JP6814967B2 - 撮像装置 - Google Patents
撮像装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6814967B2 JP6814967B2 JP2017053190A JP2017053190A JP6814967B2 JP 6814967 B2 JP6814967 B2 JP 6814967B2 JP 2017053190 A JP2017053190 A JP 2017053190A JP 2017053190 A JP2017053190 A JP 2017053190A JP 6814967 B2 JP6814967 B2 JP 6814967B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- period
- voltage
- control circuit
- pixels
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims description 54
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 92
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 74
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 56
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 15
- 239000000306 component Substances 0.000 description 209
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 47
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 description 23
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 21
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 20
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 18
- 230000008859 change Effects 0.000 description 15
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 14
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 14
- 230000003727 cerebral blood flow Effects 0.000 description 13
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 11
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 230000007177 brain activity Effects 0.000 description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 210000001061 forehead Anatomy 0.000 description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 3
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 3
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 230000008451 emotion Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 208000019901 Anxiety disease Diseases 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101000694017 Homo sapiens Sodium channel protein type 5 subunit alpha Proteins 0.000 description 1
- 230000036506 anxiety Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012503 blood component Substances 0.000 description 1
- 230000002490 cerebral effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 210000002615 epidermis Anatomy 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000004186 food analysis Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000003862 health status Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 206010025482 malaise Diseases 0.000 description 1
- 230000036651 mood Effects 0.000 description 1
- 230000001537 neural effect Effects 0.000 description 1
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
- H04N23/73—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the exposure time
