サブ10ピコ秒時間分解能をもつ超高速電荷変調型撮像デバイスに関する研究

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22246049
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 川人 祥二 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (40204763)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: 電子デバイス / 集積回路 / 撮像デバイス

研究概要

本研究では、極短時間の光の変化を画素単位で捉える排出制御型電荷変調素子 DOM (Draining Only Modulator)を用いた高時間分解撮像デバイスとバイオイメージング、 超高分解能 3 次元計測への応用について研究を行った。DOM 素子を用いて試作した蛍光寿命イメージセンサにより 2.5ns と 10ns の蛍光寿命の差を明確に区別したイメージングが可能であることを示した。DOM 素子を用いた TOF3 次元計測に対しては、極短時間パルス光に対する素子応答を用いた高分解能距離計測方式を考案し、試作により 300μm の分解能(2ps の時間分解能)を得た。

研究成果

• [雑誌論文] A low- noise high-dynamic-range 17-b 1.3- Megapixel 30-fps CMOS image sensor with column-parallel two-stage folding- integration/cyclic ADC (2012)
  • 著者名/発表者名: M. W. Seo, T. Sawamoto, T. Akahori, Z. Liu, T. Iida, T. Takasawa, T. Kosugi, T. Watanabe, K. Isobe, S. Kawahito
  • 雑誌名: IEEE Trans. Electron Devices 巻: vol. 59, no. 12 ページ: 3396-3400
  • 査読あり
• [雑誌論文] A time-resolved CMOS image sensor with draining-only modulation pixels for fluorescence lifetime imaging (2012)
  • 著者名/発表者名: Z. Li, S. Kawahito, K. Yasutomi, K.Kagawa, J. Ukon, M. Hashimoto, Hirohiko Niioka
  • 雑誌名: IEEE Trans. Electron Devices 巻: vol. 59, no. 10 ページ: 2715-2722
  • 査読あり
• [雑誌論文] Response-time acceleration of a frontend amplifier for high output impedance sensors (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Mars, S. Kawahito
  • 雑誌名: IEICE Trans. Electronics 巻: vol. E95-C, no. 9 ページ: 1543-1548
  • 査読あり
• [雑誌論文] A low-noise high intrascene dynamic range CMOS image sensor with a 13 to 19b variable-resolution column- parallel folding-integration/Cyclic ADC (2012)
  • 著者名/発表者名: M.-W. Seo, S.-H. Suh, T. Iida, T. Takasawa, K. Isobe, T. Watanabe, S. Itoh, K. Yasutomi, S. Kawahito
  • 雑誌名: IEEE Journal of Solid-State Circuits 巻: Vol.47, No.1 ページ: 272-283
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selection of amplifier for optimized charge transfer in active pixel CMOS time of flight (TOF) image sensors (2011)
  • 著者名/発表者名: I. A. Halin, A. Din, I. Aris, M. M. Isa, S. Shafie, S. Kawahito
  • 雑誌名: IEICE Electronics Express 巻: Vol. 8, No.22 ページ: 1913-1919
  • 査読あり
• [雑誌論文] A two-stage charge transfer active pixel CMOS image sensor with low-noise global shuttering and a dual-shuttering mode (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Yasutomi, S. Itoh, S. Kawahito
  • 雑誌名: IEEE Trans. Electron Devices 巻: vol.58, no.3 ページ: 740-747
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of native-bias operation and optical stress on dark current in CMOS image sensors (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Watanabe, J.H. Park, S. Aoyama, K. Isobe, S. Kawahito
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Electron Devices 巻: vol.57,no.7 ページ: 1512-1518
  • 査読あり
• [学会発表] 極低ノイズピクセルデバイスとエレクトロニクス (2013)
  • 著者名/発表者名: 川人祥二
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会, 29aHF-6
