CN101212696A - 固体摄像器件、摄像机、车及监视装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的固体摄像器件包括:摄像部,具备在包含第一摄像区域和第二摄像区域的区域配置成行列状的多个光电变换元件;第一光入射部,引导光入射到第一摄像区域;第二光入射部,与第一光入射部隔开设置,引导光入射到第二摄像区域;输出单元,将配置在第一摄像区域的多个光电变换元件光电变换了的信号电荷变换为电压或电流,将变换的电压或电流作为第一影像信号输出,将配置在第二摄像区域的多个光电变换元件光电变换了的信号电荷变换为电压或电流,将变换的电压或电流作为第二影像信号输出;计算单元,根据输出单元输出的第一影像信号及第二影像信号,计算与到被摄体的距离有关的信息;摄像部、输出单元和计算单元形成于同一半导体基板。
Description
技术领域
本发明涉及固体摄像器件、摄像机、车及监视装置,特别是涉及对从独立的多个光入射路径入射的光进行摄像并输出影像信号的固体摄像器件。
背景技术
为了得到立体影像的摄像、或伴随与到被摄体的距离有关的信息(以下记述为“距离信息”)的影像信息,使用具备2个摄像区域的摄像机。输出伴随距离信息的影像信息的摄像机用作车载用摄像机,从而能够检测前方的障碍的大小及距离,并对驾驶者发出警告。并且,伴随障碍物的检测,自动地控制发动机、制动器及转向器等,从而可以回避对障碍物的冲突。进而,通过设置在车内的摄像机,检测乘客的大小(大人或小孩等)及乘客的头部的位置等,能够控制气囊的打开速度及压力等。
此外,输出伴随距离信息的影像信息的摄像机用作监视摄像机及TV电话等的摄像机时,通过仅拍摄及显示预定距离内的被摄体,从而可以实现影像信息的数据量的削减及辨认性的提高。
作为过去的进行立体影像的拍摄的摄像机已知有具备两台摄像机的立体摄像机。
图1是过去的拍摄立体影像的固体摄像器件的结构的图。
图1所示的固体摄像器件1000是立体摄像机,具备摄像机1001及1002。摄像机1001及1002设置成隔开预定距离。利用摄像机1001及1002拍摄的影像信号生成立体影像。
图1所示的过去的固体摄像器件1000使用两台的摄像机1001及1002,所以由于摄像机1001及1002中的制造偏差等的影响,不能确保充分的共极性(Epipolar)(两台摄像机拍摄的影像信号产生位置性偏移)的问题、两台摄像机1001及1002的摄像特性不相同的问题、及从两台摄像机输出的信号的输出定时产生时间性延迟的问题,所以计算距离信息需要庞大的调节工序数量及信号处理工序。
对于上述问题,作为一个芯片的LSI(Large Scale Integration)已知有具备2个摄像区域的立体摄像机(例如,参照专利文献1)。
专利文献1所述的立体摄像机通过将拍摄被摄体的2个摄像区域做成一个芯片,从而可以降低2个摄像区域的制造偏差的影响。
专利文献1:(日本)特开平9-74572号公报
但是,在立体摄像机等的立体影像的摄像、或输出伴随距离信息的影像信息的摄像机中,通过提高两台摄像机的摄像特性的同一性及信号输出定时的同步性,从而可以期待高精度且高效地计算距离信息。
此外,过去的立体摄像机的摄像区域和根据由摄像区域拍摄的影像信号来计算出距离信息的信号处理部形成在不同的半导体基板上,摄像区域和信号处理部的布线变长。由此,存在影像信号的传送速度不充分的问题。并且,由于布线长,存在容易受到噪声的影响的问题。特别是,用作车载用的摄像机的情况下,对于噪声要求较高的抗性。
发明内容
因此,本发明的目的在于,提供一种能够高精度且高效地计算出距离信息、并对噪声的抗性高的固体摄像器件。
为了实现上述目的,本发明的固体摄像器件包括:摄像部,具有在包含第一摄像区域和第二摄像区域的区域被配置成行列状的多个光电变换元件;第一光入射部,引导光而使光入射到上述第一摄像区域;第二光入射部,与上述第一光入射部隔开设置,并引导光而使光入射到上述第二摄像区域;输出单元,将由配置在上述第一摄像区域的多个光电变换元件进行了光电变换的信号电荷变换为电压或电流,并将变换的电压或电流作为第一影像信号输出,将由配置在上述第二摄像区域的多个光电变换元件进行了光电变换的信号电荷变换为电压或电流,并将变换的电压或电流作为第二影像信号输出;计算单元,根据上述输出单元输出的上述第一影像信号及上述第二影像信号,计算与到被摄体的距离有关的信息;上述摄像部、上述输出单元和上述计算单元形成于同一半导体基板。
根据该结构,摄像部和根据由摄像部拍摄的第一影像信号及第二影像信号计算与到被摄体的距离有关的信息的计算单元形成于同一半导体基板。由此,可以缩短摄像部和计算单元之间的布线。因此,可以提高对噪声的抗性。并且,可以提高第一影像信号及第二影像信号的传送速度。并且,第一影像信号及第二影像信号由单一的摄像部摄像,所以可以降低第一影像信号和第二影像信号的偏差。由此,计算单元能够高精度且高效地计算出与到被摄体的距离有关的信息。并且,可以向外部输出第一影像信号及第二影像信号和与到被摄体的距离有关的信息。
此外,上述计算单元包括:第一保存单元,保存上述输出单元输出的上述第一影像信号及上述第二影像信号;视差计算单元,根据上述第一保存单元保存的上述第一影像信号及上述第二影像信号,计算对于上述被摄体的视差;及第二保存单元,保存上述视差计算单元计算出的上述视差。
根据该结构,本发明的固体摄像器件可以向外部输出第一影像信号及第二影像信号和视差。
此外,上述视差计算单元可以包括:错开单元,重复预定次数将上述第一保存单元保存的上述第一影像信号的m(1以上的整数)行的像素沿着行方向错开预定的像素量的处理;差分计算单元,对每个由上述错开单元进行的预定次数的上述处理,计算上述错开单元错开的m行的影像信号和上述第一保存单元保存的上述第二影像信号的m行中包含的各像素的信号电平的差分的绝对值;相加单元,对每个由上述错开单元进行的预定次数的上述处理,计算上述差分计算单元计算出的差分的绝对值的、每n(1以上的整数)列之和;控制单元,对每个由上述错开单元进行的预定次数的上述处理,由上述相加单元计算出的和比上述第二保存单元保存的和小的情况下,将由上述相加单元计算出的和与由上述错开单元执行了上述处理的次数保存在上述第二保存单元中;在由上述错开单元进行的预定次数的上述处理结束之后,上述第二保存单元将保存的执行了上述处理的次数作为上述视差输出。
根据该结构,能计算对于影像信号的每m行×n列的视差。
此外,上述视差计算单元对于每个从外部输入的m1(1以上的整数)行×n1(1以上的整数)列计算上述视差;上述错开单元重复预定次数的处理,该处理将上述第一保存单元保存的上述第一影像信号的m1行的像素沿着行方向错开预定的像素量;对每个由上述错开单元进行的预定次数的上述处理,上述差分计算单元计算由上述错开单元错开的m1行的影像信号和上述第一保存单元保存的上述第二影像信号的m1行中包含的各像素的信号电平的差分的绝对值;对每个由上述错开单元进行的预定次数的上述处理,上述相加单元计算上述差分计算单元计算出的差分绝对值的、每n1列之和。
根据该结构,可以从外部任意地设定进行视差计算的块单位(m1行×n1行)。
此外,上述第一光入射部可以包括:第一聚光单元,将第一频带的光汇聚到上述第一摄像区域;及第一滤光器,形成在上述第一摄像区域上,透射包含在上述第一频带中的第三频带的光;第二光入射部包括:第二聚光单元,将与上述第一频带不同的第二频带的光汇聚到上述第二摄像区域;及第二滤光器,形成在上述第二摄像区域上,透射包含在上述第二频带中的第四频带的光。
根据该结构,由第一聚光单元聚光的第一频带的光被第二滤光器遮断,所以不会照射到第二摄像区域。因此,可以降低第一频带的光对于第二摄像区域的干涉。并且,由第二集光单元聚光的第二频带的光由第一滤光器遮断,所以不会照射到第一摄像区域。因此,可以减少第二频带的光对第一频带的光的干涉。并且,通过具备第一滤光器及第二滤光器,可以不设置遮光板等,所以可以简化结构。
