変調光検波CMOSイメージセンサおよび光ナビゲーションシステム開発に関する研究

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本研究では,光ナビゲーションシステムの構築を目的としている.このシステムは,光源の点滅にID情報を重畳したIDビーコンとID受信機能を有するイメージセンサから成り,イメージセンサで撮像した実世界の画像と,IDビーコンから受信した情報を重ね合わせて表示する拡張現実感システムのことである.ID受信機能を有するイメージセンサは,これまでに幾つかの研究報告例があるが,画素サイズの増大により高精細化が困難であったり,消費電力も大きいため携帯端末への搭載は困難である.そこで本研究では,通常のCMOSイメージセンサと同等の画素回路を用いながらも低消費電力でのID受信機能の実現を目的とする.低消費電力でのID受信方式として,部分領域高速読み出し方式を考案した.これは,IDビーコンに重畳した低速なパイロット信号を検出することにより,IDビーコン位置の特定を行い,その領域のみを高速に読み出すことでIDの受信を行う.画素構成は,通常のCMOSイメージセンサの画素回路にトランジスタを1つ追加しただけの単純な構成となっている.通常画像とID受信領域画像の信号を交互に読み出すことで,ID受信領域の実行読み出し速度を向上することが可能となる.このとき,センサの駆動速度は2倍にするだけでよいので消費電力の増大を抑制できる.提案方式により0.35-μm CMOSプロセスを用いて320x240画素のID受信可能なイメージセンサを試作し評価した.試作したセンサにより,320x240画素の通常画像を30fpsで撮像しながら,5x5画素からなる最大7つのID受信領域を1,200fpsで読み出すことによるID受信機能を実証した.また,イメージセンサ単体の消費電力は3.6mWと実用的な値を実現した.さらには,試作したイメージセンサを用いた光ナビゲーションシステムのプロトタイプシステムを構築し機能実証を行った.