專(zhuān)利名稱(chēng)：固態(tài)成像裝置和用于驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)成像裝置和用于驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像裝置的方法。
背景技術(shù)：
包括模擬-數(shù)字(AD)轉(zhuǎn)換電路的CMOS圖像傳感器被用于諸如數(shù)字照相機(jī)的圖像輸入裝置中。AD轉(zhuǎn)換電路比較圖像信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)以獲得數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。作為基準(zhǔn)信號(hào)，在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2009-33305中描述了具有時(shí)間改變的信號(hào)電平并且通過(guò)控制電容器元件的充電電流生成的斜坡信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
但是，疊加在對(duì)于設(shè)置在各列中的AD轉(zhuǎn)換電路共同提供的斜坡信號(hào)上的噪聲表現(xiàn)為圖像上的帶狀噪聲。在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2009-33305中公開(kāi)的斜坡信號(hào)(基準(zhǔn)電壓)生成電路中，從外部供給基準(zhǔn)電壓或者從內(nèi)置的帶隙基準(zhǔn)電壓生成的基準(zhǔn)電流包含噪聲分量。與用基準(zhǔn)電流將電容器充電對(duì)應(yīng)的電壓變?yōu)樾逼滦盘?hào)，并且，此時(shí)，特別是由于噪聲的低頻分量的影響，斜坡信號(hào)的斜率根據(jù)行改變，并且，斜率之間的差異被檢測(cè)為圖像上的帶狀噪聲。根據(jù)本發(fā)明的方面，一種固態(tài)成像裝置包括包含按矩陣布置的用于光電轉(zhuǎn)換的多個(gè)像素的像素單元；用于在第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中生成第一時(shí)間改變的斜坡信號(hào)并用于在第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中生成第二時(shí)間改變的斜坡信號(hào)的斜坡信號(hào)生成器；分別與矩陣的各列對(duì)應(yīng)地布置的多個(gè)比較器；和分別與矩陣的各列對(duì)應(yīng)地布置的多個(gè)存儲(chǔ)器，其中，所述比較器在第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中比較第一時(shí)間改變的斜坡信號(hào)與根據(jù)像素的復(fù)位的解除(release)的信號(hào)，并且在第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中比較第二時(shí)間改變的斜坡信號(hào)與根據(jù)像素的光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)，存儲(chǔ)器在第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中存儲(chǔ)從改變第一斜坡信號(hào)的開(kāi)始直到比較器的輸出的反轉(zhuǎn)的計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)值作為第一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，存儲(chǔ)器在第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中存儲(chǔ)從改變第二斜坡信號(hào)的開(kāi)始直到比較器的輸出的反轉(zhuǎn)的計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)值作為第二數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并且，斜坡信號(hào)生成器將來(lái)自電流生成器的電流供給到第一電容器兀件，并且，在單個(gè)定時(shí)基于由第一電容器兀件保持的偏置電壓生成第一和第二斜坡信號(hào)。由于在單個(gè)定時(shí)基于由第一電容器兀件保持的相同的偏置電壓生成第一和第二斜坡信號(hào)，因此，抑制圖像上的帶狀噪聲。從參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清晰。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的電路配置例子。圖2示出本發(fā)明的第一實(shí)施例中的斜坡信號(hào)生成器的配置例子。圖3示出本發(fā)明的第一實(shí)施例中的像素單元的配置例子。
