專利名稱：固態(tài)成像設(shè)備和成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將像素信號(hào)與以步進(jìn)方式變化的基準(zhǔn)信號(hào)相比較并根據(jù)它 們的電壓電平的大小關(guān)系的改變時(shí)間量來獲得數(shù)字值的固態(tài)成像設(shè)備和成 像設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，諸如CCD (電荷耦合器件)和CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo) 體)之類的固態(tài)成像設(shè)備己被用于各種應(yīng)用。近來，適合于更迅速成像的 MOS (金屬氧化物半導(dǎo)體)型固態(tài)成像設(shè)備已經(jīng)引起了注意，并且各種體 系結(jié)構(gòu)已被提出。JP-A-2005-278135 (專利文獻(xiàn)1)通過使用上行/下行計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了更 高的幀速率，而不會(huì)增大電路的大小。圖13是示出采用該方法的MOS型 固態(tài)成像設(shè)備的實(shí)施例的框圖。也就是說，固態(tài)成像設(shè)備1包括像素陣列部件10、行掃描電路13和 列掃描電路14、基準(zhǔn)信號(hào)生成部件(DAC) 15、比較器16、上行/下行計(jì) 數(shù)器(U/D CN) 17、緩沖器(BUF) 18以及驅(qū)動(dòng)控制部件21。在像素陣 列部件10中，以矩陣形式放置了單位像素12。行掃描電路13和列掃描電 路14驅(qū)動(dòng)像素陣列部件10?；鶞?zhǔn)信號(hào)生成部件(DAC) 15生成基準(zhǔn)電 壓。比較器16將垂直信號(hào)線電壓與基準(zhǔn)電壓相比較。上行/下行計(jì)數(shù)器 (U/D CN) 17執(zhí)行數(shù)字操作和存儲(chǔ)。緩沖器(BUF) 18臨時(shí)保存值。驅(qū) 動(dòng)控制部件21控制所有這些組件。基準(zhǔn)信號(hào)生成部件15和每一列處的比較器16和上行/下行計(jì)數(shù)器17 被包括在方案中的A/D轉(zhuǎn)換電路Ramp DAC中，并且將從像素獲得的模擬 信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。A/D轉(zhuǎn)換電路在比較器中將像素信號(hào)與其值以步進(jìn)方 式變化的基準(zhǔn)信號(hào)相比較，并通過計(jì)算變化它們的電壓電平的時(shí)間量來獲得數(shù)字值。許多MOS型成像設(shè)備獲得像素重置時(shí)的垂直信號(hào)線電壓電平，然后獲得光被輸入時(shí)的垂直信號(hào)線電壓電平，并且獲得它們之間的差別，以執(zhí) 行去除固定模式噪聲的操作。在固態(tài)成像設(shè)備1的情況下，上行/下行計(jì)數(shù)器17被用于去除固定模 式。首先，為了在像素的重置電平下執(zhí)行D/A轉(zhuǎn)換，計(jì)數(shù)器對負(fù)電平進(jìn)行 計(jì)數(shù)。接下來，為了執(zhí)行光輸入時(shí)的D/A轉(zhuǎn)換，計(jì)數(shù)器從作為起始點(diǎn)的計(jì) 數(shù)開始對正電平進(jìn)行計(jì)數(shù)。從而，可以獲得數(shù)字區(qū)域中的差別，而無需任 何減法器電路(參考圖14)。生成基準(zhǔn)信號(hào)的基準(zhǔn)信號(hào)生成部件公共地連接到所有列處的比較器， 而計(jì)數(shù)器是在每一列處單獨(dú)設(shè)置的。已被去除了固定模式的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)一度 被存儲(chǔ)在緩沖器(BUF) 18中，并且被順序地從最后一列傳送。固態(tài)成像設(shè)備1中采用的比較器16可以是開關(guān)式比較器。圖15示出 了電路示例。開關(guān)晶體管Tr21連接在晶體管Tr23的柵極和漏極之間。開 關(guān)晶體管Tr 22連接在晶體管Tr 24的柵極和漏極之間。像素信號(hào)通過電容器Cp 25被輸入到晶體管Tr 23，并且來自基準(zhǔn)信號(hào) 生成部件的信號(hào)波形通過電容器Cp 26被輸入到晶體管Tr 24。比較器是根 據(jù)像素信號(hào)側(cè)和RAMP側(cè)的信號(hào)的電壓電平的高度來生成高或低輸出L27 的電路。電路首先確定比較的判斷標(biāo)準(zhǔn)電壓是很重要的。下文中將把確定該電 壓的操作稱為"自動(dòng)調(diào)零(auto-zero)"。為了執(zhí)行自動(dòng)調(diào)零，垂直信號(hào) 線重置電平被輸入到像素信號(hào)側(cè)，而斜坡(ramp)基準(zhǔn)信號(hào)被輸入到基準(zhǔn) 信號(hào)生成部件側(cè)。用于執(zhí)行自動(dòng)調(diào)零的PSET信號(hào)被公共地提供到開關(guān)晶體管Tr21和 Tr 22的柵極。圖16示出了 PSET信號(hào)的時(shí)序。Tr 21和Tr 22在PSET信 號(hào)下降時(shí)導(dǎo)通，并且比較器進(jìn)入自動(dòng)調(diào)零狀態(tài)。當(dāng)Tr23和Tr24的柵極電 壓相等時(shí)確定操作點(diǎn)，并且電路達(dá)到平衡。然后，Tr21和Tr22在PSET信號(hào)上升時(shí)關(guān)斷，并且Tr 23和Tr 24的柵極都浮空。在這里，垂直信號(hào)線的電壓與Tr23的柵極電壓之間的差別被保存在電容器Cp 25中，并且RAMP基準(zhǔn)電壓和Tr 24的柵極電壓之間 的差別被保存在電容器Cp26中。在自動(dòng)調(diào)零之后，可以比較像素信號(hào)和 RAMP側(cè)信號(hào)的電平。但是，比較器具有以下問題(1) 第一問題在自動(dòng)調(diào)零脈沖PSET信號(hào)的上升沿，開關(guān)晶體管Tr 21和Tr 22關(guān) 斷。