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本研究の目的は、現状の最高性能の固体撮像素子に匹敵する高感度高S/N性能を有し、かつ5桁(100dB)を超える広いダイナミックレンジを持った固体撮像素子を提案しその実現技術の基礎を築くことである。
初年度の平成16年度に、完全空乏転送埋め込み型フォトダイオードに隣接して同一蓄積時間内に飽和を超える光電荷を蓄積する横型オーバーフロー容量を画素毎に設置した広ダイナミックレンジCMOSイメージセンサを考案・設計・試作してカメラ撮像動作を行うことに成功し、ダイナミックレンジ100dBの特性を実現した。それに続き、平成17年度は、本CMOSイメージセンサが高輝度光照射時の隣接画素への光電子の漏れ込み量および暗電流・雑音に対する耐性を定量的に検討し、フォトダイオードからあふれた光電子は有効に横型オーバーフロー容量に蓄積でき隣接画素にもれこむ量はその10^<-3>以下の比率であること、横型オーバーフロー容量に蓄積した信号の雑音に対する耐性は、フォトダイオード部の雑音信号に対して100倍以上の許容度があることを明らかにした。また、カラーイメージセンサを実現するために、画素内の横型オーバーフロー容量の設置箇所および動作タイミングの設計変更を行い、さらなる感度の向上と光電変換特性の線型性の改善を図った。有効画素数640×480、画素サイズ7.5μm角のカラーCMOSイメージセンサを試作し、ダイナミックレンジ102dBの特性を有する高画質カラー撮像性能を実現した。本CMOSイメージセンサの研究により、時間的・空間的サンプリングずれのない広ダイナミックレンジ高画質撮像技術の基礎を築くことが出来た。
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