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富士フイルムとパナソニック、ダイナミックレンジ88dBの有機CMOSセンサ開発
June 19, 2013, 東京--富士フイルム(Fujifilm Corp)とパナソニック(Panasonic Corp)は、イメージセンサの受光部に、光を電気信号に変換する機能を持つ有機薄膜を用いることで、従来のイメージセンサを超える性能を実現する有機CMOSイメージセンサ技術を開発した。
この技術をデジタルカメラなどのイメージセンサに使用することで、さらなるダイナミックレンジの拡大や感度アップなどを実現し、明るいところで白トビなく、暗い被写体でも鮮明で質感豊かな映像を可能にする。
近年、イメージセンサでは、画素数を増やす継続的な技術開発が進められている。これにより、イメージセンサの解像度は大きく向上しているが、さらに画質を高めるためには、ダイナミックレンジの拡大、感度の向上、各画素間の混色の低減なども合わせて求められる。これに対して、パナソニックは、半導体デバイス技術を駆使して、イメージセンサの高画質化技術を磨き、高性能イメージセンサを提供してきた。また、富士フイルムは、受光部にシリコンフォトダイオードではなく、光の吸収係数が大きい高信頼性の有機薄膜を開発し、新しいイメージセンサの技術構築を進めてきた。
今回、富士フイルムとパナソニックは、富士フイルムの有機薄膜技術とパナソニックの半導体デバイス技術を融合し、従来のイメージセンサを超える性能を実現する有機CMOSイメージセンサ技術を共同開発。新開発の有機CMOSイメージセンサ技術は、業界最高の88dBの高ダイナミックレンジ、従来比約1.2倍の感度、広い入射光線範囲を実現し、カメラのさらなる高感度化・高画質化・小型化を可能にする。
今後、両社は、この有機CMOSイメージセンサ技術を、監視・車載カメラ、モバイル端末、デジタルカメラなど幅広い用途に提案していく。
有機CMOSイメージセンサ技術の概要
従来のイメージセンサは、受光部のシリコンフォトダイオード、金属配線、カラーフィルタ、オンチップマイクロレンズで構成されている。新開発の有機CMOSイメージセンサ技術では、シリコンフォトダイオードに代えて、光吸収係数が大きい有機薄膜を採用。シリコンフォトダイオードの数分の1、0.5μmまで受光部の薄膜化を可能にした。これらの構造により、以下の特長を実現した。
(1) 業界最高の88dBのダイナミックレンジにより、白トビなく、暗い被写体も鮮明で階調豊かな映像が取得可能
パナソニックの半導体デバイス技術により、信号の飽和値を従来のイメージセンサよりも4倍に向上し、さらにノイズを抑える回路を新開発することで、業界最高の88dBのダイナミックレンジを実現。これにより明るいところで白トビなく、暗い被写体も鮮明で階調豊かな映像を取得できる。
(2)従来の約1.2倍の感度を実現し、暗いところでもクリアな映像が撮像可能
パナソニックの半導体デバイス技術で形成した、画素内のトランジスタや金属配線などの上に、富士フイルムの有機材料技術により開発した有機薄膜を積層。従来のイメージセンサでは、各画素に金属配線や、フォトダイオード以外の部分に光が入射するのを防止する遮光膜を形成する必要があったため、受光部分の面積が制限されていたが、有機CMOSイメージセンサ技術では、全面に有機薄膜を形成することが可能なため、センサ面上で受ける光をすべて有機薄膜で受光することができる。これにより、従来の約1.2倍の感度を実現し、暗いところでもクリアな映像を撮ることができる。
(3)入射光線範囲を60度へ拡大し、忠実な色再現性を実現
富士フイルムが開発した、光吸収係数が大きい有機薄膜により、受光部の有機薄膜の厚さをシリコンフォトダイオードの数分の１、0.5μmまで薄膜化した。従来のシリコンフォトダイオードでは、深さ方向に3μm程度必要なため、30～40度程度に光線入射角が制限されていたが、有機CMOSイメージセンサ技術では、薄膜化により60度の広い入射光線範囲を実現。斜めから入射する光を効率良く利用することができ、混色のない忠実な色再現性を可能にする。またレンズの設計自由度が増し、カメラの小型化にもつながる。
(4)高信頼性を実現し、幅広い用途で利用が可能
