JP2014207493A - Imaging apparatus - Google Patents

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信一 寺西
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    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high performance imaging apparatus capable of taking distance images and color images using infrared light irradiation with a combination of one image sensor and photographic lens at low cost.SOLUTION: An imaging apparatus includes: infrared light pattern irradiation means; a two-band transparency optical filter formed over the entire surface of an image sensor which allows, in addition to the entire of visible range light, the light adjacent to the wavelength of the infrared light pattern irradiation to transmit therethrough; plural pixels for receiving infrared light and plural pixels for receiving visible light formed on the image sensor; and discharge means that discharges signal charges simultaneously from every pixels. The imaging apparatus performs an infrared light irradiation exposure and background light exposure in a time-division manner.

Description

この発明は撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus.

従来技術の可視光撮像と赤外光による距離画像撮像を単一のイメージセンサーと光学レンズに統合した撮像装置について、図12〜図14を参照しながら説明する。   An imaging apparatus that integrates a conventional visible light imaging and a distance image imaging using infrared light into a single image sensor and an optical lens will be described with reference to FIGS.

まず、図12は、可視光の3原色である赤(R)、青(B)、緑(G)をそれぞれ受光して信号電荷を蓄積する受光部90a〜90cと、赤外光(IR)を受光して信号電荷を蓄積するIR受光部90dとが平面配列されたインターライン転送方式のCCDイメージセンサーであり、受光部90a〜90dの全画素の信号電荷を掃き捨てる一般的な縦型オーバーフロードレイン(VOD)と、各画素の被写体との距離の測定はToF(Time of Flight)方式のため、IR受光部90dの信号電荷のみを高速に掃き捨て可能な横型オーバーフロードレイン(LOD)を備える。LODはIR受光部90dに接続された掃き捨てゲート91を介してIR受光部90dの信号電荷がドレインに掃き捨てられるドレイン領域とからなる。VODの後にLODを動作させ、その後に受光部90a〜90dから信号電荷を読み出す構成である。   First, FIG. 12 shows light receiving units 90a to 90c that receive red (R), blue (B), and green (G), which are the three primary colors of visible light, and accumulate signal charges, and infrared light (IR). Is a CCD image sensor of an interline transfer system in which an IR light receiving unit 90d that receives light and accumulates signal charges is arranged in a plane, and a general vertical overflow that sweeps out signal charges of all pixels of the light receiving units 90a to 90d Since the distance between the drain (VOD) and the subject of each pixel is a ToF (Time of Flight) method, a horizontal overflow drain (LOD) that can sweep away only the signal charge of the IR light receiving unit 90d at high speed is provided. The LOD is composed of a drain region in which the signal charge of the IR light receiving unit 90d is swept to the drain via a sweep gate 91 connected to the IR light receiving unit 90d. In this configuration, the LOD is operated after the VOD, and then the signal charges are read from the light receiving units 90a to 90d.

また、図13においては、各画素に設置される可視光を受光する各々の3原色のカラーフィルター102は、一般に赤外光を透過するために、赤外光を遮断する赤外光カットフィルター101との二層構造となっており、さらに赤外光を受光する光学フィルターは赤外光透過フィルターと、可視光を受光する前記二層構造のカラーフィルターとの平坦化を図るため透明フィルターとの二層構造となっており、赤外光と可視光の光学的な混合の抑圧を図るものである。   In FIG. 13, each of the three primary color filters 102 that receive visible light installed in each pixel generally transmits infrared light, and therefore, an infrared light cut filter 101 that blocks infrared light. In addition, an optical filter that receives infrared light includes an infrared light transmission filter and a transparent filter for flattening the two-layer color filter that receives visible light. It has a two-layer structure and suppresses optical mixing of infrared light and visible light.

また、図14は、1フレーム走査期間毎に可視光画素及び赤外光画素の撮像を行いながら、撮影対象空間へのIRパルスの照射を1フレーム走査期間おきに行う。可視光画像を1フレーム走査期間毎に生成すると共に、IRパルスの照射時の撮影によって得られたIR画像信号(S1IR)からIRパルスの非照射時の撮影によって得られたIR画像信号(S2IR)を減算することによって、外光中の赤外光成分による影響を排除した距離画像を1フレーム走査期間おきに生成する構成となっている。   Further, in FIG. 14, irradiation of IR pulses to the imaging target space is performed every other frame scanning period while imaging of visible light pixels and infrared light pixels is performed every frame scanning period. A visible light image is generated for each frame scanning period, and an IR image signal (S2IR) obtained by imaging at the time of non-irradiation of IR pulse from an IR image signal (S1IR) obtained by imaging at the time of IR pulse irradiation Is subtracted to generate a distance image excluding the influence of the infrared light component in the outside light every one frame scanning period.

特開2008−8700号公報JP 2008-8700 A 特開2008−5213号公報JP 2008-5213 A

しかしながら従来技術には、以下に示す課題を有する。   However, the prior art has the following problems.

まず、IR画素には一般的な縦型オーバーフロードレイン(VOD)設置に加え、イメージセンサーの感光部(PD)面積を圧迫する横型オーバーフロードレイン(LOD)の設置が必要となり、イメージセンサーにCCDイメージセンサーを用いる場合は、感度・飽和・スミア等の基本性能を犠牲にせざるを得ないという課題を有している。   First, in addition to installing a general vertical overflow drain (VOD) for IR pixels, it is necessary to install a horizontal overflow drain (LOD) that compresses the photosensitive area (PD) area of the image sensor. However, there is a problem that basic performance such as sensitivity, saturation, and smear must be sacrificed.

また、可視光画素については、各画素にRGBのカラーフィルターと赤外光カットフィルターの複雑な二層光学フィルターの構成が必要となり、デバイスの製造難易度を高くするばかりでなく、感度特性に重要な光学層の薄膜化を阻害するという課題を有している。   In addition, for visible light pixels, each pixel requires a complex double-layer optical filter configuration of RGB color filters and infrared light cut filters, which not only increases device manufacturing difficulty but also is important for sensitivity characteristics. It has the subject of inhibiting the thin film formation of an optical layer.

また、IR画素についても各画素に可視光カットフィルターに加え、平坦化のため透明フィルターを積層する複雑な二層構成を取らざるを得ず、デバイスの製造難易度を高くするだけでなく、感度特性に重要な光学層の薄膜化を阻害するという課題を有する。   For IR pixels, in addition to a visible light cut filter for each pixel, a complex two-layer structure in which a transparent filter is laminated for flattening must be adopted, which not only increases the manufacturing difficulty of the device but also increases the sensitivity. It has the subject of inhibiting the thinning of the optical layer important for the characteristics.

前記課題を鑑み、本発明は、一般的な構成の安価な単一のイメージセンサーを用いて、高画質な可視光撮像と高精度の距離画像撮像を1システムに統合した撮像装置を提供する。   In view of the above problems, the present invention provides an imaging apparatus that integrates high-quality visible light imaging and high-accuracy distance image imaging into one system using an inexpensive single image sensor having a general configuration.

上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る撮像装置は、赤外光パターン照射手段と、可視域とともに、前記赤外光パターン照射手段から照射された赤外光の近傍波長が透過する2バンド透過型の光学フィルターと、前記光学フィルターからの赤外光を受光して照射赤外光露光を行う複数の第1の画素と、前記光学フィルターからの可視光を受光し背景光露光を行う複数の第2の画素と、前記第1及び第2の画素の信号電荷を同時に排出する排出手段を備え、前記照射赤外光露光と前記背景光露光を時分割に行うイメージセンサーと、を備えている。   In order to achieve the above object, an imaging apparatus according to an aspect of the present invention transmits an infrared light pattern irradiating unit and a visible wavelength in the vicinity of the infrared light emitted from the infrared light pattern irradiating unit. A two-band transmission type optical filter, a plurality of first pixels that receive infrared light from the optical filter and perform irradiation infrared light exposure, and receive visible light from the optical filter and background light exposure A plurality of second pixels that perform the above and an image sensor that discharges the signal charges of the first and second pixels at the same time, and performs the irradiation infrared light exposure and the background light exposure in a time-sharing manner, It has.

この構成により、画素の信号電荷の排出手段は全画素一括の単一の手段で行え、また各画素に設置する光学フィルターも単層の一般的な簡単な構造が採用でき、2バンド透過型の光学フィルターにより可視光と赤外光の光学的な混合を最小限に抑え、良好なカラー画像と高精度の距離画像を実現出来る。   With this configuration, pixel signal charge can be discharged by a single unit for all the pixels, and the optical filter installed in each pixel can adopt a general simple structure of a single layer. The optical filter minimizes optical mixing of visible light and infrared light, and can realize a good color image and a high-precision distance image.

本発明によれば、可視光撮像と赤外光照射による距離画像撮像を単一のレンズとイメージセンサーの組み合せで、高画質かつ高精度でありながら、安価に提供することが可能となり、また、同時に電力と発熱が抑えられる撮像装置を実現できる。   According to the present invention, it becomes possible to provide visible light imaging and distance image imaging by infrared light irradiation with a single lens and image sensor in combination with a high image quality and high accuracy at a low cost, At the same time, it is possible to realize an imaging device capable of suppressing power and heat generation.