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/56—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof provided with illuminating means
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/50—Constructional details
- H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/60—Control of cameras or camera modules
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
- H04N23/71—Circuitry for evaluating the brightness variation
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
- H04N23/74—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the scene brightness using illuminating means
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/50—Control of the SSIS exposure
- H04N25/57—Control of the dynamic range
- H04N25/58—Control of the dynamic range involving two or more exposures
- H04N25/581—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired simultaneously
- H04N25/585—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired simultaneously with pixels having different sensitivities within the sensor, e.g. fast or slow pixels or pixels having different sizes
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
- H04N25/62—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
- H04N25/74—Circuitry for scanning or addressing the pixel array
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Description
対象物に対して、第1のパルス光および第2のパルス光を出射する光源と、
複数の画素を含むイメージセンサと、
前記光源および前記イメージセンサを制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記光源に、前記第1のパルス光よりも後に、前記第2のパルス光を出射させ、
前記第1のパルス光が前記対象物で反射されて前記複数の画素に到達することを開始する時刻を第1の時刻、
前記第1のパルス光が前記複数の画素に到達することを終了する時刻を第2の時刻、
前記第2のパルス光が前記対象物で反射されて前記複数の画素に到達することを開始する時刻を第3の時刻とするとき、
前記制御回路は、
前記第1の時刻から前記第2の時刻を含む第1の期間の一部において、前記複数の画素の感度を、前記第1の期間以降であって前記第3の時刻までの第2の期間の少なくとも一部における前記複数の画素の感度よりも低くし、
前記第1の期間の他の一部において、前記複数の画素の感度を、前記第2の期間の前記少なくとも一部における前記複数の画素の感度よりも高くする。
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。
本開示の項目1に係る撮像装置は、
対象物に対して、第1のパルス光および第2のパルス光を出射する光源と、
複数の画素を含むイメージセンサと、
前記光源および前記イメージセンサを制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記光源に、前記第1のパルス光よりも後に、前記第2のパルス光を出射させ、
前記第1のパルス光が前記対象物で反射されて前記複数の画素に到達することを開始する時刻を第1の時刻、
前記第1のパルス光が前記複数の画素に到達することを終了する時刻を第2の時刻、
前記第2のパルス光が前記対象物で反射されて前記複数の画素に到達することを開始する時刻を第3の時刻とするとき、
前記制御回路は、
前記第1の時刻から前記第2の時刻を含む第1の期間の一部において、前記複数の画素の感度を、前記第1の期間以降であって前記第3の時刻までの第2の期間の少なくとも一部における前記複数の画素の感度よりも低くし、
前記第1の期間の他の一部において、前記複数の画素の感度を、前記第2の期間の前記少なくとも一部における前記複数の画素の感度よりも高くする。
項目1に記載の撮像装置において、
前記第1の期間の前記一部は、前記第2の期間の前記少なくとも一部よりも短くてもよい。
項目1に記載の撮像装置において、
前記複数の画素の各々は、
入射した光を信号電荷に変換する光電変換素子と、
前記信号電荷を蓄積する蓄積部と、を含み、
前記制御回路は、
前記光電変換素子で変換された前記信号電荷のうち、前記蓄積部に転送される信号電荷の割合である転送効率を制御することにより、前記感度を制御し、
前記第1の期間の前記他の一部における前記転送効率を、前記第2の期間の前記少なくとも一部における前記転送効率よりも高くし、
