固态成像器件、成像装置和电子设备制造方法及图纸

根据本发明专利技术的固态成像器件设置有：像素阵列单元，其中，包含光电转换元件的单位像素被布置为矩阵形式，单位像素被分成多个像素组；和时序控制器，该时序控制器针对多个像素组中的各组独立地设定曝光开始时刻和曝光结束时刻，使得对于多个像素组中的至少一个像素组来说，在单个垂直同步时段内发生多次曝光。

Solid-state imaging devices, imaging devices, and electronic devices

The solid-state imaging device according to the invention is provided with a pixel array unit, in which the unit pixels containing the photoelectric conversion element are arranged in a matrix form, and the unit pixels are divided into a plurality of pixel groups; and the timing controller sets the exposure start time and exposure independently of the groups in the plurality of pixel groups. At the end time, multiple exposures occur in a single vertical synchronization period for at least one pixel group in a plurality of pixel groups.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固态成像器件、成像装置和电子设备
本专利技术涉及固态成像器件、成像装置和电子设备。
技术介绍
作为固态成像器件，例如，已知电荷耦合器件(CCD：chargecoupleddevice)图像传感器(CCD型固态成像器件)和互补金属氧化物半导体(CMOS：complementarymetaloxidesemiconductor)图像传感器(CMOS型固态成像器件)。固态成像器件累积以入射光的量为依据的电荷，并且进行光电转换，以输出与累积的电荷对应的电信号。然而，因为电荷累积量存在上限水平，所以如果在一定的曝光时间内，接收到的光量等于或大于上限水平，那么累积的电荷量达到饱和水平。因此，不能表达出等于或高于饱和水平的色调，且出现所谓的光晕。通过在短时间内释放快门，使得累积的电荷量不饱和，能够避免光晕。然而，在对混合有亮区域和暗区域的高动态范围(HDR：highdynamicrange)的场景进行成像的情况下，不能充足地累积对于暗区域的电荷。因此，暗区域处于所谓的变黑状态，其中，SN比(S/N)低且图像质量劣化。作为高动态范围的场景的成像技术，已知这样的方法：使用不同的曝光时间连续地拍摄多幅图像，并且将这些图像进行合成以扩展动态范围。然而，在该方法中，因为将在彼此分开的成像时刻进行成像而获得的多幅图像进行合成，所以存在这样的问题：如果被摄体(subject)在成像时刻之间移动，那么容易创建多重图像；或存在这样的问题：随着成像图像的数量的增加，获得合成图像的帧速率降低。然而，作为连续地拍摄多幅图像，并且将该多幅图像进行合成以产生高动态范围的图像的替代，存在这样的技术：通过在进行控制使得各像素的曝光时间分别不同的同时对图像进行成像，在一次成像的多次曝光的条件下，获得多幅图像(例如，专利文献1和2)。根据该技术，能够在不饱和(不存在光晕)且不造成变黑的条件下对高动态范围的场景进行成像。引用列表专利文献专利文献1：特开第2002-118789号日本专利申请专利文献2：第2006/049098号国际公开
