成像装置和电子设备的制作方法

1.本公开涉及成像装置和电子设备。


背景技术：

2.在成像装置中，作为扩大成像装置的动态范围的方法，已知以不同曝光时间连续捕获多个图像并合成图像的方法。具体而言，例如，该方法是通过执行合成处理来生成一个图像的方法，其中长时间曝光图像和短时间曝光图像被连续且单独地捕获，长时间曝光图像用于暗图像区域，并且短时间曝光图像用于长时间曝光图像中出现光晕的亮图像区域。通过以这种方式合成多个不同曝光图像，可以获得没有光晕的高动态范围图像。
3.在此，在执行分别捕获长时间曝光图像和短时间曝光图像并合成图像的处理的情况下，要求适当调整捕获长时间曝光图像时的曝光时间和捕获短时间曝光图像时的曝光时间。为了满足这一要求，提出了一种能够在对曝光时间没有限制的情况下更精细地调整曝光时间的快门技术(在下文中，为了方便起见，可以将其描述为“精细快门”)(例如，参考专利文献1)。
4.引文列表
5.专利文献
6.专利文献1：日本专利申请特许公开no.2019-4382


技术实现要素：

7.发明要解决的问题
8.在如上所述的在对曝光时间没有限制的情况下具有精细快门功能的成像装置中，期望能够抑制在任何快门定时在任何输入图像中出现阴影。
9.因此，本公开的目的是提供一种能够在对曝光时间没有限制的情况下抑制在实现精细快门时在任何快门定时在任何输入图像中出现阴影的成像装置以及包括该成像装置的电子设备。
10.问题的解决方案
11.用于实现上述目的的本公开的成像装置包括
12.能够在一个水平同步周期内的期望定时执行快门操作的快门功能，
13.其中，在其中各自包括光电转换单元的像素以矩阵形状部署而成的像素布局构成中，关于矩阵状像素阵列针对每个像素行布线有像素控制线，并且在与布线有像素控制线的布线层不同的布线层中针对每个像素列布线有垂直信号线和高电位侧电源电压的电源线，
14.垂直信号线被屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线屏蔽。
15.此外，用于实现上述目的的本公开的电子设备包括具有上述构成的成像装置。
附图说明
16.图1是示意性地图示作为对其应用根据本公开的技术的成像装置的示例的cmos图像传感器的整体基本构成的框图。
17.图2是图示其中一些电路元件由多个像素共享的像素的电路构成的示例的电路图。
18.图3是图示安装在cmos图像传感器上的列并联模数转换单元的构成的示例的框图。
19.图4是示意性地图示cmos图像传感器的整体堆叠的半导体芯片构造的分解透视图。
20.图5a和图5b是像素阵列单元中像素的布置示例的解释图。
21.图6是用于解释当实现动态范围时的快门定时和读出定时的时序图。
22.图7是图示用于驱动像素的信号之间的定时关系的时序图。
23.图8是示意性地图示用于控制精细快门的定时的电路构成示例的框图。
24.图9a是用于解释精细快门的定时的时序图(部分1)，并且图9b是用于解释精细快门的定时的时序图(部分2)。
25.图10是示意性地图示快门地址存储单元的内部构成示例的框图。
26.图11是图示当前像素布局构成的示意图。
27.图12是图示根据第一示例的像素布局构成的示意图。
28.图13是图示根据第二示例的像素布局构成的示意图。
29.图14是图示根据第三示例的像素布局构成的示意图。
30.图15是图示根据第四示例的像素布局构成的示意图。
31.图16是图示根据本公开的技术的应用示例的图。
32.图17是示意性地图示作为本公开的电子设备的示例的成像系统的构成示例的框图。
33.图18是图示车辆控制系统的示意性构成示例的框图，该车辆控制系统是可以对其应用根据本公开的技术的移动体控制系统的示例。
34.图19是图示移动体控制系统中的成像部的安装位置的示例的图。
具体实施方式
35.在下文中，将参考附图详细描述用于执行根据本公开的技术的模式(在下文中，将其描述为“实施例”)。根据本公开的技术不限于该实施例。在下面的描述中，相同的附图标记将用于相同的元件或具有相同功能的元件，并且将省略重复的描述。注意的是，将按照以下次序进行描述。
36.1.根据本公开和整体方面的成像装置和电子设备的描述
37.2.对其应用根据本公开的技术的成像装置
38.2-1.cmos图像传感器的构成示例
39.2-2.像素的电路构成示例
40.2-3.模数转换单元的构成示例
41.2-4.半导体芯片构造
42.2-5.像素的布置示例
43.2-6.关于高动态范围
44.2-7.关于精细快门
45.2-8.关于精细快门特有的阴影问题
46.3.本公开的实施例
47.3-1.第一示例
48.3-2.第二示例
49.3-3.第三示例
50.3-4.第四示例
51.4.修改示例
52.5.应用示例
53.6.根据本公开的技术的应用示例
54.6-1.本公开的电子设备(成像系统的示例)
55.6-2.对移动体的应用示例
56.7.可以用在本公开中的构成
57.《根据本公开和整体方面的成像装置和电子设备的描述》
58.本公开的成像装置和电子设备可以被配置为具有通过以不同曝光时间捕获多个图像并将这多个图像合成以生成一个图像来生成具有高动态范围的图像的功能。
59.在包括上述优选构成的本公开的成像装置和电子设备中，具有不同曝光时间的多个图像可以是具有相对长曝光时间的长时间曝光图像和具有相对短曝光时间的短时间曝光图像。此外，通过使用能够在一个水平同步周期内的期望定时执行快门操作的快门功能，可以单独调整捕获长时间曝光图像时的曝光时间和捕获短时间曝光图像时的曝光时间。
60.此外，在包括上述优选构成的本公开的成像装置和电子设备中，当在布线有像素控制线的布线层中现有的低电位侧电源电压的电源线在与像素控制线并行部署的状态下被布线时，在现有的低电位侧电源电压的电源线的相对侧，屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线可以在与像素控制线并行部署的状态下被布线。可替代地，在布线有垂直信号线的布线层中，屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线可以在与垂直信号线并行部署的状态被布线，更具体而言，可以被布线在垂直信号线与高电位侧电源电压的电源线之间。
61.可替代地，在包括上述优选构成的本公开的成像装置和电子设备中，当垂直信号线被布线在与布线有高电位侧电源电压的布线层不同的布线层中时，屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线可以被布线在布线有高电位侧电源电压的电源线的布线层中。
62.此外，在包括上述优选构成的本公开的成像装置和电子设备中，当像素包括将由光电转换单元光电转换的电荷转移到电荷-电压转换单元的转移晶体管时，像素控制线可以是将驱动信号转移到转移晶体管的转移控制线。而且，当像素包括复位电荷-电压转换单元的复位晶体管时，像素控制线可以是将驱动信号转移到复位晶体管的复位控制线。
63.《本公开的成像装置》
64.首先，将描述对其应用根据本公开的技术的成像装置(即，本公开的成像装置)的基本构成。在此，将描述作为x-y地址成像装置的一种类型的互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器作为成像装置的示例。cmos图像传感器是应用或部分使用cmos工艺制造的图像
传感器。
65.[cmos图像传感器的构成示例]
[0066]
图1是图示作为根据本公开的成像装置的示例的cmos图像传感器的整体基本构成的框图。
[0067]
根据本示例的cmos图像传感器1包括像素阵列单元11和像素阵列单元11的外围电路单元。像素阵列单元11通过二维部署像素(像素电路)20形成，每个像素(像素电路)20在行方向和列方向上，即以矩阵形状包括光电转换单元(光接收单元)。在此，行方向是指像素行中的像素20的布置方向(所谓的水平方向)，并且列方向是指像素列中的像素20的布置方向(所谓的垂直方向)。像素20执行光电转换以生成与接收到的光量对应的光电电荷并且累积生成的光电电荷。
[0068]
像素阵列单元11的外围电路单元例如包括行选择单元12、恒流源单元13、模数转换单元14、参考信号生成单元15、水平转移扫描单元16、信号处理单元17和定时控制单元18。
[0069]
在像素阵列单元11中，针对矩阵状像素阵列的每个像素行，像素控制线31(311至31m)在行方向(水平方向)上布线。此外，针对每个像素列，垂直信号线32(321至32n)在列方向(垂直方向)上布线。像素控制线31转移驱动信号，用于当从每个像素20读出信号时执行驱动。在图1中，像素控制线31被图示为一条布线，但不限于一条，其细节将稍后描述。像素控制线31的一端连接到与行选择单元12的每一行对应的输出端子。
[0070]
像素阵列单元11的外围电路单元的组件，例如，行选择单元12、恒流源单元13、模数转换单元14、参考信号生成单元15、水平转移扫描单元16、信号处理单元17和定时控制单元18将在下面描述。
[0071]
行选择单元12包括移位寄存器和地址解码器，并在选择像素阵列单元11的每个像素20时控制像素行的扫描和像素行的地址。虽然未图示行选择单元12的具体构成，但是行选择单元12一般包括两个扫描系统，例如，读出扫描系统和扫掠扫描系统。
