2019 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of innovative small light amount difference image sensor with linear response 100 million electron full well capacity
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17H04921
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
黒田 理人 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40581294)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 電子デバイス・機器 / センシングデバイス / 撮像素子 / 吸光イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、強い光の中から微小な光量変化を高感度・線形応答で撮像するイメージセンサ技術の創出を目指して、1億個を超える飽和電荷数の実現と、蓄積光電荷の上澄みレベルを高感度かつ高速に検出するスキミング光信号検出技術を融合する研究を遂行した。
本年度は、画素サイズ16μm角、画素数128×128で190～1100nmの広光波長帯域に高い感度を有し、2430万電子の飽和電子数を達成したプロトタイプCMOS撮像素子のさらなる性能・機能向上を図った。具体的には、近赤外光の高感度化のために導入した極低酸素濃度Cz基板の薄膜化と裏面負バイアス印加により、光感度の向上と解像度の改善を両立した。さらに、同CMOS撮像素子では、8回のフレーム平均回数によって目的に掲げている1億個超の飽和電荷数と80dB超のSN比が実効的に得られる見込みを得ている。また、飽和電荷数の向上のために用いている高密度キャパシタ技術を発展させて、画素微細化の実現性を明らかにした。
蓄積光電荷の上澄みレベルを高感度かつ高速に検出する信号読み出し技術については、フォトダイオードリセット用の電圧とリファレンス信号読み出し用の電圧とを独立分離した読み出し方式をプロトタイプチップに実装することで、強い光の中から微小な光量変化を捉えることに成功した。また、光電荷の上澄みレベルを直接読み出すスキミング光信号検出方式については特許化することが出来た。
本撮像素子を用いて、前年度までに近赤外光を用いたグルコース吸光イメージングに取り組み、5mg/dlの精度で生理食塩水中のグルコースが拡散する様子を捉えることに成功しているが、本年度は血液を用いたリアルタイム動画撮像実験を実施した。
以上により微小な光量変化をリアルタイムに2次元で撮像するイメージセンサ技術を創出した。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] 高SN比吸光イメージングによる真空チャンバー内ガス濃度分布計測2019
Author(s)
髙橋圭吾, シパウバ カルバリオダシルバ イヤンギリカルド, 沼尾直毅, 黒田理人, 藤原康行, 村田真麻, 石井秀和, 森本達郎, 諏訪智之, 寺本章伸, 須川成利
Organizer
映像情報メディア学会技術報告・情報センシング研究会
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