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

2003 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) ; 小野 順貴 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 助手 (80334259) ; 奈良 高明 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 講師 (80353423)
• Keywords: イメージセンサ / 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)64×64画素(三相型)、2)128×128画素(単相型)、3)200×200画素(三相型)、4)64×64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)実時間勾配イメージャとその顔貌認証システムへの応用
昨年度から引き続き、対象の法線ベクトル分布を実時間で取得する勾配イメージャを提案し、これを近年注目されているバイオメトリクスの一つである顔貌認証システムへ応用した。また、その認証アルゴリズムとして、法線ベクトルを複素数として扱う複素固有顔の枠組みを構築した。
3)ヘテロダイン変換に基づく実時間エリプソメトリックイメージャ
昨年度から引き続き、対象のエリプソパラメータ分布を実時間で取得するエリプソメトリックイメージャを実現した。また、異なる周波数で回転する2枚の偏光子を用いることにより、対象のエリプソパラメータをそれらの差周波数に符号化する新たな変復調計測方式を考案した。
4)実時間振動分布計測への応用
並進移動する平行縞を投影することにより、対象の振動の振幅・位相分布を、振動周波数と投影縞の時間周波数の差周波数に符号化する新たな実時間振動分布計測法の理論を構築し、基礎実験によりこれを確認した。

Research Products

• [Publications] 永井, 栗原, 清水, 小野, 安藤: "時間相関イメージセンサを用いた実時間振動分布計測法"平成16年電気学会全国大会講演論文集. Vol.3. 204-205 (2004)
• [Publications] 安藤, 小野, 来海: "時間相関イメージセンサと回転磁界を用いるロックイン磁気光学映像法"平成16年電気学会全国大会講演論文集. Vol.2. (2004)
• [Publications] 栗原, 永井, 清水, 小野, 安藤: "時間相関型イメージセンサによるヘテロダイン振動分布計測"第1回赤外放射の応用関連学会等年会. 69-75 (2004)
• [Publications] 安藤, 小野, 来海: "時間相関イメージセンサを用いるロックイン磁気光学映像法"日本光学会,OJ2003. 90-91 (2003)
• [Publications] 栗原, 永井, 清水, 小野, 安藤: "時間相関イメージセンサを用いたヘテロダイン振動分布計測"電気学会E部門総合研究会. 9-12 (2003)
• [Publications] 清水, 栗原, 小野, 安藤: "回転偏光子・検光子による複素反射率比の振幅位相符号化の原理およびその時間2次元エリプソメータへの適用"第46回自動制御連合講演会. 321-324 (2003)
• [Publications] 安藤, 小野, 来海: "回転磁界を用いるロックイン漏洩磁束映像法"第46回自動制御連合講演会. 1022-1025 (2003)
• [Publications] 栗原, 清水, 〓 曙, 小野, 安藤: "法線ベクトルを用いた顔認証に関する基礎的検討"第8回パターン計測シンポジウム. 15-18 (2003)
• [Publications] S.Ando, A.Kimachi: "Correlation image sensor : Two-dimensional matched detection of amplitude-modulated light"IEEE Trans.Electron Devices. Vol.50, no.10. 2059-2066 (2003)
• [Publications] S.Ando, N.Ono, A.Kimachi: "Lock-in Magneto-Optical Imager Using Correlation Image Sensor"Proc, SICE Annual Conference. 1708-1711 (2003)
• [Publications] T.Kurihara, T.Shimizu, H.Itai, S.Zhan, N.Ono, S.Ando: "A facial authentication system using real-time surface orientation imager"Proc, SICE Annual Conference. 2755-2758 (2003)
• [Publications] T.Shimizu, T.Kurihara, N.Ono, S.Ando: "Ellipsometric imager using correlation image sensor and rotating polarizers"Proc, SICE Annual Conference. 2659-2662 (2003)