Top > Search of Japanese Patents > DISTANCE IMAGE SENSOR AND METHOD OF FORMING IMAGING SIGNAL BY TIME-OF-FLIGHT METHOD

DISTANCE IMAGE SENSOR AND METHOD OF FORMING IMAGING SIGNAL BY TIME-OF-FLIGHT METHOD

Patent code P09P006973
File No. ShIP-8030N-KW71
Posted date Feb 19, 2010
Application number P2008-196616
Publication number P2010-032425A
Patent number P5585903
Date of filing Jul 30, 2008
Date of publication of application Feb 12, 2010
Date of registration Aug 1, 2014
Inventor
  • (In Japanese)川人 祥二
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人静岡大学
Title DISTANCE IMAGE SENSOR AND METHOD OF FORMING IMAGING SIGNAL BY TIME-OF-FLIGHT METHOD
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a distance image sensor for widening a distance measurement range without deteriorating distance resolution.
SOLUTION: A radiation source 13 provides a row of first-fifth pulses PT1-PT5 irradiated on an object on first-fifth frames arranged on a time axis in order as radiation pulses. On each of the frames, imaging times TPU1-TPU5 is regulated at a prescribed position ΔTPD from a start point of each frame, in addition, the pulses PT1-PT5 are shifted at mutually different shift amounts from the start point of the first-fifth frames respectively. A pixel array 23 generates element image signals SE1-SE5 having distance information of the object of mutually different distance ranges by using imaging windows A, B on each of five frames. A processing apparatus 17 generates imaging signals SIMAGE by compositing it. Since time-of-flight measurement of five times is used, the distance resolution is not deteriorated without need of widening the width of the radiation pulses in order to obtain the distance information of the object of a wide distance range.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


特許文献1には、全画素同時電子シャッタ動作が可能な固体撮像装置が記載されている。この固体撮像装置は、全フォトダイオードをリセットした後に、第1転送ゲートを一斉に閉じ、各フォトダイオードに電荷の蓄積を行う。シャッタ時間が経過した後に、第1転送ゲートを一斉に開き、蓄積された電荷をそれぞれの電荷蓄積領域に転送する。特許文献2には、電子シャッタ作用を備えた能動ピクセルセンサアレイが記載されている。特許文献3には、距離画像センサのための画素回路が記載されている。シリコン基板上に酸化膜が設けられており、この酸化膜上に、2つの電荷転送用フォトゲート電極が設けられる。酸化膜の縁部には、電荷取り出し用の浮遊拡散層が設けられている。特許文献4には、強度変調された放射フィールドを検出と復調のための方法及び装置が記載されている。この方法及び装置では、センサ素子のアレイの光感応部に生成された信号電荷を、光源によって生成された変調信号に同期してメモリセルに転送するように、センサ素子の電子スイッチを制御すると共に、メモリセルに格納された信号電荷を評価ユニットに転送するように、メモリセルを制御する。特許文献5には、アクティブピクセルセンサが記載されている。アクティブピクセルセンサは、信号電荷として集められるフォト電荷を入力光から発生する光検出領域と、ピクセル内に増幅器の入力に接続されたセンスノードに光検出領域から信号電荷を転送するトランジスタとを備える。ピクセルの設計では、光検出領域が中心軸に関して二次元対称性を有するように設けられている。特許文献6では、TOF法を用いる三次元撮像システムが記載されている。三次元撮像システムのピクセルは、ピクセル検出器、電荷コレクタ及び電子シャッタを含み、電子シャッタは、ピクセル検出器と電荷コレクタとの間に介在している。非特許文献1は、CCDを用いた距離測定センサが記載されている。反射光の遅延時間は、2つの検知期間によって位相シフト量として測定される。
【特許文献1】
特開平11-177076号公報
【特許文献2】
特表2000-504489号公報
【特許文献3】
特開2005-235893号公報
【特許文献4】
USP5856667号公報
【特許文献5】
USP5986297号公報
【特許文献6】
USP6323942号公報
【非特許文献1】
Ryohei Miyagawa, Takeo Kanade, "CCD-based range-finding sensor,"IEEE Trans. Electron Devices, vol. 44, no. 10, pp.1648-1652 (1997).

