固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子设备，其在将相异的多个曝光时间中拍摄的图像合成的多重曝光处理中，防止运动伪影或LED闪烁的发生并谋求高动态范围化。像素PXL20构成为，例如分割为4个子像素SPXL_0,SPXL_1,SPXL_2,SPXL_3，全部的子像素为同色的第1色(例如G(绿色))Color1的4:0构造，存取控制部80，将多个子像素SPXL的各光电转换部PD的电荷积累期间TE以及电荷积累开始时间STE设定为相异且重叠。也就是说，存取控制部80，将数量相应于全部的同色子像素数量的时间相异的多个电荷积累期间TE以及电荷积累开始时间STE设定为相异且重叠。始时间STE设定为相异且重叠。始时间STE设定为相异且重叠。

【技术实现步骤摘要】
固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子设备


[0001]本专利技术涉及一种固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子设备。

技术介绍

[0002]互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)图像传感器已作为使用有光电转换元件的固态摄像装置(图像传感器)而被实际运用,该光电转换元件检测光并产生电荷。CMOS图像传感器已广泛用作数码相机、摄像机、监控相机、医疗用内窥镜、个人电脑(Personal Computer,PC)、车用相机、手机等便携终端装置(移动设备)等各种电子设备的一部分。
[0003]CMOS图像传感器在每个像素中带有包括光电二极管(光电转换元件)及浮动扩散层(FD:Floating Diffusion,浮置扩散层)的FD放大器,该CMOS图像传感器的主流读取类型为列并联输出型,即,选择像素阵列中的某一行,同时向列(column)输出方向对这些行进行读取。
[0004]一般来说,CMOS图像传感器的各像素构成为,例如对应于1个光电二极管,包括作为传输元件的传输晶体管、作为复位元件的复位晶体管、作为源极跟随元件(放大元件)的源极跟随晶体管、以及作为选择元件的选择晶体管的4元件作为有源元件。
[0005]另外,为了提升其性能,已提出了各种实现具有高动态范围(HDR)的高画质的CMOS图像传感器的方法(例如参照专利文献1、2)。
[0006]专利文献1记载了区分(分割)为以短曝光时间对应于高照度侧的拍摄以及以长曝光时间对应于低照度侧的拍摄的相异的两回以上的曝光时间的高动态范围技术。
[0007]专利文献2中记载了通过采用将不同的多个曝光时间中拍摄的图像合成的多次曝光扩大动态范围的技术。
[0008]图1为显示一像素的例子,和对于一像素设定长时间曝光期间和短时间曝光期间的多重曝光序列的一例的图。
[0009]在此多重曝光序列中,首先于长时间曝光期间TLE的开始端STLE开始长时间曝光TLE,经过长时间曝光期间TLE,于长时间曝光期间TLE的结束端ETLE结束长时间曝光LE。与长时间曝光LE的结束平行,于短时间曝光期间TSE的开始端STSE开始短时间曝光SE，经过短时间曝光期间TSE，于短时间曝光期间TSE的结束端ETSE结束短时间曝光SE。
[0010]在专利文献3中提出一种方法，其应用的技术为各像素包含分割为光敏感性或电荷积累量相异区域的多个例如4个子像素，将4个子像素视为1像素，改变4个子像素的各积累时间以实现高动态范围。在此技术中，将4个子像素的读取信号相加计算。
[0011]图2为显示设定了超长时间曝光期间TVLE、长时间曝光期间TLE、中时间曝光期间TME、以及短时间曝光期间TSE的多重曝光序列的一例的图。
[0012]在此多重曝光序列中，首先于超长时间曝光期间TVLE的开始端STVLE开始超长时间曝光VLE，经过超长时间曝光期间TVLE，于超长时间曝光期间TVLE的结束端ETVLE结束超
长时间曝光VLE。与超长时间曝光VLE的结束平行，于长时间曝光期间TLE的开始端STLE开始长时间曝光LE，经过长时间曝光期间TLE，于长时间曝光期间TLE的结束端ETLE结束长时间曝光LE。与长时间曝光LE的结束平行，于中时间曝光期间TME的开始端STME开始中时间曝光ME，经过中时间曝光期间TME，于中时间曝光期间TME的结束端ETME结束中时间曝光ME。与中时间曝光ME的结束平行，于短时间曝光期间TSE的开始端STSE开始短时间曝光SE，经过短时间曝光期间TSE，于短时间曝光期间TSE的结束端ETSE结束短时间曝光SE。现有技术文献专利文献
[0013][专利文献1]日本专利特开2000
‑
165754号公报[专利文献2]日本专利第4392492号[专利文献3]日本专利第4661912号

