專利名稱：固體攝像裝置、及其驅(qū)動(dòng)方法以及攝像機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的固體攝像裝置，尤其涉及按照被排列 為矩陣狀的多個(gè)像素的每一列而被設(shè)置了放大器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的固體 攝像裝置。
背景技術(shù)：
在能夠?qū)?yīng)色彩的固體攝像裝置(彩色圖像傳感器)中，需要與被攝 物體的色溫等的變化相對(duì)應(yīng)地調(diào)整白平衡。例如，由于光的種類(太陽(yáng)光 以及螢光燈等)而被攝物體的色彩會(huì)發(fā)生變化，因此，需要與這時(shí)的色溫 相對(duì)應(yīng)，在固體攝像裝置內(nèi)進(jìn)行處理，以便被攝物體的白色在圖像信號(hào)中 也為白色。
以往，為了調(diào)整白平衡，或者增加A/D轉(zhuǎn)換器的比特?cái)?shù)(分辨率)，并將 其中的1至2比特用作進(jìn)行白平衡調(diào)整時(shí)所使用的數(shù)字增益，或者利用因 每個(gè)色彩而不同的模擬增益來(lái)放大像素信號(hào)(例如，參照專利文獻(xiàn)l)，或 者通過(guò)改變并列A/D轉(zhuǎn)換器中成為參考電壓的斜坡波形的傾斜，來(lái)調(diào)整每 個(gè)色彩的并列A/D轉(zhuǎn)換器(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。
圖14是上述專利文獻(xiàn)1所公開的以往的固體攝像裝置的電路方框圖。 該固體攝像裝置包括多個(gè)像素Dll至D44，與各個(gè)像素相對(duì)應(yīng)，并按照 各個(gè)色彩檢測(cè)入射到光電轉(zhuǎn)換元件的光，并將與各個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的光電流 作為傳感器信號(hào)來(lái)輸出；可變電阻VR1至VR4，被設(shè)置在像素的輸出方， 且與偏置電源連接；開關(guān)SW1至SW4，從多個(gè)像素中選擇讀出傳感器信號(hào) 的像素；以及控制部，與被讀出的像素的色彩相對(duì)應(yīng)地改變可變電阻的電 阻值，并使讀出負(fù)載發(fā)生變化。該固體攝像裝置通過(guò)上述這樣的構(gòu)成，從 而分別調(diào)整各個(gè)像素的各個(gè)色彩的增益。
專利文獻(xiàn)1日本特開2005—318292號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2 日本特開2005—328135號(hào)公報(bào)然而，在以往的為了白平衡而增加AD轉(zhuǎn)換器的比特?cái)?shù)的方法中出現(xiàn) 的問(wèn)題是，例如像上述專利文獻(xiàn)2記載那樣，將斜坡波形用于參考信號(hào)， 從參考信號(hào)開始發(fā)生變化直到對(duì)應(yīng)的列的比較器示出像素信號(hào)和參考信號(hào) 一致為止，通過(guò)計(jì)數(shù)時(shí)鐘，從而在進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的方式中計(jì)數(shù)所花費(fèi)的時(shí) 間就會(huì)增加。例如，要增加l比特，AD轉(zhuǎn)換時(shí)間就要增加兩倍，這樣就阻 礙了幀率的高速化。并且，對(duì)于多比特化，可以考慮到采用多個(gè)上述的比 較器電路并進(jìn)行并列處理，在這種情況下，由于電路規(guī)模的增大而出現(xiàn)的 問(wèn)題是，芯片面積增大或耗電量增大等。另外，要增加AD轉(zhuǎn)換器的比特 數(shù)，還考慮到可以使用于轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘的頻率增大，從而出現(xiàn)的問(wèn)題是，時(shí) 鐘的速度達(dá)到極限或者因高速驅(qū)動(dòng)而造成的耗電量增加。
并且，在上述的專利文獻(xiàn)1的技術(shù)中，需要與讀出像素所擔(dān)負(fù)的色彩 相對(duì)應(yīng)，適當(dāng)?shù)馗淖兛勺冸娮鑆R1至VR4的電阻值，或者切換開關(guān)SW1 至SW4等復(fù)雜的控制。
并且，在上述的專利文獻(xiàn)2的技術(shù)中出現(xiàn)的問(wèn)題是，通過(guò)改變斜坡波 形的傾斜從而按照各個(gè)色彩來(lái)調(diào)整增益，在需要大的增益的情況下，需要 使斜坡波形的傾斜變得非常小，這樣就會(huì)使用于比較像素信號(hào)和參考信號(hào) 的1比特的比較電壓變小，也就是說(shuō)使加權(quán)電壓變小，從而造成AD轉(zhuǎn)換 時(shí)的誤差增大，S/N比(信/噪比)變差。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明鑒于上述的問(wèn)題，目的在于提供一種固體攝像裝置等， 其可以在不必進(jìn)行諸如按照讀出像素改變可變電阻的電阻值或切換開關(guān)等 復(fù)雜的控制，且不會(huì)使AD轉(zhuǎn)換中的S/N比變差的情況下，使各個(gè)色彩的 增益最佳化。
為了達(dá)成上述的目的，本發(fā)明所涉及的固體攝像裝置包括多個(gè)像素, 被排列為矩陣狀；列放大器，在所述矩陣的每一列至少被設(shè)置一個(gè)，對(duì)從 構(gòu)成對(duì)應(yīng)的列的像素輸出的信號(hào)進(jìn)行放大，所述列放大器為多個(gè)；以及列 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，被設(shè)置于每個(gè)所述列放大器，對(duì)從對(duì)應(yīng)的列放大器輸出 的信號(hào)進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，所述列模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器為多個(gè)；所述多個(gè)像素 的每一個(gè)輸出與多個(gè)色彩中的某一個(gè)色彩的光的強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的信號(hào)；多個(gè)
所述列放大器的每一個(gè)被設(shè)置成與所述多個(gè)色彩的某一個(gè)相對(duì)應(yīng)，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大，該輸出信號(hào)是從構(gòu)成對(duì)應(yīng)的列的像素中的、與所述多個(gè)色 彩中的某一個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的所有的像素輸出的信號(hào)。據(jù)此，由于按照每個(gè)
色彩分別設(shè)置了列放大器，因此可以回避在僅由模擬數(shù)字(AD)轉(zhuǎn)換器進(jìn) 行白平衡調(diào)整而造成的速度降低以及S/N比變差，并且，不必進(jìn)行諸如按 照讀出像素改變可變電阻的電阻值或切換開關(guān)等復(fù)雜的控制。
在此，最好是，所述多個(gè)像素被排列成至少在每一列包括與多個(gè)色彩 相對(duì)應(yīng)的像素；所述列放大器在所述矩陣的每一列被設(shè)置多個(gè)；在所述矩 陣的每一列設(shè)置的多個(gè)列放大器的一個(gè)對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大，該輸出信號(hào) 是從對(duì)應(yīng)的列所包含的多個(gè)色彩所對(duì)應(yīng)的像素中的、與一個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的 像素輸出的信號(hào)；在所述矩陣的每一列設(shè)置的多個(gè)列放大器的另外的一個(gè) 對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大，該輸出信號(hào)是從所對(duì)應(yīng)的列所包含的多個(gè)色彩所對(duì) 應(yīng)的像素中的、與另外的一個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的像素輸出的信號(hào)。據(jù)此，在拜 爾排列的彩色濾光片等中，由于每一列的像素包含了兩種色彩，因此通過(guò) 在攝像面的上下兩個(gè)區(qū)域設(shè)置列放大器，以便能夠更加適合于拜爾排列的 彩色濾光片等。
