変調光検波方式アイセーフ帯スマートイメージセンサの研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450144
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 太田 淳 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教授 (80304161)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 香川 景一郎 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助手 (30335484) ; 徳田 崇 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助手 (50314539) ; 布下 正宏 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (70304160) ; 杉下 正蔵 マイクロシグナル株式会社, 主任研究員
• Keywords: CMOSイメージセンサ / 変調光検波 / フォトゲート / Active Pixel Sensor / 振り分け転送

Research Abstract

本研究では変調光検波方式イメージセンサの出力特性を改善し,良好な変調光撮像画像を得ることを目的とした.そのため,0.35μmや0.6μm CMOSプロセスを用いて画素回路やイメージセンサの試作し評価を行った.まず,出力特性評価用に試作した画素回路について詳細な評価を行い,出力特性の劣化が「寄生N-DIFF」,「拡散キャリア」,「残留電荷」の影響によるものであることを明らかにした.次に,試作した64×64画素の変調光検波方式イメージセンサの評価を行い,変調光成分のみの撮像を確認し,マーカ検出への応用を示した.さらに,変調光撮像画像の高画質化を目指し,ソフトウェア処理による固定パターンノイズの抑制によりノイズを1/27に抑制することができた.また,解像度向上のため試作した128×128画素の変調光検波方式イメージセンサでの変調光成分画像の撮像を確認した.
次に,出力特性劣化の原因として明らかになった「寄生N-DIFF」,「拡散キャリア」,「残留電荷」のそれぞれの影響について詳細に検討し改善を試みた.「寄生N-DIFF」の影響により少量電荷が転送されず,光量の低照度側で出力がでない問題については,寄生N-DIFFの電位をリセットすることで解決した.また,「拡散キャリア」・「残留電荷」の影響により,電荷を転送していない側の電荷蓄積部の電位が減少するため,出力が正常な飽和特性を示さずに減少していく問題があった.これらの影響については,オーバーフロードレインの導入により拡散キャリアの影響を約1/12に,残留電荷掃き出し動作によって残留電荷の影響を約1/30に抑制することができ,正常な出力特性を得ることができた.これらの改良を加えた画素回路で新たに64×64画素のイメージセンサを試作し評価を行った結果,画像特性改善の効果が確認でき,良好な変調光成分撮像画像を得ることができた.

Research Products

• [Publications] 山本 幸司, 香川 景一郎, 太田 淳, 布下 正宏, 山嵜 康司, 渡辺 國寛: "変調光検波イメージセンサによるマーカー検出"秋季応物学会講演予稿集. 25p-ZN-7. 880 (2002)
• [Publications] K.Yamamoto, T.Hirai, K.Kagawa, J.Ohta, M.Nunoshita, M.Yamada, Y.Yamasaki, S.Sughishita, K.Watanabe: "A vision chip with an in-pixel demodulation function for detecting a modulated light signal"Int'l Topical Meeting on Optics in Computing. 83-85 (2002)
• [Publications] 山本 幸司, 香川 景一郎, 太田 淳, 布下 正宏, 山嵜 康司, 山田 雅司, 杉下 正蔵, 渡辺 國寛: "変調光検波方式イメージセンサの画像改善の検討"映情学技報. 26(42). 7-10 (2002)
• [Publications] 山本 幸司, 香川 景一郎, 太田 淳, 布下 正宏, 山嵜 康司, 山田 雅司, 渡辺 國寛: "変調光検波方式イメージセンサの〜画像特性〜"映情学会年次大会講演予稿集. 15-1(講演番号)(CD-ROM). (2002)
• [Publications] K.Yamamoto, K.Kagawa, J.Ohta, M.Nunoshita, Y.Yamasaki, M.Yamada, S.Sughisita, K.Watababe: "Application of a frequency-demodulation image sensor to motin capturing"Int'l Conf. Optics-photonics Design & Fabrication(ODF). FA08. 91-92 (2002)