(57)【要約】  車両内の視聴者が昼間及び夜間の改善された画像を供給するシステムが提供される。そのシステムは、単一画素レベルで固有のアンチブルーミング特性を有し、各画素が高い転送ゲート効率を有する対応する転送ゲートトランジスターによりゲートされる、単一画素レベルで十分に遮蔽されるゲートオフ特性を有する画素アレイセンサーを備える。そのシステムは、波動又は連続する変調波の活性及び受動光源で前記転送ゲートトランジスターを制御し、前記センサーから同期した検知信号を生成するように構成され、単一パルスが前記センサーの全体の視野及び照射背景の視野の全体の深度をカバーするのに十分なゲーティングユニットと、前記同期した検知信号を受信すると共に処理するように構成される処理ユニットと、を備えている。【選択図】図１
2015518692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
昼間と夜間の改善された画像を供給するためのシステムであって、
単一画素レベルで固有のアンチブルーミング特性を有し、各画素が高い転送ゲート効率を有する対応する転送ゲートトランジスターによりゲートされる、単一画素レベルで遮蔽されるゲートオフ特性を有する画素アレイセンサーと、
前記画素アレイセンサーの前記転送ゲートトランジスターを制御し、特定の露光パラメータに基づき読み出し毎の連続する複数の露光を蓄積するように構成されるゲーティングユニットと、
を備えていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記画素アレイセンサーは移動プラットフォームに取り付けられている請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ゲーティングユニットは同期性パルス光源で動作するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ゲーティングユニットは非同期性光源で動作するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ゲーティングユニットは少なくとも２つの画素群で画素の転送ゲートトランジスターを独立して制御することにより異なるゲーティングパラメータを有する前記少なくとも２つの画素群を同時にゲートするように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記異なるゲーティングパラメータは１以上の光源に関して同期性のパラメータを備え、前記異なる画素群のための異なる背景容積に整合する請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記異なるゲーティングパラメータは、信号の独立した蓄積が前記異なる画素群のそれぞれに実行されるようになっている請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記単一画素レベルでの前記固有のアンチグルーミング特性は、前記画素アレイの飽和画素と第２の近接画素との間で少なくとも６０ｄＢの割合を示す請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記画素センサーアレイはゲーティング以外の少なくとも１つのモードで動作するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記画素の低ノイズは、光源の波動又は光源の変調がない期間中、そのポテンシャル電圧を再設定することで達成され、光ダイオードの寄生ノイズを減少する請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記転送ゲート効率は、前記画素間の高いポテンシャル電圧を前記転送ゲートのフローティングディフュージョンに設定することで達成され、荷電キャリアが前記フローティングディフュージョンに取り出される高い可能性を有する強い電界を可能にする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記高い転送ゲート効率は前記転送ゲートの物理的な寸法を設定することで達成され、光ダイオード側の転送ゲートはフローティングディフュージョン側の転送ゲートより実質的に大きくなっている請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記高い転送ゲート効率は実質的に孔がないように光ダイオードを側の転送ゲートを設定することで達成される請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記画素は４００ｎｍから１１００ｎｍをカバーする範囲内で光を検知するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記画素は７００ｎｍから２μｍをカバーする範囲内で光を検知するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記画素アレイセンサーは色彩フィルターと共に動作するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
