Ad轉(zhuǎn)換器、信號處理方法、固態(tài)成像裝置和電子設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及AD轉(zhuǎn)換器、信號處理方法、固態(tài)成像裝置和電子設(shè)備。AD轉(zhuǎn)換器包括：第一AD轉(zhuǎn)換單元，其中，像素陣列的像素列被分成至少兩組，并且第一AD轉(zhuǎn)換單元將斜坡信號與從第一組像素列輸出的第一第一像素信號相比較并對第一像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換；以及第二AD轉(zhuǎn)換單元，將第二斜坡信號與從第二組像素列輸出的第二像素信號相比較并對第二像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，其中，第一斜坡信號是在用于檢測像素信號的信號電平的D相周期中其電平隨著時間以恒定斜率降低的信號，并且第二斜坡信號是在D相周期中其電平隨著時間以恒定斜率升高的信號。
【專利說明】AD轉(zhuǎn)換器、信號處理方法、固態(tài)成像裝置和電子設(shè)備
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年6月6日提交的日本在先專利申請JP2013-119933的權(quán)益，將其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本技術(shù)總體上涉及AD轉(zhuǎn)換器、信號處理方法、固態(tài)成像裝置和電子設(shè)備，并且具體地，涉及能夠利用簡單的電路配置減少拖尾(streaking)的產(chǎn)生的AD轉(zhuǎn)換器、信號處理方法、固態(tài)成像裝置和電子設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0004]列AD型CMOS圖像傳感器執(zhí)行相關(guān)雙采樣(OTS)處理以去除特定于像素的固定圖案噪聲。在CDS處理中，通過比較器將從每個像素輸出的模擬像素信號與隨著時間以恒定斜率降低的斜坡信號相比較。隨后，例如，在預(yù)設(shè)相位(P相)周期中當(dāng)僅提供Hi差值信號作為比較結(jié)果時執(zhí)行遞減計數(shù)，并且在數(shù)據(jù)相位(D相)周期中當(dāng)僅提供Hi差值信號作為比較結(jié)果時執(zhí)行遞增計數(shù)。
[0005]在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的⑶S處理中，當(dāng)獲取其中白色區(qū)域部分地存在于黑色背景上的圖像時，產(chǎn)生拖尾。拖尾是指其中在白色區(qū)域的水平方向上將成為黑色背景的像素在其中白色區(qū)域部分地存在于黑色背景上的圖像上變灰的現(xiàn)象。拖尾產(chǎn)生的主要原因是由于來自比較器的輸出的串?dāng)_造成的斜坡信號的失真。
[0006]之前在日本待審專利申請公開第2010-161484號中，本申請的 申請人:已經(jīng)提出了減少拖尾產(chǎn)生的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]然而，期望利用更簡單的電路配置來減少拖尾的產(chǎn)生。
[0008]鑒于上述情形，已經(jīng)提出本技術(shù)以利用更簡單的電路配置來減少拖尾的產(chǎn)生。
[0009]根據(jù)本技術(shù)的第一實施方式，提供一種AD轉(zhuǎn)換器,包括:第一 AD轉(zhuǎn)換單兀,其中，像素陣列的多個像素列被分成至少兩組，并且第一 AD轉(zhuǎn)換單元將第一斜坡信號與從兩組之中的第一組像素列輸出的第一像素信號相比較并對第一像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換；以及第二 AD轉(zhuǎn)換單元，將第一斜坡信號與從像素陣列中的不同于第一組的第二組像素列輸出的第二像素信號相比較并對第二像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，其中，第一斜坡信號是在用于檢測像素信號的信號電平的D相周期中電平隨著時間以恒定斜率降低的信號，并且第二斜坡信號是在D相周期中電平隨著時間以恒定斜率升高的信號。
[0010]根據(jù)本技術(shù)的第二實施方式，提供一種AD轉(zhuǎn)換器的信號處理方法，該AD轉(zhuǎn)換器包括:第一 AD轉(zhuǎn)換單元，其中，像素陣列的多個像素列分成至少兩組，并且第一 AD轉(zhuǎn)換單元對從兩組之中的第一組像素列輸出的第一像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換；以及第二 AD轉(zhuǎn)換單元，對從像素陣列中的不同于第一組的第二組像素列輸出的第二像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，該方法包括:通過將第一 AD轉(zhuǎn)換單元的第一像素信號與第一斜坡信號相比較對第一像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換；以及通過將第二 AD轉(zhuǎn)換單元的第二像素信號與第二斜坡信號相比較對第二像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，其中，第一斜坡信號是在用于檢測像素信號的信號電平的D相周期中電平隨著時間以恒定斜率降低的信號，并且其中，第二斜坡信號是在D相周期中電平隨著時間以恒定斜率升高的信號。
[0011]根據(jù)本技術(shù)的第三實施方式，提供了一種固態(tài)成像裝置，包括:像素陣列，其中多個像素二維地布置成矩陣形狀；第一 AD轉(zhuǎn)換單元，其中，像素陣列的多個像素列被分成至少兩組，并且第一 AD轉(zhuǎn)換單元將第一斜坡信號與從兩組之中的第一組像素列輸出的第一像素信號相比較并對第一像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換；以及第二AD轉(zhuǎn)換單元，將第二斜坡信號與從像素陣列中的不同于第一組的第二組像素列輸出的第二像素信號相比較并對第二像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，其中，第一斜坡信號是在用于檢測像素信號的信號電平的D相周期中其電平隨著時間以恒定斜率降低的信號，并且第二斜坡信號是在D相周期中其電平隨著時間以恒定斜率升高的信號。
[0012]根據(jù)本技術(shù)的第四實施方式，提供了一種包括固態(tài)成像裝置的電子設(shè)備，該固態(tài)成像裝置包括:像素陣列，其中多個像素二維地布置成矩陣形狀；第一 AD轉(zhuǎn)換單元，其中，像素陣列的多個像素列被分成至少兩組，并且第一 AD轉(zhuǎn)換單元將第一斜坡信號與從兩組之中的第一組像素列輸出的第一像素信號相比較并對第一像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，以及第二AD轉(zhuǎn)換單元，將第二斜坡信號與從像素陣列中的不同于第一組的第二組像素列輸出的第二像素信號相比較并對第二像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，其中，第一斜坡信號是在用于檢測像素信號的信號電平的D相周期中電平隨著時間以恒定斜率降低的信號，并且第二斜坡信號是在D相周期中電平隨著時間以恒定斜率升高的信號。
[0013]根據(jù)本技術(shù)的第一至第四實施方式，像素陣列的多個像素列被分成至少兩組，對從兩組之中的第一組像素列輸出的第一像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換的第一 AD轉(zhuǎn)換單元將第一像素信號與第一斜坡信號相比較并對第一像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，對從像素陣列中的不同于第一組的的第二組像素列輸出的第二像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換的第二 AD轉(zhuǎn)換單元將第二像素信號與第二斜坡信號相比較并對第二像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，在用于檢測像素信號的信號電平的D相周期中，第一斜坡信號的電平隨著時間以恒定斜率降低，并且在D相周期中，第二斜坡信號的電平隨著時間以恒定斜率升高。
[0014]AD轉(zhuǎn)換器、固態(tài)成像裝置和電子設(shè)備可被設(shè)置為獨立的設(shè)備，或可以是嵌入另一設(shè)備中的模塊。
