本申請是pct國際申請?zhí)枮閜ct/jp2013/055212、申請日為2013年2月27日、國家申請?zhí)枮?01380022283.3、發(fā)明名稱為“固體成像裝置以及使用該固體成像裝置的電子相機(jī)”的發(fā)明專利申請的分案申請。
本發(fā)明涉及固體成像裝置以及使用該固體成像裝置的電子相機(jī)。
背景技術(shù):
在下述專利文獻(xiàn)1的圖3中公開了相對于“像素部20”的1列的“cds電路3a”的結(jié)構(gòu)。
在該“cds電路3a”設(shè)有對從“像素部20”輸出的圖像信號的輸入進(jìn)行控制的“采樣保持用開關(guān)sw1”。在“采樣保持用開關(guān)sw1”的輸出側(cè)連接有用于保持圖像信號的“電容器(采樣保持用電容器)c31”。在“電容器c31”的與“采樣保持用開關(guān)sw1”相反的一側(cè),連接有供給使“電容器c31”所保持的圖像信號的電位變化的斜升信號的“斜升信號供給源31a”。
另外,“采樣保持用開關(guān)sw1”與“電容器c31”的“連接點(節(jié)點)n1”連接于“差動放大器33a”的非反相輸入端子。另外,在反相輸入端子與gnd之間設(shè)置有“電容器c32”。在“差動放大器33a”的輸出端子與反相輸入端子和“電容器c32”的“連接點n2”之間,設(shè)置有“鉗位開關(guān)sw2”。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-11284號公報
技術(shù)實現(xiàn)要素:
發(fā)明所要解決的問題
在所述以往的相對于“像素部20”的各列設(shè)置“cds電路3a”的情況下,相對于各列的“cds電路3a”共用地設(shè)置有1個“斜升信號供給源31a”,用第一布線將各列的“cds電路3a”的“電容器c31”的斜升信號輸入部共用地連接到一起,在所述第一布線的一側(cè)連接有“斜升信號供給源31a”,用第二布線將各列的“cds電路3a”的“電容器c32”的gnd電壓輸入部(一個電極)共用地連接到一起,對所述第二布線供給作為基準(zhǔn)電壓的gnd電壓。此時,按照用于提高抗噪聲性的電路設(shè)計中的gnd電壓供給手法的技術(shù)常識,為了對所述第二布線的盡可能多的部位供給gnd電壓,將所述第二布線的兩側(cè)分別接地。如果將所述第二布線的兩側(cè)分別接地,則與僅對所述第二布線的一個部位供給gnd電壓的情況相比,第二布線因外部干擾等所載的噪聲變小,所述第二布線的抗噪聲性提高。
但是,本發(fā)明者的研究結(jié)果表明,在該情況下與提高所述第二布線的抗噪聲性相反地,成為使處理后所得到的圖像上顯現(xiàn)的噪聲的影響增加的原因。關(guān)于這一點,后面將在與本發(fā)明相比較的比較例的說明中詳述。
本發(fā)明是鑒于這樣的情況而完成的,提供能夠降低噪聲的影響并能夠得到更高畫質(zhì)的圖像的固體成像裝置以及使用其的電子相機(jī)。
用于解決問題的方案
本發(fā)明的第一方式的固體成像裝置具備:二維狀配置的多個像素;多個垂直信號線,按照所述多個像素的每一列設(shè)置并接受來自相對應(yīng)的列的像素的信號;多個信號處理部,基于斜升信號以及基準(zhǔn)電壓分別處理所述多個垂直信號線的信號;第一布線,其共用地連接所述多個信號處理部中的被輸入所述斜升信號的第一輸入部,并在行方向的一側(cè)被供給所述斜升信號;和第二布線,其共用地連接所述多個信號處理部中的被輸入所述基準(zhǔn)電壓的第二輸入部,并在行方向的所述一側(cè)被供給所述基準(zhǔn)電壓并且在行方向的另一側(cè)不被供給所述基準(zhǔn)電壓。
本發(fā)明的第二方式的固體成像裝置,在所述第一方式中,所述各信號處理部具有進(jìn)行基于所述斜升信號以及所述基準(zhǔn)電壓的比較處理的比較器。
本發(fā)明的第三方式的固體成像裝置,在所述第二方式中,所述比較器由運算放大器構(gòu)成,所述各信號處理部具有:連接于所述比較器的非反相輸入端子并對所述垂直信號線的信號或與其相應(yīng)的信號進(jìn)行采樣的采樣開關(guān);一個電極連接于所述非反相輸入端子并且另一個電極成為所述第一輸入部的第一電容;一個電極連接于所述比較器的反相輸入端子并且另一個電極成為所述第二輸入部的第二電容;和將所述反相輸入端子與所述比較器的輸出端子之間接通斷開的反饋開關(guān)。
本發(fā)明的第四方式的固體成像裝置,在所述第三的方式中,(i)在所述多個垂直信號線的信號為基準(zhǔn)信號時、在所述各信號處理部的所述采樣開關(guān)以及所述反饋開關(guān)一度同時接通接著同時斷開的第一期間中,所述斜升信號逐漸變化,(ii)在所述第一期間后在所述多個垂直信號線的信號為包括由所述多個像素中的至少1個像素進(jìn)行了光電轉(zhuǎn)換后的光信息的光信號時、在所述各信號處理部的所述反饋開關(guān)維持?jǐn)嚅_不變而所述各信號處理部的所述采樣開關(guān)一度接通接著斷開的第二期間中,所述斜升信號逐漸變化,(iii)還具備計時部,所述計時部得到:與從所述第一期間中的所述斜升信號的變化開始時刻到所述第一期間中的所述各信號處理部的所述比較器的輸出部的信號的反相時刻為止的經(jīng)過時間相應(yīng)的計數(shù)值;以及與從所述第二期間中的所述斜升信號的變化開始時刻到所述第二期間中的所述各信號處理部的所述比較器的輸出部的信號的反相時刻為止的經(jīng)過時間相應(yīng)的計數(shù)值。
