JPWO2016031171A1 - 撮像装置、及びそれに用いられる固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示の実施形態について説明する前に、本開示の基礎となった知見について説明する。
図4は、図2のタイミング図に基づくTOF方式の測距カメラの動作原理のもう一つの例を説明する図である。図4に示すように、パルス幅Tpの照射光の立ち上がり時刻から始まる第1露光期間をT1、照射光の立ち下がり時刻から始まる第2露光期間をT2、近赤外光源をOFFした第3露光期間をT3とし、露光期間T1〜T3は、パルス幅Tpと同じ長さに設定される。第1露光期間T1においてカメラが得られる信号量(信号電荷量)をS0、第2露光期間T2においてカメラが得られる信号量(信号電荷量)をS1、第3露光期間T3においてカメラが得られる信号量(信号電荷量)をBGとすると、遅れ時間Δtは次式で与えられる。
これらTOF方式の測距カメラに用いる固体撮像素子は、照射光の1周期について、複数回のサンプリングができるものでなければならない。
ここで、暗電流Cb及びCdは遅れ時間に依存しない信号であり、発生源が異なることから信号レベルにばらつきを持つため、測距結果に誤差やばらつきが生じ、測距精度が悪化するという課題を有している。
図8は、第1の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図8では、図面の簡略化のために、垂直方向に4画素分、水平方向に4画素分のみ示している。
以上、第1の実施形態に係る固体撮像装置によれば、水平、垂直解像度を向上すべく、加算後の画素重心が市松状になる構造において、第1の読み出し電極105a及び第2の読み出し電極105bを光電変換部101の中心より上側又は下側に備え、また列毎に上下方向に反転して配置することで、信号電荷S0、S1及びBGに含まれる暗電流の発生源及び信号レベルを統一することが可能となる。これにより、遅れ時間Δtには暗電流成分が含まれないため、測距結果のばらつきを低減し、測距精度を向上することができる。
図10は、第2の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図10では、図面の簡略化のために、垂直方向に4画素分、水平方向に4画素分のみ示している。
図11は、第3の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図11では、図面の簡略化のために、垂直方向に4画素分、水平方向に4画素分のみ示している。
図13は、第4の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図13では、図面の簡略化のために、垂直方向に4画素分、水平方向に4画素分のみ示している。
2 背景光源
3,13 赤外光源
4 光学レンズ
5,15 固体撮像装置
12 背景光源
14 光学レンズ
16 制御部
17 信号処理部
101,201,301,301a,301b,401,401a,401b,1001 光電変換部
102,202,302,402,1002 垂直転送部
103,203,303,403,1003 水平転送部
104,204,304,404,1004 電荷検出部
105a,105b,205a,205b,305a,305b,305c,305d,405,405a,405b,405c,405d,1005,1005a,1005b 読み出し電極
106a,106b,106c,206a,306a,306b,306c,306d,406a,406b,406c,1006a,1006b,1006c パケット
107,1007 チャネルストップ領域
105,205 垂直転送電極
Claims (14)
- 基板上に行列状に配置された画素を有し、赤外光を含む入射光を受光する固体撮像装置を備えた撮像装置であって、
前記画素は、前記入射光を信号電荷に変換する光電変換部と、当該光電変換部から前記信号電荷を読み出す読み出し電極と、垂直転送部を構成する少なくとも1つの垂直転送電極と、を備えたものであり、
前記画素として、複数の第1の画素と、当該第1の画素に隣接する複数の第2の画素とが、行毎に交互に配置され、かつ、列毎に交互に配置されることによって、加算後の画素重心が市松状になるように配置されており、
前記読み出し電極は、同一の前記光電変換部から読み出された複数の信号電荷が、共通の前記読み出し電極下において発生する暗電流を含むように、配置されている
ことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1記載の撮像装置において、
前記第1及び前記第2の画素に係る前記読み出し電極は、
各列において、列方向に並ぶように配置されており、かつ、
列毎に交互に、行方向において当該光電変換部の中心よりも上側または下側にずらして、配置されている
ことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1又は2に記載の撮像装置において、
列方向に隣接する前記第1及び前記第2の画素の信号電荷を、前記垂直転送部上で加算することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像装置において、
前記垂直転送部は、2画素あたり複数電極で構成され、2画素で少なくとも3信号電荷を蓄積するよう構成され、
