JP2015535665A - 積分時間が極めて短い画像検知方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、画像センサに関し、より具体的にはＣＭＯＳ技術における能動ピクセルを有するマトリクスセンサに関する。本発明によれば、フォトダイオードおよび電荷蓄積ノードを含むピクセルのマトリクスを含む標準的な画像センサを用いることにより極めて短い積分時間でシーンを撮像する方法を提供する。同一シーンの２個の画像が同一の照明条件下で生成され、その画像の一方が、持続時間Ｔｉｎｔを有する第１の時間区間にわたる電荷の積分に対応し、その画像の他方が、Ｔｉｎｔよりも長い持続時間Ｔ’ｉｎｔを有する第２の時間区間に対応していて、その２個の画像の差分が決定されて、時間区間Ｔ’ｉｎｔ−Ｔｉｎｔにわたり積分される画像を表す。光は、光パルス（ＩＭＰ）により与えることができる。本方法を用いて明確に決定された距離にあるシーン内の点を観察することができ、積分時間が短いため観察距離の良好な精度が可能となる。

Description

本発明は、画像センサに関し、より具体的にはＣＭＯＳ技術における能動ピクセルを有するマトリクスセンサに関する。

現在の技術では、ピクセル内で光により生じた電荷の積分時間が数百ナノ秒〜２０ミリ秒（または画像速度を毎秒５０画像未満まで下げることが受け入れられる場合はこれを超える）の間で変動し得るセンサを製造することが可能である。積分時間を１００または２００ナノ秒未満に下げることは困難である。その理由は、センサの動作のシークエンシングが同期論理回路により決定されるためであり、同期信号の持続時間を約１００ナノ秒未満まで確実に下げることは不可能であろう。

しかし、更に短い積分時間で画像を取得することが必要な場合があり得る。これは、例えば、距離を計量するため、または所与の距離でシーンの画像を取得するためにパルス光源と組み合わせてセンサを使用することを意図している場合に当てはまる。観察対象シーンの距離の測定または制御は、観察対象のシーン内の点から反射された後の、光源とセンサとの間の光の飛行時間に関する知識に基づいている。これは従って、光パルスが送られた時点と、この光パルスがセンサに帰還したことにより生じた電荷が積分された時点との良好な同期に少なくとも部分的に依存する。距離の測定または制御の精度は特に、光パルスにより生じた電荷の積分時間に依存する場合がある。典型的に、１００ナノ秒の持続時間は、光が３０メートルの距離を進むことに対応するが、測定または距離制御の精度を向上させるべく、積分時間が短いことの利点も求められ得る。

従って本発明の目的は概して、極めて短い積分時間で画像を生成し、且つ通常の技術によるセンサでこれを行うことを可能にする方法を提供することである。

本発明によれば、ピクセルであって、各ピクセルがフォトダイオードおよび積分時間にわたりこのフォトダイオードにより蓄積された電荷を読み取る手段を含むピクセルのマトリクスを含み、このマトリクスが更に積分時間の開始および終了時点を決定するシークエンシング手段を含む画像センサを用いることにより極めて短い積分時間でシーンを撮像する方法を提供する。本方法は、同一シーンの２個の画像が同一の照明条件下で生成され、この画像の一方が、持続時間Ｔ_ｉｎｔを有する第１の時間区間にわたる電荷の積分に対応し、この画像の他方が、Ｔ_ｉｎｔよりも長い持続時間Ｔ’_ｉｎｔを有する第２の時間区間に対応していて、これらの２個の画像の差分が決定されて、時間区間Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔにわたり積分される画像の等価物を表すことを特徴とする。

積分時間Ｔ_ｉｎｔまたはＴ’_ｉｎｔは極めて低い値、例えば１００ナノ秒未満まで下げることはできないが、それらの差は例えば１〜１０ナノ秒のオーダーのように極めて小さくてもよく、極めて短い積分時間で得られるであろう画像と等価の画像は従って、差分を求めることにより生成される。

２個の画像の差分は、同一条件下で連続的に取得された２個の全画像内の同一ピクセルにより生じる輝度間の１ピクセル毎の差分であってよい。従って２個の画像間でシーンが変化していないことが必要である。

代替的に、２個の画像は、単一の全画像から取得された部分画像であってもよく、部分画像は各々、マトリクスの奇数行の画像および偶数行の画像であって、画像の差分は、奇数行の対応ピクセルの輝度と、直接隣接する偶数行のピクセルの輝度との間の１ピクセル毎の差分である。画像の垂直解像度の半分は失われるが、観察対象シーンは２個の画像間で変化していないことは確かである。

本発明の一実施形態において、観察対象シーンは、そのシーンの連続的照明（自然または人工の）を代替または補完する光パルスにより照明される。

この場合、本方法は画像センサだけでなく、持続時間および時間区間がセンサの動作と同期すべく調整された光パルスを与える被制御光源も用いる。照明光は、シリコンセンサが感応する可視または近赤外光であってよい。次いで単一の光パルスまたは２個の同一の連続的な光パルスにより照明された同一観察対象シーンの２個の画像が生成されるが、２個の積分時間は僅かに異なっている。

所定の距離に位置するシーン内の点を観察することを目的とする、またはシーンもしくは点までの距離を制御することを目的とする一つの特定の用途において、光パルスを使用すると共に、その光パルス（または２個の光パルス）に関して積分時間Ｔ_ｉｎｔおよびＴ’_ｉｎｔを以下に詳述するように同期化させる。全体的に、この同期化は、所定の距離ｄ_ｉにおける点により反射された光パルスを持続時間Ｔ_ｉｎｔの先まで（または手前に）延在する持続時間Ｔ’_ｉｎｔの部分と（部分的にまたは完全に）重ねることを含む。反射されたパルスとこの持続時間の部分との完全一致の度合に応じて、観察対象シーン内の点が距離ｄ_ｉにあるか否かが判定可能になり、光パルスの持続時間および差分Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔの持続時間が小さいほど精度が比例的に高い。

フレーム持続時間Ｔ_ｒだけ時間がずらされた２個の連続的な光パルスがあって、一方が持続時間Ｔ_ｉｎｔにわたる積分に関連付けられ、他方が値Ｔ_ｒだけ時間がずらされた持続時間Ｔ’_ｉｎｔにわたる積分に関連付けられている場合において、Ｔ_ｉｎｔおよびＴ’_ｉｎｔは異なるフレームにあるため、上述の一致は無論、Ｔ_ｉｎｔを持続時間Ｔ_ｒだけずらした後で得られた一致である。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細説明を精査することにより明らかになろう。

