ソニーが「業界最速」X線CMOSイメージセンサー量産：2万6100fpsと低ノイズ性能を両立
ソニーセミコンダクタソリューションズが、理化学研究所と共同で「業界最速」（同社）の撮像と低ノイズ性能を両立するX線CMOSイメージセンサーを開発した。X線検査／計測機向けに商品化し、量産出荷を開始する。
ソニーセミコンダクタソリューションズ（以下、SSS）は2026年6月9日、「業界最速」（同社）の撮像と低ノイズ性能を両立するX線CMOSイメージセンサーを商品化し、量産出荷を開始すると発表した。理化学研究所（以下、理研）と共同開発した製品で、従来のセンサーでは両立が困難だった、広いダイナミックレンジでの高精度なX線の総エネルギー量の測定と光子単位でのエネルギー情報の取得を、1つのセンサーで実現した。X線検査／計測機向けに展開する。
AI導入などで高まる性能要求に向けて
X線を用いた検査／計測は、電池や半導体などの先端デバイスの検査および材料開発や生命科学研究における科学計測まで、幅広い分野において普及している。そして、AIを含むデータ解析技術の進化に伴い検査／計測手法も高度化する中、X線センサーにおいても、効率的に信頼性の高いデータを取得できる性能が求められているという。
既存のセンサーには、「光子計数型」と「積分型」の2つの方式がある。「光子計数型」は、X線の信号量を閾値に応じて0／1で処理する方式で、閾値以下のノイズが出力されないため低照度での測定精度が高いが、照度が上がると光子の数え落としが発生するなどの課題がある。一方「積分型」は、光子エネルギーを積分したエネルギー量を信号出力するが、ノイズの影響によって、特に低照度下での測定精度の低下が課題となっているという。
今回、SSSがこうした課題解決に向けて開発したのが、有効28万画素の3.73型直接変換積分型X線CMOSイメージセンサー「IMX711」だ。
なお同製品の開発は理研と共同で実施。理研の初井宇記博士によって発案された画素構造をもとに、実用的なX線イメージセンサーとして成立させるために必要な、高感度化および高いX線照射耐性と高電圧耐性の実現などの技術開発に共同で取り組んだという。またSSSは、回路技術のほか、製造プロセスやパッケージング技術を開発することで、同製品の量産を実現したとしている。
業界最速と低ノイズを両立した撮像
IMX711では、SSS独自の回路技術などによって「業界最速」という最大毎秒2万6100フレームでの高速撮像を実現。1フレーム当たりの電荷の蓄積量を低減することで、従来よりも高い飽和特性を実現。同時に積分型センサーの課題でもあるランダムノイズを34e-rms（1画素当たりのランダムノイズが電子34個程度）※）まで低減したという。これによって微弱なX線信号もノイズに埋もれず検出でき、X線光子単位でのエネルギー測定を可能にした。
SSSは「これらの特長によって、全ての画素で低照度から高照度までX線の総エネルギー量を正確に測定できるため、照度差が大きくなる検査／計測にも単一センサーで対応し、装置のスループット向上やダイナミックレンジ拡大に寄与する」としている。
※）評価数値。センサー内部の動作温度が20℃の環境下におけるセンサー有効領域内の画素の平均値より算出。性能保証値は60e-rms。
高エネルギー分解能で元素レベルの分析にも
IMX711では積分型方式を採用していて、事前の閾値設定を必要とせずに光子のエネルギー情報を取得可能だ。さらに、ノイズや信号のばらつきを抑えた読み出しによって、高いエネルギー分解能を実現。光子エネルギー値の違いを明確に捉えることができるという。SSSは「高エネルギー分解能で信頼性の高いデータ取得を可能にすることで、元素レベルでの構成要素の違いやわずかな状態変化を定量評価する構造解析や材料分析など、従来は複数回の測定を要していたような高度な検査／計測の精度向上や効率化に寄与する」と述べている。
