成像设备、成像系统和移动体技术方案

本公开涉及成像设备、成像系统和移动体。成像设备执行全局电子快门操作。在用于获取一帧的曝光时段期间，成像设备将在第一时段中累积的电荷从光电转换部分转移到保持部分。当从第一时段的结束时刻起已经经过第二时段时，保持部分保持在第一时段中产生的电荷和在第二时段中产生的电荷两者。包括在成像设备中的多个像素包括第一像素和第二像素，它们各自具有包括在每个像素中的光电转换部分的不同饱和电荷量。

Imaging equipment, imaging system and mobile body

【技术实现步骤摘要】
成像设备、成像系统和移动体
本公开涉及成像设备、成像系统和移动体。
技术介绍
近年来，已经提出了通过互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器进行的全局电子快门操作。在执行全局电子快门操作的成像设备中，用于获取一帧的光电转换中的电荷累积操作在像素之间同时开始和结束(曝光开始时刻在像素之间是相同的并且曝光结束时刻在像素之间也是相同的)。使用全局电子快门操作是有利的，因为即使在拍摄快速移动的被摄体时被摄体图像也不会失真。日本专利申请公开No.2015-177349讨论了具有全局电子快门功能的成像设备。在日本专利申请公开No.2015-177349中讨论的成像设备中，在用于获取一帧的曝光时段中的曝光开始时刻开始的第一时段中，在第一时段中通过光电转换产生的电荷累积在光电转换部分中。在曝光开始时刻，保持部分保持在用于获取前一帧的曝光时段中累积的电荷。在第一时段中，针对每个像素顺序地执行用于读取电荷的操作。在第一时段结束时，在每个像素中电荷从光电转换部分转移到保持部分。在第一时段之后的第二时段中，通过光电转换部分或者通过光电转换部分和保持部分两者累积在第二时段中通过光电转换产生的电荷。在日本专利申请公开No.2015-177349中讨论的成像设备中，在用于获取一帧的曝光时段期间，电荷以这种方式从光电转换部分转移到保持部分。该配置实现了全局电子快门操作，用于在防止图像质量的劣化的同时改善像素的饱和电荷量。
技术实现思路
根据本公开的一方面，一种成像设备包括：多个像素，每个像素包括：光电转换部分，被配置为累积由入射光产生的电荷；保持部分，被配置为保持电荷；放大部分，被配置为输出基于电荷的信号；第一转移开关，被配置为将电荷从光电转换部分转移到保持部分；和第二转移开关，被配置为将电荷从保持部分转移到放大部分。成像设备包括连接到多个像素的输出线。在第一时刻，多个像素的光电转换部分开始累积电荷。从第一时刻到第二时刻，多个像素中的至少一个像素的第一转移开关保持断开，并且多个像素中的该至少一个像素的光电转换部分累积在第一时段中产生的电荷，所述第一时段开始于第一时刻且结束于第二时刻。多个像素的第一转移开关被控制为最迟在第二时刻从断开转变到导通。在第二时刻之后的第三时刻，多个像素的保持部分保持在第一时段中在光电转换部分中产生的电荷和在第二时段中在光电转换部分中产生的电荷，所述第二时段开始于第二时刻且结束于第三时刻。多个像素包括第一像素和第二像素。第一像素的光电转换部分的饱和电荷量不同于第二像素的光电转换部分的饱和电荷量。参考附图，根据示例性实施例的以下描述，本专利技术的其它特征将变得清楚。附图说明图1是示出成像设备的配置的框图。图2是示出成像设备的等效电路的图。图3是示出成像设备的截面结构的示意图。图4是示出第一驱动模式下的成像设备的驱动脉冲的时序图。图5A至图5F是示出第一驱动模式下的成像设备的像素的每个部分的电位状态的示意图。图6是示出第一驱动模式下的成像设备的驱动脉冲的图。图7是示出第二驱动模式下的成像设备的驱动脉冲的图。图8A至图8E是示出第二驱动模式下的成像设备的驱动脉冲和像素部分中的电荷量的示例的示意图。