此外,上述固体摄像器件还具备:第三摄像区域,具备配置成行列状的多个光电变换元件;第三光入射部,向上述第三摄像区域引导光使其入射;上述第三光入射部包括:第三聚光单元,将包含上述第一频带及上述第二频带的第五频带的光汇聚到上述第三摄像区域;及第三滤光器,形成在上述第三摄像区域上;上述第三滤光器包括:第四滤光器,形成在上述第三摄像区域具备的上述多个光电变换元件中包含的多个第一光电变换元件上,遮断上述第二频带的光,透射上述第三频带的光;和第五滤光器,形成在上述第三摄像区域具备的上述多个光电变换元件中包含的多个第二光电变换元件上,遮断上述第一频带的光,透射上述第四频带的光。
根据该结构,第三摄像区域输出对第一频带的光进行光电变换的信号和对第二频带的光进行光电变换的信号。这里,设置第一滤光器及第二滤光器,向第一摄像区域和第二摄像区域入射了不同频带的光时,在第一摄像区域和第二摄像区域输出的影像信号的信号电平中产生差。利用第三摄像区域输出的对第一频带的光进行光电变换的信号和对第二频带的光进行光电变换的信号之比,校正第一摄像区域及第二摄像区域输出的影像信号,从而可以降低由频带的差产生的信号电平之差。
此外,上述固体摄像器件还包括:平均值计算单元,计算由上述多个第一光电变换元件进行了光电变换的信号的平均值即第一平均值、和由上述多个第二光电变换元件进行了光电变换的信号的平均值即第二平均值;校正单元,基于由上述平均值计算单元计算出的上述第一平均值及第二平均值之比,校正上述第一影像信号及上述第二影像信号。
根据该结构,校正单元利用平均值计算单元计算出的第一平均值和第二平均值,校正第一影像信号及第二影像信号。由此,可以降低由入射到第一摄像区域及第二摄像区域的光的频带之差造成的第一影像信号和第二影像信号的信号电平之差。
并且,上述第一滤光器及上述第二滤光器可以包括:第一电介质层、第二电介质层及绝缘层,该绝缘层由形成在上述第一电介质层和上述第二电介质层之间的绝缘体构成,上述绝缘层的光学膜厚与上述第一电介质层及上述第二电介质层的光学膜厚不同。
根据该结构,第一滤光器及第二滤光器利用抗光性及耐热性优良的多层膜干涉膜。由此,可以仅用无机材料构成滤光器。通过仅用无机材料构成滤光器,从而在高温及高照射下使用也不产生退色现象。因此,可以作为车载用途搭载在车辆的外部、发动机腔内或车内等的场所。
并且,上述固体摄像器件可以还包括光源,该光源向被摄体照射包含上述第一频带及上述第二频带的频带的光。
根据该结构,可以在第一摄像区域及第二摄像区域接收光源向被摄体照射的光的反射光。由此,可以进行在夜间及暗处的摄像。
此外,上述第一频带及上述第二频带可以包含在近红外区域中。
根据该构成,可以利用近红外区域的光进行被摄体的摄像。由此,使用本发明的固体摄像器件作为车载摄像等时,可以实现提高辨认性和防止对于对面的车及步行者的眩晕感。
此外,上述输出单元可以包括多个变换单元,该多个变换单元将由各列的上述光电变换元件进行了光电变换的信号电荷分别变换成数字信号,并作为上述第一影像信号或上述第二影像信号输出。
根据该结构,可以将累积在各行的光电变换元件中的信号电荷同时变换成数字信号(A/D变换),进行输出。因此,能够高速地进行第一影像信号及第二影像信号的读取。
此外,上述计算单元还包括置换单元,该置换单元比较上述第二保存单元保存的上述视差和预定的范围,在上述视差不被包含在预定的范围内的情况下,将对应于该视差的上述第一影像信号及上述第二影像信号置换为预定的图像进行输出。
根据该结构,在视差的值为预定的范围以外的情况下(例如,被摄体离开的情况下),将对应的图像置换为黑块,从而输出仅显示预定距离内的对象物(被摄体)的图像。
此外,本发明的摄像机具备上述固体摄像器件。
根据该结构,摄像部和根据由摄像部拍摄的第一影像信号及第二影像信号计算与到被摄体的距离有关的信息的计算单元形成于同一半导体基板。由此,可以提高对噪声的抗性。并且,第一影像信号及第二影像信号由单一的摄像部摄像,所以可以降低第一影像信号和第二影像信号的偏差。由此,计算单元能够高精度且高效地计算与到被摄体的距离有关的信息。因此,本发明可以实现对噪声的抗性较高、高精度且高效地计算与到被摄体的距离有关的信息的摄像机。
此外,本发明的车具备上述摄像机。
根据该构成,摄像部和根据由摄像部拍摄的第一影像信号及第二影像信号计算与到被摄体的距离有关的信息的计算单元形成于同一半导体基板。由此,可以提高对噪声的抗性。并且,第一影像信号及第二影像信号由单一的摄像部摄像,所以可以降低第一影像信号和第二影像信号的偏差。由此,计算单元能够高精度且高效地计算与到被摄体的距离有关的信息。因此,本发明可以实现对噪声的抗性较高、高精度且高效地计算与到被摄体的距离有关的信息的车。
此外,本发明的监视装置具备上述摄像机。
根据该结构,摄像部和根据由摄像部拍摄的第一影像信号及第二影像信号计算与到被摄体的距离有关的信息的计算单元形成于同一半导体基板。由此,可以提高对噪声的抗性。并且,第一影像信号及第二影像信号由单一的摄像部摄像,所以可以降低第一影像信号和第二影像信号的偏差。由此,计算单元能够高精度且高效地计算与到被摄体的距离有关的信息。因此,本发明可以实现对噪声的抗性较高、高精度且高效地计算与到被摄体的距离有关的信息的监视装置。
本发明能够高精度且高效地计算距离信息,并能够提供对噪声的抗性较高的固体摄像器件。
2006年12月27日提交的日本在先专利申请2006-352644的说明书、附图及权利要求书以引用方式全部并入本申请。
附图说明
本发明的其它目的、优点和特征将在下面结合附图中图示的具体列子的详细说明部分获悉。
图1是表示过去的固体摄像器件的构成的图。
图2是本发明的实施方式1的固体摄像器件的构成的图。
图3是表示本发明的实施方式1的固体摄像器件及信号处理部的构成的图。
图4是示意地表示本发明的实施方式1的固体摄像器件的摄像部的截面结构的图。
图5A是示意地表示本发明的实施方式1的固体摄像器件的滤光器的截面结构的图。
图5B是示意地表示本发明的实施方式1的固体摄像器件的滤光器的变形例的截面结构的图。
图6是表示本发明的实施方式1的固体摄像器件的滤光器对于光的波长的光透射率的图。
图7是表示本发明的实施方式1的固体摄像器件的滤光器对于光的波长的光透射率的图。
图8A是表示本发明的实施方式1的固体摄像器件的摄像部输出的影像信号的一例的图。
图8B是表示本发明的实施方式1的固体摄像器件的摄像部输出的影像信号的一例的图。
图9是用于说明本发明的实施方式1的固体摄像器件的信号处理部的处理的图。
图10是表示本发明的实施方式1的固体摄像器件的左图像及右图像的光电变换中使用的光电变换元件的配置的一例的图。
图11是表示本发明的实施方式1的固体摄像器件的信号处理部的距离信息的计算处理的流程的流程图。
图12A是用于说明本发明的实施方式1的由固体摄像器件的距离信息计算部进行的距离信息的计算处理的图。
图12B是用于说明本发明的实施方式1的由固体摄像器件的距离信息计算部进行的距离信息的计算处理的图。
图12C是用于说明本发明的实施方式1的由固体摄像器件的距离信息计算部进行的距离信息的计算处理的图。
图12D是用于说明本发明的实施方式1的由固体摄像器件的距离信息计算部进行的距离信息的计算处理的图。
图12E是用于说明本发明的实施方式1的由固体摄像器件的距离信息计算部进行的距离信息的计算处理的图。
图13A是用于说明本发明的实施方式1的由固体摄像器件的距离信息计算部进行的距离信息的计算处理的图。
图13B是用于说明本发明的实施方式1的由固体摄像器件的距离信息计算部进行的距离信息的计算处理的图。
图13C是用于说明本发明的实施方式1的由固体摄像器件的距离信息计算部进行的距离信息的计算处理的图。
图13D是用于说明本发明的实施方式1的由固体摄像器件的距离信息计算部进行的距离信息的计算处理的图。
图13E是用于说明本发明的实施方式1的由固体摄像器件的距离信息计算部进行的距离信息的计算处理的图。
图14A是表示本发明的实施方式1的固体摄像器件的距离信息计算部的距离信息的计算处理中保存于距离信息保存部中的数据的一例的图。
图14B是表示本发明的实施方式1的固体摄像器件的距离信息计算部的距离信息的计算处理中保存于距离信息保存部中的数据的一例的图。