本発明を実施するピクセルおよびその読み取り回路の構造を示す。 ピクセル内の電荷積分時間およびこれらの電荷の読み取りを決定する従来の時系列図を示す。 ２個のフレームにわたる２個の連続的な画像を、２個のフレーム内で異なる積分時間で取得する原理を示す。 ２個の部分画像を単一フレーム内で２個の異なる各積分時間で取得する時系列図を示す。 放出された光パルス間の同期化と、所定の距離ｄ_ｉにある点を観察するための電荷積分の開始および終了時点とを示す。 シーン内の点と、所定の距離ｄ_ｉ付近にあるセンサとの距離の関数として得られた差分信号を示す。 光パルスの持続時間と積分時間（Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔ）とが等しくない場合の差分信号を示す。 差分が２個の連続的なフレーム内で得られた画像間に生じた場合における、光パルス間および積分時点間の同期化の時系列図を示す。

図１に、ピクセルの、およびピクセルのマトリクスの外側にある読み取り回路部分の全般的構造を示す。本発明による方法は、例えば、ＣＭＯＳ技術で製造されたこの種のピクセルのマトリクスを含む画像センサにより実施することができる。

従来のピクセルは、フォトダイオードＰＨおよび積分時間Ｔ_ｉｎｔにわたりフォトダイオードにより生じた電荷を蓄積可能な電荷蓄積ノードＮＤを含んでいる。ピクセルは更に、複数のＭＯＳトランジスタを含んでいて、積分時間を決定すべくピクセルを制御すると共に、この積分時間中に蓄積される電荷の量を表す信号を抽出するために用いる。

より正確には、ピクセルは、
− 持続時間Ｔ_ｉｎｔの新たな積分時間を開始する前にフォトダイオードの電位を再初期化可能にするトランジスタＴ１、すなわちマトリクスの全ピクセルに共通の大域的再初期化信号ＲＧにより制御され、信号ＲＧの終了により積分時間Ｔ_ｉｎｔの開始が決定されるトランジスタＴ１と、
− 積分時間Ｔ_ｉｎｔの後で生じた電荷を蓄積ノードＮＤへ排出可能にする電荷転送トランジスタＴ２、すなわちマトリクスのピクセルの行全体に共通の、あるいは複数の行または全ての行にも共通であってよい電荷転送信号ＴＲにより制御され、この信号の終了により積分時間Ｔ_ｉｎｔの終了が決定されるトランジスタＴ２と、
− 内部に蓄積された電荷の量を読み取った後で蓄積ノードの電位を再初期化可能にする再初期化トランジスタＴ３、すなわち全てのピクセルに共通であってよい再初期化信号ＲＳＴにより制御されるトランジスタＴ３と、
− 電圧フォロワとして接続されていて、電荷蓄積ノードの電位レベルを自らのゲートから自らのソースへ転送可能にする読み取りトランジスタＴ４と、
− 最後に、トランジスタＴ４のソースに接続されていて、電荷蓄積ノードに蓄積された電荷の量を読み取ろうとする場合に列導体ＣＯＬ（マトリクスの所与の列のピクセルに共通の）へ電荷蓄積ノードの電位を転送可能にする選択トランジスタＴ５、すなわち行の全ピクセルに共通の行選択信号ＳＥＬにより制御され、ピクセルは１行ずつ読み取られるためランクｉの行に対して各々の選択ＳＥＬ_ｉ信号があり、この信号は他の行の選択信号とは重ならないトランジスタＴ５とを含んでいる。

読み取り回路は、ピクセルのマトリクスの外部にあって各種の列導体に接続されていて、各列用のサンプリング回路を含んでいる。サンプリング回路は、例えば２個のコンデンサＣｒおよびＣｓから、スイッチＫｒおよびＫｓを用いて、各々蓄積ノードがリセットされた時点および蓄積ノードに蓄積された電荷の量を判定しようとする時点で、列導体の電位をサンプリングする。コンデンサからサンプリングされた電位の差分が、蓄積された電荷の量を表す。蓄積電荷の量は、差動増幅器ＡＭＰにより読み取られてからデジタル化されても、または例えばカウンタ、線形電圧ランプおよびコンパレータを利用して直接デジタル化されてもよい。

１行ずつ連続的に読み取られてマトリクスの全てのピクセルについて収集されたデジタル信号の組がシーンの画像を構成する。この画像は、偶数行と奇数行が別々に読み取られている場合、２個の部分画像に分解することができる。

図２は、このように説明されてきたピクセルの積分時間をどのように決定および調整できるかを示す従来の動作時系列図について説明する。以下のことが見て取れる。

ピクセルの制御信号：
− 大域的再初期化信号ＲＧ（この信号の終了によりピクセルのフォトダイオードが電荷を積分できる積分時間Ｔ_ｉｎｔの開始が決定され、信号ＲＳＴは、それが存在する限りフォトダイオードの電位を固定値に維持し、且つ電荷積分を防止する）と、
− フォトダイオードから到達する電荷で蓄積ノードが満たされる前のこの電位を読み取る意図で蓄積ノードＮＤの電位を固定値に再初期化する再初期化信号ＲＳＴと、
− 積分時間中にフォトダイオード内の光により生成された電荷を電荷蓄積ノードＮＤへ転送する転送信号ＴＲ。

信号ＲＧ、ＲＳＴおよびＴＲはマトリクスのピクセルの全ての行に共通であってよい。

図２の線ＩＮＴは、他の線とは対照的に制御信号を表すものではなく、積分時間Ｔ_ｉｎｔの決定を表しており、信号ＲＳＴの終了で開始し、信号ＴＲの終了で終了することが分かる。以下に、簡便のため、時間ウインドウＩＮＴを決定する信号ＲＧおよびＴＲではなく、時間ウインドウＩＮＴに言及する。

読み取り信号：
− サンプリング信号ＳＨＲ（これは蓄積ノードが信号ＲＳＴにより再初期化された後、且つ信号ＴＲにより電荷が転送される前に列導体ＣＯＬに存在するピクセルの出力電位レベルをコンデンサＣｒからサンプリングし、ただし、ランクｉの行の読み取りに対応する信号ＳＨＲ_ｉだけを示しているが、実際には信号ＲＳＴと信号ＴＲの間で一連の信号ＳＨＲが発信されていて各信号ＳＨＲが各行に対応している）と、
− サンプリング信号ＳＨＳ（これは電荷転送信号ＴＲの終了後に列導体ＣＯＬに存在するピクセルの出力電位レベルをコンデンサＣｓからサンプリングし、ただし、ランクｉの行の読み取りに対応する信号ＳＨＳ_ｉだけを示しているが、実際には信号ＴＲの後で一連の信号ＳＨＳが発信されている）と、
− ランクｉの行のピクセルを、これらのピクセルを読み取るために選択する信号ＳＥＬ_ｉ（信号ＳＥＬ_ｉは、この行に対応する信号ＳＨＲ_ｉが発信される間に最初に決定され、次いで同一行に対応する信号ＳＨＳ_ｉが発信される間に再度決定される）。