并且，關(guān)于列信號(hào)線的設(shè)置也可以是，來(lái)自構(gòu)成所述矩陣的列的像素 的輸出信號(hào)至少在每一列，至少通過(guò)多個(gè)列信號(hào)線中的某一個(gè)，被連接于 與該列相對(duì)應(yīng)而設(shè)置的多個(gè)列放大器的輸入端子；與構(gòu)成所述矩陣的列的 多個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的像素中的、與一個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的像素，通過(guò)所述多個(gè)列 信號(hào)線中的一個(gè)列信號(hào)線，將信號(hào)輸出到對(duì)應(yīng)的列放大器；與構(gòu)成所述矩 陣的列的多個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的像素中的、與另外的一個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的像素， 通過(guò)所述多個(gè)列信號(hào)線的另外的一個(gè)列信號(hào)線，將信號(hào)輸出到對(duì)應(yīng)的列放 大器；來(lái)自構(gòu)成所述矩陣的列的像素的輸出信號(hào)至少在每一列，通過(guò)共同 的列信號(hào)線，被連接于與該列相對(duì)應(yīng)而設(shè)置的多個(gè)列放大器的輸入端子； 與構(gòu)成所述矩陣的列的多個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的像素中的、與一個(gè)的色彩相對(duì)應(yīng) 的像素和與另外的一個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的像素，以時(shí)分的方式，通過(guò)所述列信 號(hào)線，將信號(hào)輸出到對(duì)應(yīng)的列放大器。
并且，關(guān)于平面設(shè)置最好是，所述固體攝像裝置被形成在一個(gè)半導(dǎo)體 襯底上；在所述矩陣的每一列設(shè)置的多個(gè)列放大器分別被設(shè)置于，形成有 電路的所述半導(dǎo)體襯底的上面的不同的區(qū)域，以使形成有所述多個(gè)像素的 區(qū)域被夾在所述不同的區(qū)域的中間。并且，最好是，所述多個(gè)列放大器的每一個(gè)根據(jù)來(lái)自外部的指示，從 多個(gè)增益中選擇一個(gè)增益，并以選擇的增益來(lái)放大所述信號(hào)。例如，最好 是，所述固體攝像裝置還具有多個(gè)控制線，該多個(gè)控制線用于，針對(duì)所述 多個(gè)列放大器中的、與同一個(gè)所述色彩相對(duì)應(yīng)的列放大器，指示相同的增 益。據(jù)此，能夠按照各個(gè)色彩所對(duì)應(yīng)的列放大器分別設(shè)定增益，并能夠進(jìn) 行白平衡調(diào)整。
并且，也可以是，所述固體攝像裝置還包括參考信號(hào)生成部，生成隨 著時(shí)間而單調(diào)變化的斜坡波形；所述多個(gè)列模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的每一個(gè)具有 比較器和計(jì)數(shù)器部，所述比較器被設(shè)置成與所述像素的陣列的各個(gè)列相對(duì) 應(yīng)，并對(duì)從對(duì)應(yīng)的列的像素輸出的像素信號(hào)和由所述參考信號(hào)生成部生成 的參考信號(hào)進(jìn)行比較；所述計(jì)數(shù)器部，從所述參考信號(hào)生成部使參考信號(hào) 開始發(fā)生變化直到所對(duì)應(yīng)的列的比較器示出像素信號(hào)和參考信號(hào)一致為 止，對(duì)輸入的時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)；所述參考信號(hào)生成部根據(jù)來(lái)自外部的指示， 使產(chǎn)生的參考信號(hào)的斜坡波形中的傾斜發(fā)生變化。此時(shí)，也可以是，所述 固體攝像裝置具有多個(gè)參考信號(hào)生成部，該多個(gè)參考信號(hào)生成部生成與所 述多個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的多個(gè)斜坡波形；所述比較器，對(duì)由所述多個(gè)參考信號(hào) 生成部所生成的所述多個(gè)色彩所對(duì)應(yīng)的多個(gè)參考信號(hào)之中的一個(gè)和所述像 素信號(hào)進(jìn)行比較；所述固體攝像裝置還具有控制部，該控制部用于對(duì)所述 多個(gè)參考信號(hào)生成部的每一個(gè)指示所述斜坡波形的傾斜。據(jù)此，不僅能夠 調(diào)整列放大器的增益，而且還能夠調(diào)整AD轉(zhuǎn)換的增益，因此能夠進(jìn)行更 高精確度地白平衡調(diào)整。
在此，最好是，所述控制部，通過(guò)對(duì)所述多個(gè)列放大器指示增益，從 而對(duì)來(lái)自所述像素的輸出信號(hào)進(jìn)行粗調(diào)的放大率控制，并且，通過(guò)對(duì)所述 多個(gè)參考信號(hào)生成部指示斜坡波形的傾斜，從而對(duì)來(lái)自所述像素的輸出信 號(hào)進(jìn)行微調(diào)的放大率控制。據(jù)此，通過(guò)進(jìn)行粗調(diào)和微調(diào)，從而能夠進(jìn)行更 精確地白平衡調(diào)整，并且，通過(guò)互補(bǔ)地進(jìn)行兩個(gè)調(diào)整，因此能夠回避伴隨 增益的變更而造成的圖像的紊亂。
并且，本發(fā)明不僅可以作為固體攝像裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且可以作為內(nèi)藏 了固體攝像裝置的攝像機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，還可以作為固體攝像裝置的驅(qū)動(dòng)方法來(lái) 實(shí)現(xiàn)。
通過(guò)本發(fā)明所涉及的固體攝像裝置，可以在不必進(jìn)行諸如按照讀出像素改變可變電阻的電阻值或切換開關(guān)等復(fù)雜的控制，且不會(huì)使AD轉(zhuǎn)換中 的S/N比變差的情況下，使各個(gè)色彩的增益最佳化。
因此，可以在不必使處理速度降低，以及不必使S/N比變差的情況下， 按照被攝物體的色溫來(lái)進(jìn)行適當(dāng)?shù)匕灼胶庹{(diào)整，因此，對(duì)于需要高像素、 高S/N比、低耗電量且能夠高速攝像的數(shù)碼相機(jī)以及帶有攝像機(jī)的移動(dòng)電 話已經(jīng)非常普及的市場(chǎng)，實(shí)用價(jià)值非常高。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1中的固體攝像裝置的電路方框圖。 圖2是像素的詳細(xì)電路圖。
圖3是圖1中的一對(duì)列放大器和列AD轉(zhuǎn)換器的詳細(xì)電路圖。
圖4(a)是列放大器的詳細(xì)電路方框圖。(b)是以晶體管來(lái)構(gòu)成(a)所示的
放大器時(shí)的列放大器的詳細(xì)電路圖。
圖5(a)是本實(shí)施例中的固體攝像裝置的控制部的構(gòu)成的電路方框圖。(b)
示出了攝像面的塊分割。
圖6是用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例1中的固體攝像裝置的工作的圖。
圖7是由控制部對(duì)用于白平衡的增益調(diào)整進(jìn)行控制的順序的流程圖。
圖8示出了針對(duì)色溫而設(shè)定的白平衡的例子。
圖9是實(shí)施例1中的變形例所涉及的固體攝像裝置的電路方框圖。
圖10是本發(fā)明的實(shí)施例2中的固體攝像裝置的電路方框圖。
圖11是實(shí)施例2所涉及的固體攝像裝置的電路方框圖。
圖12是內(nèi)藏了本發(fā)明所涉及的固體攝像裝置的攝像機(jī)的功能方框圖。
圖13是該攝像機(jī)的外觀圖的一個(gè)例子。
圖14是以往的固體攝像裝置的電路方框圖。
符號(hào)說(shuō)明
1、 la、 2、 2a 固體撮像裝置 10像素
11至13列信號(hào)線
20、 20a至20e、 50、 50 a至50e列放大器 21放大器22增益切換部
30、 30 a至30e、 60
31、 31 a至31e、 61
32、 32 a至32e、 62 40水平掃描電路 80垂直掃描電路 卯a(chǎn) 、 90b、 91至94斜波發(fā)生部 100控制部
101塊平均值計(jì)算部 102數(shù)據(jù)處理部
具體實(shí)施例方式
以下，利用附圖對(duì)本發(fā)明所涉及的固體攝像裝置的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
(實(shí)施例l ) 首先，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例l進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1中的固體攝像裝置1的電路方框圖。該固體 攝像裝置1是具有被形成在一個(gè)半導(dǎo)體襯底上的、將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的多 個(gè)像素10的彩色圖像傳感器，所具有的特點(diǎn)是，具有例如針對(duì)RGB(紅、 藍(lán)、綠)等各個(gè)色彩而獨(dú)立的多個(gè)列放大器20(20a至20e)以及50(50a至50e)， 并且具有針對(duì)各個(gè)色彩而獨(dú)立的多個(gè)列AD轉(zhuǎn)換器30(31a至31e、32a至32e) 以及60(61a至61e、 62a至62e)，該多個(gè)列AD轉(zhuǎn)換器30以及60中具有， 對(duì)信號(hào)進(jìn)行比較的比較器部31(31a至31e)以及61(61a至61e)和通過(guò)在比較 器31以及61對(duì)像素信號(hào)和斜波進(jìn)行比較來(lái)計(jì)數(shù)到規(guī)定時(shí)間為止的時(shí)鐘的 計(jì)數(shù)器部32(32a至32e)以及62(62a至62e)，且該固體攝像裝置1還包括 斜波發(fā)生部90a以及卯b、水平掃描電路40以及70、以及垂直掃描電路80。
像素10是將RGB中的某一個(gè)光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的MOS型圖像傳感器 等，該像素10被配置成矩陣狀，從而構(gòu)成攝像面(攝像部)。如圖2所示， 各個(gè)像素10包括光電二極管(PD)10a，對(duì)入射的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生電 荷；信號(hào)轉(zhuǎn)換部(浮動(dòng)擴(kuò)散FD) 10d，蓄積在PD10a產(chǎn)生的電荷，并將 蓄積的電荷作為電壓信號(hào)輸出；復(fù)位晶體管10c，使FD10d所示出的電壓
、60 a至60e列AD (模數(shù))轉(zhuǎn)換器 、61 a至61e 比較器 、62a至62e計(jì)數(shù)器復(fù)位為初始電壓(在此為VDD);傳輸晶體管10b，將在PD10a產(chǎn)生的電荷 傳輸?shù)紽D10d;放大晶體管10e，輸出追隨FD10d所示的電壓而變化的電 壓；選擇晶體管10f，在從行選擇線10g接受了行選擇信號(hào)時(shí)，將放大晶體 管10e的輸出輸出到列信號(hào)線11以及12;以及彩色濾光片等，與透過(guò)彩色 濾光片的光的強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)被輸出到列信號(hào)線11以及12。如圖1所 示，彩色濾光片例如以拜爾排列方式被配置，以一個(gè)紅色濾光片(R)和兩個(gè) (第一以及第二)綠色濾光片(Gr、 Gb)以及一個(gè)藍(lán)色濾光片(B)為一組，并 且，這樣的組被配置成二維狀。
在此，各個(gè)像素IO和列信號(hào)線11的連接如以下所述。gp，如圖1所 示，在被配置成矩陣狀的像素10，每一列被設(shè)置了與紅、綠、藍(lán)(RGB) 色分別對(duì)應(yīng)的兩條列信號(hào)線11以及12。也就是說(shuō)，這兩條列信號(hào)線11以 及12分別與擔(dān)負(fù)構(gòu)成這個(gè)列的兩個(gè)色彩的像素10中、同一個(gè)色彩的所有 的像素10相連接。例如，如圖1所示，在最左邊的第一列中，構(gòu)成第一列 的所有第一綠色(圖中的"Gr")的像素10與列信號(hào)線11相連接，構(gòu)成第 一列的所有藍(lán)色(圖中的"B")的像素10與列信號(hào)線12連接。這是因?yàn)椋?需要按照各個(gè)色彩來(lái)采用不同的列放大器和列AD轉(zhuǎn)換器，并以獨(dú)立的列 放大器增益和列AD轉(zhuǎn)換器增益，放大并處理信號(hào)的緣故。
列放大器20以及50是可變?cè)鲆娣糯笃?，其根?jù)來(lái)自外部的指示從多 個(gè)增益中選擇一個(gè)增益，并以被選擇出的增益對(duì)來(lái)自像素10的輸出信號(hào)進(jìn) 行放大，并且，列放大器20以及50與RGB的每個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)，在像素10 的每一列上設(shè)置兩個(gè)。
該列放大器20以及50分別被配置在形成有電路的半導(dǎo)體襯底的上面 的不同的區(qū)域(像素的上部區(qū)域以及下部區(qū)域)，形成像素10的區(qū)域被夾 在這個(gè)不同的區(qū)域(像素的上部區(qū)域以及下部區(qū)域)中間。也就是說(shuō)，位 于像素10的上部區(qū)域的列放大器20對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，該將要被放大的信 號(hào)是通過(guò)列信號(hào)線11，從與該列放大器20所對(duì)應(yīng)的列中所包含的兩個(gè)色彩 相對(duì)應(yīng)的像素10中的、與一方的色彩(Gr以及R)相對(duì)應(yīng)的像素10輸出 的信號(hào)；并且，位于像素10的下部區(qū)域的列放大器50對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大， 該將要被放大的信號(hào)是通過(guò)列信號(hào)線12，從與該列放大器50所對(duì)應(yīng)的列中 所包含的兩個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的像素10中的、與另外一方的色彩(B以及Gb) 相對(duì)應(yīng)的像素IO輸出的信號(hào)。另外，在該固體攝像裝置1中設(shè)置了多個(gè)控制線(增益控制線1至4)， 該多個(gè)控制線用于，對(duì)多個(gè)列放大器20以及50中的、與同一色彩相對(duì)應(yīng) 的列放大器20以及50，指示共同的列放大器增益。也就是說(shuō)，增益控制線 l是對(duì)列放大器20a、 20c以及20e指示共同的列放大器增益的控制線，在 此，列放大器20a、 20c以及20e是對(duì)來(lái)自所有的第一綠色(Gr)所對(duì)應(yīng)的像 素10的輸出信號(hào)進(jìn)行放大的列放大器；增益控制線2是對(duì)列放大器20b以 及20d指示共同的列放大器增益的控制線，在此，列放大器20b以及20d 是對(duì)來(lái)自所有的紅色(R)所對(duì)應(yīng)的像素10的輸出信號(hào)進(jìn)行放大的列放大器； 增益控制線3是對(duì)列放大器50a、 50c以及50e指示共同的列放大器增益的 控制線，在此，列放大器50a、 50c以及50e是對(duì)來(lái)自所有的藍(lán)色所對(duì)應(yīng)的 像素10的輸出信號(hào)進(jìn)行放大的列放大器；增益控制線4是對(duì)列放大器50b 以及50e指示共同的列放大器增益的控制線，在此，列放大器50b以及50e 是對(duì)來(lái)自所有的第二綠色(Gb)所對(duì)應(yīng)的像素10的輸出信號(hào)進(jìn)行放大的列 放大器。
斜波發(fā)生部90a以及90b是用于產(chǎn)生用于AD轉(zhuǎn)換的、在時(shí)間上單調(diào)變 化的斜坡波形的參考信號(hào)的參考信號(hào)生成部，其能夠根據(jù)來(lái)自外部(后述 的控制部100)的指示，為變更在列AD轉(zhuǎn)換器30以及60的列AD轉(zhuǎn)換器 增益，而使斜坡波形的傾斜發(fā)生變化。例如，該斜波發(fā)生部90a以及90b 產(chǎn)生按照一定的頻率而遞增的數(shù)字值，對(duì)該各個(gè)數(shù)字值進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，并 使其通過(guò)低通濾波器從而得到模擬電壓，并通過(guò)輸出該模擬電壓，從而產(chǎn) 生斜波，通過(guò)按照來(lái)自外部的指示來(lái)變更上述頻率，從而變更斜波的傾斜。
并且，在本實(shí)施例中，設(shè)置了兩個(gè)斜波發(fā)生部，即90a以及90b，不過(guò) 本發(fā)明所涉及的固體攝像裝置也可以由一個(gè)斜波發(fā)生部構(gòu)成。即，也可以 是，來(lái)自一個(gè)共同的斜波發(fā)生部的斜波被同樣地輸入到所有的列AD轉(zhuǎn)換 器30以及60。關(guān)于選擇哪樣的構(gòu)成，可以根據(jù)列AD轉(zhuǎn)換器增益控制的靈 活性和電路規(guī)模的折衷關(guān)系的觀點(diǎn)來(lái)決定。
列AD轉(zhuǎn)換器30以及60分別被設(shè)置在與RGB的各個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)而被 配置的列放大器20以及50，是對(duì)從對(duì)應(yīng)的列放大器20以及50輸出的信號(hào) 進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的電路。列AD轉(zhuǎn)換器30以及60分別具有比較器31(31a至 31e)以及61(61a至61e)和計(jì)數(shù)器32(32a至32e)以及62(62a至62e)，所述比 較器31(31a至31e)以及61(61a至61e)對(duì)來(lái)自斜波發(fā)生部90a以及90b的參考信號(hào)和來(lái)自對(duì)應(yīng)的列放大器20以及50的輸出信號(hào)進(jìn)行比較，所述計(jì)數(shù) 器32(32a至32e)以及62(62a至62e)根據(jù)在比較器31以及61對(duì)像素信號(hào)和 斜波所進(jìn)行的比較，來(lái)計(jì)數(shù)到規(guī)定時(shí)間為止的時(shí)鐘。另外，計(jì)數(shù)時(shí)鐘的期 間是指，例如從使斜波開始變化直至對(duì)應(yīng)的列的比較器示出像素信號(hào)和參 考信號(hào)一致為止的這段時(shí)間。
水平掃描電路40以及70是分別將控制信號(hào)輸出到計(jì)數(shù)器32以及62 的讀出控制電路，所述控制信號(hào)用于對(duì)計(jì)數(shù)器32以及62所鎖存的數(shù)字值 依次進(jìn)行水平方向的掃描并輸出。據(jù)此，由計(jì)數(shù)器32鎖存的數(shù)字值與從水 平掃描電路40輸出的控制信號(hào)同步，作為數(shù)字輸出—A被依次輸出；另外， 由計(jì)數(shù)器62鎖存的數(shù)字值與從水平掃描電路70輸出的控制信號(hào)同步，作 為數(shù)字輸出一B被依次輸出。
垂直掃描電路80是將控制信號(hào)(行選擇信號(hào))輸出到各個(gè)像素10的 讀出控制電路，所述控制信號(hào)(行選擇信號(hào))用于對(duì)被配置為矩陣狀的像 素IO，以行為單位，在垂直方向上依次使在像素10得到的信號(hào)輸出到列放 大器20以及50。并且，在本實(shí)施例中，由于像素10每一行與列信號(hào)線11 或12交替地連接，因此，也可以以兩行為單位(同時(shí)選擇奇數(shù)行以及偶數(shù) 行的方式)進(jìn)行垂直掃描。
圖3是將圖1中的一對(duì)列放大器20(50)和列AD轉(zhuǎn)換器(在此僅示出輸 入部分的比較器31(61))提取出來(lái)的電路圖。在該固體攝像裝置1中，按 每一列的像素IO、并按各個(gè)色彩(R、 Gr、 Gb、 B)，設(shè)置了本圖所示的一 個(gè)列放大器20(50)和一個(gè)列AD轉(zhuǎn)換器(在此僅示出輸入部分的比較器 31(61))。列放大器20(50)包括放大器21和增益切換部22。增益切換部22 根據(jù)來(lái)自增益控制線1(2至4)的指示，將列放大器20的增益，例如以電壓 放大為0至12dB的范圍(1.5dB步長(zhǎng))來(lái)切換增益。另外，12dB相當(dāng)于 AD轉(zhuǎn)換中的2個(gè)比特(分辨度)，且12dB是為了白平衡以及將列放大器 20(50)的輸出信號(hào)最佳化為與列AD轉(zhuǎn)換器30(60)的輸入范圍的滿量程接近 的電壓時(shí)所需要的增益。
圖4(a)是列放大器20(50)的詳細(xì)電路方框圖。在此，示出了圖3所示的 增益切換部22的詳細(xì)電路圖。增益切換部22包括按照來(lái)自增益控制線 1(2—4)的指示而能夠成為導(dǎo)通狀態(tài)的四個(gè)晶體管22a至22d，以及決定增益 的四個(gè)電容器22e至22h。三個(gè)晶體管22a至22c分別是將對(duì)應(yīng)的電容器22e至22g作為放大器21的反饋電容器來(lái)連接的開關(guān)晶體管。按照三個(gè)晶體管 22a至22c中成為導(dǎo)通狀態(tài)的晶體管的組合(八種)，決定放大器21的總反 t貴電容量Cfb，這樣，如以下的公式所示，列放大器20(50)的增益Gain成 為輸入用電容器22h的電容量Cin和總反饋電容量Cfb的比。 Gain-Cin/Cfb
這樣，就決定了例如O至12dB的范圍(1.5dB步長(zhǎng)的8個(gè)階段)的增 益。另外，晶體管22d是一開關(guān)晶體管，用于在列放大器20(50)的放大工 作開始之前等，通過(guò)使放大器21的輸入輸出端子短路，來(lái)使列放大器20(50) 復(fù)位。
圖4(b)示出了以晶體管來(lái)構(gòu)成圖4(a)所示的放大器21時(shí)的列放大器20 以及50的詳細(xì)電路例子。在此，示出的例子是，以一對(duì)CMOS晶體管(PMOS 晶體管21a和NMOS晶體管21b)來(lái)構(gòu)成圖4(a)所示的放大器21。 NMOS 晶體管21b是放大用晶體管，PM0S晶體管21a是負(fù)載(恒流電源)。
圖5(a)是本實(shí)施例中的固體攝像裝置1所具有的控制部100的構(gòu)成電路 方框圖。該控制部100是內(nèi)部控制塊或DSP等，具體而言，為了進(jìn)行用于 白平衡增益調(diào)整，通過(guò)將增益指示給列放大器20以及50，從而對(duì)來(lái)自像素 10的輸出信號(hào)進(jìn)行粗調(diào)的放大范圍(列放大器增益)的控制，并且，通過(guò) 將斜坡波形的傾斜指示給斜波發(fā)生部90a以及90b，從而對(duì)來(lái)自像素10的 輸出信號(hào)進(jìn)行微調(diào)的放大范圍(列AD轉(zhuǎn)換器增益)的控制，在此，該控 制部100在功能上包括塊平均值算出部101和數(shù)據(jù)處理部102。
塊平均值算出部101通過(guò)監(jiān)視從計(jì)數(shù)器32以及62輸出的數(shù)字值，從 而針對(duì)將攝像面劃分為多個(gè)區(qū)域(塊)時(shí)的各個(gè)塊(參照?qǐng)D5(b)),算出各 個(gè)色彩(R、 Gr、 Gb、 B)的數(shù)字值的平均值(Bmn—R、 Bmn—Gr、 Bmn—Gb、 Bmn一B)。
