JP5431810B2 - Image sensor and light receiving device used for the image sensor - Google Patents
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本発明は、画像データを取得する画像センサに関する。本発明はまた、その画像センサに用いられる受光装置にも関する。 The present invention relates to an image sensor that acquires image data. The present invention also relates to a light receiving device used for the image sensor.
光源から対象物に向けて光を照射し、その照射光と対象物で反射した反射光の差異に基づいて画像データを取得する技術が開発されている。特許文献1〜3には、光源から照射された照射光と対象物で反射した反射光の時間差から対象物までの距離を換算することによって、距離画像データを取得する技術が開示されている。特許文献4には、光源から照射された照射光と対象物で反射した反射光の位相差から対象物までの距離を換算することによって、距離画像データを取得する技術が開示されている。また、特許文献5には、光源から異なる波長の照射光を照射し、それぞれの波長の対象物における反射光の反射特性から対象物の部位を推定することによって、部位判別画像データを取得する技術が開示されている。
Technology has been developed in which light is emitted from a light source toward an object, and image data is acquired based on a difference between the irradiated light and reflected light reflected by the object.
距離画像データと部位判別画像データの双方を必要とする場合、距離画像データを取得するための装置と部位判別画像データを取得するための装置をそれぞれ設ければ、距離画像データと部位判別画像データの双方を取得することが可能になる。しかしながら、それぞれの装置を別個に設けると、設置スペースが増加するという点や、部品点数が増加することによってコストが増加するという点で好ましくない。本発明は、距離画像データと部位判別画像データの双方を取得可能な画像センサ、及びその画像センサに用いられる受光装置を提供することを目的としている。 When both the distance image data and the part determination image data are required, if a device for acquiring the distance image data and a device for acquiring the part determination image data are respectively provided, the distance image data and the part determination image data are provided. It becomes possible to acquire both. However, providing each device separately is not preferable in terms of an increase in installation space and an increase in cost due to an increase in the number of components. An object of this invention is to provide the image sensor which can acquire both distance image data and site | part discrimination | determination image data, and the light-receiving device used for the image sensor.
本明細書で開示される技術は、距離画像データ及び部位判別画像データを取得するために用いられる照射装置及び撮像装置を共有させることによって、距離画像データと部位判別画像データの双方を取得可能な画像センサ、及びその画像センサ用の受光装置を構築することを特徴としている。本明細書で開示される技術では、照射装置及び撮像装置を共有させることによって、画像センサ及び画像センサ用の受光装置を簡素化させることに成功している。本明細書で開示される技術によれば、簡素化された画像センサ及び画像センサ用の受光装置によって、距離画像データと部位判別画像データの双方を取得することが可能になる。 The technology disclosed in this specification can acquire both distance image data and part determination image data by sharing an irradiation apparatus and an imaging apparatus used to acquire distance image data and part determination image data. An image sensor and a light receiving device for the image sensor are constructed. The technology disclosed in this specification has succeeded in simplifying the image sensor and the light receiving device for the image sensor by sharing the irradiation device and the imaging device. According to the technology disclosed in the present specification, it is possible to acquire both distance image data and site determination image data by using a simplified image sensor and a light receiving device for the image sensor.
本明細書で開示される技術は、距離画像データと部位判別画像データを取得する画像センサに具現化される。画像センサは、照射装置と撮像装置と演算装置を備えている。照射装置は、第1波長の第1波長光と、第1波長と異なる第2波長の第2波長光とを対象物に照射する。撮像装置は、対象物で反射した第1波長光の第1反射光に応じた電荷量を蓄積するとともに、対象物で反射した第2波長光の第2反射光に応じた電荷量を蓄積する。演算装置は、撮像装置で蓄積された電荷量に基づいて、距離画像データと部位判別画像データを演算する。ここで、演算装置は、少なくとも第1波長光を利用して、第1波長光が照射装置から対象物で反射して撮像装置に到達するまでの距離に基づいて距離画像データを演算する。必要に応じて、演算装置は、第2波長光を利用して、第2波長光が照射装置から対象物で反射して撮像装置に到達するまでの距離に基づいて距離画像データを演算してもよい。さらに、演算装置は、対象物における第1反射光の反射特性と対象物における第2反射光の反射特性に基づいて部位判別画像データを演算する。上記画像センサでは、共有の照射装置を利用するとともに、共有の撮像装置における電荷の蓄積タイミングを制御することによって、距離画像データを演算するために必要な情報及び部位判別画像データを演算するために必要な情報の双方を取得することができる。照射装置及び撮像装置を共有化させることで、簡素化された画像センサを具現化することができる。 The technology disclosed in the present specification is embodied in an image sensor that acquires distance image data and site determination image data. The image sensor includes an irradiation device, an imaging device, and an arithmetic device. The irradiation apparatus irradiates the target with first wavelength light having a first wavelength and second wavelength light having a second wavelength different from the first wavelength. The imaging apparatus accumulates a charge amount according to the first reflected light of the first wavelength light reflected by the object and accumulates a charge amount according to the second reflected light of the second wavelength light reflected by the object. . The computing device computes the distance image data and the part determination image data based on the charge amount accumulated in the imaging device. Here, the arithmetic device uses at least the first wavelength light to calculate the distance image data based on the distance until the first wavelength light is reflected from the irradiation device by the object and reaches the imaging device. If necessary, the computing device computes distance image data based on the distance from the irradiation device to the imaging device after the second wavelength light is reflected by the object using the second wavelength light. Also good. Furthermore, the calculation device calculates the part determination image data based on the reflection characteristic of the first reflected light on the object and the reflection characteristic of the second reflected light on the object. In the image sensor, in order to calculate the information necessary for calculating the distance image data and the part determination image data by using the shared irradiation device and controlling the charge accumulation timing in the shared imaging device. Both necessary information can be acquired. By sharing the irradiation apparatus and the imaging apparatus, a simplified image sensor can be realized.
本明細書で開示される画像センサでは、撮像装置が、第1時間における第1反射光に応じた電荷量を蓄積する第1電荷蓄積部と、第2時間における第1反射光に応じた電荷量を蓄積する第2電荷蓄積部と、第3時間における第2反射光に応じた電荷量を蓄積する第3電荷蓄積部とを少なくとも有している。さらに、演算装置は、第1電荷蓄積部に蓄積された電荷量と第2電荷蓄積部に蓄積された電荷量に基づいて第1距離画像データを演算するとともに、第1電荷蓄積部に蓄積された電荷量と第3電荷蓄積部に蓄積された電荷量に基づいて部位判別画像データを演算する。第1時間と第2時間は異なる。第1時間と第3時間は、同一時間でもよいし、異なっていてもよい。第2時間と第3時間も、同一時間でもよいし、異なっていてもよい。
ここで、「時間」とは、ある開始時刻から他の終了時刻までの間をいう。「時間が異なる」とは、開始時刻と終了時刻の少なくとも一方が異なることをいう。「時間が同一」とは、開始時刻及び終了時刻の双方が一致することをいう。また、ここでいう「時間」には、連続的なものだけでなく、断続的なものも含む。
上記の画像センサでは、撮像装置の第1電荷蓄積部に蓄積された電荷量が、第1距離画像データを演算するための情報として用いられるとともに、部位判別画像データを演算するための情報としても用いられる。このため、撮像装置の第1電荷蓄積部は、第1距離画像データを取得するために活用されるとともに、部位判別画像データを取得するためにも活用される。撮像装置の第1電荷蓄積部を共有させることによって、画像センサ及び画像センサ用の受光装置が簡素化される。また、第1電荷蓄積部に蓄積された電荷量が第1距離画像データ及び部位判別画像データの演算用の情報として用いられるので、距離画像データ及び部位判別画像データの演算用にそれぞれ電荷を蓄積する場合に比べて、第1距離画像データ及び部位判別画像データの取得に要する時間が短縮される。
In the image sensor disclosed in the present specification, the imaging device has a first charge accumulation unit that accumulates a charge amount corresponding to the first reflected light in the first time, and a charge corresponding to the first reflected light in the second time. a second charge accumulation portion that accumulates the amount, that have at least a third charge storage section for storing a quantity of electric charge corresponding to the second reflected light in the third hour. Further, the arithmetic device calculates the first distance image data based on the charge amount accumulated in the first charge accumulation unit and the charge amount accumulated in the second charge accumulation unit, and is accumulated in the first charge accumulation unit. The region determination image data is calculated based on the obtained charge amount and the charge amount stored in the third charge storage unit. The first time and the second time are different. The first time and the third time may be the same time or different. The second time and the third time may be the same time or different.
