Subject : イメージセンサ
カテゴリー : デバイス > センサ
イメージセンサ
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デジタルカメラでレンズを通った後に光を受けて、電気信号に変換する半導体センサのことです。
イメージセンサはその表面に、光を読み取る極小サイズのセンサが画素数分(一般的なデジタルカメラ用では数百万個)並んでいて、各センサの位置と読み出した光の量から画像データが作られます。
イメージセンサの種類として主なものには、CCDイメージセンサとCMOSイメージセンサがあります(単にCCDまたはCMOSとも呼ばれています)。LBCASTなどもあります。
CCDとCMOSは、光を受ける部分の構造ではほぼ同じです。イメージセンサに限らず、光を感知する装置はほとんどが光電効果という現象を利用しています。
イメージセンサは主にシリコン単結晶による半導体で作られています。シリコン単結晶の各原子に含まれる電子は、エネルギの高低によって2つの状態があります。電子は外部から一定量以上のエネルギを受けることで、エネルギの低い状態から高い状態に変化(励起)します。
電子はエネルギの高い状態になると原子を離れて自由に動けるようになります。光のエネルギによってこの状態になることを光電効果(正確には内部光電効果)といいます。
光電効果によって生じた自由に動ける電子(信号電荷)の数を計れば、受けた光の量が分かります。そのためには発生した信号電荷を逃がさず溜めておく仕組みが必要で、それには主にフォトダイオードが使用されています。
シリコン単結晶は比較的少ないエネルギで励起が起こります。フォトダイオード以外のシリコン結晶部分に光が当たっても光電効果が起こり、それがノイズの原因になりますから、各画素の表面は受光する部分(開口部)を除いてアルミの膜などで遮光されています。
画素面積の中、開口部がどれだけ占めているかを開口率といいます。開口率の低下でセンサの感度が下がることを防ぐため、より広い範囲の光を集めるためのマイクロレンズが、画素ごとに取り付けられています。
フォトダイオードの信号電荷量だけでは、明るさの違いはわかっても色の違いはわかりません。そのため特定の色の光だけを透すカラーフィルタがこれも画素ごとに取り付けられ、各画素ではカラーフィルタが透した色の光量だけを計ります。
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