[0015]根據(jù)本技術(shù)的第一至第四實施方式，能夠利用更簡單的配置減少拖尾的產(chǎn)生。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是示出根據(jù)第一實施方式應(yīng)用本技術(shù)的固態(tài)成像裝置的配置的框圖；
[0017]圖2是示出了像素中的電路配置實例的示圖；
[0018]圖3A至圖3C是示出了拖尾現(xiàn)象及其成因的示圖；
[0019]圖4是示出拖尾現(xiàn)象及其成因的示圖；
[0020]圖5是示出布置在像素陣列之下的AD轉(zhuǎn)換單元的第一 AD轉(zhuǎn)換處理的操作的示圖；
[0021]圖6是示出布置在像素陣列之上的AD轉(zhuǎn)換單元的第一 AD轉(zhuǎn)換處理的操作的示圖；
[0022]圖1是示出布置在像素陣列之下的AD轉(zhuǎn)換單元的第二 AD轉(zhuǎn)換處理的操作的示圖；
[0023]圖8是示出根據(jù)第二實施方式應(yīng)用本技術(shù)的固態(tài)成像裝置的配置的框圖；以及
[0024]圖9是示出作為應(yīng)用本技術(shù)的電子設(shè)備的成像裝置的配置實例的框圖。

【具體實施方式】
[0025]在下文中，將描述用于執(zhí)行本技術(shù)的實施方式(下文中稱為實施方式)。此外，將按以下順序進(jìn)行描述。
[0026]1.第一實施方式(其中AD轉(zhuǎn)換處理被分成奇數(shù)像素列和偶數(shù)像素列的固態(tài)成像裝置的配置實例)
[0027]2.第二實施方式(其中AD轉(zhuǎn)換處理被分成像素陣列的右部分和左部分的固態(tài)成像裝置的配置實例)
[0028]3.第三實施方式(電子設(shè)備的配置實例)
[0029]1.第一實施方式
[0030]固態(tài)成像裝置的整體配置實例
[0031]圖1是示出根據(jù)第一實施方式應(yīng)用本技術(shù)的固態(tài)成像裝置的配置的框圖。
[0032]圖1中示出的固態(tài)成像裝置I配置有像素陣列11、垂直掃描電路12、AD轉(zhuǎn)換單元13、水平掃描電路14、系統(tǒng)控制器15、像素驅(qū)動線16、垂直信號線17、參考信號生成單元18、輸出單元19等。
[0033]這里，AD轉(zhuǎn)換單元13和水平掃描電路14分別布置在像素陣列11的上部和下部。具體地，AD轉(zhuǎn)換單元13A和水平掃描電路14A布置在像素陣列11的下部，并且AD轉(zhuǎn)換單元13B和水平掃描電路14B布置在像素陣列11的上部上。
[0034]像素陣列11生成對應(yīng)所接收的光量的光電荷，并且具有其中分別具有累積光電轉(zhuǎn)換單元的像素2以二維矩陣形狀布置在列和行方向的配置。在此，行方向是指像素行的布置方向，即水平方向，并且列方向是指像素列的布置方向，即垂直方向。
[0035]像素2配置為具有諸如光電二極管的光電轉(zhuǎn)換單元和多個像素晶體管。多個像素晶體管配置有例如轉(zhuǎn)移晶體管、選擇晶體管、復(fù)位晶體管、和放大晶體管四種MOS晶體管。
[0036]此外，像素2可配置有像素共享結(jié)構(gòu)。像素共享結(jié)構(gòu)配置有多個光電二極管、多個轉(zhuǎn)移晶體管、一個共享浮置擴(kuò)散器(浮置擴(kuò)散區(qū))以及各個其他共享像素晶體管中的一個。即，配置多個單位像素的光電二極管和轉(zhuǎn)移晶體管被配置為在共享的像素中共享各個其他像素晶體管中的一個。
[0037]相對于成矩陣形狀的像素陣列11的像素布置，像素驅(qū)動線16在每個像素行中在水平方向上配線，并且垂直信號線17在每個像素列中在垂直方向上配線。當(dāng)從像素2讀取像素信號VSL時，像素驅(qū)動線16傳輸用于執(zhí)行驅(qū)動的驅(qū)動信號。在圖1中，為像素驅(qū)動線16示出了一條配線，但是配線不限于一條。像素驅(qū)動線16的一端連接至對應(yīng)于垂直掃描電路12的每個像素行的輸出端。
[0038]垂直掃描電路12配置有移位寄存器、地址解碼器等，并以行為單位等同時驅(qū)動像素陣列11的各個像素2。未示出垂直掃描電路12的具體配置，但是垂直掃描電路12通常被配置為具有兩個掃描系統(tǒng)，即讀取掃描系統(tǒng)和清除掃描系統(tǒng)。
[0039]讀取掃描系統(tǒng)以行為單位選擇性地掃描像素陣列11的像素2以依次從像素2讀取像素信號VSL。從像素2讀取的像素信號VSL是模擬信號。清除掃描系統(tǒng)先于讀取掃描一個快門速度的時間執(zhí)行關(guān)于其中通過讀取掃描系統(tǒng)執(zhí)行讀取掃描的讀取行的清除掃描。
[0040]通過清除掃描系統(tǒng)的清除掃描，光電轉(zhuǎn)換單元通過從讀取行中的像素2的光電轉(zhuǎn)換單元清除不必要的電荷被復(fù)位。隨后，通過清除掃描系統(tǒng)清除(復(fù)位)不必要的電荷來執(zhí)行所謂的電子快門操作。在此，電子快門操作是指去除光電轉(zhuǎn)換單元的光電荷并開始新曝光(開始光電荷的累積)的操作。
[0041]由讀取掃描系統(tǒng)通過讀取操作讀取的像素信號VSL對應(yīng)于在讀取操作或讀取操作之前的電子快門操作之后所接收的光量。隨后，從讀取操作的讀取時刻或之前的電子快門操作的清除時刻到當(dāng)前讀取操作的讀取時刻的時間段是像素2中光電荷的曝光周期。
[0042]從由垂直掃描電路12選擇性掃描的像素行中的每個像素2輸出的像素信號VSL通過每個像素列中的每個垂直信號線17輸入至AD轉(zhuǎn)換單元13A或13B。
[0043]像素陣列11的在奇數(shù)像素列中的垂直信號線17連接至布置在像素陣列11之下的AD轉(zhuǎn)換單元13A。AD轉(zhuǎn)換單元13A具有信號處理電路22A和列AD轉(zhuǎn)換單元20A，它們對從像素陣列11的奇數(shù)像素列的像素2輸出的像素信號VSL執(zhí)行相關(guān)雙采樣(CDS)處理和AD轉(zhuǎn)換處理。
[0044]同時，像素陣列11的在偶數(shù)像素列中的垂直信號線17連接至布置在像素陣列11之上的AD轉(zhuǎn)換單元13B。AD轉(zhuǎn)換單元13B具有信號處理電路22B和列AD轉(zhuǎn)換單元20B，它們對從像素陣列11的偶數(shù)像素列中的像素2輸出的像素信號VSL執(zhí)行CDS處理和AD轉(zhuǎn)換處理。
[0045]每個列AD轉(zhuǎn)換單元20(20A和20B)基于通過垂直信號線17從相同列中的像素2供應(yīng)的像素信號VSL，為⑶S處理執(zhí)行計數(shù)處理。列AD轉(zhuǎn)換單元20分別具有比較器31和遞增/遞減計數(shù)器(CNT) 32。
[0046]斜坡信號RAMPl從參考信號生成單元18的DAC18a供應(yīng)至布置在像素陣列11之下的列AD轉(zhuǎn)換單元20A。列AD轉(zhuǎn)換單元20A的比較器31A將從像素陣列11的奇數(shù)像素列中的像素2輸出的像素信號VSL與來自DAC18a的斜坡信號RAMPl相比較。遞增/遞減計數(shù)器32A根據(jù)比較器31A的比較結(jié)果執(zhí)行遞減計數(shù)或遞增計數(shù)，并且通過水平輸出線21A將結(jié)果輸出至信號處理電路22A。
[0047]信號處理電路22A基于在P相(預(yù)設(shè)相位)周期的計數(shù)結(jié)果和在D相(數(shù)據(jù)相位)周期的計數(shù)結(jié)果，計算通過對模擬像素信號VSL執(zhí)行⑶S處理和AD轉(zhuǎn)換處理獲得的像素數(shù)據(jù)。在此P相周期是用于在CDS處理中檢測復(fù)位電平的周期，并且D相周期是用于在CDS處理中檢測信號電平的周期。
[0048]斜坡信號RAMP2從參考信號生成單元18的DAC18b供應(yīng)至布置在像素陣列11之上的列AD轉(zhuǎn)換單元20B。以下描述斜坡信號RAMPl與斜坡信號RAMP2之間的差異。
[0049]列AD轉(zhuǎn)換單元20B的比較器31B將從像素陣列11的偶數(shù)像素列中的像素2輸出的像素信號VSL與來自DAC18b的斜坡信號RAMP2相比較。遞增/遞減計數(shù)器32B根據(jù)比較器31B的比較結(jié)果執(zhí)行遞減計數(shù)或遞增計數(shù)，并且通過水平輸出線21B將結(jié)果輸出至信號處理電路22B。
[0050]信號處理電路22B基于在P相周期的計數(shù)結(jié)果和在D相周期的計數(shù)結(jié)果，計算通過對模擬像素信號VSL執(zhí)行⑶S處理和AD轉(zhuǎn)換處理獲得的像素數(shù)據(jù)。
[0051 ] AD轉(zhuǎn)換單元13A和13B被配置為具有對模擬像素信號VSL執(zhí)行⑶S處理和AD轉(zhuǎn)換的AD轉(zhuǎn)換設(shè)備。此外，AD轉(zhuǎn)換設(shè)備可被配置為包括生成斜坡信號RAMPl和RAMP2的參考信號生成單元18。在下文中，由AD轉(zhuǎn)換單元13A和13B執(zhí)行的⑶S處理和AD轉(zhuǎn)換統(tǒng)稱為AD轉(zhuǎn)換處理。
