CMOSイメージセンサ

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CMOSイメージセンサ（シーモスイメージセンサ）はCMOS（相補性金属酸化膜半導体）を用いた固体撮像素子。CCDイメージセンサと同様に、フォトダイオード(PD)を使用するが、製造プロセスと信号の読み出し方法が異なる。

[編集] 歴史

CMOSイメージセンサの原理が考案されたのは1960年代後半と古いが、実用化されたのは半導体微細加工技術が高度化した1990年代以降である。

[編集] 特徴

CMOSイメージセンサのメカニズムの概略図。着色部分が各セルに対応する。通常このようにカラーフィルタを施されることでカラー化を実現している。

セル（ピクセルに対応）の等価回路

単位セルごとに増幅器を持つことで、光変換された電気信号の読み出しによる電気ノイズの発生が抑えられるという特徴を持つ。CMOSロジックLSI製造プロセスの応用で大量生産が可能なため、高電圧アナログ回路を持つCCDイメージセンサと比較して安価であり、素子が小さいことから、消費電力も少ないというメリットを持つ。

また、ロジック回路を同一製造プロセスで組み込めることから、画像処理回路をオンチップ化して画像認識デバイス、人工視覚デバイスへの応用が研究されており、一部は商用化されている（人工網膜チップとも呼ばれることがある）。

[編集] 弱点

CCDに対してメリットのある反面、低照度状況では素子そのものが不安定になりやすく、撮影した画像にはノイズが多くなる傾向がある。また、画素毎に固定した増幅器が割り当てられるため、各増幅器の特性差により固定パターンのノイズを持つ性質があり、これを補正する回路が必要になる。近年ではPDの高出力化・低雑音化、PDから増幅器への電荷転送効率の向上、PDの受光面積を相対的に拡大するためのトランジスタの複数画素間での共用化など様々な改良手段により、S/N比が格段に向上してきた。

また、電荷化を同時に行えないという構造上の問題で、高速に動くものを撮影したときに進行方向に向かって像がゆがむことも弱点としてあげられる。これは一枚のCMOSをブロック化することによって補える。

ただし、これらの技術的アプローチによって手を加えることでCMOSの有利な点である安価という面が相殺されることも多いため、コンパクト型のデジタルカメラに搭載される小型の撮像素子ではCMOSの搭載は進んでいない。デジタル一眼レフなどで採用されているAPS-Cサイズなど、大型の撮像素子に関してはCCDは消費電力などにおいてかなりの不利な点を持つため、CMOSが用いられることもある。

[編集] 応用

CMOSイメージセンサはCCDイメージセンサに比べるとより汎用の半導体製造装置を使いまわすことができることからCCDイメージセンサと比べたときに供給価格が安い。そのため安価なデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、極小筐体のテレビカメラの分野で盛んに使用されている。特にビデオチャットなどで用いられるいわゆるWebカメラはそのほとんどがCMOSを搭載している。また、矢野経済研究所の調査によると携帯電話へのカメラ機能搭載が普及したこともあり、2004年にはCCDイメージセンサを出荷個数で抜いたとされる。

近年では大きいサイズで設計可能、かつコスト削減が可能な事から、デジタル一眼レフカメラにも使われる事が多くなっている。キヤノンは他社での生産に頼ることになるCCDに対し、自社で開発・製造が可能なCMOSを2004年春以降デジタル一眼レフの全量で採用している。ニコンのデジタル一眼レフでもソニー製のCMOSを一部で採用している。

また、ソニーやキヤノンは民生用の小型ハイビジョンビデオカメラなどにもCMOSイメージセンサを採用している。