JP2022537400A - 減算イメージセンサによる周囲光を抑制する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は、2019年6月17日付けで出願された米国仮特許出願第62/862,374号明細書の出願日に関する優先権を主張するものであり、この仮特許出願の開示内容の全体は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
この発明のいくつかの実施態様では、イメージセンサの各画素は、(時に、フィルタA及びフィルタBと称される)2つの光学フィルタと、(時に、PDA及びPDBと称される)2つのフォトダイオードとを含む。フィルタAは、フォトダイオードPDAによって測定される光がフィルタAを通過するようにかつフィルタBを通過しないように、フォトダイオードPDAを覆ってもよい。同様に、フィルタBは、フォトダイオードPDBによって測定される光がフィルタBを通過するようにかつフィルタAを通過しないように、フォトダイオードPDBを覆ってもよい。
事例によっては、能動的な光源(例えば、レーザ又はLED)は、能動的な光源によって放出される能動光の帯域幅が、能動光を通過させるフィルタの帯域幅の2倍以下であるという意味で狭帯域である。前文の目的のために、フィルタが能動光(active light)を「通過させる」ということは、フィルタが、能動光を、60パーセント未満の分だけ減衰させる、又は50パーセント未満の分だけ減衰させる、又は40パーセント未満の分だけ減衰させる、又は30パーセント未満の分だけ減衰させる、又は20パーセント未満の分だけ減衰させる、又は10パーセント未満の分だけ減衰させる、又は5パーセント未満の分だけ減衰させることを意味する。
いくつかの実施態様では、この発明のハードウェアは、カメラと、(例えば、レーザ又はLEDなどの)能動的な光源とを含む。カメラは、特殊なイメージセンサを含んでもよい。
図1に示す例では、DISCHARGEトランジスタのゲインは、トランジスタを流れる電流(単位時間あたりに流れる電荷)が、周囲光によってフォトダイオードA内で単位時間あたりに生成される電荷と実質的に等しくなるように、設定されてもよい。これにより、フォトダイオードによる入射照度の測定に対して、周囲光が実質的に影響を有していないものとされてもよい。
図2に示す例では、LDR(光依存性抵抗器)のLDR曲線(入射光束に対する関数としての抵抗値)は、電流(フォトダイオードPDからLDRを介してグランドへと流れる電流)が、周囲光に基づいてフォトダイオードA内で単位時間あたりに生成される電荷と実質的に等しくなるように、設定されてもよい。これにより、フォトダイオードPDによる入射照度の測定に対して、周囲光が実質的に影響を有していないものとされてもよい。
本明細書において説明する各例では、第1量が第2量に対して比例する場合、第1量は、代わりに、ある期間にわたって、第2量に対して実質的に比例してもよい。例えば、本明細書において説明する各例では、浮遊拡散容量から減少する電荷の量が、LDR上へと入射する入射照度に対して比例する場合、浮遊拡散容量から減少する電荷の量は、代わりに、ある期間にわたって、LDR上へと入射する入射照度に対して実質的に比例してもよい。
「1つの(a)」及び「1つの(an)」という用語は、名詞を修飾する際に、その名詞で示す1つのものだけが存在することを意味しない。例えば、「1つのリンゴが、枝からぶら下がっている」という記述は、(i)1つのリンゴだけが、枝からぶら下がっていることを意味するわけではなく、(ii)1つのリンゴが枝からぶら下がっている場合に成立するとともに、(iii)複数のリンゴが枝からぶら下がっている場合にも成立する。
この発明は、多くの異なる態様で実装されてもよい。以下は、いくつかの非限定的な例である。
Claims (59)
