BR102019007251A2 - aparelho de formação de imagem, sistema de formação de imagem, e objeto móvel - Google Patents

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Kobayashi Masahiro
Ohya Takeru
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Abstract

a presente invenção refere-se a um aparelho de formação de imagem que executa uma operação de obturador eletrônico global. durante um período de exposição para adquirir um quadro, o aparelho de formação de imagem transfere cargas elétricas acumuladas em um primeiro período, de uma parte de conversão fotoelétrica para uma parte de retenção. quando um segundo período tiver decorrido desde o fim do primeiro período, a parte de retenção mantém as duas cargas elétricas geradas no primeiro período e as cargas elétricas geradas no segundo período. uma pluralidade de pixels incluídos no aparelho de formação de imagem inclui um primeiro pixel e um segundo pixel, cada um tendo uma quantidade de carga de saturação diferente da parte de conversão fotoelétrica incluída em cada pixel.

Description

“APARELHO DE FORMAÇÃO DE IMAGEM, SISTEMA DE FORMAÇÃO DE IMAGEM, E OBJETO MÓVEL”
FUNDAMENTOS
CAMPO DA INVENÇÃO [0001] A presente descrição refere-se a um aparelho de formação de imagem, um sistema de formação de imagem, e um objeto móvel.
DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA [0002] Nos últimos anos, uma operação de obturador eletrônico global por um sensor de imagem de semicondutor de óxido de metal complementar (CMOS) foi proposta. Em um aparelho de formação de imagem que executa a operação de obturador eletrônico global, uma operação de acúmulo de carga elétrica na conversão fotoelétrica para adquirir um quadro inicia e termina simultaneamente entre os pixels (o tempo de início de exposição é o mesmo entre os pixels e o tempo de término de exposição também é o mesmo entre pixels). A utilização de uma operação de obturador eletrônico global é vantajosa, pois a imagem em questão não é distorcida, mesmo quando capturando um objeto se movendo rapidamente.
[0003] O Pedido de Patente Japonesa submetido à inspeção pública No. 2015177349 discute um aparelho de formação de imagem que tem uma função de obturador eletrônico global. No aparelho de formação de imagem discutido no Pedido de Patente Japonesa submetido à inspeção pública No. 2015-177349, em um primeiro período que começa em um tempo de início de exposição em um período de exposição para adquirir um quadro, as cargas elétricas geradas pela conversão fotoelétrica no primeiro período são acumuladas em uma parte de conversão fotoelétrica. No tempo de início de exposição, uma parte de retenção mantém as cargas elétricas acumuladas em um período de exposição para adquirir o quadro anterior. No primeiro período, uma operação para ler as cargas elétricas é executada sequencialmente para cada pixel. No final do primeiro período, as cargas elétricas são transferidas da parte de conversão fotoelétrica para a parte de retenção em cada pixel. Em um segundo período após o primeiro período, as cargas elétricas geradas pela conversão fotoelétrica no segundo período são acumuladas pela parte de conversão
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2/44 fotoelétrica ou tanto pela parte de conversão fotoelétrica quanto pela parte de retenção.
[0004] No aparelho de formação de imagem discutido no Pedido de Patente Japonesa submetido à inspeção pública No. 2015-177349, as cargas elétricas são transferidas deste modo da parte de conversão fotoelétrica para a parte de retenção durante um período de exposição para adquirir um quadro. Esta configuração implementa uma operação de obturador eletrônico global para melhorar a quantidade de carga de saturação de pixels, enquanto evitando a degradação da qualidade de imagem.
SUMÁRIO [0005] De acordo com um aspecto da presente descrição, um aparelho de formação de imagem inclui uma pluralidade de pixels, cada um incluindo uma parte de conversão fotoelétrica configurada para acumular cargas elétricas geradas pela luz incidente, uma parte de retenção configurada para conter as cargas elétricas, uma parte de amplificação configurada para emitir um sinal baseado nas cargas elétricas, umo primeiro comutador de transferência configurada para transferir as cargas elétricas da parte de conversão fotoelétrica para a parte de retenção, e um segundo comutador de transferência configurada para transferir as cargas elétricas da parte de retenção para a parte de amplificação. O aparelho de formação de imagem inclui linhas de saída conectadas à pluralidade de pixels. Em um primeiro tempo, as partes de conversão fotoelétrica da pluralidade de pixels começam a acumular as cargas elétricas. Do primeiro tempo ao segundo tempo, o primeiro comutador de transferência de ao menos um da pluralidade de pixels é mantido desligado, e a parte de conversão fotoelétrica de ao menos um da pluralidade de pixels acumula cargas elétricas geradas em um primeiro período que começa no primeiro tempo e termina no segundo tempo. As primeiras chaves de transferência da pluralidade de pixels são controlados de desligados para ligados pelo segundo tempo no mais tardar. Em um terceiro tempo após o segundo tempo, as partes de retenção da pluralidade de pixels mantêm tanto as cargas elétricas geradas na parte de conversão fotoelétrica no primeiro período quanto as cargas elétricas geradas na parte de conversão fotoelétrica em um segundo
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3/44 período que começa no segundo tempo e termina no terceiro tempo. A pluralidade de pixels inclui um primeiro pixel e um segundo pixel. Uma quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica do primeiro pixel é diferente de uma quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica do segundo pixel.
[0006] Outras características da presente invenção tornar-se-ão evidentes a partir da seguinte descrição de modalidades exemplificativas com referência aos desenhos em anexo.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0007] A Figura 1 é um diagrama de blocos que ilustra uma configuração de um aparelho de formação de imagem.
[0008] A Figura 2 é um diagrama que ilustra um circuito equivalente do aparelho de formação de imagem.
[0009] A Figura 3 é um diagrama esquemático que ilustra uma estrutura transversal do aparelho de formação de imagem.
[0010] A Figura 4 é um gráfico de tempo que ilustra pulsos de acionamento do aparelho de formação de imagem em um primeiro modo de acionamento.
[0011] As Figuras 5A a 5F são gráficos esquemáticos que ilustram potenciais estados de cada parte de um pixel do aparelho de formação de imagem no primeiro modo de acionamento.
[0012] A Figura 6 é um diagrama que ilustra pulsos de acionamento do aparelho de formação de imagem no primeiro modo de acionamento.
[0013] A Figura 7 é um diagrama que ilustra pulsos de acionamento do aparelho de formação de imagem em um segundo modo de acionamento.
[0014] As Figuras 8A a 8E são diagramas esquemáticos que ilustram pulsos de acionamento do aparelho de formação de imagem e exemplos de quantidades de carga elétrica em partes de pixel no segundo modo de acionamento.
[0015] As Figuras 9A a 9E são diagramas esquemáticos que ilustram pulsos de acionamento do aparelho de formação de imagem e exemplos de quantidades de carga elétrica em partes de pixel no segundo modo de acionamento.
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4/44 [0016] As Figuras 10A a 10E são diagramas esquemáticos que ilustram pulsos de acionamento do aparelho de formação de imagem e exemplos de quantidades de carga elétrica em partes de pixel no segundo modo de acionamento.
[0017] As Figuras 11A a 11E são diagramas esquemáticos que ilustram pulsos de acionamento do aparelho de formação de imagem e exemplos de quantidades de carga elétrica em partes de pixel no segundo modo de acionamento.
[0018] As Figuras 12A a 12E são diagramas esquemáticos que ilustram pulsos de acionamento do aparelho de formação de imagem e exemplos de quantidades de carga elétrica em partes de pixel no segundo modo de acionamento.
[0019] As Figuras 13A a 13E são diagramas esquemáticos que ilustram pulsos de acionamento do aparelho de formação de imagem e exemplos de quantidades de carga elétrica em partes de pixel no segundo modo de acionamento.
[0020] A Figura 14 é um diagrama que ilustra um circuito equivalente do aparelho de formação de imagem.
[0021] A Figura 15 é um diagrama que ilustra um circuito equivalente do aparelho de formação de imagem.
[0022] A Figura 16 é um diagrama esquemático que ilustra uma estrutura transversal do aparelho de formação de imagem.
[0023] A Figura 17 é um diagrama que ilustra um circuito equivalente do aparelho de formação de imagem.
[0024] A Figura 18 é um diagrama esquemático que ilustra uma estrutura transversal do aparelho de formação de imagem.
[0025] As Figuras 19A a 19D são diagramas esquemáticos que ilustram pulsos de acionamento do aparelho de formação de imagem e exemplos de quantidades de carga elétrica em partes de pixel no segundo modo de acionamento.
[0026] As Figuras 20A a 20D são diagramas esquemáticos que ilustram pulsos de acionamento do aparelho de formação de imagem e exemplos de quantidades de carga elétrica em partes de pixel no segundo modo de acionamento.
[0027] As Figuras 21A a 21D são diagramas esquemáticos que ilustram pulsos de acionamento do aparelho de formação de imagem e exemplos de quantidades de
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5/44 carga elétrica em partes de pixel no segundo modo de acionamento.
[0028] A Figura 22 é um diagrama de blocos que ilustra uma configuração de um sistema de formação de imagem.
[0029] As Figuras 23A e 23B são diagramas de blocos que ilustram configurações de um objeto móvel.
DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES [0030] Em um aparelho de formação de imagem discutido no Pedido de Patente Japonês Publicado 2015-177349, em um caso em que a quantidade de luz muda largamente durante um período de exposição para adquirir um quadro, por exemplo, quando uma imagem de um objeto se movendo rapidamente é capturado, a taxa de saída de uma saída de sinal a partir de cada pixel pode desviar da taxa de saída apropriada. Portanto, houve um problema de degradação da qualidade de imagem. De acordo com algumas modalidades exemplificativas da presente descrição, é possível melhorar a qualidade da imagem.
[0031] O aparelho de formação de imagem de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente descrição é fornecido com uma pluralidade de pixels, e linhas de saída conectadas à pluralidade de pixels. Os sinais a partir da pluralidade de pixels são enviados para as linhas de saída. Cada um da pluralidade de pixels inclui uma parte de conversão fotoelétrica, uma parte de retenção para armazenar cargas elétricas, e uma parte de amplificação para emitir um sinal baseado em cargas elétricas. Cada pixel inclui ainda umo primeiro comutador de transferência para transferir cargas elétricas da parte de conversão fotoelétrica para a parte de retenção, e um segundo comutador de transferência para transferir cargas elétricas da parte de retenção para a parte de amplificação. Tal configuração permite executar uma operação de formação de imagem na qual o período de conversão fotoelétrica é idêntico entre a pluralidade de pixels, isto é, uma operação de obturador eletrônico global. A operação de obturador eletrônico refere-se a controlar eletricamente o acúmulo de cargas elétricas geradas pela luz incidente.
[0032] De acordo com algumas modalidades exemplificativas da presente descrição, as partes de conversão fotoelétrica da pluralidade de pixels
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6/44 simultaneamente começam a acumular cargas elétricas no primeiro tempo (iniciar o período de exposição do ko quadro, onde k é um número inteiro positivo igual ou maior do que 2). Do primeiro tempo ao segundo tempo, o primeiro comutador de transferência permanece desligada em ao menos um pixel. Em ao menos um pixel, as cargas elétricas geradas nesse período são acumuladas na parte de conversão fotoelétrica. O período do primeiro ao segundo tempo é o primeiro período.
[0033] No primeiro período, a parte de amplificação sequencialmente emite sinais com base em cargas elétricas mantidas nas partes de retenção da pluralidade de pixels para a linha de saída. Em outras palavras, cada pixel emite um sinal ao menos uma vez no primeiro período. Mais especificamente, no primeiro período, as segundas chaves de transferência da pluralidade de pixels sequencialmente ligam-se. As cargas elétricas geradas no primeiro período são acumuladas na parte de conversão fotoelétrica. Portanto, no primeiro período, a parte de retenção pode conter cargas elétricas geradas antes do primeiro tempo. Mais especificamente, as cargas elétricas mantidas pela parte de retenção no primeiro tempo são cargas elétricas geradas pela parte de conversão fotoelétrica no período de exposição do quadro anterior, isto é, o (k-1)° quadro.
[0034] O número de sinais emitidos no primeiro período pode ser alterado dependendo do formato da imagem a ser emitida. Por exemplo, ao capturar uma imagem em movimento, os sinais precisam ser emitidos para o número de linhas horizontais usadas para um quadro. De acordo com tal modalidade exemplificativa, os sinais precisam ser emitidos a partir de nem todos os pixels incluídos em um aparelho de formação de imagem.
[0035] Após os sinais da pluralidade de pixels terem sido emitidos, as partes de retenção da pluralidade de pixels retêm cargas elétricas em ao menos o segundo período, do segundo ao terceiro tempo. Nesse momento, cada parte de retenção mantém as cargas elétricas geradas no primeiro período e as cargas elétricas geradas no segundo período. No terceiro tempo, a unidade de controle 3 controla o desligamento das primeiras chaves de transferência da pluralidade de pixels ao mesmo tempo.
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7/44 [0036] A parte de conversão fotoelétrica precisa acumular cargas elétricas geradas ao menos no primeiro período e, por conseguinte, capaz de manter a quantidade de carga de saturação para o pixel mesmo se uma quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica é pequena. Essa configuração possibilita a operação do obturador eletrônico global enquanto a quantidade de carga de saturação é mantida. De acordo com algumas modalidades exemplificativas da presente descrição, o segundo período durante o qual as partes de retenção da pluralidade de pixels mantém as cargas elétricas é mais longo do que o primeiro período. Isto porque, uma vez que o segundo período é maior do que o primeiro período, a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica pode ser reduzida.
[0037] De acordo com algumas modalidades exemplificativas da presente descrição, um aparelho de formação de imagem que executa a operação de obturador eletrônico global para transmitir cargas elétricas da parte de conversão fotoelétrica para a parte de retenção durante o período de exposição para adquirir um quadro pode impedir o desvio da taxa de saída de pixel.