图9A至图9E是示出第二驱动模式下的成像设备的驱动脉冲和像素部分中的电荷量的示例的示意图。图10A至图10E是示出第二驱动模式下的成像设备的驱动脉冲和像素部分中的电荷量的示例的示意图。图11A至图11E是示出第二驱动模式下的成像设备的驱动脉冲和像素部分中的电荷量的示例的示意图。图12A至图12E是示出第二驱动模式下的成像设备的驱动脉冲和像素部分中的电荷量的示例的示意图。图13A至图13E是示出第二驱动模式下的成像设备的驱动脉冲和像素部分中的电荷量的示例的示意图。图14是示出成像设备的等效电路的图。图15是示出成像设备的等效电路的图。图16是示出成像设备的截面结构的示意图。图17是示出成像设备的等效电路的图。图18是示出成像设备的截面结构的示意图。图19A至图19D是示出第二驱动模式下的成像设备的驱动脉冲和像素部分中的电荷量的示例的示意图。图20A至图20D是示出第二驱动模式下的成像设备的驱动脉冲和像素部分中的电荷量的示例的示意图。图21A至图21D是示出第二驱动模式下的成像设备的驱动脉冲和像素部分中的电荷量的示例的示意图。图22是示出成像系统的配置的框图。图23A和图23B是示出移动体的配置的框图。具体实施方式在日本专利申请公开No.2015-177349中讨论的成像设备中，在用于获取一帧的曝光时段期间光量大幅改变的情况下，例如，当拍摄快速移动的被摄体的图像时，从每个像素输出的信号的输出比率可能偏离适当输出比率。因此，存在图像质量劣化的问题。根据本公开的一些示例性实施例，可以改善图像质量。根据本公开的示例性实施例的成像设备设有多个像素和连接到多个像素的输出线。来自多个像素的信号被输出到输出线。多个像素中的每一个包括光电转换部分、用于存储电荷的保持部分以及用于输出基于电荷的信号的放大部分。每个像素还包括：第一转移开关，用于将电荷从光电转换部分转移到保持部分；以及第二转移开关，用于将电荷从保持部分转移到放大部分。这样的配置使得能够执行光电转换时段在多个像素之间相同的成像操作，即，全局电子快门操作。电子快门操作指的是电控制由入射光产生的电荷的累积。根据本公开的一些示例性实施例，多个像素的光电转换部分在第一时刻同时地开始累积电荷(开始第k帧的曝光时段，其中k是等于或大于2的正整数)。从第一时刻到第二时刻，第一转移开关在至少一个像素中维持断开。在该至少一个像素中，在该时段中产生的电荷累积在光电转换部分中。从第一时刻到第二时刻的时段是第一时段。在第一时段中，放大部分将基于保持在多个像素的保持部分中的电荷的信号顺序地输出到输出线。换句话说，每个像素在第一时段中至少输出一次信号。更具体地，在第一时段中，多个像素的第二转移开关顺序地转变为导通。在第一时段中产生的电荷累积在光电转换部分中。因此，在第一时段中，保持部分可以保持在第一时刻之前产生的电荷。更具体地，由保持部分在第一时刻保持的电荷是在前一帧(即，第(k-1)帧)的曝光时段中由光电转换部分产生的电荷。可以取决于要输出的图像的格式来改变在第一时段中输出的信号的数量。例如，当拍摄移动图像时，需要输出用于一帧的水平线的数量的信号。根据这样的示例性实施例，不需要从包括在成像设备中的所有像素输出信号。在输出来自多个像素的信号之后，多个像素的保持部分至少在从第二时刻到第三时刻的第二时段中保持电荷。此时，每个保持部分保持在第一时段中产生的电荷和在第二时段中产生的电荷。在第三时刻，控制单元3同时控制多个像素的第一转移开关从导通转变到断开。光电转换部分需要累积在至少第一时段中产生的电荷，因此即使光电转换部分的饱和电荷量小，也能维持像素的饱和电荷量。该配置使得可以在维持饱和电荷量的同时执行全局电子快门操作。根据本公开的一些示例性实施例，多个像素的保持部分保持电荷的第二时段比第一时段长。这是因为，由于第二时段比第一时段长，所以可以减小光电转换部分的饱和电荷量。