- (a)撮像画素の第1フォトダイオード内において、第1光学フィルタを通過して前記第1フォトダイオード上へと入射する光の入射照度である第1入射量に依存した生成速度で、電荷を生成するステップと、
(b)前記電荷の第1部分を、ある減少割合で減少させるステップであって、(i)前記減少割合が、第2光学フィルタを通過して前記撮像画素の第2回路素子上へと入射する光の入射照度である第2入射量に少なくとも部分的に依存するように、(ii)前記第1フォトダイオード又は前記電荷が蓄積された第3回路素子から前記減少を行うように、減少させるステップと、
(c)前記電荷の残余部分を読み出すステップであって、前記残余部分は、前記第1部分を減少させた後に残ったものである、読み出すステップと
を含んでなり、
(1)前記撮像画素上へと入射する光は、能動光と周囲光とを含み、
(2)前記第1光学フィルタを通過して前記第1フォトダイオード上へと入射する周囲光の入射照度は、前記第2光学フィルタを通過して前記第2回路素子上へと入射する周囲光の入射照度と比較して25%未満しか相違せず、
(3)前記第2光学フィルタを通過して前記第2回路素子上へと入射する前記能動光の入射照度は、前記第1光学フィルタを通過して前記第1フォトダイオード上へと入射する前記能動光の入射照度の25%未満であり、
(4)前記減少により、前記撮像画素が行う測定に対して前記周囲光が与える影響を低減又は排除するものである方法。 - (a)前記第1フォトダイオードから前記減少を行い、
(b)前記第2回路素子は、第2フォトダイオードであり、
(c)前記第2フォトダイオード内に蓄積された電荷は、前記第2光学フィルタを通過した前記光に応答して、トランジスタの領域内の電圧を制御することにより、前記トランジスタを流れる電流であって前記第1フォトダイオードから電荷を減少させる電流を制御する、請求項1に記載の方法。 - (a)前記第1フォトダイオードによって生成された電荷を蓄積する浮遊拡散容量から前記減少を行い、
(b)前記第2回路素子は、フォトレジスタであり、
(c)前記第2光学フィルタを通過して前記フォトレジスタ上へと入射する光の前記入射照度は、(i)前記フォトレジスタの電気抵抗値を制御し、(ii)ひいては、前記フォトレジスタを流れて前記第1フォトダイオードから電荷を減少させる電流のアンペア数を制御する、請求項1に記載の方法。 - 前記減少と前記生成とのそれぞれを、前記撮像画素の1フレームを通して連続的に行う、請求項1に記載の方法。
- 前記撮像画素の各フレーム中に、少なくとも1回は前記減少を行う、請求項1に記載の方法。
- 前記減少は、前記生成と同時である、請求項1に記載の方法。
- 前記減少割合は、前記第2回路素子上へと入射する前記入射照度に対して正比例する、請求項1に記載の方法。
- 前記撮像画素の1フレームを通して、前記減少割合は、前記第2回路素子上へと入射する前記入射照度に対して実質的に比例する、請求項1に記載の方法。
- 前記減少割合は、前記第2回路素子上へと入射する光に基づいて蓄積される電荷量に対して正比例する、請求項1に記載の方法。
- 前記撮像画素の1フレームを通して、前記減少割合は、前記第2回路素子上へと入射する光に基づいて蓄積される電荷量に対して実質的に比例する、請求項1に記載の方法。
- 前記減少割合は、前記生成速度が弱く単調に増加する場合には、弱く単調に増加する傾向がある、請求項1に記載の方法。
- 前記能動光のピーク周波数は、周波数帯域内にあり、前記周波数帯域は、(a)ハーフパワーポイントのところに遮断周波数を有するとともに、(b)5ナノメートル未満の帯域幅を有する、請求項1に記載の方法。
- (a)前記能動光は、周波数帯域内にピーク周波数を有し、前記周波数帯域は、(i)ハーフパワーポイントのところに遮断周波数を有するとともに、(ii)5ナノメートル未満の帯域幅を有し、
(b)前記第1光学フィルタは、通過帯域を有し、
