Lensless image sensor using silicon through-hole array chip

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04621
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 有馬 裕 九州工業大学, マイクロ化総合技術センター, 教授 (10325582)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: レンズレスイメージセンサー / シリコンスルーホールチップ

Outline of Annual Research Achievements

本研究における学術的目的は光の屈折や回折・干渉現象を利用しない光学装置の可能性を検証することである。また、工学的目的は極限の薄型イメージセンサーを低コストで実現することである。そこで、本研究では光の屈折現象を利用した光学レンズや回折・干渉現象を利用した従来のレンズレス手法とは全く異なる新たな手法を提案する。具体的には、半導体シリコン基板に設計された矩形のスルーホールを形成した光学デバイスを用いてそのスルーホールチップとイメージセンサーチップを密着させる構成を提案する。この提案手法はスルーホール下にあるイメージセンサーの画素毎の視野範囲の違いを利用し画素サイズレベルの視野に対応する受光強度を導出する。その技術により超薄型（1mm程度）のレンズレスイメージセンサーを低コストで実現できる。
実際に深掘り反応性イオンエッチングDeep RIE（Reactive Ion Etching）装置を用いて一般的なシリコン基板（4inchウエハ、550μm厚、10Ωcm）に様々なスルーホールを形成する試作実験を行い、そのスルーホール形成の特性やその精度を評価し提案手法の実証に必要なスルーホールチップが形成できることを確認した。また、スルーホールの開口サイズに対する指向特性について評価し、ほぼ見積通りの特性であることを確認した。
評価実験に用いるイメージセンサーは従来開発していたチップを流用し本研究用に改修した評価実験用ボードとスルーホールチップをそのイメージセンサーに密着設置するための治具を作成した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

提案手法のキーデバイスであるスルーホールチップの試作実験により、本研究の目的である実証実験に用いることが可能なスルーホールチップの製作が可能であることが確認でき、提案手法の前提となるスルーホールの開口サイズに対する指向特性（視野角）が評価によって確認された。また、提案手法の実証実験に向けて、イメージセンサーボードとそれにスルーホールを密着させる治具が完成し、評価実験の準備が調った。

Strategy for Future Research Activity

実際に試作したスルーホールチップとイメージセンサーを密着させて画像の取得実験を行い、本方式の有効性や課題などを明らかにする。特に画素数増大に対するSNの増加が予想されるので、その評価結果をもとに改善策を検討する。スルーホールチップについては複数のバリエーションを想定し試作する。

Causes of Carryover

コロナ禍による影響で出張旅費と学生アルバイト雇用が無くなったことで支出額が予定より少なくなったが、次年度にそれらを繰り越す予定。