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题然而，在专利文献1和2所述的相关技术中，通过空间分辨率的分割数量来确定待实现的曝光数量。因此，存在这样的问题：在通过多次曝光对高动态范围的场景进行成像的情况下，空间分辨率容易劣化。因此，本专利技术的目的是提出一种能够不使空间分辨率劣化地对高动态范围的场景进行成像的固态成像器件，包含该固态成像器件的成像装置，和包含该成像装置的电子设备。技术问题的解决方案根据本专利技术的要实现上述目的的固态成像器件包括：像素阵列单元，其中，包含光电转换元件的单位像素被布置为矩阵形式，各单位像素被分成多个像素组；和时序控制器，该时序控制器相对于多个像素组中的各组独立地设定曝光开始时刻和曝光结束时刻，使得多个像素组中的至少一个像素组在单个垂直同步时段内被多次曝光。根据本专利技术的要实现上述目的的成像装置是包括具有上述构造的固态成像器件的成像装置。此外，根据本专利技术的要实现上述目的的电子设备是包括具有上述构造的固态成像器件的电子设备。在具有上述构造的固态成像器件、成像装置或电子设备中，通过在单个垂直同步时段内进行多次曝光，当对高动态范围的场景进行成像时，能够将通过多次曝光获得的多幅曝光图像之间的曝光时间比设定为彼此接近。本专利技术的有益效果根据本专利技术，因为通过在一个垂直同步时段内进行多次曝光，能够将曝光图像之间的曝光时间比设定为彼此接近，所以可以不降低空间分辨率地拍摄高动态范围的场景。此外，效果不限于上述的，且效果可以是本文所述的任何效果。此外，本文所述的效果仅是示例性的，且本专利技术的效果不限于此。此外，可以存在额外的效果。附图说明图1是根据本专利技术的作为示例性固态成像器件的CMOS图像传感器的示意性构造的系统构造图。图2是单位像素的示例性电路构造的电路图。图3A是像素分组的第一示例图，图3B是像素分组的第二示例图。图4是根据本实施例的在时序控制器的控制下执行的曝光序列的示例(曝光序列1)。图5是本实施例的情况下的像素组A的像素值数据的读取序列图。图6是这样的CMOS图像传感器的构造的示意图：单个像素列布置有多个A/D转换器，该多个A/D转换器被并列使用。图7是根据本实施例的与曝光序列中的单个垂直同步时段(单个显示帧)对应的部分的示图。图8是这样的示图：提取且图示了像素阵列单元中的某两个像素列，以及与像素列对应的列信号线和A/D转换器。图9是在读取时刻t＝0时的列信号线和A/D转换器之间的连接状态的示图。图10是在读取时刻t＝1时的列信号线和A/D转换器之间的连接状态的示图。图11是在读取时刻t＝2时的列信号线和A/D转换器之间的连接状态的示图。图12是在读取时刻t＝0时的被读取为曝光图像的行编号的示图。图13是在读取时刻t＝1时的被读取为曝光图像的行编号的示图。图14是在读取时刻t＝2时的被读取为曝光图像的行编号的示图。图15A是在应用于具有层压结构的CMOS图像传感器的情况下的单位像素和A/D转换器之间的对应关系的示图，图15B是单个像素组中的像素与对应的A/D转换器之间的电连接的示图。图16是根据本专利技术的成像装置的示例性构造的框图。图17是根据第一实施例的图像处理器的示例性构造的框图。图18是根据第一实施例的由图像处理器执行的图像处理的流程图。图19是将来自像素组A的HDR图像数据和来自像素组B的输出数据进行合成的图像处理的流程图。图20是根据本实施例的曝光序列的另一个示例(曝光序列2)。图21是根据第二实施例的图像处理器的示例性构造的框图。图22是根据第二实施例的由图像处理器执行的这样的处理的示例性流程的流程图：根据针对各像素位置的移动被摄体的估计结果来确定两幅图像的合成比，并且将这两幅图像进行合成。图23是根据第三实施例的图像处理器的示例性构造的框图。图24是在第四实施例的情况下的曝光序列。图25是根据本专利技术的电子设备的示意性构造的系统构造图。具体实施方式下面将参照附图详细说明本专利技术的实施例。本专利技术的技术不限于这些实施例，且实施例中的各种值等仅是示例性的。在下面的说明中，使用相同的附图标记来标注相同的元件或具有相同功能的元件，并且省略重复的说明。注意，将以下面的顺序作出说明。1.根据本专利技术的固态成像器件、成像装置和电子设备的整体说明2.根据本专利技术的固态成像器件(CMOS图像传感器的示例)2-1.系统构造2-2.单位像素的电路构造2-3.单位像素的分组2-4.单个垂直同步时段内的多次曝光2-5.曝光序列的示例2-6.单个像素列布置有多个A/D转换器的示例2-7.变型例3.根据本专利技术的成像装置3-1.系统构造3-2.图像处理器的构造3-2-1.第一实施例(同步处理的示例)3-2-2.第二实施例(各像素组的顺序HDR合成的示例)3-2-3.第三实施例(像素组之间的顺序HDR合成的示例)3-2-4.第四实施例(应对由于闪烁现象而造成的黑障(Blackout)的措施的示例)4.