イメージセンサの用語集.ZIP

モバイルや自動車、セキュリティシステムなど各種電子機器の目の役割を担う半導体製品があります。 それは、イメージセンサです。 サムスン電子は2021年1月と2月に革新的なイメージセンサ製品と技術を披露し、モバイルユーザーが完成度の高い高画質。

イメージセンサの新技術発表に関する記事の中に、気になる数字がいくつかあります。 それぞれの数字にはどんな意味があるのでしょうか。 わかりやすく説明する#半導体勉強会で詳しく見てみましょう。

解像度を表す数字、メガピクセル(Mp)

まず、メガピクセル(Megapixel, Mp)は、100万(10の6乗)に相当する「メガ(Mega)」と画素という意味の「ピクセル(pixel)」の合成語で、「100万画素」という意味になります。 つまり、108Mpは1億800万画素、50Mpは5,000万画素になります。 ここで、ピクセル(画素)とは、画像を構成する最小単位のことで、画素数が多いほど精密で詳細な画像を実現できます。 「解像度が高い」という表現もここから由来しました。高画素であるほど高解像度の画像撮影が可能になります。

微細なピクセルの大きさを表す マイクロメートル(µm)

マイクロは、10の6乗分の1、つまり、100万分の1 = 0.000001に相当します。 マイクロ単位は、ピクセルの大きさを表すのに広く使われています。 その一例として、サムスン電子が2021年1月に発表した「ISOCELL HM3」のピクセルサイズは0.8マイクロメートル(µm)です。 0.8マイクロメートル(µm)は、10万分の8センチメートル(cm)または1,000万分の8メートル(m)に相当する数値で、目に見えないほどの極小サイズです。 人間の髪の毛の太さが通常40～70マイクロメートル(µm)ですから、0.8マイクロメートル(µm)の小ささは言うまでもありません。

解像度と受光面積を左右するピクセルサイズ

それでは、ピクセルサイズに関する概念をイメージセンサに適用してみましょう。 同じサイズのイメージセンサなら、ピクセルサイズが小さいほど多くのピクセルを保存でき、より高い解像度を実現できます。
ピクセル数が同じイメージセンサ場合、ピクセルサイズによってセンサーの大きさも変わりますが、ここでピクセルが大きいというのは、光を受ける面積(受光面積)が広くなることを意味します。 また、受光面積が広くなれば、ノイズの少ない高画質画像を撮影できるようになります。 そのため、解像度と受光面積の両方を最適化できるピクセルサイズを決めることは、非常に重要です。

イメージセンサの大きさを見定める長さ、1/1.XXインチ

イメージセンサの大きさは、通常1/1.XXのように分数の形で示されます。 これは、イメージセンサの実際の対角線の長さではなく、光学フォーマット(Optical format)という概念に該当します。 レンズやイメージセンサの規格の話で頻繁に登場する光学フォーマットを説明するには、カメラの製造に関する知識が必要となります。 カメラを製造する際、イメージセンサを用いてカメラモジュールを作り、そこにレンズを接続しますが、カメラの外部にあるレンズが像を結ぶようにする領域の直径を光学フォーマットと呼ぶためです。

光学フォーマットがイメージセンサの対角線の長さより長くなければならない理由

左から3番目にある6.4mm×4.8mmのイメージセンサは、対角線の長さが8mmであるにもかかわらず、1/2インチセンサーと呼ばれています。 実際は、1/2インチは12.7mm(25.4mm/2)で、8mmより大きいのです。では、なぜ光学フォーマットはイメージセンサの対角線の長さより長いのでしょうか。

それは、Vignetting(口径食)現象を防ぐためです。 レンズがイメージセンサを完全に覆わなければ、撮影した画像の周辺部が暗くなり、周辺減光という現象が発生してしまいます。この現象を英語でVignetting(ヴィネッティング)といいます。光学フォーマットの長さの最小値を求めるときに使われる数式は存在しますが、その値は通常イメージセンサの対角線の長さの約1.5倍に相当します。

先ほどの画像で6.4mm×4.8mmのセンサーは1/2インチ(12.7mm)と呼ばれているのですが、これは、そのセンサーに適した光学フォーマットの値がイメージセンサの対角線の長さの約1.5倍の12mmに近いからなのです。

ここまで、イメージセンサに関する数字の意味について見てきました。 それぞれの数字の話を思い出しながら、イメージセンサに関するニュースをぜひ読んでみてください。今後もイメージセンサ分野をリードするサムスン電子にどうぞご期待ください。