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 フォトダイオードに蓄積した電荷を,それぞれの画素で電圧に変換し増幅したうえで読み出す撮像素子。CCD(charge coupled device)型と並ぶ代表的な固体撮像素子である。元々は,雑音が大きいことから用途は限られていた。しかし,消費電力を小さくできることや小型化に向くことから,携帯電話機への搭載で開発に火が付いた。雑音も小さくなってきたため,デジタル・カメラやビデオ・カメラへの搭載も始まった。

 図にCMOS型固体撮像素子とCCD型固体撮像素子の基本構造を示した。フォトダイオードで光電変換をして得た画像信号の読み出し方が異なる。まず,入射した光をフォトダイオードで光電変換する。蓄積した電荷を電圧として読み出し,増幅して出力する。この電荷電圧変換と増幅を各画素で行なうのがCMOS型,電荷のままバケツ・リレーのように転送して,出力段でこれらの処理を行なうのがCCD型である。CCD型では,転送CCDの電位差を利用して蓄積した電荷を完全転送する。転送効率を高めるために高い電位差を作る必要がある。特に高速動作が必要な水平転送CCDでの電力消費が大きい。代わりに電荷転送時に雑音が発生しにくいことや,1個所で増幅するため増幅器に起因するバラつきがないという利点がある。

 これに対し, CMOS型は,+3V前後の単一電源だけで駆動でき,消費電力はCCD型に比べて低い。さらに,CMOSプロセスを応用しているため,A―D変換器や信号処理回路を集積しやすい。しかし画素ごとに増幅するため,増幅器のしきい値電圧がバラつくことによる雑音が発生する。結晶欠陥などにより生じる暗電流も大きかったが,最近では大幅に改善されてきた。

CMOS型固体撮像素子とCCD型固体撮像素子の違い
図 CMOSセンサとCCDの違い
2000年7月17日号より抜粋)