2020 Fiscal Year Annual Research Report

TOF距離撮像素子のためのジッタ低減技術の確立と極限的距離分解能の追究

Research Project

Project/Area Number	19H02194
Research Institution	Shizuoka University
Principal Investigator	安富啓太静岡大学, 電子工学研究所, 助教 (50621661)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	飯久保正弘東北大学, 歯学研究科, 教授 (80302157)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	Time-of-Flight / 距離撮像装置 / 3次元計測 / 工業計測 / 歯科応用
Outline of Annual Research Achievements	本研究では，Time-of-Flight(TOF)による距離撮像素子の極限的な距離分解能の達成のために，ジッタ低減手法について検討している。これまでの取り組みにより，列ドライバに起因するジッタが支配的となっていることがわかっており，これを解決するための２つの手法を考案し，ジッタ低減の効果について検証を進めている。一つ目の手法は，2重参照光サンプリングである。これまでの参照光サンプリングに光源を追加し，これを列並列に参照面に投影することで，列ドライバのジッタゆらぎのみを抽出する。今年度はこれまで検討していた光学系を具体化および実装を行った。これにより，考案した光学系で，信号光源と参照光源からのそれぞれの光路を分離できることを確かめ，所望の画像を取得できた。さらに，信号光源の遅延を調整し，良好な変調特性が得られるところまで確認できた。二つ目の手法は，チャージインジェクションによる疑似光を利用した電子式のジッタ低減手法である。今年度は，前年度に進めていた試作チップの評価基板等を製作し，基本動作の確認と電荷変調特性の評価を実施した。この結果，チャージインジェクションによる変調動作が確認でき，列毎のジッタが低減されていることを確認できた。しかしながら，元となる電荷変調素子に遅い成分があり，これが原因で目標とする距離分解能の達成には至らなかった。これを解決するために，様々なパターンの素子を評価し，転送補助のn層のパターンを調整することで解消できることを確かめた。これの改善を図ったチップを試作し，合わせて評価のための準備を進めた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 取り組んでいる２つの手法について，課題であった具体的な評価系の構築・データ取得や，チャージインジェクションによる疑似光電流発生の動作確認まで完了している。電荷変調特性の応答についても，様々なパターンのテスト画素の評価で改善できる見通しを得ており，進展に大きな問題は生じていない。
Strategy for Future Research Activity	提案している２つの手法に対して，これまでに構築した評価系，試作チップの評価を進める。一つ目の2重参照光サンプリングについては，既に構築した評価系により，ジッタ低減効果をさらに検証するとともに，データをまとめ成果発表を行う。二つ目の手法であるチャージインジェクションによるジッタ低減についても，改試作したチップの評価を行い，距離計測の実施，距離分解能の向上のためのジッタ低減効果について検証する。