2017 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロメータ分解能を有する高精度光飛行時間型撮像素子に関する研究
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15H05524
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
安富 啓太 静岡大学, 電子工学研究所, 助教 (50621661)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | Time-of-Flight / 距離撮像素子 / 3次元計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、これまで距離分解能が乏しいとされていたTime-of-Flight距離撮像素子を、新たなTOF距離計測方式と高速な電荷変調素子により、マイクロメータ距離分解能まで向上させることを目的としている。
TOF距離イメージセンサの距離分解能は、理想的にはフォトンショットノイズによって決定される。しかしながら、現在取り組んでいる撮像素子では、時間窓ゲートクロックおよびレーザトリガのジッタが律速していることがこれまでの解析でわかっている。これは要求される時間分解能がピコ秒を下回るものとなり、TOF距離撮像素子の時間分解能として未踏の領域に入っているためである。
これを解決するために参照光を撮像素子の画素の一部に入力する、参照光サンプリング法を考案した。参照光サンプリング法では、参照光は既知の距離に固定面を計測し、これを主画素アレイの結果と差分を取ることで、共通な揺らぎ成分（クロック生成部やレーザのドライバ回路のジッタ）を除去することができる。前年度まではフレーム平均によってこの効果が見られていたが、参照画素の詳細な距離の補正や駆動条件を設定することで、1枚の距離分解能で100umを上回る結果が得られている。
また、本撮像素子の機能性を向上させるために、幅広い反射率の対象物の距離データ取得のための回路を組み込んだTOF距離イメージセンサを試作した。製造プロセスは0.11umCMOSイメージセンサプロセスで、3タップの変調素子を画素に集積化している。H30年度において、この新たな試作チップの評価を進め、提案手法の有効性の実証を試みる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り、距離分解能を向上させるための手法を考案し、原理検証を行い、球の形状データの取得まで成功しており、提案手法の有効性について明らかとなったため、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
距離分解能の向上に関しては目処が立っており、今後は機能性の向上について検討していく。具体的には、高ダイナミックレンジ化や測距範囲拡大のためのレンジシフトについて検討する。H29年度後半に試作した飽和検出回路では幅広い反射率の対象物に対して、高い距離分解能を得ることが期待できる。この試作したTOFイメージセンサの評価を行い、これら提案手法の有効性の実証を試みる。
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