Field of industrial application (In Japanese)



本発明は、距離画像センサ、及び撮像信号を飛行時間法により生成する方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
飛行時間法を用いる距離画像センサであって、
飛行時間を計測するために対象物に照射する放射パルスを発生する放射源と、
互いに異なる第1~第nの飛行時間(n>1)に対応する第1~第nの撮像タイミングを示す制御信号を生成する制御装置と、入射放射線に感応して電荷を生成する検出素子を含む複数のピクセルのピクセルアレイと、前記第1~第nの撮像タイミングにそれぞれ対応する第1~第nの要素画像信号を前記制御信号に応答して生成する信号生成装置とを有する画像生成装置と、
前記第1~第nの要素画像信号を合成して、前記対象物に関する距離情報を含む画像信号を生成する処理装置とを備え、
各ピクセルの前記検出素子は、前記第1~第nの撮像タイミングの各々における第1及び第2の撮像ウインドウにおいて該検出素子に入射する入射放射線に応じてそれぞれ第1及び第2の電荷を生成し、
各ピクセルは、前記第1及び第2の撮像ウインドウに対応してそれぞれ前記第1及び第2の電荷から第1及び第2の要素信号を提供し、
前記第1の撮像ウインドウは、基準時刻から規定された撮像時刻の直前にあり所定の時間幅を有しており、
前記第2の撮像ウインドウは、前記撮像時刻の直後にあり所定の時間幅を有しており、
前記第iの要素画像信号(1≦i≦n)は、前記第iの撮像タイミングにおける各ピクセルの前記第1及び第2の要素信号を含み、
前記放射源は、時間軸に関して順に配列された第1~第nのフレームそれぞれにおいて対象物に照射される第1~第nのパルスの列を前記放射パルスとして提供し、
前記第1~第nのパルスは、それぞれ、前記第1~第nのフレームの始点から、互いに異なるシフト量でシフトされており、
前記第1~第nのフレームの各々において、前記撮像時刻は各フレームの始点から所定の時間で規定され、
前記第1~第nのフレームの各々は、前記第1及び第2の撮像ウインドウを含み、
前記第1~第nのパルスの各々の持続時間は、前記第1の撮像ウインドウの期間以下であり、
前記第1~第nのパルスの各々の持続時間は、前記第2の撮像ウインドウの期間以下であり、
前記第1~第nのフレームの各々は、前記第1及び第2の撮像ウインドウと、前記第1及び第2の撮像ウインドウと異なる電荷廃棄ウインドウとを含み、
前記ピクセルは、前記電荷廃棄ウインドウにおいて、前記検出素子の電荷を廃棄する、ことを特徴とする距離画像センサ。

【請求項2】
 
前記ピクセルは、前記第1~第nの撮像タイミングにおける前記第1及び第2の撮像ウインドウにおいてそれぞれ導通し前記検出素子に接続された第1及び第2の転送ゲートと、前記検出素子に接続され前記電荷廃棄ウインドウに導通する第1及び第2の廃棄ゲートとを含み、
前記検出素子は前記第1の転送ゲートと前記第2の転送ゲートとの間に位置し、
前記検出素子は前記第1の廃棄ゲートと前記第2の廃棄ゲートとの間に位置する、ことを特徴とする請求項1に記載された距離画像センサ。

【請求項3】
 
前記第1~第nのパルスのパルス幅は、線形応答領域を用いて前記距離情報を含む画像信号を生成可能なように規定されている、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載された距離画像センサ。

