2021 Fiscal Year Research-status Report
Lensless image sensor using silicon through-hole array chip
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20K04621
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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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)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の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り、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相当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）にスルーホールを形成したチップを試作し、従来開発していたイメージセンサー評価実験用ボードを改修して、そのスルーホールチップをそのイメージセンサー受光面に密着設置するための治具を作成した。その治具による評価実験により、開口サイズより精細な画像の検出が可能なことを確認できたが、イメージセンサーの画素サイズ相当の狭い視野範囲の算出においては十分な精度で導出できなかった。
その原因として、試作したスルーホール開口サイズ（辺長）が設計値（153μm）より約1.5画素分大きく（約167μm）形成されていたことと、その開口周辺部にギザギザのバリが生じていたことなどが悪影響したと考えられた。そこで、その対策として、新たな画素サイズが異なるイメージセンサーを用いることと、スルーホールチップのバリがない方の面を入光側にする治具の開発を行なった。
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| Current Status of Research Progress |
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を行い、その既存イメージセンサーチップ受光面上への密着治具を試作し、その受光検知実験により、スルーホールサイズの視野より狭い視野の受光強度を導出できることが確認できた。しかし、イメージセンサーの画素サイズ相当の極めて狭い視野レベルにおいては十分な精度での算出ができなかった。その原因として。試作したスルーホールの開口サイズと画素ピッチとの不整合などが考えられたため、新たな画素ピッチが異なるイメージセンサーを用いる評価実験用ジグの開発を行った。
提案手法における、より狭い視野の画像算出手法に関して、新たなアイデアを考案したので特許出願した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回の課題に対応した改良版の評価治具を用い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の増加に関しては、その評価結果をもとに更なる改善策等を検討する。
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| Causes of Carryover |
実験結果が不十分だった為、その成果の学術誌投稿を見送った結果、その掲載料等が未使用となった。次年度は、改良実験で良い結果を得てその成果の学会誌投稿と掲載を予定。
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Research Products
(1 results)
