イメージセンサの進化に挑戦 : 川人 祥二 KAWAHITO Shoji（撮像デバイス）

機能集積撮像デバイスの開発と応用

川人祥二教授（電子工学研究所）は、新概念の撮像技術により新機能を発現させる機能集積撮像デバイスについて研究している。超多諧調A/D変換、相関多重サンプリングノイズ低減、超多窓時間分解ピクセル撮像等、新概念の撮像技術を導入して、超高感度・広ダイナミックレンジ、超高精細・高速度、時間分解、測距等の新しい撮像機能を有するイメージセンサを実際に開発し、企業と連携して監視・産業・放送・医療・輸送機器等の分野での実用化を目指している。

2023年3月取材

Chapter 01

半導体集積化技術による
機能集積イメージセンサの研究で目指すもの

イメージセンサは、人の眼で言えば網膜に相当するカメラの基幹部品です。イメージセンサはいま、半導体集積回路とピクセルデバイスを３次元構造等で一体集積化することで、高度な処理機能と、従来は実現することが難しかった性能を有するセンサとして、大きな進化を遂げようとしています。

我々は、このような半導体集積化技術による機能集積イメージセンサに関し、光電変換素子、光電荷変調素子、信号処理回路、センサアーキテクチャに関する基礎的な研究とともに、実際にイメージセンサを試作して概念実証する研究を行っています。

Chapter 02

屋外長距離向け光飛行時間（TOF）距離画像センサで屋外20m測距撮像に成功

研究の成果として、これまで超多諧調カラムA/D変換技術、高速高分解能巡回型カラムA/D変換技術、極低雑音イメージセンサ、時間分解バイオイメージセンサ、屋外長距離向け光飛行時間（TOF）距離画像センサ等において先駆的な成果を上げています。

右図は、屋外長距離TOF測距撮像を可能にするハイブリッドTOF法の原理と、10mレンジにおける撮像例です。本手法により屋外20m測距撮像に成功しており、LiDAR応用に向け100mレンジでの計測に挑戦しています。

Chapter 03

研究成果が高速度カメラ、監視カメラなどに使用され、ロボットや自動運転（LiDAR）への貢献に期待高まる！

基礎研究、論文発表による成果にとどまらず、2006年に設立した静岡大学発ベンチャー企業、㈱ブルックマンテクノロジ等を通して、研究成果を製品等として世に出すことを常に目指して研究を行っています。 超高速度イメージセンサ、超高感度イメージセンサ、8Kイメージセンサは、高速度カメラ、監視カメラ、放送用カメラとして実際に使用されています。

また、8Kイメージセンサは、8K内視鏡にも採用され、内視鏡手術の作業性を大きく改善することに貢献しています。

TOF距離画像センサについてもセキュリティ応用での製品化が進み、今後、ロボットや自動運転（LiDAR）への応用が期待されています。

学生の皆さんには、イメージセンサの基礎的研究を実施する中で、その実用的価値を考えることの重要性を説くことを心がけています。

[写真]教授 川人 祥二 KAWAHITO Shoji
[プロフィール写真]教授 川人 祥二 KAWAHITO Shoji

教授川人 祥二 KAWAHITO Shoji（撮像デバイス）

1961年３月生、1988年東北大学大学院博士課程修了、1996年豊橋技術科学大学助教授、1999年静岡大学教授、2006年～2023年㈱ブルックマンテクノロジ取締役CTO
2011年より第１期卓越研究者、2013年より第２期卓越研究者、2016年より第３期研究フェロー、2019年より第４期研究フェロー、2022年より第５期研究フェロー

主な研究業績

受賞歴：
  • 映像情報メディア学会丹羽高柳賞功績賞（2020）
  • 電気通信普及財団賞「テレコムシステム技術賞」（2017）
  • Image Sensors Europe Awards（2017）
  • Nアナログ・イノベーション・アワード審査員特別賞（2017）
  • 丹羽髙柳賞「論文賞」（2016）
  • 大学発ベンチャー表彰（科学技術振興機構理事長賞）（2014）
  • Walter Kosonocky Award（2013）
  • IEEE Fellow Award（2009）
  • 産学官連携功労者表彰（文部科学大臣賞）(2006)等
外部資金獲得状況：
  • 研究成果展開事業　研究成果最適展開支援プログラム（A-STEP）「屋外での遠距離、高解像度３Dセンシング～」（2021～2023年度）
  • 科研費・基盤研究（S）「超高速ハイブリッドカスケード光電荷変調～」 （2018～2022年度）
  • 科研費・基盤研究（S）「ラテラル電界制御電荷変調～」 （2013～2017年度）
  • COI-STREAM(光創起サテライト) 研究リーダ (2013～2021年度)
  • 地域イノベーション・エコシステム形成プログラム（2016～2020年度）
  • 知的クラスター創成事業（2002～2011年度）など。
学会等：
  • Int. Image Sensor Society, Board Member,（2017～2023）
  • IEEE SSCS, Japan Chapter, Chair（2013～2014）など。
著書・論文：
  • １) K. Hatakeyama, S. Kawahito, et al., “A Hybrid ToF Image Sensor for Long-Range 3D Depth Measurement Under High Ambient Light Conditions,” IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. 58, No. 4, pp. 983 – 992 (2023)
  • ２) S. Kawahito, et al.,“Hybrid Time-of-Flight Image Sensors for Middle-Range Outdoor Applications”, IEEE Open Journal of the Solid-State Circuits Society, pp.1-12 (2021).
  • ３) M. Seo, et al.,”A Time-Resolved Four-Tap Lock-In Pixel CMOS Image Sensor for Real-Time Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy, “ IEEE J. Solid-State Circ. 53 (８), pp. 2319 – 2330 (2018).
  • ４) S. Kawahito, et al.,”Noise Reduction Effect of Multiple-Sampling Based Signal-Readout Circuits,” Sensors, 16(11), p.1867-1886(2016).

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静岡大学研究フェロー