图14C是表示本发明的实施方式1的固体摄像器件的距离信息计算部的距离信息的计算处理中保存于距离信息保存部中的数据的一例的图。
图14D是表示本发明的实施方式1的固体摄像器件的距离信息计算部的距离信息的计算处理中保存于距离信息保存部中的数据的一例的图。
图14E是表示本发明的实施方式1的固体摄像器件的距离信息计算部的距离信息的计算处理中保存于距离信息保存部中的数据的一例的图。
图15是表示本发明的实施方式1的固体摄像器件的摄像部及信号处理部的变形例的构成的图。
图16是表示本发明的实施方式2的固体摄像器件的摄像部的结构的图。
图17是表示本发明的实施方式2的固体摄像器件的摄像部的构成的图。
图18是示意地表示本发明的实施方式2的固体摄像器件的摄像部的截面结构的图。
图19是表示本发明的实施方式2的固体摄像器件的滤光器242的结构的图。
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明的固体摄像器件的实施方式。
(实施方式1)
本发明的固体摄像器件在同一半导体基板上形成摄像部、和根据由摄像部拍摄的2个影像信号计算到被摄体的距离的信息的信号处理部。由此,能够高精度且高效地计算距离信息,并能够实现对噪声的抗性高的固体摄像器件。
首先,说明本实施方式的固体摄像器件的结构。
图2是表示本发明的实施方式1的固体摄像器件的构成的图。
图2所示的固体摄像器件100输出拍摄的被摄体160的影像信息及距离信息。固体摄像器件100例如是利用了搭载在车上的近红外区域的光(以下,记为“近红外光”)的具有暗视功能的摄像机。固体摄像器件100具备半导体器件101、光源140、透镜150及151。半导体器件101是一个芯片的半导体集成电路。半导体器件101具备摄像部110、信号处理部120、控制部130。即,摄像部110、信号处理部120、控制部130形成在同一半导体基板上。
光源140向被摄体160照射近红外光(波长700nm~1100nm)。光源140例如由LED(发光二极管)或半导体激光器构成。
透镜150及151将来自被摄体160的反射光汇聚到摄像部110。透镜150将来自被摄体160的反射光汇聚到第一摄像区域115。透镜151将来自被摄体160的反射光汇聚到第二摄像区域116。透镜151与透镜150沿水平方向隔开设置。
摄像部110是CMOS图像传感器,输出对应于入射光的影像信号。摄像部110将来自被摄体160的反射光变换成电信号,将变换的电信号作为2个影像信号(左图像及右图像)输出。具体地,摄像部110将由透镜150汇聚的光变换成电信号,将变换的电信号作为左图像输出。摄像部110将由透镜151汇聚的光变换成电信号,将变换的电信号作为右图像输出。
图3是表示摄像部110及信号处理部120的结构的图。摄像部110具备多个光电变换元件111、垂直扫描部112、水平扫描部113、及A/D变换部114。
多个光电变换元件111在半导体基板上配置成行列状。多个光电变换元件111存储对应于受光量的信号电荷。多个光电变换元件111配置在包括第一摄像区域115和第二摄像区域116的区域。例如,包含在第一摄像区域115的光电变换元件111和包含在第二摄像区域116中的光电变换元件111的数量相同。包含在第一摄像区域115中的多个光电变换元件111对由透镜150汇聚的光进行光电变换。包含在第二摄像区域116中的多个光电变换元件111对由透镜151汇聚的光进行光电变换。并且,配置成行列状的多个光电变换元件111的行方向对应于水平方向,列方向对应于垂直方向。此外,在图3中,配置有6行×6列的光电变换元件111,但是光电变换元件111的数量不限于此。
垂直扫描部112依次选择与多个光电变换元件111中的各行对应的光电变换元件111。
水平扫描部113依次选择与多个光电变换元件111中的各列对应的光电变换元件111。
A/D变换部114通过垂直扫描部112选择行,并且,将由水平扫描部113选择了列的光电变换元件111中累积的信号电荷变换为电压或电流,将变换的电压或电流输出为影像信号。即,A/D变换部114将基于累积在光电变换元件111中的信号电荷的模拟信号,变换成数字信号输出为影像信号。并且,A/D变换部114输出的影像信号包括与将包含在第一摄像区域115的光电变换元件111中累积的信号电荷变换成电压或电流的左图像对应的影像信号、和与将包含在第二摄像区域116的光电变换元件111中累积的信号电荷变换成电压或电流的右图像对应的影像信号。
控制部130控制摄像部110及信号处理部120。具体地,控制部130生成开始垂直扫描部112的行的选择的垂直同步信号、开始水平扫描部113的列的选择的水平同步信号、控制垂直扫描部112的驱动定时的电荷累积控制信号。电荷累积控制信号是用于控制多个光电变换元件111的电荷累积时间(曝光时间)的信号。
信号处理部120根据摄像部110输出的左图像和右图像计算到被摄体的距离信息,向外部输出影像信号121及距离信息122。信号处理部120具备影像信号保存部123、距离信息计算部124、及距离信息保存部125。
影像信号保存部123保存摄像部110输出的影像信号即左图像及右图像。并且,影像信号保存部123向外部输出保存的影像信号121。
距离信息计算部124根据影像信号保存部123保存的左图像及右图像,计算到被摄体的距离信息即视差。
距离信息保存部125保存距离信息计算部124计算出的距离信息(视差)。此外,距离信息保存部125向外部输出保存的距离信息122。
图4是示意地表示摄像部110的第一摄像区域115及第二摄像区域116的截面结构的图。如图4所示,固体摄像器件100还具备滤光器152、153、154及155。滤光器152、153、154及155例如是多层膜干涉滤光器。
来自被摄体160的反射光通过由滤光器152、透镜150及滤光器154构成的光入射路径,入射到第一摄像区域115。此外,来自被摄体160的反射光通过由滤光器153、透镜151及滤光器155构成的光入射路径,入射到第二摄像区域116。滤光器152形成在透镜150的上部,仅透射第一频带的光。即,通过滤光器152及透镜150,第一频带的光汇聚到第一摄像区域115。滤光器153形成在透镜151的上部,仅透射第二频带的光。即,通过滤光器153及透镜151,第二频带的光汇聚到第二摄像区域116。滤光器154形成在第一摄像区域115上,仅透射第一频带的光。滤光器155形成在第二摄像区域116上,仅透射第二频带的光。这里,第一频带及第二频带是近红外区域(波长700nm~1100nm)内的、相互不重复的不同的频带。例如,第一频带是波长750nm~850nm的频带,第二频带是波长950~1050nm的频带。
图5A及图5B是示意地表示滤光器152的截面结构的图。并且,滤光器153~155的截面结构也与图5A或图5B相同。
图5A所示的滤光器152具备上部反射层161、空间层162、下部反射层163。空间层162层叠在下部反射层163上,上部反射层161层叠在空间层162上。
上部反射层161及下部反射层163是将由3层高折射率材料构成的层164、和由3层低折射率材料构成的层165交替层叠的结构。由高折射率材料构成的层164例如由氧化钛TiO2(折射率2.5)构成。由低折射率材料构成的层165例如由氧化硅SiO2(折射率1.45)构成。空间层162由高折射率材料构成,例如由氧化钛TiO2(折射率2.5)构成。此外,滤光器152以空间层162为中心配置成光学膜厚λ/4(λ:设定中心波长)的多层膜结构的上部反射层161及下部反射层163对称。通过这样的层结构,在反射频带中选择性地形成透射频带,进而通过改变空间层162的膜厚,从而使其透射峰值波长变化。
图6是表示对于图5A所示的滤光器152的光的波长的光透射率的计算结果的图。并且,透射率的计算中利用了在电介质多层膜干涉膜中广泛已知的特性矩阵法。如图6所示,例如将TiO2层164设为90nm,将SiO2层165设为155nm,从而可以构成以实线174表示的特性的设定中心波长900nm的多层膜干涉滤光器。并且,将TiO2层164设为99nm,将SiO2层165设为171nm,从而可以构成以虚线175表示的设定中心波长1000nm的多层膜干涉滤光器。这里,将空间层162的光学膜厚设为λ/2。此外,如图6所示,图5A所示的滤光器152具有透射短波长带(波长800nm以下)的光的特性,但是通过并用短波长遮断光学滤光器(例如,朝日分光(株)LI0840等:图6的两点划线176),可以仅透射波长900nm或1000nm的光。