本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の構成図1 is a configuration diagram of an imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1〜第3の実施形態に係る2バンド光学フィルターの分光透過率を示す図The figure which shows the spectral transmittance of the 2 band optical filter which concerns on the 1st-3rd embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の構成図1 is a configuration diagram of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1〜第3の実施形態に係るカラーフィルター配列図Color filter arrangement according to first to third embodiments of the present invention 本発明の第1の実施形態に係る撮像装置、固体撮像装置の動作タイミング図Operation timing diagram of imaging device and solid-state imaging device according to first embodiment of the present invention 本発明の第2の実施形態に係る撮像装置の構成図Configuration diagram of an imaging apparatus according to a second embodiment of the present invention 本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置の構成図The block diagram of the solid-state imaging device concerning the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態に係る撮像装置、固体撮像装置の動作タイミング図Operation Timing Diagram of Imaging Device and Solid-State Imaging Device According to Second Embodiment of Present Invention 本発明の第3の実施形態に係る撮像装置の構成図Configuration diagram of an imaging apparatus according to a third embodiment of the present invention 本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置の構成図Configuration diagram of a solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention 本発明の第3の実施形態の撮像装置、固体撮像装置の動作タイミング図Operation timing chart of imaging device and solid-state imaging device of third embodiment of the present invention 従来技術のイメージセンサー構成図Conventional image sensor configuration diagram 従来技術のイメージセンサー画素断面図Cross-sectional view of a conventional image sensor pixel 従来技術のシステムタイミング図Prior art system timing diagram

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、イメージセンサー(画素)が光を受けることを受光と呼び、イメージセンサー(画素)が光を受ける時間を露光または露光時間と呼ぶ。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, the time that the image sensor (pixel) receives light is called light reception, and the time that the image sensor (pixel) receives light is called exposure or exposure time.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態の撮像装置(カメラ)の構成を図1に示す。
(First embodiment)
FIG. 1 shows the configuration of an imaging apparatus (camera) according to the first embodiment of the present invention.

図1より、本実施形態に係る撮像装置は、850nmの赤外光照射レーザーが設置され、照射光に粗面フィルターを設置することにより、被写体にコヒーレントランダムスペックルパターンによる多数の斑点パターンが照射される。   As shown in FIG. 1, the imaging apparatus according to the present embodiment is provided with an infrared light irradiation laser of 850 nm, and a rough surface filter is provided on the irradiation light, so that a subject is irradiated with a large number of speckle patterns by a coherent random speckle pattern. Is done.

また、その反射光を光学レンズと、可視光波長領域と850nm近傍の近赤外波長領域を透過する図2に示す分光透過率を有する2バンド光学フィルターとを介してイメージセンサー(固体撮像装置)に結像された画像を電気信号に変換する。一方、赤外照射を行わない時間には背景光照明による被写体からの反射光を同じ光学レンズと2バンド光学フィルターを介して同じイメージセンサーに結像された画像を電気信号に変換する。なお、図1のイメージセンサーは、CCDイメージセンサー(固体撮像装置)である。   In addition, the reflected light passes through an optical lens and a two-band optical filter having a spectral transmittance shown in FIG. 2 that transmits the visible light wavelength region and the near infrared wavelength region near 850 nm. The image formed on is converted into an electrical signal. On the other hand, during the time when infrared irradiation is not performed, an image formed by reflecting the reflected light from the subject by background light illumination on the same image sensor through the same optical lens and the two-band optical filter is converted into an electric signal. 1 is a CCD image sensor (solid-state imaging device).

また、イメージセンサーから出力された信号はアナログフロントエンド(AFE)を介してデジタル信号に変換される。デジタル化された信号は後段のISP内のカメラ前処理部でキズ補正等が行われる。また、カメラ前処理部ではAE検波、必要に応じてノイズ除去が行われる。   The signal output from the image sensor is converted into a digital signal via an analog front end (AFE). The digitized signal is subjected to scratch correction or the like by a camera preprocessing unit in the latter ISP. The camera pre-processing unit performs AE detection and noise removal as necessary.

また、ISPには、輪郭強調や色調整等のカメラカラー処理が施されるカラーカメラ処理部、赤外光画素からのコヒーレントランダムスペックルパターンとリファレンスパターンを比較して距離を演算する距離画像演算処理部が設置されている。また、CPUは各ブロックのレジスタ設定等によりシステム全体の制御を行う。   The ISP also includes a color camera processing unit that performs camera color processing such as contour enhancement and color adjustment, and a distance image calculation that calculates a distance by comparing a coherent random speckle pattern from an infrared light pixel with a reference pattern. A processing unit is installed. Further, the CPU controls the entire system by register settings of each block.

特に、AE検波回路からの出力を、時間軸方向のフィルター等を施して、イメージセンサーの可視光露光時間、赤外光露光時間の各々を独立に演算してその情報をタイミングジェネレータ(TG)に伝え、TGはイメージセンサーの駆動パルスを生成し、この時CPUから指令されたシャッタースピードになるように画素の信号電荷を排出する基板排出パルスのタイミングを生成し、可視光露光、赤外光露光共に自然なAE制御を行えることが本実施形態の特徴である。   In particular, the output from the AE detection circuit is subjected to a filter in the time axis direction, and the visible light exposure time and the infrared light exposure time of the image sensor are independently calculated, and the information is sent to the timing generator (TG). The TG generates the image sensor drive pulse, generates the substrate discharge pulse timing to discharge the pixel signal charge so that the shutter speed commanded by the CPU at this time, visible light exposure, infrared light exposure It is a feature of this embodiment that both can perform natural AE control.

次に、本実施形態に係る撮像装置に備わるイメージセンサーの詳細について、図3、図4を用いて説明する。   Next, details of the image sensor provided in the imaging apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

図3より、プログレッシブスキャン対応のインタライントランスファー方式のイメージセンサーであり、フォトダイオード(画素)21と、例えば1画素あたり4ゲートの四相駆動の垂直転送部22と、例えば二相の水平転送部23と、電荷検出部24と、縦型オーバーフロードレイン(VOD)25とから構成される。画素の信号電荷の読み出しゲートは四相の垂直転送部(V1〜V4)22のV1ゲートが兼用した構成となっている。   From FIG. 3, it is an interline transfer type image sensor corresponding to progressive scan, and includes a photodiode (pixel) 21, a four-phase drive vertical transfer unit 22 having, for example, four gates per pixel, and a two-phase horizontal transfer unit, for example. 23, a charge detection unit 24, and a vertical overflow drain (VOD) 25. The signal signal readout gate of the pixel is configured to be shared by the V1 gate of the four-phase vertical transfer section (V1 to V4) 22.

なお、図3では、本発明の理解を容易とするため、VOD25は画素の面横方向に記載しているが、実際には画素のバルク方向(半導体基板の深さ方向)に構成されている。VODの基板に接続されているSub端子に高電圧が印加されると全画素の信号電荷は一括に基板に排出される構成となっている。また各画素には、図4に示すR、G、B、IRのカラーフィルターが設置されている。   In FIG. 3, for easy understanding of the present invention, the VOD 25 is shown in the horizontal direction of the pixel, but in actuality, it is configured in the bulk direction of the pixel (depth direction of the semiconductor substrate). . When a high voltage is applied to the Sub terminal connected to the VOD substrate, the signal charges of all the pixels are discharged to the substrate all at once. Each pixel is provided with R, G, B, and IR color filters shown in FIG.

次に、図5を用いて、本発明の実施形態に係る撮像装置、固体撮像装置の動作タイミングについて説明する。   Next, the operation timing of the imaging device and the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

まず、垂直同期パルスVDは毎秒60フレーム(60fps)であり、奇数フレームが照射赤外撮像、偶数フレームが背景光による可視光撮像の場合について説明する。   First, the case where the vertical synchronization pulse VD is 60 frames per second (60 fps), an odd-numbered frame is irradiated infrared imaging, and an even-numbered frame is visible light imaging using background light will be described.

第一フレームにおいて最終の転送部の基板排出パルス(φSub)印加で全画素の信号電荷が排出され、φSub印加終了により照射赤外光露光時間が開始され、同時に赤外光レーザーが照射される。   In the first frame, the signal charges of all the pixels are discharged by applying the substrate discharge pulse (φSub) of the final transfer unit, the irradiation infrared light exposure time is started at the end of the φSub application, and the infrared laser is irradiated at the same time.

背景光は点灯継続しているため被写体からの反射光は赤外光と可視光の双方を含んでいるが、2バンド光学フィルターと赤外光受光画素の可視光カットフィルターにより850nm近傍の反射光のみが赤外光受光画素により受光されて光電変換が行われ、赤外光露光時間中、画素に信号電荷が蓄積される。   Since the background light continues to be lit, the reflected light from the subject includes both infrared light and visible light, but the reflected light near 850 nm is obtained by the two-band optical filter and the visible light cut filter of the infrared light receiving pixel. Only the infrared light receiving pixel receives light and performs photoelectric conversion, and signal charges are accumulated in the pixel during the infrared light exposure time.

次に、第二フレーム始まりに全画素読み出しパルスφV1にHレベルを印加することにより、赤外光を受光する画素を含む全画素の信号電荷が垂直転送部に読み出され、照射赤外光露光時間が終了する。同時に赤外光レーザー照射を停止する。   Next, by applying an H level to the all pixel readout pulse φV1 at the beginning of the second frame, signal charges of all pixels including pixels that receive infrared light are read out to the vertical transfer unit, and irradiation infrared light exposure is performed. The time ends. At the same time, the infrared laser irradiation is stopped.

なお、本実施形態では、赤外光レーザー照射期間と照射赤外光露光時間を合致させているが、赤外光照射期間は赤外光露光時間11を含んでおり、可視光露光時間12を含まなければ特に問題は生じない。   In this embodiment, the infrared laser irradiation period and the irradiation infrared light exposure time are matched, but the infrared light irradiation period includes the infrared light exposure time 11, and the visible light exposure time 12 is set. If it is not included, there is no particular problem.