[0038] Modalidades exemplificativas da presente descrição serão descritas abaixo com referência aos desenhos em anexo. As modalidades exemplificativas de acordo com a presente descrição não estão limitadas apenas às seguintes modalidades exemplificativas. Por exemplo, um caso exemplificativo em que uma parte da configuração de qualquer uma das seguintes modalidades exemplificativas é adicionada a outras modalidades exemplificativas, e um caso exemplificativo em que uma parte da sua configuração é substituída por uma parte da configuração de outras modalidades exemplificativas também é incluído em modalidades exemplificativas da presente descrição. De acordo com as seguintes modalidades exemplificativas, um primeiro tipo de condutividade é o tipo N, e um segundo tipo de condutividade é o tipo P. No entanto, o primeiro tipo de condutividade pode ser do tipo P, e o segundo tipo de condutividade pode ser do tipo N.
[0039] Uma primeira modalidade exemplificativa será descrita abaixo. A Figura 1 é um diagrama de blocos que ilustra uma configuração do aparelho de formação de
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8/44 imagem. Um aparelho de formação de imagem 1 pode ser configurado por um chip usando um substrato de semicondutor. O aparelho de formação de imagem 1 inclui uma região de formação de imagem 2 em que uma pluralidade de pixels é disposta. O aparelho de formação de imagem 1 inclui ainda uma unidade de controle 3 para fornecer sinais de controle e tensões de energia a uma unidade de varredura vertical 4, uma unidade de processamento de sinal 5, e uma unidade de saída 6.
[0040] A unidade de varredura vertical 4 fornece pulsos de acionamento a uma pluralidade de pixels dispostos na região de formação de imagem 2. Normalmente, a unidade de varredura vertical 4 fornece pulsos de acionamento para cada linha de pixel ou para cada uma de uma pluralidade de linhas de pixels. A unidade de varredura vertical 4 pode ser configurada utilizando registradores de deslocamento ou decodificadores de endereço.
[0041] A unidade de processamento de sinal 5 inclui um circuito de coluna, um circuito de varredura horizontal, e uma linha de saída horizontal. O circuito de coluna inclui uma pluralidade de blocos de circuito para receber sinais de uma pluralidade de pixels incluídos em uma linha de pixels selecionada pela unidade de varredura vertical
4. Cada bloco de circuito pode incluir qualquer uma de uma parte de retenção de sinal, um circuito de amplificação, um circuito de rejeição de ruído, e um circuito de conversão analógico-digital, ou uma combinação dos mesmos. O circuito de varredura horizontal pode ser configurado usando registradores de deslocamento ou decodificadores de endereço.
[0042] A unidade de saída 6 emite o sinal transmitido através da linha de saída horizontal, para o exterior do aparelho de formação de imagem 1. A unidade de saída 6 inclui um armazenador temporário ou um circuito de amplificação e emite um sinal de cada pixel para a unidade de processamento de sinal 7. A unidade de processamento de sinal 7 executa o processamento de sinal no sinal a partir de cada pixel. Tipicamente, a unidade de processamento de sinal 7 executa processamento para gerar uma imagem revelada multiplicando o sinal a partir de cada pixel pelo ganho de acordo com o balanço de brancos. A unidade de processamento de sinal 7 pode ser incluída no aparelho de formação de imagem 1.
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9/44 (Estrutura de Pixels) [0043] A Figura 2 é um diagrama que ilustra um circuito equivalente de um pixel incluído na região de formação de imagem 2 do aparelho de formação de imagem 1. Para simplificar as descrições, assume-se que a região de formação de imagem 2 inclui nove pixels dispostos em uma forma de matriz 3x3 incluindo uma na a (n + 2)a linhas e uma ma a (m + 2)a colunas. Um pixel é envolvido em uma linha tracejada e é chamado de PIX. Embora nove pixels PIX sejam ilustrados na Figura 2, o aparelho de formação de imagem 1 inclui um número maior de pixels.
[0044] Cada pixel PIX inclui uma parte de conversão fotoelétrica PD, uma parte de retenção MEM, uma parte de amplificação SF, umo primeiro comutador de transferência TX1, e um segundo comutador de transferência TX2. Cada pixel PIX inclui ainda um transistor de reinicialização RES e um transistor de seleção SEL.
[0045] A parte de conversão fotoelétrica PD acumula cargas elétricas geradas pela luz incidente. O anodo da parte de conversão fotoelétrica PD é aterrado a um potencial fixo, e o seu catodo é conectado a um terminal da parte de retenção MEM através do primeiro comutador de transferência TX1 como uma primeira parte de transferência. O primeiro comutador de transferência TX1 transfere cargas elétricas na parte de conversão fotoelétrica PD para a parte de retenção MEM. O catodo da parte de conversão fotoelétrica PD é conectado a uma linha de fornecimento de energia como uma segunda fonte de alimentação que funciona como um dreno de sobrecarga (daqui em diante chamado de um OFD) através de um terceiro comutador de transferência TX3 como uma terceira parte de transferência. O terceiro comutador de transferência TX3 é um comutador de descarga para descarregar cargas elétricas na parte de conversão fotoelétrica PD.
[0046] O outro terminal da parte de retenção MEM é aterrado a um potencial fixo. Um terminal da parte de retenção MEM também é conectado ao terminal de porta do transistor de amplificação como a parte de amplificação SF através do segundo comutador de transferência TX2 como uma segunda parte de transferência. O segundo comutador de transferência TX2 transfere as cargas elétricas na parte de retenção MEM para uma parte de difusão flutuante FD como o nó de entrada da parte
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10/44 de amplificação SF. O terminal de porta da parte de amplificação SF é conectado a uma linha de fornecimento de energia de pixel como uma primeira fonte de alimentação via o transistor de reinicialização RES como uma parte de reinicialização. O transistor de reinicialização RES reinicia a tensão da parte de difusão flutuante DF como o nó de entrada da parte de amplificação SF. O transistor de seleção SEL seleciona o pixel PIX que emite um sinal para uma linha de sinal vertical OUT como uma linha de saída. A parte de amplificação SF emite um sinal baseado nas cargas elétricas geradas pela luz incidente para a linha de sinal vertical OUT. A parte de amplificação SF é, por exemplo, um circuito seguidor fonte. Cada uma do primeiro comutador de transferência TX1, do segundo comutador de transferência TX2 e do comutador de descarga TX3 é um transistor de semicondutor de óxido de metal (MOS). Com relação à Figura 2, a linha de fornecimento de energia de pixel fornecendo a tensão de alimentação para a parte de amplificação SF e a linha de fornecimento de energia que funciona como um OFD são separadas. No entanto, elas podem ser substituídas coletivamente por uma linha de fornecimento de energia comum.
[0047] Um eletrodo principal do transistor de seleção SEL é conectado à linha de sinal vertical, e o outro eletrodo principal do mesmo é conectado a um eletrodo principal da parte de amplificação SF (transistor). Quando um sinal ativo PSEL é inserido no eletrodo de controle do transistor de seleção SEL, ambos os eletrodos principais do transistor de seleção SEL entram no estado de condução. A parte de amplificação SF e uma fonte de corrente constante (não ilustrada) dispostas na linha de sinal vertical OUT formam um circuito seguidor fonte. Um sinal de acordo com o potencial do terminal de porta (eletrodo de controle) da parte de amplificação SF aparece na linha de sinal vertical OUT. Um sinal é emitido a partir do aparelho de formação de imagem 1 com base no sinal que aparece na linha de sinal vertical OUT, isto é, no sinal emitido a partir do pixel PIX. A parte de difusão flutuante FD como um nó de entrada normalmente é conectada com o terminal de porta da parte de amplificação SF e os eletrodos principais do transistor de reinicialização RES e o segundo comutador de transferência TX2. Portanto, a parte de difusão flutuante FD
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11/44 tem um valor de capacitância e é capaz de armazenar cargas elétricas.
[0048] O aparelho de formação de imagem 1 de acordo com a presente modalidade exemplificativa é um sensor de cor em que cada pixel PIX é fornecido com um filtro de cor. Como ilustrado na Figura 2, os pixels PIX com os filtros de cor vermelho (R), verde (Gr, Gb) e azul (B) incluídos nele são dispostos em arranjo de Bayer, com a cor do filtro de cor indicado no canto superior esquerdo para cada pixel. No aparelho de formação de imagem 1 de acordo com a presente modalidade exemplificativa, cada linha é fornecida com duas linhas de acionamento de porta diferentes PTX3-1 e PTX3-2 do comutador de descarga TX3. Os pixels PIX vermelho (R), verde (Gr, Gb) e azul (B) são conectados a diferentes linhas de acionamento pela cor dos filtros de cor.
[0049] De acordo com a presente modalidade exemplificativa, em uma na linha, a linha de acionamento de porta PTX3-1 (n) é conectada aos pixels PIX vermelhos (R), e a linha de acionamento de porta PTX3-2 (n) é conectada ao pixel PIX verde (Gr). Em uma (n + 1)a linha, a linha de acionamento de porta PTX3-1(n + 1) é conectada aos pixels PIX verdes (Gb), e a linha de acionamento de porta PTX3-2(n + 1) é conectada ao pixel PIX azul (B). A linha de acionamento de porta PTX3-2(n) para acionar os pixels PIX verdes (Gr) e a linha de acionamento de porta PTX3-1(n + 1) para acionar os pixels PIX verdes (Gb) são idênticas em uma região (não ilustrada).
[0050] A Figura 3 é um diagrama esquemático que ilustra uma estrutura transversal do aparelho de formação de imagem. Mais especificamente, a Figura 3 ilustra uma seção transversal de um pixel. Com referência à Figura 3, às partes que têm a mesma função que as partes ilustradas na Figura 2 são atribuídas os mesmos números de referência. Embora a Figura 3 ilustre um aparelho de formação de imagem iluminado pela frente, o aparelho de formação de imagem não está limitado a ele e pode ser um aparelho de formação de imagem iluminado por trás. Além disso, o tipo condutor de cada região semicondutora será descrito abaixo, centrando-se em um caso exemplificativo em que os elétrons são usados como cargas elétricas de sinal. Ao usar furos como cargas elétricas de sinal, o tipo condutor de cada região semicondutora precisa ser o tipo de condutividade oposto.
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12/44 [0051] A parte de conversão fotoelétrica PD tem uma estrutura de fotodiodo incorporada. A parte de conversão fotoelétrica PD inclui uma região semicondutora do tipo N 202 e uma região semicondutora do tipo P 203. A região semicondutora do tipo N 202 e a região semicondutora do tipo P 203 formam uma junção PN. Pela região semicondutora do tipo P 203, o ruído da interface pode ser evitado.
[0052] A região semicondutora do tipo P 201 está disposta em torno da região semicondutora do tipo N 202. A região semicondutora do tipo P 201 pode ser formada implantando íons de impureza do tipo P em um substrato semicondutor do tipo N ou usando um substrato semicondutor do tipo P.
[0053] A parte de retenção MEM inclui uma região semicondutora do tipo N 205. As cargas elétricas de sinal são mantidas na região semicondutora do tipo N 205. Uma região semicondutora do tipo P pode ser disposta entre a região semicondutora do tipo N 205 e a face frontal do substrato semicondutor. Com tal arranjo, a parte de retenção MEM tem uma estrutura embutida.
[0054] Um eletrodo de porta 207 configura a porta do primeiro comutador de transferência TX1. Uma região semicondutora do tipo N 213 é disposta sob o eletrodo de porta 207 através de um filme de isolamento de porta. A concentração de impurezas da região semicondutora do tipo N 213 é menor do que a concentração de impurezas da região semicondutora do tipo N 202. O potencial estado entre a parte de conversão fotoelétrica PD e a parte de retenção MEM pode ser controlado pela tensão fornecida ao eletrodo de porta 207.
[0055] Uma região semicondutora do tipo N 208 configura a parte de difusão flutuante FD. A região semicondutora do tipo N 208 é eletricamente conectada à porta da parte de amplificação SF através de um plugue 209.
[0056] Um eletrodo de porta 204 configura a porta do segundo comutador de transferência TX2. O potencial estado entre a parte de retenção MEM e a parte de difusão flutuante FD pode ser controlado pela tensão fornecida ao eletrodo de porta 204.
[0057] A parte de retenção MEM é sombreada por uma parte de proteção contra luz 210. A parte de proteção contra luz 210 é feita de um metal tal como tungstênio,
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13/44 alumínio e outros materiais tendo baixa transmitância de luz na região de luz visível. A parte de proteção contra luz 210 cobre, ao menos, a parte de retenção MEM. Como ilustrado na Figura 3, a parte de proteção contra luz 210 pode cobrir o eletrodo de porta inteiro 207 do primeiro comutador de transferência TX1 e pode ser estendida até uma parte da parte superior do eletrodo de porta 204 do segundo comutador de transferência TX2. Esta configuração torna possível melhorar ainda mais a função de proteção da parte de proteção contra luz 210. Um filtro de cor CF e uma microlente ML são dispostos acima da abertura da parte de proteção contra luz 210. Mais especificamente, em cada pixel PIX, o filtro de cor CF e a microlente ML estão dispostos no lado a montante da parte de conversão fotoelétrica PD na direção incidente da luz incidente.
[0058] Uma região semicondutora do tipo N 212 configura uma parte de uma região OFD. Um plugue 215 fornece a tensão de alimentação à região semicondutora do tipo N 212 e é conectada à segunda fonte de alimentação que funciona como a OFD.
[0059] Um eletrodo de porta 211 configura a porta do comutador de descarga TX3. O potencial estado entre a parte de conversão fotoelétrica PD e a região OFD pode ser controlado pela tensão fornecida ao eletrodo de porta 211.