[0072]
为了从像素20读出像素信号，读出扫描系统逐行依次选择和扫描像素阵列单元11的像素20。从每个像素20读出的像素信号中的每一个是模拟信号。扫掠扫描系统在读出扫描之前与快门速度对应的时间对要由读出扫描系统执行读出扫描的被读出行执行扫掠扫描。
[0073]
通过扫掠扫描系统的扫掠扫描，从被读出行中的像素20的光电转换单元扫掠不必要的电荷，因此将光电转换单元复位。然后，通过扫掠扫描系统扫掠(复位)不必要的电荷，执行所谓的电子快门操作。在此，电子快门操作是指扫掠光电转换单元的光电电荷并重新开始曝光(开始光电电荷的累积)的操作。
[0074]
恒流源单元13包括电流源i，该电流源i包括例如连接到用于每个像素列的垂直信号线321至32n中的每一条的mos晶体管，并且通过垂直信号线321至32n中的每一条向由行选择单元12选择性地扫描的像素行的每个像素20供应偏置电流。
[0075]
模数转换单元14包括与像素阵列单元11的像素列对应设置的多个模数转换器的集合(例如，针对像素列)。模数转换单元14是列并联模数转换单元，该模数转换单元14将通过用于每个像素列的垂直信号线321至32n中的每一条输出的模拟像素信号转换成数字信号。
[0076]
作为列并联模数转换单元14中的每一个模数转换器，例如，可以使用作为参考信号比较模数转换器的示例的单斜率模数转换器。但是，模数转换器不限于单斜率模数转换器，并且可以使用逐次逼近型模数转换器、delta-sigma调制(δσ调制)模数转换器等。
[0077]
参考信号生成单元15包括数模(da)转换器，并且生成其电平(电压)随着时间的流逝单调减小的斜波参考信号。由参考信号生成单元15生成的斜波参考信号被供应给模数转换单元14并被用作模数转换时的参考信号。
[0078]
水平转移扫描单元16包括移位寄存器和地址解码器，并且在读出像素阵列单元11的每个像素电路(像素)2的信号时控制像素列的扫描和像素列的地址。在水平转移扫描单元16的控制下，由模数转换单元14转换成数字信号的像素信号以像素列为单位被读出到水平转移线19。
[0079]
信号处理单元17对通过水平转移线19供应的数字像素信号执行预定信号处理以生成二维图像数据。具体而言，例如，信号处理单元17校正垂直线缺陷或点缺陷，钳制信号，或执行诸如并行-串行转换、压缩、编码、加法、求平均和间歇操作之类的数字信号处理。信号处理单元17将生成的图像数据作为cmos图像传感器1的输出信号输出到后级装置。
[0080]
定时控制单元18生成各种定时信号、时钟信号、控制信号等，并基于生成的信号对行选择单元12、恒流源单元13、模数转换单元14、参考信号生成单元15、水平转移扫描单元16、信号处理单元17等执行驱动控制。
[0081]
[像素的电路构成示例]
[0082]
在此，提供像素20的电路构成的示例，其中一些电路元件由多个像素(例如，两个像素)共享。图2图示了像素20的电路构成的示例，其中一些电路元件由两个像素共享。
[0083]
如图2中所示，像素20包括例如两个光电二极管21-1
和21-2
作为光电转换单元(光电转换元件)。在此，像素的电路构成被图示为一个像素20的电路构成，但是两个光电二极管21-1
和21-2
被称为共享一些电路元件的两个像素的光电转换单元(光电转换元件)。
[0084]
像素20包括分别与两个光电二极管21-1
和21-2
对应的两个转移晶体管22-1
和22-2
。两个转移晶体管22-1
和22-2
与两个光电二极管21-1
和21-2
一起构成共享一些电路元件的两个像素。
[0085]
除了两个光电二极管21-1
和21-2
以及两个转移晶体管22-1
和22-2
之外，像素20还包括复位晶体管23、放大晶体管24和选择晶体管25。然后，采用其中作为电路元件的部分的复位晶体管23、放大晶体管24和选择晶体管25由分别包括光电二极管21-1
和21-2
的两个像素共享的电路构成。
[0086]
在本电路构成示例中，作为转移晶体管22-1
和22-2
、复位晶体管23、放大晶体管24和选择晶体管25这五个晶体管，例如，使用n沟道mos场效应晶体管(fet)。但是，这里例示的五个晶体管22-1
和22-2
至25的导电类型的组合仅仅是示例，并且其组合不限于此。
[0087]
对于具有上述电路构成的像素20，多条像素控制线，具体而言转移控制线311、转移控制线312、复位控制线313和选择控制线314共同布线以用于与上述像素控制线31相同的像素行的每个像素20。多条这些像素控制线311至314以像素行为单位连接到与行选择单元12的每个像素行对应的输出端子。行选择单元12将转移信号trg-1
、转移信号trg-2
、复位信号rst和选择信号sel适当地输出到转移控制线311、转移控制线312、复位控制线313和选择控制线314。
[0088]
光电二极管21-1
和21-2
中的每一个具有连接到低电位侧电源电压(例如，接地电平)v
ss
的电源线33的阳极电极，并将接收到的光光电转换成与接收到的光量对应的电荷量的光电电荷(在此，光电子)以累积光电电荷。光电二极管21-1
和21-2
中的每一个的阴极电极经由转移晶体管22-1
和22-2
电连接到放大晶体管24的栅极电极。在此，放大晶体管24的栅极电极被电连接的区域是浮动扩散部(浮动扩散区域/杂质扩散区域)fd。浮动扩散部fd是将电荷转换成电压的电荷-电压转换单元。
[0089]
在高电平(例如，高电位侧电源电压v
dd
)下处于活动状态的转移信号trg-1
和trg-2
通过转移控制线311和312从行选择单元12被供应给转移晶体管22-1
和22-2
中的每一个的栅极电极。转移晶体管22-1
和22-2
响应于转移信号trg-1
和trg-2
而变得导通。因此，由光电二极管21-1
和21-2
光电转换并累积在光电二极管21-1
和21-2
中的光电电荷被转移到浮动扩散部fd。
[0090]
复位晶体管23连接在高电位侧电源电压v
dd
的电源线34与浮动扩散部fd之间。在高电平下处于活动状态的复位信号rst从行选择单元12通过复位控制线313被供应给复位晶体管23的栅极电极。复位晶体管23响应于复位信号rst而变得导通，并且通过将浮动扩散部fd的电荷扫掠到电压v
dd
的电源节点来复位浮动扩散部fd。
[0091]
放大晶体管24具有连接到浮动扩散部fd的栅极电极和连接到高电位侧电源电压v
dd
的电源线34的漏极电极。放大晶体管24用作读出通过光电二极管21-1
和21-2
中的光电转换获得的信号的源极跟随器的输入单元。也就是说，放大晶体管24具有经由选择晶体管25连接到垂直信号线32的源极电极。然后，放大晶体管24和连接到垂直信号线32的一端的电流源i构成将浮动扩散部fd的电压转换成垂直信号线32的电位的源极跟随器。
[0092]
选择晶体管25具有连接到放大晶体管24的源极电极的漏极电极以及连接到垂直信号线32的源极电极。在高电平下处于活动状态的选择信号sel通过选择控制线314从行选择单元12被供应给选择晶体管25的栅极电极。选择晶体管25响应于选择信号sel而变得导通，并且因此从放大晶体管24输出的信号被转移到处于选择状态的像素20的垂直信号线32。
[0093]
注意的是，上述像素20的电路构成是示例，并且不限于该电路构成。具体而言，例如，可以通过在没有选择晶体管25的情况下将选择晶体管25的功能赋予放大晶体管24来进行电路构成，并且根据需要，可以通过增加晶体管的数量来进行电路构成。
[0094]
[模数转换单元的构成示例]
[0095]
接下来，将描述列并联模数转换单元14的构成示例。图3图示了列并联模数转换单元14的构成的示例。在此，在模数转换单元14包括多个单斜率模数转换器的集合且这些单斜率模数转换器分别被提供成与像素阵列单元11的像素20对应的情况下，以第n列中的单斜率模数转换器140为例进行描述。
[0096]
单斜率模数转换器140具有包括比较器141、计数器电路142和锁存电路143的电路构成。在单斜率模数转换器140中，使用由参考信号生成单元15生成的斜波参考信号。具体而言，将斜波参考信号作为参考信号供应给为每个像素列提供的比较器141。
[0097]
比较器141使用从像素20读出的模拟像素信号作为比较输入以及由参考信号生成单元15生成的斜波参考信号作为参考输入，并且比较这两个信号。然后，例如，当参考信号大于像素信号时，比较器141的输出处于第一状态(例如，处于高电平)，并且当参考信号等
于或小于像素信号时，比较器141的输出处于第二状态(例如，处于低电平)。因此，比较器141输出具有与像素信号的信号电平、具体而言是信号电平的量值对应的脉冲宽度的脉冲信号作为比较结果。
[0098]
在与向比较器141供应参考信号的开始定时相同的定时，从定时控制单元18向计数器电路142供应时钟信号clk。然后，计数器电路142与时钟信号clk同步地执行计数操作以测量比较器141的输出脉冲的脉冲宽度的周期，即，从比较操作开始到比较操作结束的周期。计数器电路142的测量结果(计数值)是通过将模拟像素信号数字化而获得的数字值。
[0099]
