專利名稱：成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種成像裝置。
背景技術(shù)：
近年，CMOS圖像傳感器在傳感器器件中對(duì)像素信號(hào)進(jìn)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換(以下稱為A/D轉(zhuǎn)換)。這里，高速和高分辨度(resolution)的A/D轉(zhuǎn)換處理技術(shù)是已知的。日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2007-281987的技術(shù)包括將圖像信號(hào)輸入到多個(gè)比較器中，將該圖像信號(hào)與具有彼此不同的時(shí)間變化的參考信號(hào)進(jìn)行比較，并且在S-N處理之后，合成像素信號(hào)的重置電平(以下稱為基準(zhǔn)信號(hào))N和有效信號(hào)S的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)。從而，該技術(shù)可獲取具有大量比特(bit)的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
在常規(guī)技術(shù)中，在合成的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)中存在精度問(wèn)題。日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2007-281987的技術(shù)包括通過(guò)下述方式將A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)合成為高精度數(shù)據(jù)，但是對(duì)提高A/D轉(zhuǎn)換精度的影響小，所述方式即，將以時(shí)間變化小的參考信號(hào)獲得的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)(j比特)定位在最低有效位，該最低有效位包括用時(shí)間變化較大的參考信號(hào)獲得的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)(i比特)的量化誤差。另外，該技術(shù)具有設(shè)置在每行中的兩個(gè)比較器，因此，具有電路規(guī)模增大的顧慮。根據(jù)本發(fā)明，一種成像裝置包括像素，其被配置為通過(guò)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生信號(hào)；比較器，其被配置為將基于處于重置狀態(tài)的像素的基準(zhǔn)信號(hào)與時(shí)間變化的第一參考信號(hào)進(jìn)行比較，并且將基于處于非重置狀態(tài)的像素的有效信號(hào)與時(shí)間變化的第二參考信號(hào)進(jìn)行比較，其中，所述第二參考信號(hào)具有比所述第一參考信號(hào)的時(shí)間變化率大的時(shí)間變化率；計(jì)數(shù)器，其被配置為對(duì)第一計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到所述基準(zhǔn)信號(hào)與所述第一參考信號(hào)之間的幅值關(guān)系逆轉(zhuǎn)為止，并且被配置為對(duì)第二計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到所述有效信號(hào)與所述第二參考信號(hào)之間的大小關(guān)系逆轉(zhuǎn)為止；校正單元，其被配置為校正所述第一計(jì)數(shù)值與所述第二計(jì)數(shù)值的分辨度的差異，并且被配置為輸出經(jīng)過(guò)校正的第一計(jì)數(shù)值與第二計(jì)數(shù)值之間的差異。根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的技術(shù)可提高模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換的精度，同時(shí)抑制電路規(guī)模的增大。從以下參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征將變得清晰。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的成像器件的框圖。圖2是像素信號(hào)的SN比的說(shuō)明圖。圖3是多個(gè)斜坡信號(hào)的說(shuō)明圖。圖4是本發(fā)明的第一實(shí)施例的A/D轉(zhuǎn)換單元的框圖。圖5是圖4的A/D轉(zhuǎn)換單元的定時(shí)圖。