活性光源の波動又は活性光源の変調は約８００ｎｍの近赤外である請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記画素アレイセンサーは約２０ｍと２００ｍの間の距離から到達する反射を検知するのに十分敏感であり、前記反射は少なくとも２等級の大きさで前記画素アレイセンサーに到達する前に弱められる請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像システムの分野に関し、特に、読み出しフレーム方法毎に複数のグレーテッド低ノイズ画素による活性的及び又は受動的な撮像に関する。
【背景技術】
【０００２】
「車両に装着される暗視画像」という名称の米国特許No.US 7,733,462 B2は、低視程環境下（夜間又は雨や雪等のような低視程状態）で自動車における視界状態を改善するための装置及び方法を挟持する。上述した特許で説明されるシステムはゲーテッド撮像技術に基づいている（すなわち、撮像センサーは反射光の信号を利用する）。さらに、上述したシステムは、光陰極及び又はマイクロチャネルプレートを使用する撮像強化技術に基づくセンサー提供する。このタイプの撮像強化技術は、高温度（５０℃以上）による感度損失、日射照度による感度損失、光陰極への一定の静止画像投射によるバーンエフェクト（burn effect）、５０ｄＢ以上の内部背景のダイナミックレンジでの一時的なノイズ及びブルーミング（飽和）といった車両環境固有の欠点を有している。このタイプの撮像強化技術はまた、ワッセナーアレンジメント又は最新運転者支援システム（ＡＤＡＳ）のように一般人への適用に困難を引き起こす同等の輸出規制権限の下の輸出規制項目として定義されている。さらに、上述した特許に記載されているシステムは、上記欠点により、昼間撮像能力を運転者に提供できない。
【０００３】
「カメラによる距離測定」という名称の欧州特許No. EP 1 118 208 B1は、「３Ｄカメラ」と呼ばれるカメラで距離を測定する装置及び方法を教示している。いくつかのゲーテッド画素設計は、リセットスイッチと少なくとも１つのゲートスイッチ、又はリセットスイッチと電界効果トランジスター（ＦＥＴ）による少なくとも１つの変調器で説明されている。これらの画素設計はストレージコンデンサ及び増幅器から成るインテグレーターを有している。前記’208 B1  特許で説明されているこれらのゲーテッド画素設計は、画素において増幅器の帰還で表されるインテグレーター機構に固有のリセットノイズレベル（「ＫＴＣ」ノイズとして公知）により（ゲーテッド撮像車両の適用におけるように）低光度信号で低性能を有している。さらに、上述した特許において、画素インテグレーターのノイズレベル及び信号の蓄積はゲートオフの間、参照されない。別々の画素間のアンチブルーミング比は光源に結合及び同期されるゲーテッド画素のアレイに基づく撮像センサーの重要な特徴である。そのようなシステム構成において、ゲーテッド画素は、よく反射する物体（すなわち、再帰性反射板、撮像センサー／光源に垂直な鏡等）により輝く（すなわち、名目上の不飽和信号より等級が３段階まで高く飽和される）ことが可能である。別々の画素間のアンチブルーミング比は上述した特許では説明されていない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの特徴は、視聴者のために昼間及び夜間の背景の改善された画像を提供するためのシステムを提供する。本発明の実施の形態によるシステムは、移動プラットフォームと共に動作する。ある限定されない例では、移動プラットフォームは車両である。しかしながら、ここでの車両の列挙はいかなる移動プラットフォームでの使用を示していることが理解される。一実施の形態では、そのシステムは車両内に配置されている。そのシステムは、単一画素レベルにおいて十分に遮蔽されるゲートオフ特性を有する画素アレイセンサーを備え、その画素アレイセンサーは単一画素レベルにおいて固有のアンチブルーミング特性を有し、各画素は高い転送ゲート効率を有する対応する転送ゲートトランジスターによりゲートされる。そのシステムは、波動又は連続する変調波の活性光源（すなわち、レーザー、ＬＥＤ、人工的な光源等のようにゲーテッドシステムの一部の光源）と、受動光源（すなわち、ＬＥＤ、人工的な光源等のように光源がゲーテッドシステムの一部ではないがゲーテッドシステムの視野[ＦＯＶ]に配置される背景で受動的）で転送ゲートトランジスターを制御するように構成され、センサーから同期性の検知信号を生成し、活性光源による単一パルスはセンサーの全体の視野及び照射される背景の視野の全体の深度をカバーするのに十分なゲーティングユニットと、同期性の検知信号を受信すると共にそれを処理し、背景の改善された画像を生成するように構成される処理ユニットと、をさらに備えている。幾つかの実施の形態では、画素アレイセンサーは車両内に配置され、背景からの反射が車両のウィンドガラスにより弱められる。
【０００５】
本発明の別の特徴は、異なる明るさ状態に適している車両に取り付けられる撮像システムを向上させるための方法を提供する。その方法は、前記照明源が活性光源（すなわち、そのシステムの一部）又は受動光源（すなわち、ＬＥＤ、人工的な光源等のように光源がゲーテッドシステムの一部ではないが、ゲーテッド撮像システムＦＯＶに配置される背景に受動的）である照明のゲーテッド光源に同期される少なくとも一つの画素の「オン」及び「オフ」を制御することを含んでいる。本技術では、画素が「オン」の期間にある時、それは所望な対象物から伝播する光パルスを蓄積し、「オフ」の期間に変わると、（背景、高反射物体、特定の変調等のような）クラッタ源から生じるパルスを無視する。光のすべての所望なパルスが画素のフローティングディフュージョン（ＦＤ）又は画素ストレージの他の方法で一旦蓄積されると、その信号が読み出され、単一のフレーム画像を供給する。開示された技術は公知な技術より多くの利点を提供する。
【０００６】
それらの幾つかは、以下の通りである。すなわち、所望な（波動又は変調された）光信号の蓄積によるより良い信号対雑音比（ＳＮＲ）の画像及び背景の信号蓄積の減少である。また、４０ｄＢの大きさの高い内部背景のダイナミックレンジへの免疫であり、例えば、複数のゲーテッド画素アレイの場合、アンチブルーミング比が、飽和画素と別の３番目の画素の間で、１０００（６０ｄＢ）以上で、望ましくは約１００００（８０ｄＢ）である。また、波動又は変調された光源から生じる複数のゲーテッド画素の瞬間視野（ＩＦＯＶ）における波動又は変調された光に同期する能力である。また、複数のゲーテッド画素ＩＦＯＶに反射する同期性光源で直接飛行時間（ＴＯＦ）を行う能力である。また、少なくとも単一画素でゲート及び又は少なくとも単一の画素アレイでゲートする能力である。
【０００７】
本発明のこれらのさらに及び又は他の特徴及び又は利点は、以下の詳細な説明に示されており、その詳細な説明より推測可能であり、本発明の実施により学習可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明は添付した図面と関連して成される実施の形態の詳細な説明から容易に理解されるだろう。
【図１】本発明の幾つかの実施の形態による「ゲート可能な」画素を示す回路図である。
【図２】本発明の幾つかの実施の形態による特徴を示すタイムチャートである。
【図３】本発明の幾つかの実施の形態による特徴を示すタイムチャートである。
【図４Ａ】本発明の幾つかの実施の形態による例示的な実施のシミュレーションで使用される式及び単位を示している。
【図４Ｂ】本発明の幾つかの実施の形態による例示的な実施のシミュレーションで使用される式及び単位を示している。
【図４Ｃ】本発明の幾つかの実施の形態による例示的な実施のシミュレーションで使用される式及び単位を示している。
【図５】本発明の幾つかの実施の形態による例示的な実施のシミュレーションのグラフでる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の少なくとも一つの実施の形態を詳細に説明する前に、本発明は以下の説明又は図面に示された詳細な構成及び部品の配置にその適用が限定されるものではないことを理解すべきである。本発明はいろいろな方法で実施又は実行される他の実施の形態に適用可能である。また、ここで使用される専門語及び用語は説明の目的のためであり、限定とみなされるべきでないことを理解すべきである。
【００１０】
図１は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）の標準的な製作技術により提供される「ゲート可能な」画素の概略図を示している。光の各パルス（すなわち、各ゲート）はピン止めフォトダイオード（ＰＤ）であるフォトダイオードによりプロポーショナル電気信号に変換される。そのＰＤからの生成された電気信号は光の各変換信号を蓄積するインテグレーター（すなわち、コンデンサー）として動作するフローティングディフュージョン（ＦＤ）に電界によって運ばれる。２つの制御可能な画素信号は、画素ゲート、転送ゲートトランジスター（ＴＸ１）及びアンチブルーミングトランジスター（ＴＸ２）を生成する。アンチブルーミングトランジスターは３つの主な目的を有しており、第１番目は、ＴＸ１に結合した時（すなわち、ＴＸ２がオンからオフに変わった時或いはＴＸ２がオフからオンに変わった時）、単一の光パルスゲーティング機構の一部となることであり、第２番目は、ＴＸ１がオフ（すなわち、ＰＤリセット）の間にＰＤに蓄積されないＰＤに発生する所望しない寄生信号を防止することであり、第３番目は、ＴＸ１がオンの時、ＰＤに生じる過大な電気信号を流すアンチブルーミングの役割である。アンチブルーミングＴＸ２の制御可能な信号は信号が蓄積された光パルスを終える光学シャッターとして動作する。転送ゲートトランジスター（ＴＸ１）は所望な時とＴＸ２に結合される所望な期間にのみオンに変わる。一旦、すべての光パルスがＦＤに蓄積されると、信号が読み出され、信号フレーム画像を供給する。
【００１１】
複数のゲーテッド低ノイズ画素は、「ゲート可能な」ＰＤ，ＴＸ１，ＴＸ２及びＰＤ構成の後に標準的な電気信号チェーンを有している。この標準的な電気信号チェーンは、画素電圧（ＶＤＤ）を使用する電荷でＦＤを充電する役割を有するリセットトランジスター（ＲＳＴ）により構成されてもよく、蓄積された信号（すなわち、電子）を電圧に変換するソースフォロア（ＳＦ）トランジスターにより構成されてもよく、画素アレイのための行及び又は列に接続される選択（ＳＥＬ）トランジスターにより構成されてもよい。
【００１２】
「ゲート可能な」画素を示す概略回路図は最小５個のトランジスター（「５Ｔ」）を有している。この画素構成は図２及び図３により以下に説明されているような「ゲート可能な」タイミングシーケンスで動作する。さらに、画素はまた、標準的な５Ｔ画素のタイミングシーケンス又は標準的な４Ｔ画素のタイミングシーケンスで動作してもよい。多様な動作構成（すなわち、ゲーティングシーケンス又は標準的な５Ｔ又は標準的な４Ｔ）は画素の異なる照射状態を実行可能である。例えば、（ゲーテッド照明のある）活性ゲーテッドモードの低照射レベルの間のゲーティングタイミングシーケンス、（照明のない）夜間の低奏照射レベルの間の４Ｔタイミングシーケンス、及び夜間の高照射レベルの間の５Ｔタイミングシーケンスである。「ゲート可能な」画素を示すこの概略回路図はまた、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）及び又は高ダイナミックレンジ（ＨＤＲ）のためのさらなる回路を有している。そのような追加の回路の付加は光感知フィルファクター（すなわち、画素の感度）を減少させる。
【００１３】
図２は活性ゲーテッド撮像のための複数のゲーテッド低ノイズ画素アレイのタイミングシーケンスのフローチャートを示し、（レーザー及び又はＬＥＤ及び又はアーク灯又は活性ゲーテッド撮像システムの他のトリガー光源から生じるような）各光源の反射パルスが各画素ゲートの事象に同期される。タイミングシーケンスはステップ毎に（ノンスケールで）示され、各ステップは期間を示し、信号のオンはブラックの升目で示されている。すべてのステップはフローチャートにおいてより明確にされる。
【００１４】
ステップＡ１：すべてのアレイの列から特定の列の配列が選択されれば、画素選択トランジスター（ＳＥＬ）がオンになり、ＰＤに蓄積されないＰＤに望まない寄生信号が発生すれば、画素アンチブルーミング（ＴＸ２）がオンになる（すなわち、ＶＤＤより低いＶＳＳ電圧レベル）。
【００１５】
ステップＡ２：画素ＦＤが電荷で十分に配置されれば、画素リセットトランジスタ（ＲＳＴ）はオンになり、ＰＤに蓄積されない望ましくない寄生信号がＰＤに発生されれば、画素アンチブルーミング（ＴＸ２）はオンになる。
【００１６】
ステップＡ３：少なくとも単一の所望な露光の蓄積前に画素ＦＤ信号レベル（すなわち、ゲート）があれば、画素リセット信号がサンプリングされる。画素リセット信号はステップＡ１８において画素信号サンプルから差し引かれ、オフセット信号（よって、図１に示されているようにゲーテッド構成において画素の外側で行われるＣＤＳ）を除去する。ＰＤに蓄積されない望ましくない寄生信号がＰＤに発生すれば、アンチブルーミング（ＴＸ２）はオンになる。
【００１７】
ステップＡ４：ＰＤに蓄積されない望ましくない寄生信号がＰＤに生成されれば、光源のパルス（活性ゲーテッド撮像の一部）が発生され、アンチブルーミング（ＴＸ２）がオンになる。
【００１８】
ステップＡ５：転送ゲート（ＴＸ１）を介して転送されるＰＤに生成される信号が最初に供給されれば、光源のパルス（活性ゲーテッド撮像の一部）は所望な距離まで伝わり、画素に反射され、アンチブルーミング（ＴＸ２）はオフになる。
【００１９】
ステップＡ６：単一ゲート転送事象が終了すると共にＰＤに蓄積されない望ましくない寄生信号がＰＤに発生すれば、画素転送トランジスター（ＴＸ１）がオンになり、ＰＤに発生した電気信号をＦＤに転送し、アンチブルーミング（ＴＸ２）がオンに戻る。ＴＸ１のオンの期間は光パルス時間と同じ又はそれより短く、所望なパルス反射信号を蓄積し、背景の信号蓄積を減少させる。
【００２０】
ステップＡ７：ＰＤに蓄積されない望ましくない寄生信号がＰＤに生成されれば、画素転送トランジスター（ＴＸ１）がオフになると共にアンチブルーミング（ＴＸ２）がオンになる。
【００２１】
ステップＡ８：ステップＡ４と同様であるが、ステップＡ４と異なるタイミングを有している。例えば、ステップＡ４の期間が１μ秒（半値全幅）で、ステップＡ８の期間が０．５μ秒、或いはステップＡ４の期間が１μ秒で、ステップＡ８の期間が１．５μ秒などである。
【００２２】
ステップＡ９：画素ＦＯＶにおいて異なる蓄積の開始距離があれば、ステップＡ５と同様であるが、ステップＡ５と異なるタイミングを有している。例えば、ステップＡ５の期間が１μ秒（すなわち、自由空間における光の伝播のための約１５０ｍの開始距離に等しい）で、ステップＡ９の期間が０．５μ秒である（すなわち、自由空間における光の伝播のための約７５ｍの開始距離に等しい）。
【００２３】
ステップＡ１０：ステップＡ６と同様であるが、ステップＡ６と異なるタイミングを有し、ステップＡ８における光源のパルスの期間を蓄積する（光源のパルス時間に等しいか或いはそれより短い）。その時間は画素ＦＯＶの視野の距離の異なる蓄積深度を供給する。例えば、ステップＡ６の期間が１μ秒（すなわち、自由空間における光の伝播のための約１５０ｍの視野の深度に等しい）で、ステップＡ１０の期間が０．６μ秒である（すなわち、自由空間における光の伝播のための約９０ｍの視野の深度に等しい）。
【００２４】
ステップＡ１１：ステップＡ７と同様であるがステップＡ７と異なるタイミングを有している。
【００２５】
ステップＡ１２〜ステップＡ１５：ステップＡ４〜ステップＡ７及びステップＡ８〜ステップＡ１１と同様であるが、上記と異なるタイミングを有している。画素ゲート（露光及び蓄積）は１回、２回又は画素の読み出し毎に♯Ｘゲート（事象）行われてもよい。
【００２６】
ステップＡ１６：少なくとも単一のゲート転送事象の後、ＰＤに蓄積されない望ましくない寄生信号がＰＤに生成されれば、アンチブルーミング（ＴＸ２）はオンになる。
【００２７】
ステップＡ１７〜ステップＡ１８：標準的な画素の読み出しが行われる。ＰＤ及びＦＤに蓄積されない望ましくない寄生信号がＰＤに生成されれば、アンチブルーミング（ＴＸ２）はオンになる一方、画素選択トランジスター（ＳＥＬ）がオンになると共に蓄積された画素信号がソースフォロア（ＳＦ）トランジスターを介してＦＤから読み出される。
【００２８】
読み出し毎の複数のゲーテッド低ノイズ画素のアレイにより活性ゲーテッド撮像において、少なくとも単一の光パルス（すなわち、単一ゲート）のためのステップＡ５の期間及びステップＡ６の期間のゲートトランジスター（ＴＸ１）及び安置ブルーミングトランジスター（ＴＸ２）は画素から画素或いは画素アレイ群から画素アレイ群に変わる。これにより各画素又は画素アレイ群は画素ＦＯＶにおける視野距離の異なる深度及び又は開始時間を蓄積することができる。
【００２９】
幾つかの実施の形態によれば、ゲーティングユニットは、少なくとも２つの画素群で画素の転送ゲートトランジスターを独立して制御することにより、少なくとも２つの画素群を異なるゲーティングパラメータで同時にゲートするように構成されている。さらに、異なるゲーティングパラメータは１個以上の光源に関して同期化パラメータを含み、異なる画素群のための異なる背景容量に適合する。背景容量は、画素ＦＯＶにおける視野の距離の異なる深度及び又は開始距離のような境界によって定義される背景の容量部分として定義される。
【００３０】
図３は受動のゲーテッド撮像のための複数のゲーテッド低ノイズ画素アレイのタイミングシーケンスのフローチャートを示しており、画素ゲートのタイミングは、例えば光源が点滅する交通サインのため（レーザー及び又はＬＥＤ及び又はアーク灯又はゲーテッド撮像システムの一部ではないがゲーテッド撮像システムＦＯＶに配置される他のトリガー光源から生じる）外部光源に同期され又は非同期されてもよい。上述した活性ゲーテッド撮像タイミングと対照的に、各ゲートの受動ゲーテッド撮像タイミング（すなわち、ＴＸ１及びＴＸ２の関数である光への画素の露出）はパルス光源に同期されていない。異なるタイミングの複数のゲート（すなわち、露出）は、単一画素の読み出しの背景信号に関して十分な光源信号レベルを供給する。タイミングシーケンスはステップ毎に（ノンスケールで）示されており、各ステップは期間を示し、信号のオンは黒い升目で示されている。すべてのステップはフローチャートでより明確になるだろう。
【００３１】
ステップＢ１：すべてのアレイ列から特定の列のアレイが選択されれば、画素選択トランジスター（ＳＥＬ）はオンになり、ＰＤに蓄積されない望ましくない寄生信号がＰＤに生成されれば、画素アンチブルーミング（ＴＸ２）はオンになる（すなわち、ＶＤＤより低いＶＳＳ電圧レベル）。
【００３２】
ステップＢ２：画素ＦＤが電荷で十分に配置されれば、画素リセットトランジスター（ＲＳＴ）がオンになり、ＰＤに蓄積されない望ましくない寄生信号がＰＤに生成されれば、画素アンチブルーミング（ＴＸ２）はオンになる。
【００３３】
ステップＢ３：少なくとも単一の所望な露光（すなわち、ゲート）の蓄積前に画素ＦＤ信号レベルがあれば、画素リセット信号はサンプリングされる。画素リセット信号はステップＢ１８ｎｉｏｉｔｅ画素信号サンプルから差し引かれ、オフセット信号を除去する（よって、図１に示されているようなゲーテッド構成において画素の外側に行われるＣＤＳ）。ＰＤに蓄積されない望ましくない寄生信号がＰＤに生成されれば、アンチブルーミング（ＴＸ２）はオンになる。
【００３４】
ステップＢ４：（ゲーテッド撮像のゲーテッド一部ではないが、撮像システムＦＯＶに配置されている）光源のパルスが生成され、ＰＤに蓄積されない望ましくない寄生信号がＰＤに生成されれば、アンチブルーミング（ＴＸ２）はオンになる。
【００３５】
ステップＢ５：（ゲーテッド撮像のゲーテッド一部ではないが、撮像システムＦＯＶに配置されている）光源のパルスが画素に伝わると共に送られ、転送ゲート（ＴＸ１）を介して転送される信号がＰＤに発生し始めれば、アンチブルーミング（ＴＸ２）はオフに変わる。
【００３６】
ステップＢ６：単一ゲート転送事象が終了すると共にＰＤに蓄積されない望ましくない寄生信号がＰＤに発生すれば、画素転送トランジスター（ＴＸ１）がオンになり、ＰＤに発生した電気信号をＦＤに転送し、アンチブルーミング（ＴＸ２）がオンに戻る。ＴＸ１のオンの期間は光パルス時間と同じ又はそれより短く、所望なパルス送出信号を蓄積し、背景の信号蓄積を減少させる。
【００３７】
ステップＢ７：ＰＤに蓄積されない望ましくない寄生信号がＰＤに生成されれば、画素転送トランジスター（ＴＸ１）がオフになると共にアンチブルーミング（ＴＸ２）がオンになる。
【００３８】
ステップＢ８：ステップＢ４と同様であるが、ステップＢ４と異なるタイミングを有している。例えば、ステップＢ４の期間が１μ秒（半値全幅）で、ステップＢ８の期間が０．５μ秒、或いはステップＢ４の期間が１μ秒で、ステップＢ８の期間が１．５μ秒などである。
【００３９】
ステップＢ９：画素ＦＯＶにおいて異なる蓄積のタイミングがあれば、ステップＢ５と同様であるが、ステップＢ５と異なるタイミングを有している。例えば、ステップＢ５の期間が１μ秒で、ステップＢ９の期間が０．５μ秒である。
【００４０】
ステップＢ１０：ステップＢ６と同様であるが、ステップＢ６と異なるタイミングを有し、ステップＢ８における光源のパルスの期間を蓄積する（光源のパルス時間に等しいか或いはそれより短い）。その時間は画素ＦＯＶにおいて光源のパルスの異なる期間の蓄積を供給する。例えば、ステップＢ６の期間が１μ秒で、ステップＢ１０の期間が０．６μ秒である。
【００４１】
ステップＢ１１：ステップＢ７と同様であるがステップＢ７と異なるタイミングを有している。
【００４２】
ステップＢ１２〜ステップＢ１５：ステップＢ４〜ステップＢ７及びステップＢ８〜ステップＢ１１と同様であるが、上記と異なるタイミングを有している。画素ゲート（露光及び蓄積）は１回、２回又は画素の読み出し毎に♯Ｘゲート（事象）行われてもよい。
【００４３】
ステップＢ１６：少なくとも単一のゲート転送事象の後、ＰＤに蓄積されない望ましくない寄生信号がＰＤに生成されれば、アンチブルーミング（ＴＸ２）はオンになる。
【００４４】
ステップＢ１７〜ステップＢ１８：標準的な画素の読み出しが行われる。ＰＤに蓄積されない望ましくない寄生信号がＰＤに生成されれば、アンチブルーミング（ＴＸ２）はオンになる一方、画素選択トランジスター（ＳＥＬ）がオンになると共に蓄積された画素信号がソースフォロア（ＳＦ）トランジスターを介してＦＤから読み出される。
【００４５】
図３はまた受動のゲーテッド撮像のための複数のゲーテッド低ノイズ画素アレイのタイミングシーケンスのフローチャートであり、画素タイミングは、例えば太陽光のための（レーザー及び又はＬＥＤ及び又はアーク灯又はゲーテッド撮像システムの一部ではないがゲーテッド撮像システムＦＯＶに配置される他の連続光源から生じる）外部の光源の信号を蓄積する。少なくとも単一のゲート（すなわち、露出）は単一画素の読み出しにおいて十分な信号レベルを提供する。タイミングシーケンスはステップ毎に（ノンスケールで）示され、各ステップは期間を示し、信号のオンが黒い升目で示されている。
【００４６】
複数のゲーテッド低ノイズ画素の主要な特性の一つはゲートオフの間の不透明感である。画素ゲートがオフ（すなわち、ＴＸ１がオフでＴＸ２がオン）の間にＦＤにおいて発生する寄生電気信号は、ＦＤを遮蔽することで（例えば画素構造の金属層で）及び又はＦＤから離れて光を通す画素マイクロレンズを使用することで低減される。ゲートオフレベルの間の不透明感は可能な限り低くすることが要求され、統合時間（ゲーティング／非ゲーティング及び読み出し時間）での光の強度により分割されるＦＤで収集される信号への応答は０．０１％まで上昇する。この値は後述する活性撮像の後方産卵強度反射で処理することを要求される。
【００４７】
活性撮像性能の管理パラメータは変調コントラストであり、それは式(１)で「コントラスト（contrast）」として定義され、ターゲット（target）及び背景（background）に加えられる、システムのＦＯＶに散乱される周囲の光源及び後方散乱（backscatter）からの環境光である空中（air）の光を考慮に入れる。
【００４８】
[式１]
2015518692.tif 000003
【００４９】
[式２]
2015518692.tif 000004
【００５０】
ＩＡｉｒは焦点面の照度に対する空中の光の寄与率である。夜間の視野では、ほとんどないかまったくなく、ＩＡｉｒ≒０である。この結果は狭帯域フィルター（すなわち、分光フィルター）を使用して達成可能である。過酷な天候の撮像状態（例えば、土埃や霧）では、空中の光を考慮に入れなければならない。以下では、撮像センサーの近くの人工的な光源が遠方の背景を照射するために使用される場合に画像品質に周囲の後方散乱の影響を予測するための便利な方法を示している。照明と撮像システムと間の分離はＦＯＶにおける最も近い照射粒子の範囲に比べて小さいと考えられる。その後、ＦＯＶ内の大気の発光は、センサーと背景の間の経路上のすべての照射される粒子の後方散乱の寄与率を合計することにより計算される。その結果は、
[式３]
2015518692.tif 000005
であり、
ＩBackscatter＝大気後方拡散の発光（出力／領域）
Ｒmin＝ＦＯＶにおいて撮像システム（及び照明）から最も近い照射される粒子までの範囲（長さ）
Ｒmax＝撮像システム（及び照明）から撮像される背景までの範囲（長さ）
Ｐ＝照明の発光強度（出力）
Ｇ＝等方散乱に対する大気の粒子の後方散乱取得（無次元）
γ＝大気減衰係数又は「吸光係数」（長さ−１）
Ｆ＃１＝照明光学のＦ数（無次元）
θｌ＝照明光線の開度（角度）
Ｘ＝統合変数
大気中の狭波長照明及び照準線路は水平にとられ、大気減衰係数は一定と考えられる。
【００５１】
図４及び図５は複数のゲーテッド低ノイズ画素における別の主要な特徴が転送ゲートトランジスター（ＴＸ１）のノイズ（すなわち、転送効率）であることを示している。図４はシミュレーションで使用される式及び単位を示し、図５はそのシミュレーションの結果を示している。活性ゲーテッド撮像において、目と肌の安全性の標準は光源（例えば、レーザー、ＬＥＤ等）の光学ピーク出力、光学平均出力を制限する。ゲートトランジスター（ＴＸ１）ノイズ（すなわち、転送効率）はそのような場合に重要なパラメータである。ゲートトランジスター（ＴＸ１）のノイズ（すなわち、転送効率）は電荷転送の不確実なレベルの実際の手順の結果である。より高いゲート転送（ＴＸ１）効率を得るために少なくとも３つの異なる方法が画素で実行可能である。
・電荷の搬送がＦＤに引っ張られる可能性が高い強い電界を可能にする、ＰＤとＦＤ間における高いポテンシャル電圧の設定
・主にＴＸ１のＰＤ側での転送ゲートの実際の寸法。転送ゲート（ＴＸ１）が大きくなると、ＦＤに対するゲート転送効率が大きくなり、その逆もまた同じ
【００５２】
・主にＴＸ１のＰＤ側での転送ゲートの実際の構造。転送ゲート（ＴＸ１）が完璧である（すなわち、孔がない）と、ＦＤに対するゲート転送効率が大きくなり、その逆もまた同じ
【００５３】
以下の例は、画素信号の影響、（ゲート転送だけによる）画素ノイズレベル、及び画素ＳＮＲを示している。信号及びノイズレベルの計算例（図５、グラフ＃１）は、
・ターゲットの距離の関数としてＦＤにおける単一光パルスの蓄積信号（すなわち、単一ゲート転送）
・ターゲットの距離と１個の電子に同等のノイズ転送との関数としてＦＤにおける単一光パルスの蓄積信号（すなわち、単一ゲート転送）のノイズレベル
【００５４】
・ターゲットの距離と１０個の電子に同等のノイズ転送との関数としてＦＤにおける単一光パルスの蓄積信号（すなわち、単一ゲート転送）の（ゲート転送だけによる）ノイズレベル
画素ＳＮＲの計算例（図５、グラフ＃２）は、
・単一光パルスの蓄積信号（すなわち、単一ゲート転送）と１個の電子及びターゲット距離に同等のノイズ転送との関数としてＳＮＲ
・１００個の光パルス（すなわち、１００個のゲート転送）など
・単一光パルスの蓄積信号（すなわち、単一ゲート転送）と１０個の電子及びターゲット距離に同等のノイズ転送との関数としてＳＮＲ
・１００個の光パルス（すなわち、１００個のゲート転送）など
【００５５】
活性ゲーテッド撮像において、転送ゲートトランジスター（ＴＸ１）、アンチブルーミングトランジスター（ＴＸ２）及び光パルスの光源の上昇時間と降下時間は視野距離の深度及び開始距離の解像度／正確性に直接関係する。
【００５６】
受動ゲーテッド撮像において、転送ゲートトランジスター（ＴＸ１）、アンチブルーミングトランジスター（ＴＸ２）及び（ゲーテッド撮像システムの一部でないが、ゲーテッド撮像システムに配置される）光パルスの光源の上昇時間と降下時間はパルス変調の信号蓄積に直接関係する。
【００５７】
複数のゲーテッド画素は、近赤外線において５０％以上の値に対してより高いＰＤスペクトル応答（すなわち、画素のフィルファクター及び量子効率に直接関連する）を提供する画素ウェーハのための最初の材料として、１２μｍ以上の厚いエピタキシャル層及び又は高抵抗層を有している。エピタキシャル層が厚くなると、スペクトル応答は大きくなるが、変調伝達関数（ＭＴＦ）は小さくなる。夜間の適用のために主に使用される活性ゲーテッド撮像では、厚いエピタキシャル層及び又は高抵抗層によるＭＴＦの減少は、好ましくは５μｍ×５μｍの大きな画素寸法によるスペクトル応答に対して二番目である。大きな画素はより反射する光信号（少なくともより大きな画素領域）を蓄積するために必要とされ、低照度レベル（例えば０．１ルックス以下）の間の解像度は必要とされない。
【００５８】
好ましくは、複数のゲーテッド画素及び複数のゲーテッドセンサー（すなわち、読み出しインターフェースによる画素アレイ）は、（５０℃以上の）高温度ストレージ及び動作の車両環境に従うＣＭＯＳ技術を使用して生成され、感度は太陽光により損傷されず、ゲーテッド画素に対する一定の静止画の映し出しによるバーンエフェクトはない。
【００５９】
好ましくは、スペクトルフィルターは、活性撮像（すなわち、光源に結合される）又は受動撮像（すなわち、光源がＬＥＤ、人工的な光源等のようなゲーテッドシステムの一部ではないが、ゲーテッド撮像システムＦＯＶに配置される感知において受動）における複数のゲーテッド画素及び又は複数のゲーテッドセンサー（すなわち、読み出しインターフェースによる画素アレイ）の前に取り付けられ、昼間、夜間及び他の周囲の照明状態における周囲の光の蓄積を減少させる。分光フィルターはモザイクのフィルターアレイとして画素アレイレベルで実施可能である（例えば、フォトセンサーの四角形の格子上に分光フィルターを配置する）。フィルターのパターンは、２５％の緑色、２５％の赤色、２５％の青色及び２５％の近赤外線であり、よって、ＲＧＢＮとも呼ばれる。フィルターのパターンは、５０％の透明（例えば、広分光波長に対して開放）、２５％の赤色及び２５％のＮＩＲであり、よって、ＣＣＲＮとも呼ばれる。フィルターのパターンは、一つの特定の波長で、２５％の透明、２５％のＮＩＲで、異なる波長で、２５％のＮＩＲで、よってＣＲＮ（１）Ｎ（２）とも呼ばれる（例えば、Ｃ：４５０〜８５０ｎｍ、Ｎ（１）：７８０〜８００ｎｍでＮ（２）：８１０〜８５０ｎｍ）。フィルターのパターンは、緑色、赤色、青色、透明及びＮＩＲの他の組合せであってもよい。
【００６０】
好ましくは、偏光フィルターは、活性撮像（すなわち、偏光光源に結合される）又は受動撮像（すなわち、光源がＬＥＤ、人工的な光源等のようなゲーテッドシステムの一部ではないが、ゲーテッド撮像システムＦＯＶに配置される感知において受動）における複数のゲーテッド画素及び又は複数のゲーテッドセンサー（すなわち、読み出しインターフェースによる画素アレイ）の前に取り付けられ、昼間、夜間及び他の周囲の照明状態における周囲の光の蓄積を減少させる。
【００６１】
複数のゲーテッド画素ＦＯＶに反射される同期性の光源により直接ＦＯＶ撮像を行う能力はステップＡ１〜Ａ７等の幾つかの方法を達成し、ステップＡ８を実行するよりむしろ、各シーケンスの間のΔＴの短い遅れでステップＡ６〜Ａ７のシーケンスを数回実行する。ΔＴの各遅れは、ΔＺ＝ΔＴ＊Ｃ／２の被写界深度のことなる部分を蓄積し、Ｃは光速である。例えば、ステップＡ６〜Ａ７のシーケンス間のΔＴ＝１００ｎ秒の遅れは、各シーケンスのため１５ｍの被写界深度を与える。
【００６２】
限られた数の実施の形態に関連させて本発明を説明したが、これらは本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではなく、むしろ好適な実施の形態の幾つかの例示として考えられるべきである。他の可能な変形、修正、及び適用はまた本発明の範囲内である。したがって、本発明の範囲はここまで説明されたものによって限定されるべきではなく、添付された請求項及びそれらと同等のものによるべきである。
