CN108391045B - 拍摄装置的控制方法以及拍摄装置 - Google Patents

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Abstract

提供能够容易地切换拍摄波段的拍摄装置的控制方法以及拍摄装置。作为动作模式而能够将以第1拍摄波段进行拍摄的第1模式和以与第1拍摄波段不同的拍摄波段进行拍摄的第2模式进行切换的拍摄装置(110)的控制方法,在动作模式为第1模式的情况下,基于在第1模式及第2模式下得到的信息,判定在环境光中是否包含近红外光,在环境光中包含近红外光的情况下使第1模式继续,在环境光中不包含近红外光的情况下将动作模式切换为第2模式,在动作模式为第2模式的情况下,基于在第1模式及第2模式下得到的信息,判定在环境光中是否包含近红外光,在环境光中包含近红外光的情况下将动作模式切换为第1模式,在环境光中不包含近红外光的情况下使第2模式继续。

Description

拍摄装置的控制方法以及拍摄装置
技术领域
本发明涉及能够切换不同的2个拍摄模式的拍摄装置及其控制方法。
背景技术
在监控相机以及辅助安全运转的车载相机等的用途中,要求在除了可视光以外、还在比可视光的波长长的近红外或红外的光中也具有灵敏度的拍摄装置。另一方面,在以往的传感器中,为了抑制近红外光对可视图像带来的混色,配置红外线截止滤波器(IR截止滤波器)而将近红外光除去。但是,在除了可视光以外还用近红外光进行拍摄的拍摄装置中,若使用IR截止滤波器则无法进行近红外光的拍摄,因此无法使用IR截止滤波器。因此,为了以1个传感器取得可视光和近红外光,期待能够控制各个灵敏度的传感器。
作为实现这样的传感器的方法,例如在下述的专利文献1及专利文献2中,公开了通过使波长灵敏度不同的光电变换材料层叠而利用电压来控制灵敏度的传感器。在专利文献3中,公开了利用施加电压来改变光电二极管的分光灵敏度的拍摄元件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2014/024581号
专利文献2:日本特开2008-227092号公报
专利文献3:日本特开2009-005061号公报
发明内容
本发明的一实施方式提供能够容易地切换拍摄波段的拍摄装置的拍摄方法。
本发明的一实施方式的拍摄装置的控制方法,作为动作模式,能够切换以第1拍摄波段进行拍摄的第1模式、和以不同于上述第1拍摄波段的第2拍摄波段进行拍摄的第2模式,其特征在于,上述动作模式为上述第1模式的情况下,基于在上述第1模式及上述第2模式下得到的信息,判定在环境光中是否包含近红外光,在环境光中包含近红外光的情况下使上述第1模式继续,在环境光中不包含近红外光的情况下将上述动作模式切换为上述第2模式,上述动作模式为上述第2模式的情况下,基于在上述第1模式及上述第2模式下得到的信息,判定在环境光中是否包含近红外光,在环境光中包含近红外光的情况下将上述动作模式切换为上述第1模式,在环境光中不包含近红外光的情况下使上述第2模式继续。
此外,本发明的总括性或具体性的形态可以通过元件、器件、装置、系统、集成电路、方法或计算机程序来实现。此外,总括性或具体性的形态也可以通过元件、器件、装置、系统、集成电路、方法以及计算机程序的任意组合来实现。
此外,公开的实施方式的追加效果及优点根据说明书及附图而变得明确。效果及/或优点由说明书及附图中公开的各种各样的实施方式或特征分别地提供,并不是为了得到它们的1个以上而全部需要。
发明效果
本发明能够提供能够容易地切换拍摄波段的拍摄装置的拍摄方法或拍摄装置。
附图说明
图1是表示实施方式的拍摄元件的例示性电路结构的示意图。
图2是表示实施方式的拍摄元件的例示性器件构造的示意剖面图。
图3是表示实施方式的拍摄装置的结构的框图。
图4是示意地表示实施方式的像素结构、以及在各模式中得到的信号的图。
图5是表示实施方式的拍摄手法的例示性算法的图。
图6是表示实施方式的拍摄装置的例示性动作的图。
图7是表示实施方式的拍摄装置的例示性动作的流程的流程图。
图8是表示实施方式的拍摄装置的例示性动作的图。
图9是表示实施方式的各模式下的灵敏度特性的曲线图。
图10是表示实施方式的判定结果和所选择的动作模式的图表。
符号说明
10 单位像素单元
11 像素电极
12 对置电极
13 光电变换部
14 信号检测电路
15 光电变换层
15a,15b 光电变换膜
24 信号检测晶体管
32,32A,32B 电压供给电路
41 电荷蓄积区域
PA 像素阵列
100 拍摄元件
101 光学系统
102 判定电路
103 模式切换电路
110 拍摄装置
具体实施方式
专利文献1及专利文献2中,关于切换拍摄波段及拍摄灵敏度的拍摄方法没有做出记载。此外,专利文献3中,公开了根据另行设置的亮度计的输出而自动切换的技术,但该情况下有需要亮度计的课题。因此,本发明为了提供能够容易地切换拍摄波段的拍摄装置的拍摄方法或拍摄装置而进行了仔细的研究。
