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CCD/CMOSイメージセンサ
高精細・高画質化技術と最新応用

Technology for high-definition high-quality of CCD / CMOS image sensor
■ 執筆者(敬称略)
奈良先端科学技術大学院大学
北海道大学
キヤノン(株)
マイクロンジャパン(株)
アディメック・エレクトロニック・イメージング(株)
船井電機(株)
NHK放送技術研究所
NHK放送技術研究所
金沢大学
太田 淳
池辺 将之
渡邉 高典
中村 淳一
渡邉 雅仁
中尾 良純
相原 聡
渡部 俊久
秋田 純一
新井光学システム研究所
(株)東芝
三洋半導体(株)
静岡大学
日本テキサス・インスツルメンツ(株)
セコム(株)
オリンパスメディカルシステムズ(株)
浜松ホトニクス(株)
新井 保則
田中 長孝
谷本 孝司
川人 祥二
又川 純一
丸川 佳
広谷 純
豊田 晴義
■ 目  次

第1章 CMOSイメージセンサの高性能化技術

第1節 CMOSイメージセンサの各種応用に向けた高機能化手法

 1.CMOSイメージセンサの基本構造

 2.高機能化のためのアーキテクチャ

 3.ターゲットトラッキング

 4.情報通信技術への応用
  4.1 光IDタグ
  4.2 光無線LAN

 5.3次元距離計測

第2節 蓄積容量変調型CMOSイメージセンサと広ダイナミックレンジ化

 1.負帰還を用いた蓄積容量変調型CMOSイメージセンサ
  1.1 負帰還動作を実現する列回路構成
  1.2 選択用トランジスタを省略した個別リセット
  1.3 蓄積容量変調動作のリセットタイミング
  1.4 蓄積容量変調動作のシステム動作
  1.5 試作チップと撮像結果
  1.6 蓄積容量変調方式とダブルサンプリング方式のSNRディップ


第3節 CMOSイメージセンサにおける低ノイズ・高感度化技術

 1.CMOSイメージセンサの低ノイズ化技術
  1.1 ノイズの種類
  1.2 ノイズ低減化の要素技術
   1.2.1 暗電流の低減
   1.2.2 完全転送型フォトダイオード
   1.2.3 相関二重サンプリング
   1.2.4 読み出し回路のノイズ

 2.CMOSイメージセンサの高感度化技術
  2.1 量子効率の改善
  2.2 オンチップマイクロレンズ技術
  2.3 画素共有化技術
  2.4 Cu配線による低背化
  2.5 光導波路構造による感度向上
  2.6 三次元フォトダイオード構造


第4節 CMOSイメージセンサによる高速撮像技術

 1.CMOSイメージセンサによる高速撮像技術
  1.1 並列処理
  1.2 オンチップADC
  1.3 パイプライン処理
  1.4 グローバルシャッター画素

2.開発例


第5節 Adimec-4050m/4150mCMOSカメラ

 1.センサーの選定
  1.1 CCDかCMOSか
  1.2 高速読出し
  1.3 マイクロン MI-MV40
  1.4 量子効率

 2.Adimec-4050m/4150m
  2.1 構成

  3.技術的特徴
  3.1 補正技術
  3.2 欠陥ピクセル補正
  3.3 ローリングシャッターかグローバルシャッターか
  3.4 ラインレート
  3.5 データ量の抑制
   3.5.1 WOI(ウィンド・オブ・インタレスト)
   3.5.2 バーストモード
   3.5.3 LUT(ルックアップテーブル)
  3.6 ファームウエアアップデート
 3.7 消費電力

4. 量産技術

5. 今後の開発テーマ


第6節 CMOSイメージセンサを用いた複眼カメラの開発

1.複眼カメラの構造

2.動き検出

3.広角複眼カメラ

4.広角動き検出カメラ

5.瞳検出・皮膚検出

6.3次元情報


第7節 有機光電変換膜を用いたCMOSイメージセンサの開発

 1.現在の撮像方式と有機光電変換膜を用いた新しい撮像方式

 2.有機光電変換膜の諸特性
  2.1 波長選択性
  2.2 撮像特性

 3.有機光電変換膜を積層したCMOSイメージセンサ
  3.1 全体構成
  3.2 信号読み出しの原理
  3.3 信号読み出し動作のシミュレーション解析
  3.4 試作センサの仕様と特性

4.有機材料を用いた単板カラーイメージセンサの将来展望

第2章 2疑似的な不規則画素配置をもつ方向特異性のない
     撮像・表示素子構成の基礎検討

 1.画素配置と画像表現
  1.1 規則的な画素配置と方向特異性
  1.2 疑似的な不規則画素配置と画像表現

 2.画像の表現能力の評価
  2.1 画素配置の空間スペクトル
  2.2 直線の表現

第3章 CCD/CMOSセンサの光学系設計手法
〜仕様と設計ポイント〜

 1. CCD/CMOS用レンズの基本仕様
  1.1 Fナンバーと画角
  1.2 画面サイズ、ピクセルサイズ
  1.3 波長
  1.4 設計基準距離、使用距離範囲

 2.構成条件
  2.1 構成枚数、材料
  2.2 非球面レンズの使用
   2.2.1 非球面レンズの効果
   2.2.2 非球面レンズの種類と特徴
  2.3 寸法条件、射出瞳条件、絞り位置、フィルター
   2.3.1 射出瞳条件
   2.3.2 フィルター、カバーガラスの影響