圖6A、圖6B和圖6C是A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的移位的說(shuō)明圖。圖7是成像系統(tǒng)的框圖。圖8是示出成像器件的結(jié)構(gòu)例子的概念圖。圖9是像素的等效電路圖。圖10是示出圖8中所示的成像器件的操作例子的定時(shí)圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將根據(jù)附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。(第一實(shí)施例) 圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的成像器件100的示意性框圖。成像器件100是被稱為CMOS圖像傳感器的成像器件；并且對(duì)被攝體的光接收?qǐng)D像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并且將電信號(hào)作為數(shù)字信號(hào)輸出。成像器件100具有像素單元10、垂直掃描電路15、放大單元20、斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路(參考信號(hào)產(chǎn)生電路)25、比較單元30、計(jì)數(shù)器單元40、存儲(chǔ)器單元50、輸出電路60、水平掃描電路65和定時(shí)產(chǎn)生電路(TG)70。像素單元10具有按二維矩陣形式布置的多個(gè)像素10-1。像素10-1通過(guò)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生像素信號(hào)。垂直掃描電路15將驅(qū)動(dòng)脈沖Χ-1、Χ-2等輸出到像素單元10。放大單元20放大從像素單元10發(fā)送的像素信號(hào)。斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路25產(chǎn)生相對(duì)于時(shí)間變化的斜坡信號(hào)(參考信號(hào))作為像素信號(hào)的比較信號(hào)。比較單元30將已被放大單元20放大的像素信號(hào)與斜坡信號(hào)進(jìn)行比較。計(jì)數(shù)器單元40對(duì)值進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到比較單元30輸出比較結(jié)果為止。存儲(chǔ)器單元(校正單元)50保存計(jì)數(shù)器單元40的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，并且對(duì)所保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行移位和計(jì)算。水平掃描電路65通過(guò)使用水平掃描來(lái)將從存儲(chǔ)器單元50發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送到輸出電路60。定時(shí)產(chǎn)生電路70分別控制上述電路塊的定時(shí)。像素單元10具有布置在其區(qū)域上的多個(gè)像素10-1，但是為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖1僅示出了 4個(gè)像素。通過(guò)要從垂直掃描電路15發(fā)送的驅(qū)動(dòng)脈沖X-1和X-2來(lái)順序地驅(qū)動(dòng)每個(gè)像素10-1的線路。每個(gè)像素10-1的基于處于重置狀態(tài)的像素10-1的基準(zhǔn)信號(hào)(重置信號(hào))和每個(gè)像素10-1的基于處于非重置狀態(tài)的像素10-1的有效信號(hào)(光電轉(zhuǎn)換信號(hào))通過(guò)垂直輸出線V-1至v-n被引導(dǎo)到放大單元20。放大單元20與存儲(chǔ)器單元50之間的每個(gè)電路是對(duì)于垂直輸出線V-1至V-n中的每條設(shè)置的。放大單元20的每個(gè)放大電路20-1可僅具有簡(jiǎn)單地放大從像素I0-1發(fā)送的信號(hào)的功能，并且還可具有通過(guò)對(duì)有效信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行差分處理來(lái)降低噪聲的⑶S處理功能。在比較單元30中出現(xiàn)的噪聲的影響可通過(guò)在放大單元20中放大信號(hào)而被降低。當(dāng)放大單元20不設(shè)有CDS處理功能時(shí)，比較單元30的輸入部分可執(zhí)行⑶S處理。比較單元30具有比較器電路30-1和選擇電路30-2，比較器30_1對(duì)應(yīng)于從放大單元20連接的像素行，選擇電路30-2從多個(gè)斜坡信號(hào)選擇一個(gè)信號(hào)。稍后將在圖3中描述多個(gè)斜坡信號(hào)。比較單元30將從放大電路20-1發(fā)送的基準(zhǔn)信號(hào)與時(shí)間變化率較小的斜坡信號(hào)進(jìn)行比較，然后確定有效信號(hào)的電平是大于還是小于比較電壓，根據(jù)該結(jié)果選擇將與有效信號(hào)進(jìn)行比較的斜坡信號(hào)，并且將有效信號(hào)與該斜坡信號(hào)進(jìn)行比較。上述比較電壓是考慮有效信號(hào)的SN比來(lái)設(shè)置的。計(jì)數(shù)器單元40對(duì)一個(gè)像素執(zhí)行兩次轉(zhuǎn)換操作。