JPWO2017126377A1 - 受光装置、制御方法、及び、電子機器 - Google Patents

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Abstract

本技術は、光を受光するセンサの飽和を抑制することができるようにする受光装置、制御方法、及び、電子機器に関する。
制御部は、光を受光することにより、測光を行う測光センサの測光結果に応じて、光を受光する受光面が複数のブロックに区分された他のセンサの露光を制御する露光制御を、ブロックごとに行う。本技術は、例えば、ディジタルカメラ等の光を受光する電子機器等に適用することができる。

Description

本技術は、受光装置、制御方法、及び、電子機器に関し、特に、例えば、光を受光するセンサの飽和を抑制することができるようにする受光装置、制御方法、及び、電子機器に関する。
光を受光するセンサとしては、例えば、光を受光することにより、画像の撮像を行うイメージセンサ(撮像センサ)や、測距を行う測距センサ等がある。
測距センタとしては、例えば、ToF(Time of Flight)方式のToFセンサがある(例えば、非特許文献1を参照)。
ToFセンサは、光を受光して光電変換を行う画素を有する。ToFセンサでは、光が発光され、被写体に照射される。さらに、ToFセンサでは、被写体で反射されて戻ってくる反射光が画素で受光され、光の発光から反射光の受光までに要した時間により、被写体までの距離が求められる(測距が行われる)。
ToFセンサが、被写体からの反射光を受光するとき、ToFセンサの画素が受光する光には、被写体からの反射光の他、環境光が含まれる。ToFセンサでは、被写体からの反射光(環境光を含む)の光電変換結果としての電気信号と、環境光のみの光電変換結果としての電気信号との差分(以下、環境光除去差分ともいう)を求めることで、環境光に対応する電気信号を除去することができる。
Shoji Kawahito, Izhal Abdul Halin, Takeo Ushinaga, Tomonari Sawada, Mitsuru Homma and Yasunari Maeda, "A COMS Time-of-Flight Range Image Sensor With Gates-on-Field-Oxide Structure", IEEE SENSORS JOURNAL, VOL. 7, NO. 12, DECEMBER 2007
ToFセンサで受光される環境光が、例えば、太陽光(直射日光)のような強い光である場合には、ToFセンサの画素が飽和し、環境光除去差分を求めることができず、ひいては、正確な測距を行うことが困難となる。
環境光が強い光である場合、イメージセンサでも、画素が飽和し、画像の画質が劣化することがある。
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、光を受光するセンサの飽和を抑制することができるようにするものである。
本技術の受光装置は、光を受光することにより、測光を行う測光センサと、光を受光する受光面が複数のブロックに区分された他のセンサと、前記測光センサの測光結果に応じて、前記他のセンサの露光を制御する露光制御を、前記ブロックごとに行う制御部とを備える受光装置である。
本技術の制御方法は、光を受光することにより、測光を行う測光センサの測光結果に応じて、光を受光する受光面が複数のブロックに区分された他のセンサの露光を制御する露光制御を、前記ブロックごとに行うステップを含む制御方法である。
本技術の電子機器は、光を集光する光学系と、光を受光する受光装置とを備え、前記受光装置は、前記光学系を通過した光を受光することにより、測光を行う測光センサと、前記光学系、又は、前記光学系と異なる光学系を通過した光を受光する受光面が複数のブロックに区分された他のセンサと、前記測光センサの測光結果に応じて、前記他のセンサの露光を制御する露光制御を、前記ブロックごとに行う制御部とを有する電子機器である。
本技術の受光装置、制御方法、及び、電子機器においては、光を受光することにより、測光を行う測光センサの測光結果に応じて、光を受光する受光面が複数のブロックに区分された他のセンサの露光を制御する露光制御が、前記ブロックごとに行われる。
なお、受光装置は、独立した装置であっても良いし、1つの装置を構成している内部ブロックであっても良い。
本技術によれば、光を受光するセンサの飽和を抑制することができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術を適用した受光装置の第1実施の形態の構成例を示すブロック図である。 本技術を適用した受光装置の第2実施の形態の構成例を示すブロック図である。 本技術を適用した受光装置の第3実施の形態の構成例を示すブロック図である。 測距センサ20による測距の例を説明する図である。 測光センサ10を兼ねる測距センサ20の構成例の概略を示す平面図である。 測光センサ10を兼ねる測距センサ20の他の構成例の概略を示す側面図である。 測光画素11の構成例を示す図である。 測距画素21及び撮像画素31の飽和を抑制する第1の画素飽和抑制法を説明する図である。 測距センサ20を用いた測距処理、及び、イメージセンサ30を用いた撮像処理の例を説明するフローチャートである。 第1の画素飽和抑制法により測距画素21/撮像画素31の飽和が抑制される露光制御の処理の例を説明するフローチャートである。 第1の画素飽和抑制法により測距画素21/撮像画素31の飽和が抑制される露光制御の処理の他の例を説明するフローチャートである。 測距画素21及び撮像画素31の飽和を抑制する第2の画素飽和抑制法を説明する図である。 第2の画素飽和抑制法により受光画素(測距画素21/撮像画素31)の飽和が抑制される露光制御の処理の例を説明するフローチャートである。 第2の画素飽和抑制法により受光画素の飽和が抑制される露光制御の処理の他の例を説明するフローチャートである。 本技術を適用したディジタルカメラの第1の構成例の概略を示す断面図である。 本技術を適用したディジタルカメラの第2の構成例の概略を示す断面図である。 本技術を適用したディジタルカメラの第3の構成例の概略を示す断面図である。 本技術を適用したディジタルカメラの第4の構成例の概略を示す断面図である。 本技術を適用したディジタルカメラの第5の構成例の概略を示す平面図である。 位置合わせキャリブレーションを説明する図である。 本技術を適用したコンピュータの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
<本技術を適用した受光装置の実施の形態>
図1は、本技術を適用した受光装置の第1実施の形態の構成例を示すブロック図である。
図1において、受光装置は、測光センサ10、測距センサ20、イメージセンサ30、制御部41、及び、処理部42を有し、光を受光することにより、測光を行うとともに、測距や撮像を行う。
測光センサ10は、光を受光することにより、測光を行う。
すなわち、測光センサ10は、複数の測光画素11を有する。測光画素11は、例えば、PD(Photo Diode)等で構成される。測光画素11は、光を受光して光電変換を行い、その光の受光量(露光量)に対応した電気信号(例えば、電荷等)を、処理部42に出力する。
測距センサ20は、光を受光することにより、測距を行う。
すなわち、測距センサ20は、複数の測距画素21と、発光部22とを有する。測距画素21は、例えば、PD等で構成される。測距画素21は、発光部22で発光され、被写体で反射されて戻ってくる光を受光して光電変換を行い、その光の受光量に対応した電気信号を、処理部42に出力する。発光部22は、測距に用いる電磁波として、例えば、赤外線等の光を発光する。
イメージセンサ30は、光を受光することにより、撮像を行う。
すなわち、イメージセンサ30は、複数の撮像画素31を有する。撮像画素31は、例えば、PD等で構成される。撮像画素31は、光を受光して光電変換を行い、その光の受光量に対応した電気信号を、処理部42に出力する。
制御部41は、例えば、処理部42での処理の結果等に応じて、測光センサ10や、測距センサ20、イメージセンサ30、処理部42を制御する。
処理部42は、測光センサ10や、測距センサ20、イメージセンサ30から出力される電気信号に所定の処理を施し、その処理の結果を、必要に応じて、外部や制御部41に出力する。
以上のように構成される受光装置では、測光センサ10の測光画素11が、光を受光して光電変換を行い、その光の受光量に対応した電気信号を、処理部42に出力する。
処理部42は、測光センサ10から出力される電気信号から、測光センサ10、ひいては、測距センサ20やイメージセンサ30に入射する光(環境光)の測光を行い、その測光の結果(測光結果)を、制御部41に出力する。
制御部41は、処理部42からの測光結果に応じて、測距センサ20やイメージセンサ30の露光を制御する露光制御を行う。
ここで、後述するように、測距センサ20の測距画素21が配置された受光面や、イメージセンサ30の撮像画素31が配置された受光面は、複数の画素ブロックに分割されている。制御部41による露光制御は、画素ブロック(の測距画素21や撮像画素31)ごとに行われる。
なお、図1の受光装置は、測光センサ10以外の他のセンサとして、測距センサ20とイメージセンサ30とを有する。但し、他のセンサとしては、測距センサ20だけや、イメージセンサ30だけを設けることができる。また、他のセンサとしては、測距センサ20及びイメージセンサ30以外の、光を受光する任意のセンサを設けることができる。
図2は、本技術を適用した受光装置の第2実施の形態の構成例を示すブロック図である。
なお、図中、図1の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。
図2において、受光装置は、測光センサ10、測距センサ20、制御部41、及び、処理部42を有する。
したがって、図2の受光装置は、測光センサ10、測距センサ20、制御部41、及び、処理部42を有する点で、図1の場合と共通し、イメージセンサ30を有しない点で、図1の場合と相違する。
以上のように構成される図2の受光装置では、測光センサ10、測距センサ20、制御部41、及び、処理部42において、図1の場合と同様の処理が行われる。
図3は、本技術を適用した受光装置の第3実施の形態の構成例を示すブロック図である。