本发明的一实施方式的拍摄装置的控制方法,作为动作模式,能够切换以第1拍摄波段进行拍摄的第1模式、和以不同于上述第1拍摄波段的第2拍摄波段进行拍摄的第2模式,上述动作模式为上述第1模式的情况下,基于在上述第1模式及上述第2模式下得到的信息,判定在环境光中是否包含近红外光,在环境光中包含近红外光的情况下使上述第1模式继续,在环境光中不包含近红外光的情况下将上述动作模式切换为上述第2模式,上述动作模式为上述第2模式的情况下,基于在上述第1模式及上述第2模式下得到的信息,判定在环境光中是否包含近红外光,在环境光中包含近红外光的情况下将上述动作模式切换为上述第1模式,在环境光中不包含近红外光的情况下使上述第2模式继续。
由此,该控制方法能够基于在第1模式及第2模式下得到的信息,判定在环境光中是否包含近红外光,根据其判定结果,切换动作模式。这样,该控制方法能够实现能够容易地切换拍摄波段的拍摄装置的控制方法。
例如可以是,上述第1拍摄波段是可视光区域,上述第2拍摄波段是可视光区域以及近红外区域。
例如可以是,上述拍摄装置具备光电变换部和电压供给电路,上述光电变换部具备相互对置的像素电极及对置电极、和被上述像素电极与上述对置电极夹着的光电变换层,上述电压供给电路在上述像素电极与上述对置电极之间有选择地施加第1电压和不同于上述第1电压的第2电压,通过由上述电压供给电路在上述像素电极与上述对置电极之间施加上述第1电压从而上述动作模式被切换为上述第1模式,通过由上述电压供给电路在上述像素电极与上述对置电极之间施加上述第2电压从而上述动作模式被切换为上述第2模式。
例如可以是,在上述环境光中是否包含近红外光的判定为是否在太阳光下的判定。
例如可以是,在上述环境光中是否包含近红外光的判定对多个帧实施1次。
例如可以是,在上述环境光中是否包含近红外光的判定通过对在上述第1模式下得到的信号和在上述第2模式下得到的信号之比、与预先规定的阈值进行比较而进行。
例如可以是,在上述环境光中是否包含近红外光的判定通过对在上述第1模式下得到的图像中包含的多个像素值的平均值与在上述第2模式下得到的图像中包含的多个像素值的平均值之比、与预先规定的阈值进行比较而进行。
例如可以是,上述阈值是上述第1模式的灵敏度与上述第2模式的灵敏度之比。
此外,本发明的一实施方式的拍摄装置,作为动作模式,能够切换为以第1拍摄波段进行拍摄的第1模式和以不同于上述第1拍摄波段的第2拍摄波段进行拍摄的第2模式,具备:判定电路,基于在上述第1模式及上述第2模式下得到的信息,判定在环境光中是否包含近红外光;以及模式切换电路,通过上述判定电路,判定为在环境光中包含近红外光的情况下将上述动作模式切换为上述第1模式,判定为在环境光中不包含近红外光的情况下将上述动作模式切换为上述第2模式。
以下,参照附图对本发明的实施方式详细地说明。另外,以下说明的实施方式均表示总括的例子或具体的例子。以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置以及连接形态、步骤、步骤的顺序等作为一例而并不意欲限定本发明。本说明书中说明的各种形态,只要不产生矛盾就能够相互组合。此外,以下的实施方式中的构成要素之中,关于表示最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素,设为任意的构成要素来说明。以下的说明中,具有实质相同的功能的构成要素用共通的参照符号表示,有省略说明的情况。
(拍摄元件)
首先,说明本实施方式采用的拍摄元件100。
图1表示本发明的实施方式的拍摄元件100的例示性电路结构。图1所示的拍摄元件100具有包括二维排列的多个单位像素单元10的像素阵列PA。图1示意性地示出了将单位像素单元10配置为2行2列的矩阵状的例子。当然,拍摄元件100中的单位像素单元10的数量及配置不限于图1所示的例子。
各单位像素单元10具有光电变换部13以及信号检测电路14。如在后参照附图说明的那样,光电变换部13具有夹在相互对置的2个电极之间的光电变换层,接受入射的光而生成信号电荷。光电变换部13不需要是其整体按每个单位像素单元10而独立的元件,光电变换部13的例如一部分或全部可以设于多个单位像素单元10。本实施方式的情况下,光的入射侧的电极也设于一部分或全部的单位像素单元10。
信号检测电路14是检测由光电变换部13生成的信号的电路。该例中,信号检测电路14包括信号检测晶体管24以及寻址晶体管26。信号检测晶体管24及寻址晶体管26典型地是场效应晶体管(FET),这里,作为信号检测晶体管24及寻址晶体管26,例示N沟道MOS(Metal Oxide Semiconductor)。
如图1中示意所示那样,信号检测晶体管24的控制端子(这里是栅极)与光电变换部13电连接。由光电变换部13生成的信号电荷(空穴或电子)被蓄积到信号检测晶体管24的栅极与光电变换部13之间的电荷蓄积节点(也被称作“浮置扩散节点”或电荷蓄积区域)41。光电变换部13的构造的详细情况在后面叙述。