第一次，比較單元30將基準(zhǔn)信號(hào)與時(shí)間變化率較小的斜坡信號(hào)進(jìn)行比較，并且計(jì)數(shù)器單元40從斜坡信號(hào)的上升沿開(kāi)始對(duì)值進(jìn)行倒數(shù)計(jì)數(shù)，直到比較單元30的輸出信號(hào)逆轉(zhuǎn)為止?；鶞?zhǔn)信號(hào)例如是當(dāng)放大單元20的輸入被重置時(shí)將輸出的信號(hào)，或者如果成像設(shè)備被構(gòu)造為不具有放大單元20，則基準(zhǔn)信號(hào)是當(dāng)像素10-1的輸出被重置時(shí)將輸出的信號(hào)。第二次，當(dāng)有效信號(hào)的電平大時(shí)，比較單元30將有效信號(hào)與時(shí)間變化率較大的斜坡信號(hào)進(jìn)行比較，并且計(jì)數(shù)器單元40校正其中斜坡信號(hào)具有較小的時(shí)間變化率的情況和其中斜坡信號(hào)具有較大的時(shí)間變化率的情況的分辨度比率，并且對(duì)值進(jìn)行正數(shù)計(jì)數(shù)。結(jié)果所得的具有大量比特的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被保存在存儲(chǔ)器單元50的存儲(chǔ)器電路50-1中。有效信號(hào)是通過(guò)用放大單元20放大在像素10-1中通過(guò)光電轉(zhuǎn)換獲得并且從其發(fā)送的信號(hào)而獲得的信號(hào)，或者當(dāng)成像器件中不具有放大單元20時(shí)，有效信號(hào)是從像素10-1發(fā)送的信號(hào)。當(dāng)有效信號(hào)的電平小時(shí)，在基準(zhǔn)信號(hào)已被倒數(shù)計(jì)數(shù)之后，比較單元30順序地將有效信號(hào)與時(shí)間變化率較小的斜坡信號(hào)進(jìn)行比較，并且計(jì)數(shù)器單元40對(duì)值進(jìn)行正數(shù)計(jì)數(shù)。結(jié)果作為A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被保存在存儲(chǔ)器單元50的存儲(chǔ)器電路50-1中。已保存在存儲(chǔ)器電路50-1中的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)通過(guò)將從水平掃描電路65發(fā)送的掃描脈沖 被傳送到輸出電路60。如上所述，無(wú)論有效信號(hào)的電平如何，成像器件100都將基準(zhǔn)信號(hào)與時(shí)間變化率較小的斜坡信號(hào)進(jìn)行比較，因此，具有能夠獲得基準(zhǔn)信號(hào)的高分辨度的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的效果。成像器件根據(jù)基準(zhǔn)信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行校正有效信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的處理，結(jié)果，可獲得具有高精度和大量比特的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。另外，一個(gè)比較器30-1根據(jù)有效信號(hào)的電平來(lái)將有效信號(hào)與斜坡信號(hào)進(jìn)行比較，因此，用少量比特執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換處理，并且可提高處理速度。圖2是像素信號(hào)的SN比的說(shuō)明圖，該說(shuō)明圖用于描述圖1的成像器件100的操作原理。圖2中的橫軸指示入射在像素10-1上的光量，縱軸使用對(duì)數(shù)刻度指示已根據(jù)入射光量被光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)的電平。實(shí)線201指示該信號(hào)，并且IV的信號(hào)電平應(yīng)暫時(shí)對(duì)應(yīng)于10000粒的光電荷N。虛線202指示光散粒噪聲(optical shot noise),并且眾所周知，噪聲的量用V N表達(dá)。虛線203是CDS之后的基于像素的噪聲(其包括源于放大器中的噪聲，不包括源于A/D轉(zhuǎn)換中的噪聲)。假設(shè)基于像素的噪聲203為O. 2mV，并且SN比變?yōu)?4dB，該SN比為IV的信號(hào)電平與O. 2mV的基于像素的噪聲之比。為了執(zhí)行覆蓋該SN比的A/D轉(zhuǎn)換，考慮到量化比特誤差，需要大約14比特的分辨度。當(dāng)成像器件具有更高的分辨度時(shí)，計(jì)數(shù)器周期變得更長(zhǎng)。因此，成像器件需要A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間段，并且以低速讀取信號(hào)。最后，成像裝置導(dǎo)致不能以高速拍攝圖像。