JP2003274422A - イメージセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えば車両の安全運行支援のための画像情報
処理に用いるイメージセンサであり、車両の置かれるあ
らゆる環境に適合可能とすることを目的とする。 【解決手段】 複数の受光素子を、水平方向Ｈと垂直方
向Ｖに略マトリクス状に配置し、水平方向に配置される
第１の受光素子群１１と、水平方向に配置され、受光素
子群１１の各受光素子１３が受光する第１の受光量とは
異なる第２の受光量で各受光素子が受光する第２の受光
素子群１２と、からなり、そのために、受光素子の開口
部の面積を異ならせ、あるいは集光レンズを付加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はイメージセンサ、特
に画像情報処理装置の画像情報入力部として用いるイメ
ージセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像情報処理装置を備えた各種の
制御システムが広く実用に供されている。例えば、ロボ
ット制御システムあるいは車両の安全運行制御システム
である。後者の例は車両の安全運転を支援することを目
的とした制御システムであり、本発明においてはこの車
両の安全運行制御システムを代表例として説明する。

【０００３】かかる車両の安全運行制御システムでは、
走行する道路上の車線（白線）を検知したり、また、前
方あるいは後方や側方を走行する他の車両までの距離お
よび方向を検知したりするための画像情報処理装置が主
要な構成となっており、したがってその画像情報入力部
としてのイメージセンサの果すべき役割も重要である。

【０００４】上記画像情報処理装置を用いて車両の走行
制御を行う場合、上記イメージセンサから得られた画像
情報に対し高速で信号処理を行い、適切な運転指令を迅
速に生成する必要がある。

【０００５】このため一般には高速演算が可能な画像情
報処理回路が不可欠となっている。ところが、このよう
な高速演算処理回路を構成するためにはそのハードウェ
アが必然的に大規模なものとなってしまう。このこと
は、車両という限られたスペースへの搭載ということを
考慮すると、かなり厳しい空間的な制約を該情報処理装
置を課することになり、望ましいものとは言えない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した画像情報処理
装置に用いられている従来のイメージセンサは、一般の
デジタルカメラあるいはビデオカメラと同様のものであ
る。一般的に、これらのカメラに用いるイメージセンサ
は、受光エリア内の各受光素子が全て同一の形状で、か
つ、同一のピッチで配置されている。このため必ずしも
画像情報処理に適したものとは言えない。

【０００７】例えば、画像情報処理においては、上記受
光エリアに配置された全受光素子からの画素情報を一旦
メモリ等に格納し、その後該受光エリア内の必要な部分
をそのメモリから読み出して処理するという手法がよく
用いられている。

【０００８】この場合、画像処理に必要ではない部分の
画素情報についても同時にそのメモリに格納することに
なるため、上記の高速演算処理が困難になる、という問
題がある。

【０００９】また、車両の制御の場合には、直射日光や
その反射等による強い光やその影に晒されること、ある
いはトンネル内のように暗い部分の弱い光とその先の出
口における強い光とを検知しなければならないことがあ
って、強い光と弱い光に同時に対応できる必要がある。
つまり入力光に対するセンサ出力信号のダイナミックレ
ンジを広くとる必要がある。

【００１０】しかし、イメージセンサを構成する受光素
子は、その特性上、そのように広いダイナミックレンジ
を有していない。したがって明部に合わせた露光蓄積時
間に設定した場合には、暗部の輝度分解能を得られず、
また、逆に暗部に合わせた露光蓄積時間の設定では、明
部の飽和が生じ、一般にスミアやブルーミングと呼ばれ
る現象を引き起こす、という問題がある。

【００１１】この問題に対応する方法として、従来、画
像入力時の露光蓄積時間を長短の２回設定し、その双方
でそれぞれ得られた画素情報を用いて演算するいう方法
や、受光素子の部分にｌｏｇ変換回路を設けることによ
ってダイナミックレンジを確保するという方法等が提案
されている。

【００１２】しかし前者の方法の場合には、画像情報の
取得時間が２倍必要となるため、高速画像処理には向か
ない、という問題があり、また、後者の方法の場合で
は、輝度情報の圧縮が行われることから、輝度分解能が
低下してしまう、という問題がある。

【００１３】さらに、夜間での対応を考慮した場合、照
明が設置されていない道路では自車のヘッドライト範囲
以外の部分の画像情報は得られない。この対応として、
近赤外線を照射する方法が考えられている。

【００１４】ところが、近赤外線領域まで対応するイメ
ージセンサを用いた場合には、昼間の画像における滲み
や夜間の前方車両のテールランプによる滲みが発生する
ことから、画像情報処理による高精度の位置抽出を目的
とする場合には、そのような近赤外線対応のイメージセ
ンサは向かない。