各单位像素单元10的光电变换部13还与灵敏度控制线42连接。在图1例示的结构中,灵敏度控制线42与电压供给电路32(以下仅称“电压供给电路32”)连接。该电压供给电路32是构成为能够将至少第一电压、第二电压以及第三电压这3种电压向光电变换部13供给的电路。电压供给电路32当拍摄元件100动作时经由灵敏度控制线42向光电变换部13供给规定的电压。电压供给电路32不限于特定的电源电路,可以是生成规定的电压的电路,也可以是将从其他电源供给的电压变换为规定的电压的电路。如在后详细说明的那样,通过将从电压供给电路32向光电变换部13供给的电压在相互不同的多个电压之间切换,来控制从光电变换部13向电荷蓄积节点41的信号电荷的蓄积的开始及结束。换言之,根据本发明的实施方式,通过将从电压供给电路32向光电变换部13供给的电压在第三电压与其他电压之间切换,来执行电子快门动作。拍摄元件100的动作的例子后述。
各单位像素单元10与供给电源电压VDD的电源线40连接。如图所示,在电源线40上,连接着信号检测晶体管24的输入端子(典型的是漏极)。电源线40作为源极跟随电源发挥功能,从而信号检测晶体管24将对应于由光电变换部13生成的信号电荷的电压放大而作为信号电压来输出。
在信号检测晶体管24的输出端子(这里是源极)上,连接着寻址晶体管26的输入端子(这里是漏极)。寻址晶体管26的输出端子(这里是源极)连接于按像素阵列PA的每个列配置的多个垂直信号线47中的1个。寻址晶体管26的控制端子(这里是栅极)连接于地址控制线46,通过控制地址控制线46的电位,能够将信号检测晶体管24的输出向对应的垂直信号线47有选择地读出。
图示的例子中,地址控制线46连接于垂直扫描电路(也称作“行扫描电路”)36。垂直扫描电路36通过向地址控制线46施加规定的电压,以行单位来选择在各行上配置的多个单位像素单元10。由此,执行被选择的单位像素单元10的信号的读出。
垂直信号线47是向周边电路传递来自像素阵列PA的像素信号的主信号线。在垂直信号线47上,连接着列信号处理电路(也称作“行信号蓄积电路”)37。列信号处理电路37进行以相关双采样为代表的噪音抑制信号处理以及模拟-数字变换(AD变换)等。如图所示,列信号处理电路37对应于像素阵列PA中的单位像素单元10的各列而设置。在这些列信号处理电路37上,连接着水平信号读出电路(也称作“列扫描电路”)38。水平信号读出电路38从多个列信号处理电路37向水平共通信号线49依次读出信号。
在图1例示的结构中,单位像素单元10具有复位晶体管28。复位晶体管28例如与信号检测晶体管24及寻址晶体管26同样地是场效应晶体管。以下,只要无特别声明,则说明采用N沟道MOS作为复位晶体管28的例子。如图所示,该复位晶体管28连接在供给复位电压Vr的复位电压线44与电荷蓄积节点41之间。复位晶体管28的控制端子(这里是栅极)连接于复位控制线48,通过控制复位控制线48的电位,能够将电荷蓄积节点41的电位复位为复位电压Vr。该例中,复位控制线48与垂直扫描电路36连接。因而,通过由垂直扫描电路36向复位控制线48施加规定的电压,能够将在各行上配置的多个单位像素单元10以行单位进行复位。
该例中,向复位晶体管28供给复位电压Vr的复位电压线44连接于复位电压供给电路34(以下称作“复位电压源34”)。复位电压源34具有能够在拍摄元件100动作时向复位电压线44供给规定的复位电压Vr的结构即可,与上述的电压供给电路32同样地,不限于特定的电源电路。电压供给电路32以及复位电压源34分别可以是单一的电压供给电路的一部分,也可以是独立的分别的电压供给电路。另外,电压供给电路32以及复位电压源34的一方或双方也可以是垂直扫描电路36的一部分。或者,来自电压供给电路32的灵敏度控制电压以及/或者来自复位电压源34的复位电压Vr也可以经由垂直扫描电路36而被供给到各单位像素单元10。
作为复位电压Vr,也能够使用信号检测电路14的电源电压VDD。该情况下,能够将对各单位像素单元10供给电源电压的电压供给电路(图1中未图示)与复位电压源34共通化。此外,能够将电源线40与复位电压线44共通化,所以能够使像素阵列PA中的布线简单化。但是,对复位电压Vr和信号检测电路14的电源电压VDD使用相互不同的电压能够实现拍摄元件100的更灵活的控制。
图2是表示本实施方式的拍摄元件100中包含的相邻的2个单位像素单元10的例示性结构的概略的图。图2所示的拍摄元件100具有光电变换部13、和与光电变换部13连接的电压供给电路32A及32B、电荷蓄积区域41、以及信号检测电路14(图2中省略)。光电变换部13具有像素电极11、对置电极12、和在它们之间配置的光电变换层15。光电变换层15包括至少2层的光电变换膜15a及15b。光电变换膜15a及15b由分光灵敏度特性相互不同的材料构成。另外,光电变换部13也可以在光电变换层与像素电极11之间还具备掺杂层,或在光电变换层与对置电极12之间还具备电荷阻挡层。
另外,图2示意地表示构成拍摄元件100的各部的配置,图2所示的各部的尺寸并不一定严格反映现实的器件的尺寸。这在本发明的其他附图中也是同样的。
对置电极12由透明导电性材料构成,例如由ITO等构成。此外,对置电极12可以是对全部像素共通的电极,也可以按每行分离。
