世界初となる100万画素のデジタル画像を出力するSPADイメージセンサーを開発――高性能なロボットの眼や3次元カメラへの活用も期待 キヤノン

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キヤノンは2020年6月24日、SPAD(Single Photon Avalanche Diode)という信号増倍画素構造を持つセンサーで、世界初の100万画素の撮像ができるイメージセンサーを開発したと発表した。高性能なロボットの眼としての用途が急速に広がることが期待される。

SPADイメージセンサーは、画素に光の粒子(以下、光子)1個が入射すると、雪崩のような増倍で1個の大きな電気パルス信号を出力する電子素子を画素ごとに並べた構造を持つセンサーで、光子1個から多くの電子に増倍させることができる。構造上、多画素化が困難とされているが、今回開発したSPADイメージセンサーは、新たな回路技術を採用し、フォトンカウンティングの原理を用いた100万画素のデジタル画像を出力できる。

また、全ての画素に対して露光を一括制御できるグローバルシャッター機能を搭載。露光時間は3.8nsまで短縮でき、ゆがみのない正確な形状で撮像できる。最大2万4000fpsの高速撮影が1bitの出力ででき、極めて短い時間内に起こる高速な現象のスローモーション撮影に対応する。

開発したSPADイメージセンサーを利用することで、人間の目では正確に捉えることができない化学反応や雷などの自然現象、物体の落下や衝突時の破損の様子などの一部始終を詳細に撮影できるという。こうした機能により、現象の解明や安全性、堅牢性の解析など幅広い分野での応用が見込まれる。

100psまでの時間分解能により、画素に光子が到達した時刻を非常に高精度で認識でき、センサーから対象物までの距離を測定する手法の1つであるTime of Flight方式で距離を測定できる。簡単な装置構造に組み込め、暗いシーンでも非常に高精度な奥行き情報を含む3D測距ができるという。

Time of Flight方式(イメージ)

また、100万画素の高解像度かつ高速撮影によって、複数の被写体が折り重なっている複雑なシーンでも精度よく3D測距ができる。自動運転での車間距離測定や、AR(拡張現実)、MR(複合現実)、VR(仮想現実)などのxR関連デバイスなどでの3次元空間情報の把握にも活用できるという。

今後、極めて短い時間内に起こる高速な現象など特殊な静止画、動画を撮影する2次元カメラとしての応用や、被写体までの距離情報を画像として取得する3次元カメラへの活用が期待される。

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