  • 発表場所: 広島大学, 広島
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] 電荷変調画素を用いた蛍光相関CMOS撮像デバイス (2013)
  • 著者名/発表者名: 川人祥二, 見崎龍, 閨宏司, 徐〓雄, 今井快多, 安富啓太, 香川景一郎
  • 学会等名: 電気学会 バイオ・マイクロシステム研究会, BMS-13-011, 電気学会研究会資料バイオ・マイクロシステム研究会
  • 発表場所: 東京大学,東京
  • 年月日: 2013-03-26
• [学会発表] イメージセンサの高機能・高性能化技術とベンチャービジネス (2013)
  • 著者名/発表者名: 川人祥二
  • 学会等名: DIA2013 動的画像処理実利用化ワークショップ, 基調講演, 講演概要集
  • 発表場所: 静岡大学,浜松
  • 年月日: 2013-03-08
• [学会発表] CMOS 光飛行時間距離画像センサの高分解能化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 川人祥二, 安富啓太, 香川景一郎
  • 学会等名: 第127回微小光学研究会, 微小光学研究グループ機関誌MICROOPTICS NEWS
  • 発表場所: 東海大学,東京
  • 年月日: 2013-03-07
• [学会発表] 高速度・高感度イメージセンサの開発とベンチャー事業化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 川人祥二
  • 学会等名: 新アプリ討論会
  • 発表場所: 産業技術総合研究所, 東京
  • 年月日: 2013-01-24
• [学会発表] 超イメージセンサの技術動向 (2013)
  • 著者名/発表者名: 川人祥二
  • 学会等名: 日本工業技術振興協会・映像情報メディア学会共催公開講演会「次世代超イメージセンサ技術」
  • 発表場所: 東京理科大学, 東京
  • 年月日: 2013-01-16
• [学会発表] 最先端CMOSイメージセンサ (2012)
  • 著者名/発表者名: 川人祥二
  • 学会等名: 映像情報メディア学会冬季大会 特別企画8「最新のイメージセンサ技術と将来」, 特別企画 8-3, 2012年冬季大会講演予稿集
  • 発表場所: 東京理科大学, 東京
  • 年月日: 2012-12-19
• [学会発表] 時間分解CMOSイメージセンサー用蛍光寿命デコンボルーション法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 李卓, 安富啓太, 香川景一郎, 川人祥二
  • 学会等名: 映像情報メディア学会冬季大会, 2012 年冬季大会講演予稿集
  • 発表場所: 東京理科大学, 東京
  • 年月日: 2012-12-19
• [学会発表] 高速度イメージセンサの低ノイズ化技術と課題 (2012)
  • 著者名/発表者名: 川人祥二
  • 学会等名: 第146回次世代画像入力ビジョンシステム部会定例会
  • 発表場所: 東京理科大学,東京
  • 年月日: 2012-12-06
• [学会発表] Low Noise Readout Circuits Interface Using a Capacitive- Feedback Frontend Amplifier for High Output Impedance Sensors (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Mars, S.Kawahito
  • 学会等名: 19th Int. Display Workshops in conjunction with Asia Display 2012, INP4-3, Proc. Int. Display Workshops
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center, Kyoto, Japan
  • 年月日: 2012-12-06
• [学会発表] Time- Resolved CMOS Image Sensor with DOM Pixels for Fluorescence Lifetime Imaging (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Yasutomi, Z.Li, K.Kagawa, J.Dong, M.Ogata, E.Y.Park, S.Kawahito
  • 学会等名: The 14th Takayanagi Kenjiro Memorial Symposium, Session6-4, Proceedings S6-4-1 - S6-4-5
  • 発表場所: Shizuoka University, Hamamatsu, Japan
  • 年月日: 2012-11-28
• [学会発表] 多重サンプリング折り返し積分処理を用いた高感度高ダイナミックレンジCMOSイメージセンサの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 川人祥二
  • 学会等名: 第20回カメラ技術セミナー, 第20回カメラ技術セミナープログラム
  • 発表場所: 国立オリンピック記念青少年総合センター,東京
  • 年月日: 2012-11-22
• [学会発表] 排出制御電荷変調素子 DOM による蛍光寿命 CMOS イメージセンサ (2012)
  • 著者名/発表者名: 安富啓太, 李卓, 香川景一郎, 新岡宏彦, 橋下守, 川人祥二
  • 学会等名: 映像情報メディア学会情報センシング研究会, 映像情報メディア学会技術報告
  • 発表場所: 静岡大学, 浜松
  • 年月日: 2012-11-21
• [学会発表] Scientific custom CMOS imagers and applied systems (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Kagawa, K.Yasutomi, S.Kawahito
  • 学会等名: The Second Japan-Korea Workshop on Digital Holography and Information Photonics (DHIP 2012)
  • 発表場所: Tokushima University, Tokushima, Japan
  • 年月日: 2012-11-20