Here, “time” refers to a period from a certain start time to another end time. “Time is different” means that at least one of the start time and the end time is different. “Same time” means that both the start time and the end time coincide. In addition, the “time” here includes not only continuous items but also intermittent items.
In the image sensor, the charge amount accumulated in the first charge accumulation unit of the imaging device is used as information for calculating the first distance image data, and also as information for calculating the part determination image data. Used. For this reason, the first charge storage unit of the imaging device is used for acquiring the first distance image data and also for acquiring the part determination image data. By sharing the first charge storage unit of the imaging device, the image sensor and the light receiving device for the image sensor are simplified. In addition, since the charge amount stored in the first charge storage unit is used as information for calculating the first distance image data and the part determination image data, charges are stored for the calculation of the distance image data and the part determination image data, respectively. Compared to the case, the time required for obtaining the first distance image data and the part determination image data is shortened.
本明細書で開示される画像センサでは、撮像装置が、第4時間における第2反射光に応じた電荷量を蓄積する第4電荷蓄積部をさらに有しているのが好ましい。この場合、演算装置は、第3電荷蓄積部に蓄積された電荷量と第4電荷蓄積部に蓄積された電荷量に基づいて第2距離画像データを演算することを特徴とする。第3時間と第4時間は異なる。第1時間と第4時間は、同一時間でもよいし、異なっていてもよい。第2時間と第4時間も、同一時間でもよいし、異なっていてもよい。
上記画像センサでは、第1波長光を用いて第1距離画像データを取得するとともに、第2波長光を用いても第2距離画像データを取得する。例えば、第1波長光を用いて得られた第1距離画像データと第2波長光を用いて得られた第2距離画像データのいずれか一方を状況に応じて選択することにより、より正確な距離画像データを得ることが可能になる。あるいは、第1波長光を用いて得られた第1距離画像データと第2波長光を用いて得られた第2距離画像データを合成させることにより、より高精度な距離画像データを取得することが可能になる。
In the image sensor disclosed in this specification, it is preferable that the imaging device further includes a fourth charge accumulation unit that accumulates a charge amount according to the second reflected light in the fourth time. In this case, the calculation device calculates the second distance image data based on the charge amount accumulated in the third charge accumulation unit and the charge amount accumulated in the fourth charge accumulation unit. The third time and the fourth time are different. The first time and the fourth time may be the same time or different. The second time and the fourth time may be the same time or different.
In the image sensor, the first distance image data is acquired using the first wavelength light, and the second distance image data is also acquired using the second wavelength light. For example, by selecting one of the first distance image data obtained using the first wavelength light and the second distance image data obtained using the second wavelength light according to the situation, more accurate Distance image data can be obtained. Alternatively, more accurate distance image data can be obtained by synthesizing the first distance image data obtained using the first wavelength light and the second distance image data obtained using the second wavelength light. Is possible.
第1波長光の第1距離画像データと第2波長光の第2距離画像データの双方を取得する場合、第1距離画像データと第2距離画像データは、一方が近距離に存在する対象物の距離画像に用いられ、他方が遠距離に存在する対象物の距離画像に用いられるのが好ましい。
照射光と反射光の時間差及び位相差は、対象物までの距離に応じて変動する。対象物までの距離が短い場合(近距離の場合)は、照射光と反射光の時間差及び位相差が小さい。一方、対象物までの距離が長い場合(遠距離の場合)は、照射光と反射光の時間差及び位相差が大きい。このため、近距離に存在する対象物の距離画像データを取得するためには、その時間差及び位相差に応じた電荷の蓄積タイミングが望ましく、遠距離に存在する対象物の距離画像データを取得するためには、その時間差及び位相差に応じた電荷の蓄積タイミングが望ましい。
上記の画像センサでは、対象物までの距離に応じて、演算に用いるデータを使い分けることにより、高精度で正確な距離画像データを取得することが可能になる。
When obtaining both the first distance image data of the first wavelength light and the second distance image data of the second wavelength light, one of the first distance image data and the second distance image data is present at a short distance. It is preferable that the other is used for a distance image of an object and the other is used for a distance image of an object existing at a long distance.
The time difference and phase difference between the irradiated light and the reflected light vary depending on the distance to the object. When the distance to the object is short (in the case of a short distance), the time difference and the phase difference between the irradiation light and the reflected light are small. On the other hand, when the distance to the object is long (in the case of a long distance), the time difference and the phase difference between the irradiation light and the reflected light are large. For this reason, in order to acquire the distance image data of the object existing at a short distance, the charge accumulation timing corresponding to the time difference and the phase difference is desirable, and the distance image data of the object existing at a long distance is acquired. For this purpose, charge accumulation timing according to the time difference and phase difference is desirable.
In the above-described image sensor, it is possible to acquire highly accurate and accurate distance image data by properly using data used for calculation according to the distance to the object.
本明細書で開示される画像センサでは、撮像装置が、第1波長を選択的に透過させる光学フィルタを介して反射光を受光するとともにその反射光を電荷に変換する第1受光素子と、第2波長を選択的に透過させる光学フィルタを介して反射光を受光するとともにその反射光を電荷に変換する第2受光素子を有しているのが好ましい。第1電荷蓄積部と第2電荷蓄積部は、第1受光素子で変換された電荷を蓄積する。第3電荷蓄積部は、第2受光素子で変換された電荷を蓄積する。
本願明細書で開示される画像センサでは、異なる波長の第1波長光と第2波長光を利用する。このため、選択透過用の光学フィルタを用いない場合、受光素子で受光される2つの第1波長光と第2波長光が干渉しないようにするために、第1波長光を照射するタイミングと第2波長光を照射するタイミングを大きくずらす必要がある。
これに対し、光学フィルタを用いると、第1波長光を照射するタイミングと第2波長光を照射するタイミングをずらす必要がない。この結果、上記画像センサでは、より短時間で画像データを取得することが可能になる。
In the image sensor disclosed in this specification, the imaging device receives a reflected light through an optical filter that selectively transmits a first wavelength, and converts the reflected light into an electric charge. It is preferable to have a second light receiving element that receives reflected light through an optical filter that selectively transmits two wavelengths and converts the reflected light into electric charges. The first charge storage unit and the second charge storage unit store the charges converted by the first light receiving element. The third charge storage unit stores the charge converted by the second light receiving element.
