キヤノン、3次元カメラや“ロボットの眼”に使える、世界初100万画素SPADセンサ

世界初100万画素SPADイメージセンサー

キヤノンは、SPAD(Single Photon Avalanche Diode)という信号増倍画素構造を持つセンサーにおいて、世界で初めて100万画素の撮像が可能なイメージセンサーを開発した。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・動画を撮影できる2次元カメラとして応用できるほか、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も期待されている。

SPADセンサーとは、 光の粒子(光子)1個が画素に入射すると、あたかも雪崩のような増倍によって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。光子1個から多くの電子に増倍できるため、撮像時の高感度化や測距時の高精度化に寄与するという。

今回開発されたSPADイメージセンサーは、構造上、多画素化が困難とされている中、新たな回路技術の採用により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の出力を実現。さらに、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備えている。

露光時間は3.8ナノ秒(1ナノ秒は10億分の1秒)まで短縮できるため、ゆがみのない正確な形状で撮像が可能。1bitの出力で最大24,000fpsの高速撮影ができ、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ができる。

これらにより、例えば、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や、物体の落下や衝突時の破損の様子などを、一部始終にわたって詳細に撮影可能。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できるとする。

さらに、100ピコ秒(1ピコ秒=1兆分の1秒)までの時間分解能を実現。光子が画素に到達した時刻を非常に高い精度で認識できる。この性能を生かし、Time of Flight方式による距離測定が可能。100万画素の高解像度かつ高速撮影ができることにより、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、自動運転での車間距離測定やxR(AR/MR/VR)関連デバイスなどにおける3次元空間情報の把握にも活用できるとする。

奥行き情報を認識できる3次元カメラの解像度が100万画素に到達したことで、「今後は高性能なロボットの眼として用途が急速に広がることが期待される」という。