锁存电路143保持(锁存)作为计数器电路142的计数结果的数字值。此外，锁存电路143通过取与像素20的光电转换时的信号电平对应的d相计数值和与复位像素20时的复位电平对应的p相计数值之间的差值来执行作为去噪处理的示例的相关双采样(cds)处理。然后，在由水平转移扫描单元16驱动时，将锁存的数字值输出到水平转移线19。
[0100]
如上所述，在包括单斜率模数转换器140的集合的列并联模数转换单元14中，从关于直到由参考信号生成单元15生成的线性改变的模拟值的参考信号与从像素20输出的模拟像素信号之间的量值关系改变的时间的信息获得数字值。
[0101]
注意的是，在上述示例中，其中模数转换器140相对于像素列以一对一关系部署的构成已经被描述为列并联模数转换单元14，但是也可以使用其中以多个像素列为单位部署模数转换器140的构成。
[0102]
[半导体芯片构造]
[0103]
具有上述构成的cmos图像传感器1的半导体芯片构造的示例包括由单个半导体芯片形成的平坦半导体芯片构造和通过堆叠多个半导体芯片形成的堆叠的半导体芯片构造。此外，关于像素构造，当其上形成有布线层的基板表面被定义为正面时，可以使用其中接收从与正面相对侧的背面辐射的光的背面照射型像素构造，或者可以使用其中接收从正面辐射的光的正面照射型像素构造。
[0104]
在此，堆叠的半导体芯片构造将被描述为cmos图像传感器1的半导体芯片构造的示例。
[0105]
图4是示意性地图示cmos图像传感器1的整体堆叠的半导体芯片构造的分解透视图。如图4中所示，根据本示例的堆叠的半导体芯片构造具有其中至少第一层半导体芯片41和第二层半导体芯片42这两个半导体芯片堆叠的构造。
[0106]
在这个堆叠的半导体芯片构造中，第一层半导体芯片41是像素芯片，其中形成有像素阵列单元11，在该像素阵列单元11中，包括光电二极管21的像素20以矩阵形状二维地部署而成。例如，在第一层半导体芯片41的左右两端提供用于外部连接的焊盘43和用于电源的焊盘43。
[0107]
第二层半导体芯片42是电路芯片，其上形成有诸如行选择单元12、恒流源单元13、模数转换单元14、参考信号生成单元15、水平转移扫描单元16、信号处理单元17和定时控制单元18之类的电路单元。注意的是，图4示意性地图示了行选择单元12、恒流源单元13、模数转换单元14、参考信号生成单元15、水平转移扫描单元16、信号处理单元17、定时控制单元18等的布置，但这个布置示例仅仅是示例并且不限于这个布置示例。
[0108]
形成在第一层半导体芯片41中的像素阵列单元11和形成在第二层半导体芯片42中的外围电路单元经由设置在半导体芯片41和42两者中的结44和45电连接，结44和45是金
属-金属结，诸如cu-cu结，并且由硅贯通通孔(tsv)、微凸块等形成。
[0109]
在上述堆叠的半导体芯片构造中，适于制造像素阵列单元11的工艺可以应用于第一层半导体芯片41，并且适于制造电路部分的工艺可以应用于第二层半导体芯片42。因此，在制造cmos图像传感器1时可以优化工艺。特别地，可以在制造第二层半导体芯片42的电路部分时应用先进的工艺。
[0110]
注意的是，已经将通过堆叠第一层半导体芯片41和第二层半导体芯片42形成的双层堆叠的半导体芯片构造作为示例进行了描述，但本发明不限于双层堆叠构造，并且可以使用具有三层或更多层的堆叠构造。
[0111]
[像素的布置示例]
[0112]
图5a和图5b图示了像素阵列单元11中的像素20的布置示例。
[0113]
在图5a中，将水平两个像素
×
垂直两个像素的总共四个像素设定为一个单元，并且以像素为单位，左上像素20-1
是主要对红色(r)频带光进行光电转换的r像素，左下像素20-2
是主要对绿色(g)频带光进行光电转换的g像素，右上像素20-3
是主要对绿色(g)频带光进行光电转换的g像素，并且右下像素20-4
是主要对蓝色(b)频带光进行光电转换的b像素。利用这种像素布置示例，可以构成拜耳阵列的一个单元。r像素、g像素和b像素中的每一个用作对每种颜色具有光谱灵敏度的像素。
[0114]
在图5b中，将水平两个像素
×
垂直两个像素的总共四个像素设定为一个单元，以像素为单位，左上像素20-1
是r像素，并且左下像素20-2
、右上像素20-3
和右下像素20-4
是具有全色光谱灵敏度的c(无色)像素。c像素是比r像素、g像素和b像素具有更高灵敏度的像素。因此，在图5b的其中设置有c像素的像素布置示例中，例如，即使在暗处也容易获得明亮的图像。因此，例如，在车载成像装置的情况下，具有即使在与月夜对应的低照度下，也可以对远处的障碍物、远处的行人等进行成像并且可以根据红光的强度来确定汽车的白色前照灯、红色尾灯等的优点。
[0115]
注意的是，图5a和图5b中所示的像素布置示例仅仅是示例，并且不限于这些像素布置示例。例如，在图5a中所示的像素布置示例中，c像素可以部署在两个g像素之一中。
[0116]
[关于高动态范围]
[0117]
具有上述构成的cmos图像传感器1可以通过以不同的曝光时间捕获多个图像并且合成多个图像以生成一个图像来生成具有高动态范围的图像。
[0118]
在此，高动态范围将通过以在不同曝光时间捕获三个图像并将三个图像合成以生成一个图像的情况作为示例进行描述。在下文中，长曝光时间被描述为长时间曝光，并且通过长时间曝光捕获的图像被描述为长时间曝光图像。短曝光时间被描述为短时间曝光，并且通过短时间曝光捕获的图像被描述为短时间曝光图像。在下文中，将比长时间曝光短且比短时间曝光长的曝光时间描述为中等时间曝光，并且将通过中等时间曝光捕获的图像描述为中等时间曝光图像。
[0119]
注意的是，在此，例如，分别通过长时间曝光、中等时间曝光和短时间曝光捕获的长时间曝光图像、中等时间曝光图像和短时间曝光图像经过合成处理的情况将被描述为实现高动态范围的示例，但是本公开不限于对三个图像的合成处理。具体而言，例如，可以通过合成在彼此不同的两个曝光时间(长时间曝光和短时间曝光)捕获的两个图像来实现高动态范围。
[0120]
通过错开时间来捕获长时间曝光图像、中等时间曝光图像和短时间曝光图像。例如，在捕获长时间曝光图像之后，捕获中等时间曝光图像，并且在捕获中等时间曝光图像之后，捕获短时间曝光图像。在此，将通过例示按此次序捕获长时间曝光图像、中等时间曝光图像和短时间曝光图像的情况来继续描述，但是短时间曝光图像、中等时间曝光图像和长时间曝光图像可以按此次序捕获。
[0121]
将参考图6描述具有高动态范围的成像。在此，将通过使用图5b中所示的像素布置示例、即其中部署r像素和c像素的像素布置示例的情况作为示例继续描述，并且将假设在纵向方向(垂直方向/列方向)上部署的r像素和c像素被包括为一个单位像素并且是共享电路的一部分的共享像素来给出描述(参考图2)。
[0122]
在图6的左侧图示了部署在像素阵列单元11(参考图1)中的像素组的部分。r像素20-1
、c像素20-2
、r像素20-3
、c像素20-4
、r像素20-5
和c像素20-6
是在纵向方向(垂直方向/列方向)上部署的像素。此外，c像素20-2
和r像素20-3
是共享像素，并且c像素20-4
和r像素20-5
是共享像素。
[0123]
在图6的时序图中，矩形中指示的“s”指示释放快门的定时，并且“r”指示读出定时。在时刻t1，针对r像素20-1
和c像素20-2
释放快门，并且开始曝光。在时刻t2，针对r像素20-3
和c像素20-4
释放快门，并且开始曝光。在时刻t3，针对r像素20-5
和c像素20-6
释放快门，并且开始曝光。
[0124]
在时刻t4，开始从r像素20-1
和c像素20-2
读出。从时刻t1到时刻t4的时间t
11
曝光r像素20-1
和c像素20-2
，并且时间t
11
的曝光是长时间曝光。类似地，从时刻t2开始曝光，并且在经过长时间曝光的时间t
11
之后，在时刻t5开始从r像素20-3
和c像素20-4
读出。类似地，从时刻t3开始曝光，并且在经过长时间曝光的时间t
11
之后，在时刻t6开始从r像素20-5
和c像素20-6
读出。
[0125]
接下来，开始通过中等时间曝光成像。在时刻t6，针对r像素20-1
和c像素20-2
释放快门，并且开始曝光。在时刻t7，针对r像素20-3
和c像素20-4
释放快门，并且开始曝光。在时刻t8，针对r像素20-5
和c像素20-6
释放快门，并且开始曝光。
[0126]
在时刻t8，开始从r像素20-1
和c像素20-2
读出。从时刻t6到时刻t8的时间t
12
曝光r像素20-1
和c像素20-2
，并且时间t
12
的曝光是中等时间曝光。类似地，从时刻t7开始曝光，并且在经过中等时间曝光的时间t
12
之后，在时刻t
10
开始从r像素20-3
和c像素20-4
读出。类似地，从时刻t3开始曝光，并且在经过中等时间曝光的时间t
12
之后，在时刻t
13
开始从r像素20-5
和c像素20-6
读出。
[0127]
而且，开始通过短时间曝光成像。在时刻t9，针对r像素20-1
和c像素20-2
释放快门，并且开始曝光。在时刻t
12
，针对r像素20-3
和c像素20-4
释放快门，并且开始曝光。在时刻t
15
，针对r像素20-5
和c像素20-6
释放快门，并且开始曝光。
[0128]
在时刻t
11
，开始从r像素20-1
和c像素20-2
读出。从时刻t9到时刻t
11
的时间t
13
曝光r像素20-1
和c像素20-2
，并且时间t
13