本發(fā)明的第五方式的固體成像裝置,在所述第四方式中,所述計時部具有:從所述第一期間中的所述斜升信號的變化開始時刻起對時鐘信號進(jìn)行計數(shù)并且從所述第二期間中的所述斜升信號的變化開始時刻起對時鐘信號進(jìn)行的計數(shù)器;和存儲部,所述存儲部設(shè)置于所述各信號處理部并被輸入所述計數(shù)器的計數(shù)值,分別存儲所述第一期間中的所述比較器的輸出部的信號的所述反相時刻的所述計數(shù)值、以及所述第二期間中的所述比較器的輸出部的信號的所述反相時刻的所述計數(shù)值。
本發(fā)明的第六方式的固體成像裝置,在所述第三方式中,(i)在所述多個垂直信號線的信號為基準(zhǔn)信號時、在所述各信號處理部的所述采樣開關(guān)以及所述反饋開關(guān)一度同時接通接著同時斷開的第一期間中,所述斜升信號逐漸變化,(ii)在所述第一期間后在所述多個垂直信號線的信號為包括由所述多個像素中的至少1個像素進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的光信息的光信號時、在所述各信號處理部的所述反饋開關(guān)維持在斷開不變而所述各信號處理部的所述采樣開關(guān)一度接通接著斷開的第二期間中,所述斜升信號逐漸變化,(iii)各信號處理部具有計數(shù)器,所計數(shù)器通過從所述第一期間中的所述斜升信號的變化開始時刻到所述第一期間中的所述各信號處理部的所述比較器的輸出部的信號的反相時刻為止、按減少模式和增加模式中的一種模式進(jìn)行計數(shù)工作,從而獲取計數(shù)值,從所述第二期間中的所述斜升信號的變化開始時刻到所述第二期間中的所述各信號處理部的所述比較器的輸出部的信號的反相時刻為止,按減少模式和增加模式中的另一種模式從所述計數(shù)值起進(jìn)行計數(shù)工作。
本發(fā)明的第七方式的固體成像裝置,在所述第三至第六中的任一方式中,所述各信號處理部具有設(shè)置在所述垂直信號線與所述采樣開關(guān)之間的放大部。
本發(fā)明的第八方式中的固體成像裝置,在所述第7方式中,所述放大部具有:第二運算放大器;連接于所述第二運算放大器的反相輸入端子的輸入電容;將所述第二運算放大器的所述反相輸入端子與所述第二運算放大器的輸出端子之間接通斷開的第二反饋開關(guān);和連接于所述第二運算放大器的所述反相輸入端子與所述第二運算放大器的所述輸出端子之間的反饋電容。
本發(fā)明的第九方式的電子相機(jī)是具備所述第一至第八中任一方式的固體成像裝置的電子相機(jī)。
發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明,能夠提供能夠減低噪聲影響且能夠得到更高畫質(zhì)的圖像的固體成像裝置、以及使用其的電子相機(jī)。
附圖說明
圖1是示意性地示出本發(fā)明的第一實施方式的電子相機(jī)的概略框圖。
圖2是示出圖1中的固體成像裝置的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖3是示出圖2中的像素的電路圖。
圖4是示出變形例的像素的電路圖。
圖5是示出圖1中的固體成像裝置的工作的一例的時序圖。
圖6是示出圖5中的預(yù)定期間的工作的時序圖。
圖7是示意性地示出構(gòu)成圖2中的第一以及第二布線的布線圖案等的具體例的概略俯視圖。
圖8是示意性地示出圖1中的固體成像裝置的概略俯視圖。
圖9是示出比較例的固體成像裝置的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖10是示意性地示出圖9中的第一以及第二布線的布線圖案等的概略俯視圖。
圖11是示意性地示出圖9所示的比較例的固體成像裝置的概略俯視圖。
圖12是示意性地示出變形例的固體成像裝置的概略俯視圖。
圖13是示出本發(fā)明的第二實施方式的電子相機(jī)中使用的固體成像裝置的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。
具體實施方式
以下,關(guān)于本發(fā)明的固體成像裝置以及電子相機(jī),參照附圖進(jìn)行說明。
[第一實施方式]
圖1是示意性地示出本發(fā)明的第一實施方式的電子相機(jī)1的概略框圖。
本實施方式的電子相機(jī)1例如構(gòu)成為單鏡頭反光(single-lensreflex)的數(shù)碼相機(jī),但本發(fā)明的電子相機(jī)不限于此,也可以適用于輕便相機(jī)等其他的電子相機(jī)、搭載于移動電話機(jī)的電子相機(jī)等。
在電子相機(jī)1中裝配有拍攝透鏡2。該拍攝透鏡2受透鏡控制部3驅(qū)動而聚焦和調(diào)節(jié)光圈。在該拍攝透鏡2的圖像空間配置有固體成像裝置4的拍攝面。
固體成像裝置4受拍攝控制部5的指令驅(qū)動而輸出數(shù)字圖像信號。數(shù)字信號處理部6對從固體成像裝置4輸出的數(shù)字圖像信號進(jìn)行數(shù)字放大、色插補(bǔ)處理、白平衡處理等圖像處理等。由數(shù)字信號處理部6處理后的圖像信號暫時蓄積于存儲器7。存儲器7連接于總線8。在總線8還連接有透鏡控制部3、拍攝控制部5、cpu9、液晶顯示面板等顯示部10、記錄部11、圖像壓縮部12以及圖像處理部13等。在cpu9連接有快門按鈕等的操作部14。另外,在記錄部11裝拆自如地裝配有記錄介質(zhì)11a。
