專利名稱：固體成像設備和攝像系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括作為典型例子的CMOS圖像傳感器的固體成像設備和攝像系統(tǒng)
背景技術：
近來，CMOS成像裝置已廣泛地用在數(shù)字靜態(tài)照相機、攝錄像機、監(jiān)視攝像機和類似器件中，并且，它們的市場也已擴展了。CMOS成像裝置是用于通過使用作為光電轉換器件的光電二極管將入射到每個像素上的光轉換為電子，并將產(chǎn)生的電子積聚預定的時期，然后，將與積聚的電荷量相應的信號數(shù)字化，并向外輸出信號。通常，CMOS成像裝置的每個像素電路通過裝在像素電路中的源跟隨器將從光電二極管上發(fā)送的電荷信號轉換成垂直信號線路的電位信號，以便輸出信號。在讀取時，順序地逐行執(zhí)行每個像素的選擇，并對在所選中的行上的每個列的像素信號進行串行的或并行的模擬數(shù)字(AD)轉換，并將其作為成像數(shù)據(jù)輸出。龍其是近年來，每個列上都有AD轉換器的案例數(shù)已經(jīng)增加，并可同時進行轉換以便增加速度。JP-A-2008-136042揭示了相關工藝的例子。如上所述，在對每個列同時進行AD轉換時，通常使用下面的方法。具體地說，通過為每個列提供的比較/確定單元來同時與以規(guī)律的俠侶變化的參考信號相比較，能夠確定每個列的信號線路的輸出。根據(jù)在輸出信號和參考信號之間滿足先前規(guī)定的相互關系的定時，將各個輸出信號轉換成數(shù)字數(shù)據(jù)。例如，在數(shù)字化時，使用了計數(shù)電路，以便與參考電位的位移同步地來遞增計數(shù)所存儲的值。這樣，在滿足以前規(guī)定的、在輸出信號和參考信號之間的關系時，鎖定每個列的計數(shù)值，并用此計數(shù)值來作為數(shù)字化的信號。在JP-A-2008-124842中揭示了相關的工藝技術的另一個例子。

發(fā)明內(nèi)容
在上述的AD轉換方法中，隨著參考信號的位移斜率變得更加平緩，轉換的分辨率進一步改進。這就是說，通過減少每個計數(shù)的位移范圍，降低了量化誤差，尤其是在低照度下， 就可能攝取更高質量的圖像。在此情況下，如果將計數(shù)數(shù)(count number)設置為常數(shù)，在參考信號中的最大位移量就會下降。這樣，用高的照度攝取的圖像部分趨于飽和。這就是說，圖像攝取的動態(tài)范圍縮小了。如果簡單地增加計數(shù)數(shù)，AD轉換所必須的時間就會增加到能導致幀速率減少的程度。為了解決這個問題，JP-T-2008-124842提出在參考電位中使用兩種斜率的AD轉
4換方法。使用平緩的斜率和陡峭的斜率兩次來進行AD轉換。例如，在具有低照度的部分的成像數(shù)據(jù)中使用根據(jù)平緩斜率的轉換結果，在具有高照度的部分的成像數(shù)據(jù)中使用根據(jù)陡峭斜率的轉換結果。結果，通過使用平緩斜率就能在低照度部分上以高分辨率來進行AD轉換，而通過使用陡峭斜率就能從高照度部分上獲取灰度數(shù)據(jù)。因此，就可能既滿足動態(tài)范圍的要求又滿足圖像攝取的準確性。然而，此方法有如下的問題。通常，在同時比較共用的參考信號和多個列的所有的像素信號的并行AD轉換處理中，多個比較/確定單元的特征的變化引起了縱向的條紋。這主要是由于比較電路的偏置變化(offset variation)引起的。然而，在參考電位以較高速度變化的情況下，難于向所有的列提供相同的參考信號。這樣，就會根據(jù)每個列的參考信號的延遲而出現(xiàn)參考電平的變化。而且，由于計數(shù)器的時鐘脈沖相位差(clock skew)或從比較電路上來的確定輸出的反轉延遲(inversion delay)，用于指定轉換值的鎖存器的定時對于每列會變化。因此， 根據(jù)兩方面的結合，縱向條紋出現(xiàn)的頻率綜合起來看取決于參考電位位移的斜率。這就是說，如果參考電位的位移斜率不同，就會相應地出現(xiàn)不同的縱向條紋。例如，在轉換為全黑信號(零數(shù)據(jù))的AD轉換的情況下，由于比較電路的偏置而引起的計數(shù)值的偏差量基本上與斜率成反比。因此，在增益調整后，縱向條紋就基本上保持不變，并且與斜率無關。另一方面，由確定輸出的反轉延遲而引起的計數(shù)值的偏差量只取決于斜率。此外， 如果調整其增益，隨著斜率變陡，縱向條紋就變得更大。在這樣的情況下，對于成像裝置中的每個像素而言，如果通過使用兩種斜率來改變AD轉換結果的選擇，那么，作為結果而出現(xiàn)的縱向條紋就會隨拍攝對象而改變，于是，就變得完全不規(guī)則了。在此結構中，這個問題在隨后的處理中是難于改正的。為了避免這樣的問題，對于每個計數(shù)而言，所有的用于AD轉換的信號線路應當處于備用狀態(tài)，以便由此解決問題。然而，在此情況下，卻會過度地增加轉換處理時間。此外，在JP-T-2008-124842中，有另一個問題，這就是為了同時進行原來兩次進行的AD轉換結果的水平轉移，常規(guī)情況下的兩倍的水平轉移量是必須的。由于水平轉移是限制幀速率的主要因素，因此，難于避免使幀速率減半。鑒于上述的情況，希望提供固態(tài)成像裝置和攝像系統(tǒng)，它們能夠以高分辨率和高速度進行AD轉換，并獲得適當消除了縱向條紋的高質量的成像數(shù)據(jù)，并通過防止水平轉移量的增加來抑制幀速率的減少。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提出了固態(tài)成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括像素電路，該電路包括光電轉換器件和輸出由光電轉換器件進行光電轉換并經(jīng)過輸出信號線路的電位調制的電荷的放大器件；讀取部分，包括AD (模擬-數(shù)字)轉換電路，該電路比較信號線路的輸出電平和以規(guī)則斜率變化的參考信號，并根據(jù)在輸出信號和參考信號之間滿足之前定義的關系的定時將輸出信號數(shù)字化。讀取部分具有作為像素的成像信號的AD轉換，分別進行基于第一斜率的第一 AD轉換和基于第二斜率的第二 AD轉換的功能，以及作為零信號的AD轉