(c)前記第1光学フィルタの前記通過帯域は、前記能動光の前記周波数帯域内にある少なくとも1つの周波数を含む、請求項1に記載の方法。 - (a)前記能動光は、周波数帯域内にピーク周波数を有し、前記周波数帯域は、(i)ハーフパワーポイントのところに遮断周波数を有するとともに、(ii)5ナノメートル未満の帯域幅を有し、
(b)前記第1光学フィルタは、前記能動光の前記周波数帯域と交差する通過帯域を有し、
(c)前記第2光学フィルタは、前記能動光の前記周波数帯域と交差しない通過帯域を有する、請求項1に記載の方法。 - 能動的な光源から前記能動光を放出させることも含む請求項1に記載の方法。
- (a)前記撮像画素は、カメラ内のセットをなす複数の撮像画素のうちの1つであり、
(b)前記方法は、前記セット内の他の各画素において、前記生成及び前記減少を行うことも含む、請求項1に記載の方法。 - カメラ内のセットをなす撮像画素内における特定の各撮像画素ごとに、
(a)第1光学フィルタを通過して第1フォトダイオードを照射する光に応答して、前記特定の画素の前記第1フォトダイオード内で電荷を生成するステップと、
(b)トランジスタの領域内の電圧に依存する、ある減少割合で前記第1フォトダイオードから前記電荷の第1部分を減少させるステップであって、前記電圧は、(i)前記減少中に前記第1フォトダイオードから前記トランジスタを介して流れる電流のアンペア数を制御するとともに、(ii)第2光学フィルタを通過して第2フォトダイオードを照射する光に応答して前記特定の画素の前記第2フォトダイオード内で生成される電荷によって制御される、減少させるステップと、
(c)前記電荷の残余部分を読み出すステップであって、前記残余部分は、前記第1部分が減少した後に残ったものである、読み出すステップと
を含んでなり、
(1)前記特定の画素上へと入射する光は、能動光と周囲光とを含み、
(2)前記第1光学フィルタを通過して前記第1フォトダイオード上へと入射する周囲光の入射照度は、前記第2光学フィルタを通過して前記第2フォトダイオード上へと入射する周囲光の入射照度と比較して25%未満しか相違せず、
(3)前記第2光学フィルタを通過して前記第2フォトダイオード上へと入射する能動光の入射照度は、前記第1光学フィルタを通過して前記第1フォトダイオード上へと入射する能動光の入射照度の25%未満であり、
(4)前記減少により、前記特定の画素が行う測定に対して前記周囲光が与える影響を低減又は排除するものである方法。 - 前記減少と前記生成とのそれぞれを、前記カメラの1フレームを通して連続的に行う、請求項17に記載の方法。
- 前記カメラの各フレーム中に、少なくとも1回は前記減少を行う、請求項17に記載の方法。
- 前記減少は、前記生成と同時である、請求項17に記載の方法。
- 前記減少割合は、前記電圧に対して正比例する、請求項17に記載の方法。
- 前記カメラの1フレームを通して、前記減少割合は、前記電圧に対して実質的に比例する、請求項17に記載の方法。
- (a)ある生成速度で前記生成を行い、
(b)前記減少割合は、前記生成速度が弱く単調に増加する場合には、弱く単調に増加する傾向がある、請求項17に記載の方法。 - 前記能動光のピーク周波数は、周波数帯域内にあり、前記周波数帯域は、(a)ハーフパワーポイントのところに遮断周波数を有するとともに、(b)5ナノメートル未満の帯域幅を有する、請求項17に記載の方法。
- 前記能動光のピーク周波数は、周波数帯域内にあり、前記周波数帯域は、(a)ハーフパワーポイントのところに遮断周波数を有するとともに、(b)3ナノメートル未満の帯域幅を有する、請求項17に記載の方法。
- (a)前記能動光は、周波数帯域内にピーク周波数を有し、前記周波数帯域は、(i)ハーフパワーポイントのところに遮断周波数を有するとともに、(ii)5ナノメートル未満の帯域幅を有し、
(b)前記第1光学フィルタは、通過帯域を有し、
