2002 Fiscal Year Annual Research Report

ノイズシューピング能動センシングに基づく超高感度イメージセンサに関する研究

Research Project

Project/Area Number	13450140
Research Institution	Shizuoka University
Principal Investigator	川人祥二静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (40204763)
Keywords	イメージセンサ / 高感度 / ノイズ低減処理 / オーバーサンプリング / 適応ゲイン増幅
Research Abstract	本研究は、光電子増倍のような特殊な技術を用いることなく、オーバーサンプリング信号処理に基づく新しい雑音低減技術により超高感度撮像を実現することを目的としている。これまで関連する幾つかの方式を提案してきている。まず信号蓄積途中の信号を非破壊で読み出すことができるCMOSイメージセンサの出力を用いて、その高速画像間に強い相関があることを利用して信号を予測し、雑音低減を図るものである。具体的には、信号レベルとリセットレベルを列読み出し回路の初段で高ゲインで増幅し、その出力を高精度でA/D変換し、画素毎にディジタル積分する。その結果をD/A変換した信号を、アンプ前にフィードバックする。これによって、ディジタル積分を行っても雑音の蓄積がなく、列読み出しアンプによって、量子化雑音やアンプ後の広帯域雑音が大幅に軽減できる。さらに、蓄積途中の信号間に相関が強いことを利用し、雑音成分を最小2乗法による振幅推定を行うことでさらにノイズ低減が可能であることを明らかにした。このようなノイズ低減効果を計算するにあたり、実際のイメージセンサの読みだし回路が発生するノイズを計算するモデルと、熱雑音起因のサンプリングノイズの計算手法を提案し、解析モデルとランダム信号を用いたシミュレーション結果が一致することを示した。また、実用性の高い、比較的簡単な構成で、目的とする低雑音信号読みだしが可能な適応処理による高ゲインカラム増幅型のイメージセンサを提案し、実際に0.25umCMOS技術に基づき、試作を行った。その結果、読みだし回路部については、ほぼ計算通りの低雑音信号読みだしが可能であり、またCMOSイメージセンサとしての性能も、これまで発表されているなかで最も低雑音であることを実証した。これらの成果は、SPIE、IMTC、ISSCCの国際会議にて採択され、発表を行った。

Research Products

(6 results)

All Other

All Publications (6 results)

[Publications] N.Kawai, S.Kawahito: "A low-noise oversampling signal detection technique for CMOS image sensor"Proc.Instrumentation and Measurement Technology Conference. vol.1. 265-268 (2002)
[Publications] S.Kawahito, N.Kawai: "A low-noise signal detection technique in CMOS image sensors using frame-oversampling and non-destructive high-speed readout"Proc.SPIE. 4669. 98-107 (2002)
[Publications] S.Kawahito, S.Ito: "Photon count imaging using an extremely small capacitor and a high-precision low-noise quantizer"Proc.SPIE. (7月発行). (2003)
[Publications] S.Kawahito: "Recent Developments in Sensor Interfaces"Book of Abstracts, EUROSENSORS XVI. 1(invited). 5-6 (2002)
[Publications] 川人祥二, 河合信宏: "最小2乗推定を用いたCMOSイメージセンサの読み出し雑音低減"映像情報メデイア学会情報センシング研究会. IPU2002-36. 11-14 (2002)
[Publications] S.Kawahito, M.Sakakibara, D.Handoko, N.Nakamura, H.Satoh, M.Higashi, K.Mabuchi, H.Sumi: "A Column-Based Pixel-Gain-Adaptive CMOS Image Sensor for Low-Light-Level Imaging"Dig.Tech.Papers.IEEE Int.Solid-State Circuits Conf.. 224-225 (2003)

2002 Fiscal Year Annual Research Report

ノイズシューピング能動センシングに基づく超高感度イメージセンサに関する研究

Principal Investigator

川人 祥二 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (40204763)

Research Products

[Publications] N.Kawai, S.Kawahito: "A low-noise oversampling signal detection technique for CMOS image sensor"Proc.Instrumentation and Measurement Technology Conference. vol.1. 265-268 (2002)

[Publications] S.Kawahito, N.Kawai: "A low-noise signal detection technique in CMOS image sensors using frame-oversampling and non-destructive high-speed readout"Proc.SPIE. 4669. 98-107 (2002)

[Publications] S.Kawahito, S.Ito: "Photon count imaging using an extremely small capacitor and a high-precision low-noise quantizer"Proc.SPIE. (7月発行). (2003)

[Publications] S.Kawahito: "Recent Developments in Sensor Interfaces"Book of Abstracts, EUROSENSORS XVI. 1(invited). 5-6 (2002)

[Publications] 川人祥二, 河合信宏: "最小2乗推定を用いたCMOSイメージセンサの読み出し雑音低減"映像情報メデイア学会情報センシング研究会. IPU2002-36. 11-14 (2002)

[Publications] S.Kawahito, M.Sakakibara, D.Handoko, N.Nakamura, H.Satoh, M.Higashi, K.Mabuchi, H.Sumi: "A Column-Based Pixel-Gain-Adaptive CMOS Image Sensor for Low-Light-Level Imaging"Dig.Tech.Papers.IEEE Int.Solid-State Circuits Conf.. 224-225 (2003)

川人祥二静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (40204763)