その後、図3で説明した垂直転送部22と、水平転送部23と、電荷検出部24を介し、図5で示すタイミング(赤外光露光時間1のイメージセンサー出力タイミング)14で赤外光画素信号が出力され、後段での処理に移行する。なお、この際にRGBの各画素信号も出力されるが、特に後段で処理されることはない。   Thereafter, the infrared light pixel is transmitted at the timing (image sensor output timing of infrared light exposure time 1) 14 shown in FIG. 5 via the vertical transfer unit 22, the horizontal transfer unit 23, and the charge detection unit 24 described in FIG. A signal is output, and the process proceeds to the subsequent stage. At this time, RGB pixel signals are also output, but they are not processed in a later stage.

一方、第二フレームの全画素の信号電荷読み出し後、必要な露光時間になるように、全画素にφSub印加で全画素の信号電荷が排出され、φSub印加終了により背景光露光時間が開始され、この時レーザー照射は停止しているため、被写体からの反射光は背景光の成分のみを含んでいる。   On the other hand, after reading the signal charges of all the pixels in the second frame, the signal charges of all the pixels are discharged by applying φSub to all the pixels so that the required exposure time is reached, and the background light exposure time is started by completing the φSub application, At this time, since the laser irradiation is stopped, the reflected light from the subject includes only the background light component.

また、RGBの各々の画素には2バンド光学フィルターとRGBフィルター透過により、背景光が赤外光成分を含む場合はその一部の赤外光が、R、G、Bの各々の画素にR成分と前記一部の赤外光成分、G成分と前記一部の赤外光成分、B成分と前記一部の赤外光成分がR、G、Bの各々の画素で受光される。また、2バンド光学フィルターとIRフィルター透過により、IR画素には一部の赤外光成分のみが受光されて光電変換が行われ、R、G、B、IR各々の画素で、可視光露光時間中に蓄積される。   Moreover, when each background light contains an infrared light component due to the transmission of the two-band optical filter and the RGB filter in each of the RGB pixels, a part of the infrared light is transferred to each of the R, G, and B pixels. The component and the part of the infrared light component, the G component and the part of the infrared light component, the B component and the part of the infrared light component are received by the R, G, and B pixels. In addition, due to the two-band optical filter and the IR filter transmission, only a part of the infrared light component is received by the IR pixel and subjected to photoelectric conversion, and the visible light exposure time in each of the R, G, B, and IR pixels. Accumulated in.

次に、第三フレーム始まりに全画素読み出しパルスφV1にHレベルを印加することにより、全画素が垂直転送部に読み出され、背景光露光時間が終了する。   Next, by applying an H level to the all-pixel readout pulse φV1 at the beginning of the third frame, all the pixels are read out to the vertical transfer unit, and the background light exposure time ends.

その後、図3で説明した垂直転送部22、水平転送部23、電荷検出部24を介し、図5に示したタイミング(可視光露光時間1のイメージセンサー出力タイミング)15でIR画素を含む全画素が出力される。   Thereafter, all the pixels including the IR pixels at the timing (image sensor output timing of visible light exposure time 1) 15 shown in FIG. 5 via the vertical transfer unit 22, the horizontal transfer unit 23, and the charge detection unit 24 described in FIG. Is output.

さらに、イメージセンサーの動作が繰り返され、照射赤外光露光時間と背景光露光時間をフレームおきに時分割に動作させるものとなる。   Further, the operation of the image sensor is repeated, and the irradiation infrared light exposure time and the background light exposure time are operated in a time division manner every frame.

次に、イメージセンサーから出力された信号からAE動作について説明する。   Next, the AE operation will be described from the signal output from the image sensor.

奇数フレームの照射赤外光露光時間の画素信号は偶数フレームに出力され、赤外光を受光するIR画素の信号のみがISP回路のAE検波回路で検波され、その出力をCPUで読み取り、偶数フレーム毎にイメージセンサーから出力されたIR画素の信号検波結果のみを用いて、次の奇数フレームのシャッタースピードがCPUにより時間フィルターを介して決定される。   The pixel signal of the odd-frame irradiation infrared light exposure time is output to the even frame, and only the signal of the IR pixel that receives the infrared light is detected by the AE detection circuit of the ISP circuit, and the output is read by the CPU. The shutter speed of the next odd frame is determined by the CPU through the time filter using only the signal detection result of the IR pixel output from the image sensor every time.

また、偶数フレームの背景光露光時間の画素信号は奇数フレームに出力され、可視光を受光するRGB画素の信号がISP回路のAE検波回路で検波され、その出力をCPUで読み取り、奇数フレーム毎にイメージセンサーから出力された可視光画素の信号検波結果のみを用いて、次の偶数フレームのシャッタースピードがCPUにより時間フィルターを介して決定される。   The pixel signal of the background light exposure time of the even frame is output to the odd frame, the RGB pixel signal receiving visible light is detected by the AE detection circuit of the ISP circuit, the output is read by the CPU, and the odd frame is read for each odd frame. Using only the signal detection result of the visible light pixel output from the image sensor, the shutter speed of the next even frame is determined by the CPU through the time filter.

このようにして、60fpsのイメージセンサーを用いて、30fpsの照射赤外光撮像と30fpsの背景光カラー撮像のあたかも2台のカメラを設置したように、各々独立してAE制御を実現する。   In this manner, using the 60 fps image sensor, AE control is realized independently as if two cameras of 30 fps irradiation infrared light imaging and 30 fps background light color imaging were installed.

次に、照射赤外光露光時間に被写体からのコヒーレントランダムスペックルパターンの反射光として受光されたIR画素信号は、予め格納されたスペックルパターンのリファレンスパターンと照合しそのアドレスずれから、距離画像演算回路で演算され、距離画像に変換して出力される。   Next, the IR pixel signal received as the reflected light of the coherent random speckle pattern from the subject during the irradiation infrared light exposure time is compared with the reference pattern of the speckle pattern stored in advance, and the distance image It is calculated by an arithmetic circuit, converted into a distance image and output.

なお、本実施形態では、背景光に赤外光成分が圧倒的に多い等のより距離画像精度が要求される悪環境下の場合は、照射赤外光露光時間のIR画素の信号レベルから背景光露光時間のIR画素の信号を各々の露光時間比を加味して、同一露光時間のレベルとなるように補正した後に減算回路によって減算した結果を後段の距離画像演算処理部に入力する。これにより、背景光の850nm近傍の赤外成分のノイズを抑圧し、より一層高精度な距離画像演算を実現することが出来る。   In the present embodiment, in a bad environment where the distance image accuracy is more required such as the background light having an overwhelmingly large infrared light component, the background is determined from the signal level of the IR pixel during the irradiation infrared light exposure time. The result of subtraction by the subtracting circuit after the IR pixel signal of the light exposure time is corrected so as to have the same exposure time level in consideration of the ratio of each exposure time is input to the distance image calculation processing unit in the subsequent stage. Thereby, it is possible to suppress the noise of the infrared component in the vicinity of 850 nm of the background light, and to realize the distance image calculation with higher accuracy.

次に、背景光露光時間に被写体からの反射光として受光されたRGB画素信号は、カラーカメラ処理部により、ホワイトバランスや輪郭強調処理等の処理されたカラー画像として出力される。   Next, the RGB pixel signal received as reflected light from the subject during the background light exposure time is output as a color image processed by the color camera processing unit, such as white balance and edge enhancement processing.

以上、図面を用いて説明したように、本実施形態に係る撮像装置は、背景光に赤外光成分が圧倒的に多い等の厳しい環境下で、アプリケーションとしてより高色再現性が求められる場合には、背景光露光時間の各々のRGB画素の信号レベルから背景光露光時間のIR画素の信号を、各々の画素に設置されたフィルターと2バンド光学フィルターの総合特性としての850nm近傍の赤外光透過率を加味して、同一の透過率レベルとなるようにRGB画素の各々とIR画素の透過率比を補正する。その後、減算回路によって減算した結果を後段のカラーカメラ処理部に入力する。   As described above with reference to the drawings, the imaging device according to the present embodiment is required to have higher color reproducibility as an application in a severe environment such as an overwhelmingly large infrared light component in the background light. The IR signal of the background light exposure time to the IR pixel signal of the background light exposure time from the signal level of each RGB pixel of the background light exposure time, and the infrared near 850 nm as the overall characteristics of the filter and the two-band optical filter installed in each pixel. In consideration of the light transmittance, the transmittance ratio of each of the RGB pixels and the IR pixel is corrected so that the same transmittance level is obtained. Thereafter, the result of subtraction by the subtraction circuit is input to the subsequent color camera processing unit.

これにより、背景光の850nm近傍の赤外光成分のノイズを抑圧し、より高色再現・高画質な撮像装置を実現できる。   Thereby, the noise of the infrared light component near 850 nm of background light can be suppressed, and an image pickup apparatus with higher color reproduction and higher image quality can be realized.

(第2の実施形態)
まず、図6を用いて、本発明の第2の実施形態に係る撮像装置(カメラ)の構成を示す。
(Second Embodiment)
First, the configuration of an imaging apparatus (camera) according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図6より、本実施形態に係る撮像装置には850nmの赤外光照射レーザーが設置され、照射光に粗面フィルターを設置することにより、被写体にコヒーレントランダムスペックルパターンによる多数の斑点パターンが照射される。また、図6のイメージセンサーは、MOSイメージセンサー(固体撮像装置)である。   As shown in FIG. 6, the imaging apparatus according to the present embodiment is provided with an infrared light irradiation laser of 850 nm, and a rough surface filter is provided on the irradiation light, so that a subject is irradiated with a large number of speckle patterns by a coherent random speckle pattern. Is done. 6 is a MOS image sensor (solid-state imaging device).