同時(shí)，在每個(gè)開關(guān)晶體管的柵極和漏極之間發(fā)生穿通 (feedthrough)。由于穿通的影響，在Tr 23和Tr 24的柵極電勢之間發(fā)生 差別。這是由比較器上的負(fù)載不相等引起的。連接到比較器的負(fù)載的橫向 不對稱可能是差別的原因，這例如是因?yàn)楸容^器輸出信號(hào)線連接到Tr22 的漏極側(cè)并且/或者連接到Cp 26的RAMP信號(hào)線的負(fù)載較小而連接到Cp 25的VSL的負(fù)載則高得多。穿通的量值很大程度上取決于PSET信號(hào)的上 升時(shí)間。PSET信號(hào)的突然上升會(huì)進(jìn)一步增大穿通，并且導(dǎo)致Tr23的柵極 電壓和Tr24的柵極電壓之間有很大差別。在該電路示例中，已知當(dāng)在自 動(dòng)調(diào)零之后發(fā)生穿通時(shí)Tr 23的柵極電壓比Tr 24的柵極電壓降低得更多。 如果不發(fā)生穿通，則Tr 23的柵極電壓電平基本上位于重置檢測斜坡波的 電平中部。因此，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)大約為一半(參考圖16中的曲線A)。 但是，如果Tr23的柵極電勢由于穿通而降低，則重置計(jì)數(shù)增大，因?yàn)榕c 重置檢測斜坡波的相交點(diǎn)相應(yīng)地向后移動(dòng)(參考圖16中的曲線B)。如果 發(fā)生較大的穿通，則Tr23的柵極電勢不與重置電平檢測斜坡波相交(參 考圖16中的曲線C)。在該情況下，重置計(jì)數(shù)器停止在全碼(foil code) 處。但是，實(shí)際相交尚未實(shí)現(xiàn)，差別因此變成差錯(cuò)，這可能降低圖像質(zhì)(2) 第二問題圖17是示出固態(tài)成像設(shè)備中的PSET信號(hào)生成電路和各列處的比較器 的布局的圖。在靠近重置信號(hào)生成部件19的列處的比較器16中，在自動(dòng) 調(diào)零期間發(fā)生較大的穿通。隨著與重置信號(hào)生成部件19的距離增大，信 號(hào)傳輸路徑上的布線電阻增大并且將被傳輸?shù)礁髁械腜SET脈沖的鈍化度 (degree of dullness)增大，因此使到列的穿通量減小。由于信號(hào)傳輸，PSET信號(hào)的突然上升可能增大鈍化度。因此，在從一端到另一端的列之 間以及列的兩端之間，重置計(jì)數(shù)有很大的不同。為了針對該因素和其他變 動(dòng)因素而在所有列處都執(zhí)行無差錯(cuò)的重置計(jì)數(shù)，傳感器花費(fèi)較長的重置計(jì) 數(shù)時(shí)段是很重要的(參考圖18)。發(fā)明內(nèi)容現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)成像設(shè)備和成像設(shè)備在比較像素信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)的比 較器中可能具有上述問題，這可能進(jìn)一步導(dǎo)致重置電平的計(jì)數(shù)差錯(cuò)和/或重 置時(shí)段長度增大的問題。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種固態(tài)成像設(shè)備，包括比較裝 置，用于將由像素部件獲得的像素信號(hào)與其值以步進(jìn)方式變化的基準(zhǔn)信號(hào)相比較；模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于將像素信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)的大小關(guān)系通過比較 裝置改變時(shí)的時(shí)間量作為數(shù)字值輸出；重置信號(hào)生成裝置，用于生成觸發(fā) 重置操作的重置信號(hào)，該重置信號(hào)被輸入到比較裝置，以調(diào)節(jié)模數(shù)轉(zhuǎn)換裝 置中的基準(zhǔn)；以及設(shè)置在重置信號(hào)生成裝置和比較裝置之間的波形處理裝 置，用于增大重置信號(hào)的波形的鈍化度。根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例，由于在預(yù)先增大重置信號(hào)的上升沿的鈍化度 之后將重置信號(hào)輸入到比較裝置，因此可以抑制在比較裝置中發(fā)生的較大 穿通。比較裝置可設(shè)置在像素部件的每一列處。波形處理裝置可使用電容器 的負(fù)載、電阻的負(fù)載或者CMOS反相器。波形處理裝置可使用CMOS反相器，并且CMOS反相器中包括的P 溝道MOS和N溝道MOS的數(shù)目可以不同。波形處理裝置可使用CMOS反相器，并且可在CMOS反相器中包括 的P溝道MOS或N溝道MOS中的任何一者中設(shè)置用于操作控制的開 關(guān)。波形處理裝置可使用設(shè)置在重置信號(hào)生成裝置和比較裝置之間的導(dǎo)線 的負(fù)載。波形處理裝置可被配置為在從重置信號(hào)生成裝置到比較裝置的布線路徑中，隨著與重置信號(hào)生成裝置的距離減小而使導(dǎo)線的負(fù)載增大。比較裝置可設(shè)置在像素部件的每一列處，并且從重置信號(hào)生成裝置到各列處的比較裝置的布線路徑的長度可以相等。 波形處理裝置可使用比較裝置內(nèi)的電容器。這可以消除靠近和遠(yuǎn)離重置信號(hào)生成裝置的位置處的穿通之間的量值 差別。因此，在一端到另一端的列之間，重置計(jì)數(shù)值并沒有明顯的不同。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種成像設(shè)備，包括比較裝置， 用于將由像素部件獲得的像素信號(hào)與其值以步進(jìn)方式變化的基準(zhǔn)信號(hào)相比 較；模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于將像素信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)的大小關(guān)系通過比較裝置 改變時(shí)的時(shí)間量作為數(shù)字值輸出；重置信號(hào)生成裝置，用于生成觸發(fā)重置操作的重置信號(hào)，該重置信號(hào)被輸入到比較裝置，以調(diào)節(jié)模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置中的基準(zhǔn)；設(shè)置在重置信號(hào)生成裝置和比較裝置之間的波形處理裝置，用于 增大重置信號(hào)的波形的鈍化度；以及控制裝置，用于至少控制模數(shù)轉(zhuǎn)換裝 置和重置信號(hào)生成裝置。根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例，由于在預(yù)先增大重置信號(hào)的上升沿的鈍化度 之后將重置信號(hào)輸入到比較裝置，因此可以抑制在比較裝置中發(fā)生的較大 穿通。因此，本發(fā)明的實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)以下效果。也就是說，可以抑制在比較 裝置中發(fā)生的較大穿通，這使得消除了在自動(dòng)調(diào)零期間垂直信號(hào)線信號(hào)和 DAC基準(zhǔn)信號(hào)之間的較大差異的發(fā)生，并且消除了垂直信號(hào)線重置電平的 計(jì)數(shù)差錯(cuò)。此外，重置時(shí)段的長度可得以減小，因?yàn)檩^小的重置計(jì)數(shù)裕量 就足夠了。


圖1是圖示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備的框圖； 圖2是示出用于利用波形處理部件來增大自動(dòng)調(diào)零脈沖的鈍化度的裝 置的框圖；圖3是圖示出使用電容器的波形處理部件的框圖； 圖4是圖示出使用電阻的波形處理部件的框圖；圖5是圖示出使用CMOS反相器的波形處理部件的框圖(#1);圖6是圖示出使用CMOS反相器的波形處理部件的框圖(#2); 圖7是圖示出使用CMOS反相器的波形處理部件的框圖(#3); 圖8是圖示出使用驅(qū)動(dòng)電流源的CMOS反相器的波形處理部件的框圖；圖9是圖示出使用導(dǎo)線負(fù)載的波形處理部件的框圖；圖IO是圖示出使用具有相等長度的導(dǎo)線的波形處理部件的框圖；圖11是圖示出可應(yīng)用在本發(fā)明的實(shí)施例中的波形處理部件的效果的示圖；圖12是圖示出成像設(shè)備的框圖；圖13是示出現(xiàn)有技術(shù)的CMOS傳感器的整體配置示例的框圖； 圖14是現(xiàn)有技術(shù)的CMOS傳感器的時(shí)序圖；圖15是示出現(xiàn)有技術(shù)的比較器的示例的框圖； 圖16是圖示出發(fā)生穿通時(shí)垂直信號(hào)線的狀態(tài)的示圖； 圖17是圖示出各列處的比較器和自動(dòng)調(diào)零信號(hào)生成電路之間的導(dǎo)線 的示圖；以及圖18是圖示出自動(dòng)調(diào)零信號(hào)生成電路與某列之間的距離以及該列處 的重置計(jì)數(shù)的數(shù)目的示圖。
具體實(shí)施方式
下面參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是圖示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例 的固態(tài)成像設(shè)備的框圖。也就是說，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備1包括比較器(比較裝置)16，其將由像素陣列部件10獲得的像素信號(hào)與其值以步進(jìn)方式變化的基準(zhǔn)信號(hào)相比較；上行/下行計(jì)數(shù)器(模數(shù)轉(zhuǎn)換裝 置)17，其將像素信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)的大小關(guān)系通過比較器16變化時(shí)的時(shí) 間量作為數(shù)字值輸出；重置信號(hào)生成部件(重置信號(hào)生成裝置)19，其生 成觸發(fā)重置操作的重置信號(hào)(自動(dòng)調(diào)零脈沖信號(hào))，該重置信號(hào)將被輸入 到比較器16以調(diào)節(jié)上行/下行計(jì)數(shù)器17中的基準(zhǔn)；以及設(shè)置在重置信號(hào)生 成部件19和比較器16之間的波形處理部件(波形處理裝置)20，其用于增大重置信號(hào)的波形的鈍化度。像素陣列部件IO具有矩陣形式的多個(gè)單位像素12。單位像素12被行 掃描電路13在行方向上掃描，并且像素信號(hào)被順序地傳輸?shù)奖容^器16。 將與像素信號(hào)相比較的基準(zhǔn)信號(hào)被從基準(zhǔn)信號(hào)生成部件(DAC) 15輸入到 比較器16?；鶞?zhǔn)信號(hào)是其電平以預(yù)定間隔順序改變的信號(hào)，并且比較器 16檢測與像素信號(hào)的比較結(jié)果發(fā)生反轉(zhuǎn)處的電平。作為比較器16中的比較結(jié)果，直到像素信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)的電平改變 時(shí)的時(shí)間被上行/下行計(jì)數(shù)器(U/D CN) 17測量，并且測得值被存儲(chǔ)在緩 沖器(BUF) 18中。然后，按列存儲(chǔ)的緩沖器18中的值被列掃描電路14 順序地掃描并且作為信號(hào)輸出。對這些組件的控制由驅(qū)動(dòng)控制部件21執(zhí) 行。在如上所述的該實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備1中，上行/下行計(jì)數(shù)器17像 現(xiàn)有技術(shù)那樣被用于去除固定模式。首先，在像素的重置電平下的D/A轉(zhuǎn) 換期間，計(jì)數(shù)器對負(fù)電平進(jìn)行計(jì)數(shù)。接下來，在光被輸入時(shí)的D/A轉(zhuǎn)換期 間，計(jì)數(shù)器從作為起始點(diǎn)的計(jì)數(shù)值開始對正電平進(jìn)行計(jì)數(shù)。從而，可以獲 得數(shù)字區(qū)域中的差別，而無需任何減法器電路。在這里，在生成重置信號(hào)(自動(dòng)調(diào)零脈沖信號(hào))的重置信號(hào)生成部件 19和比較器16之間設(shè)置的波形處理部件20是用于鈍化自動(dòng)調(diào)零脈沖信號(hào) 的波形的裝置。從而，可以抑制在比較器16被重置時(shí)比較電路中穿通的 發(fā)生，這可以提供這樣的操作效果，即可以避免由于比較器16中基準(zhǔn)值 的偏移引起的重置電平的讀取差錯(cuò)，所述基準(zhǔn)值的偏移是由穿通引起的。除了該操作效果之外，該實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備1還可減小在每一列 處設(shè)置的每個(gè)比較器之間的穿通量的差別，這可以減小各列之間的比較器 基準(zhǔn)值的偏移的差別，并且消除各列之間的重置計(jì)數(shù)的差別。從而，可以 減小重置計(jì)數(shù)時(shí)段的長度。換言之，如圖2所示，波形處理部件20設(shè)置在從重置信號(hào)生成部件 19到各列處的比較器16的自動(dòng)調(diào)零端子的信號(hào)路徑上，并且發(fā)揮這樣的 效果，即鈍化自動(dòng)調(diào)零脈沖信號(hào)波形的上升沿，并且可以抑制比較器16 中穿通的發(fā)生。值得注意的是，在圖2所示的示例中，在重置信號(hào)生成部件19和列
部件之間設(shè)置了一個(gè)波形處理部件20，但是可以在其間設(shè)置多個(gè)波形處理 部件20。例如可以為某些列設(shè)置一個(gè)或多個(gè)波形處理部件20。
可以設(shè)想各種波形處理部件20。圖3示出了使用電容器作為波形處理 部件的示例。信號(hào)波形的上升沿可根據(jù)電容器的電容量被鈍化，并且比較 器16中穿通的發(fā)生可得以抑制。該示例在信號(hào)路徑中具有電容器，并且 電容器可以更容易地被引入電路中。同樣很容易的是，從重置信號(hào)生成部 件19到列部件的導(dǎo)線可被引出芯片外部以作為端子，并且外部電容器可 與其相連接。
在圖4所示的示例中，波形處理部件20的另一示例使用電阻。電阻 充當(dāng)自動(dòng)調(diào)零脈沖信號(hào)的路徑上的負(fù)載，與使用電容器的電路一樣，它也 可以鈍化信號(hào)波形的上升沿并且抑制比較器16中穿通的發(fā)生。在使用電 阻的示例中，與在其中設(shè)置電容器電路的情況相比，電阻可實(shí)現(xiàn)在更小的 面積中。
圖5示出了用CMOS反相器作為波形處理部件20的示例。CMOS反 相器的使用可產(chǎn)生這樣一種波形處理部件，它通過調(diào)節(jié)PMOS (正MOS) 和NMOS (負(fù)MOS)晶體管中每一個(gè)的長度L (柵極長度)和寬度W (柵極寬度)，從而鈍化上升沿和下降沿之一而不鈍化另一個(gè)。與使用電 容器或電阻的電路一樣，CMOS反相器也可充當(dāng)自動(dòng)調(diào)零脈沖信號(hào)的路徑 上的負(fù)載，并且鈍化信號(hào)波形的上升沿并抑制比較器16中穿通的發(fā)生。
在這里，在PMOS晶體管被用于提供比較器自動(dòng)調(diào)零開關(guān)的情況下， 在自動(dòng)調(diào)零脈沖的上升沿處引起穿通。因此，可以鈍化自動(dòng)調(diào)零脈沖的上 升沿處的波形，而不必在下降沿處進(jìn)行鈍化。
為了實(shí)現(xiàn)該功能，可以只在CMOS反相器中增大PMOS晶體管的大 小。在NMOS晶體管被用于提供比較器自動(dòng)調(diào)零開關(guān)的情況下，可以只增 大反相器中的NMOS晶體管的大小，使得只有自動(dòng)調(diào)零脈沖的上升沿處的 波形被鈍化。
圖6示出了作為使用CMOS反相器作為波形處理部件20的情況的應(yīng) 用，增大PMOS晶體管的數(shù)目的示例。示出了三個(gè)PMOS晶體管和一個(gè)NMOS晶體管，但是這些數(shù)目可取決于比較器開關(guān)的MOS的類型和/或自 動(dòng)調(diào)零脈沖的鈍化度。與圖5中的電路相比，這可以進(jìn)一步增大自動(dòng)調(diào)零 脈沖的鈍化度。
圖7示出了使用CMOS反相器作為波形處理部件20的情況的應(yīng)用， 該應(yīng)用是這樣一個(gè)電路，該電路包括用于PMOS晶體管的開關(guān)，并且可以 增大或減小要激活的PMOS晶體管的數(shù)目，從而自由地改變自動(dòng)調(diào)零脈沖 的鈍化度。該配置可以在傳感器操作期間根據(jù)需要很容易且動(dòng)態(tài)地改變自 動(dòng)調(diào)零脈沖的鈍化度。圖7的示例具有三個(gè)PMOS晶體管和一個(gè)NMOS 晶體管，但是這些數(shù)目可以取決于比較器開關(guān)的MOS的類型和/或自動(dòng)調(diào) 零脈沖的鈍化度。
圖8是示出CMOS反相器被作為波形處理部件20的電流源驅(qū)動(dòng)的示 例。對電流源大小的調(diào)節(jié)可以很容易地以非步進(jìn)方式確定自動(dòng)調(diào)零脈沖信 號(hào)的鈍化量。該電路還可應(yīng)用到動(dòng)態(tài)改變自動(dòng)調(diào)零脈沖信號(hào)的系統(tǒng)。
圖9是示出用于通過提供用于增大在從重置信號(hào)生成部件19連接到 各列處的比較器16和16'的一部分或全部信號(hào)路徑自身處的負(fù)載的裝置來 鈍化自動(dòng)調(diào)零脈沖的裝置的示圖。在該電路中，具有高負(fù)載的導(dǎo)線被用作 到靠近重置信號(hào)生成部件19的各列處的比較器16的路徑，而具有正常負(fù) 載的導(dǎo)線被用作到遠(yuǎn)離重置信號(hào)生成部件19的各列處的比較器16，的路 徑。從而，各列的不同位置之間的穿通差別可得以減小。
為了增大負(fù)載，例如可以使用具有高負(fù)載的構(gòu)件，或者可以改變導(dǎo)線 的寬度。從而，與提供包括作為波形處理裝置的器件的電路的方法相比， 可以在更小的空間中引入它。