【００１５】これに対処するためには、近赤外線をカッ
トするフィルタをイメージセンサに任意に脱着させる機
構が必要になる、という問題がある。

【００１６】また、画像情報処理においては、輝度情報
のみを用いる方法が一般的であるが、制御システムによ
っては、イメージセンサで得た画像をそのままモニタに
表示することがある。しかも、豊富な情報量を得るべ
く、その画像がカラーであることが望ましい場合が多
い。例えば、バック時に車両後方を監視するため、コン
ソール等に設置されたカー・ナビゲーション用ディスプ
レイにカラー画像を運転者に表示すると同時に、その画
像を用いて画像情報処理も行うような場合である。

【００１７】この場合、イメージセンサの各画素にはカ
ラーフィルタが設けられる。ところが、フィルタによっ
て各色に対応する画素毎に得られる輝度値は、カラーフ
ィルタが無いときの輝度値とは異なるばかりでなく、あ
る割合でその輝度値が減少し、またその減少割合も異な
ってくる。したがって、輝度情報に所定の補正を加えつ
つ画像処理を行わなければならず、高速画像処理が困難
になる、という問題がある。

【００１８】したがって本発明は、上記諸問題点に鑑
み、画像情報処理装置の本来の構成に変更を加えること
なしに、高速演算処理を可能にするような画像入力信号
を生成するイメージセンサを提供することを目的とする
ものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の原理構成は、異
なった受光感度を持った受光素子群の各々を受光面全体
に配置するという構成にある。その具体例を以下、順次
示す。

【００２０】図１は本発明に係るイメージセンサの基本
構成を示す図である。

【００２１】平面図として見た図１のイメージセンサ１
０は、複数の受光素子１３を、水平方向Ｈと垂直方向Ｖ
に略マトリクス状に配置してなるイメージセンサであ
る。ここに本発明は、水平方向Ｈに配置される第１の受
光素子群１１と、水平方向Ｈに配置され、第１の受光素
子群１１の各受光素子１３が受光する第１の受光量とは
異なる第２の受光量で各受光素子１３が受光する第２の
受光素子群１２と、から構成することを特徴とするもの
である。

【００２２】ここで上記第１の受光量（１１）を上記第
２の受光量（１２）よりも大きく設定したとすると、第
１の受光素子群１１からの画像信号に基づき暗部に適合
した画像情報が得られ、一方、第２の受光素子群１２か
らの画像信号に基づき明部に適合した画像信号が得られ
る。これは、一般のデジタルカメラやビデオカメラに用
いるイメージセンサからは得ることのできない特性であ
る。

【００２３】図２は図１の基本構成の他のパターン例
（１）を示す図であり、図３は図１の基本構成の他のパ
ターン例（２）を示す図である。

【００２４】図１の基本構成では、受光素子群１１およ
び１２が完全な格子パターンをもって配置されている
が、このような格子パターンに限らず、他のパターン例
えば図２および図３に示すようなパターンでもよい。

【００２５】図２においては、第１受光素子群１１と第
２受光素子群１２を交互配置するパターンを示す。一方
図３においては、第１受光素子群１１および第２受光素
子群１２の組を、複数組、Ａ，Ｂ，Ａ…のごとく交互配
置するパターンを示す。

【００２６】

【発明の実施の形態】図４は本発明に基づく第１実施例
を示す図である。また図５は第１実施例（図４）の説明
に用いる図である。

【００２７】この第１実施例の特徴は、第１の受光素子
群１１をなす各受光素子１３の開口部ＡＰの面積と、第
２の受光素子群１２をなす各受光素子１３の開口部ＡＰ
の面積とを、異ならせることにある。

【００２８】さらに具体的な例としては、図４に示すと
おり、第１の受光素子群１１と第２の受光素子群１２と
を、垂直方向Ｖに交互配置するようにする。

【００２９】以下、図５も参照しながら詳しく説明す
る。

【００３０】図４は、イメージセンサ１０の受光素子１
３の部分をセンサチップの上面より見た図である。この
イメージセンサ１０は通常、受光素子群に対してインタ
レース形式の読み取りを行う。これを示すのが図３であ
る。すなわち、垂直方向Ｖに１画素ずつ間引きして（１
→３→５…，２→４→６…）読み込む形式である。

【００３１】この場合、１画面内での奇数／偶数番目の
走査をそれぞれフィールドと呼ぶ。したがって１画面は
これら２つの奇数／偶数フィールドで全画素の読み出し
を完了する。これが１フレームである。

【００３２】図４によれば、奇数フィールドの受光素子
１３の開口寸法すなわち面積が大きく、一方、偶数フィ
ールドの開口寸法すなわち面積は小さく構成されてい
る。

【００３３】受光素子１３は光の蓄積量に比例した電気
信号を出力するものであり、該面積（開口寸法）が大き
いほどその出力は大きくなる。したがって、開口面積の
大きい奇数フィールド（１１）で得られる画像は、受光
量の少ない（暗い）部分の輝度分解能を確保できる。逆
に開口面積の小さい偶数フィールド（１２）では受光量
の多い（明るい）部分の輝度分解能を確保できる。この
両方の画像を使い分けることにより、車両の走行場所毎
に最適な輝度情報を用いることで明部から暗部までの広
い範囲の受光量に同時に対応することが可能となる。

