セミコンジャパン

MIRAI GAKKOX 線イメージングシステムを用いた CT の開発

汎用の半導体デバイスのみで構成できる超低コスト非接触物体検知センサ

新居浜工業高等専門学校
電気情報工学科５年
電子制御工学科５年

いで うえりょう

井手上 凌

たかおかこうへい高岡 康平

ひむろ氷室めい明生

ひらのまさつぐ

指導教員

平野雅嗣

指導教員

出口幹雄

でぐちみきおイトにおいて開催された SEMICON Japan 2017 における

◆ X 線イメージングシステムを用いた CTの開発「The 高専＠ SEMICON」に、本校からも学生が参加してブー

本研究では、マイクロフォーカス線源と X 線カメラを用ス出展させて頂きました。
「X 線イメージングシステムを用いた CT の開発を目的としています。現システムは視野がいた CT の開発」について電気情報工学科５年生の井手上

小さいものですが、物体に X 線を照射することで、物体の凌君（指導教員：平野雅嗣教授）が、「汎用の半導体デバイ内部形状を画像データで観測することができます。画像のスのみで構成できる超低コスト 非接触物体検知センサ」と撮影では、物体を透過する性質を持つ X 線を被写体に投射

題して電子制御工学科５年生の高岡康平君（指導教員：出し、被写体の素材や内部構造によっておこる X 線減弱の差口幹雄教授）が出展しました。

を半導体素子（検出器）を使って捉えることで被写体内部

2017年12月13日（水）～15日（金）の間、東京ビッグサを観察することができます。被写体を乗せた自動ステージを X 線源と検出器の間に置き360度全ての方向から X 線透過像をデジタルデータとして得て、コンピュータで処理することで三次元情報を得ることを可能にします。CT 画像
は物体を透過する X 線を利用して対象の内部・外部状態を測定するため、被検査体の切断、汚損、変形などを避けて、非破壊で検査を行うことができます。
【測定の原理】

本校展示ブースの前の井手上 凌君（左）と高岡 康平君（右）図1

システム配置図
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図2

イメージングユニット構成図

X 線を物体に照射すると、X 線が物体を通過します。通ログラミング言語を用います。

過した X 線をカメラが撮影できるように可視光に変換します。その後、カメラで撮影し得られた画像に処理を施し、ステージ制御のプログラムでは、コマンドをステージコントローラへ送り、コマンドで指定されたパルス数だけス

その画像から内部構造を観察します。
X 線を物体に照射する部分は X 線発生装置を用い、PCテージが駆動する仕組みになっています。

内のソフトで制御します。照射された X 線を可視光に変更する部分はイメージングユニットを用い、撮影と画像解析は PC 内のソフトで制御します。
【問題点・改善案】
現在のシステムの問題点として、手動操作が多くあまり実用的でないことが挙げられます。特に、被写体の位置合わせ（ステージ制御）と撮影時の設定（カメラ制御）を自動で行うように改善すれば、より効率的で正確な観測ができるのではと考えました。自動化には LabVIEW というプ

図3

ステージコントローラ

図4

図5
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コマンドファイル

ステージ制御プログラム

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図６

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カメラ制御プログラム

カメラ制御プログラムでは、RemoteEX と Hipic という入力の自動化）があるので、そちらも随時行って行きます。

ソフトへコマンドを入力するためのプログラムを作成し、◆汎用の半導体デバイスのみで構成できる超低コスト非接触物体検知センサ

そこから撮影・保存を行います。コマンドの通信を行う手法として TCP/IP 通信を用います。作成したプログラムがクライアント、Hipic 等撮影や保存を行うソフトをサーバとします。

物体を取扱い操作するためには、まず、その物体の存在を認識して位置を把握することができなければなりません。
この意味において、物体検知の技術は工業プロセスのみなtcp 書き込み関数（ループ内左）がデータを送信します。

らず、あらゆる分野において最も基本的で重要な要素技術

tcp 読み取り関数（ループ内右）はサーバにデータが書きの一つであり、様々な手法が実用されています。一般に、込まれているかどうかを確認し、まだ実行が完了していな

物体検知のためには、赤外線センサ、超音波センサ、イメーいコマンドが書き込まれている場合は、クライアントはサージセンサ、等のセンシングデバイスが用いられますが、実は、バへのコマンドの送信をしません。