然后，本實(shí)施例的成像器件通過(guò)減少用于A/D轉(zhuǎn)換的比特?cái)?shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高速讀出。如果大幅度信號(hào)的電平臨時(shí)設(shè)為例如IV，則光散粒噪聲202大。那么，假設(shè)，當(dāng)大幅度信號(hào)的電平對(duì)應(yīng)于10000粒電荷時(shí)，光散粒噪聲為100粒，并且SN比為40dB。另外，當(dāng)小幅度信號(hào)的電平臨時(shí)設(shè)為IOmV時(shí)，SN比為20dB。換句話講，理解的是，無(wú)論信號(hào)的大小如何，稍大于40dB的SN比對(duì)于A/D轉(zhuǎn)換都是滿意的。在圖2中，對(duì)于按62. 5mV的界限分類的大幅度信號(hào)AD(H)和小幅度信號(hào)AD(L)，考慮具有10比特的A/D轉(zhuǎn)換，在62. 5mV的界限處，電壓為IV的信號(hào)的1/16 (等同于4比特)。對(duì)于大小為IV的信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換的分辨度用雙點(diǎn)劃線204表達(dá)，并且對(duì)于大小為62. 5mV的信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換的分辨度用交替長(zhǎng)短虛線205表達(dá)。那么，該圖表明，盡管具有10比特A/D轉(zhuǎn)換精度，但是即使考慮到光散粒噪聲202的量化誤差，兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換也都具有小的A/D分辨度。在10比特A/D轉(zhuǎn)換器中，可通過(guò)對(duì)這兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的比特進(jìn)行移位來(lái)獲得14比特精度的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。然而，因?yàn)樵诖蠓刃盘?hào)AD(H)的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的最低有效位中存在量化誤差，所以A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)實(shí)際上不具有10比特精度，并且由于有效信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)之間的差分處理，量化誤差變大。對(duì)于大幅度信號(hào)的轉(zhuǎn)換和對(duì)于小幅度信號(hào)的轉(zhuǎn)換分別用10比特執(zhí)行，但是因?yàn)?4 = 16，所以它對(duì)應(yīng)于4比 特分辨度的變化，以將在該轉(zhuǎn)換期間將供給的斜坡信號(hào)(參考信號(hào))的梯度(換句話講，參考信號(hào)的時(shí)間變化率的比率)設(shè)置為16。對(duì)于IV的信號(hào)范圍，通過(guò)合成具有這樣的關(guān)系的兩個(gè)信號(hào)來(lái)創(chuàng)建14比特的分辨度。這里，將考慮大幅度信號(hào)的轉(zhuǎn)換。在本實(shí)施例中，根據(jù)信號(hào)大小是否大于該信號(hào)大小的最大值IV的1/16(其為界限)來(lái)確定信號(hào)是否是大幅度信號(hào)。該值為62. 5mV，其為1000mV/16。因此，確定界限為62. 5mV0另一方面，當(dāng)對(duì)小幅度信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，通過(guò)使用梯度為用于大幅度信號(hào)的斜坡信號(hào)的1/16的斜坡信號(hào)來(lái)對(duì)直到62. 5mV(其為界限)的小幅度信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。因?yàn)檫@，對(duì)于小幅度信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換的分辨度205變?yōu)閷?duì)于大幅度信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換的分辨度204的1/16。因此，因?yàn)?2. 5mV/1024 ^ O. 0612mV，所以對(duì)于大小為62. 5mV的信號(hào)的10比特A/D轉(zhuǎn)換的分辨度變?yōu)镺. 0612mV。相對(duì)于上述基于像素的噪聲203的值O. 2mV,0. 0612mV的分辨度是足夠小的值。對(duì)于信息，界限上的62. 5mV的信號(hào)可被作為大幅度信號(hào)和小幅度信號(hào)中的任何一個(gè)進(jìn)行處理。圖3是根據(jù)本實(shí)施例的多個(gè)斜坡信號(hào)的說(shuō)明圖。圖3示出作為斜坡信號(hào)的時(shí)間變化的梯度。在圖2中，第一斜坡信號(hào)(第一參考信號(hào))VH用于大小為62. 5mV或更大的信號(hào)，第二斜坡信號(hào)(第二參考信號(hào))VL用于小于62. 