イメージセンサー【image sensor】撮像素子

概要

イメージセンサーとは、レンズから入射した光を電気信号に変換し、デジタル画像を得るための半導体部品。デジタルカメラやスマートフォン、車載カメラ、防犯カメラなどの撮影部に内蔵され、人間の目の網膜に相当する働きをする。主に可視光を捉えるが、赤外線や紫外線に対応した製品もある。

センサーの受光面には、光を電気に変える微細な素子（画素）が格子状に敷き詰められている。各画素が受けた光の強さを電荷として蓄積し、読み出して電気信号に変換する。この信号を集めて再構成することで、1枚のデジタル画像が形成される。

信号の読み出し方式により「CCD」と「CMOS」の2方式に大別される。CCDは高画質を得やすいが消費電力が大きく製造コストも高い。一方、CMOSは低消費電力かつ低コストで、信号処理回路をセンサ上に集積しやすいため高速撮影にも向いており、現在の主流となっている。読み出し方式には、画素を行単位で順に読み出す「ローリングシャッター方式」と、全画素をほぼ同時に露光する「グローバルシャッター方式」があり、後者は動きの速い被写体の撮影や検査用途で利用される。

近年では、フォトダイオードを受光面に近い位置へ配置し光の遮りを抑える裏面照射型構造が普及している。加えて、画素部分と信号処理回路を別層に重ねる積層型構造も広がっており、感度や処理速度の向上に貢献している。カラー画像を得る一般的なセンサーでは、画素の上に赤や緑、青などのカラーフィルターを配置し、各色の光の情報を合成して色を再現する。

素子の集積度は半導体プロセスの進化とともに高密度化しており、数cm角のサイズに数百万から一千万以上の素子が並ぶ製品も一般的である。2025年にはキヤノンが35mmフルサイズで4.1億画素という世界最高水準のCMOSセンサーを開発し、監視や医療、産業分野への応用が見込まれている。

センサーの性能は受光面の大きさと画素数に大きく左右される。サイズには規格があり、一眼カメラのフルサイズ（約36mm×24mm）やAPS-C、スマートフォンの1型や1/2.3型などが知られる。受光面が広いほど光を集めやすく高性能だが、製造は難しくなり高価格となる。同じサイズであれば画素数が多いほど精細な画像が得られるが、一画素あたりの受光量は減少し画質が低下しやすいというトレードオフが生じる。このため、複数の画素をまとめて扱う画素加算や、AIを用いた画像処理技術による補正を組み合わせる設計も広がっている。

(2026.9.4更新)