【００３４】図６の（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、イ
ンタレース形式の信号の読み取りを図解的に表す図であ
る。

【００３５】本図の（ａ）は、図５に示す奇数フィール
ドと偶数フィールドの出現タイミングを表す。これらの
フィールドからのセンサ出力の取り出しタイミングは、
例えばマイコン１５からの読出しタイミング信号Ｔｒに
よって規定される。これを示すのが同図（ｂ）である。

【００３６】この読出しタイミング信号Ｔｒによって読
み出された各センサ出力は、一旦、メモリ１６に入力さ
れ、その奇数フィールド対応のメモリ領域と偶数フィー
ルド対応のメモリ領域にそれぞれ格納される。これを示
すのが同図（ｃ）であり、さらに、これらメモリ領域か
らの読出し信号は、画像信号として、画像情報処理装置
１７に入力される。

【００３７】この場合、奇数フィールドおよび偶数フィ
ールドの各読出し信号を常に同時に使う必要はなく、主
として昼間用であれば偶数フィールド系の信号のみを扱
えばよく、逆に、主として夜間用であれば奇数フィール
ド系の信号のみを扱えばよい。その方が、メモリ１６の
節約にもなる。

【００３８】図７は本発明に基づく第２実施例（その
１）を示す側断面斜視図であり、図８は本発明に基づく
第２実施例（その２）を示す側断面斜視図である。

【００３９】まず図７を参照すると、本実施例は第１の
受光素子群１１をなす各受光素子１３の開口部ＡＰに第
１の集光レンズ２１を付加することを特徴とするもので
ある。なお、各受光素子１３は、基板１７内に、例えば
半導体製造プロセスにより形成される。

【００４０】次に図８を参照すると、第１の受光素子群
１１をなす各受光素子１３の開口部ＡＰに第１の集光レ
ンズ２１を付加し、さらに、第２の受光素子群１２をな
す各受光素子１３の開口部ＡＰに、第１の集光レンズ２
１とは集光能率の異なる第２の集光レンズ２２を付加す
ることを特徴とするものである。本図の例では、第１の
集光レンズ２１の集光能率が第２の集光レンズ２２の集
光能率よりも大となっている。なおこれら集光レンズ２
１，２２は、公知のマイクロレンズ（以下、マイクロレ
ンズと称す）で構成することができる。

【００４１】好ましい実施態様としては、前述の第１実
施例の場合と同様、マイクロレンズ付きの第１の受光素
子群１１と第２の受光素子群１２とを、垂直方向Ｖに交
互配置するようにする。

【００４２】さらに詳しく以下に説明する。

【００４３】図７または図８に示すように、受光素子１
３の表面に、集光能率を可変にするためのマイクロレン
ズを形成する（ただし、かかるマイクロレンズの使用自
体は公知である）。

【００４４】第２実施例（特に図８）では、奇数フィー
ルド（１１）上のマイクロレンズを集光能率の良い形状
とし、一方、偶数フィールド（１２）上のマイクロレン
ズを集光能率がそれより劣る形状とする。これにより、
前述の第１実施例と同様の効果を得ることができる。

【００４５】上述した第１実施例および第２実施例にお
いては、カラー出力用のイメージセンサか否かについて
は全く言及していない。そこでカラー出力用のイメージ
センサという観点から考察すると、このカラー出力用の
場合も、第１および第２実施例の技術思想がそのまま当
てはまる。これを第３実施例として以下に説明する。

【００４６】図９は本発明に基づく第３実施例（その
１）を示す側断面斜視図である。

【００４７】第３実施例によるイメージセンサ１０は、
複数の受光素子１３を、水平方向Ｈと垂直方向Ｖに略マ
トリクス状に配置してなり、かつ、各受光素子対応に赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の３種のカラーフィル
タ３４のいずれかが付加されるイメージセンサである。
ここにおいて、本実施例の特徴とするところは、各受光
素子１３に第１のカラーフィルタ３４が付加される第１
の受光素子群３１と、各受光素子１３に第２のカラーフ
ィルタ３５が付加される第２の受光素子群３２と、各受
光素子１３に第３のカラーフィルタ３６が付加される第
３の受光素子群３３とからなり、さらに、第１、第２お
よび第３の受光素子群３１，３２および３３の各々に属
する各受光素子１３がそれぞれ受光する受光量を相互に
異ならせることにある。

【００４８】図１０は本発明に基づく第３実施例（その
２）を示す側断面斜視図である。

【００４９】図１０の構成は、受光量の調整を前述の第
１実施例に即して行うようにしたものである。また図１
１は本発明に基づく第３実施例（その３）を示す側断面
斜視図である。

【００５０】図１１の構成は、受光量の調整を前述の第
２実施例（図８）に即して行うようにしたものである。

【００５１】すなわち、図１０の構成は、第１の受光素
子群３１をなす各受光素子１３の開口部の面積と、第２
の受光素子群３２をなす各受光素子１３の開口部の面積
と、第３の受光素子群３３をなす各受光素子１３の開口
部の面積とを、相互に異ならせるようにしたものであ
る。また、図１１の構成は、第１、第２および第３の受
光素子群３１，３２および３３のうちの少なくとも２つ
に対してそれぞれ第１および第２の集光レンズ２１およ
び２２を付加し、かつ、第１および第２の集光レンズの
各集光能率を相互に異ならせるようにしたものである。

【００５２】面積を変えたり集光能率を変えたりして、
受光素子１３への受光量に差をもたせるのは、フィルタ
の種別によって、輝度値に関係する光減衰量が異なるか
らである。これを図解的に示すと図１２のとおりであ
る。

【００５３】図１２の（ａ）および（ｂ）は、フィルタ
の色成分毎の輝度値を説明するためのグラフである。

【００５４】図１２（ａ）では、フィルタのどの色成分
（Ｒ，Ｇ，Ｂ）をとっても均一な輝度値を示しており、
画像情報処理装置にとっては理想的なセンサ出力であ
る。

【００５５】ところが実際には図１２（ｂ）に示すよう
にアンバランスな輝度値を示すのが普通である。したが
って、画像情報処理においては、これをバランスさせる
補正が必要である。第３実施例はこの点に着目したもの
であり、さらに詳しくは次のとおりである。

【００５６】通常カラー出力用のイメージセンサでは受
光素子の表面にカラーフィルタを設けている。このカラ
ーフィルタは通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３
色で構成されており、それぞれの色成分のみを透過させ
る役割を持つ。

【００５７】また一般には、平面２次元上に配置された
受光素子の表面に、これらのフィルタがある一定の規則
正しい順序で配置される。カラーフィルタは色成分毎の
光量を制限するものであるから、各受光素子１３の受光
量は各色毎に異なって減衰する。そこでその減衰量に比
例するように、図９〜図１１のごとく、各色毎に受光量
を変更することで、カラーフィルタによる影響のない輝
度情報を得ることができる。

【００５８】上記第３実施例は、光に固有の特性に着目
して２種以上の受光素子群（３１，３２，３３）をセン
サチップ上に配置した構成を備えるものであるが、次に
述べる第４実施例もまた光に固有の特性に着目して、２
種の受光素子群をセンサチップ上に配置するものであ
る。

【００５９】この第４実施例をなす光に固有の特性と
は、分光感度特性である。

【００６０】図１３は本発明に基づく第４実施例を示す
図である。

【００６１】本図に示すとおり第４実施例の構成は実質
的に図１に示した基本構成と同じである。

【００６２】この第４実施例のイメージセンサ１０もま
た複数の受光素子１３を、水平方向Ｈと垂直方向Ｖに略
マトリクス状に配置してなるイメージセンサであるが、
その特徴とするところは、水平方向に配置され、かつ、
第１の分光感度特性を有する第１の受光素子群４１と、
同じく水平方向に配置され、かつ、第２の分光感度特性
を有する第２の受光素子群４２とを混在させることにあ
る。

【００６３】この混在の態様として好ましくは、上記各
実施例と同様、第１の受光素子群４１と第２の受光素子
群４２とを、垂直方向Ｖに交互配置する。

【００６４】前述の〔発明が解決しようとする課題〕の
中で述べたように、夜間での対応を考慮した場合、近赤
外線を照射する方法がある。しかし車両は昼間も走行す
るのであるから、可視光線のもとでも、イメージセンサ
は機能する必要がある。これを図解的に示すと次のとお
りである。

【００６５】図１４は可視光線と近赤外線の分布を示す
一般的なスペクトル図である。

【００６６】イメージセンサとして、これら可視光線と
近赤外線の双方を単一のセンサチップでカバーできるも
のはなく、従来は、可視光線用のイメージセンサと近赤
外線用のイメージセンサを併設して、用途に応じてこれ
ら２つのイメージセンサからのセンサ出力をスイッチで
切り換えて取り出すということが行われている。

【００６７】しかし第４実施例では、１つのセンサチッ
プ上に、第１の受光素子群（例えば可視光線用）４１と
第２の受光素子群（例えば近赤外線用）４２とを一体に
形成する。そして第１および第２の受光素子群４１およ
び４２からの各出力を、例えば、既述の図６に示す方法
で画像情報処理装置１７に入力する。

【００６８】単一のイメージセンサ内にこのように可視
光線用受光素子（４１）と近赤外線用受光素子（４２）
とを一体に形成する方法としては、図１５と図１６にて
説明する方法が好適である。