1フレーム走査期間内で、
第1の露光期間で、前記第1及び前記第2の画素から第1の信号電荷を読み出し、
第2の露光期間で、前記第1及び前記第2の画素から第2の信号電荷を読み出し、
第3の露光期間で、前記第1及び前記第2の画素から第3の信号電荷を読み出し、
前記第1〜前記第3の信号電荷を、出力する
ことを特徴とする撮像装置。 - 請求項4記載の撮像装置において、
前記第1及び前記第2の画素から読み出された前記第1〜前記第3の信号電荷は、それぞれ行毎に同相の電極下に蓄積される
ことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1記載の撮像装置において、
前記第1の画素に係る前記読み出し電極は、
各列において、列方向に並ぶように配置されており、かつ、
列毎に交互に、行方向において当該光電変換部の中心よりも上側または下側にずらして、配置されている
ことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1又は6記載の撮像装置において、
斜め方向に隣接する前記第1の画素の信号電荷を、前記垂直転送部上で加算する
ことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1、6及び7のうちいずれか1項に記載の撮像装置において、
前記第1の画素は、可視光を遮断するフィルタを備える
ことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1及び6〜8のうちいずれか1項に記載の撮像装置において、
前記第2の画素は、赤外光を遮断するフィルタを備える
ことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1及び6〜9のうちいずれか1項に記載の撮像装置において、
前記垂直転送部は、2画素あたり複数電極で構成され、2画素で少なくとも3信号電荷を蓄積するよう構成され、
第1のフレーム走査期間内で、
第1の露光期間で、前記第1の画素から第1の信号電荷を読み出し、
第2の露光期間で、前記第1の画素から第2の信号電荷を読み出し、
第3の露光期間で、前記第1の画素から第3の信号電荷を読み出し、
前記第1〜前記第3の信号電荷を出力し、
第2のフレーム走査期間内で、
第4の露光期間で、前記第2の画素から第4の信号電荷を読み出し、
前記第4の信号電荷を出力する
ことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1及び6〜9のいずれか1項に記載の撮像装置において、
前記垂直転送部は、2画素あたり複数電極で構成され、2画素で少なくとも3信号電荷を蓄積するよう構成され、
1フレーム走査期間内で、
第1の露光期間で、前記第1の画素から第1の信号電荷を読み出し、
第2の露光期間で、前記第1の画素から第2の信号電荷を読み出し、
第3の露光期間で、前記第1の画素から第3の信号電荷を読み出し、
第4の露光期間で、前記第2の画素から第4の信号電荷を読み出し、
前記第1〜前記第4の信号電荷を出力する
ことを特徴とする撮像装置。 - 請求項10又は11に記載の撮像装置において、
前記第1の画素から読み出された前記第1〜前記第3の信号電荷は、それぞれ行毎に同相の電極下に蓄積される
ことを特徴とする撮像装置。 - 請求項4記載の撮像装置において、
撮像装置は、さらに赤外光を照射する赤外光源を備え、
前記第1の露光期間で、前記赤外光をパルス状に発光させて被写体に照射し、受光される反射光を、前記第1及び第2の画素の前記光電変換部から読み出して、前記第1の信号電荷を作り、
前記第2の露光期間で、前記赤外光をパルス状に発光させて前記被写体に照射し、受光される反射光を、前記第1及び前記第2の画素の前記光電変換部から読み出して、前記第2の信号電荷を作り、
前記第3の露光期間で、前記赤外光を照射せず撮像して、背景光を前記第1及び前記第2の画素の前記光電変換部から読み出して、前記第3の信号電荷を作り、
前記第1の信号電荷と前記第2の信号電荷と前記第3の信号電荷とのそれぞれの差分と比率とにより前記被写体までの距離を求め、距離画像を生成するTOF型の測距センサとして利用される
ことを特徴とする撮像装置。 - 請求項10または11記載の撮像装置において、
撮像装置は、さらに赤外光を照射する赤外光源を備え、
前記第1の露光期間で、前記赤外光をパルス状に発光させて被写体に照射し、受光される反射光を、前記第1の画素の前記光電変換部から読み出して、前記第1の信号電荷を作り、
前記第2の露光期間で、前記赤外光をパルス状に発光させて前記被写体に照射し、受光される反射光を、前記第1の画素の前記光電変換部から読み出して、前記第2の信号電荷を作り、
前記第3の露光期間で、前記赤外光を照射せず撮像して、背景光を前記第1の画素の前記光電変換部から読み出して、前記第3の信号電荷を作り、
前記第4の露光期間で、前記赤外光を照射せず撮像して、背景光を前記第2の画素の前記光電変換部から読み出して、前記第4の信号電荷を作り、
第1〜3の信号電荷のそれぞれの差分と比率で前記被写体までの距離を求め、距離画像を生成し、第4の信号電荷の大小で前記被写体の明るさを求め、可視画像を生成するTOF型の測距センサとして利用されることを特徴とする撮像装置。
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