的曝光是短时间曝光。类似地，从时刻t
13
开始曝光，并且在经过短时间曝光的时间t
13
之后，在时刻t
14
开始从r像素20-3
和c像素20-4
读出。类似地，从时刻t
15
开始曝光，并且在经过短时间曝光的时间t
13
之后，在时刻t
16
开始从r像素20-5
和c像素20-6
读出。
[0129]
长时间曝光时间的时间t
11
、中等时间曝光时间的时间t
12
和短时间曝光时间的时
间t
13
具有以下关系。
[0130]
t
11
》t
12
》t
13
[0131]
在此，例如，聚焦于r像素20-1
，如图6中所示，在时刻t1针对r像素20-1
释放快门。也就是说，在时刻t1，通过在电子快门时输出转移信号strg并且在电子快门时向r像素20-1
输出复位信号srst来开始曝光。然后，在时刻t1，当开始读出时，读出时的复位信号rrst处于活动状态。
[0132]
对于快门和读出，在一个水平同步周期内释放快门，并且在一个水平同步周期内执行读出。例如，在预定的水平同步周期内释放快门并且在预定的水平同步周期之后的水平同步周期中执行读出的情况下，曝光时间等同于一个水平同步周期。此外，例如，在预定的水平同步周期中释放快门并且在预定的水平同步周期之后两个周期的水平同步周期中执行读出的情况下，曝光时间等同于两个水平同步周期。
[0133]
也就是说，在水平同步周期内释放快门的定时和读出开始的定时固定的情况下，曝光时间是一个水平同步周期的整数倍。
[0134]
模数转换单元14对经由垂直信号线32从选择的像素行的每个像素20输出的像素信号执行模数转换(ad转换)，并且在其间执行模数转换的周期是ad周期。此外，在此，一个ad周期是一个水平同步周期。
[0135]
因此，在水平同步周期内释放快门的定时和读出开始的定时固定的情况下，曝光时间是一个ad周期的整数倍。
[0136]
如参考图6的时序图所描述的，在设定长时间曝光时间的时间t
11
、中等时间曝光时间的时间t
12
和短时间曝光时间的时间t
13
并执行成像的情况下，这些曝光时间各自是一个ad周期的整数倍。这指示在释放快门的定时和开始读出的定时在一个ad周期内固定的情况下，短时间曝光时间的时间t
13
是至少一个ad周期。
[0137]
当长时间曝光图像、中等时间曝光图像和短时间曝光图像被合成以生成具有高动态范围的图像时，例如，当对明亮的地方成像时，短时间曝光图像的合成比例被设定为高。此时，在短时间曝光图像本身不是适当曝光图像的情况下，例如，在曝光时间比适当曝光时间长的情况下，存在生成带光晕的图像的可能性。在这种情况下，结果，存在无法生成具有适当的高动态范围的图像的可能性。
[0138]
如上所述，在释放快门的定时和开始读出的定时在一个ad周期内固定的情况下，短时间曝光的时间t
13
是至少一个ad周期。因此，即使在短时间曝光的时间t
13
比适当的曝光时间长的情况下，短时间曝光的时间t
13
也被设定为等同于一个ad周期的时间，并且存在无法执行最优成像的可能性。
[0139]
在此，已经以短时间曝光图像为例进行了描述。但是，同样在长时间曝光和中等时间曝光中的每一个中的图像中，类似地，当曝光时间只能设定为一个ad周期的整数倍时，存在与短时间曝光图像的情况一样无法以适当的曝光时间执行成像的可能性。此外，在曝光时间只能以一个ad周期为单位进行调整的情况下，在长时间曝光、中等时间曝光和短时间曝光的设定中只能执行粗略的设定，并且存在这些曝光时间的比例无法设定为期望的比例的可能性。由于长时间曝光、中等时间曝光和短时间曝光的曝光时间的比例不是期望的比例，因此存在合成的图像的图像质量劣化的可能性。
[0140]
[关于精细快门]
[0141]
针对长时间曝光、中等时间曝光和短时间曝光的设定只能执行粗略设定的问题，存在不限制曝光时间的所谓精细快门的技术，该技术在专利文献1中公开，作为能够更精细地调整曝光时间并设定适当的曝光时间的电子快门。下面将描述精细快门。
[0142]
在此，如图7中所示，电子快门时的转移信号strg和电子快门时的复位信号rrst在一个水平同步周期内的期望定时被输出。在图7中，图示了多个时钟以指示时钟可以在一个水平同步周期内的任意定时被输出。这些时钟中的多个时钟之一被用作电子快门时的转移信号strg或电子快门时的复位信号rrst。
[0143]
以这种方式，可以在一个水平同步周期内以一个时钟为单位在期望定时调整释放快门(即，执行快门操作)的定时。由于释放快门的定时是开始曝光的时间，因此可以在一个水平同步周期内以一个时钟为单位调整曝光时间。在下面的描述中，“释放快门”的描述可以被理解为“开始曝光”。
[0144]
作为示例，考虑作为一个水平同步周期的一个ad周期是八微秒，一个时钟被设定为0.02微秒，并且释放快门的定时(即，开始曝光的定时)和开始读出的定时在ad周期内是固定的。在这种情况下，在以八微秒为单位调整曝光时间、释放快门的定时可变并且开始读出的定时在水平同步周期内固定的情况下，曝光时间可以0.02微秒为单位进行调整。
[0145]
因此，在这个示例的情况下，可以以400倍(＝8/0.02)的精度调整曝光时间。当一个时钟的周期被精细地设定时(当频率增加时)，曝光时间可以被更精细地调整。注意的是，仅需要将这个时钟的频率设定为适于cmos图像传感器1所需的精度的数值。
[0146]
(电路构成示例)
[0147]
接下来，将描述用于控制精细快门的定时的电路构成。例如，当行选择单元12包括地址解码器时，用于控制精细快门定时的电路部分可以由地址解码器构成。图8中示意性地图示了用于控制精细快门定时的电路构成的示例。
[0148]
构成行选择单元12的地址解码器120包括用于像素阵列单元11的每个像素行(线)的快门地址存储单元121和读出地址存储单元122。
[0149]
快门地址存储单元121存储用于释放快门的像素的地址。读出地址存储单元122存储要读出的像素的地址。快门地址存储单元121包括第一地址存储单元1211和第二存储单元1212。
[0150]
存储在第一地址存储单元1211中的地址在预定的定时被转移到并存储在第二存储单元1212中。当存储在第二存储单元1212中的地址被供应给地址解码器120的后级的像素定时驱动单元(未图示)时，执行由地址指定的像素20的快门操作。
[0151]
以这种方式，精细快门的地址(在下文中，可以适当地被描述为“快门地址”)由两级地址存储单元(1211、1212)管理。如上所述，精细快门的快门操作可以在作为一个水平同步周期的一个ad周期内的期望定时执行。
[0152]
将再次参考图9a的时序图来描述可以在一个ad周期内的期望定时执行精细快门的快门操作。图9a的时序图图示了电子快门时水平同步信号与转移信号之间的定时关系。为了描述释放快门的定时，图示了电子快门时的转移脉冲。
[0153]
根据本精细快门的技术，可以在ad周期中的时刻t
21
、时刻t
22
或时刻t
23
的任何定时执行用于释放快门的控制。换句话说，可以控制快门在ad周期(水平同步周期)开始的时间点、中间时间点或最终时间点的任何定时被释放。
[0154]
在此，考虑在ad周期t
22
的时刻t
21
，即，在ad周期t
22
开始的时间点，释放快门的情况。在ad周期t
22
开始的时间点释放快门的情况下，需要在快门释放之前的时间点指定(解码)释放快门的像素20的地址。
[0155]
在图9a的时序图所示的示例中，需要在ad周期t
21
中解码快门地址并且在ad周期t
22
中通过使用解码的快门地址来释放快门。
[0156]
将参考图9b进一步继续描述。在ad周期t
21
期间，为其释放快门的像素20的快门地址，具体而言，像素20中的光电二极管21的快门地址，在基于稍后描述的脉冲的周期中被解码，并且被存储在快门地址存储单元121的第一地址存储单元1211中。
[0157]
基于指示将快门地址从第一地址存储单元1211转移到第二地址存储单元1212的脉冲，存储在第一地址存储单元1211中的快门地址从第一地址存储单元1211转移到第二地址存储单元1212。
[0158]
在ad周期t
21
中，在ad周期t
22
之前的时间点t
31
，将在ad周期t
21
中解码的快门地址从第一地址存储单元1211转移到第二地址存储单元1212，并存储在第二地址存储单元1212中。然后，在ad周期t
22
中，基于存储在第二地址存储单元1212中的快门地址，在时间点t
32
释放快门。
[0159]
如上所述，通过将其中快门地址被解码的ad周期t
21
与其中基于快门地址释放快门的ad周期t
22
设定为不同的ad周期，可以在ad周期的期望定时释放快门。即使在期望定时是例如ad周期内的早期定时，也可以释放快门。
[0160]
在此，已经作为示例描述了其中快门地址被解码的ad周期t
21
与其中基于快门地址释放快门的ad周期t
22
被设定为不同ad周期的情况。但是，例如，在释放快门的定时是ad周期内较晚定时的情况下，其中解码的地址被转移到第二地址存储单元1212的ad周期与其中基于快门地址释放快门的ad周期可以是相同的ad周期。
[0161]
也就是说，快门地址从第一地址存储单元1211转移到第二地址存储单元1212的定时可以不总是相同的定时，而是可以取决于快门在ad周期中的哪个定时被释放而不同的定时。例如，如上所述，在ad周期内较早定时释放快门的情况下，可以在快门被释放之前的ad周期中转移快门地址，并且在ad周期内较晚定时释放快门的情况下，可以在与释放快门的ad周期相同的ad周期中转移快门地址。