The image sensor disclosed in the present specification uses first wavelength light and second wavelength light having different wavelengths. For this reason, when the optical filter for selective transmission is not used, in order to prevent the two first wavelength lights received by the light receiving element and the second wavelength light from interfering with each other, the timing of irradiation with the first wavelength light and the first It is necessary to greatly shift the timing of irradiating the two-wavelength light.
On the other hand, when the optical filter is used, it is not necessary to shift the timing of irradiating the first wavelength light and the timing of irradiating the second wavelength light. As a result, the image sensor can acquire image data in a shorter time.
本明細書で開示される技術によると、簡素化された受光装置を用いて距離画像データと部位判別画像データの双方を取得することが可能になる。この結果、距離画像データと部位判別画像データの双方を用いて、より有益な画像を合成することが可能になる。 According to the technique disclosed in this specification, it is possible to acquire both distance image data and part determination image data using a simplified light receiving device. As a result, a more useful image can be synthesized using both the distance image data and the part determination image data.
まず、本明細書で開示される技術を整理しておく。
(第1特徴) 照射装置は、第1光源と第2光源を有する。第1光源は、第1波長の第1波長光を照射する。第2光源は、第1波長とは異なる第2波長の第2波長光を照射する。
(第2特徴) 第1光源は、パルス変調された第1波長光を照射する。第2光源は、パルス変調された第2波長光を照射する。
(第3特徴) 撮像装置は、アレイ状に配置された複数の受光部を有する。受光部は、受光素子と、電荷蓄積部と、受光素子と電荷蓄積部を接続するスイッチング素子を有する。
(第4特徴) 受光素子と電荷蓄積部の間のスイッチング素子は、第1波長光又は第2波長光が発光するタイミングに連動して制御される。
(第5特徴) 受光素子と電荷蓄積部の間のスイッチング素子は、第1波長光又は第2波長光が発光するタイミングに同期して、パルス変調されたゲート信号によって制御される。
First, the techniques disclosed in this specification will be organized.
(First Feature) The irradiation device has a first light source and a second light source. The first light source emits first wavelength light having a first wavelength. The second light source emits second wavelength light having a second wavelength different from the first wavelength.
(Second Feature) The first light source emits pulse-modulated first wavelength light. The second light source emits pulse-modulated second wavelength light.
(Third Feature) The imaging device has a plurality of light receiving units arranged in an array. The light receiving unit includes a light receiving element, a charge storage unit, and a switching element that connects the light receiving element and the charge storage unit.
(Fourth Feature) The switching element between the light receiving element and the charge storage unit is controlled in conjunction with the timing at which the first wavelength light or the second wavelength light is emitted.
(Fifth Feature) The switching element between the light receiving element and the charge storage unit is controlled by a pulse-modulated gate signal in synchronization with the timing at which the first wavelength light or the second wavelength light is emitted.
以下、図面を参照して車載用の画像センサに関して説明する。特に、以下の実施例で説明する画像センサは、車両の運転手の頭部に係る画像データを取得するために用いられる。図1に示すように、画像センサ100は、照射装置20と、受光装置80と、照射装置20と受光装置80を制御する制御装置30を備えている。照射装置20と受光装置80と制御装置30は、それぞれ別個の装置として構成されていてもよく、一体化されたモジュールとして構成されていてもよい。
Hereinafter, an in-vehicle image sensor will be described with reference to the drawings. In particular, the image sensor described in the following embodiments is used to acquire image data relating to the head of the driver of the vehicle. As shown in FIG. 1, the
照射装置20は、第1波長域の第1波長光を測定対象物の表面に向けて照射する第1光源22と、第2波長域の第2波長光を測定対象物の表面に向けて照射する第2光源24を備えている。第1光源22と第2光源24は、例えばLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)を備えている。第1光源22及び第2光源24は、800〜1100nmの近赤外領域の光を照射するのが望ましい。本実施例では、第1光源22が870nmの第1波長光を照射し、第2光源24が970nmの第2波長光を照射する。
The
受光装置80は、撮像装置40と、記憶装置50と、演算装置60と、データベース70を備えている。撮像装置40は、測定対象物で反射した第1波長光の第1反射光に応じた電荷量を蓄積するとともに、測定対象物で反射した第2波長光の第2反射光に応じた電荷量を蓄積する。記憶装置50は、撮像装置40に蓄積された電荷量に応じた電圧値を記憶する。演算装置60は、記憶装置50及びデータベース70に記憶されているデータを用いて、距離画像データ及び部位判別画像データを演算する。データベース70は、特定部位における第1波長光の反射特性及び特定部位における第2波長光の反射特性を記憶している。
The
図2に、撮像装置40の構成を概略して示す。撮像装置40は、2次元状(アレイ状)に配置されている複数の受光部42を備えている。受光部42は、画素毎に設けられている。受光部42はそれぞれ、光を電荷に変換する受光素子(光電変換素子)と、受光素子で変換された電荷を蓄積する電荷蓄積部を備えている。受光素子には、典型的にはフォトダイオードが用いられる。電荷蓄積部には、典型的にはコンデンサが用いられる。
FIG. 2 schematically shows the configuration of the
図3に、受光部42の一例を示す。受光部42は、4つの受光素子44a,44b,44c,44dと、4つの電荷蓄積部46a,46b,46c,46dを備えている。第1受光素子44aは第1電荷蓄積部46aに接続されており、第1受光素子44aで変換された電荷が第1電荷蓄積部46aに蓄積される。第2受光素子44bは第2電荷蓄積部46bに接続されており、第2受光素子44bで変換された電荷が第2電荷蓄積部46bに蓄積される。第3受光素子44cは第3電荷蓄積部46cに接続されており、第3受光素子44cで変換された電荷が第3電荷蓄積部46cに蓄積される。第4受光素子44dは第4電荷蓄積部46dに接続されており、第4受光素子44dで変換された電荷が第4電荷蓄積部46dに蓄積される。
FIG. 3 shows an example of the
記憶装置50は、受光部42の電荷蓄積部46a,46b,46c,46dに蓄積された電荷量を電圧に変換する電圧変換回路と、変換された電圧値を記憶する記憶回路を備えている。記憶装置50の記憶回路は複数のメモリを有しており、各受光部42の電荷蓄積部46a,46b,46c,46dのそれぞれの電荷量に対応した電圧値を記憶する。
