NHK、世界初の0.01ミリ厚・湾曲イメージセンサ。横方向のぼやけ改善

開発したイメージセンサーによる出力映像
左が平面構造(湾曲前)のイメージセンサーによる映像、右が円筒状(曲率半径20mm)に湾曲したイメージセンサーによる映像

NHK放送技術研究所(技研)は、世界初という0.01mm厚の曲げられるイメージセンサーを開発し、横方向のぼやけを大幅に改善した映像の撮影に成功したと発表した。

小型でぼやけの少ない広視野な放送用カメラの実現を目指し、薄くて曲げられるシリコンイメージセンサーの研究を進めていた中で開発されたもの。

イメージセンサーは、レンズを通った光を電気信号に変換する素子。従来の平面構造のイメージセンサーでは撮像面と結像面にずれ(収差)が発生し、映像の周辺部でぼやけが生じていた。

また、撮影の視野を広げるほど、収差の影響は大きくなる。通常は、多数のレンズを組み合わせて光を複数回屈折させることによりこの収差を補正するが、カメラが大きくなる問題を抱えていた。

通常のイメージセンサーは硬くて厚いシリコン基板を使っているため曲げることができないが、仮にイメージセンサーを結像面に合わせて湾曲させることができれば、少ないレンズ枚数で収差を補正でき、広視野撮影での高画質化やカメラの小型・軽量化が可能となる。

湾曲したシリコンイメージセンサーによる収差補正の原理

今回NHK技研は、シリコン基板とシリコンデバイス層の間に薄い酸化膜を挿入した特殊な構造を用いることで、厚いシリコン基板を化学反応によって除去(特許出願中)。厚さがわずか0.01mmという薄いシリコンイメージセンサー(320×240画素)を作製することに成功した。

これにより、最大で曲率半径10mmの円筒状まで湾曲させても撮影でき、また、湾曲していない平面構造のイメージセンサーと比較して横方向の収差が大幅に改善することを確認したという。

イメージセンサーの構造

開発したイメージセンサー

NHK技研は神戸で開催された「IEEE SENSORS 2024」(10月20～23日)で今回の成果を発表。今後は、カラー化を進めるとともに、縦横両方向の収差改善に向けて凹面状に湾曲したイメージセンサーの作製技術を確立し、2030年頃までに小型・軽量で高画質な広視野カメラの実用化を目指す、としている。