こうした所謂“センサ”と呼ばれる機能素子を用いずとも、汎用の半導体デバイスのみで構成できる簡単な電子回路で【終わりに】

物体検知機能を実現することができるのです。

今後はこれらを1つのプログラムに統合し、おおまかに撮影→保存→ステージ移動→撮影というループの動きをする【測定の原理】

ように改良をしていき、実用化を図って行きます。また、電線を電気信号が伝播する速度は、基本的には光速度でそれぞれのプログラム単体でも改良の余地（例 : コマンド

すが、周囲が真空でない限り、その物質の誘電率に応じて

図７

測定の原理
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9:36:34図８

測定回路の構成例

伝播速度が低下します。電線の周囲の物質の誘電率を電界

この回路は、一般に市販されている標準的な半導体素子強度で重みづけして平均した量、つまり実効誘電率によっの組み合わせのみで構成することができるので、極めて低て電気信号の伝播速度が決まります。電線の近傍に物体がコストで物体検知機能を実現することができます。しかも、存在したり、その物体が移動・変形・変質したような場合、検知のための特定のセンサ類を必要とせず、単に電線を敷この実効誘電率が変化することになり、この電線を伝播す設するだけでその周囲の物体に関する情報を取得できます。

る電気信号の伝播速度が変化します（図７）。この変化を検出することにより、物体の有無やその状態に関する情報を【応 用 例】取得することができます。この伝播遅延時間の変化は、図本測定方法は、誘電率の変化を伴う現象であれば、物体８に示す簡単な構成の電子回路で検出することができます。の検知に限らず、あらゆる事象の検知・検出・計測に応用

一定周期の方形波を電線（検出用線路）に送出し、線路ができます。測定の原理上、対象となる物体の材質が誘電を伝播した信号を受信します。同じ信号を分岐して、検出率の大きいものであるほど、検知感度の点で有利になりま用線路を経ずに受信し、これを参照信号とします。これらす。身近な物質の中では、水は特異的に誘電率の大きい材の２信号の排他的論理和をとると、その位相差に応じたパ料です。このため、水に関連するセンシングに本技術は特ル ス 幅 の 信 号 が 得 ら れ ま す。 こ れ を LPF（Low Passに有効です。水位計測や水分量の評価、などに応用できるFilter）で平均化すれば、検出用線路の伝播遅延時間に対応ことはもちろん、人体は多くの水分を含んでいるため、人した電圧信号が得られます。この電圧の変化を見れば、検体情報のセンシングにも応用することができます。

出用線路の近傍の物体に関する情報を取得できます。

図９40

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例えば、図９は、0.3mm2のビニル被覆導線（全長約2m）呼吸の検出への応用の例

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図10MIRAI GAKKO

その他の応用例

を検出用線路として、安全ベストの網目に縫い付けたもの加してみて良かったと思っています。（井手上 凌）

を着て呼吸を測定した例です。数秒周期の繰り返し信号が◆私は、このような展示会に参加したのは初めてで、発表得られ、意図的に呼吸を止めると周期的変化も停止し、呼に際して技術者でない方への表現で戸惑いました。技術に吸に応じた信号が得られていることが分かります。

詳しくない人にも伝わる説明をすることの重要性は自分でその他にも図10に示しますように、様々な分野への応用は理解しているつもりでしたが、実際に発表を聞いたり実が考えられます。

験レポートを読んだりして頂く先生方は自分より技術につ

参考文献：出口幹雄「実効誘電率の変化の簡便な検出法とその応用」

いて熟知しておられ、技術的な用語についての説明を省く

産業応用工学会論文誌 , Vol. 5, No. 2（ 2017）pp. 43-51

ことが多々あります。初日発表を聞きに来ていただいた方に分からない言葉があると聞いた時に、技術者とそうでな【参加学生の声】

い方への説明に求められるものの違いに気付きました。私◆このような発表の場は初めてだったので、とても濃い3日は半導体の製造工程に詳しくありませんでしたが、企業の間に感じました。初対面の人にも分かってもらえるように出展では、その私でも各工程の目的とその製品の利点が理意識しながら発表しましたが、頂いた質問の全てには答え解でき、自分もこのような説明をするべきだったと考えまることができず、自分の理解不足を痛感しました。他高専した。学内での発表だけでは気付けなかったことに学生のの学生と交流することや、高専のブースに来られた方からうちに気付く貴重な機会をいただいたことに感謝していま進学・就職後の経験など貴重なお話を聞くことができ、参す。（高岡康平）

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