[0162]
例如，第一地址存储单元1211和第二地址存储单元1212可以由锁存器构成。在第一地址存储单元1211和第二地址存储单元1212中的每一个都包括锁存器的情况下，锁存器是3位锁存器，如图10中所示。
[0163]
在本实施例中，由于长时间曝光、中等时间曝光和短时间曝光这三种曝光得到控制，因此使用3位锁存构成来存储每次曝光中的地址。在图10中所示的示例中，第一地址存储单元1211包括锁存器1213
_1
、锁存器1213
_2
和锁存器1213
_3
。第二地址存储单元1212包括锁存器1214
_1
、锁存器1214
_2
和锁存器1214
_3
。
[0164]
例如，锁存器1213
_1
和锁存器1214
_1
可以被配置为存储用于长时间曝光的快门地址，锁存器1213
_2
和锁存器1214
_2
可以被配置为存储用于中等时间曝光的快门地址，并且锁存器1213
_3
和锁存器1214
_3
可以被配置为存储用于短时间曝光的快门地址。
[0165]
上述快门地址存储单元121的内部构成是示例，并且不限于这种构成。例如，第一地址存储单元1211和第二地址存储单元1212也可以由锁存器以外的组件构成。此外，在此，
为了控制长时间曝光、中等时间曝光和短时间曝光这三种曝光，以用于存储每次曝光中的地址的3位锁存器构成作为示例进行了描述。但是，例如，在控制长时间曝光和短时间曝光这两种曝光的情况下，可以使用2位锁存构成。
[0166]
根据上述精细快门功能，由于可以在一个ad周期(一个水平同步周期)内的期望定时释放快门，换句话说，可以开始曝光，因此可以执行对曝光时间没有限制的快门操作。如上所述，可以在一个ad周期内的期望定时开始曝光，即，对曝光时间没有限制，因此可以更精细地调整曝光时间。然后，由于可以更精细地调整曝光时间，因此可以以适当的曝光时间执行成像。因此，可以改善所捕获的图像的图像质量。
[0167]
作为示例，由于连续且单独地捕获具有不同曝光时间的多个图像，例如具有相对长曝光时间的长时间曝光图像和具有相对短曝光时间的短时间曝光图像，长时间曝光图像用于暗图像区域并且短时间曝光图像用于其中长时间曝光图像中出现光晕的亮图像区域，因此可以获得无光晕的高动态范围图像。在这种情况下，通过使用对曝光时间没有限制的精细快门功能，可以适当地单独调整捕获长时间曝光图像时的曝光时间和捕获短时间曝光图像时的曝光时间。
[0168]
[关于精细快门特有的阴影问题]
[0169]
在上述对曝光时间没有限制的精细快门的情况下，可能出现精细快门特有的阴影问题。将使用图11中所示的当前像素布局构成来描述精细快门特有的阴影问题。注意的是，在图11中，两个光电二极管21-1
和21-2
被称为“pd”，两个转移晶体管22-1
和22-2
被称为“tgr tr.”，复位晶体管23被称为“rst tr.”，放大晶体管24被称为“amp tr.”，并且选择晶体管25被称为“sel tr.”。
[0170]
如图11中所示，低电位侧电源电压v
ss
的电源线33(在下文中，称为“v
ss
电源线33”)在电源线33相对于像素控制线31并行部署的状态下被布线在第二布线层(图中实线所示)中，其中像素控制线31即转移控制线311、转移控制线312、复位控制线313和选择控制线314。此外，垂直信号线32在垂直信号线32与转移控制线311、转移控制线312、复位控制线313和选择控制线314正交的状态下被布线在第三布线层(图中虚线所示)中。
[0171]
在这个像素布局构成中，寄生电容c
p
存在于v
ss
电源线33与转移控制线311、转移控制线312、复位控制线313和选择控制线314之间。然后，在精细快门时，电源线33的电位可能由于与v
ss
电源线33的耦合而变化。此外，在精细快门时，浮动扩散部fd的电位可能由于v
ss
电源线33与浮动扩散部fd之间的寄生电容而变化。
[0172]
如上所述，可以想象由于v
ss
电源线33的变化或浮动扩散部fd的电位变化而生成水平方向的阴影或垂直条纹。在本说明书中，为方便起见，将水平方向上的阴影和垂直条纹统称为“精细快门特有的阴影问题”。
[0173]
《本公开的实施例》
[0174]
在本公开的实施例中，在具有能够在一个水平同步周期内的期望定时执行快门操作的快门功能(即，精细快门功能)的cmos图像传感器1中，解决了精细快门特有的阴影问题，并且可以抑制在任何快门定时任何输入图像中出现阴影。具体而言，在本公开的实施例中，通过采用其中垂直信号线32被v
ss
电源线33屏蔽的像素布局构成，不管输入图像如何都执行阴影校正，并且精细快门特有的阴影的出现被抑制。
[0175]
如上所述，通过执行不取决于输入图像的阴影校正并抑制精细快门特有的阴影的
出现，可以通过使用对曝光时间没有限制的精细快门功能来更精细地调整曝光时间。例如，在具有以不同的曝光时间捕获多个图像并合成多个这些图像以生成具有高动态范围的图像的功能的cmos图像传感器1中，可以适当调整在以不同曝光时间捕获多个图像时的曝光时间，从而可以获得高质量的捕获的图像。
[0176]
在下文中，将描述能够抑制精细快门特有的阴影的出现的像素布局构成的具体示例。
[0177]
[第一示例]
[0178]
第一示例是其中像素控制线31被附加地布线到第二布线层的v
ss
电源线屏蔽的示例。图12是图示根据第一示例的像素布局构成的示意图。
[0179]
如图12中所示，v
ss
电源线33在v
ss
电源线33相对于像素控制线31并行部署的状态下被布线在第二布线层(图中由实线图示)中，像素控制线31即转移控制线311、转移控制线312、复位控制线313和选择控制线314。此外，垂直信号线32和高电位侧电源电压v
dd
的电源线34(在下文中，描述为“v
dd
电源线34”)在电源线34与像素控制线31(311至314)正交的状态下被布线在第三布线层(图中由虚线图示)中。
[0180]
注意的是，在图12中，两个光电二极管21-1
和21-2
被称为“pd”，两个转移晶体管22-1
和22-2
被称为“tgr tr.”，复位晶体管23被称为“rst tr.”，放大晶体管24被称为“amp tr.”，并且选择晶体管25被称为“sel tr.”。这同样适用于稍后描述的示例。此外，在后述的示例中，以相同的方式，像素控制线31(311至314)被布线在第二布线层(图中由实线图示)中，并且垂直信号线32和v
dd
电源线34被布线在第三布线层(图中由虚线图示)中。
[0181]
在根据第一示例的像素布局构成中，在第二布线层中，屏蔽用的v
ss
电源线35隔着与现有的v
ss
电源线33并行部署的复位控制线313附加地布线在v
ss
电源线33的相对侧。利用这种像素布局构成，复位控制线313被现有的v
ss
电源线33和屏蔽用的v
ss
电源线35屏蔽。
[0182]
而且，在第二布线层中，关于并行且在其间夹着现有的v
ss
电源线33的转移控制线311和转移控制线312，屏蔽用的v
ss
电源线36和屏蔽用的v
ss
电源线37附加地布线为夹着转移控制线311和转移控制线312。利用这种像素布局构成，转移控制线311被现有的v
ss
电源线33和屏蔽用的v
ss
电源线36屏蔽，并且转移控制线312被现有的v
ss
电源线33和屏蔽用的v
ss
电源线37屏蔽。
[0183]
在具有上述构成的根据第一示例的像素布局构成中，复位控制线313被现有的v
ss
电源线33和屏蔽用的v
ss
电源线35屏蔽，转移控制线311被现有的v
ss
电源线33和屏蔽用的v
ss
电源线36屏蔽，并且转移控制线312被现有的v
ss
电源线33和屏蔽用的v
ss
电源线37屏蔽。因此，可以减少从转移控制线311、转移控制线312和复位控制线313对垂直信号线32的影响，因此，可以抑制精细快门特有的阴影的出现。
[0184]
[第二示例]
[0185]
第二示例是在第三布线层中附加地布线有v
ss
电源线并且垂直信号线32被v
ss
电源线屏蔽的示例。图13是图示根据第二示例的像素布局构成的示意图。
[0186]
在根据第二示例的像素布局构成中，在第三布线层(图中由虚线图示)中，屏蔽用的v
ss
电源线38在与垂直信号线32并行的状态下被附加地布线，并且垂直信号线32被屏蔽用的v
ss
电源线38屏蔽。更具体而言，屏蔽用的v
ss
电源线38被附加地布线在垂直信号线32与v
dd
电源线34之间。
[0187]
在具有上述构成的根据第二示例的像素布局构成中，在第三布线层中，附加地布线屏蔽用的v
ss
电源线38，并且垂直信号线32被屏蔽用的v
ss
电源线38屏蔽。因此，可以减少从像素控制线31(311至314)和v
dd
电源线34对垂直信号线32的影响，从而可以抑制精细快门特有的阴影的出现。
[0188]
[第三示例]
[0189]
第三示例是在第三布线层上添加垂直信号线32的一个布线层以作为第四布线层的示例。图14是图示根据第三示例的像素布局构成的示意图。
[0190]