なお、図中、図1の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。
図3において、受光装置は、測光センサ10、イメージセンサ30、制御部41、及び、処理部42を有する。
したがって、図3の受光装置は、測光センサ10、イメージセンサ30、制御部41、及び、処理部42を有する点で、図1の場合と共通し、測距センサ20を有しない点で、図1の場合と相違する。
以上のように構成される図3の受光装置では、測光センサ10、イメージセンサ30、制御部41、及び、処理部42において、図1の場合と同様の処理が行われる。
<測距センサ20>
図4は、測距センサ20による測距の例を説明する図である。
測距センサ20は、例えば、ToFセンサであり、発光部22から、パルス状の照射光を繰り返し発光する。さらに、測距センサ20は、照射光が被写体で反射されて戻ってくる反射光を、測距画素21で受光することで、被写体までの距離を算出する(測距を行う)。
ここで、照射光としてのパルスの周期を、サイクル(cycle)ともいう。
また、照射光としてのパルスがオン(H(High)レベル)の間(図4のパルスPLS1がHレベルの間)を露光時間として、測距画素21が受光する反射光の光電変換により得られる電気信号としての受光信号(電荷量)をN1と表す。
さらに、照射光としてのパルスがオフ(L(Low)レベル)の間(図4のパルスPLS2がHレベルの間)を露光時間として、測距画素21が受光する反射光の光電変換により得られる電気信号としての受光信号(電荷量)をN2と表す。
受光信号N1及びN2の全体に対する受光信号N1や受光信号N2の割合が、照射光が被写体で反射され、被写体で反射された照射光である反射光が戻ってくるまでの時間、ひいては、被写体までの距離に対応する。
そこで、ToFセンサである測距センサ20(が出力する電気信号を処理する処理部42)では、受光信号N1及びN2を用いて、被写体までの距離が算出される。
なお、ToFセンサである測距センサ20の測距誤差σLは、次式で表される。
σL=cT0/(4√N12)√(1+(NB+NO+4NR 2)/N12)
・・・(1)
但し、T0は、照射光としてのパルスのパルス幅を表し、cは光速を表す。また、N12は、受光信号N1及びN2の加算値N1+N2を表し、NRはリードノイズ(read noise)を表す。NBは、バックグランドショットノイズ(background shot noise)を表し、NOは、オフセットチャージ(offset charge)を表す。
式(1)によれば、測距誤差σLは、照射光のパルス幅T0に比例するので、測距の精度は、照射光のパルス幅T0が小であるほど向上する。
1サイクルより長い所定の時間を、1フレーム(1F)として、1フレームが、所定の複数サイクルであるNサイクルで構成されることとする。
ToFセンサである測距センサ20では、例えば、1サイクルごとの測距画素21の露光の露光結果が、最大で、1フレームを構成するNサイクル分だけ加算され、その結果得られる加算値から、被写体までの距離が求められる。
測距の精度は、加算の対象となるサイクル数が多いほど、すなわち、測距画素21の露光時間の、1フレームの積算値が大であるほど向上する。
なお、測距センサ20としては、ToFセンサ以外の測距センサを採用することができる。
ところで、測距画素21の露光時、つまり、測距画素21が、被写体からの反射光を受光するときには、測距画素21が受光する光には、被写体からの反射光(信号成分)の他、環境光(雑音成分)が含まれる。
測距の精度を向上させるために、測距画素21の露光時間の、1フレームの積算値を大にした場合、環境光が、太陽光(直射日光)のような強い光であるときには、測距画素21が飽和し、正確な測距を行うことが困難となる。
<測光センサ10を兼ねる測距センサ20及びイメージセンサ30の構成例>
図5は、測光センサ10を兼ねる測距センサ20の構成例の概略を示す平面図である。
測距センサ20は、測光センサ10を兼ねることができる。
図5において、測距センサ20は、例えば、矩形状の受光面を有し、受光面は、行列状に、矩形状の画素ブロックに区分されている。
画素ブロックには、複数の画素が、例えば、行列状に配置されている。
測距センサ20が、測光センサ10を兼ねない場合、画素ブロックは、1画素以上の測距画素21のみが(行列状に)配置されて構成される。
測距センサ20が、測光センサ10を兼ねる場合、画素ブロックには、測距画素21の他に、測光画素11が含まれる。
測光センサ10を兼ねる測距センサ20において、画素ブロックには、複数の測光画素11をランダム(一様)に配置することができる。
以上のように、画素ブロックに、測距画素21の他に、測光を行う測光画素11を配置することで、受光面の光エネルギー量の分布を計測し、露光を、画素ブロックごとに制御することができる。
すなわち、各画素ブロックに対応する測光画素11、つまり、各画素ブロックに含まれる測光画素11が出力する電気信号(測光結果)から、受光面に入射する光の光量に対する測距画素21の(電荷の)飽和の有無を、画素ブロックごとに判定し、その判定の結果に応じて、測距画素21の露光を、画素ブロックごとに制御することができる。
ここで、測距センサ20が、測光センサ10を兼ねない場合であっても、測光センサ10が出力する電気信号に応じて、測距センサ20の測距画素21の飽和の有無を、画素ブロックごとに判定することができる。
すなわち、測光センサ10及び測距センサ20が受光する光が、(ほぼ)一致していれば、測距センサ20のある画素ブロックBに入射する光の光量は、測光センサ10の、画素ブロックBに対応する測光画素11、すなわち、画素ブロックBに対応するエリアに配置された測光画素11が出力する電気信号から把握することができる。したがって、測距センサ20の画素ブロックBの測距画素21の飽和の有無は、その画素ブロックBに対応する測光画素11が出力する電気信号から判定することができる。
なお、イメージセンサ30も、測距センサ20と同様に、測距センサ10を兼ねることができる。すなわち、上述の図5の説明は、「測距センサ20」及び「測距画素21」を、それぞれ、「イメージセンサ30」及び「撮像画素31」に読み替えることができる。
また、測光センサ10を兼ねる測距センサ20では、その測距センサ20を構成する1の(半導体)基板上に、図5に示したように、測光画素11と測距画素21を配置すること、すなわち、測光画素11と測距画素21とを同一基板上に配置することができる。
さらに、測光センサ10を兼ねる測距センサ20では、測距センサ20を積層構造に構成し、測距センサ20を構成する1の基板上に、測光画素11を配置し、測距センサ20を構成する他の基板上に、測距画素21を配置することができる。
すなわち、測光センサ10を兼ねる測距センサ20は、測光画素11が配置された基板と、測距画素21が配置された基板とを積層して構成することができる。
以上の点、測光センサ10を兼ねるイメージセンサ30についても、同様である。
図6は、測光センサ10を兼ねる測距センサ20の他の構成例の概略を示す側面図である。
図6では、測距センサ20は、測光画素11が配置された基板61と、測距画素21が配置された基板62とが積層された積層構造になっている。
図6の測距センサ20においては、例えば、上面側から見たときに、測光画素11及び測距画素21を、図5の同様のパターンで、基板61及び62にそれぞれ配置することができる。
図6では、測光画素11が配置された基板61が、上側(光が入射する側)に配置され、測距画素21が配置された基板62が、下側に配置されている。
下側の基板62に配置された測距画素21に対向する、上側の基板61の部分は、例えば、下側の基板62に光が透過するように、透明な材料で構成することができる。
なお、測光センサ10を兼ねるイメージセンサ30も、図6の測光センサ10を兼ねる測距センサ20と同様に、積層構造に構成することができる。
図7は、測光画素11の構成例を示す図である。
測距センサ20又はイメージセンサ30が、測光センサ10を兼ねる場合、測距センサ20又はイメージセンサ30の各画素ブロックは、測光画素11として、例えば、画素タイプpa,pb,pc,pd,pe,pf,pg等の複数の画素タイプの画素を有する。
測距センサ20又はイメージセンサ30が、測光センサ10を兼ねない場合、測光センサ10は、測距センサ20又はイメージセンサ30の各画素ブロックに対応する、受光面の各エリアに、例えば、画素タイプpa,pb,pc,pd,pe,pf,pg等の複数の画素タイプの画素を有する。
画素タイプpaないしpgの画素は、その開口部が、適宜、遮光膜で遮光されており、開口率が異なっている。
画素タイプpaの画素については、開口部が遮光されておらず、開口率が1(100%)になっている。画素タイプpbないしpgの画素については、開口部の一部が遮光され、それぞれ、開口率が、例えば、0.75,0.66,0.5,0.33,0.25,0.1になっている。
ここで、測距センサ20又はイメージセンサ30が、測光センサ10を兼ねる場合の、測距センサ20又はイメージセンサ30の画素ブロックが有する測光画素11、及び、測距センサ20又はイメージセンサ30が、測光センサ10を兼ねない場合の、測距センサ20又はイメージセンサ30の画素ブロックに対応する、測光センサ10の受光面のエリアの測光画素11を、いずれも、画素ブロックに対応する測光画素11ともいう。
1個の画素ブロックに対応する測光画素11としては、少なくも、画素タイプpaないしpgの画素を1画素ずつ採用することができる。
さらに、1個の画素ブロックに対応する測光画素11としての画素タイプpaないしpgの画素それぞれの数は、同一の数であっても良いし、異なる数であっても良い。
また、1個の画素ブロックに対応する測光画素11には、画素タイプpaないしpgの画素の他、開口部が完全に遮光された遮光画素(開口率が0の画素)を採用することができる。
<画素飽和抑制法>
図8は、測距画素21及び撮像画素31の飽和を抑制する第1の画素飽和抑制法を説明する図である。
画素ブロックに対応する測光画素11によれば、各フレームにおいて、測距センサ20又はイメージセンサ30に入射する光の光量を測定し、複雑な演算をすることなく、画素ブロックの測距画素21又は撮像画素31の露光制御(駆動制御)を行って、その画素ブロックの測距画素21又は撮像画素31を抑制することができる。
