2009年〜

CMOSイメージセンサーの歴史における最大の革命。従来の「表面照射型（FSI）」ではフォトダイオードの上に配線層が存在し、光の一部が配線に遮られて画素の感光面積（開口率）が制限されていました。BSIはウェーハを裏返して光を当てることで配線層の影響をなくし、開口率を大幅に向上させます。

感度が約2倍向上し、暗所での撮影性能が劇的に改善。現在ではほぼすべての主要スマートフォン向けCMOSセンサーがBSI構造を採用しており、完全に業界標準となっています。ソニーが2009年にExmor Rとして量産化に成功し、スマートフォンカメラの夜間撮影水準を一変させました。

Exmor R（Sony）業界標準感度2倍

2012年〜

BSIの進化版として登場した積層型は、フォトダイオード層（上層）と信号処理回路層（下層）を別のシリコンダイに形成し、銅バンプ（Cu-Cu接合）で三次元に張り合わせる構造です。これにより「光を集める層」と「信号を処理する層」を独立して最適設計できるようになりました。

最大のメリットは「高速読み出し」の実現です。回路部を画素部とは独立して大きく設計できるため、A/D変換器やISP（画像信号処理器）を画素の真下に配置でき、読み出し速度が大幅向上。動画の電子式手ぶれ補正・高フレームレート撮影・ローリングシャッター歪みの低減が可能になりました。

Exmor RS（Sony）高速読み出し3層積層

2013年〜

各画素のフォトダイオードを左右2分割（またはさらに細分化）し、像面位相差オートフォーカス（PDAF）を実現する技術。従来のコントラスト検出AFは「合焦するまでのズレ量」がわからず試行錯誤が必要でしたが、位相差AFはズレの方向と量を即座に把握できるため、高速・高精度なAFが可能になります。

Samsungが2013年のGalaxy S4に初搭載したデュアルピクセル方式は全画素を位相差AF用センサーとして使える設計で、動体追従・動画AF性能を革命的に向上させました。現在はソニーの全画素超解像AFなどに発展し、スマートフォンのプロ動画撮影を支える基盤技術となっています。

デュアルピクセル全画素PDAF動体追従

2023年〜

ソニーが2023年に発表した最新鋭の画素技術。従来の積層型ではフォトダイオードと転送トランジスタが同一層に存在するため、フォトダイオードの占有面積が制約されていました。2TGは転送トランジスタを別の層（回路層）に移すことでフォトダイオードを大きくできます。

結果として飽和信号量（センサーが蓄えられる最大電荷量）が約3倍に向上し、白飛びしにくく広いダイナミックレンジを実現。同じ物理画素サイズでも従来比で大幅な感度・ダイナミックレンジの改善が得られるため、「画素の微細化と性能向上の両立」という長年のトレードオフを打破する画期的な技術です。

飽和信号量3倍ダイナミックレンジ拡大Sony独自

2018年〜

高画素センサー（1億画素超）における画質維持のための技術。複数の微細画素（例：4画素）をグループ化して合算することで「仮想的に大きな1画素」として使用できる仕組みです。明るい環境では高画素・高精細な写真を、暗い環境では4画素合算で大画素相当の高感度撮影を切り替えて使います。SamsungのNona Pixel（9画素合算）やTetra-Pixelなどに発展し、超高画素センサーの実用性を大幅に高めました。

Quad BayerNona Pixel高感度・高解像切替

6. グローバルシャッター（GS）：全画素を同時に露光することでローリングシャッター歪みをゼロにする技術。高速動体・産業計測・AR/VR用途に必須。
7. DTI（Deep Trench Isolation）：画素間に深い溝（トレンチ）を掘ってクロストーク（隣接画素への光漏れ）を防ぐ技術。微細化による画質劣化を抑制。
8. オンチップLens最適化：マイクロレンズの形状・配置を画素単位で最適化し、斜め入射光でも効率よく集光。
9. 有機光電変換膜（OPF）：フォトダイオードの代わりに有機材料で光を吸収。色フィルター不要で高感度・色再現を両立する次世代技術（ソニー・パナソニック研究中）。
10. AIノイズリダクション内蔵：センサー内部にAIを組み込み、読み出し時にリアルタイムでノイズ除去を行う次世代アーキテクチャ。