各種の行に対応する信号ＳＥＬは、互いに重なり合うことなく連続的に発信される。

本発明によれば、同一シーンであるが２個の積分時間Ｔ_ｉｎｔおよびＴ’_ｉｎｔが極めて僅かに異なる２個の画像を取得し、次いで画像の差分を形成すること提案するものであり、この差分が極めて短い持続時間Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔにわたる積分に等価であることを表す。センサが通常に判定可能な時間よりも短い等価な積分時間を得ることが目的であるため、この差分は無論持続時間Ｔ_ｉｎｔよりも短い。持続時間Ｔ_ｉｎｔ自体が、センサにより可能な同期シークエンシングに関して極力短い持続時間である。

図３に、２個の画像間でシーンが不変であると仮定した上で２個の連続的な画像が取得された場合における時系列図を示す。

２個の画像の信号は、各持続時間Ｔ_ｉｎｔおよびＴ’_ｉｎｔにわたりピクセルにより受光された輝度を表し、１ピクセル毎に減算され、その結果得られる差分画像は、可能ならば極めて短い積分時間で得られたであろう画像と同一である。一例において、センサにより生成可能な積分時間は１００ナノ秒のオーダーであるが、それよりも短くはない。しかし、各々１００ナノ秒および１１０ナノ秒である２個の異なる積分時間を生成することはできる。画像の差分は１０ナノ秒の積分時間に対応し、これをセンサが直接生成することはできないであろう。

このように差分が僅か１０ナノ秒である２個の異なる積分時間を生成すべく、論理ゲートを有する非同期論理および遅延ロジック回路を用いる。簡単なＣＭＯＳインバータにより生じる遅延は１ナノ秒のオーダーである。従ってこのようなインバータを用いる非同期論理回路により、信号の持続時間が一定限度を下回って減少できない場合でも、僅かに異なる持続時間Ｔ_ｉｎｔおよびＴ’_ｉｎｔを有する論理信号を生成することが可能である。

図４に、２個の異なる積分時間で得られた同一シーンの２個の画像が同一時点で取得された類似部分画像である代替的な実施形態における時系列図を示す。これらを得る一つの方法は、第１の画像がマトリクスの全ての奇数行で得られ、第２の画像が全ての偶数行で得られる２個のインターレース画像を生成することである。差分は、２個の隣接行間で１ピクセル毎に形成される。部分画像が半数の行しか含んでいないため垂直解像度の損失があるが、差分画像は２個の連続的なフレームではなく単一の画像フレームで得られる。

図４の線ＩＮＴは奇数行についての積分時間を表す。線ＩＮＴ’は偶数行についての積分時間を表す。この場合、フォトダイオードの電荷を電荷蓄積ノードへ転送させる第１の信号が生成されて奇数行のピクセルだけに適用され、別の転送信号が生成されて奇数行のピクセルだけに適用されるが、図３の場合、転送信号はマトリクス全体に適用される。再初期化信号ＲＳＴは、偶数および奇数行に共通に、または偶数および奇数行に別々に適用されてよい。

本発明の方法の一実施形態において、シーンの照明はパルス照明である。同一のパルス照明により得られた同一シーンの２個の画像の差分が観察される。ある場合にはパルス光源が単一のパルスを与え、上に示すように、差分は偶数行と奇数行の間で１ピクセル毎に形成され、別の場合には光源がフレームの持続時間分の間隔を置いて２個のパルスを与え、次いで差分が、２個の連続的なフレームにわたり得られた２個の全画像間で１ピクセル毎に形成される。

光パルスによる照明下で、２個の画像間の差分による極めて短時間にわたる積分の特定の応用は、センサから所定の距離ｄ_ｉにあるシーンの点の、かつこれらの点のみの画像をこの距離において高い精度で得るものである。

この目的のため、積分時間Ｔ_ｉｎｔに関して極めて短い光パルスであって好適には持続時間が差分Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔに等しいかほぼ等しいパルスが放出される。

図５に、明確に決定された距離ｄ_ｉにあるシーンの点を観察する目的で単一の光パルスにより同一フレーム内で取得された２個の部分画像の差分が生じた場合における動作の時系列図を示す。

センサのフレーム期間である期間Ｔ_ｒにわたり一連のパルスが放出される。各パルス毎に、従って各フレーム毎に２個の部分画像が決定されて、その差分、すなわち偶数行の画像および奇数行の画像が形成される。光源により所与の時点で放出された光パルス（図５の線ＩＭＰ）は、距離ｄ_ｉにあるシーンの（観察対象であることを意図された）点により反射され（線Ｒ＿ＩＭＰ）、この点の距離に依存する時間オフセットｔ_ｉでセンサに到達する。一般に、光源とセンサが同一位置にある場合、時間ｔ_ｉは２ｄ_ｉ／ｃに等しく、ここでｃは光速度である。センサの動作は、パルスを放出する光源の動作に同期化される。センサのフレーム開始（再初期化信号ＲＧの終了により決定される）は、持続時間Ｔ_ｉｎｔを過ぎても続く持続時間Ｔ’_ｉｎｔの部分が、帰還パルスＲ＿ＩＭＰが到達する時点に対応するように積分時間Ｔ_ｉｎｔおよびＴ’_ｉｎｔを考慮しながら、光パルスが放出された時点に関して正確な時点で放出される。

再初期化信号ＲＧおよび転送信号ＴＲは従って、反射光パルスＲ＿ＩＭＰが、持続時間Ｔ_ｉｎｔと一致しない持続時間Ｔ’_ｉｎｔの部分に一致するように同期化される。理想的に簡素化された状況において、光パルスの持続時間Ｔ_ｉｍｐは、持続時間Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔにほぼ等しく、反射光パルスＲ＿ＩＭＰは、反射点がちょうど距離ｄ_ｉにある場合に、持続時間Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔの部分に正確に設定される。この場合、持続時間Ｔ_ｉｎｔにわたり積分された第１の画像は、反射光パルスの到達が遅すぎるため反射光パルスに付随する信号を与えず、対照的に、積分時間Ｔ_ｉｎｔの後で、より長い持続時間Ｔ’_ｉｎｔにわたり積分された第２の画像は反射光パルスに応答して信号を与えることを理解されたい。所与のピクセルに対する画像の差分は従って、観察対象シーン内で距離ｄ_ｉにある点の存在に直接関連付けられる。

