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Story_of_Image_Sensor_and_Solar_Cell。

萩原良昭(AIPS)

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https://ja.wikipedia.org/wiki/萩原良昭

https://en.wikipedia.org/wiki/Yoshiaki_Hagiwara

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京都市立崇仁小学校(1954)
京都市紫野小学校(1955-1961)
https://www.facebook.com/rakusei10/洛星中高等学校10期(1961-1965)
米国 California州 Riverside Polytechnic High School(1966-1967)
米国 Pasadena市 カリフォルニア工科大学BS1971,MS1972,PhD1975(1967-1975)
ソニー(株)勤務(1975-2008)
崇城大学情報学部教授(2009-2017)

https://www.ieee.org/IEEE Life Fellow
https://www.sojo-u.ac.jp/崇城大学特任教授
https://www.ssis.or.jp/半導体産業人協会会員

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萩原良昭教室 半導体教育講座 イメージセンサー「賢い電子の目」講義資料

Image_Sensor_Story_Hagiwara.pdf

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イメージセンサー「賢い電子の目」の MP4 ビデオ講義です。
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Image_Sensor_Story_Hagiwara_Part_1_30min  

Image_Sensor_Story_Hagiwara_Part_2_36min

Image_Sensor_Story_Hagiwara_Part_3_48min

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萩原良昭が Pinned Photodiodeの発明者である事を説明した資料です。    

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JP1975-127646.pdf 

N+N-P+NP 型 triple 接合型 Pinned Photodiodeの発明特許

MOS型 Image Sensor では、いろいろな欠点があることを
1975年当時萩原は学習していました。どうしてCCDが>
有利なのかを解析していて、その欠点を先輩たちは強調していました。
CCDとMOSが完全に違いばかりを強調する先輩が多いでした。

「1+1 は 2以上の仕事ができる」
という考えを当時萩原は 持っていました。
「CCD と MOS の両方の構造を融合すればいい」とか、
先輩たちが ILT型CCD と FT型CCDをどちらがいいかと
職場で議論する中で、「両方を一つにすればいいのでは」
と先輩の議論に水をさし、冷ややかに見ていましたが、
「逆にそんなものは簡単にできるないよ」と先輩に反論されました。
ILT型CCD と FT型CCDをくっつけた構造は特許出願にする事は
バカにされて上司から特許出願の許可はでませんでした。

しかし、世の中はMOS型を本命にしている一方では、
SONYだけがCCD型を本命とする態度に危険を感じました。
「ライバルの松下の様に、両方をやればよい」と思いましたが、
それはSONYの職場では受け入れられない考えでした。


CCD 自体は、MOS容量型の記憶素子であり、
絵素ごとに余分なMOS容量型の記憶素子は不要でした。
CMOS Image Sensorにおいては、通常の構造では、
Rotary Shutter効果があります。
バスが走っているとひし形に変形します。
Global Shutter を実現する為には
余分な1ビットのアナログ信号を記憶させる為には、
一時保存用のBuffer記憶のCCD/MOS型の容量が必要でした。

Global Shutter を実現する為には
埋め込み信号蓄積部から信号電荷を、
Global Shutter用の一時記憶用のCCD/MOS容量が必要でした。
かつ、CCDの様に(残像のない、電荷の取り残しのない)
完全電荷転送を実現するには、
受光面がピン留めされている必要があると思いました。

ゴムを延ばす時片方の端を固定(ピン留め)して
もう一方の端を引っ張てゴムを延ばしますが
そのアイデアで最初のPinned Photodiodeは
Global Shutter を実現するための発明されました。

MOS容量型電荷蓄積転送電極を3値駆動して 
Global Shutter 機能をも持たせています。


裏面照射型のCCD/MOS容量の電極電圧を3値のClock駆動制御して
その電極下にある一時保存用の電荷蓄積部の電位を調整して
埋込み電荷蓄積部の信号電荷の完全掃き出しを可能としています。

残像のない完全転送掃き出しが可能なことを図示しています。
残像のない、アクションカメラが実現します。



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JP1975-127647.pdf

N+N-P+N 型 double 接合型 Pinned Photodideの発明特許

この受光構造でもMOS容量型電荷蓄積転送電極を3値駆動して 
Global Shutter 機能をも持たせています。

裏面照射型のCCD/MOS容量の電極電圧を3値のClock駆動制御して
その電極下にある一時保存用の電荷蓄積部の電位を調整して
埋込み電荷蓄積部の信号電荷の完全掃き出しを可能としています。