前記第1の期間の前記一部における前記転送効率を、前記第2の期間の前記少なくとも一部における前記転送効率よりも低くしてもよい。
項目3に記載の撮像装置において、
前記複数の画素の各々は、前記信号電荷を排出する排出部をさらに含み、
前記制御回路は、前記光電変換素子と前記排出部との間におけるポテンシャル勾配を変化させることにより、前記転送効率を制御してもよい。
項目3に記載の撮像装置において、
前記複数の画素の各々は、前記信号電荷を排出する排出部をさらに含み、
前記制御回路は、前記排出部に印加する電圧を変化させることにより、前記転送効率を制御してもよい。
項目5に記載の撮像装置において、
前記制御回路は、
前記第1の期間の前記一部において、前記排出部に、第1の電圧を印加し、
前記第1の期間の前記他の一部において、前記排出部に、前記第1の電圧よりも低い第2の電圧を印加し、
前記第2の期間の前記少なくとも一部において、前記排出部に、前記第1の電圧よりも低く、前記第2の電圧よりも高い第3の電圧を印加してもよい。
項目3に記載の撮像装置において、
前記複数の画素の各々は、さらに、
前記信号電荷を排出する排出部と、
前記光電変換素子と前記排出部との間に配置され、前記制御回路からの指示に応じて、前記光電変換素子から前記排出部に前記信号電荷を転送する第1ゲートと、を含み、
前記制御回路は、
前記第1ゲートに印加する電圧を変化させることにより、前記転送効率を制御し、
前記第1の期間の前記一部において、前記第1ゲートに、第1の電圧を印加し、
前記第1の期間の前記他の一部において、前記第1ゲートに、前記第1の電圧よりも低い第2の電圧を印加し、
前記第2の期間の前記少なくとも一部において、前記第1ゲートに、前記第1の電圧よりも低く、前記第2の電圧よりも高い第3の電圧を印加してもよい。
項目1に記載の撮像装置において、
前記複数の画素の各々は、
入射した光を信号電荷に変換する光電変換素子と、
前記信号電荷を蓄積する第1蓄積部と、
前記信号電荷を蓄積する第2蓄積部と、を含み、
前記光電変換素子と前記第1蓄積部との間に配置され、前記制御回路からの指示に応じて、前記光電変換素子から前記第1蓄積部に前記信号電荷を転送する第2ゲートと、
前記光電変換素子と前記第2蓄積部との間に配置され、前記制御回路からの指示に応じて、前記光電変換素子から前記第2蓄積部に前記信号電荷を転送する第3ゲートと、
を含み、
前記制御回路は、
前記第2ゲートに印加する電圧および第3ゲートに印加する電圧を変化させることにより、前記感度を制御し、
前記第1の期間の前記一部において、前記第2ゲートに、第1の電圧を印加し、
前記第1の期間の前記他の一部において、前記第2ゲートに、前記第1の電圧よりも高い第2の電圧を印加し、
前記第2の期間の前記少なくとも一部において、前記第2ゲートに、前記第1の電圧よりも高く、前記第2の電圧よりも低い第3の電圧を印加してもよい。
本開示の項目9に係る撮像装置は、
対象物に対して、第1のパルス光および第2のパルス光を出射する光源と、
複数の画素を含むイメージセンサと、
前記光源および前記イメージセンサを制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記光源に、前記第1のパルス光よりも後に、前記第2のパルス光を出射させ、
前記第1のパルス光のうち、前記対象物の表面で反射された第1表面反射成分が、前記第1のパルス光のうち、前記対象物の内部で散乱された内部散乱成分と同じか、前記内部散乱成分よりも多く、前記複数の画素に入射している期間を第3の期間、
前記内部散乱成分が、前記第1表面反射成分よりも多く、前記複数の画素に入射している期間を第4の期間、
前記内部散乱成分が前記複数の画素に入射することを終了した後、前記第2のパルス光のうち、前記対象物の表面で反射された第2表面反射成分が、前記複数の画素に入射することを開始するまでの期間を第5の期間とするとき、
前記制御回路は、
前記第4の期間の少なくとも一部における前記複数の画素の感度を、前記第5の期間の少なくとも一部における前記複数の画素の感度よりも高くし、
前記第3の期間の少なくとも一部における前記複数の画素の感度を、前記第5の期間の前記少なくとも一部における前記複数の画素の感度よりも低くする。
項目9に記載の撮像装置において、
前記第3の期間の前記少なくとも一部は、前記第5の期間の前記少なくとも一部よりも短くてもよい。
項目9に記載の撮像装置において、
前記複数の画素の各々は、
入射した光を信号電荷に変換する光電変換素子と、
前記信号電荷を蓄積する蓄積部と、を含み、
前記制御回路は、
前記光電変換素子で変換された前記信号電荷のうち、前記蓄積部に転送される信号電荷の割合である転送効率を制御することにより、前記感度を制御し、
前記第4の期間の前記少なくとも一部における前記転送効率を、前記第5の期間の前記少なくとも一部における前記転送効率よりも高くし、
前記第3の期間の前記少なくとも一部における前記転送効率を、前記第5の期間の前記少なくとも一部における前記転送効率よりも低くしてもよい。
項目11に記載の撮像装置において、
前記複数の画素の各々は、前記信号電荷を排出する排出部をさらに含み、
前記制御回路は、前記光電変換素子と前記排出部との間におけるポテンシャル勾配を変化させることにより、前記転送効率を制御してもよい。
項目11に記載の撮像装置において、
前記複数の画素の各々は、前記信号電荷を排出する排出部をさらに含み、
前記制御回路は、前記排出部に印加する電圧を変化させることにより、前記転送効率を制御してもよい。
項目13に記載の撮像装置において、
前記制御回路は、
前記第3の期間の前記少なくとも一部において、前記排出部に、第1の電圧を印加し、
前記第4の期間の前記少なくとも一部において、前記排出部に、前記第1の電圧よりも低い第2の電圧を印加し、
前記第5の期間の前記少なくとも一部において、前記排出部に、前記第1の電圧よりも低く、前記第2の電圧よりも高い第3の電圧を印加してもよい。
項目11に記載の撮像装置において、
前記複数の画素の各々は、さらに、
前記信号電荷を排出する排出部と、