技术实现思路

本专利技术所要解决的技术问题
[0014]然而，上述传统的多重曝光技术有一个缺点，即当对象在曝光期间移动或变化时，会出现所谓的运动伪影或闪烁问题，如图3所示。
[0015]具体来说，如果被摄体(对象)在长短曝光期间移动，在合成时会发生位移(运动伪影)。这是因为被摄体的移动速度比快门速度(拍摄时间)快，在拍摄的图像中出现被摄体抖动(模糊)。
[0016]此外，由于连续执行的长时间侧的曝光期间和短时间侧的曝光期间之间没有重叠的时间，会有如后现象发生，例如对象是LED的情况下，在长时间侧的曝光期间中可以检测到2个脉冲，但如由于LED的特有的闪烁(flicker)而在短时间侧的曝光期间中没有检测到脉冲。
[0017]近年来，LED被越来越多地应用于交通标志、交通信号灯、汽车前灯和刹车灯等，由于LED的发光(驱动频率)和图像传感器的快门时间之间的关系，拍摄LED的图像会有特有的闪烁(LED闪烁)。例如，受到LED的亮暗的影响，可能无法判断是紧急
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辆灯的亮暗还是LED的闪烁，或者误认交通标志。
[0018]如果增加曝光时间，使LED在曝光期间至少发光一次，在曝光期间内LED有发光的话，就可能抑制LED闪烁的影响。然而，通过延长曝光时间可以抑制LED的闪烁，但也有如后的缺点:图像白化，并且难以实现高动态范围(HDR)。换句话说，在LED闪烁和高动态范围(HDR)化之间存在着一种权衡的关系。另一个缺点是，拉长曝光时间使拍摄对象更容易出现模糊。
[0019]本专利技术提供固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子设备，其在将相异的多个曝光时间中拍摄的图像合成的多重曝光处理中，防止运动伪影或LED闪烁的发生并谋求高动态范围化。
解决问题的方案
[0020]本专利技术的第一观点的固态摄像装置包括:像素部,配置有分割为包含执行光电转换的光电转换部的多个同色子像素的像素；以及存取控制部，分别个别控制对于所述像素的多个子像素的存取；所述存取控制部，将所述多个子像素的各光电转换部的电荷积累期间以及电荷积累开始时间设定为相异，从所述电荷积累期间长的子像素的光电转换部起依序开始电荷积累，使得在已开始该电荷积累的光电转换部之后接着进行电荷积累的子像素的光电转换部的电荷积累的开始与前一个电荷积累期间重叠，来进行曝光控制。
[0021]本专利技术的第二观点是固态摄像装置的驱动方法,所述固态摄像装置包括:具有配置有分割为包含执行光电转换的光电转换部的多个同色子像素的像素的像素部,并分别个别控制对于所述像素的多个子像素的存取，将所述多个子像素的各光电转换部的电荷积累期间以及电荷积累开始时间设定为相异，从所述电荷积累期间长的子像素的光电转换部起依序开始电荷积累，使得在已开始该电荷积累的光电转换部之后接着进行电荷积累的子像素的光电转换部的电荷积累的开始与前一个电荷积累期间重叠。
[0022]本专利技术的第三观点的电子设备包括:固态摄像装置；以及光学系统,使被摄体像在所述固态摄像装置中成像,所述固态摄像装置包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态摄像装置,其特征在于包括:像素部,配置有像素，所述像素被分割成多个同色子像素，所述多个同色子像素包含执行光电转换的光电转换部；以及存取控制部，分别个别地控制对于所述像素的多个子像素的存取；所述存取控制部将所述多个子像素的各光电转换部的电荷积累期间以及电荷积累开始时间设定为不同，所述存取控制部进行曝光控制，所述曝光控制是从所述电荷积累期间长的子像素的光电转换部起依序开始电荷积累，使得在已开始该电荷积累的光电转换部之后接着进行电荷积累的子像素的光电转换部的电荷积累的开始与前一个电荷积累期间重叠开始。2.根据权利要求1所述的固态摄像装置,其特征在于:即使在设定3个以上的所述电荷积累期间的情况下，所述存取控制部也使得所有的电荷积累期间重叠。3.根据权利要求1所述的固态摄像装置,其特征在于:在所述曝光控制中，所述存取控制部将所述多个同色子像素的电荷积累期间在分配了最长时间的电荷积累期间的结束端时全部结束。4.根据权利要求1所述的固态摄像装置,其特征在于:在所述曝光控制中，所述存取控制部使所述多个同色子像素的电荷积累期间同时并行地结束。5.根据权利要求1所述的固态摄像装置,其特征在于:在长时间侧的曝光期间中，所述存取控制部重复执行短时间侧的曝光期间的曝光处理。6.根据权利要求1所述的固态摄像装置,其特征在于:形成所述像素的多个子像素均为同色，所述存取控制部设定与所述子像素数相应的数量的时间不同的多个所述电荷积累期间。7.根据权利要求1所述的固态摄像装置,其特征在于:所述存取控制部在所述像素包含多个色的子像素的情况下，针对各色分别并行地执行所述曝光控制。8.根据权利要求7所述的固态摄像装置,其特征在于:所述像素针对各色含有多个子像素，所述存取控制部针对各色设定与所述子像素数相应的数量的时间不同的多个所述电荷积累期间。9.根据权利要求7所述的固态摄像装置,其特征在于:所述像素包含特定色的一个子像素，所述存取控制部对于所述特定色的子像素设定单一的电荷积累期间，对于与所述特定色不同的其他色的所述子像素，设定与所述子像素数相应的数量的时间不同的多个所述电荷积累期间。10.根据权利要求1所述的固态摄像装置,其特征在于:在所述像素中，所述多个子像素的光电转换部共有一个微透镜。