圖4是斜坡信號(hào)生成器和像素單元的驅(qū)動(dòng)定時(shí)圖。圖5示出本發(fā)明的第二實(shí)施例中的斜坡信號(hào)生成器的配置例子。圖6示出本發(fā)明的第三實(shí)施例中的斜坡信號(hào)生成器的配置例子。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。第一實(shí)施例圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的電路配置例子。固態(tài)成像裝置包括像素單元1、放大器電路2、比較器3、斜坡信號(hào)生成器4、存儲(chǔ)器5、計(jì)數(shù)器電路6、水平掃描電路7、垂直掃描電路8和信號(hào)處理電路9。像素單元I包含按二維矩陣布置的多 個(gè)像素，并且通過(guò)光電轉(zhuǎn)換生成信號(hào)。各像素通過(guò)光電轉(zhuǎn)換元件的光電轉(zhuǎn)換生成模擬像素信號(hào)。對(duì)于像素單元I的各列布置放大器電路2，并且，放大器電路2放大像素單元I的信號(hào)。斜坡信號(hào)生成器4與多個(gè)比較器3共同連接，并且提供斜坡信號(hào)。如圖4所示，斜坡信號(hào)VRAMP是時(shí)間改變的斜坡類(lèi)型信號(hào)。比較器3包含差分輸入比較器，對(duì)于像素單元I的各列被布置，并且比較放大器電路2的輸出信號(hào)與斜坡信號(hào)。計(jì)數(shù)器電路6與多個(gè)列中的存儲(chǔ)器5共同連接，并且，當(dāng)開(kāi)始斜坡信號(hào)的生成時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)。對(duì)于各列布置存儲(chǔ)器5。比較器3比較放大器電路2的輸出信號(hào)與由斜坡信號(hào)生成器4生成的斜坡信號(hào)。當(dāng)放大器電路2的輸出信號(hào)與斜坡信號(hào)之間的電勢(shì)的大小關(guān)系反轉(zhuǎn)時(shí)，比較器3的輸出從高電平轉(zhuǎn)變到低電平或者從低電平轉(zhuǎn)變到高電平。在該轉(zhuǎn)變定時(shí)，存儲(chǔ)器5存儲(chǔ)從計(jì)數(shù)器電路6輸出的計(jì)數(shù)器值作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是像素信號(hào)的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)于各列中的存儲(chǔ)器5中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)從水平掃描電路7輸出的信號(hào)被依次傳送到信號(hào)處理電路9。信號(hào)處理電路9執(zhí)行信號(hào)處理以輸出信號(hào)。存儲(chǔ)器5存儲(chǔ)用于基準(zhǔn)信號(hào)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和用于圖像信號(hào)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。根據(jù)配置，可存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器5中的數(shù)據(jù)的數(shù)量可以是一個(gè)或更多個(gè)?？稍谶m當(dāng)?shù)剡x擇像素單元I的像素行的同時(shí)由垂直掃描電路8執(zhí)行這一系列的操作。圖2示出本發(fā)明的第一實(shí)施例中的斜坡信號(hào)生成器4的電路配置例子。恒定電流生成器20在固態(tài)成像裝置外部或內(nèi)部生成基準(zhǔn)電流，并且，基準(zhǔn)電流被供給到電流鏡電路(current mirror circuit)。電流鏡電路包含第一 NMOS晶體管(第一晶體管)21和第二 NMOS晶體管(第二晶體管)22，第一 NMOS晶體管(第一晶體管)21具有連接的漏極端子和柵極端子并供給偏置電壓，第二 NMOS晶體管(第二晶體管)22在柵極端子處接收偏置電壓。電流生成器20與第一 NMOS晶體管21的漏極端子和柵極端子連接。第一電容器元件26被連接于第二 NMOS晶體管22的柵極端子與源極端子之間。開(kāi)關(guān)NMOS晶體管27被連接在第一 NMOS晶體管21的柵極端子與第二 NMOS晶體管22的柵極端子之間。第二電容器元件23與第二 NMOS晶體管22的漏極端子和緩沖器電路25的輸入端子連接，將第二 NMOS晶體管22的漏極端子的輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓，并且生成斜坡電壓。復(fù)位PMOS開(kāi)關(guān)24通過(guò)信號(hào)PRMP-RSTB將在第二電容器元件23中蓄積的電荷復(fù)位。緩沖器電路25緩沖通過(guò)第二電容器兀件23生成的斜坡電壓，并且將時(shí)間改變的斜坡信號(hào)VRAMP輸出。