The
演算装置60は、記憶装置50に記憶された電圧値に基づいて、距離画像データを演算する。演算装置60はさらに、記憶装置50に記憶された電圧値とデータベース70に記憶された反射特性に基づいて、部位判別画像データも演算する。
The
データベース70には、光の反射特性に係るデータが記憶されている。本実施例の画像センサ100は車載用であり、測定対象物が運転手の頭部である。このため、データベース70には、頭部の各部位における光の反射特性に係るデータが記憶されている。図4に、データベース70に記憶されているデータの一例を示す。図4は、肌の分光反射率及び髪の分光反射率を示す。なお、この肌の分光反射率及び髪の分光反射率を用いて部位判別画像データを演算する手法に関しては後述する。
The
次に、本実施例の画像センサ100による距離画像データ及び部位判別画像データを取得するための方法の一例について説明する。図5及び6を参照して、距離画像データを取得するための方法の一例を説明する。図5及び6に示す例は、照射装置20から照射された照射光と測定対象物で反射した反射光の時間差から測定対象物までの距離を換算することによって、距離画像データを取得する例である。
Next, an example of a method for acquiring the distance image data and the part determination image data by the
図5に示すように、第1光源22と第2光源24は、交互に発光を繰返し、第1波長光(870nm)と第2波長光(970nm)を交互に測定対象物に向けて照射する。制御装置30は、第1光源22を制御してパルス変調された第1波長光(870nm)を測定対象物に向けて照射させるとともに、第2光源24を制御してパルス変調された第2波長光(970nm)を測定対象物に向けて照射させる。図5に示すように、第1光源22がオンしているときは第2光源24がオフしており、第2光源24がオンしているときは第1光源22がオフしている。また、第1光源22と第2光源24が同時にオフする期間も設けられている。この例では、第1光源22の第1波長光(870nm)と第2光源24の第2波長光(970nm)は、いずれも同一のパルス周期である。なお、利用されるパルス変調の種類は特に限定されないが、本実施例ではパルス幅変調(Pulse Width Modulation:PWM)を利用する。
As shown in FIG. 5, the first light source 22 and the second
制御装置30は、撮像装置40に接続されており、第1光源22及び第2光源24が発光するタイミングに連動(同期)して、撮像装置40のうちのどの電荷蓄積部に電荷を蓄積させるかも制御する。具体的には、図3に示す受光部42の場合、受光素子44a,44b,44c,44dと電荷蓄積部46a,46b,46c,46dの間のそれぞれにスイッチング素子(典型的には電界効果型トランジスタ)が接続されており、制御装置30は、第1光源22及び第2光源24が発光するタイミングに連動して、それらのスイッチング素子をオン・オフするタイミングを制御する。したがって、制御装置30は、パルス変調されたゲート信号を利用して、受光素子44a,44b,44c,44dと電荷蓄積部46a,46b,46c,46dの間のスイッチング素子のオン・オフを制御する。図5に示すように、制御装置30は、第1光源22及び第2光源24の発光するタイミングに一致してスイッチング素子をオンさせる蓄積タイミング1(位相0°)と、第1光源22及び第2光源24が発光するタイミングから位相が180°ずれてスイッチング素子をオンさせる蓄積タイミング2(位相180°)の2種類が存在する。図5に示すように、蓄積タイミング1と蓄積タイミング2によるスイッチング素子のオン・オフが所定期間に亘って繰返される。
The
図3に示す電荷蓄積部46a,46b,46c,46dの場合を例に具体的に説明する。図5に示されている時間(1)では、図3の第1受光素子44aと第1電荷蓄積部46aの間のスイッチング素子がオンとなり、第1受光素子44aで変換された電荷が第1電荷蓄積部46aに蓄積される。図5に示されている時間(2)では、図3の第2受光素子44bと第2電荷蓄積部46bの間のスイッチング素子がオンとなり、第2受光素子44bで変換された電荷が第2電荷蓄積部46bに蓄積される。図5に示されている時間(3)では、図3の第3受光素子44cと第3電荷蓄積部46cの間のスイッチング素子がオンとなり、第3受光素子44cで変換された電荷が第3電荷蓄積部46cに蓄積される。図5に示されている時間(4)では、図3の第4受光素子44dと第4電荷蓄積部46dの間のスイッチング素子がオンとなり、第4受光素子44dで変換された電荷が第4電荷蓄積部46dに蓄積される。
The case of the
図5に示すように、第1光源22及び第2光源24が所定期間に亘って発光を繰返しており、4つの電荷蓄積部46a,46b,46c,46dにはその所定期間に亘って変換された電荷が累積して蓄積される。
As shown in FIG. 5, the first light source 22 and the second
図6に、時間差を利用して距離画像データを取得する演算方法を示す。発光期間がWである照射光が測定対象物に照射されると、その測定対象物で反射した反射光は時間差τだけ遅れて受光素子で受光される。蓄積タイミング1で反射光を受光した受光素子には、その反射光に応じた電荷量E1が生成され、その蓄積タイミング1において接続されている電荷蓄積部に電荷量E1が蓄積される。蓄積タイミング2で反射光を受光した受光素子には、その反射光に応じた電荷量E2が生成され、その蓄積タイミング2において接続されている電荷蓄積部に電荷量E2が蓄積される。時間差τは、以下の式で求められる。なお、dは測定対象物までの距離であり、cは光速である。
FIG. 6 shows a calculation method for acquiring distance image data using a time difference. When the measurement object is irradiated with irradiation light whose light emission period is W, the reflected light reflected by the measurement object is received by the light receiving element with a time difference τ. A light amount E1 corresponding to the reflected light is generated in the light receiving element that has received the reflected light at the
即ち、第1電荷蓄積部46aに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図5の時間(1)に対応する)と第2電荷蓄積部46bに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図5の時間(2)に対応する)に基づいて、距離画像データを演算することができる。この距離画像データは、第1波長光(870nm)に基づいて取得される距離画像データである。同様に、第3電荷蓄積部46cに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図5の時間(3)に対応する)と第4電荷蓄積部46dに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図5の時間(4)に対応する)に基づいて、距離画像データを演算することができる。この距離画像データは、第2波長光(970nm)に基づいて取得される距離画像データである。
That is, the voltage value (corresponding to time (1) in FIG. 5) stored in the
第1波長光に基づく距離画像データと第2波長光に基づく距離画像データは、例えば、それらの平均値を真の距離画像データとして用いてもよい。あるいは、必要に応じて、第1波長光に基づく距離画像データと第2波長光に基づく距離画像データのいずれか一方を用いてもよい。 For the distance image data based on the first wavelength light and the distance image data based on the second wavelength light, for example, an average value thereof may be used as the true distance image data. Alternatively, one of distance image data based on the first wavelength light and distance image data based on the second wavelength light may be used as necessary.
図7及び8を参照して、距離画像データを取得するための方法の他の一例を説明する。図7及び8に示す例は、光源から照射された照射光と測定対象物で反射した反射光の位相差から測定対象物までの距離を換算することによって、距離画像データを取得する例である。 With reference to FIGS. 7 and 8, another example of a method for acquiring distance image data will be described. The examples shown in FIGS. 7 and 8 are examples in which distance image data is acquired by converting the distance to the measurement object from the phase difference between the irradiation light emitted from the light source and the reflected light reflected by the measurement object. .