【００６９】図１５は入射光の波長とセンサ出力の関係
を示す図であり、図１６は図１５の関係に基づいて形成
された第１および第２の受光素子群をなす各受光素子の
構成例を示す図である。

【００７０】図１５はイメージセンサ１０内に形成され
た受光素子１３に入射する光の、波長による到達深さの
違いを示している。イメージセンサ１０は光電変換を行
う半導体であり、入射光が基板（ウエハ）１７内に形成
された空乏層に到達することにより、センサ出力を電気
信号として得ることが可能になる。

【００７１】この場合、入射光の到達深さはその波長に
よって異なり、長い波長の光ほど深くまで到達する。こ
のため、受光素子１３の出力には、分光感度特性と呼ば
れる、波長に依存する電気信号の出力特性が現れる。こ
の特性は、通常可視光線の波長の領域で最大となるよう
に設定されている。

【００７２】次に図１６を参照すると、イメージセンサ
内部の半導体構造が示されている。Ａの部分とＢの部分
とでは、空乏層の存在する深さを異ならせている。この
ため、空乏層（Ａ）と空乏層（Ｂ）に到達する入射光の
波長が異なってくる。したがって、Ａの部分の受光素子
１３の分光感度特性に対し、Ｂの部分の分光感度特性
は、長波長側にシフトしたような特性となる。

【００７３】図１６のような構造を持つイメージセンサ
は、ウエハ製造時に半導体ウエハ内のｎ⁺ 層の深さを制
御することによって得られる。例えば、Ａの部分のフォ
トマスクと、Ｂの部分のフォトマスクとを予め個別に製
作し、フォトリソグラフ工程を、フォトマスク（Ａ）に
よる工程とフォトマスク（Ｂ）による工程の２つに分け
て、ｎ⁺ 層の形成をそれぞれ行う。

【００７４】具体的には、Ａの部分でフォトリソグラフ
後、イオン打ち込みを行い、Ａの部分のｎ⁺ 層の形成を
行う。次にＢの部分に同様にフォトリソグラフ後、イオ
ン打ち込みを行い、Ａの部分よりも長い時間イオン打ち
込みを行う。その後、各ｎ⁺層上にそれぞれｐ⁺ イオン
を打ち込み、ホトダイオードを形成し、受光素子とす
る。

【００７５】また別の方法として、基板１７のＡの部分
の受光素子を形成する位置に予めｎ ⁺ を形成しておき、
その後、熱拡散させることで空乏層の深さを制御する方
法も考えられる。

【００７６】次に第５実施例について説明する。上述し
た第１、第２、第３および第４実施例は、イメージセン
サそのものの光学特性に着目して、単一のセンサチップ
上に２種あるいは３種の受光素子群（１１，１２；３
１，３２，３３；４１，４２）を配置することを特徴と
するものであるが、第５実施例ではイメージセンサその
ものの光学特性ではなく、イメージセンサの使用態様に
着目して単一のセンサチップ上に２種あるいは３種の受
光素子群を配置するものである。

【００７７】図１７は本発明に基づく第５実施例を示す
図である。

【００７８】本図はイメージセンサ１０の内部を等価回
路として示すものであり、前述した図１、図４、図７、
図９、図１０等と全く異なる表し方をしているが、本第
５実施例を平面図あるいは側断面斜視図として表したと
きは、これら図１、図４、図７、図９、図１０等と実質
的に同じ図となる。

【００７９】第５実施例によるイメージセンサ１０は、
複数の受光素子１３を、水平方向Ｈと垂直方向Ｖに略マ
トリクス状に配置してなるイメージセンサであるが、そ
の特徴は、受光素子１３からのセンサ出力（ＯＵＴ１，
ＯＵＴ２…）により再生される画面のうち、画像処理に
必要な画面領域の画像を形成する部分の受光素子１３を
予め選択し、この選択された受光素子１３からの各セン
サ出力のみを取り出す選択取出し部５１を備えることに
ある。なお図１７において、参照番号５２は受光素子の
受光部をなすホトダイオードである。また図１７におい
て、選択取出し部５１は、ＭＯＳ・ＦＥＴにより構成さ
れている。このＭＯＳ・ＦＥＴのゲートにゲート信号を
選択に、マイコン１５から与えることにより、上記の画
像処理に必要な画面領域のセンサ出力が得られる。図１
８を参照してもう少し具体的に説明する。

【００８０】図１８はセンサ出力により再生される画面
の一例を示す図である。

【００８１】本図は、自車の前方に２台の車両が走行し
ている様子を表しているが、この画面中、道路上の車線
（白線）の部分が特に重要である。これを点線５３およ
び５４として示す。