像素电极11由遮光性高且能够稳定地存在的导电性材料构成,例如由TiN或TaN等构成。此外,像素电极11按每个像素而分离。
另外,本实施方式中的“透明”意味着使想要检测的波长范围的光的至少一部分透射,并不必须使可视光的波长范围整体的光透射。本实施方式的由光传感器检测的光不限于可视光的波长范围(例如,380nm以上780nm以下)内的光。本实施方式中,将包含红外线及紫外线的全体电磁波便宜地表现为“光”。
作为构成光电变换层15的材料,典型地使用半导体材料。光电变换层15接受光的照射而在内部生成电子-空穴对(激子)。生成的激子在作用于光电变换层15的电场的作用下分离为电子和空穴。该电子和空穴分别随着电场而向电极侧漂移。这里,说明作为构成光电变换层15的材料而使用有机半导体材料的例子,例如可以使用氢化非晶硅或以CdSe等为代表的化合物半导体材料、或者ZnO等金属氧化物半导体材料。另外,在使用有机半导体材料的情况下,光电变换层15可以是施主材料和受主材料的层叠膜(异质结),也可以是混合膜(体异质结)。此外,也可以是,施主材料或受主材料的一方或双方吸收光。
电荷阻挡层具有如下功能:通过施加电压,将由光电变换层15产生的电荷中的一方的极性的电荷向对置电极12侧输送,并且阻碍相反极性的电荷输送。因而,电荷阻挡层的材料不必须是绝缘性的材料。该选择性的电荷输送在其路线中由相邻的半导体材料、或与电极材料之间的界面处的能垒的大小决定。
作为例子,在进行从LUMO(Lowest-Unoccupied-Molecular-Orbital:最低空轨道)的能级为4.0eV的有机光电变换层向费米能级为5.1eV的电极材料的电子输送的情况下,电荷阻挡层具有输送电子而阻碍空穴输送的功能。此时,电荷阻挡层的LUMO的能级为与4.0eV同等或比其越深则能垒越小,因此电子的输送效率提高。此外,电荷阻挡层的HOMO的能级比5.1eV越深则能垒越大,因此空穴的阻碍能力提高。
例如,富勒烯(fullerene)的LUMO的能级为4.0eV,HOMO的能级为6.4eV,因此能够用于电荷阻挡层的材料。有机材料的HOMO的能级例如能够用光电子能谱(photoelectronspectroscopy)法或光电子产额能谱(photoelectron yield spectroscopy)法等求出。此外,LUMO的能级能够通过反光电子能谱法、或从HOMO的能级减去吸收波谱端部的能量而求出。
电压供给电路32A及32B构成为,能够向对置电极12施加规定的电压。电压供给电路32A及32B可以在拍摄元件100的动作过程中始终供给固定的电压。此外,电压供给电路32A及32B可以是在曝光期间向对置电极12供给第1电压、在读出动作期间供给与第1电压不同的第2电压等的可变的电压供给源。电压供给电路32A及32B不限于特定的电源电路,可以是生成规定的电压的电路,也可以是将从其他电源供给的电压变换为规定的电压的电路。第1电压及/或第2电压可以作为脉冲来施加,也可以周期性或准周期性地被反复施加。
电荷蓄积区域41蓄积被光电变换后的信号电荷,并将其变换为电压。对于电荷蓄积区域41,能够采用形成在基板上的结电容(FD)、将SiO2、Al2O3、SiN、HfO2或ZrO2等绝缘性材料用于绝缘层的MIM(Metal-Insulator-Metal)等。进而,FD可以是通过多个电容元件及寄生电容的并联连接或串联连接而得到的合成电容。
信号检测电路14由包含将被电荷蓄积区域41变换后的电压读出的源极跟随型晶体管的结构来实现。此时,电荷蓄积区域41和源极跟随型晶体管电连接于光电变换部13的对置电极12。通过在源极跟随型晶体管的栅极侧连接蓄积电容,能够不击穿地将信号电荷读出。
通过向光电变换层15入射光并进行光电变换而产生的激子如上述那样,在施加于光电变换层15的电场的作用下效率良好地被电荷分离,分离为电子和空穴。这些电子和空穴随着电场而在膜内移动并被拉向电极侧,但通常,在较多的光电变换材料中,为了电荷分离以及膜内的电荷移动,需要某种程度的电场。若将该电场作为阈值电场ETH来定义,则在光电变换部13中流动的电流I能够用起因于被光电变换后的电荷的光电流IPH而如以下的(式1)那样书写。
【数1】
Figure BDA0001520348530000101
这里,IDARK是以在光电变换材料中由于热激励等而产生的电荷以及从电极注入的电荷等为要因的、在暗时也流动的电流。施加于光电变换部13的电场越大则IDARK越增大,但IDARK与光电流IPH相比足够小,因此为了说明上的方便,假定IDARK是不取决于电场的大致相同的值。
说明光电变换部13具有将光电变换膜15a和光电变换膜15b层叠而得到的构造的情况,光电变换膜15a包含在第1波段中具有灵敏度的第1光电变换材料,光电变换膜15b包含在第2波段中具有灵敏度的第2光电变换材料。此时,设光电变换膜15a的膜厚为D1,设光电变换膜15a的阻抗为Z1,设光电变换膜15b的膜厚为D2,设光电变换膜15b的阻抗为Z2,设施加于光电变换部13的电压为V,则作用于各层的电场E1及E2由以下的(式2)表示。
【数2】
Figure BDA0001520348530000111