數(shù)據(jù)處理部102利用在塊平均值算出部101得到的各個(gè)色彩的平均值， 計(jì)算R/G比以及B/G比，并從算出的R/G比以及B/G比中抽出最接近于白 色的塊，接著，計(jì)算出抽出的塊中的白平衡系數(shù)Wb，并與前一幀中的白平 衡系數(shù)Wb進(jìn)行比較，據(jù)此來(lái)判斷是否進(jìn)行白平衡的控制，在進(jìn)行白平衡 的控制的情況下，進(jìn)行上述的粗調(diào)以及微調(diào)的增益控制(即，通過(guò)增益控 制線1—4等，對(duì)列放大器20和50以及斜波發(fā)生部90a和90b輸出增益的 指示wLR、 wb_Gr、 wb—Gb、 wb_B)。詳細(xì)的工作待以后用流程圖來(lái)說(shuō)明。以下，對(duì)具有以上構(gòu)成的本發(fā)明的實(shí)施例中的固體攝像裝置1的工作 進(jìn)行說(shuō)明。
首先，在信號(hào)從像素10被讀出之前，通過(guò)來(lái)自控制部100的指示，來(lái) 決定列放大器20和50的增益，以及由斜波發(fā)生部90a和90b產(chǎn)生的斜波 的傾斜。
也就是說(shuō)，根據(jù)來(lái)自增益控制線1的指示，來(lái)決定列放大器20a、 20c 以及20e的增益，該列放大器20a、 20c以及20e對(duì)來(lái)自與所有的第一綠色 (Gr)相對(duì)應(yīng)的像素10的輸出信號(hào)進(jìn)行放大；根據(jù)來(lái)自增益控制線2的指 示，來(lái)決定列放大器20b以及20d的增益，該列放大器20b以及20d對(duì)來(lái) 自與所有的紅色(R)相對(duì)應(yīng)的像素10的輸出信號(hào)進(jìn)行放大；根據(jù)來(lái)自增 益控制線3的指示，來(lái)決定列放大器50a、 50c、 50e的增益，該列放大器 50a、 50c、 50e對(duì)來(lái)自與所有的藍(lán)色(B)相對(duì)應(yīng)的像素10的輸出信號(hào)進(jìn)行 放大；根據(jù)來(lái)自增益控制線4的指示，來(lái)決定列放大器50b以及50e的增 益，該列放大器50b以及50e對(duì)來(lái)自與所有的第二綠色(Gb)相對(duì)應(yīng)的像 素10的輸出信號(hào)進(jìn)行放大。
并且，根據(jù)從控制部100向連接的斜波發(fā)生部90a以及90b的控制線 (圖中未示出的控制線)發(fā)出的指示，斜波發(fā)生部90a以及90b所產(chǎn)生的 斜波的傾斜被決定。
并且，在光在各個(gè)像素10被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的情況下，在各個(gè)像素10 所得到的電信號(hào)通過(guò)列信號(hào)線11以及12被讀出，并被輸入到列放大器20 以及50。在該讀出工作中，根據(jù)垂直掃描電路80的控制信號(hào)，在被排列成 矩陣狀的像素10，按照各個(gè)行(或者每?jī)尚?，例如從上邊的行向下邊的行 (垂直方向)，在像素10得到的信號(hào)被依次地輸入到列放大器20以及50。 此時(shí)，在一行的像素10的讀出中，來(lái)自與所有的第一綠色(Gr)相對(duì)應(yīng)的 像素10的信號(hào)被輸入到列放大器20a、 20c以及20e，來(lái)自與所有的紅色相 對(duì)應(yīng)的像素10的信號(hào)被輸入到列放大器20b以及20d，來(lái)自與所有的藍(lán)色 (B)相對(duì)應(yīng)的像素10的信號(hào)被輸入到列放大器50a、 50c以及50e,與來(lái) 自所有的第二綠色(Gb)相對(duì)應(yīng)的像素10的信號(hào)被輸入到列放大器50b以 及50e。這樣，從各個(gè)像素10被讀出的信號(hào)被輸入到與該像素所在的列相 對(duì)應(yīng)的專用的列放大器20以及50。
接著，從列放大器20以及50輸出的信號(hào)，被輸入到在每個(gè)列放大器20以及50上設(shè)置的列AD轉(zhuǎn)換器30以及60，如圖6所示那樣，被AD轉(zhuǎn) 換。并且，在圖6中示出了，從列放大器20以及50輸出的像素信號(hào)(在 此所示的例子是，四種電壓值Gl至G4)和斜波(RAMP)被比較，且在 此期間(從斜波開始上升直到斜波和像素信號(hào)一致為止的期間)的時(shí)鐘數(shù) 被計(jì)數(shù)。
具體而言，在從列放大器20以及50輸出的信號(hào)被輸入到比較器31以 及61時(shí)，斜波發(fā)生部90a以及90b產(chǎn)生斜波，比較器31以及61對(duì)這兩個(gè) 信號(hào)(來(lái)自列放大器的輸出信號(hào)和斜波)進(jìn)行比較。與此同時(shí)，計(jì)數(shù)器32 以及62使一定頻率的時(shí)鐘計(jì)數(shù)(時(shí)間計(jì)測(cè))與斜波的產(chǎn)生同步開始，當(dāng)在 比較器31以及61檢測(cè)出兩個(gè)輸入信號(hào)一致時(shí)停止計(jì)數(shù)，并保持此時(shí)的計(jì) 數(shù)值。這樣，與來(lái)自列放大器的輸出信號(hào)的電壓相對(duì)應(yīng)的數(shù)字值被保持到 計(jì)數(shù)器32以及62。
并且，各個(gè)計(jì)數(shù)器32以及62中所保持的數(shù)字值通過(guò)來(lái)自水平掃描電 路40以及70的控制信號(hào)，作為數(shù)字輸出一A以及數(shù)字輸出—B被依次掃描輸 出。
圖7是控制部IOO對(duì)用于白平衡的增益調(diào)整進(jìn)行控制的流程圖。在此， 示出的是以幀為單位的控制部100的處理。
首先，塊平均值算出部101通過(guò)監(jiān)視從計(jì)數(shù)器32以及62輸出的數(shù)字 值，從而對(duì)攝像面的各個(gè)塊算出各個(gè)色彩(R、 Gr、 Gb、 B)的數(shù)字值的平均 值(Bmn—R、 Bmn一Gr、 Bmn_Gb、 Bmn—B)(SIO)。
之后，數(shù)據(jù)處理部102利用在塊平均值算出部101得到的各個(gè)色彩的 平均值，按照?qǐng)D中所示的公式，計(jì)算R/G比以及B/G比(Sll)，并從算出 的R/G比以及B/G比中抽出最接近白色的塊(S12)。例如，將R/G比以及 B/G比中接近于1的塊作為最接近于白色的塊來(lái)抽出。
接著，數(shù)據(jù)處理部102利用各個(gè)色彩(R、 Gr、 Gb、 B)的數(shù)字值的平 均值(Bav^R、 Bave_Gr、 Bave_Gb、 Bave一B)，按照?qǐng)D中所示的公式，針對(duì) 抽出的塊算出各個(gè)色彩的白平衡系數(shù)(wt^R、 wb_Gr、 wb—Gb、 wb一B)(S13)。 并且，數(shù)據(jù)處理部102通過(guò)和前一幀中的白平衡系數(shù)進(jìn)行比較，來(lái)判斷是 否進(jìn)行白平衡控制(S14)。例如，僅在當(dāng)前的幀和前一幀中的白平衡系數(shù) 的比超過(guò)1.5dB的色彩只有一個(gè)的情況下，判斷為進(jìn)行白平衡的控制。
結(jié)果是，只有在判斷為進(jìn)行白平衡控制的情況下(S14的"是")，數(shù)據(jù)處理部102通過(guò)將增益指示給需要控制的色彩所對(duì)應(yīng)的列放大器20以及 50，從而對(duì)來(lái)自像素10的輸出信號(hào)進(jìn)行粗調(diào)的放大控制，并且，通過(guò)將斜 波波形的傾斜指示給需要控制的色彩所對(duì)應(yīng)的列AD轉(zhuǎn)換器30以及60的 斜波發(fā)生部90a以及卯b，從而對(duì)來(lái)自像素10的輸出信號(hào)進(jìn)行微調(diào)的放大 控制(S15)。此時(shí)，進(jìn)行粗略以及細(xì)微控制，以使列放大器20以及50的 輸出信號(hào)成為接近于列AD轉(zhuǎn)換器30以及60的輸入范圍的滿量程的電壓。 在此，由于急劇地增益變化會(huì)使圖像紊亂，因此，例如在以粗調(diào)控制使增 益上升(例如，+3dB)的情況下，首先，只將相當(dāng)于該上升的增益量的負(fù) 的增益設(shè)定在微調(diào)的增益控制，逐漸地使該負(fù)的增益返回到正的一側(cè)，以 這種形式來(lái)使增益發(fā)生變化。通過(guò)反復(fù)進(jìn)行這樣的粗調(diào)以及微調(diào)的控制， 來(lái)對(duì)需要控制的色彩所對(duì)應(yīng)的列放大器20以及50和列AD轉(zhuǎn)換器30以及 60進(jìn)行增益控制。
另外，在本實(shí)施例中，由于斜波發(fā)生部卯a(chǎn)以及90b是每隔兩個(gè)色彩 設(shè)定一個(gè)比例的，因此，列AD轉(zhuǎn)換器30以及60的增益不是按照各個(gè)色 彩完全獨(dú)立的。因此，對(duì)于微調(diào)進(jìn)行的調(diào)整是，針對(duì)列AD轉(zhuǎn)換器所對(duì)應(yīng) 的兩個(gè)色彩設(shè)定增益的平均值等。
在此，針對(duì)色溫的白平衡的具體的增益設(shè)定例子如圖8所示。在該圖 中，橫軸表示色溫，縱軸表示將綠色的信號(hào)作為0dB時(shí)的紅色(Wh一Red) 以及藍(lán)色(Wh_Blue)的信號(hào)的強(qiáng)度(增益)。在該圖中，從兩個(gè)色彩的曲 線中的增益差可知，由于考慮到白平衡，因此從低色溫到高色溫只要有12dB 左右的增益設(shè)定范圍即可。
如以上所述，通過(guò)本實(shí)施例中的固體攝像裝置l，以各個(gè)色彩為單位設(shè) 置獨(dú)立的列放大器和列AD轉(zhuǎn)換器，通過(guò)設(shè)定這些列放大器和列AD轉(zhuǎn)換器 的增益，來(lái)進(jìn)行各個(gè)色彩的獨(dú)立的白平衡調(diào)整。因此，不需要像以往那樣 的按照讀出像素變更可變電阻的電阻值或切換開關(guān)等復(fù)雜的控制，并且也 不會(huì)使AD轉(zhuǎn)換中的S/N比變差，各個(gè)色彩的增益被最佳化。
并且，在本實(shí)施例中，像素10的每一列被設(shè)定了兩個(gè)列信號(hào)線11以 及12，但是，本發(fā)明不僅限于這樣的列信號(hào)線配置。例如，如圖9所示， 像素10的每一列可以僅被設(shè)定一個(gè)列信號(hào)線13。在這樣的固體攝像裝置 la，來(lái)自構(gòu)成矩陣的列的像素IO的輸出信號(hào)通過(guò)共同的列信號(hào)線B，被連 接于與該列相對(duì)應(yīng)被設(shè)置的兩個(gè)列放大器20以及50的輸入端子。該固體攝像裝置la包括行選擇開關(guān)25 (25a至25e)以及55 (55a至55e)，被 連接于列放大器20以及50的輸出端子，用于選擇行的信號(hào)；信號(hào)保持電 容27 (27a至27e)以及57 (57a至57e)，與這些行選擇開關(guān)和比較器31 以及61連接；以及行選擇控制線A (26)以及B (56)，控制行選擇開關(guān) 25以及55，在構(gòu)成矩陣的列的兩個(gè)色彩所對(duì)應(yīng)的像素10中，與一方的色 彩相對(duì)應(yīng)的像素IO和與另一方的色彩相對(duì)應(yīng)的像素10，信號(hào)通過(guò)列信號(hào)線 13，并以時(shí)分的方式被分別輸出到對(duì)應(yīng)的列放大器20以及50，并被分別保 持在信號(hào)保持電容27以及57。
具體而言，在最左側(cè)的第一列，來(lái)自第一綠色(圖中的"Gr，，)的像素 10的輸出信號(hào)在列放大器20以及列AD變換器30被處理，另外，來(lái)自藍(lán) 色(圖中的"B")的像素10的輸出信號(hào)在列放大器50以及列AD轉(zhuǎn)換器60 被處理。
在圖9所示的列信號(hào)線的布線中，將來(lái)自某行的像素10的輸出信號(hào)發(fā) 送到列放大器20，將來(lái)自下一行的像素10的輸出信號(hào)發(fā)送到列放大器50， 并且這樣的工作是交替反復(fù)進(jìn)行的，分別對(duì)信號(hào)保持電容27以及57中所 保持的信號(hào)在列AD轉(zhuǎn)換器30以及60以時(shí)間序列進(jìn)行處理。 (實(shí)施例2)
以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例2進(jìn)行說(shuō)明。
圖10是本發(fā)明的實(shí)施例2中的固體攝像裝置2的電路方框圖。該固體 攝像裝置2具有的特點(diǎn)是，能夠按照RGB的各個(gè)色彩設(shè)定不同的列AD轉(zhuǎn) 換器增益，該固體攝像裝置2包括多個(gè)像素10、多個(gè)列放大器20以及 50、多個(gè)列AD轉(zhuǎn)換器30以及60、水平掃描電路40以及70、垂直掃描電 路80以及斜波發(fā)生部91至94。
該固體攝像裝置2與實(shí)施例1的不同之處是，具有四個(gè)斜波發(fā)生部91 至94，以取代實(shí)施例l中的兩個(gè)斜波發(fā)生部90a以及卯b，其余之處與實(shí) 施例1相同。以下，對(duì)與實(shí)施例l相同的構(gòu)成賦予相同的符號(hào)，并省略詳 細(xì)說(shuō)明。
斜波發(fā)生部91至94是產(chǎn)生用于AD轉(zhuǎn)換的四個(gè)斜坡波形的參考信號(hào) RAMP—1—RAMP—4的信號(hào)發(fā)生部，能夠根據(jù)來(lái)自控制部100的指示，為 分別變更在列AD轉(zhuǎn)換器30以及60的列AD轉(zhuǎn)換器增益而使斜坡波形的傾 斜發(fā)生變化。在此，所具有的特點(diǎn)是，四個(gè)斜波發(fā)生部91至94分別被設(shè)置成與四 個(gè)色彩(Gr、 R、 B、 Gb)的每一個(gè)相對(duì)應(yīng)。即，斜波發(fā)生部91是產(chǎn)生給 與第一綠色(圖中的"Gr")的像素10相對(duì)應(yīng)的列AD轉(zhuǎn)換器30a、 30c以及 30e的比較器31a、 31c以及31e的斜波RAMPJ的電路；斜波發(fā)生部92 是產(chǎn)生給與紅色(圖中的"R")的像素10相對(duì)應(yīng)的列AD轉(zhuǎn)換器30b以及 30d的比較器31b以及31d的斜波RAMP—2的電路；斜波發(fā)生部93是產(chǎn)生 給與藍(lán)色(圖中的"B")的像素IO相對(duì)應(yīng)的列AD轉(zhuǎn)換器60a、 60c以及60e 的比較器61a、 61c以及61e的斜波RAMP—3的電路；斜波發(fā)生部94是產(chǎn) 生給與第二綠色(圖中的"Gr")的像素10相對(duì)應(yīng)的列AD轉(zhuǎn)換器60b以及 60d的比較器61b以及61d的斜波RAMP—4的電路。
像以上這樣構(gòu)成的本實(shí)施例中的固體攝像裝置2的工作基本上與實(shí)施 例1相同。但是，在實(shí)施例1中，列放大器的增益是以色彩為單位被獨(dú)立 地設(shè)定的，并且列AD轉(zhuǎn)換器的增益是針對(duì)兩個(gè)色彩設(shè)定相同的增益的， 對(duì)此，在本實(shí)施例中，列放大器以及列AD轉(zhuǎn)換器均是以四個(gè)色彩(Gr、 R、 B、 Gb)分別設(shè)定增益的。
艮P，控制部IOO在進(jìn)行白平衡的調(diào)整時(shí)(圖7的步驟S15)，為了實(shí)現(xiàn) 在前一個(gè)步驟S14所得到的各個(gè)色彩的白平衡系數(shù)，而按照四個(gè)色彩(Gr、 R、 B、 Gb)的每一個(gè)來(lái)設(shè)定列放大器以及列AD轉(zhuǎn)換器的增益(粗調(diào)以及 微調(diào)的增益)。
像以上這樣，通過(guò)實(shí)施例中的固體攝像裝置2，列放大器以及AD轉(zhuǎn)換 器按照各個(gè)色彩被獨(dú)立地設(shè)置，這些列放大器以及AD轉(zhuǎn)換器的增益按照 各個(gè)色彩被獨(dú)立設(shè)定，據(jù)此，能夠獨(dú)立地進(jìn)行各個(gè)色彩的白平衡調(diào)整。因 此，不需要像以往那樣的按照讀出像素變更可變電阻的電阻值或切換開關(guān) 等復(fù)雜的控制，并且也不會(huì)使AD轉(zhuǎn)換中的S/N比變差，各個(gè)色彩的增益 被最佳化。
并且，在本實(shí)施例中也可以是像在實(shí)施例1中的說(shuō)明那樣，像素10的 每一列所設(shè)置的列信號(hào)線可以是一條也可以是兩條。即，在本實(shí)施例，在 像素10的每一列設(shè)置的列信號(hào)線11以及12這兩個(gè)列信號(hào)線，不過(guò)，也可 以是如圖11所示那樣，在像素10的每一列僅設(shè)置列信號(hào)線13這一條列信 號(hào)線。在這樣的固體攝像裝置2a中，來(lái)自構(gòu)成矩陣的列的像素10的輸出 信號(hào)通過(guò)共同的列信號(hào)線13，被連接于與該列相對(duì)應(yīng)而被設(shè)置的兩個(gè)列放大器20以及50的輸入端子。該固體攝像裝置2a包括行選擇開關(guān)25 (25a 至25e)以及55 (55a至55e)，被連接于列放大器20以及50的輸出端子， 用于選擇行的信號(hào)；信號(hào)保持容量27 (27a至27e)以及57 (57a至57e)， 與這些行選擇開關(guān)和比較器31以及61相連接；以及控制行選擇開關(guān)25以 及55的行選擇控制線A (26) B (56)。在構(gòu)成矩陣的列的兩個(gè)色彩所對(duì)應(yīng) 的像素10中，與一方的色彩相對(duì)應(yīng)的像素IO和與另一方的色彩相對(duì)應(yīng)的 像素IO，信號(hào)通過(guò)列信號(hào)線13，并以時(shí)分的方式被分別輸出到對(duì)應(yīng)的列放 大器20以及50。
以上，根據(jù)實(shí)施例1和2以及變形例la和2a對(duì)本發(fā)明所涉及的固體攝 像裝置進(jìn)行了說(shuō)明，不過(guò)，本發(fā)明并非受這些實(shí)施例和變形例所限。同業(yè) 人員對(duì)于這些實(shí)施例以及變形例施行能夠想到的變形而得到的其他的形 態(tài)，以及將這些實(shí)施例以及變形例中的構(gòu)成要素任意組合而實(shí)現(xiàn)的其他的 形態(tài)也包含在本發(fā)明內(nèi)。
例如，在實(shí)施例l和2以及這些變形例la和2a中，是以RGB以拜爾
排列為例進(jìn)行的說(shuō)明，不過(guò)，在彩色濾光片排列中，除拜爾排列以外，還 有一般周知的補(bǔ)色過(guò)濾器、綠色條紋過(guò)濾器、高清晰視頻(ClearVid)過(guò)濾 器等各種排列，對(duì)于各個(gè)彩色濾光片的排列也是與每個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)，以與
本實(shí)施例相同的構(gòu)成來(lái)實(shí)現(xiàn)。
并且，在實(shí)施例1和2以及這些變形例la和2a中，對(duì)分別與各個(gè)色彩 (R、 B、 Gr、 Gb)相對(duì)應(yīng)設(shè)置列放大器、列AD轉(zhuǎn)換器，并對(duì)分別進(jìn)行增 益調(diào)整的方法進(jìn)行了說(shuō)明，不過(guò)，也可以例如對(duì)于Gr、 Gb等類似色彩的像 素設(shè)置共同的列放大器、列AD轉(zhuǎn)換器，并進(jìn)行共同的增益調(diào)整，這些構(gòu) 成上的選擇可以由增益控制等靈活性和電路規(guī)模等折衷關(guān)系觀點(diǎn)來(lái)決定。
并且，在實(shí)施例1和2以及這些變形例la和2a，作為例子，對(duì)列放大 器和列AD轉(zhuǎn)換器被設(shè)置在像素的上部區(qū)域以及下部區(qū)域、且使形成像素 10的區(qū)域被夾在中間為例進(jìn)行了說(shuō)明，不過(guò)，上述這樣的設(shè)置也可以是在 像素區(qū)域的一側(cè)，例如可以采用在各個(gè)列以加倍的密度來(lái)配置或者以2級(jí) 重疊或多級(jí)重疊來(lái)配置。
并且，內(nèi)藏了本發(fā)明所涉及的固體攝像裝置的各種電子設(shè)備也屬于本 發(fā)明的范疇。例如，圖12所示的功能方框圖，內(nèi)藏了本發(fā)明所涉及的固體 攝像裝置201 (上述實(shí)施例以及變形例所涉及的固體攝像裝置中的攝像面、列放大器、列AD轉(zhuǎn)換器等)的攝像機(jī)也屬于本發(fā)明的范疇。如圖12所示， 此攝像機(jī)包括透鏡200、固體攝像裝置201、驅(qū)動(dòng)電路202 (上述實(shí)施例 中的水平掃描電路、垂直掃描電路等)、信號(hào)處理部203 (上述實(shí)施例中的 控制部等)、以及外部接口部204。
在以上這種構(gòu)成的攝像機(jī)中，透過(guò)透鏡200的光被入射到固體攝像裝 置201。信號(hào)處理部203通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路202驅(qū)動(dòng)固體攝像裝置201，讀取來(lái) 自固體攝像裝置201的輸出信號(hào)。該輸出信號(hào)被施加在信號(hào)處理部203的 各種信號(hào)處理，通過(guò)外部接口部204被輸出到外部。像這樣的攝像機(jī)由于 具有，可以不必按照讀出像素改變可變電阻的電阻值或者切換開關(guān)等復(fù)雜 的控制，而且，不必使AD轉(zhuǎn)換中的S/N變差的情況下，就能夠使各個(gè)色 彩的增益最佳化的固體攝像裝置，因此，不會(huì)使處理速度降低，且不會(huì)使 S/N比變差，并且能夠按照被攝物體的色溫對(duì)白平衡進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。像這 樣的攝像機(jī)，例如可以作為圖13(a)所示的數(shù)字靜態(tài)相機(jī)以及圖13(b)所示的 電視攝像機(jī)等來(lái)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明可以作為彩色圖像傳感器等固體攝像裝置來(lái)利用，例如可以作 為數(shù)字靜態(tài)相機(jī)、電視攝像機(jī)、以及帶有數(shù)碼相機(jī)的移動(dòng)電話等的攝像元 件來(lái)利用。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像裝置，其特征在于，包括多個(gè)像素，被配置為矩陣狀；列放大器，在所述矩陣的每一列至少被設(shè)置一個(gè)，對(duì)從構(gòu)成對(duì)應(yīng)的列的像素輸出的信號(hào)進(jìn)行放大，所述列放大器為多個(gè)；以及列模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，被設(shè)置于每個(gè)所述列放大器，對(duì)從對(duì)應(yīng)的列放大器輸出的信號(hào)進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，所述列模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器為多個(gè)；所述多個(gè)像素的每一個(gè)輸出與多個(gè)色彩中的某一個(gè)色彩的光的強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的信號(hào)；多個(gè)所述列放大器的每一個(gè)被設(shè)置成與所述多個(gè)色彩的某一個(gè)相對(duì)應(yīng)，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大，該輸出信號(hào)是從構(gòu)成對(duì)應(yīng)的列的像素中的、與所述多個(gè)色彩中的某一個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的所有的像素輸出的信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求l所述的固體攝像裝置，其特征在于， 所述多個(gè)像素被配置成至少在每一列包括與多個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的像素； 所述列放大器在所述矩陣的每一列被設(shè)置多個(gè)；在所述矩陣的每一列設(shè)置的多個(gè)列放大器的一個(gè)對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放 大，該輸出信號(hào)是從對(duì)應(yīng)的列所包含的多個(gè)色彩所對(duì)應(yīng)的像素中的、與一 個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的像素輸出的信號(hào)；在所述矩陣的每一列設(shè)置的多個(gè)列放大器的另外的一個(gè)對(duì)輸出信號(hào)進(jìn) 行放大，該輸出信號(hào)是從所對(duì)應(yīng)的列所包含的多個(gè)色彩所對(duì)應(yīng)的像素中的、 與另外的一個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的像素輸出的信號(hào)。