前記光電変換素子と前記排出部との間に配置され、前記制御回路からの指示に応じて、前記光電変換素子から前記排出部に前記信号電荷を転送する第1ゲートと、を含み、
前記制御回路は、
前記ド第1ゲートに印加する電圧を変化させることにより、前記転送効率を制御し、
前記第3の期間の前記少なくとも一部において、前記第1ゲートに、第1の電圧を印加し、
前記第4の期間の前記少なくとも一部において、前記第1ゲートに、前記第1の電圧よりも低い第2の電圧を印加し、
前記第5の期間の前記少なくとも一部において、前記第1ゲートに、前記第1の電圧よりも低く、前記第2の電圧よりも高い第3の電圧を印加してもよい。
項目9に記載の撮像装置において、
前記複数の画素の各々は、
入射した光を信号電荷に変換する光電変換素子と、
前記信号電荷を蓄積する第1蓄積部と、
前記信号電荷を蓄積する第2蓄積部と、を含み、
前記光電変換素子と前記第1蓄積部との間に配置され、前記制御回路からの指示に応じて、前記光電変換素子から前記第1蓄積部に前記信号電荷を転送する第2ゲートと、
前記光電変換素子と前記第2蓄積部との間に配置され、前記制御回路からの指示に応じて、前記光電変換素子から前記第2蓄積部に前記信号電荷を転送する第3ゲートと、
を含み、
前記制御回路は、
前記第2ゲートに印加する電圧および第3ゲートに印加する電圧を変化させることにより、前記感度を制御し、
前記第3の期間の前記少なくとも一部において、前記第2ゲートに、第1の電圧を印加し、
前記第4の期間の前記少なくとも一部において、前記第2ゲートに、前記第1の電圧よりも高い第2の電圧を印加し、
前記第5の期間の前記少なくとも一部において、前記第2ゲートに、前記第1の電圧よりも高く、前記第2の電圧よりも低い第3の電圧を印加してもよい。
(1)光子を信号電荷である電子または正孔に変換する効率を低下させる。
(2)発生した信号電荷を蓄積部に転送する効率を低下させる。
まず、本開示の実施形態1における撮像装置を説明する。本実施形態における撮像装置101の物理的な構成は、図1における撮像装置101と同じである。本実施形態においても、イメージセンサ113は、図4A〜4Cに示す構成を有する。本実施形態では、図4Dに示す制御方法の代わりに、図6Aに示す制御方法が用いられる点で、前述の検討例とは異なっている。以下、本実施形態における動作を説明する。
次に、本開示の実施形態2における撮像装置を説明する。
次に、本開示の実施形態3における撮像装置を説明する。本実施形態では、各画素が、複数の転送ゲートと、それらに対応する複数の蓄積部と、複数の制御信号線とを有している点において、実施形態2と異なっている。以下、実施形態2と異なる点を中心に説明する。
図11Eは、実施形態3の変形例における制御を示すタイミングチャートである。第1の転送ゲート706に印加される電圧Vtg1は、反射光のうちの表面反射成分I1が入射している時刻t1からt2の期間の一部においてHIGHのレベルに設定される。ここで、図11Dに示す制御内容と比較すると、本変形例における制御の方が、電圧Vtg1がHIGHのレベルに設定される期間が短い。例えば、電圧Vtg1がHIGHのレベルに設定される期間は、第2の転送ゲート708に印加される電圧Vtg2がHIGHのレベルに設定される期間と同等の長さに設定され得る。また、図11Eにおいて、電圧Vtg1は、HIGHのレベルに設定された後にSuperLOWのレベルに設定され、さらにその後、LOWのレベルに設定されている。しかし、これは一例であり、電圧Vtg1を、SuperLOWのレベルに設定することなく、HIGHのレベルからすぐにLOWのレベルに設定してもよい。HIGHのレベルの期間を反射光の立ち上がり時間の付近に限定することで、表面反射成分I1をより多く取得可能となる。これは、反射光の表面反射成分I1と内部散乱成分I2とでは、撮像装置101へ到達するまでの時間に差があり、表面反射成分I1の方が早く撮像装置101へ到達するため、反射光の立ち上がり時間の付近には、表面反射成分I1が多く含まれることに起因する。さらに、本変形例においては、反射光の前端側の取得と後端側の取得とで電子シャッタの露光量が等しくなり、発光回数の変更が不要となるため、安定した測定が可能となる。
次に、本開示の実施形態4における撮像装置を説明する。本実施形態の撮像装置は、観測すべき被検者の脳内の酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンの濃度分布と、その時間変化とを検出する。これにより、当該濃度分布を示す2次元画像である静止画像または動画像を生成することができる。当該画像の情報を利用することにより、例えば、被検者の脳活動(例えば、集中度または感情等)を推定することができる。本実施形態の撮像装置は、上記のような生体情報を非接触で検出することができるため、検出に伴う煩わしさを解消することができる。さらに、対象物の表面で反射された強い表面反射成分に起因する信号電荷の一部が蓄積部に漏れ込むことを抑制できる。これにより、従来技術と比較して、生体情報の検出精度を大きく向上させることができる。以下、このような高精度の検出を可能とする本実施形態の撮像装置の構成および動作を説明する。
図12は、本実施形態における撮像装置101の構成を模式的に示す図である。図12には、撮像装置101だけでなく、検出対象である対象物102である人体頭部も示されている。本実施形態の撮像装置101は、概略的には、図1に示す撮像装置101と同じ構成を有する。ただし、本実施形態では、光源の数が2個であり、イメージセンサ113が2個の蓄積部を有している点で、前述の検討例とは異なっている。
本実施形態における光源103は、中心波長が750nmの狭帯域のパルス光を出射するレーザーパルス光源である。光源104は、中心波長が850nmの狭帯域のパルス光を出射するレーザーパルス光源である。光源103、104の各々は、後述するように、制御回路114によって決定された所定のパターンでパルス光を繰り返し出射する。光源103、104が出射するパルス光は、例えば、立ち下り時間である立ち下りを開始してから完全に立ち下るまでの時間がゼロに近い矩形波状の光であり得る。光源103、104が発生させるパルス光の立ち上り時間である立ち上りを開始してから完全に立ち上るまでの時間は任意である。光源103、104は、パルス光の立ち下り部分が時間軸に対して垂直に近い(即ち、時間応答特性が急進な)レーザーダイオードなどの光源であり得る。光源103、104には、例えば半導体レーザ、固体レーザ、ファイバレーザなどの、パルス光を発する任意の種類の光源が用いられ得る。