当膜厚D1和膜厚D2为大致相同的厚度时,例如若Z1<<Z2,则根据(式2),作用于光电变换膜15a的电场E1成为相对较小的值,当施加了低电压时会低于在(式1)中表示的阈值电场。因而,在具有光电变换膜15a和光电变换膜15b的层叠构造的拍摄元件100中,在低电压下仅检测出由光电变换膜15b进行了光电变换的电荷,在高电压下能够将由光电变换膜15a和光电变换膜15b双方进行了光电变换的电荷重叠而检测。另外,该高电压是指比上述的低电压高的电压,可以是小于10V的电压。
作为使阻抗差较大那样的光电变换材料的组合,例如能够通过对光电变换膜15a采用以1:1的比例共蒸镀有SnNc和C70的膜厚60nm的光电变换膜、对光电变换膜15b采用以1:1的比例共蒸镀有DTDCTB和C70的膜厚60nm的光电变换膜来实现。该情况下,在偏置电压为-8V、频率1Hz的条件下,光电变换膜15a的阻抗为4.2×103Ω,光电变换膜15b的阻抗为7.5×106Ω。
通过这样的结构,能够用施加于光电变换部13的电压来控制光电变换膜15a中包含的SnNc的光电变换材料所具有的分光灵敏度。本实施方式的拍摄元件100具有这样的光电变换部13,并且,在某个曝光期间中对多个像素区域中的一部分像素区域施加VA的电压,对其余的像素施加比VA的电压高的电压VB。例如,通过图2所示的电压供给电路32A及32B,能够对2个像素区域施加不同的电压。此时,对于电压VA,以下的条件成立。
Figure BDA0001520348530000112
即,电压VA是无法将由光电变换膜15a光电变换后的电荷从光电变换膜15a向外部取出的电压,优选是在该范围中尽可能大的值。这样,在被施加电压VA的像素区域,将由光电变换膜15b光电变换后的电荷作为信号来输出,在被施加电压VB的像素区域,将由光电变换膜15a和光电变换膜15b光电变换后的电荷双方一并作为信号来输出。这些信号是以完全相同的定时和期间被曝光的信息,具有同步性。
因而,通过从基于由光电变换膜15a和光电变换膜15b光电变换后的电荷的信号中,将基于由光电变换膜15b光电变换后的电荷的信号进行减法处理,能够提取由光电变换膜15a光电变换后的信号。另外,该情况下,施加不同的电压的像素彼此优选为相互相邻的像素。此外,可以是,将与1个微透镜对应的像素区域分割为2个,将分割出的2个子像素作为被施加上述的不同的电压的像素。进而,也可以对基于由光电变换膜15a和光电变换膜15b光电变换后的电荷的信号、以及基于由光电变换膜15b光电变换后的电荷的信号乘以增益,将信号倍增后进行减法处理。该情况下,对上述的2个信号乘以的增益不需要必须一致,设为乘以预先按每个像素而决定的增益。
在相互不同的像素区域中,在同一曝光期间将不同电压对光电变换部13施加例如能够通过将对置电极12按每行分离而容易地实现。作为导电性材料的对置电极12的构图例如通过使用光刻而实现。对于被分离后的对置电极12,可以连接到分别相互不同的电压供给源,以使得在奇数行和偶数行被施加不同电压。
或者,也可以是,对置电极12不构图而对全部像素施加同等的电压,将施加于像素电极11的电压设为按每个像素而不同的值。例如可以是,在将电荷蓄积区域41的电位复位为基准电压时,使用2种基准电压,设定为按每个像素而不同的基准电压。
(拍摄装置)
接着,对包含上述拍摄元件100的本实施方式的拍摄装置110进行说明。图3是表示拍摄装置110的结构的图。如图3所示,拍摄装置110包含拍摄元件100、包含聚光透镜等的光学系统101、判定电路102和模式切换电路103。
如上述那样,拍摄元件100,作为动作模式,能够电气地切换以第1拍摄波段进行拍摄的第1模式、和以与第1拍摄波段不同的第2拍摄波段进行拍摄的第2模式。这里,第1拍摄波段是可视光区域,第2拍摄波段是可视光区域以及近红外区域。以下,将第1模式记作“RGB模式”,将第2模式记作“RGB+IR模式”。
具体而言,拍摄元件100具备光电变换部13和电压供给电路32(或32A及32B)。光电变换部13具备相互对置的像素电极11及对置电极12、和被像素电极11与对置电极12夹着的光电变换层15。
电压供给电路32在像素电极11与对置电极12之间选择性地施加第1电压和不同于第1电压的第2电压。
电压供给电路32在像素电极11与对置电极12之间施加第1电压从而动作模式被切换为第1模式(RGB模式),电压供给电路32在像素电极11与对置电极12之间施加第2电压从而动作模式被切换为第2模式(RGB+IR模式)。
判定电路102基于在第1模式(RGB模式)及第2模式(RGB+IR模式)下得到的信息,判定在环境光中是否包含近红外光。
模式切换电路103,通过判定电路102,判定为在环境光中包含近红外光的情况下将动作模式切换为第1模式(RGB模式),判定为在环境光中不包含近红外光的情况下将动作模式切换为第2模式(RGB+IR模式)。