ここで、測距センサ20の測距の精度を向上させる方法としては、例えば、発光部22が発光する電磁波(赤外線等)の強度を大にする方法がある。さらに、測距の精度を向上させる方法としては、発光部22が発光する電磁波が正弦波である場合には、その正弦波の周波数を高める方法があり、発光部22が発光する電磁波がパルスである場合には、そのパルスのパルス幅を短くする方法がある。
以上のように、発光部22が発行する電磁波としての正弦波の周波数を高めることや、電磁波としてのパルスのパルス幅を短くすることができるように、測距センサ20は、測距画素21の露光として、ナノ秒レベルの短時間の露光を行う高速動作が可能な構成になっている。
測距センサ20(の測距画素21)や、イメージセンサ30(の撮像画素31)において、ナノ秒レベルの短時間の露光を行うことができる場合、以下のような第1の画素飽和抑制法や第2の画素飽和抑制法により、測距画素21や撮像画素31の飽和を抑制することができる。
第1の画素飽和抑制法では、測距画素21又は撮像画素31の画素ブロックごとに、その画素ブロックに対応する測光画素11が出力する電気信号(測光結果)に応じて、露光時間を適切に設定する露光制御を行うことで、1フレームにおける測距画素21及び撮像画素31の飽和を抑制する。
第1の画素飽和抑制法によれば、測距画素21及び撮像画素31の飽和として、測距画素21及び撮像画素31で光電変換により得られる電気信号としての電荷が溢れることを抑制することができる。
第2の画素飽和抑制法は、測距画素21又は撮像画素31に対して、短い露光時間での露光を1フレーム内で繰り返し、各露光での測距画素21又は撮像画素31から出力される電気信号(露光結果)を、メモリ等の記憶手段を用いて加算して、その加算値を、測距画素21及び撮像画素31の画素値とすることを前提とする。
第2の画素飽和抑制法では、測距画素21又は撮像画素31の画素ブロックごとに、その画素ブロックに対応する測光画素11が出力する電気信号(測光結果)に応じて、測距画素21又は撮像画素31の露光結果を加算する加算数(例えば、加算の対象の露光結果の数)を適切に設定する露光制御を行うことで、1フレームにおける測距画素21及び撮像画素31の飽和を抑制する。
第2の画素飽和抑制法によれば、測距画素21及び撮像画素31の飽和として、測距画素21及び撮像画素31の画素値が最大値(測距画素21及び撮像画素31で蓄積することができる最大の電荷量に対応する画素値)を超えることを抑制することができる。
以上のように、画素ブロックごとに露光制御を行って、測距画素21及び撮像画素31の飽和を抑制することにより、測距画素21の画素値(距離を表す)で構成される画像や、撮像画素31の画素値で構成される画像のダイナミックレンジを大にすることができる。
ここで、以下、測距画像21及び撮像画素31の両方、又は、一方を、受光画素ともいう。
図8において、画素タイプは、図7で説明した画素タイプpaないしpgを表す。開口率比は、各画素タイプの開口率と、100%の開口率との比の値(比がa:bであるときのa/bで、ここでは、各画素タイプの開口率に等しい)を表す。露光時間比は、測光画素11の露光時間である測光露光時間と、受光画素の露光時間である受光露光時間との比の値を表す。露光時間比は、開口率比に一致する。
第1の画素飽和抑制法では、まず、ある時間を測光露光時間として、その測光露光時間の露光が行われる。そして、測光露光時間の露光によって、画素タイプpaないしpgの測光画素11それぞれが、飽和状態であるか、又は、不飽和状態であるかが判定される。
いま、図8の飽和パターン1に示すように、画素タイプpaないしpgのすべての測光画素11が不飽和状態である場合、例えば、その不飽和状態の測光画素11の中で、開口率比が最大の画素タイプpaの測光画素11の露光時間比を用いて、受光露光時間が設定される。
すなわち、測光露光時間に、画素タイプpaの測光画素11の露光時間比を乗算して得られる乗算値が、受光露光時間に設定される。画素タイプpaの測光画素11の露光時間比は、1であるため、画素タイプpaの測光画素11の露光時間比を用いて、受光露光時間が設定される場合、受光露光時間は、測光露光時間と同一の時間に設定される。
図8の飽和パターン2に示すように、画素タイプpaないしpgのうちの、画素タイプpaないしpcそれぞれの測光画素11が飽和状態で、残りの画素タイプpdないしpgの測光画素11が不飽和状態である場合、例えば、不飽和状態の測光画素11の中で、開口率比が最大の画素タイプpdの測光画素11の露光時間比を用いて、受光露光時間が設定される。
すなわち、測光露光時間に、画素タイプpdの測光画素11の露光時間比を乗算して得られる乗算値が、受光露光時間に設定される。画素タイプpdの測光画素11の露光時間比は、0.5であるため、画素タイプpdの測光画素11の露光時間比を用いて、受光露光時間が設定される場合、受光露光時間は、測光露光時間の0.5倍の時間に設定される。
図9は、測距センサ20を用いた測距処理、及び、イメージセンサ30を用いた撮像処理の例を説明するフローチャートである。
ステップS11において、制御部41は、所定のデフォルトの時間を、測光露光時間に設定し、処理は、ステップS12に進む。
ステップS12では、制御部41は、測光センサ10を制御することにより、測光露光時間の露光を行わせることにより、測光画素11に、測光露光時間だけ光を受光させて、測光を行う。
測光画素11の測光結果は、処理部42を介して、制御部41に供給され、処理は、ステップS12からステップS13に進む。
ステップS13では、制御部41は、測光画素11の測光結果に応じて、画素ブロックごとの測距画素21/撮像画素31の露光制御を行い、処理は、ステップS14に進む。
ここで、ステップS13の露光制御では、第1又は第2の画素飽和抑制法により、測距画素21/撮像画素31の飽和が抑制される。
ステップS14では、測距センサ21/イメージセンサ30は、ステップS13での制御部41による画素ブロックごとの露光制御に従って露光を行うことにより、測距画素21/撮像画素31で光を受光して測距/撮像を行い、処理は終了する。
図10は、図9のステップS13で行われる、第1の画素飽和抑制法により測距画素21/撮像画素31の飽和を抑制する露光制御の処理の例を説明するフローチャートである。
図10のフローチャートに従った処理は、各画素ブロックについて行われる。ここでは、ある画素ブロックを注目する注目ブロックとして、その注目ブロックの露光制御を説明する。
ステップS21において、制御部41は、注目ブロックに対応する画素タイプpaの測光画素11が飽和しているかどうかを判定する。
ステップS21において、画素タイプpaの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS22に進む。
ステップS22では、制御部41は、画素タイプpaの測光画素11の露光時間比(図8)を用いて受光露光時間を設定し、処理は、リターンする。すなわち、制御部41は、画素タイプpaの測光画素11の露光時間比と現在の測光露光時間との乗算値を、受光露光時間に設定する。
ステップS21において、画素タイプpaの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS23に進み、制御部41は、注目ブロックに対応する画素タイプpbの測光画素11が飽和しているかどうかを判定する。
ステップS23において、画素タイプpbの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS24に進む。
ステップS24では、制御部41は、画素タイプpbの測光画素11の露光時間比を用いて受光露光時間を設定し、処理は、リターンする。すなわち、制御部41は、画素タイプpbの測光画素11の露光時間比と現在の測光露光時間との乗算値を、受光露光時間に設定する。
ステップS23において、画素タイプpbの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS25に進み、制御部41は、注目ブロックに対応する画素タイプpcの測光画素11が飽和しているかどうかを判定する。
ステップS25において、画素タイプpcの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS26に進む。
ステップS26では、制御部41は、画素タイプpcの測光画素11の露光時間比を用いて受光露光時間を設定し、処理は、リターンする。すなわち、制御部41は、画素タイプpcの測光画素11の露光時間比と現在の測光露光時間との乗算値を、受光露光時間に設定する。
ステップS25において、画素タイプpcの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS27に進み、制御部41は、注目ブロックに対応する画素タイプpdの測光画素11が飽和しているかどうかを判定する。
ステップS27において、画素タイプpdの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS28に進む。
ステップS28では、制御部41は、画素タイプpdの測光画素11の露光時間比を用いて受光露光時間を設定し、処理は、リターンする。すなわち、制御部41は、画素タイプpdの測光画素11の露光時間比と現在の測光露光時間との乗算値を、受光露光時間に設定する。
ステップS27において、画素タイプpdの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS29に進み、制御部41は、注目ブロックに対応する画素タイプpeの測光画素11が飽和しているかどうかを判定する。
ステップS29において、画素タイプpeの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS30に進む。
ステップS30では、制御部41は、画素タイプpeの測光画素11の露光時間比を用いて受光露光時間を設定し、処理は、リターンする。すなわち、制御部41は、画素タイプpeの測光画素11の露光時間比と現在の測光露光時間との乗算値を、受光露光時間に設定する。
ステップS29において、画素タイプpeの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS31に進み、制御部41は、注目ブロックに対応する画素タイプpfの測光画素11が飽和しているかどうかを判定する。