第一電容器兀件26和開(kāi)關(guān)NMOS晶體管27是用于通過(guò)信號(hào)PCL_RBIAS采樣和保持NMOS晶體管22的柵極端子處的偏置電壓的采樣和保持開(kāi)關(guān)。圖3是像素單元I內(nèi)的包括光電轉(zhuǎn)換元件30和四個(gè)晶體管的一個(gè)像素的示意性電路圖。附圖標(biāo)記30表示光電轉(zhuǎn)換元件。附圖標(biāo)記31表示復(fù)位MOS晶體管。附圖標(biāo)記32表示選擇MOS晶體管。附圖標(biāo)記33表示像素信號(hào)輸出線。附圖標(biāo)記34表示源極跟隨器恒定電流生成器。附圖標(biāo)記35表示源極跟隨器MOS晶體管。附圖標(biāo)記36表示傳送MOS晶體管。光電轉(zhuǎn)換元件30為例如光電二極管，并且通過(guò)光電轉(zhuǎn)換生成電信號(hào)。傳送MOS晶體管36在信號(hào)PTX達(dá)到高電平時(shí)被接通，并且將光電轉(zhuǎn)換元件30的信號(hào)傳送到浮置擴(kuò)散FD。選擇MOS晶體管32在信號(hào)PSEL達(dá)到高電平時(shí)被接通，并且連接源極跟隨器MOS晶體管35的源極端子與像素信號(hào)輸出線33。源極跟隨器MOS晶體管35放大浮置擴(kuò)散FD的電壓，并且從源極端子輸出電壓。復(fù)位MOS晶體管31在信號(hào)PRES達(dá)到高電平時(shí)被接通，并且將浮置擴(kuò)散FD和/或光電轉(zhuǎn)換元件30的電壓復(fù)位。放大器電路2包含與像素信號(hào)輸出線33連·接的源極跟隨器恒定電流生成器34?！D4是用于描述圖3中的像素的電路操作和圖2中的斜坡信號(hào)生成器4的電路操作的一個(gè)像素行的定時(shí)圖。圖3中的像素選擇信號(hào)PSEL在與用于讀取像素信號(hào)的行對(duì)應(yīng)·時(shí)達(dá)到高電平，這在圖4中的定時(shí)圖中被省略。在一個(gè)行操作的開(kāi)始，斜坡信號(hào)生成器4通過(guò)信號(hào)PCL_RBIAS的高電平脈沖接通開(kāi)關(guān)NMOS晶體管27。因此，斜坡信號(hào)生成器4執(zhí)行從恒定電流生成器20供給的電流的值和由電流鏡NMOS晶體管21確定的斜坡電流的偏置電壓的采樣和保持操作。具體而言，開(kāi)關(guān)NMOS晶體管27在信號(hào)PCL_RBIAS的高電平時(shí)被接通，以將斜坡電流的偏置電壓采樣并在第一電容器元件26中蓄積偏置電壓。然后，開(kāi)關(guān)NMOS晶體管27在信號(hào)PCL_RBIAS的低電平處被關(guān)斷，并且，通過(guò)第一電容器元件26保持用于斜坡電流的偏置電壓。可幾個(gè)行一次或隔一行一次地執(zhí)行采樣和保持操作。即使在來(lái)自電流生成器20的基準(zhǔn)電流上疊加噪聲,第一電容器兀件26也保持用于斜坡電流的偏置電壓，由此偏置電壓變?yōu)楣潭妷?。因此，后面描述的?lái)自像素的基準(zhǔn)信號(hào)41和像素信號(hào)42的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換中的斜坡信號(hào)具有相同的斜率，由此減少圖像上的帶狀噪聲。電流鏡NMOS晶體管22將由采樣和保持的偏置電壓確定的斜坡電流供給到第二電容器元件23。在執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換操作之前的時(shí)段Tl中，控制信號(hào)PRMP_RSTB處于低電平，復(fù)位PMOS開(kāi)關(guān)24被接通，并且，第二電容器元件23被復(fù)位到斜坡基準(zhǔn)電壓VREF。在像素單元I中，在讀取時(shí)，在時(shí)間tl，信號(hào)PRES達(dá)到高電平，復(fù)位晶體管31被接通，并且，浮置擴(kuò)散FD被復(fù)位到電壓VDD。然后，信號(hào)PRES變?yōu)榈碗娖?，?fù)位晶體管31被關(guān)斷，并且，像素單元I中的像素的解除復(fù)位中的像素的信號(hào)(以下，稱(chēng)為基準(zhǔn)信號(hào))41被輸出到放大器電路2的下游的像素信號(hào)輸出線33。解除復(fù)位的時(shí)間不限于像素的解除復(fù)位的時(shí)間。解除復(fù)位的時(shí)間在放大器被插入在像素與模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路之間時(shí)可以是例如放大器的解除復(fù)位的時(shí)間，或者，在輸入/輸出端子被復(fù)位時(shí)可以是比較器3的輸入/輸出端子的解除復(fù)位的時(shí)間。在第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段T2中執(zhí)行基準(zhǔn)信號(hào)41的第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換。在第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段T2的早期階段中，信號(hào)PRMP_RSTB達(dá)到高電平，復(fù)位PMOS開(kāi)關(guān)24被關(guān)斷，并且，第二電容器元件23的復(fù)位被解除。然后，具有由第二電容器元件23和從NMOS晶體管22供給的斜坡電流確定的斜率的斜坡信號(hào)從斜坡基準(zhǔn)電壓VREF被充電到第二電容器元件23。緩沖器電路25緩沖斜坡信號(hào)，并且生成時(shí)間改變的第一斜坡信號(hào)VRAMP。比較器3比較從緩沖器電路25輸出的第一斜坡信號(hào)VRAMP與基準(zhǔn)信號(hào)41，并且，當(dāng)信號(hào)之間的電勢(shì)的大小關(guān)系反轉(zhuǎn)時(shí)，來(lái)自比較器3的輸出信號(hào)以反轉(zhuǎn)的方式從高電平轉(zhuǎn)變到低電平或者從低電平轉(zhuǎn)變到高電平。在比較器3的輸出電勢(shì)的該轉(zhuǎn)變定時(shí)，存儲(chǔ)器5存儲(chǔ)從計(jì)數(shù)器電路6輸出的計(jì)數(shù)器值作為第一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。第一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是從改變第一斜坡信號(hào)VRAMP的開(kāi)始直到比較器3的輸出電勢(shì)的反轉(zhuǎn)的計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)值以及基準(zhǔn)信號(hào)41的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。然后，為了對(duì)于光電轉(zhuǎn)換信號(hào)執(zhí)行第二 AD轉(zhuǎn)換，在時(shí)間t2，信號(hào)PRMP_RSTB變?yōu)榈碗娖?，?fù)位PMOS開(kāi)關(guān)24被接通，并且，第二電容器元件23被復(fù)位為斜坡基準(zhǔn)電壓VREF。然后，在像素單元I中，信號(hào)PTX達(dá)到高電平，傳送MOS晶體管36被接通，并且，在光電轉(zhuǎn)換元件30中蓄積的電荷被傳送到浮置擴(kuò)散FD。此時(shí)，在放大器電路2的下游的像素信號(hào)輸出線33上，光電轉(zhuǎn)換元件30的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)疊加在基準(zhǔn)信號(hào)41上，并且作為像素信號(hào)42被輸出。像素信號(hào)42是輸出像素單元I中的像素的像素信號(hào)時(shí)的像素的信號(hào)。在第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段T3中，如在第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段T2中那樣，信號(hào)PRMP_RSTB達(dá)到高電平，執(zhí)行像素信號(hào)42的第二 AD轉(zhuǎn)換，并且，第二數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器5中。具體而言，緩沖器電路25生成時(shí)間改變的第二斜坡信號(hào)VRAMP。比較器3比較由緩沖器電路25生成的第二斜坡信號(hào)VRAMP與像素信號(hào)42，并且，當(dāng)信號(hào)之間的電勢(shì)的大小關(guān)系反轉(zhuǎn)時(shí)，來(lái)自比較器3的輸出信號(hào)從高電平轉(zhuǎn)變到低電平或者從低電平轉(zhuǎn)變到高電平。在比較器3的輸出電 勢(shì)的該轉(zhuǎn)變定時(shí)，存儲(chǔ)器5存儲(chǔ)從計(jì)數(shù)器電路6輸出的計(jì)數(shù)器值作為第二數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。第二數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是從改變第二斜坡信號(hào)VRAMP的開(kāi)始直到比較器3的輸出電勢(shì)的反轉(zhuǎn)的計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)值以及像素信號(hào)42的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 存儲(chǔ)于各列中的存儲(chǔ)器5中的第一和第二數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)水平掃描電路7被傳送到信號(hào)處理電路9。此時(shí)，通過(guò)由從采樣和保持的相同的偏置電壓生成的電流確定的斜坡信號(hào)AD轉(zhuǎn)換第一和第二數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。斜坡信號(hào)生成器4根據(jù)信號(hào)PCL_RBIAS的高電平脈沖由開(kāi)關(guān)27的米樣和保持操作向第一電容器兀件26供給來(lái)自電流生成器20的電流。然后,斜坡信號(hào)生成器4基于由第一電容器元件26保持的相同的偏置電壓在第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段T2中生成第一斜坡信號(hào)VRAMP和在第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段T3中生成第二斜坡信號(hào)VRAMP。即使噪聲疊加在來(lái)自電流生成器20的基準(zhǔn)電流上，第一電容器元件26也保持用于斜坡電流的偏置電壓，由此，偏置電壓變?yōu)楣潭妷骸Ｒ虼?，基?zhǔn)信號(hào)41和像素信號(hào)42的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換中的斜坡信號(hào)具有相同的斜率，由此減少圖像上的帶狀噪聲。信號(hào)處理電路9通過(guò)第一和第二數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的相關(guān)雙重采樣(⑶S)輸出第一和第二數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的差異。因此，可從像素信號(hào)42去除復(fù)位中的基準(zhǔn)信號(hào)41的分量，由此特別減少暗信號(hào)附近的明顯的帶狀噪聲?？梢栽诠虘B(tài)成像裝置外部而不是在信號(hào)處理電路9中執(zhí)行第一和第二數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之間的差異處理。第二實(shí)施例圖5示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的斜坡信號(hào)生成器4的電路配置例子?，F(xiàn)在，將描述本實(shí)施例與第一實(shí)施例之間的不同。作為圖2中的電路中的NMOS晶體管22、第二電容器元件23和PMOS開(kāi)關(guān)24的替代，圖5中的電路包括多個(gè)電流鏡NMOS晶體管50、多個(gè)開(kāi)關(guān)MOS晶體管51和電阻器元件52。在圖5中，與圖2相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件，并且，其描述將被省略。第二 NMOS晶體管50與圖2中的第二 NMOS晶體管22對(duì)應(yīng)。多個(gè)開(kāi)關(guān)MOS晶體管51分別與多個(gè)第二 NMOS晶體管50連接。多個(gè)第二 NMOS晶體管50與多個(gè)開(kāi)關(guān)MOS晶體管開(kāi)關(guān)51的串聯(lián)連接電路被連接于基準(zhǔn)電勢(shì)節(jié)點(diǎn)與緩沖器電路25的輸入端子之間。第一電容器元件26的偏置電壓被輸入到多個(gè)第二 NMOS晶體管50的柵極端子，以向電阻器元件52供給斜坡電流。電阻器元件52通過(guò)開(kāi)關(guān)MOS晶體管51與第二 NMOS晶體管50連接，與緩沖器電路25的輸入端子連接，將第二 NMOS晶體管50的輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓，并且生成斜坡電壓。緩沖器電路25緩沖由電阻器元件52生成的斜坡電壓，并且輸出斜坡信號(hào)VRAMP。斜坡信號(hào)生成器4可通過(guò)切換多個(gè)開(kāi)關(guān)MOS晶體管51改變與緩沖器電路25的輸入端子并聯(lián)連接的第二 NMOS晶體管50的數(shù)量。這可容易地改變斜坡信號(hào)VRAMP的斜率，由此允許圖像信號(hào)的增益控制。圖2中的信號(hào)PRMP_RSTB被輸入到多個(gè)開(kāi)關(guān)MOS晶體管51的柵極端子。第三實(shí)施例圖6示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的斜坡信號(hào)生成器4的電路配置例子?，F(xiàn)在，將描述本實(shí)施例與第一實(shí)施例之間的不同。在圖6中，與圖2中相同的附圖標(biāo)記表不相同的部件，并且，將省略其描述。在本實(shí)施例中，生成斜坡電流的電流鏡電路包含PMOS晶體管61和62。第一 PMOS晶體管61與圖2中的第一 NMOS晶體管21對(duì)應(yīng)，第二 PMOS晶體管62與圖2中的第二 NMOS晶體管22對(duì)應(yīng)，并且，PMOS晶體管67與圖2中的NMOS晶體管27對(duì) 應(yīng)。信號(hào)PCL_RBIASB被輸入到PMOS晶體管67的柵極端子。如圖4所示，信號(hào)PCL_RBIASB是信號(hào)PCL_RBIAS的邏輯反轉(zhuǎn)信號(hào)。PMOS晶體管67被接通以對(duì)用于斜坡電流的偏置電壓采樣，然后，PMOS晶體管67被關(guān)斷以在第一電容器元件26中保持用于斜坡電流的偏置電壓。即使噪聲疊加在來(lái)自電流生成器20的基準(zhǔn)電流上,第一電容器兀件26也保持用于斜坡電流的偏置電壓，由此偏置電壓變?yōu)楣潭妷骸Ｒ虼?，基?zhǔn)信號(hào)41和像素信號(hào)42的AD轉(zhuǎn)換中的斜坡信號(hào)具有相同的斜率，由此減少圖像上的帶狀噪聲。由構(gòu)成積分放大器的差動(dòng)放大器65、將斜坡電流轉(zhuǎn)換成電壓并生成斜坡信號(hào)的反饋電容器63、以及將反饋電容器63中的電荷復(fù)位的復(fù)位MOS晶體管64生成斜坡信號(hào)VRAMP。差動(dòng)放大器65將來(lái)自第二 PMOS晶體管62的輸出輸入到反相輸入端子，將基準(zhǔn)電壓VREF輸入到非反相輸入端子，并且從輸出端子輸出斜坡信號(hào)VRAMP。反饋電容器63被連接于差動(dòng)放大器65的反相輸入端子和輸出端子之間。信號(hào)PRMP_RSTB被輸入到復(fù)位MOS晶體管64的柵極端子。復(fù)位MOS晶體管64是用于將反饋電容器64復(fù)位的復(fù)位開(kāi)關(guān)。通過(guò)圖6中的配置，如圖4中那樣，斜坡信號(hào)生成器4可在第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段T2中生成第一斜坡信號(hào)VRAMP，并在第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段T3中生成第二斜坡信號(hào)VRAMP。與圖5中的多個(gè)第二 NMOS晶體管50和多個(gè)開(kāi)關(guān)MOS晶體管51類(lèi)似，作為第二 PMOS晶體管62的替代，可以設(shè)置多個(gè)第二 PMOS晶體管和多個(gè)開(kāi)關(guān)MOS晶體管來(lái)執(zhí)行增益控制。在圖1中，僅在像素單元I的下側(cè)布置諸如放大器電路2和比較器3的電路，但是，本發(fā)明不限于此?？梢栽谙袼貑卧狪的上側(cè)布置與下側(cè)上的相同的電路。在這種情況下，希望對(duì)于各列確定是在上側(cè)還是在下側(cè)讀取像素信號(hào)。在各實(shí)施例中，描述了對(duì)于各列設(shè)置存儲(chǔ)器5并且計(jì)數(shù)器電路6用于共同輸入到多個(gè)列中的存儲(chǔ)器5的配置，但是本發(fā)明不限于此。例如，可對(duì)于各列布置計(jì)數(shù)器電路6。在各實(shí)施例中，來(lái)自像素單元I的像素信號(hào)被輸入到放大器電路2，但是，本發(fā)明不限于此。例如，可通過(guò)電容器元件直接將像素信號(hào)輸入到比較器3。上述的實(shí)施例均僅示出實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例子，并且，本發(fā)明的技術(shù)范圍不應(yīng)以限制的方式由實(shí)施例解釋。具體而言，能夠以各種方式實(shí)施本發(fā)明而不脫離技術(shù)思想或主要特征。
雖然已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的示例性實(shí)施例。所附權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬泛的解釋以包含所有的修改以及等同的結(jié)構(gòu) 和功能。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像裝置，包括像素單元，所述像素單元包含按矩陣布置的用于光電轉(zhuǎn)換的多個(gè)像素；斜坡信號(hào)生成器，所述斜坡信號(hào)生成器用于在第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中生成第一時(shí)間改變的斜坡信號(hào)以及用于在第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中生成第二時(shí)間改變的斜坡信號(hào)；分別與所述矩陣的各列對(duì)應(yīng)地布置的多個(gè)比較器；和分別與所述矩陣的各列對(duì)應(yīng)地布置的多個(gè)存儲(chǔ)器，其中，所述比較器在第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中比較第一時(shí)間改變的斜坡信號(hào)與根據(jù)像素的復(fù)位的解除的信號(hào)，并且在第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中比較第二時(shí)間改變的斜坡信號(hào)與根據(jù)像素的光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)，所述存儲(chǔ)器在第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中存儲(chǔ)從改變第一斜坡信號(hào)的開(kāi)始直到所述比較器的輸出的反轉(zhuǎn)的計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)值作為第一