TECHNOLOGY

イメージングテクノロジー

数ある半導体集積回路の中でも、とりわけCMOSイメージセンサの開発では、実に多くの留意すべき設計項目に直面します(感度、フレームレート、ダイナミックレンジ、解像度、光学サイズ、消費電力、等々)。また、これらの性能には多くのトレードオフが存在し、複雑に絡み合っています。ブルックマン テクノロジはそれらトレードオフの影響をいかに小さく、少なく抑えられるか、という課題にいつもチャレンジし続けています。
そして当社が設立当初から取り組んでいるテーマが、イメージセンサにおける画像の“きれいさ”とCMOS回路における“高速性”の融合です。例えば、瞬間を確実にとらえる超高速度イメージセンサ、真っ暗なシーンをきれいに映し出す超高感度イメージセンサ、さらにはフルハイビジョンを超える超高解像度イメージセンサにも、この“きれいさ”と“速さ”を両立させる技術が使われています。

CMOSグローバル電子シャッタ

グローバル電子シャッタは、“全画素一括同時露光”とよばれ、この機能を使うことで、動きひずみのない画像を取得することができます。CCDでは当たり前であったこの技術もCMOSセンサとなると少し状況が異なります。これまでのCMOSセンサにおけるグローバル電子シャッタでは、リセットノイズと呼ばれるノイズが原理上除去できず、きれいな画像が得られませんでした。しかしながら、当社開発のTS-PIXELを用いることで、このリセットノイズの除去に成功、大幅なノイズ性能向上を達成しました。

列並列AD変換回路

当社製品には、高速読み出しに有効なカラム並列AD変換器を搭載しています。 当社イメージセンサのコア技術であり、特に、高速・高ビット分解能に適した巡回型AD変換方式をベースとして、アプリケーション、性能に応じた最適な回路方式を採用、開発を行っています。このコア技術をもとに、次世代のイメージセンサに必要な、超高速、低ノイズ、低消費電力といった性能を実現します。

超低ノイズ化技術

センサ内での高速スイッチング動作による多重サンプリング技術を活用することで、ランダムノイズを極限まで抑えた超低ノイズ性能を実現します。また、後段のアナログ回路を工夫することで、当該技術の問題とされていたシステム飽和の問題を解決しています。

技術文献

当社のベース技術は論文雑誌や国際会議での発表といった形でも報告しています。下記は、その一例です。

2020.07. Trans. NS
A Radiation-Hardened CMOS Image Sensor With Pixels Exhibiting a Negligibly Small Dark-Level Increase During Ionizing Radiation
2020.02. Sensors
An 8-Tap CMOS Lock-In Pixel Image Sensor for Short-Pulse Time-of-Flight Measurements
2019.04. Journal. SSC
A Time-Resolved NIR Lock-In Pixel CMOS Image Sensor With Background Cancelling Capability for Remote Heart Rate Detection
2018.02. ISSCC
A 2.1μm 33Mpixel CMOS Imager with Multi-Functional 3-Stage Pipeline ADC for 480fps High Speed Mode and 120fps Low-Noise Mode
2017.12. Trans. ED
A 1.1- μm 33-Mpixel 240-fps 3-D-Stacked CMOS Image Sensor With Three-Stage Cyclic-Cyclic-SAR Analog-to-Digital Converters
2017.02. ISSCC
A 0.44erms Read-Noise 32fps 0.5Mpixel High-Sensitivity RG-Less-Pixel CMOS Image Sensor Using Bootstrapping Reset
2016.02. ISSCC
A 1.1μm 33Mpixel 240fps 3D-Stacked CMOS Image Sensor with 3-Stage Cyclic-Based Analog-to-Digital Converters
2014.02. ISSCC
A 413×240-Pixel Sub-Centimeter Resolution Time-of-Flight CMOS Image Sensor with In-Pixel Background Canceling Using Lateral-Electric-Field Charge Modulators
2012.12. Trans. ED
The 2013 Walter Kosonocky Award
A 33-Megapixel 120-Frames-Per-Second 2.5-Watt CMOS Image Sensor With Column-Parallel Two-Stage Cyclic Analog-to-Digital Converters
2012.12. Trans. ED
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
2012.02. ISSCC
A 33Mpixel 120fps CMOS Image Sensor Using 12b Column-Parallel Pipelined Cyclic ADCs
2012.01. Journal. SSC
A Low-Noise High Intrascene Dynamic Range CMOS Image Sensor With a 13 to 19b Variable-Resolution Column-Parallel Folding-Integration/Cyclic ADC
2011.06. IISW
A High Speed Low-Noise CIS with 12b 2-stage Pipeline Cyclic ADCs
2011.06. IISW
A 33Mpixel, 120fps CMOS Image Sensor for UDTV Application with Two-stage Column-Parallel Cyclic ADCs
2011.02. ISSCC
An 80μVrms-Temporal-Noise 82dB-Dynamic-Range CMOS Image Sensor with a 13-to-19b Variable-Resolution Column-Parallel Folding-Integration/Cyclic ADC
2010.07. Trans. ED Vol.57, No.7
Effects of Negative Bias Operation and Optical Stress on Dark Current in CMOS Image Sensors
2009.11. Trans. ED Vol.56, No.11
A High-Speed Low-Noise CMOS Image Sensor With 13-b Column-Parallel Single-Ended Cyclic ADCs
2009.02. ISSCC
A 0.1e- Vertical FPN 4.7e- Read Noise 71dB DR CMOS Image Sensor with 13b Column-Parallel Single-Ended Cyclic ADCs
2008.02. ISSCC
A CMOS Image Sensor Integrating Column-Parallel Cyclic ADCs with On-Chip Digital Error Correction Circuits

<NOTE>

ISSCC: International Solid-State Circuits Conference

IISW: International Image Sensor Workshop

Trans. ED: IEEE Transactions on Electron Devices

Journal. SSC: IEEE Journal of Solid-State Circuits

Trans. NS: IEEE Transactions on Nuclear Science

技術背景

ここで紹介する技術は、当社設立のきっかけとなった、 第Ⅰ期知的クラスター創成事業(2002年~2006年)成果の一部です。
知的クラスターについての詳細は下記URLを参照ください。
浜松・東三河地域オプトロニクスクラスター

広ダイナミックレンジイメージセンサ

  • ・リニア方式として、最も広いダイナミックレンジ(146dB)を達成
  • ・カラムAD変換方式で初めて12ビットを達成(2005年当時)

高感度イメージセンサ

  • ・デジタルセンサでは最速の3500コマ/秒を達成
  • ・オンチップ12ビットA/D変換器による高階調特性
  • ・低雑音・高感度画素回路
    (従来比2倍の感度)

TOF距離画像(3次元センサ)

  • ・新画素構造の距離画像センサ
    (光飛行時間-Time Of Flight-法)
  • ・距離画像センサとして、最高画素数
    (320×240)