【請求項4】
 
飛行時間法を用いる距離画像センサであって、
飛行時間を計測するために対象物に照射する放射パルスを発生する放射源と、
互いに異なる第1~第nの飛行時間(n>1)に対応する第1~第nの撮像タイミングを示す制御信号を生成する制御装置と、入射放射線に感応して電荷を生成する検出素子を含む複数のピクセルのピクセルアレイと、前記第1~第nの撮像タイミングにそれぞれ対応する第1~第nの要素画像信号を前記制御信号に応答して生成する信号生成装置とを有する画像生成装置と、
前記第1~第nの要素画像信号を合成して、前記対象物に関する距離情報を含む画像信号を生成する処理装置とを備え、
各ピクセルの前記検出素子は、前記第1~第nの撮像タイミングの各々における第1及び第2の撮像ウインドウにおいて該検出素子に入射する入射放射線に応じてそれぞれ第1及び第2の電荷を生成し、
各ピクセルは、前記第1及び第2の撮像ウインドウに対応してそれぞれ前記第1及び第2の電荷から第1及び第2の要素信号を提供し、
前記第1の撮像ウインドウは、基準時刻から規定された撮像時刻の直前にあり所定の時間幅を有しており、
前記第2の撮像ウインドウは、前記撮像時刻の直後にあり所定の時間幅を有しており、
前記第iの要素画像信号(1≦i≦n)は、前記第iの撮像タイミングにおける各ピクセルの前記第1及び第2の要素信号を含み、
前記放射源は、単一のフレームに単一のパルスを前記放射パルスとして提供し、
前記第1~第nの撮像タイミングは、前記フレーム内に位置し、
前記第1~第nの撮像タイミングの前記撮像時刻は、互いに異なるシフト量で前記単一のフレームの始点からシフトされており、
前記第1の撮像タイミングの前記撮像時刻の直前には前記第1の撮像ウインドウが設けられ、
前記第nの撮像タイミングの前記撮像時刻の直後には前記第2の撮像ウインドウが設けられ、
前記第1~第nの撮像タイミングのうちの第iの撮像タイミング(1≦i<n-1)と第i+1の撮像タイミングとの間には、前記検出素子に入射する入射放射線に応じた電荷を取り込むためのウインドウが規定されており、
前記ウインドウは、前記第1及び第2の撮像ウインドウのために兼用され、
前記パルスの持続時間は、前記第1の撮像ウインドウの期間以下であり、
前記パルスの各々の持続時間は、前記第2の撮像ウインドウの期間以下である、ことを特徴とする距離画像センサ。

【請求項5】
 
前記単一のフレームは、前記第1及び第2の撮像ウインドウと、前記第1の撮像ウインドウ及び前記第2の撮像ウインドウと異なる電荷廃棄ウインドウとを含み、
前記ピクセルは、前記電荷廃棄ウインドウにおいて、前記検出素子の電荷を廃棄する、ことを特徴とする請求項4に記載された距離画像センサ。

【請求項6】
 
前記ピクセルは、前記検出素子の一方の側に配置された第1の群の第1~第jの転送ゲートと、前記検出素子の他方の側に配置された第2の群の第j+1~第n+1の転送ゲートと、前記検出素子に接続され前記電荷廃棄ウインドウに導通する第1及び第2の廃棄ゲートとを含み、
前記第1~第n+1の転送ゲートは、前記第1~第nの撮像タイミングのいずれかにおいて導通し、
前記検出素子は前記第1の廃棄ゲートと前記第2の廃棄ゲートとの間に位置する、ことを特徴とする請求項5に記載された距離画像センサ。