在根据第三示例的像素布局构成中，垂直信号线32的一个布线层被添加到第三布线层上并且被布线为第四布线层(在图中由单点划线图示)。因此，与垂直信号线32被布线在第三布线层中的情况相比，可以增加垂直信号线32与像素控制线31(311至314)之间的距离。
[0191]
在具有上述构成的根据第三示例的像素布局构成中，可以通过增加垂直信号线32与像素控制线31(311至314)之间的距离来减少由于精细快门时耦合导致的v
ss
电源线33的电位变化对垂直信号线32的影响，从而可以抑制精细快门特有的阴影的出现。
[0192]
[第四示例]
[0193]
第四示例是第三示例的修改示例，并且是v
ss
电源线被附加地布线在第三布线层中并且被定位在第四层的垂直信号线32下方的示例。图15是图示根据第四示例的像素布局构成的示意图。
[0194]
在根据第四示例的像素布局构成中，类似于第三示例的情况，垂直信号线32布线在第四布线层(图中由单点划线图示)中，然后屏蔽用的v
ss
电源线39附加地布线在第三布线层(图中由虚线图示)中以定位在垂直信号线32下方。因此，垂直信号线32被屏蔽用的v
ss
电源线39屏蔽。
[0195]
在具有上述构成的根据第四示例的像素布局构成中，可以通过用第三布线层的屏蔽用的v
ss
电源线39屏蔽第四布线层的垂直信号线32来进一步减少由于精细快门时的耦合引起的v
ss
电源线33的电位变化对垂直信号线32的影响，从而可以进一步抑制精细快门特有的阴影的出现。
[0196]
《修改示例》
[0197]
如上所述，已经基于优选实施例描述了根据本公开的技术，但是根据本公开的技术不限于该实施例。在实施例中描述的成像装置的构成和构造是示例并且可以适当地改变。例如，在上述实施例中，一些电路元件被多个像素(例如，被两个像素)共享的电路构成被描述为像素20的电路构成。但是，可以采用一些电路元件不被多个像素共享的电路构成，即，除了光电二极管21和转移晶体管22之外每个像素20还包括复位晶体管23、放大晶体管24和选择晶体管25的电路构成。
[0198]
《应用示例》
[0199]
如上所述的本公开的成像装置可以用在例如图16中将描述的感测诸如可见光、红外光、紫外光和x射线之类的光的各种装置中。各种装置的具体示例在下面列出。
[0200]
·
诸如数码相机或配备相机功能的便携式装置之类的捕获图像以供观看的装置
[0201]
·
用于交通的装置，诸如捕获车辆前侧、后侧、周围环境、内部等的图像的车载传感器，监视行驶中的车辆和道路的监视相机，以及测量车辆之间的距离等的测距传感器，用
于诸如自动停止之类的安全驾驶、驾驶员状态的识别等。
[0202]
·
用于诸如电视、冰箱和空调之类的家电的装置，以捕获用户的姿态的图像并根据姿态执行设备操作。
[0203]
·
用于医疗或保健的装置，诸如内窥镜或通过接收红外光执行血管造影的装置。
[0204]
·
用于安全性的装置，诸如用于预防犯罪的监视相机或用于人认证的相机。
[0205]
·
用于美容的装置，诸如对皮肤成像的皮肤测量仪或对头皮成像的显微镜。
[0206]
·
用于运动的装置，诸如用于运动的动作相机或用于运动的可穿戴相机等。
[0207]
·
用于农业的装置，诸如用于监视田地和作物的状态的相机。
[0208]
《根据本公开的技术的应用示例》
[0209]
根据本公开的技术可以应用于各种产品。在下文中，将对更具体的应用示例进行描述。
[0210]
[本公开的电子设备]
[0211]
在此，将描述将本公开应用于诸如数字静态相机或摄像机之类的成像系统、诸如移动电话之类的具有成像功能的移动终端装置、或使用成像装置作为图像读出单元的诸如复印机之类的电子设备的情况。
[0212]
(成像系统)
[0213]
图17是示意性地图示作为本公开的电子设备的示例的成像系统的构成示例的框图。如图17中所示，根据本示例的成像系统100包括包含透镜组的成像光学系统101、成像单元102、数字信号处理器(dsp)电路103、帧存储器104、显示装置105、记录装置106、操作系统107和电源系统108。然后，dsp电路103、帧存储器104、显示装置105、记录装置106、操作系统107和电源系统108经由总线线路109彼此连接。
[0214]
成像光学系统101接收来自被摄体的入射光(图像光)并在成像单元102的成像面上形成图像。成像单元102以像素为单位将光学系统101在成像面上捕获的入射光的光量转换成电信号并输出该电信号作为像素信号。dsp电路103执行一般的相机信号处理，例如白平衡处理、去马赛克处理、伽玛校正处理等。
[0215]
帧存储器104适当地用于存储dsp电路103中的信号处理过程中的数据。显示装置105的示例包括诸如液晶显示装置或有机电致发光(el)显示装置之类的面板型显示装置，并显示由成像单元102捕获的移动图像或静止图像。记录装置106将由成像单元102捕获的移动图像或静止图像记录在诸如便携式半导体存储器、光盘或硬盘驱动器(hdd)之类的记录介质上。
[0216]
操作系统107通过用户的操作发出用于成像装置100的各种功能的操作命令。电源系统108向这些供给目标适当地供应用作用于dsp电路103、帧存储器104、显示装置105、记录装置106和操作系统107的操作电源的各种电源。
[0217]
在具有上述构成的成像系统100中，本公开的成像装置可以用作成像单元102。在本公开的成像装置中，当在对曝光时间没有限制的情况下实现精细快门时，可以抑制在任何快门定时任何输入图像中阴影的出现。因此，可以通过使用本公开的成像装置作为成像单元102来获得高质量的捕获的图像。
[0218]
[对移动体的应用示例]
[0219]
根据本公开的技术可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以被实现为
安装在诸如汽车、电动车辆、混合动力电动车辆、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、轮船、机器人、建筑机械或农业机械(拖拉机)之类的任何类型的移动体上的成像装置。
[0220]
图18是描绘作为可以对其应用根据本公开的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构成的示例的框图。
[0221]
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图1021中所描绘的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和集成控制单元12050。此外，微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络接口(i/f)12053被图示为集成控制单元12050的功能构成。
[0222]
驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作用于生成车辆的驱动力的诸如内燃机、驱动马达等的驱动力生成装置、用于向车轮传递驱动力的驱动力传递机构、用于调整车辆转向角的转向机构、用于生成车辆的制动力的制动装置等的控制装置。
[0223]
车身系统控制单元12020根据各种程序控制提供给车身的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置或诸如前照灯、倒车灯、刹车灯、转向灯、雾灯等等的各种灯的控制装置。在这种情况下，从作为钥匙替代的移动装置传递的无线电波或各种开关的信号可以输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、灯等。
[0224]
车外信息检测单元12030检测关于包括车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与成像部12031连接。车外信息检测单元12030使成像部12031对车辆外部的图像进行成像，并接收成像的图像。基于接收到的图像，车外信息检测单元12030可以执行检测诸如人、车辆、障碍物、标志、路面上的字符等物体的处理，或检测到它的距离的处理。
[0225]
成像部12031是接收光的光学传感器，并且输出与光的接收光量对应的电信号。成像部12031可以将电信号作为图像输出，或者可以将电信号作为关于测得的距离的信息输出。此外，由成像部12031接收到的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等的不可见光。
[0226]
车内信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。车内信息检测单元12040例如与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部12041连接。驾驶员状态检测部12041例如包括对驾驶员进行成像的相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的专注程度，或者可以确定驾驶员是否在打瞌睡。
[0227]
微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆内部或外部的信息来计算用于驱动力生成装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(adas)的功能的协同控制，adas的功能包括车辆防撞或减震、基于跟车距离的跟车驾驶、车速维持驾驶、车辆碰撞警告、车辆偏离车道警告等。