 3.光学性能
  3.1 MTF-解像度
   3.1.1 収差と結像性能
   3.1.2 MTF評価周波数と評価方法
   3.1.3 投影解像力との対応
  3.2 周辺光量
  3.3 歪曲収差、TV-DISTORTION

 4.CCD用レンズの基本構成
  4.1 固定焦点レンズ
  4.2 ズームレンズ

第4章 各種用途別CCD/CMOSイメージセンサの要求性能とその使い方


第1節は著作権の都合上、掲載しておりません

第2節 カメラ付携帯電話

【1】CMOSセンサの高感度化 〜高画質を実現した東芝のDynastronTMセンサ〜

 1.DynastronTMの構成

 2.DynastronTMにおけるノイズ低減
  2.1 増幅トランジスタの閾値バラツキと、KTCノイズの低減
  2.2 暗時ムラの低減
  2.3 残像の低減
  2.4 縦スジ低減


【2】は著作権の都合上、掲載しておりません



【3】小型・高画質携帯電話用CCDカメラチップセットの開発

 1.CCD,CMOSセンサーの比較

 2.小型化への取り組み
  2.1 周辺LSIの小型化
   2.1.1 1チップ化への取り組み
   2.1.2 昇圧回路の搭載
  2.2 CCDパッケージの小型化
   2.2.1 CSPの採用
   2.2.2 特性上のメリット
  2.3 部品点数の削減

 3.消費電力低減への取り組み
  3.1 CCD駆動の低電圧化
   3.1.1 垂直クロックの低電圧化
   3.1.2 水平転送クロックの低電圧化
   3.1.3 出力部の低電圧化
  3.2 パワーマネージメント

 4.高解像度化への取り組み
  4.1 1.8umセルの開発
  4.2 メカニカルシャッターの採用
  4.3 間引き駆動

 5.開発機種の紹介


第3節は著作権の都合上、掲載しておりません


第4節 車載用カメラ


【1】は著作権の都合上、掲載しておりません


【2】広ダイナミックレンジCMOSイメージセンサ技術と車載応用

 1.車載カメラの用途

 2.車載用イメージセンサに求められる性能
  2.1 暗電流と温度特性
  2.2 感度
  2.3 ダイナミックレンジ

 3.車載カメラのダイナミック拡大

 4.まとめ

第5節 セキュリティー用カメラ

【1】電子増倍CCD(EMCCD)イメージセンサの開発と監視用途への応用

 1.撮像デバイスの進化と課題

 2.監視用途での現状
  2.1 CCDカメラの現状
  2.2 その他の方式

 3.電子増倍CCD
  3.1 開発背景
  3.2 素子概要と特長
  3.3 要素技術の解説
   3.3.1 要素技術の概要
   3.3.2 インパクト・イオン化について
  3.4 S/N改善効果
  3.5 増倍に必要な電圧
 3.6 素子の冷却

 4.監視カメラ市場への展開

【2】セキュリティー用イメージセンサへの要求条件と用途展開

 1.画像応用セキュリティー製品の現状
  1.1 監視カメラ
  1.2 カメラ付きインターホン
  1.3 遠隔監視システム/サービス
  1.4 侵入検知画像センサ
  1.5 個人認証

 2.イメージセンサへの要求条件
  2.1 感度
  2.2 ダイナミックレンジ
  2.3 濃度分解能
  2.4 スミア・ブルーミング
  2.5 解像度
  2.6 色情報・輝度情報
  2.7 コスト

 3.用途展開
  3.1 高性能監視カメラ
  3.2 画像センサ
  3.3 個人認証


第6節 電子内視鏡機器へのCCDカメラの応用と要求性能

 1.電子内視鏡システムの基本構成と先端部構造
  1.1 電子内視鏡システムの基本構成
  1.2 電子内視鏡先端部の基本構造
  1.3 信号処理方式

 2.電子内視鏡に求められるCCDカメラ
  2.1 経鼻内視鏡
  2.2 ハイビジョン内視鏡
  2.3 拡大電子内視鏡から細胞レベルの超拡大電子内視鏡
  2.4 光診断システムとしての電子内視鏡の新たなる展開
   2.4.1 粘膜表層観察NBI
   2.4.2 二波長赤外観察IRI
   2.4.3 蛍光観察AFI

 3.電子内視鏡に求められる信頼性
  3.1 X線透視下検査
  3.2 内視鏡的治療手技
  3.3 洗浄・消毒・滅菌

4.今後の方向性

第7節 高速読み出しイメージセンサによる計測システムの開発

 1.超高速画宗処理機能を持ったインテリジェントビジョンシステム(IVS)
  1.1 IVSの基本構成
  1.2 完全並列演算部を持ったインテリジェントビジョンシステム(CPV)
  1.3 IVSを用いた計測システムへの応用事例

 2.専用センサ化と3次元計測システムへの応用
  2.1 プロファイルセンサ
  2.2 3次元計測システムへの応用
  2.3 絶対値エンコーダへの応用