并且,滤光器152的结构如图5B所示可以构成层叠了预定膜厚及层数的TiO2和SiO2层的、反射层166、反射层167、和多层膜干涉滤光器168。
图7是表示对于图5B所示的滤光器152的光的波长的光透射率的计算结果的图。并且,图5B所示的多层膜干涉滤光器168例如是图5A所示的结构。通过设定多层膜干涉滤光器168的上部反射层161、空间层162、下部反射层163的膜厚及层数,从而构成设定中心波长分别是800nm、或1000nm的多层膜干涉滤光器。并且,在多层膜干涉滤光器168上,通过层叠反射层166及167,抑制短波长侧的透射特性。由此,可以构成图7所示的实线177表示的特性的设定中心波长800nm的多层干涉滤光器及以虚线178表示的设定中心波长1000nm的多层膜干涉滤光器。例如,将包含在多层膜干涉滤光器168中的TiO2层164设为79nm,将SiO2层165设为137nm,将包含在反射层167中的最上层及最下层的TiO2层164设为20nm,将除此以外的TiO2层164设为40nm,将SiO2层165设为68nm,将包含在反射层166中的最上层及最下层的TiO2层164设为27nm,将除此以外的TiO2层164设为54nm,将SiO2层165设为94nm,可以构成设定中心波长800nm的多层膜干涉滤光器。并且,将包含在多层膜干涉滤光器168中的TiO2层164设为99nm,将SiO2层165设为171nm,将包含在反射层167中的最上层及最下层的TiO2层164设为25nm,将除此以外的TiO2层164设为50nm,将SiO2层165设为86nm,将包含在反射层166中的最上层及最下层的TiO2层164设为35nm,将除此以外的TiO2层164设为70nm,将SiO2层165设为120nm,可以构成设定中心波长1000nm的多层膜干涉滤光器。
并且,由高折射率材料构成的层164由氧化钛TiO2构成,但是,也可以是氮化硅(SiN)、氧化钽(Ta2O5)、或氧化锆(ZrO2)等构成。并且,由低折射率材料构成的层165使用了由氧化硅SiO2构成的材料,但是若折射率低于用作高折射率材料的电介质,就可以使用氧化硅SiO2以外的材料。
此外,上述的设定中心波长、空间层的膜厚、对数是1例,配合期望的分光特性设定即可。
这样,通过使用电介质多层膜干涉滤光器,从而可以用通常的半导体工艺制作滤光器,在像过去的彩色滤光器那样形成了固体摄像器件的受光部和布线部等之后,不需要通过不同于通常的半导体工艺的工序、所谓单片工艺形成滤光器。因此,可以实现工艺的稳定化及伴随生产性提高的低成本化。
进而,通过使用电介质多层干涉滤光器,可以仅用无机材料构成滤光器。由此,即使在高温及高照射下使用也不产生退色现象,从而可以作为车载用途搭载在车的外部、发动机腔内或车内等的场所。
下面,说明本实施方式的固体摄像器件100的动作。
从光源140照射的近红外光由被摄体160反射。由被摄体160反射的反射光,通过滤光器152仅透射第一频带的光,用透镜150汇聚,通过滤光器154照射到第一摄像区域115。并且,由被摄体160反射的反射光,通过滤光器153仅透射第二频带的光,用透镜151汇聚,通过滤光器155照射到第二摄像区域116。这里,通过在第一摄像区域115及第二摄像区域116上具备滤光器154及155,通过滤光器152由透镜150汇聚的光,用滤光器155遮断,所以不入射到第二摄像区域116而仅入射到第一摄像区域115。并且,通过滤光器153用透镜151汇聚的光用滤光器154遮断,所以不入射到第一摄像区域115,而仅入射到第二摄像区域116。即,本发明的实施方式1的固体摄像器件100,可以防止入射到第一摄像区域115及第二摄像区域116的光的干涉。并且,通过具备滤光器152~154,可以不设置遮光板,所以可以简化结构。由此,用单一的CMOS图像传感器,不会使从2个透镜入射的光相互干涉,能够容易进行摄像。
第一摄像区域115中包含的多个光电变换元件111累积与由透镜150汇聚的第一频带的光的入射光量对应的信号电荷。包含在第二摄像区域116中的多个光电变换元件111累积与由透镜151汇聚的第二频带的光的入射光量对应的信号电荷。控制部130生成开始垂直扫描部112的行的选择的垂直同步信号、开始水平扫描部113的列的选择的水平同步信号、控制垂直扫描部112的驱动定时的电荷累积控制信号。垂直扫描部112根据来自控制部130的垂直同步信号,依次选择配置成行列状的光电变换元件111的行。水平扫描部113根据来自控制部130的水平同步信号,依次选择配置成行列状的光电变换元件111的列。A/D变换部114通过垂直扫描部112选择行,并且,将被水平扫描部113选择了列的光电变换元件111中存储的信号电荷依次变换成数字信号,输出数字化的影像信号。
这样,本发明的实施方式1的固体摄像器件100输出用单一CMOS图像传感器拍摄的2个影像信号(左图像及右图像)。由此,与用不同的CMOS图像传感器拍摄的影像信号相比,可以降低偏差并提高共极性。这里,所谓共极性高是表示2个影像信号的垂直方向的偏移(差分)小。
图8A及图8B是表示摄像部110输出的影像信号的图像的一例的图。在图8A及图8B中,图像171a及171b是用第一摄像区域115拍摄的左图像,图像172a及172a是用第二摄像区域116拍摄的右图像。例如,在对被摄体160进行了拍摄的情况下,摄像部110输出图8A所示的图像171a及172a。
影像信号保存部123保存摄像部110输出的左图像的影像信号及右图像的影像信号。距离信息计算部124根据影像信号保存部123保存的左图像的影像信号及右图像的影像信号,计算被摄体160的距离信息。
图9是用于说明距离信息计算部124对于图8A所示的图像的处理的图。距离信息计算部124根据左图像171a、右图像172a计算被摄体160的视差d。视差d是左图像171a和右图像172b中的被摄体160的水平方向的偏移(差分)。例如,距离信息计算部124比较左图像171a、右图像172a的各行的数据,判断是否一致。接着,将右图像172a的各行的数据向右侧移位,判断移位的数据是否与左图像171a一致。重复将右图像172a的各行的数据向右侧移位的动作及判断是否与左图像171a一致的处理。信号处理部120将各行的左图像171a和右图像172a最相似时的右图像172a的移位数计算为视差d。具体地,距离信息计算部124重复预定次数的处理,该处理将影像信号保存部123保存的左图像的m(1以上的整数)行的像素沿着行方向错开预定的像素量。对每个预定次数的处理,距离信息计算部124计算错开的m行的左图像和影像信号保存部123保存的右图像的m行中包含在各像素的信号电平的差分的绝对值。对每个预定次数的处理,距离信息计算部124对计算出的差分的绝对值的、每n(1以上的整数)列之和进行计算。在对每个预定次数的上述处理,距离信息计算部124计算出的和小于距离信息保存部125保存的和的情况下,将计算出的和与执行了错开处理的次数保存在距离信息保存部125中。在由距离信息计算部124进行的预定次数的错开处理结束之后,距离信息保存部125将保存的执行了处理的次数作为视差向外部输出。例如,在将基于错开处理的错开量(通常1个像素)作为n像素,将执行了错开处理的次数设为N次、像素间距设为Px时,视差Z用Z=n×N×Px计算。并且,基于距离信息计算部124的错开处理的错开量,也可以通过来自外部的输入设定。由此,能够设定任意的错开量,并任意地设定视差的精度及处理时间。
以下,说明信号处理部120的具体的动作。
