CN116325782A

CN116325782A - 摄像装置

Info

Publication number: CN116325782A
Application number: CN202180068954.4A
Authority: CN
Inventors: 小野俊明
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2020-11-12
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2023-06-23
Also published as: EP4246958A1; EP4246958A4; JPWO2022102433A1; US20230412945A1; WO2022102433A1

Abstract

本技术涉及提供能够提高拍摄图像的图像质量的摄像装置。所述摄像装置设置有：光电转换单元，所述光电转换单元执行光电转换；第一电容器和第二电容器，所述第一电容器和所述第二电容器保持来自所述光电转换单元的信号；以及初始化开关，所述初始化开关对所述第二电容器进行初始化。所述第一电容器的一端、所述第二电容器的一端和放大来自所述光电转换单元的信号的放大单元相连接。所述第二电容器的另一端和所述初始化开关的一端相连接。所述第一电容器的另一端和所述初始化开关的另一端连接至电压源。例如，本技术可以应用于摄像装置。

Description

摄像装置

技术领域

本技术涉及摄像装置，并且例如涉及能够进一步提高图像质量的摄像装置。

背景技术

已知使用诸如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器等摄像元件的配备相机的移动电话、数码相机和诸如内窥镜等医疗装置等。

专利文献1提出，在全局快门操作中，在像素内的电容器中保持电压，并且在针对各行的读取操作期间持续地保持电压。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开第2013-9294号

发明内容

本发明要解决的技术问题

在全局快门操作之后，对各行依次地执行读取。尽管首先读取的行具有较短的信号保持周期，但是在读取其他行的同时，最后读取的行继续保持信号。如果在像素内的电容元件或开关等中存在漏电流，则在读取之前，保持在电容器中的信号可能发生变化，因此存在图像质量劣化的可能性。

期望降低漏电流的影响以提高图像质量。

本技术是鉴于上述情况而开发的，并且能够降低漏电流的影响以提高图像质量。

技术问题的解决方案

根据本技术一个方面的摄像装置包括：光电转换单元，所述光电转换单元执行光电转换；第一电容器和第二电容器，所述第一电容器和所述第二电容器保持来自所述光电转换单元的信号；以及初始化开关，所述初始化开关对所述第二电容器进行初始化，其中，所述第一电容器的一端、所述第二电容器的一端和放大来自所述光电转换单元的信号的放大单元相连接，所述第二电容器的另一端和所述初始化开关的一端相连接，并且所述第一电容器的另一端和所述初始化开关的另一端连接至电压源。

根据本技术一个方面的摄像装置包括：第一电容器和第二电容器，所述第一电容器和第二电容器保持来自执行光电转换的光电转换单元的信号；和初始化开关，所述初始化开关对所述第二电容器进行初始化。所述第一电容器的一端、所述第二电容器的一端和放大来自所述光电转换单元的信号的放大单元相连接，所述第二电容器的另一端和所述初始化开关的一端相连接，并且所述第一电容器的另一端和所述初始化开关的另一端连接至电压源。

注意，所述摄像装置可以是独立装置，或者可以是包括一个装置的内部块。

附图说明

图1是示出了数码相机的构造示例的图。

图2是示出了摄像单元的构造示例的图。

图3是根据第一实施方案的摄像单元的电路图。

图4是用于说明摄像单元操作的图。

图5是用于说明漏电流影响的图。

图6是用于说明电容元件配置的图。

图7是根据第二实施方案的摄像单元的电路图。

图8是用于说明漏电流影响的图。

图9是用于说明摄像单元操作的图。

图10是根据第三实施方案的摄像单元的电路图。

图11是示出了内窥镜手术系统的示意性构造示例的图。

图12是示出了摄像头和相机控制单元(CCU)的功能构造示例的框图。

图13是示出了车辆控制系统的示意性构造示例的框图。

图14是辅助说明车外信息检测单元和摄像部的安装位置的示例的图。

具体实施方式

下面将说明用于实施本技术的方式(在下文中，称为实施方案)。

<电子装置的构造>

例如，本技术可以应用于诸如数码相机等电子装置。这里，以将本技术应用于数码相机的情况为例进行说明。

图1是示出了应用本技术的数码相机的实施方案的构造示例的框图。注意，数码相机可以拍摄静止图像和运动图像。

在图1中，数码相机包括光学系统1、摄像单元2、存储器3、信号处理单元4、输出单元5和控制单元6。

例如，光学系统1包括未示出的变焦透镜、聚焦透镜和光圈等，并且使来自外部的光进入摄像单元2。摄像单元2例如是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，并且用作这样的摄像装置：其接收来自光学系统1的入射光，执行光电转换，并且输出与来自光学系统1的入射光相对应的图像数据。

存储器3暂时地存储从摄像单元2输出的图像数据。信号处理单元4使用存储在存储器3中的图像数据来执行诸如噪声消除或白平衡调整等处理作为信号处理，并且将处理后的图像数据提供给输出单元5。输出单元5输出来自信号处理单元4的图像数据。

例如，输出单元5具有包括液晶等的显示器(未示出)，并且将与来自信号处理单元4的图像数据相对应的图像显示为所谓的直通图像(through image)。例如，输出单元5包括驱动诸如半导体存储器、磁盘或光盘等记录介质的驱动器(未示出)，并且将来自信号处理单元4的图像数据记录在记录介质上。

例如，控制单元6根据用户的操作来控制构成数码相机的各块。

在如上所述构造的数码相机中，摄像单元2接收来自光学系统1的入射光，并且响应于入射光而输出图像数据。

从摄像单元2输出的图像数据被提供给存储器3并存储在存储器3中。存储在存储器3中的图像数据经过信号处理单元4的信号处理，并且作为结果获得的图像数据被提供给输出单元5以进行输出。