5換，進行基于第一斜率的第三AD轉換和基于第二斜率的第四AD轉換的功能。讀取部分針對每個像素選擇通過從第一 AD轉換的結果中減去第三AD轉換的結果而得到的數(shù)字數(shù)據(jù)和通過從第二 AD轉換的結果中減去第四AD轉換的結果而得到的數(shù)字數(shù)據(jù)中的片段中的任何一個，并根據(jù)所選擇的數(shù)字數(shù)據(jù)產(chǎn)生成像數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提出了攝像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括固態(tài)成像裝置；光學系統(tǒng)，在固態(tài)成像裝置上生成對象的圖像；信號處理電路，它處理固態(tài)成像裝置的輸出圖像信號。固態(tài)成像裝置具有像素電路，該電路包括光電轉換器件和輸出由光電轉換器件進行光電轉換并經(jīng)過輸出信號線路的電位調制的電荷的放大器件；讀取部分，包括AD (模擬-數(shù)字)轉換電路，該電路比較信號線路的輸出電平和以規(guī)則斜率變化的參考信號，并根據(jù)在輸出信號和參考信號之間滿足之前定義的關系的定時將輸出信號數(shù)字化。讀取部分具有 作為像素的成像信號的AD轉換，分別進行基于第一斜率的第一 AD轉換和基于第二斜率的第二 AD轉換的功能，以及作為零信號的AD轉換，進行基于第一斜率的第三AD轉換和基于第二斜率的第四AD轉換的功能。讀取部分針對每個像素選擇通過從第一 AD轉換的結果中減去第三AD轉換的結果而得到的數(shù)字數(shù)據(jù)和通過從第二 AD轉換的結果中減去第四AD轉換的結果而得到的數(shù)字數(shù)據(jù)中的片段中的任何一個，并根據(jù)所選擇的數(shù)字數(shù)據(jù)產(chǎn)生成像數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，可能在高分辨率和高準確度下進行AD轉換，并可能獲得適當消除了縱向條紋的高質量的成像數(shù)據(jù)。此外，還可能通過防止水平轉移量的增加來抑制幀速率的下降。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例示出了使用像素電路的CMOS圖像傳感器(固態(tài)成像裝置)的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例示出了 CMOS圖像傳感器的像素電路的示意圖。圖3A是示出了圖2的像素電路的時序圖的示意圖。圖;3B是示出了圖2的像素電路的時序圖的示意圖。圖3C是示出了圖2的像素電路的時序圖的示意圖。圖3D是示出了圖2的像素電路的時序圖的示意圖。圖4是滾動快門的概念圖。圖5是示出了在普通的圖像傳感器中、與每個列相應的讀取電路的結構的概觀的示意圖。圖6是示出了在圖5的AD轉換電路中的比較/確定單元的最簡單的例子的示意圖。圖7A是出了圖6中的比較/確定單元的操作的例子的時序圖。圖7B是示出了圖6中的比較/確定單元的操作的例子的時序圖。圖7C是示出了圖6中的比較/確定單元的操作的例子的時序圖。圖7D是示出了圖6中的比較/確定單元的操作的例子的時序圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例示出了與每個列相應的讀取電路的結構的概觀的示意圖。圖9A是示出了使用圖8的讀取電路的AD轉換電路來進行行讀取過程的操作順序
6的示意圖。圖9B是示出了使用圖8的讀取電路的AD轉換電路來進行行讀取過程的操作順序的示意圖。圖9C是示出了使用圖8的讀取電路的AD轉換電路來進行行讀取過程的操作順序的示意圖。圖9D是示出了使用圖8的讀取電路的AD轉換電路來進行行讀取過程的操作順序的示意圖。圖9E是示出了使用圖8的讀取電路的AD轉換電路來進行行讀取過程的操作順序的示意圖。圖10是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例示出了讀取電路的結構的概觀的示意圖。圖IlA是示出了使用圖10的讀取電路的AD轉換電路來進行行讀取過程的操作順序的示意圖。圖IlB是示出了使用圖10的讀取電路的AD轉換電路來進行行讀取過程的操作順序的示意圖。圖IlC是示出了使用圖10的讀取電路的AD轉換電路來進行行讀取過程的操作順序的示意圖。圖IlD是示出了使用圖10的讀取電路的AD轉換電路來進行行讀取過程的操作順序的示意圖。圖IlE是示出了使用圖10的讀取電路的AD轉換電路來進行行讀取過程的操作順序的示意圖。圖12是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例示出了與每個列相應的讀取電路的結構的概觀的示意圖。圖13是根據(jù)本發(fā)明的實施例示出了攝像系統(tǒng)的示意圖，在此系統(tǒng)上應用了根據(jù)本發(fā)明的實施例的固態(tài)成像裝置。
具體實施例方式以下，參考附圖來詳細說明本發(fā)明的實施例。此外，將按照下列標題的順序來進行說明。1.圖像傳感器的常規(guī)電路操作。2.第一實施例(讀取電路的第一示意圖)3.第二實施例(讀取電路的第二示意圖)4.第三實施例(讀取電路的第三示意圖)5.第四實施例(攝像系統(tǒng))圖1根據(jù)本發(fā)明的實施例示出了使用像素電路的CMOS圖像傳感器(固態(tài)成像裝置)的示意圖。CMOS圖像傳感器100包括像素陣列部分110、用作為像素驅動部分的行選擇電路 (Vdec) 120和列讀取電路(AFE) 130。像素陣列部分110包括多個像素電路110A，它們排列在M行XN列的二維空間(矩陣)中。
根據(jù)實施例的每個像素電路IlOA基本包括光電轉換器、轉移晶體管、復位晶體管、放大晶體管、選擇晶體管、積聚節(jié)點和FD (浮動擴散)節(jié)點。下面將詳細說明像素電路IlOA的具體結構。在像素陣列部分110中，為像素矩陣的每個行配備了一組轉移線路140(LTRG)、復位線路150 (LRST)和行選擇線路160 (LSL)。每個轉移線路140 (LTRG)、復位線路150 (LRST)和行選擇線路160 (LSL)的控制線路的數(shù)量是M。由行選擇電路120來驅動轉移線路140 (LTRG)、復位線路150 (LRST)和行選擇線路 160 (LSL)。行選擇電路120控制排列在像素陣列部分110中的任意一行上的像素的操作。行選擇電路120通過轉移線路HO(LTRG)、復位線路150 (LRST)和行選擇線路160 (LSL)來控制像素電路。列讀取電路130通過垂直信號線路(LSGN) 170接收像素行中的數(shù)據(jù)，并受到由行選擇電路120進行的讀取控制，并將接收到的數(shù)據(jù)轉移到其后的信號處理電路中。