图10是用于摄像部110的左图像及右图像的光电变换的光电变换元件111的配置的一例的图。如图10所示,说明如下情况下的信号处理部120的动作:对于24行×24列的光电变换元件111,将从第1列到第12列作为拍摄左图像的第一摄像区域115,将从第13列到第24列作为拍摄右图像的第二摄像区域116。如图10所示,多个光电变换元件111的第1列~第12列对应于左图像的第1列~第12列,多个光电变换元件111的第13列~第24列对应于右图像的第1列~第12列。
首先,A/D变换部114对第1行及第2行的光电变换元件111的累积电荷进行A/D变换,保存在影像信号保存部123中。即,影像信号保存部123保存对应于左图像及右图像的第1行及第2行的影像信号。
接着,距离信息计算部124根据影像信号保存部123保存的右图像及左图像的第1行及第2行的影像信号计算视差。
图11是表示由信号处理部120进行的视差计算的处理流程的流程图。图12A、图12B、图12C、图12D、图12E、图13A、图13B、图13C、图13D及图13E是用于说明由距离信息计算部124进行的视差的计算处理的图。对如图12A所示的右图像及左图像的影像信号被读取出来保存在影像信号保存部123中的情况进行说明。并且,图中的框内的数值表示影像信号的信号电平,例如是对应于入射光的亮度的值。
距离信息计算部124例如将2行的影像信号的12列的影像信号分割为每4列的3个区域A、B及C,对于各区域计算视差。即,距离信息计算部124对于每个2行×4列的像素计算视差。首先,如图13a所示,距离信息计算部124计算左图像的各像素的信号电平301和右图像的各像素的信号电平302的差分的绝对值303(S101)。接着,距离信息计算部124计算各区域A、B及C的差分的绝对值303的合计值304(S102)。例如,如图13A所示,作为各区域A、B及C的合计值304计算出“6”、“14”、“14”。距离信息计算部124将计算出的合计值304保存在距离信息保存部125中(S103)。
图14A、图14B、图14C、图14D及图14E是在信号处理部120的视差的计算处理中表示保存在距离信息保存部125中的数据的一列的图。通过距离信息计算部124计算出图13A所示的合计值304的情况下,在距离信息保存部125中作为图14A所示的时钟数31 1保存“0”,作为各区域A、B及C的合计值304的最小值312保存“6”、“14”及“14”。这里,时钟数311对应于进行了左图像的移位动作的次数。
接着,距离信息计算部124如图12B所示将左图像朝左方向(或将右图像朝右方向)移位1个像素(S104)。距离信息计算部124计算右图像、移位的左图像的差分的绝对值(S105)。距离信息计算部124计算各区域A、B及C的差分的绝对值303的合计值304(S106)。例如,如图13B所示,作为各区域A、B及C的合计值304计算“8”、“20”及“20”。
接着,距离信息计算部124比较保存在距离信息保存部125中的各区域A、B及C的合计值的最小值312(图14A)和计算出的合计值304。计算出的各区域的合计值“8”、“20”、“20”大于保存在距离信息保存部125中的各区域的合计值“6”、“14”及“14”(S107中“否”),所以距离信息计算部124不变更保存在距离信息保存部125中的时钟数311及差分的合计值的最小值312而进行保存。因此,在距离信息保存部125中保存图14A所示的时钟数311及差分的合计值的最小值312(图14B)。
接着,距离信息计算部124判断是否进行了预定次数的移位动作。并且,这里说明预定次数为“4”的情况。移位次数是“1”,未进行预定次数(4次)的移位动作(S109中为“否”),距离信息计算部124如图12C所示地将左图像朝左方向移位1个像素(S104)。距离信息计算部124计算右图像和移位的左图像的差分的绝对值(S105)。距离信息计算部124计算各区域A、B及C的差分的绝对值303的合计值304(S106)。例如,如图1 3C所示,作为各区域A、B及C的合计值304计算出“0”、“14”及“20”。
接着,距离信息计算部124比较保存在距离信息保存部125中的各区域A、B及C的合计值的最小值312(图14B)和计算出的合计值304。计算出的区域A的合计值“0”小于保存在距离信息保存部125中的区域A的合计值“6”(S107中“是”),所以距离信息计算部124将保存在距离信息保存部125中的区域A的时钟数311更新为现在的时钟数(移位次数)“2”,将差分的合计值的最小值312更新为计算出的合计值“0”。此外,计算出的区域B的合计值“14”等于保存在距离信息保存部125中的区域B的合计值“14”,计算出的区域C的合计值“ 20”大于保存在距离信息保存部125中的区域C的合计值“14”(S107中“否”),所以距离信息计算部124不变更保存在距离信息保存部125中的区域B及C的时钟数311及差分的合计值的最小值312而保存。因此,在距离信息保存部125中,保存图14C所示的时钟数311及差分的合计值的最小值312。并且,距离信息计算部124计算出的合计值304和保存在距离信息保存部125中的合计值的最小值312相等的情况下,可以更新保存在距离信息保存部125中的时钟数311。
移位次数是“2”,未进行预定次数(4次)的移位动作(S109中“否”),距离信息计算部124如图12D所示地将左图像朝左方向移位1个像素(S104)。距离信息计算部124计算右图像和移位的左图像的差分的绝对值(S105)。距离信息计算部124计算各区域A、B及C的差分的绝对值303的合计值304(S106)。例如,如图13D所示,作为各区域A、B及C的合计值304计算出“8”、“0”及“0”。
接着,距离信息计算部124比较保存在距离信息保存部125中的各区域A、B及C的合计值的最小值312(图14C)和计算出的合计值304。计算出的区域A的合计值“8”大于保存在距离信息保存部125中的区域A的合计值“0”(S107中为“否”),所以距离信息计算部124不变更保存在距离信息保存部125中的区域A的时钟数311及差分的合计值的最小值312地进行保存。此外,计算出的区域B及C的合计值“0”及“0”小于保存在距离信息保存部125中的区域B及C的合计值“14”(S107中“是”),所以距离信息计算部124将保存在距离信息保存部125中的区域B及C的时钟数311更新为现在的时钟数(移位次数)“3”,将差分的合计值的最小值312更新为计算出的合计值“0”。因此,在距离信息保存部125中,保存图14D所示的时钟数311及差分的合计值的最小值312。
移位次数是“3”,未进行预定次数(4次)的移位动作(S109中“否”),距离信息计算部124如图12E所示地将左图像朝左方向移位1个像素(S104)。距离信息计算部124计算右图像和移位的左图像的差分的绝对值(S105)。距离信息计算部124计算各区域A、B及C的差分的绝对值303的合计值304(S106)。例如,如图13E所示,作为各区域A、B及C的合计值304计算出“13”、“20”及“10”。
接着,距离信息计算部124比较保存在距离信息保存部125中的各区域A、B及C的合计值的最小值31 2(图14D)和计算出的合计值304。计算出的各区域的合计值“13”、“20”及“10”大于保存在距离信息保存部125中的各区域的合计值“0”、“0”及“0”(S107中为“否”),所以距离信息计算部124不变更保存在距离信息保存部125中的各区域的时钟数311及差分的合计值的最小值312进行保存。因此,在距离信息保存部125中,保存图14E所示的时钟数311及差分的合计值的最小值312。
移位数是“4”,进行了预定次数(4次)的移位动作(S109中“是”),距离信息保存部125将保存的时钟数311输出为视差。
接着,信号处理部120读取右图像及左图像的第3行及第4行的影像信号,对读取出的影像信号进行同样的视差计算处理。并且,信号处理部120读取出右图像及左图像的第5行~第24行的影像信号,对读取出的影像信号进行同样的视差计算处理。
通过以上的处理,信号处理部120根据右图像及左图像对每2行×4列的像素计算视差进行输出。
