CMOSイメージセンサとは｜CCDとの違いとIoT中級

CMOSイメージセンサとは、光を受ける画素を縦横に並べ、画素ごとに光の量を電気信号に変えて読み出す半導体の撮像素子です。CMOS（相補型金属酸化膜半導体）は、ふつうのマイコンやメモリと同じ半導体の製造方式の名前です。

光が画像データになるまでは、おおむね次の順番です。

1. 1レンズが光を集め、カラーフィルタが画素ごとに赤・緑・青のどれかの光だけを通す。
2. 2画素のフォトダイオードが、受けた光の量に応じた電荷をためる。
3. 3画素の中のトランジスタが電荷を電圧に変えて増幅し、行・列を選んで読み出す。
4. 4A/D変換で数値にする。ソニーは、画素の列ごとにA/D変換器を並べる「列並列A/D変換」で雑音を抑える方式を説明している。
5. 5画像処理（色の補間・雑音除去・圧縮など）を経て、画像データになる。

IoTでは、工場の外観検査、店舗や道路のカメラ、農作物の生育の観察、メーターの読み取りなどで使われます。撮った画像をディープラーニングで判定する使い方が増えています。スマートフォンのカメラでの画像処理はスマホのカメラと画像処理で扱っています。

昔は「雑音が少ないのはCCD」と説明されることが多くありましたが、画素の構造や読み出し回路の改良で、現在はCMOSが高画質の分野でも広く使われています。試験では、信号の運び方（電荷を運ぶか、画素で増幅するか）の違いを軸に選択肢を読むのが確実です。

ローリングシャッタのゆがみは、ピンぼけとは原因が違います。行ごとに撮る時刻がずれるため、横に速く動く物が斜めに写ったり、プロペラのような回転体が曲がって写ったりします。フラッシュの光が一部の行にしか写らないこともあります。

IoTで選ぶ観点（当サイトの整理）は次のとおりです。ベルトコンベアで流れる部品の検査のように速く動く物を撮るならグローバルシャッタ、暗い場所の監視なら感度の高い裏面照射型、機器を小さくしたい・センサの近くで処理したいなら積層型が候補になります。

IoTシステム技術検定 中級の公式ページに示された出題カテゴリのうち、「センサ／アクチュエータ技術と通信方式（デバイス、ネットワーク、LPWA、プロトコル）」25〜30% に当たります（2026年9月27日確認）。この中でイメージセンサが何問出るかは公表されていません。

公式テキスト『IoT技術テキスト 第4版』では、第5章「IoTデバイス」に当たる範囲です。章とカテゴリの対応は当サイトの推定で、使っているのは目次の章名だけです。画像を分析する話は「IoTデータ活用技術」とも重なります。

4択の形としては、当サイトの作問の観点で次のようなものが考えられます（出題の傾向や頻度を示すものではありません）。

• CMOSとCCDの読み出し方の違いについて適切な記述を選ぶ
• 裏面照射型・積層型の構造の説明を選ぶ
• 動く物の撮影で起きるゆがみの原因と対策を選ぶ
• 用途に合うイメージセンサの方式を選ぶ

試験の形式はIoTシステム技術検定 中級とはへ。合格基準は公式に非公開です。

CMOSイメージセンサとCCDの比較として、最も適切なものはどれか。

1. 1CCDは画素ごとに増幅し、CMOSは電荷を運んで出口でまとめて電圧に変える
2. 2CMOSは画素ごとに増幅し、A/D変換などの回路も同じチップに載せやすい
3. 3CMOSは電荷を画素から画素へ運ぶ方式のため、CCDより消費電力が大きい
4. 4CCDは周辺回路を同じチップに載せやすいため、一部の領域の読み出しが得意

正解：2。CMOSイメージセンサは画素の中のトランジスタで増幅し、周辺回路も同じ半導体の工程で作れるため、同じチップに載せやすいのが特長です。

1 は両者の説明が逆です。3 は電荷を運ぶのはCCDの方式で、消費電力が小さいのはCMOSです。4 の周辺回路の集積と一部の領域の読み出しは、CMOSの特長です。

ベルトコンベアで速く流れる部品をCMOSカメラで撮ると、部品の形が斜めにゆがんで写った。原因と対策の組合せとして、最も適切なものはどれか。

1. 1行ごとの露光の時間差が原因で、グローバルシャッタ方式に替える
2. 2裏面照射型の受光の構造が原因で、表面照射型のセンサに替える
3. 3画素数の不足が原因で、同じ方式のまま画素数の多いセンサに替える
4. 4カラーフィルタの並び方が原因で、モノクロのセンサに替える

正解：1。ローリングシャッタは行ごとに露光の時刻がずれるため、速く動く物が斜めにゆがみます。全画素を同時に露光するグローバルシャッタにすると防げます。

2 の裏面照射型は感度を上げる構造で、ゆがみの原因ではありません。3 は画素数を増やしても露光の時間差は残ります。4 のカラーフィルタは色を分ける部品で、形のゆがみとは関係しません。

裏面照射型CMOSイメージセンサの説明として、最も適切なものはどれか。

1. 1レンズの前に反射板を置き、光を裏側へ回り込ませてから受ける構造
2. 2画素部と信号処理回路を別々のチップで作り、重ね合わせた構造
3. 3全画素を同時に露光し、動く被写体のゆがみを防ぐための構造
4. 4配線層の反対側から光を受け、配線に遮られずに受光できる構造

正解：4。裏面照射型は、シリコン基板の配線層がない側を受光面にすることで、配線やトランジスタに光を遮られずに受けられるようにした構造です。

1 のような反射板の仕掛けではありません。2 は積層型の説明です。3 はグローバルシャッタの説明で、受光面の向きとは別の話です。

迷った問題は「信号をどう運ぶか」「光をどちらから受けるか」「いつ露光するか」の3つのどれを問われているかを先に決めると、選択肢の取り違えを防げます。

他のカテゴリと混ぜて本番と同じ4択で確かめるなら、登録不要のIoT中級の無料お試し20問で全問の解説まで確認できます。光を電気に変える基本はセンサの原理とはに戻って確認してください。