根据本专利技术的电子设备<根据本专利技术的固态成像器件、成像装置和电子设备的整体说明>在根据本专利技术的固态成像器件、成像装置和电子设备中，时序控制器能够具有这样的构造：相对于多个像素组中的各组独立地设定曝光开始时刻和曝光结束时刻，使得对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态成像器件，其包括：像素阵列单元，在所述像素阵列单元中，包含光电转换元件的单位像素被布置为矩阵形式，各单位像素被分成多个像素组；和时序控制器，所述时序控制器相对于所述多个像素组中的各组独立地设定曝光开始时刻和曝光结束时刻，使得所述多个像素组中的至少一个像素组在单个垂直同步时段内被多次曝光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.05 JP 2015-2172431.一种固态成像器件，其包括：像素阵列单元，在所述像素阵列单元中，包含光电转换元件的单位像素被布置为矩阵形式，各单位像素被分成多个像素组；和时序控制器，所述时序控制器相对于所述多个像素组中的各组独立地设定曝光开始时刻和曝光结束时刻，使得所述多个像素组中的至少一个像素组在单个垂直同步时段内被多次曝光。2.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中，所述时序控制器相对于所述多个像素组中的各组独立地设定所述曝光开始时刻和所述曝光结束时刻，使得对于所述多次曝光中的至少两次曝光，稍后开始曝光的曝光图像中的被最先读取的行中的单位像素的曝光结束时刻早于先前开始曝光的曝光图像中的作为最后读取行的行中的单位像素的曝光结束时刻。3.根据权利要求2所述的固态成像器件，其中，对于曝光结束在时域上重叠的多幅曝光图像，所述时序控制器进行控制从而以时间分割的方式每行地输出各图像数据。4.根据权利要求1所述的固态成像器件，还包括：图像处理器，所述图像处理器被构造为在所述多个像素组的各曝光图像的图像数据的基础上产生高动态范围的图像。5.根据权利要求4所述的固态成像器件，其中，所述图像处理器包括行序列转换单元，所述行序列转换单元将所述单个垂直同步时段内不是被最后曝光的曝光图像的各行的像素值数据保存在存储单元中，所述行序列转换单元根据所述单个垂直同步时段内被最后曝光的曝光图像的各行的像素值数据的输出时刻从所述存储单元读取同一行的像素值数据，并且所述行序列转换单元将所述多幅曝光图像的行对齐并进行输出。6.根据权利要求5所述的固态成像器件，其中，所述图像处理器包括第一图像合成单元，所述第一图像合成单元将从所述行序列转换单元将行对齐并进行输出的多个曝光像素的像素值数据，在多个曝光像素之间进行合成并输出合成的数据。7.根据权利要求4所述的固态成像器件，其中，所述图像处理器包括第二图像合成单元，所述第二图像合成单元将所述单个垂直同步时段内的最先曝光的曝光图像的像素值数据保存在存储单元中，所述第二图像合成单元参考以像素为单位已经保存在所述存储单元中的与所述图像自身的像素位置和周边像素位置对应的像素值数据来计算曝光顺序在所述单个垂直同步时段内不是第一个的曝光图像的合成像素值，并将计算出的值保存在所述存储单元中，并且当已经完成所述单个垂直同步时段内的最后曝光的曝光图像的像素值数据的合成时，所述第二图像合成单元输出最终合成结果。8.根据权利要求7所述的固态成像器件，其中，在各像素组中，所述第二图像合成单元将所述单个垂直同步时段内的最先曝光的曝光图像的像素值数据保存在所述存储单元中，并且所述第二图像合成单元参考以像素为单位已经保存在所述存储单元中的与所述图像自身的像素位置和周边像素位置对应的像素值数据来计算曝光顺序在所述单个垂直同步时段内不是第一个的曝光图像的合成像素值，并将计算出的值保存在所述存储单元中。9.根据权利要求7所述的固态成像器件，其中，所述图像处理器包括像素组间合成单元，所述像素组间合成单元参考各像素组的最终合成结果来计算所述像素组之间的合成值，所述最终合成结果是通过所述第二图像合成单元将所述单个垂直同步时段内的最后曝光的曝光图像进行合成而获得的。10.根据权利要求7所述的固态成像器件，其中，所述图像处理器包括第三图像合成单元，在所有像素组的曝光图像中，所述第三图像合成单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村成希，大槻盛一，
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