通过以上,本发明的实施方式1的固体摄像器件100的摄像部110、和根据由摄像部拍摄的第一影像信号及第二影像信号计算有关到被摄体的距离的信息的信号处理部120形成在同一半导体基板上。由此,能够缩短摄像部110和信号处理部120之间的布线。因此,能够提高对噪声的抗性。并且,能够提高摄像部110输出的影像信号(右图像及左图像)的传送速度。并且,右图像及左图像由单一的摄像部110拍摄,所以能够降低右图像和左图像的偏差。由此,信号处理部120能够高精度且高效地计算与到被摄体的距离有关的信息。并且,能够向外部输出影像信号(右图像及左图像)和与到被摄体的距离有关的信息(视差)。
并且,信号处理部120可以并行地输出影像信号121及距离信息122,也可以从共同的端子串行地输出。并且,信号处理部120单独地输出影像信号121及距离信息(视差)122,但是可以对左图像或右图像赋予视差的信息进行输出。并且,也可合成左图像及右图像来输出。进而,信号处理部120根据计算出的视差计算从固体摄像器件100到被摄体160的距离,输出为距离信息122也可以。
并且,在上述说明中,说明了配置有24行×24列的光电变换元件111的情况,但是光电变换元件111的数量(像素数量)不限于此。
并且,在上述说明中,说明了对每个2行×4列的像素计算视差的例子,但是计算视差的像素的范围不限于此。
并且,在上述说明中,在步骤S101及S105中,计算左图像和右图像的各像素的信号电平的差分的绝对值,在步骤S102及S106中,计算了各像素的差分的合计值,但是可以置换为以下的处理。对各区域A、B及C的每一个将左图像的多个像素的信号电平相加,置换为上述的信号电平301。右图像也同样地,对各区域A、B及C的每一个将多个像素的信号电平相加,置换为上述信号电平302。也可以对各区域A、B及C的每一个计算差分的绝对值,置换为上述的合计值304,然后进行同样的处理。由此,在使用了精细的高像素的摄像元件的情况下,可以保持一定距离信息的精度的同时削减计算处理量。
并且,在上述说明中,在步骤S104进行了一个一个像素进行移位的处理,但是,也可以进行每个移位多个像素的处理。
这里,如图8B所示,在左图像171b和右图像172b沿垂直方向产生偏移(共极性差)的情况下,在比较一致的各行中,图像由于偏移而不一致,所以,距离信息计算部124的视差d的计算处理的精度下降。并且,在左图像和右图像沿水平方向偏移的情况下,视差d的精度下降相当于偏移的像素量。在本发明的实施方式1的固体摄像器件100中,如上所述,通过用单一的CMOS图像传感器对右图像和左图像进行拍摄,从而可以降低右图像和左图像的水平方向及垂直方向的偏移。由此,可以提高视差d的计算精度。并且,在摄像面中,得到较高的共极性的同时,由于右图像及左图像的光电变换特性也相同,所以,可以高精度且容易地计算视差d。
并且,在上述说明中,第一摄像区域115及第二摄像区域116如图3所示地将多个光电变换元件111配置成分割为左右(水平方向),但是,也可以配置成分割为上下(垂直方向)。
此外,在上述说明中,假设滤光器152形成在透镜150的上部、滤光器153形成在透镜151的上部,但可以是滤光器152形成在透镜150的下部,滤光器153形成在透镜151的下部。
并且,在上述说明中,作为摄像部110及信号处理部120的构成,说明了图3所示的结构,但是也可以是图15所示的构成。图15是表示本发明的实施方式1的固体摄像器件100的摄像部110及信号处理部120的变形例的构成的图。例如,如图15所示,摄像部110可以具备将配置成行列状的光电变换元件111的各列的光电变换元件111进行了光电变换的信号电荷分别变换成数字信号的A/D变换部117。即,A/D变换部117具有对由配置在各行的多个光电变换元件111进行了光电变换的信号电荷同时进行A/D变换的功能。通过具备将各列的信号电荷变换成数字信号的A/D变换部117,从而可以高速地进行A/D变换。由此,可以高速地进行从摄像部110的读取处理。并且,能够同时读取各行的信号电荷,所以能够高效地进行信号处理部120的行单位的视差计算处理。
并且,在上述说明中,滤光器154仅透射第一频带的光,但是也可以仅透射包含在第一频带中的频带。即,可以是滤光器152仅透射第一频带(例如,波长750nm~850nm)的光,第一滤光器154仅透射包含在第一频带中的频带(例如波长770nm~830nm)。并且,可以是滤光器154作为透射率低的频带仅透射未包含在第一频带中的频带。例如,滤光器154若为透射率30%以下,则可以具有包含未包含在第一频带(例如,波长750nm~850nm)中的频带的宽频带的频率特性(例如,波长700nm~900nm)。
同样地,滤光器155可以仅透射包含在第二频带中的频带。并且,滤光器155作为透射率低的频带,可以仅透射未包含在第二频带中的频带。
并且,在上述说明中,假设第一频带和第二频带是相互不重复的不同的频带,但也可以是第一频带的一部分和第二频带的一部分重复。例如,滤光器152透射的频带的透射率为50%以下的区域可以包含在滤光器153透射的频带的一部分中。
并且,在上述说明中,假设信号处理部120输出由摄像部110拍摄的右图像及左图像,但也可以基于计算出的视差置换右图像及左图像的一部分输出。例如,信号处理部120比较距离信息保存部125保存的视差和预定的范围,在视差不被包含在预定的范围内的情况下,可以将对应于该视差的右图像及左图像置换为预定的图像(预定的像素信号或固定值(黑或白等))进行输出。由此,当视差的值为预定的范围以外的情况下(例如,被摄体离开的情况)下,将对应的图像置换为黑点等,输出仅显示预定距离内的对象物(被摄体)的图像。
(实施方式2)
上述的实施方式1涉及的固体摄像器件100,通过使用透射不同波长的光的滤光器152~155来控制入射到第一摄像区域115及第二摄像区域116的光。但是,入射到2个第一摄像区域115及第二摄像区域116的光的波长分别不同,所以在输出的影像信号的图像中产生差异。
本发明的实施方式2的固体摄像器件除了2个摄像区域以外,还具备用于进行校正的摄像区域。由此,进行拍摄的影像信号的校正,可以降低2个摄像区域输出的图像的差异。
首先,说明本发明的实施方式2的固体摄像器件的结构。
图16是表示本发明的实施方式2的固体摄像器件的结构的图。并且,对与图2同样的要素赋予相同的符号,省略详细的说明。
图16所示的固体摄像器件200与图2所示的实施方式1的固体摄像器件100相比不同点在于,半导体器件201的结构和具备透镜240的结构。半导体器件201相对于半导体器件101还具备平均值计算部220和图像校正部230。此外,半导体器件201相对于半导体器件101,摄像部210的结构不同。
图17是表示摄像部210的结构的图。摄像部210具备多个光电变换元件111、垂直扫描部112、水平扫描部113、A/D变换部114。并且,对于与图3同样的要素赋予相同的符号,省略详细的说明。
多个光电变换元件111包含在第一摄像区域115、第二摄像区域116或第三摄像区域211中。例如,包含在第一摄像区域115中的光电变换元件111、包含在第二摄像区域116中的光电变换元件111、及包含在第三摄像区域211中的光电变换元件111的数量相同。包含在第一摄像区域115中的多个光电变换元件111对由透镜150汇聚的光进行光电变换。包含在第二摄像区域116中的多个光电变换元件111对由透镜151汇聚的光进行光电变换。包含在第三摄像区域211中的光电变换元件111对由透镜240汇聚的光进行光电变换。并且,在图17中,配置有6行×6列的光电变换元件111,但是光电变换元件111的数量不限于此。
透镜240将来自被摄体160的反射光汇聚到第三摄像区域211。
图18是示意地表示第一摄像区域115、第二摄像区域116及第三摄像区域211的截面结构的图。并且,第一摄像区域115、第二摄像区域116、透镜150、151及滤光器152~155的结构与图4所示的实施方式1的结构相同,省略详细的说明。如图18所示,固体摄像器件200还具备滤光器241及242。并且,第三摄像区域211配置在第一摄像区域115和第二摄像区域116之间。