図7に示すように、この例では、第1光源22と第2光源24が発光するタイミングに連動(同期)して、撮像装置40のスイッチング素子をオンさせるタイミングが4種類であることを特徴としている。図7に示すように、制御装置30は、第1光源22及び第2光源24のオンするタイミングに一致してスイッチング素子をオンさせる蓄積タイミング1(位相0°)と、第1光源22及び第2光源24が発光するタイミングから位相が180°ずれてスイッチング素子をオンさせる蓄積タイミング2(位相180°)と、第1光源22及び第2光源24が発光するタイミングから位相が90°ずれてスイッチング素子をオンさせるタイミング3(位相90°)と、第1光源22及び第2光源24が発光するタイミングから位相が270°ずれてスイッチング素子をオンさせるタイミング4(位相270°)の4種類が存在する。図7に示すように、蓄積タイミング1と蓄積タイミング2によるスイッチング素子のオン・オフが所定期間(T1)に亘って繰返された後に、蓄積タイミング3と蓄積タイミング4によるスイッチング素子のオン・オフが所定期間(T2)に亘って繰返される。
As shown in FIG. 7, in this example, there are four types of timings at which the switching elements of the
図3に示す電荷蓄積部46a,46b,46c,46dの場合を例に説明する。まず、所定期間(T1)の場合、図7に示されている時間(1)では、図3の第1受光素子44aと第1電荷蓄積部46aの間のスイッチング素子がオンとなり、第1受光素子44aで変換された電荷が第1電荷蓄積部46aに蓄積される。図7に示されている時間(2)では、図3の第2受光素子44bと第2電荷蓄積部46bの間のスイッチング素子がオンとなり、第2受光素子44bで変換された電荷が第2電荷蓄積部46bに蓄積される。図7に示されている時間(3)では、図3の第3受光素子44cと第3電荷蓄積部46cの間のスイッチング素子がオンとなり、第3受光素子44cで変換された電荷が第3電荷蓄積部46cに蓄積される。図7に示されている時間(4)では、図3の第4受光素子44dと第4電荷蓄積部46dの間のスイッチング素子がオンとなり、第4受光素子44dで変換された電荷が第4電荷蓄積部46dに蓄積される。4つの電荷蓄積部46a,46b,46c,46dには、所定期間(T1)に亘って変換された電荷が累積的に蓄積される。所定期間(T1)が終了すると、電荷蓄積部46a,46b,46c,46dに累積的に蓄積された電荷量は、記憶装置50において電圧値に変換され記憶される。さらに、所定期間(T1)が終了すると、電荷蓄積部46a,46b,46c,46dに蓄積された電荷は消去される。
The case of the
次に、所定期間(T2)に移行すると、図7に示されている時間(5)では、図3の第1受光素子44aと第1電荷蓄積部46aの間のスイッチング素子がオンとなり、第1受光素子44aで変換された電荷が第1電荷蓄積部46aに蓄積される。図7に示されている時間(6)では、図3の第2受光素子44bと第2電荷蓄積部46bの間のスイッチング素子がオンとなり、第2受光素子44bで変換された電荷が第2電荷蓄積部46bに蓄積される。図7に示されている時間(7)では、図3の第3受光素子44cと第3電荷蓄積部46cの間のスイッチング素子がオンとなり、第3受光素子44cで変換された電荷が第3電荷蓄積部46cに蓄積される。図7に示されている時間(8)では、図3の第4受光素子44dと第4電荷蓄積部46dの間のスイッチング素子がオンとなり、第4受光素子44dで変換された電荷が第4電荷蓄積部46dに蓄積される。4つの電荷蓄積部46a,46b,46c,46dには、所定期間(T2)に亘って変換された電荷が累積的に蓄積される。所定期間(T2)が終了すると、電荷蓄積部46a,46b,46c,46dに累積的に蓄積された電荷量は、記憶装置50において電圧値に変換され記憶される。さらに、所定期間(T2)が終了すると、電荷蓄積部46a,46b,46c,46dに蓄積された電荷は消去される。
Next, when the period shifts to the predetermined period (T2), at the time (5) shown in FIG. 7, the switching element between the first
図8に、位相差を利用して距離画像データを取得する演算方法を示す。発光期間がWである照射光が測定対象物に照射されると、その測定対象物で反射した反射光は位相差φだけ遅れて受光素子で受光される。蓄積タイミング1で反射光を受光した受光素子には、その反射光に応じた電荷量E1が生成され、その蓄積タイミング1において接続されている電荷蓄積部に電荷量E1が蓄積される。蓄積タイミング3で反射光を受光した受光素子には、その反射光に応じた電荷量E2が生成され、その蓄積タイミング3において接続されている電荷蓄積部に電荷量E2が蓄積される。蓄積タイミング2で反射光を受光した受光素子には、その反射光に応じた電荷量E3が生成され、その蓄積タイミング2において接続されている電荷蓄積部に電荷量E3が蓄積される。蓄積タイミング4で反射光を受光した受光素子には、その反射光に応じた電荷量E4が生成され、その蓄積タイミング4において接続されている電荷蓄積部に電荷量E4が蓄積される。位相差φは、以下の式で求められる。なお、dは測定対象物までの距離であり、cは光速であり、fは繰返し周波数である。
FIG. 8 shows a calculation method for acquiring distance image data using a phase difference. When irradiation light whose light emission period is W is irradiated onto the measurement object, the reflected light reflected by the measurement object is received by the light receiving element with a delay of the phase difference φ. A light amount E1 corresponding to the reflected light is generated in the light receiving element that has received the reflected light at the
即ち、所定期間(T1)において第1電荷蓄積部46aに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図7の時間(1)に対応する)と第2電荷蓄積部46bに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図7の時間(2)に対応する)と、所定期間(T2)において第1電荷蓄積部46aに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図7の時間(5)に対応する)と第2電荷蓄積部46bに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図7の時間(6)に対応する)に基づいて、距離画像データを演算することができる。この距離画像データは、第1波長光(870nm)に基づいて取得される距離画像データである。同様に、所定期間(T1)において第3電荷蓄積部46cに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図7の時間(3)に対応する)と第4電荷蓄積部46dに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図7の時間(4)に対応する)と、所定期間(T2)において第3電荷蓄積部46cに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図7の時間(7)に対応する)と第4電荷蓄積部46dに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図7の時間(8)に対応する)に基づいて、距離画像データを演算することができる。この距離画像データは、第2波長光(970nm)に基づいて取得される距離画像データである。
That is, the voltage value (corresponding to time (1) in FIG. 7) and the second charge stored in the
第1波長光に基づく距離画像データと第2波長光に基づく距離画像データは、例えば、それらの平均値を真の距離画像データとして用いてもよい。あるいは、必要に応じて、第1波長光に基づく距離画像データと第2波長光に基づく距離画像データのいずれか一方を用いてもよい。 For the distance image data based on the first wavelength light and the distance image data based on the second wavelength light, for example, an average value thereof may be used as the true distance image data. Alternatively, one of distance image data based on the first wavelength light and distance image data based on the second wavelength light may be used as necessary.