在本實施方式中,若進(jìn)行操作部14的快門按鈕的半按操作,則電子相機(jī)1內(nèi)的cpu9基于來自未圖示的焦點檢測傳感器的檢測信號而計算出散焦量,根據(jù)該散焦量使透鏡控制部3對拍攝透鏡2進(jìn)行調(diào)節(jié)使之成為聚焦?fàn)顟B(tài)。另外,cpu9使透鏡控制部3對拍攝透鏡2進(jìn)行調(diào)節(jié)使之成為預(yù)先由操作部14指令的光圈。接著,與對操作部14的快門按鈕的全按操作同步地,cpu9經(jīng)由拍攝控制部5來控制固體成像裝置4,從而從固體成像裝置4讀出數(shù)字圖像信號。該圖像信號在由數(shù)字信號處理部6處理后,暫時存入存儲器7。之后,cpu9基于操作部14的指令根據(jù)需要通過圖像處理部13和圖像壓縮部12對存儲器7內(nèi)的圖像信號進(jìn)行預(yù)期的處理,使其向記錄部11輸出處理后的信號并記錄于記錄介質(zhì)11a。
圖2是表示圖1中的固體成像裝置4的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。在本實施方式中,固體成像裝置4構(gòu)成為cmos型固體成像裝置,也可以構(gòu)成為其他xy地址型固體成像裝置。
如圖2所示,固體成像裝置4具備:包括二維配置的多個像素21(圖2中示出2×3個像素2)的像素陣列部22;按照多個像素21的每一列設(shè)置并接收來自對應(yīng)列的像素21的信號的多個垂直信號線23;針對各垂直信號線23所設(shè)置的恒定電流源24;垂直掃描電路25;基于斜升信號vramp以及基準(zhǔn)電壓gnd分別對多個垂直信號線23的信號進(jìn)行處理的多個列(column)電路(信號處理部)26;發(fā)生斜升信號vramp的斜升信號發(fā)生電路27;計數(shù)器28;控制脈沖發(fā)生電路29;水平掃描電路30;減法器31;和輸出電路32。
圖3是示出圖2中的1個像素21的電路圖。各像素21與通常的cmos圖像傳感器同樣地,具有:作為生成并蓄積與入射光相應(yīng)的電荷的光電轉(zhuǎn)換部的發(fā)光二極管pd;作為接受所述電荷而將所述電荷轉(zhuǎn)換為電壓的電荷電壓轉(zhuǎn)換部的浮置擴(kuò)散器(floatingdiffusion)fd;作為輸出與浮置擴(kuò)散器fd的電位相應(yīng)的信號的放大部的放大晶體管amp;從發(fā)光二極管pd向浮置擴(kuò)散器fd傳送電荷的傳送晶體管tx;將浮置擴(kuò)散器fd的電位復(fù)位的復(fù)位晶體管res;和用于選擇讀出行的選擇晶體管sel,它們?nèi)鐖D3所示那樣連接。在圖3中,vdd為電源電位。此外,在本實施方式中,像素21的晶體管amp、tx、res、sel全部為nmos晶體管。
傳送晶體管tx的柵極按各行共用地連接于控制線41,通過該連接處從垂直掃描電路25供給控制傳送晶體管tx的控制信號
各像素21的發(fā)光二極管pd與入射光的光量(被拍體光)相應(yīng)地生成信號電荷。傳送晶體管tx在控制信號
關(guān)于放大晶體管amp,其漏極連接于電源電位vdd,其柵極連接于浮置擴(kuò)散器fd,其源極連接于選擇晶體管sel的漏極,構(gòu)成了以恒定電流源24(圖3中未圖示,參照圖2)為負(fù)載的源極跟隨器(sourcefollower)電路。放大晶體管amp根據(jù)浮置擴(kuò)散器fd的電壓值經(jīng)由選擇晶體管sel對垂直信號線23輸出讀出信號。選擇晶體管sel在控制信號
垂直掃描電路25對每一行像素21分別輸出控制信號
像素21的結(jié)構(gòu)不限于前述的圖3所示的結(jié)構(gòu)。例如作為像素21的結(jié)構(gòu),也可以采用圖4所示的結(jié)構(gòu)。圖4是表示變形例的像素21的電路圖。在圖4中,對與圖3中的要素相同或相對應(yīng)的要素標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記,省略對其的重復(fù)說明。
圖4所示的結(jié)構(gòu)與圖3所示結(jié)構(gòu)的不同之處在于:對于在列方向上相鄰的每2個像素21而言,這2個像素21共有1組浮置擴(kuò)散器fd、放大晶體管amp、復(fù)位晶體管res以及選擇晶體管sel。在該變形例中,垂直掃描電路25構(gòu)成為,取代圖3所示那樣的控制信號
在圖4中,將共有1組浮置擴(kuò)散器fd、放大晶體管amp、復(fù)位晶體管res以及選擇晶體管sel的2個像素21(21-1,21-2)示為像素塊bl。另外,在圖4中,將像素塊bl內(nèi)的上側(cè)的像素21-1的發(fā)光二極管pd以及傳送晶體管tx分別用附圖標(biāo)記pd1、tx1表示,將像素塊bl內(nèi)的下側(cè)的像素21-2的發(fā)光二極管pd以及傳送晶體管tx分別用附圖標(biāo)記pd2、tx2表示,對兩者加以區(qū)別。另外,將向傳送晶體管tx1的柵極供給的控制信號作為
在該變形例中,垂直掃描電路25接受來自圖1中的拍攝控制部5的控制信號,對每一行像素21分別輸出控制信號