<摄像单元的构造示例>

图2是示出了图1的摄像单元2的构造示例的框图。在图2中，摄像单元2包括像素阵列10、控制单元20、像素驱动单元21、列并行AD转换装置22和输出单元23。

像素阵列10包括M×N(M和N是1以上的整数)个执行光电转换的像素11_1,1、11_1,2、……、11_1,M、11_2,1、11_2,2、……、11_2,N、……、11_M,1、11_M,2、……、11_M,N，并且用作拍摄图像的摄像单元(摄像元件)。M×N个像素11_1,1至11_M,N以M行N列的矩阵(格子)形式配置在二维平面上。

像素阵列10的(从顶部起)第m行(m＝1、2、……、M)的布置在行方向(横向方向)上的N个像素11_m,1至11_m,n连接至在行方向上延伸的像素控制线41_m。

此外，(从左侧起)第n列(n＝1、2、……、N)的布置在列方向(纵向方向)上的M个像素11_1,n至11_M,n连接至在列方向上延伸的垂直信号线(VSL)42_n。除了像素11_1,n至11_M,n之外，电流源43_n也连接至VSL 42_n。

像素11_m,n对入射到其上的光(入射光)执行光电转换。此外，在像素驱动单元21的经由像素控制线41_m的控制下，像素11_m,n将与通过光电转换获得的电荷相对应的电压(电信号)输出至VSL 42_n上。

注意，例如，像素11_m,n可以对经由诸如拜耳阵列等的滤色器(未示出)入射的预定颜色的光执行光电转换。

控制单元20根据预定逻辑等控制像素驱动单元21、列并行AD转换装置22(由参照信号输出单元33和时钟输出单元34等构成)以及其他必要的块。

在控制单元20的控制下，像素驱动单元21经由像素控制线41_m控制(驱动)连接至像素控制线41_m的像素11_m,1至11_m,N。

列并行AD转换装置22经由VSL 42₁至42_N连接至布置在各行中的各个像素11_m,1至11_m,N，因此，从像素11_m,n输出至VSL 42_n上的电信号(电压)(在下文中，也称为VSL信号)被提供给列并行AD转换装置22。

列并行AD转换装置22是这样的列并行AD转换装置：其对经由VSL 42₁至42_N从布置在一行中的各个像素11_m,1至11_m,N提供的VSL信号并行地执行AD转换，并且将作为AD转换结果获得的数字数据作为像素11_m,1至11_m,N的像素值(像素数据)提供给输出单元23。

这里，列并行AD转换装置22可以对布置在一行中的所有N个像素11_m,1至11_m,N的电信号并行地执行AD转换，并且还可以对N个像素11_m,1至11_m,N中的小于N个的一个或多个像素的电信号并行地执行AD转换。

然而，在下文中，为了简化说明，假定列并行AD转换装置22对布置在一行中的所有N个像素11_m,1至11_m,N的VSL信号并行地执行AD转换。

列并行AD转换装置22包括N个模数转换器(ADC)31₁至31_N，以便对布置在一行中的所有N个像素11_m,1至11_m,N的VSL信号并行地执行AD转换。

此外，列并行AD转换装置22还包括参照信号输出单元33和时钟输出单元34。

例如，参照信号输出单元33包括数模转换器(DAC)，并且经由参照信号线33A向ADC31₁至31_N提供(输出)诸如斜坡信号等具有电平(电压)以恒定斜率从预定初始值变化到预定最终值的周期的参照信号。

时钟输出单元34经由时钟线34A向ADC 31₁至31_N提供(输出)具有预定频率的时钟。

ADC 31_n连接至VSL 41n，因此，向ADC 31_n提供从像素11_m,n输出至VSL 41n上的VSL信号(电信号)。

ADC 31_n通过使用来自参照信号输出单元33的参照信号和来自时钟输出单元34的时钟对从像素11_m,n输出的VSL信号执行AD转换，并且还执行相关双采样(CDS)以获得数字数据作为像素值。

这里，ADC 31_n将像素11_m,n的VSL信号与来自参照信号输出单元33的参照信号进行比较，并且对用于改变参照信号的电平直到像素11_m,n的VSL信号的电平与参照信号的电平匹配为止(直到VSL信号和参照信号之间的大小关系发生反转为止)所需的时间进行计数，从而对像素11_m,n的VSL信号执行AD转换。

在ADC 31_n中，通过对来自时钟输出单元34的时钟进行计数而对用于改变参照信号的电平直到像素11_m,n的VSL信号的电平与参照信号的电平匹配为止所需的时间进行计数。

此外，像素阵列10的第一行至第M行中的各行的N个像素11_m,1至11_m,N的VSL信号从例如第一行开始被依次地提供给N个ADC 31₁至31_N，并且对VSL信号逐行地执行AD转换和CDS。

输出单元23选择从中读取像素值的第n列，从第n列的ADC 31_n读取由ADC 31_n获得的像素11_m,n的AD转换(和CDS)结果作为像素值，并且将该像素值输出至外部(在本实施方案中，存储器3(图1))。

注意，这里，尽管假定ADC 31_n除了AD转换之外还执行CDS，但是ADC 31_n可以仅执行AD转换，并且输出单元23可以执行CDS。在下文中，将适当地省略CDS的说明。

<摄像单元的构造示例>

图3是摄像单元2的电路图，并且是示出了图2的像素11_m,n(在下文中，称为像素11)和列并行AD转换装置22的一部分的构造示例的电路图。将图3所示的摄像单元2的构造作为第一实施方案的摄像单元2a的构造进行说明。

在图3中，像素阵列10的像素11包括光电二极管(PD)61、传输晶体管62、浮动扩散部(FD)63、转换效率切换开关64、FD复位晶体管65、像素内放大晶体管66、恒流源67、采样开关68、第一电容器69、第二电容器70、初始化开关71、输出晶体管72和选择晶体管73。

