固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备制造方法及图纸

固体摄像装置(10)能将多个读出信号合成来扩大动态范围，具有信号处理部(710)，其在进行多个读出信号的合成时，根据多个读出信号当中至少一个读出信号(高增益信号HCG、低增益信号LCG)与阈值(Joint Thresh)的比较结果来选择至少一个合成所需的信号，在合成处理中应用所选择出的信号来生成扩大了动态范围的合成信号，信号处理部能动态地变更阈值。根据该结构，能与个体偏差等无关地进行要组合的多个信号的平滑的切换，能在抑制图像劣化的同时实现高动态范围化，进而能实现高画质化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备
本专利技术涉及固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备。
技术介绍
作为利用了检测到光而产生电荷的光电变换元件的固体摄像装置(图像传感器)，有CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器以供实用。CMOS图像传感器作为数字摄像机、视频摄像机、监视摄像机、医疗用内窥镜、个人计算机(PC)、便携电话等便携终端装置(移动设备)等各种电子设备的一部分而被广泛应用。CMOS图像传感器的主流是列并列输出型，其中，使每个像素具备具有光电二极管(光电变换元件)以及浮动扩散层(FD：FloatingDiffusion，浮动扩散)的FD放大器，其读出方式是，选择像素阵列当中的某一行，并将它们同时向列(column)方向读出。但是，为了特性提升，提出有各种实现具有高动态范围(HDR：HighDynamicRange)的高画质的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的方法。过去，在固体摄像装置中，作为提高(扩大)动态范围的方法，例如已知如下等方法：从图像传感器的同一像素读出积蓄时间不同的两个种类的信号，将这两个种类的信号组合来使动态范围扩大；以及将高灵敏度的像素中动态范围小的信号和在低灵敏度下扩大了动态范围的信号组合来扩大动态范围。例如在专利文献1中，公开了分割成短的曝光时间下与高照度侧对应的摄像和长的曝光时间下与低照度对应的摄像这样不同的两次以上的曝光时间的高动态范围化技术。另外，在专利文献1中，公开了使浮动扩散的电容可变的高动态范围化技术。另外，在专利文献2中公开了如下技术：在光电二极管PD连接高灵敏度低照度侧的小电容C1的浮动扩散和低灵敏度高照度侧的大电容C2的浮动扩散，并分别输出低照度侧的输出OUT1和高照度侧输出OUT2，由此进行高动态范围化。这些信号的合成方法若在时间上看，存在跨多个帧的方式和在1帧内输出多个种类的动态范围不同的信号的方式等。现有技术文献专利文献专利文献1：JP专利第3984814号公报专利文献2：JP专利第3592106号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题然而，不管在哪种方法中，对于要组合的(要合成的)多个信号来说，在进行组合(信号的切换)的信号值的附近，相对于入射光量(照度)的输出电压的直线性都需要分别大致保持成同等。由于各个信号为了扩大动态范围(D范围)而被设计成使相对于光量(照度)的增益不同，因此主要在由模拟数字转换器(ADC)进行了数字变换后的数字信号处理电路中对增益进行补正，从而保持相同的直线性(或倾斜度)。但是，由于存在固体摄像装置的个体单位中的偏差、或一个个体当中的像素间的偏差等，因此即使用以偏差的中心值的参数为基础进行了补正的数值来切换各个信号，有时也不一定能保证该电平的附近的直线性(linearity)。在这样补正精度低(有偏差)的情况下，存在如下不利：不能进行平滑的切换，该不连续点会成为噪声，从而成为所谓的色调跳变等图像劣化的主要原因。本专利技术提供固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备，能与个体偏差等无关地进行要组合的多个信号的平滑的切换，能在抑制图像劣化的同时实现高动态范围化，进而能实现高画质化。