
忘れてならないのはこれらの背景には学会や学会を通して、研究者・技術者が連携し、共通の目標に向かって歩んできたことが挙げられよう。ビデオカメラ技術が急速に進歩を遂げた 70 年後半から 80 年代は多くの人材がビデオカメラの分野に集まってきた。ビデオカ
メラは既に、撮像管を使ってよい画像が得られていた。
そこに、新しい CCD を用いてビデオカメラを作り上げるのは容易なことではなかった。技術レベルを上げるため、発想が浮かぶと社外に発表の場を求め、討論して技術向上を果たしてきた。発表の場をテレビジョン学会 ( 現在の映像情報メディア学会 ) の研究会、論文誌が提供し、技術の進歩のために意見交換を行った。
各メーカのベテランは親身になって若い技術者を指導し、メーカの垣根を越えた連携が築かれていった。

望月 徹氏 ( 映像情報メディア学会 事務局長 )沖宗恵子氏（映像情報メディア学会 主任）
菅野智子氏（経済産業省 特許庁 ）寺西信一氏（パナソニック株式会社 イメージセンサ
技術統括）
油 大作氏（ユーカリ光学研究所 取締役社長）
鈴木雅夫氏（キャノン株式会社）
芝崎清茂氏（株式会社ニコン）
名雲文男氏 ( 元ソニー株式会社 )佐藤和弘氏 ( 元株式会社日立製作所 )黒田隆男氏（元パナソニック株式会社）
関根弘一氏（元株式会社東芝）
山田哲生氏（東京工芸大学）
大井一成氏（富士ゼロックス株式会社）
浅田靖之氏（元株式会社東芝）
川崎 満氏（元日本電気株式会社）
また下記の方々からはビデオカメラの機種を調べて頂
くなど表 6.5 の基になる資料提供にご尽力頂いた。
深く感謝する。
春木俊宣氏 ( 元三洋電機株式会社 )豊田秀樹氏 ( 元三洋電機株式会社 )渡辺恭志氏（元シャープ株式会社）
草野靖夫氏 ( 元シャープ株式会社 )峰間育美氏 ( 元日本ビクター株式会社 )田中大通氏（元パナソニック株式会社）
永井 正氏（パナソニック株式会社）
藤井俊哉氏（パナソニック株式会社）
ソニー株式会社広報センター

当時は電子装置研究会、方式回路研究会の会場は人がさらに、所在確認で下記の方々にお世話になった。

あふれ、研究会終了後も居酒屋に繰り出して、熱心な感謝の意を表する。

討議が行われた。

茨城県立歴史館 大里正樹氏、野口陽子氏

限られたスペースで技術の詳細を記す余裕がな

副館長 池田幾夫氏、資料学芸部長 大津忠男氏、かった。そこで、文献はできる限り、著者全員を記載

東芝科学館 金 甫榮氏

して、検索しやすいように、詳細に記載し、充実したシャープミュージアム 藤原百合子氏ものとした。これらを活用して頂きたい。

パナソニック株式会社 AVC ネットワーク社 宮井勇氏
VHS 記念館 株式会社 JVC ケンウッド 日野久男氏
平岡大幸氏、豊野雅晴氏 田辺一則氏

ビデオカメラ技術の系統化

205【略語集】ACPI 方式：Adaptive Color Plane Interpolation デモ
ADC：Analog Digital Converter AD 変換回路
AE：Auto Exposure 自動光量調節 AI：Auto Iris 自ジョン
FGA：Floating Gate Amplifier
FF-CCD：Full Frame CCD フルフレーム CCD

動絞りともいわれる。

FIT-CCD：Frame Interline Transfer CCD フレーム

AF：Auto Focus 自動焦点
AFE：Analog Front End CCD の前処理回路
AMI：Amplified MOS Intelligent Imager

インターライン転送 CCD
FT-CCD：Frame Transfer CCD フレーム転送 CCD

AGC: Automatic Gain Control 自動利得調整
増 幅 型

HCCD：Horizontal Transfer CCD 水平転送 CCD
HDD：Hard Disc Drive

MOS イメージセンサ
APD：Avalanche Photodiode Device
AS：Auto Stabilization 自動安定装置、手振れ補正

HDTV：High Definition Television 高画質テレビジョン

AWB：Auto White Balance 自動白調整

I-Doll：Intelligent Doll 知的人形

BASIS：Base Stored Image Sensor

IEEE：The Institute of Electrical and Electronics En-

Bayer 方式：Bayer によって発明された色フィルタのgineers 30 万人の会員を有する世界最大の電気電子学会

配列。原色方式
BBD：Bucket Brigade Device バケツリレー素子
CCD：Charge Coupled Device 電荷結合素子
CDS：Correlated Double Sampling Circuits 相関二重