この距離から生じる信号の曲線を、シーンの点と、同期が正確である理論値ｄ_ｉ付近にあるセンサとの実際の距離ｄの関数としてプロットすることができる。図６にそのような曲線を示す。

差分から生じる信号は、距離ｄが短過ぎる場合、最初はゼロである。光パルスＲ＿ＩＭＰの到達が早すぎて持続時間Ｔ_ｉｎｔが終了する前に終了する。２個の画像は同じ量の光を積分するため、それらの差分はゼロである。第２の画像が光パルスを受光し続けるのに対し、第１の画像は距離ｄが値ｄ_ｉに近づくにつれて次第に受光量が少なくなっていくため、信号は従って増大する。差分信号は次いで、パルスＲ＿ＩＭＰが時間区間Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔに一致した場合に最大値に達する。最後に、差分信号は、距離ｄがｄ_ｉを上回った場合に減少し、２個の積分のいずれも反射光パルスの存在に対応していないため、最終的に帰還パルスＲ＿ＩＭＰが持続時間Ｔ’_ｉｎｔの終了後に到達したならばゼロになる。

従って、距離ｄ_ｉおよびこの距離の近傍にあるシーンの点の画像を収集できるのは、センサと光源との同期化が、距離ｄ_ｉにある点により反射された光パルスが持続時間Ｔ_ｉｎｔと一致しない持続時間Ｔ’_ｉｎｔの部分と部分的にまたは完全に重なるように行われる場合である。

より正確には、図５の場合において、同期化は、持続時間Ｔ_ｉｎｔおよびＴ’_ｉｎｔが同時に開始され、観察対象シーンにより反射された光パルスＲ＿ＩＭＰの終了が持続時間Ｔ_ｉｎｔの終了よりも早くなく、観察対象シーンにより反射された光パルスの開始が持続時間Ｔ’_ｉｎｔの終了より後にならないように行われる。好適には、反射光パルスは、対象ピクセルに対して、実際にシーンの点が距離ｄ_ｉに存在することを示す信号を与えるべくこれら２個の両端位置のちょうど中間にある。

しかし、積分時間Ｔ_ｉｎｔおよびＴ’_ｉｎｔが異なる時点で開始される、すなわちＴ’_ｉｎｔがＴ_ｉｎｔの前に開始されて同一時点で終了することも考えられる。この場合、距離ｄ_ｉで反射されて来た光パルスの帰還は、持続時間Ｔ_ｉｎｔ．の開始前に開始される持続時間Ｔ’_ｉｎｔの部分と重なるはずである。

上述の説明は、光パルスの持続時間Ｔ_ｉｍｐが持続時間Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔにほぼ等しいとの仮定に基づいており、これは（距離測定アプリケーションにおける）距離ｄ_ｉの決定または距離ｄ_ｉに極力正確に対応する画像の取得に際して高い精度を得るために最良の状況である。その理由は、この場合、反射されたパルスにより、シーンの点がちょうど距離ｄ_ｉにあるときに信号ピークが生じ、また持続時間Ｔ_ｉｍｐの半分に対応する差分にわたる距離の差に比例する（すなわちｃＴ_ｉｍｐ／２（ｃは光速度）に等しい距離にわたる）信号のレベルの変化を観察することにより、この距離からの差分の検知も可能なためである。

しかし、光パルスの持続時間Ｔ_ｉｍｐが値Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔと異なっていてもよい。この場合、期待し得る精度はより小さく、差分Ｔ_ｉｍｐ−（Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔ）または（Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔ）−Ｔ_ｉｍｐに直接関連付けられる。図７に示すように、距離の関数としての信号の変化の曲線がプラトーを有し、その持続時間が［Ｔ_ｉｍｐ−（Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔ）］の絶対値に対応している。このプラトー上では、距離がｄ_ｉ付近で変化するにもかかわらず信号レベルは変化しない。

図８は更に、各々が個々のフレームに対応する２個の光パルスにより、２個の連続的なフレームにわたり得られた２個の全画像間の差分が形成される場合の本発明による動作の時系列図を示す。画像の差分が顕著であるために、光パルスの持続時間および強度は同一でなければならない。光パルス間の同期およびセンサの積分時間は図５の場合と同一原理を満たすが、無論、帰還パルスＲ＿ＩＭＰと、持続時間Ｔ_ｉｎｔに一致しない積分時間Ｔ’_ｉｎｔの部分との間の一致は、当然のことながらフレーム持続時間Ｔ_ｒに等しい値だけ持続時間Ｔ_ｉｎｔをずらすことにより考慮されなければならない。

上述の説明において、単一の光パルスで積分が生じると仮定している点に注意されたい。しかし、信号／雑音比は、各種のパルスにより生じた電荷の積分結果を読み取る前にパルスの数を増大させることにより向上し得る。次いで、同一持続時間ｔ_ｉにおいて、パルス列が生成される。これは、積分時間の終了を決定する持続時間ｔ_ｉがパルス列の各種パルスと正確に同一であることを仮定している。光により生成された電荷は各パルスの後でフォトダイオードに蓄積され、各パルスの後で蓄積ノードへ転送させるＴＲ信号（図２）があるが、パルス列のパルスから生じた全ての電荷が到達している場合に信号ＳＨＲ_ｉ ＳＨＳ_ｉによる蓄積ノードの読み取りはパルス列の最後のパルスの後でのみ生じる。

本発明は、画像センサに関し、より具体的にはＣＭＯＳ技術における能動ピクセルを有するマトリクスセンサに関する。

現在の技術では、ピクセル内で光により生じた電荷の積分時間が数百ナノ秒〜２０ミリ秒（または画像速度を毎秒５０画像未満まで下げることが受け入れられる場合はこれを超える）の間で変動し得るセンサを製造することが可能である。積分時間を１００または２００ナノ秒未満に下げることは困難である。その理由は、センサの動作のシークエンシングが同期論理回路により決定されるためであり、同期信号の持続時間を約１００ナノ秒未満まで確実に下げることは不可能であろう。