ステップS31において、画素タイプpfの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS32に進む。
ステップS32では、制御部41は、画素タイプpfの測光画素11の露光時間比を用いて受光露光時間を設定し、処理は、リターンする。すなわち、制御部41は、画素タイプpfの測光画素11の露光時間比と現在の測光露光時間との乗算値を、受光露光時間に設定する。
ステップS31において、画素タイプpfの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS33に進み、制御部41は、注目ブロックに対応する画素タイプpgの測光画素11が飽和しているかどうかを判定する。
ステップS33において、画素タイプpgの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS34に進む。
ステップS34では、制御部41は、画素タイプpgの測光画素11の露光時間比を用いて受光露光時間を設定し、処理は、リターンする。すなわち、制御部41は、画素タイプpgの測光画素11の露光時間比と現在の測光露光時間との乗算値を、受光露光時間に設定する。
ステップS33において、画素タイプpgの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS35に進む。
ステップS35では、制御部41は、現在の測光露光時間よりも短い時間を、新たな測光露光時間に設定し、測光センサ10を制御することにより、新たな測光露光時間の露光を行わせ、その露光により得られる測光画素11の測光結果を受信する。そして、処理は、ステップS35からステップS21に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。
図10の露光制御の処理からリターンした後は、図9のステップS14において、受光画素(測距画素21/撮像画素31)について、図10の露光制御の処理で設定された受光露光時間の露光が行われる。
ここで、図7で説明したように、測光画素11には、画素タイプpaないしpgの画素の他、遮光画素を含めることができる。測光画素11に遮光画素が含まれる場合、遮光画素の画素値(測光結果)が所定の閾値以上であるときには、環境光が強すぎるために、受光画素の飽和を抑制することが困難であるとして、制御部41は、エラーメッセージを出力することができる。あるいは、制御部41は、例えば、図示せぬ絞りを絞る等の、受光画素に入射する光の光量を低下させる光量低下制御が可能である場合には、そのような光量低下制御を行うことができる。
図11は、図9のステップS13で行われる、第1の画素飽和抑制法により測距画素21/撮像画素31の飽和を抑制する露光制御の処理の他の例を説明するフローチャートである。
図11のフローチャートに従った処理は、各画素ブロックについて行われる。ここでは、ある画素ブロックを注目する注目ブロックとして、その注目ブロックの露光制御を説明する。
ステップS51において、制御部41は、注目ブロックに対応する画素タイプpgの測光画素11が飽和しているかどうかを判定する。
ステップS51において、画素タイプpgの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS52に進む。
ステップS52では、制御部41は、現在の測光露光時間よりも短い時間を、新たな測光露光時間に設定し、測光センサ10を制御することにより、新たな測光露光時間の露光を行わせ、その露光により得られる測光画素11の測光結果を受信する。そして、処理は、ステップS52からステップS51に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。
そして、ステップS51において、画素タイプpgの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS53に進み、制御部41は、注目ブロックに対応する画素タイプpfの測光画素11が飽和しているかどうかを判定する。
ステップS53において、画素タイプpfの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS54に進み、制御部41は、画素タイプpgの測光画素11の露光時間比を用いて受光露光時間を設定して、処理は、リターンする。
ステップS53において、画素タイプpfの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS55に進み、制御部41は、注目ブロックに対応する画素タイプpeの測光画素11が飽和しているかどうかを判定する。
ステップS55において、画素タイプpeの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS56に進み、制御部41は、画素タイプpfの測光画素11の露光時間比を用いて受光露光時間を設定して、処理は、リターンする。
ステップS55において、画素タイプpeの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS57に進み、制御部41は、注目ブロックに対応する画素タイプpdの測光画素11が飽和しているかどうかを判定する。
ステップS57において、画素タイプpdの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS58に進み、制御部41は、画素タイプpeの測光画素11の露光時間比を用いて受光露光時間を設定して、処理は、リターンする。
ステップS57において、画素タイプpdの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS59に進み、制御部41は、注目ブロックに対応する画素タイプpcの測光画素11が飽和しているかどうかを判定する。
ステップS59において、画素タイプpcの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS60に進み、制御部41は、画素タイプpdの測光画素11の露光時間比を用いて受光露光時間を設定して、処理は、リターンする。
ステップS59において、画素タイプpcの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS61に進み、制御部41は、注目ブロックに対応する画素タイプpbの測光画素11が飽和しているかどうかを判定する。
ステップS61において、画素タイプpbの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS62に進み、制御部41は、画素タイプpcの測光画素11の露光時間比を用いて受光露光時間を設定して、処理は、リターンする。
ステップS61において、画素タイプpbの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS63に進み、制御部41は、注目ブロックに対応する画素タイプpaの測光画素11が飽和しているかどうかを判定する。
ステップS63において、画素タイプpaの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS64に進み、制御部41は、画素タイプpbの測光画素11の露光時間比を用いて受光露光時間を設定して、処理は、リターンする。
ステップS63において、画素タイプpaの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS65に進む。
ステップS65では、制御部41は、現在の測光露光時間よりも長い時間を、新たな測光露光時間に設定し、測光センサ10を制御することにより、新たな測光露光時間の露光を行わせ、その露光により得られる測光画素11の測光結果を受信する。そして、処理は、ステップS65からステップS51に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。
図11の露光制御の処理からリターンした後は、図9のステップS14において、受光画素(測距画素21/撮像画素31)について、図11の露光制御の処理で設定された受光露光時間の露光が行われる。
図12は、測距画素21及び撮像画素31の飽和を抑制する第2の画素飽和抑制法を説明する図である。
第2の画素飽和抑制法は、図8で説明したように、受光画素に対して、短い露光時間での露光を1フレーム内で繰り返し、各露光での受光画素の露光結果を加算して、その加算値を、受光画素の画素値とすることを前提とする。そして、第2の画素飽和抑制法では、受光画素の露光結果を加算する加算数(例えば、加算の対象の露光結果の数)が適切な値、すなわち、測距画素21及び撮像画素31の飽和を抑制する値に設定される。
図12は、図8の露光時間比に代えて、加算数が記載されていることを除いて、図8と同様の図になっている。
上述のように、第2の画素飽和抑制法では、短い露光時間での露光を1フレーム内で繰り返し、各露光での受光画素の露光結果を加算するが、図12において、加算数は、その加算の対象の露光結果の数を表す。
いま、1フレームでの露光の回数をN回とすると、図12では、そのN回を、基準となる基準加算数として、各画素タイプに、その画素タイプの測光画素11の開口比率と基準加算数Nとの乗算値が、加算数として対応付けられている。
第2の画素飽和抑制法では、第1の画素飽和抑制法と同様に、まず、測光露光時間の露光が行われ、その露光によって、画素タイプpaないしpgの測光画素11それぞれが、飽和状態であるか、又は、不飽和状態であるかが判定される。
いま、図12の飽和パターン1に示すように、画素タイプpaないしpgのすべての測光画素11が不飽和状態である場合、例えば、その不飽和状態の測光画素11の中で、開口率比が最大の画素タイプpaに対応付けられている加算数Nが、加算の対象の受光画素の露光結果の数に設定される。
図12の飽和パターン2に示すように、画素タイプpaないしpgのうちの、画素タイプpaないしpcそれぞれの測光画素11が飽和状態で、残りの画素タイプpdないしpgの測光画素11が不飽和状態である場合、例えば、不飽和状態の測光画素11の中で、開口率比が最大の画素タイプpdに対応付けられている加算数0.5Nが、加算の対象の受光画素の露光結果の数に設定される。
図13は、図9のステップS13で行われる、第2の画素飽和抑制法により受光画素(測距画素21/撮像画素31)の飽和を抑制する露光制御の処理の例を説明するフローチャートである。
