松下:全球首款*1具有可电控近红外光谱灵敏度的有机CMOS图像传感器

应用1:监控摄像头(图示:美国商业资讯)

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日本大阪--()--(美国商业资讯)--松下公司今日宣布其已成功研发出一项新技术,该新技术可在有机CMOS图像传感器中实现相同像素的近红外(NIR)光谱灵敏度的电控制。该图像传感器具有直接堆叠的有机薄膜,通过改变向有机薄膜施加的电压,可同时控制图像传感器所有像素的灵敏度。

这项技术支持在彩色成像*2模式和近红外成像模式间进行逐帧切换,无需传统图像传感器所需的机械红外截止滤光片。这有助于实现摄像头系统小型化并提高系统的鲁棒性。该技术还支持全局快门操作*3。因此,其可适用于机器视觉或智能交通系统等各个行业领域的应用,这些领域需要快速、准确的检测或识别。

这项新技术具备下列优点。
在彩色成像模式和近红外成像模式之间进行逐帧切换,且不会降低分辨率。

这一研发成果基于下列技术。

  1. 有机CMOS图像传感器设计技术,支持独立设计光电转换部分和读出电路部分。
  2. 灵敏度控制技术,通过改变向光电转换部分施加的电压实现彩色成像模式和近红外成像模式之间的逐帧切换。

松下拥有94项有关这些技术的日本专利和68项国外专利(包括申请中的专利)。

在2017年2月5日至2月9日于美国旧金山举行的国际学术会议:2017年国际固态电子电路会议(ISSCC)上,松下将展示这些技术中的部分技术。

注:
*1:根据松下提供的数据,截至2017年2月9日。
*2:800nm范围红外光谱灵敏度的消光比为-28 dB。
*3:之前的ISSCC2016报道:http://news.panasonic.com/global/press/data/2016/02/en160203-6/en160203-6.html

这些技术的更多详情

  1. 有机CMOS图像传感器设计技术,可实现光电转换部分和读出电路部分的独立设计。

    在有机CMOS图像传感器中,有机薄膜执行光电转换功能,而有机薄膜下的硅(Si)基电路执行信号电荷积聚和信号读出功能。该薄膜和电路可独立设计,因此,有机CMOS图像传感器可具备高灵敏度、宽动态范围和全局快门功能等特点。这项新开发的技术已成功将图像传感器的光谱灵敏度从可见光光谱扩展到近红外光谱。而且,该技术还可实现近红外光谱灵敏度的电控制,同时可保证有机CMOS图像传感器的上述独特功能。
  2. 灵敏度控制技术,可通过改变施加在有机层上的电压来实现彩色成像和近红外成像之间的逐帧切换。

    通过堆叠分别吸收可见光和近红外光的两层有机层,有机CMOS图像传感器的光谱灵敏度可从可见光光谱扩展到近红外光谱。然而,只是简单地将这两层进行堆叠或混合并不能区分近红外光信号和可见光信号。为了区分这些信号,传统方法需要电极和薄膜晶体管等额外组件,进而导致像素尺寸增加。
    为了解决这一问题,我们采用了两层有机层的直接堆叠结构,该两层有机层具有高电阻比。在该结构中,这两层有机层分配有不相等的施加电压。换言之,使用同一电压源,将相对较低的电压施加给一个有机层,而将相对较高的电压施加给另一个有机层。为了能够收到入射光的信号信息,需要为有机CMOS图像传感器施加一个至少高于阈值的电压。得益于这一特性,该结构可以实现两层有机层在低电压下均无灵敏度,在中等电压下仅一层有机层具有灵敏度,而在高电压下两层有机层均具有灵敏度。也就是说,在无需增加任何组件的情况下,该结构实现彩色成像模式的电切换,在彩色成像模式下,该传感器仅对可见光具有灵敏度,而在近红外成像模式下,该传感器对可见光和近红外光均具有灵敏度。

关于松下
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