本実施形態における光学系111は、テレセントリックな光学系を実現するカメラレンズである。テレセントリックな光学系111を用いることにより、各画素に斜めに入射する光を少なくすることができるため、信号処理を簡単にすることができる。なお、光学系111は、非テレセントリックな光学系であってもよい。
イメージセンサ113は、光源103、104から出射され対象物102で反射された光を受光する。イメージセンサ113は、撮像面上に2次元に配列された複数の画素を有し、対象物102の内部の2次元情報を取得する。イメージセンサ113は、例えば、CCDイメージセンサまたはCMOSイメージセンサであり得る。
制御回路114は、例えば、マイクロプロセッサおよびメモリの組み合わせ、またはプロセッサおよびメモリを内蔵するマイクロコントローラ等の集積回路であり得る。制御回路114は、例えばプロセッサがメモリに記録された制御プログラムを実行することにより、光源103、104への点灯指示、イメージセンサ113への撮像指示、および信号処理回路115への演算指示等を行う。制御回路114からの指示に基づいて、イメージセンサ113における高速タイミング制御回路414は、各画素における信号電荷の蓄積および排出を制御する。
次に、本実施形態の撮像装置101の動作を説明する。
102 対象物
103、104 光源
111 光学系
112 ダブルバンドパスフィルタ
113 イメージセンサ
114 制御回路
115 信号処理回路
401 画素
402 ドレイン
403 フォトダイオード
404、405、406 浮遊拡散層
414 高速タイミング制御回路 601 画素駆動回路
602 水平CCD
603 出力回路
604 垂直CCD
605 遮光部材
606 電極
607 水平転送回路
702 転送ゲート
704 ドレインゲート
706 第1の転送ゲート
708 第2の転送ゲート
710 第3の転送ゲート
Claims (16)
- 対象物に対して、第1のパルス光および第2のパルス光を出射する光源と、
複数の画素を含むイメージセンサと、
前記光源および前記イメージセンサを制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記光源に、前記第1のパルス光よりも後に、前記第2のパルス光を出射させ、
前記第1のパルス光が前記対象物で反射されて前記複数の画素に到達することを開始する時刻を第1の時刻、
前記第1のパルス光が前記複数の画素に到達することを終了する時刻を第2の時刻、
前記第2のパルス光が前記対象物で反射されて前記複数の画素に到達することを開始する時刻を第3の時刻とするとき、
前記制御回路は、
前記第1の時刻から前記第2の時刻を含む第1の期間の一部において、前記複数の画素の感度を、前記第1の期間以降であって前記第3の時刻までの第2の期間の少なくとも一部における前記複数の画素の感度よりも低くし、
前記第1の期間の他の一部において、前記複数の画素の感度を、前記第2の期間の前記少なくとも一部における前記複数の画素の感度よりも高くする、
撮像装置。 - 前記第1の期間の前記一部は、前記第2の期間の前記少なくとも一部よりも短い、
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素の各々は、
入射した光を信号電荷に変換する光電変換素子と、
前記信号電荷を蓄積する蓄積部と、を含み、
前記制御回路は、
前記光電変換素子で変換された前記信号電荷のうち、前記蓄積部に転送される信号電荷の割合である転送効率を制御することにより、前記感度を制御し、
前記第1の期間の前記他の一部における前記転送効率を、前記第2の期間の前記少なくとも一部における前記転送効率よりも高くし、
前記第1の期間の前記一部における前記転送効率を、前記第2の期間の前記少なくとも一部における前記転送効率よりも低くする、
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素の各々は、前記信号電荷を排出する排出部をさらに含み、
前記制御回路は、前記光電変換素子と前記排出部との間におけるポテンシャル勾配を変化させることにより、前記転送効率を制御する、
請求項3に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素の各々は、前記信号電荷を排出する排出部をさらに含み、
前記制御回路は、前記排出部に印加する電圧を変化させることにより、前記転送効率を制御する、
請求項3に記載の撮像装置。 - 前記制御回路は、
前記第1の期間の前記一部において、前記排出部に、第1の電圧を印加し、
前記第1の期間の前記他の一部において、前記排出部に、前記第1の電圧よりも低い第2の電圧を印加し、
前記第2の期間の前記少なくとも一部において、前記排出部に、前記第1の電圧よりも低く、前記第2の電圧よりも高い第3の電圧を印加する、
請求項5に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素の各々は、さらに、
前記信号電荷を排出する排出部と、
前記光電変換素子と前記排出部との間に配置され、前記制御回路からの指示に応じて、前記光電変換素子から前記排出部に前記信号電荷を転送する第1ゲートと、を含み、
前記制御回路は、
前記第1ゲートに印加する電圧を変化させることにより、前記転送効率を制御し、
前記第1の期間の前記一部において、前記第1ゲートに、第1の電圧を印加し、
前記第1の期間の前記他の一部において、前記第1ゲートに、前記第1の電圧よりも低い第2の電圧を印加し、
前記第2の期間の前記少なくとも一部において、前記第1ゲートに、前記第1の電圧よりも低く、前記第2の電圧よりも高い第3の電圧を印加する、
請求項3に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素の各々は、