滤光器241及242是多层膜干涉滤光器,例如,与上述实施方式1同样地是图6所示的结构。来自被摄体160的反射光通过由滤光器241、透镜240及滤光器242构成的光入射路径,入射到第三摄像区域211。滤光器241形成在透镜240的上部。滤光器241透射包含滤光器152及154透射的第一频带(例如,波长750nm~850nm)和滤光器153及155透射的第二频带(例如,波长950nm~1050nm)的第三频带(例如,750nm~1050nm)的光。即,通过滤光器241及透镜240,第三频带的光汇聚到第三摄像区域211。滤光器242形成在第三摄像区域211上。
图19是示意地表示从上面看滤光器242的结构的图。如图19所示,滤光器242包括透射第一频带的光的滤光器243和透射第二频带的光的滤光器244。滤光器243及244例如配置成格子状。并且,滤光器243及244的配置不限定于格子状,例如,可以是沿行方向或列方向为条纹状,也可以配置成将配置多个光电变换元件111的区域分为2部分(例如,可以在图19的右半部分配置滤光器243,在左半部分配置滤光器244)。并且,各滤光器243及244分别对应于第三摄像区域211的多个光电变换元件111,分别形成在多个光电变换元件111上。
平均值计算部220计算第三摄像区域211输出的各像素的信号的平均值。具体地,平均值计算部220计算对应于滤光器243的光电变换元件111进行了光电变换的信号的平均值y1和对应于滤光器244的光电变换元件111进行了光电变换的信号的平均值y2。
图像校正部230基于平均值计算部220计算出的平均值y1及y2,校正第一摄像区域115及第二摄像区域116输出的影像信号的各像素的信号。具体地,图像校正部230对于第一摄像区域115输出的影像信号的各像素的信号Y1,进行下式(式1)所示的运算,计算校正后的各像素的信号Y11。
Y11=Y1×(y2/y1)……(式1)
或者,可以是图像校正部230对于第二摄像区域116输出的影像信号的各像素的信号Y2进行由下述(式2)表示的运算并计算校正后的各像素的信号Y22。
Y22=Y2×(y1/y2)……(式2)
接着,说明固体摄像器件200的动作。
从光源140照射的近红外光由被摄体160反射。由被摄体160反射的反射光,通过滤光器152仅透射第一频带的光,由透镜150汇聚,通过滤光器154照射到第一摄像区域115。并且,由被摄体160反射的反射光,通过滤光器153仅透射第二频带的光,由透镜151汇聚,通过滤光器155照射到第二摄像区域116。并且,由被摄体160反射的反射光,通过滤光器241仅透射包含第一频带及第二频带的第三频带的光,由透镜240汇聚,通过滤光器242照射到第三摄像区域211。
第一摄像区域115对第一频带的光进行光电变换,输出影像信号Y1。第二摄像区域116对第二频带的光进行光电变换,输出影像信号Y2。在第三摄像区域211的滤光器243的下部形成的光电变换元件111对第一频带的光进行光电变换,输出信号。在第三摄像区域211的滤光器244的下部形成的光电变换元件111对第二频带的光进行光电变换,输出信号。
平均值计算部220计算第三摄像区域211输出的对应于滤光器243的光电变换元件111的信号的平均值y1和对应于滤光器244的光电变换元件111的信号的平均值y2。
图像校正部230根据上述(式1),利用平均值计算部220计算出的平均值y1及y2,对第一摄像区域115输出的影像信号Y1进行校正,输出校正后的影像信号Y11。并且。图像校正部230不进行基于上述(式1)的校正,可以根据上述(式2),利用平均值计算部229计算出的平均值y1及y2,对第二摄像区域116输出的影像信号Y2进行校正,输出校正后的影像信号Y22。
信号处理部120将校正后的影像信号Y11设为左图像,将第二摄像区域116输出的影像信号Y2设为右图像,计算左图像和右图像的视差d。并且,信号处理部120可以将第一摄像区域115输出的影像信号Y1设为左图像,将校正后的影像信号Y22设为右图像,计算左图像和右图像的视差d。并且,信号处理部120中的视差d的计算与实施方式1相同,省略说明。信号处理部120向外部输出左图像、右图像和计算出的视差d的信息。
根据以上,本发明的实施方式2的固体摄像器件200利用由第三摄像区域211进行了光电变换的对应于第一频带的光的信号的平均值Y1和对应于第二频带的光的信号的平均值y2,对由第一摄像区域115及第二摄像区域116拍摄的影像信号进行校正。由此,可以减小由入射到第一摄像区域115及第二摄像区域116的光的频带的差进一步产生的、第一摄像区域115及第二摄像区域116输出的影像信号之差。
并且,在上述说明中,假设第三摄像区域211形成在第一摄像区域115和第二摄像区域116之间,但是,配置第三摄像区域211的位置不限于此。例如,可以形成在图18中的第一摄像区域115的左侧、或图18中的第二摄像区域116的右侧。
此外,在上述说明中,说明了第一摄像区域115、第二摄像区域116及第三摄像区域211形成为单一的CMOS图像传感器的例子,但是,第三摄像区域可以形成为与包含第一摄像区域115及第二摄像区域116的CMOS图像传感器不同的其它CMOS图像传感器。
此外,在上述说明中,假设固体摄像器件200在透镜240的上部具备透射包含第一频带及第二频带的第三频带的光的滤光器241,但是滤光器241可以形成在透镜240的下部。进而,也可以不具备滤光器241。
此外,在上述说明中,假设图像校正部230进行上述(式1)或(式2)所示的运算,但是,除了上述(式1)或(式2)所示的运算以外,可以进行预定的常数倍及相加预定的值中的至少一种。
此外,在上述说明中,假设平均值计算部220计算第三摄像区域211输出的对应于滤光器243的光电变换元件111的信号的平均值y1和对应于滤光器244的光电变换元件111的信号的平均值y2,但是,平均值计算部220也可以计算第三摄像区域211输出的对应于滤光器243的光电变换元件111的信号中除去最大及最小的信号的信号的平均值y11、和对应于滤光器244的光电变换元件111的信号中除去最大及最小的信号的信号的平均值y22。并且,图像校正部230可以取代上述(式1)或(式2)的平均值y1及y2,利用除去最大及最小的信号的信号的平均值y11及y22进行运算。由此,可以降低由白损伤、黑损伤等的图像缺陷引起的精度下降。
并且,在上述说明中,第三摄像区域211的结构与第一摄像区域115及第二摄像区域116相同,但第三摄像区域211的结构可以不同于第一摄像区域115及第二摄像区域116。例如,第三摄像区域211具备的光电变换元件111的数量可以不同于第一摄像区域115及第二摄像区域116具备的光电变换元件111的数量。并且,第三摄像区域211具备的光电变换元件111不配置成二维状(行列状),可以配置成一维状。
此外,在上述实施方式1及2的说明中,说明了将本发明应用于搭载在车上的利用了近红外光的具有暗视功能的摄像机的实施列,但是除了搭载在车上的利用近红外光的具有暗视功能的摄像机以外,也可以应用于输出到摄像被摄体的距离信息的摄像机。例如,本发明的固体摄像器件可以应用于在监视装置中使用的摄像机及TV电话的摄像机等中。
并且,在上述实施方式1及2的说明中,固体摄像器件可以具备照射近红外光的光源140,但光源140也可以照射近红外光以外的光。例如,光源140可以照射可见光。这时,上述的第一频带及第二频带只要是可见光内的不相互重复的不同的频带即可。并且,在不需要暗视功能的情况下,固体摄像器件可以不具备光源140。
本发明能够应用于固体摄像器件,特别是能够应用于车载用的摄像机、监视摄像机及TV电话的摄像机等。
对于本领域技术人员来说,其他优点和变通是很容易联想得到的。因此,本发明就其较宽方面而言,并不限于本申请给出和描述的具体细节和说明性实施例。因此,在不偏离所附权利要求及其等同物定义的总发明构思精神或保护范围的前提下,可以做出各种修改。
Claims (15)
1.一种固体摄像器件,其特征在于,包括:
摄像部,具有在包含第一摄像区域和第二摄像区域的区域被配置成行列状的多个光电变换元件;
第一光入射部,引导光而使光入射到上述第一摄像区域;