5mV的信號(hào)。第二斜坡信號(hào)VL具有比第一斜坡信號(hào)VH的梯度(時(shí)間變化率)小的梯度(時(shí)間變化率)。斜坡信號(hào)VH的梯度與斜坡信號(hào)VL的梯度的比被設(shè)置為16。當(dāng)所述梯度的比被設(shè)置為16時(shí)，分辨度可增大4比特。因?yàn)樯鲜鰞蓚€(gè)AD轉(zhuǎn)換電路都將信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有10比特的信號(hào)并且具有相同的最長(zhǎng)轉(zhuǎn)換時(shí)間段，所以計(jì)數(shù)器時(shí)鐘的時(shí)鐘頻率變?yōu)橄嗤?。如果所述梯度的比被設(shè)置為8，則分辨度可增大3比特。在圖2中，對(duì)于小幅度信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換的分辨度遠(yuǎn)小于系統(tǒng)噪聲的分辨度，因此AD轉(zhuǎn)換電路可將信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有9比特的信號(hào)。在這種情況下，如果計(jì)數(shù)器的最大時(shí)鐘頻率fmax沒(méi)有改變，則A/D轉(zhuǎn)換電路對(duì)于9比特的轉(zhuǎn)換時(shí)間段變?yōu)?/2，并且速度可提高。斜坡信號(hào)的梯度的比和A/D轉(zhuǎn)換電路的分辨度由像素的飽和電荷的數(shù)量、系統(tǒng)噪聲、對(duì)于成像器件100必要的分辨度等來(lái)確定。梯度彼此不同的斜坡信號(hào)VH和斜坡信號(hào)VL的梯度的比可以是2的倍數(shù)。另外，對(duì)于斜坡信號(hào)VH和VL，計(jì)數(shù)器單元40可用具有相同頻率的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘對(duì)值進(jìn)行計(jì)數(shù)，或者可用具有彼此不同的頻率的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘對(duì)值進(jìn)行計(jì)數(shù)。圖4是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的A/D轉(zhuǎn)換單元的框圖，該框圖用于描述比較器30-1與輸入側(cè)和輸出側(cè)的電路之間的連接；并且具有與圖1中的功能相同的功能的塊用相同的標(biāo)號(hào)表不，并且省略描述。A/D轉(zhuǎn)換單兀能夠以高速將已被光電轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。接下來(lái)，以下將描述不具有A/D轉(zhuǎn)換器的成像裝置的結(jié)構(gòu)例子和操作，以便于描述本實(shí)施例。圖8是示出成像器件中的像素單元210和放大電路220-1的結(jié)構(gòu)例子的視圖，并且是其中省略了比較單元30、計(jì)數(shù)器單元40和存儲(chǔ)器單元50的視圖。CDS電路119設(shè)置在放大電路220-1的后級(jí)中。像素單元210被配置為包括根據(jù)多行和多線布置的多個(gè)像素210-1。在圖8中，當(dāng)從左開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)從奇數(shù)行像素輸出的信號(hào)被布置在像素單元210的下部中的讀出電路讀取。另一方面，當(dāng)從左開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)從偶數(shù)行像素輸出的信號(hào)被布置在像素單元210的上部中的讀出電路(未示出)讀取。因此，通過(guò)交替地設(shè)置讀出電路，當(dāng)安排讀出電路時(shí)，可使用用于兩行像素單元210的區(qū)域。CDS電路119具有對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣和保持的功能，并且與差分處理單元118 —起減少了相關(guān)組件。圖9是一個(gè)像素210-1的電路圖。傳輸開(kāi)關(guān)102由傳輸脈沖PTX驅(qū)動(dòng)。重置開(kāi)關(guān)103由重置脈沖PRES驅(qū)動(dòng)。線選擇開(kāi)關(guān)105由線選擇脈沖PSEL驅(qū)動(dòng)。PTX是表示PTXl至PTXn (η為線數(shù))的符號(hào)。PRES是表示PRESl至PRESn的符號(hào)。PSEL是表示PSELl至PSELn的符號(hào)。圖10是示出圖8中所示出的成像器件的操作例子的定時(shí)圖。以下將參照?qǐng)D8至圖10來(lái)描述成像器件的操作例子。在讀出操作之前，使成像器件在所設(shè)置的曝光時(shí)間段內(nèi)曝光，并且光電荷在光電二極管101中累積。在以下描述中，假設(shè)將被從垂直掃描電路215輸出的PRESUPTX1和PSELl驅(qū)動(dòng)的線被選擇。 首先，像素重置脈沖PRES從高電平變?yōu)榈碗娖?