用于解决课题的手段本专利技术的第1观点是能将多个读出信号合成来扩大动态范围的固体摄像装置，具有信号处理部，其在进行所述多个读出信号的合成时，根据所述多个读出信号当中至少一个读出信号与阈值的比较结果来选择至少一个合成所需的信号，在合成处理中应用所选择出的信号来生成扩大了动态范围的合成信号，所述信号处理部能动态地变更所述阈值。本专利技术的第2观点是能将多个读出信号合成来扩大动态范围的固体摄像装置的驱动方法，具有：比较步骤，在进行所述多个读出信号的合成时，对所述多个读出信号当中至少一个读出信号和阈值进行比较；选择步骤，根据比较结果选择至少一个合成所需的信号；和生成步骤，在合成处理中应用所选择出的信号来生成扩大了动态范围的合成信号，动态地变更所述阈值来进行所述比较步骤、所述选择步骤、以及所述生成步骤的处理。本专利技术的第3观点的电子设备具有：能将多个读出信号合成来扩大动态范围的固体摄像装置；和在所述固体摄像装置成像被摄体像的光学系统，所述固体摄像装置包含信号处理部，其在进行所述多个读出信号的合成时，根据所述多个读出信号当中至少一个读出信号与阈值的比较结果来选择至少一个合成所需的信号，在合成处理中应用所选择出的信号来生成扩大了动态范围的合成信号，所述信号处理部能动态地变更所述阈值。专利技术效果根据本专利技术，能与个体偏差等无关地进行要组合的多个信号的平滑的切换，能在抑制图像劣化的同时实现高动态范围化，进而能实现高画质化。附图说明图1是表示本专利技术的第1实施方式所涉及的固体摄像装置的信号处理系统的整体的结构例的框图。图2是表示本第1实施方式所涉及的像素阵列部中的能生成低增益信号和高增益信号的像素(pixel)的结构例的图。图3是表示本专利技术的第1实施方式所涉及的信号处理部的结构例的图。图4是用于具体说明将高增益信号和低增益信号合成来做出高动态范围信号的合成方法的图。图5是示意地表示将低增益信号和高增益信号以4步分阶段地平滑地合成的情况下的信号电平、中心阈值、各结合位置(点)、被动态地设定的阈值的关系的图。图6是用于说明本第1实施方式所涉及的信号处理部中的合成处理的一例的流程图。图7是表示本专利技术的第2实施方式所涉及的信号处理部的结构例的图。图8是表示图7的随机数产生部的具体的结构例的图。图9是用于说明将高增益信号、中增益信号、和低增益信号这三个信号以倾斜度相等的方式进行合成的处理的图。图10是表示分割成短的曝光时间下与高照度侧对应的摄像和长的曝光时间下与低照度对应的摄像这样不同的两次以上的曝光时间的高动态范围化技术的一例的图。图11是用于说明以帧为单位提高动态范围的示例的图。图12是表示应用本专利技术的实施方式所涉及的固体摄像装置的电子设备的构成的一例的图。附图标记的说明10固体摄像装置20寄存器控制器30定时控制器40像素(pixel)阵列部50模拟增益部60模拟数字转换器(ADC)70数字信号处理器(DSP)710、710A信号处理部711、712乘法运算器713、713A合成处理部714随机数产生部80可扩展低电压信号传输(SLVS)接口部90时钟发生器100电子设备110CMOS图像传感器120光学系统130信号处理电路(PRC)具体实施方式以下与附图建立关联来说明本专利技术的实施方式。(第1实施方式)图1是表示本专利技术的第1实施方式所涉及的固体摄像装置的信号处理系统的整体的结构例的框图。在本实施方式中，固体摄像装置10构成为能将从像素(pixel)读出的多个(两个或三个以上)的读出信号合成来扩大动态范围，例如由CMOS图像传感器构成。图1的固体摄像装置10具有以下各部分作为主构成要素：寄存器控制器(RegisterController)20、定时控制器(TimingController)30、像素(pixel)阵列(PixelArray)部40、模拟增益(AnalogGain)部50、模拟数字转换器(ADC：AnalogDigitalConverter)部60、包含作为信号处理部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体摄像装置，能将多个读出信号合成来扩大动态范围，所述固体摄像装置的特征在于，具有：信号处理部，其在进行所述多个读出信号的合成时，根据所述多个读出信号当中至少一个读出信号与阈值的比较结果来选择至少一个合成所需的信号，在合成处理中应用所选择出的信号来生成扩大了动态范围的合成信号，所述信号处理部能动态地变更所述阈值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.25 JP 2015-2532861.