[0228]
此外，微型计算机12051可以通过基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆外部或内部的信息控制驱动力生成装置、转向机构、制动装置
等，来执行旨在使车辆自动行驶而不取决于驾驶员的操作的自动驾驶等的协同控制。
[0229]
此外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的关于车辆外部的信息向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051可以通过例如根据由车外信息检测单元12030检测到的先行车辆或迎面而来的车辆的位置控制前照灯以从远光灯改变为近光灯来执行旨在防止眩光的协同控制。
[0230]
声音/图像输出部12052将声音和图像中的至少一种的输出信号传递到能够向车辆的乘员或车辆的外部视觉或听觉地通知信息的输出装置。在图18的示例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063被图示为输出装置。显示部12062可以例如包括车载显示器和平视显示器中的至少一种。
[0231]
图19是图示成像部12031的安装位置的示例的图。
[0232]
在图19中，车辆12100包括成像部12101、12102、12103、12104和12105作为成像部12031。
[0233]
例如，成像部12101、12102、12103、12104和12105设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置处以及在车辆内部的挡风玻璃的上部的位置处。提供给前鼻的成像部12101和提供给车辆内部的挡风玻璃的上部的成像部12105主要获得车辆12100前方的图像。设置在侧视镜上的成像部12102和12103主要获得车辆12100侧面的图像。提供给后保险杠或后门的成像部12104主要获得车辆12100后方的图像。由成像部12101和12105获得的前侧图像主要用于检测前车、行人、障碍物、交通灯、交通标志、车道等。
[0234]
注意的是，图19图示了成像部12101至12104的成像范围的示例。成像范围12111表示提供给前鼻的成像部12101的成像范围。摄像范围12112和12113分别表示提供给侧视镜的成像部12102和12103的成像范围。成像范围12114表示提供给后保险杠或后门的成像部12104的成像范围。例如，通过叠加由成像部12101至12104成像的图像数据获得如从上方查看的车辆12100的鸟瞰图像。
[0235]
成像部12101至12104中的至少一个可以具有获得距离信息的功能。例如，成像部12101至12104中的至少一个可以是由多个成像装置构成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的成像装置。
[0236]
例如，微型计算机12051可以基于从成像部12101至12104获得的距离信息来确定到成像范围12111至12114内的每个三维物体的距离和距离的时间改变(相对于车辆12100的相对速度)，并由此提取特别是在车辆12100的行驶路径上并以预定速度(例如，等于或大于0km/小时)在与车辆12100基本上相同的方向上行驶的最近的三维物体作为前车。另外，微型计算机12051可以预先设定与前方前车维持的跟车距离，并执行自动制动控制(包括跟车停止控制)、自动加速控制(包括跟车起动控制)等。因此可以执行旨在使车辆自动行驶而不取决于驾驶员的操作等的自动驾驶的协同控制。
[0237]
例如，微型计算机12051可以基于从成像部12101至12104获得的距离信息将关于三维物体的三维物体数据分类为两轮车、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆以及其它三维物体的三维物体数据，提取分类的三维物体数据，并将提取出的三维物体数据用于障碍物的自动避让。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定指示与每个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并
因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并经由驾驶系统控制单元12010执行强制减速或避让转向。微型计算机12051由此可以辅助驾驶以避免碰撞。
[0238]
成像部12101至12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过确定在成像部12101至12104的成像图像中是否存在行人来识别行人。行人的这种识别例如通过提取作为红外相机的成像部12101至12104的成像图像中的特征点的过程以及通过对表示物体轮廓的一系列特征点执行模式匹配处理来确定是否是行人的过程来执行。当微型计算机12051确定在成像部12101至12104的成像图像中存在行人并因此识别出行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062以使得显示用于强调的方形轮廓线以便叠加在识别出的行人上。声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062，使得表示行人的图标等显示在期望的位置处。
[0239]
上面已经描述了可以对其应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。根据本公开的技术可以应用于例如上述构成中的成像部12031。然后，通过将根据本公开的技术应用于成像部12031等，可以抑制在任何快门定时在任何输入图像中阴影的出现，因此可以获得高质量的捕获的图像。
[0240]
《可以在本公开中使用的构成》
[0241]
注意的是，本技术还可以具有以下构成。
[0242]
《《a.成像装置》》
[0243]
[a-01]一种成像装置，包括
[0244]
能够在一个水平同步周期内的期望定时执行快门操作的快门功能，
[0245]
其中，在其中各自包括光电转换单元的像素以矩阵形状部署而成的像素布局构成中，关于矩阵状像素阵列针对每个像素行布线有像素控制线，并且在与布线有像素控制线的布线层不同的布线层中针对每个像素列布线有垂直信号线和高电位侧电源电压的电源线，
[0246]
垂直信号线被屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线屏蔽。
[0247]
[a-02]根据[a-01]所述的成像装置，还包括通过在不同的曝光时间捕获多个图像并合成多个图像以生成一个图像来生成具有高动态范围的图像的功能。
[0248]
[a-03]根据[a-02]所述的成像装置，
[0249]
其中，不同曝光时间的多个图像包括具有相对长曝光时间的长时间曝光图像和具有相对短曝光时间的短时间曝光图像。
[0250]
[a-04]根据[a-03]所述的成像装置，
[0251]
其中，捕获长时间曝光图像时的曝光时间和捕获短时间曝光图像时的曝光时间通过使用能够在一个水平同步周期内的期望定时执行快门操作的快门功能来单独调整。
[0252]
[a-05]根据[a-01]至[a-04]中的任一项所述的成像装置，
[0253]
其中，在布线有像素控制线的布线层中，现有的低电位侧电源电压的电源线在与像素控制线并行部署的状态下被布线，
[0254]
在现有的低电位侧电源电压的电源线的相对侧，屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线在与像素控制线并行部署的状态下被布线。
[0255]
[a-06]根据[a-01]至[a-04]中的任一项所述的成像装置，
[0256]
其中，在布线有垂直信号线的布线层中，屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线在与垂直信号线并行部署的状态下被布线。
[0257]
[a-07]根据[a-06]所述的成像装置，
[0258]
其中，屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线被布线在垂直信号线与高电位侧电源电压的电源线之间。
[0259]
[a-08]根据[a-01]至[a-04]中的任一项所述的成像装置，
[0260]
其中，垂直信号线被布线在与布线有高电位侧电源电压的电源线的布线层不同的布线层中，以及
[0261]
屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线被布线在布线有高电位侧电源电压的电源线的布线层中。
[0262]
[a-09]根据[a-01]至[a-08]中的任一项所述的成像装置，
[0263]
其中，像素包括转移晶体管，所述转移晶体管被配置为将由光电转换单元光电转换的电荷转移到电荷-电压转换单元，以及