【００８２】そこで、メモリ１６に格納された画像信号
のうち点線５３および５４に相当するメモリ領域のみか
ら画像信号を得るようにすることができる。

【００８３】しかしこの手法であると、そのメモリ領域
以外のメモリは無駄になるという不利がある。この不利
を回避するには、図１７の選択取出し部５１を採用する
のが好ましい。すなわち、点線５３および５４に相当す
る部分の選択取出し部５１のみをオンにすれば、この部
分からの画像信号のみがメモリ１６に格納されるから、
メモリ１６の容量は小さなもので済む。結局、最小限の
画像情報だけを扱うことが可能となる。

【００８４】この第５実施例は、前述の各実施例と組み
合せるとさらに良い。

【００８５】例えば、前記選択取出し部５１により選択
された受光素子１３は、水平方向に配置される第１の受
光素子群と、同じく水平方向に配置され、その第１の受
光素子群の各受光素子が受光する第１の受光量とは異な
る第２の受光量で各受光素子が受光する第２の受光素子
群の双方の中から選択された受光素子とすることができ
る。これは第５実施例と、第１実施例または第２実施例
との組み合せに相当する。

【００８６】また、例えば、各受光素子対応に赤、緑お
よび青の３種のカラーフィルタのいずれかをさらに付加
し、ここに、前記選択取出し部５１により選択された受
光素子は、受光素子に第１、第２および第３のカラーフ
ィルタがそれぞれ付加される第１、第２および第３の受
光素子群であって、かつ、これら第１、第２および第３
の受光素子群の各々に属する各受光素子が受光する受光
量を相互に異ならせるようにした受光素子群の中から選
択された受光素子とすることができる。これは第５実施
例と、第３実施例との組み合せに相当する。

【００８７】最後に第６実施例について説明する。この
第６実施例も上記第５実施例と同様、イメージセンサの
使用態様に着目して単一のセンサチップ上に２種以上の
受光素子群を配置するものである。

【００８８】図１９は本発明に基づく第６実施例を示す
図である。

【００８９】第６実施例によるイメージセンサ１０も、
複数の受光素子を、水平方向と垂直方向に略マトリクス
状に配置してなるイメージセンサであるが、その特徴
は、受光素子１３からのセンサ出力により再生される画
面を、少なくとも第１の領域および第２の領域に分割し
（図１９では、第１〜第４の領域）、第１の領域に相当
する第１の受光素子群をなす各受光素子の配置ピッチ
と、前記第２の領域に相当する第２の受光素子群をなす
各受光素子の配置ピッチとを異ならせることにある。な
お、図１９では第１〜第４の受光素子群６１〜６４が例
示されており、画面の上方（遠景）に向かう程配置ピッ
チを密にし、画面の下方（近景）に向かう程配置ピッチ
を粗くしている。

【００９０】最も基本的な例としては、画面の上半分を
第１の領域とし、その画面の下半分を第２の領域とし
て、その第１の領域に相当する第１の受光素子群（６
１，６２）をなす各受光素子の配置ピッチを密にし、そ
の第２の領域に相当する第２の受光素子群（６３，６
４）をなす各受光素子の配置ピッチを粗にする。なお、
ここで言う第１の受光素子群は、図１９の第１および第
２の受光素子群６１および６２を一まとめにしたものを
表し、また、第２の受光素子群は、図１９の第３および
第４の受光素子群６３および６４を一まとめにしたもの
を表す。

【００９１】なお、第６実施例は、前述した各実施例の
いずれかと組み合わせるとさらに良い。

【００９２】もう少し詳しく説明を補足すると、図１９
は前方障害物の角度を効率よく把握するために（図１８
参照）、任意の位置・形状に受光素子１３を配置してい
る。この場合、ｙ軸（Ｖ方向）の値が小さい位置ほど障
害物までの距離が近く、大きく写るため、ｘ軸方向（Ｈ
方向）の分解能はさほど必要ではない。しかし、障害物
までの距離が遠くになり、ｙ軸の値が大きくなるほど、
ｘ軸の分解能は高く要求される。そのため、ｙ軸の値が
大きくなるにつれ、受光素子の配列ピッチは密にしてい
る。ただし、受光素子の形状を変えずにその配置のみを
変化させてしまうと、粗いピッチ（ここではｙ軸の値が
小さい領域）の部分において情報の欠如が発生してしま
うため、受光素子の形状をピッチに合わせて変化させる
ように配置する。この場合も、前述の図１７で示した構
成を用いることにより、任意位置の読み出しが可能とな
るため、必要最小限の画像情報のみの取扱いができる。

【００９３】

【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、本発明によ
れば、画像情報処理の方式に適合した情報が得られ、ま
た、高速画像処理も実現できる。

【００９４】特に第１実施例および第２実施例によれ
ば、１フレームの走査で明部／暗部の両方に対応した情
報を得ることが可能である。この場合、明部に対応した
画素と暗部に対応した画素とが垂直方向に１ライン毎に
交互配置されているため、インタレース走査の場合に
は、奇数／偶数のフィールドでそれぞれ明部／暗部の画
像情報を得ることが可能となり、それぞれ単独、あるい
は相互の情報を用いて画像情報処理を行うことにより、
検出対象に適した処理を実現できる。

