CMOSとCCDにおける主光線軸角度（CRA）の違いと影響の解説

CMOSとCCDは、どちらも光を電気信号に変換するイメージセンサーですが、構造や光の取り込み方に違いがあります。CMOSでは主光線軸角度（Chief Ray Angle、CRA）が重要ですが、CCDの場合はどう扱われるのか疑問に思う方も多いでしょう。

CMOSセンサーと主光線軸角度

CMOSセンサーでは、ピクセルごとにフォトダイオードと読み出し回路が組み込まれており、光の入射角度に敏感です。主光線軸角度は、光がピクセルに最適に入射する角度を示し、レンズ設計やカメラの光学系と密接に関係します。

光がピクセル面に斜めに入ると感度が低下するため、CRAを考慮したレンズ設計が重要です。([参考記事](https://www.macnica.co.jp/business/semiconductor/articles/onsemi/142846/))

CCDは、フォトダイオードが格子状に配置され、電荷をシフトして読み出す方式です。ピクセル自体の感度は比較的均一で、CMOSほど入射角度に依存しない特性があります。

そのため、一般的なCCDでは、特定の主光線軸角度を考慮する必要は低く、レンズ設計時にもCRAを厳密に意識するケースは少ないです。

CCDは電荷を隣接ピクセルに転送して読み出すため、光が斜めに入っても電荷の集積が比較的均一に行われます。その結果、CRAによる感度低下の影響はCMOSに比べて小さくなります。

もちろん、極端な斜入射では影響がありますが、日常の光学条件では問題になりにくいのです。

CMOSカメラでは、微小な光学設計の違いが画質に大きく影響するため、CRAの管理が重要です。一方CCDでは、光学設計の自由度が高く、CRAを厳密に制御する必要は低いのが特徴です。

この違いは、CMOSとCCDの構造差に由来しており、センサー選定やカメラ設計の参考になります。

CMOSセンサーは主光線軸角度（CRA）を考慮する必要がありますが、CCDは構造上入射角への依存が少なく、CRAを意識する必要はほとんどありません。CCDでは光の斜入射による感度低下が少ないため、一般的なカメラ設計ではCMOSほど重要視されないのです。