入射した光を信号電荷に変換する光電変換素子と、
前記信号電荷を蓄積する第1蓄積部と、
前記信号電荷を蓄積する第2蓄積部と、を含み、
前記光電変換素子と前記第1蓄積部との間に配置され、前記制御回路からの指示に応じて、前記光電変換素子から前記第1蓄積部に前記信号電荷を転送する第2ゲートと、
前記光電変換素子と前記第2蓄積部との間に配置され、前記制御回路からの指示に応じて、前記光電変換素子から前記第2蓄積部に前記信号電荷を転送する第3ゲートと、
を含み、
前記制御回路は、
前記第2ゲートに印加する電圧および第3ゲートに印加する電圧を変化させることにより、前記感度を制御し、
前記第1の期間の前記一部において、前記第2ゲートに、第1の電圧を印加し、
前記第1の期間の前記他の一部において、前記第2ゲートに、前記第1の電圧よりも高い第2の電圧を印加し、
前記第2の期間の前記少なくとも一部において、前記第2ゲートに、前記第1の電圧よりも高く、前記第2の電圧よりも低い第3の電圧を印加する、
請求項1に記載の撮像装置。 - 対象物に対して、第1のパルス光および第2のパルス光を出射する光源と、
複数の画素を含むイメージセンサと、
前記光源および前記イメージセンサを制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記光源に、前記第1のパルス光よりも後に、前記第2のパルス光を出射させ、
前記第1のパルス光のうち、前記対象物の表面で反射された第1表面反射成分が、前記第1のパルス光のうち、前記対象物の内部で散乱された内部散乱成分と同じか、前記内部散乱成分よりも多く、前記複数の画素に入射している期間を第3の期間、
前記内部散乱成分が、前記第1表面反射成分よりも多く、前記複数の画素に入射している期間を第4の期間、
前記内部散乱成分が前記複数の画素に入射することを終了した後、前記第2のパルス光のうち、前記対象物の表面で反射された第2表面反射成分が、前記複数の画素に入射することを開始するまでの期間を第5の期間とするとき、
前記制御回路は、
前記第4の期間の少なくとも一部における前記複数の画素の感度を、前記第5の期間の少なくとも一部における前記複数の画素の感度よりも高くし、
前記第3の期間の少なくとも一部における前記複数の画素の感度を、前記第5の期間の前記少なくとも一部における前記複数の画素の感度よりも低くする、
撮像装置。 - 前記第3の期間の前記少なくとも一部は、前記第5の期間の前記少なくとも一部よりも短い、請求項9に記載の撮像装置。
- 前記複数の画素の各々は、
入射した光を信号電荷に変換する光電変換素子と、
前記信号電荷を蓄積する蓄積部と、を含み、
前記制御回路は、
前記光電変換素子で変換された前記信号電荷のうち、前記蓄積部に転送される信号電荷の割合である転送効率を制御することにより、前記感度を制御し、
前記第4の期間の前記少なくとも一部における前記転送効率を、前記第5の期間の前記少なくとも一部における前記転送効率よりも高くし、
前記第3の期間の前記少なくとも一部における前記転送効率を、前記第5の期間の前記少なくとも一部における前記転送効率よりも低くする、
請求項9に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素の各々は、前記信号電荷を排出する排出部をさらに含み、
前記制御回路は、前記光電変換素子と前記排出部との間におけるポテンシャル勾配を変化させることにより、前記転送効率を制御する、
請求項11に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素の各々は、前記信号電荷を排出する排出部をさらに含み、
前記制御回路は、前記排出部に印加する電圧を変化させることにより、前記転送効率を制御する、
請求項11に記載の撮像装置。 - 前記制御回路は、
前記第3の期間の前記少なくとも一部において、前記排出部に、第1の電圧を印加し、
前記第4の期間の前記少なくとも一部において、前記排出部に、前記第1の電圧よりも低い第2の電圧を印加し、
前記第5の期間の前記少なくとも一部において、前記排出部に、前記第1の電圧よりも低く、前記第2の電圧よりも高い第3の電圧を印加する、
請求項13に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素の各々は、さらに、
前記信号電荷を排出する排出部と、
前記光電変換素子と前記排出部との間に配置され、前記制御回路からの指示に応じて、前記光電変換素子から前記排出部に前記信号電荷を転送する第1ゲートと、を含み、
前記制御回路は、
前記第1ゲートに印加する電圧を変化させることにより、前記転送効率を制御し、
前記第3の期間の前記少なくとも一部において、前記第1ゲートに、第1の電圧を印加し、
前記第4の期間の前記少なくとも一部において、前記第1ゲートに、前記第1の電圧よりも低い第2の電圧を印加し、
前記第5の期間の前記少なくとも一部において、前記第1ゲートに、前記第1の電圧よりも低く、前記第2の電圧よりも高い第3の電圧を印加する、
請求項11に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素の各々は、
入射した光を信号電荷に変換する光電変換素子と、
前記信号電荷を蓄積する第1蓄積部と、
前記信号電荷を蓄積する第2蓄積部と、を含み、
前記光電変換素子と前記第1蓄積部との間に配置され、前記制御回路からの指示に応じて、前記光電変換素子から前記第1蓄積部に前記信号電荷を転送する第2ゲートと、
前記光電変換素子と前記第2蓄積部との間に配置され、前記制御回路からの指示に応じて、前記光電変換素子から前記第2蓄積部に前記信号電荷を転送する第3ゲートと、
を含み、
前記制御回路は、
前記第2ゲートに印加する電圧および第3ゲートに印加する電圧を変化させることにより、前記感度を制御し、
前記第3の期間の前記少なくとも一部において、前記第2ゲートに、第1の電圧を印加し、
前記第4の期間の前記少なくとも一部において、前記第2ゲートに、前記第1の電圧よりも高い第2の電圧を印加し、