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，所述存儲(chǔ)器在第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中存儲(chǔ)從改變第二斜坡信號(hào)的開(kāi)始直到所述比較器的輸出的反轉(zhuǎn)的計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)值作為第二數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并且，所述斜坡信號(hào)生成器將來(lái)自電流生成器的電流供給到第一電容器元件，并且，在單個(gè)定時(shí)基于由第一電容器兀件保持的偏置電壓生成第一和第二斜坡信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述斜坡信號(hào)生成器具有包含第一和第二晶體管的電流鏡電路，所述電流生成器與第一晶體管的漏極端子連接，第一電容器元件與第二晶體管的柵極端子連接，并且，開(kāi)關(guān)被連接于第一晶體管的柵極端子與第二晶體管的柵極端子之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像裝置，其中，斜坡信號(hào)生成器具有并聯(lián)連接的多個(gè)第二晶體管，并且能夠改變被接通的第二晶體管的數(shù)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的固態(tài)成像裝置，其中，斜坡信號(hào)生成器具有緩沖器電路，所述緩沖器電路用于緩沖基于第二晶體管的輸出電流的電壓，以輸出第一和第二斜坡信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述斜坡信號(hào)生成器具有與第二晶體管并與所述緩沖器電路的輸入端子連接的、用于將第二晶體管的輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓的第二電容器元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述斜坡信號(hào)生成器具有與第二晶體管和所述緩沖器電路的輸入端子連接、用于將第二晶體管的輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓的電阻器元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述斜坡信號(hào)生成器包含輸入第二晶體管的輸出和基準(zhǔn)電壓以輸出第一和第二斜坡信號(hào)的差動(dòng)放大器；連接于所述差動(dòng)放大器的輸入端子與輸出端子之間的反饋電容器；和用于將所述反饋電容器復(fù)位的復(fù)位開(kāi)關(guān)。
8.一種固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，該固態(tài)成像裝置包括像素單元，所述像素單元包含按矩陣布置的用于光電轉(zhuǎn)換的多個(gè)像素；斜坡信號(hào)生成器，所述斜坡信號(hào)生成器用于在第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中生成第一時(shí)間改變的斜坡信號(hào)以及用于在第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中生成第二時(shí)間改變的斜坡信號(hào)；分別與所述矩陣的各列對(duì)應(yīng)地布置的多個(gè)比較器；和分別與所述矩陣的各列對(duì)應(yīng)地布置的多個(gè)存儲(chǔ)器，其中，該方法包括以下的步驟通過(guò)所述比較器，在第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中比較第一時(shí)間改變的斜坡信號(hào)與根據(jù)像素的解除復(fù)位的信號(hào)，并且在第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中比較第二時(shí)間改變的斜坡信號(hào)與根據(jù)像素的光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)，在第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中，在所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)從改變第一斜坡信號(hào)的開(kāi)始直到比較器的輸出的反轉(zhuǎn)的計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)值作為第一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，在第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中，在所