図13のフローチャートに従った処理は、各画素ブロックについて行われる。ここでは、ある画素ブロックを注目する注目ブロックとして、その注目ブロックの露光制御を説明する。
ステップS70において、制御部41は、現在の測光露光時間に応じて、例えば、その現在の測光露光時間に比例する時間を、1フレーム内で繰り返し行う受光画素の各露光の受光露光時間に設定し、処理は、ステップS71に進む。
ステップS71,S73,S75,S77,S79,S81,S83では、図10のステップS21,S23,S25,S27,S29,S31,S33と同様の判定の処理がそれぞれ行われる。
そして、ステップS71において、画素タイプpaの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS72に進む。
ステップS72では、制御部41は、画素タイプpaに対応付けられている加算数(図12)を、加算の対象の受光画素の露光結果の数に設定し、処理は、リターンする。
ステップS73において、画素タイプpbの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS74に進む。
ステップS74では、制御部41は、画素タイプpbに対応付けられている加算数を、加算の対象の受光画素の露光結果の数に設定し、処理は、リターンする。
ステップS75において、画素タイプpcの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS76に進む。
ステップS76では、制御部41は、画素タイプpcに対応付けられている加算数を、加算の対象の受光画素の露光結果の数に設定し、処理は、リターンする。
ステップS77において、画素タイプpdの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS78に進む。
ステップS78では、制御部41は、画素タイプpdに対応付けられている加算数を、加算の対象の受光画素の露光結果の数に設定し、処理は、リターンする。
ステップS79において、画素タイプpeの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS80に進む。
ステップS80では、制御部41は、画素タイプpeに対応付けられている加算数を、加算の対象の受光画素の露光結果の数に設定し、処理は、リターンする。
ステップS81において、画素タイプpfの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS82に進む。
ステップS82では、制御部41は、画素タイプpfに対応付けられている加算数を、加算の対象の受光画素の露光結果の数に設定し、処理は、リターンする。
ステップS83において、画素タイプpgの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS84に進む。
ステップS84では、制御部41は、画素タイプpgに対応付けられている加算数を、加算の対象の受光画素の露光結果の数に設定し、処理は、リターンする。
また、ステップS83において、画素タイプpgの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS85に進む。
ステップS85では、制御部41は、図10のステップS35と同様に、現在の測光露光時間よりも短い時間を、新たな測光露光時間に設定し、測光センサ10を制御することにより、新たな測光露光時間の露光を行わせ、その露光により得られる測光画素11の測光結果を受信する。そして、処理は、ステップS85からステップS70に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。
図13の露光制御の処理からリターンした後は、図9のステップS14において、受光画素(測距画素21/撮像画素31)について、受光露光時間の露光が1フレーム内で繰り返し行われる。そして、各露光での受光画素の露光結果のうちの加算数だけの露光結果が加算され、その結果得られる加算値が、受光画素の画素値として求められる。
図14は、図9のステップS13で行われる、第2の画素飽和抑制法により受光画素の飽和を抑制する露光制御の処理の他の例を説明するフローチャートである。
図14のフローチャートに従った処理は、各画素ブロックについて行われる。ここでは、ある画素ブロックを注目する注目ブロックとして、その注目ブロックの露光制御を説明する。
ステップS90において、図13のステップS70と同様の処理が行われ、処理は、ステップS91に進む。
ステップS91,S93,S95,S97,S99,S101,S103では、図11のステップS51,S53,S55,S57,S59,S61,S63と同様の判定の処理がそれぞれ行われる。
そして、ステップS91において、画素タイプpgの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS92に進む。
ステップS92では、制御部41は、図11のステップS52と同様に、現在の測光露光時間よりも短い時間を、新たな測光露光時間に設定し、測光センサ10を制御することにより、新たな測光露光時間の露光を行わせ、その露光により得られる測光画素11の測光結果を受信する。そして、処理は、ステップS92からステップS90に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。
ステップS93において、画素タイプpfの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS94に進み、制御部41は、画素タイプpgに対応付けられている加算数を、加算の対象の受光画素の露光結果の数に設定して、処理は、リターンする。
ステップS95において、画素タイプpeの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS96に進み、制御部41は、画素タイプpfに対応付けられている加算数を、加算の対象の受光画素の露光結果の数に設定して、処理は、リターンする。
ステップS97において、画素タイプpdの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS98に進み、制御部41は、画素タイプpeに対応付けられている加算数を、加算の対象の受光画素の露光結果の数に設定して、処理は、リターンする。
ステップS99において、画素タイプpcの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS100に進み、制御部41は、画素タイプpdに対応付けられている加算数を、加算の対象の受光画素の露光結果の数に設定して、処理は、リターンする。
ステップS101において、画素タイプpbの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS102に進み、制御部41は、画素タイプpcに対応付けられている加算数を、加算の対象の受光画素の露光結果の数に設定して、処理は、リターンする。
ステップS103において、画素タイプpaの測光画素11が飽和していると判定された場合、処理は、ステップS104に進み、制御部41は、画素タイプpbに対応付けられている加算数を、加算の対象の受光画素の露光結果の数に設定して、処理は、リターンする。
ステップS103において、画素タイプpaの測光画素11が飽和していないと判定された場合、処理は、ステップS105に進む。
ステップS105では、制御部41は、図11のステップS65と同様に、現在の測光露光時間よりも長い時間を、新たな測光露光時間に設定し、測光センサ10を制御することにより、新たな測光露光時間の露光を行わせ、その露光により得られる測光画素11の測光結果を受信する。そして、処理は、ステップS105からステップS90に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。
図14の露光制御の処理からリターンした後は、図9のステップS14において、受光画素(測距画素21/撮像画素31)について、受光露光時間の露光が1フレーム内で繰り返し行われる。そして、各露光での受光画素の露光結果のうちの加算数だけの露光結果が加算され、その結果得られる加算値が、受光画素の画素値として求められる。
<本技術を適用した電子機器としてのディジタルカメラ>
図15は、本技術を適用したディジタルカメラの第1の構成例の概略を示す側面の断面図である。
ここで、ToFセンサである測距センサ20は、ナノ秒レベルの短時間の露光が可能な高速動作を行うことができるので、測距センサ20の受光面が一括露光されても(受光面の全体が露光されても)、画素ブロックごとに露光時間を制御することができる。
ところで、イメージセンサ30としては、例えば、CMOS(Complemental Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサを採用することができる。
CMOSイメージセンサとしては、画素で構成される受光面と、画素を駆動するドライバ回路(及びその他の周辺回路)とが同一基板上に形成された第1のイメージセンサがある。
第1のイメージセンサでは、例えば、受光面の水平方向に、1行に並ぶ画素を駆動する駆動信号線が各行(の画素)に配線されるとともに、受光面が形成された基板上の、例えば、受光面の左又は右に隣接する位置に、ドライバ回路が配置される。
そして、第1のイメージセンサでは、ドライバ回路から、駆動信号線を介して、1行に並ぶ画素を駆動することにより、1行ごとに、その1行に並ぶ各列の画素から信号が並列に読み出される。
第1のイメージセンサの時定数は、受光面(画素が配置されているエリア)のサイズに支配される。そのため、第1のイメージセンサを、ToFセンサである測距センサ20のように高速動作させ、画素ブロックごとに露光時間を制御することは、困難である。
第1のイメージセンサを高速動作させる方法としては、例えば、各行に配線された駆動信号線を短く分割し、時定数を小にする方法がある。
しかしながら、受光面に隣接する位置にドライバ回路が配置される第1のイメージセンサでは、各行に配線された駆動信号線を短く分割する場合には、受光面内の、駆動信号線が分割された位置に、分割後の駆動信号線に接続された画素を駆動するドライバ回路(又はバッファ)を設ける必要がある。その結果、受光面、ひいては、イメージセンサのサイズが大になる。