残像のない完全転送掃き出しが可能なことを図示しています。
残像のない、アクションカメラが実現します。



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JP1975-134985.pdf 

基板(Nsub) に P+NP型 Dynamic Photo Transistor を
形成したTriple 接合型のPinned Photodideの発明特許
縦型 Overflow Drain (VOD)機能を持つことを説明しています。

ANti-blooming機能をもった Pinned Photodiodeの発明でした。
完全電荷転送が可能なことを Empty Potential Well の電位曲線で
示唆しています。受光面がピン留めされることを明示し、
残像のない、アクションカメラが実現する事を意味しています。



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JP1977-126885.pdf 

電子 shutterの機能を実現するために、
NTSCのTVのHDとVD信号に同期したCLOCK駆動方式の発明が必要でした。

最初の電子シャッターの発明は、
従来のMOS/CCD型受光素子を使う事を想定しています。

絵素ごとに in-pixelで組み込まれた
横型Overflow Drain (OFD) 構造での電子シャッターの発明特許でした。
横型Overflow Drain (OFD) に Clock信号を印加して、
電圧を制御して、Punch Thru 動作をさせて
受光部の蓄積電荷をすべて吸い取ります。
横型Overflow Drain (OFD) 構造での
電子 shutterの機能を実現しました。



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従来の、CCD/MOS容量型受光素子に組み込まれた横型OFDを使って
世界で初めて、これで電子シャッターが実現する事に着目して、
特許出願を、萩原、橋本、越智の連名で1977年に特許出願しました。
越智さんから「電子シャッター機能が必要だ」と教えてもらいました。
橋本さんから、当時のNTSCのHDとVD信号のクロック駆動回路の詳細を学びました。
1981年以降は、萩原は デジタルMOS設計部隊に移動していました。
先輩の山崎さんの指導を受けて、CX777~CX779 の小型ビデオカメラ用の
NTSCのHDとVD信号発生用のデジタル制御用のLSIも担当していました。
当時、SONYでは C-type と呼ぶ、NMOSプロセスで設計商品化を手伝っていました。
その後、SRAMのCache Memoryが デジカメの商品化で必要なので担当しました。
デジカメ用のSRAMのCache Memoryは、社内ではA-typeと言われる、
Intel社や富士通のプロセスに近いタイプのプロセスで1989年に商品化しました。
他社のプロセスラインでも製造できることを念頭にしていました。
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萩原が1975年に発明していた、PNPN接合型のHADセンサーを使って
縦型 Overflow Drain (OFD) 構造が組み込まれている事に
世界で初めて、着目したのは、もとSONYの石川耀弓さんでした。
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縦型Overflow Drain (VOD) に Clock信号を印加する事により、
電子シャッターを実現しました。石川耀弓さんは世界ではじめて、
PNPN接合型のHADセンサーを使って、電子シャッター実現の為に
当時のTVの Scan システムに整合した、Clock信号方式を考案し、
その基本発明特許を出願し、またその開発商品化を担当されました。
その結果、電子 shutterの機能が民生ビデオカメラ実現しました。
石川耀弓さんは民生ビデオカメラの電子シャッターの発明者です。
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●萩原が1975年発明のTriple接合型受光素子
( Sony HAD Sensor = OFD 付き Pinned Photodiode )は
 当時はもとSONYの石川耀弓さんの開発チームでは 
 Virtual Gate 型受光素子と呼ばれていました。

 それは横型OFDをつける必要がない構造でしたが、
 1975年当時、萩原がこの受光素子を発明した時は
 この受光素子が電子シャッターにも使える事を、
 萩原自身は1975年の時点では気づいていませんでした。

 うまく TV の Scan 駆動方式に合わせて駆動すれば
 「電子シャッター機能」が可能であると気づき、
 特許出願したのは、萩原の職場の後輩(孫弟子)の石川耀弓さんでした。
  
 特に、Virtual Gate 型受光素子でも実現できると理解し、
 それに関する詳細な CLOCK 駆動方式の特許を出願し、
 電子シャッター付きビデオカメラとして、それを実際に開発努力し、
 開発商品化を担当されたのは、もとSONYの萩原の職場の後輩の、
 中塩みあきさんの弟子の石川耀弓さんでした。