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)從改變第二斜坡信號(hào)的開(kāi)始直到比較器的輸出的反轉(zhuǎn)的計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)值作為第二數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并且，從斜坡信號(hào)生成器將來(lái)自電流生成器的電流供給到第一電容器元件，并且，在單個(gè)定時(shí)基于由第一電容器兀件保持的偏置電壓生成第一和第二斜坡信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的驅(qū)動(dòng)方法，其中，所述斜坡信號(hào)生成器具有包含第一和第二晶體管的電流鏡電路，所述電流生成器與第一晶體管的漏極端子連接，第一電容器元件與第二晶體管的柵極端子連接，并且，開(kāi)關(guān)被連接于第一晶體管的柵極端子與第二晶體管的柵極端子之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的驅(qū)動(dòng)方法，其中，所述斜坡信號(hào)生成器具有并聯(lián)連接的多個(gè)第二晶體管，并且能夠改變被接通的第二晶體管的數(shù)量。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的驅(qū)動(dòng)方法，其中，所述斜坡信號(hào)生成器具有緩沖器電路，所述緩沖器電路用于緩沖基于第二晶體管的輸出電流的電壓，以輸出第一和第二斜坡信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的驅(qū)動(dòng)方法，其中，所述斜坡信號(hào)生成器具有與第二晶體管并與所述緩沖器電路的輸入端子連接的、用于將第二晶體管的輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓的第二電容器元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的驅(qū)動(dòng)方法，其中，所述斜坡信號(hào)生成器具有與第二晶體管和所述緩沖器電路的輸入端子連接、用于將第二晶體管的輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓的電阻器元件。
14.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的驅(qū)動(dòng)方法，其中，所述斜坡信號(hào)生成器包含輸入第二晶體管的輸出和基準(zhǔn)電壓以輸出第一和第二斜坡信號(hào)的差動(dòng)放大器；連接于所述差動(dòng)放大器的輸入端子與輸出端子之間的反饋電容器；和用于將所述反饋電容器復(fù)位的復(fù)位開(kāi)關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明涉及固態(tài)成像裝置和用于驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像裝置的方法。固態(tài)成像裝置包括用于分別在第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段和第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中生成第一和第二時(shí)間改變的斜坡信號(hào)的斜坡信號(hào)生成器；用于在第一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中比較像素的復(fù)位信號(hào)與第一斜坡信號(hào)并在第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中比較像素信號(hào)與第二斜坡信號(hào)的比較器；和在第一和第二模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)段中存儲(chǔ)從改變第一和第二斜坡信號(hào)的開(kāi)始直到比較器的輸出的反轉(zhuǎn)的計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)值作為第一和第二數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，其中，斜坡信號(hào)生成器通過(guò)開(kāi)關(guān)的采樣和保持操作將來(lái)自電流生成器的電流供給到第一電容器元件，并且，基于由第一電容器元件保持的相同的偏置電壓生成第一和第二斜坡信號(hào)。
文檔編號(hào)H04N5/357GK103002228SQ20121032229
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者齊藤和宏, 樋山拓己, 板野哲也, 中村恒一 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社