圖IO示出了從重置信號(hào)生成部件19到各列處的比較器16的導(dǎo)線的長 度相等的示例。與長度相等的導(dǎo)線的連接可以使從重置信號(hào)生成部件19 到比較器16的導(dǎo)線中的負(fù)載均等。從而，各列的不同位置之間的穿通差 別可得以抑制。
根據(jù)該實(shí)施例，波形處理部件可通過增大比較器內(nèi)用于自動(dòng)調(diào)零開關(guān) 的驅(qū)動(dòng)負(fù)載來實(shí)現(xiàn)。例如，圖15所示的Tr 21和Tr 22的柵極大小可被增 大以充當(dāng)波形處理部件，這可以減小穿通量。該裝置的使用在可能不能提供用于波形處理的單獨(dú)電路或者可能不能嘗試導(dǎo)線的分辨率的情況下是有 效的。
圖11是圖示出該實(shí)施例中應(yīng)用的波形處理部件的效果的示圖。水平 軸表示從信號(hào)生成部件到具有比較器的各列的導(dǎo)線的距離，垂直軸表示比 較器的重置電平的輸出值。
在圖11中，(1)所標(biāo)記的圖形用于沒有波形處理部件的情形(如現(xiàn) 有技術(shù)中的示例那樣)，(2)所標(biāo)記的圖形用于通過利用該實(shí)施例的波
形處理部件略微鈍化自動(dòng)調(diào)零脈沖信號(hào)的情況，而(3)所標(biāo)記的圖形用 于比(2)的情況進(jìn)一步鈍化自動(dòng)調(diào)零脈沖信號(hào)的情況。
在沒有波形處理部件的情況下，如圖形(1)所示，在從信號(hào)生成部 件到比較器的布線距離較短和較長的位置之間，重置電平的輸出值大不相 同。但是，通過利用波形處理部件，重置電平的輸出差別可得以減小，如
圖形(2)和(3)所示，并且相對于從信號(hào)生成部件到比較器的布線距離 可以實(shí)現(xiàn)均等的重置電平。
接下來，將描述應(yīng)用該實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備的成像設(shè)備。圖12是 圖示出應(yīng)用固態(tài)成像設(shè)備的成像設(shè)備的配置圖。也就是說，成像設(shè)備8包 括攝影透鏡802、光學(xué)低通濾波器804、濾色器組812、像素陣列部件 10、驅(qū)動(dòng)控制部件7、列處理部件26、基準(zhǔn)信號(hào)生成部件27和照相機(jī)信 號(hào)處理部件810。攝影透鏡802將光L的圖像引導(dǎo)并形成在成像設(shè)備一 側(cè)，該光L支持照明設(shè)備801 (例如熒光)下的對象Z的圖像。濾色器組 812具有Bayer模式的R、 G和B濾色器。驅(qū)動(dòng)控制部件7驅(qū)動(dòng)像素陣列 部件10。列處理部件26對從像素陣列部件10輸出的像素信號(hào)執(zhí)行CDS 處理或AD轉(zhuǎn)換處理?；鶞?zhǔn)信號(hào)生成部件27將基準(zhǔn)信號(hào)Vslop提供給列處 理部件26。照相機(jī)信號(hào)處理部件810處理從列處理部件26輸出的圖像信 號(hào)。
光學(xué)低通濾波器804可用于阻擋等于或高于Nyquist頻率的頻率分 量，以防止混疊失真。如圖12中的虛線所示，除了光學(xué)低通濾波器804 外還可設(shè)置減少紅外分量的紅外截止濾波器805。這一點(diǎn)與一般的成像設(shè) 備相同。設(shè)置在列處理部件26之后的照相機(jī)信號(hào)處理部件810具有圖像信號(hào) 處理部件820，以及充當(dāng)控制整個(gè)成像設(shè)備8的主要控制部件的照相機(jī)控 制部件900。
圖像信號(hào)處理部件820具有信號(hào)解復(fù)用部件822和色彩信號(hào)處理部件 830。信號(hào)解復(fù)用部件822具有原色解復(fù)用功能，當(dāng)使用不包括原色濾波 器的濾色器時(shí)，該功能將從列處理部件26的AD轉(zhuǎn)換功能部件提供的數(shù)字 圖像信號(hào)解復(fù)用為原色信號(hào)R (紅)、G (綠)和B (藍(lán))。色彩信號(hào)處 理部件830基于被信號(hào)解復(fù)用部件822解復(fù)用的原色信號(hào)R、 G和B來對 色彩信號(hào)C執(zhí)行信號(hào)處理。
圖像信號(hào)處理部件820還具有強(qiáng)度信號(hào)處理部件840和編碼器部件 860。強(qiáng)度信號(hào)處理部件840基于被信號(hào)解復(fù)用部件822解復(fù)用的原色信 號(hào)R、 G和B來對強(qiáng)度信號(hào)Y執(zhí)行信號(hào)處理。編碼器部件860基于強(qiáng)度信 號(hào)Y/色彩信號(hào)C生成視頻信號(hào)VD。
色彩信號(hào)處理部件830例如具有未示出的白平衡放大器、gamma校正 部件以及色差矩陣部件。白平衡放大器基于從白平衡控制器(未示出)提 供來的增益信號(hào)來調(diào)節(jié)從信號(hào)解復(fù)用部件822的原色解復(fù)用功能部件提供 來的原色信號(hào)的增益(白平衡調(diào)節(jié))，并且將結(jié)果提供到gamma校正部件 和強(qiáng)度信號(hào)處理部件840。
gamma校正部件基于被經(jīng)白平衡調(diào)節(jié)的原色信號(hào)執(zhí)行g(shù)amma (7)校 正以忠實(shí)地再現(xiàn)色彩，并將經(jīng)gamma校正的色彩的輸出信號(hào)R、 G和B輸 入到色差矩陣部件。色差矩陣部件將通過對其執(zhí)行色差矩陣處理而獲得的 色差信號(hào)R-Y和B-Y輸入到編碼器部件860。
強(qiáng)度信號(hào)處理部件840例如具有未示出的高頻強(qiáng)度信號(hào)生成部件、低 頻強(qiáng)度信號(hào)生成部件和強(qiáng)度信號(hào)生成部件。高頻強(qiáng)度信號(hào)生成部件基于從 信號(hào)解復(fù)用部件822的原色解復(fù)用功能部件提供來的原色信號(hào)，生成甚至 包括更高頻率分量的強(qiáng)度信號(hào)YH。低頻強(qiáng)度信號(hào)生成部件基于從白平衡 放大器提供來的經(jīng)白平衡調(diào)節(jié)的原色信號(hào)，生成只包括較低頻率分量的強(qiáng) 度信號(hào)YL。強(qiáng)度信號(hào)生成部件基于兩類強(qiáng)度信號(hào)YH和YL來生成強(qiáng)度信 號(hào)Y,并將它們提供給編碼器部件860。
15編碼器部件860對色差信號(hào)R-Y和B-Y進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，其中數(shù)字信號(hào) 對應(yīng)于色彩信號(hào)子載波，編碼器部件860隨后將結(jié)果與強(qiáng)度信號(hào)處理部件 840中生成的強(qiáng)度信號(hào)Y相合成，并且將結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào)VD (=Y+S+C，其中S是同步信號(hào)，C是色度信號(hào))。
從編碼器部件860輸出的數(shù)字視頻信號(hào)VD被提供到隨后的照相機(jī)信 號(hào)輸出部件(未示出)，以便例如進(jìn)行監(jiān)視器輸出或到記錄介質(zhì)的數(shù)據(jù)記 錄。在該情況下，如果必要，數(shù)字視頻信號(hào)VD通過DA轉(zhuǎn)換被轉(zhuǎn)換成模
該實(shí)施例的照相機(jī)控制部件900具有微處理器902、 ROM (只讀存儲(chǔ) 器)904、 RAM (隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器)906和其他外圍構(gòu)件(未示出)。微 處理器902充當(dāng)電子計(jì)算機(jī)的中心， 一般例如是具有將由計(jì)算機(jī)在超小規(guī) 模集成電路中執(zhí)行的操作和控制功能的CPU (中央處理單元)。ROM 904 是只讀存儲(chǔ)部件。RAM 906是必要時(shí)可以寫/讀的易失性存儲(chǔ)部件的示 例。微處理器902、 ROM904和RAM906將被統(tǒng)稱為微計(jì)算機(jī)。
"易失性存儲(chǔ)部件"這一說法是指這樣一種形式的存儲(chǔ)部件當(dāng)設(shè)備 斷電時(shí)，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)消失。另一方面，"非易失性存儲(chǔ)部件"這一說法指
的是這樣一種形式的存儲(chǔ)部件即使包括它的設(shè)備的主電源被關(guān)斷，存儲(chǔ) 的數(shù)據(jù)仍被保存。保存存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)只對非易失性存儲(chǔ)器重要，并且非易失 性存儲(chǔ)器不限于半導(dǎo)體存儲(chǔ)元件本身是非易失性的那些存儲(chǔ)器。易失性存 儲(chǔ)元件可被配置為通過具有備用電源而表現(xiàn)出非易失性。
諸如磁盤和光盤之類的介質(zhì)可用于該配置，而不限于具有半導(dǎo)體存儲(chǔ) 元件的配置。例如，硬盤設(shè)備可用作非易失性存儲(chǔ)部件。非易失性存儲(chǔ)部
件也可通過采用從諸如CD-ROM之類的記錄介質(zhì)讀取信息的配置來實(shí) 現(xiàn)。
照相機(jī)控制部件900控制整個(gè)系統(tǒng)，并且具有調(diào)節(jié)控制脈沖的接通/關(guān) 斷定時(shí)的功能，所述控制脈沖用于控制基準(zhǔn)信號(hào)生成部件27中的基準(zhǔn)信 號(hào)Vslop的斜率改變，或者控制計(jì)數(shù)器部件254的預(yù)定標(biāo)器(prescaler) 的速度，這尤其是為了增大上述AD轉(zhuǎn)換處理的速度。
ROM 904例如為照相機(jī)控制部件900存儲(chǔ)控制程序，并且具體在該實(shí)施例中，存儲(chǔ)用于由照相機(jī)控制部件900限定控制脈沖的接通/關(guān)斷定時(shí)的 程序。
RAM 906存儲(chǔ)將被照相機(jī)控制部件900用于執(zhí)行處理的數(shù)據(jù)。
照相機(jī)控制部件900被配置為允許諸如存儲(chǔ)卡之類的記錄介質(zhì)924可 移除地附接到它，并且被配置為可連接到諸如因特網(wǎng)之類的通信網(wǎng)絡(luò)。例 如，照相機(jī)控制部件900除了微處理器902、 ROM 904和RAM 906之 外，還具有存儲(chǔ)器讀取部件907和通信I/F (接口)卯8。
例如，記錄介質(zhì)924可用于登記用于使微處理器902執(zhí)行軟件處理的 程序數(shù)據(jù)，或者包括以下各項(xiàng)的數(shù)據(jù)測得光數(shù)據(jù)DL的收斂范圍或者基 于來自強(qiáng)度信號(hào)處理部件840的基于強(qiáng)度的信號(hào)的曝光控制處理(包括對 電子快門的控制)的各種設(shè)定值，以及用于控制基準(zhǔn)信號(hào)生成部件27中 基準(zhǔn)信號(hào)Vslop的斜率改變或者控制計(jì)數(shù)器部件254中預(yù)定標(biāo)器的速度的 控制脈沖的接通/關(guān)斷定時(shí)。
存儲(chǔ)器讀取部件907將從記錄介質(zhì)924讀出的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(安裝)到 RAM 906。通信I/F 908作為與諸如因特網(wǎng)之類的通信網(wǎng)絡(luò)的通信數(shù)據(jù)交換 的媒介。
在成像設(shè)備8中，驅(qū)動(dòng)控制部件7和列處理部件26被設(shè)置在與像素陣 列部件10相分離的模塊中。但是，很明顯，正如對固態(tài)成像設(shè)備1所描 述的那樣，可以使用單芯片形式的固態(tài)成像設(shè)備1，其中這些組件位于與 像素陣列部件IO相同的半導(dǎo)體基板上。
圖12示出了成像設(shè)備8，它除了像素陣列部件IO、驅(qū)動(dòng)控制部件7、 列處理部件26、基準(zhǔn)信號(hào)生成部件27和照相機(jī)信號(hào)處理部件810之外， 還可包括諸如攝影透鏡802、光學(xué)低通濾波器804和紅外截止濾波器805 之類的光學(xué)系統(tǒng)。該形式適合于這些組件被總體封裝成模塊形式的情況。