[0052]水平掃描電路14A按照預(yù)定的順序選擇配置有移位寄存器和地址解碼器并對應(yīng)奇數(shù)像素列的每個列AD轉(zhuǎn)換單元20A。通過水平掃描電路14A的選擇性掃描，臨時存儲在AD轉(zhuǎn)換單元13A中的每個列AD轉(zhuǎn)換單元20A中的計數(shù)結(jié)果經(jīng)由水平輸出線21A依次輸出至信號處理電路22A。
[0053]以與水平掃描電路14A相同的方式，水平掃描電路14B按照預(yù)定的順序選擇配置有移位寄存器和地址解碼器并對應(yīng)偶數(shù)像素列的每個列AD轉(zhuǎn)換單元20B。通過水平掃描電路14B的選擇性掃描，臨時存儲在AD轉(zhuǎn)換單元13B中的各列AD轉(zhuǎn)換單元20B中的計數(shù)結(jié)果經(jīng)由水平輸出線21B依次輸出至信號處理電路22B。
[0054]系統(tǒng)控制器15配置有生成各種時序信號的時序生成器等，并且基于由時序生成器生成的各種時序?qū)︱?qū)動垂直掃描電路12、AD轉(zhuǎn)換單元13、水平掃描電路14等執(zhí)行控制。此外，在圖1中，未示出從系統(tǒng)控制器15到每個單元的部分控制信號。
[0055]參考信號生成單元18具有生成不同的斜坡信號RAMPl和RAMP2的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元(DAC) 18a和18b。在DAC18a中生成的斜坡信號RAMPl供應(yīng)至在AD轉(zhuǎn)換單元13A的每個列AD轉(zhuǎn)換單元20A中的比較器31A。在DAC18b中生成的斜坡信號RAMP2供應(yīng)至在AD轉(zhuǎn)換單元13B的每個列AD轉(zhuǎn)換單元20B中的比較器31B。
[0056]例如，輸出單元19交替地選擇從信號處理電路22A供應(yīng)的奇數(shù)像素列中的像素數(shù)據(jù)和從信號處理電路22B供應(yīng)的偶數(shù)像素列中的像素數(shù)據(jù)，從而成為像素陣列11中的像素2的布置順序，并且將數(shù)據(jù)輸出至固態(tài)成像裝置I外部。
[0057]如上所述配置的固態(tài)成像裝置I是通過稱為列AD方法的方法形成的CMOS圖像傳感器，在該方法中，為每個像素列布置執(zhí)行CDS處理和AD轉(zhuǎn)換處理的列AD轉(zhuǎn)換單元20。
[0058]像素中的電路配置實例
[0059]圖2是示出了像素2中的電路配置實例的示圖。
[0060]像素2具有作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管41、轉(zhuǎn)移晶體管42、浮置擴(kuò)散器(FD) 43、復(fù)位晶體管44、放大晶體管45和選擇晶體管46。
[0061]光電二極管41生成并累積對應(yīng)所接收的光量的電荷(信號電荷)。在光電二極管41中，正極接地并且負(fù)極通過轉(zhuǎn)移晶體管42連接至FD43。
[0062]當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管42通過轉(zhuǎn)移信號TRX接通時，轉(zhuǎn)移晶體管42讀取從光電二極管41生成的電荷，并且將電荷傳送至FD43。
[0063]FD43存儲從光電二極管41讀取的電荷。當(dāng)復(fù)位晶體管44通過復(fù)位信號RST接通時，復(fù)位晶體管44通過將累積在FD43中的電荷釋放至漏極(恒壓電源Vdd)來將FD43的電位復(fù)位。
[0064]放大晶體管45輸出與FD43的電位對應(yīng)的像素信號。S卩，放大晶體管45配置源極跟隨器電路和負(fù)載MOS (未示出)作為通過垂直信號線17連接的恒流電源，并且表示與累積在FD43中的電荷對應(yīng)的電平的像素信號通過選擇晶體管46從放大晶體管45輸出至列AD轉(zhuǎn)換單元20。
[0065]選擇晶體管46在通過選擇信號SEL選擇像素2時接通，并且通過垂直信號線17將像素2的像素信號輸出至列AD轉(zhuǎn)換單元20。通過其傳送轉(zhuǎn)移信號TRX、選擇信號SLE和復(fù)位信號RST的每個信號線對應(yīng)圖1的像素驅(qū)動線16。
[0066]像素2可被如上所述地配置，但并不限于此，并且可采用其他配置。
[0067]在圖1中的固態(tài)成像裝置I被配置為通過對奇數(shù)像素列中的像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換處理的AD轉(zhuǎn)換單元13A和對偶數(shù)像素列中的像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換處理的AD轉(zhuǎn)換單元13B來執(zhí)行不同的處理，從而減少拖尾的產(chǎn)生。
[0068]在下文中，將詳細(xì)描述分別由AD轉(zhuǎn)換單元13A和AD轉(zhuǎn)換單元13B執(zhí)行的處理。
[0069]首先，將參照圖3A至圖圖4描述拖尾現(xiàn)象及其成因。
[0070]拖尾是指這一現(xiàn)象:當(dāng)獲取如圖3A所示的其中白色區(qū)域(亮區(qū))存在于黑色背景上的圖像的一部分中的圖像時，如圖3B所示，在水平方向上的將成為黑色背景的白色區(qū)域的像素變灰。通過與獲取如圖3C所示的其所有像素都為黑色背景的圖像的情況相比較來描述拖尾產(chǎn)生的原因。此外，如下所述，如圖3C所示的其中所有像素的像素值為黑色的圖像稱為全黑圖像，并且如圖3A所示的其中白色區(qū)域存在于在黑色背景上的圖像的一部分中的圖像稱為黑色背景上的白色圖像。
[0071]圖4是示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換處理的比較器的輸入和輸出信號。
[0072]在圖4的上部示出了在獲取成為如圖3C所示的全黑圖像的目標(biāo)的圖像的情況下的比較器的輸入和輸出信號。在圖4的下部示出了在獲取成為如圖3A所示的黑色背景上的白色圖像的目標(biāo)的圖像的情況下的比較器的輸入和輸出信號。
[0073]從每個像素輸出的模擬像素信號VSL和其電平(電壓值)隨著時間以恒定斜率降低的斜坡信號RAMP被輸入比較器。此外，斜坡信號RAMP具體地是其電平以逐步的(stepwise,階梯式的)方式改變以具有恒定斜率的信號。
[0074]在P相周期中，比較器將輸入像素信號VSL與其電平以恒定斜率降低的斜坡信號斜坡RAMP相比較。如果斜坡信號RAMP的電平比像素信號VSL的大時，則比較器輸出Hi (高)差值信號。隨后，當(dāng)像素信號VSL與斜坡信號RAMP的電平相同時，比較器將輸出反轉(zhuǎn)以輸出Lo (低)差值信號。在P相周期中，遞增/遞減計數(shù)器在從斜坡信號RAMP開始電壓下降的時刻到斜坡信號RAMP的電平變得與像素信號VSL的電平相同的時刻的時間段中遞減計數(shù)。
[0075]如果P相周期結(jié)束，在開始計數(shù)之前，斜坡信號RAMP的電平復(fù)位至預(yù)定的電壓。隨后，在D相周期中，比較器將輸入像素信號VSL與其電平以恒定斜率降低的斜坡信號RAMP相比較。如果斜坡信號RAMP的電平大于像素信號VSL的電平，比較器輸出Hi的差值信號。隨后，當(dāng)像素信號VSL與斜坡信號RAMP的電平相同時，比較器將輸出反轉(zhuǎn)以輸出Lo的差值信號。在D相周期中，遞增/遞減計數(shù)器在從斜坡信號RAMP開始電壓下降的時刻到斜坡信號RAMP的電平變得與像素信號VSL的電平相同的時刻的時間段中遞增計數(shù)。
[0076]隨后，在遞增/遞減計數(shù)器的后端的信號處理電路獲得在P相周期中的遞減計數(shù)值和D相位周期的遞增計數(shù)值，將這些值相加，并且輸出結(jié)果作為AD轉(zhuǎn)換之后的像素數(shù)據(jù)(數(shù)字像素信號)。
[0077]理想的斜坡信號RAMP是其電平隨著時間以恒定斜率降低的信號。然而，實際上，如圖4所示，由于比較器的輸出的同時反轉(zhuǎn)產(chǎn)生串?dāng)_，并且在比較器的輸出的同時反轉(zhuǎn)時斜坡信號RAMP失真。
[0078]如果如圖4所示獲取的全黑圖像，則在P相周期和D相周期中，在讀取像素行中的所有像素的比較器的輸出在相同的時刻反轉(zhuǎn)(同時地反轉(zhuǎn))。因此，在P相周期的同時反轉(zhuǎn)時的斜坡信號RAMP的失真量與在D相周期的同時反轉(zhuǎn)時的斜坡信號RAMP的失真量幾乎相同。消除了由于斜坡信號RAMP的失真而產(chǎn)生的計數(shù)值的偏差。在此，全黑圖像的D相周期中的Hi信號輸出周期由Ta表不。