(c)前記第1光学フィルタの前記通過帯域は、前記能動光の前記周波数帯域内にある少なくとも1つの周波数を含む、請求項17に記載の方法。 - (a)前記能動光は、周波数帯域内にピーク周波数を有し、前記周波数帯域は、(i)ハーフパワーポイントのところに遮断周波数を有するとともに、(ii)5ナノメートル未満の帯域幅を有し、
(b)前記第1光学フィルタは、前記能動光の前記周波数帯域と交差する通過帯域を有し、
(c)前記第2光学フィルタは、前記能動光の前記周波数帯域と交差しない通過帯域を有する、請求項17に記載の方法。 - 前記方法は、能動的な光源から前記能動光を放出させることも含む、請求項17に記載の方法。
- カメラ内のセットをなす撮像画素内における特定の各撮像画素ごとに、
(a)第1光学フィルタを通過してフォトダイオード上へと入射する光に応答して、前記特定の画素の前記フォトダイオード内で電荷を生成するステップと、
(b)第2光学フィルタを通過して前記特定の画素のフォトレジスタ上へと入射する光の入射照度に依存するある減少割合で、前記電荷の第1部分を減少させるステップと、
(c)前記電荷の残余部分を読み出すステップであって、前記残余部分は、前記第1部分が減少した後に残ったものである、読み出すステップと
を含んでなり、
(1)前記フォトダイオード内で生成された電荷を蓄積する浮遊拡散容量から前記減少を行い、
(2)前記フォトレジスタは、前記減少中に前記浮遊拡散容量から前記フォトレジスタを介して流れる電流のアンペア数を制御する光依存性抵抗値を有し、
(3)前記特定の画素上へと入射する光は、能動光と周囲光とを含み、
(4)前記第1光学フィルタを通過して前記フォトダイオード上へと入射する周囲光の入射照度は、前記第2光学フィルタを通過して前記フォトレジスタ上へと入射する周囲光の入射照度と比較して25%未満しか相違せず、
(5)前記第2光学フィルタを通過して前記フォトレジスタ上へと入射する能動光の入射照度は、前記第1光学フィルタを通過して前記フォトダイオード上へと入射する能動光の入射照度の25%未満であり、
(6)前記減少により、前記特定の画素が行う測定に対して前記周囲光が与える影響を低減又は除去するものである方法。 - 前記減少と前記生成とのそれぞれを、前記カメラの1フレームを通して連続的に行う、請求項29に記載の方法。
- 前記カメラの各フレーム中に、少なくとも1回は前記減少を行う、請求項29に記載の方法。
- 前記減少は、前記生成と同時である、請求項29に記載の方法。
- (a)ある生成速度で前記生成を行い、
(b)前記生成速度は、前記第1光学フィルタを通過して前記フォトダイオード上へと入射する光の入射照度に依存し、
(c)前記減少割合は、前記生成速度に対して正比例する、請求項29に記載の方法。 - (a)ある生成速度で前記生成を行い、
(b)前記生成速度は、前記第1光学フィルタを通過して前記フォトダイオード上へと入射する光の入射照度に依存し、
(c)前記カメラの1フレームを通して、前記減少割合は、前記生成速度に対して実質的に比例する、請求項29に記載の方法。 - (a)ある生成速度で前記生成を行い、
(b)前記生成速度は、前記第1光学フィルタを通過して前記フォトダイオード上へと入射する光の入射照度に依存し、
(c)前記減少割合は、前記生成速度が弱く単調に増加する場合には、弱く単調に増加する傾向がある、請求項29に記載の方法。 - 前記能動光のピーク周波数は、周波数帯域内にあり、前記周波数帯域は、(a)ハーフパワーポイントのところに遮断周波数を有するとともに、(b)5ナノメートル未満の帯域幅を有する、請求項29に記載の方法。
- (a)前記能動光は、周波数帯域内にピーク周波数を有し、前記周波数帯域は、(i)ハーフパワーポイントのところに遮断周波数を有するとともに、(ii)5ナノメートル未満の帯域幅を有し、
(b)前記第1光学フィルタは、通過帯域を有し、