 石川耀弓さんとも、中塩みあきさんとも、
 萩原は一緒に仕事はしたことはありません。
 しかし萩原が1981年にイメージセンサーの職場を去った後、
 SONYのHADセンサー(Pinned Photodiode)を使って、
 民生ビデオカメラの発明工夫から開発商品化に
 貢献されたのは、お二人であるということでした。

 萩原は1981年にイメージセンサーの開発部隊から離れました。
 1982年からはデジカメ用の高速 ADC とCache SRAM Chipを開発していました。
 実は 1988年、世界最高速、25 nsec アクセスの 4 Mega SRAM Chip を
IEEE の国際学会の ISSCC1989で論文 を発表しました。
社内では大賀社長からCEO賞を受賞しました。

 石川耀弓さんは 中塩さんの後輩として、1982年入社でした。
 萩原は中塩さんの指導教官(Tutor)でしたが、萩原はあまり記憶がありません。
 石川耀弓さんは孫弟子にあたりますが、石川さんの存在はこの数週間前まで
 ずっと、中塩さんも石川さんも40年以上忘れておりました。
 電子シャッターは本当はだれが発明者か過去の文献を今回まじめて調査して
 中塩さんも石川さんの文献を目にして、萩原は驚きました。
 
 イメージセンサーの開発はSONYとしては当時 TOP SECRET であり、
 また、特許出願となると、発明者とその直属の上司以外は極秘です。
 社内でもほかの企業の発明でもだれも他の技術者には知る余地がありません。
 
 当時職場で、カメラシステム担当だった山中先輩から
 電子シャッターの重要性の説明を受けて、
 石川耀弓さんはこの Virtual Gate 型受光素子を使って
 電子シャッター機能が実現できることを見抜き、
 石川耀弓さんはその駆動方式の基本特許を出願されました。
 
 さらに、石川耀弓さんは、Triple接合型受光素子を使った
 電子シャッターの発明者としてだけでなく、
 Triple接合型受光素子の不純物濃度など、
 精密なプロセスデバイス構造の造り込みを担当されました。
 さらに最後はビデオカメラ事業部に移籍し、
 その電子シャッター付きのビデオカメラの
 開発商品化までを担当されて多大な貢献をされました。
 
https://humanstory.jp/ishikawa_kikuyo/

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Sony_acknowledged_that_Hagiwara_invented_PPD_with_VOD_for_Electric_Shutter_Function Image_Sensor_Story_07.jpg

Semiconductor_History_Museum_of_Japan_also_supoorts_Hagiwara_1975_PPD_invention image3E_Hagiwar.jpg

The_Triple_Junction_Type_Pinned_Photodiode_sketched_in_Hagiwara_1975_Lab_Note Pinned_Photodiode_sketche_in_1975.jpg

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Introduction to the world of Digital Circuits for Artificial Intelligence



If you are interestied in the book, please purchase the book,

https://www.seizansha.co.jp/ISBN/ISBN978-4-88359-339-2.html

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Please write me at "hagiwara.yoshiaki@aiplab.com"
to receive the MP4 Video Seminar Guide for the book.

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A Japanese Newspaper by Sangyou Times

wrote an aticle on Hagiwara Profile.

on Nov 13, 2020

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https://www.sangyo-times.jp/article.aspx?ID=5331

Sangyo-Times.jp/article_ID=5331_(PDF)

Sangyo-Times.jp/article_ID=5331_(html)



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Prof_Yoshiaki_Hagiwara_at_Sojo_University_on_Fuji_TV_March_24_2013.pdf



https://kakaku.com/tv/channel=8/programID=35568/episodeID=631530/

Hagiwara_invented_Pinned_Photodiode.pdf


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ソニー熊本テック訪問記念講演_萩原良昭_2022_09_20(準備中).pdf
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ソニー熊本テック訪問記念講演_萩原良昭_2022_09_20_000.pdf

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2022_06_07_群馬大学アナログ集積回路研究会での特別講義.html

イメージセンサーと太陽電池の動作原理_萩原良昭.html

重要な半導体電子部品の基本知識.html

IJSSM2021 e-Journal Paper on Pinned Photodiode.html

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http://www.aiplab.com

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