そこで、イメージセンサ30としては、第1のイメージセンサではなく、第2の(CMOS)イメージセンサを採用することができる。
第2のイメージセンサは、画素で構成される受光面を有する基板である画素基板と、受光面上の画素を駆動するドライバ回路が形成された基板である回路基板との少なくとも2の基板が積層され、各基板が電気的に接続された積層構造を有する。
第2のイメージセンサは、以上のように積層構造を有するので、画素基板の、分割後の駆動信号線と、回路基板のドライバ回路との接続を、駆動信号線が分割された位置で、受光面と直交する方向の短い配線によって行うことができる。
したがって、第2のイメージセンサによれば、第1のイメージセンサのように、受光面内の、駆動信号線が分割された位置に、分割後の駆動信号線に接続された画素を駆動するドライバ回路を設けることなく、時定数を小にし、高速動作を行うことが可能となる。
その結果、第2のイメージセンサによれば、ToFセンサである測距センサ20と同様に、短時間の露光が可能となり、画素ブロックごとに露光時間を制御することが可能となる。
イメージセンサ30としては、例えば、以上のような第2のイメージセンサを採用することができる。
イメージセンサ30として、第2のイメージセンサを採用することにより、1フレームの画素ブロックごとに露光時間を制御することが可能となり、図8で説明したように、イメージセンサ30の撮像画素31の画素値で構成される画像のダイナミックレンジを大にすることができる。
図15において、ディジタルカメラは、例えば、図3の受光装置を適用したディジタルカメラであり、イメージセンサ30、及び、光学系101を有する。
光学系101は、レンズや絞り等で構成され、被写体からの光を、イメージセンサ30の受光面上に集光する。
図15において、イメージセンサ30は、例えば、図5で説明したように、測光センサ10を兼ねるイメージセンサであり、光学系101からの光を受光することにより、測光及び撮像を行う。
図15のディジタルカメラにおいて、制御部41(図15では図示せず)は、イメージセンサ30の各画素ブロック(図5)の測光画素11を制御することにより、測光露光時間の露光を行わせる。測光画素11は、制御部41の制御に従い、測光露光時間だけ光を受光して、測光を行う。
制御部41は、測光画素11が測光を行うことにより得られる測光結果を取得し、各画素ブロックの測光結果に応じて、その画素ブロックの撮像画素31の露光制御を行う。
イメージセンサ30の各画素ブロックの撮像画素31は、制御部41の露光制御に従った露光により、光を受光して撮像を行い、その光の光量に応じた画素値を出力する。
画素ブロックの測光結果に応じて、その画素ブロックの撮像画素31の露光制御を行うには(測距画素21の露光制御についても同様)、測光センサ10の測光結果から、各画素ブロックの測光結果を特定することが必要である。画素ブロックの撮像画素31の露光制御は、その画素ブロックの測光結果に応じて行われるからである。
画素ブロックの測光結果を特定する方法としては、イメージセンサ30で受光される光と同一の光を、測光センサ10で受光する方法、すなわち、測光センサ10及びイメージセンサ30で同一の光を受光する方法がある。
また、画素ブロックの測光結果を特定する方法としては、測光センサ10が、イメージセンサ30で受光される光と(僅かに)異なる光を受光する場合に、後述する位置合わせキャリブレーションを行う方法がある。
図15のディジタルカメラでは、イメージセンサ30は、測光センサ10を兼ねるため、測光センサ10も、イメージセンサ30も、光学系101を通過した同一の光を受光する。
いま、イメージセンサ30の撮像画素31の撮像結果を画素値とする画像を撮像画像ともいい、測光センサ10の測光画素11の測光結果を画素値とする画像を測光画像ともいうこととする。また、説明の便宜上、撮像画像に、図5で説明した画素ブロックを導入する。
測光センサ10及びイメージセンサ30が、光学系101を通過した同一の光を受光する場合には、撮像画像の画素ブロックのうちの、注目する注目ブロックの測光結果として、測光画像の、注目ブロックと対応するエリア(撮像画像と測光画像とが同一サイズである場合には、注目ブロックと一致するエリア)内の画素値となっている測光結果を特定することができる。
測光センサ10及びイメージセンサ30で同一の光を受光するケースには、測光センサ10及びイメージセンサ30が、光学系101のような同一の光学系を通過した同一の光を受光するケースの他、例えば、入射する光について、ミラーやプリズム等の光学部品による反射や、屈折、分割が行われた後の光を受光するケース、測光センサ10及びイメージセンサ30で受光される光のうちの一方が固有の光学部品を経由するケース等が含まれる。
図16は、本技術を適用したディジタルカメラの第2の構成例の概略を示す断面図である。
図16において、ディジタルカメラは、例えば、図3の受光装置を適用した1眼レフのディジタルカメラであり、イメージセンサ30、光学系111、可動ミラー112、及び、EVF(Electric View Finder)用センサ113を有する。
光学系111は、図示せぬレンズや絞り等で構成され、被写体からの光Lを集光する。
可動ミラー112は、平板形状のミラーであり、イメージセンサ30での撮像を行っていないときには、図16のAに示すように、右上がりの姿勢になって、光学系111を通過した光を、ディジタルカメラの上部に反射する。
また、可動ミラー112は、イメージセンサ30での撮像を行うときには、図16のBに示すように、水平の姿勢になって、光学系111を通過した光を、イメージセンサ30に入射させる。
可動ミラー112は、図示せぬレリーズボタンが操作されたときに、図16のBに示すように、水平の姿勢になり、レリーズボタンが操作されていないときに、図16のAに示すように、右上がりの姿勢になる。
EVF用センサ113は、可動ミラー112で反射された光を受光することにより、図示せぬEVFで表示するEVF用画像を撮像する。
EVF用センサ113は、測光センサ10を兼ねるイメージセンサであり、可動ミラー112で反射された光を受光することにより、EVF用画像の撮像を行う他、測光も行う。
図16において、イメージセンサ30は、測光センサ10を兼ねないイメージセンサであり、レリーズボタンが操作された場合に、光学系111からの光を受光することにより、撮像を行う。
図16のディジタルカメラでは、レリーズボタンが操作されていないときには、図16のAに示すように、可動ミラー112が右上がりの姿勢になり、光学系111を通過した光が、可動ミラー112で反射され、測光センサ10を兼ねるEVF用センサ113に入射する。
制御部41(図16では図示せず)は、測光センサ10を兼ねるEVF用センサ113を制御することにより、測光露光時間の露光を行わせ(可動ミラー112で反射された光を受光させ)、その露光により行われる測光の測光結果を取得する。
その後、レリーズボタンが操作されると、制御部41は、各画素ブロックの最新の測光結果に応じて、その画素ブロックの撮像画素31の露光制御を行う。
レリーズボタンが操作されると、図16のBに示すように、可動ミラー112が水平の姿勢になり、光学系111を通過した光は、イメージセンサ30に入射する。
イメージセンサ30の各画素ブロックの撮像画素31は、制御部41の露光制御に従った露光により、光学系111を通過した光を受光して撮像を行い、その光の光量に応じた画素値を出力する。
図17は、本技術を適用したディジタルカメラの第3の構成例の概略を示す断面図である。
なお、図中、図16の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。
図17において、ディジタルカメラは、イメージセンサ30、光学系111、可動ミラー112、EVF用センサ113、及び、EVF用光学系121を有する。
したがって、図17のディジタルカメラは、イメージセンサ30、光学系111、可動ミラー112、及び、EVF用センサ113を有する点で、図16の場合と共通し、EVF用光学系121が新たに設けられている点で、図16の場合と相違する。
EVF用光学系121は、例えば、光学フィルタやレンズ等の、EVF用センサ113に固有の光学部品であり、EVF用センサ113の、光が入射する側に設けられている。
したがって、EVF用センサ113では、EVF用光学系121を通過(経由)した光が受光される。
図17のディジタルカメラのその他の動作は、図16の場合と同様であり、その説明は、省略する。
図18は、本技術を適用したディジタルカメラの第4の構成例の概略を示す断面図である。
なお、図中、図16の場合と対応する部分については、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。
図18において、ディジタルカメラは、測光センサ10、イメージセンサ30、光学系111、可動ハーフミラー131、可動ミラー132、ペンタプリズム133、及び、ビューファインダ134を有する。
したがって、図18のディジタルカメラは、イメージセンサ30及び光学系111を有する点で、図16の場合と共通する。
但し、図18のディジタルカメラは、可動ミラー112及びEVF用センサ113を有しない点、並びに、可動ハーフミラー131、可動ミラー132、ペンタプリズム133、及び、ビューファインダ134を有する点で、図16の場合と相違する。
可動ハーフミラー131は、平板形状のハーフミラーであり、イメージセンサ30での撮像を行っていないときには、図18のAに示すように、右上がりの姿勢になって、光学系111を通過した光の一部を、ディジタルカメラの上部に反射するとともに、残りの光を通過させる。
また、可動ハーフミラー131は、イメージセンサ30での撮像を行うときには、図18のBに示すように、可動ミラー132とともに、水平の姿勢になって、光学系111を通過した光を、イメージセンサ30に入射させる。
可動ハーフミラー131は、図示せぬレリーズボタンが操作されたときに、図18のBに示すように、水平の姿勢になり、レリーズボタンが操作されていないときに、図18のAに示すように、右上がりの姿勢になる。
可動ミラー132は、平板形状のミラーであり、イメージセンサ30での撮像を行っていないときには、図18のAに示すように、左上がりの姿勢になって、可動ハーフミラー131を通過した光を、ディジタルカメラの下部に反射し、測光センサ10に入射させる。