(c)前記第1光学フィルタの前記通過帯域は、前記能動光の前記周波数帯域内にある少なくとも1つの周波数を含む、請求項29に記載の方法。 - (a)前記能動光は、周波数帯域内にピーク周波数を有し、前記周波数帯域は、(i)ハーフパワーポイントのところに遮断周波数を有するとともに、(ii)5ナノメートル未満の帯域幅を有し、
(b)前記第1光学フィルタは、前記能動光の前記周波数帯域と交差する通過帯域を有し、
(c)前記第2光学フィルタは、前記能動光の前記周波数帯域と交差しない通過帯域を有する、請求項29に記載の方法。 - 前記方法は、能動的な光源から前記能動光を放出させることも含む、請求項29に記載の方法。
- セットをなす撮像画素を含むカメラであって、前記セット内の特定の各撮像画素ごとに、
(a)前記特定の画素は、第1フォトダイオードと、第2フォトダイオードと、第1光学フィルタと、第2光学フィルタとを含み、
(b)前記第1フォトダイオードは、前記第1光学フィルタを通過して前記第1フォトダイオードを照射する光に応答して、電荷の生成を行うように構成され、
(c)前記カメラは、前記カメラの一部をなすトランジスタの領域内の電圧に依存する、ある減少割合で、前記第1フォトダイオードから前記電荷の第1部分を減少させるように構成され、
(d)前記カメラは、前記トランジスタの領域内の前記電圧が、(i)前記減少中に前記第1フォトダイオードから前記トランジスタを介して流れる電流のアンペア数を制御するとともに、(ii)前記第2光学フィルタを通過して前記第2フォトダイオードを照射する光に応答して前記第2フォトダイオード内で生成される電荷によって制御されるように構成され、
(e)前記カメラは、前記電荷の残余部分を読み出すように構成され、前記残余部分は、前記第1部分が減少した後に残ったものであり、
(1)前記第1光学フィルタ及び前記第2光学フィルタは、(i)前記第1光学フィルタを通過して前記第1フォトダイオード上へと入射する周囲光の入射照度が、前記第2光学フィルタを通過して前記第2フォトダイオード上へと入射する周囲光の入射照度と比較して、25%未満しか相違しないように構成され、(ii)前記第2光学フィルタを通過して前記第2フォトダイオード上へと入射する能動光の入射照度が、前記第1光学フィルタを通過して前記第1フォトダイオード上へと入射する能動光の入射照度の25%未満であるように構成され、
(2)前記電荷の前記第1部分の前記減少が、前記特定の画素が行う測定に対して前記周囲光が与える影響を低減又は排除するように構成されているカメラ。 - 前記減少と前記生成とのそれぞれが前記カメラの1フレームを通して連続的に行われるように構成されている請求項40に記載のカメラ。
- 前記カメラの各フレーム中に少なくとも1回は前記減少が行われるように構成されている請求項40に記載のカメラ。
- 前記減少が前記生成と同時に行われるように構成されている請求項40に記載のカメラ。
- 前記減少割合が前記電圧に対して正比例するように構成されている請求項40に記載のカメラ。
- 前記カメラの1フレームを通して、前記減少割合が前記電圧に対して実質的に比例するように構成されている請求項40に記載のカメラ。
- (a)ある生成速度で前記生成を行うように構成され、
(b)前記減少割合は、前記生成速度が弱く単調に増加する場合には、弱く単調に増加する傾向があるように構成されている請求項40に記載のカメラ。 - 前記第1光学フィルタは、前記能動光の周波数帯域と交差する通過帯域を有し、前記能動光の前記周波数帯域は、5ナノメートル未満の帯域幅を有している、請求項40に記載のカメラ。
- (a)前記第1光学フィルタは、前記能動光の周波数帯域と交差する通過帯域を有し、前記能動光の前記周波数帯域は、5ナノメートル未満の帯域幅を有し、
(b)前記第2光学フィルタは、前記能動光の前記周波数帯域と交差しない通過帯域を有している、請求項40に記載のカメラ。 - (a)前記カメラは、能動的な光源も含み、