11.根据权利要求1所述的固态摄像装置,其特征在于:所述像素包括:至少2个光电转换部，在积累期间积累通过光电转换产生的电荷；多个传输元件，能够在所述积累期间后的传输期间分别个别地传输各个所述光电转换部所积累的电荷；作为输出节点的浮置扩散层，通过各个所述传输元件来被传输由各个所述光电转换部积累的电荷；复位元件，在复位期间，将所述浮置扩散层复位为特定的电位；以及作为输出缓冲部的源极跟随元件，将所述浮置扩散层的电荷转换为与电荷量对应的电压信号，并输出转换所得的电压信号，所述子像素包含分别与所述光电转换部以及该光电转换部连接的所述传输元件，1个所述浮置扩散层以及1个所述源极跟随元件由所述多个光电转换部以及所述多个传输元件所共有。12.根据权利要求11所述的固态摄像装置,其特征在于:所述像素包含多个快门栅极，所述多个快门栅极与各个所述光电转换部连接，使电荷从所连接的所述光电转换部溢出至所述浮置扩散层区域外方向，以电子快门动作将光电转换部的电荷排出。13.根据权利要求12所述的固态摄像装置,其特征在于:所述存取控制部在曝光控制中，从分配到长电荷积累期间的所述子像素的快门栅极开始，依次仅在规定期间导通而将光电转换部复位后，依序开始各子像素的各光电转换部的电荷积累期间，从分配到短电荷积累期间的所述子像素的传输元件开始，依次仅在规定期间导通而依次结束各子像素的各光电转换部的电荷积累期间的同时，依序移行到各个所述光电转换部积累的电荷的传输期间。14.根据权利要求13所述的固态摄像装置,其特征在于:所述存取控制部在曝光控制中，直到在长电荷积累期间的所述子像素的电荷积累期间结束为止，重复执行后述处理:分配到短电荷积累期间的所述子像素，从传输元件开始，依次仅在规定期间导通而依次结束各子像素的各光电转换部的电荷积累期间之后，再次使所述子像素的快门栅极仅在规定期间导通而将光电转换部复位后，依次开始各子像素的各光电转换部的电荷积累期间，从所述子像素的传输元件开始，依次仅在规定期间导通而依次结束各子像素的各光电转换部的电荷积累期间。15.根据权利要求1所述的固态摄像装置,其特征在于:所述像素包括:作为输出节点的浮置扩散层，通过各个所述传输元件被传输各个所述光电转换部的积累电荷；复位元件，于复位期间将所述浮置扩散层复位为规定的电位；与所述浮置扩散层连接的积累元件；
通过所述积累元件积累所述浮置扩散层的电荷的积累电容元件；以及作为输出缓冲部的源极跟随元件，将所述浮置扩散层的电荷转换为与电荷量相应的电压信号，并输出转换所得的电压信号；所述子像素包含分别与所述光电转换部以及该光电转换部连接的所述传输元件，所述积累元件被配置于所述浮置扩散层与所述复位元件之间；能将作为所述输出节点的浮置扩散层的电容转换为第1电容或第2电容，将转换增益切换为以所述第1电容决定的第1转换增益或以所述第2电容决定的第2转换增益，在所述存取控制部的控制下，能执行相应于2次读取所读取的电荷量区分使用第1转换增益及第2转换增益的双转换增益读取，在双转换增益读取模式中，执行第1子像素的读取，再接着执行第2子像素的读取的情况下，在所述第1子像素中，将所述积累元件切换为导通状态，将所述浮置扩散层的增益切换为第2转换增益，执行第2转换增益复位读取处理，将所述积累元件切换为非导通状态，将所述浮置扩散层的增益切换为第1转换增益，执行第1转换增益复位读取处理，将所述积累元件维持在非导通状态，将所述浮置扩散层的增益维持在第1转换增益，在第1传输期间执行传输处理后，执行第1转换增益信号读取处理，将所述积累元件切换为导通状态，将所述浮置扩散层的增益切换为第2转换增益，在第2传输期间执行传输处理后，执行第2转换增益信号读取处理，接着在所述第2子像素中，将所述积累元件切换为导通状态，且将所述浮置扩散层的增益切换为第2转换增益，并执行第2转换增益复位读取处理，将所述积累元件切换为非导通状态，且将所述浮置扩散层的增益切换为第1转换增益，并执行第1转换增益复位读取处理，将所述积累元件维持在非导通状态，且将所述浮置扩散层的增益维持在第1转换增益，在第3传输期间执行传输处理后，执行第1转换增益信号读取处理，将所述积累元件切换为导通状态，且将所述浮置扩散层的增益切换为第2转换增益，在第4传输期间执行传输处理后，执行第2转换增益信号读取处理。16.根据权利要求1所述的固态摄像装置,其特征在于:所述像素包含信号存储部，所述信号存储部包括能够...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫内健，盛一也，韩相万，
申请(专利权)人：普里露尼库斯新加坡私人有限公司，
类型：发明
国别省市：