與通常的cmos影像傳感器同樣地,像素21的輸出信號中有:與包括預(yù)定信息的信息信號相當(dāng)?shù)墓庑盘?;和與包括應(yīng)從所述信息信號中去除的基準(zhǔn)成分的基準(zhǔn)信號相當(dāng)?shù)陌?dark)信號。所述光信號為包括在像素21中光電轉(zhuǎn)換后的光信息的信號。具體而言,在本實施方式中,暗信號是浮置擴(kuò)散器fd復(fù)位了時從像素21輸出的信號,光信號是發(fā)光二極管pd的信號電荷傳送到了浮置擴(kuò)散器fd時從像素21輸出的信號,暗信號是疊加的信號。
各列電路26具有放大部51。在本實施方式中,放大部51具有運算放大器(第二運算放大器)op、輸入電容ca、反饋電容(feedbackcapacitance)cg以及與鉗位控制信號
根據(jù)該放大部51,若信號
如后將述地那樣,
各列電路26中的放大部51以外的要素和斜升信號發(fā)生電路27以及計數(shù)器28一起構(gòu)成ad轉(zhuǎn)換器。斜升信號發(fā)生電路27以及計數(shù)器28在所有列共用而設(shè)為一個。因此,在本實施方式中,與各垂直信號線23相對應(yīng)地分別逐一設(shè)置ad轉(zhuǎn)換器,但各ad轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成要素中的斜升信號發(fā)生電路27以及計數(shù)器28為所有ad轉(zhuǎn)換器所共有。關(guān)于ad轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)以及工作將后述。
水平掃描電路30將水平掃描用的控制信號供給到各列的列電路26的后述的數(shù)據(jù)存儲部52,使通過各ad轉(zhuǎn)換器所得到的每一列的m位的第一以及第二數(shù)字值(在各列電路26的數(shù)據(jù)存儲部52的獨立的存儲區(qū)域即鎖存器(latch)a以及鎖存器b分別存儲的計數(shù)值)依次經(jīng)由m位的第一以及第二水平信號線34、35向減法器31送出。減法器31獲取接收到的第一數(shù)字值與第二數(shù)字值之差,并獲取表示該差的m位的數(shù)字值,將其向輸出電路32送出。輸出電路32對接收到的數(shù)字值進(jìn)行例如并行-串行轉(zhuǎn)換而作為串行數(shù)字信號使其向外部(圖1中的數(shù)字信號處理部6)輸出。
控制脈沖發(fā)生電路29基于從圖1中的拍攝控制部5接收到的未圖示的主時鐘,生成垂直掃描電路25、ad轉(zhuǎn)換器以及水平掃描電路30等各種工作所需要的時鐘信號和定時信號,并將這些信號供給到相應(yīng)的電路部分。
除圖2中的ad轉(zhuǎn)換器(斜升信號發(fā)生電路27、計數(shù)器28以及列電路26中的放大部51以外的部分)的結(jié)構(gòu)及其作用外,本實施方式中的固體成像裝置4的基本工作與以往的通常的cmos影像傳感器相同。
斜升信號發(fā)生電路27基于來自控制脈沖發(fā)生電路29的信號而發(fā)生后述圖6所示那樣的斜升信號vramp。斜升信號發(fā)生電路27的結(jié)構(gòu)不受任何限定,既可以采用例如利用對計數(shù)器28的計數(shù)值進(jìn)行da轉(zhuǎn)換的da轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu),也可以采用其他公知的各種結(jié)構(gòu)。
計數(shù)器28接受來自控制脈沖發(fā)生電路29的指令而進(jìn)行計數(shù)工作的開始以及停止,在計數(shù)工作過程中對來自控制脈沖發(fā)生電路29的時鐘信號進(jìn)行計數(shù),經(jīng)由n位的信號線36將n位計數(shù)值向各列電路26的后述的數(shù)據(jù)存儲部52供給。
各列電路26具有進(jìn)行基于斜升信號vramp以及基準(zhǔn)電壓gnd的比較處理的比較器com。比較器com由運算放大器構(gòu)成。各列電路26具有:連接于比較器com的非反相輸入端子且對放大部51的運算放大器op的輸出信號(垂直掃描電路25上的與光信號的信號相應(yīng)的信號)進(jìn)行采樣的采樣開關(guān)sw1;一個電極連接于比較器com的非反相輸入端子并且另一個電極被輸入斜升信號vramp的第一電容c1;一個電極連接于比較器com的反相輸入端子并且另一個電極被輸入基準(zhǔn)電壓gnd的第二電容c2;和將比較器com的反相輸入端子與比較器的輸出端子之間接通斷開的反饋開關(guān)sw2。
在本實施方式中,各列電路26的第一電容c1的所述另一個電極成為被輸入斜升信號vramp的列電路26的第一輸入部。各列電路26的第一電容c1的所述另一個電極(第一輸入部)以共用第一布線61的方式被第一布線61連接,從斜升信號發(fā)生電路27對該連接處供給斜升信號vramp。另外,各列電路26的第二電容c2的所述另一個電極成為被輸入基準(zhǔn)電壓gnd的列電路26的第二輸入部。各列電路26的第二電容c2的所述另一方電極(第二輸入部)以共用第二布線62的方式被第二布線62連接,對該連接處供給基準(zhǔn)電壓gnd。在本實施方式中,作為該基準(zhǔn)電壓供給接地電位gnd,但也可以供給其他的恒定電位作為該基準(zhǔn)電壓。關(guān)于第一以及第二布線61、62和針對它們的斜升信號vramp以及基準(zhǔn)電壓gnd的供給狀況,將在下面詳述。