【００９５】また、第３実施例によれば、カラーフィル
タによる輝度情報の変化を補正することなく、画像処理
が可能となるため、輝度情報の信頼性が向上するととも
に、処理速度の短縮も可能となる。

【００９６】さらに第４実施例によれば、受光エリア内
の一部あるいは全部で、波長の異なる画像情報を得るこ
とができるため、画像情報処理における信頼性を低下さ
せることなく、幅広い波長帯への対応が可能となる。

【００９７】さらにまた第５実施例によれば、画像情報
処理に必要な部分の画像情報のみを扱うため、該情報を
メモリへ格納する書き込み時間と該情報のメモリからの
読み出し時間も短縮され、高速画像処理が実現する。ま
た、格納メモリの容量を減少でき、ハードウェア規模は
小さくて済む。さらに、受光素子を配置していない部分
を利用して、画像処理、あるいは画像出力等に関係する
回路を構成できるので、その回路部品の削減も可能であ
る。

【００９８】さらに加えて、画像情報処理に適合するよ
うに受光エリア内の任意の範囲の受光量を調節できるた
め、画像処理時の処理量を低減させることが可能とな
り、かつ、開口形状を任意に変化させることで、処理に
適した特徴的な情報を得ることが容易になる。

【００９９】また第６実施例によれば、受光エリア内に
おいて得られる画像情報の情報量を、処理に必要な精度
に合わせて変えることができるため、画像処理時間の短
縮が可能となる。

【０１００】以上により、これまで画像情報処理では困
難であった分野、例えば明暗差が非常に大きく、また高
速でリアルタイム処理が必要といった制御システムにお
ける画像処理への応用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るイメージセンサの基本構成を示す
図である。

【図２】図１の基本構成の他のパターン例（１）を示す
図である。

【図３】図１の基本構成の他のパターン例（２）を示す
図である。

【図４】本発明に基づく第１実施例を示す図である。

【図５】第１実施例（図２）の説明に用いる図である。

【図６】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、インタレース
形式の信号の読み取りを図解的に表す図である。

【図７】本発明に基づく第２実施例（その１）を示す側
断面斜視図である。

【図８】本発明に基づく第２実施例（その２）を示す側
断面斜視図である。

【図９】本発明に基づく第３実施例（その１）を示す側
断面斜視図である。

【図１０】本発明に基づく第３実施例（その２）を示す
側断面斜視図である。

【図１１】本発明に基づく第３実施例（その３）を示す
側断面斜視図である。

【図１２】（ａ）および（ｂ）は、フィルタの色成分毎
の輝度値を説明するためのグラフである。

【図１３】本発明に基づく第４実施例を示す図である。

【図１４】可視光線と近赤外線の分布を示す一般的なス
ペクトル図である。

【図１５】入射光の波長とセンサ出力の関係を示す図で
ある。

【図１６】図１５の関係に基づいて形成された第１およ
び第２の受光素子群をなす各受光素子の構成例を示す図
である。

【図１７】本発明に基づく第５実施例を示す図である。

【図１８】センサ出力により再生される画面の一例を示
す図である。

【図１９】本発明に基づく第６実施例を示す図である。

【符号の説明】

１０…イメージセンサ １１…第１の受光素子群 １２…第２の受光素子群 １３…受光素子 １５…マイコン １６…メモリ １７…基板 ２１…第１の集光レンズ ２２…第２の集光レンズ ３１…第１の受光素子群 ３２…第２の受光素子群 ３３…第３の受光素子群 ３４…第１のカラーフィルタ ３５…第２のカラーフィルタ ３６…第３のカラーフィルタ ４１…第１の受光素子群 ４２…第２の受光素子群 ５１…選択取出し部 ５２…ホトダイオード ６１…第１の受光素子群 ６２…第２の受光素子群 ６３…第３の受光素子群 ６４…第４の受光素子群

