究極を目指すイメージセンシングセミナー

2019年11月13日(水) 10:15-15:25  科学技術館 サイエンスホール
【IMS-1 コース】 究極を目指すイメージセンシングセミナー


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Silicon-On-Insulator (SOI)技術を用いた量子線イメージセンサ

高エネルギー加速研究機構 新井 康夫 氏
高エネルギー荷電粒子、X線、電子線、赤外線等の量子線を検出するためには、可視光検出よりも厚い空乏化されたセンサ領域が必要となります。また、個々の量子を高速に検出・計数等を行うためには、画素ごとに検出回路を設ける必要があります。
Silicon-On-Insulator (SOI) ウエハは、2種類のシリコン結晶基板が薄い酸化膜を挟んで張り合わされた構造を持っており、上記のようなセンサと回路が一体となった検出器に最適な構造を持っています。但し、センサ領域を空乏化するためには高電圧が必要となり、低電圧のCMOS回路と組み合わせる為の工夫、センサと回路が近接する事による結合の問題、放射線に対する耐性等の解決すべき課題があります。
我々は上記のような課題を解決することにより、高エネルギー加速器実験、X線衛星、高輝度放射光実験、赤外線天文等の科学実験用イメージセンサを各種開発してきました。また厚い空乏層は近赤外線の検出に対しても有効であり、変換膜を付けることにより中性子検出も行えます。
現在、「SOI量子イメージセンサ・コンソーシアム」を立ち上げ、開発した技術を企業ユーザーにも公開し、相乗りプロセス(MPW: Multi Project Wafer)により安価に独自のセンサを開発できる体制を整えています。
難易度:初級程度(大学専門程度、基礎知識を有す)

広光波長帯域・広ダイナミックレンジCMOSイメージセンサ

東北大学 黒田 理人 氏
イメージセンサは従来からの写真撮影に加えて、医用・健康、車載、農業・食品、認証、防災・防犯、宇宙・環境等の分野で広く利用され、IoT時代の中核的なセンシングデバイスの一つとして期待されている。高精度なセンシング機能をウェアラブル機器等の広く使われるデバイスに実装するには、可視光に加えて紫外光、近赤外光に対しても感度が高く、分光分析装置レベルの信号対雑音比(SNR)を2次元の画素毎に実現するイメージセンサ技術が必要である。
本講演では、東北大学にて研究開発を行っている、撮像・計測・分析装置の光検出部の機能・性能を飛躍的に向上させるイメージセンサの基盤技術とIoT時代の豊かで安心・安全な社会構築に資する高精度センシング応用について紹介する。
一般的なCMOSイメージセンサの約千倍である1000万個超の光電荷を画素毎に蓄積するために約30fF/µm2の高密度容量と低リーク電流を両立させた横型オーバーフロー蓄積トレンチ容量形成技術と、広光波長帯域・高耐光性フォトダイオード技術とを融合することで、130dB超のダイナミックレンジ、70dB超の高SNR、190nm~1100nmの広光波長帯域における世界最高レベルの量子効率を達成したイメージセンサ技術を紹介する。また、このイメージセンサを用いた非破壊・非侵襲センシングシステムによる血糖値、環境汚染物質等の高精度センシング応用の事例を紹介する。
難易度:入門程度(大学一般教養程度)

生命機能の解明に向けた超短光パルスレーザとベクトルビームを用いた多光子イメージング

北海道大学 電子科学研究所 根本 知己 氏
2光子励起過程や高次高調波発生などの非線形光学過程を用いる2光子顕微鏡法は、その低侵襲性のため生体組織深部での蛍光断層イメージングを可能とし、生体機能やその分子基盤の可視化解析に不可⽋なものとなっている。我々はベクトルビーム、半導体レーザー、補償光学等の新しい光レーザー技術を活用し、2光子顕微鏡の深部到達性や空間分解能向上や超解像顕微鏡化を推進してきた。特に我々は、知る限り世界最深部である麻酔下のマウス脳表から1.6mmで蛍光像の取得に成功し、これにより世界で初めて、大脳皮質全層および海馬CA1、歯状回の観察およびビデオレートでの海馬神経細胞の活動を観察に成功した。一方、透過型液晶素子を活用しベクトルビームを形成する技術を用いて、2光子顕微鏡をベースとしたに超解像顕微鏡−2光子STED顕微鏡を構築した。さらに、高出力の新規半導体レーザー光源の導入により、現在では空間分解能が100nmを切る超解像イメージングを実現した。この顕微鏡では光褪色が著しく抑制されていた。また、マルチビームスキャン式共焦点ユニットを導入し、100フレーム/秒以上の高速の3次元撮像を試みている。本演題では最新の成果を紹介すると共に将来 展望についても議論を⾏いたい。なお本研究は科研費、先端バイオイメージング⽀援事業、AMED/革新脳、物質・デバイス共同研究拠点事業等の⽀援を受けて実施された。
難易度:中級程度(大学院程度、ある程度の経験を有す)

超高精細・超高感度CMOSイメージセンサの開発

キヤノン(株) 大西 智也 氏
CMOSイメージセンサ(CIS)市場が拡大し続ける中、様々な特徴を持ったCISが開発されています。本公演では弊社で外販している人間の眼を超した撮像性能を持つ超高解像度CIS、超高感度CIS、不可視光CISについて概論します。