各列電路26的采樣開關(guān)sw1的控制輸入部被共用地連接,從控制脈沖發(fā)生電路29從該連接處供給控制信號
各列電路26的反饋開關(guān)sw2的控制輸入部被共用地連接,從控制脈沖發(fā)生電路29對該連接處供給控制信號
各列電路26具有數(shù)據(jù)存儲部52。數(shù)據(jù)存儲部52在內(nèi)部具有作為獨立的存儲區(qū)域的分別n位的鎖存器a和鎖存器b。數(shù)據(jù)存儲部52接受比較器com的輸出信號vout作為鎖存器指令信號,在比較器com的輸出信號vout反相的時刻將從計數(shù)器28經(jīng)由信號線36供給的計數(shù)值鎖存器。此時,數(shù)據(jù)存儲部52按照來自控制脈沖發(fā)生電路29的控制信號
計數(shù)器28根據(jù)來自控制脈沖發(fā)生電路29的指令,從圖6中的第一期間t11-t12中的斜升信號vramp的變化開始時刻t11開始進(jìn)行計數(shù)工作,并且從圖6中的第二期間t17-t18中的斜升信號vramp的變化開始時刻t17開始進(jìn)行計數(shù)工作。因此,數(shù)據(jù)存儲部52的鎖存器a、b中所存儲的計數(shù)值表示從斜升信號vramp的變化開始時刻t11、t17至比較器com的輸出信號vout的反相時刻為止的各經(jīng)過時間。這樣,數(shù)據(jù)存儲部52以及計數(shù)器28構(gòu)成了分別得到與它們的經(jīng)過時間相應(yīng)的計數(shù)值的計時部。數(shù)據(jù)存儲部52接受來自水平掃描電路30的控制信號,將分別存儲于鎖存器a、b的計數(shù)值轉(zhuǎn)換成m位的數(shù)字值并分別經(jīng)由m位的水平信號線34、35將其向減法器31送出。
圖5是表示本實施方式中的固體成像裝置4的工作的一例的時序圖。若開始工作,則機(jī)械快門(未圖示)按預(yù)定期間(曝光期間)t0打開后,進(jìn)行第一行的讀出期間、第二行的讀出期間、···、第n行的讀出期間、···,從第一行到最終行逐行依次反復(fù)進(jìn)行讀出工作。各行的讀出期間(1個水平期間)包括該行的垂直傳送期間(包括ad轉(zhuǎn)換期間)和隨后的該行的水平傳送期間(水平掃描期間)。在圖5中,t1表示第一行的讀出期間的垂直傳送期間,t2表示第二行的讀出期間的垂直傳送期間,tn表示第n行的讀出期間的垂直傳送期間。如圖5所示,在各行的讀出期間的垂直傳送期間中,該行的控制信號
圖6是表示圖4中的第n行的讀出期間的垂直傳送期間tn的工作的時序圖。垂直傳送期間tn在時刻t1開始,在時刻t18結(jié)束。
控制信號
斜升信號vramp為接地電位gnd直至?xí)r刻t1后的時刻t9為止。但是,也可以代替接地電位gnd而設(shè)為其他恒定電位。
在從時刻t4至?xí)r刻t7的期間中,控制信號
在期間t5-t6內(nèi),采樣開關(guān)sw1接通,所以從放大部51輸出的暗信號vd被采樣并蓄積于第一電容c1,成為對比較器com的非反相輸入端子供給暗信號vd的狀態(tài)。蓄積于第一電容c1的暗信號vd的電位在時刻t6確定下來,該電位在時刻t6之后維持不變。另外,在期間t5-t7內(nèi),暗信號vd被供給到作為電壓跟隨器發(fā)揮作用的比較器com的非反相輸入端子,所以暗信號vd沿采樣開關(guān)sw1→電壓跟隨器工作時的比較器com→反饋開關(guān)sw2的路徑也被第二電容c2采樣。此時,成為載有比較器com的偏壓voff的暗信號(vd+voff)蓄積于第二電容c2并被供給到比較器com的反相輸入端子的狀態(tài)。蓄積于第二電容c2的暗信號(vd+voff)的電位在時刻t7確定下來,該電位在時刻t7之后也維持不變。
在從時刻t7后的時刻t8到時刻t10為止的期間中,第n行的控制信號
斜升信號vramp在時刻t7后的時刻t9從接地電位gnd上升至預(yù)定電位,從時刻t9到時刻t11維持該預(yù)定電位,從時刻t11到時刻t12與經(jīng)過時間成比例地逐漸降低,維持時刻t12的電位直至?xí)r刻t13,在時刻t13回到原始的接地電位gnd,維持在接地電位gnd直至?xí)r刻t16。此外,在時刻t11提升斜升信號vramp的電位是為了即使暗信號vd接近零電位而能夠提高ad轉(zhuǎn)換精度。
現(xiàn)在,若考慮斜升信號vramp從接地電位gnd開始變化的期間t9-t13,則在該期間中,在第一電容c1蓄積暗信號vd,因此對比較器com的非反相輸入端子供給斜升信號vramp和暗信號vd的重疊信號(vd+vramp),另一方面,對比較器com的反相輸入端子供給載有偏壓voff的暗信號(vd+voff)。在比較器com的非反相輸入端子的輸入信號與比較器com的反相輸入端子的輸入信號一致的時刻,比較器com的輸出信號vout反相。因此,在斜升信號vramp與偏壓voff一致的時刻,比較器com的輸出信號vout反相。因此,從斜升信號vramp的變化開始時刻t11到比較器com的輸出信號vout的反相時刻為止的經(jīng)過時間,表示偏壓voff。表示該經(jīng)過時間(即偏壓voff)的計數(shù)值存儲于數(shù)據(jù)存儲部52的鎖存器a。