また全画素の測定データを収集し、空間情報と組み合わせたり、特定のエネルギーデータを抽出したり、さまざまな条件で後段処理することで、検査／計測の多機能化も実現可能だとしている。
応用が想定される具体例としては、電池／半導体などの高速動体検査における定量精度やスループットの向上や、光子エネルギーの違いと二次元分布を可視化する元素マッピング、光子エネルギー情報と空間情報の活用による結晶構造解析と元素分析の同時測定などを挙げている。
| 型名 | IMX711-AABY |
|---|---|
| イメージサイズ | 対角59.8mm（3.73型） 27.88mm（H）×52.85mm（V） |
| 有効画素数 | 384（H）×728（V）- 16※） 約28万画素 |
| ユニットセルサイズ | 72.6μm（H）×72.6μm（V） |
| センサー材質 | シリコン |
| センサー厚 | 650μm |
| フレームレート （全画素読み出し） |
26.1k fps（Mode-A） 17.4k fps（Mode-C Cont, HDR） |
| ノイズ | Typ 34e-rms Max60e-rms |
| 飽和計算率（12keV） | 0.94 Mcps/pixel（Mode-A） 33Mcps/pixel（Mode-C Cont） 600Mcps/pixel（Mode-C HDR） |
| 出力インタフェース | SLVS-EC |
| パッケージ | Chip Size Package（CSP）：30.36mm（H）×69.74mm（V） |
| ※）Black pixels | |
Copyright © ITmedia, Inc. All Rights Reserved.
関連記事
iPhone好調で過去最高も、「世界一」維持へ動くソニー半導体
好調なiPhone需要を追い風に過去最高業績を更新したソニー半導体ですが、同時に競争環境の変化を見据えた大きな構造転換も進み始めています。
「技術ナンバーワンであり続ける」 ソニーセミコンCTOが語る技術戦略
ソニーセミコンダクタソリューションズの最高技術責任者（CTO）である大池祐輔氏への、イメージセンサー技術戦略インタビュー後編だ。車載や産機を含めたアプリケーションごとの技術戦略やフィジカルAIの機会および中国競合勢に対する見解、CTOとして今後の技術革新に向けた思いなどを聞いた。
ソニーセミコンCTOに聞く――イメージセンサー技術革新の核
スマートフォン市場の成熟などで競争環境が変化する中、イメージセンサー世界首位のソニーセミコンダクタソリューションズは今、大きな転換点にある。今回、同社CTOの大池祐輔氏に同社を支える技術革新の背景と、今後の進化の方向性を聞いた。
ソニー半導体、26年度は減収見込み メモリ市況不透明
ソニーグループは2026年5月8日、2026年度通期の業績見通しを発表した。イメージング＆センシングソリューション（I＆SS）分野の2026年度売上高は前年同期比4％減の2兆700億円と、減収を見込んでいる。一方、営業利益は同12％増の4000億円になると見ている。
「画素の製造もパートナーと」十時氏が語る、ソニー×TSMC合弁の狙いと期待
2026年5月8日、ソニーセミコンダクタソリューションズとTSMCは、次世代イメージセンサーの開発／製造に関する戦略的提携に向けた基本合意書（MOU）を締結し、合弁会社（JV）設立を検討すると発表した。同日開催されたソニーグループの業績説明会では、同社社長 最高経営責任者（CEO）の十時裕樹氏が、その狙いや期待について語った。
「これまでにないダイナミックレンジ」 ソニーのLOFIC画素4Kセンサー
ソニーセミコンダクタソリューションズが、LOFIC画素を採用した4K解像度CMOSイメージセンサーを開発した。LOFIC構造を「業界最小」（同社）となる1.45μmの単一画素で実現し、1/2.8型と小型ながら1回の露光で4K解像度と96dBのダイナミックレンジを両立している。今回、担当者に詳細を聞いた。