• [学会発表] A Low Noise Wide Dynamic Range CMOS Image Sensor with Low-Noise Transistors and 17b Column-Parallel ADC (2012)
  • 著者名/発表者名: M-W. Seo, T.Takasawa, S.Kawahito, T.Sawamoto
  • 学会等名: IEEE SENSORS 2012
  • 発表場所: Taipei Intl. Convention Center, Taiwan
  • 年月日: 2012-10-31
• [学会発表] A Highly Time-Resolved Imaging Device Using Two-Dimensional Electric Field Modulation (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Kawahito
  • 学会等名: Special Workshop Time-Resolved Single-Photon Technology: From Fundamentals to Imaging Applications, Delft University of Technology
  • 発表場所: Delft University, Netherlands
  • 年月日: 2012-09-17
• [学会発表] Single photoelectron manipulation and detection with sub-nanosecond resolution in CMOS imagers (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Kawahito, K.Kagawa
  • 学会等名: IPCN International Workshop, IPCN1-6
  • 発表場所: University of Orleans, France
  • 年月日: 2012-09-07
• [学会発表] History and prospect of low-noise CMOS image sensors (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kawahito
  • 学会等名: PIXEL2012
  • 発表場所: Hotel Listel INAWASHIRO, Fukushima, Japan
  • 年月日: 2012-09-04
• [学会発表] 高距離分解能TOFイメージセンサのためのDOM画素構造の検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 児玉雅俊, 安富啓太, 韓相萬, 香川景一郎, 川人祥二
  • 学会等名: 映像情報メディア学会年次大会, 2012 年年次大会講演予稿集
  • 発表場所: 広島市立大学, 広島
  • 年月日: 2012-08-30
• [学会発表] 時間分解型CMOSイメージセンサのためのLEF制御型電荷変調画素構造 (2012)
  • 著者名/発表者名: 白グスル, 韓相萬, K.Kamel, 安富啓太, 香川景一郎, 川人祥二
  • 学会等名: 映像情報メディア学会年次大会, 2012年年次大会講演予稿集
  • 発表場所: 広島市立大学, 広島
  • 年月日: 2012-08-30
• [学会発表] 高時間分解撮像デバイスとその応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 川人祥二, 李卓, 韓相萬, 安富啓太, 香川景一郎
  • 学会等名: 第76回半導体 ・ 集積回路技術シンポジウム, 講演論文集
  • 発表場所: 東海大学, 神奈川
  • 年月日: 2012-07-05
• [学会発表] A 1.2 e- temporal noise CMOS image sensor with 17b column-parallel ADC and itsapplication (2012)
  • 著者名/発表者名: M-W Seo, T. Akahori, Z. Liu, K. Yasutomi, K. Kagawa, S. Kawahito
  • 学会等名: 第6回新画像システム・情報フォトニクス研究討論会, 予稿集
  • 発表場所: 大阪大学, 大阪
  • 年月日: 2012-06-22
• [学会発表] VLSI Innovations will be diverse (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kawahito
  • 学会等名: 2012 Symposia on VLSI Circuits
  • 発表場所: Hilton Hawaiian Village, USA
  • 年月日: 2012-06-14
• [学会発表] CMOSの基礎知識と開発動向 (2012)
  • 著者名/発表者名: 川人祥二
  • 学会等名: Optics & Photonics International 2012 VISION Japan 併設 VSION 特別セミナー
  • 発表場所: パシフィコ横浜, 横浜
  • 年月日: 2012-04-25
• [学会発表] "排出制御による時間分解型CMOSイメージセンサの蛍光寿命計測実験 (2012)
  • 著者名/発表者名: 安富啓太,李卓,香川景一郎,新岡宏彦,橋本守,右近寿一郎,川人祥二
  • 学会等名: 応用物理学会関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学, 東京
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] Design and Implementation of CMOS Image Sensor with Draining Only Modulation Pixels for Fluorescence Lifetime Imaging (2011)
  • 著者名/発表者名: Z. Li, K. Yasutomi, K. Kagawa, S. Ito, M. Hashimoto, S. Kawahito
  • 学会等名: The 13th Takayanagi Kenjiro Memorial Symposium
  • 発表場所: Shizuoka University, Hamamatsu
  • 年月日: 2011-11-17
