[发明专利]固态成像装置及其驱动方法以及成像设备

说明书

技术领域

本发明涉及固态成像装置及其驱动方法以及成像设备，更具体地，涉及在通过使用多个曝光周期的图像信号使动态范围延伸的时候可以抑制虚色和残留图像的产生的固态成像装置及其驱动方法以及成像设备。

背景技术

一般来说，对于用于监视等的成像设备，需要以下特性：宽动态范围，能够从暗部到亮部显示图像而在摄取背光景物中没有任何缺陷；同时进行室内和室外摄影等。为了获得宽动态范围的特性，在分为用于长时间曝光和用于短时间曝光的组的预定的帧周期中，对不同曝光周期过程中积累的电荷执行读出。

图26A至26D表示相关技术的操作。在相关技术的操作中，对例如CMOS图像传感器的固态成像装置设置长时间曝光周期和短时间曝光周期，并且在一个曝光周期过程中的图像读出完成后，执行另一个曝光周期过程中的图像读出。

图26A示出了积累在行(n)的像素的光电二极管中的信号电荷的时间变化。此外，图26B示出了行(n)的像素的操作。图26C示出了行(n+1)的像素的操作，并且图26D示出了图像信号DS。根据其中执行长时间曝光和短时间曝光的两种时间曝光方法，像素在一个视频帧周期Tf中被扫掠两次，从而读出包括了由长时间曝光产生的信号和由短时间曝光产生的信号的两个图像信号。例如，当长时间曝光周期Tl设为一个视频帧周期Tf的一半时，在时间点t91处读出从时间点t90积累的信号电荷。此外，通过从一个视频帧周期Tf中减去长时间曝光周期Tl和短时间曝光周期Ts获得周期，在当该周期过去时的时间点处，执行所谓的快门操作。

换言之，在从时间点t91经过周期Tn(Tn＝Tf-Tl-Ts)的时间点t92处，通过复位操作对积累的信号电荷执行快门操作。之后，在从时间点t92经过短时间曝光周期Ts的时间点t93处，积累的信号电荷被读出。这样的行读出操作从第一行的像素相继地执行。因此，如图26B和26C所示，在读出行(n)的信号后读出行(n+1)的信号。由此，如图26D所示，作为固态成像装置的输出，在一个视频帧周期Tf的一半的周期过程中，与一个屏幕对应的长时间曝光的数据和与一个屏幕对应的短时间曝光的数据交替地输出。

图27A和27B示出了在相关技术的操作中从中读出信号电荷的行。当从第一行的像素相继地执行信号电荷的读出时，如图27A所示，在时间点t91处，从行(n)的像素读出通过长时间曝光积累的信号电荷。此外，如图27B所示，在时间点t93处，从行(n)的像素读出通过短时间曝光积累的信号电荷。此外，如图27B所示，当在行(s)的像素中执行快门操作时，行(s)所在的位置中扫掠时间比行(n)的提早了短时间曝光周期Ts。换言之，执行快门操作的行(s)的像素被设为以满足关系“Ts＝(s-n)×Th”。这里，“Th”是一个水平周期。

此外，根据JP2008-99158中公开的技术，在长时间曝光和短时间曝光在一个帧周期中执行的情况中，将用于根据短时间曝光的信号电荷积累的信号电荷复位，设定中间电压以执行一部分信号电荷的注入。如上所述，通过设定中间电压注入一部分信号电荷。因此，即使当为具有低亮度的一部分目标对短时间曝光进行信号电荷复位时，也产生具有长曝光周期的图像信号，而不注入积累的电荷。

发明内容

然而，当设置长时间曝光周期和短时间曝光周期时，并且在一个曝光周期期间的图像读出之后执行另一个曝光周期期间的图像读出，图像读出之间的时间差使得出现长时间曝光和短时间曝光的图像中相同的目标的同时性。

例如，如图26A至图26D所示，在长时间曝光图像和短时间曝光图像之间发生时间差(周期Tn+短时间曝光周期Ts)。因此，当目标在时间差内移动时，长时间曝光图像和短时间曝光图像的同时性消失。在长时间曝光图像和短时间曝光图像结合在一起的情况下，存在的问题是在目标中发生所谓的虚色的现象。换言之，对于设置在固态成像装置中的颜色滤光片所区分的红色、绿色和蓝色像素，如果在选择长时间曝光信号和短时间曝光信号中选择不同的信号，在颜色信号之间出现同时性，从而颜色成分比率从实际的目标偏离。

因此，当在摄像机信号处理中执行去马赛克处理时，产生原来不存在的颜色。在背景和目标的亮度级别之间存在大的差别的情况下，这样的虚色成为引起目标的边缘中的得到的图像的质量严重劣化的因素。

此外，在曝光周期设定为执行三次或更多次的情况下，短时间曝光周期的设定被执行两次或更多次。因此，当以高速移动的目标被拍摄时，获得的结果与按两次快门所获得的结构相同。因此，在将图像组合在一起的情况下，具有的问题是目标轮廓作为残留图像(重影)残留下来。