その反射光を光学レンズと、可視光波長領域と850nm近傍の近赤外波長領域を透過する図2に示した分光透過率を有する2バンド光学フィルターを介して、グローバルシャッター機能を搭載したイメージセンサー(固体撮像装置)に結像された画像を電気信号に変換する。   An image sensor equipped with a global shutter function through an optical lens and a two-band optical filter having the spectral transmittance shown in FIG. 2 that transmits the reflected light through a visible light wavelength region and a near-infrared wavelength region near 850 nm. An image formed on the (solid-state imaging device) is converted into an electrical signal.

一方、赤外光照射を行わない時間には背景光照明による被写体からの反射光を同じ光学レンズと2バンド光学フィルターを介して同じイメージセンサーに結像された画像を電気信号に変換するものである。   On the other hand, when the infrared light irradiation is not performed, the reflected light from the subject by the background light illumination is converted into an electrical signal from the image formed on the same image sensor through the same optical lens and the two-band optical filter. is there.

イメージセンサーから出力された信号はアナログフロントエンド(AFE)を介してデジタル信号に変換される。デジタル化された信号は後段のISP内のカメラ前処理部でキズ補正等が施される。また、カメラ前処理部ではAE検波、必要に応じてノイズ除去が施される。   A signal output from the image sensor is converted into a digital signal via an analog front end (AFE). The digitized signal is subjected to scratch correction or the like by a camera preprocessing unit in the latter ISP. The camera pre-processing unit performs AE detection and noise removal as necessary.

また、輪郭強調や色調整等のカメラカラー処理が施されるカラーカメラ処理部、赤外光画素からのコヒーレントランダムスペックルパターンとリファレンスパターンを比較して距離を演算する距離画像演算処理部が設置されている。   In addition, a color camera processing unit that performs camera color processing such as contour enhancement and color adjustment, and a distance image calculation processing unit that calculates the distance by comparing the coherent random speckle pattern from the infrared light pixel with the reference pattern are installed. Has been.

CPUは各ブロックのレジスタ設定等によりシステム全体の制御を行う。特に、本実施形態では、AE検波回路からの出力を、時間軸方向のフィルターを施して、イメージセンサーの可視光露光時間、赤外光露光時間の各々を独立に演算して、その情報をシリアル転送等の通信手段で直接イメージセンサーに伝え、イメージセンサー内で各種駆動パルスを生成する。この時、CPUから指令されたシャッタースピードになるように画素の信号電荷を排出する排出パルスTXS1〜TXSnのタイミングを生成し、可視光露光、赤外光露光共に自然なAE制御を行えることが特徴である。   The CPU controls the entire system by register settings of each block. In particular, in this embodiment, the output from the AE detection circuit is filtered in the time axis direction, and the visible light exposure time and the infrared light exposure time of the image sensor are independently calculated, and the information is serialized. The information is transmitted directly to the image sensor by communication means such as transfer, and various drive pulses are generated in the image sensor. At this time, the timing of the discharge pulses TXS1 to TXSn for discharging the signal charges of the pixels so as to be the shutter speed commanded by the CPU is generated, and natural AE control can be performed for both visible light exposure and infrared light exposure. It is.

次に、図7を用いて、本実施形態に係る撮像装置に設置されるイメージセンサーの詳細を説明する。   Next, the details of the image sensor installed in the imaging apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

図7より、本実施形態に係るイメージセンサーはグローバルシャッター&グロ―バルリセット機能を搭載したプログレッシブスキャン方式対応であり、その光電変換部の1セルは以下の構成からなるものであり、フォトダイオードPD(画素)と、PDに蓄積した信号電荷を一括してリセットするリセットトランジスタM5と、フローティングディフュージョンFDと、PDに蓄積した信号電荷を一括してFDに読み出す読み出しトランジスタM1と、FDに読み出された信号電荷をリセットするリセットトランジスタM2と、ソースフォロワトランジスタM3とライン選択トランジスタM4とから構成される。   From FIG. 7, the image sensor according to the present embodiment is compatible with the progressive scan system equipped with the global shutter & global reset function, and one cell of the photoelectric conversion unit has the following configuration, and the photodiode PD (Pixel), reset transistor M5 that resets signal charges accumulated in the PD collectively, floating diffusion FD, read transistor M1 that collectively reads signal charges accumulated in the PD to the FD, and read to the FD It comprises a reset transistor M2 for resetting the signal charge, a source follower transistor M3, and a line selection transistor M4.

以下、垂直信号線に読み出された電圧信号は、ソースフォロワトランジスタのVtばらつきにより発生するFPN除去回路を経て、出力信号として出力される。また各画素には第1の実施形態と同様に図4に示すR、G、B、IRのカラーフィルターが設置されている。   Hereinafter, the voltage signal read out to the vertical signal line is output as an output signal through an FPN elimination circuit generated by Vt variation of the source follower transistor. Each pixel is provided with color filters of R, G, B, and IR shown in FIG. 4 as in the first embodiment.

次に、図8を用いて、本発明の実施形態に係る撮像装置、固体撮像装置の動作タイミングを説明する。   Next, the operation timing of the imaging device and the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

まず、垂直同期パルスVDは毎秒60フレーム(60fps)であり、奇数フレームが照射赤外撮像、偶数フレームが背景光による可視光撮像の例について説明すると、第一フレームにおいて全PDに蓄積した信号電荷を一括してリセットするリセットトランジスタM5をONするゲートパルスTXSn印加で全画素の信号電荷が排出され、排出パルスTXSn印加終了により照射赤外光露光時間が開始され、同時に赤外光レーザーが照射される。   First, the vertical synchronization pulse VD is 60 frames per second (60 fps), and an example in which an odd-numbered frame is irradiated infrared imaging and an even-numbered frame is visible light imaging using background light will be described. Signal charges accumulated in all PDs in the first frame Applying the gate pulse TXSn to turn on the reset transistor M5 that collectively resets the signal charges of all the pixels is discharged, and when the discharge pulse TXSn is applied, the irradiation infrared light exposure time starts, and at the same time, the infrared laser is irradiated. The

背景光は点灯継続しているため被写体からの反射光は赤外光と可視光の双方を含んでいるが、2バンド光学フィルターと赤外光受光画素の可視光カットフィルターにより、850nm近傍の反射光のみが赤外光受光画素により受光されて光電変換が行われ、赤外光露光時間中画素に信号電荷が蓄積される。   Since the background light continues to be lit, the reflected light from the subject contains both infrared light and visible light. However, the reflected light near 850 nm is reflected by the two-band optical filter and the visible light cut filter of the infrared light receiving pixel. Only the light is received by the infrared light receiving pixels and subjected to photoelectric conversion, and signal charges are accumulated in the pixels during the infrared light exposure time.

次に、第二フレーム始まりに全PDに蓄積した信号電荷を一括してFDに読み出す読み出しトランジスタM1をONするゲートパルスTXn印加で全画素の信号電荷が全FDに読み出され、照射赤外光露光時間が終了する。同時に赤外光レーザー照射を停止する。   Next, the signal charges accumulated in all PDs at the beginning of the second frame are collectively read out to the FD. By applying the gate pulse TXn that turns on the readout transistor M1, the signal charges of all the pixels are read out to all the FDs. The exposure time ends. At the same time, the infrared laser irradiation is stopped.

なお、本実施形態では、赤外光レーザー照射期間と照射赤外光露光時間を合致させているが、赤外光照射期間は赤外光露光時間131を含んでおり、可視光露光時間132を含まなければ機能上は差し支えない。   In the present embodiment, the infrared laser irradiation period and the irradiation infrared light exposure time are matched, but the infrared light irradiation period includes the infrared light exposure time 131, and the visible light exposure time 132 is set to be the same. If it is not included, there is no functional problem.

その後、信号ライン選択パルスSEL1により、FDで信号電圧に変換された電圧信号は、ソースフォロワを介して垂直信号線に読み出され、FPN除去回路を介して、赤外光画素信号が出力され、後段での処理に移行し、順次SEL2、SEL3とライン選択され一画面分の赤外画素信号が出力される。この時RGBの各画素信号も出力されるが、特に後段で処理されることはない。   Thereafter, the voltage signal converted into the signal voltage by the FD by the signal line selection pulse SEL1 is read to the vertical signal line through the source follower, and the infrared light pixel signal is output through the FPN removal circuit, The process proceeds to the subsequent stage, and the lines SEL2 and SEL3 are sequentially selected and an infrared pixel signal for one screen is output. At this time, RGB pixel signals are also output, but they are not processed in a later stage.

すなわち、図8で示すタイミング(赤外光露光時間1のイメージセンサー出力タイミング)134で赤外光画素信号が出力され、後段での処理に移行する。   That is, the infrared light pixel signal is output at the timing (image sensor output timing of infrared light exposure time 1) 134 shown in FIG. 8, and the process proceeds to the subsequent stage.

一方、第二フレームの前記全画素の信号電荷がFDへ読み出し後、必要な露光時間になるように、全PDに蓄積した信号電荷を一括してリセットするリセットトランジスタM5をONするゲートパルスTXSn印加で全画素の信号電荷が排出され、ゲートパルスTXSn印加終了により背景光露光時間が開始され、この時レーザー照射は停止しているため、被写体からの反射光は背景光の成分のみを含んでいる。   On the other hand, after the signal charges of all the pixels in the second frame are read to the FD, the gate pulse TXSn is applied to turn on the reset transistors M5 that collectively reset the signal charges accumulated in all the PDs so that the required exposure time is reached. The signal charges of all the pixels are discharged, and the background light exposure time starts when the application of the gate pulse TXSn ends. At this time, since the laser irradiation is stopped, the reflected light from the subject contains only the background light component. .