しかし、更に短い積分時間で画像を取得することが必要な場合があり得る。これは、例えば、距離を計量するため、または所与の距離でシーンの画像を取得するためにパルス光源と組み合わせてセンサを使用することを意図している場合に当てはまる。観察対象シーンの距離の測定または制御は、観察対象のシーン内の点から反射された後の、光源とセンサとの間の光の飛行時間に関する知識に基づいている。これは従って、光パルスが送られた時点と、この光パルスがセンサに帰還したことにより生じた電荷が積分された時点との良好な同期に少なくとも部分的に依存する。距離の測定または制御の精度は特に、光パルスにより生じた電荷の積分時間に依存する場合がある。典型的に、１００ナノ秒の持続時間は、光が３０メートルの距離を進むことに対応するが、測定または距離制御の精度を向上させるべく、積分時間が短いことの利点も求められ得る。

従って本発明の目的は概して、極めて短い積分時間で画像を生成し、且つ通常の技術によるセンサでこれを行うことを可能にする方法を提供することである。

本発明によれば、ピクセルであって、各ピクセルがフォトダイオードおよび積分時間にわたりこのフォトダイオードにより蓄積された電荷を読み取る手段を含むピクセルのマトリクスを含み、このマトリクスが更に積分時間の開始および終了時点を決定するシークエンシング手段を含む画像センサを用いることにより極めて短い積分時間でシーンを撮像する方法を提供する。本方法は、同一シーンの２個の画像が同一の照明条件下で生成され、この画像の一方が、持続時間Ｔ_ｉｎｔを有する第１の時間区間にわたる電荷の積分に対応し、この画像の他方が、Ｔ_ｉｎｔよりも長い持続時間Ｔ’_ｉｎｔを有する第２の時間区間に対応していて、これらの２個の画像の差分が決定されて、時間区間Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔにわたり積分される画像の等価物を表すことを特徴とする。

積分時間Ｔ_ｉｎｔまたはＴ’_ｉｎｔは極めて低い値、例えば１００ナノ秒未満まで下げることはできないが、それらの差は例えば１〜１０ナノ秒のオーダーのように極めて小さくてもよく、極めて短い積分時間で得られるであろう画像と等価の画像は従って、差分を求めることにより生成される。

２個の画像の差分は、同一条件下で連続的に取得された２個の全画像内の同一ピクセルにより生じる輝度間の１ピクセル毎の差分であってよい。従って２個の画像間でシーンが変化していないことが必要である。

代替的に、２個の画像は、単一の全画像から取得された部分画像であってもよく、部分画像は各々、マトリクスの奇数行の画像および偶数行の画像であって、画像の差分は、奇数行の対応ピクセルの輝度と、直接隣接する偶数行のピクセルの輝度との間の１ピクセル毎の差分である。画像の垂直解像度の半分は失われるが、観察対象シーンは２個の画像間で変化していないことは確かである。

本発明の一実施形態において、観察対象シーンは、そのシーンの連続的照明（自然または人工の）を代替または補完する光パルスにより照明される。

この場合、本方法は画像センサだけでなく、持続時間および時間区間がセンサの動作と同期すべく調整された光パルスを与える被制御光源も用いる。照明光は、シリコンセンサが感応する可視または近赤外光であってよい。次いで単一の光パルスまたは２個の同一の連続的な光パルスにより照明された同一観察対象シーンの２個の画像が生成されるが、２個の積分時間は僅かに異なっている。

所定の距離に位置するシーン内の点を観察することを目的とする、またはシーンもしくは点までの距離を制御することを目的とする一つの特定の用途において、光パルスを使用すると共に、その光パルス（または２個の光パルス）に関して積分時間Ｔ_ｉｎｔおよびＴ’_ｉｎｔを以下に詳述するように同期化させる。全体的に、この同期化は、所定の距離ｄ_ｉにおける点により反射された光パルスを持続時間Ｔ_ｉｎｔの先まで（または手前に）延在する持続時間Ｔ’_ｉｎｔの部分と（部分的にまたは完全に）重ねることを含む。反射されたパルスとこの持続時間の部分との完全一致の度合に応じて、観察対象シーン内の点が距離ｄ_ｉにあるか否かが判定可能になり、光パルスの持続時間および差分Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔの持続時間が小さいほど精度が比例的に高い。

フレーム持続時間Ｔ_ｒだけ時間がずらされた２個の連続的な光パルスがあって、一方が持続時間Ｔ_ｉｎｔにわたる積分に関連付けられ、他方が値Ｔ_ｒだけ時間がずらされた持続時間Ｔ’_ｉｎｔにわたる積分に関連付けられている場合において、Ｔ_ｉｎｔおよびＴ’_ｉｎｔは異なるフレームにあるため、上述の一致は無論、Ｔ_ｉｎｔを持続時間Ｔ_ｒだけずらした後で得られた一致である。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細説明を精査することにより明らかになろう。

本発明を実施するピクセルおよびその読み取り回路の構造を示す。 ピクセル内の電荷積分時間およびこれらの電荷の読み取りを決定する従来の時系列図を示す。 ２個のフレームにわたる２個の連続的な画像を、２個のフレーム内で異なる積分時間で取得する原理を示す。 ２個の部分画像を単一フレーム内で２個の異なる各積分時間で取得する時系列図を示す。 放出された光パルス間の同期化と、所定の距離ｄ_ｉにある点を観察するための電荷積分の開始および終了時点とを示す。 シーン内の点と、所定の距離ｄ_ｉ付近にあるセンサとの距離の関数として得られた差分信号を示す。 光パルスの持続時間と積分時間（Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔ）とが等しくない場合の差分信号を示す。 差分が２個の連続的なフレーム内で得られた画像間に生じた場合における、光パルス間および積分時点間の同期化の時系列図を示す。

図１に、ピクセルの、およびピクセルのマトリクスの外側にある読み取り回路部分の全般的構造を示す。本発明による方法は、例えば、ＣＭＯＳ技術で製造されたこの種のピクセルのマトリクスを含む画像センサにより実施することができる。

従来のピクセルは、フォトダイオードＰＨおよび積分時間Ｔ_ｉｎｔにわたりフォトダイオードにより生じた電荷を蓄積可能な電荷蓄積ノードＮＤを含んでいる。ピクセルは更に、複数のＭＯＳトランジスタを含んでいて、積分時間を決定すべくピクセルを制御すると共に、この積分時間中に蓄積される電荷の量を表す信号を抽出するために用いる。