第二光入射部,与上述第一光入射部隔开设置,并引导光而使光入射到上述第二摄像区域;
输出单元,将由配置在上述第一摄像区域的多个光电变换元件进行了光电变换的信号电荷变换为电压或电流,并将变换的电压或电流作为第一影像信号输出,将由配置在上述第二摄像区域的多个光电变换元件进行了光电变换的信号电荷变换为电压或电流,并将变换的电压或电流作为第二影像信号输出;及
计算单元,根据上述输出单元输出的上述第一影像信号及上述第二影像信号,计算与到被摄体的距离有关的信息;
上述摄像部、上述输出单元和上述计算单元形成于同一半导体基板。
2.如权利要求1所述的固体摄像器件,其特征在于,
上述计算单元包括:
第一保存单元,保存上述输出单元输出的上述第一影像信号及上述第二影像信号;
视差计算单元,根据上述第一保存单元保存的上述第一影像信号及上述第二影像信号,计算对于上述被摄体的视差;及
第二保存单元,保存上述视差计算单元计算出的上述视差。
3.如权利要求2所述的固体摄像器件,其特征在于,
上述视差计算单元包括:
错开单元,重复预定次数的处理,该处理将上述第一保存单元保存的上述第一影像信号的m行的像素沿着行方向错开预定的像素量,其中m是1以上的整数;
差分计算单元,对每个由上述错开单元进行的预定次数的上述处理,计算上述错开单元错开的m行的影像信号和上述第一保存单元保存的上述第二影像信号的m行中包含的各像素的信号电平的差分的绝对值;
相加单元,对每个由上述错开单元进行的预定次数的上述处理,计算上述差分计算单元计算出的差分的绝对值的、每n列之和,其中n是1以上的整数;及
控制单元,在对每个由上述错开单元进行的预定次数的上述处理,由上述相加单元计算出的和小于上述第二保存单元保存的和的情况下,将由上述相加单元计算出的和与由上述错开单元执行了上述处理的次数保存在上述第二保存单元中;
在由上述错开单元进行的预定次数的上述处理结束之后,上述第二保存单元将保存的执行了上述处理的次数作为上述视差输出。
4.如权利要求3所述的固体摄像器件,其特征在于,
上述视差计算单元对于每个从外部输入的m1行×n1列计算上述视差,其中m1、n1是1以上的整数;
上述错开单元重复预定次数的处理,该处理将上述第一保存单元保存的上述第一影像信号的m1行的像素沿着行方向错开预定的像素量;
对每个由上述错开单元进行的预定次数的上述处理,上述差分计算单元计算由上述错开单元错开的m1行的影像信号和上述第一保存单元保存的上述第二影像信号的m1行中包含的各像素的信号电平的差分的绝对值;
对每个由上述错开单元进行的预定次数的上述处理,上述相加单元计算上述差分计算单元计算出的差分绝对值的、每n1列之和。
5.如权利要求1所述的固体摄像器件,其特征在于,
上述第一光入射部包括:
第一聚光单元,将第一频带的光汇聚到上述第一摄像区域;及
第一滤光器,形成在上述第一摄像区域上,透射包含在上述第一频带中的第三频带的光;
上述第二光入射部包括:
第二聚光单元,将与上述第一频带不同的第二频带的光汇聚到上述第二摄像区域;及
第二滤光器,形成在上述第二摄像区域上,透射包含在上述第二频带中的第四频带的光。
6.如权利要求5所述的固体摄像器件,其特征在于,还包括:
第三摄像区域,具备配置成行列状的多个光电变换元件;及
第三光入射部,向上述第三摄像区域引导光使其入射;
上述第三光入射部包括:
第三聚光单元,将包含上述第一频带及上述第二频带的第五频带的光汇聚到上述第三摄像区域;及
第三滤光器,形成在上述第三摄像区域上;
上述第三滤光器包括:
第四滤光器,形成在上述第三摄像区域具备的上述多个光电变换元件中包含的多个第一光电变换元件上,遮断上述第二频带的光,透射上述第三频带的光;及
第五滤光器,形成在上述第三摄像区域具备的上述多个光电变换元件中包含的多个第二光电变换元件上,遮断上述第一频带的光,透射上述第四频带的光。
7.如权利要求6所述的固体摄像器件,其特征在于,还包括:
平均值计算单元,计算由上述多个第一光电变换元件进行了光电变换的信号的平均值即第一平均值、和由上述多个第二光电变换元件进行了光电变换的信号的平均值即第二平均值;及
校正单元,基于由上述平均值计算单元计算出的上述第一平均值及第二平均值之比,校正上述第一影像信号及上述第二影像信号。
8.如权利要求5所述的固体摄像器件,其特征在于,
上述第一滤光器及上述第二滤光器分别包括第一电介质层、第二电介质层及绝缘层,该绝缘层由形成在上述第一电介质层和上述第二电介质层之间的绝缘体构成,
上述绝缘层的光学膜厚与上述第一电介质层及上述第二电介质层的光学膜厚不同。
9.如权利要求5所述的固体摄像器件,其特征在于,
还包括光源,该光源向被摄体照射包含上述第一频带及上述第二频带的频带的光。
10.如权利要求5所述的固体摄像器件,其特征在于,
上述第一频带及上述第二频带包含在近红外区域中。
11.如权利要求1所述的固体摄像器件,其特征在于,
上述输出单元包括多个变换单元,该多个变换单元将由各列的上述光电变换元件进行了光电变换的信号电荷分别变换成数字信号,并作为上述第一影像信号或上述第二影像信号输出。
12.如权利要求2所述的固体摄像器件,其特征在于,
上述计算单元还包括置换单元,该置换单元比较上述第二保存单元保存的上述视差和预定的范围,在上述视差不被包含在预定的范围内的情况下,将对应于该视差的上述第一影像信号及上述第二影像信号置换为预定的图像进行输出。
13.一种摄像机,其特征在于,包括:
摄像部,具备在包含第一摄像区域和第二摄像区域的区域被配置成行列状的多个光电变换元件;
第一光入射部,引导光而使光入射到上述第一摄像区域;
第二光入射部,与上述第一光入射部隔开设置,并引导光而使光入射到上述第二摄像区域;
输出单元,将由配置在上述第一摄像区域的多个光电变换元件进行了光电变换的信号电荷变换为电压或电流,并将变换的电压或电流作为第一影像信号输出,将由配置在上述第二摄像区域的多个光电变换元件进行了光电变换的信号电荷变换为电压或电流,并将变换的电压或电流作为第二影像信号输出;及
计算单元,根据上述输出单元输出的上述第一影像信号及上述第二影像信号,计算与到被摄体的距离有关的信息;
上述摄像部、上述输出单元和上述计算单元形成于同一半导体基板。
14.一种车,其特征在于,包括:
摄像部,具备在包含第一摄像区域和第二摄像区域的区域被配置成行列状的多个光电变换元件;
第一光入射部,引导光而使光入射到上述第一摄像区域;
第二光入射部,与上述第一光入射部隔开设置,并引导光而使光入射到上述第二摄像区域;
输出单元,将由配置在上述第一摄像区域的多个光电变换元件进行了光电变换的信号电荷变换为电压或电流,并将变换的电压或电流作为第一影像信号输出,将由配置在上述第二摄像区域的多个光电变换元件进行了光电变换的信号电荷变换为电压或电流,并将变换的电压或电流作为第二影像信号输出;及
计算单元,根据上述输出单元输出的上述第一影像信号及上述第二影像信号,计算与到被摄体的距离有关的信息;
上述摄像部、上述输出单元和上述计算单元形成于同一半导体基板。
15.一种监视装置,其特征在于,包括:
摄像部,具备在包含第一摄像区域和第二摄像区域的区域被配置成行列状的多个光电变换元件;
第一光入射部,引导光而使光入射到上述第一摄像区域;
第二光入射部,与上述第一光入射部隔开设置,并引导光而使光入射到上述第二摄像区域;
输出单元,将由配置在上述第一摄像区域的多个光电变换元件进行了光电变换的信号电荷变换为电压或电流,并将变换的电压或电流作为第一影像信号输出,将由配置在上述第二摄像区域的多个光电变换元件进行了光电变换的信号电荷变换为电压或电流,并将变换的电压或电流作为第二影像信号输出;及
计算单元,根据上述输出单元输出的上述第一影像信号及上述第二影像信号,计算与到被摄体的距离有关的信息;
上述摄像部、上述输出单元和上述计算单元形成于同一半导体基板。
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C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Open date: 20080702 |