カメラシステム用CMOSイメージセンサーの選択方法

投稿日十一月 14, 2019
更新日七月 1, 2024

精密画像システム用のセンサーに関しては、マイクロボロメーター、電荷結合素子（CCD）、CMOSイメージセンサーモジュールの3つが理想的な選択肢です。ボロメーターベースのシステムは、精密な赤外線画像撮影に理想的であり、CCDおよびCMOSイメージセンサーモジュールは、カラーまたはモノクロ画像撮影に理想的です。これらはそれぞれ、高品質な画像を捉えるために使用できますが、理想的な用途と利点が異なります。

消費者レベルまたは産業用画像の新製品を設計し、大量生産する場合、CMOSイメージセンサーがおそらく最適な選択です。次の画像システムで使用する高品質なCMOSイメージセンサーを選択するために知っておくべきことを見てみましょう。

CCDとCMOSイメージセンサーの選択

CCDとCMOSイメージセンサーは、カラーとモノクロのバリエーションがあり、それぞれのタイプのイメージセンサーはかなり異なります。CCDイメージセンサーは一般に、同じピクセルサイズと密度を持つCMOSイメージセンサーと比較して、高感度でノイズが少ないです。CCDイメージセンサーは、科学的な応用や非常に低い光度の応用でペルチェ冷却されることが多く、画像のノイズを減らし、非常に高い解像度を提供します。CCDは、ほとんどのアプリケーションがCCDによって提供される精度レベルを必要としないため、CMOSイメージセンサーよりも低いボリュームで生産される傾向があり、コストも高くなります。

これとは対照的に、CMOSイメージセンサーは、CMOS ICと同じプロセスを使用して生産されます（そのためにその名前があります）。これらのデバイスはコストが低く、電力を少なく使用しますが、ノイズが多く解像度が低い画像を生成します。CMOSセンサーは、高フレームレートのビデオアプリケーションで使用できるように、より速い電気光学変換を提供します。CMOSイメージセンサーのノイズは、フィルタリングと平均化を使用して捉えられた画像から除去することができます。これにより、CMOSセンサーは、IoTやモバイルデバイスを含む消費者向け電子機器アプリケーションに理想的です。

CMOSイメージセンサーの機能ブロック図

次の製品のビデオやカメラモジュール用のCMOSイメージセンサーを探している場合、考慮すべきいくつかのポイントがあります：

解像度。 CCDおよびCMOSイメージセンサーの性能指標として最も広く引用されるものです。ディスプレイモジュールと同様に、これらのデバイスには特定の解像度とピクセルピッチがあります。解像度はピクセル数を指しますが、画像品質を決定する実際の要因はピクセルピッチ（通常、距離の単位で指定されます）です。ピクセルピッチが小さいCMOSイメージセンサーは、より細かい解像度を持ちます。ピクセルピッチとピクセル数を組み合わせることで、システムで収集した画像の視野を決定できます。解像度は時々メガピクセル（MP）で引用されることに注意してください。参考までに、最新で最も高度なスマートフォンには約7MPのイメージセンサーが含まれています。
裏面照射。 裏面照射（BSI）CMOSセンサーは、ピクセルアーキテクチャの変更により、より高い感度を持ちます。これらのセンサーは、現在、最新世代のスマートフォンや低光量条件で動作する必要があるカメラシステムで使用されています。
PCBへの取り付け。 CMOSイメージセンサーは通常、SMDまたはスルーホールコンポーネントとしてPCBに取り付けられます。一部のCMOSセンサーは、BGAに取り付けるダイとして提供されます。
統合。 一部のCMOSイメージセンサーは、システムオンチップ（SoC）としてパッケージされ、その信号処理ブロックと統合されています。
温度安定性。 CCDセンサーと比較して、CMOSセンサーはより高いノイズフィギュアを持ちます。温度が上昇するとノイズレベルが増加することに注意してください。
赤外線フィルタリング。 一部のCMOSイメージセンサーには、赤外線を吸収または反射する薄膜が含まれています。CMOSイメージセンサーに赤外線フィルターがあるかどうかを確認してください。
ダイナミックレンジ。 他のセンサーと同様に、これはモジュールが飽和に達することなく画像を提供できる入力光強度範囲を定義します。

異なるアプリケーション用のCMOSイメージセンサーユニット

市場を見渡すと、異なるCMOSイメージセンサーユニットが幅広い解像度を提供していることがわかります。特定のアプリケーションでは、10MPカメラは必要ない場合があります。

Omnivision Technologies OV02686-H38A

OmnivisionのOV02686-H38A CMOSイメージセンサーは、極めて細かい画像をキャプチャすることを目的としていない予算スマートフォン、タブレット、ラップトップのウェブカメラ、またはその他のデバイスに最適です。この1600 x 1200ピクセルモジュールは、15フレーム毎秒で10ビットRGBカラー画像（10億のユニークな色）を提供します。ピクセルサイズは1.75ミクロンで、大きな視野を持つ高解像度画像を提供します。イメージセンスコアには統合ADCが含まれており、モジュールのフットプリントを小さくしています。

Omnivision OV02686-H38A統合CMOSイメージセンサーモジュールブロック図。OV02686-H38A製品概要より。

Micron MT9V022IA7ATC

MT9V022IA7ATCカラーCMOSイメージセンサーは、52ピンIBGAパッケージに752 x 480ピクセルを持っています。この製品は自動車アプリケーション向けに市場投入されています。スマートフォンで使用される典型的なイメージセンサーと同じ解像度はありませんが、100 dBのダイナミックレンジを提供する点が印象的です。このモジュールは、統合されたコントローラーを備えた標準的な信号処理機能も提供します。自動車セクターでの応用例には、運転手の眠気検出、生体認証、衝突回避などがあります。

異なる温度でのMT9V022IA7ATC CMOSイメージセンサーからの画像品質。MT9V022IA7ATC製品概要より。

ON Semiconductor MT9F002I12STCV-DP

プロフェッショナルカメラのための本格的な画像品質を求めるなら、MT9F002I12STCV-DPは、4608 x 3288ピクセル解像度（それは15 MPです！）で画像やビデオをキャプチャするのに理想的です。このカラーCMOSイメージセンサーは、4:3または16:9のアスペクト比で画像を収集することもできます。この特定のCMOSイメージセンサーは、13フレーム毎秒でCCDと競合する感度とSNRを提供します。統合ADCは12ビットのカラーデプスを提供し、データはシリアルまたはパラレルで提供されます：

MT9F002は、一定のフレームレートでピクセルデータのストリームを生成するプログレッシブスキャンセンサーです。オンチップの位相同期ループ（PLL）を使用して、2から64 MHzの間で動作する単一のマスター入力クロックからすべての内部クロックを生成します。最大出力ピクセルレートは、シリアルHiSPi I/Fの場合は220 Mp/s、パラレルI/Fの場合は96 Mp/sで、それぞれピクセルクロックレートは220 MHzと96 MHzに相当します。 [出典: MT9F002I12STCV-DPデータシート]

MT9F002I12STCV-DP CMOSイメージセンサーによる静止画とHDビデオキャプチャモード

静止画とHDビデオキャプチャモード。MT9F002I12STCV-DPデータシートより。

プロフェッショナルグレードのカメラ、スマートフォン、または画像センシングを必要とする他のデバイスを構築している場合でも、Octopartは新製品で使用するための大量のCMOSイメージセンサーユニットとコントローラーにアクセスすることができます。次の製品に最適なオプションを決定するために、パーツセレクターガイドを使用してみてください。

この記事が役に立ったと思われる場合は、ニュースレターにサインアップすることで、最新の記事を常にチェックできます。