[0079]相反，如圖4的下部所示，在獲取黑色背景上的白色圖像的情況下，在D相周期中，像素信號VSL的電平是如圖4的下部所示的兩種電平:對應(yīng)白色像素的電平和對應(yīng)黑色像素的電平。為此，在全黑圖像的D相周期中，為讀取像素行中的所有像素同時反轉(zhuǎn)比較器的輸出，而在黑色背景上的白色圖像的D相周期中，首先為對應(yīng)讀取像素行中的黑色像素的一部分像素反轉(zhuǎn)比較器的輸出，并且隨后為對應(yīng)白色像素的剩余像素反轉(zhuǎn)比較器的輸出。據(jù)此，由于反轉(zhuǎn)比較器的輸出的時序被分成兩個時序，即用于黑色像素的時序和用于白色像素的時序，因此在黑色背景上的白色圖像的情況下的在黑色像素的反轉(zhuǎn)時序中的斜坡信號RAMP的失真量小于在全黑圖像的情況下的在黑色像素的反轉(zhuǎn)時序中的斜坡信號RAMP的失真量。由于在全黑圖像中的黑色像素的同時反轉(zhuǎn)時的斜坡信號RAMP的失真量與在黑色背景上的白色圖像中的黑色像素的同時反轉(zhuǎn)時的斜坡信號RAMP的失真量之間的差異，因而在黑色背景上的白色圖像的D相周期中的Hi信號輸出周期成為周期Ta+Tl，該周期Ta+Tl比在全黑圖像時的Hi信號輸出周期Ta長周期Tl。在黑色背景上的白色圖像時的在D相周期中的Hi信號輸出周期Ta+Tl與在全黑圖像時的Hi信號輸出周期Ta之間的差值Tl呈現(xiàn)為計數(shù)值并成為拖尾量Tl。
[0080]如上所述，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的⑶S處理中，由于比較器的輸出的同時反轉(zhuǎn)產(chǎn)生串?dāng)_，并且在全黑圖像中的同時反轉(zhuǎn)時的斜坡信號RAMP的失真量與在黑色背景上的白色圖像中的同時反轉(zhuǎn)時的斜坡信號RAMP的失真量之間的差異引起拖尾的產(chǎn)生。
[0081]第一 AD轉(zhuǎn)換處理
[0082]隨后，將描述通過其中減少拖尾的產(chǎn)生的固態(tài)成像裝置I執(zhí)行的第一 AD轉(zhuǎn)換處理。
[0083]固態(tài)成像裝置I被配置成即使像素信號VSL處于相同的電平，布置在像素陣列11之下的AD轉(zhuǎn)換單元13A中的比較器的輸出的反轉(zhuǎn)時序也不同于布置在像素陣列11之上的AD轉(zhuǎn)換單元13B中的比較器的輸出的反轉(zhuǎn)時序。換言之，它被配置成即使像素信號VSL處于相同的電平，用于像素陣列11的奇數(shù)像素列的比較器的輸出的反轉(zhuǎn)時序不同于用于像素陣列11的偶數(shù)像素列的比較器的輸出的反轉(zhuǎn)時序。
[0084]具體地，其電平隨著時間以恒定斜率降低的斜坡信號RAMPl從DAC18a以與現(xiàn)有技術(shù)中相同的方式供應(yīng)至布置在像素陣列11之下的AD轉(zhuǎn)換單元13A的比較器31A。
[0085]同時，在D相周期中，其電平從斜坡信號RAMPl反轉(zhuǎn)的斜坡信號RAMP2從DAC18b供應(yīng)至布置在像素陣列11之上的AD轉(zhuǎn)換單元13B的比較器31B。即，在D相周期中，其電平隨著時間以恒定斜率升高的斜坡信號RAMP2從DAC18b供應(yīng)至比較器31B。據(jù)此，即使像素信號VSL處于相同的電平，被供應(yīng)斜坡信號RAMPl的比較器31A的輸出的反轉(zhuǎn)時序不同于被供應(yīng)斜坡信號RAMP2的比較器31B的輸出的反轉(zhuǎn)時序。
[0086]參考圖5和圖6依次描述被供應(yīng)斜坡信號RAMPl的比較器3IA和被供應(yīng)斜坡信號RAMP2的比較器31B的相應(yīng)操作。
[0087]AD轉(zhuǎn)換單元13A的AD轉(zhuǎn)換處理
[0088]首先，參考圖5描述布置在像素陣列11之下的AD轉(zhuǎn)換單元13A的操作。
[0089]布置在像素陣列11之下的AD轉(zhuǎn)換單元13A的操作與如圖4所示的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動的不同在于:在全黑圖像的D相周期中當(dāng)同時反轉(zhuǎn)比較器31A的輸出時的斜坡信號RAMPl的失真量小于如圖4所示的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的斜坡信號RAMP的失真量。為進(jìn)行比較，如圖4所示的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的斜坡信號RAMP的失真在圖5的上部分的全黑圖像的斜坡信號RAMPl上通過交替的點劃線來示出。
[0090]如上所述，斜坡信號RAMPl的失真是由比較器的輸出的同時反轉(zhuǎn)引起的串?dāng)_而產(chǎn)生的。根據(jù)本實施方式，由于只有對應(yīng)奇數(shù)像素列的列AD轉(zhuǎn)換單元20布置在像素陣列11之下的AD轉(zhuǎn)換單元13A中，因此比較器31A的數(shù)量是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的比較器31A的數(shù)量的一半。隨后，盡管將參照圖6進(jìn)行詳細(xì)的描述，由于斜坡信號RAMPl與斜坡信號RAMP2彼此不同，因此同時反轉(zhuǎn)AD轉(zhuǎn)換單元13A的比較器31A的輸出的時序不同于同時反轉(zhuǎn)像素陣列11之上的AD轉(zhuǎn)換單元13B的比較器31B的輸出的時序。據(jù)此，由于在全黑圖像的D相周期中其輸出被同時反轉(zhuǎn)的比較器31A的數(shù)量是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的比較器31A的數(shù)量的一半，因此當(dāng)同時反轉(zhuǎn)比較器31A的輸出時的斜坡信號RAMPl的失真量小于如圖4所示的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的斜坡信號RAMP的失真量。
[0091]由于在全黑圖像的D相周期中的斜坡信號RAMPl的失真量小于圖4的斜坡信號RAMP的失真量，因此在全黑圖像的D相周期中的比較器31A的Hi信號輸出周期Tb長于圖4的Hi信號輸出周期Ta(Ta〈Tb)。
[0092]因此，與如圖5的下部所示的當(dāng)獲取黑色背景上的白色圖像時的在D相周期的斜坡信號RAMPl的失真量與在圖5的上部的在全黑圖像的D相周期的斜坡信號RAMPl的失真量之間的差異對應(yīng)的拖尾量T2小于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的拖尾量Tl (T1>T2)。因此，通過固態(tài)成像裝置I可減少拖尾的產(chǎn)生。
[0093]由AD轉(zhuǎn)換單元13A執(zhí)行的操作本身與參照圖4描述的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的AD轉(zhuǎn)換處理相同。
[0094]S卩，從每個像素輸出的模擬信號VSL和在P相周期和D相周期中其電平(電壓值)都隨著時間以恒定斜率降低的斜坡信號RAMPl被輸入至比較器31A。
[0095]在P相周期中，比較器31A將輸入像素信號VSL與其電平以恒定斜率降低的斜坡信號RAMPl相比較。如果斜坡信號RAMPl的電平大于像素信號VSL的電平，則比較器31A輸出差值信號Hi。隨后，當(dāng)像素信號VSL與斜坡信號RAMP的電平相同時，比較器31A反轉(zhuǎn)輸出以輸出差值信號Lo。在P相周期中，遞增/遞減計數(shù)器32A在從斜坡信號RAMPl開始電壓下降的時刻到斜坡信號RAMPl的電平變得與像素信號VSL的電平相同的時刻的時間段中遞減計數(shù)。
[0096]如果P相周期結(jié)束，則在開始計數(shù)之前斜坡信號RAMPl的電平復(fù)位至預(yù)定的電壓。隨后，在D相周期中，比較器31A將所接收的像素信號VSL與其電平以恒定斜率降低的斜坡信號RAMPl相比較。如果斜坡信號RAMPl的電平大于像素信號VSL的電平，則比較器31A輸出差值信號Hi。隨后，當(dāng)像素信號VSL與斜坡信號RAMPl的電平相同時，比較器31A反轉(zhuǎn)輸出以輸出差值信號Lo。在D相周期中，遞增/遞減計數(shù)器32A在從斜坡信號RAMPl開始電壓下降的時刻到斜坡信號RAMPl的電平變成與像素信號VSL的電平相同的時刻的時間段中遞增計數(shù)。
[0097]信號處理電路22A在P相周期獲得遞減計數(shù)值并且在D相周期獲得遞增計數(shù)值，將這些值相加，并且輸出結(jié)果作為AD轉(zhuǎn)換之后的像素數(shù)據(jù)。
[0098]例如，如圖5所示，當(dāng)獲取在黑色背景上的白色圖像時，在P相周期的遞增/遞減計數(shù)器32A的遞減計數(shù)值為-70。此外，在D相周期中，直至斜坡信號RAMPl與黑色像素的像素信號VSL相交的遞增/遞減計數(shù)器32A的遞增計數(shù)值為70，并且直至斜坡信號RAMPl與白色像素的像素信號VSL相交的遞增/遞減計數(shù)器32A的遞增計數(shù)值為100。在這種情況下，通過信號處理電路22A計算的在黑色像素(黑色背景)的AD轉(zhuǎn)換之后的像素數(shù)據(jù)是-70+70 = O,并且在白色像素(白色區(qū)域)的AD轉(zhuǎn)換之后的像素數(shù)據(jù)是-70+100 = 30。
[0099]此外，在圖5的實例中，在P相周期中的最大計數(shù)值(P范圍(range))被設(shè)置成90，并且在D相周期中的最大計數(shù)值(D范圍)被設(shè)置成150。
[0100]AD轉(zhuǎn)換單元13B的AD轉(zhuǎn)換處理
[0101]隨后，參照圖6描述布置在像素陣列11之上的AD轉(zhuǎn)換單元13B的操作。
[0102]在P相周期的AD轉(zhuǎn)換單元13B的操作與上述AD轉(zhuǎn)換單元13A的操作相同。因此，在P相周期中，從DAC18b供應(yīng)的斜坡信號RAMP2是其電平以與斜坡信號RAMPl相同的方式隨著時間以恒定斜率降低的信號。在P相周期，遞增/遞減計數(shù)器32B在從斜坡信號RAMP2開始電壓降的時刻至斜坡信號RAMP2的電平變得與像素信號VSL的電平相同的時刻的時間段中遞減計數(shù)。例如，如圖6所示，在P相周期中，遞增/遞減計數(shù)器32B的遞減計數(shù)值是_70。
[0103]如圖6所示，在下一個D相周期中，從DAC18b供應(yīng)的斜坡信號RAMP2是被D范圍反轉(zhuǎn)并且其電平隨著時間以恒定斜率升高的信號。隨后，在D相周期中，遞增/遞減計數(shù)器32B在從斜坡信號RAMP2開始電壓升高的時刻至斜坡信號RAMP2的電平變成與白色像素或黑色像素的像素信號VSL的電平相同的時刻的時間段中遞減計數(shù)。由于電平隨著時間以恒定斜率升高，因此斜坡信號RAMP2首先與白色像素的像素信號VSL相交并且隨后與黑色像素的像素信號VSL相交。
[0104]在P相周期中，信號處理電路22B首先獲得遞增/遞減計數(shù)器32B的遞減計數(shù)值。在圖6的實例中，信號處理電路22B獲得作為遞減計數(shù)值的-70。
[0105]隨后，根據(jù)D相周期中的斜坡信號RAMP2的最初電平反轉(zhuǎn)，信號處理電路22B將對應(yīng)D范圍的計數(shù)值加至在P相周期中的遞減計數(shù)值。在此實例中，由于D范圍是150，因此信號處理電路22B計算出-70+150 = 80。
[0106]最終，信號處理電路22B獲得在D相周期中的遞增/遞減計數(shù)器32B的遞減計數(shù)值，并且將該值加至存儲的計數(shù)結(jié)果。在圖6的實例中，直至斜坡信號RAMP2的電平變得與白色像素的像素信號VSL的電平相同的遞增/遞減計數(shù)器32B的遞減計數(shù)值是-50，并且直至斜坡信號RAMP2的電平變得與黑色像素的像素信號VSL的電平相同的遞增/遞減計數(shù)器32B的遞減計數(shù)值為-80。在這種情況下，通過信號處理電路22B計算的在白色像素(白色區(qū)域)的AD轉(zhuǎn)換之后的像素數(shù)據(jù)是80-50 = 30，并且在黑色像素(黑色背景)的AD轉(zhuǎn)換之后的像素數(shù)據(jù)是80-80 = O。因此，能夠在白色像素和黑色像素兩種情況下獲得與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)執(zhí)行操作的AD轉(zhuǎn)換單元13A相同的像素數(shù)據(jù)。
[0107]在圖6的上表面的全黑圖像中，比較器31B的Hi信號輸出周期Tc是其中斜坡信號RAMP2的電平從斜坡信號RAMPl的電平反轉(zhuǎn)的周期，并且是不同于AD轉(zhuǎn)換單元13A的比較器31A的Hi信號輸出周期Tb的周期。因此，由于在全黑圖像的D相周期中其輸出被同時反轉(zhuǎn)的比較器31B的數(shù)量是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的比較器的數(shù)量的一半，因此在同時反轉(zhuǎn)比較器31B的輸出時的斜坡信號RAMP2的失真量小于如圖4所示的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的斜坡信號RAMP的失真量。據(jù)此，與如圖6的下部所示的在獲取黑色背景上的白色圖像時的在D相周期的斜坡信號RAMP2的失真量與在圖6的上部的在全黑圖像的D相周期中的斜坡信號RAMP2的失真量之間的差異對應(yīng)的拖尾量T2小于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的拖尾量Tl (T1>T2)。因此，通過固態(tài)成像裝置I可減少拖尾的產(chǎn)生。
[0108]第二 AD轉(zhuǎn)換處理
[0109]隨后，將描述可由圖1的固態(tài)成像裝置I執(zhí)行的并且不同于上述第一 AD轉(zhuǎn)換處理的第二 AD轉(zhuǎn)換處理。
[0110]在上述第一 AD轉(zhuǎn)換處理中，在D相周期中，根據(jù)斜坡信號RAMP2通過D范圍的電平反轉(zhuǎn)，信號處理電路22B必需將對應(yīng)D范圍的計數(shù)值加至P相周期中的遞減計數(shù)值。
[0111]因此，由于像素信號VSL的變化，實際的D范圍可改變，從而實際的D范圍可能與被相加至P相周期中的遞減計數(shù)值的對應(yīng)D范圍的計數(shù)不一致。在此，在如下所述的第二AD轉(zhuǎn)換處理中，采用其中不加上對應(yīng)D范圍的計數(shù)值的方法。
[0112]因為在第二 AD轉(zhuǎn)換處理中的AD轉(zhuǎn)換單元13A的操作與如圖5中所示的在第一 AD轉(zhuǎn)換處理中的AD轉(zhuǎn)換單元13A的操作相同，所以將省略其描述。
[0113]圖7是示出了在第二 AD轉(zhuǎn)換處理中的AD轉(zhuǎn)換單元13B的操作。
[0114]在P相周期中的操作與在上述第一 AD轉(zhuǎn)換處理中的AD轉(zhuǎn)換單元13B的操作相同。即，在P相周期中，比較器31B輸出通過將其電平隨著時間以恒定斜率降低的斜坡信號RAMP2與像素信號VSL相比較所獲得的差值信號。遞增/遞減計數(shù)器32B在從斜坡信號RAMP2開始電壓下降的時刻至斜坡信號RAMP2的電平變成與像素信號VSL的電平相同的時刻的時間段中遞減計數(shù)。
[0115]在下一個D相周期中，如圖7所示，由DAC18b供應(yīng)的斜坡信號RAMP2的電平被D范圍反轉(zhuǎn)，并且隨著時間以恒定斜率升高。比較器31B輸出從斜坡信號RAMP2的電平變得與像素信號VSL的電平相同的時刻至斜坡信號RAMP2的電平達(dá)到最大電平的時刻的差值信號Hi。在D相周期中，遞增/遞減計數(shù)器32B在從斜坡信號RAMP2的電平變得與像素信號VSL的電平相同的時刻至斜坡信號RAMP2的電平達(dá)到最大電平的時刻的時間段中遞增計數(shù)。
[0116]信號處理電路22B在P相周期中獲得遞增/遞減計數(shù)器32B的遞減計數(shù)值，并且在D相周期中獲得遞增/遞減計數(shù)器32B的遞增計數(shù)值。隨后，信號處理電路22B輸出通過將P相周期中的遞減計數(shù)值與D相周期中的遞增計數(shù)值相加獲得的結(jié)果作為像素數(shù)據(jù)。
[0117]例如，如圖7所示，在P相周期中的遞增/遞減計數(shù)器32B的遞減計數(shù)值是_70。隨后，在D相周期中的從斜坡信號RAMP2的電平變得與白色像素的像素信號VSL的電平相同的時刻至斜坡信號RAMP2的電平達(dá)到最大電平的時刻的遞增計數(shù)值是100。此外，從斜坡信號RAMP2的電平變得與黑色像素的像素信號VSL的電平相同的時刻至斜坡信號RAMP2的電平達(dá)到最大電平的時刻的遞增計數(shù)值是70。在這種情況下，通過信號處理電路22B計算的在白色像素(白色區(qū)域)的AD轉(zhuǎn)換之后的像素數(shù)據(jù)是-70+100 = 30，并且在黑色像素(黑色背景)的AD轉(zhuǎn)換之后的像素數(shù)據(jù)是-70+70 = O。因此，能夠獲得與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)執(zhí)行操作的AD轉(zhuǎn)換單元13A相同的像素數(shù)據(jù)。
[0118]由于在第二 AD轉(zhuǎn)換處理中，斜坡信號RAMP2的電平從斜坡信號RAMPl的電平反轉(zhuǎn)，因此比較器31B的Hi信號輸出周期Tc變成與AD轉(zhuǎn)換單元13A的比較器31A的Hi信號輸出周期Tb不同的周期。因此，由于在全黑圖像的D相周期中，其輸出被同時反轉(zhuǎn)的比較器31B的數(shù)量是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的比較器的數(shù)量的一半，因此在同時反轉(zhuǎn)比較器31B的輸出時的斜坡信號RAMP2的失真量小于如圖4所示的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的斜坡信號RAMP的失真量。因此，與如圖7的下部所示的當(dāng)獲取黑色背景上的白色圖像時的在D相周期中的斜坡信號RAMP2的失真量與在圖7的上部的在全黑圖像的D相周期中的斜坡信號RAMP2的失真量之間的差異對應(yīng)的拖尾量T2小于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的拖尾量Tl (T1>T2)。因此，通過固態(tài)成像裝置I可減少拖尾的產(chǎn)生。
[0119]此外，由于在第二 AD轉(zhuǎn)換處理中，信號處理電路22B無須將對應(yīng)D范圍的計數(shù)加到與D相周期中的斜坡信號RAMP2的電平反轉(zhuǎn)對應(yīng)的P相周期中的遞減計數(shù)值，因此信號處理電路22B可被配置成不受D范圍的變化的影響。
[0120]固態(tài)成像裝置I可例如基于來自外部的設(shè)置控制信號來選擇上述第一 AD轉(zhuǎn)換處理和第二 D轉(zhuǎn)換處理中的任一種，并且執(zhí)行所選擇的處理。當(dāng)然，固態(tài)成像裝置I可被設(shè)置成固定地執(zhí)行上述第一 AD轉(zhuǎn)換處理和第二 AD轉(zhuǎn)換處理中的任一種。
[0121]此外，根據(jù)本實施方式，斜坡信號RAMPl被供應(yīng)至對奇數(shù)像素列中的像素信號VSL執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換處理的AD轉(zhuǎn)換單元13A，并且斜坡信號RAMP2被供應(yīng)至對偶數(shù)像素列中的像素信號VSL執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換處理的AD轉(zhuǎn)換單元13B。然而，斜坡信號RAMP2可被供應(yīng)至AD轉(zhuǎn)換單元13A，并且斜坡信號RAMPl可被供應(yīng)至AD轉(zhuǎn)換單元13B。
[0122]2.第二實施方式
[0123]固態(tài)成像裝置的整體配置實例
[0124]圖8是示出根據(jù)應(yīng)用本技術(shù)的第二實施方式的固態(tài)成像裝置的配置實例的框圖。
[0125]在圖8中，與上述第一實施方式對應(yīng)的部分以相同參考標(biāo)號和符號來表不，并且將適當(dāng)?shù)厥÷云涿枋觥?br> [0126]在圖8中所示的根據(jù)第二實施方式的固態(tài)成像裝置與在圖1中所示的根據(jù)第一實施方式的固態(tài)成像裝置的不同在于:根據(jù)第二實施方式的固態(tài)成像裝置I包括AD轉(zhuǎn)換單元13C和13D而不是AD轉(zhuǎn)換單元13A和13B。
[0127]根據(jù)第一實施方式的用于執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換處理的目標(biāo)像素列被分成用于奇數(shù)像素列和偶數(shù)像素列的AD轉(zhuǎn)換單元13A和AD轉(zhuǎn)換單元13B。根據(jù)第二實施方式的用于執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換處理的目標(biāo)像素列被分成用于像素陣列11的右半部分與左半部分的AD轉(zhuǎn)換單元13C和AD轉(zhuǎn)換單元13D。
[0128]具體地，AD轉(zhuǎn)換單元13C的多個列AD轉(zhuǎn)換單元20A —個接一個地連接至在像素陣列11的左半部分的像素列中的垂直信號線17。此外，AD轉(zhuǎn)換單元13D的多個列AD轉(zhuǎn)換單元20B —個接一個地連接至在像素陣列11的右半部分的像素列中的垂直信號線17。
[0129]因此，布置在像素陣列11之下的AD轉(zhuǎn)換單元13C對從像素陣列11的左半部分的像素列中的像素2輸出的像素信號VSL執(zhí)行⑶S處理和AD轉(zhuǎn)換處理。同時，布置在像素陣列11之上的AD轉(zhuǎn)換單元13D對從像素陣列11的右半部分的像素列中的像素2輸出的像素信號VSL執(zhí)行⑶S處理和AD轉(zhuǎn)換處理。
[0130]其電平隨著時間以不同的斜率降低的斜坡信號RAMPl從DAC18a以與現(xiàn)有技術(shù)中相同的方式供應(yīng)至布置在像素陣列11之下的AD轉(zhuǎn)換單元13C。同時，在D相周期中其電平隨著時間以恒定斜率升高的斜坡信號RAMP2從DAC18b供應(yīng)至布置在像素陣列11之上的AD轉(zhuǎn)換單元13D。因此，在圖8的固態(tài)成像裝置I中，即使像素信號VSL處于相同的電平，用于布置在像素陣列11之下的AD轉(zhuǎn)換單元13C中的比較器的輸出的反轉(zhuǎn)時序仍不同于用于布置在像素陣列11之上的AD轉(zhuǎn)換單元13D中的比較器的輸出的反轉(zhuǎn)時序。據(jù)此，由于當(dāng)同時反轉(zhuǎn)比較器3IA和3IB的輸出時的斜坡信號RAMPl和RAMP2的失真量小于如圖4所示的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的斜坡信號RAMP的失真量，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，在第二實施方式中可降低拖尾的產(chǎn)生。
[0131]此外，根據(jù)本實施方式，斜坡信號RAMPl被供應(yīng)至對左半部分的像素列中的像素信號VSL執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換處理的AD轉(zhuǎn)換單元13C，并且斜坡信號RAMP2被供應(yīng)至對右半部分的像素列中的像素信號VSL執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換處理的AD轉(zhuǎn)換單元13D。然而，斜坡信號RAMP2可被供應(yīng)至AD轉(zhuǎn)換單元13C，并且斜坡信號RAMPl被供應(yīng)至AD轉(zhuǎn)換單元13D。
[0132]如上所述，在根據(jù)第一和第二實施方式的固態(tài)成像裝置I中，像素陣列11的多個像素列被分成第一組和第二組兩組，并且比較器的輸出的反轉(zhuǎn)時序被配置為在第一組和第二組中不同。據(jù)此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，拖尾的產(chǎn)生可減少(一半)。此外，由于由比較器的同時反轉(zhuǎn)引起的供電電壓和GND電壓的浮動減少，因此還可減小噪聲。此外，由于對于比較器31無需電路改變和復(fù)雜的噪聲消除電路，因此能夠利用簡單的電路配置減少拖尾。
[0133]應(yīng)用實例
[0134]根據(jù)上述第一和第二實施方式中的任一種，通過將像素陣列11的多個像素列劃分成兩組來執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換處理。然而，它可被配置成像素陣列11的多個像素列被分成三個或更多個組并且每個組具有不同的比較器的輸出的反轉(zhuǎn)時序。
[0135]例如，像素陣列11的多個像素列被分成三組。在第一組中，在D相周期中，固態(tài)成像裝置I使用其電平以恒定斜率降低的斜坡信號RAMPl來執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換處理。此外，在第二組中，在D相周期中，固態(tài)成像裝置I使用其電平以恒定斜率升高的斜坡信號RAMP2來執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換處理。隨后，在第三組中，固態(tài)成像裝置I在時間軸方向上將像素信號VSL與延遲斜坡信號RAMPl —同延遲，并且隨后以與第一組中相同的方式執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換處理。
[0136]另外，例如，通過擴(kuò)展D范圍并且在電平方向上將斜坡信號RAMPl和像素信號VSL的電平偏置，第三組中的比較器的輸出的反轉(zhuǎn)時序可被設(shè)置成與第一和第二組中的那些不同。此外，通過使用其中改變斜坡信號RAMPl和RAMP2的斜率和計數(shù)時鐘的固態(tài)成像裝置I，第三組中的比較器的輸出的反轉(zhuǎn)時序可被設(shè)置成不同于第一和第二組中的那些。
[0137]當(dāng)像素陣列11的多個像素列被分成四個或更多個組時，通過適當(dāng)?shù)亟M合上述多種方法，可將比較器的輸出的反轉(zhuǎn)時序配置成彼此不同。
[0138]此外，例如，在其中比較器的輸出的反轉(zhuǎn)時序不同于第一組和第二組中的那些的配置中，通過將像素陣列11中的第一組像素列中的P型和N型半導(dǎo)體基板從像素陣列11中的第二組像素列中的那些反轉(zhuǎn)，用于電子的像素信號VSL的移動可被制成與用于空穴的像素信號VSL的移動相反。
[0139]3.第三實施方式
[0140]應(yīng)用本技術(shù)的電子設(shè)備的配置實例
[0141]本技術(shù)并不限于應(yīng)用于固態(tài)成像裝置。即，本技術(shù)可被應(yīng)用于在圖像讀取單元(光電轉(zhuǎn)換單元)中使用固態(tài)成像裝置的整體電子設(shè)備，諸如，包括數(shù)字式靜物照相機(jī)、攝影機(jī)等的成像裝置，具有成像功能的便攜式終端設(shè)備以及在圖像讀取單元中使用固態(tài)成像裝置的相機(jī)。固態(tài)成像裝置可具有利用一個芯片形成的結(jié)構(gòu)，或者可以是通過將圖像單元、信號處理單元或光學(xué)系統(tǒng)封裝在一起所獲得的并且具有成像功能的模塊類結(jié)構(gòu)。
[0142]圖9是示出作為應(yīng)用本技術(shù)的電子設(shè)備的成像裝置的配置實例的框圖。
[0143]圖9的成像裝置100包括由透鏡組制成的光學(xué)單元101、應(yīng)用圖1或圖7的固態(tài)成像裝置I的配置的固態(tài)成像裝置(成像裝置)102以及作為相機(jī)信號處理電路的DSP (數(shù)字信號處理器)電路103。此外，成像裝置100包括幀存儲器104、顯示單元105、記錄單元106、操作單元107和電源單元108。DSP電路103、幀存儲器104、顯示單元105、記錄單元106、操作單元107和電源單元108通過總線109彼此連接。
[0144]光學(xué)單元101接收來自目標(biāo)的入射光(圖像光)，并且在固態(tài)成像裝置102的成像表面上形成圖像。固態(tài)成像裝置102通過像素單元將用于通過光學(xué)單元101在成像表面上形成圖像的入射光的光量轉(zhuǎn)換成電信號，并且輸出所轉(zhuǎn)換的電信號作為像素信號。圖1或圖8的固態(tài)圖像裝置1，即，可減少拖尾的產(chǎn)生的固態(tài)圖像裝置，可被用作固態(tài)成像裝置102。
[0145]顯示單元105利用例如液晶面板或有機(jī)電熒光(EL)面板的平板型顯示設(shè)備形成，并且顯示由固態(tài)成像裝置102獲取的移動圖像或靜止圖像。記錄單元106將通過固態(tài)成像裝置102獲取的移動圖像或靜止圖像記錄在諸如硬盤或半導(dǎo)體存儲器的記錄介質(zhì)上。
[0146]操作單元107根據(jù)用戶的操作執(zhí)行關(guān)于成像裝置100的各種功能的操作指令。電源單元108為其供應(yīng)目標(biāo)適當(dāng)?shù)靥峁┳鰹橛糜诓僮鱀SP電路103、幀存儲器104、顯示單元105、記錄單元106和操作單元107的電源的各種類型的電源。
[0147]如上所述，通過使用根據(jù)上述實施方式的固態(tài)成像裝置I作為固態(tài)成像裝置102可減少拖尾的產(chǎn)生。因此，在諸如設(shè)置在攝影機(jī)、數(shù)字式靜物攝影機(jī)或者移動設(shè)備(諸如蜂窩電話)中的相機(jī)模塊的成像裝置100中，還可提高所獲取的圖像的質(zhì)量。
[0148]此外，本技術(shù)的應(yīng)用并不限于通過檢測可見光的入射光量的分布獲取圖像的固態(tài)成像裝置，而是本技術(shù)可應(yīng)用于通過檢測紅外光、X射線、顆粒等的入射量的分布來獲取圖像的固態(tài)成像裝置，或者更廣義上的所有固態(tài)成像裝置(物理量分布檢測設(shè)備)，諸如，通過檢測諸如壓力或靜電電容的其他物理量的分布來獲取圖像的指紋檢測傳感器。
[0149]另外，固態(tài)成像裝置可以是利用一個芯片形成的實施方式，或者可以是通過將圖像單元、信號處理單元或光學(xué)系統(tǒng)封裝在一起所獲得的并且具有成像功能的模塊類結(jié)構(gòu)。
[0150]本技術(shù)的實施方式不限于上述實施方式，并且在不背離本技術(shù)的要旨的情況下，可進(jìn)行各種修改。
[0151]此外，本技術(shù)可以具有以下配置。
[0152](I)
[0153]—種AD轉(zhuǎn)換器,包括:
[0154]第一 AD轉(zhuǎn)換單元，其中，像素陣列的多個像素列分成至少兩組，并且第一 AD轉(zhuǎn)換單元將第一斜坡信號與從兩組之中的第一組像素列輸出的第一像素信號相比較并對第一像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換；以及
[0155]第二 AD轉(zhuǎn)換單元，將第二斜坡信號與從像素陣列中的不同于第一組的第二組像素列輸出的第二像素信號相比較并對第二像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，
[0156]其中，第一斜坡信號是在用于檢測像素信號的信號電平的D相周期中其電平隨著時間以恒定斜率降低的信號，并且
[0157]其中，第二斜坡信號是在D相周期中其電平隨著時間以恒定斜率升高的信號。
[0158](2)
[0159]根據(jù)⑴所述的AD轉(zhuǎn)換器，
[0160]其中，像素陣列的多個像素列被分成兩組，并且
[0161]第一組和第二組被分成像素陣列的奇數(shù)像素列和偶數(shù)像素列。
[0162](3)
[0163]根據(jù)⑴或⑵所述的AD轉(zhuǎn)換器，
[0164]其中，第二 AD轉(zhuǎn)換單元將從第二斜坡信號的電平在D相周期中開始升高的時刻到第二斜坡信號的電平變得與第二像素信號的電平相同的時刻的計數(shù)值加到通過將D相周期中的最大計數(shù)值加到用于在D相周期之前檢測復(fù)位電平的P相周期的計數(shù)值而獲得的結(jié)果O
[0165](4)
[0166]根據(jù)⑴或⑵所述的AD轉(zhuǎn)換器，
[0167]其中，第二 AD轉(zhuǎn)換單元將從第二斜坡信號的電平在D相周期中開始升高從而第二斜坡信號的電平變得與第二像素信號的電平相同的時刻到第二斜坡信號的電平變成最高電平的時刻的計數(shù)值加到用于在D相周期之前檢測復(fù)位電平的P相周期的計數(shù)值。
[0168](5)
[0169]根據(jù)⑴到(4)中任一項所述的AD轉(zhuǎn)換器，進(jìn)一步包括:
[0170]參考信號生成單元，生成第一斜坡信號和第二斜坡信號。
[0171](6)
[0172]根據(jù)⑴和(3)中的任一項所述的AD轉(zhuǎn)換器，
[0173]其中，像素陣列的多個像素列被分成兩組，并且
[0174]其中，第一組和第二組被分成像素陣列的所有像素列的右半部分和左半部分。
[0175](7)
[0176]根據(jù)⑶至(5)中任一項所述的AD轉(zhuǎn)換器，
[0177]其中，像素陣列的多個像素列被分成三組。
[0178](8)
[0179]—種AD轉(zhuǎn)換器的信號處理方法，該AD轉(zhuǎn)換器包括:第一 AD轉(zhuǎn)換單元，其中，像素陣列的多個像素列被分成至少兩組，并且第一 AD轉(zhuǎn)換單元對從兩組之中的第一組像素列輸出的第一像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換；以及第二 AD轉(zhuǎn)換單元，對從像素陣列中的不同于第一組的第二組像素列輸出的第二像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，該方法包括:
[0180]通過將第一 AD轉(zhuǎn)換單元的第一像素信號與第一斜坡信號相比較對第一像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換；以及
[0181]通過將第二 AD轉(zhuǎn)換單元的第二像素信號與第二斜坡信號相比較對第二像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，
[0182]其中，第一斜坡信號是在用于檢測像素信號的信號電平的D相周期中其電平隨著時間以恒定斜率降低的信號，以及
[0183]其中，第二斜坡信號是在D相周期中其電平隨著時間以恒定斜率升高的信號。
[0184](9)
[0185]一種固態(tài)成像裝置，包括:
[0186]像素陣列，其中，多個像素二維地布置成矩陣形狀；
[0187]第一 AD轉(zhuǎn)換單元，其中，像素陣列的多個像素列被分成至少兩組，并且第一 AD轉(zhuǎn)換單元將第一斜坡信號與從兩組之中的第一組像素列輸出的第一像素信號相比較并對第一像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換；以及
