時間相関型イメージセンサの開発と新しいパターン計測技術への展開

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350216
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 安藤 繁 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 教授 (70134468)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西 一樹 電気通信大学, 情報通信工学科, 助教授 (00208125) ; 来海 暁 大阪電気通信大学, 総合情報学部, 講師 (30312987) ; 篠田 裕之 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 助教授 (40226147) ; 奈良 高明 国立情報学研究所, 情報数理研究部門, 助手 ; 小野 順貴 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 助手 (80334259)
• Keywords: イメージセンサー / CMOS / 相関計測 / 画像センシング / 光計測 / 偏光計測 / 三次元計測 / 探傷

Research Abstract

本研究は,平成11年度から科学研究費の補助により基礎研究を進めてきた時間相関型イメージセンサのさらなる発展と展開を目的とする。ここで時間相関型イメージセンサとは、入力光パターンと全画素共通の参照信号との時間相関を各画素ごとに生成し出力する、申請者の提案による新規で独自な集積化半導体デバイスであり、能動的手段により入力光パターンに時間変調を与え,それをセンサ上で復調するという新しい画像計測の原理を与えるものである。本研究が取り組むべき主な課題は、1)実時間直交復調のための三相相関方式の導入と高精度化・高解像度化、2)対象波長域の赤外領域への拡大、3)光と相互作用する物理現象の利用による応用範囲の拡大である。本年度の成果は以下のようにまとめられる。
1)時間相関型イメージセンサの高精度化・高解像度化
デバイス自体の高精度化・高解像度化を目的とし、東京大学VDECのCMOSプロセスを利用して、1)100×100画素(単相型)、2)64×64画素(三相型)、3)128×128画素(単相型)、4)96×96画素(三相型)、の4つのデバイスを試作し、動作を確認、検証した。
2)三相光源を利用した実時間勾配イメージャ
120度ずつ位相が異なる強度変調光を三方向から投射することにより、対象の法線ベクトル分布を光強度の振幅・位相に符号化し、時間相関イメージセンサによりこれを復調する実時間勾配イメージャを開発した。
3)回転偏光板を利用する実時間ポラリメトリック/エリプソメトリックイメージャ
偏光板を高速に回転することにより、入射光の偏光の楕円率と長軸方向を光強度変調の振幅・位相に変調し,時間相関型イメージセンサで復調することにより入射光パターンの偏光状態を取得する実時間ポラリメトリックイメージャを実現した。また、光源の前にも回転偏光板を置くことにより、対象のエリプソパラメータ分布を取得する実時間エリプソメトリックイメージャを実現した。
4)ファラデー結晶を利用する交流漏洩磁束探傷イメージャ
鉄鋼等の金属に対し外部から交流磁界を作用させ,表面付近の欠損により外部に漏洩してくる磁束をファラデー結晶により光信号に変換し,これを時間相関型イメージセンサで可視化する探傷イメージャを構築し、基礎実験を行なった。

Research Products

• [Publications] K.Goto, N.Ono, S.Ando: "Real-Time Single Frame Range Finder Using Spatially Phase-Modulated Light"Technical Digest of the 19th Sensor Symposium. 87-90 (2002)
• [Publications] S.Ando, N.Ono, A.Kimachi: "Development of Three-Phase Lock-in Camera for AM-PM Demodulation Imaging"Proc.Sice Annual Conference 2002. 1393-1396 (2002)
• [Publications] K.Goto, N.Ono, S.Ando: "Real-Time Single Frame Range Finder using Spatially Phase-Modulated Light"Proc.Sice Annual Conference 2002. 165-168 (2002)
• [Publications] 栗原, 大平, 清水, 小野, 安藤: "実時間法線ベクトルイメージャとその個人認証への適用"第19回センシングフォーラム資料. 103-108 (2002)
• [Publications] 栗原, 大平, 清水, 小野, 安藤: "時間相関型イメージセンサを用いた実時間法線ベクトルイメージヤ"第45回自動制御連合講演会予稿集. 92-97 (2003)
• [Publications] T.Kurihara, N.Ono, S.Ando: "Surface Orientation Imager Using Three-phase Illumination and Threephase Correlation Image Sensor"Proc.Electronic Imaging. (in press). (2003)
• [Publications] 栗原, 清水, 小野, 安藤: "三相相関イメージセンサを用いた実時間法線ベクトルイメージャ"平成15年電気学会全国大会講演論文集. 191-192 (2003)
• [Publications] 栗原, 清水, 小野, 安藤: "三相相関イメージセンサを用いた実時間法線ベクトルイメージャ"2003年春季第50回応用物理学関係連合講演会論文集. (in press). (2003)
• [Publications] 清水, 栗原, 小野, 安藤: "時間相関イメージセンサと回転偏光子を用いた実時間偏光映像"平成15年電気学会全国大会講演論文集. 193-194 (2003)
• [Publications] 清水, 栗原, 小野, 安藤: "時間相関イメージセンサと回転偏光子を用いた実時間偏光映像"2003年春季第50回応用物理学関係連合講演会論文集. (in press). (2003)
• [Publications] 安藤, 小野, 栗原, 来海: "三相時間相関カメラの開発および振幅位相復調イメージングへの応用"2003年春季第50回応用物理学関係連合講演会論文集. (in press). (2003)