RGBの各々の画素には2バンド光学フィルターとRGBフィルターにより、背景光が赤外光成分を含む場合はその一部の赤外光が、R、G、Bの各々の画素にR成分と前記一部の赤外光成分、G成分と前記一部の赤外光成分、B成分と前記一部の赤外光成分がR、G、Bの各々の画素で受光され、また、2バンド光学フィルターとIR画素には一部の赤外光成分のみが受光され光電変換が行われ、R、G、B、IR各々の画素で、可視光露光時間中に蓄積される。   When each of the RGB pixels has a two-band optical filter and an RGB filter, when the background light includes an infrared light component, a part of the infrared light is transferred to each of the R, G, and B pixels. A part of the infrared light component, the G component and the part of the infrared light component, the B component and the part of the infrared light component are received by each of the R, G, and B pixels. Only a part of infrared light components are received by the filter and the IR pixel and subjected to photoelectric conversion, and accumulated in the R, G, B, and IR pixels during the visible light exposure time.

次に、第三フレームの始まりに全PDに蓄積した信号電荷を一括してFDに読み出す読み出しトランジスタM1をONするゲートパルスTXn印加で全画素の信号電荷が全FDに読み出され、背景光露光時間が終了する。   Next, signal charges accumulated in all PDs at the beginning of the third frame are collectively read to the FD. By applying a gate pulse TXn that turns on the read transistor M1, the signal charges of all the pixels are read to all the FDs, and background light exposure is performed. The time ends.

以下、信号ライン選択パルスSEL2により、FDで信号電圧に変換された電圧信号は、ソースフォロワを介して垂直信号線に読み出され、FPN除去回路を介して、イメージセンサーよりIR画素を含む全画素が出力される。   Hereinafter, the voltage signal converted into the signal voltage by the FD by the signal line selection pulse SEL2 is read out to the vertical signal line through the source follower, and all the pixels including the IR pixel from the image sensor through the FPN removal circuit. Is output.

すなわち、図8に示したタイミング(可視光露光時間1のイメージセンサー出力タイミング)135でIR画素を含む全画素が出力される。   That is, all the pixels including the IR pixels are output at the timing (image sensor output timing of visible light exposure time 1) 135 shown in FIG.

その後、イメージセンサーの動作が繰り返され、照射赤外光露光時間と背景光露光時間をフレームおきに時分割に動作させるものとなる。   Thereafter, the operation of the image sensor is repeated, and the irradiation infrared light exposure time and the background light exposure time are operated in a time-sharing manner every frame.

次に、イメージセンサーから出力された信号からAE動作について説明する。   Next, the AE operation will be described from the signal output from the image sensor.

まず、奇数フレームの照射赤外光露光時間の画素信号は偶数フレームに出力され、赤外光を受光するIR画素の信号のみがISP回路のAE検波回路で検波され、その出力をCPUで読み取り、偶数フレーム毎にイメージセンサーから出力されたIR画素の信号検波結果のみを用いて、次の奇数フレームのシャッタースピードがCPUにより時間フィルターを介して決定される。   First, the pixel signal of the odd-frame irradiation infrared light exposure time is output to the even frame, only the signal of the IR pixel that receives infrared light is detected by the AE detection circuit of the ISP circuit, and the output is read by the CPU. The shutter speed of the next odd frame is determined by the CPU through a time filter using only the signal detection result of the IR pixel output from the image sensor for each even frame.

また偶数フレームの背景光露光時間の画素信号は奇数フレームに出力され、可視光を受光するRGB画素の信号がISP回路のAE検波回路で検波され、その出力をCPUで読み取り、奇数フレーム毎にイメージセンサーから出力された可視光画素の信号検波結果のみを用いて、次の偶数フレームのシャッタースピードがCPUにより時間フィルターを介して決定される。   The pixel signal of the background light exposure time of the even frame is output to the odd frame, the RGB pixel signal receiving visible light is detected by the AE detection circuit of the ISP circuit, the output is read by the CPU, and the image is imaged every odd frame. Using only the signal detection result of the visible light pixel output from the sensor, the shutter speed of the next even frame is determined by the CPU through the time filter.

このようにして、60fpsのイメージセンサーを用いて、30fpsの照射赤外光撮像と30fpsの背景光カラー撮像のあたかも2台のカメラを設置したかのごとく、各々独立してAE制御を実現するものである。   In this way, using an image sensor of 60 fps, AE control is realized independently as if two cameras were installed, that is, 30 fps irradiation infrared light imaging and 30 fps background light color imaging. It is.

次に、照射赤外光露光時間に被写体からのコヒーレントランダムスペックルパターンの反射光として受光されたIR画素信号は、予め格納されたスペックルパターンのリファレンスと照合しそのアドレスずれから、距離画像演算回路で演算され、距離画像に変換して出力される。   Next, the IR pixel signal received as the reflected light of the coherent random speckle pattern from the subject during the irradiation infrared light exposure time is collated with a pre-stored speckle pattern reference, and the distance image calculation is performed based on the address deviation. It is calculated by a circuit, converted into a distance image and output.

なお、本実施形態では、背景光に赤外光成分が圧倒的に多い等のより距離画像精度が要求される場合においては、照射赤外光露光時間のIR画素の信号レベルから前記背景光露光時間のIR画素の信号を各々の露光時間比を加味して、同一露光時間のレベルとなるように補正した後に減算回路によって減算した結果を後段の距離画像演算処理部に入力することにより、背景光の850nm近傍の赤外光成分のノイズを抑圧し、高精度な距離画像演算を実現することが出来る。   In the present embodiment, in the case where distance image accuracy is required such that the background light has an overwhelmingly large infrared light component, the background light exposure is performed based on the signal level of the IR pixel during the irradiation infrared light exposure time. By inputting the result of subtraction by the subtracting circuit after correcting the IR pixel signal of time to the same exposure time level in consideration of each exposure time ratio, the background image is input to the background image processing unit. It is possible to suppress the noise of the infrared light component in the vicinity of 850 nm of light, and to realize a highly accurate distance image calculation.

次に、背景光露光時間に被写体からの反射光として受光されたRGB画素信号は、カラーカメラ処理部により、ホワイトバランスや輪郭強調処理等の処理されたカラー画像として出力される。   Next, the RGB pixel signal received as reflected light from the subject during the background light exposure time is output as a color image processed by the color camera processing unit, such as white balance and edge enhancement processing.

なお、本実施形態では、背景光に赤外光成分が圧倒的に多い等の厳しい条件で、アプリケーションとしてより高色再現性が求められる場合には、背景光露光時間の各々のRGB画素の信号レベルから前記背景光露光時間のIR画素の信号を各々の画素に設置されたフィルターと2バンド光学フィルターの総合特性としての850nm近傍の赤外光透過率を加味して、同一の透過率レベルとなるようにRGB画素の各々とIR画素の透過率比を補正する。   In this embodiment, when high color reproducibility is required as an application under severe conditions such as an overwhelmingly large infrared light component in the background light, each RGB pixel signal of the background light exposure time is required. From the level, the IR pixel signal of the background light exposure time is taken into account by adding the infrared light transmittance near 850 nm as the total characteristics of the filter installed in each pixel and the two-band optical filter, and the same transmittance level Thus, the transmittance ratio of each of the RGB pixels and the IR pixel is corrected.

その後、減算回路によって減算した結果を後段のカラーカメラ処理部に入力することにより、背景光の850nm近傍の赤外光成分のノイズを抑圧し、より高色再現・高画質な撮像装置を実現することができる。   After that, the result of subtraction by the subtraction circuit is input to the subsequent color camera processing unit, so that noise of the infrared light component in the vicinity of 850 nm of the background light is suppressed, and an imaging device with higher color reproduction and higher image quality is realized. be able to.

(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態に係る撮像装置の構成を図9に示す。
(Third embodiment)
The configuration of an imaging apparatus according to the third embodiment of the present invention is shown in FIG.

図9より、本実施形態に係る撮像装置には、850nmの赤外光照射レーザーが設置され、照射光に粗面フィルターを設置することにより、被写体にコヒーレントランダムスペックルパターンによる多数の斑点パターンが照射される。   As shown in FIG. 9, the imaging apparatus according to the present embodiment is provided with an infrared light irradiation laser of 850 nm, and a rough surface filter is provided on the irradiation light, so that a subject has a large number of speckle patterns based on a coherent random speckle pattern. Irradiated.

その反射光を光学レンズ、可視光波長領域と850nm近傍の近赤外波長領域を透過し、上述した図2に示す分光透過率を有する2バンド光学フィルターを介してイメージセンサー(固体撮像装置)に結像された画像を電気信号に変換する。また、図9のイメージセンサーは、CCDイメージセンサー(固体撮像装置)である。   The reflected light is transmitted through an optical lens, a visible light wavelength region and a near-infrared wavelength region near 850 nm, and passed through the two-band optical filter having the spectral transmittance shown in FIG. The image formed is converted into an electrical signal. 9 is a CCD image sensor (solid-state imaging device).

一方、赤外光照射を行わない時間は、背景光照明による被写体からの反射光を同じ光学レンズと2バンド光学フィルターを介して同じイメージセンサーに結像された画像を電気信号に変換する。   On the other hand, during the time when the infrared light irradiation is not performed, an image obtained by forming the reflected light from the subject by the background light illumination on the same image sensor through the same optical lens and the two-band optical filter is converted into an electric signal.

また、イメージセンサーから出力された信号はアナログフロントエンド(AFE)を介してデジタル信号に変換される。デジタル化された信号は、後段のISP内のカメラ前処理部でキズ補正等を施され、またここでAE検波が施される。また、輪郭強調や色調整等のカメラカラー処理が施されるカラーカメラ処理部、赤外光画素からのコヒーレントランダムスペックルパターンとリファレンスパターンを比較して距離を演算する距離画像演算処理部が設置されている。   The signal output from the image sensor is converted into a digital signal via an analog front end (AFE). The digitized signal is subjected to scratch correction or the like by a camera pre-processing unit in the subsequent ISP, and is also subjected to AE detection. In addition, a color camera processing unit that performs camera color processing such as contour enhancement and color adjustment, and a distance image calculation processing unit that calculates the distance by comparing the coherent random speckle pattern from the infrared light pixel with the reference pattern are installed. Has been.

また、CPUは各ブロックのレジスタ設定等によりシステム全体の制御を行う。特に、本実施形態では、AE検波回路からの出力を、時間軸方向のフィルターを施して、イメージセンサーの可視光露光時間、赤外光露光時間の各々を独立に演算して、その情報をタイミングジェネレータ(TG)に伝え、TGはイメージセンサーの駆動パルスを生成し、この時CPUから指令されたシャッタースピードになるように画素の信号電荷を排出する基板排出パルスのタイミングを生成し、可視光露光、赤外光露光共に自然なAE制御を行うことが特徴である。   Further, the CPU controls the entire system by register settings of each block. In particular, in this embodiment, the output from the AE detection circuit is filtered in the time axis direction, and the visible light exposure time and the infrared light exposure time of the image sensor are independently calculated, and the information is timed. The TG generates a drive pulse for the image sensor, generates a timing of the substrate discharge pulse for discharging the signal charge of the pixel so as to achieve the shutter speed commanded by the CPU at this time, and visible light exposure In addition, natural AE control is performed for both infrared light exposure.

次に、図10を用いて、本実施形態に係る撮像装置に搭載されるイメージセンサーの構成を説明する。   Next, the configuration of the image sensor mounted on the imaging apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

図10より、本実施形態に係るイメージセンサーは、プログレッシブスキャン対応のインタライントランスファー方式であり、フォトダイオード(画素)71、1画素あたり4ゲートの四相駆動の垂直転送部72、二相水平転送部73、電荷検出部74、縦型オーバーフロードレイン(VOD)75とから構成される。   As shown in FIG. 10, the image sensor according to the present embodiment is an interline transfer system compatible with progressive scan, and includes a photodiode (pixel) 71, four-gate vertical transfer unit 72 with four gates per pixel, and two-phase horizontal transfer. Part 73, charge detection part 74, and vertical overflow drain (VOD) 75.

また、画素の信号電荷の読み出しゲートは四相の垂直転送部(V1〜V4)のV1ゲートが兼用した構成となっている。ここで重要なことはIR画素の読み出しゲートと兼用した垂直転送部のゲートのみ独立配線とし、V5として新たに設置している。   The pixel signal charge readout gate is also used as the V1 gate of the four-phase vertical transfer section (V1 to V4). The important thing here is that only the gate of the vertical transfer unit which is also used as the readout gate of the IR pixel is set as an independent wiring and newly installed as V5.

なお、図10では本発明の理解を容易とするため、VOD75は画素の紙面横方向に記載しているが、実際には画素のバルク方向の深部側(半導体基板の深さ方向)に構成されている。VODの基板に接続されているSub端子に高電圧が印加されると全画素の信号電荷は一括に基板に排出される構成となっている。   In FIG. 10, the VOD 75 is shown in the horizontal direction of the pixel of the pixel for easy understanding of the present invention. However, the VOD 75 is actually configured on the deep side of the pixel in the bulk direction (depth direction of the semiconductor substrate). ing. When a high voltage is applied to the Sub terminal connected to the VOD substrate, the signal charges of all the pixels are discharged to the substrate all at once.

また各画素には図4に示すR、G、B、IRのカラーフィルターが設置されている。   Each pixel is provided with R, G, B, and IR color filters shown in FIG.

次に、図11を用いて、本発明の実施形態に係る撮像装置、固体撮像装置の動作タイミングを説明する。   Next, the operation timing of the imaging device and the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

まず、垂直同期パルスVDは60FPSであり、1フレーム内の前半が照射赤外撮像、後半が背景光による可視光撮像の場合について説明すると、第一フレームにおいて最初の転送部の基板排出パルスφSub印加で全画素の信号電荷が排出され、φSub印加終了により照射赤外光露光時間が開始され、同時に赤外レーザーが照射される。   First, the vertical synchronization pulse VD is 60 FPS, and the case where the first half of one frame is irradiated infrared imaging and the second half is visible light imaging using background light will be described. In the first frame, the substrate discharge pulse φSub of the first transfer unit is applied. The signal charges of all the pixels are discharged, and the irradiation infrared light exposure time starts when the φSub application ends, and at the same time, the infrared laser is irradiated.

背景光は点灯継続しているため被写体からの反射光は赤外光と可視光の双方を含んでいるが、2バンド光学フィルターと赤外光受光画素の可視光カットフィルターにより850nm近傍の反射光のみが赤外光受光画素により受光され光電変換が行われ、赤外光露光時間中画素に信号電荷が蓄積される。   Since the background light continues to be lit, the reflected light from the subject includes both infrared light and visible light, but the reflected light near 850 nm is obtained by the two-band optical filter and the visible light cut filter of the infrared light receiving pixel. Only the infrared light receiving pixel receives light and performs photoelectric conversion, and signal charges are accumulated in the pixel during the infrared light exposure time.

次に、IR画素読み出しパルスφV5にHレベルを印加することにより、赤外光を受光する画素の信号電荷が垂直転送部に読み出され、照射赤外光露光時間が終了する。同時に赤外光レーザー照射を停止する。本例では赤外光レーザー照射期間と照射赤外光露光時間を合致させているが、赤外光照射期間は側距露光時間81を含んでおり、可視光露光時間82を含まなければ機能上は差し支えない。   Next, by applying an H level to the IR pixel readout pulse φV5, the signal charge of the pixel that receives infrared light is read out to the vertical transfer unit, and the irradiation infrared light exposure time ends. At the same time, the infrared laser irradiation is stopped. In this example, the infrared light laser irradiation period and the irradiation infrared light exposure time are matched, but the infrared light irradiation period includes the side exposure time 81, and if it does not include the visible light exposure time 82, it is functional. Is fine.

その後、図10で示した垂直転送部72、水平転送部73、電荷検出部74を介し、イメージセンサーより図11で示すタイミング(測距受光時間0のイメージセンサー出力タイミング)84で赤外光画素信号が出力され、後段での処理に移行する。   Thereafter, the infrared light pixel is transmitted from the image sensor through the vertical transfer unit 72, the horizontal transfer unit 73, and the charge detection unit 74 shown in FIG. 10 at the timing shown in FIG. A signal is output, and the process proceeds to the subsequent stage.

一方、IR画素の信号電荷読み出し後、必要な露光時間になるように、全画素に基板排出パルスφSub印加で全画素の信号電荷が排出され、排出パルスφSub印加終了により背景光露光時間が開始され、この時レーザー照射は停止しているため、被写体からの反射光は背景光の成分のみを含んでいる。   On the other hand, after reading the signal charge of the IR pixel, the signal charge of all the pixels is discharged by applying the substrate discharge pulse φSub to all the pixels so that the required exposure time is reached, and the background light exposure time is started by the end of the application of the discharge pulse φSub. Since the laser irradiation is stopped at this time, the reflected light from the subject contains only the background light component.

また、RGBの各々の画素には2バンド光学フィルターとRGBフィルターにより、背景光が赤外光成分を含む場合はその一部の赤外光が、R、G、Bの各々の画素にR成分と前記一部の赤外光成分、G成分と前記一部の赤外光成分、B成分と前記一部の赤外光成分がR、G、Bの各々の画素で受光され、可視光露光時間中に蓄積される。   In addition, by using a two-band optical filter and an RGB filter for each RGB pixel, when the background light includes an infrared light component, a part of the infrared light is converted into an R component for each of the R, G, and B pixels. And the part of the infrared light component, the G component and the part of the infrared light component, the B component and the part of the infrared light component are received by each of the R, G, and B pixels, and are exposed to visible light. Accumulate over time.

次に、第二フレーム始まりに全画素読み出しパルスφV1にHレベルを印加することにより、可視光(RGB)画素の信号電荷が垂直転送部に読み出され、背景光露光時間が終了する。   Next, by applying an H level to the all-pixel readout pulse φV1 at the beginning of the second frame, the signal charges of visible light (RGB) pixels are read out to the vertical transfer unit, and the background light exposure time ends.

続いて、図10で示した垂直転送部72、水平転送部73、電荷検出部74を介し、イメージセンサーより、図11に示すタイミング(可視光露光時間1のイメージセンサー出力タイミング)85で可視光画素の信号が出力される。   Subsequently, visible light is transmitted from the image sensor through the vertical transfer unit 72, horizontal transfer unit 73, and charge detection unit 74 shown in FIG. 10 at the timing (image sensor output timing of visible light exposure time 1) 85 shown in FIG. A pixel signal is output.

