Panasonic: Weltweit erster*1 organischer CMOS-Bildsensor mit elektrisch steuerbarer Nahinfrarotlicht-Empfindlichkeit

Die Panasonic Corporation hat heute die Entwicklung einer neuen Technologie bekannt gegeben: die elektrische Steuerung der Empfindlichkeit des gleichen Pixels für Nahinfrarotlicht (Near Infrared, NIR) bei einem organischen CMOS-Bildsensor. Die Empfindlichkeit aller Pixel im Bildsensor, in dem organische Filme direkt gelagert sind, wird simultan durch Ändern der an den organischen Filmen angelegten Spannung gesteuert.

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Application 1: Surveillance camera (Graphic: Business Wire)

Über diese Technologie kann man zwischen den Modi der Farbbildgebung^*2 und der NIR-Bildgebung Rahmen für Rahmen umschalten, ohne dass – wie bei herkömmlichen Bildsensoren – ein mechanischer IR-Filter erforderlich ist. Dies trägt dazu bei, dass ein Kamerasystem verkleinert und die Stabilität erhöht werden kann. Über diese Technologie ist auch globaler Shutter-Betrieb möglich^*3 . Deshalb eignet sie sich für Anwendungen in verschiedenen Bereichen der Branche – etwa maschinelles Sehen oder intelligente Transportsysteme – bei denen eine schnelle und präzise Überprüfung oder Erkennung notwendig ist.

Die neue Technologie hat folgenden Vorteil:
Umschalten Rahmen für Rahmen zwischen Farbbildgebungs- und NIR-Bildgebungsmodus ohne Auflösungsverluste.

Diese Entwicklung beruht auf den folgenden Technologien:

1. Konstruktionsdesigntechnologie organischer CMOS-Bildsensoren für die unabhängige Einstellung des fotoelektrischen Konvertierungsteils und des Ausleseschaltkreisteils.
2. Technologie für die Steuerung der Empfindlichkeit zum Umschalten Rahmen für Rahmen zwischen Farbbildgebungs- und NIR-Bildgebungsmodus durch Ändern der am fotoelektrischen Konvertierungsteil angelegten Spannung.

Panasonic hat im Zusammenhang mit dieser Technologie 94 japanische Patente und 68 internationale Patente (einschließlich anhängiger Patente) inne.

Panasonic wird einige dieser Technologien auf einer internationalen akademischen Konferenz präsentieren: Die ISSCC (International Solid-State Circuit Conference, internationale Konferenz zu Festkörperschaltkreisen) 2017 findet vom 5. bis 9. Februar 2017 in San Francisco statt.

Anmerkungen:.
*1: Stand vom 9. Februar 2017 laut Angaben von Panasonic.
*2: Das Auslöschungsverhältnis der NIR-Empfindlichkeit bei 800 nm war -28 dB.
*3: Bisheriger Bericht in ISSCC2016, http://news.panasonic.com/global/press/data/2016/02/en160203-6/en160203-6.html

Mehr über die Technologien

1. Die organische CMOS-Bildsensordesign-Technologie, mit der der fotoelektrische Konvertierungsteil und der Ausleseschaltkreisteil unabhängig voneinander eingestellt werden können.
   
   Beim organischen CMOS-Bildsensor erfolgt die fotoelektrische Konversion durch einen organischen Film, während die Aufspeicherung der Signalladung und das Auslesen des Signals über siliciumbasierte Schaltkreise unterhalb des organischen Films erfolgen. Der Film und die Schaltkreise können unabhängig voneinander eingestellt werden. Somit verfügt der organische CMOS-Sensor über folgende Eigenschaften: hohe Empfindlichkeit, breites dynamisches Spektrum und globale Shutter-Funktion. Die neu entwickelte Technologie wurde verwirklicht, um die spektrale Empfindlichkeit des Bildsensors vom Spektrum des visuellen Lichts auf das Spektrum des Nahinfrarotlichts (NIR) auszuweiten. Es wird damit außerdem möglich, die Empfindlichkeit für NIR-Licht elektrisch zu steuern, ohne dass die oben beschriebenen einzigartigen Funktionen organischer CMOS-Bildsensoren verloren gehen.
2. Die Technologie für die Steuerung der Empfindlichkeit im Sinne des Umschaltens Rahmen für Rahmen zwischen Farbbildgebung und NIR-Bildgebung kann durch Ändern der an der organischen Schicht angelegten Spannung verwirklicht werden.
   
   Die spektrale Empfindlichkeit eines organischen CMOS-Bildsensors kann durch Schichtung zweier organischer Schichten vom sichtbaren Lichtspektrum auf das NIR-Lichtspektrum ausgeweitet werden, von denen eine sichtbares Licht und die andere NIR-Licht aufnehmen kann. Allein bei einfachem Schichten oder Mischen dieser beiden Schichten kann das NIR-Lichtsignal jedoch nicht vom sichtbaren Lichtsignal unterschieden werden. Um diese Signale unterscheiden zu können, sind bei herkömmlichen Methoden zusätzliche Komponenten wie Elektroden und Dünnfilmtransistoren nötig, womit die Pixelgröße erhöht werden kann.
   Um dieses Problem zu lösen, haben wir die direkt geschichtete Struktur zweier organischer Schichten mit ihrem hohen Widerstandsverhältnis übernommen. Bei dieser Struktur wird die angelegte Spannung ungleichmäßig an diese beiden Schichten verteilt. Anders gesagt: eine relativ geringe Spannung wird an einer organischen Schicht angelegt, während über die gleiche Spannungsquelle eine relativ hohe Spannung an der anderen Schicht angelegt wird. An organischen CMOS-Bildsensoren muss eine Spannung angelegt werden, die wenigstens höher ist als der Grenzwert, um eine Signalinformation aus einfallendem Licht zu erhalten. Aufgrund dieser Eigenschaft wird es durch die Struktur möglich, dass bei geringer Spannung diese Schichten beide keine Empfindlichkeit aufweisen, dass bei mittlerer Spannung nur eine Schicht Empfindlichkeit aufweist und dass bei hoher Spannung beide Schichten Empfindlichkeit aufweisen. Denn über diese Struktur ist ein elektrisches Umschalten auf den Farbbildgebungsmodus möglich, bei dem der Sensor nur für sichtbares Licht empfindlich ist, und auf den NIR-Bildgebungsmodus, bei dem der Sensor für sichtbares Licht und NIR-Licht empfindlich ist, ohne dass eine weitere Komponente nötig wird.

Über Panasonic
Die Panasonic Corporation ist ein weltweit führendes Unternehmen in der Entwicklung verschiedener elektronischer Technologien und Lösungen für Kunden in den Bereichen Unterhaltungselektronik, Immobilien, Automobilindustrie, Unternehmenslösungen und Geräte. Seit seiner Gründung 1918 hat das Unternehmen weltweit expandiert und unterhält mittlerweile 474 Tochtergesellschaften und 94 verbundene Unternehmen weltweit, die in dem am 31. März 2016 zu Ende gegangenen Geschäftsjahr einen Nettoumsatz von insgesamt 7,553 Billionen Yen ausweisen konnten. Im Bestreben, durch bereichsübergreifende Innovationen neue Werte zu schaffen, nutzt das Unternehmen seine Technologien, um seinen Kunden bessere Lebensbedingungen und eine bessere Welt zu ermöglichen. Weitere Informationen zu Panasonic: http://www.panasonic.com/global.

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