【請求項7】
 
複数のピクセルを含むピクセルアレイと飛行時間を計測するための放射源とを用いて対象物に関する距離情報を含む撮像信号を飛行時間法により生成する方法であって、
前記ピクセルアレイの検出素子を用いて、互いに異なる第1~第nの飛行時間(n>1)で複数の撮像を行って、第1~第nの要素画像信号を生成するステップと、
前記第1~第nの要素画像信号を合成して、前記対象物に関する距離情報を含む画像信号を生成するステップとを備え、
各ピクセルは、前記第1~第nの撮像タイミングにおける第1及び第2の撮像ウインド
ウにおいてそれぞれ第1及び第2の電荷を生成し、
前記第1の撮像ウインドウは、基準時刻から規定された撮像時刻の直前にあり所定の時間幅を有しており、
前記第2の撮像ウインドウは、前記撮像時刻の直後にあり所定の時間幅を有しており、
各ピクセルは、前記第1及び第2の電荷の量にそれぞれ対応する第1及び第2の要素信号を提供し、
前記第iの要素画像信号(1≦i≦n)は、前記第iの撮像タイミングにおける前記複数のピクセルの前記第1及び第2の要素信号を含み、
前記第1~第nの要素画像信号を生成する前記ステップは、飛行時間を計測するための放射パルスを対象物に照射するステップを含み、
前記放射パルスの照射では、時間軸に関して順に配列された第1~第nのフレームそれぞれにおいて対象物に照射するための第1~第nのパルスが出射され、
前記第1~第nのパルスは、それぞれ、前記第1~第nのフレームの始点から、互いに異なるシフト量でシフトされており、
前記第1~第nのフレームの各々において、前記基準時刻は各フレームの始点であり、
前記第1~第nのフレームの各々は、前記第1及び前記第2の撮像ウインドウを含み、
前記第1~第nのパルスの各々の持続時間は、前記第1の撮像ウインドウの期間以下であり、
前記第1~第nのパルスの各々の持続時間は、前記第2の撮像ウインドウの期間以下であり、
前記第1~第nのフレームの各々は、前記第1及び第2の撮像ウインドウと、前記第1及び第2の撮像ウインドウと異なる電荷廃棄ウインドウとを含み、
前記ピクセルは、前記電荷廃棄ウインドウにおいて、前記検出素子の電荷を廃棄する、ことを特徴とする方法。

【請求項8】
 
複数のピクセルを含むピクセルアレイと飛行時間を計測するための放射源とを用いて対象物に関する距離情報を含む撮像信号を飛行時間法により生成する方法であって、
前記ピクセルアレイの検出素子を用いて、互いに異なる第1~第nの飛行時間(n>1)で複数の撮像を行って、第1~第nの要素画像信号を生成するステップと、
前記第1~第nの要素画像信号を合成して、前記対象物に関する距離情報を含む画像信号を生成するステップとを備え、
各ピクセルは、前記第1~第nの撮像タイミングにおける第1及び第2の撮像ウインド
ウにおいてそれぞれ第1及び第2の電荷を生成し、
前記第1の撮像ウインドウは、基準時刻から規定された撮像時刻の直前にあり所定の時間幅を有しており、
前記第2の撮像ウインドウは、前記撮像時刻の直後にあり所定の時間幅を有しており、
各ピクセルは、前記第1及び第2の電荷の量にそれぞれ対応する第1及び第2の要素信号を提供し、
前記第iの要素画像信号(1≦i≦n)は、前記第iの撮像タイミングにおける前記複数のピクセルの前記第1及び第2の要素信号を含み、
前記第1~第nの要素画像信号を生成する前記ステップは、飛行時間を計測するための放射パルスを対象物に照射するステップを含み、
前記放射パルス照射では、単一のフレームに単一のパルスが出射され、
前記第1~第nの撮像タイミングは、前記単一のフレーム内に位置し、
前記第1~第nの撮像タイミングは、前記単一のフレームの始点から、互いに異なるシフト量でシフトされており、
前記第1及び第2の撮像ウインドウの各々は、前記第1~第nの撮像タイミングのうち隣接する撮像タイミングの間に設けられている、ことを特徴とする方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

※Click image to enlarge.

JP2008196616thum.jpg
State of application right Registered
Please contact us by E-mail or facsimile if you have any interests on this patent.


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close