CCDセンサからCMOSセンサへ

JAIはいつの時代も常に最高水準の画像クオリティを追求し続けてきましたが、近年まではCCDセンサが最良の選択でした。

一方CMOSイメージセンサも長い間市場では入手可能で、一般的には以下のような特長があります。

  • 低電力消費
  • 柔軟な読み出しモード(ROI、ビニングなど)
  • 高フレームレート

では、これまでのCMOSイメージセンサにはどの様な問題があったのでしょうか。CMOSセンサでは、蓄積された電荷が画素内にある増幅器によって、即座に電圧に変換、増幅されます。カメラ回路の別の場所で増幅を行うCCDセンサとは、大きく異なる設計です。ただし、CMOSセンサを実装することで、データ読み出しの柔軟性は高まりますが、画素層が複雑になるため、曲線因子が制限され、固定パターンノイズが増加します。

ソニーは、グローバルシャッタ機能とExmor®設計を組み合わせたPregiusTM センサを開発し、CMOS技術を一歩前へ進めました。Exmor設計では、列並列A/D変換方式を採用することで、デジタル方式での相関二重サンプリングが可能になり、これまでにない低ノイズを実現しました。

その結果、CMOSセンサ技術の普及を阻んでいた最後の障壁が取り除かれ、不均一性、ノイズの多い画像、ローリングシャッタ、シャッタ効率の低さなどが解消されました。現在CMOSセンサ技術は、ほとんどのパラメータでCCDセンサを上回る性能を提供しています。

この新しい構造によって、前の世代のCMOSセンサに比べ近赤外領域(NIR)の感度が向上しました。実は、ソニー製Pregius CMOSセンサの第一世代IMX249でさえ、優れたNIR感度で知られるソニー製ICX285 CCDセンサと同等だったのです。

Pregiusの第二世代のセンサで、NIR感度(NIR約700 nm~)はさらに向上しました。

A/D変換を含むCMOSセンサ内の高度な集積化により、性能の向上はカメラの設計とはあまり関係ないのではないかと誤解されることがあります。CMOSカメラでは、周囲のハードウェアを複雑にすることはできませんが、最高の画質を実現できるかどうかは画像処理のレベルが決め手となります。JAIは、まさに画像処理で他社を大きく引き離しているのです。

新世代のJAIカメラシリーズではすべてCMOSセンサ技術を採用し、ほとんどのCCDカメラとの置き換えが可能です。例えば、500万画素のBシリーズのCCDカメラ(BM-500CL、BB-500CL、BM-500GE、BB-500GE)は、Mini Camera LinkやGigE Visionインタフェースはそのままに、新しい500万画素のGoシリーズのCMOSカメラ(GO-5100M、GO-5101C)に置き換えが可能です。加えて、CMOS技術の持つ柔軟性の高い機能(ROI、ビニングなど)が利用できます。

現在のCCDカメラベースのビジョンシステムをアップグレードして、最新のCMOS技術を利用したい場合は、ぜひお気軽にJAIにお問い合わせください。

CMOSイメージセンサ技術は、以下のJAIカメラシリーズで利用できます。

Spark Series
高解像度、高フレームレート、高画質を実現する高性能エリアスキャンカメラです。
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Go Series
コンパクトで高速。先進のセンサ技術を搭載した汎用エリアスキャンカメラです。
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Apex Series
従来のベイヤー式カメラを大きく凌駕する優れた色再現性を誇る3CMOSプリズム分光式カラーエリアスキャンカメラです。
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Sweep Series 高速スキャンレートと高画質を両立したモノクロ/トライリニア式ラインスキャンカメラです。
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Sweep+ Series
高い色再現性、高感度、マルチスペクトルオプションも備えたマルチセンサ・プリズム分光式カラー/NIRラインスキャンカメラです。
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CCDカメラが組み込まれた装置をCMOSカメラ仕様に改修するご検討をされる場合は、ぜひお気軽にJAIへご相談ください。

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JAIのプロダクトエンジニアがいつでもご相談を承ります。

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