(Método de Acionamento) [0060] Um método para acionar o aparelho de formação de imagem será descrito abaixo. Uma descrição será dada de um primeiro modo de acionamento e um segundo modo de acionamento para o método de acionamento do aparelho de formação de imagem. Tanto no primeiro quanto no segundo modo de acionamento, a operação de obturador eletrônico global incluindo o acúmulo de cargas elétricas pela parte de conversão fotoelétrica PD e a transferência de carga elétrica a partir da parte de conversão fotoelétrica PD para a parte de retenção MEM é executada. A diferença entre o primeiro e o segundo modo de acionamento é o tempo de transferência da carga elétrica. Mais especificamente, no primeiro modo de acionamento, a unidade de controle 3 executa a transferência de carga elétrica a partir da parte de conversão fotoelétrica PD para a parte de retenção MEM no final do período de exposição. No
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14/44 segundo modo de acionamento, a unidade de controle 3 executa a transferência de carga elétrica da parte de conversão fotoelétrica PD para a parte de retenção MEM durante o período de exposição. O aparelho de formação de imagem de acordo com a presente modalidade exemplificativa opera ao menos no segundo modo de acionamento.
[0061] O aparelho de formação de imagem de acordo com a presente modalidade exemplificativa pode ter um modo de acionamento para executar uma operação do obturador de rolamento. No modo de acionamento para a operação do obturador de rolamento, a parte de conversão fotoelétrica PD de cada um da pluralidade de pixels começa sequencialmente a acumular cargas elétricas. Subsequentemente, a unidade de controle 3 sequencialmente controla o ligamento dos primeiros comutadores de transferência TX1 da pluralidade de pixels.
(Primeiro Modo de Acionamento) [0062] O primeiro modo de acionamento para executar a operação de obturador eletrônico global será descrito abaixo com referência às Figuras 4 a 6. No primeiro modo de acionamento, a parte de conversão fotoelétrica PD acumula as cargas elétricas geradas no período de exposição e, ao final do período de exposição, as cargas elétricas acumuladas na parte de conversão fotoelétrica PD são transferidas para a parte de retenção MEM.
[0063] A Figura 4 é um diagrama que ilustra esquematicamente pulsos de acionamento no primeiro modo de acionamento. A Figura 4 ilustra pulsos de acionamento fornecidos ao transistor de seleção SEL, o transistor de reinicialização RES, o primeiro comutador de transferência TX1, o segundo comutador de transferência TX2 e o comutador de descarga TX3 em cada pixel na na a (n + 2)a linhas. Quando um pulso de acionamento está no nível alto, o transistor ou comutador correspondente é ligado. Quando um pulso de acionamento está no nível baixo, o transistor ou comutador correspondente é desligado. Estes pulsos de acionamento são fornecidos pela unidade de controle 3 incluída no aparelho de formação de imagem 1.
[0064] As Figuras 5A a 5F são gráficos esquemáticos que ilustram potenciais
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15/44 estados, isto é, potenciais para elétrons de cada parte de um pixel em cada tempo. Em cada um dos gráficos, um maior potencial para elétrons, ou seja, um menor potencial elétrico, é representado em uma extremidade superior do gráfico. As Figuras 5A a 5F ilustram os potenciais do OFD, do comutador de descarga TX3, da parte de conversão fotoelétrica PD, do primeiro comutador de transferência TX1, da parte de retenção MEM, do segundo comutador de transferência TX2 e da parte de difusão flutuante FD (ver Figuras 2 e 3) da esquerda para a direita.
[0065] A exposição para o quadro anterior é executada antes do tempo t2. A exposição indica que as cargas elétricas geradas pela conversão fotoelétrica são acumuladas ou mantidas como um sinal.
[0066] Antes do tempo t1, a parte de conversão fotoelétrica PD é irradiada com luz, e as cargas elétricas correspondentes à quantidade de luz da luz incidente para a parte de conversão fotoelétrica PD são acumuladas na parte de conversão fotoelétrica PD no período até o tempo t1. O estado é esquematicamente ilustrado na Figura 5A. [0067] No período do tempo t1 ao tempo t2, os primeiros sinais de controle de comutador de transferência PTX1 (n), PTX1 (n + 1) e PTX1 (n + 2) (a seguir designados coletivamente por “PTX1”) tornam-se o nível alto, e o primeiro comutador de transferência TX1 liga. Consequentemente, as cargas elétricas acumuladas na parte de conversão fotoelétrica PD são transferidas para a parte de retenção MEM. Este estado é esquematicamente ilustrado na Figura 5B. No tempo t2, PTX1 se torna novamente o nível baixo e a operação de transferência é concluída. Este estado neste tempo é esquematicamente ilustrado na Figura 5C. A operação para transferência de carga elétrica a partir da parte de conversão fotoelétrica PD para a parte de retenção MEM é executada para todos os pixels ao mesmo tempo. Para terminar a exposição para o quadro anterior no primeiro modo de acionamento, a unidade de controle 3 controla o desligamento do primeiro comutador de transferência TX1, que transfere cargas elétricas da parte de conversão fotoelétrica PD para a parte de retenção MEM, de ON para todos os pixels ao mesmo tempo (no tempo t2 ilustrado na Figura 4).
[0068] No período do tempo t3 ao tempo t4, os sinais de controle de comutador de descarga PTX3-1(n), PTX3-1(n + 1), PTX3-1(n + 2) e PTX3-2(n) PTX3-2 (n + 1) e
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PTX3-2(n + 2) (daqui em diante chamados coletivamente de “PTX3”) tornam-se o nível alto, e as cargas elétricas são descarregadas a partir da parte de conversão fotoelétrica PD para o OFD. O estado é esquematicamente ilustrado na Figura 5D. Esta operação para descarregar as cargas elétricas da parte de conversão fotoelétrica PD para o OFD é executada para todos os pixels ao mesmo tempo. Para iniciar a exposição no primeiro modo de acionamento, a unidade de controle 3 controla o desligamento do comutador de descarga TX3 que transfere cargas elétricas da parte de conversão fotoelétrica PD para a parte de retenção MEM, de ON para todos os pixels ao mesmo tempo (no tempo t4 ilustrado na Figura 4).
[0069] No primeiro modo de acionamento, a unidade de controle 3 descarrega as cargas elétricas a partir da parte de conversão fotoelétrica PD para o OFD e transfere as cargas elétricas da parte de conversão fotoelétrica PD para a parte de retenção MEM para todos os pixels ao mesmo tempo. Com esta configuração, o aparelho de formação de imagem pode executar uma operação de formação de imagem em que o período de conversão fotoelétrica é idêntico entre a pluralidade de pixels, isto é, uma operação de obturador eletrônico global.
[0070] Uma operação para a leitura de cargas elétricas transferidas da parte de conversão fotoelétrica PD para a parte de retenção MEM será descrita abaixo. Enquanto uma descrição será dada de um caso em que, uma operação para a leitura do sinal do quadro anterior é iniciada após a exposição (acúmulo de cargas elétricas na parte de conversão fotoelétrica PD) para o quadro seguinte é iniciada no momento em que a unidade de controle 3 controla o desligamento do comutador de descarga TX3, a operação não está limitada a essa.
[0071] No tempo t5, a unidade de controle 3 controla o desligamento do transistor de reinicialização RES(n) da parte de difusão flutuante FD para cancelar o estado de reinicialização da parte de difusão flutuante FD. Ao mesmo tempo, quando um sinal de controle de seleção de linha PSEL(n) se torna o nível alto, o transistor de seleção SEL(n) liga, e os pixels na na linha são selecionados. Consequentemente, a tensão correspondente aos potenciais das partes de difusão flutuante FD dos pixels na na linha é enviada para a linha de sinal vertical OUT.
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17/44 [0072] No período do tempo t6 ao tempo t7, um sinal de seleção de ruído de reinicialização PTN torna-se o nível alto. Neste momento, o circuito de coluna incluído na unidade de processamento de sinal 5 amostra e mantém os níveis de ruído de reinicialização das partes de difusão flutuante FD dos pixels na na linha. Consequentemente, uma operação de leitura do sinal de ruído (leitura de N) é executada.
[0073] No período do tempo t8 ao tempo t9, o segundo sinal de controle de comutador de transferência PTX2(n) torna-se o nível alto, e o segundo comutador de transferência TX2 dos pixels da na linha é ligado. Consequentemente, as cargas elétricas acumuladas na parte de retenção MEM são transferidas para a parte de difusão flutuante FD. O estado é ilustrado na Figura 5E. No tempo t9, o segundo sinal de controle de comutador de transferência PTX2(n) torna-se o nível baixo, e o segundo comutador de transferência TX2 dos pixels na na linha é desligado. Isto completa a operação para transferência de carga elétrica da parte de retenção MEM para a parte de difusão flutuante FD. Este estado de conclusão da operação é ilustrado na Figura 5F.
[0074] No tempo t9, a operação de transferência de carga elétrica a partir da parte de retenção MEM para a parte de difusão flutuante FD é concluída. Então, um potencial com um nível (nível de sinal óptico) aumentado pela adição do potencial correspondente às cargas elétricas acumuladas na parte de difusão flutuante FD para o nível de reinicialização é emitido para a linha de sinal vertical OUT. No período do tempo t10 ao tempo t11, um sinal de seleção de sinal de imagem PTS torna-se o nível alto, e o circuito de coluna amostra e mantém este nível de sinal óptico. Por conseguinte, é executada uma operação de leitura de sinal óptico (leitura de S). O nível de ruído de reinicialização previamente amostrado e mantido é subtraído do nível de sinal óptico, e o nível resultante é enviado para o estágio subsequente como um sinal de imagem sem ruído.
[0075] No tempo t12, o transistor de seleção SEL(n) é desligado, o transistor de reinicialização RES(n) é ligado, e os potenciais das partes de difusão flutuante FD dos pixels na na linha são reinicializados novamente.
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18/44 [0076] De acordo com os pulsos de acionamento descritos acima, uma série de operações de leitura incluindo seleção de pixels, reinicialização, leitura de sinal de ruído (leitura de N), transferência de carga elétrica para a parte de difusão flutuante FD, e leitura de sinal ótico executada (leitura de S) é executada para cada linha de pixel. O sinal de saída pode ser submetido à conversão analógico-digital (A / D) fora do aparelho de formação de imagem ou dentro do aparelho de formação de imagem. Como ilustrado na Figura 4, a seguir à na linha, a unidade de controle 3 executa também sequencialmente a operação de leitura dos pixels nas (n + 1)a e (n + 2)a linhas. [0077] De acordo com a presente especificação, o período durante o qual a “leitura do sinal de ruído (leitura de N), transferência de carga elétrica para a parte de difusão flutuante FD, e leitura de sinal óptico (leitura de S)” em cada linha de pixel é definido como um “período de leitura”. Com referência à Figura 4, o período de leitura no lado esquerdo do gráfico de tempo indica o período de leitura para o ko quadro, e o período de leitura subsequente no lado direito do gráfico de tempo indica o período de leitura para o (k + 1)° quadro. De acordo com a presente especificação, o período durante o qual a parte de conversão fotoelétrica PD de cada pixel acumula cargas elétricas correspondentes a um quadro é definido como um “período de exposição”. De acordo com a presente modalidade exemplificativa, o período a partir do tempo t4 de quando a descarga de cargas elétricas para a OFD está completa até o tempo t13 de quando a transferência de carga elétrica para a parte de retenção MEM está completa é o período de exposição para o (k + 1)o quadro. Como ilustrado nos lados superior e inferior do gráfico de tempo ilustrado na Figura 4, de acordo com a presente modalidade exemplificativa, o período de leitura para o ko quadro e o período de exposição para o (k + 1)o quadro são parcialmente sobrepostos um com o outro.
[0078] Nas descrições subsequentes, os pulsos de acionamento fornecidos para cada parte em um pixel para executar uma série de operações incluindo “leitura de sinal de ruído (leitura de N), transferência de carga elétrica para a parte de difusão flutuante FD, e leitura de sinal óptico (leitura de S)” são coletivamente chamados de um “sinal de leitura”. A Figura 6 é um diagrama que ilustra os pulsos de acionamento do aparelho de formação de imagem no primeiro modo de acionamento. As linhas
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19/44 oblíquas indicam que as operações de leitura são executadas sequencialmente para cada linha. Enquanto o primeiro sinal de controle de comutador de transferência PTX1 e o sinal de controle de comutador de descarga PTX3 são fornecidos para todos os pixels ao mesmo tempo, a Figura 6 ilustra um primeiro sinal de controle de comutador de transferência PTX1 e um sinal de controle de comutador de descarga PTX3 para todos os pixels em um caminho coletivo. Embora a Figura 6 ilustre o mesmo tempo que a Figura 4, o tempo ilustrado na Figura 6 é uma representação simplificada do tempo ilustrado na Figura 4 para uso em um caso de arranjo de múltiplos pixels.
[0079] Como descrito acima, no primeiro modo de acionamento, a unidade de controle 3 executa a transferência de carga elétrica da parte de conversão fotoelétrica PD para a parte de retenção MEM no final do período de exposição. Portanto, a transferência de carga elétrica da parte de conversão fotoelétrica PD para a parte de retenção MEM é executada apenas uma vez durante o período de exposição para um quadro. Tal acionamento também é chamado de acionamento de transferência única. (Segundo Modo de Acionamento) [0080] O segundo modo de acionamento para executar a operação de obturador eletrônico global será descrito abaixo com referência à Figura 7. No segundo modo de acionamento, as cargas elétricas geradas no período de exposição são acumuladas na parte de conversão fotoelétrica PD e as cargas elétricas acumuladas na parte de conversão fotoelétrica PD são transferidas para a parte de retenção MEM durante o período de exposição. Após a primeira transferência de carga para a parte de retenção MEM, a parte de conversão fotoelétrica PD ou tanto a parte de conversão fotoelétrica PD quanto a parte de retenção MEM acumulam cargas elétricas geradas pela conversão fotoelétrica em períodos subsequentes. Um exemplo do segundo modo de acionamento será descrito abaixo centrando-se em um caso exemplificativo em que a transferência de carga elétrica da parte de conversão fotoelétrica PD para a parte de retenção MEM é executada duas vezes no período de exposição para um quadro. Para operações equivalentes àquelas no primeiro modo de acionamento, descrições redundantes serão omitidas. Tal acionamento também é chamado de acionamento de transferência duplo.
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20/44 [0081] A Figura 7 ilustra esquematicamente pulsos de acionamento no segundo modo de acionamento. Similar ao primeiro modo de acionamento, a exposição para o quadro anterior é executada antes do tempo t2 e, no tempo t4, as cargas elétricas geradas pela parte de conversão fotoelétrica PD no período de exposição do quadro anterior são acumuladas na parte de retenção MEM. Quando a unidade de controle 3 controla o desligamento do comutador de descarga TX3 no tempo t4, um período de exposição para o quadro seguinte é iniciado. O tempo t4 é o tempo em que um período de exposição é iniciado, e é chamado de um primeiro tempo.
[0082] O primeiro comutador de transferência TX1 permanece desligado a partir do primeiro tempo (tempo t4) até o tempo em que o primeiro período decorre, isto é, no segundo tempo (tempo t14). De acordo com a presente modalidade exemplificativa, enquanto os primeiros comutadores de transferência TX1 de todos os pixels permanecem desligados, a presente modalidade exemplificativa não está limitada a esses. Alternativamente, em ao menos um pixel, o primeiro comutador de transferência TX1 permanece desligado do primeiro ao segundo tempo.
[0083] O tempo em que o primeiro período decorreu desde o primeiro tempo (tempo t4) é o segundo tempo (tempo t14). Mais especificamente, o período desde o primeiro tempo (tempo t4) até o segundo tempo (tempo t14) é o primeiro período. No primeiro período, as cargas elétricas geradas no primeiro período são acumuladas na parte de conversão fotoelétrica PD.
[0084] No primeiro período, as operações para leitura de cargas elétricas correspondentes ao quadro anterior mantidas na parte de retenção MEM são sequencialmente executadas. As operações de leitura são executadas sequencialmente, de modo que a saída de sinal correspondente ao quadro anterior é concluída pelo segundo tempo, o mais tardar (ou seja, completa antes ou no segundo tempo).
[0085] No segundo tempo (tempo t14), a unidade de controle 3 liga o primeiro comutador de transferência TX1. Consequentemente, as cargas elétricas na parte de conversão fotoelétrica PD são transferidas para a parte de retenção MEM. Mais especificamente, após o segundo tempo, as cargas elétricas geradas no primeiro
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21/44 período são mantidas pela parte de retenção MEM. De acordo com a presente modalidade exemplificativa, os primeiros comutadores de transferência TX1 de todos os pixels são ligados ao mesmo tempo. No entanto, os primeiros comutadores de transferência TX1 da pluralidade de pixels precisam ligar pelo segundo tempo, e o tempo de transição pode ser diferente entre os primeiros comutadores de transferência TX. Por exemplo, a unidade de controle 3 pode ligar o primeiro comutador de transferência TX1 por ordem de pixels em que a operação de leitura descrita acima é concluída.
[0086] O tempo em que o segundo período decorreu desde o segundo tempo (tempo t14) é o terceiro tempo (tempo t13). Mais especificamente, o período a partir do segundo tempo (tempo t14) até o terceiro tempo (tempo t13) é o segundo período. De acordo com a presente modalidade exemplificativa, no tempo t15 após o tempo t14, a unidade de controle 3 controla o desligamento do primeiro comutador de transferência TX1 novamente. As cargas elétricas geradas na segunda exposição, do tempo t15 ao tempo t13, são acumuladas na parte de conversão fotoelétrica PD. No segundo período de exposição, as cargas elétricas geradas no primeiro período de exposição, do tempo t4 ao tempo t15, são mantidas pela parte de retenção MEM. Quando a unidade de controle 3 controla o ligamento do primeiro comutador de transferência TX1 no tempo entre o tempo t15 e o tempo t13, as cargas elétricas na parte de conversão fotoelétrica PD são transferidas para a parte de retenção MEM. Portanto, no terceiro tempo (tempo t13), a parte de retenção MEM mantém as cargas elétricas geradas no primeiro período e as cargas elétricas geradas no segundo período.
[0087] Como descrito acima, no segundo modo de acionamento, a próxima exposição pode ser iniciada imediatamente após a conclusão da exposição para um quadro. Assim, os períodos durante os quais a informação está faltando podem ser eliminados, e a qualidade da imagem pode, portanto, ser melhorada.
[0088] No segundo modo de acionamento, após a conclusão das operações para leitura de cargas elétricas correspondentes ao quadro anterior mantidas na parte de retenção MEM, a unidade de controle 3 executa transferência de carga elétrica da
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22/44 parte de conversão fotoelétrica PD para a parte de retenção MEM durante o período de exposição. Consequentemente, a quantidade de carga de saturação dos pixels pode ser aumentada mesmo com uma pequena quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD. A quantidade de carga de saturação de pixels refere-se ao valor máximo da quantidade de carga elétrica que pode ser tratada como um sinal a partir de cargas elétricas geradas em uma única operação de exposição. A quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD refere-se ao valor máximo da quantidade de carga elétrica que pode ser acumulada pela parte de conversão fotoelétrica PD. A quantidade de carga de saturação da parte de retenção MEM refere-se ao valor máximo da quantidade de carga elétrica que pode ser mantida pela parte de retenção MEM.
[0089] Um único período de exposição é a soma total do primeiro e do segundo período. Uma vez que as cargas elétricas do quadro anterior mantidas pela parte de retenção MEM são lidas no primeiro período, as cargas elétricas podem ser mantidas pela parte de retenção MEM quando o primeiro período termina. Assim, a parte de conversão fotoelétrica PD precisa acumular as cargas elétricas geradas ao menos no primeiro período. Normalmente, uma vez que a quantidade de cargas elétricas geradas no primeiro período é menor do que a quantidade de cargas elétricas geradas em um único tempo de exposição, a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD pode ser reduzida.
[0090] De acordo com a presente modalidade exemplificativa, no segundo período, a unidade de controle 3 controla o desligamento do primeiro comutador de transferência TX1 apenas uma vez (tempo t15). No entanto, o controle não está limitado a esse. No segundo período, a unidade de controle 3 pode controlar o desligamento do primeiro comutador de transferência TX1 vezes zero ou uma pluralidade de vezes. Quando o desligamento do primeiro comutador de transferência TX1 é executado zero vezes, as cargas elétricas geradas na parte de conversão fotoelétrica PD na segunda exposição são imediatamente transferidas para a parte de retenção MEM e mantidas pela parte de retenção MEM. Quando o desligamento do primeiro comutador de transferência TX1 é executado uma pluralidade de vezes, a
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23/44 transferência de carga elétrica da parte de conversão fotoelétrica PD para a parte de retenção MEM é executada ao menos três vezes no período de exposição para um quadro. Se a unidade de controle 3 controla o desligamento do primeiro comutador de transferência TX1 uma pluralidade de vezes no segundo período, a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD pode ser reduzida ainda mais.
[0091] É desejável que o número de vezes de ligar o primeiro comutador de transferência TX1 no período de exposição correspondente a um quadro seja quase igual ou maior do que a relação entre a quantidade de carga de saturação da parte de manutenção MEM e a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD. É mais desejável que o número de vezes de ligar o primeiro comutador de transferência TX1 seja quase igual à relação. Com esta configuração, os tamanhos da parte de conversão fotoelétrica PD e da parte de retenção MEM podem ser otimizados.
(Efeitos da Presente Modalidade Exemplificativa) [0092] Uma configuração e os efeitos da presente modalidade exemplificativa serão descritos abaixo com referência às Figuras 8A a 13E. Uma descrição será dada de um caso em que o aparelho de formação de imagem 1 opera no segundo modo de acionamento.
[0093] Quando uma imagem é capturada usando uma câmara, um objeto é iluminado por uma certa fonte de luz, e a luz da fonte de luz é refletida pelo objeto e é incidente no aparelho de formação de imagem 1 através de uma lente. As Figuras 8A a 13E ilustram um caso exemplificativo em que um objeto percebido como branco pelos olhos humanos é capturado sob a fonte de luz.
(Primeiro Exemplo Comparativo) [0094] Antes de descrever a configuração e os efeitos da presente modalidade exemplificativa, um exemplo comparativo será descrito abaixo. No aparelho de formação de imagem de acordo com um primeiro exemplo comparativo, a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD é idêntica para cada um dos pixels vermelho (R), verde (Gr, Gb) e azul (B) (daqui em diante chamado de um
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24/44 “pixel R”, “pixel G” e “pixel B”, respectivamente). As Figuras 8A a 10E ilustram as operações do aparelho de formação de imagem de acordo com o primeiro exemplo comparativo sob diferentes condições de luz incidente.
[0095] A Figura 8A é um gráfico de tempo que ilustra um pulso de acionamento em uma operação de transferência dupla similar à ilustrada na Figura 7. A Figura 8B ilustra a quantidade de luz incidente para uma determinada região do aparelho de formação de imagem. Com relação à Figura 8B, a linha tracejada inferior indica a quantidade de luz 0 (sem luz incidente), e a linha tracejada superior indica a quantidade de luz com a qual a parte de conversão fotoelétrica PD do pixel G atinge a saturação em cada um do primeiro e do segundo período de exposição. Com relação ao exemplo ilustrado nas Figuras 8A a 8E, a luz de uma quantidade intermediária entre as duas linhas tracejadas ilustrada na Figura 8B é incidente na região no plano de formação de imagem. A quantidade de luz é constante ao longo do primeiro e do segundo período de exposição ilustrados nas Figuras 8A a 8E.
[0096] As Figuras 8C, 8D e 8E ilustram as alterações com o tempo das quantidades de carga elétrica nas partes de conversão fotoelétrica PD dos pixels G, R e B, respectivamente. Por exemplo, a operação do pixel G será descrita abaixo.
[0097] No tempo t4, quando o comutador de descarga TX3 desliga, o acúmulo de cargas elétricas na parte de conversão fotoelétrica PD é iniciado. No exemplo ilustrado nas Figuras 8A a 8E, uma vez que a quantidade de luz incidente é constante, a quantidade de carga elétrica da parte de conversão fotoelétrica PD aumenta proporcionalmente com o tempo. No tempo t15, a primeira transferência de carga da parte de conversão fotoelétrica PD para a parte de retenção MEM é completada, e a quantidade de carga elétrica da parte de conversão fotoelétrica PD torna-se zero.
[0098] No segundo período de exposição começando a partir do tempo t15, a quantidade de carga elétrica da parte de conversão fotoelétrica PD aumenta de forma similar proporcionalmente com o tempo. No tempo t13, as cargas elétricas são transferidas novamente para a parte de retenção MEM, e a quantidade de carga elétrica da parte de conversão fotoelétrica PD torna-se zero novamente.
[0099] Se o nível de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD é 1, no
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25/44 exemplo ilustrado nas Figuras 8A a 8E, uma quantidade de carga elétrica de 0,7 é acumulada no pixel G em cada um do primeiro e do segundo período de exposição. Essas quantidades de carga elétrica são adicionadas na parte de retenção MEM, e o pixel G emite uma quantidade de carga elétrica de 0,7 + 0,7 = 1,4 para o quadro.
[0100] Nesse caso, os pixels R e B também executam uma operação similar. Nos exemplos ilustrados, as Figuras 8A a 8E, uma quantidade de carga elétrica de 0,6 + 0,6 = 1,2 é acumulada no pixel R, e uma quantidade de carga elétrica de 0,35 + 0,35 = 0,7 é acumulada no pixel B.
[0101] No exemplo ilustrado nas Figuras 8A a 8E, a relação das quantidades de luz (G: R: B) quando um objeto percebido como branco pelos olhos humanos é capturado sob a fonte de luz é 1,4: 1,2: 0,7. Essa relação depende da fonte de luz com a qual o objeto é irradiado e é chamada de balanço de branco.
[0102] As informações suplementares do balanço de brancos serão fornecidas abaixo. Os olhos humanos percebem um objeto branco como branco sob qualquer fonte de luz. Para atender a essa condição dos olhos humanos, uma câmera multiplica cada um dos sinais dos pixels G, R e B pelo ganho de acordo com o balanço de brancos para gerar uma imagem final revelada. Esse ganho é chamado de ganho de balanço de branco. O ganho de balanço de brancos é normalmente multiplicado por um mecanismo (unidade de processamento de sinal) no estágio subsequente do aparelho de formação de imagem. Neste exemplo, para um objeto percebido como branco pelos olhos humanos sob esta fonte de luz, o mecanismo multiplica o sinal do pixel R por 1,4 / 1,2 = 1,17 e multiplica o sinal do pixel B por 1,4 / 0,7 = 2 para equalizar os valores de luminância dos pixels G, R e B na imagem final revelada. Se o balanço de brancos for inadequado, surge um fenômeno em que um objeto branco não é percebido como branco na imagem final revelada. Neste exemplo, esse fenômeno é chamado de problema de coloração.
[0103] De acordo com o primeiro exemplo comparativo, como descrito acima, as partes de conversão fotoelétrica PD dos pixels G, R e B fornecem a mesma quantidade de carga de saturação. De acordo com o primeiro exemplo comparativo, o nível OFF da linha de acionamento de porta PTX3 do comutador de descarga TX3
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26/44 é comum a todos os pixels. Mais especificamente, todos os pixels fornecem à mesma altura da barreira de potencial do comutador de descarga TX3 no estado desligado. Mesmo que todos os pixels forneçam a mesma quantidade de carga de saturação que no primeiro exemplo comparativo, o problema de coloração não surge se nenhuma das partes de conversão fotoelétrica PD dos pixels atingir a saturação no período de exposição, como ilustrado nas Figuras 8A a 8E.
[0104] As Figuras 9A a 9E ilustram a quantidade de carga elétrica de cada pixel em um caso em que a quantidade de luz incidente é maior do que a quantidade de luz incidente no caso ilustrado nas Figuras 8A a 8E no aparelho de formação de imagem de acordo com o primeiro exemplo comparativo. As Figuras 9A a 9E ilustram um caso em que a quantidade de luz incidente para a região é maior do que o nível de saturação do pixel G, e a quantidade de luz é constante no período de um quadro.
[0105] Neste momento, a quantidade de carga elétrica da parte de conversão fotoelétrica PD do pixel G atinge o nível de saturação 1 tanto no primeiro quanto no segundo período de exposição. Como a quantidade de carga elétrica igual ou maior do que a quantidade de carga de saturação não pode ser acumulada na parte de conversão fotoelétrica PD, o pixel G emite uma quantidade de carga elétrica de 1 + 1 = 2 para o quadro.
[0106] Conforme ilustrado nas Figuras 9D e 9E, quando o pixel G alcança o nível de saturação “1”, embora nenhum dos pixels R e B da região tenha atingido a saturação, o mecanismo no estágio subsequente determina que a saída da região está saturada. Em tal região, por exemplo, todos os pixels G, R e B são determinados com tendo a gradação máxima. Portanto, a região é processada como uma região branca com a luminância máxima na imagem final revelada.
[0107] Portanto, o problema de coloração não surge mesmo se todos os pixels fornecerem a mesma quantidade de carga de saturação como no primeiro exemplo comparativo também em um caso em que a parte de conversão fotoelétrica PD do pixel G atinge a saturação tanto no primeiro quanto no segundo período de exposição, como ilustrado nas Figuras 9A a 9E.
[0108] As Figuras 10A a 10E ilustram uma situação em que o problema de
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27/44 coloração surge no aparelho de formação de imagem de acordo com o primeiro exemplo comparativo. As Figuras 10A a 10E indicam um caso em que, por exemplo, um objeto percebido como branco pelos olhos humanos está se movendo. Neste caso, a quantidade de luz incidente para a região excede o Nível de saturação de G no primeiro período de exposição, e a luz incidente torna-se mais escura para fornecer uma quantidade de luz intermediária no segundo período de exposição.
[0109] A quantidade de carga elétrica da parte de conversão fotoelétrica PD do pixel G alcança o nível de saturação 1 no primeiro período de exposição, e torna-se 0,7 no segundo período de exposição, onde uma saída final é 1 + 0,7 = 1,7. Por outro lado, as partes de conversão fotoelétrica PD de nenhum dos pixels R e B atingem a saturação tanto no primeiro quanto no segundo período de exposição.
[0110] Nesse caso, como a saída final do pixel G não atinge “1”, o mecanismo no estágio subsequente não determina a saturação. Contudo, uma vez que apenas a parte de conversão fotoelétrica PD do pixel G atinge a saturação no primeiro período de exposição, a quantidade de carga elétrica do pixel G torna-se menor do que o valor inerente. Assim, a relação das quantidades de carga elétrica dos pixels G, R e B se desvia. Como um resultado, a taxa de saída entre os pixels G, R e B para o quadro será desviada.
[0111] Sob esta fonte de luz, a relação apropriada G: R: B quando um objeto branco é capturado é 1,4: 1,2: 0,7 = 1: 0,86: 0,5 como ilustrado nas Figuras 8A a 8E. No entanto, na situação ilustrada nas Figuras 10A a 10E, a relação de saída G: R: B é 1,7: 1,55: 0,9 = 1: 0,91: 0,53, que é desviada da relação apropriada G: R: B. Neste caso, como a relação de saída R: B aumentou relativamente, a imagem final revelada será colorida em magenta. Mais especificamente, no aparelho de formação de imagem de acordo com o primeiro exemplo comparativo, se um objeto brilhante se mover, a periferia do objeto pode ser colorida.
[0112] Uma configuração e os efeitos da presente modalidade exemplificativa serão descritos abaixo centrados na primeira modalidade exemplificativa como um exemplo. No aparelho de formação de imagem de acordo com a primeira modalidade exemplificativa, a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica
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PD é diferenciada entre os pixels G, R e B. Mais especificamente, o aparelho de formação de imagem inclui um primeiro pixel, um segundo pixel e um terceiro pixel, cada um tendo uma quantidade de carga de saturação diferente da parte de conversão fotoelétrica PD. Mais especificamente, quando a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD do pixel G é definida para 1, a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD do pixel R é definida para 0,86, e a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD do pixel B é definida para 0,5. Como ilustrado na Figura 2, esta configuração é implementada fornecendo separadamente a linha de acionamento de porta PTX3 para cada um dos pixels G, R e B por cor e diferenciando o potencial de nível OFF da linha de acionamento de porta PTX3 entre os pixels G, R e B.
[0113] Esta taxa de saturação é equalizada à relação de sensibilidade dos pixels G, R e B quando um objeto percebido como branco pelos olhos humanos é capturado sob esta fonte de luz. Em outras palavras, a relação de saturação é igual à relação de balanço de brancos sob a fonte de luz.
[0114] Como o caso ilustrado nas Figuras 10A a 10E, as Figuras 11A a 11E ilustram a quantidade de carga elétrica de cada pixel no aparelho de formação de imagem de acordo com a primeira modalidade exemplificativa em um caso em que a quantidade de luz excede o Nível de saturação de G no primeiro período de exposição e torna-se uma quantidade de luz intermediária no segundo período de exposição. Como descrito acima, a quantidade de carga de saturação é diferenciada entre os pixels G, R e B de acordo com o balanço de branco. Portanto, quando o pixel G está saturado no primeiro período de exposição, os pixels R e B também atingem as respectivas configurações de quantidade de saturação. No segundo período de exposição, nenhum dos pixels R e B está saturado. Assim, a relação de saída final G: R: B torna-se 1,7: 1,46: 0,85 = 1: 0,86: 0,5, o que não é desviado da relação de saída apropriada no caso ilustrado nas Figuras 8A a 8E. Mais especificamente, o aparelho de formação de imagem de acordo com a presente primeira modalidade exemplificativa pode impedir a coloração da periferia de um objeto brilhante que se moveu.
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29/44 [0115] Ao contrário do caso ilustrado nas Figuras 11A a 11E, as Figuras 12A a 12E ilustram a quantidade de carga elétrica de cada pixel no aparelho de formação de imagem de acordo com a primeira modalidade exemplificativa em um caso em que a quantidade de luz é uma quantidade de luz intermediária no primeiro período de exposição e excede o Nível de saturação de G no segundo período de exposição. Mais especificamente, as Figuras 12A a 12E ilustram um caso exemplificativo em que a região no plano de formação de imagem muda de um estado escuro para um estado claro. Também, neste caso, a coloração pode ser evitada diferenciando adequadamente a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD entre os pixels G, R e B, como na primeira modalidade exemplificativa. [0116] As Figuras 13A a 13E ilustram um caso em que um objeto percebido como branco pelos olhos humanos é capturado pelo aparelho de formação de imagem de acordo com a primeira modalidade exemplificativa sob uma fonte de luz diferente da fonte de luz nos casos ilustrados nas Figuras 8A a 12E. Também, neste caso, como os casos ilustrados nas Figuras 11A a 12E, a relação da quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD de cada pixel é equalizada à relação de balanço de brancos sob a fonte de luz do ambiente de imagem. No caso ilustrado nas Figuras 13A a 13E, sob esta fonte de luz, a relação de quantidade de luz G: R: B quando um objeto percebido como branco pelos olhos humanos é capturado, isto é, a relação de balanço de brancos é 1: 0,5: 0,5. Portanto, no exemplo ilustrado nas Figuras 13A a 13E, quando a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD do pixel G é definida para 1, a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD do pixel R é definida para 0,5 e a quantidade de carga de saturação do pixel R parte de conversão fotoelétrica PD do pixel B é definida para 0,5. Além disso, neste caso, esta configuração é implementada ajustando adequadamente o potencial de nível OFF da linha de acionamento de porta PTX3 para cada um dos pixels G, R e B.
[0117] As Figuras 13A a 13E ilustram a quantidade de carga elétrica de cada pixel no aparelho de formação de imagem de acordo com a primeira modalidade exemplificativa em um caso em que a quantidade de luz excede o Nível de saturação
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30/44 de G no primeiro período de exposição e torna-se uma quantidade de luz intermediária no segundo período de exposição. Também, neste caso, como o caso ilustrado nas Figuras 11A a 11E, quando o pixel G está saturado no primeiro período de exposição, os pixels R e B também atingem as respectivas configurações de quantidade de saturação. No segundo período de exposição, nenhum dos pixels R e B está saturado. Assim, a relação de saída final G: R: B torna-se 1,6: 0,8: 0,8 = 1: 0,5: 0,5, o que não é desviado da relação de saída apropriada. Mais especificamente, o aparelho de formação de imagem da presente primeira modalidade exemplificativa pode impedir a coloração da periferia de um objeto brilhante que se moveu.
[0118] Como a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD entre os pixels é diferenciada dessa forma, o desvio da taxa de saída de pixel pode ser evitado no caso em que a operação de obturador eletrônico global para transferência de carga elétrica da parte de conversão fotoelétrica PD para a parte de retenção MEM é executada durante o período de exposição para aquisição de um quadro. Mais especificamente, o desvio da relação de saída de pixel pode ser evitado diferenciando a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD entre pixels de acordo com a informação de cor (ou informação de tipo) do filtro de cor de cada pixel e o balanço de brancos sob a fonte de luz durante a formação de imagem.
[0119] O aparelho de formação de imagem de acordo com a presente modalidade exemplificativa inclui uma pluralidade de pixels PIX. A pluralidade de pixels PIX inclui um primeiro pixel e um segundo pixel, cada um tendo uma quantidade de carga de saturação diferente da parte de conversão fotoelétrica PD. Neste caso, é desejável que o primeiro e o segundo pixel tenham condições de processamento diferentes pela unidade de processamento de sinal no estágio subsequente. É também desejável que o processamento de sinal inclua o processamento para multiplicar o sinal de saída de cada pixel PIX pelo ganho e que ao primeiro e ao segundo pixel sejam atribuídos ganhos diferentes. O ganho é tipicamente o ganho de balanço de brancos. Essa configuração permite evitar o desvio da relação de saída do pixel. Também pode ser dito que o primeiro e o segundo pixel são diferentes em sensibilidade.
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31/44 [0120] Como descrito acima, a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD de cada pixel pode ser controlada pela altura da barreira de potencial do comutador de descarga TX3 de cada pixel no estado desligado. Em um caso em que o comutador de descarga TX3 de cada pixel é um transístor, a altura da barreira de potencial do comutador de descarga TX3 no estado desligado pode ser controlada pela tensão OFF a ser aplicada ao eletrodo de porta do comutador de descarga TX3, isto é, o potencial de nível OFF da linha de acionamento de porta PTX3. Alternativamente, em um caso onde o comutador de descarga TX3 de cada pixel é um transistor, a altura da barreira de potencial do comutador de descarga TX3 no estado OFF pode ser controlada pela concentração de impurezas em uma região semicondutora disposta sob o eletrodo de porta do comutador de descarga TX3.
[0121] É desejável que a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD de cada pixel possa ser alterada. Mais especificamente, é desejável que ao menos uma da quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD do primeiro pixel e da quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD do segundo pixel possa ser alterada. Isto torna possível alterar a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD de cada pixel de acordo com as condições de formação de imagem e condições de processamento na unidade de processamento de sinal, onde o desvio da relação de saída de pixel pode ser evitado sob várias condições. Em um caso em que o aparelho de formação de imagem inclui uma unidade de configuração de condições para definir condições de processamento na unidade de processamento de sinal, é desejável alterar a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD de cada pixel de acordo com uma definição pela unidade de definição de condição. Tipicamente, é desejável alterar a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD de cada pixel de acordo com uma configuração de balanço de brancos pela unidade de definição de condição. Desta forma, a coloração pode ser evitada sob diferentes fontes de luz.
[0122] Embora, nos exemplos ilustrados nas Figuras 11A a 13E, a relação de balanço de brancos seja equalizada para a relação da quantidade de carga de
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32/44 saturação da parte de conversão fotoelétrica PD dos pixels G, R e B, a configuração é eficaz mesmo se a correspondência completa não for feita. Quando um objeto branco é capturado, se a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD de um pixel com alta sensibilidade for definida maior do que a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD de um pixel com baixa sensibilidade, um efeito de redução de coloração é fornecido. Mais especificamente, se o primeiro pixel tiver um maior ganho de balanço de brancos no processamento de sinal no estágio subsequente do que o segundo pixel, a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD do primeiro pixel precisa ser menor do que a quantidade de carga de saturação a parte de conversão fotoelétrica PD do segundo pixel. Então, se a relação de sensibilidade de pixel (relação de balanço de brancos) é aproximada da relação da quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD de cada pixel, um efeito de redução de coloração aumenta. Para evitar uma coloração extremamente não natural, é desejável restringir o desvio entre a relação de sensibilidade em pixels e a relação da quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica de cada pixel para ± 30% ou menos. Mais especificamente, é desejável satisfazer a seguinte fórmula (1).
0,7 R < r < 1,3R (1) [0123] Com relação à fórmula (1), R é a relação do ganho a ser aplicado para a multiplicação do sinal do segundo pixel ao ganho a ser aplicado para a multiplicação do sinal do primeiro pixel no processamento do sinal pela unidade de processamento de sinal. Fazendo referência à fórmula (1), r é a relação entre a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD do segundo pixel e a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD do primeiro pixel.
[0124] Embora as Figuras 10A a 13E ilustrem casos em que a quantidade de luz incidente para a região se altera perto do limite entre o primeiro e o segundo período de exposição, os efeitos da presente modalidade exemplificativa não estão limitados aos casos. Mesmo em um caso em que a quantidade de luz incidente se altera durante o primeiro ou o segundo período de exposição e um caso em que a quantidade de luz se altera não na forma de degrau, mas na forma de declive, efeitos similares são
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33/44 fornecidos.
[0125] Embora o aparelho de formação de imagem da presente modalidade exemplificativa opere ao menos no segundo modo de acionamento, o modo de acionamento pode ser comutável e o aparelho de formação de imagem pode ser operável também no primeiro modo de acionamento. No primeiro modo de acionamento (operação de transferência única), quando a parte de conversão fotoelétrica PD do pixel G está saturada, o mecanismo no estágio subsequente pode determinar a saturação e, portanto, o problema de coloração não surge. Portanto, no primeiro modo de acionamento, a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD pode ser idêntica para cada pixel. Uma vez que o aparelho de formação de imagem de acordo com a primeira modalidade exemplificativa é configurado para definir separadamente o potencial de nível OFF da linha de acionamento de porta PTX3 de cada pixel, o aparelho de formação de imagem pode definir separadamente a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD de cada pixel. Assim, em resposta à comutação do modo de acionamento, a unidade de controle 3 pode alterar a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD de cada pixel. Mais especificamente, quando o primeiro modo de acionamento é selecionado, a unidade de controle 3 pode alterar o potencial de nível OFF da linha de acionamento de porta PTX3 de cada pixel para ser idêntico para cada pixel. Se o tempo do sinal de controle do primeiro comutador de transferência TX1 de cada pixel for variável e o potencial de nível OFF da linha de acionamento de porta PTX3 for alterado com base no número de vezes de transferência ou no tempo de transferência, essas alterações serão suportadas dentro de um aparelho de formação de imagem.
[0126] Uma segunda modalidade exemplificativa será descrita abaixo. Apenas diferenças da primeira modalidade exemplificativa serão descritas em detalhes abaixo. Como a primeira modalidade exemplificativa, um diagrama de blocos geral do aparelho de formação de imagem de acordo com a segunda modalidade exemplificativa é ilustrado na Figura 1.
[0127] O aparelho de formação de imagem de acordo com a segunda modalidade
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34/44 exemplificativa será descrito abaixo centrando na segunda modalidade exemplificative como um exemplo. A Figura 14 ilustra um circuito equivalente dos pixels incluídos na região de formação de imagem 2 no aparelho de formação de imagem de acordo com a segunda modalidade exemplificativa. Conforme desenhado pelas linhas espessas ilustradas na Figura 14, no aparelho de formação de imagem de acordo com a segunda modalidade exemplificativa, os comutadores de descarga TX3 dos pixels R e B são acionados pela mesma linha, e o comutador de descarga TX3 do pixel G (Gr, Gb) é acionado pela mesma linha. No aparelho de formação de imagem de acordo com a segunda modalidade exemplificativa, como ilustrado na Figura 14, a linha de acionamento do comutador de descarga TX3 de cada pixel PIX serpenteia de acordo com o tipo do filtro de cor CF. A linha de acionamento de porta PTX(n) e a linha de acionamento de porta PTX(n + 2) são idênticas em uma região (não ilustrada).
[0128] Por exemplo, no caso exemplificativo sob a fonte de luz de acordo com a primeira modalidade exemplificativa ilustrada nas Figuras 13A a 13E, a sensibilidade (ou o ganho do balanço de brancos) quando um objeto percebido como branco pelos olhos humanos é capturado é idêntico para cada um dos pixels R e B. Assim, a coloração pode ser evitada se a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD do pixel G e as quantidades de carga de saturação das partes de conversão fotoelétrica PD dos pixels R e B puderem ser ajustadas separadamente. Em outras palavras, neste caso, a coloração pode ser evitada mesmo que a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD do pixel R e a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD do pixel B não possam ser ajustadas separadamente.
[0129] Como o circuito ilustrado na Figura 14, o aparelho de formação de imagem de acordo com a segunda modalidade exemplificativa separa a linha para acionar o comutador de descarga TX3 do pixel G e a linha para acionar os comutadores de descarga TX3 dos pixels R e B. Esta configuração permite ajustar separadamente o potencial de nível OFF do comutador de descarga TX3 entre os pixels G, R e B. De acordo com a segunda modalidade exemplificativa, uma vez que o comutador de descarga TX3 do pixel R e o comutador de descarga TX3 do pixel B são acionados
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35/44 pela mesma linha, as quantidades de carga de saturação dos pixels R e B não podem ser ajustadas separadamente. Contudo, a coloração pode ser evitada dependendo da fonte de luz, por exemplo, sob a fonte de luz ilustrada nas Figuras 13A a 13E.
[0130] Uma terceira modalidade exemplificativa será descrita abaixo como outro exemplo do aparelho de formação de imagem de acordo com a segunda modalidade exemplificativa. A Figura 15 ilustra um circuito equivalente dos pixels incluídos na região de formação de imagem 2 no aparelho de formação de imagem de acordo com a terceira modalidade exemplificativa. Como ilustrado na Figura 15, no aparelho de formação de imagem de acordo com a terceira modalidade exemplificativa, os comutadores de descarga TX3 de todos os pixels G, R e B são acionados pela mesma linha. As linhas de acionamento de porta PTX(n), PTX(n + 1) e PTX(n + 2) são idênticas em uma região (não ilustrada).
[0131] De acordo com a terceira modalidade exemplificativa, a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD é diferenciada entre pixels diferenciando, entre pixels, a concentração de impurezas da região semicondutora disposta sob o eletrodo de porta do comutador de descarga TX3.
[0132] A Figura 16 é um diagrama esquemático que ilustra uma estrutura transversal do aparelho de formação de imagem de acordo com a terceira modalidade exemplificativa. Mais especificamente, a Figura 16 ilustra uma seção transversal de um pixel. A estrutura transversal do aparelho de formação de imagem de acordo com a presente modalidade exemplificativa difere da estrutura transversal do aparelho de formação de imagem de acordo com a primeira modalidade ilustrada na Figura 3 pelo fato de que uma região de tipo p 214 como uma região semicondutora individual para cada pixel é fornecida sob o eletrodo de porta 211 do comutador de descarga TX3 através de uma camada isolante (não ilustrada). No aparelho de formação de imagem de acordo com a terceira modalidade exemplificativa, a altura da barreira de potencial do comutador de descarga TX3 no estado OFF é diferenciada diferenciando a concentração de impurezas da região do tipo p 214 entre os pixels G, R e B. Esta configuração diferencia a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD entre os pixels G, R e B para equalizar a relação da quantidade de
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36/44 carga de saturação de cada pixel para a relação de balanço de brancos. Com este arranjo, a coloração é impedida.
[0133] Uma terceira modalidade exemplificativa será descrita abaixo. Apenas diferenças da primeira modalidade exemplificativa serão descritas em detalhes abaixo. Como a primeira modalidade exemplificativa, um diagrama de blocos geral do aparelho de formação de imagem de acordo com a terceira modalidade exemplificativa é ilustrado na Figura 1.
[0134] A Figura 17 ilustra um circuito equivalente dos pixels incluídos na região de formação de imagem 2 no aparelho de formação de imagem de acordo com a terceira modalidade exemplificativa. O aparelho de formação de imagem de acordo com a terceira modalidade exemplificativa inclui pixels normais e pixels infravermelhos (IR). Um pixel infravermelho refere-se a um pixel que tem uma maior profundidade da parte de conversão fotoelétrica PD em um substrato semicondutor do que um pixel normal para fornecer alta sensibilidade à luz infravermelha. O aparelho de formação de imagem de acordo com a terceira modalidade exemplificativa não tem filtros de cor. Cada pixel normal do aparelho de formação de imagem de acordo com a terceira modalidade exemplificativa tem uma estrutura similar a cada pixel de acordo com a primeira e a segunda modalidade exemplificativa exceto que não é fornecido um filtro de cor.
[0135] Como ilustrado na Figura 17, no aparelho de formação de imagem de acordo com a terceira modalidade exemplificativa, os pixels IR estão dispostos na na linha, os pixels normais estão dispostos na (n + 1 )a linha, e os pixels IR estão dispostos na (n + 2)a linha. Uma saída contendo apenas o componente de luz infravermelha pode ser obtida a partir do aparelho de formação de imagem de acordo com a terceira modalidade exemplificativa subtraindo a saída a partir de um pixel normal da saída de um pixel IR em linhas adjacentes (por exemplo, na e (n + 1)a linhas).
[0136] A Figura 18 é um diagrama esquemático que ilustra uma estrutura transversal do aparelho de formação de imagem de acordo com a terceira modalidade exemplificativa. Mais especificamente, a Figura 18 ilustra uma seção transversal de um pixel IR. Na estrutura transversal de um pixel normal, o filtro de cor CF foi removido
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37/44 da estrutura ilustrada na Figura 3. Em vez da região semicondutora do tipo N 202 incluída em um pixel normal, um pixel IR inclui uma região semicondutora do tipo N 216 tendo uma grande profundidade em um substrato semicondutor.
(Segundo Exemplo Comparativo) [0137] Antes da descrição de uma configuração e efeitos da presente modalidade exemplificativa, outro exemplo comparativo será descrito abaixo. No aparelho de formação de imagem de acordo com o segundo exemplo comparativo, um pixel normal e um pixel IR têm a mesma quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD. As Figuras 19A a 20D ilustram as operações do aparelho de formação de imagem de acordo com o segundo exemplo comparativo sob diferentes condições de luz incidente. As Figuras 19A a 21D são similares às Figuras 8A a 13E. As Figuras 19A, 20A e 21A são gráficos de tempo que ilustram pulsos de acionamento. As Figuras 19B, 20B e 21B ilustram a quantidade de luz da luz incidente em uma certa região do aparelho de formação de imagem. As Figuras 19C, 20C e 21C ilustram as alterações com o tempo da quantidade de carga elétrica da parte de conversão fotoelétrica PD de um pixel IR. As Figuras 19D, 20D e 21D ilustram as alterações com o tempo da quantidade de carga elétrica da parte de conversão fotoelétrica PD de um pixel normal.
[0138] Na situação ilustrada nas Figuras 19A a 19D, a parte de conversão fotoelétrica PD de nenhum dos pixels normal e IR está saturada no primeiro e no segundo período de exposição. Portanto, a relação entre as saídas dos pixels IR e dos pixels normais para o quadro é a mesma que a relação de sensibilidade de ambos os pixels. A saída do pixel IR é 0,8 + 0,8 = 1,6, a saída do pixel normal é 0,5 + 0,5 = 1, e a relação de saída (pixel IR para pixel normal) é 1,6: 1.
[0139] As Figuras 20A a 20D são diagramas que ilustram um caso exemplificativo em que a quantidade de luz incidente muda no primeiro e no segundo período de exposição de acordo com o segundo exemplo comparativo. Na situação ilustrada nas Figuras 20A a 20D, o pixel IR está saturado no primeiro período de exposição e não está saturado no segundo período de exposição. Por outro lado, o pixel normal não está saturado no primeiro e no segundo período de exposição. Portanto, a relação de
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38/44 saída de pixel final se desviará da relação de sensibilidade do pixel. Como a saída do pixel IR é 1 + 0,8 = 1,8 e a saída do pixel normal é 0,875 + 0,5 = 1,375, a relação de saída do pixel final (pixel IR para pixel normal) torna-se 1,8: 1,375 = 1,309: 1, que é desviado da relação de sensibilidade 1,6: 1. Se a saída de pixel IR menos a saída de pixel normal é calculada, é obtida uma imagem imprecisa que contém menos componente de luz infravermelha do que em um caso em que o pixel IR não está saturado em cada período de exposição como ilustrado nas Figuras 19A a 19D. Mais especificamente, um desvio da relação de saída de pixel ocorre mesmo neste caso. [0140] Em um aparelho de formação de imagem de acordo com uma quarta modalidade exemplificativa, como um exemplo da terceira modalidade exemplificativa, a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD é diferenciada entre os pixels IR e os pixels normais. Mais especificamente, o aparelho de formação de imagem inclui um primeiro pixel e um segundo pixel, cada um tendo uma quantidade de carga de saturação diferente da parte de conversão fotoelétrica PD. Mais especificamente, quando a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD do pixel IR é definida para 1, a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD do pixel normal é definida para 0,625. Como ilustrado na Figura 17, esta configuração é implementada fornecendo separadamente a linha da linha de acionamento de porta PTX3 para pixels IR e pixels normais e diferenciando o potencial de nível OFF da linha de acionamento de porta PTX3 entre os pixels normais e os pixels IR.
[0141] Como o caso ilustrado nas Figuras 20A a 20D, as Figuras 21A a 21D ilustram a quantidade de carga elétrica de cada pixel no aparelho de formação de imagem de acordo com a quarta modalidade exemplificativa em um caso em que a quantidade de luz excede o nível de saturação de IR no primeiro período de exposição e torna-se uma quantidade de luz intermediária no segundo período de exposição. Como descrito acima, a quantidade de carga de saturação é diferenciada entre os pixels IR e os pixels normais com base na relação de sensibilidade. Portanto, quando o pixel IR está saturado no primeiro período de exposição, o pixel normal também atinge a quantidade de saturação definida. No segundo período de exposição, nem os
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39/44 pixels IR nem os pixels normais estão saturados. Como um resultado, a relação de saída final (pixel IR para pixel normal) torna-se 1,8: 1,125 = 1,6: 1, que não é desviada da relação de saída apropriada no caso ilustrado nas Figuras 19A a 19D.
[0142] Como descrito acima, no aparelho de formação de imagem de acordo com a terceira modalidade exemplificativa, a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica PD é diferenciada entre os pixels. Esta configuração permite evitar o desvio da relação de saída de pixel em um caso em que a operação de obturador eletrônico global para transferência de carga elétrica da parte de conversão fotoelétrica PD para a parte de retenção MEM é executada durante o período de exposição para adquirir um quadro.
[0143] O sistema de formação de imagem de acordo com a quarta modalidade exemplificativa será descrito abaixo com referência à Figura 22. A Figura 22 é um diagrama de blocos que ilustra uma configuração geral do sistema de formação de imagem de acordo com a presente modalidade exemplificativa.
[0144] Os aparelhos de imagem de acordo com a primeira à terceira modalidade exemplificativa são aplicáveis a diversos sistemas de formação de imagem. Exemplos de tais sistemas de formação de imagem não são particularmente limitados e incluem câmeras fotográficas digitais, filmadoras digitais, câmeras de monitoramento, copiadoras, fac-símiles, telefones celulares, câmeras no veículo e satélites de observação. Um módulo de câmera incluindo um sistema óptico (tal como lentes) e um aparelho de formação de imagem também está incluído em um sistema de formação de imagem. A Figura 22 é um diagrama de blocos de uma câmara fotográfica digital como um exemplo de um sistema de formação de imagem.
[0145] Como ilustrado na Figura 22, um sistema de formação de imagem 300 inclui um aparelho de formação de imagem 100, um sistema óptico de formação de imagem 302, uma unidade de processamento central (CPU) 310, uma unidade de controle de lente 312, uma unidade de controle de aparelho de formação de imagem 314, uma unidade de processamento de imagem 316, uma unidade de controle de obturador de diafragma 318, uma unidade de exibição 320, um comutador de operação 322, e um meio de gravação 324.
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40/44 [0146] O sistema óptico de formação de imagem 302 forma uma imagem óptica de um objeto e inclui um grupo de lentes e um diafragma 304. O diafragma 304 é fornecido com uma função de ajustar a quantidade de luz no momento da captura de imagem ajustando o diâmetro de abertura, e uma função do obturador de ajuste do tempo de exposição usado no momento da captura da imagem estática. O grupo de lentes e o diafragma 304 são mantidos de tal maneira que o grupo de lentes e o diafragma 304 podem se retrair ao longo da direção do eixo óptico, de modo que uma função de zoom e uma função de ajuste de foco possam ser implementadas por uma operação colaborativa do grupo de lentes e do diafragma 304. O sistema óptico de formação de imagem 302 pode ser integrado com o sistema de formação de imagem 300 e pode ser uma lente de formação de imagem acoplável ao sistema de formação de imagem 300.
[0147] O aparelho de formação de imagem 100 é disposto de tal maneira que o seu plano de formação de imagem está localizado no espaço de imagem do sistema óptico de formação de imagem 302. O aparelho de formação de imagem 100 é qualquer um dos aparelhos de formação de imagem de acordo com a primeira à terceira modalidades exemplificativas e inclui um sensor CMOS (uma região de pixel 10) e um circuito periférico (região de circuito periférico). No aparelho de formação de imagem 100, uma pluralidade de pixels, cada um tendo uma parte de conversão fotoelétrica, é disposta bidimensionalmente, e um filtro de cor é disposto em cada um desses pixels para configurar um sensor de cor de placa única bidimensional. O aparelho de formação de imagem 100 executa a conversão fotoelétrica em uma imagem em questão formada pelo sistema óptico de formação de imagem 302 e emite um sinal de imagem e um sinal de detecção de foco.
[0148] A unidade de controle de lente 312 controla o movimento para frente / para trás do grupo de lentes do sistema óptico de formação de imagem 302 para executar uma operação de zoom e ajuste de foco. A unidade de controle de lente 312 inclui circuitos e unidades de processamento para implementar estas funções. A unidade de controle de diafragma de obturador 318 ajusta a quantidade de luz de imagem alterando o diâmetro de abertura do diafragma 304 (com um valor de diafragma
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41/44 variável). A unidade de controle do obturador de diafragma 318 inclui circuitos e unidades de processamento para implementar estas funções.
[0149] A CPU 310, uma unidade de controle para gerenciar vários controles do corpo principal da câmera, inclui uma unidade de cálculo, uma memória somente de leitura (ROM), uma memória de acesso aleatório (RAM), um conversor analógico digital (A / D), um conversor digital - analógico (D / A), e um circuito de interface de comunicação. A CPU 310 controla as operações de cada seção na câmera de acordo com um programa de computador mantido na ROM para executar uma série de operações de formação de imagem incluindo foco automático (AF) incluindo detecção do estado de foco do sistema óptico de formação de imagem 302 (detecção de foco), captura de imagem, processamento de imagem e gravação. A CPU 310 também serve como uma unidade de processamento de sinal.
[0150] A unidade de controle do aparelho de formação de imagem 314 controla as operações do aparelho de formação de imagem 100, executa a conversão A / D no sinal emitido a partir do aparelho de formação de imagem 100 e transmite o sinal resultante para a CPU 310. A unidade de controle do aparelho de formação de imagem 314 inclui circuitos e unidades de controle configurados para implementar essas funções. O aparelho de formação de imagem 100 pode ser fornecido com a função de conversão A / D. A unidade de processamento de imagem 316 executa processamento de imagem, tal como conversão gama e interpolação de cor no sinal que sofreu a conversão A / D para gerar um sinal de imagem. A unidade de processamento de imagem 316 inclui circuitos e unidades de controle configurados para implementar estas funções. Como descrito acima, o sistema de formação de imagem 300 inclui um aparelho de processamento incluindo a CPU 310 e a unidade de processamento de imagem 316. O aparelho de processamento executa vários processamentos de correção e compressão de dados nos dados de formação de imagem emitidos a partir do aparelho de formação de imagem 100.
[0151] A unidade de exibição 320 é um aparelho de exibição, tal como uma tela de cristal líquido (LCD) para exibir informações sobre o modo de formação de imagem da câmera, uma imagem de pré-visualização antes da captura de imagem, uma
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42/44 imagem para verificação após a captura da imagem, e estado em foco no momento da detecção de foco. O comutador de operação 322 inclui um comutador de energia, um comutador de disparo (disparador de imagem), um comutador de operação de zoom, e um comutador de seleção de modo de formação de imagem. O meio de gravação 324 grava uma imagem capturada, e pode ser um meio incorporado no sistema de formação de imagem 300 ou um meio, tal como um cartão de memória, que pode ser acoplado e desacoplado do sistema de formação de imagem 300.
[0152] Com a configuração descrita acima, o sistema de formação de imagem 300, ao qual qualquer um dos aparelhos de formação de imagem 100 de acordo com a primeira à terceira modalidade exemplificativa é aplicado, torna possível implementar um sistema de formação de imagem de alto desempenho capaz de executar ajuste de foco de alta precisão e aquisição de uma imagem com grande profundidade de campo.
[0153] Um sistema de formação de imagem e um objeto móvel de acordo com uma quinta modalidade exemplificativa serão descritos abaixo com referência às Figuras 23A e 23B. As Figuras 23A e 23B são diagramas que ilustram as configurações do sistema de formação de imagem e do objeto móvel de acordo com a presente modalidade exemplificativa.
[0154] A Figura 23A ilustra um exemplo de um sistema de formação de imagem 400 relacionado a uma câmera no veículo. O sistema de formação de imagem 400 inclui um aparelho de formação de imagem 410, que é qualquer um dos aparelhos de formação de imagem descritos acima, de acordo com a primeira à terceira modalidade exemplificativa. O sistema de formação de imagem 400 inclui uma unidade de processamento de imagem 412 para executar processamento de imagem em uma pluralidade de partes de dados de imagem adquiridos pelo aparelho de formação de imagem 410, e uma unidade de aquisição de paralaxe 414 para calcular a paralaxe (diferença de fase de imagem em paralaxe) baseada na pluralidade de partes de dados de imagem adquiridas pelo aparelho de formação de imagem 410. O sistema de formação de imagem 400 também inclui uma unidade de aquisição de distância 416 para calcular a distância até um objeto com base na paralaxe calculada, e uma
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43/44 unidade de determinação de colisão 418 para determinar a possibilidade de colisão com base na distância calculada. A unidade de aquisição de paralaxe 414 e a unidade de aquisição de distância 416 são exemplos de uma unidade de aquisição de informação de distância para adquirir informação sobre a distância até um objeto. Mais especificamente, as informações sobre a distância são informações sobre a paralaxe, a quantidade de desfocagem e a distância até um objeto. A unidade de determinação de colisão 418 pode determinar a possibilidade de colisão utilizando estas partes da informação de distância. A unidade de aquisição de informação de distância também pode ser implementada por um componente de hardware especialmente projetado ou por um módulo de software. A unidade de aquisição de informação de distância também pode ser implementada por um Arranjo de Portas Programáveis em Campo (FPGA), um Circuito Integrado de Aplicação Específica (ASIC) ou uma combinação de ambos.
[0155] O sistema de formação de imagem 400, conectado ao aparelho de aquisição de informação de veículo 420, adquire informação de veículo incluindo a velocidade do veículo, taxa de guinada, e ângulo de direção. O sistema de formação de imagem 400 também é conectado a uma ECU de controle 430 como um aparelho de controle para emitir sinais de controle para gerar uma força de frenagem a um veículo com base no resultado da determinação pela unidade de determinação de colisão 418. Mais especificamente, a ECU de controle 430 é um exemplo de uma unidade de controle de objeto móvel para controlar um objeto móvel com base na informação de distância. O sistema de formação de imagem 400 também é conectado a um aparelho de alarme 440 para gerar um alarme a um acionador com base no resultado da determinação pela unidade de determinação de colisão 418. Por exemplo, quando a possibilidade de colisão é determinada como sendo alta pela unidade de determinação de colisão 418, a ECU de controle 430 executa o controle do veículo para evitar uma colisão e reduzir os danos aplicando os freios, retornando o acelerador, e restringindo a potência do motor. O aparelho de alarme 440 avisa um usuário gerando um alarme tal como som, exibindo informação de alarme na tela de um sistema de navegação de automóvel, ou vibrando o cinto de segurança e a
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44/44 direção.
[0156] De acordo com a presente modalidade exemplificativa, o sistema de formação de imagem 400 captura uma imagem da periferia do veículo, tal como a frente ou a traseira do veículo. A Figura 23B ilustra o sistema de formação de imagem 400 para capturar uma imagem da frente do veículo (um intervalo de formação de imagem 450). O aparelho de aquisição de informação de veículo 420 ativa o sistema de formação de imagem 400 e transmite uma instrução para executar a captura de imagem. Utilizando qualquer um dos aparelhos de formação de imagem descritos acima de acordo com a primeira à terceira modalidade exemplificativa como o aparelho de formação de imagem 410, o sistema de formação de imagem 400 de acordo com a presente modalidade exemplificativa pode melhorar ainda mais a precisão da medição da distância.
[0157] Embora a presente modalidade exemplificativa tenha sido descrita centrando-se em um exemplo de controle para evitar uma colisão com outros veículos, a presente modalidade exemplificativa também é aplicável ao controle de direção automática para seguir outro veículo e controle de direção automática para manter o veículo dentro uma pista. O sistema de formação de imagem 400 é aplicável não apenas a veículos tal como automóveis, mas também a outros objetos móveis (aparelhos em movimento) tal como embarcações, aviões e robôs industriais. Além disso, o sistema de formação de imagem 400 é aplicável não apenas a objetos móveis, mas também a sistemas de transporte inteligentes (ITS) e a uma ampla gama de aparelhos que utilizam o reconhecimento de objetos.
[0158] Embora a presente invenção tenha sido descrita com referência a exemplos de modalidades, dever-se-ia entender que a invenção não está limitada às modalidades exemplificativas descritas. O escopo das reivindicações a seguir deve estar de acordo com a interpretação mais ampla, de modo a abranger todas essas modificações, estruturas e funções equivalentes.

Claims (26)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Aparelho de formação de imagem, caracterizado pelo fato de que compreende:
    uma pluralidade de pixels, cada um incluindo uma parte de conversão fotoelétrica configurada para acumular cargas elétricas geradas pela luz incidente, uma parte de retenção configurada para conter as cargas elétricas, uma parte de amplificação configurada para emitir um sinal baseado nas cargas elétricas, um primeiro comutador de transferência configurado para transferir as cargas elétricas da parte de conversão fotoelétrica para a parte de retenção, e um segundo comutador de transferência configurado para transferir as cargas elétricas da parte de retenção para a parte de amplificação; e linhas de saída conectadas à pluralidade de pixels, onde, em um primeiro tempo, as partes de conversão fotoelétrica da pluralidade de pixels começam a acumular as cargas elétricas, do primeiro tempo a um segundo tempo, o primeiro comutador de transferência de ao menos um da pluralidade de pixels é mantido desligado, e a parte de conversão fotoelétrica de ao menos um da pluralidade de pixels acumula cargas elétricas geradas em um primeiro período que começa no primeiro tempo e termina no segundo tempo, os primeiros comutadores de transferência da pluralidade de pixels são controlados para ligar pelo segundo tempo, no mais tardar, em um terceiro tempo após o segundo tempo, as partes de retenção da pluralidade de pixels retêm tanto as cargas elétricas geradas na parte de conversão fotoelétrica no primeiro período quanto as cargas elétricas geradas na parte de conversão fotoelétrica em um segundo período que começa no segundo tempo e termina no terceiro tempo, e a pluralidade de pixels inclui um primeiro pixel e um segundo pixel, e uma quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica do primeiro pixel é diferente de uma quantidade de carga de saturação da parte de
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  2. 2/10 conversão fotoelétrica do segundo pixel.
    2. Aparelho de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aparelho de formação de imagem captura imagens para um primeiro quadro e um segundo quadro após o primeiro quadro, um período de exposição correspondente ao segundo quadro inclui o primeiro período e o segundo período, no primeiro tempo, a parte de retenção contém cargas elétricas correspondentes ao primeiro quadro, e no primeiro período, os segundos comutadores de transferência da pluralidade de pixels ligam alternadamente e as partes de amplificação da pluralidade de pixels emitem os sinais alternadamente de tal maneira que as saídas dos sinais a serem usados na imagem para o primeiro quadro são completadas pelo segundo tempo, o mais tardar.
  3. 3. Aparelho de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado adicionalmente pelo fato de que compreende uma unidade de processamento de sinal configurada para executar o processamento de sinal nos sinais emitidos a partir da pluralidade de pixels com base em qualquer uma de uma pluralidade de condições de processamento, onde, no processamento de sinal, uma condição de processamento aplicada ao sinal emitido a partir do primeiro pixel e uma condição de processamento aplicada ao sinal emitido a partir do segundo pixel são diferentes uma da outra.
  4. 4. Aparelho de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o processamento de sinal inclui o processamento para multiplicar o sinal por um ganho, e no processamento de sinal, um primeiro ganho a ser aplicado na amplificação do sinal emitido a partir do primeiro pixel e um segundo ganho a ser aplicado na amplificação do sinal emitido a partir do segundo pixel são diferentes um do outro.
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    3/10
  5. 5. Aparelho de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o primeiro ganho e o segundo ganho são ajustados de acordo com um balanço de brancos.
  6. 6. Aparelho de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que no processamento de sinal, o primeiro ganho é menor do que o segundo ganho, e a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica do primeiro pixel é maior do que a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica do segundo pixel.
  7. 7. Aparelho de geração de imagem, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que, no processamento de sinal, a seguinte fórmula é satisfeita:
    0,7 R < r < 1,3R, onde r é uma relação do segundo ganho para o primeiro ganho, e R é uma relação da quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica do segundo pixel para a quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica do primeiro pixel.
  8. 8. Aparelho de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ao menos uma da quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica do primeiro pixel e da quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica do segundo pixel é configurada como sendo variável.
  9. 9. Aparelho de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado adicionalmente pelo fato de que compreende:
    uma unidade de configuração de condição configurada para definir as condições de processamento na unidade de processamento de sinal, onde, de acordo com uma definição das condições de processamento pela unidade de definição de condição, o aparelho de formação de imagem varia ao menos uma da quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica do
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    4/10 primeiro pixel e da quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica do segundo pixel.
  10. 10. Aparelho de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um da pluralidade de pixels inclui adicionalmente um comutador de descarga configurado para descarregar as cargas elétricas acumuladas na parte de conversão fotoelétrica, e uma altura de uma barreira de potencial fornecida por um comutador de descarga do primeiro pixel em um estado desligado é diferente de uma altura de uma barreira de potencial fornecida por um comutador de descarga do segundo pixel em um estado desligado.
  11. 11. Aparelho de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que ao menos uma da altura da barreira de potencial fornecida pelo comutador de descarga do primeiro pixel em um estado desligado e a altura da barreira de potencial fornecida pelo comutador de descarga do segundo pixel em um estado desligado é configurada como sendo variável.
  12. 12. Aparelho de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o comutador de descarga é um transistor, e a altura da barreira de potencial fornecida pelo comutador de descarga em um estado desligado varia de acordo com uma tensão a ser aplicada a uma porta do comutador de descarga para ajustar o comutador de descarga no estado desligado.
  13. 13. Aparelho de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o comutador de descarga é um transistor, e uma tensão OFF a ser aplicada a uma porta do comutador de descarga do primeiro pixel é diferente de uma tensão OFF a ser aplicada a uma porta do comutador de descarga do segundo pixel.
  14. 14. Aparelho de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que
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    5/10 o comutador de descarga é um transistor, e uma concentração de impureza de uma região semicondutora que é disposta sob um eletrodo de porta do comutador de descarga do primeiro pixel é diferente de uma concentração de impureza de uma região semicondutora que é disposta sob um eletrodo de porta do comutador de descarga do segundo pixel.
  15. 15. Aparelho de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um do primeiro e do segundo pixel inclui um filtro de cor que é disposto na parte de conversão fotoelétrica, e uma cor do filtro de cor do primeiro pixel é diferente de uma cor do filtro de cor do segundo pixel.
  16. 16. Aparelho de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o filtro de cor incluído no primeiro pixel é um filtro de cor verde, o filtro de cor incluído no segundo pixel é um filtro de cor vermelha ou um filtro de cor azul, e uma quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica do primeiro pixel é maior do que uma quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica do segundo pixel.
  17. 17. Aparelho de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um da pluralidade de pixels inclui um filtro de cor que está disposto na parte de conversão fotoelétrica e um comutador de descarga para descarregar as cargas elétricas acumuladas na parte de conversão fotoelétrica, a pluralidade de pixels é disposta em uma forma de matriz de tal forma que o primeiro pixel e o segundo pixel são dispostos em uma mesma linha / coluna, uma cor do filtro de cor do primeiro pixel é diferente de uma cor do filtro de cor do segundo pixel, e ao menos duas linhas são fornecidas na mesma linha / coluna, uma conectada ao comutador de descarga do primeiro pixel e outra conectada ao
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    6/10 comutador de descarga do segundo pixel.
  18. 18. Aparelho de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um da pluralidade de pixels inclui um filtro de cor que está disposto em um lado a montante da parte de conversão fotoelétrica em uma direção incidente da luz incidente, e um comutador de descarga para descarregar as cargas elétricas acumuladas na parte de conversão fotoelétrica, pixels com diferentes tipos de filtros de cor são dispostos em uma forma de matriz, e com base no tipo de filtro de cor, o cabeamento de uma porta do comutador de descarga para cada um da pluralidade de pixels é disposto de uma maneira enrolada.
  19. 19. Aparelho de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado adicionalmente pelo fato de que compreende:
    uma unidade de definição configurada para definir um balanço de brancos, e onde, de acordo com uma definição do balanço de brancos, o aparelho de formação de imagem varia ao menos uma da quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica incluída no primeiro pixel e da quantidade de carga de saturação da parte de conversão fotoelétrica incluída no segundo pixel.
  20. 20. Aparelho de formação de imagem, caracterizado pelo fato de que compreende:
    uma pluralidade de pixels, cada um incluindo uma parte de conversão fotoelétrica configurada para acumular cargas elétricas geradas pela luz incidente, uma parte de retenção configurada para manter as cargas elétricas, uma parte de amplificação configurada para emitir um sinal baseado nas cargas elétricas, um primeiro comutador de transferência configurado para transferir as cargas elétricas da parte de conversão fotoelétrica para a parte de retenção, um segundo comutador de transferência configurado para transferir as cargas elétricas da parte de retenção para a parte de amplificação, e um comutador de descarga configurado para descarregar
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    7/10 as cargas elétricas acumuladas na parte de conversão fotoelétrica; e linhas de saída conectadas à pluralidade de pixels, em um primeiro tempo, as partes de conversão fotoelétrica da pluralidade de pixels começam a acumular as cargas elétricas, do primeiro tempo a um segundo tempo, o primeiro comutador de transferência de ao menos um da pluralidade de pixels é mantido desligado, e a parte de conversão fotoelétrica de ao menos um da pluralidade de pixels acumula cargas elétricas geradas em um primeiro período que começa no primeiro tempo e termina no segundo tempo, os primeiros comutadores de transferência da pluralidade de pixels são controlados para ligar pelo segundo tempo, no mais tardar, um terceiro tempo após o segundo tempo, as partes de retenção da pluralidade de pixels mantêm tanto as cargas elétricas geradas na parte de conversão fotoelétrica no primeiro período quanto as cargas elétricas geradas na parte de conversão fotoelétrica em um segundo período que começa no segundo tempo e termina no terceiro tempo, o comutador de descarga é um transistor, e uma tensão OFF a ser aplicada a uma porta do comutador de descarga do primeiro pixel para ajustar o comutador de descarga do mesmo em um estado desligado é diferente de uma tensão a ser aplicada a uma porta do comutador de descarga de um segundo pixel para ajustar o comutador de descarga do mesmo em um estado desligado.
  21. 21. Aparelho de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que cada um do primeiro e do segundo pixel inclui um filtro de cor que é disposto na parte de conversão fotoelétrica, e uma cor do filtro de cor do primeiro pixel é diferente de uma cor do filtro de cor do segundo pixel.
  22. 22. Aparelho de formação de imagem, caracterizado pelo fato de que compreende:
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    8/10 uma pluralidade de pixels, cada um incluindo uma parte de conversão fotoelétrica configurada para acumular cargas elétricas geradas pela luz incidente, uma parte de retenção configurada para conter as cargas elétricas, uma parte de amplificação configurada para emitir um sinal baseado nas cargas elétricas, um primeiro comutador de transferência configurado para transferir as cargas elétricas da parte de conversão fotoelétrica para a parte de retenção, um segundo comutador de transferência configurado para transferir as cargas elétricas da parte de retenção para a parte de amplificação, e um comutador de descarga configurado para descarregar as cargas elétricas acumuladas na parte de conversão fotoelétrica; e linhas de saída conectadas à pluralidade de pixels, onde em um primeiro tempo, as partes de conversão fotoelétrica da pluralidade de pixels começam a acumular as cargas elétricas, do primeiro tempo a um segundo tempo, o primeiro comutador de transferência de ao menos um da pluralidade de pixels é mantido desligado, e a parte de conversão fotoelétrica de ao menos um da pluralidade de pixels acumula cargas elétricas geradas em um primeiro período que começa no primeiro tempo e termina no segundo tempo, os primeiros comutadores de transferência da pluralidade de pixels são controlados para ligar pelo segundo tempo, no mais tardar, em um terceiro tempo após o segundo tempo, as partes de retenção da pluralidade de pixels mantêm ambas as cargas elétricas geradas na parte de conversão fotoelétrica no primeiro período, e as cargas elétricas geradas na parte de conversão fotoelétrica em um segundo período que começa no segundo tempo e termina no terceiro tempo, o comutador de descarga é um transistor, e uma concentração de impurezas de uma região semicondutora que é disposta sob um eletrodo de porta do comutador de descarga do primeiro pixel é diferente de uma concentração de impurezas de uma região semicondutora que é disposta sob um eletrodo de porta do comutador de descarga de um segundo pixel.
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    9/10
  23. 23. Aparelho de formação de imagem, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que cada um do primeiro pixel e do segundo pixel inclui um filtro de cor que é disposto na parte de conversão fotoelétrica, e uma cor do filtro de cor do primeiro pixel é diferente de uma cor do filtro de cor do segundo pixel.
  24. 24. Aparelho de formação de imagem, caracterizado pelo fato de que compreende:
    uma pluralidade de pixels, cada um incluindo uma parte de conversão fotoelétrica configurada para acumular cargas elétricas geradas pela luz incidente, uma parte de retenção configurada para manter as cargas elétricas, uma parte de amplificação configurada para emitir um sinal baseado nas cargas elétricas, um primeiro comutador de transferência configurado para transferir as cargas elétricas da parte de conversão fotoelétrica para a parte de retenção, e um segundo comutador de transferência configurado para transferir as cargas elétricas da parte de retenção para a parte de amplificação; e linhas de saída conectadas à pluralidade de pixels, onde o aparelho de formação de imagem tem um primeiro modo de acionamento e um segundo modo de acionamento, o primeiro modo de acionamento e o segundo modo de acionamento sendo capazes de ser comutados, onde, no primeiro modo de acionamento, em um primeiro tempo, as partes de conversão fotoelétrica da pluralidade de pixels começam a acumular as cargas elétricas, do primeiro tempo a um segundo tempo, o primeiro comutador de transferência de ao menos um da pluralidade de pixels é mantido desligado, e a parte de conversão fotoelétrica de ao menos um da pluralidade de pixels acumula cargas elétricas geradas em um primeiro período que começa no primeiro tempo e termina no segundo tempo, no segundo tempo, os primeiros comutadores de transferência da pluralidade de pixels são controlados para ligar, e
    Petição 870190034341, de 10/04/2019, pág. 62/87
    10/10 em um terceiro tempo após o segundo tempo, as partes de retenção da pluralidade de pixels mantêm ambas as cargas elétricas geradas na parte de conversão fotoelétrica no primeiro período, e as cargas elétricas geradas na parte de conversão fotoelétrica em um segundo período que começa no segundo tempo e termina no terceiro tempo, e onde, no segundo modo de acionamento, quando um período de exposição para adquirir um quadro começa, as partes de conversão fotoelétrica da pluralidade de pixels começam a acumular as cargas elétricas, a partir do momento em que o período de exposição começa até o fim, o primeiro comutador de transferência de ao menos um da pluralidade de pixels é mantido desligado, quando o período de exposição termina, os primeiros comutadores de transferência da pluralidade de pixels são controlados para ligar, e onde, em resposta à comutação entre o primeiro modo de acionamento e o segundo modo de acionamento, as quantidades de carga de saturação das partes de conversão fotoelétrica de ao menos um da pluralidade de pixels são alteradas.
  25. 25. Sistema de formação de imagem, caracterizado pelo fato de que compreende:
    o aparelho de formação de imagem do tipo definido na reivindicação 1; e um aparelho de processamento configurado para processar um sinal emitido a partir do aparelho de formação de imagem.
  26. 26. Objeto móvel, caracterizado pelo fato de que compreende:
    o aparelho de formação de imagem do tipo definido na reivindicação 1;
    uma unidade de aquisição de informação de distância configurada para adquirir informação sobre uma distância até um objeto com base em um sinal emitido a partir da pluralidade de pixels do aparelho de formação de imagem; e uma unidade de controle configurada para controlar o objeto móvel com base na informação de distância.
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B03A Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette]
B10A Cessation: cessation confirmed