像素11包括暂时地存储复位电平和信号电平的存储器单元80，以实现在相同时序对各个像素进行集体复位和集体曝光的所谓的全局快门。存储器单元80包括采样开关68、第一电容器69、第二电容器70、初始化开关71和输出晶体管72。

例如，PD 61是包括PN结光电二极管的光电转换元件，接收来自被摄体的光，通过光电转换产生与接收到的光量相对应的电荷，并且累积电荷。

传输晶体管62设置在PD 61和FD 63之间，并且根据施加至传输晶体管62的栅极电极的驱动信号TX而将累积在PD 61中的电荷传输至FD 63。

在图3中，传输晶体管62、转换效率切换开关64、FD复位晶体管65和像素内放大晶体管66包括N沟道MOS晶体管。

向传输晶体管62至FD复位晶体管65的栅极电极提供驱动信号TX、DCG和RST。这些驱动信号是高电平状态为激活状态(接通状态)并且低电平状态为非激活状态(断开状态)的脉冲信号。

因此，例如，在传输晶体管62中，当提供给传输晶体管62的栅极电极的驱动信号TX进入激活状态并且传输晶体管62进入导通状态时，累积在PD 61中的电荷被传输至FD 63。

FD 63是浮动扩散区域(FD)，其将经由传输晶体管62从PD 61传输的电荷转换为电信号(例如，电压信号)，并输出该电信号。

FD 63连接至FD复位晶体管65，并且还经由像素内放大晶体管66连接至存储器单元80。作为用于累积电荷的电容器(电容器)的电荷累积单元(未示出)也经由转换效率切换开关64连接至FD 63。

转换效率切换开关64根据驱动信号DCG而接通和断开，以将FD 63与电荷累积单元之间的连接状态切换为电连接状态或电分离状态。

即，向构成转换效率切换开关64的栅极电极提供驱动信号DCG，并且当接通驱动信号DCG时，转换效率切换开关64正下方的电位变深，并且FD 63和电荷累积单元电连接。

相比之下，当断开驱动信号DCG时，转换效率切换开关64正下方的电位变浅，并且FD 63和电荷累积单元电分离。因此，通过接通和断开驱动信号DCG，可以将电容添加至FD63，由此可以改变像素的灵敏度。

FD复位晶体管65是适当地初始化(复位)从FD 63至电荷累积单元的各个区域的元件，并且具有连接至电源电压Vdd的电源的漏极和连接至FD 63的源极。向FD复位晶体管65的栅极电极施加驱动信号RST作为复位信号。

此外，当驱动信号RST进入激活状态时，FD复位晶体管65进入导通状态，并且FD 63等的电位被复位至电源电压Vdd的电平。即，FD 63等被初始化。

像素内放大晶体管66具有连接至FD 63的栅极电极和连接至电源电压Vdd的电源的漏极，并且用作读取通过PD 61的光电转换而获得的电荷的源极跟随器电路的输入单元。即，像素内放大晶体管66通过其源极连接至恒流源67而构成源极跟随器电路。

与像素内放大晶体管66和恒流源67连接的配线也连接至与存储器单元80中的采样开关68连接的配线。采样开关68可以包括NMOS。构造为向采样开关68的栅极提供驱动信号SAM，并且当将驱动信号SAM设定为激活状态时，信号经由像素内放大晶体管66被提供至存储器单元80中。

第一电容器69的一端和第二电容器70的一端连接至采样开关68的漏极侧。将与采样开关68、第一电容器69和第二电容器70连接的部分称为X节点。第一电容器69的另一端连接至电源电压Vdd。第二电容器70的另一端连接至初始化开关71的源极和输出晶体管72的栅极。将与第二电容器70、初始化开关71和输出晶体管72连接的部分称为Y节点。

初始化开关71的漏极连接至电源电压Vdd。输出晶体管72的漏极也连接至电源电压Vdd。输出晶体管72的源极连接至选择晶体管73的漏极。VSL 42连接至选择晶体管73的源极。

向选择晶体管73的栅极提供驱动信号SEL。当将驱动信号SEL设定为激活状态时，选择晶体管73进入导通状态，并且累积在存储器单元80中的信号被输出至VLS 42。

<摄像单元的操作>

将参照图4说明图3所示的摄像单元2a的操作。

在快门周期期间，执行全局快门操作。当将驱动信号RST和驱动信号TX设定为激活状态(称为Hi)并且PD 61的电荷被复位时，开始曝光周期。在曝光周期结束之后，增大施加至恒流源67的栅极的偏置电位，并且像素内放大晶体管66作为源极跟随器电路进行操作。

当驱动信号RST从非激活状态(称为Lo)变为Hi时，FD复位晶体管65被导通，并且FD63的电位被复位。此时，驱动信号CAL和驱动信号SAM也从Lo切换到Hi，并且采样开关68和初始化开关71被设定为接通状态。在这种状态下，X节点保持FD 63的复位电位的电平，并且Y节点被初始化为电源电压Vdd。

当驱动信号CAL从Hi切换到Lo时，Y节点保持初始化电压，并且X节点保持FD复位电位的电平。将该周期描述为复位设定周期。

由于即使在复位设定周期之后驱动信号SAM也保持在Hi状态，因此采样开关68保持在接通状态。在这种状态下，将驱动信号TX从Lo切换到Hi，由此来自PD 61的信号电荷被传输至FD 63。由于采样开关68处于接通状态，因此传输至FD 63的信号电荷经由像素内放大晶体管66被提供给X节点。因此，对应于(FD复位电平+信号电荷)的电位被写入X节点。将该周期描述为信号设定周期。

由于第二电容器70在信号设定周期中处于浮动状态，因此当X节点的电压变化时，Y节点的电压也相应地变化。由于X节点的电压从(FD复位电位)变为(FD复位电位+对应于信号电荷的电位)，因此Y节点的电压从(初始化电位)变为(初始化电压+对应于信号电荷的电位)。

在该状态下，驱动信号SAM从Hi切换到Lo，并且采样开关68被设定为断开状态。当采样开关68进入断开状态时，保持存储器单元80中的电位。以相同时序在像素阵列10内的所有像素11中执行到目前为止的操作，从而实现全局快门。

当将信号保持在存储器单元80中时，在读取周期中开始读取保持在存储器单元80中的信号。当通过将驱动信号SEL设定为Hi来选择将读取的行时，选择晶体管73进入导通状态。当选择晶体管73进入导通状态时，Y节点的电压经由输出晶体管72输出至VSL 42。

此时，Y节点的电压是对应于(对应于FD复位电平+信号电荷的电位)的电压(信号)。ADC 31通过使用该状态下的信号作为信号电平来执行AD转换。

当执行信号电平的AD转换时，在预定周期中将驱动信号CAL设定为Hi，并且在预定周期中将初始化开关71设定为接通状态，由此Y节点被设定为初始化电压。ADC 31通过使用该状态下的信号作为复位电平来执行AD转换。

通过计算由ADC 31进行AD转换后的信号电平与复位电平之间的差，可以获得去除了初始化电压的信号电荷量。

<漏电流的影响>

如参照图4的时序图所述，图3所示的摄像单元2a使用全局快门操作将信号存储在存储器单元80中，然后针对各行执行读取。由于针对各行执行读取，因此首先读取的行和最后读取的行具有不同的读取时序。

如果在像素11中产生漏电流，则漏电流对首先读取的行和最后读取的行的影响是不同的，并且漏电流对最后读取的行的影响会更大。例如，存在保持在像素11内的第一电容器69或第二电容器70中的信号量由于漏电流而偏离正确值的可能性。

这里，将考虑第一电容器69和第二电容器70中的漏电流。图5是用于说明第一电容器69与第二电容器70之间的电位关系的图。

通过电源电压Vdd初始化Y节点，并且第一电容器69处于连接至电源电压Vdd的状态。准确地说，使用通过减去施加至初始化开关71的电压Vth而获得的电压(Vdd-Vth)来初始化Y节点，但是在这里，假定电压Vth是较小值并且没有影响，继续进行说明。

这种状态是漏电流从Y节点经由第二电容器70流向X节点并且Y节点的电位下降的状态。同时，由于第一电容器69连接至电源电压Vdd，因此漏电流经由第一电容器69流向X节点，使得X节点的电位增加。因此，通过X节点的电位上升来减小Y节点的电位下降。

因此，第一电容器69具有连接至电源电压Vdd的一端和连接至X节点的另一端，并且与第一电容器69基本上相同，第二电容器70也具有连接至电源电压Vdd的一端和连接至X节点的另一端，由此可以降低漏电流的影响。因此，可以防止由于漏电流而不能保持准确值的情况，因此可以提高图像质量。

<耐受电压和配置效率的提高>

使用具有图3所示的电路构造的摄像单元2a，还可以获得缓和电容器的耐受电压的效果。将参照图6对其进行说明。图6是示出了第一电容器69和第二电容器70的截面构造示例的图。

在第一电容器69和第二电容器70是MOS电容器并且已布局的情况下，在图6中将示出其构造。MOS电容器由包括夹在扩散层和栅极电极之间的氧化膜的电容器形成。在图6所示的示例中，第一电容器69包括氧化膜101和形成在阱91中的扩散层93，并且第二电容器70包括氧化膜103和形成在阱91中的扩散层95。

X节点和连接至电源电压Vdd的配线97连接至扩散层93。X节点和Y节点连接至扩散层95。Y节点经由图6中未示出的初始化开关71连接至与电源电压Vdd连接的配线99。

在FD复位状态下，X节点具有接近电压Vdd的值。当传输晶体管62导通时，X节点的电位从电压Vdd下降信号电荷量。在第一电容器69和第二电容器70中，当对置电极具有接近电压Vdd的电位时，施加至电容元件的电压差较小。在图6中，电极97和电极99是对置电极，并且电极97和电极99都是被施加电压Vdd的电极。

在如图6所示的构造的情况下，作为对置电极的电极97和电极99都是被施加电压Vdd的电极，因此可以减小施加至第一电容器69的电压和施加至第二电容器70的电压的差。因此，第一电容器69和第二电容器70中的各者所需的耐受电压可以保持为较低。

在阱91的电位固定为与电源电压Vdd相同的电压Vdd的情况下，如果将连接至扩散层93的电极97接地，则在扩散层93和阱91之间可能会产生较大的电位差，因此，可能会出现PN连接的耐受电压问题，或者可能会在PN连接上产生不必要的寄生电容。

为了解决这样的问题，例如，在不同的阱91中形成扩散层93和扩散层95，换言之，分别设置包括扩散层93的阱91(称为阱91-1)和包括扩散层95的阱91(称为阱91-2)。在这种情况下，需要形成两个阱，阱91-1和阱91-2，并且以这两个阱之间存在预定距离的方式来配置阱，因此，存在阻碍布局的致密化和阻碍摄像单元2的小型化的可能性。

在本实施方案中，如图6所示，电源电压Vdd连接至扩散层93，并且与电源电压Vdd连接的电极99配置在扩散层95附近。因此，即使在阱91的电位固定为电压Vdd的情况下，也不存在产生较大电位差的点，因此可以解决PN连接的耐受电压问题，并且可以解决在PN连接上产生不必要的寄生电容的担忧。

根据本技术，可以抵消第一电容器69和第二电容器70的漏电流，并且在保持信号电荷的同时可以减小电压电平的波动。可以缓和诸如第一电容器69和第二电容器70等电容元件的耐受电压限制。可以提高诸如第一电容器69和第二电容器70等电容元件的布局效率。

<第二实施方案的摄像单元的构造和操作>

图7是示出了第二实施方案的摄像单元2b的构造示例的图。图7所示的摄像单元2b与图3所示的第一实施方案的摄像单元2a的不同之处在于，添加了虚拟开关201，并且摄像单元2b的其他部分具有类似的构造。

虚拟开关201设置在第一电容器69和提供电源电压Vdd的配线之间。虚拟开关201是具有与初始化开关71等同的特性的开关。

使用这种构造，如参照图8所述，可以进一步降低漏电流的影响。与图5一样，图8是用于说明第一电容器69与第二电容器70之间的电位关系的图。

尽管通过电源电压Vdd进行初始化，但是由于电压Vth被施加至初始化开关71的晶体管，因此Y节点被复位为低于电压Vdd的电压(＝电压Vdd-电压Vth)。由于当初始化开关71从接通状态转变为断开状态时存在诸如电荷注入或时钟场穿透(clock field through)等效果，因此Y节点的初始化电位可能是偏离电源电压Vdd的值。

在参照图5说明的构造的情况下，第一电容器69也连接至电源电压Vdd。因此，第一电容器69和第二电容器70的电位状态彼此不同，漏电流也具有不同的值，因此在未抵消的情况下存在出现残余误差的可能性。

相比之下，在参照图8说明的构造的情况下，通过设置虚拟开关201，可以减少出现残余误差的机会。

如图8所示，通过设置虚拟开关201，第一电容器69的电位降低虚拟开关201的电压Vth(电压Vdd-电压Vth)。类似地，由于设置有初始化开关71，第二电容器70的电位降低初始化开关71的电压Vth(电压Vdd-电压Vth)。

因此，能够更精确地使第一电容器69和第二电容器70的电位状态一致。因此，可以防止漏电流抵消中的残余误差的出现。

将参照图9说明设置有虚拟开关201的摄像单元2b的操作。图9所示的时序图是将虚拟开关201的操作添加至图4所示的时序图而形成的时序图。由于除了虚拟开关201的操作之外的操作类似于第一实施方案的摄像单元2a的操作，因此将省略其说明。

当将驱动信号DUM提供给虚拟开关201的栅极并且将驱动信号DUM设定为Hi时，虚拟开关201进入导通状态。对于快门周期和读取周期，将驱动信号CAL设定为Hi，同时，将驱动信号DUM也设定为Hi。因此，当接通初始化开关71时，也接通虚拟开关201。

当驱动信号CAL从Hi切换到Lo时，驱动信号DUM也从Hi切换到Lo。因此，当断开初始化开关71时，也断开虚拟开关201。因此，虚拟开关201被控制为在与初始化开关71相同的时序接通和断开。

因此，第一电容器69具有经由虚拟开关201连接至电源电压Vdd的一端和连接至X节点的另一端，并且与第一电容器69一样，第二电容器70具有经由初始化开关71连接至电源电压Vdd的一端和连接至X节点的另一端，由此可以降低漏电流的影响。因此，可以防止由于漏电流而不能保持准确值的情况，因此可以提高图像质量。

当Y节点的保持电压从初始电压几乎不变化时，可以最大程度地消除漏电流的影响。换言之，当信号电荷量较少时，可以最大程度地消除漏电流的影响。例如，信号电荷量较少的情况是拍摄较暗场景的图像的情况。

当拍摄较暗场景的图像时，需要降低电路噪声以确保S/N。根据本实施方案，当拍摄这种较暗场景的图像时，可以最大程度地消除漏电流的影响，从而能够降低电路噪声。因此，即使在拍摄较暗场景的图像的情况下，也可以执行具有提高的图像质量的拍摄。

<第三实施方案的摄像单元的构造和操作>

图10是示出了第四实施方案的摄像单元2c的构造示例的图。对于第一实施方案的摄像单元2a(图3)和第二实施方案的摄像单元2b(图7)，已经举例说明了第一电容器69和第二电容器70连接至用于提供电压Vdd以复位FD 63的电源电压Vdd的构造。

根据第三实施方案的摄像单元2c与根据第一和第二实施方案的摄像单元2a和2b的不同之处在于，第一电容器69和第二电容器70连接至用于提供电位Vr的电源电压Vr，并且其他点类似。

通过使第一电容器69和第二电容器70的电位状态一致，可以降低漏电流的影响。因此，如图10所示，第一电容器69和第二电容器70可以连接至提供电位Vr的电压源。

第一电容器69具有连接至X节点的一端和连接至电位Vr的另一端。第二电容器70具有连接至X节点的一端和经由初始化开关71连接至电位Vr的另一端。

电位Vr被用作复位电位。在图10所示的摄像单元2c的构造中，将复位FD 63的电源电压Vdd和复位第二电容器的电源电压Vr设置为不同的电压源。因此，可以提供不同的电压源。

因此，第一电容器69和第二电容器70可以连接至独立的电源电压Vr。可以将第二实施方案应用于第三实施方案，并且虚拟开关201可以设置在第一电容器69与电源电压Vr之间。

第三实施方案的摄像单元2c的操作类似于第一实施方案的摄像单元2a的操作。在第三实施方案中设置虚拟开关201的情况下，摄像单元2c的操作类似于第二实施方案的摄像单元2c的操作。

在第三实施方案的摄像单元2c中，也可以抵消第一电容器69和第二电容器70的漏电流，并且在保持信号电荷的同时可以减小电压电平的波动。可以缓和诸如第一电容器69和第二电容器70等电容元件的耐受电压限制。可以提高诸如第一电容器69和第二电容器70等电容元件的布局效率。

<内窥镜手术系统的应用示例>

根据本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术系统。

图11是示出了能够应用根据本公开的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。

在图11中，示出了手术者(医生)11131正在使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的状态。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、诸如气腹管11111和能量装置11112等其他手术工具11110、支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120以及安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。

内窥镜11100包括镜筒11101和连接至镜筒11101的近端的摄像头11102，从镜筒11101远端起预定长度的区域插入患者11132的体腔中。在所示的示例中，内窥镜11100被示出为包括具有硬型镜筒11101的刚性内窥镜。然而，内窥镜11100也可以包括具有软型镜筒11101的柔性内窥镜。

镜筒11101在其远端具有安装物镜的开口部。光源装置11203连接至内窥镜11100，使得由光源装置11203产生的光通过在镜筒11101内部延伸的光导而被引导至镜筒的远端并且通过物镜朝向患者11132体腔中的观察目标照射。注意，内窥镜11100可以是前视内窥镜，或者可以是斜视内窥镜或者侧视内窥镜。

在摄像头11102的内部设置有光学系统和摄像元件，使得来自观察目标的反射光(观察光)由光学系统聚集在摄像元件上。摄像元件对观察光进行光电转换，以产生与观察光相对应的电信号，即与观察图像相对应的图像信号。图像信号被作为RAW数据传输至相机控制单元(CCU)11201。

CCU 11201包括中央处理单元(CPU)或图形处理单元(GPU)等，并且整体地控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。此外，CCU 11201从摄像头11102接收图像信号，并且针对图像信号执行用于显示基于图像信号的图像的各种图像处理，诸如显影处理(去马赛克处理)等。

显示装置11202在CCU 11201的控制下显示基于已经由CCU 11201进行了图像处理的图像信号的图像。

例如，光源装置11203包括诸如发光二极管(LED)等光源，并且在对手术部位等进行摄像时向内窥镜11100提供照射光。

输入装置11204是用于内窥镜手术系统11000的输入接口。用户可以通过输入装置11204执行输入至内窥镜手术系统11000的各种类型的信息或指令的输入。例如，用户输入指令等以改变内窥镜11100的摄像条件(照射光的类型、放大率或焦距等)。

治疗工具控制装置11205控制用于烧灼或切开组织或封合血管等的能量装置11112的驱动。气腹装置11206通过气腹管11111将气体送入患者11132的体腔内以使体腔膨胀，以便确保内窥镜11100的视野并且确保手术者的工作空间。记录器11207是能够记录与手术相关的各种类型的信息的装置。打印机11208是能够以诸如文本、图像或图形等各种形式打印与手术相关的各种类型的信息的装置。

注意，在对手术部位进行摄像时向内窥镜11100提供照射光的光源装置11203可以包括例如包含LED、激光光源或者它们的组合的白光源。在白光源包括红、绿、蓝(RGB)激光光源的组合的情况下，因为可以高精度地控制各种颜色(各个波长)的输出强度和输出时序，所以可以由光源装置11203执行拍摄图像的白平衡调整。此外，在这种情况下，如果来自RGB激光光源中各者的激光束时分地照射到观察目标上，并且与照射时序同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动，则也能够时分地拍摄对应于R、G和B中各者的图像。根据此方法，即使没有为摄像元件提供滤色器，也能够获得彩色图像。

此外，可以控制光源装置11203，使得要输出的光的强度每隔预定时间发生变化。通过与光强度的变化时序同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动以时分地获取图像并且合成所述图像，能够产生没有曝光不足的遮挡阴影和曝光过度的高光的高动态范围图像。

此外，光源装置11203可以被构造为提供能够用于特殊光观察的预定波长带的光。在特殊光观察中，例如，通过利用身体组织中光吸收的波长依赖性来照射与普通观察时的照射光(即白光)相比的窄带光，进行以高对比度对诸如粘膜表层部分的血管等预定组织进行摄像的窄带光观察(窄带光摄像)。或者，在特殊光观察中，可以执行从通过照射激发光而产生的荧光来获得图像的荧光观察。在荧光观察中，可以通过将激发光照射到身体组织上来观察来自身体组织的荧光(自体荧光观察)，或者可以通过将诸如吲哚菁绿(ICG)等试剂局部注射到身体组织中并且将与该试剂的荧光波长相对应的激发光照射到身体组织上来获得荧光图像。光源装置11203可以被构造为提供适合于上述的特殊光观察的这种窄带光和/或激发光。

图12是示出了图11所示的摄像头11102和CCU 11201的功能构造的示例的框图。

摄像头11102包括透镜单元11401、摄像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像头控制单元11405。CCU 11201包括通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。摄像头11102和CCU 11201通过传输电缆11400彼此连接以进行通信。

透镜单元11401是设置在与镜筒11101的连接位置处的光学系统。从镜筒11101的远端摄取的观察光被引导至摄像头11102并且被引入至透镜单元11401中。透镜单元11401包括包含变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜的组合。

摄像单元11402所包括的摄像元件的数量可以是一个(单板型)或者是多个(多板型)。例如，在摄像单元11402被构造为多板型的摄像单元的情况下，通过摄像元件产生与R、G和B中的各者相对应的图像信号，并且可以合成图像信号以获得彩色图像。摄像单元11402还可以被构造为具有用于分别获取右眼用图像信号和左眼用图像信号的一对摄像元件，从而用于三维(3D)显示。如果执行3D显示，则手术者11131能够更准确地理解手术部位中活体组织的深度。注意，在摄像单元11402被构造为立体型的摄像单元的情况下，与各个摄像元件相对应地设置有透镜单元11401的多个系统。

此外，摄像单元11402不是必须设置在摄像头11102上。例如，摄像单元11402可以在镜筒11101内部设置在物镜正后方。

驱动单元11403包括致动器，并且在摄像头控制单元11405的控制下，使透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定距离。因此，能够适当地调整由摄像单元11402拍摄的图像的放大率和焦点。

通信单元11404包括用于将各种类型的信息发送至CCU 11201和从CCU 11201接收各种类型的信息的通信装置。通信单元11404通过传输电缆11400将从摄像单元11402获取的图像信号作为RAW数据发送至CCU 11201。

另外，通信单元11404从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并将该控制信号提供给摄像头控制单元11405。控制信号包括例如与摄像条件相关的信息，诸如指定拍摄图像的帧率的信息、指定摄像时的曝光值的信息和/或指定拍摄图像的放大率和焦点的信息等。

注意，诸如帧率、曝光值、放大率或焦点等摄像条件可以由用户指定或者可以由CCU 11201的控制单元11413基于获得的图像信号自动设定。在后一种情况下，内窥镜11100包含自动曝光(AE)功能、自动聚焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能。

摄像头控制单元11405基于通过通信单元11404接收到的来自CCU 11201的控制信号来控制摄像头11102的驱动。

通信单元11411包括用于将各种类型的信息发送至摄像头11102和从摄像头11102接收各种类型的信息的通信装置。通过传输电缆11400，通信单元11411接收从摄像头11102向其发送的图像信号。

此外，通信单元11411向摄像头11102发送用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。图像信号和控制信号可以通过电通信或光通信等传输。

图像处理单元11412对从摄像头11102向其发送的RAW数据形式的图像信号执行各种图像处理。

控制单元11413执行与由内窥镜11100对手术部位等的摄像和通过对手术部位等的摄像而获得的拍摄图像的显示相关的各种类型的控制。例如，控制单元11413产生用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。

此外，控制单元11413基于已经由图像处理单元11412执行了图像处理的图像信号来控制显示装置11202显示对手术部位等进行摄像的拍摄图像。因此，控制单元11413可以使用各种图像识别技术来识别所拍摄图像中的各种物体。例如，控制单元11413可以通过检测包括在拍摄图像中的物体的边缘的形状和颜色等来识别诸如镊子等手术工具、特定的活体部位、出血和当使用能量装置11112时的薄雾等。当控制单元11413控制显示装置11202显示拍摄的图像时，控制单元11413可以使用识别结果使得以与手术部位的图像交叠的方式显示各种类型的手术支持信息。当以交叠的方式显示手术支持信息并且将其呈现给手术者11131时，能够减轻手术者11131的负担，并且手术者11131可以确信地进行手术。

将摄像头11102和CCU 11201彼此连接的传输电缆11400是能够用于电信号通信的电信号电缆、能够用于光通信的光纤或者能够用于电通信和光通信的复合电缆。

这里，虽然在所示的示例中，通过使用传输电缆11400的有线通信来执行通信，但是也可以通过无线通信来执行摄像头11102和CCU 11201之间的通信。

<移动体的应用示例>

根据本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以被实现为安装在诸如汽车、电动汽车、混合动力汽车、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、船舶或机器人等任何类型的移动体上的装置。

图13是示出了作为可以应用根据本公开的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。

车辆控制系统12000包括通过通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图13所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和集成控制单元12050。另外，示出了作为集成控制单元12050的功能构造的微型计算机12051、声音图像输出部12052和车载网络接口(I/F)12053。

驱动系统控制单元12010根据各种类型的程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作如下装置的控制装置：诸如内燃机或驱动马达等用于产生车辆驱动力的驱动力产生装置、用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构、用于调整车辆转向角的转向机构和用于产生车辆制动力的制动装置等。

车身系统控制单元12020根据各种类型的程序控制设置在车身上的各种类型的装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置或诸如前照灯、倒车灯、刹车灯、转向信号灯或雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，可以向车身系统控制单元12020输入从替代钥匙的移动装置发送的无线电波或者各种开关的信号。车身系统控制单元12020接收这些无线电波或者信号的输入，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置或灯等。

车外信息检测单元12030检测包括车辆控制系统12000的车辆外部的信息。例如，车外信息检测单元12030连接至摄像部12031。车外信息检测单元12030使摄像部12031对车辆外部的图像进行摄像，并且接收所拍摄的图像。基于所接收到的图像，车外信息检测单元12030可以执行诸如人、车辆、障碍物、标志或路面上的字符等物体的检测处理，或者距上述物体的距离的检测处理。

摄像部12031是接收光并且输出与接收到的光的光量相对应的电信号的光学传感器。摄像部12031可以将电信号作为图像输出，或者可以将电信号作为测距信息输出。另外，由摄像部12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等不可见光。

车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。车内信息检测单元12040例如与检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部12041连接。驾驶员状态检测部12041例如包括对驾驶员进行摄像的相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或者驾驶员的集中程度，或者可以确定驾驶员是否在打瞌睡。

微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆内部或外部的信息来计算驱动力产生装置、转向机构或者制动装置的控制目标值，并且向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)功能的协同控制，ADAS功能包括用于车辆的碰撞避免或冲击减缓、基于车间距离的跟随驾驶、车速保持驾驶、车辆碰撞警告或车辆偏离车道警告等。

另外，通过基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆外部或内部的信息来控制驱动力产生装置、转向机构或制动装置等，微型计算机12051能够执行旨在实现自动驾驶等的协同控制，所述自动驾驶使得车辆能够不依赖于驾驶员的操作而自主行驶。

另外，基于由车外信息检测单元12030获取的车辆外部的信息，微型计算机12051可以向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051可以例如根据由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置，通过控制前照灯以从远光变为近光来执行旨在防止眩光的协同控制。

声音图像输出部12052将声音和图像中的至少一者的输出信号发送至能够在视觉上或者听觉上将信息通知车辆的乘客或车辆外部的输出装置。在图13的示例中，作为输出装置，示出了音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063。例如，显示部12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。

图14是示出了摄像部12031的安装位置的示例的图。

在图14中，作为摄像部12031，包括摄像部12101、12102、12103、12104和12105。

摄像部12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、后视镜、后保险杠和后门上的位置以及车厢内挡风玻璃的上部的位置等。设置在前鼻的摄像部12101和设置在车厢内挡风玻璃的上部的摄像部12105主要获取车辆12100前方的图像。设置在后视镜的摄像部12102和12103主要获取车辆12100两侧的图像。设置在后保险杠或后门的摄像部12104主要获取车辆12100后方的图像。设置在车厢内挡风玻璃的上部的摄像部12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志或车道等。

