パターン計測用同時高速多点検出センサ

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空間的または時間的に広がりを持った画像や音響などのパターン計測では、複数の点を同時にかつ高精度に測定する必要がある。しかし、現状のPSDやCCDはこの要求に充分応えていない。そこで、本研究では従来のパターン計測用センサの問題点を解消するため、次の3点の機能を有するパターン計測用センサの開発をめざす。(1)複数点の同時検出(2)高速検出と高精度計測との両立(3)低周波ノイズの低減本研究では上記(1)〜(3)を満足させるためにCCDのデジタル的要素とPSDのアナログ的要素を併せ持つハイブリッド型センサ原理を提案した。その基本原理は次の3点からなる。(1)センサ素子数を従来のアレイ型センサであるCCD比べて非常に少なくとり、素子間隔を広くとる。(2)センサアレイ部に複数のスポット信号を入力し、極大出力センサ素子の走査を並列的に行う。(3)極大出力素子とその両隣のセンサ素子の出力を用いて、極大値付近のセンサアレイの出力分布を二次曲線で近似して、スポット信号位置を求める。本研究では以上の原理を全て電子回路により実現した。回路構成上の従来にない特徴は、(2)の走査方式においてセンサ素子を2つづつの組に分けてト-ナメント方式により並列的に極大値を求めて高速化を図った点にある。それに加えて、二次曲線近似補間をアナログ回路だけで実現して、A/D変換による量子化誤差による検出精度の悪化と検出速度の遅れを回避した点である。本研究では、光センサを用いた回路を実際に試作して実験を行い、今回の補助金で購入した計測用計算機にて特性解析した結果、以下の成果を得て、当初の研究目標が達成できた。(1)4点の同時検出(2)線形性誤差±1.6%以内、サンプリング周波数10KH_Zの高精度高速測定機能の実現(3)背景光の影響少