固态成像元件、驱动方法和电子设备技术

本发明专利技术涉及能够充分扩展动态范围且能够获得更高质量的图像的固态成像元件、驱动方法和电子设备。单位像素设置有第一光电转换器和第二光电转换器。电荷累积部经由第二传输栅极部连接至第二光电转换器，并且第二光电转换器中通过光电转换获得的电荷经由第二传输栅极部传输至电荷累积部。抗晕栅极部也连接至第二光电转换器，且使得第二光电转换器能够被复位。因此，对于单位像素而言突发式驱动是可能的，在突发式驱动中，在单帧期间内，将第二光电转换器的曝光操作和将第二光电转换器获得的电荷进行传输的传输操作重复两次以上。本发明专利技术能够应用于车载相机。

Solid-state imaging elements, driving methods, and electronic devices

The invention relates to a solid-state imaging element, a driving method, and an electronic device capable of fully expanding the dynamic range and capable of obtaining a higher quality image. The unit pixel is provided with a first photoelectric converter and a second photoelectric converter. The charge accumulation part is connected to the second photoelectric converter through the second transmission gate part, and the charge obtained by photoelectric conversion in the second photoelectric converter is transmitted to the charge accumulation part through the second transmission gate part. The anti halo gate part is also connected to the second photoelectric converter, and the second photoelectric converter can be reset. Therefore, burst drive is possible for unit pixels. In burst mode drive, the transmission operation of second photoelectric converter and the charge obtained by the second photoelectric converter can be repeated over two times during the single frame period. The invention can be applied to a vehicle mounted camera.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固态成像元件、驱动方法和电子设备
本专利技术涉及固态成像元件、驱动方法和电子设备，特别地涉及能够充分扩展动态范围并能够获得更高质量的图像的固态成像元件、驱动方法和电子设备。
技术介绍
过去，在拍摄图像的过程中扩展图像的动态范围的被称为HDR(高动态范围)渲染的技术是已知的。关于该技术，例如已经提出了这样的技术：设置灵敏度不同的光接收元件，并且通过组合由各个光接收元件拍摄获得的多个图像来扩展动态范围(例如，参照专利文献1和专利文献2)。此外，也已经提出：通过组合经由长时曝光获得的图像和经由短时曝光获得的图像来扩展动态范围的技术；和通过为光接收元件设置额外的电容以增加能够累积的电荷量来扩展动态范围的技术。此外，也存在这样的技术：不是仅设置灵敏度不同的光接收元件，而是通过控制光接收元件的曝光时间来补充只凭借光接收元件之间的灵敏度差仍不足的灵敏度比。引用列表专利文献专利文献1：日本专利第3071891号专利文献2：日本专利申请特开第2006-253876A号