，并且放大MOSFET 104的柵電極的重置被清除。此時(shí)，與重置的清除對(duì)應(yīng)的電勢(shì)保存在與柵電極連接的浮置擴(kuò)散區(qū)FD中。隨后，當(dāng)線選擇脈沖PSEL變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，然后通過(guò)由放大MOSFET 104和恒流源107形成的源極跟隨器電路，與浮置擴(kuò)散區(qū)FD的電勢(shì)對(duì)應(yīng)的輸出出現(xiàn)在垂直輸出線V-1中。當(dāng)箝位脈沖PCOR在這種狀態(tài)下被激活到高電平時(shí)，箝位開(kāi)關(guān)109開(kāi)啟，可變放大單元131變?yōu)殡妷焊S器狀態(tài)，并且箝位電容器108的行放大器側(cè)的電極的電壓變?yōu)榇蠹s等于電壓VREF。此后，箝位脈沖PCOR被從高電平非激活到低電平，并且垂直輸出線V-1的輸出被箝位。隨后，累積脈沖PTN被激活到高電平，并且放大電路220-1的偏置信號(hào)通過(guò)傳輸柵極IlOn被存儲(chǔ)在保持電容器112η中。此后，傳輸脈沖PTX被激活到高電平，從而傳輸開(kāi)關(guān)102在固定時(shí)間段變?yōu)楦唠娖?，并且累積在光電二極管101中的光電荷被傳輸?shù)椒糯驧0SFET104的柵電極。這里，將被傳輸?shù)碾姾墒请娮?，并且?dāng)傳輸?shù)碾姾傻牧康慕^對(duì)值用Q表達(dá)時(shí)，以及當(dāng)浮置擴(kuò)散區(qū)FD的電容用CFD表達(dá)時(shí)，柵極電勢(shì)降低Q/CFD。與此相對(duì)應(yīng)地，垂直輸出線V-1的電勢(shì)改變。當(dāng)源極跟隨器增益用Gsf表達(dá)時(shí)，由于從光電二極管101到浮置擴(kuò)散單元FD的電荷傳輸而導(dǎo)致的垂直輸出線V-1的電勢(shì)Vvl的變化AVvl用表達(dá)式(I)表達(dá)。AVvl = -Q · Gsf/CFD …(I)該電勢(shì)變化Λ Vvl的電壓被可變放大單元131放大，可變放大單元131包括計(jì)算放大器120、箝位電容器108和反饋電容器121，并且可變放大單元131的輸出Vct用表達(dá)式⑵表達(dá)。Vct = VREF+Q · (Gsf/CFD) · (C0/Cf) ... (2)這里，CO表示箝位電容器108的電容，Cf表示當(dāng)靈敏度切換脈沖X1、X2和X4分別被激活時(shí)將選擇的反饋電容器121a、121b和121c的電容值。例如，CO為lpF。當(dāng)反饋電容器121a被選擇時(shí)，Cf為lpF，當(dāng)反饋電容器121b被選擇時(shí)，Cf為O. 5pF，當(dāng)反饋電容器121c被選擇時(shí)，Cf為O. 25pF。用_C0/Cf表示的電壓放大比分別為_(kāi)1倍、_2倍和-4倍。換句話講，在負(fù)反饋應(yīng)用于計(jì)算放大器120的系統(tǒng)中，通過(guò)切換對(duì)于多個(gè)反饋電容器121a至121c中的任何反饋電容器的選擇來(lái)改變由Cf與CO的分壓比確定的反饋系數(shù)，從而可切換電壓放大比。對(duì)于信息，附到電壓放大比的負(fù)號(hào)表明可變放大單元是反相放大電路。傳輸脈沖PTX變?yōu)榈碗娖?，然后累積脈沖PTS變?yōu)楦唠娖?，此時(shí)從放大電路220-1輸出的電平通過(guò)傳輸門IlOs累積在保持電容器112s中。隨后，通過(guò)由水平掃描電路65產(chǎn)生的掃描脈沖COLSEL1、C0LSEL2等順序地開(kāi)啟行選擇開(kāi)關(guān)114s和114η。然后，累積在保持電容器112s中的信號(hào)按行的順序輸出到水平輸出線116s，并且累積在保持電容器112η中的信號(hào)按行的順序輸出到水平輸出線116η。多行中的信號(hào)對(duì)順序地輸出到水平輸出線116s和116η。差分處理單元118輸出已輸出到水平輸出線116s和116η的每行中的信號(hào)對(duì)之間的差異。從而，可降低保存在保持電容器112s中的信號(hào)中所包含的噪聲分量。圖5是示出用于驅(qū)動(dòng)本實(shí)施例的成像器 件100的方法的定時(shí)圖，具體是圖4中的A/D轉(zhuǎn)換單元的定時(shí)圖。以下將參照?qǐng)D4和圖5來(lái)描述A/D轉(zhuǎn)換操作。在圖5中，時(shí)間段Tad表示用于從像素讀取的模擬信號(hào)Va的基準(zhǔn)信號(hào)和有效信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間段。時(shí)間段Tdata表不傳輸A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間段。在時(shí)間段Tad內(nèi)，時(shí)間段Td表不用于從像素發(fā)送的基準(zhǔn)信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間段，并且用于基準(zhǔn)信號(hào)的斜坡信號(hào)(用于基準(zhǔn)信號(hào)的參考信號(hào)，換句話講，第一參考信號(hào))VR表示用于該基準(zhǔn)信號(hào)的比較信號(hào)。