顺便提及地，图14示出了摄像部12101至12104的摄像范围的示例。摄像范围12111表示设置在前鼻的摄像部12101的摄像范围。摄像范围12112和12113分别表示设置在后视镜的摄像部12102和12103的摄像范围。摄像范围12114表示设置在后保险杠或后门的摄像部12104的摄像范围。例如，通过叠加由摄像部12101至12104拍摄的图像数据，获得从上方观察的车辆12100的鸟瞰图像。

摄像部12101至12104中的至少一者可以具有获取距离信息的功能。例如，摄像部12101至12104中的至少一者可以是由多个摄像元件组成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。

例如，基于从摄像部12101至12104获取的距离信息，微型计算机12051可以确定距摄像范围12111至12114内的各个三维物体的距离和所述距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而提取最近的三维物体作为前方车辆，特别地，该三维物体在车辆12100的行驶路径上并且以预定速度(例如，等于或大于0km/h)沿着与车辆12100大致相同的方向行驶。此外，微型计算机12051可以预先设定在前方车辆前方要保持的车间距离，并且执行自动制动控制(包括跟随停止控制)或自动加速控制(包括跟随启动控制)等。因此，可以执行旨在使车辆不依赖于驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶等的协同控制。

例如，基于从摄像部12101至12104获取的距离信息，微型计算机12501可以将三维物体的三维物体数据分类为两轮车辆、标准车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维物体的三维物体数据，提取分类后的三维物体数据，并且使用所提取的三维物体数据来自动躲避障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员能够在视觉上识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以在视觉上识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定用于指示与各个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或者高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或者显示部12062向驾驶员输出警告，并且通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或者规避转向。微型计算机12051从而能够辅助驾驶以避免碰撞。

摄像部12101至12104中的至少一者可以是检测红外线的红外相机。微型计算机12051可以例如通过确定摄像部12101至12104拍摄的图像中是否存在行人来识别行人。例如，对行人的这种识别是通过如下步骤执行的：提取作为红外相机的摄像部12101至12104的拍摄图像中的特征点的步骤；以及对表示物体轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理以确定是否是行人的步骤。如果微型计算机12051确定在摄像部12101至12104的拍摄图像中存在行人，并因此识别出行人，则声音图像输出部12052控制显示部12062以使得用于强调的方形轮廓线以叠加在识别出的行人上的方式显示。声音图像输出部12052还可以控制显示部12062，以便在期望的位置处显示表示行人的图标等。

在本说明书中，系统表示包括多个装置的整个装置。

注意，本说明书中描述的效果仅是示例，并且本技术的效果不限于这些效果。还可以获得其他效果。

注意，本技术的实施方案不限于上述实施方案，并且可以在不脱离本技术的范围的情况下进行各种变形。

注意，本技术可以具有以下构造。

(1)

一种摄像装置，包括：

光电转换单元，所述光电转换单元执行光电转换；

第一电容器和第二电容器，所述第一电容器和所述第二电容器保持来自所述光电转换单元的信号；以及

初始化开关，所述初始化开关对所述第二电容器进行初始化，

其中，所述第一电容器的一端、所述第二电容器的一端和放大来自所述光电转换单元的信号的放大单元相连接，

所述第二电容器的另一端和所述初始化开关的一端相连接，并且

所述第一电容器的另一端和所述初始化开关的另一端连接至电压源。

(2)

根据(1)所述的摄像装置，

其中，所述电压源包括提供用于复位浮动扩散部的电压的电压源。

(3)

根据(1)所述的摄像装置，

其中，所述电压源包括与提供用于复位浮动扩散部的电压的电压源不同的电压源。

(4)

根据(1)至(3)中任一项所述的摄像装置，还包括：

在所述第一电容器和所述电压源之间的具有与所述初始化开关等同的特性的虚拟开关。

(5)

根据(4)所述的摄像装置，

其中，所述初始化开关和所述虚拟开关在基本上相同的时序接通和断开。

(6)

根据(1)至(5)中任一项所述的摄像装置，还包括：

开关，当将来自所述光电转换单元的信号保持在所述第一电容器和所述第二电容器中时，所述开关接通，

其中，所述开关连接至所述第一电容器的一端和所述第二电容器的一端。

(7)

根据(1)至(6)中任一项所述的摄像装置，

其中，所述第一电容器包括第一氧化膜和形成在阱中的第一扩散层，所述第二电容器包括第二氧化膜和形成在所述阱中的第二扩散层，并且所述第一扩散层和所述第二扩散层形成在同一阱中。

附图标记列表

1光学系统

2摄像单元

3存储器

4信号处理单元

5输出单元

6控制单元

10 像素阵列

11 像素

20 控制单元

21 像素驱动单元

22列并行AD转换装置

23 输出单元

33 参照信号输出单元

34 时钟输出单元

41 像素控制线

43 电流源

62 传输晶体管

64 转换效率切换开关

65 FD复位晶体管

66 像素内放大晶体管

67 恒流源

68 采样开关

69 第一电容器

70 第二电容器

71 初始化开关

72 输出晶体管

73 选择晶体管

80 存储器单元

91 阱

93 扩散层

95 扩散层

97 电极

99 配线

101 氧化膜

103 氧化膜

111 像素

201 虚拟开关

Claims

1.一种摄像装置，包括：

光电转换单元，所述光电转换单元执行光电转换；

2.根据权利要求1所述的摄像装置，

3.根据权利要求1所述的摄像装置，

4.根据权利要求1所述的摄像装置，还包括：

5.根据权利要求4所述的摄像装置，

6.根据权利要求1所述的摄像装置，还包括：

7.根据权利要求1所述的摄像装置，