图4的(a)、(b)是示意地表示本实施方式的像素的结构、以及在各模式下得到的信号的图。如图4的(a)、(b)所示,各像素例如具有包含1个R像素、2个G像素、以及1个B像素的所谓拜耳排列。在RGB+IR模式下,通过R像素能够得到与红色及红外(R+IR)对应的信号,通过G像素能够得到与绿色+红外(G+IR)对应的信号,通过B像素能够得到与蓝色+红外(B+IR)对应的信号。此外,在RGB模式下,通过R像素能够得到与红色(R)对应的信号,通过G像素能够得到与绿色(G)对应的信号,通过B像素能够得到与蓝色(B)对应的信号。
图5是表示拍摄装置110的动作的序列图。
如图5所示,拍摄装置110,在动作模式为第1模式(RGB模式)的情况下,基于在第1模式(RGB模式)及第2模式(RGB+IR模式)下得到的信息,判定在环境光中是否包含近红外光。并且,在环境光中包含近红外光的情况下继续第1模式(RGB模式),在环境光中不包含近红外光的情况下将动作模式切换为第2模式(RGB+IR模式)。
此外,拍摄装置110,在动作模式为第2模式(RGB+IR模式)的情况下,基于在第1模式(RGB模式)及第2模式(RGB+IR模式)下得到的信息,判定在环境光中是否包含近红外光,在环境光中包含近红外光的情况下将动作模式切换为第1模式(RGB模式),在环境光中不包含近红外光的情况下继续第2模式(RGB+IR模式)。
图6是表示拍摄装置110的动作的流程的图。如图6所示,为了选择RGB模式和RGB+IR模式的某一个,定期进行判定在环境光中是否包含近红外光的处理。然后,以依据该判定结果的RGB模式或RGB+IR模式,进行通常的摄影。这样,在环境光中是否包含近红外光的判定例如对多个帧实施1次。
另外,上述判定处理的频度可以是任意的。此外,也可以基于拍摄到的图像的平均照度或对比度的变化来进行上述的判定处理。在RGB模式动作时,平均照度或对比度变小的情况用于提示视角恶化。例如可以是,设置基于光电变换部13的输出而检测所拍摄到的图像的对比度的对比度度检测部(未图示),基于对比度检测部所检测的对比度,进行上述的判定处理。此外,也可以是,在各拍摄模式下由于焦点位置或像差不同等从而模式切换对焦点带来影响的情况下,在模式切换时实施焦点修正。
此外,进行判定处理的频度可以不由帧数规定而由时间规定。此外,也可以不是定期地进行判定处理而是根据基于某个触发的定时而进行判定处理。
图7是表示拍摄装置110的动作例的流程图。如图7所示,首先,拍摄装置110进行RGB+IR模式下的摄影及RGB模式下的摄影(S101)。另外,这2个模式下的摄影可以如上述那样,通过按每个像素施加不同的电压而在单一的帧中同时进行,也可以如图8所示那样,按时间序列连续进行。另外,图8中,在RGB+IR模式下的摄影之后进行RGB模式下的摄影,但摄影的顺序也可以相反。
接着,判定电路102利用在RGB+IR模式下摄影的图像以及在RGB模式下得到的图像,判定在环境光中是否包含近红外光(S102)。另外,在环境光中包含近红外光是指近红外光比预先规定的阈值多地存在,在环境光中不包含近红外光是指近红外光小于预先规定的阈值。此外,关于该处理的详细情况,在后面叙述。
在环境光中包含近红外光的情况下(S103的“是”),模式切换电路103将动作模式设定为RGB模式(S104)。另一方面,在环境光中不包含近红外光的情况下(S103的“否”),模式切换电路103将动作模式设定为RGB+IR模式(S105)。
然后,拍摄装置110以设定的动作模式对预先确定的数量的多个帧进行摄影(S106),在不结束摄影的情况下(S107的“否”),再次进行步骤S101以后的处理。在对预先确定的数量的多个帧进行了摄影的情况下(S107的“是”),拍摄装置110结束处理。
此外,摄影的结束例如根据来自拍摄装置110的外部的指示而进行。另外,进行摄影结束的判定处理(S107)的定时可以是任意的,不限于图7所示的定时。
以下,对于在环境光中是否包含近红外光的判定处理(S102)的详细情况进行说明。判定电路102通过比较在RGB模式下得到的信号与在RGB+IR模式下得到的信号之比、和预先规定的阈值而进行上述判定。具体而言,判定电路102通过比较在RGB模式下得到的图像中包含的多个像素值的平均值与在RGB+IR模式下得到的图像中包含的多个像素值的平均值之比、和预先规定的阈值,进行上述判定。即,判定电路102算出由下述(式4)所示的α。
α=Ave(RGB+IR)/Ave(RGB)…(式4)
Ave(RGB+IR)是在RGB+IR模式下得到的图像中包含的全部像素的像素值的平均,Ave(RGB)是在RGB模式下得到的图像中包含的全部像素的像素值的平均。
接着,判定电路102比较算出的α与预先规定的阈值β,在α大于β的情况下,判定为在环境光中包含红外光。由此,选择RGB模式。此外,判定电路102在α小于β的情况下,判定为在环境光中不包含红外光。由此,选择RGB+IR模式。
另外,这里叙述了使用全部像素的平均值的例子,也可以是全部像素的加法值或中央值等。此外,作为运算的对象的像素可以不是全部像素而是一部分像素。
此外,阈值β如下述(式5)那样,由RGB模式的灵敏度与RGB+IR模式的灵敏度之比规定。
β=η(RHB+IR)/η(RGB)…(式5)