時(shí)間段Tj表示用于有效信號(hào)的信號(hào)電平確定時(shí)間段，并且比較電壓VREF表示用于有效信號(hào)的比較信號(hào)。另外，時(shí)間段Tu表示用于有效信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間段，并且用于每個(gè)有效信號(hào)的斜坡信號(hào)(用于有效信號(hào)的參考信號(hào)，換句話講，第二參考信號(hào))VH和VL表示用于有效信號(hào)的比較信號(hào)。從放大電路20-1發(fā)送的輸出信號(hào)Va主要采取如圖所示的基準(zhǔn)信號(hào)和有效信號(hào)的這樣的形式，并且被引導(dǎo)到比較器30-1的輸入端子。作為用于信號(hào)Va的比較信號(hào)的斜坡信號(hào)VRAMP被輸入到比較器30-1的另一個(gè)輸入端子。這里，當(dāng)成像器件具有設(shè)置在比較單元30前面的CDS電路時(shí)，基準(zhǔn)信號(hào)對(duì)應(yīng)于將被圖10中的信號(hào)PTN采樣的信號(hào)。另一方面，當(dāng)成像器件不具有CDS電路時(shí)，基準(zhǔn)信號(hào)對(duì)應(yīng)于將響應(yīng)于對(duì)于浮置擴(kuò)散單元的重置操作而被輸出到垂直信號(hào)線的信號(hào)。類似地，當(dāng)成像器件具有設(shè)置在比較單元30前面的⑶S電路時(shí)，有效信號(hào)對(duì)應(yīng)于將被圖10中的信號(hào)PTS采樣的信號(hào)。另一方面，當(dāng)成像器件不具有CDS電路時(shí)，有效信號(hào)對(duì)應(yīng)于將通過(guò)把在光電二極管中產(chǎn)生的電荷傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散單兀的操作而被輸出到垂直信號(hào)線的信號(hào)。斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路25由定時(shí)產(chǎn)生電路70的控制信號(hào)CNT2控制，并且產(chǎn)生斜坡信號(hào)VH/比較電壓VREF以及斜坡信號(hào)VL/斜坡信號(hào)VR。斜坡信號(hào)VH為梯度大的用于高位比特的斜坡信號(hào)，并且斜坡信號(hào)VL是梯度小的用于低位比特的斜坡信號(hào)。另外，比較電壓VREF是用于確定有效信號(hào)的電平的比較基準(zhǔn)信號(hào)，并且用于基準(zhǔn)信號(hào)的斜坡信號(hào)VR是用于將有效信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較的斜坡信號(hào)。這四種類型的斜坡信號(hào)由選擇電路30-2選擇，并且被輸入到比較器30-1，選擇電路30-2由定時(shí)產(chǎn)生電路70的控制信號(hào)CNTl控制。定時(shí)產(chǎn)生電路70還通過(guò)控制信號(hào)CNT2來(lái)控制斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路25。接下來(lái)，以下將描述比較電壓VREF。比較電壓VREF可從另一個(gè)電源電路產(chǎn)生，但是可在斜坡產(chǎn)生電路25中產(chǎn)生。斜坡產(chǎn)生電路25能夠以與形成斜坡信號(hào)VH的方式類似的方式通過(guò)在產(chǎn)生信號(hào)的過(guò)程(例如，大約60mV)中停止充電電流來(lái)產(chǎn)生比較電壓VREF。比較電壓VREF可在相對(duì)于斜坡信號(hào)VH的時(shí)間段的1/16的時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生。為了進(jìn)一步縮短該時(shí)間段，可增大充電電流。另外，比較電壓VREF需要被設(shè)置為低于62. 5mv,62. 5mv是斜坡信號(hào)VL的最終可達(dá)電壓VL(H)。如果電壓被如此設(shè)置，則有效信號(hào)肯定可與斜坡信號(hào)VH和VL中的任一個(gè)進(jìn)行比較處理。比較器30-1在基準(zhǔn)信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間段Td期間將基準(zhǔn)信號(hào)與用于該基準(zhǔn)信號(hào)的斜坡信號(hào)VR進(jìn)行比較，并且假設(shè)Tr表示當(dāng)用于基準(zhǔn)信號(hào)的斜坡信號(hào)VR開(kāi)始改變時(shí)的時(shí)間與當(dāng)基準(zhǔn)信號(hào)與斜坡信號(hào)之間的幅值關(guān)系逆轉(zhuǎn)時(shí)的時(shí)間之間的時(shí)間段。計(jì)數(shù)器40-1在時(shí)間段Tr期間對(duì)值進(jìn)行倒數(shù)計(jì)數(shù)，并且存儲(chǔ)器電路50-1將倒數(shù)計(jì)數(shù)值(第一計(jì)數(shù)值)作為基準(zhǔn)信號(hào)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)保存。