將垂直信號線路170連接到恒流電路或讀取電路130上。列讀取電路130包括⑶S電路、斜坡信號(ramp signal)產(chǎn)生電路、含有AD轉換電路(它們是配置來與各個列相應的)的讀取電路，以及類似電路。此外，斜坡信號產(chǎn)生電路具有產(chǎn)生第一斜坡信號和第二參考信號的功能，這些信號是下面將要說明的、具有不同斜率的參考信號。CMOS圖像傳感器100具有通過使用各個斜率，根據(jù)參考電位中的多個位移斜率， 從AD轉換結果中分別提取零信號，并在成像芯片上在轉換時校正與斜率相應的數(shù)字數(shù)據(jù)。此外，對于水平轉移前的每個列而言，CMOS圖像傳感器100從多次進行的AD轉換的結果中選擇每個像素。因此，CMOS圖像傳感器100是配置來使得能夠通過防止水平轉移量的增加而抑制幀速率的下降。然后，CMOS圖像傳感器100是配置來使得能夠在其中以高分辨率和高速度進行AD 轉換，并獲取高質量的成像數(shù)據(jù)，在此數(shù)據(jù)中，適當?shù)叵丝v向條紋。下面，將說明在具有上述結構的CMOS圖像傳感器100中，像素電路的具體的示意圖。圖2根據(jù)本發(fā)明的實施例示出了 CMOS圖像傳感器的像素電路。在圖2的像素電路110A中，由鎖線表示的組成部分是像素電路PX111，并將其作為
一個單元。單元像素電路PXlll具有作為光電轉換器的光電二極管111、轉移晶體管112、復位晶體管113、放大(amp)晶體管114和選擇晶體管115。單元像素電路PXlll具有積聚節(jié)點116和浮動擴散(FD)節(jié)點117。此外，amp器件(放大器件)118是由amp晶體管114構成的，amp器件118的輸入節(jié)點是由FD節(jié)點117構成的。第一實施例的轉移晶體管112是作為輸出節(jié)點連接在光電二極管111和FD節(jié)點 117之間的。轉移晶體管112的柵極通常是與轉移線路140相連的。
8
復位晶體管113連接在電源線LVDD和FD節(jié)點117之間，它的柵極與復位線路150相連。FD節(jié)點117與amp晶體管114的柵極相連。amp晶體管114通過選擇晶體管115 與垂直信號線路170相連，并與恒流電路131 (而不是單位像素部分)一起構成源跟隨器。選擇晶體管115的柵極與行選擇線路160相連。然后，選擇晶體管115的源極與垂直信號線路170相連。垂直信號線路170與恒流電路131和讀取電路132相連。例如，讀取系統(tǒng)包括垂直信號線路170、恒流電路131、讀取電路132，以及類似電路。在具有這樣結構的像素電路1IOA的單位像素電路PXl 11中，入射在像素的硅襯底上的光產(chǎn)生一對電子和空穴，在積聚節(jié)點116中，光電二極管111校正并積聚存在于襯底上的電子。最后，將電子作為信號被讀到每個垂直信號線上170上。在CMOS成像裝置中，將這樣的像素排列在陣列之中。這樣，每個垂直信號線路170 就由排列在列方向上的多個像素共用。此外，每個轉移線路140(用于開/關晶體管的柵極控制線路)、每個復位線路150和每個行選擇線路160就由排列在行方向上的多個像素共用。通過驅動轉移線路140 (它是柵極控制線路)、復位線路150和行選擇線路160，像素整體地(integrally)被逐行存取。通過垂直信號線路170輸出讀取的模擬信號，并通過讀取電路132來感測這些信號，并對它們進行AD轉換。以下，將參考圖2來說明積聚和讀取電荷的具體操作。圖3A到3D是圖2的像素電路的時序圖。圖3A示出了復位線路150的電平。圖:3B示出了轉移線路140的電平。圖3C示出了行選擇線路160的電平。圖3D示出了垂直信號線路170的電平。在電荷積聚之前，首先復位像素。在此情況下，將復位線路150和轉移線路140設置在高電平上，并打開復位晶體管113和轉移晶體管112。例如，復位是將3V的電源電壓轉移到光電二極管111的積聚節(jié)點116上的操作。由此，積聚節(jié)點116的電位升高了，并提取積聚于其中的電荷。在近來流行的HAD (空穴-積聚二極管)結構中，通過在ρ-型層之間插入η-型摻雜擴散層來生成積聚節(jié)點116。由此，全部釋放并完全耗盡了電子。以下，通過將轉移線路140設置到低電平上來關閉轉移晶體管112。然后，積聚節(jié)點116處于浮動狀態(tài)，并開始積聚新的電荷。在電荷積聚時，也正常地關閉復位晶體管113。通常，將復位像素的操作用作為CMOS圖像傳感器的電子快門操作。下面，將要說明讀取積聚的電荷的操作。首先，將行選擇線路160設置在高電平上，打開選擇晶體管115，然后，將垂直信號線路170連接到每個像素的amp晶體管114上。在此，連接到amp晶體管114上的垂直信號線路170和恒流電路131 —起構成了源跟隨器電路。然后，作為FD節(jié)點117的輸入的電位Vfd和作為垂直信號線路170的輸出的電位Vsl滿足其可變比接近1的線性關系。這就是說，假設恒流電路131的電流值為i，在理想情況下，可以建立下面的表達式。i = (l/2)*0*(Vfd-Vth_Vsl)2，在此，β 是一個常數(shù)。這里，(Vfd-Vth-Vsl)是一個常數(shù)，Vfd的變化線性地反映在Vsl之中。這里，通過將復位線路150設置到高電位上，打開復位晶體管113，然后，將3V的電源電壓轉移到FD節(jié)點117上。此外，通過將復位線路150設置到低電位上，關閉復位晶體管113，然后，含有AD轉換電路的讀取電路132感測垂直信號線路170的電位Vsl。照此方式，讀出在復位時與信號電平相應的電荷，并將其存儲在電路中。下面，通過將轉移線路140設置到高電位上，打開轉移晶體管112，積聚在積聚節(jié)點116上的電子就流到作為源跟隨器的輸入節(jié)點的FD節(jié)點117上。此時，如果FD節(jié)點117的電位足夠高，就將積聚在積聚節(jié)點116上的電子全部釋放到FD節(jié)點117上，并完全消耗在積聚節(jié)點116上。這里，通過將轉移線路140設置到低電位上，關閉轉移晶體管112，然后，讀取電路 132對垂直信號線路170的電位進行第二次感測。這就是積聚信號的讀取控制。在第一次感測和第二次感測之間的差值準確地反映了通過光電二極管111的曝光而積聚在積聚節(jié)點116上的電荷量。CMOS成像裝置對上述的差值進行數(shù)字化，并將此數(shù)字化了的差值作為每個像素的信號值輸出。在每個像素上積聚電子所必須的時間是在復位操作和讀取操作之間的時段。 