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题然而，通过上述技术，难以充分扩展动态范围和获得高质量的图像。例如，在仅通过使用灵敏度不同的光接收元件来扩展动态范围的情况下，如果光接收元件之间的距离短，那么光接收元件之间的颜色串扰增加，且因此难以在结构上获得光接收元件之间的足够的灵敏度比。在这种情况下，不可能充分扩展动态范围。此外，在仅使用灵敏度不同的光接收元件的情况下和在为光接收元件设置额外电容的情况下，通过像素结构来确定HDR渲染时的组合比，且因此灵活性低。此外，在使用灵敏度不同的光接收元件的情况下，当曝光时间变长时，在一些情况下，发生运动模糊且移动被摄体的分辨率降低。此外，在控制曝光时间来扩展动态范围的情况下，例如当诸如发光二极管(LED：LightEmittingDiode)道路标记等脉冲发射光源是被摄体时，发生闪烁现象且不可能获得足够质量的图像。鉴于上述情况，做出本专利技术，本专利技术是这样的技术：能够充分扩展动态范围，并且能够获得更高质量的图像。技术问题的解决方案本专利技术的第一方面的固态成像元件包括其中布置有多个单位像素的像素阵列单元和对单位像素的操作进行控制的驱动单元。单位像素具有多个光电转换器。多个光电转换器之中的一个或多个光电转换器中的各者连接至传输栅极、电荷累积部和抗晕栅极部，传输栅极传输光电转换器中通过光电转换获得的电荷，电荷累积部累积经由传输栅极从光电转换器传输的电荷，且抗晕栅极部使光电转换器复位。驱动单元能够实施突发式驱动，其中，对于一个或多个光电转换器，在单帧期间内重复曝光操作和传输操作多次，曝光操作是在光电转换器复位之后实施光电转换器的曝光的操作，且传输操作是将通过曝光获得的电荷传输至电荷累积部的操作。驱动单元能够在改变曝光操作中的曝光时间的同时，实施突发式驱动。驱动单元能够以下述方式控制不实施突发式驱动的光电转换器的曝光：突发式驱动进行的多次曝光的形心位置与不实施突发式驱动的光电转换器的曝光的形心位置大体上对应。驱动单元能够以下述方式控制光电转换器的曝光：光电转换器的曝光与预定脉冲光源的发光同步。驱动单元能够通过基于预定脉冲光源的发光时序来控制光电转换器的曝光，对通过飞行时间测量方法进行的测距进行控制。驱动单元能够以下述方式控制光电转换器的曝光：通过较低灵敏度的光电转换器来检测位于较短距离处的目标对象，且通过较高灵敏度的光电转换器来检测位于较远距离处的目标对象。本专利技术的第一方面的驱动方法是固态成像元件的驱动方法，固态成像元件包括其中布置有多个单位像素的像素阵列单元和对单位像素的操作进行控制的驱动单元。单位像素具有多个光电转换器。多个光电转换器中的一个或多个光电转换器中的各者连接至传输栅极、电荷累积部和抗晕栅极部，传输栅极传输光电转换器中通过光电转换获得的电荷，电荷累积部累积经由传输栅极从光电转换器传输的电荷，且抗晕栅极部使光电转换器复位。驱动方法包括包括驱动单元实施突发式驱动的步骤，在突发式驱动中，对于一个或多个光电转换器，在单帧期间内重复曝光操作和传输操作多次，曝光操作是在光电转换器复位之后实施光电转换器的曝光的步骤，且传输操作是将通过曝光获得的电荷传输至电荷累积部的步骤。在本专利技术的第一方面，固态成像元件设置有其中布置有多个单位像素的像素阵列单元和对单位像素的操作进行控制的驱动单元。单位像素具有多个光电转换器。对于每个光电转换器，传输栅极、电荷累积部和抗晕栅极部连接至多个光电转换器之中的一个或多个光电转换器，传输栅极传输光电转换器中通过光电转换获得的电荷，电荷累积部累积经由传输栅极从光电转换器传输的电荷，且抗晕栅极部使光电转换器复位。本专利技术的第二方面的电子设备能够具有与本专利技术的第一方面的固态成像元件的构造类似的构造。本专利技术的有益效果根据本专利技术的第一方面和第二方面，能够充分扩展动态范围且能够获得更高质量的图像。附图说明图1示出了固态成像元件的构造例。图2示出了像素的构造例。图3用于说明像素的曝光控制。图4用于说明像素的曝光控制。图5是用于说明在曝光时的驱动的时序图。图6是用于说明在读取像素信号时的驱动的时序图。图7示出了像素的另一构造例。图8示出了像素的另一构造例。图9示出了像素的另一构造例。图10是用于说明像素的驱动的时序图。图11示出了像素的另一构造例。图12是用于说明像素的驱动的时序图。图13示出了成像装置的构造例。图14示出了其中使用固态成像元件的使用例。具体实施方式下面将参照附图说明应用本专利技术的实施例。