この場合、IR画素の信号も出力中であるが、垂直転送部の空きパケットにRGB画素が収まるように垂直転送することで、R、G、B、IRの各画素の信号電荷は垂直転送部内で混合することなく、タイミング84およびタイミング85のタイミングずれを生じながらも全画素独立に出力することが可能となる。   In this case, the IR pixel signal is also being output, but the signal charges of the R, G, B, and IR pixels are transferred within the vertical transfer unit by performing vertical transfer so that the RGB pixels fit in the empty packet of the vertical transfer unit. In this case, all pixels can be output independently while causing a timing shift between timing 84 and timing 85 without mixing.

その後、フレーム単位で同様にイメージセンサーの動作が繰り返され、照射赤外光露光時間と背景光露光時間を1フレーム内において時分割に動作させることとなる。   After that, the operation of the image sensor is repeated in units of frames, and the irradiation infrared light exposure time and the background light exposure time are operated in a time-sharing manner within one frame.

次に、イメージセンサーから出力された信号からAE動作について説明する。   Next, the AE operation will be described from the signal output from the image sensor.

まず、照射赤外光露光時間の画素信号はフレームの途中のタイミングから約1V期間かけて出力され、赤外光を受光するIR画素の信号がISP回路のAE検波回路で検波され、その出力をCPUで読み取り、IR画素の信号検波結果のみを用いて、次のフレームの照射赤外光露光時間のシャッタースピードがCPUにより時間フィルターを介して決定される。   First, the pixel signal of the irradiation infrared light exposure time is output over a period of about 1 V from the timing in the middle of the frame, the signal of the IR pixel that receives the infrared light is detected by the AE detection circuit of the ISP circuit, and the output is obtained. Using only the IR pixel signal detection result read by the CPU, the shutter speed of the irradiation infrared light exposure time of the next frame is determined by the CPU via a time filter.

また、背景光露光時間の画素信号はフレーム先頭から出力され、可視光を受光するRGB画素の信号がISP回路のAE検波回路で検波され、その出力をCPUで読み取り、毎フレーム毎にイメージセンサーから出力された可視光画素の信号検波結果のみを用いて、次の背景光露光時間のシャッタースピードがCPUにより時間フィルターを介して決定される。   The pixel signal of the background light exposure time is output from the head of the frame, the RGB pixel signal receiving visible light is detected by the AE detection circuit of the ISP circuit, the output is read by the CPU, and the image sensor is read from the image sensor every frame. Using only the signal detection result of the output visible light pixel, the shutter speed of the next background light exposure time is determined by the CPU through the time filter.

このようにして、60fpsのイメージセンサーを用いているにも拘らず、60fpsの照射赤外光撮像と60fpsの背景光カラー撮像のあたかも2台のカメラを設置したかのごとく、各々独立してAE制御を実現するものである。   In this manner, each of the AEs independently of each other as if two cameras of 60 fps irradiation infrared light imaging and 60 fps background light color imaging were installed in spite of using a 60 fps image sensor. Control is realized.

次に照射赤外光露光時間に被写体からのコヒーレントランダムスペックルパターンの反射光として受光されたIR画素信号は、予め格納されたスペックルパターンのリファレンスパターンと照合しそのアドレスずれから、距離画像演算回路で演算され、距離画像に変換して出力される。   Next, the IR pixel signal received as the reflected light of the coherent random speckle pattern from the subject during the irradiation infrared light exposure time is collated with the reference pattern of the speckle pattern stored in advance, and the distance image calculation is performed from the address deviation. It is calculated by a circuit, converted into a distance image and output.

次に背景光露光時間に被写体からの反射光として受光されたRGB画素信号は、カラーカメラ処理部により、ホワイトバランスや輪郭強調処理等の処理されたカラー画像として出力される。   Next, the RGB pixel signal received as reflected light from the subject during the background light exposure time is output as a color image processed by the color camera processing unit, such as white balance and edge enhancement processing.

このようにして、60fpsのイメージセンサーを用いているにも拘らず、60fpsの照射赤外光撮像と60fpsの背景光カラー撮像のあたかも2台のカメラを設置したかのごとく、各々独立して機能する赤外光による距離画像と可視光カラー画像を統合した一つのカメラシステムで実現するものである。   In this way, each of the functions functions independently as if two cameras were installed for 60 fps irradiation infrared light imaging and 60 fps background light color imaging in spite of using a 60 fps image sensor. This is realized by a single camera system that integrates a distance image by visible infrared light and a visible light color image.

なお、本実施形態は、IR画素と可視光画素の行選択配線を独立配線にすることにより、グローバルシャッターとグローバルリセット機能を備えたMOSイメージセンサーを用いることもできる。   In this embodiment, a MOS image sensor having a global shutter and a global reset function can be used by making the row selection wiring of the IR pixel and the visible light pixel independent wiring.

(まとめ)
以上、図面を用いて説明したように、本発明の実施形態(第1〜第3の実施形態)に係る撮像装置は、赤外光パターン照射手段を備え、イメージセンサーの全面に可視域全体を透過させ、それに加え前記赤外光パターン照射の波長の近傍のみを透過させる2バンド透過型の光学フィルターを設置し、イメージセンサーには赤外光を受光する複数の画素と可視光を受光する複数の画素を設置し、全画素の信号電荷を同時に排出する排出手段を設置し、照射赤外光露光時間と背景光露光時間を時分割に行うことにより、画素の信号電荷の排出手段は全画素一括の単一の手段で行え、また各画素に設置する光学フィルターも単層の一般的な簡単な構造が採用でき、2バンド透過型の光学フィルターにより可視光と赤外光の光学的な混合を最小限に抑え、良好なカラー画像と高精度の距離画像が安価なシステムで実現することが出来る。
(Summary)
As described above with reference to the drawings, the imaging apparatus according to the embodiments (first to third embodiments) of the present invention includes the infrared light pattern irradiating means, and the entire visible range is provided on the entire surface of the image sensor. In addition to this, a two-band transmission type optical filter that transmits only the vicinity of the wavelength of the infrared light pattern irradiation is installed, and the image sensor has a plurality of pixels that receive infrared light and a plurality of pixels that receive visible light. The discharge means for discharging the signal charges of all the pixels at the same time is installed, and the discharge means for discharging the signal charges of the pixels is set for all pixels by performing the irradiation infrared light exposure time and the background light exposure time in a time-sharing manner. It can be done by a single unit, and the optical filter installed in each pixel can adopt a general simple structure of a single layer, and optical mixing of visible light and infrared light by a two-band transmission type optical filter. Minimize It can range image of good color images and high accuracy can be realized by an inexpensive system.

また、前記照射赤外光露光時間と前記可視光露光時間を独立に制御する為に検波回路の出力を赤外光用AEと可視光用AEとで独立に分けて、各々独立にAE制御すれば、夫々光源が異なるため大きく条件の異なる背景光露光時間の可視光を受光する画素信号レベルと照射赤外光露光時間の赤外光を受光する画素信号レベルを、夫々最適な受光時間に制御することが可能となり、あたかも2台の可視カメラと測距カメラが同時に動作しているように、より一層の可視画像撮像の高画質化と距離画像撮像の高精度化が図ることが出来る。   In addition, in order to control the irradiation infrared light exposure time and the visible light exposure time independently, the output of the detection circuit is divided into the infrared light AE and the visible light AE independently, and each is controlled by AE independently. For example, since the light source is different, the pixel signal level for receiving visible light with a background light exposure time with significantly different conditions and the pixel signal level for receiving infrared light with an irradiation infrared light exposure time are controlled to optimum light receiving times, respectively. Thus, as if two visible cameras and a distance measuring camera are operating at the same time, it is possible to further improve the image quality of visible image capturing and the accuracy of distance image capturing.

また、可視光露光時間の開始を決定する全画素の蓄積電荷を排出する画素(PD)信号電荷排出パルス印加のタイミングから、前記可視光露光時間終了を決定する全画素の蓄積電荷を読み出す画素(PD)信号読み出しパルス印加のタイミングまでの期間については、少なくとも前記赤外光パターン照射を停止するものとすれば、赤外光の照射時間を最小限に短縮することで、電力及び発熱の低減を行うことが出来る。   Further, the pixel (PD) that discharges the accumulated charge of all the pixels that determines the start of the visible light exposure time, and the pixel that reads the accumulated charges of all the pixels that determine the end of the visible light exposure time from the application timing of the pixel (PD) signal charge discharge pulse ( PD) For the period up to the timing of applying the signal readout pulse, at least if the infrared light pattern irradiation is stopped, the irradiation time of the infrared light is reduced to a minimum, thereby reducing the power and heat generation. Can be done.

また、前記照射赤外光露光フレームの前記赤外光を受光する画素の信号出力から、前記背景光露光フレームの前記赤外光を受光する画素の信号出力を、各々の受光時間を加味して受光時間比分を補正して減算する回路を搭載すれば、照射赤外光露光フレームの前記赤外光を受光する画素に含まれる微小な背景光の赤外光成分も排除することが可能となり、より一層の距離画像撮像の高精度化を図ることが出来る。   Further, from the signal output of the pixel that receives the infrared light of the irradiation infrared light exposure frame, the signal output of the pixel that receives the infrared light of the background light exposure frame, taking each light reception time into account. If a circuit that corrects and subtracts the light reception time ratio is installed, it is possible to eliminate the minute infrared light component of the background light contained in the pixels that receive the infrared light of the irradiated infrared light exposure frame, It is possible to further improve the accuracy of distance image capturing.

