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パナソニック、8K対応グローバルシャッター搭載CMOSイメージセンサーを開発
60fps読み出し、高感度/高飽和モード切り替えなども
2018年2月14日 16:40
パナソニック株式会社は、8K画質を実現する3,600万画素の高解像度で、60fpsの高速フレームレート読み出し、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イメージセンサー設計技術を開発したと発表した。
同技術では、光を電気信号に変換する機能を有機薄膜、信号電荷の蓄積と読み出しを行う機能を下層の回路部でそれぞれ完全独立に行う構成となっている。
こうした、有機CMOSイメージセンサーの構造的特徴を生かし、配置自由度の大きい回路部に高速なノイズキャンセル技術と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業界で初めて同時に実現した。
画素内-容量結合型ノイズキャンセル技術
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。また、8Kセンサーのような多画素センサーでは、ノイズキャンセル時に垂直方向に並ぶ4,000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。
同社では、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。同構成では、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できるという。
画素内-ゲイン切り替え技術
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。
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であり、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が可能。
さらに高飽和モードでは、高感度モード比10倍の大きな光量まで撮像に対応。高感度モードでは白飛びしてしまい、階調の表現できないポイントも鮮明に映し出すことができる。
電圧制御感度変調技術
有機薄膜へ加える電圧を制御するだけで、有機薄膜の感度変更に対応。同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」や感度を連続・無段階に変更可能な「電子NDフィルター技術」といった機能を実現した。
グローバルシャッター機能では、回転体の文字を歪みなく鮮明に撮像でき、複数のカメラを用いて多視点撮像を行う「マルチビューポイントカメラ」における各カメラ間の同期を取った撮像だけでなく、高速道路走行時や産業検査時のような高速動体撮像時にも歪みのない撮像が得られるため、高速かつ高解像度が求められる分野への活用が期待できる。
電子NDフィルター技術では、有機薄膜へ加える電圧の制御のみで感度変調可能な機能を活用することで、撮影条件により複数のNDフィルターを装備する必要があったシーンにおいても、電圧制御のみで無段階に感度調整が可能なNDフィルターを実現した。同機能は、従来のシリコンセンサーでは実現できなかった撮影機材の簡易化および、感度の連続・無段階制御が可能になるため、シーンに応じた撮影の自由度が広がるとしている。
同社では、有機CMOSイメージセンサー技術を、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するという。