次に、図4を参照して、部位判別画像データを取得するための方法の一例を説明する。前記したように、データベース70には、肌の分光反射率及び髪の分光反射率に係るデータが記憶されている。図4に示すように、肌の分光反射率及び髪の分光反射率に関し、波長870nmと970nmの分光反射率を比較すると、以下の関係が存在する。
Next, an example of a method for acquiring the part determination image data will be described with reference to FIG. As described above, the
・肌:870nmにおける反射率>970nmにおける反射率
・髪:870nmにおける反射率<970nmにおける反射率
-Skin: reflectance at 870 nm> reflectance at 970 nm-Hair: reflectance at 870 nm <reflectance at 970 nm
例えば、図5に示す蓄積タイミングで撮像装置40のスイッチング素子を動作させた場合、第1電荷蓄積部46aに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図5の時間(1)に対応しており、第1波長光870nmの反射率を反映する)と第3電荷蓄積部46cに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図5の時間(3)に対応しており、第2波長光970nmの反射率を反映する)に基づいて、部位判別画像データを演算することができる。必要に応じて、第2電荷蓄積部46bに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図5の時間(2)に対応しており、第1波長光870nmの反射率を反映する)と第4電荷蓄積部46dに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図5の時間(4)に対応しており、第2波長光970nmの反射率を反映する)に基づいて、部位判別画像データを演算することもできる。
For example, when the switching element of the
あるいは、図7に示す蓄積タイミングで撮像装置40のスイッチング素子を動作させた場合、所定期間(T1)において第1電荷蓄積部46aに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図7の時間(1)に対応しており、第1波長光870nmの反射率を反映する)と第3電荷蓄積部46cに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図7の時間(3)に対応しており、第2波長光970nmの反射率を反映する)に基づいて、部位判別画像データを演算することができる。必要に応じて、時間(2)と(4)、時間(5)と(7)、及び/又は時間(6)と(8)に対応して記憶されている電圧値に基づいて、部位判別画像データを演算することもできる。
Alternatively, when the switching element of the
このように、運転手の頭部領域を測定対象物として抽出し、画素毎の値を870nmと970nmの各々の波長において比較することで、頭部領域の肌、髪を判別することが可能となる。 Thus, it is possible to discriminate the skin and hair of the head region by extracting the driver's head region as a measurement object and comparing the values for each pixel at each wavelength of 870 nm and 970 nm. Become.
なお、本実施例では、第1波長光に870nmを利用し、第2波長光に970nmを利用しているが、他の波長域の光を利用してもよい。好ましくは、以下の条件を満たすのが望ましい。 In this embodiment, 870 nm is used for the first wavelength light and 970 nm is used for the second wavelength light. However, light in other wavelength ranges may be used. Preferably, the following conditions are satisfied.
第1に、近赤外領域の光を用いるのが望ましい。この理由は、運転手が運転中に使用する場合には、運転手の気を散らさないために不可視光で運転手の顔を照明することになるが、紫外領域の光を用いると眼に害を与えるおそれがあり望ましくないからである。 First, it is desirable to use light in the near infrared region. The reason for this is that when the driver uses it while driving, the driver's face is illuminated with invisible light so as not to distract the driver. This is because it is not desirable.
第2に、1100nm以下の波長域の光を用いるのが望ましい。この理由は、コスト、信頼性、及び応答性の点で優れているシリコン半導体で構成された受光素子は、1100nm以下の波長に対して高い感度を有するからである。 Second, it is desirable to use light having a wavelength range of 1100 nm or less. This is because the light receiving element formed of a silicon semiconductor that is excellent in cost, reliability, and responsiveness has high sensitivity to a wavelength of 1100 nm or less.
第3に、2つの波長域における反射率が、肌、髪等の各々で異なることが望ましい。また、可視領域近傍の波長の光を照射する照射装置を用いると、光が可視領域に漏れる可能性があること、受光素子の感度が1100nm以上では殆ど無いことも考慮する必要がある。 Third, it is desirable that the reflectances in the two wavelength regions are different for each of skin, hair, and the like. In addition, it is necessary to consider that when an irradiation apparatus that emits light having a wavelength in the vicinity of the visible region is used, light may leak into the visible region, and that the sensitivity of the light receiving element is hardly present at 1100 nm or more.
上記で説明したように、本実施例の画像センサ100は、共有させた照射装置20及び撮像装置40を利用して、距離画像データと部位判別画像データを取得することができる。また、図5に示す蓄積タイミングの場合、第1電荷蓄積部46aに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図5の時間(1)に対応する)が、距離画像データと部位判別画像データの双方の演算に用いられる。また、図7に示す蓄積タイミングの場合、所定期間(T1)において第1電荷蓄積部46aに蓄積されている電荷量に基づいて記憶装置50に記憶されている電圧値(図7の時間(1)に対応する)が、距離画像データと部位判別画像データの双方の演算に用いられる。このため、第1電荷蓄積部46aが、距離画像データを取得するために活用されるとともに、部位判別画像データを取得するためにも活用される。撮像装置40の第1電荷蓄積部46aを共有させることによって、画像センサ100が簡素化される。さらに、第1電荷蓄積部46aに蓄積された電荷量が、距離画像データ及び部位判別画像データの演算用の情報として用いられるので、距離画像データ及び部位判別画像データの演算用にそれぞれ電荷を蓄積させる場合に比べて、距離画像データ及び部位判別画像データの取得に要する時間が短縮される。
As described above, the
図9に、撮像装置40に設けられた受光部42の他の一例を示す。図9に示す受光部42は、1つの受光素子44と、4つの電荷蓄積部46a,46b,46c,46dを備えている。4つの電荷蓄積部46a,46b,46c,46dのそれぞれは、受光素子44に接続されている。4つの電荷蓄積部46a,46b,46c,46dと受光素子44の間には、スイッチング素子がそれぞれ設けられている。図3に示す受光部42と比較すると、受光素子の数が大幅に削減されているので、より簡素化された圧力センサを具現化することができる。
FIG. 9 shows another example of the
図10に、第1光源22と第2光源24を発光させるパルス周期を変えた他の一例を示す。この変形例は、図7に示す位相差φに基づく距離画像データの取得例の変形例である。なお、以下の技術は、図5に示す時間差τに基づく距離画像データの取得例にも適用することができる。
FIG. 10 shows another example in which the pulse cycle for causing the first light source 22 and the second
図10に示すように、第2光源24は、第1光源22よりもパルス周期が2倍に変調されて制御されている。これに連動して、所定期間(T1)における第3電荷蓄積部46c及び第4電荷蓄積部46dに電荷を蓄積させる時間(3)及び(4)の周期も2倍に調整されている。同様に、所定期間(T2)における第3電荷蓄積部46c及び第4電荷蓄積部46dに電荷を蓄積させる時間(7)及び(8)の周期も2倍に調整されている。
As shown in FIG. 10, the second
この例では、第1波長光(870nm)に基づく距離画像データ(時間(1)と(2)と(5)と(6)に対応して記憶されている電圧値に基づいて得られる)は、近距離に存在する測定対象物の距離画像に用いられる。一方、第2波長光(970nm)に基づく距離画像データ(時間(3)と(4)と(7)と(8)に対応して記憶されている電圧値に基づいて得られる)は、遠距離に存在する測定対象物の距離画像に用いられる。即ち、パルス周期が短く変調された第1波長光(870nm)は近距離に存在する測定対象物の距離画像を取得するために利用され、パルス周期が長く変調された第2波長光(970nm)は遠距離に存在する測定対象物の距離画像を取得するために利用される。 In this example, the distance image data based on the first wavelength light (870 nm) (obtained based on the voltage values stored corresponding to the times (1), (2), (5), and (6)) is obtained. , Used for a distance image of a measurement object existing at a short distance. On the other hand, the distance image data based on the second wavelength light (970 nm) (obtained based on the voltage values stored corresponding to the times (3), (4), (7), and (8)) It is used for a distance image of a measurement object existing at a distance. That is, the first wavelength light (870 nm) modulated with a short pulse period is used to obtain a distance image of a measurement object existing at a short distance, and the second wavelength light (970 nm) modulated with a long pulse period. Is used to acquire a distance image of a measurement object existing at a long distance.
