[发明专利]摄像装置、摄像系统以及光检测方法

说明书

本申请提供能够取得曝光时间内的与被摄体的亮度的时间性变化相关的信息的摄像装置、摄像系统以及光检测方法。摄像系统具有将强度在时间上变化的光放射到被摄体的至少一个照明装置、和检测来自被摄体的光的至少一个摄像装置。至少一个摄像装置具有分别能够变更灵敏度的至少一个摄像单元、和与至少一个摄像单元电连接的至少一个灵敏度控制线。至少一个摄像单元具有接受来自被摄体的光并生成信号电荷的光电转换部、和检测信号电荷的信号检测电路。至少一个灵敏度控制线在曝光期间中将灵敏度控制信号供应给至少一个摄像单元，该灵敏度控制信号具有由对构成正交系的函数系的基底之中的一个加上常数而得到的取正值的函数表示的波形。

技术领域

本申请涉及摄像装置、摄像系统以及光检测方法。

背景技术

以往，广泛使用CCD(电荷耦合器件：Charge Coupled Device)传感器以及CMOS(互补金属氧化物半导体：Complementary MOS)传感器。众所周知，这些光传感器具有在半导体基板上形成的光电二极管，生成与照度相应的信号。近年，还提出了在覆盖形成了读出电路的半导体基板的层间绝缘层上配置了光电转换层而成的所谓层叠型的构造。

以CMOS图像传感器为代表的数字图像传感器的摄像单元各自一般来说具有光电二极管等光电转换元件、电荷积蓄区域(也被称为“浮动扩散”)、以及与电荷积蓄区域电连接的读出电路。电荷积蓄区域对由光电转换元件生成的信号电荷进行积蓄，读出电路读出与在电荷积蓄区域中积蓄的信号电荷量相应的信号(典型地说为电压信号)。

在各摄像单元的电荷积蓄区域中积蓄的信号电荷量具有与对于摄像单元的照度以及拍摄时的灵敏度之积在曝光期间的积分值成比例的大小。一般来说，在拍摄中，设定与场景相应的灵敏度，该灵敏度在取得1帧的图像的期间被固定。换言之，在帧期间的整体上，各摄像单元的灵敏度为一定。从而，从各摄像单元最终读出的信号对应于将在曝光期间中的各瞬间产生的信号电荷在时间上累积后的结果。

这意味着，例如若在曝光期间中被摄体的位置变化，则得到重叠了在某瞬间的被摄体的像、和其他某瞬间的被摄体的像的图像。也就是说，图像中的被摄体的像产生模糊。下述的专利文献1公开了根据曝光期间中的各瞬间的被摄体(例如车辆)的像，检测在曝光期间中位置变化的被摄体的移动速度，构筑在曝光开始时的被摄体的像的图像形成方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2006-050343号公报

发明内容

如上所述，在以往的图像传感器中从各摄像单元输出的信号是与在曝光期间中生成的信号电荷的总量对应的信号。从而，即使被摄体的亮度在曝光期间中变化，也不能从各摄像单元的输出知晓其亮度变化。换言之，通过以往的图像传感器，不能取得与在比曝光期间短的时间中的被摄体的亮度的变化相关的信息。专利文献1中记载的技术虽然有效地去除曝光期间中位置在空间上变化的被摄体的拍摄中的模糊，但没有考虑曝光期间中的被摄体本身的亮度的变化。通过专利文献1中记载的技术而最终得到的图像数据是曝光开始时的被摄体的图像数据，在该图像数据中，不包含与曝光期间中的被摄体的亮度变化相关的信息。

原理上，若缩短曝光期间，则能够取得在比较短的时间变化的亮度信息。但是，若缩短曝光期间，则在曝光期间中到达摄像单元的光子数减少，从而通过光电转换生成的电荷量(信号电荷量)减少。在光传感器中，由于光的照射以外的原因而产生的伪信号电荷(噪声)是不可避免的，因此由于信号电荷量的减少而信噪比(所谓S/N)恶化。

作为光检测元件的图像传感器不仅用于作为纪念的运动图像或静止图像的拍摄，在测定或分析的场景中也使用。此外，图像传感器作为机器视觉也是有用的。因此，若能够利用光检测元件从被摄体取得更多信息则是有益的。

根据本申请的非限定性的某例示的实施方式，提供以下方案。