また、可動ミラー132は、イメージセンサ30での撮像を行うときには、図18のBに示すように、可動ハーフミラー131とともに、水平の姿勢になって、光学系111を通過した光を、イメージセンサ30に入射させる。
可動ミラー132は、図示せぬレリーズボタンが操作されたときに、図18のBに示すように、水平の姿勢になり、レリーズボタンが操作されていないときに、図18のAに示すように、左上がりの姿勢になる。
ペンタプリズム133は、可動ハーフミラー131で反射された光を適切に反射して、ビューファインダ134に出射する。
ビューファインダ134には、ペンタプリズム133からの光が入射する。これにより、ユーザは、ビューファインダ134を覗くことで、イメージセンサ30で撮像される像(画像)を確認することができる。
ここで、図18において、イメージセンサ30は、図16で説明したように、測光センサ10を兼ねないイメージセンサである。
図18のディジタルカメラでは、レリーズボタンが操作されていないときには、図18のAに示すように、可動ハーフミラー131は、右上がりの姿勢になり、可動ミラー132は、左上がりの姿勢になる。
その結果、光学系111を通過した光の一部は、可動ハーフミラー131を通過し、残りの光は、可動ハーフミラー131で反射される。
可動ハーフミラー131で反射された光は、さらに、ペンタプリズム133で反射され、ビューファインダ134に入射する。
一方、可動ハーフミラー131を通過した光は、可動ミラー132で反射され、測光センサ10に入射する。
制御部41(図18では図示せず)は、測光センサ10を兼ねるEVF用センサ113を制御することにより、測光露光時間の露光を行わせ(可動ミラー132で反射された光を受光させ)、その露光により行われる測光の測光結果を取得する。
その後、レリーズボタンが操作されると、制御部41は、各画素ブロックの最新の測光結果に応じて、その画素ブロックの撮像画素31の露光制御を行う。
レリーズボタンが操作されると、図18のBに示すように、可動ハーフミラー131及び可動ミラー132は、水平の姿勢になり、光学系111を通過した光は、イメージセンサ30に入射する。
イメージセンサ30の各画素ブロックの撮像画素31は、制御部41の露光制御に従った露光により、光学系111を通過した光を受光して撮像を行い、その光の光量に応じた画素値を出力する。
測光センサ10(を兼ねるEVF用センサ113)及びイメージセンサ30が同一の光を受光するケースには、例えば、図15のディジタルカメラのように、イメージセンサ30が測光センサ10を兼ねるケースの他、例えば、図16ないし図18のディジタルカメラのように、光学系111に入射する光Lについて、測光センサ10(を兼ねるEVF用センサ113)が、可動ミラー112で反射された光を受光するケースや、可動ハーフミラー131を通過し、可動ミーら132で反射された光を受光するケース、測光センサ10(を兼ねるEVF用センサ113)が受光する光が、固有の光学部品としてのEVF用光学系121を経由するケース等が含まれる。
また、イメージセンサ30に、測光センサ10を兼ねさせる他、EVF用センサ113に、測光センサ10を兼ねさせることができる。すなわち、EVF用センサ113を、測光センサ10として兼用することができる。
図19は、本技術を適用したディジタルカメラの第5の構成例の概略を示す平面図である。
図19において、ディジタルカメラは、例えば、図3の受光装置を適用したディジタルカメラであり、測光センサ10、イメージセンサ30、測光光学系151、及び、撮像光学系152を有する。
測光光学系151は、図示せぬレンズや絞り等で構成され、被写体からの光を、測光センサ10上に集光する。
撮像光学系152は、図示せぬレンズや絞り等で構成され、被写体からの光を、イメージセンサ30上に集光する。
測光光学系151と撮像光学系152とは、物理的に異なる光学系である。
図19のディジタルカメラでは、測光センサ10は、測光光学系151を通過した光を受光して測光を行い、イメージセンサ30は、撮像光学系152を通過した光を受光して撮像を行う。
制御部41(図19では図示せず)は、測光センサ10を制御することにより、測光露光時間の露光を行わせ(測光光学系151を通過した光を受光させ)、その露光により行われる測光の測光結果を取得する。
そして、制御部41は、各画素ブロックの測光結果に応じて、その画素ブロックの撮像画素31の露光制御を行う。
イメージセンサ30の各画素ブロックの撮像画素31は、制御部41の露光制御に従った露光により、撮像光学系152を通過した光を受光して撮像を行い、その光の光量に応じた画素値を出力する。
ここで、図19のディジタルカメラでは、測光センサ10が、測光光学系151を通過した光を受光し、イメージセンサ30が、測光光学系151とは物理的に異なる撮像光学系152を通過した光を受光する。
測光光学系151と撮像光学系152とは、物理的に異なるため、同一位置に配置することはできず、ずれた位置に配置されている。
したがって、測光センサ10が受光する光と、イメージセンサ30が受光する光とは、(僅かに)異なり、そのため、測光センサ10から得られる測光画像の、注目ブロック(注目する画素ブロック)と対応するエリア内の画素値となっている測光結果が、注目ブロックの測光結果にはならない。
そのため、図19のディジタルカメラについては、測光センサ10で得られる測光画像と、イメージセンサ30で得られる撮像画像とについて、同一の被写体が映る位置を対応させる位置合わせキャリブレーションを行うことができる。
図20は、位置合わせキャリブレーションを説明する図である。
すなわち、図20は、測光センサ10で得られる測光画像と、イメージセンサ30で得られる撮像画像との例を示している。
図19のディジタルカメラでは、測光センサ10が受光する光と、イメージセンサ30が受光する光とが異なるため、その異なる分に応じて、測光画像の、注目ブロックと対応するエリアからずれたエリアの画素値となっている測光結果が、注目ブロックの測光結果になる。
すなわち、測光センサ10が受光する光と、イメージセンサ30が受光する光とが一致している場合、ある被写体Xが映る測光画像の位置Pと、その被写体Xが映る撮像画像の位置Qとは、対応する(同一位置になる)。
しかしながら、測光センサ10が受光する光と、イメージセンサ30が受光する光とが異なる場合、被写体Xが映る測光画像の位置Pは、その被写体Xが映る撮像画像の位置Qに対応する、測光画像の位置Q'に一致せずにずれる。
すなわち、測光センサ10及びイメージセンサ30のそれぞれが受光する光が異なることに起因して、測光画像と撮像画像との間に、H画素だけの水平方向のずれが生じる場合、被写体Xが映る撮像画像の位置Qに対応する、測光画像の位置(以下、対応位置ともいう)Q'には、被写体Xが映っておらず、測光画像において、被写体Xは、対応位置Q'からH画素だけ水平方向にずれた位置Pに映る。
そのため、位置合わせキャリブレーションでは、被写体Xが映る測光画像の位置Pと、その被写体Xが映る撮像画像の位置Qとを対応させる(同一位置にする)キャリブレーションが行われる。
位置合わせキャリブレーションには、ソフトウエア的なキャリブレーションと、機械的なキャリブレーションとがある。
ソフトウエア的なキャリブレーションでは、同一の被写体が映る測光画像及び撮像画像それぞれの位置が一致するように、撮像画像及び測光画像の一方、又は、両方の画像処理が、測光光学系151や撮像光学系152の情報(レンズ情報等)を必要に応じて用いて行われる。
機械的なキャリブレーションでは、測光光学系151と測光センサ10との位置関係や、撮像光学系152とイメージセンサ30との位置関係、測光センサ10、イメージセンサ30、測光光学系151、撮像光学系152の姿勢等が、同一の被写体が映る測光画像及び撮像画像それぞれの位置が一致するように調整される。
位置合わせキャリブレーションとしては、ソフトウエア的なキャリブレーション、及び、機械的なキャリブレーションのうちの一方、又は、両方を行うことができる。
位置合わせキャリブレーションを行うことによって、被写体Xが映る測光画像の位置Pと、その被写体Xが映る撮像画像の位置Qとを対応させることにより、各画素ブロックの測光結果を特定することが可能となり、 画素ブロックの撮像画素31の露光制御を、その画素ブロックの測光結果に応じて行うことが可能となる。
その結果、撮像画素31の飽和を抑制し、ひいては、図8で説明したように、イメージセンサ30の撮像画素31の画素値で構成される撮像画像のダイナミックレンジを大にすることができる。
なお、図1ないし図3の受光装置は、ディジタルカメラの他、撮像の機能を有する任意の電子機器や、測距の機能を有する任意の電子機器、その他の光を受光して処理を行う任意の電子機器に適用することができる。
<本技術を適用したコンピュータの説明>
次に、上述した制御部41の一連の処理は、ハードウェアにより行うこともできるし、ソフトウェアにより行うこともできる。一連の処理をソフトウェアによって行う場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、マイクロコンピュータ等のコンピュータにインストールされる。
図21は、上述した一連の処理を実行するプログラムがインストールされるコンピュータの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
プログラムは、コンピュータに内蔵されている記録媒体としてのハードディスク205やROM203に予め記録しておくことができる。
あるいはまた、プログラムは、リムーバブル記録媒体211に格納(記録)しておくことができる。このようなリムーバブル記録媒体211は、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供することができる。ここで、リムーバブル記録媒体211としては、例えば、フレキシブルディスク、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory),MO(Magneto Optical)ディスク,DVD(Digital Versatile Disc)、磁気ディスク、半導体メモリ等がある。
なお、プログラムは、上述したようなリムーバブル記録媒体211からコンピュータにインストールする他、通信網や放送網を介して、コンピュータにダウンロードし、内蔵するハードディスク205にインストールすることができる。すなわち、プログラムは、例えば、ダウンロードサイトから、ディジタル衛星放送用の人工衛星を介して、コンピュータに無線で転送したり、LAN(Local Area Network)、インターネットといったネットワークを介して、コンピュータに有線で転送することができる。