具體地說，該時間是從在復位后關閉轉移晶體管112到在讀取時關閉轉移晶體管112的時間段Tl。與此同時，在常規(guī)的CMOS成像裝置的像素矩陣中，如上所述，在每個行的像素之間共用復位線路150、轉移線路140和行選擇線路160。這就是說，像素的復位和讀取是逐行綜合地(integrally)進行的。而且，在每個列的像素之間共用垂直信號線路170，并通過選擇晶體管115將其連接到所選擇的行的像素上。相應地，為了讀取所有像素的數(shù)據(jù)(相當于一幀)，就必須在像素矩陣中，從第一行到最后一行，通過順序選擇行，從每個行的像素中讀取和輸出數(shù)據(jù)。通常，在CMOS成像裝置中，對于每行而言，按照相同的次序同時進行復位和讀取。 由此，就使得所有像素的電子積聚時間變得相同。將這樣的電子快門機制稱為滾動快門，它在CMOS成像裝置中是很普通的。圖4是滾動快門的概念圖。在圖4中，垂直軸代表在像素矩陣中的每行的地址，水平軸代表經(jīng)過的時間。在圖4中，短橫線Lll代表根據(jù)行地址順序進行復位的情況。另一方面，連續(xù)線L12代表根據(jù)行地址順序進行讀取的情況。從短橫線Lll到連續(xù)線L12的這段時間Tll是電子積聚時期，對所有的行都是這樣。如上所述，CMOS成像裝置的電子積聚時期取決于復位和讀取的定時的設置。
10
例如，在視頻記錄情況下，將讀取周期固定在一幀時段中。因此，通過改變復位定時，可能在小于一幀時段的范圍內(nèi)，任意設置曝光時間。與此同時，由與一幀相應的數(shù)據(jù)讀取時間來限制在視頻記錄狀態(tài)下的幀速率和類似數(shù)據(jù)。由總的讀取時間來定義此限制?？偟淖x取時間是直到在行選擇線路160中進行每行的選擇之前所必須的時間，進行復位信號和積聚信號的讀取，如圖3A到3D所示，并在下一行上進行讀取。限定讀取時間的主要因素是進行AD轉換所必須的時間。上述的時間構成了與一行相應的讀取時間，而順序讀取所有行的時間是總的讀取時間，它相當于一幀的讀取時間。<1.圖像傳感器的通常的電路操作〉圖5示出了在通常的圖像傳感器中的、與每列相應的讀取電路的結構的概觀。在圖5中，用標號200來表示讀取電路。如圖5所示的讀取電路200具有AD轉換電路210、鎖存器220、轉移開關230、轉移總線240和輸出電路250。AD轉換電路210包括比較/確定單元211、時鐘(同步)脈沖門212和計數(shù)器213。圖5的讀取電路200還包括斜坡信號產(chǎn)生電路沈0。斜坡信號產(chǎn)生電路260具有產(chǎn)生斜坡信號261和時鐘信號沈2的功能，并向斜坡線路L261輸出斜坡信號沈1，并向時鐘線路L262輸出時鐘信號沈2。通過AD轉換電路210分別將從像素PXlll上讀取的復位信號和積聚信號轉換為數(shù)字信號。然后，將在復位信號和積聚信號之間的差的數(shù)字值作為凈積聚信號值輸出到鎖存器220中，并鎖存在那里。由轉移開關230將與鎖存的一行相應的輸出信號值依次轉移到水平方向的轉移總線240上，并通過輸出電路250輸出到芯片的外面。在輸出行數(shù)據(jù)時，同時并行地進行其后的行的AD轉換和像素存取。這就是說，通過AD轉換和像素存取而進行的行讀取過程包括數(shù)據(jù)輸出過程和流水線操作。如上所述，AD轉換電路210包括比較/確定單元211、時鐘(同步)脈沖門212和計數(shù)器213。將在垂直信號線路170上從每個像素中讀取的模擬信號Vsl輸入到比較/確定單元211中，并將其電平與轉移到斜坡線路L261上的斜坡信號261的電平相比較。與轉移到時鐘線路L262上的時鐘信號262相同步，將斜坡信號261的電位降低某個數(shù)量。另一方面，相同的時鐘信號沈2通過時鐘脈沖門212推進計數(shù)器213的計數(shù)。在此，如果滿足以前限定的關系在垂直信號線路170的斜坡信號261和模擬信號 Vsl之間得到滿足，就反轉比較/確定單元211的輸出以關閉時鐘脈沖門212，然后，停止計數(shù)器213的計數(shù)。在輸出反轉時間上的斜坡信號的電位是從計數(shù)器213的計數(shù)值推導出來的。 然后，垂直信號線路170的電位是從斜坡信號的電位推導出來的。根據(jù)這個關系，實施模擬信號SIG的AD轉換。
11
此外，在像素信號的轉換時，首先，從像素電路PXlll上讀出復位信號，然后，調整配置在比較/確定單元211中的持留電容的電荷，以便達到斜坡信號261和復位輸出之間的平衡。此后，進行像素信號的讀取，連續(xù)驅動斜坡線路U61，由此，從比較/確定單元211 的輸出反轉定時上獲取在像素信號和復位信號之間的、作為數(shù)字信號的差值。照此方式，實施所謂的CDS (相關的二次抽樣)并消除出現(xiàn)在每個像素或每次讀取上的復位電平的變化。圖6示出了在圖5的AD轉換電路中的比較/確定單元的最簡單的例子。圖6的比較/確定單元211具有開關SW211和SW212、電容器C211和C212、反相器IV211和參考電壓REF211的電源線L211、將開關SW211的終端a連接到電容器C211的終端和電容器C212的第一終端上。 并將開關SW211的終端b連接到通過垂直信號線路170轉移的信號SIG的輸入線上。將電容器C211的第二終端連接到反相器IV211的輸入終端和開關SW212的終端a上。將反相器IV211的輸出終端連接到開關SW212終端b上。將反相器IV211的輸出終端連接到時鐘脈沖門212的一個輸入終端上。這里，將要說明圖6的比較/確定單元的示例性操作。圖7A到圖7D是時序圖，它們示出了圖6中的比較/確定單元的操作的例子。圖7A示出了與垂直信號線路170相連的終端SIG的信號電位。圖7B示出了開關SW211的開/關狀態(tài)。圖7C示出了開關SW212的開/關狀態(tài)。圖7D示出了參考電壓 REF211。首先，在輸入作為信號SIG的復位信號RST時，通過打開(閉合)開關SW211來使反相器IV221的輸入/輸出短路(short)，并通過將輸入設置到反轉閾值電平上來關閉開關 SW212。此時，電容器C211作為持留電容保留與復位信號RST相應的電荷。然后，在將每個像素的讀取信號作為信號SIG輸入時，節(jié)點ND211的電平就下降， 并且反相器IV211的輸出變?yōu)檫壿嫛?”。在此，由于開關SW211與電容器C212相耦聯(lián)，通過打開(關閉)開關SW211就能提高參考電壓REF211，該參考電壓的位移量按恒定的比率α提高節(jié)點ND211的電平。在節(jié)點ND211回到復位信號的電平上時，就將反相器IV211的輸出反轉到邏輯 “0”。該輸出反轉出現(xiàn)在像素的復位信號和讀取信號之間的差值Δ SIG等于用α乘以參考電壓REF211的電壓位移量AVREF而得到的值的時候。此外，在提高參考電壓REF211之前，先降低該參考電壓。原因在于，在開始傾鈄 (ramping)時，為了可靠地將反相器IV211的輸出設置為邏輯“1”，進行了偏置。照此方式， 即使在黑暗的狀態(tài)下，即使信號變?yōu)榱?，或者由于信號含有噪聲而變?yōu)樨撝?，也能保證可靠的檢測。此外，在比較/確定單元的電路結構中，可以有各種變化。例如，在上述的 JP-A-2008-136042中，采用了使用雙輸入比較器的比較/確定單元。
在此情況下，通過比較器的復位操作，與像素的復位信號相應的電荷就積聚在插在垂直信號線和比較器之間的保持電容器中。在這樣的電路中，參考線路的位移方向與信號線路的位移方向相同，因此，α為 1。這就是說，在像素的復位信號和讀取信號之間的差值變得等于參考線路的電壓位移量時，就反轉比較/確定單元的輸出。此外，也可以不為每個列配備計數(shù)器，而是復制共用計數(shù)器的存儲值并將其轉移到為每個列配備的鎖存器上。此外，通過為比較/確定單元的輸入部分配備列放大器，在放大像素信號之后，可以進行比較反轉。以上所述給出了為每列裝配了 AD轉換電路的普通圖像傳感器的電路結構的例子。然而，在本發(fā)明的實施例中，盡管仍然用了這樣的電路，但是，還可以對這種電路增加新的功能。<2.第一實施例〉圖8根據(jù)本發(fā)明的第一實施例示出了與每列相應的讀取電路的結構的概觀。在圖8的讀取電路200Α中，AD轉換電路2IOA包括比較/確定單元211Α、時鐘脈沖門212Α和計數(shù)器213Α。例如，在比較/確定單元211Α中，使用了雙輸入比較器，并為每列裝配了計數(shù)器 213。由于時鐘脈沖門212Α還另外包括鎖存電路214，因此鎖存來自比較/確定單元 211Α的時鐘抑制信號。照此方式，可能選擇性地從時鐘電源線上切斷計數(shù)器213Α，而不用顧及后面的比較/確定單元21IA的輸出。此外，根據(jù)鎖存器214的存儲量，也能有選擇地切斷計數(shù)器的復位信號(圖中未示出)。還另外包括這樣電路的AD轉換電路210Α具有選擇性地存儲列的計數(shù)值的功能， 這些列的值是通過首先進行比較和確定而指定的。此外，由于計數(shù)器213Α還另外包括一位標志(one-bit flag)的鎖存器215，在此， 該標志是根據(jù)上述的鎖存電路214的存儲量產(chǎn)生的。連同在AD轉換后得到的像素數(shù)據(jù)一起，通過鎖存器220將標志轉移到輸出計算電路中。圖9A到圖9E示出了使用圖8的讀取電路的AD轉換電路來進行行讀取過程的操作順序。圖9A示出了行選擇線路160的電平。圖9B示出了復位線路150的電平。圖9C 示出了轉移線路140的電平。圖9D示出了斜坡線路L261的斜坡信號的電平。圖9E示出了垂直信號線路 170的信號SIG的電平。如上所述，通過行選擇線路160，將特定行的像素的源跟隨器的輸出轉移到垂直信號線路170上。通過復位線路150，并通過施加脈沖來復位作為像素源跟隨器的輸入部分的FD節(jié)點117，并向垂直信號線路170輸出復位電平。通過轉移線路140，將由于施加脈沖而積聚在像素的光電二極管111上的電荷轉
13移到FD節(jié)點117上，并通過源跟隨器將像素信號輸出到垂直信號線路170上。斜坡線路L261起著參考線路的作用，它把參考電位加到比較/確定單元21IA上， 為兩種斜率的每一種掃描該斜坡線路兩次，這就是說，總共對其掃描四次。在圖9A到圖9E中，過程RSTl是復位上述的像素FD節(jié)點117的過程。通過復位過程RST1，將選擇像素的復位信號VRSTl輸出到垂直信號線路170上。過程RHl是這樣的過程，該過程在像素的復位信號VRSTl位于垂直信號線路上的情況下，通過復位比較/確定單元211A的比較器，將與像素的復位信號相應的電荷存儲在比較/確定單元2 IlA內(nèi)的保持電容器C211中。過程ZDl是從進行某個偏置(offset)的位置上，根據(jù)第一平緩斜率，通過掃描斜坡線路(參考線路)L261來獲取零信號的過程。在信號為復位信號VRSTl的情況下，并不通過過程RHl的處理來改變垂直信號線路170的信號。這里獲取的信號是零信號，并獲取在比較/確定單元211A中的比較器的偏置或與確定輸出的延遲相關的縱向條紋數(shù)據(jù)。此時，計數(shù)器213A遞減計數(shù)。過程READ是讀取上述的像素信號的過程。在此，將要分別說明低照度像素的輸出 VLL和高照度像素的輸出VLH。過程SDl是這樣的過程，其中，從與過程ZDl相同的偏置位置上，根據(jù)第一平緩斜率，通過掃描斜坡線路(參考線路)L261來獲取像素信號。在此，獲取在信號VLL和VRSTl之間的差值，它是與⑶S相應的凈像素(net pixel)信號。此時，計數(shù)器213A遞增計數(shù)。因此，計數(shù)器的存儲值是從在過程SDl中獲取的像素信號中減去在過程ZDl中獲取的零信號而得到的值。過程CRST是復位計數(shù)器213A的過程。雖然，在完成過程SDl時指定了低照度像素的值，但是，高照度像素是飽和的，并且，沒有指定它的值。在此，首先設置圖8所示的鎖存電路214。然后，在相應于低照度像素指定其值的每個列的AD轉換電路210A中，從計數(shù)器213A上切斷時鐘線路L262或復位線路，由此固定地存儲計數(shù)器213A的存儲值。此外，在將標志加到計數(shù)器213A上的鎖存器215中，設置表示此時指定數(shù)值的標
ο另一方面，將與高照度像素相應的計數(shù)器213A復位為初始值并重新開始AD轉換。過程SD2是這樣的過程，其中，從某個偏移位置上，根據(jù)第二陡峭斜率，通過掃描斜坡線路(參考線路)L261來獲取像素信號。在此，獲取在信號VHL和VRSTl之間的差值，它是與⑶S相應的凈像素(net pixel)信號。此時，計數(shù)器213A遞增計數(shù)。過程RST2是再次復位上述的像素FD節(jié)點117的過程。通過此過程，將選擇像素的復位信號VRST2輸出到垂直信號線路170上。過程RH2是這樣的過程，該過程在像素的復位信號VRST2位于垂直信號線路170 上的情況下，通過再次復位比較/確定單元211A比較器，將與像素的復位信號相應的電荷存儲在比較/確定單元2 IlA內(nèi)的保持電容器C211中。
過程ZD2像過程SD2那樣，它是從進行某個偏置的位置上，根據(jù)第二陡峭斜率，通過掃描斜坡線路(參考線路)L261來獲取零信號的過程。在信號是VRST2的情況下，并不通過過程RH2的處理來改變垂直信號線路170的信號。這里獲取的信號是零信號，并獲取在比較/確定單元21IA中的比較器的偏置或依賴于確定輸出的延遲的縱向條紋數(shù)據(jù)。此時，計數(shù)器213A遞減計數(shù)。因此，計數(shù)器213A的存儲值是從在過程SD2上獲取的像素信號中減去在過程ZD2上獲取的零信號而得到的值。此外，在過程RH2之中和之后的處理是用于獲取零信號并檢測縱向條紋的。相應地，此時垂直信號線路170的電平并非必須等于復位電平。在此，集中討論電路的穩(wěn)定操作，過程RST2的操作是不必進行的。因而，可以省略過程RST2的操作，在省略此操作的情況下，有時，能更準確地檢測縱向條紋的成分。另外的辦法是，代替過程RST2的處理，而將垂直信號線路170強制性地固定在恒定的電平上。作為這樣的讀取程序的結果，在與低照度像素相應的計數(shù)器213A中，存儲在過程 SDl和過程ZDl之間的差值并設置該差值的標志。另一方面，在與高照度像素相應的計數(shù)器213A中，存儲在過程SD2和過程ZD2之間的差值并設置該差值的標志。在讀取下一行之前，將計數(shù)值和標志轉移到其后的鎖存器之中，并將其逐個地水平轉移到輸出計算電路中。輸出計算電路根據(jù)標志校正輸出增益。例如，如果第二斜率的傾角為第一斜率的傾角的16倍，就將4位移位加到數(shù)據(jù)上， 在此，該數(shù)據(jù)是用第二斜率提取的而且沒有在其中設置標志，將16倍的增益加到此數(shù)據(jù)上，然后輸出數(shù)據(jù)。在此情況下，雖然每個AD轉換是在10位灰度級上進行的，也實現(xiàn)了 14位的寬輸出。這樣，就可能同時得到在低照度下的高位(high-bit)分辨率以及甚至與高照度相應的大的動態(tài)成像范圍。此外，在此實施例中，不僅分別水平轉移了根據(jù)兩種斜率得到的數(shù)字值，而且為每個列進行了斜率選擇，因此，只轉移了 AD轉換值。所以，優(yōu)點在于水平轉移的容量 (capacity)大致與正常的容量相同。在上述的實施例中，在行讀取時獲取零信號，并將其從像素信號中減去。這個方法具有的優(yōu)點是，它基本上與電路尺寸的增加無關而且不可能受到電源波動或過量的隨機噪聲的影響。然而，為了進一步提高轉換速度，可允許為每個幀獲取兩種零信號，并將它們存儲在行存儲器中，然后，及時地對其進行減法處理。<3.第二實施例>圖10根據(jù)本發(fā)明的第二實施例示出了讀取電路的結構的概觀。在第二實施例中，與每個垂直信號線路170相連的讀取電路132的結構與根據(jù)第一實施例的圖8的讀取電路200A的結構相同?？墒牵阈盘柺峭ㄟ^在每幀的消隱期中使用各個偽像素DPX來獲取的。在偽像素 DPX中，并不驅動轉移線路，而是輸出零信號。此外，在第二實施例中，提供了垂直信號線路170的均衡電路270。
15
均衡電路270在獲取零信號時通過MOSFET開關271使各個垂直信號線路170短路，并通過均衡處理除去出現(xiàn)在偽像素DPX的源跟隨器中的隨機噪聲。此外，對于每個斜率而言，最好多次獲取零信號，并且，通過取平均值也可能減少出現(xiàn)在讀取電路200A中的隨機噪聲成分。將在消隱期中根據(jù)兩種斜率讀取的零數(shù)據(jù)分別存儲在由SRAM構成的行存儲器 281和282中。在輸出相應的列的像素數(shù)據(jù)時，在輸出計算電路250B中讀取兩種數(shù)據(jù)，選擇兩種零數(shù)據(jù)中的任何一種，并將其從像素數(shù)據(jù)中減去。圖1IA到1IE示出了使用圖10的讀取電路的AD轉換電路來進行行讀取過程的操
作順序。圖IlA示出了行選擇線路160的電平。圖IlB示出了復位線路150的電平。圖 IlC示出了轉移線路140的電平。圖IlD示出了斜坡線路L261的斜坡信號的電平。圖IlE示出了垂直信號線路170的信號SIG的電平。在此，省掉了在第二實施例中在進行行讀取時獲取零信號的過程ZDl和S)2。這樣，在從過程RST到過程RH的范圍內(nèi)，也進行一次保持復位信號的過程。相應地，可能在較高的速度下存取行，從而可能在一定程度上提高幀速率。下面，將要說明這些過程。過程RST是復位上述的像素FD節(jié)點的過程。通過此過程，將選擇像素的復位信號 VRST輸出到垂直信號線路170上。過程RHl是這樣的過程，它在像素的復位信號VRST位于垂直信號線路170上的情況下，通過復位比較/確定單元內(nèi)的比較器，在比較/確定單元內(nèi)的保持電容器C211中存儲與像素的復位信號相應的電荷。過程READ是讀取上述的像素信號的過程。在此，分別說明低照度的像素的輸出 VLL和高照度的像素的輸出VLH。過程SDl是這樣的過程，它從某個偏置位置上，根據(jù)第一平緩斜率，通過掃描斜坡線路(參考線路)L261來獲取像素信號。在此，獲取在信號VLL和VRST之間的差值，該差值是與CDS相應的凈像素信號。過程CRST是復位計數(shù)器的過程。雖然，在完成過程SDl時指定了低照度的像素的值，但是，高照度的像素是飽和的，所以沒有指定它的值。在此，與第二實施例相似，在每個列的AD轉換電路中，每個列的值是相應于低照度像素而指定的，由此，固定地存儲計數(shù)器的存儲值。此外，將表示所指定的值的標志加到數(shù)據(jù)轉換數(shù)據(jù)中。另一方面，將與高照度的像素相應的計數(shù)器復位到初始值上，并重新開始AD轉換。過程SD2是這樣的過程，它從某個偏置位置上，根據(jù)第二陡峭斜率，通過掃描斜坡線路(參考線路)L261來獲取像素信號。在此，獲取在信號VHL和VRST之間的差值，該差值是與CDS相應的凈像素信號。通過這樣的讀取程序，在與低照度的像素相應的計數(shù)器中存儲過程SDl的轉換值，并設置它的標志。
16