IT-CCD：Interline Transfer CCD インターライン転
送 CCD IL-CCD と呼ぶこともある
ITO：ネサコーティング
LPF：Low Pass Filter 低域通過濾波器

サプリング回路
CFA：Color Filter Array 色フィルタアレイ
CHBI：Constant Hue Based Interpolation デモザイキ

LSI：Large Scale Integrated Circuits 大規模集積回路
NL-means：Non-Local Means 画像処理の一方式

ングの一方式CID：Charge Injection Device 電荷注入素子

PD：Photo Diode フォトダイオード

CTD：Charge Transfer Device 電荷転送素子

PbO：酸化鉛

CMD：Charge Modulation Device

Sb2S3：3 硫化アンチモン

CMOS イ メ ー ジ セ ン サ：Complementary Metal Ox-

SD：Secure Digital Memory

ide Semiconductor イメージセンサ、相補性金属酸

SIT：Static Induction Transistor

化膜半導体イメージセンサ

S/N：Signal to Noise Ratio SN 比CPD：Charge Priming Device 電荷呼び水転送素子

TCL：Through the Camera Lens 自動フォーカスの一方式

DSC：Digital Still Camera
CSD：Charge Sweep Device 電荷掃引素子

TSL：Transversal Signal Line 水平信号線

DSP：Digital Signal Processor デジタル信号処理

VCCD：Vertical Transfer CCD 垂直転送 CCD

DV 方式：Digital Video System

VHS：Video Home System

デジタル VTR のVOD 構造：Vertical Overflow Drain 構造 縦型オーバー

方式

206

ENG カメラ：Electronic News Gathering Camera
FD：Floating Diffusion フローティングディフュー

ザイキングの一方式

DVD：Digital Versatile Disc, Digital Video Disc

フロードレイン構造

EFP カメラ：Electronic Field Production Camera

VTR：Video Tape Recorder

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.18 March 2013

正誤表（第18集2編 ビデオカメラ技術の系統化）
年月日
2013年5月31日

箇所

誤

正

p.125 左欄 下から4行目訂正

130万画素33万画素

p.200 表10.2

2行目追記

デジタル記録カメラ

デジタル記録カメラ（1990富士フイルム、東芝）

2行目追記

QV10

QV10
（1995 カシオ）

4行目追記

3板式

3板式
（1990 東芝）

5行目追記

液晶ビューカム

液晶ビューカム（1992 シャープ）

9行目追記

コックピットカメラ

コックピットカメラ（1980 ソニー）

(次ページに訂正後の表10.2の全体を表示してあります。）

表10.2 世界初・日本初のビデオカメラ及び応用製品

年

1970

1980

1990

携帯電話

デジタル記録カメラ(1990富士フイルム,東芝)

電子スチルカメラ(1981ソニー)

デジタルカメラ
電子カメラ

8ミリ方式一体型(1985 ソニー)
VHS-C方式一体型(1985 JVC)

ビデオカメラ

単管式(1974東芝)

MOS単板式(1981日立)

CCD単板式(1982 NEC)

3板式
(1992 ソニー)
3板式
(1990 東芝)

パスポートサイズ(1989 ソニー)

QV10
(1995 カシオ)

2000

2010

カメラ搭載携帯(2000 シャープ)

裏面照射型(2010東芝)

CMOSデジカメ(1997 東芝)

裏面照射型
(2010ソニー)

デジタルビデオカメラ(1995 パナソニック)
HDD内蔵(2007東芝)

デジタルハンディカム(1995 ソニー)

液晶ビューカム(1992 シャープ)

レンズ交換式(1998 キヤノン)

HDTV(2004ソニー)

SDカード内蔵(2007パナソニック)

ブレンビー(1990パナソニック)

β方式一体型(1983 ソニー)

DVD内蔵(2006日立)

立体ビデオカメラ(1989 東芝)
CCD内視鏡
(1983東芝)

電子内視鏡
コックピットカメラ(1980 ソニー)

業務用カメラ超小型(1986 東芝)

3板式
(1989 東芝)

カメラモジュール
(1983 ソニー)

テレビ電話
知的玩具

万国博カラーテレビ電話(1970東芝)

カメラ付OHP(1990 エルモ)
I-Doll(2000東芝)

世界

日本