[0264]
像素控制线是用于将驱动信号转移到转移晶体管的转移控制线。
[0265]
[a-10]根据[a-09]所述的成像装置，
[0266]
其中，像素包括被配置为复位电荷-电压转换单元的复位晶体管，以及
[0267]
像素控制线是用于将驱动信转移到复位晶体管的复位控制线。
[0268]
《《b.电子设备》》
[0269]
[b-01]一种包括成像装置的电子设备，所述成像装置包括能够在一个水平同步周期内的期望定时执行快门操作的快门功能，
[0270]
其中，在其中各自包括光电转换单元的像素以矩阵形状部署而成的像素布局构成中，关于矩阵状像素阵列针对每个像素行布线有像素控制线，并且在与布线有像素控制线的布线层不同的布线层中针对每个像素列布线有垂直信号线和高电位侧电源电压的电源线，
[0271]
垂直信号线被屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线屏蔽。
[0272]
[b-02]根据[b-01]所述的电子设备，
[0273]
还包括通过在不同的曝光时间捕获多个图像并合成多个图像以生成一个图像来生成具有高动态范围的图像的功能。
[0274]
[b-03]根据[b-02]所述的电子设备，
[0275]
其中，不同曝光时间的多个图像包括具有相对长曝光时间的长时间曝光图像和具有相对短曝光时间的短时间曝光图像。
[0276]
[b-04]根据[b-03]所述的电子设备，
[0277]
其中，捕获长时间曝光图像时的曝光时间和捕获短时间曝光图像时的曝光时间通过使用能够在一个水平同步周期内的期望定时执行快门操作的快门功能来单独调整。
[0278]
[b-05]根据[b-01]至[b-04]中的任一项所述的电子设备，
[0279]
其中，在布线有像素控制线的布线层中，现有的低电位侧电源电压的电源线在与像素控制线并行部署的状态下被布线，
[0280]
在现有的低电位侧电源电压的电源线的相对侧，屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线在与像素控制线并行部署的状态下被布线。
[0281]
[b-06]根据[b-01]至[b-04]中的任一项所述的电子设备，
[0282]
其中，在布线有垂直信号线的布线层中，屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线在与垂直信号线并行部署的状态下被布线。
[0283]
[b-07]根据[b-06]所述的电子设备，
[0284]
其中，屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线被布线在垂直信号线与高电位侧电源电压的电源线之间。
[0285]
[b-08]根据[b-01]至[b-04]中的任一项所述的电子设备，
[0286]
其中，垂直信号线被布线在与布线有高电位侧电源电压的电源线的布线层不同的布线层中，以及
[0287]
屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线被布线在布线有高电位侧电源电压的电源线的布线层中。
[0288]
[b-09]根据[b-01]至[b-08]中的任一项所述的电子设备，
[0289]
其中，像素包括转移晶体管，所述转移晶体管被配置为将由光电转换单元光电转换的电荷转移到电荷-电压转换单元，以及
[0290]
像素控制线是用于将驱动信号转移到转移晶体管的转移控制线。
[0291]
[b-10]根据[b-09]所述的电子设备，
[0292]
其中，像素包括被配置为复位电荷-电压转换单元的复位晶体管，以及
[0293]
像素控制线是用于将驱动信转移到复位晶体管的复位控制线。
[0294]
附图标记列表
[0295]
1cmos图像传感器
[0296]
11像素阵列单元
[0297]
12行选择单元
[0298]
13恒流源单元
[0299]
14模数转换单元
[0300]
15参考信号生成单元
[0301]
16水平转移扫描单元
[0302]
17信号处理单元
[0303]
18定时控制单元
[0304]
19水平转移线
[0305]
20像素
[0306]
21(21-1
，21-2
)光电二极管(pd)
[0307]
22(22-1
，22-2
)转移晶体管(trgtr.)
[0308]
23复位晶体管(rsttr.)
[0309]
24放大晶体管(amptr.)
[0310]
25选择晶体管(seltr.)
[0311]
31(311至31m)像素控制线
[0312]
32(321至32n)垂直信号线
[0313]
33低电位侧电源电压v
ss
的电源线
[0314]
34高电位侧电源电压v
dd
的电源线
[0315]
35至39屏蔽用的低电位侧电源电压v
ss
的电源线
[0316]
41第一层半导体芯片
[0317]
42第二层半导体芯片
[0318]
311转移控制线
[0319]
312转移控制线
[0320]
313复位控制线
[0321]
314选择控制线

技术特征：
1.一种成像装置，包括能够在一个水平同步周期内的期望定时执行快门操作的快门功能，其中，在其中各自包括光电转换单元的像素以矩阵形状部署而成的像素布局构成中，关于矩阵状像素阵列针对每个像素行布线有像素控制线，并且在与布线有所述像素控制线的布线层不同的布线层中针对每个像素列布线有垂直信号线和高电位侧电源电压的电源线，所述垂直信号线被屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线屏蔽。2.根据权利要求1所述的成像装置，还包括通过在不同的曝光时间捕获多个图像并合成多个图像以生成一个图像来生成具有高动态范围的图像的功能。3.根据权利要求2所述的成像装置，其中，不同曝光时间的多个图像包括具有相对长曝光时间的长时间曝光图像和具有相对短曝光时间的短时间曝光图像。4.根据权利要求3所述的成像装置，其中，捕获所述长时间曝光图像时的曝光时间和捕获所述短时间曝光图像时的曝光时间通过使用能够在一个水平同步周期内的期望定时执行快门操作的快门功能来单独调整。5.根据权利要求1所述的成像装置，其中，在布线有所述像素控制线的布线层中，现有的低电位侧电源电压的电源线在与所述像素控制线并行部署的状态下被布线，在所述现有的低电位侧电源电压的电源线的相对侧，所述屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线在与所述像素控制线并行部署的状态下被布线。6.根据权利要求1所述的成像装置，其中，在布线有所述垂直信号线的布线层中，所述屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线在与所述垂直信号线并行部署的状态下被布线。7.根据权利要求6所述的成像装置，其中，所述屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线被布线在所述垂直信号线与所述高电位侧电源电压的电源线之间。8.根据权利要求1所述的成像装置，其中，所述垂直信号线被布线在与布线有所述高电位侧电源电压的电源线的布线层不同的布线层中，以及所述屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线被布线在布线有所述高电位侧电源电压的电源线的布线层中。9.根据权利要求1所述的成像装置，其中，像素包括转移晶体管，所述转移晶体管被配置为将由光电转换单元光电转换的电荷转移到电荷-电压转换单元，以及所述像素控制线是用于将驱动信号转移到所述转移晶体管的转移控制线。10.根据权利要求9所述的成像装置，其中，所述像素包括被配置为复位所述电荷-电压转换单元的复位晶体管，以及所述像素控制线是用于将所述驱动信号转移到所述复位晶体管的复位控制线。
11.一种包括成像装置的电子设备，所述成像装置包括能够在一个水平同步周期内的期望定时执行快门操作的快门功能，其中，在其中各自包括光电转换单元的像素以矩阵形状部署而成的像素布局构成中，关于矩阵状像素阵列针对每个像素行布线有像素控制线，并且在与布线有所述像素控制线的布线层不同的布线层中针对每个像素列布线有垂直信号线和高电位侧电源电压的电源线，所述垂直信号线被屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线屏蔽。

技术总结
[问题]为了提供了一种成像装置，该成像装置在对曝光时间没有限制的情况下可以抑制在实现精细快门时阴影的出现而无论快门定时和输入图像的类型如何。[解决方案]该成像装置设有能够在一个水平同步周期内的期望定时执行快门操作的快门功能，其中，在其中包括光电转换单元的像素以矩阵布置的像素布局构成中，关于矩阵状像素布置针对每个像素行布线有像素控制线，并且在与像素控制线的布线层不同的布线层中针对每个像素列布线有垂直信号线和高电位侧电源电压的电源线，垂直信号线被屏蔽用的低电位侧电源电压的电源线屏蔽。的低电位侧电源电压的电源线屏蔽。的低电位侧电源电压的电源线屏蔽。


技术研发人员：田中秀树 片山英俊
受保护的技术使用者：索尼半导体解决方案公司
技术研发日：2021.10.11
技术公布日：2023/7/22