パナ,グローバルシャッター有機CMOSセンサーの技術を開発

グローバルシャッター撮像が可能なCMOSイメージセンサー技術を開発パナソニックは,8K 3600万画素の高解像度で,60fpsの高速フレームレート読み出し,かつ,45万電子の高飽和と,感度変調機能を有するグローバルシャッター撮像が可能なCMOSイメージセンサー技術を開発した(ニュースリリース)。

開発した有機CMOSイメージセンサーは,光を電気信号に変換する機能を有機薄膜で,信号電荷の蓄積,および,読み出しを行なう機能を下層の回路部で,それぞれ完全独立に行なう構成となっている。今回,このような構造的特長を活かし,高速なノイズキャンセル技術,高飽和化を実現する技術を搭載することで,通常はトレードオフとなる,8K高解像度でのフレームレート60fps読み出し,高飽和特性実現による広ダイナミックレンジ化,グローバルシャッター機能を同時に実現した。

有機CMOSイメージセンサーは,有機薄膜と電荷蓄積部を金属配線で接続する構造であるため,蓄積電荷を完全に読み出すことができない。そのため,画素(信号電荷蓄積ノード)リセット時のリセットノイズの影響を受けるという課題がある。さらに,8Kセンサーのような多画素センサでは,ノイズキャンセル時に,垂直方向に並ぶ4000を超える画素分の大きな負荷を,一度に駆動する必要があり,ノイズ抑制に時間がかかるという課題があった。

このセンサーでは,独自の半導体デバイス技術と,新たに開発した「画素内-容量結合型ノイズキャンセル回路」により,発生したリセットノイズを,多画素駆動時にも,高速にキャンセルする構成を開発した。この構成では,電流源以外の要素を全て画素内に設けた負帰還ループを用いることで,画素毎に,リセットノイズの抑制を高速に実現することができる。

また,有機CMOSイメージセンサーでは,配置自由度のある回路部に大容量の容量素子を搭載することで,同一画素構成を用いながら,カメラシステムからのスイッチ切り替えのみで,高感度モードと高飽和モードの両モードを実現できる。高感度モードでは,4.5万電子の光量までのデータを高感度に撮像することが可能。一方,高飽和モードでは,45万電子の大きな光量までのデータを撮像することを可能としている。

このセンサーでは,高飽和モードにおいて,高感度モード比10倍の大きな光量まで撮像可能。薄暗い室内から日の当たる庭まで,明暗差の大きいシーンにおいても,黒つぶれ,白飛びのない,色調鮮やかな撮像が可能となる。

さらに,有機CMOSイメージセンサーは,有機薄膜へ加える電圧を制御するだけで有機薄膜の感度を変更できる。この機能を活用することで,従来のシリコンイメージセンサーでは実現できなかった,8K解像度での全画素同時撮像可能なグローバルシャッター機能,感度を連続・無段階に変更可能な「電子NDフィルタ技術」が可能となった。

同社では今後,これらの有機CMOSイメージセンサ技術を,業務放送用カメラ,監視用カメラ,産業検査用カメラ,車載用カメラなど幅広い用途に提案し,高解像度・高速・高精度なイメージング,センシング機能を実現するとしている。

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