照射光と反射光の時間差及び位相差は、測定対象物までの距離に応じて変動する。測定対象物までの距離が短い場合(近距離の場合)は、照射光と反射光の時間差及び位相差が小さい。一方、測定対象物までの距離が長い場合(遠距離の場合)は、照射光と反射光の時間差及び位相差が大きい。このため、例えば、図10に示す第1波長光(870nm)を利用して遠距離に存在する測定対象物の距離画像データを取得しようとすると、反射光を受光できないことがあり、反射光の電荷を蓄積できない事態が生じ得る。また、図10に示す第2波長光(970nm)を利用して近距離に存在する測定対象物の距離画像データを取得しようとすると、各位相における電荷量の差が小さくなり、精度の良い距離画像データを取得できない事態が生じ得る。したがって、パルス周期が短く変調された第1波長光(870nm)は近距離に存在する測定対象物の距離画像を取得するために利用するのが望ましく、パルス周期が長く変調された第2波長光(970nm)は遠距離に存在する測定対象物の距離画像を取得するために利用されるのが望ましい。このように、測定対象物までの距離に応じて、演算に用いるデータを使い分けることにより、高精度で正確な距離画像データを取得することが可能になる。 The time difference and the phase difference between the irradiation light and the reflected light vary according to the distance to the measurement object. When the distance to the measurement object is short (in the case of a short distance), the time difference and phase difference between the irradiation light and the reflected light are small. On the other hand, when the distance to the measurement object is long (in the case of a long distance), the time difference and the phase difference between the irradiation light and the reflected light are large. For this reason, for example, if it is attempted to acquire the distance image data of the measurement object existing at a long distance using the first wavelength light (870 nm) shown in FIG. 10, the reflected light may not be received. There may be situations where charge cannot be stored. Further, when it is attempted to acquire distance image data of a measurement object existing at a short distance using the second wavelength light (970 nm) shown in FIG. 10, the difference in the amount of charge in each phase becomes small, and the accurate distance. There may be a situation where image data cannot be acquired. Therefore, it is desirable to use the first wavelength light (870 nm) modulated with a short pulse period in order to obtain a distance image of the measurement object existing at a short distance, and the second wavelength light modulated with a long pulse period. (970 nm) is preferably used for acquiring a distance image of a measurement object existing at a long distance. As described above, it is possible to acquire accurate and accurate distance image data by properly using the data used for the calculation according to the distance to the measurement object.
図11に、撮像装置40に設けられた受光部42の他の一例を示す。図11に示す受光部42は、2つの受光素子44A,44Bと、4つの電荷蓄積部46a,46b,46c,46dを備えている。第1電荷蓄積部46aと第2電荷蓄積部46bはそれぞれ、第1受光素子44Aに接続されている。第3電荷蓄積部46cと第4電荷蓄積部46dはそれぞれ、第2受光素子44Bに接続されている。第1電荷蓄積部46aと第1受光素子44A、及び第2電荷蓄積部46bと第1受光素子44Aの間には、スイッチング素子がそれぞれ設けられている。第3電荷蓄積部46cと第2受光素子44B、及び第4電荷蓄積部46dと第2受光素子44Bの間にも、スイッチング素子がそれぞれ設けられている。
FIG. 11 shows another example of the
受光部42はさらに、2つのバンドパスフィルタ48A,48Bを備えている。第1バンドパスフィルタ48Aは第1受光素子44Aを覆っており、第2バンドパスフィルタ48Bは第2受光素子44Bを覆っている。第1バンドパスフィルタ48Aは第1波長光(870nm)に対して透過選択性を有しており、第2バンドパスフィルタ48Bは第2波長光(970nm)に対して透過選択性を有している。このため、第1受光素子44Aは、第1波長光のみを受光する。第2受光素子44Bは、第2波長光のみを受光する。
The
図12に、図11の受光部42を用いて位相差φに基づく距離画像データを取得する例を示す。なお、以下の技術は、図5に示す時間差τに基づく距離画像データの取得例にも適用することができる。図7の例と比較すると分かるように、第1光源22と第2光源24が同時に発光を繰り返している。所定期間(T1)の場合、図12に示されている時間(1)では、図11の第1受光素子44Aと第1電荷蓄積部46aの間のスイッチング素子がオンとなり、第1受光素子44Aで変換された電荷が第1電荷蓄積部46aに蓄積される。図11に示されている時間(2)では、図11の第1受光素子44Aと第2電荷蓄積部46bの間のスイッチング素子がオンとなり、第1受光素子44Aで変換された電荷が第2電荷蓄積部46bに蓄積される。図12に示されている時間(3)では、図11の第2受光素子44Bと第3電荷蓄積部46cの間のスイッチング素子がオンとなり、第2受光素子44Bで変換された電荷が第3電荷蓄積部46cに蓄積される。図12に示されている時間(4)では、図11の第2受光素子44Bと第4電荷蓄積部46dの間のスイッチング素子がオンとなり、第2受光素子44Bで変換された電荷が第4電荷蓄積部46dに蓄積される。4つの電荷蓄積部46a,46b,46c,46dには、所定期間(T1)に亘って変換された電荷が累積的に蓄積される。所定期間(T1)が終了すると、電荷蓄積部46a,46b,46c,46dに累積的に蓄積された電荷量は、記憶装置50において電圧値に変換され記憶される。さらに、所定期間(T1)が終了すると、電荷蓄積部46a,46b,46c,46dに蓄積された電荷は消去される。
FIG. 12 shows an example of acquiring distance image data based on the phase difference φ using the
次に、所定期間(T2)に移行すると、図12に示されている時間(5)では、図11の第1受光素子44Aと第1電荷蓄積部46aの間のスイッチング素子がオンとなり、第1受光素子44Aで変換された電荷が第1電荷蓄積部46aに蓄積される。図12に示されている時間(6)では、図11の第1受光素子44Aと第2電荷蓄積部46bの間のスイッチング素子がオンとなり、第1受光素子44Aで変換された電荷が第2電荷蓄積部46bに蓄積される。図12に示されている時間(7)では、図11の第2受光素子44Bと第3電荷蓄積部46cの間のスイッチング素子がオンとなり、第2受光素子44Bで変換された電荷が第3電荷蓄積部46cに蓄積される。図12に示されている時間(8)では、図11の第2受光素子44Bと第4電荷蓄積部46dの間のスイッチング素子がオンとなり、第2受光素子44Bで変換された電荷が第4電荷蓄積部46dに蓄積される。4つの電荷蓄積部46a,46b,46c,46dには、所定期間(T2)に亘って変換された電荷が累積的に蓄積される。所定期間(T2)が終了すると、電荷蓄積部46a,46b,46c,46dに累積的に蓄積された電荷量は、記憶装置50において電圧値に変換され記憶される。さらに、所定期間(T2)が終了すると、電荷蓄積部46a,46b,46c,46dに蓄積された電荷は消去される。
Next, when the period shifts to the predetermined period (T2), at the time (5) shown in FIG. 12, the switching element between the first
図12に示すように、時間(1)と(3)は同一であり、時間(2)と(4)は同一であり、時間(5)と(7)は同一であり、時間(6)と(8)は同一である。即ち、第1バンドパスフィルタ48A及び第2バンドパスフィルタ48Bを利用することにより、第1受光素子44Aでは第1波長光の反射光のみを電荷に変換する処理を実行することができ、第2受光素子44Bでは第2波長光の反射光のみを電荷に変換する処理を実行することができる。第1受光素子44Aにおける処理と第2受光素子44Bにおける処理を平行して実行することができる。これにより、画像センサ100は、より短時間で画像データを取得することが可能になる。
As shown in FIG. 12, time (1) and (3) are the same, time (2) and (4) are the same, time (5) and (7) are the same, time (6) And (8) are the same. That is, by using the first band-
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
20:照射装置
22:第1光源
24:第2光源
30:制御装置
40:撮像装置
42:受光部
44a,44b,44c,44d:受光素子
46a,46b,46c,46d:電荷蓄積部
48A,48B:バンドパスフィルタ
50:記憶装置
60:演算装置
70:データベース
80:受光装置
20: Irradiation device 22: First light source 24: Second light source 30: Control device 40: Imaging device 42:
Claims (5)
第1波長の第1波長光と、第1波長と異なる第2波長の第2波長光とを対象物に照射する照射装置と、
対象物で反射した第1波長光の第1反射光に応じた電荷量を蓄積するとともに、対象物で反射した第2波長光の第2反射光に応じた電荷量を蓄積する撮像装置と、
前記撮像装置に蓄積された電荷量に基づいて、距離画像データと部位判別画像データを演算する演算装置と、を備えており、
前記撮像装置は、第1時間における第1反射光に応じた電荷量を蓄積する第1電荷蓄積部と、第2時間における第1反射光に応じた電荷量を蓄積する第2電荷蓄積部と、第3時間における第2反射光に応じた電荷量を蓄積する第3電荷蓄積部と、を少なくとも有しており、
前記演算装置は、少なくとも第1波長光が照射装置から対象物で反射して撮像装置に到達するまでの距離に基づいて距離画像データを演算するとともに、対象物における前記第1反射光の反射特性と対象物における前記第2反射光の反射特性に基づいて部位判別画像データを演算し、
前記演算装置は、第1電荷蓄積部に蓄積された電荷量と第2電荷蓄積部に蓄積された電荷量に基づいて第1距離画像データを演算するとともに、第1電荷蓄積部に蓄積された電荷量と第3電荷蓄積部に蓄積された電荷量に基づいて部位判別画像データを演算し、
前記第1時間と前記第2時間が異なることを特徴とする画像センサ。 An image sensor for acquiring distance image data and part determination image data,
