[MWC 2014を見る] 4. CMOSイメージセンサー(CIS)、ISOCELL

近年、SNSの利用が急激に増え、スマートフォンやデジタルカメラで撮影した写真をオンラインで活用する場面が多くなりました。 カメラの画質や性能も大きく改善し、今ではスマートフォンや一般の普及型デジタルカメラで撮影した写真も、プロ用のカメラと遜色ないほどきれいに撮ることができます。 サムスン電子は、先月スペインのバルセロナで開かれたMWC (Mobile World Congress)2014で、次世代技術の「ISOCELL」を適用した1300万画素と1600万画素のモバイルCMOSイメージセンサー(CIS)を発表しました。 ISOCELLは、サムスン電子が昨年9月に業界で初めて開発した次世代イメージセンサー技術です。 イメージセンサーの構成画素に集まる光を最大限に活用する技術によって、CISの性能の限界を超えたのが特徴です。 暗い環境でもより鮮やかなイメージを実現し、きれいな写真を撮ることができます。 また色再現性(reproducibility)を高め、被写体本来の色に近いイメージを表現できるという長所があります。 今日は、写真の品質を高めるCISをはじめ、サムスン電子のISOCELLについてご紹介します。 ■写真の品質を決めるCMOSイメージセンサー(CIS)

▲次世代のCMOSイメージセンサー新技術「ISOCELL」を適用した800万画素(1/4インチ)モジュール

まず、CISの概念を理解していただくために、関連用語の定義についてご説明します。

※集積回路(I.C., Integrated Circuit) – 1つの半導体の基板に多数の能動素子(例：トランジスタ)と手動素子(例：ダイオード、コンデンサ、抵抗器など)を超小型に集積し、互いに分離できない構造に仕上げた、完全な回路機能を備えた機能素子 ※CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) – 相補型金属酸化膜半導体。 少ない消費電力が特徴で、携帯用計算機やデジタル時計、小型パソコンなどに広く活用されている

CISとは、CMOS技術で作られたイメージセンサーを意味します。 数多くの感光画素センサーが配列された集積回路で、それぞれの画素は光を検知する光検出器(photodetector)と信号を増幅させるアクティブアンプ(active amplifier)で構成されています。 CISは光を取り込み電気信号に変換させるという点で、写真の品質を決める重要な部品として機能しています。 デジタルカメラやスマートフォン、タブレット、通信装置などデジタル映像機器に広く活用されています。 ■センサー構造の革新的な進化、ISOCELL ISOCELLは、CISを構成する画素に集まる光を最大限に活用できるよう、センサーの構造に革新的な変化をもたらした技術です。 「隔離する(isolate)」と「細胞(cell)」を組み合わせた言葉のように、画素(pixel)の各端に物理的な壁を作って画素同士の干渉を低減しました。 これにより、暗い空間でもよりきれいで鮮やかなイメージを実現できます。 CISに適用される画素技術は、表面照射型(FSI, Front Side Illumination)と裏面照射型(BSI, Back Side Illumination)に分類できます。 裏面照射型は、ウェハを裏返して薄く加工し、裏面から光を取り込めるようにしたものです。 光が入ってくる経路が短く、取り込める光量が多いため、表面照射型に比べて感度が40％以上向上し、映像の品質を改善できる長所があります。

※ウェハ(wafer) – 集積回路の製造に使われる薄い板 直径5～10㎝のシリコン結晶で構成されている。

しかし、裏面照射型は多くの光と色を吸収してしまうため、隣接した画素同士で色の混合が生じる可能性があるという短所があります。

しかし、サムスン電子が初めて導入したISOCELL技術は、このような裏面照射型における技術的限界を克服しました。 画素間に壁を設けることで、色の混合が生じる問題を解決しました。

その結果、画素間の干渉現象が裏面照射型に比べて30％以上減少し、イメージの色再現性を高めました。 また、受光面積が30％増加し、暗い環境でもより鮮やかできれいなイメージを実現できるようになりました。

※受光面積(FWC, Full Well Capacity) – センサー内の画素で光を取り込む部分。 面積が大きくなるほど受光率が高くなり、高画質のイメージを実現できる。

CISとISOCELLは、大切な思い出の瞬間を逃さず忠実に保存できるようにした技術です。 デジタル時代でも豊かな感受性を表現できるよう、サムスン電子はこれからも半導体の技術革新を続けていきます。

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