图9是表示实施方式的各模式下的灵敏度特性的曲线图。如图9所示,η(RGB+IR)表示RGB+IR模式(施加电压V1时)下的可视光的灵敏度,η(RGB)表示RGB模式(施加电压V2时)下的可视光的灵敏度。
另外,上述运算可以对R、G、B各色进行。即,与R、G、B分别对应的αR、αG、αB由下述(式6)~(式8)表示。
αR=AveR(RGB+IR)/AveR(RGB)···(式6)
αGαG=AveG(RGB+IR)/AveG(RGB)…(式7)
αB=AveB(RGB+IR)/AveB(RGB)…(式8)
AveR(RGB+IR)是在RGB+IR模式下得到的图像中包含的R像素的像素值的平均。AveG(RGB+IR)是在RGB+IR模式下得到的图像中包含的G像素的像素值的平均。AveB(RGB+IR)是在RGB+IR模式下得到的图像中包含的B像素的像素值的平均。AveR(RGB)是在RGB模式下得到的图像中包含的R像素的像素值的平均。AveG(RGB)是在RGB模式下得到的图像中包含的G像素的像素值的平均。AveB(RGB)是在RGB模式下得到的图像中包含的B像素的像素值的平均。
即,与R、G、B分别对应的βR、βG、βB由下述(式9)~(式11)表示。
βR=ηR(RGB+IR)/ηR(RGB)…(式9)
βG=ηG(RGB+IR)/ηG(RGB)…(式10)
βB=ηB(RGB+IR)/ηB(RGB)…(式11)
ηR(RGB+IR)表示RGB+IR模式下的红色光的灵敏度。ηG(RGB+IR)表示RGB+IR模式下的绿色光的灵敏度。ηB(RGB+IR)表示RGB+IR模式下的蓝色光的灵敏度。ηR(RGB)表示RGB模式下的红色光的灵敏度。ηG(RGB)表示RGB模式下的绿色光的灵敏度。ηB(RGB)表示RGB模式下的蓝色光的灵敏度。
判定电路102对αR和βR进行比较,对αG和βG进行比较,对αB和βB进行比较。判定电路102根据这些比较结果,判定在环境光中是否包含红外光。例如,判定电路102在αR>βR、αG>βG、αB>βB这3个条件全部满足的情况下,判定为在环境光中包含红外光,在这以外的情况下,判定为在环境光中不包含红外光。或者,判定电路102也可以在上述3个条件的至少1个满足的情况下判定为在环境光中包含红外光,在这以外的情况下判定为在环境光中不包含红外光。此外,也可以是,在上述3个条件的至少2个满足的情况下,判定为在环境光中包含红外光,在这以外的情况下,判定为在环境光中不包含红外光。
此外,也可以仅对R、G、B中的1个或2个颜色进行上述判定。
通过上述的判定,判定电路102能够判定在环境光中是否包含近红外光。另外,该判定也可以说是判定是否是在太阳光下。
图10是表示上述的判定结果与动作模式的关系的图。如图10所示,在环境光中包含红外光的情况下,即,在处于照射太阳光的环境中的情况下,拍摄装置110选择RGB模式作为动作模式。这里,在环境光中包含红外光的情况下,该红外光会包含在图像信号中,会得到比人眼所见的情况白的图像。由此,存在色彩再现性降低的课题。如本实施方式那样,在处于照射太阳光的环境中的情况下,通过选择RGB模式作为动作模式,能够抑制色彩再现性的降低。
此外,判定电路102在满足α<β的情况下,判定为环境光在噪声级(noise level)以下,照度不足。由此,拍摄装置110选择RGB+IR模式,并且将照射红外光的光源点亮。由此,拍摄装置110在暗处能够用红外光对被摄体进行摄影。另外,在RGB+IR模式下,照射红外光的光源可以不点亮。
此外,在室内等的人工照明下,有在环境光中不包含红外光的情况。在这样的情况下,在RGB+IR模式和RGB模式这双方中,不发生色彩再现性的降低,所以选择哪个模式都可以。但是,如图9所示那样,RGB+IR模式的灵敏度比RGB模式的灵敏度高。因而,在室内等的环境光中不包含红外光的情况下,也如本实施方式那样,通过选择RGB+IR模式,能够得到灵敏度高的图像。
另外,在上述说明中,叙述了在RBG模式下得到的信号与在RGB+IR模式下得到的信号之比同阈值相比较的例子,但也可以根据在RBG模式下得到的信号与在RGB+IR模式下得到的信号之差进行判定。
例如可以是,判定电路102算出由下述(式12)所示的γ,在γ大于预先规定的阈值的情况下,判定为在环境光中包含红外光,在γ小于该阈值的情况下,判定为在环境光中不包含红外光。此外,下述(式12)中的β例如由(式5)表示。
γ=Ave(RGB+IR)-β×Ave(RGB)…(式12)
另外,(式12)中,对在RGB模式下到的信号乘以β,但只要能够改变在RGB+IR模式下得到的信号与在RGB模式下得到的信号的比率即可。即,也可以对在RGB+IR模式下得到的信号乘以β的倒数。此外,也可以对在RGB+IR模式下得到的信号与在RGB模式下得到的信号这双方乘以不同的增益。
此外,该情况下,也可以对R、G、B各色进行上述运算。
以上,说明了本实施方式的拍摄装置,但本发明不限于该实施方式。
此外,上述实施方式的拍摄装置中包含的各处理部,典型地被实现为作为集成电路的LSI。它们也可以单独地被做成1个芯片,也可以以包含一部分或全部的方式被做成1个芯片。