富士フイルムは、有機薄膜を保護する無機薄膜を成膜するプロセス技術を開発し、有機薄膜への水分および酸素の浸入を阻止することで、性能劣化を防ぐことを可能にした。温度、湿度、電圧、光などのストレス印加による信頼性試験をクリアし、幅広い用途で有機CMOSイメージセンサの利用が可能。
(詳細は、 www.fujifilm.co.jp)
この技術をデジタルカメラなどのイメージセンサに使用することで、さらなるダイナミックレンジの拡大や感度アップなどを実現し、明るいところで白トビなく、暗い被写体でも鮮明で質感豊かな映像を可能にする。
近年、イメージセンサでは、画素数を増やす継続的な技術開発が進められている。これにより、イメージセンサの解像度は大きく向上しているが、さらに画質を高めるためには、ダイナミックレンジの拡大、感度の向上、各画素間の混色の低減なども合わせて求められる。これに対して、パナソニックは、半導体デバイス技術を駆使して、イメージセンサの高画質化技術を磨き、高性能イメージセンサを提供してきた。また、富士フイルムは、受光部にシリコンフォトダイオードではなく、光の吸収係数が大きい高信頼性の有機薄膜を開発し、新しいイメージセンサの技術構築を進めてきた。
今回、富士フイルムとパナソニックは、富士フイルムの有機薄膜技術とパナソニックの半導体デバイス技術を融合し、従来のイメージセンサを超える性能を実現する有機CMOSイメージセンサ技術を共同開発。新開発の有機CMOSイメージセンサ技術は、業界最高の88dBの高ダイナミックレンジ、従来比約1.2倍の感度、広い入射光線範囲を実現し、カメラのさらなる高感度化・高画質化・小型化を可能にする。
今後、両社は、この有機CMOSイメージセンサ技術を、監視・車載カメラ、モバイル端末、デジタルカメラなど幅広い用途に提案していく。
有機CMOSイメージセンサ技術の概要
従来のイメージセンサは、受光部のシリコンフォトダイオード、金属配線、カラーフィルタ、オンチップマイクロレンズで構成されている。新開発の有機CMOSイメージセンサ技術では、シリコンフォトダイオードに代えて、光吸収係数が大きい有機薄膜を採用。シリコンフォトダイオードの数分の1、0.5μmまで受光部の薄膜化を可能にした。これらの構造により、以下の特長を実現した。
(1) 業界最高の88dBのダイナミックレンジにより、白トビなく、暗い被写体も鮮明で階調豊かな映像が取得可能
パナソニックの半導体デバイス技術により、信号の飽和値を従来のイメージセンサよりも4倍に向上し、さらにノイズを抑える回路を新開発することで、業界最高の88dBのダイナミックレンジを実現。これにより明るいところで白トビなく、暗い被写体も鮮明で階調豊かな映像を取得できる。
(2)従来の約1.2倍の感度を実現し、暗いところでもクリアな映像が撮像可能
パナソニックの半導体デバイス技術で形成した、画素内のトランジスタや金属配線などの上に、富士フイルムの有機材料技術により開発した有機薄膜を積層。従来のイメージセンサでは、各画素に金属配線や、フォトダイオード以外の部分に光が入射するのを防止する遮光膜を形成する必要があったため、受光部分の面積が制限されていたが、有機CMOSイメージセンサ技術では、全面に有機薄膜を形成することが可能なため、センサ面上で受ける光をすべて有機薄膜で受光することができる。これにより、従来の約1.2倍の感度を実現し、暗いところでもクリアな映像を撮ることができる。
(3)入射光線範囲を60度へ拡大し、忠実な色再現性を実現
富士フイルムが開発した、光吸収係数が大きい有機薄膜により、受光部の有機薄膜の厚さをシリコンフォトダイオードの数分の１、0.5μmまで薄膜化した。従来のシリコンフォトダイオードでは、深さ方向に3μm程度必要なため、30～40度程度に光線入射角が制限されていたが、有機CMOSイメージセンサ技術では、薄膜化により60度の広い入射光線範囲を実現。斜めから入射する光を効率良く利用することができ、混色のない忠実な色再現性を可能にする。またレンズの設計自由度が増し、カメラの小型化にもつながる。
(4)高信頼性を実現し、幅広い用途で利用が可能
富士フイルムは、有機薄膜を保護する無機薄膜を成膜するプロセス技術を開発し、有機薄膜への水分および酸素の浸入を阻止することで、性能劣化を防ぐことを可能にした。温度、湿度、電圧、光などのストレス印加による信頼性試験をクリアし、幅広い用途で有機CMOSイメージセンサの利用が可能。
(詳細は、 www.fujifilm.co.jp)