より正確には、ピクセルは、
− 持続時間Ｔ_ｉｎｔの新たな積分時間を開始する前にフォトダイオードの電位を再初期化可能にするトランジスタＴ１、すなわちマトリクスの全ピクセルに共通の大域的再初期化信号ＲＧにより制御され、信号ＲＧの終了により積分時間Ｔ_ｉｎｔの開始が決定されるトランジスタＴ１と、
− 積分時間Ｔ_ｉｎｔの後で生じた電荷を蓄積ノードＮＤへ排出可能にする電荷転送トランジスタＴ２、すなわちマトリクスのピクセルの行全体に共通の、あるいは複数の行または全ての行にも共通であってよい電荷転送信号ＴＲにより制御され、この信号の終了により積分時間Ｔ_ｉｎｔの終了が決定されるトランジスタＴ２と、
− 内部に蓄積された電荷の量を読み取った後で蓄積ノードの電位を再初期化可能にする再初期化トランジスタＴ３、すなわち全てのピクセルに共通であってよい再初期化信号ＲＳＴにより制御されるトランジスタＴ３と、
− 電圧フォロワとして接続されていて、電荷蓄積ノードの電位レベルを自らのゲートから自らのソースへ転送可能にする読み取りトランジスタＴ４と、
− 最後に、トランジスタＴ４のソースに接続されていて、電荷蓄積ノードに蓄積された電荷の量を読み取ろうとする場合に列導体ＣＯＬ（マトリクスの所与の列のピクセルに共通の）へ電荷蓄積ノードの電位を転送可能にする選択トランジスタＴ５、すなわち行の全ピクセルに共通の行選択信号ＳＥＬにより制御され、ピクセルは１行ずつ読み取られるためランクｉの行に対して各々の選択ＳＥＬ_ｉ信号があり、この信号は他の行の選択信号とは重ならないトランジスタＴ５とを含んでいる。

読み取り回路は、ピクセルのマトリクスの外部にあって各種の列導体に接続されていて、各列用のサンプリング回路を含んでいる。サンプリング回路は、例えば２個のコンデンサＣｒおよびＣｓから、スイッチＫｒおよびＫｓを用いて、各々蓄積ノードがリセットされた時点および蓄積ノードに蓄積された電荷の量を判定しようとする時点で、列導体の電位をサンプリングする。コンデンサからサンプリングされた電位の差分が、蓄積された電荷の量を表す。蓄積電荷の量は、差動増幅器ＡＭＰにより読み取られてからデジタル化されても、または例えばカウンタ、線形電圧ランプおよびコンパレータを利用して直接デジタル化されてもよい。

１行ずつ連続的に読み取られてマトリクスの全てのピクセルについて収集されたデジタル信号の組がシーンの画像を構成する。この画像は、偶数行と奇数行が別々に読み取られている場合、２個の部分画像に分解することができる。

図２は、このように説明されてきたピクセルの積分時間をどのように決定および調整できるかを示す従来の動作時系列図について説明する。以下のことが見て取れる。

ピクセルの制御信号：
− 大域的再初期化信号ＲＧ（この信号の終了によりピクセルのフォトダイオードが電荷を積分できる積分時間Ｔ_ｉｎｔの開始が決定され、信号ＲＳＴは、それが存在する限りフォトダイオードの電位を固定値に維持し、且つ電荷積分を防止する）と、
− フォトダイオードから到達する電荷で蓄積ノードが満たされる前のこの電位を読み取る意図で蓄積ノードＮＤの電位を固定値に再初期化する再初期化信号ＲＳＴと、
− 積分時間中にフォトダイオード内の光により生成された電荷を電荷蓄積ノードＮＤへ転送する転送信号ＴＲ。

信号ＲＧ、ＲＳＴおよびＴＲはマトリクスのピクセルの全ての行に共通であってよい。

図２の線ＩＮＴは、他の線とは対照的に制御信号を表すものではなく、積分時間Ｔ_ｉｎｔの決定を表しており、信号ＲＳＴの終了で開始し、信号ＴＲの終了で終了することが分かる。以下に、簡便のため、時間ウインドウＩＮＴを決定する信号ＲＧおよびＴＲではなく、時間ウインドウＩＮＴに言及する。

読み取り信号：
− サンプリング信号ＳＨＲ（これは蓄積ノードが信号ＲＳＴにより再初期化された後、且つ信号ＴＲにより電荷が転送される前に列導体ＣＯＬに存在するピクセルの出力電位レベルをコンデンサＣｒからサンプリングし、ただし、ランクｉの行の読み取りに対応する信号ＳＨＲ_ｉだけを示しているが、実際には信号ＲＳＴと信号ＴＲの間で一連の信号ＳＨＲが発信されていて各信号ＳＨＲが各行に対応している）と、
− サンプリング信号ＳＨＳ（これは電荷転送信号ＴＲの終了後に列導体ＣＯＬに存在するピクセルの出力電位レベルをコンデンサＣｓからサンプリングし、ただし、ランクｉの行の読み取りに対応する信号ＳＨＳ_ｉだけを示しているが、実際には信号ＴＲの後で一連の信号ＳＨＳが発信されている）と、
− ランクｉの行のピクセルを、これらのピクセルを読み取るために選択する信号ＳＥＬ_ｉ（信号ＳＥＬ_ｉは、この行に対応する信号ＳＨＲ_ｉが発信される間に最初に決定され、次いで同一行に対応する信号ＳＨＳ_ｉが発信される間に再度決定される）。

各種の行に対応する信号ＳＥＬは、互いに重なり合うことなく連続的に発信される。

本発明によれば、同一シーンであるが２個の積分時間Ｔ_ｉｎｔおよびＴ’_ｉｎｔが極めて僅かに異なる２個の画像を取得し、次いで画像の差分を形成すること提案するものであり、この差分が極めて短い持続時間Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔにわたる積分に等価であることを表す。センサが通常に判定可能な時間よりも短い等価な積分時間を得ることが目的であるため、この差分は無論持続時間Ｔ_ｉｎｔよりも短い。持続時間Ｔ_ｉｎｔ自体が、センサにより可能な同期シークエンシングに関して極力短い持続時間である。

図３に、２個の画像間でシーンが不変であると仮定した上で２個の連続的な画像が取得された場合における時系列図を示す。

２個の画像の信号は、各持続時間Ｔ_ｉｎｔおよびＴ’_ｉｎｔにわたりピクセルにより受光された輝度を表し、１ピクセル毎に減算され、その結果得られる差分画像は、可能ならば極めて短い積分時間で得られたであろう画像と同一である。一例において、センサにより生成可能な積分時間は１００ナノ秒のオーダーであるが、それよりも短くはない。しかし、各々１００ナノ秒および１１０ナノ秒である２個の異なる積分時間を生成することはできる。画像の差分は１０ナノ秒の積分時間に対応し、これをセンサが直接生成することはできないであろう。