另一方面，在與高照度的像素相應的計數(shù)器中存儲過程SD2的轉換值，并且不設置它的標志。在讀出下一行之前，將計數(shù)值和標志轉移到隨后的鎖存器中，并將它們逐個地水平轉移到輸出計算電路250B中。輸出計算電路250B進行零信號的減法處理并根據(jù)標志校正輸出增益。例如，如果第二斜率的傾鈄是第一斜率的16倍，就按如下所述進行此過程。首先，從使用第一斜率提取的并在其中完成了標志設置的數(shù)據(jù)中減去使用第一斜率提取的零信號數(shù)據(jù)，然后輸出減過的數(shù)據(jù)。另一方面，從使用第二斜率提取的并在其中完成了標志設置的數(shù)據(jù)中減去使用第二斜率提取的零信號數(shù)據(jù)。而且，將4位移位加到減過的數(shù)據(jù)上，并將16倍的增益加到該數(shù)據(jù)上，然后輸出該數(shù)據(jù)。此外，對于每個斜率而言，能夠按以下方式來方便地進行在獲取零信號時的讀取程序，這就是不驅動在圖lie中的轉移線路140并進行過程SDl和SD2中的任何一個掃描。此外，可以允許根據(jù)此時選擇的斜率進行兩次掃描，通過計數(shù)器加入掃描值，并使用輸出計算電路250B通過位移位(bit shift)對其進行平均，然后，將其存儲在行存儲器中。通過這樣的方法，將讀取電路132中的隨機噪聲成分減少了 3dB，因此，可能減少加到零信號中的不必要的噪聲。此外，如上所述，通過多次讀取每個斜率的零信號，在用輸出計算電路250B對此零信號進行平均之后，可以將其存儲在行存儲器中。例如，在此情況下，將增加的值積聚到行存儲器上，從而，通過最后的讀取進行平均(equation)。照此方式，可能極大地減少在讀取電路132中的隨機噪聲成分。在這樣的執(zhí)行過程中，在讀取像素時，可以與數(shù)據(jù)組的水平轉移相并行，從行存儲器281和282中轉移數(shù)據(jù)。然而，這個方案受到像素間距和像素數(shù)量的限制。因此，在水平轉移需要長的轉移距離的讀取數(shù)據(jù)組時，便于提高從行存儲器中轉移數(shù)據(jù)的速度。此外，也可能轉移數(shù)據(jù)而不用限制幀速率。應當說明的是，可以適當?shù)芈?lián)合使用第二實施例和第三實施例。例如，在行讀取時，可以獲取低照度下的、具有和緩斜率的零信號，其中，高準確度是必須的，并且，也能為每個幀獲取具有陡峭斜率的零信號。然后，可將所獲得的零信號存儲在行存儲器中并加以利用。<4.第三實施例>圖12根據(jù)本發(fā)明的第三實施例示出了與每列相應的讀取電路的結構的概觀。在第三實施例中，在完成根據(jù)平緩斜率進行AD轉換的過程SDl之后，將存儲在計數(shù)器213中的轉換結果轉移到寄存器中。此外，在AD轉換電路210C中，將比較確定單元21IC的輸出存儲在鎖存器216中。 然后，復位所有的計數(shù)器，并通過過程SD2，用陡峭斜率對所有的列進行AD轉換。在水平轉移的時候，根據(jù)鎖存器216的值，由選擇器292來選擇結果。然后，為每個像素(它的值是通過過程SDl指定的)選擇寄存器291的存儲值，并
17為沒有指定其值的每個像素選擇計數(shù)器213的存儲值。然后，將存儲值輸出到鎖存器220C 中，在此，該鎖存器是用于水平轉移的寄存器。此外，將鎖存器216的值作為標志同時轉移到鎖存器221中，并和數(shù)據(jù)一起水平轉移到輸出計算電路250B中。此外，在圖8或圖12的實施例中，在根據(jù)平緩斜率完成AD轉換時，根據(jù)是否存在比較/確定單元211A和211C的輸出反轉來確定是否指定了轉換值。然而，可能實現(xiàn)這樣的電路，這個電路能夠確定未指定在AD轉換后得到的值，這個確定是根據(jù)該值等于或大于所限定的值的情況，確定該值是飽和的值而做出的。此外，勿須提及的是，雖然作為分離的結構說明了根據(jù)上述的第一到第三實施例的讀取電路的結構，但是，可以將這樣的結構適當?shù)亟M合起來使用。例如，可將根據(jù)第三實施例的AD轉換電路與其它的實施例組合起來使用?？蓪⒏鶕?jù)第一到第三實施例的、含有讀取電路的固態(tài)成像裝置用作為數(shù)碼相機和視頻攝像機的成像裝置。<5.第四實施例〉圖13示出了攝像系統(tǒng)的示意圖，在此系統(tǒng)上應用了根據(jù)本發(fā)明的實施例的固態(tài)成像裝置。如圖13所示，攝像系統(tǒng)300包括成像裝置310，可將根據(jù)本實施例的CMOS圖像傳感器(固態(tài)成像裝置)100應用在此裝置上。攝像系統(tǒng)300還包括光學系統(tǒng)，它將入射光引導到成像裝置310 (該裝置生成拍攝對象的圖像)的像素區(qū)，這樣的光學系統(tǒng)如像在圖像攝取表面上生成入射光(圖像光)圖像的鏡頭320。攝像系統(tǒng)300還包括驅動成像裝置310的驅動電路(DRV) 330和處理成像裝置310 的輸出信號的信號處理電路(PRC)340。驅動電路330包括定時產(chǎn)生器(圖中未示出)，它在成像裝置310中產(chǎn)生各種定時信號，這包括時鐘脈沖和用于驅動電路的啟動脈沖。驅動電路330通過使用規(guī)定的定時信號來驅動成像裝置310。此外，信號處理電路340把規(guī)定的信號處理加到成像裝置310的輸出信號上。將由信號處理電路340處理過的圖像信號記錄在如像存儲器之類的記錄介質上。 使用打印機或類似器件來產(chǎn)生記錄在記錄介質上的圖像信息的硬拷貝。此外，將由信號處理電路340處理過的圖像信號作為活動圖像顯示在由液晶顯示器或類似器件構成的監(jiān)視器上。如上所述，通過包括上述的作為成像裝置310的成像器件100，能夠實現(xiàn)如像靜態(tài)數(shù)碼相機、低功耗和高精確度的攝像機之類的成像設備。本專利申請書包括與在日本優(yōu)先權專利申請書JP 2010-077929中所揭示的主題內(nèi)容相關的主題內(nèi)容，該專利申請書已于2010年3月30日存檔于日本專利局中，現(xiàn)將其全部內(nèi)容結合于此，以供參考。那些熟悉工藝技術的人應當了解的是，只要在附后的權利要求及其等效條款所規(guī)定的范圍內(nèi)，就能根據(jù)設計要求和其它因素來進行各種修改、組合、次級組合和變更。
權利要求