期間t11-t12成為在放大部51的輸出信號為暗信號vd的情況(和垂直信號線23的信號為暗信號(基準(zhǔn)信號)的情況)下各列電路26的采樣開關(guān)sw1以及反饋開關(guān)sw2在期間t5-t6暫時同時接通接著同時斷開的期間中的、斜升信號vramp逐漸變化的第一期間??紤]到暗信號vd的可變范圍而設(shè)定第一期間t11-t12的長度,使得在第一期間t11-t12內(nèi)比較器com的輸出信號vout切實反相且不會無謂地成為很長期間。
在從時刻t13后的時刻t14到時刻t15為止的期間中,控制信號
在期間t14-t15,采樣開關(guān)sw1接通,所以從放大部51輸出的光信號vs被采樣并蓄積于第一電容c1。蓄積于第一電容c1的光信號vs的電位在時刻t15確定下來,該電位在時刻t15之后仍維持。另一方面,載有比較器com的偏壓voff的暗信號(vd+voff)原樣蓄積于第二電容c2,維持被供給到比較器com的反相輸入端子的狀態(tài)。
斜升信號vramp在時刻t15后的時刻t16從接地電位gnd上升至預(yù)定電位,從時刻t16到時刻t17維持在該預(yù)定電位,從時刻t17到時刻t18與經(jīng)過時間成比例地逐漸減低,在時刻t18回到原始的接地電位gnd。此時,在時刻t17升高斜升信號vramp的電位是為了即使暗信號vd接近零電位也能夠提高ad轉(zhuǎn)換精度。
現(xiàn)在,若考慮斜升信號vramp從接地電位gnd開始變化的期間t16-t18,則在該期間中,在第一電容c1蓄積有光信號vs,因此對比較器com的非反相輸入端子供給斜升信號vramp與光信號vs的重疊信號(vs+vramp),另一方面,對比較器com的反相輸入端子供給載有偏壓voff的暗信號(vd+voff)。在比較器com的非反相輸入端子的輸入信號與比較器com的反相輸入端子的輸入信號一致的時刻,比較器com的輸出信號vout反相。因此,在斜升信號vramp與(vd-vs+voff)一致的時刻,比較器com的輸出信號vout反相。因此,從斜升信號vramp的變化開始時刻t17到比較器com的輸出信號vout的反相時刻為止的經(jīng)過時間表示(vd-vs+voff)。表示該經(jīng)過時間(即(vd-vs+voff))的計數(shù)值存儲于數(shù)據(jù)存儲部52的鎖存器b。
期間t17-t18成為在第一期間t11-t12后放大部51的輸出信號為光信號vs的情況(和垂直信號線23的信號為光信號的情況)下各列電路26的反饋開關(guān)sw2維持在斷開、各列電路26的采樣開關(guān)sw1在期間t14-t15一度成為接通接著成為斷開的期間中的、斜升信號vramp逐漸變化的第二期間??紤]到光信號vs的可變范圍來設(shè)定第二期間t17-t18的長度,使在第二期間t17-t18內(nèi)比較器com的輸出信號vout切實反相且不會無謂地成為很長的時間。
若第n行的讀出期間的垂直傳送期間tn結(jié)束,則接著成為第n行的讀出期間的水平傳送期間。在該水平傳送期間,水平掃描電路30按照來自控制脈沖發(fā)生電路29的控制信號進(jìn)行水平掃描,使分別在各列列電路26的后述的數(shù)據(jù)存儲部52的鎖存器a以及鎖存器b所存儲的第一以及第二計數(shù)值依次經(jīng)由m位的第一以及第二水平信號線34、35向減法器31送出。減法器31獲取接收到的第一以及第二數(shù)字值之差(相當(dāng)于光信號vs與暗信號vd之差),獲取表示該差的m位的數(shù)字值并使之向輸出電路32送出。輸出電路32將接收到的數(shù)字值換轉(zhuǎn)成預(yù)定的信號形式的信號,并作為圖像數(shù)據(jù)使之向外部(圖1中的數(shù)字信號處理部6)輸出。
此外,也可以拆去減法器31,而分別經(jīng)由輸出電路32將第一以及第二數(shù)字值向圖1中的數(shù)字信號處理部6輸出,在數(shù)字信號處理部6得到所述第一數(shù)字值與第二數(shù)字值之差。
以上,就第n行的讀出期間作了說明,但是其他行的讀出期間的工作和第n行的讀出期間的工作也是同樣的。
此外,在以上說明了的工作例中,各行的讀出期間(1個水平期間)不重復(fù)而是依次進(jìn)行。但是,不限于此,也可以使某一行的讀出期間與下一行的讀出期間部分重復(fù)。該情況下,例如也可以在圖6中將控制信號
但是,在本實施方式中,如圖2所示,斜升信號發(fā)生電路27在固體成像裝置4中的行方向的一側(cè)(圖2中的左側(cè))配置,對共同連接各列電路26的第一電容c1的所述另一個電極(第一輸入部)的第一布線61的圖2中左側(cè)供給斜升信號vramp。另外,在本實施方式中,對共同連接各列電路26的第二電容c2的所述另一個電極(第二輸入部)的第二布線62的圖2中左側(cè)供給基準(zhǔn)電壓gnd,對第二布線62的圖2中右側(cè)未供給基準(zhǔn)電壓gnd。
圖7是示意性地示出構(gòu)成圖2中的第一以及第二布線61、62的布線圖案61a、61b、62a、62b等的具體例的概略俯視圖。圖7中的左右與圖2中的左右一致,圖7中的左右方向與像素21的行方向一致。