(b)前記能動的な光源は、前記能動光を放出するように構成されている、請求項40に記載のカメラ。 - セットをなす撮像画素を含むカメラであって、前記セット内の特定の各撮像画素ごとに、
(a)前記特定の画素は、フォトダイオードと、フォトレジスタと、第1光学フィルタと、第2光学フィルタとを含み、
(b)前記フォトダイオードは、前記第1光学フィルタを通過して前記フォトダイオードを照射する光に応答して、電荷の生成を行うように構成され、
(c)前記カメラは、前記第2光学フィルタを通過して前記フォトレジスタ上へと入射する光の入射照度に依存するある減少割合で、前記電荷の第1部分を減少させるように構成され、
(d)前記カメラは、前記カメラの一部をなす浮遊拡散容量であって前記フォトダイオード内で生成された電荷を一時的に蓄積するように構成された浮遊拡散容量から前記減少を行うように構成され、
(e)前記フォトレジスタは、光依存性抵抗値を有し、
(f)前記カメラは、前記フォトレジスタの前記光依存性抵抗値が、前記減少中に前記浮遊拡散容量から前記フォトレジスタを介して流れる電流のアンペア数を制御するように構成され、
(g)前記カメラは、前記電荷の残余部分を読み出すように構成され、前記残余部分は、前記第1部分が減少した後に残ったものであり、
(1)前記第1光学フィルタ及び前記第2光学フィルタは、(i)前記第1光学フィルタを通過して前記フォトダイオード上へと入射する周囲光の入射照度が、前記第2光学フィルタを通過して前記フォトレジスタ上へと入射する周囲光の入射照度と比較して、25%未満しか相違しないように構成され、(ii)前記第2光学フィルタを通過して前記フォトレジスタ上へと入射する能動光の入射照度が、前記第1光学フィルタを通過して前記フォトダイオード上へと入射する能動光の入射照度の25%未満であるように構成され、
(2)前記電荷の前記第1部分の前記減少が、前記特定の画素が行う測定に対して前記周囲光が与える影響を低減又は除去するように構成されているカメラ。 - 前記減少と前記生成とのそれぞれが前記カメラの1フレームを通して連続的に行われるように構成されている請求項50に記載のカメラ。
- 前記カメラの各フレーム中に少なくとも1回は前記減少が行われるように構成されている請求項50に記載のカメラ。
- 前記減少が前記生成と同時に行われるように構成されている請求項50に記載のカメラ。
- (a)ある生成速度で前記生成を行い、
(b)前記生成速度が、前記第1光学フィルタを通過して前記フォトダイオード上へと入射する光の入射照度に依存するように構成され、
(c)前記減少割合が、前記生成速度に対して正比例するように構成されている請求項50に記載のカメラ。 - (a)ある生成速度で前記生成を行い、
(b)前記生成速度は、前記第1光学フィルタを通過して前記フォトダイオード上へと入射する光の入射照度に依存し、
(c)前記特定の画素の1フレームを通して、前記減少割合は、前記生成速度に対して実質的に比例する、請求項29に記載の方法。 - (a)ある生成速度で前記生成を行い、
(b)前記減少割合が、前記生成速度が弱く単調に増加する場合には、弱く単調に増加する傾向があるように構成されている請求項50に記載のカメラ。 - 前記第1光学フィルタは、前記能動光の周波数帯域と交差する通過帯域を有し、前記能動光の前記周波数帯域は、5ナノメートル未満の帯域幅を有している、請求項50に記載のカメラ。
- (a)前記第1光学フィルタは、前記能動光の周波数帯域と交差する通過帯域を有し、前記能動光の前記周波数帯域は、5ナノメートル未満の帯域幅を有し、
(b)前記第2光学フィルタは、前記能動光の前記周波数帯域と交差しない通過帯域を有している、請求項50に記載のカメラ。 - (a)前記カメラは、能動的な光源も含み、
(b)前記能動的な光源は、前記能動光を放出するように構成されている請求項50に記載のカメラ。
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