このように差分が僅か１０ナノ秒である２個の異なる積分時間を生成すべく、論理ゲートを有する非同期論理および遅延ロジック回路を用いる。簡単なＣＭＯＳインバータにより生じる遅延は１ナノ秒のオーダーである。従ってこのようなインバータを用いる非同期論理回路により、信号の持続時間が一定限度を下回って減少できない場合でも、僅かに異なる持続時間Ｔ_ｉｎｔおよびＴ’_ｉｎｔを有する論理信号を生成することが可能である。

図４に、２個の異なる積分時間で得られた同一シーンの２個の画像が同一時点で取得された類似部分画像である代替的な実施形態における時系列図を示す。これらを得る一つの方法は、第１の画像がマトリクスの全ての奇数行で得られ、第２の画像が全ての偶数行で得られる２個のインターレース画像を生成することである。差分は、２個の隣接行間で１ピクセル毎に形成される。部分画像が半数の行しか含んでいないため垂直解像度の損失があるが、差分画像は２個の連続的なフレームではなく単一の画像フレームで得られる。

図４の線ＩＮＴは奇数行についての積分時間を表す。線ＩＮＴ’は偶数行についての積分時間を表す。この場合、フォトダイオードの電荷を電荷蓄積ノードへ転送させる第１の信号が生成されて奇数行のピクセルだけに適用され、別の転送信号が生成されて偶数行のピクセルだけに適用されるが、図３の場合、転送信号はマトリクス全体に適用される。再初期化信号ＲＳＴは、偶数および奇数行に共通に、または偶数および奇数行に別々に適用されてよい。

本発明の方法の一実施形態において、シーンの照明はパルス照明である。同一のパルス照明により得られた同一シーンの２個の画像の差分が観察される。ある場合にはパルス光源が単一のパルスを与え、上に示すように、差分は偶数行と奇数行の間で１ピクセル毎に形成され、別の場合には光源がフレームの持続時間分の間隔を置いて２個のパルスを与え、次いで差分が、２個の連続的なフレームにわたり得られた２個の全画像間で１ピクセル毎に形成される。

光パルスによる照明下で、２個の画像間の差分による極めて短時間にわたる積分の特定の応用は、センサから所定の距離ｄ_ｉにあるシーンの点の、かつこれらの点のみの画像をこの距離において高い精度で得るものである。

この目的のため、積分時間Ｔ_ｉｎｔに関して極めて短い光パルスであって好適には持続時間が差分Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔに等しいかほぼ等しいパルスが放出される。

図５に、明確に決定された距離ｄ_ｉにあるシーンの点を観察する目的で単一の光パルスにより同一フレーム内で取得された２個の部分画像の差分が生じた場合における動作の時系列図を示す。

センサのフレーム期間である期間Ｔ_ｒにわたり一連のパルスが放出される。各パルス毎に、従って各フレーム毎に２個の部分画像が決定されて、その差分、すなわち偶数行の画像および奇数行の画像が形成される。光源により所与の時点で放出された光パルス（図５の線ＩＭＰ）は、距離ｄ_ｉにあるシーンの（観察対象であることを意図された）点により反射され（線Ｒ＿ＩＭＰ）、この点の距離に依存する時間オフセットｔ_ｉでセンサに到達する。一般に、光源とセンサが同一位置にある場合、時間ｔ_ｉは２ｄ_ｉ／ｃに等しく、ここでｃは光速度である。センサの動作は、パルスを放出する光源の動作に同期化される。センサのフレーム開始（再初期化信号ＲＧの終了により決定される）は、持続時間Ｔ_ｉｎｔを過ぎても続く持続時間Ｔ’_ｉｎｔの部分が、帰還パルスＲ＿ＩＭＰが到達する時点に対応するように積分時間Ｔ_ｉｎｔおよびＴ’_ｉｎｔを考慮しながら、光パルスが放出された時点に関して正確な時点で放出される。

再初期化信号ＲＧおよび転送信号ＴＲは従って、反射光パルスＲ＿ＩＭＰが、持続時間Ｔ_ｉｎｔと一致しない持続時間Ｔ’_ｉｎｔの部分に一致するように同期化される。理想的に簡素化された状況において、光パルスの持続時間Ｔ_ｉｍｐは、持続時間Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔにほぼ等しく、反射光パルスＲ＿ＩＭＰは、反射点がちょうど距離ｄ_ｉにある場合に、持続時間Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔの部分に正確に設定される。この場合、持続時間Ｔ_ｉｎｔにわたり積分された第１の画像は、反射光パルスの到達が遅すぎるため反射光パルスに付随する信号を与えず、対照的に、積分時間Ｔ_ｉｎｔの後で、より長い持続時間Ｔ’_ｉｎｔにわたり積分された第２の画像は反射光パルスに応答して信号を与えることを理解されたい。所与のピクセルに対する画像の差分は従って、観察対象シーン内で距離ｄ_ｉにある点の存在に直接関連付けられる。

この距離から生じる信号の曲線を、シーンの点と、同期が正確である理論値ｄ_ｉ付近にあるセンサとの実際の距離ｄの関数としてプロットすることができる。図６にそのような曲線を示す。

差分から生じる信号は、距離ｄが短過ぎる場合、最初はゼロである。光パルスＲ＿ＩＭＰの到達が早すぎて持続時間Ｔ_ｉｎｔが終了する前に終了する。２個の画像は同じ量の光を積分するため、それらの差分はゼロである。第２の画像が光パルスを受光し続けるのに対し、第１の画像は距離ｄが値ｄ_ｉに近づくにつれて次第に受光量が少なくなっていくため、信号は従って増大する。差分信号は次いで、パルスＲ＿ＩＭＰが時間区間Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔに一致した場合に最大値に達する。最後に、差分信号は、距離ｄがｄ_ｉを上回った場合に減少し、２個の積分のいずれも反射光パルスの存在に対応していないため、最終的に帰還パルスＲ＿ＩＭＰが持続時間Ｔ’_ｉｎｔの終了後に到達したならばゼロになる。

従って、距離ｄ_ｉおよびこの距離の近傍にあるシーンの点の画像を収集できるのは、センサと光源との同期化が、距離ｄ_ｉにある点により反射された光パルスが持続時間Ｔ_ｉｎｔと一致しない持続時間Ｔ’_ｉｎｔの部分と部分的にまたは完全に重なるように行われる場合である。