此外,集成电路化不限于LSI,也可以由专用电路或通用处理器实现。也可以利用能够在LSI制造后编程的FPGA(Field Programmable Gate Array)、或能够重构LSI内部的电路单元的连接及设定的可重构处理器。
以上,对于1个或多个形态的拍摄装置,基于实施方式进行了说明,但本发明不限于该实施方式。只要不脱离本发明的精神,对本实施方式实施本领域技术人员想到的各种变形而得到的形态、或将不同实施方式中的构成要素组合而构筑的形态也可以包含在1个或多个形态的范围内。
本发明的拍摄装置能够适用于图像传感器等,特别是对以高速运动的对象物的摄影而言是有用的。例如,能够利用于通过图像识别进行生产工场中的生产物的状态判断、不良检测、以及分类等的机器视觉相机(machine vision camera)、或用于车辆安全行驶的作为针对控制装置的输入装置的车载搭载用相机等。

Claims (11)

1.一种拍摄装置的控制方法,作为动作模式,能够切换在可视光区域进行拍摄的第1模式、和在可视光区域以及近红外区域进行拍摄的第2模式,其特征在于,
上述动作模式为上述第1模式的情况下,基于在上述第1模式及上述第2模式下得到的信息,判定在环境光中是否包含近红外光,在环境光中包含近红外光的情况下使上述第1模式继续,在环境光中不包含近红外光的情况下将上述动作模式切换为上述第2模式,
上述动作模式为上述第2模式的情况下,基于在上述第1模式及上述第2模式下得到的信息,判定在环境光中是否包含近红外光,在环境光中包含近红外光的情况下将上述动作模式切换为上述第1模式,在环境光中不包含近红外光的情况下使上述第2模式继续。
2.如权利要求1所述的拍摄装置的控制方法,其特征在于,
上述拍摄装置具备:
光电变换部,具备相互对置的像素电极以及对置电极、和被上述像素电极与上述对置电极夹着的光电变换层;以及
电压供给电路,在上述像素电极与上述对置电极之间有选择地施加第1电压和不同于上述第1电压的第2电压;
通过由上述电压供给电路在上述像素电极与上述对置电极之间施加上述第1电压从而上述动作模式被切换为上述第1模式,通过由上述电压供给电路在上述像素电极与上述对置电极之间施加上述第2电压从而上述动作模式被切换为上述第2模式。
3.如权利要求1所述的拍摄装置的控制方法,其特征在于,
在上述环境光中是否包含近红外光的判定为是否在太阳光下的判定。
4.如权利要求1所述的拍摄装置的控制方法,其特征在于,
在上述环境光中是否包含近红外光的判定对多个帧实施1次。
5.如权利要求1所述的拍摄装置的控制方法,其特征在于,
在上述环境光中是否包含近红外光的判定通过对在上述第1模式下得到的信号与在上述第2模式下得到的信号之比、和预先规定的阈值进行比较而进行。
6.如权利要求5所述的拍摄装置的控制方法,其特征在于,
在上述环境光中是否包含近红外光的判定通过对在上述第1模式下得到的图像中包含的多个像素值的平均值与在上述第2模式下得到的图像中包含的多个像素值的平均值之比、和预先规定的阈值进行比较而进行。
7.如权利要求5所述的拍摄装置的控制方法,其特征在于,
上述阈值是上述第1模式的灵敏度与上述第2模式的灵敏度之比。
8.一种拍摄装置的控制方法,至少具有在可视光区域进行拍摄的第1模式和在可视光区域以及近红外区域进行拍摄的第2模式,进行从上述第1模式向上述第2模式、或从上述第2模式向上述第1模式的动作模式的切换,其特征在于,
通过上述第1模式的拍摄取得第1图像信息,
通过上述第2模式的拍摄取得第2图像信息,
对上述第1图像信息和上述第2图像信息进行比较,
根据环境光中是否包含近红外光,有选择地进行上述动作模式的维持、或上述动作模式的上述切换。
9.如权利要求1所述的拍摄装置的控制方法,其特征在于,
上述拍摄装置具备拍摄元件,
上述第1模式下的上述拍摄利用上述拍摄元件进行,
上述第2模式下的上述拍摄利用相同的上述拍摄元件进行。
10.一种拍摄装置,作为动作模式,能够切换为在可视光区域进行拍摄的第1模式、和在可视光区域以及近红外区域进行拍摄的第2模式,其特征在于,具备:
判定电路,根据在上述第1模式及上述第2模式下得到的信息,判定在环境光中是否包含近红外光;以及
模式切换电路,在通过上述判定电路判定为在环境光中包含近红外光的情况下,该模式切换电路将上述动作模式切换为上述第1模式,在通过上述判定电路判定为在环境光中不包含近红外光的情况下,该模式切换电路将上述动作模式切换为上述第2模式。
11.一种拍摄装置,至少具有在可视光区域进行拍摄的第1模式和在可视光区域以及近红外区域进行拍摄的第2模式,能够进行从上述第1模式向上述第2模式、或从上述第2模式向上述第1模式的动作模式的切换,其特征在于,具备:
判定电路,对通过上述第1模式的拍摄取得的第1图像信息和通过上述第2模式的拍摄取得的第2图像信息进行比较;以及
切换电路,根据环境光中是否包含近红外光,有选择地进行上述动作模式的维持、或上述动作模式的上述切换。
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