コンピュータは、CPU(Central Processing Unit)202を内蔵しており、CPU202には、バス201を介して、入出力インタフェース210が接続されている。
CPU202は、入出力インタフェース210を介して、ユーザによって、入力部207が操作等されることにより指令が入力されると、それに従って、ROM(Read Only Memory)203に格納されているプログラムを実行する。あるいは、CPU202は、ハードディスク205に格納されたプログラムを、RAM(Random Access Memory)204にロードして実行する。
これにより、CPU202は、上述したフローチャートにしたがった処理、あるいは上述したブロック図の構成により行われる処理を行う。そして、CPU202は、その処理結果を、必要に応じて、例えば、入出力インタフェース210を介して、出力部206から出力、あるいは、通信部208から送信、さらには、ハードディスク205に記録等させる。
なお、入力部207は、キーボードや、マウス、マイク等で構成される。また、出力部206は、LCD(Liquid Crystal Display)やスピーカ等で構成される。
ここで、本明細書において、コンピュータがプログラムに従って行う処理は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に行われる必要はない。すなわち、コンピュータがプログラムに従って行う処理は、並列的あるいは個別に実行される処理(例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理)も含む。
また、プログラムは、1のコンピュータ(プロセッサ)により処理されるものであっても良いし、複数のコンピュータによって分散処理されるものであっても良い。さらに、プログラムは、遠方のコンピュータに転送されて実行されるものであっても良い。
さらに、本明細書において、システムとは、複数の構成要素(装置、モジュール(部品)等)の集合を意味し、すべての構成要素が同一筐体中にあるか否かは問わない。したがって、別個の筐体に収納され、ネットワークを介して接続されている複数の装置、及び、1つの筐体の中に複数のモジュールが収納されている1つの装置は、いずれも、システムである。
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
例えば、本技術は、1つの機能をネットワークを介して複数の装置で分担、共同して処理するクラウドコンピューティングの構成をとることができる。
また、上述のフローチャートで説明した各ステップは、1つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
さらに、1つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その1つのステップに含まれる複数の処理は、1つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
また、測距センサ20において、発光部22が発光する電磁波としては、パルスの他、正弦波や、三角波等を採用することができる。
さらに、測光画素11としては、開口率が異なる複数の画素を採用する他、例えば、カラーフィルタの透過率が異なる複数の画素等の、入射する光の光量が異なる複数の画素を採用することができる。
また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。
なお、本技術は、以下のような構成をとることができる。
<1>
光を受光することにより、測光を行う測光センサと、
光を受光する受光面が複数のブロックに区分された他のセンサと、
前記測光センサの測光結果に応じて、前記他のセンサの露光を制御する露光制御を、前記ブロックごとに行う制御部と
を備える受光装置。
<2>
前記他のセンサとして、
光を受光することにより、測距を行う測距センサ、
及び、光を受光することにより、撮像を行うイメージセンサ
のうちの一方、又は、両方を備える
<1>に記載の受光装置。
<3>
前記他のセンサは、前記測光センサを兼ねる
<1>又は<2>に記載の受光装置。
<4>
前記他のセンサの、光を受光する画素と、前記測光センサの、光を受光する測光画素とが、1の基板上に配置されている
<3>に記載の受光装置。
<5>
前記他のセンサは、前記他のセンサの、光を受光する画素が配置されている基板と、前記測光センサの、光を受光する測光画素が配置されている基板とが積層されて構成される
<3>に記載の受光装置。
<6>
前記測光センサは、光を受光する測光画素として、開口率が異なる複数の画素を有する
<1>ないし<5>のいずれかに記載の受光装置。
<7>
前記制御部は、露光時間、又は、所定時間の露光の露光結果を加算する加算数の設定を、前記露光制御として行う
<1>ないし<6>のいずれかに記載の受光装置。
<8>
前記測光センサ及び他のセンサは、所定の光学系を通過した光を受光する
<1>ないし<7>のいずれかに記載の受光装置。
<9>
前記測光センサが、所定の光学系を通過した光を受光し、前記他のセンサが、前記所定の光学系とは異なる光学系を通過した光を受光する場合に、前記測光センサでの光の受光により得られる測光画像と、前記他のセンサでの光の受光により得られる画像とについて、同一の被写体が映る位置を対応させるキャリブレーションを行う
<1>に記載の受光装置。
<10>
前記他のセンサとして、光を受光することにより、測距を行う測距センサを備え、
前記測距センサが受光する光となる電磁波を発する発光部をさらに備える
<1>に記載の受光装置。
<11>
光を受光することにより、測光を行う測光センサの測光結果に応じて、光を受光する受光面が複数のブロックに区分された他のセンサの露光を制御する露光制御を、前記ブロックごとに行う
ステップを含む制御方法。
<12>
光を集光する光学系と、
光を受光する受光装置と
を備え、
前記受光装置は、
前記光学系を通過した光を受光することにより、測光を行う測光センサと、
前記光学系、又は、前記光学系と異なる光学系を通過した光を受光する受光面が複数のブロックに区分された他のセンサと、
前記測光センサの測光結果に応じて、前記他のセンサの露光を制御する露光制御を、前記ブロックごとに行う制御部と
を有する
電子機器。
10 測光センサ, 11 測光画素, 20 測距センサ, 21 測距画素, 22 発光部, 30 イメージセンサ, 31 撮像画素, 41 制御部, 42 処理部, 61,62 基板, 101,111 光学系, 112 可動ミラー, 113 EVF用センサ, 121 EVF用光学系, 131 可動ハーフミラー, 132 可動ミラー, 133 ペンタプリズム, 134 ビューファインダ, 151 測光光学系, 152 撮像光学系, 201 バス, 202 CPU, 203 ROM, 204 RAM, 205 ハードディスク, 206 出力部, 207 入力部, 208 通信部, 209 ドライブ, 210 入出力インタフェース, 211 リムーバブル記録媒体

Claims (12)

  1. 光を受光することにより、測光を行う測光センサと、
    光を受光する受光面が複数のブロックに区分された他のセンサと、
    前記測光センサの測光結果に応じて、前記他のセンサの露光を制御する露光制御を、前記ブロックごとに行う制御部と
    を備える受光装置。
  2. 前記他のセンサとして、
    光を受光することにより、測距を行う測距センサ、
    及び、光を受光することにより、撮像を行うイメージセンサ
    のうちの一方、又は、両方を備える
    請求項1に記載の受光装置。
  3. 前記他のセンサは、前記測光センサを兼ねる
    請求項1に記載の受光装置。
  4. 前記他のセンサの、光を受光する画素と、前記測光センサの、光を受光する測光画素とが、1の基板上に配置されている
    請求項3に記載の受光装置。
  5. 前記他のセンサは、前記他のセンサの、光を受光する画素が配置されている基板と、前記測光センサの、光を受光する測光画素が配置されている基板とが積層されて構成される
    請求項3に記載の受光装置。
  6. 前記測光センサは、光を受光する測光画素として、開口率が異なる複数の画素を有する
    請求項1に記載の受光装置。
  7. 前記制御部は、露光時間、又は、所定時間の露光の露光結果を加算する加算数の設定を、前記露光制御として行う
    請求項1に記載の受光装置。
  8. 前記測光センサ及び他のセンサは、所定の光学系を通過した光を受光する
    請求項1に記載の受光装置。
  9. 前記測光センサが、所定の光学系を通過した光を受光し、前記他のセンサが、前記所定の光学系とは異なる光学系を通過した光を受光する場合に、前記測光センサでの光の受光により得られる測光画像と、前記他のセンサでの光の受光により得られる画像とについて、同一の被写体が映る位置を対応させるキャリブレーションを行う
    請求項1に記載の受光装置。
  10. 前記他のセンサとして、光を受光することにより、測距を行う測距センサを備え、
    前記測距センサが受光する光となる電磁波を発する発光部をさらに備える
    請求項1に記載の受光装置。
  11. 光を受光することにより、測光を行う測光センサの測光結果に応じて、光を受光する受光面が複数のブロックに区分された他のセンサの露光を制御する露光制御を、前記ブロックごとに行う
    ステップを含む制御方法。
  12. 光を集光する光学系と、
    光を受光する受光装置と
    を備え、
    前記受光装置は、
    前記光学系を通過した光を受光することにより、測光を行う測光センサと、
    前記光学系、又は、前記光学系と異なる光学系を通過した光を受光する受光面が複数のブロックに区分された他のセンサと、
    前記測光センサの測光結果に応じて、前記他のセンサの露光を制御する露光制御を、前記ブロックごとに行う制御部と
    を有する
    電子機器。
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