より正確には、図５の場合において、同期化は、持続時間Ｔ_ｉｎｔおよびＴ’_ｉｎｔが同時に開始され、観察対象シーンにより反射された光パルスＲ＿ＩＭＰの終了が持続時間Ｔ_ｉｎｔの終了よりも早くなく、観察対象シーンにより反射された光パルスの開始が持続時間Ｔ’_ｉｎｔの終了より後にならないように行われる。好適には、反射光パルスは、対象ピクセルに対して、実際にシーンの点が距離ｄ_ｉに存在することを示す信号を与えるべくこれら２個の両端位置のちょうど中間にある。

しかし、積分時間Ｔ_ｉｎｔおよびＴ’_ｉｎｔが異なる時点で開始される、すなわちＴ’_ｉｎｔがＴ_ｉｎｔの前に開始されて同一時点で終了することも考えられる。この場合、距離ｄ_ｉで反射されて来た光パルスの帰還は、持続時間Ｔ_ｉｎｔ．の開始前に開始される持続時間Ｔ’_ｉｎｔの部分と重なるはずである。

上述の説明は、光パルスの持続時間Ｔ_ｉｍｐが持続時間Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔにほぼ等しいとの仮定に基づいており、これは（距離測定アプリケーションにおける）距離ｄ_ｉの決定または距離ｄ_ｉに極力正確に対応する画像の取得に際して高い精度を得るために最良の状況である。その理由は、この場合、反射されたパルスにより、シーンの点がちょうど距離ｄ_ｉにあるときに信号ピークが生じ、また持続時間Ｔ_ｉｍｐの半分に対応する差分にわたる距離の差に比例する（すなわちｃＴ_ｉｍｐ／２（ｃは光速度）に等しい距離にわたる）信号のレベルの変化を観察することにより、この距離からの差分の検知も可能なためである。

しかし、光パルスの持続時間Ｔ_ｉｍｐが値Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔと異なっていてもよい。この場合、期待し得る精度はより小さく、差分Ｔ_ｉｍｐ−（Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔ）または（Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔ）−Ｔ_ｉｍｐに直接関連付けられる。図７に示すように、距離の関数としての信号の変化の曲線がプラトーを有し、その持続時間が［Ｔ_ｉｍｐ−（Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔ）］の絶対値に対応している。このプラトー上では、距離がｄ_ｉ付近で変化するにもかかわらず信号レベルは変化しない。

図８は更に、各々が個々のフレームに対応する２個の光パルスにより、２個の連続的なフレームにわたり得られた２個の全画像間の差分が形成される場合の本発明による動作の時系列図を示す。画像の差分が顕著であるために、光パルスの持続時間および強度は同一でなければならない。光パルス間の同期およびセンサの積分時間は図５の場合と同一原理を満たすが、無論、帰還パルスＲ＿ＩＭＰと、持続時間Ｔ_ｉｎｔに一致しない積分時間Ｔ’_ｉｎｔの部分との間の一致は、当然のことながらフレーム持続時間Ｔ_ｒに等しい値だけ持続時間Ｔ_ｉｎｔをずらすことにより考慮されなければならない。

上述の説明において、単一の光パルスで積分が生じると仮定している点に注意されたい。しかし、信号／雑音比は、各種のパルスにより生じた電荷の積分結果を読み取る前にパルスの数を増大させることにより向上し得る。次いで、同一持続時間ｔ_ｉにおいて、パルス列が生成される。これは、積分時間の終了を決定する持続時間ｔ_ｉがパルス列の各種パルスと正確に同一であることを仮定している。光により生成された電荷は各パルスの後でフォトダイオードに蓄積され、各パルスの後で蓄積ノードへ転送させるＴＲ信号（図２）があるが、パルス列のパルスから生じた全ての電荷が到達している場合に信号ＳＨＲ_ｉ ＳＨＳ_ｉによる蓄積ノードの読み取りはパルス列の最後のパルスの後でのみ生じる。

Claims (5)

1. ピクセルであって、各ピクセルがフォトダイオードおよび積分時間にわたり前記フォトダイオードにより蓄積された電荷を読み取る手段を含むピクセルのマトリクスを含み、前記マトリクスが更に前記積分時間の開始および終了時点を決定するシークエンシング手段を含む画像センサを用いることにより極めて短い積分時間でシーンを撮像する方法において、同一シーンの２個の画像が同一の照明条件下で生成され、前記画像の一方が、持続時間Ｔ_ｉｎｔを有する第１の時間区間にわたる電荷の積分に対応すると共に前記マトリクスの偶数行に対応し、前記画像の他方が、Ｔ_ｉｎｔよりも長い持続時間Ｔ’_ｉｎｔを有する第２の時間区間に対応すると共に前記マトリクスの奇数行に対応していて、前記２個の画像の差分が決定されて、時間区間Ｔ’_ｉｎｔ−Ｔ_ｉｎｔにわたり積分される画像を表しており、前記差分が、奇数行の前記ピクセルの輝度と、直接隣接する偶数行の前記ピクセルの輝度との間の１ピクセル毎の差分により形成されることを特徴とする方法。
2. 持続時間および区間が前記センサの動作と同期すべく調整された光パルス（ＩＭＰ）を与える被制御光源をシーンの照明に使用し、光パルスにより照明された前記シーンの２個の画像が生成され、前記画像の一方が、Ｔ_ｉｎｔの持続時間を有する前記第１の時間区間にわたる前記偶数行の前記ピクセル内の電荷の積分に対応し、前記画像の他方が、Ｔ_ｉｎｔよりも長い持続時間Ｔ’_ｉｎｔを有する前記第２の時間区間にわたる前記奇数行の前記ピクセル内の電荷の積分に対応することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記観察対象シーンが所定の距離ｄ_ｉにあり、前記光源と前記センサとの同期化が、前記観察対象シーンにより反射されて前記持続時間Ｔ_ｉｎｔにわたり積分された前記画像に対応する光パルス（Ｒ＿ＩＭＰ）の終了が、前記持続時間Ｔ_ｉｎｔに一致しない持続時間Ｔ’_ｉｎｔの部分と完全にまたは部分的に重なるように行われることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記画像が、光パルスの列に基づいて生成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 持続時間Ｔ_ｉｎｔを有する前記第１の時間区間および持続時間Ｔ’_ｉｎｔを有する前記第２の時間区間が、ＣＭＯＳインバータを含む非同期論理回路に基づいて決定されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。

Images