在圖7所示的例子中,第一布線61由沿行方向(圖7中的左右方向)延伸的主布線圖案61a和通過接觸部61c連接于主布線圖案61a并沿列方向(圖7中的上下方向)延伸而連接于各列電路26的第一電容c1的副布線圖案61b構(gòu)成。圖7中,副布線圖案61b的層與主布線圖案61a的層不同,所以用虛線表示副布線圖案61b。主布線圖案61a的圖7中的左側(cè)連接于斜升信號發(fā)生電路27,主布線圖案61a的圖7中的左側(cè)被供給斜升信號vramp。
在圖7所示的例子中,第二布線62由沿行方向(圖7中的左右方向)延伸的主布線圖案62a和通過接觸部62c連接于主布線圖案62a且沿列方向(圖7中的上下方向)延伸而連接于各列電路26的第二電容c2的副布線圖案62b構(gòu)成。圖7中,副布線圖案62b的層與主布線圖案62a的層不同,所以用虛線表示副布線圖案62b。主布線圖案62a的圖7中的左側(cè)連接于接地電壓gnd供給用的電極焊盤(pad)63d,對主布線圖案62a的圖7中的左側(cè)供給基準(zhǔn)電壓gnd。另一方面,供給電極焊盤未連接于主布線圖案62a的圖7中的右側(cè)。
圖8是示意性地示出圖1中的固體成像裝置4(即圖2所示的固體成像裝置4)的概略俯視圖。固體成像裝置4具有載置有圖2所示的電路的芯片71、具有開口72a并收置芯片71的凹形狀的封裝本體72、和具有預(yù)定的光透射特性并封閉開口72a的蓋體體73。
如圖8所示,在芯片71上形成有電極焊盤63a~63g。圖8中的電極焊盤63d示出圖7中的接地電壓gnd供給用的電極焊盤63d。
在封裝本體72設(shè)置有內(nèi)部端子73a~73h、以及與它們分別一一對應(yīng)地電連接的外部端子74a~74h。內(nèi)部端子73a~73g與芯片71的電極焊盤63a~63g之間分別通過接合線75而電連接。在本例中,內(nèi)部端子73h以及外部端子74h未作用備用端子使用。當(dāng)然,也可以為了在內(nèi)外之間授受某種信號而使用內(nèi)部端子73h以及外部端子74h。
圖9是示出比較例的固體成像裝置104的概略結(jié)構(gòu)的電路圖,與圖2相對應(yīng)。圖10是示意性地示出構(gòu)成圖9中的第一以及第二布線61、62的布線圖案61a、61b、62a、62b等的概略俯視圖,與圖7相對應(yīng)。圖11是示意性地示出圖9所示的比較例的固體成像裝置104的概略俯視圖,與圖8相對應(yīng)。在圖9到圖11中,對于與圖2、圖7以及圖8中的要素相同或相對應(yīng)的要素標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記,并省略對其的重復(fù)說明。
該比較例的固體成像裝置104與本實施方式的固體成像裝置4的不同之處在于以下將說明的方面。
如圖2以及圖9所示,本實施方式的固體成像裝置4中,未對第二布線62的圖2中右側(cè)供給基準(zhǔn)電壓gnd,相對于此,在比較例的固體成像裝置104中,為了提高第二布線62的抗噪聲性,不僅在第二布線62的圖9中的左側(cè)還對圖9中的右側(cè)供給基準(zhǔn)電壓gnd。
為實現(xiàn)這一目標(biāo),如圖7以及圖10所示,在本實施方式的固體成像裝置4中,在第二布線62的主布線圖案62a的圖7中的右側(cè)未連接電極焊盤,相對于此,在比較例的固體成像裝置104中,在第二布線62的主布線圖案62a的圖7中的右側(cè)連接有接地電壓gnd供給用的電極焊盤63h。另外,如圖8以及圖9所示,在本實施方式的固體成像裝置4中,在芯片71未設(shè)有電極焊盤63h、未將內(nèi)部端子73h以及外部端子74h作為備用端子使用,相對于此,在比較例的固體成像裝置104中,在芯片71設(shè)置有電極焊盤63h而電極焊盤63h與內(nèi)部端子73h之間通過接合線75電連接,從外部端子74h經(jīng)由內(nèi)部端子73h向電極焊盤63h供給接地電壓gnd。
在比較例和本實施方式中,都從斜升信號發(fā)生電路27向第一布線61的圖中左側(cè)供給斜升信號vramp,所以若由于外部干擾等而使第一布線61載有噪聲,則第一布線61的圖中左側(cè)的噪聲水平比較小而第一布線61的圖中右側(cè)的噪聲水平比較大,第一布線61的圖中左右中央的噪聲水平變?yōu)橹械瘸潭取?/p>
相對于此,在比較例中,在第二布線62的圖中左側(cè)以及右側(cè)這兩側(cè)供給基準(zhǔn)電壓gnd,所以若由于外部干擾等而使第二布線62載有噪聲,則第二布線62的圖中左側(cè)的噪聲水平比較低、第二布線62的圖中右側(cè)的噪聲水平也比較低,第二布線62的圖中左右中央的噪聲水平變?yōu)橹械瘸潭取R虼?,在比較例中,第二布線62中噪聲水平的分布狀況與第一布線61中的噪聲分布狀況不同,第一布線61的圖中右側(cè)的噪聲水平與第二布線62的圖中右側(cè)的噪聲水平之差變大。因此,在比較例中,在圖中右側(cè)的列的列電路26中,斜升信號vramp所載的噪聲水平與基準(zhǔn)電壓gnd所載的噪聲水平之差、乃至、為了ad轉(zhuǎn)換而用比較器com比較的2個信號(被輸入比較器com的非反相輸入端子的信號與被輸入比較器com的反相輸入端子的信號)分別所載的噪聲水平之差都變大。因此,在比較例中,在圖中右側(cè)的列的列電路26中,用于ad轉(zhuǎn)換的由比較器com所得到的比較結(jié)果的誤差變大,ad轉(zhuǎn)換誤差變大。其結(jié)果,在所得到的圖像中顯現(xiàn)出受該噪聲影響的縱條,畫質(zhì)降低。