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異なった受光感度を持った受光素子群の
   各々を共に受光面全体に配置したことを特徴とするイメ
   ージセンサ。
2. 【請求項２】 複数の受光素子を、水平方向と垂直方向
   に略マトリクス状に配置してなるイメージセンサにおい
   て、 水平方向に配置される第１の受光素子群と、 水平方向に配置され、該第１の受光素子群の各受光素子
   が受光する第１の受光量とは異なる第２の受光量で各受
   光素子が受光する第２の受光素子群と、 からなることを特徴とするイメージセンサ。
3. 【請求項３】 前記第１の受光素子群をなす各前記受光
   素子の開口部の面積と、前記第２の受光素子群をなす各
   前記受光素子の開口部の面積とを、異ならせることを特
   徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
4. 【請求項４】 前記第１の受光素子群をなす各前記受光
   素子の前記開口部に第１の集光レンズを付加することを
   特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
5. 【請求項５】 前記第１の受光素子群をなす各前記受光
   素子の前記開口部に第１の集光レンズを付加し、 前記第２の受光素子群をなす各前記受光素子の前記開口
   部に、前記第１の集光レンズとは集光能率の異なる第２
   の集光レンズを付加することを特徴とする請求項２に記
   載のイメージセンサ。
6. 【請求項６】 前記第１の受光素子群と前記第２の受光
   素子群とを、垂直方向に交互配置することを特徴とする
   請求項２に記載のイメージセンサ。
7. 【請求項７】 複数の受光素子を、水平方向と垂直方向
   に略マトリクス状に配置してなり、かつ、各該受光素子
   対応に赤、緑および青の３種のカラーフィルタのいずれ
   かが付加されるイメージセンサにおいて、 各受光素子に第１のカラーフィルタが付加される第１の
   受光素子群と、 各受光素子に第２のカラーフィルタが付加される第２の
   受光素子群と、 各受光素子に第３のカラーフィルタが付加される第３の
   受光素子群とからなり、ここに、 前記第１、第２および第３の受光素子群の各々に属する
   各受光素子がそれぞれ受光する受光量を相互に異ならせ
   ることを特徴とするイメージセンサ。
8. 【請求項８】 前記第１の受光素子群をなす各前記受光
   素子の開口部の面積と、前記第２の受光素子群をなす各
   前記受光素子の開口部の面積と、前記第３の受光素子群
   をなす各前記受光素子の開口部の面積とを、相互に異な
   らせることを特徴とする請求項７に記載のイメージセン
   サ。
9. 【請求項９】 前記第１、第２および第３の受光素子群
   のうちの少なくとも２つに対してそれぞれ第１および第
   ２の集光レンズを付加し、かつ、該第１および第２の集
   光レンズの各集光能率を相互に異ならせることを特徴と
   する請求項７に記載のイメージセンサ。
10. 【請求項１０】 複数の受光素子を、水平方向と垂直方
    向に略マトリクス状に配置してなるイメージセンサにお
    いて、 前記受光素子からのセンサ出力により再生される画面の
    うち、画像処理に必要な画面領域の画像を形成する部分
    の該受光素子を予め選択し、該選択された受光素子から
    の各センサ出力のみを取り出す選択取出し部を備えるこ
    とを特徴とするイメージセンサ。
11. 【請求項１１】 前記の選択された受光素子は、 水平方向に配置される第１の受光素子群と、同じく水平
    方向に配置され、該第１の受光素子群の各受光素子が受
    光する第１の受光量とは異なる第２の受光量で各受光素
    子が受光する第２の受光素子群の双方の中から選択され
    た受光素子であることを特徴とする請求項１０に記載の
    イメージセンサ。
12. 【請求項１２】 各該受光素子対応に赤、緑および青の
    ３種のカラーフィルタのいずれかをさらに付加し、ここ
    に、前記の選択された受光素子は、 前記受光素子に第１、第２および第３のカラーフィルタ
    がそれぞれ付加される第１、第２および第３の受光素子
    群であって、かつ、該第１、第２および第３の受光素子
    群の各々に属する各受光素子が受光する受光量を相互に
    異ならせるようにした受光素子群の中から選択された受
    光素子であることを特徴とする請求項１０に記載のイメ
    ージセンサ。
13. 【請求項１３】 複数の受光素子を、水平方向と垂直方
    向に略マトリクス状に配置してなるイメージセンサにお
    いて、 水平方向に配置され、かつ、第１の分光感度特性を有す
    る第１の受光素子群と、 同じく水平方向に配置され、かつ、第２の分光感度特性
    を有する第２の受光素子群とを混在させてなることを特
    徴とするイメージセンサ。
14. 【請求項１４】 前記第１の受光素子群と前記第２の受
    光素子群とを、垂直方向に交互配置することを特徴とす
    る請求項１３に記載のイメージセンサ。
15. 【請求項１５】 複数の受光素子を、水平方向と垂直方
    向に略マトリクス状に配置してなるイメージセンサにお
    いて、 前記受光素子からのセンサ出力により再生される画面
    を、少なくとも第１の領域および第２の領域に分割し、 前記第１の領域に相当する第１の受光素子群をなす各受
    光素子の配置ピッチと、前記第２の領域に相当する第２
    の受光素子群をなす各受光素子の配置ピッチとを異なら
    せることを特徴とするイメージセンサ。
16. 【請求項１６】 前記画面の上半分を前記第１の領域と
    し、前記画面の下半分を前記第２の領域として、該第１
    の領域に相当する前記第１の受光素子群をなす各受光素
    子の配置ピッチを密にし、該第２の領域に相当する前記
    第２の受光素子群をなす各受光素子の配置ピッチを粗に
    することを特徴とする請求項１５に記載のイメージセン
    サ。