ショット雑音とは、電流が電子の粒の流れでできているために、粒がばらばらに流れることで生じる電流のゆらぎです。大きさは2qIΔfで、周波数によらず一定の白色雑音です。pn接合やフォトダイオードで特に問題になり、光の粒のばらつきとともに、イメージセンサーや光検出器が暗い光を検出できる限界を決めます。
目次6項目
- 定義・解説
- 図解
- よくある質問
- 設備の製造メーカー
- 関連用語
- 比較・違いを学ぶ
定義・解説
ショット雑音（ショットノイズ）とは、電流が電子という粒の流れでできているために、粒がばらばらのタイミングで流れることで生じる電流のゆらぎです。雨粒がトタン屋根をたたく音が一定にならないのと同じで、平均の電流が一定でも、瞬間ごとの粒の数がばらつきます。
ショット雑音の大きさ（電流のゆらぎの2乗平均）は、電子の電荷qと平均の電流I、測定の周波数の幅Δfを使って 2qIΔf と表され、周波数によらず一定（白色雑音）です。電流が大きいほど雑音も大きくなりますが、その増え方は電流の平方根に比例するため、信号が大きいほど信号と雑音の比（SN比）は良くなります。
ショット雑音は、pn接合やフォトダイオード、トンネル接合のように、キャリアが障壁を越えて流れる素子で特に問題になります。光の検出では、光の粒（光子）の数そのものもばらつくため、暗い光ほどSN比が悪くなり、これがイメージセンサーや光検出器の感度の限界を決めます。抵抗の中の電子の熱運動による熱雑音（4kTRΔf）、低い周波数で大きくなる1/f雑音と並ぶ、代表的な雑音の1つです。
図解
q は電子の電荷、I は平均の電流、Δf は周波数の幅。よくある質問（FAQ）
ショット雑音と熱雑音の違いは何ですか？
ショット雑音は電流が粒の流れであることによるゆらぎで、電流が流れているときに生じ、電流に比例して大きくなります。熱雑音は抵抗の中の電子の熱運動によるゆらぎで、電流が流れていなくても生じ、温度と抵抗に比例します。どちらも周波数によらない白色雑音です。
イメージセンサーでショット雑音が問題になるのはなぜですか？
光そのものが光子という粒でできていて、同じ明るさでも届く光子の数がばらつくからです（光ショット雑音）。届く光子の数が少ない暗い場面ほど、ばらつきの割合が大きくなって画像がざらつきます。画素を大きくして光を多く集めるのが基本の対策です。
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