<第一实施例><固态成像元件的构造例>本专利技术是这样的技术：通过该技术，在通过使用多个光电转换器来实施HDR渲染的情况下，对于一个或多个光电转换器，通过为光电转换器设置电荷累积部(光电转换器与电荷累积部之间具有传输栅极)和为光电转换器设置复位栅极(抗晕栅极)且通过实施突发式驱动(burstdriving)，能够充分扩展动态范围且能够获得更高质量的图像。本专利技术能够应用于例如车载相机等。图1示出了应用本专利技术的固态成像元件的构造例。图1所示的固态成像元件11由例如互补金属氧化物半导体(CMOS：ComplementaryMetalOxideSemiconductor)图像传感器等形成。固态成像元件11具有这样的构造，该构造具有形成在未被图示性表示的半导体基板(芯片)上的像素阵列单元21和与像素阵列单元21集成在同一半导体基板上的周边电路部。周边电路部例如由垂直驱动单元22、列处理单元23、水平驱动单元24和系统控制单元25组成。固态成像元件11还包括信号处理单元28和数据存储单元29。信号处理单元28和数据存储单元29可以与固态成像元件11安装在同一基板上，或可以布置在与固态成像元件11不同的基板上。此外，信号处理单元28和数据存储单元29的各处理可以是由设置在与固态成像元件11所处的基板不同的基板上的外部信号处理单元(例如，数字信号处理器(DSP：DigitalSignalProcessor))进行的处理，或可以是软件进行的处理。像素阵列单元21具有这样的构造：具有光电转换器的单位像素(以下，在一些情况下，简称为像素)在行方向和列方向上(即，以矩阵方式)二维地布置，光电转换器根据接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态成像元件，其包括：像素阵列单元，所述像素阵列单元中布置有多个单位像素；和驱动单元，所述驱动单元控制所述单位像素的操作，其中，所述单位像素具有多个光电转换器，且所述多个光电转换器之中的一个或多个光电转换器中的各者连接至传输栅极，所述传输栅极传输所述光电转换器中的通过光电转换获得的电荷，电荷累积部，所述电荷累积部累积经由所述传输栅极从所述光电转换器传输的电荷，和抗晕栅极部，所述抗晕栅极部使所述光电转换器复位。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.08 JP 2015-1368421.一种固态成像元件，其包括：像素阵列单元，所述像素阵列单元中布置有多个单位像素；和驱动单元，所述驱动单元控制所述单位像素的操作，其中，所述单位像素具有多个光电转换器，且所述多个光电转换器之中的一个或多个光电转换器中的各者连接至传输栅极，所述传输栅极传输所述光电转换器中的通过光电转换获得的电荷，电荷累积部，所述电荷累积部累积经由所述传输栅极从所述光电转换器传输的电荷，和抗晕栅极部，所述抗晕栅极部使所述光电转换器复位。2.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，所述驱动单元实施突发式驱动，在所述突发式驱动中，对于所述一个或多个光电转换器，在单帧期间内重复曝光操作和传输操作多次，所述曝光操作是在所述光电转换器复位后实施所述光电转换器的曝光的操作，且所述传输操作是将通过所述曝光获得的电荷传输至所述电荷累积部的操作。3.根据权利要求2所述的固态成像元件，其中，所述驱动单元在改变所述曝光操作中的曝光时间的同时，实施所述突发式驱动。4.根据权利要求2所述的固态成像元件，其中，所述驱动单元以下述方式控制不实施所述突发式驱动的所述光电转换器的曝光：所述突发式驱动进行的多次曝光的形心位置与不实施所述突发式驱动的所述光电转换器的曝光的形心位置大体上对应。5.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，所述驱动单元以下述方式控制所述光电转换器的曝光：所述光电转换器的曝光与预定脉冲光源的发光同步。6.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，所述驱动单元通过基于预定脉冲光源的发光时序来控制所述光电转换器的曝光，对飞行时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：广田功，
申请(专利权)人：索尼半导体解决方案公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP