Gpixelが科学技術用CMOSイメージセンサーの次世代技術を発表

兼松フューチャーテックソリューションズ(KFT)が日本での販売代理店を務めるGpixelは、2024年1月29日にGSENSE3243BSI CMOSイメージセンサーを発表しました。

本製品は、ハイスループット、ハイダイナミックレンジ、高感度の科学イメージングを実現するGSENSE 2.0技術を搭載した最初の製品です。GSENSE3243BSIは、GSENSE製品ファミリーで初めて、先進の65nm CMOSプロセス技術を適用し、裏面照射型(BSI)ピクセルに3Dウェーハ積層技術を使用し、ピクセル単位のオンチップメモリを組み込みました。これはGpixel新世代の科学用イメージセンサーを展開する技術の組み合わせといえます。

最先端のウェーハ積層技術を用いた本製品では、BSIピクセルアレイと読み出し回路は別々のシリコンウェーハ上に設計することができ、シングルチップアーキテクチャでは難しい光学性能と読み出し速度の向上を可能としました。BSIピクセルを形成するトップウェーハは、高い光感度と低ノイズ性能を確保するために最適化されています。下部のデジタルCMOSウェーハには、コアセルのアレイが含まれており、それぞれが高速14ビットADC回路とSRAMメモリブロックをサポートし、最大4つの後続サブフレームをシームレスに保存するために使用されます。

Fig. 1  Advanced 3D wafer stacking technology allows the backside illuminated pixel array to be optimized for sensitivity while the overall architecture is optimized for throughput and dynamic range.

「この最先端技術の組み合わせにより、並外れたダイナミックレンジとスループットを備えた科学技術グレードセンサーの提供で、成長するバイオサイエンス機器市場のニーズを満たすことができます。」と、Gpixelの最高商務責任者であるWim Wuytsは述べています。   GSENSE3243BSIは、3.2μmピクセル、対角31.1mmの8,192 x 5,232解像度のイメージセンサーです。センサーのフル解像度は、オンチップの高速シリアル・インターフェースを使用して14ビットのビット深度と最大フレームレート100fpsで、または1.05Gbps/チャネルで動作する32のサブLVDSチャネル50fpsで読み出すことができます。 さらに、オンチップのビニング機能と柔軟に設定できるROI(対象領域)機能を使用すれば、低解像度でより高いフレームレートが実現できます。

このセンサーには、第1世代のGSENSE製品で採用されたデュアルゲイン出力など、ダイナミックレンジを強化するための複数の機能が組み込まれています。また、各ピクセルの最も重要なデータビットを優先するオンチップ圧縮HDR機能と、デジタルプログラム可能な区分線形HDR機能も組み込まれています。デュアルゲインモードで75dB、より高度なHDR機能を使用した場合は最大104dBのダイナミックレンジとなります。GSENSE 2.0製品の特徴のひとつは、オンチップSRAMを使用して最大4つの露光信号をシームレスに加算することで、フォトダイオードの容量を4倍にできることです。GSENSE3243BSIイメージセンサーでは、フル解像度で最大96ke-、2×2ビニングモードで最大192ke-のピクセル内フルウェル蓄積が可能です。これらのさまざまなオプションにより、バイオサイエンスアプリケーションにおいて、従来のsCMOSイメージセンサでは課題となるバックグラウンド発光下の小さな信号偏差の検出が可能になります。

Fig. 2  The GSENSE3243BSI image sensor is offered in both sealed and removable coverglass options to
allow for a range of operating temperatures including cooling.

GSENSE3243BSIは、80%を超えるピーク量子効率、優れた広角応答、フルスピードで3.3e-の読み取りノイズ、0℃で1e-/pixel/秒未満の暗電流であり、従来のGSENSE2020BSIセンサーの約10倍に向上しています。 本製品では、455ピンLGAセラミックパッケージに実装され、シールガラスは密閉固定型または取り外し可能型を選択できます。3月上旬からサンプルおよび評価キットの発注を受け付けています。   GSENSE3243BSIイメージセンサーは、本年１月にサンフランシスコで開催されたPhotonics West ExhibitionのGpixelブースでデモンストレーションを行いました。

詳細については、当社ホームページのお問い合わせフォーマットからお問合せをお願いします。

GSENSEセンサファミリについて

GSENSEシリーズは、Gpixelの超高性能ローリングシャッター科学技術用CMOSイメージセンサーのファミリーです。この製品ラインは、95%を超える量子効率、1e-未満のノイズ、最大110dBのダイナミックレンジ、76Gbpsを超えるデータレートなど、さまざまな仕様の幅広いアプリケーションに対応します。 主な用途には、分光法、蛍光イメージング、天文学、高エネルギー物理学、UVイメージング、医用画像、ハイエンド監視などです。