JP7014734B2 - 固体撮像装置および撮像装置 - Google Patents
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Description
まず、背景技術で述べた課題について、図4を用いて説明する。
まず、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成例について説明する。
図1は、実施の形態に係る固体撮像装置1の構成例を示すブロック図である。
次に、画素回路3の構成例について説明する。
次に、アナログ画素信号のリセットレベルと信号レベルとを読み出して相関二重検出する動作について説明する。
図5は実施の形態1に係るゲイン制御を伴う画素読み出しの動作例を示すタイムチャートである。浮遊拡散層FDにおける信号電荷を電圧に変換するゲインは、ゲイン制御トランジスタGCのオンおよびオフに応じて高いゲインと低いゲインとに切り替え可能である。図5の(a)は、浮遊拡散層FDの変換ゲインが高い状態での高感度画素PDから浮遊拡散層FDへの信号電荷の読み出し動作を示す。図5の(b)は、浮遊拡散層FDの変換ゲインが低い状態での低感度画素Kから浮遊拡散層FDへの信号電荷の読み出し動作を示す。
つづいて、固体撮像装置1の画素配置について説明する。
次に、固体撮像装置1における高感度画素PDおよび低感度画素Kの露光動作について説明する。
次に、信号処理部70の構成について説明する。
次に、実施の形態2における固体撮像装置1について説明する。実施の形態2では、低感度画素Kの代わりに、2種類の低感度画素K1、K2を備える固体撮像装置1の構成例について説明する。
次に、信号処理部70の構成について説明する。
=72dB(AD12bit)+48dB(256/1倍)
=120dB
=72dB(AD12bit)+26dB(20倍)
=98dB≒100dB
実施の形態3では、上述した実施の形態1に係る固体撮像装置の変形例として、通常露光と中間露光とを繰り返す時間配分によって低感度画素Kの感度を調整可能にする固体撮像装置1について説明する。なお、以下では、実施の形態1との違いを中心に説明し、重複する説明は省略する。
以下、図面を参照しながら、実施の形態4に係る撮像装置について説明する。なお、本実施の形態に備わる撮像装置は、上述した実施の形態1~3に係る固体撮像装置1を1つ以上備える。以下、詳細を説明する。
以上、本開示の固体撮像装置、及びそれを用いる撮像装置について、上記実施の形態に基づいて説明してきたが、本開示の固体撮像装置、及びそれを用いる撮像装置は、上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態に対して本開示の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本開示の固体撮像装置、及びそれを用いる撮像装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
3 画素回路
10 画素アレイ部
12 水平走査回路
14 垂直走査回路
15 水平走査線群
18 水平信号線
19 垂直信号線
20 タイミング制御部
25 カラムAD回路
26 カラム処理部
27 参照信号生成部
70 信号処理部
72 WDR合成回路
75 補正部
76 WDR合成回路
711、712、713 補正回路
721 分割回路
731、732 補間回路
741、742、743 低感度信号生成回路
751、752、753 補正回路
757 差分検出回路
758 加算回路
Claims (14)
- 行列状に配置され所定の感度で光電変換する複数の高感度画素と、
前記複数の高感度画素の隙間に行列状に配置され前記所定の感度よりも低い感度で光電変換する複数の低感度画素と、
前記高感度画素からの信号と前記低感度画素からの信号との差分信号を検出し、前記高感度画素の信号を前記差分信号によって補正することにより画素信号を生成する信号処理部とを備え、
前記高感度画素は、前記低感度画素と時間的に同時平行して露光し、
前記低感度画素の露光時間は、前記高感度画素の露光時間よりも長く、かつ、1垂直同期期間よりも短く、所定のフリッカー周期よりも長い
固体撮像装置。 - 前記信号処理部は、前記補正として、前記高感度画素の信号に前記差分信号を加算する
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記固体撮像装置は、
前記高感度画素に対して1垂直走査期間内に、露光時間の異なる複数回の露光動作を行うことにより複数の高感度フレームを生成し、
前記信号処理部は、
前記複数の高感度フレームそれぞれの信号を、前記低感度画素からの信号によって補正し、
補正後の複数の高感度フレームを合成する
請求項1または2に記載の固体撮像装置。 - 前記固体撮像装置は、
前記高感度画素に対して1垂直走査期間内に、第1露光時間だけ露光する第1露光動作、第2露光時間だけ露光する第2露光動作および第3露光時間だけ露光する第3露光動作を行うことにより第1高感度フレーム、第2高感度フレームおよび第3高感度フレームを生成し、
第1露光時間は第2露光時間よりも長く、第2露光時間は第3露光時間よりも長く、
前記信号処理部は、
前記低感度画素の信号から構成されるフレームに、第2露光時間および第3露光時間に応じた第2係数および第3係数をそれぞれ掛けることにより、第2低感度フレームおよび第3低感度フレームを生成し、
前記第2高感度フレームからの信号と、前記第2低感度フレームからの信号との差分信号を検出し、前記第2高感度フレームからの信号を前記差分信号によって補正して第2補正信号を生成し、
前記第3高感度フレームからの信号と、前記第3低感度フレームからの信号との差分信号を検出し、前記第3高感度フレームからの信号を前記差分信号によって補正して第3補正信号を生成し、
前記第1高感度フレームからの信号、前記第2補正信号および第3補正信号を合成することにより前記画素信号を生成する
請求項1または2に記載の固体撮像装置。 - 前記固体撮像装置は、
前記高感度画素に対して1垂直走査期間内に、第1露光時間だけ露光する第1露光動作、第2露光時間だけ露光する第2露光動作および第3露光時間だけ露光する第3露光動作を行うことにより第1高感度フレーム、第2高感度フレームおよび第3高感度フレームを生成し、
第1露光時間は第2露光時間よりも長く、第2露光時間は第3露光時間よりも長く、
前記信号処理部は、
前記低感度画素の信号から構成されるフレームに、第1露光時間から第3露光時間に応じた第1係数、第2係数および第3係数をそれぞれ掛けることにより、第1低感度フレーム、第2低感度フレームおよび第3低感度フレームを生成し、
前記第1高感度フレームからの信号と、前記第1低感度フレームからの信号との差分信号を検出し、前記第1高感度フレームからの信号を前記差分信号によって補正して第1補正信号を生成し、
前記第2高感度フレームからの信号と、前記第2低感度フレームからの信号との差分信号を検出し、前記第2高感度フレームからの信号を前記差分信号によって補正して第2補正信号を生成し、
前記第3高感度フレームからの信号と、前記第3低感度フレームからの信号との差分信号を検出し、前記第3高感度フレームからの信号を前記差分信号によって補正して第3補正信号を生成し、
前記第1補正信号、前記第2補正信号および第3補正信号を合成することにより前記画素信号を生成する
請求項1または2に記載の固体撮像装置。 - 前記複数の低感度画素は、複数の第1低感度画素と複数の第2低感度画素とを含み、
前記第1低感度画素の信号飽和レベルおよび感度の少なくとも一方は、第2低感度画素と異なっている
請求項1または2に記載の固体撮像装置。 - 前記固体撮像装置は、複数の第1画素群と複数の第2画素群とを有し、
前記第1画素群は、正方領域に配置された4つの前記高感度画素と、当該正方領域に配置された4つの前記第1低感度画素とを有し、
前記第2画素群は、正方領域に配置された4つの前記高感度画素と、当該正方領域に配置された4つの前記第2低感度画素とを有し、
前記第1画素群と前記第2画素群は、行方向および列方向に交互に配置される
請求項6に記載の固体撮像装置。 - 前記信号処理部は、
前記複数の第1低感度画素から得られた複数の第1画素信号と、前記複数の第1画素信号を用いた補間により得られた複数の第1補間信号とから構成される第1補間フレームを生成し、
前記複数の第2低感度画素から得られた複数の第2画素信号と、前記複数の第2画素信号を用いた補間により得られた複数の第2補間信号とから構成される第2補間フレームを生成し、
前記高感度画素からの信号と、前記第1補間フレームと前記第2補間フレームとの合成により得られた信号との差分信号を検出し、前記高感度画素の信号を前記差分信号によって補正することにより前記画素信号を生成する