An irradiation device that irradiates an object with first wavelength light of a first wavelength and second wavelength light of a second wavelength different from the first wavelength;
An imaging device that accumulates a charge amount according to the first reflected light of the first wavelength light reflected by the object and accumulates a charge amount according to the second reflected light of the second wavelength light reflected by the object;
An arithmetic unit that calculates distance image data and part determination image data based on the amount of charge accumulated in the imaging device,
The imaging apparatus includes a first charge accumulation unit that accumulates a charge amount according to the first reflected light in a first time, and a second charge accumulation unit that accumulates a charge amount according to the first reflected light in a second time. And at least a third charge storage section that stores a charge amount according to the second reflected light in the third time period,
The computing device computes distance image data based on a distance from at least the first wavelength light reflected by the object from the irradiation device to reach the imaging device, and a reflection characteristic of the first reflected light on the object. And part determination image data based on the reflection characteristics of the second reflected light on the object ,
The arithmetic device calculates the first distance image data based on the charge amount accumulated in the first charge accumulation unit and the charge amount accumulated in the second charge accumulation unit, and is accumulated in the first charge accumulation unit. Calculating part discrimination image data based on the charge amount and the charge amount accumulated in the third charge accumulation unit;
The image sensor, wherein the first time and the second time are different .
前記演算装置は、第3電荷蓄積部に蓄積された電荷量と第4電荷蓄積部に蓄積された電荷量に基づいて第2距離画像データを演算し、
前記第3時間と前記第4時間が異なることを特徴とする請求項1に記載の画像センサ。 The imaging apparatus further includes a fourth charge accumulation unit that accumulates a charge amount according to the second reflected light in the fourth time period,
The arithmetic device calculates the second distance image data based on the charge amount accumulated in the third charge accumulation unit and the charge amount accumulated in the fourth charge accumulation unit,
The image sensor according to claim 1 , wherein the third time and the fourth time are different.
第1電荷蓄積部と第2電荷蓄積部は、第1受光素子で変換された電荷を蓄積し、
第3電荷蓄積部は、第2受光素子で変換された電荷を蓄積することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の画像センサ。 The imaging device receives a reflected light through an optical filter that selectively transmits a first wavelength and converts the reflected light into an electric charge, and an optical filter that selectively transmits a second wavelength. A second light receiving element that receives the reflected light via the light and converts the reflected light into an electric charge,
The first charge storage unit and the second charge storage unit store the charge converted by the first light receiving element,
The image sensor according to any one of claims 1 to 3 , wherein the third charge accumulation unit accumulates the charge converted by the second light receiving element.
対象物で反射した第1波長の光の第1反射光に応じた電荷量を蓄積するとともに、対象物で反射した第2波長の光の第2反射光に応じた電荷量を蓄積する撮像装置と、
前記撮像装置に蓄積された電荷量に基づいて、距離画像データと部位判別画像データを演算する演算装置と、を備えており、
前記撮像装置は、第1時間における第1反射光に応じた電荷量を蓄積する第1電荷蓄積部と、第2時間における第1反射光に応じた電荷量を蓄積する第2電荷蓄積部と、第3時間における第2反射光に応じた電荷量を蓄積する第3電荷蓄積部と、を少なくとも有しており、
前記演算装置は、少なくとも第1波長の光が照射装置から対象物で反射して撮像装置に到達するまでの距離に基づいて距離画像データを演算するとともに、対象物における第1反射光の反射特性と対象物における第2反射光の反射特性に基づいて部位判別画像データを演算し、
前記演算装置は、第1電荷蓄積部に蓄積された電荷量と第2電荷蓄積部に蓄積された電荷量に基づいて距離画像データを演算するとともに、第1電荷蓄積部に蓄積された電荷量と第3電荷蓄積部に蓄積された電荷量に基づいて部位判別画像データを演算し、
前記第1時間と前記第2時間が異なることを特徴とする受光装置。
A light receiving device used for an image sensor that obtains distance image data and part determination image data using wavelength light of different wavelengths,
An imaging device that accumulates a charge amount according to the first reflected light of the first wavelength light reflected by the object and accumulates a charge amount according to the second reflected light of the second wavelength light reflected by the object When,
An arithmetic unit that calculates distance image data and part determination image data based on the amount of charge accumulated in the imaging device,
The imaging apparatus includes a first charge accumulation unit that accumulates a charge amount according to the first reflected light in a first time, and a second charge accumulation unit that accumulates a charge amount according to the first reflected light in a second time. And at least a third charge storage section that stores a charge amount according to the second reflected light in the third time period,
The computing device computes distance image data based on a distance from at least light of the first wavelength reflected by the object from the irradiation device to reach the imaging device, and reflection characteristics of the first reflected light on the object. And the region determination image data based on the reflection characteristics of the second reflected light on the object ,
The arithmetic device calculates distance image data based on the charge amount accumulated in the first charge accumulation unit and the charge amount accumulated in the second charge accumulation unit, and the charge amount accumulated in the first charge accumulation unit. And the region determination image data based on the amount of charge stored in the third charge storage unit,
The light receiving device, wherein the first time and the second time are different .
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