根据本公开的一些示例性实施例，在用于获取一帧的曝光时段期间执行用于将电荷从光电转换部分传输到保持部分的全局电子快门操作的成像设备可以防止像素输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像设备，其特征在于，所述成像设备包括：多个像素，每个像素包括：光电转换部分，被配置为累积由入射光产生的电荷；保持部分，被配置为保持电荷；放大部分，被配置为输出基于电荷的信号；第一转移开关，被配置为将电荷从光电转换部分转移到保持部分；和第二转移开关，被配置为将电荷从保持部分转移到放大部分；和输出线，连接到所述多个像素，其中，在第一时刻，所述多个像素的光电转换部分开始累积电荷，从所述第一时刻到第二时刻，所述多个像素中的至少一个像素的第一转移开关保持断开，并且所述多个像素中的所述至少一个像素的光电转换部分累积在第一时段中产生的电荷，所述第一时段开始于所述第一时刻且结束于所述第二时刻，所述多个像素的第一转移开关被控制为最迟在所述第二时刻从断开转变为导通，在所述第二时刻之后的第三时刻，所述多个像素的保持部分保持在所述第一时段中在光电转换部分中产生的电荷和在第二时段中在光电转换部分中产生的电荷，所述第二时段开始于所述第二时刻且结束于所述第三时刻，以及所述多个像素包括第一像素和第二像素，和所述第一像素的光电转换部分的饱和电荷量不同于所述第二像素的光电转换部分的饱和电荷量。

【技术特征摘要】
2018.04.26 JP 2018-0858721.一种成像设备，其特征在于，所述成像设备包括：多个像素，每个像素包括：光电转换部分，被配置为累积由入射光产生的电荷；保持部分，被配置为保持电荷；放大部分，被配置为输出基于电荷的信号；第一转移开关，被配置为将电荷从光电转换部分转移到保持部分；和第二转移开关，被配置为将电荷从保持部分转移到放大部分；和输出线，连接到所述多个像素，其中，在第一时刻，所述多个像素的光电转换部分开始累积电荷，从所述第一时刻到第二时刻，所述多个像素中的至少一个像素的第一转移开关保持断开，并且所述多个像素中的所述至少一个像素的光电转换部分累积在第一时段中产生的电荷，所述第一时段开始于所述第一时刻且结束于所述第二时刻，所述多个像素的第一转移开关被控制为最迟在所述第二时刻从断开转变为导通，在所述第二时刻之后的第三时刻，所述多个像素的保持部分保持在所述第一时段中在光电转换部分中产生的电荷和在第二时段中在光电转换部分中产生的电荷，所述第二时段开始于所述第二时刻且结束于所述第三时刻，以及所述多个像素包括第一像素和第二像素，和所述第一像素的光电转换部分的饱和电荷量不同于所述第二像素的光电转换部分的饱和电荷量。2.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述成像设备拍摄第一帧和所述第一帧之后的第二帧的图像，对应于所述第二帧的曝光时段包括所述第一时段和所述第二时段，在所述第一时刻，保持部分保持对应于所述第一帧的电荷，以及在所述第一时段中，所述多个像素的第二转移开关依次转变为导通，并且所述多个像素的放大部分依次输出信号，使得最迟在所述第二时刻完成要在所述第一帧的图像中使用的信号的输出。3.根据权利要求1所述的成像设备，还包括：信号处理单元，被配置为基于多个处理条件中的任何一个对从所述多个像素输出的信号执行信号处理，其中，在所述信号处理中，应用于从所述第一像素输出的信号的处理条件和应用于从所述第二像素输出的信号的处理条件彼此不同。4.根据权利要求3所述的成像设备，其中，所述信号处理包括用于将信号乘以增益的处理，以及在所述信号处理中，要与从所述第一像素输出的信号相乘的第一增益和要与从所述第二像素输出的信号相乘的第二增益彼此不同。5.根据权利要求4所述的成像设备，其中，根据白平衡设定所述第一增益和所述第二增益。6.根据权利要求4所述的成像设备，其中，在所述信号处理中，所述第一增益小于所述第二增益，并且所述第一像素的光电转换部分的饱和电荷量大于所述第二像素的光电转换部分的饱和电荷量。7.根据权利要求4所述的成像设备，其中，在所述信号处理中，满足以下公式：0.7R≤r≤1.3R，其中r是所述第二增益与所述第一增益的比率，并且R是所述第二像素的光电转换部分的饱和电荷量与所述第一像素的光电转换部分的饱和电荷量的比率。8.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述第一像素的光电转换部分的饱和电荷量和所述第二像素的光电转换部分的饱和电荷量中的至少任一个被配置为可变的。9.根据权利要求3所述的成像设备，还包括：条件设定单元，被配置为设定所述信号处理单元中的所述处理条件，其中，根据所述条件设定单元对所述处理条件的设定，所述成像设备变化所述第一像素的光电转换部分的饱和电荷量和所述第二像素的光电转换部分的饱和电荷量中的至少任一个。10.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述多个像素中的每一个还包括放电开关，所述放电开关被配置为对在光电转换部分中累积的电荷放电，以及由所述第一像素的处于断开状态的放电开关提供的势垒的高度不同于由所述第二像素的处于断开状态的放电开关提供的势垒的高度。11.根据权利要求10所述的成像设备，其中，由所述第一像素的处于断开状态的放电开关提供的势垒的高度和由所述第二像素的处于断开状态的放电开关提供的势垒的高度中的至少任一个被配置为可变的。12.根据权利要求10所述的成像设备，其中，所述放电开关是晶体管，和由处于断开状态的放电开关提供的势垒的高度根据用于将所述放电开关设定为断开状态的要施加到所述放电开关的栅极的电压而变化。13.根据权利要求10所述的成像设备，其中，所述放电开关是晶体管，和要施加到所述第一像素的放电开关的栅极的断开电压不同于要施加到所述第二像素的放电开关的栅极的断开电压。14.根据权利要求10所述的成像设备，其中，所述放电开关是晶体管，和设置在所述第一像素的放电开关的栅极电极下方的半导体区域的杂质浓度不同于设置在所述第二像素的放电开关的栅极电极下方的半导体区域的杂质浓度。15.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述第一像素和所述第二像素中的每一个包括设置在光电转换部分上的滤色器，和所述第一像素的滤色器的颜色不同于所述第二像素的滤色器的颜色。16.根据权利要求15所述的成像设备，其中，包括在所述第一像素中的滤色器是绿色滤色器，包括在所述第二像素中的滤色器是红色滤色器或蓝色滤色器，以及所述第一像素的光电转换部分的饱和电荷量大于所述第二像素的光电转换部分的饱和电荷量。17.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述多个像素中的每一个包括设置在光电转换部分上的滤色器和用于对累积在光电转换部分中的电荷放电的放电开关，所述多个像素以矩阵形式布置，使得所述第一像素和所述第二像素布置在同一行/列中，所述第一像素的滤色器的颜色不同于所述第二像素的滤色器的颜色，以及在所述同一行/列中提供至少两条线，一条线连接到所述第一像素的放电开关，而另一条线连接到所述第二像素的放电开关。18.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述多个像素中的每一个包括在入射光的入射方向上设置在光电转换部...

【专利技术属性】
技术研发人员：大屋武，小林昌弘，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP