[發明專利]固態成像設備和相機系統

在審

• 申請號: 201210315282.5
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102984468A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 皆川佑輔;淺山豪
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: H04N5/355
• 分類號: H04N5/355;H04N5/369;H04N5/378
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 張麗新

技術領域

本技術涉及由諸如CCD或CMOS圖像傳感器的圖像傳感器表示的固態成像設備以及相機系統。

背景技術

期望實現具有寬動態范圍的固態成像設備，其中即使在逆著諸如機動車的前燈、運動場的照明光或者日光的光源的逆光拍攝下高亮度信息也不損毀，并且能夠成像細節部分而不使對象圖像的低亮度部分過分變暗。

在這樣的情況下，在日本專利No.2125710、JP-A-03-117281、JP-A-09-205589、JP-A-2004-320119等中公開了用于擴大諸如CCD的固態成像設備的動態范圍的技術。

在日本專利No.2125710中呈現了一個示例，其中在諸如CCD的一個像素內布置多個（至少兩個）具有對應于一個或多個拐點的不同感光度特性的區域（單元），并且通過實現其中輸入/輸出特性以階梯方式改變的所謂拐點特性來增大CCD的動態范圍。

拐點特性指其中表示為輸出電流相對于曝光量的關系的曲線在高輸入區域中比在低輸入區域中要低的特性曲線，并且經常被稱為高亮度信號壓縮技術。

作為改變感光區域（單元）的感光度的方法，例如公開了其中改變設備的孔徑比的方法、其中布置濾光器（ND濾光器）的方法、其中改變雜質濃度的方法等。

在日本專利No.2125710中，盡管該技術被描述為適用于除了CCD以外的XY地址類型的成像設備，但是沒有詳細描述。

在JP-A-03-117281中公開了一個示例，其中添加在一個像素內布置的單元的信號電荷，以便設置為該像素的信號電荷，CCD的感光像素單元中彼此相鄰的像素或者具有相互不同的感光特性的單元配置為一組，并且獲得即使在燈泡等的強光下信息也不毀損的高動態范圍。

在此情況下，作為改變感光性的單元，例如，將具有相互不同像素面積的單元配置為一組。

在JP-A-09-205589中，類似地將CCD的感光像素單元的一個像素劃分成兩個具有相互不同的感光性級別的區域，并將同一像素的感光性彼此不同的區域的信號電荷混合并垂直地傳輸。然后，根據該技術，通過分配柵極（distribution?gate）將具有相互不同的感光性級別的信號電荷分配至兩個水平傳輸柵極，并通過外部信號處理電路來剪切高感光度側的信號并將其添加到低感光度側的信號，以便形成視頻信號。

在此情況下，視頻信號輸出相對于入射光的強度的特性圖具有折線形狀，并且高感光度側（低亮度側）的傾斜度陡峭，低感光度側（高亮度側）的傾斜度平緩。

在JP-A-2004-320119中，公開了一種解決問題的方法，其中在具有高感光度單元和低感光度單元的成像設備中，原始圖像的數據量（原始數據）由于兩個單元的數據而較大。

更具體地，通過分析拍攝的圖像信息自動確定是否需要記錄高亮度單元的圖像信息。如果確定為“是”，則高亮度單元的原始圖像數據與低亮度單元的信息一起被記錄。另一方面，如果確定為“否”，則僅記錄低亮度單元的原始圖像數據，而不記錄高亮度單元的信息。

將主感光像素單元（由于大面積的高感光度；主要使用微透鏡的中心部分）和副感光像素單元（由于小面積的低感光度；布置在微透鏡的邊緣側）組合以便形成一個像素。

在JP-A-2005-278135中，公開了其中通過比較器和上/下計數器來配置列并列ADC的CMOS圖像傳感器。該CMOS圖像傳感器可以對多行執行像素數字值的加法計算，而不需要添加諸如加法器和線存儲器設備的額外的電路。

但是，在上述劃分像素相加的情況下，與具有對應于目標像素的總面積的面積的像素相比，由于在像素被劃分的情況中的信號處理而產生了不直接對曝光做出貢獻的無效區域（死區）。

從而，由于單個劃分的單元的面積比單元被簡單劃分成四個劃分單元的情況下的面積要小，與前一情況相比，飽和電子的數量減少，并且拍攝噪聲相對增大，由此各個劃分的像素的S/N惡化。

每當執行相加時，也添加了拍攝噪聲，所以劃分單元的相加的結果的S/N也惡化。

此外，像素信號的加法處理是模擬信號的加法，并且感光度對于每個像素不同，因此存在飽和值不均勻、轉折點（break?point）位置變化等問題。

此外，在數字加法的情況下，除了傳感器還需要包括存儲器。

換句話說，在將一個像素單元劃分成感光度級別或累積時間彼此不同的兩個或更多像素單元、并測量感光性作為飽和電荷量Qs的現有相加方法中，對于每個像素，飽和電荷量Qs存在變化。從而，對于相同的光強度，相加結果對于每個像素而變化。