在描述與固態(tài)成像設(shè)備1中的模塊的關(guān)系時(shí)，固態(tài)成像設(shè)備1可以以 具有成像功能的模塊形式來提供，其中該封裝總體包括像素陣列部件10 (成像部件)和與像素陣列部件10緊密相關(guān)的信號(hào)處理部件(不包括列 處理部件26之后的照相機(jī)信號(hào)處理部件)，例如具有AD轉(zhuǎn)換功能和差別 (CDS)處理功能的列處理部件26,如圖12所示。于是，可以通過在以模塊形式提供的固態(tài)成像設(shè)備1之后設(shè)置作為剩余信號(hào)處理部件的照相機(jī)
信號(hào)處理部件810來提供整個(gè)成像設(shè)備8。
或者，固態(tài)成像設(shè)備1可以以模塊形式來提供，它具有總體包括像素
陣列部件10和諸如攝影透鏡802之類的光學(xué)系統(tǒng)的封裝，并且具有成像 功能。于是，可以通過除了以模塊形式提供的固態(tài)成像設(shè)備1外還在模塊 內(nèi)提供照相機(jī)信號(hào)處理部件810來提供整個(gè)成像設(shè)備8。
固態(tài)成像設(shè)備1中的模塊形式可包括與照相機(jī)信號(hào)處理部件200相對 應(yīng)的照相機(jī)信號(hào)處理部件810。在該情況下，固態(tài)成像設(shè)備1和成像設(shè)備 8在實(shí)際中可被認(rèn)為是相同的。
成像設(shè)備8可以以照相機(jī)或具有例如用于執(zhí)行"成像"的成像功能的 移動(dòng)單元的形式提供。術(shù)語"成像"不僅包括在正常照相機(jī)拍攝中捕捉圖 像，在廣義上還包括指紋檢測。
該配置中的成像設(shè)備8包括固態(tài)成像設(shè)備1的所有功能，并且具有與 固態(tài)成像設(shè)備1相同的基本配置和操作。
例如，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行如上所述的處理的程序可通過諸如非易失性半導(dǎo) 體存儲(chǔ)卡(如閃存、IC卡和微型卡)之類的記錄介質(zhì)924來分發(fā)?；蛘?，
可通過經(jīng)由諸如因特網(wǎng)之類的通信網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)器下載來獲得或更新該程序。
作為記錄介質(zhì)924的示例，諸如IC卡和微型卡之類的半導(dǎo)體存儲(chǔ)卡 可存儲(chǔ)在以上對實(shí)施例的描述中已經(jīng)描述的固態(tài)成像設(shè)備1中的處理的一 部分或全部功能。因此，可以提供程序或存儲(chǔ)程序的存儲(chǔ)介質(zhì)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，取決于設(shè)計(jì)要求和其他因素，可以進(jìn)行 各種修改、組合、子組合和變更，只要它們處于所附權(quán)利要求或其等同物 的范圍之內(nèi)。
本發(fā)明包含與2007年2月5日向日本專利局提交的日本專利申請JP 2007-025031相關(guān)的主題，這里通過引用將該申請的全部內(nèi)容并入。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像設(shè)備，包括比較裝置，用于將由像素部件獲得的像素信號(hào)與其值以步進(jìn)方式變化的基準(zhǔn)信號(hào)相比較；模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于將所述像素信號(hào)和所述基準(zhǔn)信號(hào)的大小關(guān)系通過所述比較裝置改變時(shí)的時(shí)間量作為數(shù)字值輸出；重置信號(hào)生成裝置，用于生成觸發(fā)重置操作的重置信號(hào)，該重置信號(hào)被輸入到所述比較裝置，以調(diào)節(jié)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置中的基準(zhǔn)；以及設(shè)置在所述重置信號(hào)生成裝置和所述比較裝置之間的波形處理裝置，用于增大所述重置信號(hào)的波形的鈍化度。
2. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述比較裝置被設(shè)置在所 述像素部件的每一列處。
3. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述波形處理裝置使用電 容器的負(fù)載。
4. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述波形處理裝置使用電 阻的負(fù)載。
5. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述波形處理裝置使用互 補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體反相器。
6. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述波形處理裝置使用互 補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體反相器；并且所述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體反相器中包括的P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體 和N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體的數(shù)目不同。
7. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述波形處理裝置使用互 補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體反相器；并且在所述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體反相器中包括的P溝道金屬氧化物半導(dǎo) 體或N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體中的任何一者中設(shè)置了用于操作控制的開關(guān)。
8. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述波形處理裝置使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體反相器；并且所述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體反相器驅(qū)動(dòng)直流源。
9. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述波形處理裝置使用設(shè) 置在所述重置信號(hào)生成裝置和所述比較裝置之間的導(dǎo)線的負(fù)載。
10. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述波形處理裝置被配置為在從所述重置信號(hào)生成裝置到所述比較裝置的布線路徑中，隨著與所 述重置信號(hào)生成裝置的距離減小而使導(dǎo)線的負(fù)載增大。
11. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述比較裝置被設(shè)置在所述像素部件的每一列處；并且從所述重置信號(hào)生成裝置到各列處的所述比較裝置的布線路徑的長度 相等。
12. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述波形處理裝置使用 所述比較裝置內(nèi)的電容器。
13. —種成像設(shè)備，包括比較裝置，用于將由像素部件獲得的像素信號(hào)與其值以步進(jìn)方式變化 的基準(zhǔn)信號(hào)相比較；模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于將所述像素信號(hào)和所述基準(zhǔn)信號(hào)的大小關(guān)系通過 所述比較裝置改變時(shí)的時(shí)間量作為數(shù)字值輸出；重置信號(hào)生成裝置，用于生成觸發(fā)重置操作的重置信號(hào)，該重置信號(hào) 被輸入到所述比較裝置，以調(diào)節(jié)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置中的基準(zhǔn)；設(shè)置在所述重置信號(hào)生成裝置和所述比較裝置之間的波形處理裝置， 用于增大所述重置信號(hào)的波形的鈍化度；以及控制裝置，用于至少控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置和所述重置信號(hào)生成裝置。
14. 一種固態(tài)成像設(shè)備，包括比較部件，其將由像素部件獲得的像素信號(hào)與其值以步進(jìn)方式變化的 基準(zhǔn)信號(hào)相比較；模數(shù)轉(zhuǎn)換部件，其將所述像素信號(hào)和所述基準(zhǔn)信號(hào)的大小關(guān)系通過所 述比較部件改變時(shí)的時(shí)間量作為數(shù)字值輸出；重置信號(hào)生成部件，其生成觸發(fā)重置操作的重置信號(hào)，該重置信號(hào)被 輸入到所述比較部件，以調(diào)節(jié)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換部件中的基準(zhǔn)；以及設(shè)置在所述重置信號(hào)生成部件和所述比較部件之間的波形處理部件， 該波形處理部件增大所述重置信號(hào)的波形的鈍化度。
15.—種成像設(shè)備，包括比較部件，其將由像素部件獲得的像素信號(hào)與其值以步進(jìn)方式變化的 基準(zhǔn)信號(hào)相比較；模數(shù)轉(zhuǎn)換部件，其將所述像素信號(hào)和所述基準(zhǔn)信號(hào)的大小關(guān)系通過所 述比較部件改變時(shí)的時(shí)間量作為數(shù)字值輸出；重置信號(hào)生成部件，其生成觸發(fā)重置操作的重置信號(hào)，該重置信號(hào)被輸入到所述比較部件，以調(diào)節(jié)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換部件中的基準(zhǔn)；設(shè)置在所述重置信號(hào)生成部件和所述比較部件之間的波形處理部件，該波形處理部件增大所述重置信號(hào)的波形的鈍化度；以及控制部件，其至少控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換部件和所述重置信號(hào)生成部件。
全文摘要
本發(fā)明提供了固態(tài)成像設(shè)備和成像設(shè)備。一種固態(tài)成像設(shè)備，包括比較裝置，用于將由像素部件獲得的像素信號(hào)與其值以步進(jìn)方式變化的基準(zhǔn)信號(hào)相比較；模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于將像素信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)的大小關(guān)系通過比較裝置改變時(shí)的時(shí)間量作為數(shù)字值輸出；重置信號(hào)生成裝置，用于生成觸發(fā)重置操作的重置信號(hào)，該重置信號(hào)被輸入到比較裝置，以調(diào)節(jié)模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置中的基準(zhǔn)；以及設(shè)置在重置信號(hào)生成裝置和比較裝置之間的波形處理裝置，用于增大重置信號(hào)的波形的鈍化度。
文檔編號(hào)H04N5/374GK101242478SQ20081000623
公開日2008年8月13日 申請日期2008年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月5日
發(fā)明者小關(guān)賢, 山形優(yōu)輝, 犬塚純一, 田島明里, 稻田喜昭, 菊地勝 申請人:索尼株式會(huì)社