【開発事例】
・超高解像度撮像:1.2億画素CIS、2.5億画素CIS
・超高感度撮像:35mmFHD-CIS、300mmウェハレベルCIS
・不可視光撮像:RGB+NIR 1.2億画素CIS

本公演により新たなアプリケーション開発のヒントに繋がれば幸いです。
難易度:入門程度(大学一般教養程度)

1画素単位で輝度を適切に制御する高速かつグローバル・ローカル適応型画像処理

北海道大学 池辺 将之 氏
近年、高ダイナミックレンジセンサの登場により、明暗差が大きい画像の取得も容易になってきた。しかしながら、センサ取得画像は、人間の脳が感じているようなグローバル特性とローカル・コントラストのバランスが取れている画像とは大きく異なる。脳が知覚するような画像を取得できれば、通常の画像補正だけでなく、監視・医療・車載や深層学習に向けた入力画像の正規化にも有用である。
このような画像補正を深層学習自体の利用により処理することも提案されているが、出力画像の予測や演算負荷による高解像度化・リアルタイム処理の課題も多い。本セミナーでは、高性能かつ低演算負荷を目標に、1画素単位で輝度を適切に制御する高速かつグローバル・ローカル適応型画像処理について講演する。
まず、ローカル・トーン用関数が、画像のグローバル特性をも制御しうることも示す。そして、その処理が、3✕3画素や255×255画素などのフィルタサイズに依存しない高速処理で実現可能であることを解説する。そして、ノイズを増幅せずに局所コントラストを改善するとともに、その処理が人間の錯覚を再現していることを示す。また、本画像処理が、一般的な処理インターフェースであるトーンカーブを踏襲することも合わせて説明する。他の有用な画像処理との比較、有用な実験的カラー空間についても述べる。
難易度:初級程度(大学専門程度、基礎知識を有す)/中級程度(大学院程度、ある程度の経験を有す)

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2019年10月以降のイベントにつきましては消費税率10%でご請求させていただきます。

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新井 康夫

高エネルギー加速研究機構

素粒子原子核研究所 特別教授

1982年東北大学大学院原子核理学専攻において、理学博士号を取得。その後、高エネルギー加速器研究機構に着任。高エネルギー実験用オンライン・データ収集システム、集積回路等の開発を行い、ヒッグス粒子を発見した欧州CERN研究所のLHC実験にも関わる。
2005年よりSOI技術を用いたモノリシック放射線イメージング検出器の開発を開始。2013年度より新学術領域研究「3次元半導体検出器で切り拓く新たな量子イメージングの展開」研究代表。2018年2月に高エネルギー加速器科学研究奨励会よりSOI検出器開発の功績に対し「諏訪賞」を受賞。

黒田 理人

東北大学

大学院工学研究科 准教授

2010年、東北大学大学院工学研究科博士課程修了。2007年~2010 年、日本学術振興会特別研究員(DC1)。2010年、東北大学大学院工学研究科助教。2014年、同大学准教授。半導体集積回路プロセス・デバイス技術、高性能・高機能イメージセンサ等の研究に従事。

根本 知己

北海道大学

電子科学研究所

東京大学理学部物理学科卒)。東京工業大学大学院理工学研究科応用物理学専攻、博士課程修了,博士(理学)。理化学研究所等を経、生理学研究所助手に着任。その後、科学技術振興機構・さきがけ「生体分子の形と機能」領域・研究員を兼任・併任し,助教授に昇任。2009年9月より現職。

大西 智也

キヤノン株式会社

デバイス開発本部 デバイス基盤技術第二開発室 室長

大阪府立北野高校卒。1997年 大阪大学工学部電子工学科学士課程修了。同年、キヤノン株式会社入社 中央研究所にてSEDの開発に従事。(SED:surface-conduction electron-emitter display) 2007年 SED株式会社に出向。 2011年 キヤノン株式会社 デバイス開発本部に帰任。次世代CISを用いた応用製品の開発に従事。2015年より産業用撮像センサ(超多画素センサ、超高感度センサ、GS)の商品企画、および外販立ち上げを担当し、2018年超多画素1.2億画素センサの販売開始。現在、デバイス基盤技術第二開発室 室長。

池辺 将之

北海道大学

量子集積エレクトロニクス研究センター 教授

1998年 4月 日本学術振興会 特別研究員
「知的イメージセンサの研究」に従事
2000年 3月 北海道大学 大学院工学研究科 博士後期課程修了 (電子情報工学専攻)(博士(工学))
2000年 4月 大日本印刷㈱ 半導体製品研究所 勤務
2002年 8月 豊橋技術科学大学 知識情報工学専攻 受託研究員
2003年 4月 大日本印刷㈱にて 電子デバイス研究所 勤務
「無線・画像処理システムの研究・開発」に従事
2005年 4月 北海道大学 大学院情報科学研究科 准教授
「画像処理アルゴリズム/システム/センサLSIの研究・無線システム開発」に従事
2018年 4月 北海道大学 量子集積エレクトロニクス研究センター 教授 「イメージセンサ・高速画像処理(AIアルゴリズム・ソフト/ハードウェア)の研究」に従事