請求項7に記載の固体撮像装置。 - 前記固体撮像装置は、
前記高感度画素に対して1垂直走査期間内に、第1露光時間だけ露光する第1露光動作、第2露光時間だけ露光する第2露光動作および第3露光時間だけ露光する第3露光動作を行うことにより第1高感度フレーム、第2高感度フレームおよび第3高感度フレームを生成し、
第1露光時間は第2露光時間よりも長く、第2露光時間は第3露光時間よりも長く、
前記信号処理部は、
前記第1補間フレームと前記第2補間フレームとを、第1露光時間から第3露光時間に応じた第1係数から第3係数をそれぞれ用いて合成することにより、第1低感度フレーム、第2低感度フレームおよび第3低感度フレームを生成し、
前記第1高感度フレームからの信号と、前記第1低感度フレームからの信号との差分信号を検出し、前記第1高感度フレームからの信号を前記差分信号によって補正して第1補正信号を生成し、
前記第2高感度フレームからの信号と、前記第2低感度フレームからの信号との差分信号を検出し、前記第2高感度フレームからの信号を前記差分信号によって補正して第2補正信号を生成し、
前記第3高感度フレームからの信号と、前記第3低感度フレームからの信号との差分信号を検出し、前記第3高感度フレームからの信号を前記差分信号によって補正して第3補正信号を生成し、
前記第1補正信号、前記第2補正信号および第3補正信号を合成することにより前記画素信号を生成する
請求項8に記載の固体撮像装置。 - 前記固体撮像装置は、行列状に配置された複数の画素回路を備え、
前記複数の画素回路のそれぞれは、
少なくとも1つの前記高感度画素と、
信号電荷を保持する浮遊拡散層と、
前記少なくとも1つの前記高感度画素それぞれに対応して設けられ、対応する高感度画素の信号電荷を前記浮遊拡散層に転送する第1転送トランジスタと、
少なくとも1つの前記低感度画素と、
前記少なくとも1つの前記低感度画素それぞれに対応して設けられ、対応する低感度画素の信号電荷を前記浮遊拡散層に転送する第2転送トランジスタと、
前記第2転送トランジスタと前記浮遊拡散層とを電気的に切断または接続するトランジスタとを備える
請求項1から9のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記固体撮像装置は、さらに、
前記複数の低感度画素毎に設けられた制御電極であって、対応する低感度画素の一部を覆う制御電極を有し、
前記制御電極は、前記制御電極に印加される電圧に応じて対応する低感度画素の表面のポテンシャルを制御する
請求項1から10のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記固体撮像装置は、行列状に配置された複数の画素回路を備え、
前記複数の画素回路のそれぞれは、
少なくとも1つの前記高感度画素と、
信号電荷を保持する浮遊拡散層と、
前記少なくとも1つの前記高感度画素それぞれに対応して設けられ、対応する高感度画素の信号電荷を前記浮遊拡散層に転送する第1転送トランジスタと、
少なくとも1つの前記低感度画素と、
前記少なくとも1つの前記低感度画素それぞれに対応して設けられ、対応する低感度画素の信号電荷を前記浮遊拡散層に転送する第2転送トランジスタとを備え、
前記固体撮像装置は、
前記低感度画素に対して1垂直走査期間内に通常露光動作と中間露光動作とを繰り返し、
前記通常露光動作では、前記第2転送トランジスタのゲート電極がローレベルであり、
前記中間露光動作では、前記第2転送トランジスタのゲート電極がハイレベルまたはミドルレベルであり、
前記通常露光動作から中間露光動作への切り替えを全行同時に行い、前記中間露光動作から前記通常露光動作への切り替えを全行同時に行う
請求項1から11のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 請求項1から12のいずれか1項に記載の固体撮像装置を備え、
ビューシステム、ADAS(先進運転支援システム)のセンシングシステム、および、自動運転のセンシングシステムのいずれか1つのシステムを構成する
撮像装置。 - 前記撮像装置は、輸送機器の前方、左サイド、右サイド、ルームミラーの1つ以上に搭載される
請求項13に記載の撮像装置。
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