前記第5の期間の前記少なくとも一部において、前記第2ゲートに、前記第1の電圧よりも高く、前記第2の電圧よりも低い第3の電圧を印加する、
請求項9に記載の撮像装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016120714 | 2016-06-17 | ||
JP2016120714 | 2016-06-17 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017229057A JP2017229057A (ja) | 2017-12-28 |
JP6814967B2 true JP6814967B2 (ja) | 2021-01-20 |
Family
ID=60661432
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017053190A Active JP6814967B2 (ja) | 2016-06-17 | 2017-03-17 | 撮像装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10194094B2 (ja) |
JP (1) | JP6814967B2 (ja) |
CN (1) | CN107528998B (ja) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110520996B (zh) * | 2017-04-06 | 2023-08-08 | 新唐科技日本株式会社 | 摄像装置、以及在其中使用的固体摄像装置 |
CN108926340B (zh) * | 2017-05-23 | 2023-04-28 | 松下知识产权经营株式会社 | 计测装置 |
EP3766425A4 (en) * | 2018-03-15 | 2021-06-23 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | SYSTEM, RECORDING MEDIA, AND METHOD FOR ESTIMATING THE PSYCHOLOGICAL STATE OF A USER |
JP7246863B2 (ja) | 2018-04-20 | 2023-03-28 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 受光装置、車両制御システム及び測距装置 |
US10598936B1 (en) * | 2018-04-23 | 2020-03-24 | Facebook Technologies, Llc | Multi-mode active pixel sensor |
WO2019230306A1 (ja) * | 2018-05-30 | 2019-12-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 識別装置および識別方法 |
CN112166552B (zh) * | 2018-06-15 | 2023-11-28 | 松下知识产权经营株式会社 | 电动机控制装置 |
US11092678B2 (en) * | 2018-06-21 | 2021-08-17 | Analog Devices, Inc. | Measuring and removing the corruption of time-of-flight depth images due to internal scattering |
US11172142B2 (en) * | 2018-09-25 | 2021-11-09 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Image sensor for sensing LED light with reduced flickering |
JP2022037256A (ja) * | 2018-12-27 | 2022-03-09 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 撮像装置 |
US11258971B2 (en) * | 2020-05-28 | 2022-02-22 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited | Multi-function transfer gate electrode for a photodetector and methods of operating the same |
CN111896971B (zh) * | 2020-08-05 | 2023-12-15 | 上海炬佑智能科技有限公司 | Tof传感装置及其距离检测方法 |
WO2022137685A1 (ja) * | 2020-12-23 | 2022-06-30 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 測距装置、測距方法および位相検出装置 |
CN114554183B (zh) * | 2021-12-31 | 2024-06-21 | 西北核技术研究所 | Cis辐照后像素单元电荷转移效率的测试系统及方法 |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3359756B2 (ja) | 1994-10-06 | 2002-12-24 | 株式会社日立製作所 | 生体光計測装置 |
US7904139B2 (en) * | 1999-08-26 | 2011-03-08 | Non-Invasive Technology Inc. | Optical examination of biological tissue using non-contact irradiation and detection |
JP3758618B2 (ja) | 2002-07-15 | 2006-03-22 | 松下電工株式会社 | 撮像素子を用いた測距装置および測距方法 |
JP3906824B2 (ja) * | 2003-05-30 | 2007-04-18 | 松下電工株式会社 | 強度変調光を用いた空間情報の検出装置 |
JP2006050337A (ja) * | 2004-08-05 | 2006-02-16 | Sony Corp | 撮像装置、撮像方法および撮像制御プログラム |
JP5171158B2 (ja) * | 2007-08-22 | 2013-03-27 | 浜松ホトニクス株式会社 | 固体撮像装置及び距離画像測定装置 |
US8022994B2 (en) * | 2007-08-31 | 2011-09-20 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor with high dynamic range in down-sampling mode |
EP2405663A1 (en) * | 2010-06-15 | 2012-01-11 | Thomson Licensing | Method of driving an image sensor |
JP2012226513A (ja) * | 2011-04-19 | 2012-11-15 | Honda Elesys Co Ltd | 検知装置、及び検知方法 |
JP5366028B2 (ja) * | 2011-08-25 | 2013-12-11 | 株式会社デンソー | 顔画像撮像装置 |
CN102494799B (zh) * | 2011-11-28 | 2013-06-19 | 电子科技大学 | 一种双波长光延迟光纤温度传感器 |
KR20160008364A (ko) * | 2014-07-14 | 2016-01-22 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 및 이미지 센서를 포함하는 영상 촬영 장치 |
JP6555512B2 (ja) | 2014-10-23 | 2019-08-07 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 撮像装置および画像取得装置 |
CN205249353U (zh) * | 2015-11-17 | 2016-05-18 | 清华大学 | 一种记录物体运动信息的装置 |
-
2017
- 2017-03-17 JP JP2017053190A patent/JP6814967B2/ja active Active
- 2017-05-11 CN CN201710329086.6A patent/CN107528998B/zh active Active
- 2017-06-05 US US15/613,500 patent/US10194094B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US10194094B2 (en) | 2019-01-29 |
JP2017229057A (ja) | 2017-12-28 |
CN107528998B (zh) | 2020-10-02 |
CN107528998A (zh) | 2017-12-29 |
US20170366726A1 (en) | 2017-12-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6814967B2 (ja) | 撮像装置 | |
JP7065421B2 (ja) | 撮像装置および対象物の内部の情報を取得する方法 | |
JP6887097B2 (ja) | 撮像装置 | |
US11303828B2 (en) | Imaging apparatus including light source that emits pulsed light, image sensor, and control circuit | |
US10352853B2 (en) | Measuring device including light source that emits at least one light pulse group, photodetector, and control circuit | |
JP2018094400A (ja) | 撮像装置 | |
CN112188866A (zh) | 生物体计测装置及生物体计测方法 | |
JPWO2020121704A1 (ja) | 光計測装置 | |
WO2020137276A1 (ja) | 撮像装置 | |
JP2021141949A (ja) | 測定装置、およびプログラム | |
WO2022138063A1 (ja) | 生体計測装置、生体計測方法、及び、コンピュータプログラム | |
JPWO2019039104A1 (ja) | 生体計測装置およびヘッドマウントディスプレイ装置 | |
WO2023090188A1 (ja) | 光検出システム、処理装置、光検出システムを制御する方法、およびプログラム | |
JP2020032105A (ja) | 生体計測装置、生体計測システム、制御方法、およびコンピュータプログラム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191227 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200706 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200714 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200907 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20201110 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20201202 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6814967 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |