專利名稱：固態(tài)成像器件、成像設(shè)備和ad轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)成像器件、成像設(shè)備和AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
例如，在視頻設(shè)備的領(lǐng)域中，使用了檢測物理量中的光(電磁波的例子)的 CCD (電荷耦合器件)、M0S (金屬氧化物半導(dǎo)體)或者CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)固態(tài) 成像器件。這些固態(tài)成像器件讀出作為電信號的、被單位元件(固態(tài)成像器件中的像素) 轉(zhuǎn)換為電信號的物理量分布。 還有一種放大固態(tài)成像器件，其包括放大固態(tài)成像元件(APS :有源像素傳感器/ 也稱為增益單元)結(jié)構(gòu)的像素，該結(jié)構(gòu)具有用于在像素信號生成單元中進(jìn)行放大的驅(qū)動晶 體管，像素信號生成單元生成與由電荷生成單元生成的信號電荷相對應(yīng)的像素信號。例如， 大多數(shù)CMOS固態(tài)成像器件具有這樣的結(jié)構(gòu)。 例如，在X-Y地址型固態(tài)成像器件(其中多個單位像素排列為矩陣形狀)中，為了 對像素施加放大功能，利用MOS結(jié)構(gòu)的有源元件(MOS晶體管)等構(gòu)成像素。具體而言，累 積在用作光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管中的信號電荷(光電子)被有源元件放大并被讀出為 圖像信息。例如，大量的像素晶體管排列為二維矩陣形狀以構(gòu)成像素單元。每一行或每個 像素開始與入射光相對應(yīng)的信號電荷的累積。根據(jù)地址指定按順序從像素讀出基于所累積 的信號電荷的電流或電壓信號。 在M0S (包括CMOS)固態(tài)成像器件中，作為地址控制的例子，經(jīng)常使用一種列讀出 系統(tǒng)(列平行輸出系統(tǒng))，該系統(tǒng)用于同時訪問一行的所有像素并以行為單位從像素單元 讀出像素信號。從像素單元讀出的一行的模擬像素信號可以被模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD轉(zhuǎn)換器/ ADC)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。提出了用于AD轉(zhuǎn)換的各種機(jī)制。 作為AD轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，從電路大小、處理速度(速度增大)、分辨率等角度設(shè)計了 各種系統(tǒng)。例如，存在一種參考信號比較型的AD轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(參見JP-A-2007-60671和 JP-A-2007-60080)。參考信號比較型也稱為斜坡積分型、斜坡信號比較型等等。
在參考信號比較型的AD轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，值漸變的參考信號(斜坡)被用于電壓比較 以將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。模擬單位信號和參考信號被相互比較?；谕ㄟ^基于比較 處理結(jié)果在計數(shù)操作有效時段中執(zhí)行計數(shù)處理而獲得的計數(shù)值來獲取單位信號的數(shù)字?jǐn)?shù) 據(jù)。在通過將參考信號比較型的AD轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與列讀出系統(tǒng)相組合而獲得的系統(tǒng)(稱為列 AD系統(tǒng))中，來自像素的模擬輸出可以以列平行方式經(jīng)受低頻帶的AD轉(zhuǎn)換。這適合于實現(xiàn) 高圖像質(zhì)量和高速度的圖像傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在JP-A-2007-60671和JP-A-2007-60080公開的機(jī)制中，需要用于生成并提 供根據(jù)顏色具有不同梯度的信號的單獨電路結(jié)構(gòu)以解決彩色圖像拍攝期間的顏色調(diào)節(jié)。結(jié) 果，電路尺寸增大，這引起了問題。
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因此，希望提供一種可以在參考信號比較型的AD轉(zhuǎn)換期間執(zhí)行增益調(diào)節(jié)以校正
單位像素之間的輸出幅度特性差異，同時減少電路尺寸增大的問題的機(jī)制。 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)的機(jī)制，其中比較單元將
具有漸變的電平的參考信號與模擬處理目標(biāo)信號相比較，并且計數(shù)器單元接收用于AD轉(zhuǎn)
換的計數(shù)時鐘的供給并且基于比較結(jié)果在計數(shù)操作有效時段中執(zhí)行計數(shù)操作。AD轉(zhuǎn)換單元
執(zhí)行參考信號比較型的AD轉(zhuǎn)換處理。 在該機(jī)制中，關(guān)于像素單元，假定輸出模擬處理目標(biāo)信號的多個單位像素排列在 水平方向上，并且多條掃描線的布線使得在水平方向上多個單位像素的陣列的重復(fù)單位 內(nèi)、可以在垂直方向上按順序讀出處理目標(biāo)信號。 首先，驅(qū)動控制單元執(zhí)行控制以在像素單元的水平方向上的多個單位像素的陣列 的重復(fù)單位內(nèi)、在垂直方向上按順序讀出處理目標(biāo)信號。另外，驅(qū)動控制單元分別調(diào)節(jié)從參 考信號生成單元提供的參考信號的梯度和/或用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘的頻率，以校正各處 理目標(biāo)信號的AD轉(zhuǎn)換處理期間、重復(fù)單位內(nèi)的多個單位像素之間的輸出幅度特性差異。具 體而言，驅(qū)動控制單元分別調(diào)節(jié)相對于參考信號的每單位時間的電壓改變量的、計數(shù)器側(cè) 上的計數(shù)時鐘的數(shù)目。這樣，驅(qū)動控制單元分別調(diào)節(jié)指示相對于處理目標(biāo)信號的計數(shù)器單 元的輸出數(shù)據(jù)的大小的AD轉(zhuǎn)換增益。 在這種機(jī)制中，不僅在垂直方向上，而且在水平方向(行方向)上，針對水平方向
上多個單位像素的陣列的每個重復(fù)單位，在垂直方向上按順序讀出處理目標(biāo)信號。根據(jù)處 理目標(biāo)信號的讀出，分別調(diào)節(jié)參考信號的梯度和用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘的頻率，從而分別 調(diào)節(jié)AD轉(zhuǎn)換增益。因此，即使在單位像素之間存在輸出幅度特性差異，該特性差異也被校 正。 即使當(dāng)在水平方向上多個單位像素的陣列的重復(fù)單位內(nèi)分別調(diào)節(jié)參考信號的梯 度時，也只需要提供用于生成并提供參考信號的一個電路結(jié)構(gòu)。即使當(dāng)在水平方向上多個 單位像素的陣列的重復(fù)單位內(nèi)分別調(diào)節(jié)計數(shù)時鐘的頻率時，也只需要提供用于生成并提供 計數(shù)時鐘的一個電路結(jié)構(gòu)。 應(yīng)用了用于AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)的機(jī)制的器件例如被應(yīng)用于固態(tài)成像器件。固態(tài)成 像器件可以被形成為一個芯片，或者可以被形成為具有成像功能的模塊，其中成像單元和 信號處理單元或者光學(xué)系統(tǒng)被集中封裝。該器件不僅可以應(yīng)用于固態(tài)成像器件，還可以應(yīng) 用于成像設(shè)備。在成像設(shè)備中可以獲得與固態(tài)成像器件中相同的效果。成像設(shè)備例如指具 有成像功能的相機(jī)(或相機(jī)系統(tǒng))和便攜式設(shè)備。"成像"不僅包括在正常相機(jī)拍照期間對 圖像的拍照，還包括更寬意義上的指紋檢測。 根據(jù)實施例，可以分別執(zhí)行參考信號比較型的AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)以校正單位像素 之間的輸出幅度特性差異，同時減少電路尺寸增大的問題。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的CMOS固態(tài)成像器件的示意圖； 圖2A是用在根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像器件中的參考信號生成單元的DA轉(zhuǎn)換單
元的配置例子的示意圖； 圖2B示出了用于說明參考信號比較型的AD轉(zhuǎn)換處理中的AD轉(zhuǎn)換增益的示意 圖3A是關(guān)注于AD轉(zhuǎn)換處理和CDS處理的根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像器件的簡單 電路圖； 圖3B是用于說明根據(jù)第
圖3C是用于說明根據(jù)第-轉(zhuǎn)換處理的時序圖；
圖4A是用于說明根據(jù)第 節(jié)操作的AD轉(zhuǎn)換處理的時序圖；
圖4B是用于說明根據(jù)第 節(jié)操作的AD轉(zhuǎn)換處理的時序圖；
圖4C示出了用于說明應(yīng)用在第一實施例的第三例子中的分色濾波器的顏色陣列 的示意圖； 圖4D是用于說明根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像器件中關(guān)注于第三例子的白平衡調(diào) 節(jié)操作的AD轉(zhuǎn)換處理的時序圖； 圖5A是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的CMOS固態(tài)成像器件的示意圖； 圖5B是用于說明根據(jù)第二實施例的固態(tài)成像器件中關(guān)注于白平衡調(diào)節(jié)操作的AD
轉(zhuǎn)換處理的時序圖； 圖6A是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的CMOS固態(tài)成像器件的示意圖； 圖6B是用于說明根據(jù)第三實施例的固態(tài)成像器件中關(guān)注于白平衡調(diào)節(jié)操作的AD
轉(zhuǎn)換處理的時序圖； 圖7A是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的CMOS固態(tài)成像器件的示意圖； 圖7B示出了根據(jù)第四實施例的固態(tài)成像器件中包括的單位像素群組的組件的布
置布局例子的示意圖； 圖7C是單位像素群組以及驅(qū)動單元、驅(qū)動控制線和像素晶體管之間的連接形式 的電路配置例子的示意圖； 圖7D示出了用于說明具有圖7A至7C所示的像素共享結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像器件中的 彩色成像的示意圖； 圖7E是用于說明根據(jù)第四實施例的固態(tài)成像器件中關(guān)注于AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)操作 的AD轉(zhuǎn)換處理的時序圖；以及 圖8是根據(jù)本發(fā)明第五實施例的成像設(shè)備的示意圖。
具體實施例方式
下面參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例。當(dāng)要根據(jù)實施例區(qū)分功能元件時，功能 元件由附有諸如A、 B和C之類的大寫字母的標(biāo)號表示。當(dāng)不根據(jù)實施例區(qū)分功能元件時， 標(biāo)號被省略。附圖同樣如此。 在下面說明的例子中，CMOS固態(tài)成像器件被用作器件。除非特別指出，否則在 CMOS固態(tài)成像器件中，假定所有單位像素都包括nMOS晶體管(n溝道MOS晶體管)并且信 號電荷為負(fù)電荷(電子)。然而，這僅僅是一個例子。目標(biāo)器件并不限于MOS固態(tài)成像器 件。單位像素可包括PMOS晶體管(p溝道MOS晶體管)。信號電荷可以是正電荷(空穴)。
按下面的順序進(jìn)行說明
一實施例的固態(tài)成像器件中的AD轉(zhuǎn)換處理的時序圖； 一實施例的固態(tài)成像器件的關(guān)注于AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)的AD
一實施例的固態(tài)成像器件中關(guān)注于第一例子的白平衡調(diào)
一實施例的固態(tài)成像器件中關(guān)注于第二例子的白平衡調(diào)
1.根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像器件(在對參考信號的梯度調(diào)節(jié)中，為每個分色濾 波器陣列提供了增益調(diào)節(jié)/AD轉(zhuǎn)換單元) 2.根據(jù)第二實施例的固態(tài)成像器件(在對參考信號的梯度調(diào)節(jié)中，為每個單位像 素提供了增益調(diào)節(jié)/AD轉(zhuǎn)換單元) 3.根據(jù)第三實施例的固態(tài)成像器件(用于AD轉(zhuǎn)換的時鐘頻率調(diào)節(jié)中的增益調(diào) 節(jié)) 4.根據(jù)第四實施例的固態(tài)成像器件(在對參考信號的梯度調(diào)節(jié)中，為每個單位像 素提供了增益調(diào)節(jié)/AD轉(zhuǎn)換單元)
5.根據(jù)第五實施例的成像設(shè)備
1.根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像器件 圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的CMOS固態(tài)成像器件(CMOS圖像傳感器)的示意 圖。 根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像器件1A包括像素單元IO，在像素單元10中，多個單位 像素3以二維矩陣形狀排列。像素單元10可應(yīng)用于彩色成像。具體而言，在像素單元IO 中的電荷生成單元的入射電磁波(在該例子中是光)的光接收表面上，提供了多個分色濾 波器(包括用于攝取彩色圖像的多種顏色的濾色器的組合)中的任何一個。
在附圖所示的例子中，使用了拜耳(Bayer)陣列的基本濾色器。分色濾波器的重 復(fù)單位以2X2像素排列以形成像素單元IO，使得按方點陣形狀排列的單位像素3對應(yīng)于 三種顏色R(紅色)、G(綠色)和B(藍(lán)色)的濾色器。在行方向上，與R相鄰的G被表示為 Gr，并且與B相鄰的G被表示為Gb。 用于感測第一顏色(紅色；R)的第一顏色像素被布置在奇數(shù)行X奇數(shù)列中。用于 感測第二顏色(綠色；Gr)的第二顏色像素被布置在奇數(shù)行X偶數(shù)列中。用于感測第三顏 色(綠色；Gb)的第三顏色像素被布置在偶數(shù)行X奇數(shù)列中。用于感測第四顏色(藍(lán)色； B)的第四顏色像素被布置在偶數(shù)行X偶數(shù)列中。第二顏色(綠色；Gr)和第三顏色(綠 色；Gb)是相同顏色G。因此，在根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像器件IA中，由于用于兩種不同 顏色R和Gr或者Gb和B的顏色像素是以棋盤圖案在每一行布置的，因此像素單元10可應(yīng) 用于彩色成像。這種拜耳陣列的基本濾色器的顏色陣列在行方向和列方向上每隔兩種顏色 R和Gr或者Gb和B進(jìn)行重復(fù)。 在圖1中，省略了一部分行和列以簡化說明。然而，實際上，數(shù)十至數(shù)千的單位像 素3排列在多行和多列上。如后面將說明的，除了作為光接收元件(電荷生成單元)的光 電二極管(它是檢測單元的例子)以外，每個單位像素3都還包括例如具有三或四個晶體 管的像素內(nèi)放大器，這些晶體管用于電荷轉(zhuǎn)移、復(fù)位、放大等等。像素信號電壓Vx被從單位 像素3輸出。 在垂直信號線19的像素信號電壓Vx中，按時間順序，信號電平Ssig在在復(fù)位電 平Srst(表示復(fù)位分量Vrst)之后出現(xiàn)，該復(fù)位電平Srst包括用作參考電平的像素信號的 噪聲。信號電平Ssig是通過將信號分量Vsig加上復(fù)位電平Srst而獲得的電平。信號分 量Vsig是根據(jù)Ssig( = Srst+Vsig)-Srst而獲得的。 固態(tài)成像器件1A還包括列AD處理單元26，在列AD處理單元26中，執(zhí)行CDS (相 關(guān)雙采樣)處理功能和數(shù)字轉(zhuǎn)換功能的AD轉(zhuǎn)換單元250以列平行方式設(shè)置。在列AD處理
8單元26內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換處理過程中，同時執(zhí)行對復(fù)位電平和信號電平的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的差分處 理，從而執(zhí)行數(shù)字域中的CDS處理。 固態(tài)成像器件1A還包括驅(qū)動控制單元7、向單位像素3提供用于像素信號讀出的 工作電流(讀出電流)的讀出電流源單元24、向列AD處理單元26提供用于AD轉(zhuǎn)換的參考 信號SLPadc的參考信號生成單元27以及輸出單元28。在圖中，參考信號生成單元27被設(shè) 置在固態(tài)成像器件1中。然而，參考信號生成單元27也可設(shè)置在固態(tài)成像器件1的外部。
驅(qū)動控制單元7包括水平掃描單元12 (列掃描電路)和垂直掃描單元14 (行掃描 電路)，單元12和14用于實現(xiàn)用于順序讀出像素單元10和通信/時序控制單元20的信號 的控制電路功能。水平掃描單元12指定應(yīng)當(dāng)在數(shù)據(jù)傳輸操作期間讀出的數(shù)據(jù)的列位置。
盡管未在圖中示出，但是水平掃描單元12包括控制列地址和列掃描的水平地址 設(shè)置單元和水平驅(qū)動單元。盡管未在圖中示出，但是垂直掃描單元14包括控制行地址和行 掃描的垂直地址設(shè)置單元和垂直驅(qū)動單元。水平掃描單元12和垂直掃描單元14響應(yīng)于從 通信/時序控制單元20給出的控制信號CN_1和CN_2來開始對一行和一列的選擇操作(掃 描)。 單位像素3經(jīng)由用于行選擇的行控制線15連接到垂直掃描單元14，并且經(jīng)由垂直 信號線19連接到為列AD處理單元26的各條垂直信號線19提供的AD轉(zhuǎn)換單元250。行控 制線15指示從垂直掃描單元14進(jìn)入單位像素3的導(dǎo)線。 垂直掃描單元14選擇像素單元10的一行并且向該行提供必要的脈沖。除了從其 讀出信號的一行(讀出行也稱為選擇行和信號輸出行)以外，垂直掃描單元14的垂直地 址設(shè)置單元還選擇用于電子快門(electric shutter)等的一行。 通信/時序控制單元20包括時序發(fā)生器的功能單元(讀出地址控制設(shè)備的例 子)，該功能單元向設(shè)備中的單元(掃描單元12和14以及列AD處理單元26)提供與經(jīng)由 端子5a輸入的主時鐘CLKO同步的時鐘。另外，通信/時序控制單元20包括通信接口的功 能單元。通信接口的功能單元經(jīng)由端子5a從外部主控制單元接收主時鐘CLKO，經(jīng)由端子 5b從外部主控制單元接收用于命令操作模式等的數(shù)據(jù)，并且向外部主控制單元輸出包括關(guān) 于固態(tài)成像器件1A的信息的數(shù)據(jù)。 例如，通信/時序控制單元20包括具有利用PLL(鎖相環(huán))電路等生成內(nèi)部時鐘 的功能的時鐘轉(zhuǎn)換單元20a以及具有通信功能和用于控制各單元的功能的系統(tǒng)控制單元 20b。時鐘轉(zhuǎn)換單元20a包含乘法電路，該乘法電路基于經(jīng)由端子5a輸入的主時鐘CLKO來 生成具有比主時鐘CLKO的頻率更快的頻率的脈沖。時鐘轉(zhuǎn)換單元20a生成諸如計數(shù)時鐘 CKcntl和計數(shù)時鐘CKdacl之類的內(nèi)部時鐘。 輸出單元28包括傳感放大器28a(S A)和接口單元28b (IF單元)，傳感放大器 28a檢測水平信號線18上的信號(它是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，但是幅度很小)，該信號是用于數(shù)據(jù)傳輸 的信號線(傳輸線)，接口單元28b執(zhí)行固態(tài)成像器件lA和外部之間的接口功能。接口單 元28b的輸出連接到輸出端子5c。視頻數(shù)據(jù)被輸出到后級電路。在輸出單元28中，可以在 傳感放大器28a和接口單元28b之間設(shè)置執(zhí)行各種數(shù)字操作處理的數(shù)字算術(shù)單元29。
第一實施例采用這樣一種系統(tǒng)來進(jìn)行按顏色的增益調(diào)節(jié)，該系統(tǒng)用于在行方向上 按順序讀出具有相同顏色的顏色信息的每個像素信號電壓Vx，并且根據(jù)列AD系統(tǒng)將像素 信號電壓Vx轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，而不是如同過去的列AD系統(tǒng)中那樣同時讀出像素信號電壓Vx。對于該系統(tǒng)而言，首先，像素單元10包括用于相同顏色的每個單位像素3的行控制線 15。 關(guān)于像素單元10和列AD處理單元26之間的連接關(guān)系，在第一實施例中，針對分 色濾波器的行方向上的每個重復(fù)單位，像素信號電壓Vx經(jīng)由一條垂直信號線19被提供到 列AD處理單元26。"針對分色濾波器的行方向上的每個重復(fù)單位"在下文中被稱為"針對 每個分色濾波器陣列"。 例如，當(dāng)使用用于R、Gr、Gb和B的濾色器以拜耳陣列排列的分色濾波器時，在奇數(shù) 行中，設(shè)置了用于R的多條行控制線15_R(它們共同連接到多行中用于R的所有單位像素 3)和用于Gr的多條行控制線15_Gr (它們共同連接到多行中用于Gr的所有單位像素3)。 在偶數(shù)行中，設(shè)置了用于Gb的多條行控制線15—Gb(它們共同連接到多行中用于Gb的所有 單位像素3)和用于B的多條行控制線15_B(它們共同連接到多行中用于B的所有單位像 素3)。 對于單位像素3的兩列(兩個垂直列)，即，對于每個分色濾波器陣列，像素信號電
壓Vx經(jīng)由垂直信號線19被提供到列AD處理單元26的AD轉(zhuǎn)換單元250。與后面將說明的
第二實施例相比，存在AD轉(zhuǎn)換單元250的數(shù)目可以減半的優(yōu)點。另一方面，必須按行的順
序讀出用于R和Gr(在奇數(shù)行的情況下)以及Gb和B(在偶數(shù)行的情況下)的像素信號電
壓Vx。因此，當(dāng)幀率與過去不應(yīng)用第一實施例的結(jié)構(gòu)相同時，必須以正常速度兩倍的速度執(zhí)
行垂直掃描驅(qū)動(雙倍速度驅(qū)動)。 列AD電路和參考信號生成單元的細(xì)節(jié) 作為AD轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，從電路大小、處理速度(速度增大)、分辨率等等的角度可以設(shè) 想各種系統(tǒng)。在該實施例中，采用了參考信號比較型的AD轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。該方法具有以下特 性，由于AD轉(zhuǎn)換器可以利用簡單結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，因此即使并行設(shè)置AD轉(zhuǎn)換器，電路大小也不會 增加。在參考信號比較型的AD轉(zhuǎn)換中，基于從轉(zhuǎn)換開始(比較處理開始)到轉(zhuǎn)換結(jié)束(比 較處理結(jié)束)的時間來確定計數(shù)操作有效時段Ten?；谠摃r段中的時鐘數(shù)目來將處理目 標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。指示計數(shù)操作有效時段Ten的信號被表示為計數(shù)使能信號EN。
當(dāng)采用參考信號比較型的AD轉(zhuǎn)換系統(tǒng)時，還可設(shè)想以列平行方式(在該實施例 中，針對每個分色濾波器陣列)提供參考信號生成單元27。例如，在每個像素列中設(shè)置比較 器和參考信號發(fā)生器，并且基于列中比較器的比較結(jié)果，通過與比較器相對應(yīng)的列中的參 考信號發(fā)生器來順序改變參考信號的值。然而，利用該配置，電路大小和功耗增大。因此， 在該實施例中，參考信號生成單元27在所有列中是共用的。用于每個分色濾波器陣列的AD 轉(zhuǎn)換單元250共享從參考信號生成單元27生成的參考信號SLPadc。 因此，參考信號生成單元27包括DA轉(zhuǎn)換單元270 (DAC ;數(shù)模轉(zhuǎn)換器)。DA轉(zhuǎn)換單 元270根據(jù)由來自通信/時序控制單元20的控制數(shù)據(jù)CN_4指示的初始值來與計數(shù)時鐘 CKdacl同步地生成參考信號SLPadc，該參考信號SLPadc具有由控制數(shù)據(jù)CN_4指示的梯度 (改變速率)。計數(shù)時鐘CKdacl可以與用于計數(shù)器單元254的計數(shù)時鐘CKcntl相同。參 考信號SLPadc只要具有在整體上隨某一梯度線性改變的波形即可。該改變可以是平滑斜 坡狀變化或者是階梯狀順序變化。 在參考信號比較型的AD轉(zhuǎn)換中，計數(shù)操作有效時段Ten是基于比較單元252進(jìn)行 的參考信號SLPadc和像素信號電壓Vx的比較結(jié)果確定的。模擬處理目標(biāo)信號(像素信號電壓Vx)基于在計數(shù)使能信號EN活動的時段中的計數(shù)時鐘的時鐘數(shù)目被轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
關(guān)于復(fù)位電平Srst的處理被稱為預(yù)充電階段的處理(可以簡稱為P階段)。關(guān)于 信號電平Ssig的處理被稱為數(shù)據(jù)階段的處理(可以簡稱為D階段)。當(dāng)在P階段的處理之 后執(zhí)行D階段的處理時，D階段的處理是關(guān)于信號電平Ssig的處理，該信號電平Ssig是通 過將信號分量Vsig加上復(fù)位電平Srst而獲得的。 作為確定計數(shù)操作有效時段Ten的方法，由于涉及在AD轉(zhuǎn)換單元250中執(zhí)行的P 階段電平和D階段電平之間的差分處理，因此可以設(shè)想各種方法。例如，一般而言，可以采 用第一處理例子，其中在這兩個階段的處理期間，計數(shù)開始被設(shè)在參考信號SLPadc的變化 起始點，而計數(shù)結(jié)束被設(shè)在當(dāng)參考信號SLPadc和處理目標(biāo)信號電平彼此一致時的點(實際 上，是當(dāng)參考信號SLPadc和處理目標(biāo)信號電壓彼此相交時的點)。這是一種用于在P階段 和D階段兩者中的AD轉(zhuǎn)換處理期間在相對于比較輸出Co的改變點的前半段中執(zhí)行計數(shù)的 系統(tǒng)(稱為前半段計數(shù)系統(tǒng))。 在P階段和D階段的計數(shù)處理中，為了獲取一個像素的信號分量Vsig的數(shù)字 數(shù)據(jù)Dsig，當(dāng)通過切換向下計數(shù)操作和向上計數(shù)操作來啟動計數(shù)器時，這是有效的，因為 可以同時實現(xiàn)CDS處理。當(dāng)在P階段處理中獲得的信號電平Ssig的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被表示為 Drst并且信號分量Vsig的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被表示為Dsig時，在D階段處理中獲得的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是 Drst+Dsig。當(dāng)在P階段和D階段中計數(shù)模式被設(shè)為不同時，在D階段處理之后自動獲取 Drst+Dsig-Drst = Dsig(或其負(fù)值)的操作結(jié)果。 作為第一處理例子的修正，可以采用用于在P階段和D階段兩者中的AD轉(zhuǎn)換處理 期間在相對于比較輸出Co的改變點的后半段中執(zhí)行計數(shù)的系統(tǒng)(下文中稱為后半段計數(shù) 系統(tǒng))?？梢圆捎猛ㄟ^使計數(shù)模式不同、同時保持計數(shù)操作有效時段Ten相同來實現(xiàn)P階段 和D階段中的差分處理的系統(tǒng)(后半段計數(shù)系統(tǒng))。 在兩個階段的處理中，還可以采用用于改變確定計數(shù)操作有效時段Ten的方法的 第二處理例子。在這些階段之一的處理中，計數(shù)開始被設(shè)在參考信號SLPadc的改變起始 點，并且計數(shù)結(jié)束被設(shè)在當(dāng)參考信號SLPadc和處理目標(biāo)信號電壓彼此一致時的點。在另一 階段的處理中，計數(shù)開始被設(shè)在當(dāng)參考信號SLPadc和處理目標(biāo)信號電壓彼此一致時的點， 并且計數(shù)結(jié)束被設(shè)定在當(dāng)在計數(shù)中計數(shù)數(shù)目達(dá)到規(guī)定計數(shù)數(shù)目時的點(典型地，當(dāng)計數(shù)達(dá) 到最大AD轉(zhuǎn)換時段時的點)。這是這樣一種方法在P階段和D階段之一中的AD轉(zhuǎn)換處 理期間在相對于比較輸出Co的改變點的前半段中執(zhí)行計數(shù)，并且在P階段和D階段的另一 個中的AD轉(zhuǎn)換處理期間在相對于比較輸出Co的改變點的后半段中執(zhí)行計數(shù)(稱為前半段 和后半段計數(shù)系統(tǒng))。 后半段計數(shù)的思想利用了這樣一個特性，即當(dāng)整個范圍中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被表示 為Dm并且像素信號電壓Vx的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被表示為Dx時，在后半段計數(shù)中獲得的數(shù)據(jù)是 Dm-Dx(即，Dx的補(bǔ))。前半段和后半段計數(shù)系統(tǒng)利用了該特性和在前半段計數(shù)中獲得的數(shù) 據(jù)的特性(實數(shù))。在這種情況下，在P階段和D階段的計數(shù)處理中，計數(shù)器只需要運行在 向下計數(shù)操作和向上計數(shù)操作之一中。在這種情況下，也可以同時實現(xiàn)CDS處理。
具體而言，當(dāng)P階段處理期間的初始值被表示為Dini時，在P階段處 理中獲得的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是Dini 士Drst 。之后在D階段處理中獲得的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是 {(Dini 士Drst) ± (Dm-(Dsig+Drst))} 。 " ± "取決于計數(shù)模式，并且在向上模式期間為"+ "，
11在向下模式期間為"-"。在向上模式期間，通過將Dini設(shè)為-Dm，在D階段處理之后自動獲 得了 -Dsig。在向下模式期間，通過將Dini設(shè)為Dm，在D階段處理之后自動獲得了 Dsig。
作為一種構(gòu)思，還可以設(shè)想采用第三處理例子，該例子用于獨立地存儲P階段處 理結(jié)果和D階段處理結(jié)果，并且在AD轉(zhuǎn)換單元250的后級(例如，在數(shù)字算術(shù)單元29處) 執(zhí)行P階段電平和D階段電平之間的差分處理。這意味著P階段數(shù)據(jù)和D階段數(shù)據(jù)被分 開傳送到輸出單元28 —側(cè)，并且由數(shù)字算術(shù)單元29執(zhí)行CDS處理。當(dāng)還考慮與參考信號 SLPadc的梯度方向(正或負(fù))的組合時，可以采用更多種形式。 在所有的處理例子中，在理論上，參考信號SLPadc被提供給比較器(電壓比較 器)，并且經(jīng)由垂直信號線19輸入的模擬像素信號被與參考信號SLPadc相比較。之后，在 計數(shù)操作有效時段Ten中，開始利用時鐘信號的計數(shù)。通過在指定的計數(shù)操作有效時段Ten 中對時鐘數(shù)進(jìn)行計數(shù)來執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。 為了執(zhí)行參考信號比較型的AD轉(zhuǎn)換，根據(jù)該實施例的AD轉(zhuǎn)換單元250包括比較 單元252 (COMP)、計數(shù)操作控制單元253 (EN生成)和計數(shù)器單元254。計數(shù)時鐘CKcntl被 從通信/時序控制單元20 (通信/時序控制單元20對于其他計數(shù)器單元254的時鐘端子 CK來說是公共的)輸入到計數(shù)器單元254的時鐘端子CK。優(yōu)選地，計數(shù)器單元254可以切 換向上計數(shù)模式和向下計數(shù)模式。在該例子中，AD轉(zhuǎn)換單元250還在計數(shù)器單元254的后 級包括含有用于水平傳輸?shù)逆i存器257 (存儲器)的數(shù)據(jù)存儲單元256。
比較單元252將由參考信號生成單元27生成的參考信號SLPadc與從通過垂直信 號線19選定的行(H1、H2、...和Hh)中的單位像素3獲得的模擬像素信號電壓Vx進(jìn)行比 較。當(dāng)參考信號SLPadc和像素信號電壓Vx彼此一致時，比較單元252反轉(zhuǎn)比較輸出Co (比 較器輸出)。 計數(shù)操作控制單元253控制AD轉(zhuǎn)換單元250的計數(shù)器單元254的操作時段，以獲 取關(guān)于作為處理目標(biāo)信號的像素信號電壓Vx的N比特數(shù)據(jù)。計數(shù)操作控制單元253將計 數(shù)使能信號EN提供給計數(shù)器單元254，并且控制計數(shù)器單元254的計數(shù)操作時段。
計數(shù)操作控制單元253通過參考比較單元252的比較輸出Co來生成計數(shù)使能信 號EN，計數(shù)使能信號EN用于規(guī)定與比較單元252的比較輸出Co有固定關(guān)系的下一計數(shù)操 作有效時段Ten。為了實現(xiàn)計數(shù)操作控制單元253的操作，控制信息被從參考信號生成單元 27提供到計數(shù)操作控制單元253。與DA轉(zhuǎn)換單元270的結(jié)構(gòu)和對應(yīng)于其的計數(shù)操作控制 單元253的特定配置相匹配的控制信息被用作"控制信息"。計數(shù)器單元254利用計數(shù)時鐘 CKcntl對來自計數(shù)操作控制單元253的計數(shù)使能信號EN的活動時段計數(shù)并且保存計數(shù)結(jié) 果。 在這種配置中，AD轉(zhuǎn)換單元250在像素信號讀出時段中執(zhí)行計數(shù)操作并且輸出計 數(shù)結(jié)果。具體而言，首先，比較單元252將來自參考信號生成單元27的參考信號SLPadc的 電壓與經(jīng)由垂直信號線19輸入的像素信號電壓Vx相比較。當(dāng)這兩個電壓相同時，比較單 元252的比較輸出Co被反轉(zhuǎn)。例如，比較單元252設(shè)定電源電位等的H電平作為不活動狀 態(tài)，并且當(dāng)像素信號電壓Vx和參考信號SLPadc彼此一致時使得電源電位等變到L電平(活 動狀態(tài))。 用于指示計數(shù)器單元254的各階段中的計數(shù)模式(向上或向下)、P階段的計數(shù)處 理中的初始值Dini的設(shè)置和復(fù)位處理等等的控制信號CN_5被從通信/時序控制單元20輸入到AD轉(zhuǎn)換單元250的計數(shù)器單元254。 由參考信號生成單元27生成的參考信號SLPadc被輸入到比較單元252的輸入端 (+)，該輸入端(+)與其他比較單元252的輸入端(+)是公共的。與比較單元252的輸入端 (_)相對應(yīng)的垂直列的垂直信號線19連接到輸入端(_)。像素信號電壓Vx被從像素單元 10輸入到每個輸入端(_)。 當(dāng)未提供數(shù)據(jù)存儲單元256時，控制脈沖(水平掃描脈沖)經(jīng)由控制線12c(列 掃描線)被從水平掃描單元12輸入到計數(shù)器單元254。計數(shù)器單元254具有用于保存 計數(shù)結(jié)果并保存計數(shù)器輸出值直到經(jīng)由控制線12c接收到控制脈沖的命令為止的鎖存功 能?？梢圆捎脙煞N系統(tǒng)，一種系統(tǒng)用于將通知給輸出單元28—側(cè)的數(shù)據(jù)設(shè)定為緊鄰在參考 信號SLPadc的階梯改變之前的計數(shù)值，另一種系統(tǒng)用于將該數(shù)據(jù)設(shè)定為緊鄰在參考信號 SLPadc的階梯改變之后的計數(shù)值。取決于采用哪一種系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)具有等于1 LSB的差異。 然而，該數(shù)據(jù)的輸出僅在整體上被偏移l LSB。這可以被認(rèn)為是屬于量化誤差的范疇。當(dāng)考 慮了數(shù)據(jù)是在比較輸出Co反轉(zhuǎn)之后被決定的這一事實時，電路配置被認(rèn)為在后面的系統(tǒng) 中更加緊湊。 利用與半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)相同的技術(shù)，驅(qū)動控制單元7的元件(例如水平 掃描單元12和垂直掃描單元14)與像素單元10 —同被集成地形成在諸如單晶硅之類的半 導(dǎo)體區(qū)域中。根據(jù)該實施例的固態(tài)成像器件1A被形成為所謂的單芯片產(chǎn)品(設(shè)在相同的 半導(dǎo)體襯底上)。 固態(tài)成像器件1A可以形成為一個芯片，其中多個單元以這種方式被集成地形成 在半導(dǎo)體區(qū)域中。盡管未在圖中示出，但是固態(tài)成像器件1A可以采取具有成像功能的模塊 狀形式，它是通過集中封裝像素單元10、驅(qū)動控制單元7、列AD處理單元26以及諸如拍攝 透鏡和光學(xué)低通濾波器之類的光學(xué)系統(tǒng)而獲得的。 在各個AD轉(zhuǎn)換單元250的輸出側(cè)上，計數(shù)器單元254的輸出可以連接到水平信號 線18。如圖所示，還可以采用這樣一種配置，其在計數(shù)器單元254的后級包括作為存儲器器 件的數(shù)據(jù)存儲單元256，數(shù)據(jù)存儲單元256包括保存計數(shù)器單元254持有的計數(shù)結(jié)果的鎖存 器257。數(shù)據(jù)存儲單元256保存并存儲在來自通信/時序控制單元20的控制信號CN_9所 指示的時刻上從計數(shù)器單元254輸出的計數(shù)數(shù)據(jù)。 水平掃描單元12具有讀出掃描單元的功能，該單元用于與由列AD處理單元26的 比較單元252和計數(shù)器單元254執(zhí)行的處理并行地讀出由數(shù)據(jù)存儲單元256保存的計數(shù) 值。數(shù)據(jù)存儲單元256的輸出連接到水平信號線18。 水平信號線18連接到輸出單元28，輸出單元28具有等于AD轉(zhuǎn)換單元250的比特 寬度或者是該比特寬度兩倍(例如，在互補(bǔ)輸出的情況下)的信號線，并且具有對應(yīng)于輸出 線的傳感放大器28a。水平信號線18的水平傳輸通道并不限于一個。對于水平信號線18 可以設(shè)置多個通道，通過對每若干列的通道進(jìn)行分組來執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸。計數(shù)器單元254、數(shù) 據(jù)存儲單元256和水平信號線18分別采用對應(yīng)于N比特的配置。 當(dāng)未提供數(shù)據(jù)存儲單元256時，控制脈沖(水平掃描脈沖)經(jīng)由控制線12c(列 掃描線)被從水平掃描單元12輸入到計數(shù)器單元254。計數(shù)器單元254具有用于保存 計數(shù)結(jié)果并保存計數(shù)器輸出值直到經(jīng)由控制線12c接收到控制脈沖的命令為止的鎖存功 能?？梢圆捎脙煞N系統(tǒng)，一種系統(tǒng)用于將通知給輸出單元28—側(cè)的數(shù)據(jù)設(shè)定為緊鄰在參考信號SLPadc的階梯改變之前的計數(shù)值，另一種系統(tǒng)用于將該數(shù)據(jù)設(shè)定為緊鄰在參考信號 SLPadc的階梯改變之后的計數(shù)值。取決于采用哪一種系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)具有等于1 LSB的差異。 然而，該數(shù)據(jù)的輸出僅在整體上被偏移l LSB。這可以被認(rèn)為是屬于量化誤差的范疇。當(dāng)考 慮到數(shù)據(jù)是在比較輸出Co反轉(zhuǎn)之后被決定的這一事實時，電路配置被認(rèn)為在后面的系統(tǒng) 中更加緊湊。 利用與半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)相同的技術(shù)，驅(qū)動控制單元7的元件(例如水平 掃描單元12和垂直掃描單元14)與像素單元10 —同被集成地形成在諸如單晶硅之類的半 導(dǎo)體區(qū)域中。根據(jù)該實施例的固態(tài)成像器件1A被形成為所謂的單芯片產(chǎn)品(設(shè)在相同的 半導(dǎo)體襯底上)。 參考信號生成單元基本結(jié)構(gòu) 圖2A是用在根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像器件1A中的參考信號生成單元27的DA 轉(zhuǎn)換單元270的配置例子的示意圖。圖2B是用于解釋參考信號比較型的AD轉(zhuǎn)換處理中的 增益(AD轉(zhuǎn)換增益)的示意圖。 DA轉(zhuǎn)換單元270包括含有恒流源的組合的電流源單元302、計數(shù)器單元312、偏移 量生成單元314、電流源控制單元316、以及設(shè)置參考電流值1_0的參考電流源單元330。 DA 轉(zhuǎn)換單元270是電流輸出類型的DA轉(zhuǎn)換電路。具有電阻IL340的電阻元件340連接到電流 源單元302的電流輸出端，作為從電流轉(zhuǎn)換到電壓的元件。電流_電壓轉(zhuǎn)換單元301包括 電流源單元302、電流源控制單元316和電阻元件340。在電流源單元302和電阻元件340 的連接點處生成的電壓被用作參考信號SLPadc。 電流源單元302包括輸出規(guī)定電流值的恒流源304。設(shè)置電流源單元302的恒流 源304的電流值的方式和排列及控制恒流源304的方式有多種。為了便于理解，例如假定 恒流源304包括與比特同樣多的恒流源304并且輸出具有相對于由參考電流源單元330設(shè) 置的參考電流值1_0的比特權(quán)重的電流。 當(dāng)恒流源304對應(yīng)于12比特時，第0比特的恒流源304_0輸出2~0 X 1_0 ( " ~ "表 示冪)，第一比特的恒流源304—1輸出2~1XI_0，...，并且第11比特的恒流源304_11輸出 2~11XI_0。 恒流源304的電流輸出端共連，并且進(jìn)一步經(jīng)由電阻元件340連接到參考電源 Vref ，參考電源Vref等于參考信號SLPadc的初始電位SLP_ini 。參考電源Vref是針對控 制數(shù)據(jù)CN_4中包括的每一比較處理基于指示參考信號SLPadc的初始值的信息而設(shè)定的。 用于設(shè)置參考電源Vref的電路配置可以是任何電路配置。 參考電流源單元330包括恒流源332、作為恒流源332的負(fù)載的P溝道型晶體管 334、增益改變單元336以及N溝道型晶體管338， N溝道型晶體管338將從增益改變單元 336輸出的電流送至電流源單元302的恒流源304。恒流源332的一端連接到負(fù)電源和地。 恒流源332生成初始電流Iini。晶體管334的源極連接到正電源，并且其漏極和柵極共同 連接到恒流源332的輸出端，并且以電流鏡方式連接到增益改變單元336的未示出的晶體 管。 盡管未在圖中示出細(xì)節(jié)，但是增益改變單元336將參考電流值I_0提供給晶體管 338，參考電流值I_0是通過將來自晶體管334的鏡像電流乘以預(yù)定數(shù)而獲得的。晶體管 338的源極連接到負(fù)電源或地，并且其漏極和柵極連接到增益改變單元336的輸出端，并以電流鏡方式連接到電流源單元302的恒流源304。 增益改變單元336針對控制數(shù)據(jù)CN_4中包括的每一比較處理、基于用于指示參考 信號SLPdac的梯度的信息來設(shè)置每一時鐘的電壓改變量ASLPdac( = I_0 X R_340)，并且 針對每一計數(shù)時鐘CKdacl將計數(shù)值改變1 。實際上，針對計數(shù)時鐘CKdacl的最大計數(shù)數(shù)目 (例如，在10比特時是1024)，僅有必要設(shè)置最大電壓寬度。 當(dāng)相對于參考電流源單元330的恒流源332的初始電流量Iini的增益改變時，每 一計數(shù)時鐘CKdacl的A SLPdac被調(diào)節(jié)。結(jié)果，參考信號SLPadc的梯度(改變速率)被調(diào) 節(jié)。當(dāng)在AD轉(zhuǎn)換單元250 —側(cè)上A SLPdac的大小相對于計數(shù)時鐘CKcntl被調(diào)節(jié)時，換句 話說，當(dāng)計數(shù)時鐘CKcntl的數(shù)目相對于固定A SLPdac被調(diào)節(jié)時，AD轉(zhuǎn)換增益可以得到調(diào) 節(jié)。 如圖2B的(1)所示，計數(shù)器單元254所使用的每一計數(shù)時鐘CKcntl ( S卩，單位時 段)的參考信號SLPdac的階梯寬度A SLP是比特分辨率。因此，參考信號SLPdac的梯度 大小和計數(shù)時鐘CKcntl的頻率(計數(shù)頻率Fcntl)影響了比特分辨率。當(dāng)頻率被設(shè)定為相 對于獲取N比特精度時的計數(shù)頻率Fcntl的1/M時，計數(shù)時鐘CKcntl被表示為計數(shù)時鐘 CKcntl/M，并且頻率被表示為計數(shù)頻率Fcntl/M。 如圖2B的(2)所示，當(dāng)計數(shù)頻率Fcntl固定時，在參考信號SLPadc的梯度陡峭的 情況下，階梯寬度ASLP較大并且比特分辨率較粗。然而，當(dāng)參考信號SLPadc的梯度平緩 時，階梯寬度ASLP較小并且比特分辨率精確。換句話說，當(dāng)參考信號SLPadc的梯度陡峭 時，相對于階梯寬度ASLP的計數(shù)時鐘的數(shù)目較小且增益較小，而當(dāng)參考信號SLPadc的梯 度平緩時，相對于階梯寬度ASLP的計數(shù)時鐘的數(shù)目較大且增益較大。
另一方面，如圖2B的(3)所示，當(dāng)參考信號SLPadc的梯度固定時，在計數(shù)頻率 Fcntl低的情況下階梯寬度ASLP較大且比特分辨率較粗。然而，當(dāng)計數(shù)頻率Fcntl高時， 階梯寬度ASLP較小且比特分辨率精確。換句話說，當(dāng)計數(shù)頻率Fcntl低時，相對于階梯 寬度ASLP的計數(shù)時鐘的數(shù)目較小且增益較小，而當(dāng)計數(shù)頻率Fcntl高時，相對于階梯寬度 ASLP的計數(shù)時鐘的數(shù)目較大且增益較大。 圖2B的(2)和(3)中所示的兩種系統(tǒng)都表明通過調(diào)節(jié)相對于每單位時間的電壓 改變量的計數(shù)時鐘的數(shù)目，在AD轉(zhuǎn)換期間可以執(zhí)行增益調(diào)節(jié)。盡管未在圖中示出，但是圖 2B的(2)中所示的機(jī)制和圖2B的(3)中所示的機(jī)制可以被組合。在該實施例中，利用這些 特性來執(zhí)行白平衡調(diào)節(jié)。這一點將在后面詳細(xì)說明。 根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像器件1A采用了這樣一種方法，該方法固定用于AD轉(zhuǎn) 換單元250的計數(shù)時鐘CKcntl的頻率，并且如圖2B的(2)所示調(diào)節(jié)參考信號SLPadc的梯 度并調(diào)節(jié)AD轉(zhuǎn)換增益。因此，用于梯度調(diào)節(jié)的控制數(shù)據(jù)CN_4被從通信/時序控制單元20 送到DA轉(zhuǎn)換單元270。控制數(shù)據(jù)CN—4是基于用于校正輸出幅度特性差異的計算(例如，白 平衡調(diào)節(jié)的計算)來設(shè)置的。 在第一實施例中，使用了其中三種顏色R、G和B以拜耳陣列排列的分色濾波器，并 且Gr和Gb是相同顏色G。因此，假定沒有輸出幅度特性差異，則在用于白平衡調(diào)節(jié)的增益 設(shè)置中，對像素信號電壓Vx_Gr和Vx_Gb使用相同值。 根據(jù)AD轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，基于重復(fù)單元(針對每個分色濾波器陣列)內(nèi)的單 位像素3之間的輸出幅度特性差異在后級的數(shù)字處理單元中執(zhí)行白平衡調(diào)節(jié)的計算。在執(zhí)行計算時，白平衡調(diào)節(jié)并不是利用相對于具有關(guān)于顏色的輸出信息的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字增益 執(zhí)行的。相反，指示期望對每種顏色進(jìn)行調(diào)節(jié)的增益值的增益控制數(shù)據(jù)被發(fā)送到參考信號 生成單元27。 計數(shù)器單元312基于來自通信/時序控制單元20的計數(shù)時鐘CKdacl執(zhí)行計數(shù)操 作，并將計數(shù)結(jié)果送到電流源控制單元316。偏移量生成單元314與基于計數(shù)器單元312的 計數(shù)值的變化相分離地將固定電位(偏移量)給予參考信號SLPadc，并將關(guān)于偏移量的信 息提供給電流源控制單元316。電流源控制單元316基于計數(shù)器單元312的計數(shù)值和來自 偏移量生成單元314的關(guān)于偏移量的信息來確定哪一個恒流源304應(yīng)當(dāng)被接通或關(guān)斷。電 流源控制單元316基于確定結(jié)果來接通或關(guān)斷恒流源304。 為了便于理解，除非特別另外指出，否則假定偏移量為零。因此，每次計數(shù)器單 元312的計數(shù)值遞增時，DA轉(zhuǎn)換單元270都在每個計數(shù)時鐘CKdacl將電壓從指示控制 數(shù)據(jù)CN_4中包括的初始值的電壓改變ASLPdac。在向上計數(shù)操作中，由于每次電壓下降 ASLPdac，因此梯度為負(fù)梯度。在向下計數(shù)操作中，由于每次電壓上升ASLPdac，因此梯度 為正梯度。 參考信號SLPadc的梯度可以通過改變以下各項中的任何一個來改變DA轉(zhuǎn)換單 元270的規(guī)定電流1_0、用于從電流轉(zhuǎn)換到電壓的電阻元件340的電阻值以及DA轉(zhuǎn)換單元 270中包括的計數(shù)器單元312所使用的計數(shù)時鐘CKdacl 。相反地，即使當(dāng)規(guī)定電流1_0、電 阻值和計數(shù)時鐘CKdacl中的任何一個改變時，通過對其他要素應(yīng)用相反方向的校正，也可 以使得梯度保持不變。 為了改變參考信號SLPadc的梯度，可以設(shè)想這樣一種方法，該方法改變DA轉(zhuǎn)換單 元270中包括的計數(shù)器單元312所使用的計數(shù)時鐘CKdacl，而不改變DA轉(zhuǎn)換單元270的規(guī) 定電流I_0和電阻元件340的電阻值。該方法被稱為根據(jù)DA轉(zhuǎn)換單元270的計數(shù)器單元 312的時鐘操作的變化來執(zhí)行梯度改變的方法。 為了實現(xiàn)根據(jù)時鐘操作的變化的梯度改變，例如，可以采用一種用于在時鐘轉(zhuǎn)換 單元20a中將計數(shù)時鐘Ckdacl乘以n/m的機(jī)制。 作為另一種改變用于AD轉(zhuǎn)換的參考信號SLPadc的梯度的方法，還可以設(shè)想一種 改變用于從電流轉(zhuǎn)換到電壓的電阻元件340的電阻值、而不改變DA轉(zhuǎn)換單元270的規(guī)定電 流I_0和DA轉(zhuǎn)換單元270中包括的計數(shù)器單元312的操作速度的方法。該方法被稱為根 據(jù)電流到電壓轉(zhuǎn)換的電阻值切換來執(zhí)行梯度改變的方法。 為了實現(xiàn)根據(jù)電阻值切換的梯度改變，例如，電阻元件340只需要改變?yōu)榘ǘ?個電阻元件和開關(guān)的電阻切換電路。根據(jù)串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的任意組合，電阻元件和開 關(guān)可以采用各種電路配置。可以采用任何配置，只要可以根據(jù)期望獲得的AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié) 從電流轉(zhuǎn)換到電壓期間的電阻值。 還可以采用一種通過改變DA轉(zhuǎn)換單元270的規(guī)定電流I_0、而不改變DA轉(zhuǎn)換單元 270中包括的計數(shù)器單元312的操作速度和用于從電流轉(zhuǎn)換到電壓的電阻元件340的電阻 值來改變與計數(shù)器單元312的計數(shù)值相對應(yīng)的權(quán)重的方法。該方法被稱為根據(jù)電流到電壓 轉(zhuǎn)換的電流切換來執(zhí)行梯度改變的方法。為了實現(xiàn)根據(jù)電流到電壓轉(zhuǎn)換的電流切換的梯度 改變，例如，可以采用一種用于根據(jù)期望獲得的AD轉(zhuǎn)換增益來調(diào)節(jié)由參考電流源單元330 生成的參考電流值I_0的配置。
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基本操作第一實施例 圖3A和3B是用于說明根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像器件1A的基本操作的示意圖。圖3A是關(guān)注于AD轉(zhuǎn)換處理和CDS處理的固態(tài)成像器件1A的簡單電路圖。圖3B是用于說明根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像器件1A中的AD轉(zhuǎn)換處理的時序圖。 作為例子，如圖3A所示，像素單元3除了包括電荷生成單元32以外，還包括四個晶體管(讀出選擇晶體管34、復(fù)位晶體管36、垂直選擇晶體管40和放大晶體管42)，這些元件是像素信號生成單元5中包括的基本元件。傳送單元中包括的讀出選擇晶體管34經(jīng)由傳送線54被傳送信號TRG驅(qū)動。初始化單元中包括的復(fù)位晶體管36經(jīng)由復(fù)位線56被復(fù)位信號RST驅(qū)動。垂直選擇晶體管40經(jīng)由垂直選擇線58被垂直選擇信號VSEL驅(qū)動。
電荷生成單元32是檢測電荷物理量的改變的檢測單元的例子。像素信號生成單元5將電荷生成單元32檢測出的電荷轉(zhuǎn)換為像素信號電壓Vx。讀出選擇晶體管34是基于輸入傳送控制電位(傳送信號TRG)將電荷生成單元32檢測出的電荷傳送到像素信號生成單元5的傳送單元的例子。復(fù)位晶體管36是初始化像素信號生成單元5的電位的初始化單元的例子。 包括諸如光電二極管PD之類的光接收元件DET的電荷生成單元32的光接收元件DET的一端(陽極側(cè))連接到低電位側(cè)上的參考電位Vss (負(fù)電位例如約-IV)。其另一端(陰極側(cè))連接到讀出選擇晶體管34的輸入端( 一般是源極)。參考電位Vss可以是地電位GND。讀出選擇晶體管34的輸出端(一般是漏極)連接到與復(fù)位晶體管36、浮動擴(kuò)散38和放大晶體管42相連的連接節(jié)點。復(fù)位晶體管36的源極連接到浮動擴(kuò)散38，并且其漏極連接到復(fù)位電源Vrd (通常與電源Vdd相同)。 垂直選擇晶體管40的漏極連接到放大晶體管42的源極，其源極連接到像素線51，并且其柵極(尤其被稱為垂直選擇柵極SELV)連接到垂直選擇線58。放大晶體管42的柵極連接到浮動擴(kuò)散38，其漏極連接到電源Vdd，并且其源極經(jīng)由垂直選擇晶體管40連接到像素線51并且還連接到垂直信號線19。連接結(jié)構(gòu)并不限于這種連接結(jié)構(gòu)。垂直選擇晶體管40和放大晶體管42的布置可以被反轉(zhuǎn)。垂直選擇晶體管40的漏極可以連接到電源Vdd，其源極可以連接到放大晶體管42的漏極，并且放大晶體管42的源極可以連接到像素線51。
垂直信號線19的一端延伸到列AD處理單元26側(cè)。讀出電流源單元24連接在垂直信號線19的路徑中。盡管未在圖中示出細(xì)節(jié)，但是讀出電流控制單元24包括關(guān)于多個垂直列的負(fù)載MOS晶體管。柵極連接在參考電流源單元和晶體管之間以形成電流鏡電路。讀出電流控制單元24用作相對于垂直信號線19的電流源24a。在讀出電流控制單元24和放大晶體管42之間采用了源極跟隨結(jié)構(gòu)，基本固定的操作電流(讀出電流)被送至該源極跟隨結(jié)構(gòu)。 行控制線15包括傳送線54、復(fù)位線56和垂直選擇線58。在根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像器件lA中，在行方向上，針對每個分色濾波器陣列，像素信號電壓Vx經(jīng)由一個垂直信號線19被送至列AD處理單元26。為該讀出控制提供了共同連接到奇數(shù)行中用于R的所有單位像素3的用于R的行控制線15_R和共同連接到奇數(shù)行中用于Gr的所有單位像素3的用于Gr的行控制線15_Gr。提供了共同連接到偶數(shù)行中用于Gb的所有單位像素3的用于Gb的行控制線15_Gb和共同連接到偶數(shù)行中用于B的所有單位像素3的用于B的行控制線15—B。對于每兩列的單位像素3，像素信號電壓Vx—R和Vx—Gr(在奇數(shù)行中)或者像
17素信號電壓Vx_Gb和Vx_B (在偶數(shù)行中)經(jīng)由垂直信號線19被選擇性地送至列AD處理單元26的AD轉(zhuǎn)換單元250。 在AD轉(zhuǎn)換單元250中，從單位像素3讀出到垂直信號線19的像素信號電壓Vx在AD轉(zhuǎn)換單元250的比較單元252中與參考信號SLPadc相比較。在比較單元252中，基于計數(shù)使能信號EN來啟動為每條垂直信號線19所設(shè)的計數(shù)器單元254，以與計數(shù)操作一一對應(yīng)的方式來改變參考信號電位，并且將垂直信號線19的像素信號電壓Vx轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
例如，在圖3B所示的例子中，采用了一種用于利用計數(shù)操作有效時段Ten的前半段計數(shù)系統(tǒng)并改變計數(shù)模式來實現(xiàn)P階段和D階段的差分處理的系統(tǒng)。
在作為用于復(fù)位電平Srst的AD轉(zhuǎn)換時段的P階段的處理時段中，計數(shù)器單元254的觸發(fā)計數(shù)值被復(fù)位為初始值"O"。計數(shù)器單元254被設(shè)置在向下計數(shù)模式中。由比較單元252進(jìn)行的參考信號SLPadc和像素信號電壓Vx的P階段電平的比較處理以及由計數(shù)器單元254進(jìn)行的利用計數(shù)時鐘CKcnt 1的計數(shù)處理被并行執(zhí)行以執(zhí)行P階段電平的AD轉(zhuǎn)換。因此，表示與復(fù)位電平Srst的大小相對應(yīng)的數(shù)字值(復(fù)位數(shù)據(jù))Drst(如果考慮到符號，表示-Drst)的計數(shù)值被保存在計數(shù)器單元254中。 在作為用于信號電平Ssig的AD轉(zhuǎn)換處理的D階段的處理時段中，除了復(fù)位電平Srst以外，還讀出與針對每個單位像素3的入射光量相對應(yīng)的信號分量Vsig，并且執(zhí)行與P階段中的讀出相同的操作。計數(shù)器單元254被設(shè)置在與P階段處理期間的模式相反的向上計數(shù)模式中。由比較單元252進(jìn)行的參考信號SLPadc和像素信號電壓Vx的D階段電平的比較處理以及由計數(shù)器單元254進(jìn)行的計數(shù)處理被并行執(zhí)行以執(zhí)行D階段電平的AD轉(zhuǎn)換。 在P階段和AD轉(zhuǎn)換中的讀出期間獲取的像素信號電壓Vx的復(fù)位電平Srst的數(shù)字值(復(fù)位數(shù)據(jù))Drst被設(shè)定為起始點的情況下，與P階段相對地執(zhí)行向上計數(shù)。由于信號電平Ssig是通過將信號分量Vsig加上復(fù)位電平Srst而獲得的電平，因此信號電平Ssig的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的計數(shù)值基本上是"Drst+Dsig"。然而，由于作為復(fù)位電平Srst的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果、向上計數(shù)的起始點為"-Drst"，因此實際保存在計數(shù)器單元254中的計數(shù)值為"-Drst+(Dsig+Drst) = Dsig，，。 換句話說，計數(shù)器單元254中的計數(shù)操作的計數(shù)模式被設(shè)置為不同，即，在P階段中的處理期間設(shè)為向下計數(shù)，而在D階段中的處理期間設(shè)為向上計數(shù)。因此，在計數(shù)器單元254中，在作為復(fù)位電平Srst的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的計數(shù)數(shù)目"-Drst"和作為信號電平Ssig的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的計數(shù)數(shù)目"Drst+Dsig"之間自動執(zhí)行差分處理。與差分處理結(jié)果相對應(yīng)的計數(shù)數(shù)字Dsig被保存在計數(shù)器單元254中。與差分處理結(jié)果相對應(yīng)的保存在計數(shù)器單元254中的計數(shù)數(shù)字Dsig表示與信號分量Vsig相對應(yīng)的信號數(shù)據(jù)。 根據(jù)通過執(zhí)行兩次信號讀出和計數(shù)處理而實現(xiàn)的計數(shù)器單元254中的差分處理，可以去除包括每個單位像素3的波動的復(fù)位電平Srst。通過簡單的配置可以獲取與針對每個單位像素3的入射光量相對應(yīng)的僅信號分量Vsig的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果。因此，AD轉(zhuǎn)換單元250不僅用作將模擬像素信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字像素數(shù)據(jù)的數(shù)字轉(zhuǎn)換單元，還用作CDS處理功能單元。 AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)第一實施例 圖3C是用于說明關(guān)注于根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像器件1A的AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)的AD轉(zhuǎn)換處理的時序圖。 舉個例子，假定計數(shù)時鐘Ckcnt固定并且通過改變參考信號SLPadc的電壓的每單位時間的電壓改變量A SLPdac來執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)，改變的方式在整個P階段處理和D階段處理中如Sl、 S2和S3那樣。例如，當(dāng)在如圖所示的時序圖中的SI的每單位時間的電壓改變量A SLPdac為1時，S2中的每單位時間的電壓改變量為S1/2，并且S3中的每單位時間的電壓改變量為Sl/4。 首先，說明當(dāng)參考信號SLPadc的電壓的每單位時間的電壓改變量A SLPdac為SI時執(zhí)行的操作。在P階段的處理時段中，計數(shù)器單元254的觸發(fā)器的計數(shù)值被復(fù)位為初始值"0"。計數(shù)器單元254被設(shè)定在向下計數(shù)模式中。由比較單元252進(jìn)行的參考信號SLPadc和像素信號電壓Vx的P階段電平的比較處理和由計數(shù)器單元254進(jìn)行的計數(shù)處理被并行執(zhí)行以執(zhí)行P階段電平的AD轉(zhuǎn)換。在比較單元252中執(zhí)行參考信號SLPadc的電壓和像素信號電壓Vx的比較。比較單元252在這兩個電壓相同時的點C1—P處將輸出從H電平反轉(zhuǎn)為L電平。計數(shù)器單元254通過執(zhí)行從參考信號SLPadc的改變開始到當(dāng)比較單元252的輸出從H電平改變?yōu)長電平時的點的計數(shù)來結(jié)束AD轉(zhuǎn)換。因此，當(dāng)電壓改變量A SLPdac為SI時獲得的指示與復(fù)位電平Srst的大小相對應(yīng)的數(shù)字值(復(fù)位數(shù)據(jù))Drstl (如果考慮到符號，表示-Drstl)的計數(shù)值被保存在計數(shù)器單元254中。 在接下來的D階段的處理時段中，除了復(fù)位電平Srst以外，還讀出與針對每個單位像素3的入射光量相對應(yīng)的信號分量Vsig，并且執(zhí)行與P階段中的讀出相同的操作。首先，計數(shù)器單元254被設(shè)置在與P階段處理期間的模式相反的向上計數(shù)模式中。由比較單元252進(jìn)行的參考信號SLPadc和像素信號電壓Vx的D階段電平的比較處理以及由計數(shù)器單元254進(jìn)行的計數(shù)處理被并行執(zhí)行以執(zhí)行D階段電平的AD轉(zhuǎn)換。 比較單元252在這兩個電壓相同時的點C1—D處將輸出從H電平反轉(zhuǎn)為L電平。計數(shù)器單元254通過執(zhí)行從參考信號SLPadc的改變開始到當(dāng)比較單元252的輸出從H電平改變?yōu)長電平時的點的計數(shù)來結(jié)束AD轉(zhuǎn)換。因此，當(dāng)電壓改變量A SLPdac為SI時獲得的指示與信號電平Ssig的大小相對應(yīng)的數(shù)字值(復(fù)位數(shù)據(jù))的計數(shù)值被保存在計數(shù)器單元254中。 在P階段和AD轉(zhuǎn)換中的讀出期間獲取的像素信號電壓Vx的復(fù)位電平Srst的數(shù)字值(復(fù)位數(shù)據(jù))Drstl被設(shè)置為起始點的情況下，與P階段相對地執(zhí)行向上計數(shù)。由于信號電平Ssig是通過將信號分量Vsig加上復(fù)位電平Srst而獲得的電平，因此當(dāng)電壓改變量A SLPdac為SI時獲得的信號電平Ssig的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的計數(shù)值基本上是"Drstl+Dsigl "。然而，由于作為復(fù)位電平Srst的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果、向上計數(shù)的起始點為"-Drstl"，因此實際保存在計數(shù)器單元254中的計數(shù)值為"-Drstl+(Dsigl+Drstl) = Dsigl"。
下面說明當(dāng)參考信號SLPadc的電壓的每單位時間的電壓改變量A SLPdac為S2時執(zhí)行的操作?；旧?，以與電壓改變量A SLPdac為SI時執(zhí)行的操作相同的方式，當(dāng)執(zhí)行P階段處理和D階段處理時，指示"-Drst2+(Dsig2+Drst2) = Dsig2"的計數(shù)值被保存在計數(shù)器單元254中。此時S2的每單位時間的電壓改變量是S1的一半。因此，在P階段處理期間當(dāng)參考信號SLPadc和像素信號電壓Vx相同時的點C2_P晚于當(dāng)電壓改變量為SI時的點C1_P。在D階段處理期間當(dāng)參考信號SLPadc和像素信號電壓Vx相同時的點C2_D晚于當(dāng)電壓改變量為SI時的點C1_D。
當(dāng)參考信號SLPadc的電壓的每單位時間的電壓改變量A SLPdac為S3時也同樣如此。當(dāng)執(zhí)行P階段處理和D階段處理時，指示"-Drst3+(Dsig3+Drst3) = Dsig3"的計數(shù)值被保存在計數(shù)器單元254中。此時S3的每單位時間的電壓改變量是S1的四分之一。因此，在P階段處理期間當(dāng)參考信號SLPadc和像素信號電壓Vx相同時的點C3_P晚于當(dāng)電壓改變量為SI時的點C1_P和當(dāng)電壓改變量為S2時的點C2_P。在D階段處理期間當(dāng)參考信號SLPadc和像素信號電壓Vx相同時的點C3_D晚于當(dāng)電壓改變量為SI時的點C1_D和當(dāng)電壓改變量為S2時的點C2_D。 下面比較當(dāng)參考信號SLPadc的電壓的每單位時間的電壓改變量A SLPdac為SI和S2時執(zhí)行的操作。參考信號SLPadc的S2的電壓改變量A SLPdac是SI的一半。因此，從參考信號SLPadc的改變起始點到C2_P的時間是當(dāng)參考信號SLPadc的電壓改變量A SLPdac為SI時從參考信號SLPadc的改變起始點到C1_P的時間的兩倍。從參考信號SLPadc的改變起始點到C2_D的時間是當(dāng)參考信號SLPadc的電壓改變量A SLPdac為SI時從參考信號SLPadc的改變起始點到C1_D的時間的兩倍。 換句話說，當(dāng)電壓改變量A SLPdac為S2時，計數(shù)器單元254對計數(shù)時鐘CKcnt計數(shù)的時間是當(dāng)使用電壓改變量A SLPdac為SI的參考信號SLPadc時計數(shù)器單元254對計數(shù)時鐘CKcnt計數(shù)的時間的兩倍。S2時的計數(shù)值是SI時的計數(shù)值的兩倍?？梢钥闯?，當(dāng)計數(shù)時鐘CKcntl固定時，如果通過使用S2的參考信號SLPadc而使參考信號SLPadc的電壓的每單位時間的電壓改變量ASLPdac減半，則AD轉(zhuǎn)換之后的輸出加倍。類似地，可以看出，當(dāng)計數(shù)時鐘CKcntl固定時，如果使用S3的參考信號SLPadc而使參考信號SLPadc的電壓的每單位時間的電壓改變量A SLPdac為四分之一，則AD轉(zhuǎn)換之后的輸出為四倍。
Dsigl = -Drstl+(Dsigl+Drstl) Dsig2 = -Drst2+(Dsig2+Drst2) = -2 * Drstl+(2 * Dsigl+2 * Drstl) = 2 *Dsigl Dsig3 = _Drst3+(Dsig3+Drst3) = _4 * Drstl+(4 * Dsigl+4 * Drstl) = 4 *Dsigl 以上是對在參考信號比較型的AD轉(zhuǎn)換處理中作為增益增大操作的AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)的驅(qū)動方法的說明。在該實施例中，通過在參考信號比較型的AD轉(zhuǎn)換處理期間利用AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)來執(zhí)行白平衡調(diào)節(jié)。這一點將在下面說明。
白平衡調(diào)節(jié)第一實施例
第一例子 圖4A是用于說明關(guān)注于根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像器件1A中的第一例子的白平衡調(diào)節(jié)操作的AD轉(zhuǎn)換處理的時序圖。 設(shè)有包括三種顏色分量R、G(Gr、Gb)和B的分色濾波器的單位像素3的像素信號電壓Vx在不同時刻被順序讀出。例如，關(guān)于行方向，在奇數(shù)行中，首先，僅有用于R的行控制線15_R被控制，從而使得像素信號電壓Vx_R被同時從奇數(shù)行中用于R的所有單位像素3送至列AD處理單元26。之后，當(dāng)僅有用于Gr的行控制線15_Gr被控制時，像素信號電壓Vx_Gr被同時從奇數(shù)行中用于Gr的所有單位像素3送至列AD處理單元26。
隨后，固態(tài)成像器件1A移動到從偶數(shù)行讀出。當(dāng)僅有用于Gb的行控制線15_Gb被控制時，像素信號電壓Vx_Gb被同時從偶數(shù)行中用于Gb的所有單位像素3送至列AD處理單元26。之后，當(dāng)僅有用于B的行控制線15—B被控制時，像素信號電壓Vx—B被同時從偶數(shù)行中用于B的所有單位像素3送至列AD處理單元26。 列AD處理單元26根據(jù)設(shè)有各個濾色器的單位像素3的像素信號電壓Vx_R、 Vx_Gr、 Vx_Gb和Vx_B來執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)以調(diào)節(jié)白平衡。 在第一實施例中，使用了以拜耳陣列形式排列有用于R、 G和B的三種濾色器的分色濾波器。由于在用于白平衡調(diào)節(jié)的增益設(shè)置中Gr和Gb是相同的顏色G，因此對于像素信號電壓Vx_Gr和Vx_Gb使用相同的值。 位于后級的數(shù)字處理單元基于AD轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)來執(zhí)行白平衡調(diào)節(jié)的計算。圖1中所示的數(shù)字算術(shù)單元29、設(shè)在器件外部的主控制單元等等對應(yīng)于后級的數(shù)字處理單元。在執(zhí)行白平衡調(diào)節(jié)的計算時，數(shù)字處理單元經(jīng)由通信/時序控制單元20將用于增益調(diào)節(jié)的控制數(shù)據(jù)CN_4 (其指示針對每種顏色期望調(diào)節(jié)的增益值)發(fā)送到參考信號生成單元27，而不是利用數(shù)字增益將白平衡調(diào)節(jié)應(yīng)用于具有關(guān)于顏色的輸出信息的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
在對用于R的像素信號電壓Vx_R進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有與用于R增益調(diào)節(jié)的控制數(shù)據(jù)CN_4相對應(yīng)的電壓改變量A SLPdac_R的參考信號SLPadc。 AD轉(zhuǎn)換單元250利用電壓改變量A SLPdac_R的參考信號SLPadc來執(zhí)行比較處理并且利用計數(shù)時鐘CKcntl來執(zhí)行計數(shù)，以對用于R的像素信號電壓Vx_R進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。指示P階段處理之后的R復(fù)位分量Vrst_R的復(fù)位數(shù)據(jù)Drst_R被保存在計數(shù)器單元254中。指示D階段處理之后的R信號分量Vsig_R的信號數(shù)據(jù)Dsig_R被保存在計數(shù)器單元254中。
在對用于Gr的像素信號電壓Vx_Gr進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有與用于G增益調(diào)節(jié)的控制數(shù)據(jù)CN_4相對應(yīng)的電壓改變量A SLPdac_G的參考信號SLPadc。 AD轉(zhuǎn)換單元250利用電壓改變量A SLPdac_G的參考信號SLPadc來執(zhí)行比較處理并且利用計數(shù)時鐘CKcntl來執(zhí)行計數(shù)，以對用于Gr的像素信號電壓Vx_Gr進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。指示P階段處理之后的Gr復(fù)位分量Vrst_Gr的復(fù)位數(shù)據(jù)Drst_Gr被保存在計數(shù)器單元254中。指示D階段處理之后的Gr信號分量Vsig_Gr的信號數(shù)據(jù)Dsig_Gr被保存在計數(shù)器單元254中。
在對用于Gb的像素信號電壓Vx_Gb進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有與用于G增益調(diào)節(jié)的控制數(shù)據(jù)CN_4相對應(yīng)的電壓改變量A SLPdac_G的參考信號SLPadc。 AD轉(zhuǎn)換單元250利用電壓改變量A SLPdac_G的參考信號SLPadc來執(zhí)行比較處理并且利用計數(shù)時鐘CKcntl來執(zhí)行計數(shù)，以對用于Gb的像素信號電壓Vx_Gb進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。指示P階段處理之后的Gb復(fù)位分量Vrst_Gb的復(fù)位數(shù)據(jù)Drst_Gb被保存在計數(shù)器單元254中。指示D階段處理之后的Gb信號分量Vsig_Gb的信號數(shù)據(jù)Dsig_Gb被保存在計數(shù)器單元254中。
在對用于B的像素信號電壓Vx_B進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有與用于B增益調(diào)節(jié)的控制數(shù)據(jù)CN_4相對應(yīng)的電壓改變量A SLPdac_B的參考信號SLPadc。 AD轉(zhuǎn)換單元250利用電壓改變量A SLPdac_B的參考信號SLPadc來執(zhí)行比較處理并且利用計數(shù)時鐘CKcntl來執(zhí)行計數(shù)，以對用于B的像素信號電壓Vx_B進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。指示P階段處理之后的B復(fù)位分量Vrst_B的復(fù)位數(shù)據(jù)Drst_B被保存在計數(shù)器單元254中。指示D階段處理之后的B信號分量Vsig_B的信號數(shù)據(jù)Dsig_B被保存在計數(shù)器單元254中。
作為為每個分色濾波器陣列提供AD轉(zhuǎn)換單元250的根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像器件1A中一行的像素數(shù)據(jù)的水平傳送操作，可以采用下面說明的兩種方法。第一方法是采用這樣一種配置的方法，該配置在數(shù)據(jù)存儲單元256中存儲一列的像素數(shù)據(jù)，并且如圖4A所示，在每次獲得R、Gr(在奇數(shù)行中)或Gb、和B(在偶數(shù)行中)的像素數(shù)據(jù)時執(zhí)行水平傳送。第二方法是采用這樣一種配置的方法，該配置在數(shù)據(jù)存儲單元256中分別存儲用于行方向上分色濾波器陣列(在該例子中是兩列)的像素數(shù)據(jù)，并且在獲得R、Gr(在奇數(shù)行中)或Gb、和B(在偶數(shù)行中)的像素數(shù)據(jù)之后執(zhí)行水平傳送(未在圖中示出)。
第一方法具有這樣的優(yōu)點，即與過去不應(yīng)用第一實施例的配置相比可以減少AD轉(zhuǎn)換單元250。另一方面，當(dāng)幀速率與正常時相同時，水平傳送需要以兩倍于正常速度的速度執(zhí)行。第二方法與過去不應(yīng)用第一實施例的結(jié)構(gòu)相比并不具有減少AD轉(zhuǎn)換單元250的效果。然而，即使當(dāng)幀速率與過去的配置中的幀速率相同時，水平傳送也僅需要以與正常速度相同的速度執(zhí)行。 通過使得固態(tài)成像器件1A利用這些驅(qū)動方法進(jìn)行操作，關(guān)于具有有關(guān)顏色的信息的像素信號電壓Vx_R、Vx_Gr、Vx_Gb和Vx—B，可以在AD轉(zhuǎn)換期間根據(jù)用于R、G和B的單位像素3的輸出幅度特性來執(zhí)行增益調(diào)節(jié)?？梢耘cAD轉(zhuǎn)換一同執(zhí)行白平衡調(diào)節(jié)。
在過去不應(yīng)用第一實施例的安裝有列并聯(lián)型的AD轉(zhuǎn)換器的固態(tài)成像器件中，在AD轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)域中執(zhí)行增益調(diào)節(jié)并且調(diào)節(jié)白平衡。因此，由于經(jīng)歷數(shù)字增益調(diào)節(jié)的具有顏色信息的數(shù)據(jù)在AD轉(zhuǎn)換之后并不具有小數(shù)信息，因此在AD轉(zhuǎn)換之后精度低于原始AD轉(zhuǎn)換比特精度。另一方面，在根據(jù)該實施例的機(jī)制中，通過在參考信號比較型的AD轉(zhuǎn)換處理期間執(zhí)行增益調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)白平衡。因此，白平衡調(diào)節(jié)之后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以保持原始AD轉(zhuǎn)換比特精度。 該例子具有以下特性當(dāng)相對于參考信號SLPadc的電壓的每單位時間的電壓改變量ASLPdac的計數(shù)時鐘數(shù)目被調(diào)節(jié)以執(zhí)行白平衡調(diào)節(jié)時，通過由一個DA轉(zhuǎn)換單元270根據(jù)顏色調(diào)節(jié)參考信號SLPadc的梯度來實現(xiàn)白平衡調(diào)節(jié)。當(dāng)考慮到可以保持原始AD轉(zhuǎn)換比特精度這一事實時，可以精確控制顏色的特性。因此，存在可以精確調(diào)節(jié)白平衡的優(yōu)點。
與比較例子的比較 可以設(shè)想按顏色提供參考信號生成單元并且利用分別生成的多個參考信號SLPadc來對具有關(guān)于顏色的信息的像素信號電壓Vx進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。然而，在這種情況下，由于有必要提供多個參考信號生成單元，因此存在電路尺寸增大的缺點。由于各個參考信號生成單元中的波動，在由各個參考信號生成單元生成的多個參考信號SLPadc中也發(fā)生波動。因此，難以執(zhí)行高度精確的增益調(diào)節(jié)。為了提高精度(例如校正各個參考信號生成單元中的波動)，需要大的電路尺寸。 在第一實施例中，關(guān)于行方向，按順序讀出具有相同顏色的顏色信息的每個像素信號電壓Vx，并且根據(jù)一個DA轉(zhuǎn)換單元270中的多種顏色來調(diào)節(jié)參考信號SLPadc的梯度。因此，參考信號生成單元的電路尺寸并不增大。由于沒有必要考慮到參考信號生成單元中波動的影響，因此可以執(zhí)行高度精確的白平衡調(diào)節(jié)。 例如，在JP-A-2007-60671公開的機(jī)制中，如其圖1和2中所示，采用了具有列平行模數(shù)轉(zhuǎn)換器的圖像傳感器的配置。由圖6A中所示的斜坡信號生成單元生成用在列平行模擬轉(zhuǎn)換器中的斜坡信號VRAMP。通過控制斜坡信號生成單元的電路針對每種顏色(R、Gr、Gb和B)控制斜波的梯度，從而可以在傳感器中調(diào)節(jié)白平衡等。斜波的梯度的調(diào)節(jié)被稱為模擬增益的控制。 JP-A-2007-60671的圖9中所示的電路具有每種顏色的模擬增益設(shè)定值。開關(guān)根據(jù)與作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的目標(biāo)的、圖1和2中所示的R、 Gr、 Gb和B相對應(yīng)的VRES和VSIG而被切換。設(shè)定值被用作去往圖6A中所示的斜坡信號生成單元的信號TGT，并且由斜坡信號生成單元生成的斜坡信號VRAMP的梯度被改變。因此，可以執(zhí)行每個顏色通道的模擬增益調(diào)節(jié)。 然而，在JP-A-2007-60671中，采用了用于從一行的所有像素同時讀出像素信號的像素訪問配置，如專利文獻(xiàn)的圖2所示。Gb和B或者Gr和B被同時訪問。在這種情況下，在圖1所示一條斜坡信號線VRAMP的配置中，難以對每種顏色執(zhí)行模擬增益調(diào)節(jié)。為了在行方向上對每種顏色執(zhí)行模擬增益調(diào)節(jié)，需要至少兩條斜坡信號線VRAMP。換句話說，需要兩個斜坡信號生成單元。當(dāng)提供了兩個斜坡信號生成單元時，為了提高精度(例如校正各個斜坡信號生成單元中的波動)，需要更大的電路尺寸。 在JP-A-2007-60080公開的機(jī)制中，如其圖1中所示，采用了包括按顏色的斜坡生成單元(DA轉(zhuǎn)換單元27a)的圖像傳感器的配置。作為斜坡生成單元，例如示出了JP-A-2007-60080的圖12中所示的配置。提供了對應(yīng)于多種顏色的多個斜坡信號生成單元。由這些斜坡信號生成單元生成的斜坡信號的梯度根據(jù)顏色的信號量而改變，被開關(guān)切換并且輸出。執(zhí)行對由文獻(xiàn)的圖1中所示的垂直信號線19輸出的像素信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換。
與JP-A-2007-60671中公開的機(jī)制類似，在JP-A-2007-60080中公開的機(jī)制是需要多個斜坡信號生成單元的配置。有必要校正多個斜坡信號生成單元中的波動。另外，由于這多個斜坡信號生成單元的輸出經(jīng)由開關(guān)物理連接，因此存在多個斜坡信號生成單元的輸出彼此干擾的可能性(由于來自開關(guān)的泄漏)，并且在白平衡調(diào)節(jié)時無法獲得適當(dāng)?shù)哪M增益。 第二例子 圖4B是用于說明關(guān)注于根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像器件1A中的第二例子的白平衡調(diào)節(jié)操作的AD轉(zhuǎn)換處理的時序圖。 在根據(jù)第一實施例(第一例子)的白平衡調(diào)節(jié)操作中，Gr和Gb被視為具有相同顏色G的顏色信息的像素。當(dāng)執(zhí)行對Gr和Gb的像素信號電壓Vx_Gr和Vx_Gb的AD轉(zhuǎn)換時，對于白平衡調(diào)節(jié)的增益設(shè)定使用相同值。對于形成拜耳陣列的分色濾波器的四個單位像素3的增益設(shè)定僅有必要針對三種顏色R、G和B來執(zhí)行。存在增益設(shè)定控制比針對四個單位像素3的分別設(shè)定增益簡單的優(yōu)點。 然而，由于單位像素的精練，Gr和Gb的像素布局樣式之間的差異等等，當(dāng)接收到具有相同光量的光時，即使顏色是相同的顏色G，在信號分量Vsig_Gr和Vsig_Gb中也會發(fā)生差異(由于輸出幅度特性差異)。因此，難以應(yīng)對多種顏色。 在第一實施例(第二例子)中，采取了應(yīng)對這種情況的措施。在針對白平衡調(diào)節(jié)的增益設(shè)定中，對于像素信號電壓Vx_Gr和Vx_Gb使用不同的值。具體而言，采用了對于形成拜耳陣列的分色濾波器的四種顏色(R、Gr、Gb和B)的單位像素3分別執(zhí)行增益設(shè)定的方法。 在對用于R的像素信號電壓Vx_R進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有與用于R增益調(diào)節(jié)的控制數(shù)據(jù)CN_4相對應(yīng)的電壓改變量A SLPdac_R的參考信號SLPadc。 AD轉(zhuǎn)換單元250利用電壓改變量A SLPdac_R的參考信號SLPadc來執(zhí)行比較處理，并且利用計數(shù)時鐘CKcntl執(zhí)行計數(shù)以執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。
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在對用于Gr的像素信號電壓Vx_Gr進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有與用于Gr增益調(diào)節(jié)的控制數(shù)據(jù)CN_4相對應(yīng)的電壓改變量A SLPdac_Gr的參考信號SLPadc。AD轉(zhuǎn)換單元250利用電壓改變量A SLPdac_Gr的參考信號SLPadc來執(zhí)行比較處理，并且利用計數(shù)時鐘CKcntl執(zhí)行計數(shù)以執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。 在對用于Gb的像素信號電壓Vx_Gb進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有與用于Gb增益調(diào)節(jié)的控制數(shù)據(jù)CN_4相對應(yīng)的電壓改變量A SLPdac_Gb的參考信號SLPadc。AD轉(zhuǎn)換單元250利用電壓改變量A SLPdac_Gb的參考信號SLPadc來執(zhí)行比較處理，并且利用計數(shù)時鐘CKcntl執(zhí)行計數(shù)以執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。 在對用于B的像素信號電壓Vx_B進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有與用于B增益調(diào)節(jié)的控制數(shù)據(jù)CN_4相對應(yīng)的電壓改變量A SLPdac_B的參考信號SLPadc。 AD轉(zhuǎn)換單元250利用電壓改變量A SLPdac_B的參考信號SLPadc來執(zhí)行比較處理，并且利用計數(shù)時鐘CKcntl執(zhí)行計數(shù)以執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。 利用各個電壓改變量A SLPdac_Gr和A SLPdac_Gb， AD轉(zhuǎn)換被應(yīng)用于相同顏色G的像素信號電壓Vx—Gr和Vx—Gb，以校正像素信號電壓之間的輸出幅度特性差異。因此，D階段處理之后的信號數(shù)據(jù)Dsig_Gr和Dsig_Gb具有相同的值。 通過使得固態(tài)成像器件IA利用這種驅(qū)動方法進(jìn)行操作，關(guān)于具有有關(guān)顏色的信息的像素信號電壓Vx_R、Vx_Gr、Vx_Gb和Vx—B，可以在AD轉(zhuǎn)換期間根據(jù)顏色R、Gr、Gb和B來執(zhí)行增益調(diào)節(jié)。因此，可以與AD轉(zhuǎn)換一同執(zhí)行白平衡調(diào)節(jié)。即使當(dāng)在用于Gr的單位像素3和用于Gb的單位像素3之間發(fā)生特性差異時，也可以根據(jù)與單位像素3相對應(yīng)的電壓改變量A SLPdac_Gr和A SLPdac_Gb來調(diào)節(jié)特性差異(即，分別用于Gr和Gb的AD轉(zhuǎn)換增益)。 與第一實施例(第一例子)中一樣，白平衡調(diào)節(jié)之后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以保持原始AD轉(zhuǎn)換比特精度，并且通過根據(jù)顏色調(diào)節(jié)參考信號SLPadc的梯度的一個DA轉(zhuǎn)換單元270實現(xiàn)了用于白平衡調(diào)節(jié)的AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)。
第三例子 圖4C和4D是用于說明關(guān)注于根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像器件1A中的第三例子的白平衡調(diào)節(jié)的示意圖。圖4C是用于說明第三例子中應(yīng)用的分色濾波器的顏色陣列的示意圖。圖4D是用于說明關(guān)注于根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像器件1A中的第三例子的白平衡調(diào)節(jié)操作的AD轉(zhuǎn)換處理的時序圖。 在第一實施例的第一例子和第二例子中，對于以方形晶格形狀布置的單位像素3，根據(jù)拜耳陣列的基本形式排列了 R、 G和B的三種顏色分量。然而，濾色器和濾色器的排列順序并不限于拜耳陣列的基本形式。例如，可以使用拜耳陣列的改進(jìn)或者可以使用互補(bǔ)濾色器或其他濾色器。 例如，如圖4C的(1)所示，在偶數(shù)行X奇數(shù)列中，可以布置用于感測作為第三顏色的白色(W)的第三顏色像素(白色像素W)來代替綠色(G)像素。以棋盤樣式布置了針對每行不同的兩種顏色R和G或者W和B的顏色像素。在行方向和列方向上，顏色像素的陣列與拜耳陣列的基本形式相同，其中按每兩個像素地重復(fù)兩種顏色R和G或者W和B。布置有W的單位像素3使得可見光頻帶中的所有分量(R、 G和B)通過。就此而言，實際上可以采用沒有濾色器的配置。
使用白色(W)作為第四顏色的目的在于在某一配置中新提供W像素(除了R、G和 B像素以外)，在該配置中，使用了紅外光切除濾波器，并且根據(jù)與算術(shù)算法的組合獲得了 高靈敏度。由于W像素具有比R、 G和B像素更高的靈敏度，因此利用W像素的信號作為亮 度信號可以獲得高靈敏度。 藍(lán)綠色(Cy)、紅紫色(Mg)和黃色(Ye)的互補(bǔ)濾色器可以按拜耳陣列布置。例如， 如圖4C的(2)所示，可以將奇數(shù)行X奇數(shù)列中的主濾色器R替換為藍(lán)綠色濾色器，將奇數(shù) 行X偶數(shù)列和偶數(shù)行X奇數(shù)列中的主濾色器G替換為紅紫色濾色器，并將偶數(shù)行X偶數(shù) 列中的主濾色器B替換為黃色濾色器。以棋盤樣式布置了針對每行不同的兩種顏色Cy和 Mg或者M(jìn)g和Ye的顏色像素。在行方向和列方向上，濾色器的陣列與拜耳陣列的基本形式 相同，其中按每兩個像素地重復(fù)兩種顏色Cy和Mg或者M(jìn)g和Ye。盡管未在圖中示出，但是 W像素可以布置在位于對角線上的兩個紅紫色像素之一中。 —般而言，主色系統(tǒng)具有比互補(bǔ)色系統(tǒng)更高的顏色可再現(xiàn)能力。互補(bǔ)色系統(tǒng)的優(yōu) 點在于靈敏度，這是因為濾色器的透光性高。具體而言，由于互補(bǔ)色系統(tǒng)的濾色器具有比主 色系統(tǒng)的濾色器更高的靈敏度，因此通過在互補(bǔ)色系統(tǒng)中使用濾色器可以提高成像設(shè)備的 靈敏度，在互補(bǔ)色系統(tǒng)中，可見區(qū)域中的透射光是相應(yīng)的三種主色的互補(bǔ)色。相反地，存在 以下優(yōu)點可以在無需執(zhí)行差分處理的情況下獲取主色的顏色信號，并且通過使用主色系 統(tǒng)的濾色器簡化了信號處理。當(dāng)再現(xiàn)視頻時，對通過使用主色系統(tǒng)或互補(bǔ)色系統(tǒng)的濾色器 而獲得的顏色信號(例如，R、G和B的主色信號)應(yīng)用信號處理，并且對亮度信號和色差信 號進(jìn)行組合。 如圖4C的(3)所示，在偶數(shù)行X奇數(shù)列中，可以布置用于感測第三顏色(深黃綠 色；E)的第三顏色像素來代替綠色(G)像素。以棋盤樣式布置了針對每行不同的兩種顏色 R和G或者E和B的顏色像素。在行方向和列方向上，顏色像素的陣列與拜耳陣列的基本形 式相同，其中按每兩個像素地重復(fù)兩種顏色R和G或者E和B。 盡管省略了關(guān)于顏色信號處理的詳細(xì)說明，但是與四種顏色的濾色器相關(guān)聯(lián)地設(shè) 置了圖像處理處理器，該處理器執(zhí)行矩陣算術(shù)操作，用于根據(jù)利用這四種顏色拍照的顏色 的視頻信號創(chuàng)建接近于人眼所識別的顏色的R、 G和B的三種顏色。圖像處理處理器例如 可以設(shè)置在數(shù)字算術(shù)單元29中，或者可以設(shè)置在器件外部的數(shù)字處理單元中。如果除了紅 色、綠色和藍(lán)色濾色器以外還安裝了深黃綠色濾色器，則與三色的濾色器相比可以減少顏 色可再現(xiàn)能力的差異。提高了藍(lán)綠色和紅色的可再現(xiàn)能力。 在所有的布置形式中，僅有必要分開調(diào)節(jié)四種顏色的AD轉(zhuǎn)換增益。整體的操作可 以認(rèn)為與第一實施例的第二例子相同。作為針對形成拜耳陣列的分色濾波器的四種單位像 素3的增益設(shè)定，僅有必要采用分開執(zhí)行對四種單位像素3的增益設(shè)定的方法。由DA轉(zhuǎn)換 單元270發(fā)射的參考信號SLPadc的電壓改變量A SLPdac ( = AD轉(zhuǎn)換增益)僅有必要根據(jù) 存在于處理目標(biāo)行中的顏色的組合而被切換為分色濾波器的一種顏色。可以實現(xiàn)與第一實 施例的第一例子中所說明的相同的效果，例如，可以減少DA轉(zhuǎn)換單元(僅僅一個DA轉(zhuǎn)換單 元270就足夠了 )，不需要復(fù)用器，通過根據(jù)顏色調(diào)節(jié)參考信號SLPadc的梯度可以精確控制 顏色的特性。 例如，圖4D是當(dāng)如圖4C的(1)所示布置有白色像素W時執(zhí)行的操作例子的示意 圖。由于白色像素W具有比用于R、 G和B的單位像素3更高的靈敏度，因此當(dāng)用于R、 G、 B
25和W的單位像素3的累積時間相同時，由白色像素W的像素信號電壓Vx_W指示的信號分量 Vsig—W較大。因此，對于像素信號電壓Vx—W， AD轉(zhuǎn)換增益被設(shè)定為小于像素信號電壓Vx— R、 Vx_G和Vx_B的的AD轉(zhuǎn)換增益。具體而言，用于W的電壓改變量A SLPdac_W被設(shè)定為 大于用于R、G和B的電壓改變量A SLPdac_R、 A SLPdac_G和A SLPdac_B，以增大參考信號 SLPadc的梯度。 在對用于R的像素信號電壓Vx_R進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有與用 于R增益調(diào)節(jié)的控制數(shù)據(jù)CN_4相對應(yīng)的電壓改變量A SLPdac_R的參考信號SLPadc。 AD 轉(zhuǎn)換單元250利用電壓改變量A SLPdac_R的參考信號SLPadc來執(zhí)行比較處理，并且利用 計數(shù)時鐘CKcntl執(zhí)行計數(shù)以執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。 在對用于G的像素信號電壓Vx_G進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有與用 于G增益調(diào)節(jié)的控制數(shù)據(jù)CN_4相對應(yīng)的電壓改變量A SLPdac_G的參考信號SLPadc。 AD 轉(zhuǎn)換單元250利用電壓改變量A SLPdac_G的參考信號SLPadc來執(zhí)行比較處理，并且利用 計數(shù)時鐘CKcntl執(zhí)行計數(shù)以執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。 在對用于W的像素信號電壓Vx_W進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有與用 于W增益調(diào)節(jié)的控制數(shù)據(jù)CN_4相對應(yīng)的電壓改變量A SLPdac_W的參考信號SLPadc。 AD 轉(zhuǎn)換單元250利用電壓改變量A SLPdac_W的參考信號SLPadc來執(zhí)行比較處理，并且利用 計數(shù)時鐘CKcntl執(zhí)行計數(shù)以執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。 在對用于B的像素信號電壓Vx_B進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有與用 于B增益調(diào)節(jié)的控制數(shù)據(jù)CN_4相對應(yīng)的電壓改變量A SLPdac_B的參考信號SLPadc。 AD 轉(zhuǎn)換單元250利用電壓改變量A SLPdac_B的參考信號SLPadc來執(zhí)行比較處理，并且利用 計數(shù)時鐘CKcntl執(zhí)行計數(shù)以執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。 這樣，在對白色像素W的AD轉(zhuǎn)換期間，可以在無需實現(xiàn)比其他R、 G和B單位像素 3的輸出更大輸出(溢出)的情況下執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)第二實施例的固態(tài)成像器件 圖5A是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的CMOS固態(tài)成像器件(CMOS圖像傳感器)的示意 圖。 首先，與第一實施例中一樣，根據(jù)第二實施例的固態(tài)成像器件IB包括像素單元 IO，像素單元10具有用于相同顏色的各個單位像素3的行控制線15。在第二實施例中，關(guān) 于像素單元10和列AD處理單元26之間的連接關(guān)系，像素信號電壓Vx經(jīng)由用于每個垂直 列的一條垂直信號線19被提供到列AD處理單元26的AD轉(zhuǎn)換單元250。
白平衡調(diào)節(jié)第二實施例 圖5B是用于說明關(guān)注于根據(jù)第二實施例的固態(tài)成像器件IB中的白平衡調(diào)節(jié)操作 的AD轉(zhuǎn)換處理的時序圖。 第二實施例與第一實施例相似，不同之處在于像素信號電壓Vx經(jīng)由用于每個垂 直列(而不是用于每個分色濾波器陣列)的一條垂直信號線19被提供到列AD處理單元26 的AD轉(zhuǎn)換單元250。在AD轉(zhuǎn)換處理期間的白平衡調(diào)節(jié)操作僅有必要與第一實施例中相同。 與第一實施例(第二例子)中一樣，作為針對形成拜耳陣列的分色濾波器的四種顏色(R、 Gr、Gb和B)的單位像素3的增益設(shè)定，采用了一種分開執(zhí)行對四種顏色的單位像素3的增 益設(shè)定的方法。
盡管省略了詳細(xì)說明，但是第二實施例與第一實施例的共同之處在于白平衡調(diào)節(jié) 之后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以保持原始AD轉(zhuǎn)換比特精度，并且通過根據(jù)顏色調(diào)節(jié)參考信號SLPadc 的梯度的一個DA轉(zhuǎn)換單元270實現(xiàn)了用于白平衡調(diào)節(jié)的AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)。
作為對于根據(jù)第二實施例的固態(tài)成像器件IB中的一行的像素數(shù)據(jù)的水平傳送操 作，可以采用下面說明的兩種方法。第一方法是一種在每次獲得R和Gr(在奇數(shù)行中)或 者Gb和B(在偶數(shù)行中)的像素數(shù)據(jù)時執(zhí)行水平傳送的方法。第二方法是一種在獲得了 R 和Gr(在奇數(shù)行中)或者Gb和B(在偶數(shù)行中)的兩種圖像數(shù)據(jù)之后執(zhí)行水平傳送的方 法。與第一實施例不同，無論采用第一還是第二方法，數(shù)據(jù)存儲單元256都分別存儲行方向 上一個分色濾波器陣列(在該例子中，是兩行)的像素數(shù)據(jù)。這些方法與第一實施例中所 說明的相同。當(dāng)采用第一方法時，水平掃描單元12在奇數(shù)列中的水平傳送期間，僅將來自 奇數(shù)列中的鎖存器257的數(shù)據(jù)讀出到水平信號線18。水平掃描單元12在偶數(shù)列中的水平 傳送期間，僅將來自偶數(shù)列中的鎖存器257的數(shù)據(jù)讀出到水平信號線18。
與第一實施例相比，盡管AD轉(zhuǎn)換單元250的數(shù)目加倍，但是第二實施例具有以下 優(yōu)點即，固態(tài)成像器件可以通用作為不使用分色濾波器的單色固態(tài)成像器件。在單色成像 中，沒有必要在行方向上按順序讀取像素。與一般列系統(tǒng)中一樣，可以在行方向上同時從所 有像素讀出像素信號。在根據(jù)第二實施例的器件配置中，在單色成像期間，如果用于R和Gr 的行控制線15_R和15_Gr在奇數(shù)行中被公共驅(qū)動信號驅(qū)動，并且用于Gb和B的行控制線 15_Gb和15—B在偶數(shù)行中被公共驅(qū)動信號驅(qū)動，則可以應(yīng)對行方向上來自所有像素的信號 的同時讀出。 3.根據(jù)第三實施例的固態(tài)成像器件 圖6A是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的CMOS固態(tài)成像器件(CMOS圖像傳感器)的示意 圖。在圖中，固態(tài)成像器件被視為對第二實施例的修改。然而，相同的機(jī)制可以應(yīng)用于第一 實施例。 在第三實施例中，采用了這樣一種方法，該方法通過調(diào)節(jié)用于AD轉(zhuǎn)換單元250的 計數(shù)時鐘CKcntl的頻率(如圖2B的(3)所示)來調(diào)節(jié)AD轉(zhuǎn)換增益，同時固定由DA轉(zhuǎn)換 單元270生成的參考信號SLPadc的梯度。因此，在根據(jù)第三實施例的固態(tài)成像器件1C中， 經(jīng)歷時鐘頻率調(diào)節(jié)的計數(shù)時鐘CKcntJ/k被從通信/時序控制單元20提供到AD轉(zhuǎn)換單元 250的計數(shù)器單元254。計數(shù)時鐘CKcnt—j/k是通過將參考時鐘(計數(shù)時鐘Ckcnt)乘以j/ k而獲得的時鐘。與控制數(shù)據(jù)CN_4相似，計數(shù)時鐘CKcnt_j/k是基于對白平衡調(diào)節(jié)的計算 來設(shè)定的。 例如，在后級的數(shù)字處理單元基于AD轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)來執(zhí)行白平衡調(diào)節(jié)的 計算。指示要對每種顏色期望調(diào)節(jié)的增益值的信息被發(fā)送到通信/時序控制單元20。通信 /時序控制單元20基于該信息來控制時鐘轉(zhuǎn)換單元20a以獲取經(jīng)調(diào)節(jié)的計數(shù)時鐘CKcnt_ j/k(該時鐘是計數(shù)時鐘CKcntl的j/k倍)，并將計數(shù)時鐘CKcnt_j/k提供到計數(shù)器單元 254。 白平衡調(diào)節(jié)第三實施例 圖6B是用于說明關(guān)注于根據(jù)第三實施例的固態(tài)成像器件1C中的白平衡調(diào)節(jié)操作 的AD轉(zhuǎn)換處理的時序圖。 第三實施例與第一實施例相似，不同之處在于DA轉(zhuǎn)換單元270通過調(diào)節(jié)使用中的
27計數(shù)頻率來調(diào)節(jié)AD轉(zhuǎn)換增益。AD轉(zhuǎn)換處理和CDS處理僅有必要與第一實施例中相同。
與第一實施例(第二例子)中一樣，作為針對形成拜耳陣列的分色濾波器的四種 顏色(R、Gr、Gb和B)的單位像素3的增益設(shè)定，采用了一種分開執(zhí)行對四種顏色的單位像 素3的增益設(shè)定的方法。 在對用于R的像素信號電壓Vx_R進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有電壓改 變量ASLPdac的參考信號SLPadc。 AD轉(zhuǎn)換單元250根據(jù)基于具有用于R增益調(diào)節(jié)的計數(shù) 頻率F_R的計數(shù)時鐘CKcnt_j/k的計數(shù)處理來執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。在對用于Gr的像素信號電壓 Vx—Gr進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有電壓改變量A SLPdac的參考信號SLPadc。 AD轉(zhuǎn)換單元250根據(jù)基于具有用于Gr增益調(diào)節(jié)的計數(shù)頻率F_Gr的計數(shù)時鐘CKcnt_j/k的 計數(shù)處理來執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。 在對用于Gb的像素信號電壓Vx_Gb進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有電 壓改變量A SLPdac的參考信號SLPadc。 AD轉(zhuǎn)換單元250根據(jù)基于具有用于Gb增益調(diào)節(jié) 的計數(shù)頻率F_Gb的計數(shù)時鐘CKcnt_j/k的計數(shù)處理來執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。在對用于B的像素信 號電壓Vx_B進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有電壓改變量A SLPdac的參考信號 SLPadc。 AD轉(zhuǎn)換單元250根據(jù)基于具有用于B增益調(diào)節(jié)的計數(shù)頻率F—B的計數(shù)時鐘CKcnt_ j/k的計數(shù)處理來執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。 在第三實施例中，通過根據(jù)顏色調(diào)節(jié)使用中的計數(shù)時鐘CKcnt的頻率的AD轉(zhuǎn)換單 元250，實現(xiàn)了用于白平衡調(diào)節(jié)的AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)。白平衡調(diào)節(jié)之后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與第一實 施例中相同，即可以保持原始AD轉(zhuǎn)換比特精度。 可以設(shè)想按顏色提供多個時鐘生成單元，這些時鐘生成單元根據(jù)顏色生成頻率不 同的計數(shù)時鐘CKcnt并將計數(shù)時鐘CKcnt提供到AD轉(zhuǎn)換單元250，并且還可以設(shè)想利用分 別生成的不同頻率的多個計數(shù)時鐘CKcnt來對具有關(guān)于顏色的信息的像素信號電壓Vx進(jìn) 行AD轉(zhuǎn)換。在這種情況下，由于有必要提供多個時鐘生成單元，因此存在電路大小增大的 缺點。 在第三實施例中，AD轉(zhuǎn)換單元250根據(jù)多種顏色來調(diào)節(jié)使用中計數(shù)時鐘CKcnt的 頻率，同時按順序讀出具有關(guān)于相同顏色的信息的像素信號電壓Vx。與第一實施例中一樣， 可以執(zhí)行高度精確的白平衡調(diào)節(jié)，同時不會產(chǎn)生電路大小增大和參考信號生成單元中波動 的影響的缺點。 4.根據(jù)第四實施例的固態(tài)成像器件 圖7A是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的CMOS固態(tài)成像器件(CMOS圖像傳感器)的示意 圖。在圖中，固態(tài)成像器件被視為對第一實施例的修改，用于在對參考信號SLPadc的梯度 調(diào)節(jié)中執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)。然而，可以對第三實施例進(jìn)行相同的修改，用于在對AD轉(zhuǎn)換 的時鐘頻率調(diào)節(jié)中執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)。 如圖7A所示，在根據(jù)第四實施例的固態(tài)成像器件ID中，在像素單元10中包括像 素共享結(jié)構(gòu)的單位像素群組2，該結(jié)構(gòu)具有多個單位像素3共享單位像素3中元件的一部分 的配置。 在第四實施例中，像素信號電壓Vx經(jīng)由用于每個單位像素群組2的一條垂直信號 線19被提供到列AD處理單元26。因此，設(shè)置了針對每個單位像素群組2控制的行控制線 15_a和針對單位像素群組2中的每個單位像素3控制的行控制線15_b。除了像素單元10以外的組件與第一實施例中相同。 盡管后面將說明細(xì)節(jié)，但是第四實施例與第一實施例的共同之處在于，當(dāng)在彩色 成像期間應(yīng)用拜耳陣列時，關(guān)于行方向，"每個分色濾波器陣列"由兩列形成。關(guān)于像素單 元10和列AD處理單元26之間的連接關(guān)系，與第一實施例中一樣，針對行方向上的每個分 色濾波器陣列可以設(shè)置一個AD轉(zhuǎn)換單元250?；蛘?，與第二實施例中一樣，對于每個垂直列 可以設(shè)置一個AD轉(zhuǎn)換單元250。圖中所示的例子由與第二實施例中相同的配置例子指示。 后面將涉及的圖7D的(2)由與第一實施例中相同的配置例子指示。
單位像素群組的電路配置 圖7B和7C是用于說明用在根據(jù)圖7A所示第四實施例的固態(tài)成像器件1D中的單 位像素群組2的配置例子的示意圖。圖7B是形成單位像素群組2的布置布局例子的示意 圖。圖7C是單位像素群組2的電路配置例子以及驅(qū)動單元、驅(qū)動控制線和像素晶體管的連 接形式。首先，像素單元10中單位像素群組2的配置具有這樣一種特性，即單位像素群組 2具有像素共享結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括多個單位像素3共享單位像素3中元件的一部分的配置。 形成像素單元10中單位像素群組2的單位像素3的基本配置與根據(jù)第一實施例的單位像 素3的配置相同。 作為像素共享結(jié)構(gòu)的一個例子，說明用于形成具有四個單位像素3的組合的單位 像素群組2的四像素共享。這類似于當(dāng)使用拜耳陣列的分色濾波器時由2行X2列中的四 個單位像素3形成的一個分色濾波器。 單位像素群組2的配置僅僅是一個例子，并且并不限于此。在圖7B和7C所示的 配置中， 一個單位像素群組2包括四個單位像素3。然而，單位像素3的數(shù)目并不限于此。 例如，一個單位像素群組2可包括兩個或八個單位像素3。 就布局而言，如圖7B所示，單位像素群組2包括晶體管區(qū)域、電壓轉(zhuǎn)換單元和線 路，這些線路電連接電壓轉(zhuǎn)換單元和晶體管區(qū)域中的電路群組。在晶體管區(qū)域中，布置了電 荷生成單元32、將由電荷生成單元32生成的信號電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號的電壓轉(zhuǎn)換單元、讀 出選擇晶體管34、以及用于對傳送到電壓轉(zhuǎn)換單元的電荷和經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換的電壓信 號應(yīng)用處理的電路群組。如圖7C所示，電壓轉(zhuǎn)換單元包括作為主單元的浮動擴(kuò)散38和源 極跟隨器配置的放大晶體管42，放大晶體管42是檢測浮動擴(kuò)散38中的電位改變的檢測元 件的例子。 單位像素群組2在組件的布置布局中具有實質(zhì)性特性。如圖7B的(1)所示，相對 于以包括多列和多行的二維陣列形狀布置的電荷生成單元32，一個電壓轉(zhuǎn)換單元被布置在 二維陣列中沿對角線彼此相鄰的兩個電荷生成單元32之間。這兩個電荷生成單元32經(jīng)由 附接到電荷生成單元32的讀出選擇晶體管共享一個電壓轉(zhuǎn)換單元和一個晶體管區(qū)域。
至于共享，例如如圖7B的(2)所示，在包括i、i+l、i+2...列和j、 j+l、 j+2...行 的二維陣列中確定一種組合。例如，在第一單位像素群組2_1中，(i+l， j)坐標(biāo)處的電荷生 成單元32a和(i， j+l)坐標(biāo)處的電荷生成單元32b共享包括一個浮動擴(kuò)散38和一個放大 晶體管42的電壓轉(zhuǎn)換單元。(i+l， j+2)坐標(biāo)處的電荷生成單元32c和(i， j+3)坐標(biāo)處的 電荷生成單元32d共享包括另一個浮動擴(kuò)散38和另一個放大晶體管42的電壓轉(zhuǎn)換單元。
在行方向上相鄰的第二單位像素群組2_2中，(i+2， j)坐標(biāo)處的電荷生成單元32a 和(i+l，j+l)坐標(biāo)處的電荷生成單元32b共享包括一個浮動擴(kuò)散38和一個放大晶體管42
29的電壓轉(zhuǎn)換單元。(i+2，j+2)坐標(biāo)處的電荷生成單元32c和(i+l，j+3)坐標(biāo)處的電荷生成 單元32d共享包括另一個浮動擴(kuò)散38和另一個放大晶體管42的電壓轉(zhuǎn)換單元。
如圖7B所示，在未布置有電壓轉(zhuǎn)換單元的電荷生成單元32之間設(shè)置了晶體管區(qū) 域。晶體管區(qū)域中的電路群組被經(jīng)由線路彼此電連接的兩個電荷生成單元32所共享。在 單位像素群組2中，當(dāng)被電荷生成單元32a和32b共享的電壓轉(zhuǎn)換單元與被電荷生成單元 32c和32d共享的電壓轉(zhuǎn)換單元相互連接時，以Z字形布置的四行兩列中的電荷生成單元 32a、32b、32c和32d共享相同的電壓轉(zhuǎn)換單元。作為此時共享的電路群組，如圖7C所示，存 在復(fù)位晶體管36和垂直選擇晶體管40。假定這些電路元件被布置為分布在多個晶體管區(qū) 域中。 在根據(jù)第四實施例的固態(tài)成像器件1D中，沿著相同列方向布置的兩個電壓轉(zhuǎn)換 單元共享一組電路群組，這組電路群組被布置為分布在沿著二維陣列的列方向布置的兩個 晶體管區(qū)域中。在二維陣列中彼此相鄰的兩個電荷生成單元32共享電壓轉(zhuǎn)換單元。作為 一個共享單位(單位塊)的單位像素群組2總共包括一個電路群組、兩個電壓轉(zhuǎn)換單元和 四個電荷生成單元32。 就電路配置而言，單位像素群組2包括四個電荷生成單元32a、32b、32c和32d。包 括浮動擴(kuò)散38和放大晶體管42的一個像素信號生成單元5被共享。假定要共享的像素彼 此相鄰。當(dāng)單位像素3以方形晶格形狀排列時，相鄰方向可以是垂直方向、水平方向以及垂 直和水平方向兩者(即，傾斜方向)中的任何一種。圖7B僅僅是一個例子。
為了共享具有四個像素的FDA配置的像素信號生成單元5，一個單位像素群組2包 括四個單位像素3。因此，讀出選擇晶體管34用作用于將累積在四個電荷生成單元32中 的信號電荷傳送到共同的像素信號生成單元5的裝置。作為讀出選擇晶體管34，獨立設(shè)置 了讀出選擇晶體管34a、34b、34c和34d。作為傳送驅(qū)動緩沖器BF1，獨立設(shè)置了傳送驅(qū)動緩 沖器BFla、 BFlb、 BFlc和BFld。信號電荷Qa、 Qb、 Qc和Qd被獨立地從電荷生成單元32a、 32b、32c和32d傳送到浮動擴(kuò)散38。至于針對每個單位像素群組2控制的行控制線15_a， 存在復(fù)位線56和垂直選擇線58。至于針對單位像素群組2中每個單位像素3控制的行控 制線15—b，存在傳送線54a、54b、54c和54d。 關(guān)于單位像素3a(第一像素)，當(dāng)讀出選擇晶體管34a經(jīng)由傳送線54a被傳送信 號TRGa驅(qū)動時，像素信號電壓Vx_a被讀出。關(guān)于單位像素3b (第二像素)，當(dāng)讀出選擇晶 體管34b經(jīng)由傳送線54b被傳送信號TRGb驅(qū)動時，像素信號電壓Vx_b被讀出。關(guān)于單位 像素3c (第三像素)，當(dāng)讀出選擇晶體管34c經(jīng)由傳送線54c被傳送信號TRGc驅(qū)動時，像素 信號電壓Vx_c被讀出。關(guān)于單位像素3d(第四像素)，當(dāng)讀出選擇晶體管34d經(jīng)由傳送線 54d被傳送信號TRGd驅(qū)動時，像素信號電壓Vx_d被讀出。 第一單位像素3a包括電荷生成單元32a、讀出選擇晶體管34a和像素信號生成單 元5。第二單位像素3b包括電荷生成單元32b、讀出選擇晶體管34b和像素信號生成單元 5。第三單位像素3c包括電荷生成單元32c、讀出選擇晶體管34c和像素信號生成單元5。 第四單位像素3d包括電荷生成單元32d、讀出選擇晶體管34d和像素信號生成單元5。換 句話說，在這種配置中，單位像素群組2整體上是由七個晶體管形成的。從各個電荷生成單 元32a、32b、32c和32d的角度來看，采用了單位像素3包括四個晶體管的4Tr配置。
像素共享結(jié)構(gòu)和彩色成像之間的關(guān)系
圖7D是用于說明具有圖7A至7C所示的像素共享結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像器件ID中的彩 色成像的示意圖。當(dāng)固態(tài)成像器件1D被用于彩色成像時，要共享的單位像素3可以被配置 為使得FDA配置的像素信號生成單元5不僅被相同顏色的像素所共享，還被多種顏色的像 素所共享，或者可以被配置為使得FDA配置的像素信號生成單元5僅僅被相同顏色的像素 所共享。 然而，取決于共享系統(tǒng)，在與過去的方法(用于同時讀出行方向上的像素信號)的 組合中，當(dāng)執(zhí)行按像素的增益調(diào)節(jié)(在彩色成像期間的白平衡調(diào)節(jié))時，需要用于生成和提 供具有不同梯度的參考信號的單獨電路配置?；蛘撸枰糜谏珊吞峁┚哂胁煌l率的 計數(shù)時鐘CKcnt的單獨電路配置。在這兩種情況下，都存在電路大小增大的缺點。
例如，在圖7D中，R、Gr、Gb和B的主色濾波器以拜耳陣列布置，并且單位像素群組 2包括布置成Z字形、四行兩列中的四個單位像素3。圖7D的(1)是比較例子的示意圖，其 中像素信號電壓Vx在行方向上被同時讀出。圖7D的(2)是第四實施例的示意圖，其中關(guān) 于行方向，與第一 (至第三)實施例中一樣，具有關(guān)于相同顏色的顏色信息的每個像素信號 電壓Vx被按順序讀出。 在與圖7B的對應(yīng)關(guān)系中，在第一單位像素群組2_1中，電荷生成單元32a和32c 是R像素，電荷生成單元32b和32d是B像素。在第二單位像素群組2_2中，電荷生成單元 32a和32c是Gr像素，電荷生成單元32b和32d是Gb像素。 在圖7D的(1)所示的比較例子的情況下，當(dāng)從R和Gr行讀出像素信號時，像素信 號R和Gr被同時讀出。當(dāng)從Gr和B行讀出像素信號時，像素信號Gb和B被同時讀出。當(dāng) 通過對參考信號SLPadc的梯度調(diào)節(jié)來執(zhí)行對每種顏色的AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)時以同時讀出像 素信號R和Gb或者Gb和B時，需要兩個參考信號生成單元27 (DA轉(zhuǎn)換單元270)。當(dāng)通過 對列AD處理單元26 (AD轉(zhuǎn)換單元250)的計數(shù)時鐘CKcnt的頻率調(diào)節(jié)來執(zhí)行對每種顏色的 AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)以同時讀出像素信號R和Gb或者Gb和B時，需要生成具有不同頻率的計 數(shù)時鐘CKcnt的相應(yīng)計數(shù)時鐘生成電路。 另一方面，在圖7D的(2)所示第四實施例的情況下，關(guān)于行方向，具有關(guān)于相同顏 色的顏色信息的每個像素信號電壓Vx被按順序讀出，并且根據(jù)像素信號電壓Vx的讀出來 分別調(diào)節(jié)相對于參考信號SLPadc的電壓的每單位時間的電壓改變量ASLPdac、在計數(shù)器 側(cè)上的計數(shù)時鐘的數(shù)目。第四實施例在這方面與第一至第三實施例相同。關(guān)于行方向(水 平方向)上陣列的重復(fù)單位，在該例子的情況下，重復(fù)單位被認(rèn)為是單位像素群組2的顏色 陣列的每個重復(fù)單位。然而，實際上，第四實施例與第一實施例的共同之處在于重復(fù)單位是 單位像素3的水平方向上顏色陣列的重復(fù)單位。
AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)第四實施例 圖7E是用于說明關(guān)注于根據(jù)第四實施例的固態(tài)成像器件1D中的AD轉(zhuǎn)換增益調(diào) 節(jié)操作(白平衡調(diào)節(jié)操作)的AD轉(zhuǎn)換處理的時序圖。與第一實施例中一樣，在對參考信號 SLPadc的梯度調(diào)節(jié)中執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)。盡管未在圖中示出，但是與第三實施例中一 樣，可以在對計數(shù)時鐘CKcnt的頻率調(diào)節(jié)中執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)。 當(dāng)例如采用像素共享結(jié)構(gòu)時，在包括單位像素3的精練的單位像素3的布局樣式 中存在差異。因此，當(dāng)接收到相同光量的光時，難以以相同的方式來處理光，這是因為在像 素信號電壓Vx_a、 Vx_b 、 Vx_c和Vx_d之間發(fā)生差異并且輸出幅度特性不同。在第四實施例中，采取措施來應(yīng)對這種情況。關(guān)于從單位像素群組2中包括的單位像素3a、3b、3c和3d 讀出的像素信號電壓Vx_a、VX_b、Vx_C和Vx—d，分開調(diào)節(jié)AD轉(zhuǎn)換增益。整體操作與第一實 施例的第二例子中相同。僅有必要采用一種分開執(zhí)行對單位像素群組2中包括的四個單位 像素3a、3b、3c和3d的增益設(shè)定的方法。 換句話說，由于存在于單位像素群組2中的單位像素3的輸出幅度特性是不同的，
因此由DA轉(zhuǎn)換單元270發(fā)射的參考信號SLPadc的電壓改變量A SLPdac ( S卩，AD轉(zhuǎn)換增益)
僅有必要根據(jù)單位像素群組2中包括的單位像素3的輸出幅度特性來切換。 例如，在對第一單位像素群組2_1的單位像素3a和3c的像素信號電壓Vx—a和Vx_
c( = Vx_R)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有用于R像素的電壓改變量A SLPdac_
R的參考信號SLPadc 。 AD轉(zhuǎn)換單元250利用電壓改變量A SLPdac_R的參考信號SLPadc來
執(zhí)行比較處理，并且利用計數(shù)時鐘CKcntl來執(zhí)行計數(shù)以執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。 在對第二單位像素群組2_2的單位像素3a和3c的像素信號電壓Vx_a和Vx_c (=
Vx_Gr)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有用于Gr像素的電壓改變量A SLPdac_Gr
的參考信號SLPadc 。 AD轉(zhuǎn)換單元250利用電壓改變量A SLPdac_Gr的參考信號SLPadc來
執(zhí)行比較處理，并且利用計數(shù)時鐘CKcntl來執(zhí)行計數(shù)以執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。 在對第二單位像素群組2_2的單位像素3b和3d的像素信號電壓Vx_b和Vx_d (=
Vx_Gb)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有用于Gb像素的電壓改變量A SLPdac_Gb
的參考信號SLPadc 。 AD轉(zhuǎn)換單元250利用電壓改變量A SLPdac_Gb的參考信號SLPadc來
執(zhí)行比較處理，并且利用計數(shù)時鐘CKcntl來執(zhí)行計數(shù)以執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。 在對第一單位像素群組2_1的單位像素3b和3d的像素信號電壓Vx_b和Vx_d (=
Vx_B)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時，DA轉(zhuǎn)換單元270生成具有用于B像素的電壓改變量A SLPdac_B的
參考信號SLPadc。 AD轉(zhuǎn)換單元250利用電壓改變量A SLPdac_B的參考信號SLPadc來執(zhí)
行比較處理，并且利用計數(shù)時鐘CKcntl來執(zhí)行計數(shù)以執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。 在關(guān)于從單位像素群組2中包括的單位像素3讀出的像素信號電壓Vx的AD轉(zhuǎn)換 期間，可以根據(jù)單位像素3的輸出幅度特性來執(zhí)行增益調(diào)節(jié)。因此，可以與AD轉(zhuǎn)換一同執(zhí) 行輸出幅度特性校正。即使當(dāng)在單位像素3的輸出幅度特性中發(fā)生差異時，也可以根據(jù)與 此相對應(yīng)的電壓改變量△ SLPdac_a、 A SLPdac_b、 A SLPdac_c和A SLPdac_d (即，單位像素 3的AD轉(zhuǎn)換增益)來調(diào)節(jié)特性差異。 當(dāng)關(guān)注于白平衡調(diào)節(jié)時，關(guān)于行方向上具有不同種類的顏色信息的像素信號電壓 Vx_R和Vx_Gr或者像素信號電壓Vx_Gr和Vx—B，可以在AD轉(zhuǎn)換期間根據(jù)用于R、 G和B的 單位像素3的輸出幅度特性來執(zhí)行增益調(diào)節(jié)。可以與AD轉(zhuǎn)換一同執(zhí)行白平衡調(diào)節(jié)。因此， 在列AD處理單元26中，可以高度精確地實現(xiàn)用于白平衡調(diào)節(jié)的AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)，而不會 增大參考信號生成單元和計數(shù)時鐘生成電路(在該例子中是時鐘轉(zhuǎn)換單元20a)的電路大 小。 在上述例子中，單位像素群組2以Z字形被布置在四行兩列中并且被共享。然而， 這并不是必要的。在圖7B的(2)中，即使在垂直四像素共享的情況下(其中第一單位像素 群組2_1包括第i列中的電荷生成單元32a、32b、32c和32d，并且第二單位像素群組2_2包 括第i+1列中的電荷生成單元32a、32b、32c和32d)，也可以以相同方式應(yīng)用根據(jù)第四實施 例的機(jī)制。
32
第四實施例與第一實施例的共同之處在于AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)(白平衡調(diào)節(jié))之后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以保持原始AD轉(zhuǎn)換比特精度，并且通過根據(jù)輸出幅度特性調(diào)節(jié)參考信號SLPadc的一個DA轉(zhuǎn)換單元270實現(xiàn)了 AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)第五實施例的成像設(shè)備 圖8是用于說明本發(fā)明第五實施例的示意圖。在第五實施例中，根據(jù)上述實施例的固態(tài)成像器件1所采用的利用增益調(diào)節(jié)的AD轉(zhuǎn)換處理的機(jī)制被應(yīng)用于成像設(shè)備，該成像設(shè)備是物理信息獲取設(shè)備的例子。圖8是根據(jù)第五實施例的成像設(shè)備8的示意圖。
在成像器件中，與固態(tài)成像器件中一樣，可以通過在參考信號比較型的AD轉(zhuǎn)換處理期間執(zhí)行增益調(diào)節(jié)，來實現(xiàn)用于校正每個單位像素3的輸出幅度特性差異的機(jī)制，而不會增大DA轉(zhuǎn)換單元270(參考信號生成單元27)和生成計數(shù)時鐘CKcnt的電路的大小。作為關(guān)于AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)的控制(例如設(shè)定參考信號SLPadc的梯度和用于增益調(diào)節(jié)的計數(shù)時鐘CKcnt的頻率)，在外部的主控制單元可以根據(jù)對通信/時序控制單元20的數(shù)據(jù)設(shè)定來指定用于控制的指示信息。還可以執(zhí)行對參考信號比較型的正常AD轉(zhuǎn)換處理(不執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)處理)的控制。 例如，成像設(shè)備8包括拍照透鏡802、光學(xué)低通濾波器804、濾色器群組812、像素單元10、驅(qū)動控制單元7、列AD處理單元26、參考信號生成單元27和相機(jī)信號處理單元810。如圖中的虛線所指示，與光學(xué)低通濾波器804 —同還可以提供減少紅外光分量的紅外光切除濾波器805。 拍照透鏡802將表示光照下的對象Z的圖像的光L引導(dǎo)到成像設(shè)備側(cè)并且聚焦光L。在濾色器群組812中，用于R、G和B的濾色器以拜耳陣列布置。驅(qū)動控制單元7驅(qū)動像素單元IO。讀出電流控制單元24控制從像素單元10輸出的像素信號的操作電流。列AD處理單元26對從像素單元10輸出的像素信號應(yīng)用CDS處理、AD轉(zhuǎn)換處理等等。參考信號生成單元27將參考信號SLP_ADC送至列AD處理單元26。相機(jī)信號處理單元810處理從列AD處理單元26輸出的成像信號。 設(shè)在列AD處理單元26的后級的相機(jī)信號處理單元810包括成像信號處理單元820和用作控制整個成像設(shè)備8的主控制單元的相機(jī)控制單元900。成像信號處理單元820包括信號分離單元822、顏色信號處理單元830、亮度信號處理單元840和編碼器單元860。
信號分離單元822具有主色分離功能，主色分離功能用于將當(dāng)除了主色濾波器之類的濾波器被用作濾色器時從列AD處理單元26的AD轉(zhuǎn)換功能單元提供來的數(shù)字成像信號分離為R(紅色)、G(綠色)和B(藍(lán)色)的主色信號。顏色信號處理單元830基于經(jīng)信號分離單元822分離的主色信號R、G和B來執(zhí)行關(guān)于顏色信號C的信號處理。亮度信號處理單元840基于經(jīng)信號分離單元822分離的主色信號R、G和B來執(zhí)行關(guān)于亮度信號Y的信號處理。編碼器單元860基于亮度信號Y和顏色信號C來生成視頻信號VD。
盡管未在圖中示出，但是顏色信號處理單元830包括伽馬校正單元和色差矩陣單元。盡管未在圖中示出，但是亮度信號處理單元840包括高頻亮度信號生成單元、低頻亮度信號生成單元和亮度信號生成單元。高頻亮度信號生成單元基于從信號分離單元822的主色分離功能單元提供來的主色信號來生成甚至包括具有相對較高頻率的分量的亮度信號YH。低頻亮度信號生成單元基于主色信號來生成僅包括具有相對較低頻率的分量的亮度信號YL。亮度信號生成單元基于兩種亮度信號YH和YL來生成亮度信號Y，并將亮度信號Y
33提供到編碼器單元860。 在利用與顏色信號子載波對色差信號R-Y和B-Y進(jìn)行了數(shù)字調(diào)制之后，編碼器單 元860將色差信號R-Y和B-Y與由亮度信號處理單元840生成的亮度信號Y相組合，并將 組合信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號VD( = Y+S+C ;S是同步信號，C是色度信號)。從編碼器單元 860輸出的數(shù)字視頻信號VD被提供到后級的相機(jī)信號輸出單元(未在圖中示出)，并被用 于監(jiān)視器輸出、記錄介質(zhì)中的數(shù)據(jù)記錄，等等。數(shù)字視頻信號VD被DA轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為模擬視頻 信號V。 相機(jī)控制單元900包括微處理器902、作為只讀存儲單元的R0M904、RAM 906、以及 未在圖中示出的其他外圍構(gòu)件。微處理器902與由CPU表示的計算機(jī)的核心相同，其中由 計算機(jī)執(zhí)行的控制和算術(shù)操作的功能被集成到微集成電路中。RAM 906是隨機(jī)訪問易失性 存儲單元的例子。微處理器902、R0M 904和RAM 906合在一起被稱為微計算機(jī)。
相機(jī)控制單元900控制整個系統(tǒng)。在與用于校正每個單位像素3的輸出幅度特性 差異的AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)(例如，白平衡調(diào)節(jié))的關(guān)系中，相機(jī)控制單元900例如具有用于 白平衡調(diào)節(jié)的計算功能。另外，相機(jī)控制單元900具有調(diào)節(jié)參考信號SLP_ADC的梯度和計 數(shù)時鐘CKcnt的頻率的功能。 用于相機(jī)控制單元900的控制程序等被存儲在ROM 904中。具體而言，在該例子 中，存儲了用于利用相機(jī)控制單元900控制參考信號比較型的正常AD轉(zhuǎn)換處理和用于校正 輸出幅度特性差異的AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)處理的程序。用于供相機(jī)控制單元900執(zhí)行各種處 理的數(shù)據(jù)等被存儲在RAM 906中。 諸如存儲卡之類的記錄介質(zhì)924可以被插入到相機(jī)控制單元900中并從相機(jī)控制 單元900移出。相機(jī)控制單元900可以連接到諸如因特網(wǎng)之類的通信網(wǎng)絡(luò)。除了微處理器 902、 ROM 904和RAM 906以外，相機(jī)控制單元900還包括存儲器讀出單元907和通信I/F 908。記錄介質(zhì)924被用于登記用于使得微處理器902執(zhí)行軟件處理的程序數(shù)據(jù)和用于基 于亮度信號的曝光控制處理、用于白平衡調(diào)節(jié)的AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)處理等等的數(shù)據(jù)。存儲器 讀出單元907將從記錄介質(zhì)924讀出的數(shù)據(jù)存儲在RAM 906中。通信I/F 908中介相機(jī)控 制單元900和諸如因特網(wǎng)之類的通信網(wǎng)絡(luò)之間的通信數(shù)據(jù)的交換。 在成像設(shè)備8中，驅(qū)動控制單元7和列AD處理單元26被視為是與像素單元10分 開的模塊狀單元。然而，可以使用單芯片固態(tài)成像器件1，其中這些單元與像素單元10—同 被集成地形成在半導(dǎo)體襯底上。在圖中，成像設(shè)備8被視為處于除了像素單元10、列AD處 理單元26和相機(jī)信號處理單元810以外，還包括諸如拍照透鏡802之類的光學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài) 中。這一形式適合于采用具有成像功能的模塊狀形式(其中這些單元被集中封裝)。
盡管未在圖中示出，但是固態(tài)成像器件1可以設(shè)為具有成像功能的模塊狀形式， 其中像素單元10和諸如拍照透鏡802之類的光學(xué)系統(tǒng)被集中封裝。在這種情況下，除了設(shè) 為模塊狀形式的固態(tài)成像器件l以外，在模塊中還可以設(shè)置相機(jī)信號處理單元810以配置 成整個成像設(shè)備8。作為固態(tài)成像器件1中的一種模塊形式，可包括相機(jī)信號處理單元810。 實際上，在這種情況下，固態(tài)成像器件1和成像設(shè)備8可以被認(rèn)為是相同的。這種成像設(shè)備 8例如被提供為具有用于執(zhí)行"成像"的成像功能的相機(jī)或便攜式設(shè)備。"成像"不僅包括 在正常相機(jī)拍照期間對圖像的捕獲，還包括更寬意義上的指紋檢測等等。
具有這種配置的成像設(shè)備8被配置為包括固態(tài)成像器件1的所有功能。成像設(shè)備8在基本配置和操作上與固態(tài)成像器件1相同。微處理器902基于從列AD處理單元26輸 入的AD轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)來執(zhí)行白平衡調(diào)節(jié)的計算，并經(jīng)由驅(qū)動控制單元7 (通信/時 序控制單元20)將指示對于每種顏色期望調(diào)節(jié)的增益值的增益控制數(shù)據(jù)發(fā)送到參考信號 生成單元27。在根據(jù)該實施例的成像設(shè)備8中，不僅可以實現(xiàn)用于執(zhí)行參考信號比較型的 正常AD轉(zhuǎn)換處理的機(jī)制，還可以實現(xiàn)用于執(zhí)行用于校正輸出幅度特性差異的AD轉(zhuǎn)換增益 調(diào)節(jié)處理的機(jī)制。 已參考實施例說明了本發(fā)明。然而，本發(fā)明的技術(shù)范疇并不限于權(quán)利要求中描述 的范圍。在不脫離本發(fā)明的精神的前提下，可以對實施例進(jìn)行各種修改和變更。經(jīng)歷這種 修改和變更的形式也被包括在本發(fā)明的技術(shù)范疇內(nèi)。 實施例并不限制根據(jù)權(quán)利要求的本發(fā)明。并不是在實施例中說明的特性的所有組 合對于本發(fā)明的解決手段來說都是必需的。在各種階段的發(fā)明被包括在實施例中。根據(jù)所 公開的多個要素的適當(dāng)組合可以提取出各種發(fā)明。即使若干要素被從實施例中描述的所有 要素中刪除，也可以提取出刪除了若干要素的配置，只要獲得與本發(fā)明一樣的效果即可。
在實施例中，說明了這樣的固態(tài)成像器件，其中方形的單位像素3以方形晶格形 狀排列，并且提供了包括作為重復(fù)單位的2X2像素的分色濾波器。然而，分色濾波器的重 復(fù)單位并不限于此。在3X2像素的情況下，關(guān)于行方向上作為重復(fù)單位的三個像素，僅有 必要采用這樣一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對相同顏色的每個單位像素3提供行控制線15，按順序 讀出具有關(guān)于相同顏色的顏色信息的每個像素信號電壓Vx，并將像素信號電壓Vx轉(zhuǎn)換為 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 在實施例中，說明了方形的單位像素3以方形晶格形狀排列的固態(tài)成像器件。然 而，單位像素的陣列并不限于方形晶格形狀。例如，該陣列可以是陣列狀態(tài)的偏斜晶格形 狀，其中圖1中所示的像素單元10被傾斜45度。單位像素的陣列并不限于方形形狀，而是 可以是蜂窩形以抑制單位像素的電荷生成單元的光接收表面的面積的減小并提高像素密 度。 無論單位像素的形狀和陣列如何，在任何情況下，當(dāng)像素單元10被形成為適合于 彩色成像時，在與過去的配置中同時訪問的讀出單元相對應(yīng)的方向上，僅有必要與存在于 分色濾波器的重復(fù)單位內(nèi)的濾色器相關(guān)聯(lián)地調(diào)節(jié)AD轉(zhuǎn)換增益。簡要地說，僅有必要通過存 在于分色濾波器的重復(fù)單位內(nèi)的濾色器、根據(jù)單位像素3的輸出幅度特性調(diào)節(jié)AD轉(zhuǎn)換增益 來調(diào)節(jié)白平衡。無論是否使用分色濾波器，在與過去的配置中同時訪問的讀出單元相對應(yīng) 的方向上，僅有必要通過根據(jù)存在于重復(fù)單位內(nèi)的單位像素3的輸出幅度特性調(diào)節(jié)AD轉(zhuǎn)換 增益來校正輸出幅度特性。 在實施例中，作為可以根據(jù)地址控制選擇并讀出來自單位像素的信號的固態(tài)成像 器件的例子，說明了包括像素單元的CMOS傳感器，在像素單元中，包括NMOS或PMOS的單位 像素布置成矩陣形狀。這僅僅是一個例子。信號電荷的生成不僅可以應(yīng)用于光，還可以應(yīng) 用于電磁波，所述電磁波一般例如是紅外線、紫外線和X射線。在實施例中說明的事物可以 應(yīng)用于包括單位組件的半導(dǎo)體器件，其中排列了接收電磁波并輸出與電磁波的量相對應(yīng)的 模擬信號的大量元件。 在實施例中，說明了區(qū)域傳感器類型的固態(tài)成像器件l，其包括單位像素3以二維 矩陣形狀排列的像素單元IO。然而，單位像素3的二維矩陣形狀的陣列并不是必需的。例如，實施例的機(jī)制還可以應(yīng)用于所謂的行傳感器類型，其中單位像素3是針對一行或若干 行排列的。 代替行方向上的同時讀出，僅有必要在陣列(例如每個分色濾波器陣列)的重復(fù) 單位內(nèi)按順序讀出像素信號電壓Vx。僅有必要調(diào)節(jié)AD轉(zhuǎn)換增益以在參考信號比較型的AD 轉(zhuǎn)換處理期間校正單位像素3的輸出幅度特性。 本申請包含與2008年10月1日向日本專利局提交的日本在先專利申請JP 2008-256267有關(guān)的主題，上述申請的全部內(nèi)容通過引用而結(jié)合于此。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，取決于設(shè)計需求和其他因素可以發(fā)生各種修改、組合、 子組合和變更，只要這些修改、組合、子組合和變更在權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種固態(tài)成像器件，包括像素單元，在該像素單元中，輸出模擬處理目標(biāo)信號的多個單位像素被排列在水平方向上，并且多條掃描線的布線使得在水平方向上多個單位像素的陣列的重復(fù)單位內(nèi)，能夠在垂直方向上按順序讀出所述處理目標(biāo)信號；包括多個比較單元和多個計數(shù)器單元的AD轉(zhuǎn)換單元，所述比較單元將從生成參考信號的參考信號生成單元提供的具有漸變電平的參考信號與所述處理目標(biāo)信號相比較，所述計數(shù)器單元接收用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘的供給并基于所述比較單元的比較結(jié)果、在計數(shù)操作有效時段中執(zhí)行計數(shù)操作，所述AD轉(zhuǎn)換單元基于所述計數(shù)器單元的輸出數(shù)據(jù)執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換處理以獲取所述處理目標(biāo)信號的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；以及驅(qū)動控制單元，所述驅(qū)動控制單元執(zhí)行控制以在所述像素單元的水平方向上的多個單位像素的陣列的重復(fù)單位內(nèi)、在垂直方向上按順序讀出所述處理目標(biāo)信號，并且控制所述參考信號生成單元和所述AD轉(zhuǎn)換單元，使得表示相對于所述處理目標(biāo)信號的計數(shù)器單元的輸出數(shù)據(jù)的大小的AD轉(zhuǎn)換增益被分別調(diào)節(jié)，以便校正在關(guān)于各處理目標(biāo)信號的AD轉(zhuǎn)換處理期間、所述重復(fù)單位內(nèi)的各單位像素之間的輸出幅度特性差異。
2. 如權(quán)利要求l所述的固態(tài)成像器件，其中所述AD轉(zhuǎn)換單元包括用于所述像素單元的水平方向上多個單位像素的陣列的每個重 復(fù)單位的比較單元和計數(shù)器單元，并且所述驅(qū)動控制單元執(zhí)行控制，以便無論所述像素單元的水平方向上多個單位像素的陣 列的重復(fù)單位如何，都在垂直方向上同時讀出所述處理目標(biāo)信號，并且分別調(diào)節(jié)所述AD轉(zhuǎn) 換增益。
3. 如權(quán)利要求l所述的固態(tài)成像器件，其中所述AD轉(zhuǎn)換單元包括用于每個單位像素的比較單元和計數(shù)器單元，而無論所述像素 單元的水平方向上多個單位像素的陣列的重復(fù)單位如何；并且所述驅(qū)動控制單元執(zhí)行控制，以便無論所述像素單元的水平方向上多個單位像素的陣 列的重復(fù)單位如何，都在垂直方向上同時讀出所述處理目標(biāo)信號，并且切換用于將關(guān)于各 處理目標(biāo)信號的AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)為相同的正常增益處理和用于分別調(diào)節(jié)所述AD轉(zhuǎn)換增益 的個別增益處理。
4. 如權(quán)利要求1至3中任何一個所述的固態(tài)成像器件，其中在所述像素單元中，輸出所述處理目標(biāo)信號的多個單位像素被排列為二維矩陣形狀，并且所述參考信號生成單元向所述多個比較單元提供共同的參考信號。
5. 如權(quán)利要求1至4中任何一個所述的固態(tài)成像器件，其中在所述像素單元中每個單位像素的入射電磁波一側(cè)的表面上，設(shè)置了多個分色濾波器 中的任一個濾色器，所述多個分色濾波器包括用于獲取顏色信息的多種顏色的多個濾色器 的組合，所述像素單元的水平方向上多個單位像素的陣列的重復(fù)單位是所述多個分色濾波器 的陣列的重復(fù)單位，并且所述驅(qū)動控制單元分別調(diào)節(jié)用于彩色成像期間白平衡調(diào)節(jié)的AD轉(zhuǎn)換增益。
6. 如權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像器件，其中在所述像素單元中，輸出所述處理目標(biāo)信號的多個單位像素被排列為二維矩陣形狀， 在所述多個分色濾波器中，相同顏色的多個濾色器被設(shè)在不同行中，并且 所述驅(qū)動控制單元將關(guān)于設(shè)有相同顏色的濾色器的各單位像素的AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)為 相同。
7. 如權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像器件，其中在所述像素單元中，輸出所述處理目標(biāo)信號的多個單位像素被排列為二維矩陣形狀， 在所述多個分色濾波器中，相同顏色的多個濾色器被設(shè)在不同行中，并且 所述驅(qū)動控制單元分別調(diào)節(jié)關(guān)于設(shè)置有相同顏色的濾色器的各單位像素的AD轉(zhuǎn)換增
8. 如權(quán)利要求l所述的固態(tài)成像器件，其中每個單位像素包括通過電荷檢測物理量的變化的檢測單元、將所述檢測單元檢測出的 電荷轉(zhuǎn)換為像素信號的像素信號生成單元、基于輸入傳送控制電位將所述檢測單元檢測出 的電荷傳送到所述像素信號生成單元的傳送單元、以及初始化所述像素信號生成單元的電 位的初始化單元，所述像素單元包括具有以下結(jié)構(gòu)的單位像素群組，在該結(jié)構(gòu)中單位像素中的一部分元 件被多個單位像素共享，所述像素單元的水平方向上多個單位像素的陣列的重復(fù)單位是所述單位像素群組的 水平方向上的陣列的重復(fù)單位，并且所述驅(qū)動控制單元分別調(diào)節(jié)所述AD轉(zhuǎn)換增益以校正包含在所述單位像素群組中的多個單位像素之間的輸出幅度特性差異。
9. 如權(quán)利要求1至8中任何一個所述的固態(tài)成像器件，其中所述驅(qū)動控制單元控制所 述參考信號生成單元以分別調(diào)節(jié)所述參考信號的梯度，從而分別調(diào)節(jié)所述重復(fù)單位內(nèi)的AD 轉(zhuǎn)換增益。
10. 如權(quán)利要求1至9中任何一個所述的固態(tài)成像器件，其中所述驅(qū)動控制單元包括時 鐘轉(zhuǎn)換單元，該時鐘轉(zhuǎn)換單元分別調(diào)節(jié)用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘的頻率，從而在所述重復(fù)單 位內(nèi)分別調(diào)節(jié)AD轉(zhuǎn)換增益。
11. 一種成像設(shè)備，包括像素單元，在該像素單元中，包括多個電荷生成單元和多個晶體管的多個單位像素被 排列為矩陣形狀，所述晶體管輸出處理目標(biāo)信號，并且多條掃描線的布線使得在水平方向 上多個單位像素的陣列的重復(fù)單位內(nèi)，能夠在垂直方向上按順序讀出所述處理目標(biāo)信號， 所述處理目標(biāo)信號包括與由所述電荷生成單元生成的電荷相對應(yīng)的信號電平和復(fù)位電 平；參考信號生成單元，所述參考信號生成單元生成具有漸變電平的參考信號； 包括多個比較單元和多個計數(shù)器單元的AD轉(zhuǎn)換單元，所述比較單元將從所述參考信 號生成單元輸出的參考信號與所述處理目標(biāo)信號的復(fù)位電平和信號電平中的每一個進(jìn)行 比較，所述計數(shù)器單元接收用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘的供給并基于所述比較單元的比較結(jié) 果，在計數(shù)操作有效時段中執(zhí)行計數(shù)操作，所述AD轉(zhuǎn)換單元基于所述計數(shù)器單元的輸出數(shù) 據(jù)獲取所述復(fù)位電平和所述信號電平之差的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；驅(qū)動控制單元，所述驅(qū)動控制單元執(zhí)行控制以在所述像素單元的水平方向上的多個單位像素的陣列的重復(fù)單位內(nèi)，按順序從各單位像素在垂直方向上依次讀出所述復(fù)位電平和 所述信號電平，并且為了校正在關(guān)于各單位像素的AD轉(zhuǎn)換處理期間、所述重復(fù)單位內(nèi)的各 單位像素的復(fù)位電平和信號電平之間的輸出幅度差異，控制所述參考信號生成單元和所述 AD轉(zhuǎn)換單元，以針對每個單位像素調(diào)節(jié)表示相對于所述復(fù)位電平和所述信號電平的計數(shù)器 單元的輸出數(shù)據(jù)的大小的AD轉(zhuǎn)換增益；以及主控制單元，所述主控制單元基于所述重復(fù)單位內(nèi)的各單位像素之間的輸出幅度差異 來計算各單位像素中設(shè)定的AD轉(zhuǎn)換增益，并且控制所述驅(qū)動控制單元。
12. —種AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟在利用比較單元將從參考信號生成單元提供的具有漸變電平的參考信號與從設(shè)在像 素單元中的多個單位像素提供的模擬處理目標(biāo)信號進(jìn)行比較、接收用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時 鐘的供給、并且利用計數(shù)器單元基于比較結(jié)果在計數(shù)操作有效時段中執(zhí)行計數(shù)操作以及基 于所述計數(shù)器單元的輸出數(shù)據(jù)獲取所述處理目標(biāo)信號的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時，執(zhí)行控制以在所述像素單元的水平方向上的多個單位像素的陣列的重復(fù)單位內(nèi)、在垂 直方向上按順序讀出所述處理目標(biāo)信號；以及為了校正在關(guān)于各處理目標(biāo)信號的AD轉(zhuǎn)換處理期間、所述重復(fù)單位內(nèi)的各單位像素 之間的輸出幅度特性差異，分別調(diào)節(jié)從所述參考信號生成單元提供的參考信號的梯度和/ 或用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)時鐘的頻率，以分別調(diào)節(jié)表示相對于所述處理目標(biāo)信號的計數(shù)器單 元的輸出數(shù)據(jù)的大小的AD轉(zhuǎn)換增益。
全文摘要
本發(fā)明公開了固態(tài)成像器件、成像設(shè)備和AD轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)方法。該固態(tài)成像器件包括像素單元，其中輸出處理目標(biāo)信號的多個單位像素被排列在水平方向上，并且多條掃描線的布線使得在水平方向上多個單位像素的陣列的重復(fù)單位內(nèi)、可在垂直方向上按順序讀出處理目標(biāo)信號；包括比較單元和計數(shù)器單元的AD轉(zhuǎn)換單元，比較單元比較參考信號與處理目標(biāo)信號，計數(shù)器單元執(zhí)行計數(shù)操作，AD轉(zhuǎn)換單元基于計數(shù)器單元的輸出數(shù)據(jù)執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換處理；以及驅(qū)動控制單元，它執(zhí)行控制以在垂直方向上按順序讀出處理目標(biāo)信號，并且控制參考信號生成單元和AD轉(zhuǎn)換單元，使得AD轉(zhuǎn)換增益被分別調(diào)節(jié)，以校正在AD轉(zhuǎn)換處理期間、重復(fù)單位內(nèi)的輸出幅度特性差異。
文檔編號H04N5/335GK101715084SQ20091020444
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月1日
發(fā)明者新田嘉一, 鈴木敦史 申請人:索尼株式會社