另一方面,在本實施方式中,在第二布線62的圖中左側(cè)供給基準(zhǔn)電壓gnd而在第二布線62的圖中右側(cè)不供給基準(zhǔn)電壓gnd,所以若由于外部干擾等而使第二布線62載有噪聲,則第二布線62的圖中左側(cè)的噪聲水平比較低、第二布線62的圖中右側(cè)的噪聲水平比較高,第二布線62的圖中左右中央的噪聲水平變?yōu)橹械瘸潭取R虼?,在本實施方式中,第二布線62中的噪聲水平分布狀況與第一布線61中的噪聲分布狀況相同,不僅在圖中的左側(cè)和左右中央而且在右側(cè)也是第一布線61的噪聲水平與第二布線62的噪聲水平之差變小。因此,在本實施方式中,在圖中任何一列的列電路26中,為了ad轉(zhuǎn)換而由比較器com比較的2個信號(被輸入比較器com的非反相輸入端子的信號與被輸入比較器com的反相輸入端子的信號)分別所載的噪聲的水平之差變小。因此,在本實施方式中,在任任意列的列電路26中,斜升信號vramp所載的噪聲的水平與基準(zhǔn)電壓gnd所載的噪聲的水平之差和用于ad轉(zhuǎn)換的由比較器com所得到的比較結(jié)果的誤差變小,ad轉(zhuǎn)換誤差變小。其結(jié)果,在本實施方式中,在所得到的圖像中,降低受該噪聲影響的縱條,畫質(zhì)提高。
圖12是示意性地示出本實施方式中能夠替代固體成像裝置4使用的、變形例的固體成像裝置204的概略俯視圖,與圖8以及圖11相對應(yīng)。
該固體成像裝置204是在比較例的固體成像裝置104中拆掉電極焊盤63h與內(nèi)部端子73h之間的接合線75后的裝置,其他方面與比較例的固體成像裝置104完全相同。通過該固體成像裝置204,也能夠?qū)崿F(xiàn)對于圖2所示的第二布線62的基準(zhǔn)電壓gnd的供給狀況。
另外,在本發(fā)明中,即使是比較例的固體成像裝置104,通過該使用方式也能夠替代固體成像裝置4來使用。即,在使用比較例的固體成像裝置104的情況下,在搭載固體成像裝置4的布線板等,不將外部端子74h連接于基準(zhǔn)電壓gnd的位置而使其電浮置,從而能夠?qū)崿F(xiàn)對于圖2所示的第二布線62的基準(zhǔn)電壓gnd的供給狀況。
[第二實施方式]
圖13是表示用在本發(fā)明的第二實施方式的電子相機(jī)中的固體成像裝置304的概略結(jié)構(gòu)的電路圖,與圖2相對應(yīng)。在圖13中,對于與圖2中的要素相同或相對應(yīng)的要素標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記,并省略對其的重復(fù)說明。
本實施方式的電子相機(jī)與第一實施方式的電子相機(jī)1的不同之處在于:使用固體成像裝置304以取代固體成像裝置4。固體成像裝置304與固體成像裝置4的不同之處在于以下說明的方面。
在固體成像裝置304中,如圖13所示,在圖2中的各列電路26中設(shè)置有增減計數(shù)器81以取代數(shù)據(jù)存儲部52,拆除計數(shù)器28以及減法器31并設(shè)置水平信號線82以取代水平信號線34、35。
在本實施方式中,從控制脈沖發(fā)生電路29對各列電路26的增減計數(shù)器81輸入控制信號
增減計數(shù)器81在第n行的讀出期間的垂直傳送期間tn內(nèi),從第一期間t11-t12中的斜升信號vramp的變化開始時刻t11到第一期間t11-t12中的比較器com的輸出信號vout的反相時刻為止按減少計數(shù)模式和增加計數(shù)模式中的一種模式對計數(shù)時鐘
若第n行的讀出期間的垂直傳送期間tn結(jié)束,則接著成為第n行的讀出期間的水平傳送期間。在該水平傳送期間中,水平掃描電路30按照來自控制脈沖發(fā)生電路29的控制信號進(jìn)行水平掃描,使各列的列電路26的增減計數(shù)器81所保持的計數(shù)值依次經(jīng)由m位的水平信號線82向輸出電路32送出。輸出電路32將接收到的數(shù)字值轉(zhuǎn)換成預(yù)定的信號形式的信號,使之作為圖像數(shù)據(jù)向外部(圖1中的數(shù)字信號處理部6)輸出。
以上就第n行的讀出期間進(jìn)行了說明,但是其他行的讀出期間的工作與第n行的讀出期間的工作是相同的。
通過本實施方式,也能夠得到與所述第一實施方式相同的優(yōu)點。
此外,也可以將與針對固體成像裝置4的上述變形例相同的變形應(yīng)用于本實施方式中的固體成像裝置304。
以上就本發(fā)明的各實施方式及其變形例進(jìn)行了說明,但是本發(fā)明不限定于此。本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)能夠想到的其他方式也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
例如,在所述第一以及第二實施方式中,也可以在各列電路26中使用單獨的反相放大器作為取代放大部51的放大部。另外,例如,在各列電路26中,也可以拆除放大部51而將垂直信號線23直接連接于采樣開關(guān)sw1。
下面的優(yōu)先權(quán)基礎(chǔ)申請的公開內(nèi)容作為援引文件而寫入此處。
日本國專利出愿2012年第042293號(2012年2月28日出愿)。