[0188]第二 AD轉(zhuǎn)換單元，將第二斜坡信號與從像素陣列中的不同于第一組的第二組像素列輸出的第二像素信號相比較并對第二像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，
[0189]其中，第一斜坡信號是在用于檢測像素信號的信號電平的D相周期中其電平隨著時間以恒定斜率降低的信號，并且
[0190]其中，第二斜坡信號是在D相周期中其電平隨著時間以恒定斜率升高的信號。
[0191](10)
[0192]一種電子設(shè)備，包括:
[0193]固態(tài)成像裝置，包括:
[0194]像素陣列，其中，多個像素二維地布置成矩陣形狀，
[0195]第一 AD轉(zhuǎn)換單元，其中，像素陣列的多個像素列被分成至少兩組，并且第一 AD轉(zhuǎn)換單元將第一斜坡信號與從兩組之中的第一組像素列輸出的第一像素信號相比較并對第一像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，以及
[0196]第二 AD轉(zhuǎn)換單元，將第二斜坡信號與從像素陣列中的不同于第一組的第二組像素列輸出的第二像素信號相比較并對第二像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，
[0197]其中，第一斜坡信號是在用于檢測像素信號的信號電平的D相周期中其電平隨著時間以恒定斜率降低的信號，并且
[0198]其中，第二斜坡信號是在D相周期中其電平隨著時間以恒定斜率升高的信號。
[0199]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，可根據(jù)設(shè)計要求和其他因素進(jìn)行各種修改、組合、子組合和修改，只要它們在所附權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種AD轉(zhuǎn)換器,包括: 第一 AD轉(zhuǎn)換單元，其中，像素陣列的多個像素列被分成至少兩組，并且所述第一 AD轉(zhuǎn)換單元將第一斜坡信號與從所述兩組之中的第一組所述像素列輸出的第一像素信號相比較，并且對所述第一像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換；以及 第二 AD轉(zhuǎn)換單元，將第二斜坡信號與從所述像素陣列中的不同于所述第一組的第二組所述像素列輸出的第二像素信號相比較，并且對所述第二像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換， 其中，所述第一斜坡信號是在用于檢測像素信號的信號電平的D相周期中電平隨著時間以恒定斜率降低的信號， 其中，所述第二斜坡信號是在所述D相周期中電平隨著時間以恒定斜率升高的信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AD轉(zhuǎn)換器， 其中，所述像素陣列的所述多個像素列被分成兩組，并且 其中，所述第一組和所述第二組被分成所述像素陣列的奇數(shù)像素列和偶數(shù)像素列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AD轉(zhuǎn)換器， 其中，所述第二 AD轉(zhuǎn)換單元將從所述第二斜坡信號的所述電平在所述D相周期中開始升高的時刻到所述第二斜坡信號的所述電平變得與所述第二像素信號的所述電平相同的時刻的計數(shù)值加到通過將所述D相周期的最大計數(shù)值加到用于在所述D相周期之前檢測復(fù)位電平的P相周期的計數(shù)值而獲得的結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AD轉(zhuǎn)換器， 其中，所述第二 AD轉(zhuǎn)換單元將從所述第二斜坡信號的所述電平在所述D相周期中開始升高使得所述第二斜坡信號的所述電平變得與所述第二像素信號的電平相同的時刻到所述第二斜坡信號的所述電平變成最高電平的時刻的計數(shù)值加到用于在所述D相周期之前檢測復(fù)位電平的P相周期的計數(shù)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AD轉(zhuǎn)換器，進(jìn)一步包括: 參考信號生成單元，產(chǎn)生所述第一斜坡信號和所述第二斜坡信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AD轉(zhuǎn)換器， 其中，所述像素陣列的所述多個像素列被分成兩組，并且 其中，所述第一組和所述第二組被分成所述像素陣列的所有像素列的右半部分和左半部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AD轉(zhuǎn)換器， 其中，所述像素陣列的所述多個像素列被分成三組。
8.—種AD轉(zhuǎn)換器的信號處理方法，所述AD轉(zhuǎn)換器包括:第一 AD轉(zhuǎn)換單元，其中，像素陣列的多個像素列被分成至少兩組，并且所述第一 AD轉(zhuǎn)換單元對從所述兩組之中的第一組所述像素列輸出的第一像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換；以及第二 AD轉(zhuǎn)換單元，對從所述像素陣列中的不同于所述第一組的第二組所述像素列輸出的第二像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，所述方法包括: 通過將所述第一 AD轉(zhuǎn)換單元的所述第一像素信號與第一斜坡信號相比較來對所述第一像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換；以及 通過將所述第二 AD轉(zhuǎn)換單元的所述第二像素信號與第二斜坡信號相比較來對所述第二像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換， 其中，所述第一斜坡信號是在用于檢測像素信號的信號電平的D相周期中電平隨著時間以恒定斜率降低的信號，并且 其中，所述第二斜坡信號是在所述D相周期中電平隨著時間以恒定斜率升高的信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的AD轉(zhuǎn)換器的信號處理方法，其中， 將所述像素陣列的所述多個像素列分成兩組，并且 將所述第一組和所述第二組分成所述像素陣列的奇數(shù)像素列和偶數(shù)像素列。
10.一種固態(tài)成像裝置，包括: 像素陣列，其中，多個像素二維地布置成矩陣形狀； 第一 AD轉(zhuǎn)換單元，其中，像素陣列的多個像素列被分成至少兩組，并且所述第一 AD轉(zhuǎn)換單元將第一斜坡信號與從所述兩組之中的第一組所述像素列輸出的第一像素信號相比較，并且對所述第一像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換；以及 第二 AD轉(zhuǎn)換單元，將第二斜坡信號與從所述像素陣列中的不同于所述第一組的第二組所述像素列輸出的第二像素信號相比較，并且對所述第二像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換， 其中，所述第一斜坡信號是在用于檢測像素信號的信號電平的D相周期中電平隨著時間以恒定斜率降低的信號，并且 其中，所述第二斜坡信號是在所述D相周期中電平隨著時間以恒定斜率升高的信號。
11.一種電子設(shè)備，包括: 固態(tài)成像裝置，包括: 像素陣列，其中，多個像素二維地布置成矩陣形狀， 第一 AD轉(zhuǎn)換單元，其中，像素陣列的多個像素列被分成至少兩組，并且所述第一 AD轉(zhuǎn)換單元將第一斜坡信號與從所述兩組之中的第一組所述像素列輸出的第一像素信號相比較，并且對所述第一像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，以及 第二 AD轉(zhuǎn)換單元，將第二斜坡信號與從所述像素陣列中的不同于所述第一組的第二組所述像素列輸出的第二像素信號相比較，并且對所述第二像素信號執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換， 其中，所述第一斜坡信號是在用于檢測像素信號的信號電平的D相周期中電平隨著時間以恒定斜率降低的信號，并且 其中，所述第二斜坡信號是在所述D相周期中電平隨著時間以恒定斜率升高的信號。
【文檔編號】H04N5/374GK104243865SQ201410240781
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月6日
【發(fā)明者】恭一 金川 申請人:索尼公司