2017 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of a CMOS image sensor with photon countable sensitivity, linear response and high full well capacity
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15H02245
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
須川 成利 東北大学, 工学研究科, 教授 (70321974)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒田 理人 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40581294)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電子デバイス・機器 / センシングデバイス / 撮像素子 / フォトンカウンティング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1光子検出の感度および高飽和性能を有し、極低照度環境から明暗差が5ケタ以上の被写体を、1回の露光期間で線形応答により明瞭に撮像することができるCMOS撮像素子技術の創出を目指し、今までに築いた横型オーバーフロー蓄積容量を用いた広ダイナミックレンジCMOS撮像素子技術をさらに発展させ、超高感度・極低ノイズ撮像信号読出し技術の研究に取り組んできた。平成29年度は研究の最終年度として、前年度までに試作と特性の測定を繰り返して行い抽出した課題を解決するためのCMOS撮像素子の設計と、試作、及びその特性の測定を行った。具体的にはフォトダイオードから容量の極めて小さいフローティングディフュージョンへの完全な電荷転送を達成するためのフォトダイオードと転送ゲートの形成条件及びレイアウトの改善と、信号読出しノイズの低減に係る列回路の見直し、より具体的には列毎に搭載している増幅器の低ノイズ化、マルチサンプリングに対応した回路構成の適用、サンプルホールド容量の熱雑音の低減、を行った。これらの改善を施した画素数480×480、画素ピッチ7.8μmのCMOS撮像素子を、最小加工寸法0.13μm、1層ポリシリコン、5層メタル、完全空乏型フォトダイオードを有するCMOS撮像素子プロセステクノロジを用いて設計し、これまでに他の撮像素子の共同開発で量産化の実績のある、量産工場を用いた試作を行った。さらに、アナログ・デジタル変換器を列毎に搭載したCMOS撮像素子についても設計と試作を行った。これらにより、1光子検出の感度を得るために必要な入力換算ノイズ電子数0.2電子と、5万個を超える飽和電子数を両立する性能が得られる見込みを得た。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(30 results)
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[Presentation] High-speed multi-bandpass liquid-crystal filter using dual-frequency liquid crystal for real-time spectral imaging system2018
Author(s)
Takahiro Ishinabe, Kohei Terashima, Kazuhiro Wako, Yasuyuki Fujihara, Yusuke Aoyagi, Maasa Murata, Satoshi Nasuno, Shunichi Wakashima, Rihito Kuroda, Yosei Shibata, Shigetoshi Sugawa, Hideo Fujikake
Organizer
SPIE PHOTONICS WEST 2018
Int'l Joint Research
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[Presentation] Narrow-Bandpass Liquid Crystal Filter for Real-Time Multi Spectral Imaging Systems2017
Author(s)
Kohei Terashima, Takahiro Ishinabe, Kazuo Wako, Yasuyuki Fujihara, Yusuke Aoyagi, Maasa Murata, Satoshi Nasuno, Shunichi Wakashima, Rihito Kuroda, Yosei Shibata, Shigetoshi Sugawa, Hideo Fujikake
Organizer
International Display Workshops
Int'l Joint Research
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[Presentation] SNR 70dB超のCMOSイメージセンサと半値幅10nmのチューナブルマルチバンドパスフィルタを用いた分光イメージングシステム2017
Author(s)
青柳雄介, 藤原康行, 村田真麻, 那須野悟史, 若嶋駿一, 黒田理人, 寺島康平, 石鍋隆宏, 藤掛英夫, 若生一広, 須川成利
Organizer
映像情報メディア学会技術報告・情報センシング研究会
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[Presentation] リアルタイム分光イメージングシステム用の高速ナローバンドパス液晶フィルタ2017
Author(s)
寺島康平, 石鍋隆宏, 若生一広, 藤原康行, 青柳雄介, 村田真麻, 那須野悟史, 若嶋駿一, 黒田理人, 柴田陽生, 須川成利, 藤掛英夫
Organizer
Optics & Photonics Japan 2017
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