サイクリックパイプラインA/D変換に基づく超高速ディジタルイメージセンサの研究

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高速物理現象の解明、次世代道路交通システム(ITS)における車載用画像入力装置、ロボットビジョン、マシンビション等に要求される極めて高速の画像のリアルタイム処理を行う上での1つの重要な課題は、A/D変換とその伝送である。本研究では、イメージセンサ上において、超高速に映像信号をA/D変換し、画像符号化により高速信号伝送が可能なCMOSディジタルイメージセンサのアーキテクチャを提案するとともに、試作により、その性能実証を行うことを目的とした。本研究の成果として、実際にサイクリックパイプラインA/D変換方式を32チャネル集積化した2眼のCMOSイメージセンサを試作し、画像取得に成功し、Symp. VLSI Circuitsにて発表した。ブロック読みだしという特殊なアクセス方法をとっているにも関わらず、300frames/sの高速撮像を実証している。また、これまで高速画像のためのデータ圧縮回路として、分散演算法に基づく4×4点2次元DCT回路と、4×16点を単位とする1次元ハフマン符号化により、極めて小面積・高速化でき、その符号化効率が低圧縮領域において、motion JPEGをやや上回る性能が得られることを見いだした。さらに、256×256画素で最高速度2000frames/sの高速度CMOSイメージセンサを0.6umCMOS技術に基づき実際に試作し、撮像に成功した。さらに、高速撮像において問題となるリセット雑音を除去可能な、相関2重サンプリング機能を有する画素回路を考案し、ノイズレベルを従来の約1/3にすることができることをノイズ解析モデルを構築し、計算した結果明らかになった。また、パイプラインA/D変換器に関しては、10b 30MS/s低消費電力化が可能な疑似差動方式を提案するとともに、試作により、十分な精度が得られることを示している。これらにより、目標とするA/D変換器まで組み込んだ高速度イメージセンサ及びこれを用いた高速度カメラを実際に実現できる見通しがえられた。