• [学会発表] A CMOS Time-of Flight Range Image Sensor Using Draining Only Modulation Structure (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Han, K. Yasutomi, S. Kawahito
  • 学会等名: 2nd Korea-Japan Joint Symposium and Graduate Students Forum
  • 発表場所: 慶北大学, 韓国
  • 年月日: 2011-09-06
• [学会発表] Low Noise High Dynamic Range CMOS Image Sensor with Folding-Integration/ Cyclic ADCs (2011)
  • 著者名/発表者名: M-W. Seo, S. Suh, T. Iida, T.Takasawa, K. Isobe, T. Watanabe, S. Itoh, S. Kawahito
  • 学会等名: 2nd Korea-Japan Joint Symposium and Graduate Students Forum
  • 発表場所: 慶北大学, 韓国
  • 年月日: 2011-09-06
• [学会発表] A Low-Noise Wide Dynamic Range CMOS Image Sensor Using a Column-Parallel Folding-Integration /Cyclic ADC (2011)
  • 著者名/発表者名: M.-W. Seo, S.-H. Suh, T. Iida, T. Takasawa, T. Akahori, K. Isobe, T. Watanabe, S. Itoh, K. Yasutomi, S. Kawahito
  • 学会等名: 映像情報メディア学会年次大会, 2011 年年次大会講演予稿集
  • 発表場所: 成蹊大学,東京
  • 年月日: 2011-08-26
• [学会発表] 電荷排出変調構造を用いた TOF 距離画像センサ (2011)
  • 著者名/発表者名: 韓相萬, 安富啓太 ,川人祥二
  • 学会等名: 映像情報メディア学会年次大会, 2011 年年次大会講演予稿集
  • 発表場所: 成蹊大学, 東京
  • 年月日: 2011-08-24
• [学会発表] A CMOS image sensor with draining only modulation pixels for sub-nanosecond time-resolved imaging (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Kawahito, Z. Li, K. Yasutomi
  • 学会等名: Proc. 2011 Intl. Image Sensor Workshop
  • 発表場所: Onuma Prince Hotel, Hakodate
  • 年月日: 2011-06-11
• [学会発表] 蛍光寿命イメージセンサの画素構造と分解能に関する考察 (2011)
  • 著者名/発表者名: 川人祥二, 李卓, 安富啓太
  • 学会等名: 映像情報メディア学会情報センシング研究会
  • 発表場所: 東京理科大学,東京
  • 年月日: 2011-05-27
• [学会発表] A CMOS image sensor with draining only modulation pixels for fluorescence lifetime imaging (2011)
  • 著者名/発表者名: Z. Li, K. Yasutomi, T. Takasawa, S. Itoh, S. Kawahito
  • 学会等名: IS&T/SPIE Electronic Imaging 2011
  • 発表場所: The Moscone Center, San Francisco
  • 年月日: 2011-01-26
• [学会発表] CMOS high-speed image sensors-pixel devices,circuits and architectures- (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Kawahito
  • 学会等名: 2010 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: 東京大学, Tokyo
  • 年月日: 2010-09-24
• [学会発表] CMOS 機能集積センサ (2010)
  • 著者名/発表者名: 川人祥二
  • 学会等名: 電子情報通信学会 2010 年ソサイエティ大会
  • 発表場所: 大阪府立大学, 大阪
  • 年月日: 2010-09-15
• [学会発表] Time-resolved image sensors for bio-imaging (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Kawahito
  • 学会等名: Pusan National Unibersity-Shizuoka University Joint Workshop
  • 発表場所: 静岡大学, 静岡
  • 年月日: 2010-08-18
• [学会発表] CMOSイメージセンサ高性能化技術 (2010)
  • 著者名/発表者名: 川人祥二
  • 学会等名: 電子ジャーナル第543回技術セミナー
  • 発表場所: 総評会館, 東京
  • 年月日: 2010-07-27
• [学会発表] 機能集積 CMOS イメージセンサの技術動向と展望 (2010)
  • 著者名/発表者名: 川人祥二
  • 学会等名: マシンビジョン研究会第1回交流会
  • 発表場所: 東北経済産業局, 仙台
  • 年月日: 2010-07-02
• [図書] Handbook of 3D Machine Vision: Optical Metrology and Imaging 第10章 「Time-of-Flight Technique」 (2013)
  • 著者名/発表者名: Song Zhang編著, 著者Shoji Kawahito他
  • 総ページ数: 253-273
  • 出版者: Taylor & Francis社
• [産業財産権] 距離計測装置 (2013)
  • 発明者名: 川人 祥二、安富啓太
  • 権利者名: 国立大学法人静岡大学
  • 産業財産権番号: 特願 2013-100657
  • 出願年月日: 2013-05-10