3. 如權(quán)利要求2所述的固體攝像裝置，其特征在于，從構(gòu)成所述矩陣的列的像素而來(lái)的輸出信號(hào)至少在每一列，至少通過(guò) 多個(gè)列信號(hào)線中的某一個(gè)，被耦合于與該列相對(duì)應(yīng)而設(shè)置的多個(gè)列放大器 的輸入端子；與構(gòu)成所述矩陣的列的多個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的像素中的、與一個(gè)色彩相對(duì) 應(yīng)的像素，通過(guò)所述多個(gè)列信號(hào)線中的一個(gè)列信號(hào)線，將信號(hào)輸出到對(duì)應(yīng) 的列放大器；與構(gòu)成所述矩陣的列的多個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的像素中的、與另外的一個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的像素，通過(guò)所述多個(gè)列信號(hào)線的另外的一個(gè)列信號(hào)線，將信號(hào) 輸出到對(duì)應(yīng)的列放大器。
4. 如權(quán)利要求2所述的固體攝像裝置，其特征在于， 從構(gòu)成所述矩陣的列的像素而來(lái)的輸出信號(hào)至少在每一列，通過(guò)共同的列信號(hào)線，被耦合于與該列相對(duì)應(yīng)而設(shè)置的多個(gè)列放大器的輸入端子；與構(gòu)成所述矩陣的列的多個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的像素中的、與一個(gè)色彩相對(duì) 應(yīng)的像素和與另外的一個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的像素，以時(shí)分的方式，通過(guò)所述列 信號(hào)線，將信號(hào)輸出到對(duì)應(yīng)的列放大器。
5. 如權(quán)利要求2所述的固體攝像裝置，其特征在于，所述固體攝像裝置被形成在一個(gè)半導(dǎo)體襯底上；在所述矩陣的每一列設(shè)置的多個(gè)列放大器分別被設(shè)置于，形成有電路 的所述半導(dǎo)體襯底的上表面的不同的區(qū)域，以便夾持形成有所述多個(gè)像素 的區(qū)域。
6. 如權(quán)利要求l所述的固體攝像裝置，其特征在于， 所述多個(gè)列放大器的每一個(gè)根據(jù)來(lái)自外部的指示，從多個(gè)增益中選擇一個(gè)增益，并以選擇的增益來(lái)放大所述信號(hào)。
7. 如權(quán)利要求6所述的固體攝像裝置，其特征在于，所述固體攝像裝置還具有多個(gè)控制線，該多個(gè)控制線用于，針對(duì)所述 多個(gè)列放大器中的、與同一個(gè)所述色彩相對(duì)應(yīng)的列放大器，指示相同的增、入 fH^-。
8. 如權(quán)利要求6所述的固體攝像裝置，其特征在于， 所述固體攝像裝置還包括參考信號(hào)生成部，生成隨著時(shí)間而單調(diào)變化的斜坡波形；所述多個(gè)列模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的每一個(gè)具有比較器和計(jì)數(shù)器部， 所述比較器被設(shè)置成與所述像素的陣列的各個(gè)列相對(duì)應(yīng)，并對(duì)從對(duì)應(yīng)的列的像素輸出的像素信號(hào)和由所述參考信號(hào)生成部生成的參考信號(hào)進(jìn)行比較，所述計(jì)數(shù)器部，從所述參考信號(hào)生成部使參考信號(hào)開始發(fā)生變化直到 所對(duì)應(yīng)的列的比較器示出像素信號(hào)和參考信號(hào)一致為止，對(duì)輸入的時(shí)鐘進(jìn) 行計(jì)數(shù)，所述參考信號(hào)生成部根據(jù)來(lái)自外部的指示，使產(chǎn)生的參考信號(hào)的斜坡波形中的傾斜發(fā)生變化。
9.如權(quán)利要求8所述的固體攝像裝置，其特征在于，所述固體攝像裝置具有多個(gè)參考信號(hào)生成部，該多個(gè)參考信號(hào)生成部 生成與所述多個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的多個(gè)斜坡波形；所述比較器，對(duì)由所述多個(gè)參考信號(hào)生成部所生成的所述多個(gè)色彩所 對(duì)應(yīng)的多個(gè)參考信號(hào)之中的一個(gè)和所述像素信號(hào)進(jìn)行比較；所述固體攝像裝置還具有控制部，該控制部用于對(duì)所述多個(gè)參考信號(hào) 生成部的每一個(gè)來(lái)指示所述斜坡波形的傾斜。
10.如權(quán)利要求9所述的固體攝像裝置，其特征在于，所述控制部，通過(guò)對(duì)所述多個(gè)列放大器指示增益，從而對(duì)來(lái)自所述像 素的輸出信號(hào)進(jìn)行粗調(diào)的放大率控制，并且，通過(guò)對(duì)所述多個(gè)參考信號(hào)生 成部指示斜坡波形的傾斜，從而對(duì)來(lái)自所述像素的輸出信號(hào)進(jìn)行微調(diào)的放 大率控制。
11. 一種攝像機(jī)，具備權(quán)利要求l所述的固體攝像裝置。
12. —種固體攝像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，對(duì)固體攝像裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其 特征在于，在權(quán)利要求8所述的固體攝像裝置中，通過(guò)對(duì)所述多個(gè)列放大器指示 增益，從而對(duì)來(lái)自所述像素的輸出信號(hào)進(jìn)行粗調(diào)的放大率控制，并且，通 過(guò)對(duì)所述參考信號(hào)生成部指示斜坡波形的傾斜，從而對(duì)來(lái)自所述像素的輸 出信號(hào)進(jìn)行微調(diào)的放大率控制。
全文摘要
提供一種固體攝像裝置，其可以在不必進(jìn)行諸如按照讀出像素改變可變電阻的電阻值或切換開關(guān)等復(fù)雜的控制，且不會(huì)使AD轉(zhuǎn)換中的S/N比變差的情況下，使各個(gè)色彩的增益最佳化。該固體攝像裝置包括多個(gè)像素(10)，被排列為矩陣狀；列放大器(20)和(50)，在所述矩陣的每一列至少被設(shè)置一個(gè)，對(duì)從構(gòu)成對(duì)應(yīng)的列的像素輸出的信號(hào)進(jìn)行放大，所述列放大器為多個(gè)；以及列AD轉(zhuǎn)換器(30)和(60)，對(duì)從對(duì)應(yīng)的列放大器(20)和(50)輸出的信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，且所述列AD轉(zhuǎn)換器為多個(gè)；多個(gè)所述列放大器(20)和(50)的每一個(gè)被設(shè)置成與所述多個(gè)色彩的某一個(gè)相對(duì)應(yīng)，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大，該輸出信號(hào)是從構(gòu)成對(duì)應(yīng)的列的像素(10)中的、與所述多個(gè)色彩中的某一個(gè)色彩相對(duì)應(yīng)的所有的像素(10)輸出的信號(hào)。
文檔編號(hào)H04N9/04GK101610419SQ20091014589
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者京極正法, 桝山雅之 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社