一种固体摄像装置，能将多个读出信号合成来扩大动态范围，所述固体摄像装置的特征在于，具有：信号处理部，其在进行所述多个读出信号的合成时，根据所述多个读出信号当中至少一个读出信号与阈值的比较结果来选择至少一个合成所需的信号，在合成处理中应用所选择出的信号来生成扩大了动态范围的合成信号，所述信号处理部能动态地变更所述阈值。2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，作为所述阈值，所述信号处理部将预先设定的基准阈值、和通过对所述基准阈值和给定的步值进行比较运算而决定的新的阈值应用到所述合成处理中。3.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述信号处理部包含对所述多个读出信号进行加权处理的加权处理部，且具有用于进行加权的进一步的新的阈值，所述加权处理部在被所述阈值相夹的区域的信号电平中，按照分配给该区域的加权值来算出加权平均值，将该加权平均值作为该区域的合成信号输出。4.根据权利要求3所述的固体摄像装置，其中，所述固体摄像装置具有多个阈值，所述加权处理部包含对所述多个读出信号进行相加取平均的相加取平均处理功能，所述相加取平均处理功能使处于被所述阈值相夹的区域的信号电平的各个信号具有相加取平均后得到的值而成为一个输出。5.根据权利要求2所述的固体摄像装置，其中，所述信号处理部包含随机数产生部，能将多个阈值的平均值设置为与所述基准阈值相当的中心阈值，所述中心阈值将在初始的中心阈值上加上由所述随机数产生部产生的随机数而新算出的值作为第2中心阈值，以该第2中心阈值为基础来进行所述合成所需的信号的选择处理。6.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述固体摄像装置包含能改写的存储部，所述基准阈值被写入所述存储部。7.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述固体摄像装置具有多个所述信号处理部。8.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，从包含光电变换元件的像素读出的所述多个读出信号包含至少一组低增益信号、和与该低增益信号相比以较少的入射光量饱和的高增益信号，所述信号处理部使所述低增益信号和所述高增益信号的倾斜度相等，并且在所述高增益信号快要饱和之前的保持了直线性的非饱和区域，通过所述合成处理将所述低增益信号和所述高增益信号合成。9.根据权利要求8所述的固体摄像装置，其中，所述信号处理部以所述低增益信号和所述高增益信号中的至少一方为基准来进行所述合成处理。10.根据权利要求8所述的固体摄像装置，其中，所述信号处理部，以所述高增益信号为基准进行所述合成处理，作为所述阈值，能将预先设定的基准阈值、和通过对所述基准阈值和给定的步值进行比较运算而决定的至少一个新的阈值应用在所述合成处理中，在所述非饱和区域的中心部位置设定所述基准阈值来作为中心阈值，从所述中心阈值的设定位置起，在应将合成信号与所述高增益信号结合的高增益信号最端部侧结合位置之间，设定包含该高增益信号最端部侧结合位置在内的至少两个高增益侧结合位置，并且设定从中心部位置向高增益信号最端部逐渐变大的、与所设定出的所述高增益侧结合位置对应的高增益侧步值，从所述中心阈值中减去所设定出的所述高增益侧步值来设定为对应的所述高增益侧结合位置的新的阈值，应用该新的阈值并根据所述高增益侧结合位置处的阈值与所述高增益信号的比较结果来进行所述合成处理。11.根据权利要求8所述的固体摄像装置，其中，所述信号处理部，以所述高增益信号为基准进行所述合成处理，作为所述阈值，能将预先设定的基准阈值、和通过对所述基准阈值和给定的步值进行比较运算而决定的至少一个新的阈值应用到所述合成处理中，在所述非饱和区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：高根靖雄，
申请(专利权)人：普里露尼库斯日本股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP