CN101207720A - 固体摄像器件及其驱动方法、摄像机、车辆、监视装置 - Google Patents

固体摄像器件及其驱动方法、摄像机、车辆、监视装置 Download PDF

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Abstract

提供一种固体摄像器件,包括:第一摄像部及第二摄像部,具备以行列状配置的多个光电变换元件,输出对应于入射光的影像信号;第一光入射部,向上述第一摄像部入射光;第二光入射部,与上述第一光入射部隔着间隔设置,向上述第二摄像部入射光;以及驱动单元,向上述第一摄像部及上述第二摄像部共同地输出:第一控制信号,用于控制从在行方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;第二控制信号,用于控制从在列方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;和第三控制信号,用于控制曝光时间。

Description

固体摄像器件及其驱动方法、摄像机、车辆、监视装置
技术领域
本发明涉及固体摄像器件、摄像机、车辆、监视装置及固体摄像器件的驱动方法,特别涉及包括具有独立的光入射路线的2个摄像区域的固体摄像器件。
背景技术
为了获得立体影像的摄像、或附带距离信息的影像信息,使用了具备2个摄像区域的摄像机。输出附带距离信息的影像信息的摄像机作为车载用摄像机使用,由此能够检测前方障碍物的大小及距离,对驾驶员发出警告。再者,伴随障碍物的检测,自动地控制发动机、制动器和方向盘等,能够避免同障碍物的冲撞。再者,利用设在车内的摄像机检测乘员的大小(大人或小孩等)、及乘员的头部位置等,能够控制气囊的打开速度和压力等。
此外,输出附带距离信息的影像信息的摄像机作为监视摄像机和TV电话等的摄像机使用的情况下,通过仅拍摄并显示规定距离内的被摄体,能够削减影像信息的数据量及提高可视性。
作为以往的拍摄立体影像的摄像机,已知有具备2台摄像机的立体摄像机。
图1是表示以往的拍摄立体影像的固体摄像器件、即立体摄像机的结构的图。
图1所示的固体摄像器件1000具备摄像机1001及1002。摄像机1001及1002隔着规定距离设置。利用摄像机1001及1002拍摄的影像信号,生成立体影像。
由于图1所示的以往的固体摄像器件1000使用2台摄像机1001及1002,所以受到摄像机1001及1002的制造偏差等的影响,产生不能保证充分的共级(epipolar)性(2台摄像机拍摄的影像信号中发生位置偏移)的问题、2台摄像机1001及1002的摄像特性不相同的问题、从2台摄像机输出的信号的输出定时发生时间延迟的问题,因此,为了计算距离信息,需要很多的调整工时和信号处理工序。
对于上述问题,作为单芯片的LSI(大规模集成电路),已知有具备2个摄像区域的立体摄像机(例如,参照专利文献1)。
专利文献1记载的立体摄像机通过将拍摄被摄体的2个摄像区域单芯片化,能够降低2个摄像区域的制造偏差的影响。
专利文献1:日本特开平9-74572号公报
但是,希望在输出立体摄像机等的立体影像的摄像、或者附带距离信息的影像信息的摄像机中,通过提高共极性、2个摄像机的摄像特性的一致性及信号输出定时的同步性等,能够高精度且有效地计算出距离信息。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种固体摄像器件,输出能够高精度且有效地计算距离信息的影像信号。
为了实现上述目的,本发明涉及的固体摄像器件,包括:第一摄像部及第二摄像部,具备以行列状配置的多个光电变换元件,输出对应于入射光的影像信号;第一光入射部,向上述第一摄像部入射光;第二光入射部,与上述第一光入射部隔着间隔设置,向上述第二摄像部入射光;以及驱动单元,向上述第一摄像部及上述第二摄像部共同地输出:第一控制信号,用于控制从在行方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;第二控制信号,用于控制从在列方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;和第三控制信号,用于控制曝光时间。
根据该结构,使得向第一摄像部及第二摄像部供给的第一控制信号及第二控制信号成为共同的,能够同步进行第一摄像部及第二摄像部中的信号电荷的读取处理(信号电荷的传送处理),因此可以高效地执行用于计算距离信息的信号处理。此外,通过具有共同的第三控制信号,能够使第一摄像部及第二摄像部的电荷积蓄时间相同。由此,能够降低第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号的信号电平的偏差,能够以高精度且有效地计算出至拍摄的被摄体的距离。
此外,也可以是,上述第一摄像部及上述第二摄像部分别包括:多个垂直传送单元,读取在列方向排列的多个上述光电变换元件中积蓄的信号电荷,并在列方向传送;水平传送单元,在行方向传送上述多个垂直传送单元传送的信号电荷;以及输出单元,将上述水平传送单元传送的信号电荷变换为电压或电流,将变换的电压或电流作为上述影像信号输出;上述第一控制信号是驱动上述水平传送单元的传送的水平传送脉冲;上述第二控制信号是驱动上述多个垂直传送单元的传送的垂直传送脉冲;上述第三控制信号是排出在上述光电变换元件中积蓄的信号电荷的信号电荷排出脉冲
根据该结构,通过使向第一摄像部及第二摄像部供给的垂直传输脉冲及水平传送脉冲为共同的,能够同步进行第一摄像部及第二摄像部中的信号电荷的读取处理(信号电荷的传送处理),能够有效地执行用于计算距离信息的信号处理。此外,通过具有共同的信号电荷排出脉冲,能够使第一摄像部及第二摄像部的电荷积蓄时间相同。由此,能够降低第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号的信号电平的偏差。如上所述,能够利用第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号,能够以高精度且有效地计算出至拍摄的被摄体的距离。
此外,也可以是,上述第一摄像部及上述第二摄像部分别包括:行选择单元,依次选择以上述行列状配置的多个光电变换元件的行;列选择单元,依次选择以上述行列状配置的多个光电变换元件的列;以及输出单元,将由上述行选择单元选择了行、且由上述列选择单元选择了列的光电变换元件中积蓄的信号电荷变换为电压或电流,将变换后的电压或电流作为上述影像信号输出;上述第一控制信号是开始上述行选择单元的行选择的垂直同步信号;上述第二控制信号是开始上述列选择单元的列选择的水平同步信号;上述第三控制信号是控制上述第一控制信号的驱动定时的电荷积蓄控制信号。
根据该结构,通过使向第一摄像部及第二摄像部供给的垂直传输脉冲及水平传送脉冲为共同的,能够同步进行第一摄像部及第二摄像部中的信号电荷的读取处理(信号电荷的传送处理),能够有效地执行用于计算距离信息的信号处理。此外,通过具有共同的电荷积蓄控制信号,能够使第一摄像部及第二摄像部的电荷积蓄时间相同。由此,能够降低第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号的信号电平的偏差。如上所述,能够利用第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号,能够以高精度且有效地计算出至拍摄的被摄体的距离。
此外,也可以是,上述第一摄像部和上述第二摄像部配置在水平方向,上述固体摄像器件还包括:保存偏移值的偏移值保存单元,上述偏移值表示第二摄像部输出的影像信号的图像相对于上述第一摄像部输出的影像信号的图像的、垂直方向上的图像偏移的值;行控制单元,从与上述偏移值保存单元保存的上述偏移值对应的行,生成开始上述行选择单元的行选择的行控制信号。
根据该结构,行选择单元从与偏移值保存单元保存的偏移值相对应的行开始进行行选择。由此,能够在第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号的垂直方向上修正偏移。这样,能够提高第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号的共极性。
此外,也可以是,上述固体摄像器件还包括偏移值计算单元,利用上述第一摄像部及上述第二摄像部输出的影像信号,计算上述偏移值;上述偏移值保存单元保存由上述偏移值计算单元计算出的上述偏移值。
根据该结构,能够在产品出厂后的任意的定时(电源接通时,每隔规定的时间,或者对应于外部操作的定时等),计算偏移值,进行与计算出的偏移值对应的修正。由此,即使在设置环境等引起工作条件的变化、以及经过时间变化变化等引起特性(偏移值)变化的情况下,也能够进行最佳的修正。
此外,也可以是,上述第一光入射部包括:第一聚光单元,将第一波段的光聚光在上述第一摄像部;以及第一滤光器,形成在上述第一摄像部上,透过包含在上述第一波段中的第三波段的光;上述第二光入射部包括:第二聚光单元,将与上述第一波段不同的第二波段的光聚光在上述第二摄像部;以及第二滤光器,形成在上述第二摄像部上,透过包含在上述第二波段中的第四波段的光。
根据该结构,由第一聚光单元聚光的第一波段的光被第二滤光器遮挡,因此不照射到第二摄像部。由此,能够降低对于第二摄像部的第一波段的光的干涉。此外,由第二聚光单元聚光的第二波段的光被第一滤光器遮挡,因此不照射到第一摄像部。由此,能够降低对于第二摄像部的第一波段的光的干涉。此外,通过具备第一滤光器及第二滤光器,不需要设置遮光板等,因此能够简化结构。再者,即使在一个芯片的半导体集成电路上形成了第一摄像部及第二摄像部的情况下,也能够容易地遮住不需要的波段的光。
此外,也可以是,固体摄像器件还包括:第三摄像部,具备多个光电变换元件;以及第三光入射部,向上述第三摄像部入射光;上述第三光入射部包括:第三聚光单元,将包含上述第一波段及上述第二波段的第五波段的光聚光在上述第三摄像部;以及第三滤光器,形成在上述第三摄像部上;上述第三滤光器包括:第四滤光器,形成在上述第三摄像部具备的上述多个光电变换元件中包含的多个第一光电变换元件上,透过上述第三波段的光;以及第五滤光器,形成在上述第三摄像部具备的上述多个光电变换元件中包含的多个第二光电变换元件上,透过上述第四波段的光。
根据该结构,第三摄像部输出对第三波段的光进行了光电变换的信号、和对第四波段的光进行了光电变换的信号。在此,当设置第一滤光器及第二滤光器,向第一摄像部及第二摄像部入射了不同波段的光的情况下,第一摄像部和第二摄像部输出的影像信号的信号电平产生差别。利用对第三摄像区域输出的第一波段的光进行了光电变换的信号与对第二波段的光进行了光电变换的信号之比,来修正第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号,能够降低波段差引起的信号电平之差。
此外,也可以是,固体摄像器件还包括:平均值计算单元,计算上述多个第一光电变换元件进行了光电变换的信号的平均值即第一平均值、和上述多个第二光电变换元件进行了光电变换的信号的平均值即第二平均值;修正单元,根据上述平均值计算单元计算出的上述第一平均值与第二平均值之比,修正上述第一摄像部及上述第二摄像部输出的影像信号。
根据该结构,修正单元利用平均值计算单元算出的第一平均值和第二平均值之比,修正第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号。由此,能够降低向第一摄像部及第二摄像部入射的光的波段差引起的、第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号的信号电平之差。
此外,也可以是,上述第一滤光器、上述第二滤光器、上述第三滤光器及上述第四滤光器中的一个以上包括:第一电介质层和第二电介质层,层叠了由不同的电介质构成的多个层;以及绝缘体层,形成在上述第一电介质层和上述第二电介质层之间,由绝缘体构成;上述绝缘体层的光学膜厚不同于上述第一电介质层及上述第二电介质层的光学膜厚。
根据该结构,在上述第一滤光器、上述第二滤光器、上述第三滤光器及上述第四滤光器中的一个以上中,使用耐光性及耐热性优良的多层膜干涉滤光器。由此,能够只使用无机材料来构成滤光器。通过仅用无机材料构成滤光器,即使在高温及高照射下使用也不产生退色现象。因此,作为车载用途,也可以搭载在车辆的外部、发动机舱内或车内等场所。
此外,也可以是,固体摄像器件还包括光源,向被摄体照射包含上述第一波段及上述第二波段的波段的光。
根据该结构,能够在第一摄像部及第二摄像部接收光源照射到被摄体上的光的反射光。由此,能够进行夜间和暗处的摄像。
此外,也可以是,上述第一波段及上述第二波段被包含在近红外区域。
根据该结构,可以利用近红外线的光进行被摄体的摄像。由此,作为车载摄像机使用了本发明的固体摄像器件的情况下,能够实现可视性的提高和对于对方车辆及行人的眩目。
此外,也可以是,固体摄像器件还包括距离计算单元,利用上述第一摄像部及上述第二摄像部输出的上述影像信号,计算到被摄体的距离。
根据该结构,固体摄像器件能够向外部输出由第一摄像部及第二摄像部摄像的影像信号和至影像信号的被摄体的距离信息。
此外,也可以是,上述第一摄像部及上述第二摄像部由具备多个外部输入端子的一个封装形成;上述第一摄像部及上述第二摄像部的输入第一控制信号、第二控制信号及第三控制信号的输入电极中的至少一个,与共同的上述外部输入端子连接。
根据该结构,可以降低外部输入端子的数量。
此外,也可以是,上述第一摄像部及上述第二摄像部形成在不同的半导体基板上,并且配置在同一基板上。
根据该结构,第一摄像部及第二摄像部由不同的芯片形成。由此,能够容易地加大配置第一摄像部和第二摄像部的距离。由此,能够提高基于第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号的、至被摄体的距离的计算精度。
此外,也可以是,上述第一摄像部及上述第二摄像部形成在同一半导体基板上。
根据该结构,第一摄像部及第二摄像部形成在一个芯片的半导体集成电路上,因此能够降低第一摄像部及第二摄像部的特性偏差。由此,能够提高第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号中的共极性。再者,能够防止第一摄像部及第二摄像部的配置偏移等引起的共极性的降低。
此外,也可以是,本发明涉及的固体摄像器件包括:多个光电变换元件,以行列状配置;多个垂直传送单元,读取在列方向排列的多个上述光电变换元件中积蓄的信号电荷,在列方向传送;水平传送单元,在行方向传送上述多个垂直传送单元传送的信号电荷;以及输出单元,将上述水平传送单元传送的信号电荷变换为电压或电流,将变换后的电压或电流作为上述影像信号输出;上述固体摄像器件还包括:第一光入射部,向上述第一摄像部入射光;第二光入射部,与上述第一光入射部隔开间隔设置,向上述第二摄像部入射光;以及驱动单元,向上述第一摄像部及上述第二摄像部共同地输出用于驱动上述水平传送单元的传送的水平传送脉冲、和用于排出积蓄在上述光电变换元件中的信号电荷的信号电荷排出脉冲,向上述第一摄像部及第二摄像部个别地输出驱动上述多个垂直传送单元的传送的第一垂直传送脉冲。
根据该结构,能够向第一摄像部及第二摄像部供给不同的垂直传送脉冲。由此,在第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号的垂直方向上发生了偏移的情况下,通过供给修正偏移的不同的垂直传送脉冲,能够在第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号的垂直方向上修正偏移。由此,能够提高上述第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号的共极性。通过提高第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号的共极性,能够利用第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号,高精度且高效地计算至摄像的被摄体的距离。
此外,也可以是,上述第一摄像部及上述第二摄像部配置在水平方向;上述固体摄像器件还包括保存偏移值的偏移值保存单元,上述偏移值表示第二摄像部输出的影像信号的图像相对于上述第一摄像部输出的影像信号的图像的、垂直方向上的图像偏移的值;上述驱动单元向上述第一摄像部及上述第二摄像部施加将积蓄在上述光电变换元件中的信号电荷读取到上述垂直传送单元的读取脉冲,然后,向上述第一摄像部及上述第二摄像部中的、对于相同被摄体的影像信号的输出定时较迟的一个,施加与上述偏移值对应的次数的垂直传送脉冲,之后,向上述第一摄像部及上述第二摄像部施加相同的垂直传送脉冲。
根据该结构,与偏移值保存单元保存的偏移值相对应,驱动单元供给在第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号的垂直方向上修正偏移的不同的垂直传送脉冲。由此,能够在第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号的垂直方向上修正偏移。因此,能够同步地输出保持了共极性的第一摄像部及第二摄像部的影像信号。
此外,也可以是,本发明涉及的固体摄像器件包括:第一摄像部及第二摄像部,具备以行列状配置的多个光电变换元件,输出对应于入射光的影像信号;第一光入射部,向上述第一摄像部入射光;第二光入射部,与上述第一光入射部隔着间隔设置,向上述第二摄像部入射光;以及驱动单元,向上述第一摄像部及上述第二摄像部共同地输出:第一控制信号,用于控制从在行方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;和第二控制信号,用于控制从在列方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;向上述第一摄像部及上述第二摄像部个别地输出用于控制曝光时间的第三控制信号。
根据该结构,第一摄像部及第二摄像部中的电荷积蓄时间不同。由此,第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号的动态范围不同。例如,通过合成第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号,能够生成动态范围宽的影像信号。
此外,本发明涉及的摄像机包括:第一摄像部及第二摄像部,具备以行列状配置的多个光电变换元件,输出对应于入射光的影像信号;第一光入射部,向上述第一摄像部入射光;第二光入射部,与上述第一光入射部隔着间隔设置,向上述第二摄像部入射光;以及驱动单元,向上述第一摄像部及上述第二摄像部共同地输出:第一控制信号,用于控制从在行方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;第二控制信号,用于控制从在列方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;以及第三控制信号,用于控制曝光时间。
根据该结构,向第一摄像部及第二摄像部供给的第一控制信号及第二控制信号是共同的,因此能够同步进行第一摄像部及第二摄像部中的信号电荷的读取处理(信号电荷的传送处理),因此,能够有效地执行计算距离信息的信号处理。此外,通过具有共同的第三控制信号,能够使第一摄像部及第二摄像部的电荷积蓄时间(曝光时间)相同。由此,能够降低第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号的信号电平的偏差。这样,能够利用第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号,高精度且有效地计算至摄像的被摄体的距离。
此外,也可以是,本发明涉及的车辆包括:第一摄像部及第二摄像部,具备以行列状配置的多个光电变换元件,输出对应于入射光的影像信号;第一光入射部,向上述第一摄像部入射光;第二光入射部,与上述第一光入射部隔着间隔设置,向上述第二摄像部入射光;以及驱动单元,向上述第一摄像部及上述第二摄像部共同地输出:第一控制信号,用于控制从在行方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;第二控制信号,用于控制从在列方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;以及第三控制信号,用于控制曝光时间。
根据该结构,向第一摄像部及第二摄像部供给的第一控制信号及第二控制信号是共同的,因此能够同步进行第一摄像部及第二摄像部中的信号电荷的读取处理(信号电荷的传送处理),因此,能够有效地执行计算距离信息的信号处理。此外,通过具有共同的第三控制信号,能够使第一摄像部及第二摄像部的电荷积蓄时间(曝光时间)相同。由此,能够降低第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号的信号电平的偏差。这样,能够利用第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号,高精度且有效地计算至摄像的被摄体的距离。
此外,本发明涉及的监视装置包括:第一摄像部及第二摄像部,具备以行列状配置的多个光电变换元件,输出对应于入射光的影像信号;第一光入射部,向上述第一摄像部入射光;第二光入射部,与上述第一光入射部隔着间隔设置,向上述第二摄像部入射光;以及驱动单元,向上述第一摄像部及上述第二摄像部共同地输出:第一控制信号,用于控制从在行方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;第二控制信号,用于控制从在列方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;以及第三控制信号,用于控制曝光时间。
根据该结构,向第一摄像部及第二摄像部供给的第一控制信号及第二控制信号是共同的,因此能够同步进行第一摄像部及第二摄像部中的信号电荷的读取处理(信号电荷的传送处理),因此,能够有效地执行计算距离信息的信号处理。此外,通过具有共同的第三控制信号,能够使第一摄像部及第二摄像部的电荷积蓄时间(曝光时间)相同。由此,能够降低第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号的信号电平的偏差。这样,能够利用第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号,高精度且有效地计算至摄像的被摄体的距离。
此外,本发明涉及一种固体摄像器件的驱动方法,其中,该固体摄像器件包括:第一摄像部及第二摄像部,具备以行列状配置的多个光电变换元件,输出对应于入射光的影像信号;第一光入射部,向上述第一摄像部入射光;第二光入射部,与上述第一光入射部隔着间隔设置,向上述第二摄像部入射光;该驱动方法中,向上述第一摄像部及上述第二摄像部共同地输出:第一控制信号,用于控制从在行方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;第二控制信号,用于控制从在列方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;以及第三控制信号,用于控制曝光时间。
根据该结构,向第一摄像部及第二摄像部供给的第一控制信号及第二控制信号是共同的,因此能够同步进行第一摄像部及第二摄像部中的信号电荷的读取处理(信号电荷的传送处理),因此,能够有效地执行计算距离信息的信号处理。此外,通过具有共同的第三控制信号,能够使第一摄像部及第二摄像部的电荷积蓄时间(曝光时间)相同。由此,能够降低第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号的信号电平的偏差。这样,能够利用第一摄像部及第二摄像部输出的影像信号,高精度且有效地计算至摄像的被摄体的距离。
本发明能够提供一种固体摄像器件,输出能够容易且高精度地计算距离信息的影像信号。
2006年12月18日提交的日本专利申请2006-340411的公开内容(包括说明书、附图和权利要求书)以参考文件的形式全部引入本文。
附图说明
图1是表示以往的固体摄像器件的结构的图。
图2是表示本发明的第一实施方式涉及的固体摄像器件的结构的图。
图3是表示本发明的第一实施方式涉及的固体摄像器件的摄像区域结构的图。
图4是表示本发明的第一实施方式涉及的固体摄像器件的摄像区域的截面构造的示意图。
图5A是表示本发明的第一实施方式涉及的固体摄像器件的滤光器的截面构造的示意图。
图5B是表示本发明的第一实施方式涉及的固体摄像器件的滤光器的变形例的截面构造的示意图。
图6是表示本发明的第一实施方式涉及的固体摄像器件的滤光器的光波长与光透过率之间关系的图。
图7是表示本发明的第一实施方式涉及的固体摄像器件的滤光器的光波长与光透过率之间关系的图。
图8A是表示本发明的第一实施方式涉及的固体摄像器件的摄像区域输出的影像信号的一例的图。
图8B是表示本发明的第一实施方式涉及的固体摄像器件的摄像区域输出的影像信号的一例的图。
图9是用于说明本发明的第一实施方式涉及的固体摄像器件的信号处理部的处理的图。
图10是示意性地表示由单封装构成的摄像区域的结构的图。
图11是表示本发明的第二实施方式涉及的固体摄像器件的结构的图。
图12是表示本发明的第二实施方式涉及的固体摄像器件的控制部输出的垂直传送脉冲一例的图。
图13是表示本发明的第三实施方式涉及的固体摄像器件结构的图。
图14是表示本发明的第四实施方式涉及的固体摄像器件结构的图。
图15是表示本发明的第四实施方式涉及的固体摄像器件的摄像区域的截面构造的示意图。
图16是表示本发明的第四实施方式涉及的固体摄像器件的滤光器442的结构的图。
图17是表示本发明的第四实施方式涉及的固体摄像器件的变形例中的摄像区域的截面构造的示意图。
图18是表示本发明的第五实施方式涉及的固体摄像器件结构的图。
图19是表示本发明的第五实施方式涉及的固体摄像器件的摄像区域的结构的图。
图20是表示本发明的第五实施方式涉及的固体摄像器件的摄像区域的变形例的结构的图。
图21是表示本发明的第六实施方式涉及的固体摄像器件结构的图。
图22是表示本发明的第六实施方式涉及的固体摄像器件的排出信号电荷的定时和行选择的定时的图。
图23是表示本发明的第七实施方式涉及的固体摄像器件结构的图。
图24是表示本发明的第七实施方式涉及的固体摄像器件的排出信号电荷的定时和行选择的定时的图。
具体实施方式
下面,参照附图详细地说明本发明涉及的固体摄像器件的实施方式。
(第一实施方式)
本发明的第一实施方式涉及的固体摄像器件向2个摄像区域供给相同的控制信号。由此能够利用2个摄像区域拍摄的影像信号高精度且有效地计算出距离信息。
首先,说明本实施方式涉及的固体摄像器件的结构。
图2是表示本发明的第一实施方式涉及的固体摄像器件结构的图。
图2所示的固体摄像器件100输出拍摄的被摄体170的影像信息及距离信息。固体摄像器件100例如是搭载在车辆上的、具有利用了近红外区域的光(以下,称为“近红外光”)的夜视功能的摄像机。固体摄像器件100具备摄像区域110及120、控制部130、信号处理部140、透镜150及151和光源160。
光源160向被摄体170照射近红外光(波长700nm~1100nm)。光源160例如由LED(发光二极管)或半导体激光器构成。
透镜150将来自被摄体170的反射光聚光在摄像区域110。透镜151与透镜150隔着距离设置,将来自被摄体170的反射光聚光在摄像区域120。
摄像区域110及120是CCD图像传感器,输出与入射光对应的影像信号。摄像区域110及120分别将来自被摄体170的反射光变换为电信号,将变换的电信号作为影像信号输出。
图3是表示摄像区域110及120的结构的图。图3所示的摄像区域110具备多个光电变换元件111、多个垂直传送部112、水平传送部113、电荷检测部114、A/D变换部115。
多个光电变换元件111在半导体基板上配置成行列状。多个光电变换元件111积蓄对应于受光量的信号电荷。
各垂直传送部112读取在列方向上排列的多个光电变换元件111中积蓄的信号电荷,向垂直方向(列方向)传送读取的信号电荷。
水平传送部113向水平方向(行方向)传送多个垂直传送部112传送的信号电荷。
电荷检测部114将水平传送部113传送的信号电荷变换为电压或电流。A/D变换部115将由电荷检测部114变换的电压或电流值变换为数字的影像信号,并输出变换的影像信号。
并且,摄像区域120的结构和摄像区域110的结构相同。此外,摄像区域110和摄像区域120配置在以行列状配置的多个光电变换元件111的行方向(水平方向)上。此外,例如摄像区域110和摄像区域120的多个光电变换元件111、多个垂直传送部112、水平传送部113及电荷检测部114是形成在同一半导体基板上的单芯片的半导体集成电路。
控制部130生成:垂直传送脉冲,驱动多个垂直传送部112的垂直传送;水平传送脉冲,驱动多个水平传送部113的水平传送;信号电荷基板排出脉冲,将积蓄在多个光电变换元件111中的信号电荷排出到半导体基板中。信号电荷基板排出脉冲是用于控制多个光电变换元件111的电荷积蓄时间(曝光时间)的信号。控制部130向摄像区域110及120供给共同的垂直传送脉冲、水平传送脉冲及信号电荷基板排出脉冲。
信号处理部140利用摄像区域110及120输出的影像信号计算至被摄体的距离信息,将影像信号和距离信息输出到外部。
图4是表示摄像区域110及120和透镜150及160的截面构造的示意图。如图4所示,固体摄像器件100还具备滤光器152、153、154及155。滤光器152、153、154及155例如是多层膜干涉滤光器。
来自被摄体170的反射光,通过由滤光器152、透镜150及滤光器154构成的光入射线路,入射到摄像区域110。此外,来自被摄体170的反射光,通过由滤光器153、透镜151及滤光器155构成的光入射线路,入射到摄像区域120。滤光器152形成在透镜150的上部,仅透过第一波段的光。即,通过滤光器152及透镜150,第一波段的光聚光在摄像区域110。滤光器153形成在透镜151的上部,仅通过第二波段的光。即,通过滤光器153和透镜151,第二波段的光聚光在摄像区域120。滤光器154形成在摄像区域110上,仅透过第一波段的光。滤光器155形成在摄像区域120上,仅透过第二波段的光。在此,第一波段和第二波段是近红外区域(波长700nm~1100nm)内的相互不重叠的不同波段。例如,第一波段是波长750nm~850nm的波段,第二波段是波长950nm~1050nm的波段。
图5A及图5B是表示滤光器152的截面构造的示意图。并且,滤光器153~155的截面构造与图5A或图5B相同。
图5A所示的滤光器152具备上部反射层161、隔离层162、下部反射层163。隔离层162层叠在下部反射层163上,上部反射层161层叠在隔离层162上。
上部反射层161及下部反射层163是将由3层高折射率材料构成的层164和由3层低折射率材料构成的层165交替地层叠的构造。由高折射率材料构成的层164,例如由氧化钛TiO2(折射率为2.5)构成。由低折射率材料构成的层165,例如由氧化硅SiO2(折射率为1.45)构成。隔离层1 62由高折射率材料构成,例如由氧化钛TiO2(折射率为2.5)构成。此外,滤光器1 52是将光学膜厚λ/4(λ为设定中心波长)的多层膜构造的上部反射层161和下部反射层163以隔离层162为中心对称地配置而构成的。通过这样的层构造,在反射波段中选择地形成透过波段区域,再者,通过改变隔离层162的膜厚,能够改变其透过峰值波长。
图6是表示图5A所示的滤光器152的、相对于光波长的光透过率的计算结果的图。并且,透过率的计算中使用了在电介质多层膜干涉滤光器中广为人知的特性矩阵法。如图6所示,例如通过将TiO2层164设为90nm、SiO2层165设为155nm,能够构成实线174所示特性的设定中心波长900nm的多层膜干涉滤光器。此外,通过将TiO2层164设为99nm、SiO2层165设为171nm,能够构成虚线175所示的设定中心波长1000nm的多层膜干涉滤光器。在此,隔离层162将光学膜厚设为λ/2。此外,如图6所示,图5A所示的滤光器152具有透过短波长带(波长800nm以下)的光的特性,也可以并用短波长截止光学滤光器(例如,日本朝日分光株式会社的LIO840等,图6中的双点划线176),能够仅透过波长900nm或1000nm的光。
并且,滤光器152的结构如图5B所示,也可以构成层叠了规定的膜厚及层数的TiO2和SiO2层的上部反射层166、隔离层167和下部反射层168。
图7是表示图5B所示的滤光器152的光波长与光透过率的计算结果的图。并且,图5B所示的多层膜干涉滤光器168例如是图5A所示的结构。通过设定多层膜干涉滤光器168的上部反射层161、隔离层162和下部反射层163的膜厚及层数,可以构成设定中心波长分别为800nm或1000nm的多层膜干涉滤光器。再者,通过在多层膜干涉滤光器168上层叠反射层166及167,抑制短波长侧的透过特性。由此,能够构成由图7所示的实线177表示的特性的设定中心波长800nm的多层膜干涉滤光器和由虚线178表示的设定中心波长1000nm的多层膜干涉滤光器。例如,设包含在多层膜干涉滤光器168中的TiO2层164为79nm、SiO2层165为137nm,设包含在反射层167中的最上层及最下层的TiO2层164为20nm、其他的TiO2层164为40nm、SiO2层165为68nm,设包含在反射层166中的最上层及最下层的TiO2层164为27nm、其他的TiO2层164为54nm、SiO2层165为94nm,由此能够构成设定中心波长800nm的多层膜干涉滤光器。此外,设包含在多层膜干涉滤光器168中的TiO2层164为99nm、SiO2层165为171nm,设包含在反射层167中的最上层及最下层的TiO2层164为25nm、其他的TiO2层164为50nm、SiO2层165为86nm,设包含在反射层166中的最上层及最下层的TiO2层164为35nm、其他的TiO2层164为70nm、SiO2层165为120nm,由此能够构成设定中心波长1000nm的多层膜干涉滤光器。
并且,设由高折射率材料构成的层164用氧化钛TiO2构成,但也可以由氮化硅(SiN)、氧化钽(Ta2O5)或氧化锆(ZrO2)构成。此外,设由低折射率材料构成的层165用氧化硅SiO2构成,但是,只要同作为高折射率材料使用的电介质相比折射率低即可,可以使用氧化硅SiO2以外的材料。
此外,上述的设定中心波长、隔离层的膜厚、组数是一个例子,按照希望的分光特性设定即可。
如上所述,通过使用电介质多层膜干涉滤光器,能够用通常的半导体工艺制作滤光器,不需要像以往的颜料滤光器那样在形成了固体摄像器件的受光部、布线部等之后,用与通常的半导体工艺不同的工序即片装工艺形成滤光器。因此,能够实现伴随着工艺的稳定化及生产率提高的低成本化。
再者,通过使用电介质多层膜干涉滤光器,能够只使用无机材料构成滤光器。由此,即使在高温及高照射下使用也不会发生退色现象,因此还能够作为车载用搭载在车辆的外部、发动机舱或车内等。
接着,说明本实施方式涉及的固体摄像器件100的工作。
从光源160照射的近红外光在被摄体170上反射。在被摄体170上反射的反射光,通过滤光器152仅透过第一波段的光,由透镜150聚光后,经由滤光器154照射在摄像区域110。此外,在被摄体170反射的反射光,通过滤光器153仅透过第二波段的光,由透镜151聚光后,经由滤光器155照射在摄像区域120。在此,通过在摄像区域110及120上设置滤光器154及155,经由滤光器152后由透镜150聚光的光,被滤光器155遮挡,所以不入射到摄像区域120而仅入射到摄像区域110。此外,通过滤光器153后由透镜151聚光的光,被滤光器154遮挡,所以不入射到摄像区域110而仅入射到摄像区域120。即,本发明的第一实施方式涉及的固体摄像器件100能够防止入射到摄像区域110及120的光的干涉。此外,通过具备滤光器152~154可以不设置遮光板等,所以能够简化结构。再者,在单芯片的半导体集成电路上形成了摄像区域110和摄像区域120的多个光电变换元件111、多个垂直传送部112、水平传送部113及电荷检测部114的情况下,也能够容易地遮挡不必要波段的光。
摄像区域110及120的多个光电变换元件111积蓄对应于入射光量的信号电荷。控制部130生成垂直传送脉冲,该垂直传送脉冲控制由摄像区域110及120的垂直传送部112进行的、积蓄在光电变换元件111的信号电荷的垂直传送。此外,控制部130生成水平传送脉冲,该水平传送脉冲控制由摄像区域110及120的水平传送部113进行的、由垂直传送部112垂直传送的信号电荷的水平传送。控制部130向摄像区域110及120供给共同的垂直传送脉冲及水平传送脉冲。再者,控制部130通过控制半导体基板的电压,向摄像区域110及120输出将积蓄在光电变换元件110中的信号电荷排出到半导体基板的共同的信号电荷基板排出脉冲。这样地,本发明的第一实施方式涉及的固体摄像器件100向摄像区域110及120供给共同的垂直传送脉冲、水平传送脉冲和信号电荷基板排出脉冲。由此,能够同步进行摄像区域110及120的信号电荷的读取处理(信号电荷的传送处理)。因此,可以降低摄像区域110及120输出的影像信号的时间偏差,实现摄像区域110及120的摄像特性的一致性和信号输出定时的较高的同步性。此外,通过共同的信号电荷基板排出脉冲,能够使摄像区域110及120的电荷积蓄时间相同。由此,能够降低摄像区域110及120输出的影像信号的信号电平的偏差。
摄像区域110及120的电荷检测部114将由水平传送部113水平传送的信号电荷变换为电压或电流。摄像区域110及120的A/D变换部115将由电荷检测部114变换的电压或电流值变换为数字的影像信号,并输出变换后的影像信号。
图8A及图8B是表示摄像区域110及120输出的影像信号的图像一例的图。图8A及图8B中,图像171a及171b是由摄像区域110拍摄的左图像,图像172a及172b是由摄像区域120拍摄的右图像。例如,拍摄了被摄体1 70的情况下,摄像区域110及120输出图8A所示的图像171a及172a。
信号处理部140利用摄像区域110及120输出的影像信号计算被摄体170的距离信息。
图9是说明对于图8A所示图像的信号处理部140的处理的图。信号处理部140利用左图像171a和右图像172a计算被摄体170的视差d。视差d是左图像171a和右图像172a中的被摄体170的水平方向的偏移(差分)。例如,信号处理部140比较左图像171a和右图像172a的各行的数据,判断是否一致。接着,将右图象172a的各行的数据向右侧移位,判断移位后的数据是否与左图像171a一致。重复将右图像172a的各行数据向右侧移位的动作和判断同左图像171a的一致性的处理。信号处理部140将各行的左图像171a和右图像172a最类似时的右图像172a的移位数作为视差d计算出来。并且,计算视差d的处理可以按各行的数据进行,也可以按多个行单位的数据进行。具体地说,信号处理部140重复规定次数将右图像的m行(m为1以上的整数)的像素在行方向上偏移规定像素(通常是1个像素)的处理。然后,在每个规定次数的处理中,计算出包含在偏移的m行的右图像和左图像的m行中的各像素的信号电平的差分绝对值。信号处理部140在每个规定次数的处理中计算算出的差分绝对值、每个n列(n为1以上的整数)之和。信号处理部140在每个规定次数的上述处理中算出的和比目前为止保存的和小的情况下,重新保存算出的和与执行了偏移处理的次数。然后,在规定次数的偏移处理结束之后,将被保存的偏移处理的执行次数作为视差输出到外部。例如,设偏移处理的偏移量(通常1个像素)为n像素、执行了偏移处理的次数为N次、像素间隔为Px的情况下,视差Z由Z=n×N×Px算出。信号处理部140向外部输出左图像171a、右图像172a和算出的视差d的信息。并且,信号处理部140也可以将视差d的信息附带在左图像171a或右图像172a上输出。再者,也可以合成左图像171a和右图像172a后输出。再者,信号处理部140也可以利用视差d和摄像区域110与摄像区域120的距离,计算并输出从固体摄像器件100至被摄体170的距离。并且,视差的计算方法例如记载在日本特开2003-143459号公报中。
在此,如图8B所示,左图像171b和右图像172b在垂直方向发生偏移(共极性差)的情况下,在比较一致性的各行中,因偏移导致图像不一致,所以信号处理部140的视差d的计算处理精度降低。在本发明的第一实施方式涉及的固体摄像器件100中,如上所述,通过将摄像区域110和摄像区域120的多个光电变换元件111、多个垂直传送部112、水平传送部113及电荷检测部114作为单芯片的LSI形成,能够降低右图像和左图像的垂直方向的偏移。由此,能够提高视差d的计算精度。
此外,本发明的第一实施方式涉及的固体摄像器件100向摄像区域110及120供给共同的信号电荷基板排出脉冲。由此,摄像区域110和摄像区域120的电荷积蓄时间相等,能够降低右图像和左图像的亮度差。在信号处理部140进行的视差d的计算处理(图像一致性的判断处理)中,利用图像的亮度等判断一致性。由此,本发明的第一实施方式涉及的固体摄像器件100通过向摄像区域110及120供给共同的信号电荷基板排出脉冲,能够提高视差d的计算精度。
此外,本发明的第一实施方式涉及的固体摄像器件100通过向摄像区域110及120供给共同的垂直传送脉冲及水平传送脉冲,能够使摄像区域110及120的工作同步。由此,右图像和左图像同步输出。这样,能够降低摄像区域110及120输出的右图像及左图像的时间偏差,实现摄像区域110及120的摄像特性的一致性和信号输出定时的较高的同步性。由此,能够提高视差d的计算精度。此外,不等待右图像和左图像一起输出,就进行使用摄像区域110及120输出的右图像及左图像的信号处理部140的处理,由此能够高速且有效地进行信号处理部140的处理。
此外,由具备多个外部输入输出端子的单封装构成摄像区域110及120的情况下,通过使用共同的垂直传送脉冲、水平传送脉冲及信号电荷基板排出脉冲,能够削减封装的端子数。图10是表示由单封装构成的摄像区域110及120的结构的示意图。如图10所示,通过将输入垂直传送脉冲、水平传送脉冲及信号电荷基板排出脉冲的输入电极中的至少1个和共同的外部输入端子连接,例如能够削减外部输入端子180。并且,在图10中仅削减了1个外部输入端子,也可以削减与共同供给的信号对应的多个外部输入端子。
此外,作为摄像区域110及120,能够容易地转用民用的图形传感器芯片。由此,能够降低成本。该情况下,通过特别是将输入垂直传送脉冲、水平传送脉冲及信号电荷基板排出脉冲的输入电极中的至少1个和共同的外部输入端子连接,能够削减封装的端子数。
以上说明了本发明的实施方式涉及的固体摄像器件100,但本发明并不限定于该实施方式。
例如,在上述说明中,设摄像区域110和摄像区域120的多个光电变换元件111、多个垂直传送部112、水平传送部113及电荷检测部114是单芯片的LSI,也可以形成在不同的半导体基板上并且配置在同一基板(例如印刷电路板或管芯焊盘(die pad)等)上。即,摄像区域110和摄像区域120的多个光电变换元件111、多个垂直传送部112、水平传送部113及电荷检测部114也可以由不同的芯片构成。通过将摄像区域110和摄像区域120的多个光电变换元件111、多个垂直传送部112、水平传送部113及电荷检测部114由不同的芯片构成,能够容易地加大配置摄像区域110和摄像区域120的多个光电变换元件111的距离。通过加大配置摄像区域110和摄像区域120的多个光电变换元件111的距离,能够提高计算从固体摄像器件100至被摄体170的距离时的精度。另一方面,如上所述将摄像区域110和摄像区域120的多个光电变换元件111用单芯片构成的情况下,为了加大摄像区域110和摄像区域120的多个光电变换元件111的距离,需要增加芯片面积,导致成本增加。但是,在将摄像区域110和摄像区域120的多个光电变换元件111、多个垂直传送部112、水平传送部113及电荷检测部114用不同芯片构成的情况下,同利用单芯片构成时相比,具有增加特性偏差、以及在基板上配置时的水平方向及垂直方向的偏移的缺点。并且,在将摄像区域110和摄像区域120的多个光电变换元件111、多个垂直传送部112、水平传送部113及电荷检测部114用不同芯片构成的情况下,通过使用由相同的制造工序形成的摄像区域110和摄像区域120的多个光电变换元件111、多个垂直传送部112、水平传送部113及电荷检测部114,最好是使用在同一晶片上形成的摄像区域110和摄像区域120的多个光电变换元件111、多个垂直传送部112、水平传送部113及电荷检测部114,能够降低摄像区域110和摄像区域120的多个光电变换元件111、多个垂直传送部112、水平传送部113及电荷检测部114的特性偏差。
此外,在上述说明中,滤光器152形成在透镜150的上部、滤光器153形成在透镜151的上部,但也可以是,滤光器152形成在透镜150的下部、滤光器153形成在透镜151的下部。
此外,上述说明中,第一波段和第二波段是相互不重叠的不同波段,但也可以是,第一波段的一部分和第二波段的一部分重叠。例如,滤光器152透过的波段中透过率为50%以下的区域,也可以被包含在滤光器153透过的波段的一部分中。
此外,上述说明中,滤光器154仅透过第一波段的光,但也可以是仅透过包含在第一波段中的波段。即,滤光器152仅透过第一波段(例如波长750nm~850nm)的光,滤光器154仅透过包含在第一波段中的波段(例如波长770nm~830nm)的光。再者,滤光器154透过不包含在第一波段中的波段,作为透过率低的波段。例如,只要透过率为30%以下,滤光器154也可以具有包括不包含在第一波段(例如波长750nm~850nm)中的波段的宽波段的频率特性(例如波长700nm~900nm)。
同样地,滤光器155也可以仅透过包含在第二波段中的波段。再者,也可以是,滤光器155作为透过率低的波段,透过不包含在第二波段中的波段。
(第二实施方式)
本发明的第二实施方式涉及的固体摄像装置,具有修正2个摄像区域拍摄的图像的垂直方向偏移的功能。由此,在2个摄像区域拍摄的图像发生垂直方向的偏移时,能够实现较高的共极性。
首先,说明本发明的第二实施方式涉及的固体摄像器件的结构。
图11是表示本发明的第二实施方式涉及的固体摄像器件的结构的图。并且,对于与图2相同的要素赋予相同的标记,省略详细的说明。
图11所示的固体摄像器件200同图2所示的固体摄像器件100的不同点在于,具备控制部230的结构、调整值计算部210及调整值保存部220。
调整值计算部210根据摄像区域110及120输出的影像信号,计算摄像区域110及120输出的影像信号的垂直方向的偏移。具体地说,调整值计算部210计算对于摄像区域110输出的影像信号的图像的、摄像区域120输出的影像信号的图像的表示垂直方向的像素的偏移的值,即调整值221。例如,在图8B所示的左图像171b及172b的例子中,调整值计算部210计算左图像171b和右图像172b的垂直方向的偏移173。例如,调整值计算部210从左图像171b和右图像172b的图像数据中抽取分别一致的特别点,将像素数据的Y地址的差分作为调整值221输出。例如,调整值计算部210比较左图像171b和右图像172b的数据,判断是否一致。接着,调整值计算部210将右图像172b的数据向下侧移位,判断移位后的数据是否与左图像171b一致。调整值计算部210每当进行将右图像172b的数据向下侧移位规定次数的动作时,进行判断与左图像171b的一致性的处理。接着,调整值计算部210将向下侧移位之前的右图像172b的数据向上侧移位,判断移位后的数据是否与左图像171b一致。调整值计算部210在每次将右图像172b的数据向上侧移位规定次数的动作时,进行判断与左图像171b的一致性的处理。在规定次数的一致性判断处理之后,调整值计算部210将图像最一致的移位次数作为调整值221输出。此外,由调整值计算部210进行的左图像171b及右图像172b的一致性判断处理,也可以以左图像171b及右图像172b的规定列为单位进行。
调整值计算部210例如在固体摄像器件200的电源接通时进行上述的调整值221的计算处理。此外,也可以是,调整值计算部210每隔规定的时间、或者按照来自外部的操作,进行上述的调整值221的计算处理。
调整值保存部220保存调整值计算部210计算出的调整值221。
控制部230向摄像区域110及120供给共同的水平传送脉冲及信号电荷基板排出脉冲。此外,控制部230输出个别的垂直传送脉冲231及232。
图12是表示如图8所示地左图像171b及右图像172b在垂直方向偏移时的、控制部230输出的垂直传送脉冲231及232的一例的图。在图8中,摄像区域110输出的左图像171b比摄像区域120输出的右图像172b向上侧偏移10个像素。
如图12所示,在施加了将积蓄在光电变换元件111中的信号电荷读取到垂直传送部112的读取脉冲240之后,在垂直传送脉冲241的定时,依次由垂直传送部112进行信号电荷的垂直传送。
如图12所示,控制部230在向摄像区域110施加了读取脉冲240之后,在期间T1,施加具有与调整值保存部220保存的调整值221相对应的数值(例如10级)的传送速度的快速的垂直传送脉冲241。由此,摄像区域110的垂直传送部112高速地传送摄像区域110的10行的信号电荷。即,高速地传送与摄像区域110所拍摄的左图像和摄像区域120所拍摄的右图像的偏移相当的行数的信号电荷。此外,如图12所示,控制部230在向摄像区域110高速地施加垂直传送脉冲241的期间T1,不向摄像区域120施加垂直传送脉冲241。控制部230在期间T1中向摄像区域110施加了高速的垂直传送脉冲241之后,在期间T2,以通常的传送速度(通常的周期)向摄像区域110及120施加同步的相同的垂直传送脉冲241。即,控制部230向摄像区域110及120施加读取脉冲240,然后,向摄像区域110和摄像区域120中的、对于相同被摄体的影像信号的输出定时较迟的一个,施加与调整值221对应的次数的垂直传送脉冲241,之后,向摄像区域110及120施加相同的垂直传送脉冲241。
如上所述,通过施加图12所示的垂直传送脉冲231和232,摄像区域110及120能够输出修正了垂直方向偏移的影像信号。由此,本发明的第二实施方式涉及的固体摄像器件200,例如因透镜等的配置偏移而导致摄像区域110及120输出的影像信号中产生偏移的情况下,也能够修正影像信号的偏移,输出共极性较高的影像信号。这样,能够计算出精度高的视差信息。
此外,在期间T1,对于要进行偏移修正的行,以高速的传送速度进行垂直传送。由此,能够在短时间进行必要行的读取。
此外,在摄像区域110及120输出的影像信号中没有偏移的情况下,控制部230进行与上述第一实施方式涉及的固体摄像器件100同样的工作,所以能得到与上述的第一实施方式涉及的固体摄像器件100同样的效果。
而且,在上述说明中,控制部230输出个别的垂直传送脉冲231及232,但也可以是,控制部230根据调整值保存部220保存的调整值221,切换向摄像区域110及120输出共同的垂直传送脉冲的状态和输出个别的垂直传送脉冲231及232的状态。具体地说,控制部230在调整值保存部220保存的调整值221为零时,向摄像区域110及120供给共同的垂直传送脉冲,在调整值保存部220保存的调整值221为非零时,向摄像区域110及120供给个别的垂直传送脉冲231及232。再者,也可以是,控制部230在调整值221小于规定值时,向摄像区域110及120供给共同的垂直传送脉冲,在调整值221大于等于规定值时,向摄像区域110及120供给个别的垂直传送脉冲231及232。
此外,在上述说明中,调整值计算部210计算并输出调整值221,调整值221也可以从外部输入。例如,在出厂等时,外部的装置利用从固体摄像器件200输出的影像信号计算调整值221,将算出的调整值221输入到固体摄像器件200,在调整值保存部220保存。并且,从外部输入调整值221时,固体摄像器件200也可以不具备调整值计算部210。
(第三实施方式)
本发明的第三实施方式涉及的固体摄像器件,变更2个摄像区域中的电荷积蓄时间。由此,通过合成2个摄像区域输出的影像信号,能够得到动态范围宽的影像信号。
首先,说明本发明的第三实施方式涉及的固体摄像器件的结构。
图13是表示本发明的第三实施方式涉及的固体摄像器件的结构的图。并且,对于与图2相同的要素赋予相同的标记,省略详细的说明。
图13所示的固体摄像器件300与图2所示的第一实施方式涉及的固体摄像器件100不同之处在于,控制部330的结构和具备图像合成部340这一点。
控制部330向摄像区域110及120供给共同的垂直传送脉冲和水平传送脉冲。此外,控制部330输出个别的信号电荷基板排出脉冲331和332。
图像合成部340合成摄像区域110及120输出的影像信号,将合成的影像信号输出到外部。
并且,用单芯片形成摄像区域110和摄像区域120的光电变换元件111、垂直传送部112及水平传送部113的情况下,形成有摄像区域110和摄像区域120的光电变换元件111、垂直传送部112及水平传送部113的半导体基板的区域相互绝缘。
接着,说明本发明的第三实施方式涉及的固体摄像器件300的工作。
例如,控制部330向摄像区域110供给信号电荷基板排出脉冲331,向摄像区域120供给信号电荷基板排出脉冲332,使得摄像区域110的电荷积蓄时间比摄像区域120的电荷积蓄时间长。具体地说,控制部330使施加读取被积蓄在光电变换元件111中的信号电荷的读取脉冲之前的、信号电荷基板排出脉冲331的脉冲为高电平的区间结束的定时(成为反相的定时),比信号电荷基板排出脉冲332的脉冲为高电平的区间结束的定时早。即,在较暗场所也能够进行良好的摄像。此外,电荷积蓄时间较长的摄像区域110,对于亮度高的像会产生白色拖尾。另一方面,电荷积蓄时间较短的摄像区域120,能够以高灵敏度拍摄亮度高的像。即,在明亮的场所能够进行良好的摄像。此外,电荷积蓄时间短的摄像区域120,对于亮度低的像会产生黑块。
图像合成部340合成摄像区域110及摄像区域120输出的影像信号,并输出合成的影像信号。即,图像合成部340通过分别抽出并合成能够以高灵敏度拍摄的波段不相同的影像信号的、高灵敏度的波段,能够生成动态范围宽的影像信号。
如上所述,本发明的第三实施方式涉及的固体摄像器件300通过向摄像区域110及120供给不同的信号电荷基板排出脉冲,能够输出动态范围宽的影像信号。
并且,控制部330也可以具有向摄像区域110及120输出共同的信号电荷基板排出脉冲的状态和输出个别的信号电荷基板排出脉冲331及332的状态。也可以是,例如控制部330根据来自外部的操作(指令等的输入),切换向摄像区域110及120供给共同的信号电荷基板排出脉冲的状态和供给个别的信号电荷基板排出脉冲331及332的状态。
此外,在上述说明中,固体摄像器件300具备图像合成部340,但也可以是,不具备图像合成部340,向外部输出摄像区域110及摄像区域120输出的2个影像信号,外部的装置合成所输出的2个影像信号,生成动态范围较宽的影像信号。
此外,在上述说明中,控制部330向摄像区域110及120供给共同的垂直传送脉冲,但为了实现第二实施方式所示的修正垂直方向的偏移的功能,也可以向摄像区域110及120供给个别的垂直传送脉冲。由此,能够降低在垂直方向有偏移时的图像合成部340的处理负载。
(第四实施方式)
上述的第一实施方式涉及的固体摄像器件100通过利用使不同波长的光透过的滤光器152~155,控制了向摄像区域110及120入射的光。但是,向2个摄像区域110及120入射的光的波长各不相同,在输出的影像信号的图像中产生差异。
本发明的第四实施方式涉及的固体摄像器件除了2个摄像区域以外,还具有进行修正的摄像区域。由此,能够进行拍摄的影像信号的修正,降低2个摄像区域输出的图像之差。
首先,说明本发明的第四实施方式涉及的固体摄像器件的结构。
图14是表示本发明的第四实施方式涉及的固体摄像器件的结构的图。并且,对于与图2相同的要素赋予相同标记,省略详细的说明。
图14所示的固体摄像器件400是,在图2所示的第一实施方式涉及的固体摄像器件100的基础上,还具备摄像区域410、平均值计算部420、图像修正部430、透镜440。
透镜440将来自被摄体170的反射光聚光在摄像区域410。
摄像区域410是CCD图像传感器,输出与入射光相对应的信号。摄像区域410将来自被摄体的反射光变换为电信号,输出变换后的电信号。例如,摄像区域410是图3所示的结构。此外,摄像区域410的光电变换元件111、垂直传送部112及水平传送部113,是在与摄像区域110及120的光电变换元件111、垂直传送部112及水平传送部113相同的半导体基板上作为单芯片的LSI而形成。
图15是表示摄像区域110、120及410的剖面构造的示意图。并且,摄像区域110、120、透镜150、151及滤光器152~155的结构与图4所示的第一实施方式的结构相同,省略详细的说明。如图15所示,固体摄像器件400还具备滤光器441和442。此外,摄像区域410形成在摄像区域110和摄像区域120之间。
滤光器441及442是多层膜干涉滤光器,例如是与上述的第一实施方式相同的图5A或图5B所示的结构。来自被摄体170的反射光,通过由滤光器441、透镜440及滤光器442构成的光入射路线,入射到摄像区域410。滤光器441形成在透镜440的上部。滤光器441使包含滤光器152及154透过的第一波段(例如,波长750nm~850nm)和滤光器153及155透过的第二波段(例如,波长950nm~1050nm)的第三波段(例如,波长750nm~1050nm)的光透过。即,通过滤光器441及透镜440,第三波段的光聚光在摄像区域410。滤光器442形成在摄像区域410上。
图16是从上面看滤光器442的结构的示意图。如图16所示,滤光器442包括透过第一波段的光的滤光器443和透过第二波段的光的滤光器444。滤光器443及444例如配置成栅格状。并且,滤光器443及444的配置不限定于栅格状,例如也可以是行方向或列方向的条子状,也可以配置成将区域划分为2部分(例如,在图16的右半部配置滤光器443,在左半部配置滤光器444)。此外,各滤光器443及444分别对应于摄像区域410的多个光电变换元件111,分别形成在多个光电变换元件111上。
平均值计算部420计算摄像区域410输出的各像素的信号的平均值。具体地说,平均值计算部420计算由对应于滤光器443的光电变换元件111进行了光电变换的信号的平均值y1、和由对应于滤光器444的光电变换元件111进行了光电变换的信号的平均值y2。
图像修正部430基于平均值计算部420算出的平均值y1及y2,修正摄像区域110及120输出的影像信号的各像素的信号。具体地说,图像修正部430对摄像区域110输出的影像信号的各像素的信号Y1进行下述式1所示的运算,计算出修正后的各像素的信号Y11。
Y11=Y1×(y2/y1)    (式1)
或者,图像修正部430对摄像区域120输出的影像信号的各像素的信号Y2进行下述式2所示的运算,计算出修正后的各像素的信号Y22。
Y22=Y2×(y1/y2)    (式2)
接着,说明固体摄像器件400的工作。
从光源160照射的近红外光,由被摄体170反射。由被摄体170反射的反射光,通过滤光器152仅透过第一波段的光,由透镜150聚光后,经由滤光器154照射摄像区域110。此外,由被摄体170反射的反射光,通过滤光器153仅透过第二波段的光,由透镜151聚光后,经由滤光器155照射摄像区域120。此外,由被摄体170反射的反射光,通过滤光器441仅透过包含第一波段及第二波段的第三波段的光,由透镜440聚光后,经由滤光器442照射摄像区域410。
摄像区域110对第一波段的光进行光电变换,输出影像信号Y1。摄像区域120对第二波段的光进行光电变换,输出影像信号Y2。在摄像区域410的滤光器443的下部形成的光电变换元件111,对第一波段的光进行光电变换,输出信号。在摄像区域410的滤光器444的下部形成的光电变换元件111,对第二波段的光进行光电变换,输出信号。
平均值计算部420计算与摄像区域410输出的滤光器443对应的光电变换元件111的信号的平均值y1、和与滤光器444相对应的光电变换元件111的信号的平均值y2。
图像修正部430利用通过上述式1由平均值计算部420算出的平均值y1及y2,对摄像区域110输出的影像信号Y1进行修正,输出修正后的影像信号Y11。此外,也可以是,图像修正部430不进行基于上述式1的修正,而是利用通过上述式2由平均值计算部420算出的平均值y1及y2,对摄像区域120输出的影像信号Y2进行修正,输出修正后的影像信号Y22。
信号处理部140将修正后的影像信号Y11作为左图像、摄像区域120输出的影像信号Y2作为右图像,计算左图像和右图像的视差d。此外,也可以是,信号处理部140将摄像区域110输出的图像Y1作为左图像、修正后的影像信号Y22作为右图像,计算左图像和右图像的视差d。而且,信号处理部1 40中的视差d的计算与第一实施方式相同,省略说明。信号处理部140向外部输出左图像、右图像、算出的视差d的信息。
如上所述,本发明的第四实施方式涉及的固体摄像器件400使用在摄像区域410进行了光电变换的、与第一波段的光对应的信号的平均值y1、和与第二波段的光对应的信号的平均值y2,对由摄像区域110及120拍摄的影像信号进行修正。由此,能够降低入射到摄像区域110及120的光的波段之差产生的、摄像区域110及120输出的影像信号的差别。
并且,在上述说明中,摄像区域410形成在摄像区域110和摄像区域120之间,但是,形成摄像区域410的位置不限定于此。例如,也可以形成在图15中的摄像区域120的左侧、或者图15中的摄像区域120的右侧。而且,也可以形成在图15中的摄像区域110及120的里侧或前侧。
此外,在上述说明中,摄像区域110、摄像区域120、摄像区域410的光电变换元件111、多个垂直传送部112及水平传送部113作为单芯片的LSI而形成,但是,摄像区域410的光电变换元件111、垂直传送部112及水平传送部113也可以形成在摄像区域110及120的光电变换元件111、垂直传送部112及水平传送部113以外的芯片上。图17是表示用不同的芯片构成了摄像区域410和摄像区域110及120时的摄像区域110、120及410的剖面结构的示意图。如图17所示,用不同芯片形成摄像区域410和摄像区域110及120,通过遮光板450进行单封装化。此外,摄像区域410和摄像区域110及120也可以用不同封装构成。
而且,在上述说明中,固体摄像器件400在透镜440的上部具备使包含第一波段及第二波段的第三波段的光透过的滤光器441,但是,滤光器441也可以形成在透镜440的下部。再者,也可以不具备滤光器441。
此外,在上述说明中,图像修正部430进行了上述式1或式2所示的运算,但是,除了上述式1或式2所示的运算以外,还可以进行规定的常数倍及规定值的加法运算中的至少一个。
此外,在上述说明中,平均值计算部420计算了摄像区域410输出的、与滤光器443对应的光电变换元件111的信号的平均值y1和与滤光器444对应的光电变换元件111的信号的平均值y2,但是,平均值计算部420也可以计算摄像区域410输出的、与滤光器443对应的光电变换元件111的信号中的除最大信号及最小信号以外的信号的平均值y11,和与滤光器444对应的光电变换元件111的信号中的除最大信号及最小信号以外的信号的平均值y22。再者,图像修正部430也可以代替上述式1或式2的平均值y1及y2,而是使用除最大信号及最小信号以外的信号的平均值y11及y22进行运算。由此,能够降低白痕、黑痕等的像素缺陷引起的精度的下降。
此外,在上述说明中,摄像区域410的结构与摄像区域110及120相同,但是,摄像区域410的结构也可以不同于摄像区域110及120。例如,摄像区域410具有的光电变换元件111的数量也可以不同于摄像区域110及120具有的光电变换元件111的数量。此外,也可以是,摄像区域410具备的光电变换元件111不配置成二维状(行列状),而是配置成一维状。
(第五实施方式)
在上述的第一实施方式中,说明了向由CCD图像传感器构成的2个摄像区域供给相同的控制信号的固体摄像器件100,在本发明的第五实施方式中,说明向由CMOS图像传感器构成的2个摄像区域供给相同的控制信号的固体摄像器件。
首先,说明本发明的第五实施方式涉及的固体摄像器件的结构。
图18是表示本发明的第五实施方式涉及的固体摄像器件的结构的图。并且,对于与图2相同的要素赋予相同的标记,省略详细的说明。
图18所示的固体摄像器件500输出被摄体170的影像信息及距离信息。固体摄像器件500例如是在车辆上搭载的、具有使用了近红外光的夜视功能的摄像机。固体摄像器件500具备摄像区域510及520、控制部530、信号处理部140、透镜150及151、光源160。
透镜150将来自被摄体170的光聚光在摄像区域510。透镜151将来自被摄体170的光聚光在摄像区域520。
摄像区域510及520是CMOS图像传感器,输出与入射光对应的影像信号。摄像区域510及520分别将来自被摄体170的反射光变换为电信号,将变换后的电信号作为影像信号输出。摄像区域510及520例如是在同一半导体基板上形成的单芯片的半导体集成电路。
图19是表示摄像区域510及520的结构的图。图19所示的摄像区域510具备多个光电变换元件511、垂直扫描部512、水平扫描部513和A/D变换部514。
多个光电变换元件511在半导体基板上配置成行列状。多个光电变换元件511积蓄与受光量对应的信号电荷。
垂直扫描部512依次选择多个光电变换元件511中的、与各行对应的光电变换元件511。
水平扫描部513依次选择多个光电变换元件511中的、与各列对应的光电变换元件511。
在由垂直扫描部512选择了行、由水平扫描部513选择了列的光电变换元件511中积蓄的信号电荷,被变换为电压或电流,输入到A/D变换部514。A/D变换部514将输入的电压或电流从模拟信号变换为数字信号,将变换的数字信号作为影像信号输出。
此外,摄像区域520的结构与摄像区域510的结构相同。此外,摄像区域510和摄像区域520配置在以行列状配置的多个光电变换元件511的行方向(水平方向)上。
控制部530生成开始垂直扫描部512的行选择的垂直同步信号、开始水平扫描部513的列选择的水平同步信号和控制垂直扫描部512的驱动定时的电荷积蓄控制信号。电荷积蓄控制信号是用于控制多个光电变换元件511的电荷积蓄时间(曝光时间)的信号。控制部530向摄像区域510及520供给共同的垂直同步信号、水平同步信号及电荷积蓄控制信号。
信号处理部140利用摄像区域510及520输出的影像信号计算被摄体的距离信息,向外部输出影像信号和距离信息。
此外,摄像区域510及520和透镜150及160的剖面结构和图4相同,省略详细的说明。
下面,说明本实施方式涉及的固体摄像器件500的工作。
从光源160照射的近红外光,由被摄体170反射。由被摄体170反射的反射光,通过滤光器152仅透过第一波段的光,由透镜150聚光后,经由滤光器154照射摄像区域510。此外,由被摄体170反射的反射光,通过滤光器153仅透过第二波段的光,由透镜151聚光后,经由滤光器155照射摄像区域520。在此,通过在摄像区域110及120上具备滤光器154及155,经由滤光器152后由透镜150聚光的光被滤光器155遮断,所以不入射到摄像区域520,仅入射到摄像区域510。此外,经由滤光器153后由透镜151聚光的光被滤光器154遮断,所以不入射到摄像区域510,仅入射到摄像区域520。即,本发明的第五实施方式涉及的固体摄像器件500能够防止向摄像区域510及520入射的光的干涉。
摄像区域510及520的多个光电变换元件511积蓄与入射光量对应的信号电荷。控制部530生成开始摄像区域510及520的垂直扫描部512的行选择的垂直同步信号、开始水平扫描部513的列选择的水平同步信号、和控制垂直扫描部512的驱动定时的电荷积蓄控制信号。垂直扫描部512利用来自控制部530的垂直同步信号,依次选择以行列状配置的光电变换元件511的行。水平扫描部513利用来自控制部530的水平同步信号,依次选择以行列状配置的光电变换元件511的列。摄像区域510及520的A/D变换部514将由垂直扫描部512选择了行、由水平扫描部513选择了列的光电变换元件511中积蓄的信号电荷,依次变换为数字信号,输出数字化的影像信号。
如此地,固体摄像器件500向摄像区域510及520供给共同的垂直同步信号及水平同步信号。由此,能够同步进行摄像区域510及520中的信号电荷的读取处理(信号电荷的传送处理)。这样,能够降低摄像区域510及520输出的影像信号的时间上偏差,实现摄像区域510及520的摄像特性的同一性和信号输出定时的高的同步性。此外,通过电荷积蓄控制信号的共同化,能够使摄像区域510及520的电荷积蓄时间相同。由此,摄像区域510及520输出的影像信号的信号电平会相同,能够高精度且高效地进行视差的计算。
此外,信号处理部140的处理与第一实施方式相同,省略说明。
如上所述,本发明的第五实施方式涉及的固体摄像器件500通过将摄像区域510及520作为单芯片的LSI而形成,能够降低右图像(摄像区域520输出的影像信号)和左图像(摄像区域510输出的影像信号)的垂直方向的偏移。由此,能够提高视差d的计算精度。
此外,本发明的第五实施方式涉及的固体摄像器件500向摄像区域510及520供给共同的电荷积蓄控制信号。由此,摄像区域510和摄像区域520的电荷积蓄时间会相等,能够降低右图像和左图像的亮度差。在信号处理部140进行的视差d的计算处理(图像一致性的判断处理)中,根据图像的亮度等判断一致性。因此,本发明的第五实施方式涉及的固体摄像器件500通过向摄像区域510及520供给共同的电荷积蓄控制信号,能够提高视差d的计算精度。
此外,本发明的第五实施方式涉及的固体摄像器件500通过向摄像区域510及520供给共同的垂直同步信号及水平同步信号,能够使摄像区域510及520的工作同步。由此,右图像和左图像同步输出。因此,降低摄像区域510及520输出的右图像及左图像的时间上偏差,能够实现摄像区域510及520的摄像特性的同一性和信号输出定时的高同步性。由此,能够提高视差d的计算精度。此外,不必等待右图像和左图像都输出就能进行利用摄像区域510及520输出的右图像及左图像的信号处理部140的处理,能够高速且高效地进行信号处理部140的处理。
而且,与上述的第一实施方式相同,用单封装构成摄像区域510及520的情况下,通过垂直同步信号、水平同步信号及电荷积蓄控制信号的共同化,能够削减封装的外部输入端子的数量。
并且,在上述说明中,摄像区域510及520是单芯片的LSI,但也可以形成在不同的半导体基板上,并配置在相同的基板(例如电路板或管芯焊盘等)上。即,摄像区域510及520也可以由不同的芯片构成。通过由不同的芯片构成摄像区域510及520,可以容易地增加配置摄像区域510和520的距离。通过增加配置摄像区域510和520的距离,可以提高从固体摄像器件500到被摄体170的距离计算的精度。另一方面,如上所述地由单芯片构成了摄像区域510及520的情况下,为了增加摄像区域510和520的距离,需要增加芯片面积,导致成本增加。但是,由不同的芯片构成了摄像区域510和520的情况下,同由一个芯片构成的情况相比,存在增加了特性偏差和在基板上配置时的水平方向及垂直方向的偏移的缺点。此外,由不同的芯片构成了摄像区域510及520的情况下,通过使用在相同的制造工序形成的摄像区域510及520、最好是在同一晶片上摄像区域510及520,能够降低摄像区域510及520的特性偏差。
此外,摄像区域510及520的结构不限定于图19所示的结构。图20是表示固体摄像器件500中的摄像区域510及520的变形例的结构的图。例如图20所示,摄像区域510及520也可以具备:A/D变换部515,将以行列状配置的光电变换元件511的各列的信号电荷变换为数字信号;以及输出部516,将由A/D变换部515变换的数字信号作为影像信号向外部输出。通过具备将各列的信号电荷变换为数字信号的A/D变换器515,能够高速地进行A/D变换。
(第六实施方式)
在上述的第二实施方式中,说明了具有对由CCD图像传感器构成的2个摄像区域拍摄的图像的垂直方向的偏移进行修正的功能的固体摄像器件200,但在本发明的第六实施方式中,说明具有对由CMOS图像传感器构成的2个摄像区域拍摄的图像的垂直方向的偏移进行修正的功能的固体摄像器件。
图21是表示本发明的第六实施方式涉及的固体摄像器件的结构的图。此外,对于与图11或图18相同的要素赋予相同标记,省略详细说明。
图21所示的固体摄像器件600同图18所示的固体摄像器件500相比,不同点在于控制部630的结构和具备调整值计算部210及调整值保存部220这一点。此外,调整值计算部210及调整值保存部220与图11所示的调整值计算部210及调整值保存部220相同。
调整值计算部210利用摄像区域510及520输出的影像信号,计算出摄像区域510及520输出的影像信号的垂直方向的偏移。
调整值保存部220保存调整值计算部210算出的调整值221。
控制部630向摄像区域510及520供给共同的垂直同步信号、水平同步信号及电荷积蓄控制信号。此外,控制部630从与调整值保存部220保存的调整值221对应的行,生成开始摄像区域510的垂直扫描部512的行选择的行控制信号631、和开始摄像区域520的垂直扫描部512的行选择的行控制信号632。
图22是表示图8B所示地左图像171b及右图像172b在垂直方向偏移时的、摄像区域510及520的垂直扫描部512排出积蓄在光电变换元件511中的信号电荷的定时和行选择的定时的图。此外,在图8B中,摄像区域510输出的左图像171b比摄像区域520输出的右图像172b向上侧偏移10个像素。
如图22所示,摄像区域510及520的垂直扫描部512利用从控制部630供给的共同的电荷积蓄控制信号,控制多个光电变换元件511,使得从排出各行的光电变换元件511保存的信号电荷起到选择该行为止的时间、即电荷积蓄时间T3相同。此外,摄像区域510及520的垂直扫描部512利用从控制部630供给的共同的垂直同步信号,按相同的周期T4选择各行。
如图8B所示,在左图像171b比摄像区域520输出的右图像172b向上侧偏移10个像素的情况下,控制部630向摄像区域510的垂直扫描部512供给从不进行修正时最初选择的行、即y行(例如,以行列状配置的光电变换元件511的最上一行)开始进行行选择的行控制信号631,向摄像区域520的垂直扫描部512供给从y+10行(例如,以行列状配置的光电变换元件511的从上面起第11行)开始进行行选择的行控制信号632。由此,摄像区域510的垂直扫描部512从y行开始选择,在每个周期T4选择增加了1的行。摄像区域520的垂直扫描部512从y+10行开始选择,在每个周期T4选择增加了1的行。
如上所述,本发明的第六实施方式涉及的固体摄像器件600在摄像区域510和520中的一个摄像区域中,从增加了与摄像区域510拍摄的左图像和摄像区域520拍摄的右图像的偏移相当的行数的行开始行选择。由此,摄像区域510及520能够输出修正了垂直方向的偏移的影像信号。由此,本发明的第六实施方式涉及的固体摄像器件600,例如因透镜等的配置偏移而引起摄像区域510及520输出的影像信号中发生了偏移的情况下,也能够修正影像信号的偏移,输出共极性较高的影像信号。由此,能够计算精度较高的视差信息。
(第七实施方式)
在上述的第三实施方式中,说明了变更由CCD图像传感器构成的2个摄像区域中的电荷积蓄时间的固体摄像器件300,但在本发明的第七实施方式中,说明变更由CMOS图像传感器构成的2个摄像区域中的电荷积蓄时间的固体摄像器件。
首先,说明本发明的第七实施方式涉及的固体摄像器件的结构。
图23是表示本发明的第七实施方式涉及的固体摄像器件的结构的图。此外,对于与图13或图18相同的要素赋予相同标记,省略详细的说明。
图23所示的固体摄像器件700同图18所示的第五实施方式涉及的固体摄像器件相比,控制部730的结构和具备图像合成部340这一点不同。此外,图像合成部340与图13所示的图像合成部340相同。
控制部730向摄像区域510及520供给共同的垂直同步信号及水平同步信号。此外,控制部730向摄像区域510及520输出个别的电荷积蓄控制信号731及732。
图像合成部340合成摄像区域510及520输出的影像信号,向外部输出合成的影像信号。
接着,说明本发明的第七实施方式涉及的固体摄像器件700的工作。
例如,控制部730向摄像区域510供给电荷积蓄控制信号731、向摄像区域520供给电荷积蓄控制信号732,使得摄像区域510的电荷积蓄时间比摄像区域520的电荷积蓄时间长。
图24是表示摄像区域510及520的垂直扫描部512排出积蓄在光电变换元件511中的信号电荷的定时和行选择的定时的图。如图24所示,利用电荷积蓄控制信号731,例如在摄像区域510设定与行选择的6个周期相当的电荷积蓄时间T5。此外,利用电荷积蓄控制信号732,例如在摄像区域520设定与行选择的3个周期相当的电荷积蓄时间T6。电荷积蓄时间较长的摄像区域510,能够以高灵敏度拍摄亮度低的像。即,能够在较暗场所进行良好的摄像。此外,电荷积蓄时间较长的摄像区域510对亮度高的像会产生白色拖尾。另一方面,电荷积蓄时间较短的摄像区域520能够以高灵敏度拍摄亮度高的像。即,能够在明亮场所进行良好的摄像。此外,电荷积蓄时间短的摄像区域520,对于亮度低的像会产生黑块。
图像合成部340合成摄像区域510及摄像区域520输出的影像信号,并输出合成的影像信号。即,图像合成部340通过分别抽取并合成能够以高灵敏度拍摄的波段不同的影像信号的高灵敏度的波段,能够生成动态范围宽的影像信号。
如上所述,本发明的第七实施方式涉及的固体摄像器件700向摄像区域510及520供给不同的电荷积蓄控制信号,能够输出动态范围宽的影像信号。
此外,也可以具有响摄像区域510及520输出共同的电荷积蓄控制信号的状态和输出个别的电荷积蓄控制信号731及732的状态。例如,也可以是,控制部730根据来自外部的操作(指令等的输入),切换向摄像区域510及520供给共同的电荷积蓄控制信号的状态和供给个别的电荷积蓄控制信号731及732的状态。
此外,在上述说明中,固体摄像器件700具备图像合成部340,也可以不具备图像合成部340,而是向外部输出摄像区域510及摄像区域520输出的2个影像信号,外部装置对输出的这2个影像信号进行合成,从而生成动态范围宽的影像信号。
此外,上述第六实施方式及第七实施方式中说明的CMOS图像传感器的电子快门方式是,对于每个像素(在上述实施方式的说明中是行),将积蓄在光电变换元件中的信号电荷作为不要电荷排出,在希望的电荷积蓄时间之后作为影像信号读取的方式。另一方面,还已知有具备称为全域快门(global shutter)的、实现全部像素同时性的电子快门方式的CMOS图像传感器。全域快门方式的CMOS图像传感器具备对应于各光电变换元件的信号积蓄部,通过全像素共同的电荷排出脉冲同时读取或排出积蓄在光电变换元件中的信号电荷。全域快门方式的CMOS图像传感器利用全像素共同的信号电荷读取脉冲将信号电荷积蓄到与各像素对应的信号积蓄部,由垂直扫描部和水平扫描部依次输出信号。全像素共同的电荷排出脉冲是相当于CCD图像传感器中的信号电荷基板排出脉冲331及332的脉冲,全像素共同的信号电荷读取脉冲是相当于CCD图像传感器中的读取脉冲240的脉冲。为了使全域快门方式的CMOS图像传感器中的上述第六实施方式所示的摄像区域510及摄像区域520的电荷积蓄时间相同,只要与CCD图像传感器相同地向摄像区域510和摄像区域520供给共同的电荷排出脉冲和信号电荷读取脉冲就可以。此外,为了在上述第七实施方式所示的摄像区域510及摄像区域520实现不同的电荷积蓄时间,向摄像区域510及摄像区域520供给个别的电荷排出脉冲就可以。即,虽然没有特别图示,但成为本发明目的的效果,也能够适用于全域快门方式的CMOS图像传感器。
此外,也可以代替上述第四实施方式涉及的固体摄像器件400的摄像区域110及120,使用由CMOS图像传感器构成的摄像区域510及520。由此,能够得到与第四实施方式涉及的固体摄像器件400相同的效果。
此外,在上述第一~第七实施方式的说明中,说明了在搭载于车辆上、具有使用了近红外光的夜视功能的摄像机中使用了本发明的实施例,但是,除了搭载于车辆上、具有使用了近红外光的夜视功能的摄像机以外,也可以作为输出至摄像被摄体的距离信息的摄像机使用。例如,本发明涉及的固体摄像器件也可以在用于监视装置的摄像机及TV电话的摄像机等中使用。
此外,在上述第一~第七实施方式的说明中,固体摄像器件具备照射近红外光的光源160,但光源160也可以照射近红外光以外的光。例如,电源160也可以照射可见光。该情况下,上述的第一波段及第二波段只要是可见光内的相互不重叠的不同波段即可。再者,不需要夜视功能的情况下,固体摄像器件也可以不具备光源160。
本发明可以适用于固体摄像器件,特别适用于车载用的摄像机、监视摄像机和TV电话的摄像机等。
尽管上面只是详细描述了本发明的一些示例性的实施方案,本领域的一般技术人员理应明白,在不背离本发明的新颖教导以及诸多优点的情况下,这些示例性的实施方案还可以存在许多变通方案。因此,所有这些变通方案也应包括在本发明的范围内。

Claims (22)

1.一种固体摄像器件,其特征在于,包括:
第一摄像部及第二摄像部,具备以行列状配置的多个光电变换元件,输出对应于入射光的影像信号;
第一光入射部,向上述第一摄像部入射光;
第二光入射部,与上述第一光入射部隔着间隔设置,向上述第二摄像部入射光;以及
驱动单元,向上述第一摄像部及上述第二摄像部共同地输出:第一控制信号,用于控制从在行方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;第二控制信号,用于控制从在列方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;和第三控制信号,用于控制曝光时间。
2.如权利要求1所述的固体摄像器件,其特征在于,
上述第一摄像部及上述第二摄像部分别包括:
多个垂直传送单元,读取在列方向排列的多个上述光电变换元件中积蓄的信号电荷,并在列方向传送;
水平传送单元,在行方向传送上述多个垂直传送单元传送的信号电荷;以及
输出单元,将上述水平传送单元传送的信号电荷变换为电压或电流,将变换的电压或电流作为上述影像信号输出;
上述第一控制信号是驱动上述水平传送单元的传送的水平传送脉冲;
上述第二控制信号是驱动上述多个垂直传送单元的传送的垂直传送脉冲;
上述第三控制信号是排出在上述光电变换元件中积蓄的信号电荷的信号电荷排出脉冲。
3.如权利要求1所述的固体摄像器件,其特征在于,
上述第一摄像部及上述第二摄像部分别包括:
行选择单元,依次选择以上述行列状配置的多个光电变换元件的行;
列选择单元,依次选择以上述行列状配置的多个光电变换元件的列;以及
输出单元,将由上述行选择单元选择了行、且由上述列选择单元选择了列的光电变换元件中积蓄的信号电荷变换为电压或电流,将变换后的电压或电流作为上述影像信号输出;
上述第一控制信号是开始上述行选择单元的行选择的垂直同步信号;
上述第二控制信号是开始上述列选择单元的列选择的水平同步信号;
上述第三控制信号是控制上述第一控制信号的驱动定时的电荷积蓄控制信号。
4.如权利要求3所述的固体摄像器件,其特征在于,
上述第一摄像部和上述第二摄像部配置在水平方向,
上述固体摄像器件还包括:
保存偏移值的偏移值保存单元,上述偏移值表示第二摄像部输出的影像信号的图像相对于上述第一摄像部输出的影像信号的图像的、垂直方向上的图像偏移的值;
行控制单元,从与上述偏移值保存单元保存的上述偏移值对应的行,生成开始上述行选择单元的行选择的行控制信号。
5.如权利要求4所述的固体摄像器件,其特征在于,
还包括偏移值计算单元,利用上述第一摄像部及上述第二摄像部输出的影像信号,计算上述偏移值;
上述偏移值保存单元保存由上述偏移值计算单元计算出的上述偏移值。
6.如权利要求1所述的固体摄像器件,其特征在于,
上述第一光入射部包括:
第一聚光单元,将第一波段的光聚光在上述第一摄像部;以及
第一滤光器,形成在上述第一摄像部上,透过包含在上述第一波段中的第三波段的光;
上述第二光入射部包括:
第二聚光单元,将与上述第一波段不同的第二波段的光聚光在上述第二摄像部;以及
第二滤光器,形成在上述第二摄像部上,透过包含在上述第二波段中的第四波段的光。
7.如权利要求6所述的固体摄像器件,其特征在于,还包括:
第三摄像部,具备多个光电变换元件;以及
第三光入射部,向上述第三摄像部入射光;
上述第三光入射部包括:第三聚光单元,将包含上述第一波段及上述第二波段的第五波段的光聚光在上述第三摄像部;以及第三滤光器,形成在上述第三摄像部上;
上述第三滤光器包括:第四滤光器,形成在上述第三摄像部具备的上述多个光电变换元件中包含的多个第一光电变换元件上,透过上述第三波段的光;以及第五滤光器,形成在上述第三摄像部具备的上述多个光电变换元件中包含的多个第二光电变换元件上,透过上述第四波段的光。
8.如权利要求7所述的固体摄像器件,其特征在于,还包括:
平均值计算单元,计算上述多个第一光电变换元件进行了光电变换的信号的平均值即第一平均值、和上述多个第二光电变换元件进行了光电变换的信号的平均值即第二平均值;
修正单元,根据上述平均值计算单元计算出的上述第一平均值与第二平均值之比,修正上述第一摄像部及上述第二摄像部输出的影像信号。
9.如权利要求7所述的固体摄像器件,其特征在于,
上述第一滤光器、上述第二滤光器、上述第四滤光器及上述第五滤光器中的一个以上包括:
第一电介质层和第二电介质层,层叠了由不同的电介质构成的多个层;以及
绝缘体层,形成在上述第一电介质层和上述第二电介质层之间,由绝缘体构成;
上述绝缘体层的光学膜厚不同于上述第一电介质层及上述第二电介质层的光学膜厚。
10.如权利要求6所述的固体摄像器件,其特征在于,
还包括光源,向被摄体照射包含上述第一波段及上述第二波段的波段的光。
11.如权利要求6所述的固体摄像器件,其特征在于,
上述第一波段及上述第二波段被包含在近红外区域。
12.如权利要求1所述的固体摄像器件,其特征在于,
还包括距离计算单元,利用上述第一摄像部及上述第二摄像部输出的上述影像信号,计算到被摄体的距离。
13.如权利要求1所述的固体摄像器件,其特征在于,
上述第一摄像部及上述第二摄像部由具备多个外部输入端子的一个封装形成;
上述第一摄像部及上述第二摄像部的输入第一控制信号、第二控制信号及第三控制信号的输入电极中的至少一个,与共同的上述外部输入端子连接。
14.如权利要求1所述的固体摄像器件,其特征在于,
上述第一摄像部及上述第二摄像部形成在不同的半导体基板上,并且配置在同一基板上。
15.如权利要求1所述的固体摄像器件,其特征在于,
上述第一摄像部及上述第二摄像部形成在同一半导体基板上。
16.一种固体摄像器件,其特征在于,包括:
第一摄像部及第二摄像部,输出对应于入射光的影像信号;
上述第一摄像部及上述第二摄像部分别包括:
多个光电变换元件,以行列状配置;
多个垂直传送单元,读取在列方向排列的多个上述光电变换元件中积蓄的信号电荷,在列方向传送;
水平传送单元,在行方向传送上述多个垂直传送单元传送的信号电荷;以及
输出单元,将上述水平传送单元传送的信号电荷变换为电压或电流,将变换后的电压或电流作为上述影像信号输出;
上述固体摄像器件还包括:
第一光入射部,向上述第一摄像部入射光;
第二光入射部,与上述第一光入射部隔开间隔设置,向上述第二摄像部入射光;以及
驱动单元,向上述第一摄像部及上述第二摄像部共同地输出用于驱动上述水平传送单元的传送的水平传送脉冲、和用于排出积蓄在上述光电变换元件中的信号电荷的信号电荷排出脉冲,向上述第一摄像部及第二摄像部个别地输出驱动上述多个垂直传送单元的传送的第一垂直传送脉冲。
17.如权利要求16所述的固体摄像器件,其特征在于,
上述第一摄像部及上述第二摄像部配置在水平方向;
上述固体摄像器件还包括保存偏移值的偏移值保存单元,上述偏移值表示第二摄像部输出的影像信号的图像相对于上述第一摄像部输出的影像信号的图像的、垂直方向上的图像偏移的值;
上述驱动单元向上述第一摄像部及上述第二摄像部施加将积蓄在上述光电变换元件中的信号电荷读取到上述垂直传送单元的读取脉冲,然后,向上述第一摄像部及上述第二摄像部中的、对于相同被摄体的影像信号的输出定时较迟的一个,施加与上述偏移值对应的次数的垂直传送脉冲,之后,向上述第一摄像部及上述第二摄像部施加相同的垂直传送脉冲。
18.一种固体摄像器件,其特征在于,包括:
第一摄像部及第二摄像部,具备以行列状配置的多个光电变换元件,输出对应于入射光的影像信号;
第一光入射部,向上述第一摄像部入射光;
第二光入射部,与上述第一光入射部隔着间隔设置,向上述第二摄像部入射光;以及
驱动单元,
向上述第一摄像部及上述第二摄像部共同地输出:第一控制信号,用于控制从在行方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;和第二控制信号,用于控制从在列方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;
向上述第一摄像部及上述第二摄像部个别地输出用于控制曝光时间的第三控制信号。
19.一种摄像机,其特征在于,包括:
第一摄像部及第二摄像部,具备以行列状配置的多个光电变换元件,输出对应于入射光的影像信号;
第一光入射部,向上述第一摄像部入射光;
第二光入射部,与上述第一光入射部隔着间隔设置,向上述第二摄像部入射光;以及
驱动单元,
向上述第一摄像部及上述第二摄像部共同地输出:第一控制信号,用于控制从在行方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;第二控制信号,用于控制从在列方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;以及第三控制信号,用于控制曝光时间。
20.一种车辆,其特征在于,包括:
第一摄像部及第二摄像部,具备以行列状配置的多个光电变换元件,输出对应于入射光的影像信号;
第一光入射部,向上述第一摄像部入射光;
第二光入射部,与上述第一光入射部隔着间隔设置,向上述第二摄像部入射光;以及
驱动单元,
向上述第一摄像部及上述第二摄像部共同地输出:第一控制信号,用于控制从在行方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;第二控制信号,用于控制从在列方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;以及第三控制信号,用于控制曝光时间。
21.一种监视装置,其特征在于,包括:
第一摄像部及第二摄像部,具备以行列状配置的多个光电变换元件,输出对应于入射光的影像信号;
第一光入射部,向上述第一摄像部入射光;
第二光入射部,与上述第一光入射部隔着间隔设置,向上述第二摄像部入射光;以及
驱动单元,
向上述第一摄像部及上述第二摄像部共同地输出:第一控制信号,用于控制从在行方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;第二控制信号,用于控制从在列方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;以及第三控制信号,用于控制曝光时间。
22.一种固体摄像器件的驱动方法,该固体摄像器件包括:第一摄像部及第二摄像部,具备以行列状配置的多个光电变换元件,输出对应于入射光的影像信号;第一光入射部,向上述第一摄像部入射光;第二光入射部,与上述第一光入射部隔着间隔设置,向上述第二摄像部入射光;
该驱动方法中,向上述第一摄像部及上述第二摄像部共同地输出:第一控制信号,用于控制从在行方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;第二控制信号,用于控制从在列方向排列的上述光电变换元件得到的信号的传送;以及第三控制信号,用于控制曝光时间。
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PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20080625