Gfps領域を目指す画素内時間圧縮型超高速コンピュ テーショナルCMOSイメージセンサに関する研究
著者 望月 風太
発行年 2017‑12
出版者 静岡大学
URL http://doi.org/10.14945/00025234
(諜稜博士・様式9 ) 審 査 姿 専攻 ナノビジョン工学 学籍番号 55545004
= 日
学生氏名 望月風太 論文題目 Gfps領域を目指す闘素l村時間圧縮却j超潟速コンビュテーショナル
CMOSイメージセンサに関する研究
本論文は、 超高速カメラの高速化と連続撮影枚数の増加を目的として、 圧縮セン シングとマルチアパーチャ光学系を融合した新規のマルチアパーチャ方式超高速イ メージセンサの提案と、 その実証および応用に関するものである。
第1 章は、 超高速撮影が求められる背景と主主主技術、 それらの性能について概説 し、 超高速 CCD/CMOS イメージセンサの役割と意義について述べている。 それを 鑑み、本論文の目的として、 単発・繰り返し現象の両方に使えるGfps 領域のCMOS イメージセンサの開発を掲げている。
第2章では、潟時間分解半導体イメージセンサ技術として、CCDイメージセンサ、
CMOSイメージセンサ、 SPADについて説明するとともに、 本論文に深く関係する 符号化露光を用いたコンビュテーショナルイメージング、技術の要点を述べている。
第3 -�言では、 本論文で提案する超高速カメラ方式として、 マルチアパーチャ光学 系・圧縮センシング・ラテラル電界電荷変調(LEFM)間素の融合アーキテクチャを提 案している。 提案方式の有効性をシミュレーションにより確認するとともに、 専用 のCMOSイメージセンサを設計している。
第4 -，言では、試作した超高速CMOSイメージセンサを舟いて超高速カメラシステ ムを構築し、 単発現象として、 フレームレート毎秒5億枚、 圧縮率213%で、 レーザ 誘起による空気のブレークダウンプラズマの生成・消滅過税の撮影に成功している。
また、 繰り返し計測を要する光飛行時間に基づく距雌イメージングについて、 圧縮 撮像により透明物体からのマルチパス成分を分自mできることを示している。
第5 f:言では、 より使いやすい方式を目指し、 通常の単娘レンズを利用できる像面 マルチアパーチャ方式を提案し、 シミュレーションによりイメージセンサ構成の検 討を行っている。 被写体九最が少ない場合に、 圧縮により画像復元精度が向上する こと、 LEFMのタップ数が多いほど良い画質が得られるを明らかにしている。
以!二のように、 本論文では、 超高速カメラの高速化を自指し、 シリコンイメージ センサとして世界最速である毎秒 5 億枚のフレームレートを実現するとともに、 そ れを用いて、 単発撮影による空気プラズマの生成・消滅の観察、 繰り返し撮影によ り、 光飛行時間に基づく距離計測におけるマルチパス成分の分離といった具体的な 応用における有効性を実証し、 超高速イメージング技術に関する有議な知見を与え ている。 よって、 以上のことから、 本論文は博士(工学)の学位論文としてふさわ しいものと5志めらnる。
(1， 000字程度)
