ミラーレスカメラのセンサー進化史｜CCDからCMOS・BSI・積層型まで簡単に解説

こんにちは、かずです。

ミラーレスカメラを調べていると、

など、さまざまな専門用語を目にします。

• 積層型って普通のセンサーと何が違うの？
• 高価なカメラを買うほど違いはあるの？

正直、「結局なにが違うの？」と思いますよね。笑

この記事では、カメラセンサーの進化の歴史をたどりながら、初心者にわかりやすく用語の説明をします。

この記事を読むと、

まで理解しやすくなると思います。

まずは超ざっくりまとめると、こんなイメージです。

では、センサーがどのように進化してきたのか見ていきましょう。

そもそもカメラセンサーとは？

カメラでよく聞く、

は、センサーの「大きさ」を表しています。

一方で今回解説する、

は、センサー内部の構造や読み出し方式の違いです。

つまり、

と考えると分かりやすいです。

イメージセンサーは、レンズから入った光を電気信号へ変換し、写真や動画として記録するパーツです。

人でいうと「目」のような存在ですね。

そのため、センサー性能は画質や動画性能を大きく左右します。

では実際に、どのように進化してきたのか見ていきましょう。

1. CCDセンサー時代｜高画質重視の時代

デジタルカメラ初期に主流だったのがCCDです。

CCD（Charge Coupled Device）は、当時「高画質センサー」として広く使われていました。

CCDの仕組み

CCDは、発生した電荷を順番に転送して読み出す構造です。

イメージとしては「バケツリレー」に近いです。

という流れですね。

CCDのメリット

CCDは主に、

• ノイズが少ない
• 発色が良い
• 画質が安定している

といった理由で高く評価されていました。

特に昔は、「CCDの色味が好き」というファンも多かったみたいです。

CCDのデメリット

一方で、CCDには大きな課題もありました。

読み出し速度が遅い

電荷を順番に転送するため、高速処理が苦手でした。

消費電力が高い

長距離の電荷移動が必要なため、電力を多く使います。

発熱しやすい

消費電力が高いため、長時間撮影には不向きでした。

つまりCCDは、

に優れていた一方、

には向いていなかったのです。

そして動画時代の到来とともに、主役はCMOSへ変わっていきます。

2. CMOSセンサー登場｜現在の主流へ

CCDに代わって主流になったのがCMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）です。

現在のミラーレスカメラの多くはCMOSセンサーを採用しています。

CMOSはなぜ速いのか？

CCDとの最大の違いは、「各画素が個別に信号を読み出せる」ことです。

CCDは全員でバケツリレーをしていましたが、CMOSは各画素から直接データを読み出せます。

そのため、

に非常に強くなりました。

CMOSのメリット

高速処理に強い

動画や連写との相性が非常に良いです。

低消費電力

CCDより効率的に動作できます。

発熱しにくい

長時間の動画撮影にも向いています。

量産しやすい

現在の主流になった大きな理由のひとつです。

CMOSの弱点

ただし、CMOSにも課題がありました。

CMOSは高速化のために、

を画素内に配置しています。

その結果、一部の光が遮られてしまう問題がありました。

つまり、「速くなった代わりに、光効率が落ちた」ということです。

特に高画素化が進むほど、この問題は大きくなっていきました。

そこで登場したのがBSIです。

3.裏面照射型CMOS（BSI）｜暗所性能を改善

CMOSの弱点だった「光効率」を改善したのがBSIです。

BSI（Backside Illuminated Sensor）は、光をより効率よく取り込める構造になっています。

従来型CMOSの問題

従来型CMOSでは、

の順に配置されていました。

つまり、光が先に配線へ当たってしまう状態です。

イメージすると、窓の前に家具が置かれている感じですね。

せっかく光が入ってきても、一部が遮られてしまいます。

BSIの仕組み

BSIでは構造を反転し、

の順に変更しました。

これによって、光を直接受光部へ届けやすくなりました。

BSIのメリット

暗所性能向上

より多くの光を取り込めます。

ノイズ低減

高感度撮影に強くなりました。

高画素化との相性が良い

小さい画素でも効率よく光を取り込めます。

旅行Vlogでは、このBSIの恩恵をかなり感じやすいです。

例えば、

など、暗い場所で撮る機会が意外と多いためです。

現在の中〜上位ミラーレスでは、BSI搭載機もかなり増えています。

4. 積層型CMOSセンサー（Stacked CMOS）｜動画性能をさらに進化

BSIによって暗所性能は大きく改善されました。

しかし今度は、

などによって、処理するデータ量が急増します。

そこで課題になったのが「読み出し速度」です。

積層型の仕組み

従来のセンサーは、画素領域と回路領域を同じチップ内へ配置していました。

しかし積層型では、

を上下に分けて配置します。

つまり「積み重ね構造」です。

これによって設計自由度が上がり、読み出し速度を大幅に高速化できるようになりました。

積層型のメリット

超高速読み出し

大量データを高速処理できます。

ローリングシャッター低減

動画の歪みを抑えやすくなります。

高fps動画に強い

4K60pや4K120pとの相性が良いです。

電子シャッター性能向上

無音撮影や高速連写に強くなります。

ローリングシャッターとは？

動画でカメラを横に振ったときや、高速で移動する電車を撮影すると

現象があります。

これがローリングシャッターです。

一般的なCMOSは、上から下へ順番に読み出しています。

例えば、

• 上側 → 0ms
• 下側 → 15ms後

のように時間差が発生します。

その間に被写体やカメラが動くことで、映像が歪んでしまいます。

積層型は読み出し速度が非常に速いため、この時間差を小さくできます。

その結果、ローリングシャッターを抑えやすくなります。

5. グローバルシャッター｜理想形のセンサーへ

さらに理想形として登場したのがグローバルシャッターです。

グローバルシャッターでは、全画素を同時に露光できます。

つまり、画面全体を同じ瞬間に記録できる構造です。

そのため、ローリングシャッターがほぼ発生しません。

メリット

• 歪みがほぼない
• 動体撮影に強い
• 動画性能が非常に高い

デメリット

一方で、

• 高価
• 技術的難易度が高い

という課題もあります。

そのため、現状はハイエンド機中心です。

センサー進化の流れまとめ

ここまでの流れを簡単にまとめると、

CCD

高画質重視
↓
速度と発熱が課題

CMOS

高速化・低消費電力
↓
光効率が課題

BSI

暗所性能改善
↓
さらに高速化が必要

積層型

高速読み出し
ローリングシャッター低減

グローバルシャッター

歪みを大幅に改善

という流れです。

まとめ

カメラセンサーは、

へと進化してきました。

これは単なる新技術ではなく、「その時代の課題を解決するための進化」です。

• 暗所性能改善 → BSI
• 動画性能改善 → 積層型
• 歪み低減 → グローバルシャッター

と考えると、かなり分かりやすいと思います。

カメラ選びではスペック表を見るだけでなく、「自分の撮影スタイルに必要な進化は何か」を知ることが重要です。

それではまた、次の記事でお会いしましょう！

かずトリップ

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サラリーマンとして働く日々の合間に、カメラ片手に旅へ。
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