また、背景光露光フレームの各々の前記可視光を受光する画素の信号出力から、前記背景光露光フレームの同一単位配列内の前記赤外光を受光する画素の信号出力を、各々の画素の赤外光の分光透過率による感度を加味し、その比を補正して減算する回路を搭載すれば、背景光に赤外光成分が含まれる場合においても、2バンド光学フィルターで微小に透過する赤外光成分を前記背景光露光フレームの各々の前記可視光を受光する画素の信号出力から排除することが可能になり、可視画像のより一層の高色再現化を図ることが出来る。   Further, from the signal output of the pixels that receive the visible light in each of the background light exposure frames, the signal output of the pixels that receive the infrared light in the same unit array of the background light exposure frames is changed to the red of each pixel. If a circuit that corrects and subtracts the ratio of the external light's spectral transmittance is added, even if the background light contains an infrared light component, the red light that is transmitted through the 2-band optical filter The external light component can be excluded from the signal output of the pixels that receive the visible light in each of the background light exposure frames, and a higher color reproduction of the visible image can be achieved.

また、前記赤外光を受光する画素の信号電荷読み出しゲートと前記可視光を受光する画素の信号電荷読み出しゲートを独立に配線し、前記照射赤外光露光と前記背景光露光の時分割が1フレーム内で完結し、前記赤外光を受光する画素の信号電荷読み出しパルス印加で赤外光露光を終了し、前記可視光を受光する画素の信号電荷読み出しパルスで露光時間を終了すれば、イメージセンサーのフレームレートと同一のフレームレートで可視画像、距離画像共に得られることになり、システムの大幅な高速化を図ることが出来る。   In addition, the signal charge readout gate of the pixel that receives the infrared light and the signal charge readout gate of the pixel that receives the visible light are independently wired, and the time division of the irradiation infrared light exposure and the background light exposure is one. If the exposure is completed with the signal charge readout pulse of the pixel receiving the visible light after the infrared light exposure is completed by applying the signal charge readout pulse of the pixel receiving the infrared light, the image is completed. Both a visible image and a distance image can be obtained at the same frame rate as the sensor frame rate, and the speed of the system can be greatly increased.

本発明は、赤外光照射パターンによる距離画像撮像とカラー撮像を一つのシステムで実現し、ジェスチャ認証等でのゲーム機や、人物認証等のサイネージ分野等の撮像装置に利用することができる。   The present invention realizes distance image capturing and color image capturing using an infrared light irradiation pattern in a single system, and can be used for an imaging apparatus such as a game machine for gesture authentication or a signage field such as person authentication.

21 フォトダイオード(画素)
22 垂直転送部
23 水平転送部
24 電荷検出部
25 縦型オーバーフロードレイン(VOD)
71 フォトダイオード(画素)
72 垂直転送部、
73 水平転送部、
74 電荷検出部、
75 縦型オーバーフロードレイン(VOD)
131 赤外光露光時間
132 可視光露光時間
21 Photodiode (pixel)
22 Vertical Transfer Unit 23 Horizontal Transfer Unit 24 Charge Detection Unit 25 Vertical Overflow Drain (VOD)
71 Photodiode (pixel)
72 Vertical transfer section,
73 Horizontal transfer section,
74 Charge detector,
75 Vertical overflow drain (VOD)
131 Infrared light exposure time 132 Visible light exposure time

Claims (11)

赤外光パターン照射手段と、
可視域とともに、前記赤外光パターン照射手段から照射された赤外光の近傍波長が透過する2バンド透過型の光学フィルターと、
前記光学フィルターからの赤外光を受光して照射赤外光露光を行う複数の第1の画素と、前記光学フィルターからの可視光を受光し背景光露光を行う複数の第2の画素と、前記第1及び第2の画素の信号電荷を同時に排出する排出手段を備え、前記照射赤外光露光と前記背景光露光を時分割に行うイメージセンサーと、
を備えた撮像装置。
Infrared light pattern irradiation means;
A two-band transmission type optical filter that transmits a wavelength in the vicinity of the infrared light irradiated from the infrared light pattern irradiating means together with a visible region;
A plurality of first pixels that receive infrared light from the optical filter and perform irradiation infrared light exposure; a plurality of second pixels that receive visible light from the optical filter and perform background light exposure; An image sensor for discharging the signal charges of the first and second pixels simultaneously, and performing the irradiation infrared light exposure and the background light exposure in a time-sharing manner;
An imaging apparatus comprising:
前記赤外光を受光する画素と前記背景光を受光する画素を混在してn×mの単位配列とすることを特徴とする請求項1の撮像装置。   2. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the pixels receiving the infrared light and the pixels receiving the background light are mixed to form an n × m unit array. 前記赤外光を受光する画素には可視光カットする光学フィルターを、前記背景光を受光する画素には各々RGB光学カラーフィルターを設置し、2×2を単位配列とすることを特徴とする請求項2の撮像装置。   An optical filter that cuts visible light is installed in the pixel that receives infrared light, and an RGB optical color filter is installed in each pixel that receives the background light, and 2 × 2 is used as a unit array. Item 2. The imaging device according to Item 2. 前記照射赤外光露光と前記可視光露光の時分割サイクルが1フレームおき単位に同期していることを特徴とする請求項1、2、3のいずれか一項に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to any one of claims 1, 2, and 3, wherein a time division cycle of the irradiation infrared light exposure and the visible light exposure is synchronized in units of every other frame. 前記照射赤外光露光時間と前記可視光露光時間を独立に制御する為に検波回路の出力を赤外光用AEと可視光用AEとで独立に分けて、各々独立にAE制御することを特徴とする請求項4の撮像装置。   In order to control the irradiation infrared light exposure time and the visible light exposure time independently, the output of the detection circuit is separately divided into the infrared light AE and the visible light AE, and each is controlled independently. The imaging apparatus according to claim 4, characterized in that: 前記可視光露光時間の開始を決定する全画素の蓄積電荷を排出するPD排出パルス印加のタイミングから、前記可視光露光時間終了を決定する全画素の蓄積電荷を読み出すPD読み出しパルス印加のタイミングまでの期間については、少なくとも前記赤外光パターン照射を停止することを特徴とする請求項4、5の撮像装置。   From the timing of applying the PD discharge pulse for discharging the accumulated charge of all the pixels determining the start of the visible light exposure time to the timing of applying the PD readout pulse for reading the accumulated charge of all the pixels determining the end of the visible light exposure time. 6. The imaging apparatus according to claim 4, wherein at least the infrared light pattern irradiation is stopped for a period. 前記照射赤外光露光フレームの前記赤外光を受光する画素の信号出力から、前記背景光露光フレームの前記赤外光を受光する画素の信号出力を、各々の受光時間を加味して受光時間比分を補正して減算する回路を搭載することを特徴とする請求項5、6の撮像装置。   From the signal output of the pixel that receives the infrared light of the irradiation infrared light exposure frame, the signal output of the pixel that receives the infrared light of the background light exposure frame, taking into account the respective light reception times, the light reception time 7. The imaging apparatus according to claim 5, further comprising a circuit for correcting and subtracting the ratio. 前記背景光露光フレームの各々の前記可視光を受光する画素の信号出力から、前記背景光露光フレームの前記赤外光を受光する画素の信号出力を、各々の画素の赤外光の分光透過率による感度を加味し、その比を補正して減算する回路を搭載したことを特徴とする請求項5、6、7のいずれか一項に記載の撮像装置。   From the signal output of the pixel that receives the visible light of each of the background light exposure frames, the signal output of the pixel that receives the infrared light of the background light exposure frame, and the spectral transmittance of the infrared light of each pixel The imaging apparatus according to claim 5, further comprising a circuit for correcting and subtracting the ratio in consideration of the sensitivity according to claim 8. 前記赤外光を受光する画素の信号電荷読み出しゲートと前記可視光を受光する画素の信号電荷読み出しゲートを独立に配線し、前記照射赤外光露光と前記背景光露光の時分割が1フレーム内で完結し、前記赤外光を受光する画素の信号電荷読み出しパルス印加で赤外光露光を終了し、前記可視光を受光する画素の信号電荷読み出しパルスで受光時間を終了することを特徴とする請求項1、2、3のいずれか一項に記載の撮像装置。   The signal charge readout gate of the pixel receiving the infrared light and the signal charge readout gate of the pixel receiving the visible light are independently wired, and the time division of the irradiation infrared light exposure and the background light exposure is within one frame. The infrared light exposure is completed by applying the signal charge readout pulse of the pixel receiving the infrared light, and the light reception time is ended by the signal charge readout pulse of the pixel receiving the visible light. The imaging device according to claim 1. 前記照射赤外光露光時間と前記可視光露光時間を独立に制御する為に検波回路の出力を赤外光用AEと可視光用AEとで独立に分けて、各々独立にAE制御することを特徴とする請求項9の撮像装置。   In order to control the irradiation infrared light exposure time and the visible light exposure time independently, the output of the detection circuit is separately divided into the infrared light AE and the visible light AE, and each is controlled independently. The imaging apparatus according to claim 9, characterized in that: 前記可視光露光時間の開始を決定する全画素の蓄積電荷を排出するPD排出パルス印加のタイミングから、前記可視光露光時間終了を決定する前記可視光を受光する画素の信号電荷読み出しパルス印加のタイミングまでの期間については、少なくとも前記赤外光パターン照射を停止することを特徴とする請求項9、10の撮像装置。   The timing of applying the signal charge readout pulse of the pixel receiving the visible light that determines the end of the visible light exposure time from the timing of applying the PD discharge pulse for discharging the accumulated charge of all the pixels that determines the start of the visible light exposure time 11. The imaging apparatus according to claim 9, wherein at least the infrared light pattern irradiation is stopped for a period up to.
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