【図１】
2015518692.tif 000006
【図２】
2015518692.tif 000007
【図３】
2015518692.tif 000008
【図４Ａ】
2015518692.tif 000009
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年12月18日(2014.12.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
昼間と夜間の改善された画像を供給するためのシステムであって、
単一画素レベルで固有のアンチブルーミング特性を有し、各画素が高い転送ゲート効率を有する対応する転送ゲートトランジスターによりゲートされる、単一画素レベルで遮蔽されるゲートオフ特性を有する画素アレイセンサーと、
前記画素アレイセンサーの前記転送ゲートトランジスターを制御し、特定の露光パラメータに基づき読み出し毎の連続する複数の露光を蓄積するように構成されるゲーティングユニットと、
を備え、前記画素アレイセンサーはさらにゲーティング以外の少なくとも１つのモードで動作するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記画素アレイセンサーは移動プラットフォームに取り付けられている請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ゲーティングユニットは同期性パルス光源で動作するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ゲーティングユニットは非同期性光源で動作するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ゲーティングユニットは少なくとも２つの画素群で画素の転送ゲートトランジスターを独立して制御することにより異なるゲーティングパラメータを有する前記少なくとも２つの画素群を同時にゲートするように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記異なるゲーティングパラメータは１以上の光源に関して同期性のパラメータを備え、前記異なる画素群のための異なる背景容積に整合する請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記異なるゲーティングパラメータは、信号の独立した蓄積が前記異なる画素群のそれぞれに実行されるようになっている請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記単一画素レベルでの前記固有のアンチグルーミング特性は、前記画素アレイの飽和画素と第２の近接画素との間で少なくとも６０ｄＢの割合を示す請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記画素の低ノイズは、光源の波動又は光源の変調がない期間中、そのポテンシャル電圧を再設定することで達成され、光ダイオードの寄生ノイズを減少する請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記転送ゲート効率は、前記画素間の高いポテンシャル電圧を前記転送ゲートのフローティングディフュージョンに設定することで達成され、荷電キャリアが前記フローティングディフュージョンに取り出される高い可能性を有する強い電界を可能にする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記高い転送ゲート効率は前記転送ゲートの物理的な寸法を設定することで達成され、光ダイオード側の転送ゲートはフローティングディフュージョン側の転送ゲートより実質的に大きくなっている請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記高い転送ゲート効率は実質的に孔がないように光ダイオードを側の転送ゲートを設定することで達成される請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記画素は４００ｎｍから１１００ｎｍをカバーする範囲内で光を検知するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記画素は７００ｎｍから２μｍをカバーする範囲内で光を検知するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記画素アレイセンサーは色彩フィルターと共に動作するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
活性光源の波動又は活性光源の変調は約８００ｎｍの近赤外である請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記画素アレイセンサーは約２０ｍと２００ｍの間の距離から到達する反射を検知するのに十分敏感であり、前記反射は少なくとも２等級の大きさで前記画素アレイセンサーに到達する前に弱められる請求項１に記載のシステム。
【国際調査報告】
2015518692.tif 000013
2015518692.tif 000014