1.一種固態(tài)成像裝置，包括像素電路，該電路包括光電轉換器件和輸出由光電轉換器件進行光電轉換并經(jīng)過輸出信號線路的電位調制的電荷的放大器件；讀取部分，包括AD (模擬-數(shù)字)轉換電路，該電路比較信號線路的輸出電平和以規(guī)則斜率變化的參考信號，并根據(jù)在輸出信號和參考信號之間滿足之前定義的關系的定時將輸出信號數(shù)字化；其中，讀取部分具有作為像素的成像信號的AD轉換，分別進行基于第一斜率的第一 AD轉換和基于第二斜率的第二 AD轉換的功能，以及作為零信號的AD轉換，進行基于第一斜率的第三AD轉換和基于第二斜率的第四AD轉換的功能，其中，讀取部分針對每個像素選擇通過從第一 AD轉換的結果中減去第三AD轉換的結果而得到的數(shù)字數(shù)據(jù)和通過從第二 AD轉換的結果中減去第四AD轉換的結果而得到的數(shù)字數(shù)據(jù)中的片段中的任何一個，并根據(jù)所選擇的數(shù)字數(shù)據(jù)產(chǎn)生成像數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)成像裝置， 其中，將多個像素電路排列成矩陣，以及其中，讀取部分在從每行的像素電路中讀取輸出信號時， 根據(jù)平緩的第一斜率對零信號進行第三AD轉換， 將來自像素電路的成像信號輸入到AD轉換電路中，基于第一斜率對成像信號進行第一 AD轉換，從而獲取第一數(shù)字數(shù)據(jù)，該第一數(shù)字數(shù)據(jù)是第一 AD轉換的結果和第三AD轉換的結果之間的差值， 根據(jù)陡峭的第二斜率對成像信號進行第二 AD轉換，根據(jù)第二斜率對零信號進行第四AD轉換，從而獲取第二數(shù)字數(shù)據(jù)，該第二數(shù)字數(shù)據(jù)是第二 AD轉換的結果和第四AD轉換的結果之間的差值，為每個像素選擇第一數(shù)字數(shù)據(jù)和第二數(shù)字數(shù)據(jù)中的任何一個，并基于所選擇的數(shù)字數(shù)據(jù)產(chǎn)生每行的成像數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的固態(tài)成像裝置， 其中，讀取部分包括輸出計算電路，其中，讀取部分為其值由第一 AD轉換指定的像素選擇第一數(shù)字數(shù)據(jù)，并為其值未被指定的像素選擇第二數(shù)字數(shù)據(jù)，將從每個像素列選擇的一組數(shù)字數(shù)據(jù)水平轉移到所述輸出計算電路，并根據(jù)需要通過對其進行計算處理將該組數(shù)字數(shù)據(jù)輸出為成像數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)成像裝置， 其中，將多個像素電路排列成矩陣，其中，讀取部分包括第一行存儲器和第二行存儲器， 其中，讀取部分在為每個幀單元從像素電路中讀取輸出信號時， 根據(jù)平緩的第一斜率對零信號進行第三AD轉換，根據(jù)陡峭的第二斜率對零信號進行第四AD轉換，以及至少在讀取有效像素之前，將其各個結果存儲在第一行存儲器和第二行存儲器中，根據(jù)第一斜率對每行的成像信號進行第一 AD轉換，并在讀取有效像素時根據(jù)第二斜率進行第二 AD轉換，為每個像素選擇通過從第一 AD轉換的結果中減去第三AD轉換的結果而得到的第一數(shù)字數(shù)據(jù)和通過從第二 AD轉換的結果中減去第四AD轉換的結果而得到的第二數(shù)字數(shù)據(jù)中的任何一個，并基于所選擇的數(shù)字數(shù)據(jù)產(chǎn)生每個行的輸出數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權利要求4所述的固態(tài)成像裝置，其中，讀取部分為其值由第一 AD轉換指定的像素選擇第一數(shù)字數(shù)據(jù)，并為其值未被指定的像素選擇第二數(shù)字數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要通過對其施加計算處理將該組數(shù)字數(shù)據(jù)作為成像數(shù)據(jù)輸出。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的固態(tài)成像裝置， 其中，讀取部分包括輸出計算電路，其中，讀取部分為其值由第一 AD轉換指定的像素選擇第一數(shù)字數(shù)據(jù)，并為其值未被指定的像素選擇第二數(shù)字數(shù)據(jù)，將從每個像素列上選擇的該組數(shù)字數(shù)據(jù)水平轉移到所述輸出計算電路中，其中，輸出計算電路對相同列從第一 AD轉換的結果中減去第三AD轉換的結果，并對相同列從第二 AD轉換的結果中減去第四AD轉換的結果，并根據(jù)需要通過對其進行計算處理將該組數(shù)字數(shù)據(jù)作為成像數(shù)據(jù)輸出。
7.根據(jù)權利要求1到6中任何一個所述的固態(tài)成像裝置，還包括多個偽像素，它們排列在各個列上并構成源跟隨器，以便能夠輸出零信號；以及均衡電路，在獲取零信號時，通過使各個輸出信號線路短路來均衡由偽像素的源跟隨器引起的隨機噪聲。
8.一種攝像系統(tǒng)，包括 固態(tài)成像裝置；光學系統(tǒng)，在固態(tài)成像裝置上生成對象的圖像； 信號處理電路，它處理固態(tài)成像裝置的輸出圖像信號， 其中，固態(tài)成像裝置具有像素電路，該電路包括光電轉換器件和輸出由光電轉換器件進行光電轉換并經(jīng)過輸出信號線路的電位調制的電荷的放大器件；讀取部分，包括AD (模擬-數(shù)字)轉換電路，該電路比較信號線路的輸出電平和以規(guī)則斜率變化的參考信號，并根據(jù)在輸出信號和參考信號之間滿足之前定義的關系的定時將輸出信號數(shù)字化；其中，讀取部分具有作為像素的成像信號的AD轉換，分別進行基于第一斜率的第一 AD轉換和基于第二斜率的第二 AD轉換的功能，以及作為零信號的AD轉換，進行基于第一斜率的第三AD轉換和基于第二斜率的第四AD轉換的功能，其中，讀取部分針對每個像素選擇通過從第一 AD轉換的結果中減去第三AD轉換的結果而得到的數(shù)字數(shù)據(jù)和通過從第二 AD轉換的結果中減去第四AD轉換的結果而得到的數(shù)字數(shù)據(jù)中的片段中的任何一個，并根據(jù)所選擇的數(shù)字數(shù)據(jù)產(chǎn)生成像數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種固態(tài)成像裝置，該裝置包括像素電路，該電路包括光電轉換器件和輸出電荷的放大器件，并通過輸出信號線路的電位調制，用光電轉換器件對電荷進行光電轉換；讀取部分，該部分包括AD(模擬-數(shù)字)轉換電路，該電路比較信號線路的輸出電平和隨規(guī)則斜率而變化的參考信號，并根據(jù)定時(在此定時上，滿足以前規(guī)定的、在輸出信號和參考信號之間的關系)將輸出信號數(shù)字化。
文檔編號H04N5/378GK102209209SQ20111007064
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權日2010年3月30日
發(fā)明者西原利幸 申請人:索尼公司