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イメージセンサー用語集

イメージセンサー

光を電気信号に変換する素子を受光素子(撮像素子)と言います。イメージセンサーは数百~数万個の受光素子を並べてレンズから入った光を画像として読み取るデバイスです。画像として読み取るため、光電変換の機能に加えて多くの受光素子からの信号を取り出すための機能(走査あるいは伝送と言います)を有しています。受光素子としてはフォトダイオードを配列したものが多く用いられますが、製造方法と読み出し方法の違いにより、CCDイメージセンサーとCMOSイメージセンサーに区別されます。また、受光素子の配列の仕方により、ラインセンサー(一次元配列)とエリアセンサー(二次元配列)があります。

CCDイメージセンサー

各画素の受光素子(フォトダイオード)に蓄積された電荷はそのままでは信号として取り出すことができません。CCDイメージセンサーは、CCD(Charge Coupled Device)と呼ばれる電荷結合素子を一列に並べ、隣り合う素子間で順次電荷を受け渡し、最後にアンプで増幅することにより、各画素からの信号を取り出すようにしたイメージセンサーです。感度が高い、単一アンプでばらつきが少ない、ノイズが少ないなどの長所がありますが、構造が複雑なため高価になること、電荷を転送するために、複数かつ高電圧が必要などの短所があります。

CMOSイメージセンサー

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補型金属酸化膜半導体)イメージセンサーは、受光素子(フォトダイオード)に蓄積された電荷を各画素ごとに設置したアンプで増幅した後、スイッチ回路により、順次信号を取り出すようにしたイメージセンサーです。当初は、感度が低い、画素ごとにアンプを有するため、ばらつきやノイズが大きいなどの欠点がありましたが、受光素子部の改良や回路の工夫により、CCDイメージセンサーと同様、高画質のものが得られています。構成が簡単、受光素子部と回路部を同一製造プロセスで作ることができる、また、この製造プロセスは、メモリやCPUなど多くのICに使用されているため、安価であることも大きな特長です。更に、単一電源で動作できること、高速・低消費電力が評価され、需要が急速に伸びています。

ラインイメージセンサー

受光素子を一列に並べたイメージセンサーで、リニアイメージセンサーとも呼ばれます。形状および読み取り方式の違いからICタイプのイメージセンサーと受光素子を読み取り幅大に並べたCIS(コンタクトイメージセンサー)があります。ICタイプのイメージセンサーは、高密度に配列した受光素子に縮小レンズで光を集めて読み取る(縮小読み取り)方式に用いられます。一方、CISは、等倍レンズを使って読み取る(等倍読み取り)方式に用いられます。ラインイメージセンサーは、そのままでは一次元の画像しか読み取れませんので、対象物かイメージセンサーのどちらかを移動させる必要がありますが、画素数の大きなもの(数万画素)を作ることができますので、高解像度読み取りに適しています。なお、ICタイプのラインイメージセンサーを使ったカメラをラインカメラと呼ぶこともあります。

エリアイメージセンサー

受光素子を平面上に並べたイメージセンサーで、縮小レンズを使ってこれらの受光素子に光を集め、一度に対象物を読み取ることができるイメージセンサーです。エリアイメージセンサーは、ディジタルカメラに使用されますが、CCDを使用するか、CMOSを使用するかにより、CCDカメラ、CMOSカメラと呼ばれています。

CIS

コンタクトイメージセンサー(Contact Image Sensor)。読み取り幅に並べたCISの各読み取り素子上に等倍レンズにより等倍の画像を形成させてライン単位で密着して読み取るセンサーです。等倍レンズは、ピントの合う範囲が狭く、奥行きのある読み取りは不得意ですが、装置を小さく、薄く、軽く作れる、光学歪がない、CMOSを使用しているため単一電源、低消費電力、密着して読み取ることができるため光量のロスが少なく光源の消費電力も少ないなどの特長があります。

屈折率分布型レンズ(ロッドレンズ、正立等倍レンズ)

半径方向に屈折率の分布を変えた円柱状のレンズです。レンズ端面から入射した光はサインカーブを描きながら進行しますので、レンズの長さを調整することで正立等倍の像を得ることができ、CISイメージセンサーに必須のレンズとして使用されています。縮小レンズに比べ、ピントの合う範囲が狭いという短所がありますが、周辺ひずみがない、光路長が短くコンパクトに作れるなどの長所があり、長尺物の読み取りにも適しています。

ライトガイド(導光棒、導光板)

点光源(LED)を線状光源にするとともに、原稿などの読み取り面を均一で照明することができるようにしたデバイスです。均一照明となるように、アクリルなどの透明樹脂の内面反射を工夫しています。棒状のもの(導光棒)と板状(導光板)のものがあります。も適しています。

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