用于基準(zhǔn)信號(hào)的斜坡信號(hào)VR具有與斜坡信號(hào)VL的梯度相同的梯度。通過(guò)將斜坡信號(hào)的梯度設(shè)置為相同值，可獲得基準(zhǔn)信號(hào)的具有高分辨度的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。接著，在信號(hào)大小確定時(shí)間段Tj內(nèi)，比較器30-1將有效信號(hào)與比較電壓VREF進(jìn)行比較。在圖中所示的例子中，比較器30-1在信號(hào)大小確定時(shí)間段Tj內(nèi)將高電平選擇信號(hào)SEL輸出到選擇電路30-2，該高電平選擇信號(hào)SEL意味著有效信號(hào)大于比較電壓VREF。結(jié)果，在有效信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間段Tu內(nèi)，選擇電路30-2選擇梯度大的斜坡信號(hào)VH，并且將該斜坡信號(hào)輸出到比較器30-1。比較器30-1將有效信號(hào)與斜坡信號(hào)VH進(jìn)行比較。當(dāng)這兩個(gè)信號(hào)之間的大小關(guān)系逆轉(zhuǎn)時(shí)，時(shí)間所花費(fèi)的長(zhǎng)度用Ts表示。計(jì)數(shù)器40-1在上述對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)·的倒數(shù)計(jì)數(shù)之后在時(shí)間段Ts對(duì)值進(jìn)行正數(shù)計(jì)數(shù)。存儲(chǔ)器電路50-1將正數(shù)計(jì)數(shù)值(第二計(jì)數(shù)值)保存為有效信號(hào)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。如果比較器30-1的輸出在信號(hào)電平確定時(shí)間段Tj內(nèi)沒(méi)有逆轉(zhuǎn)，則選擇信號(hào)SEL保持在低電平，并且因?yàn)橛行盘?hào)的電平已被確定為小于比較電壓VREF，所以選擇電路30-2選擇梯度小的斜坡信號(hào)VL。在這種情況下，比較器30_1將有效信號(hào)與斜坡信號(hào)VL進(jìn)行比較。選擇電路30-2根據(jù)已被放大單元20放大的有效信號(hào)的電平來(lái)選擇梯度彼此不同的斜坡信號(hào)VH和VL中的任一個(gè)。換句話講，選擇電路30-2根據(jù)基于像素的有效信號(hào)的電平來(lái)設(shè)置斜坡信號(hào)的時(shí)間變化率。比較器30-1將已被選擇電路30-2選擇的斜坡信號(hào)與已被放大單元20放大的有效信號(hào)進(jìn)行比較。計(jì)數(shù)器40-1在下述時(shí)間段內(nèi)對(duì)值進(jìn)行正數(shù)計(jì)數(shù)，該時(shí)間段在當(dāng)斜坡信號(hào)開(kāi)始改變時(shí)的時(shí)間與當(dāng)比較器30-1輸出指示有效信號(hào)與斜坡信號(hào)之間的大小關(guān)系逆轉(zhuǎn)的信號(hào)時(shí)的時(shí)間之間。在圖5中，如上所述，用于基準(zhǔn)信號(hào)的斜坡信號(hào)VR和斜坡信號(hào)VL具有相同的梯度。用于基準(zhǔn)信號(hào)的斜坡信號(hào)VR被與基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，但是基準(zhǔn)信號(hào)還是用于有效信號(hào)的基準(zhǔn)信號(hào)，因此，斜坡信號(hào)需要具有高精度。因?yàn)樾逼滦盘?hào)VR具有與用于產(chǎn)生具有低位比特的數(shù)據(jù)的斜坡信號(hào)VL的梯度相同的梯度，所以存在能夠使用相同的斜坡產(chǎn)生電路25的這樣的優(yōu)點(diǎn)。稍后將參照?qǐng)D6A至圖6C來(lái)描述計(jì)數(shù)器40-1的倒數(shù)計(jì)數(shù)模式和正數(shù)計(jì)數(shù)模式的功能。假設(shè)從像素單元10發(fā)送的像素信號(hào)是圖2中所述的信號(hào)201，那么，圖4中的放大電路20-1的增益為I。然而，稍后將在圖7中描述的成像系統(tǒng)具有設(shè)置適合于拍攝環(huán)境的靈敏度的功能。例如，當(dāng)靈敏度設(shè)置為16倍時(shí)，放大電路應(yīng)將圖2中的62. 5mV的信號(hào)電平放大到IV，并且將放大的信號(hào)輸入到比較器30-1。此時(shí)，對(duì)于A/D轉(zhuǎn)換必要的SN比示出了(如果具有10比特的A/D轉(zhuǎn)換的分辨度)通過(guò)將大幅度信號(hào)與斜坡信號(hào)VH進(jìn)行比較而獲得的足夠的效果。因此，如果靈敏度被設(shè)置為16倍或更大，則選擇電路30-2可通過(guò)從定時(shí)產(chǎn)生電路70發(fā)送的控制信號(hào)CONTl被控制為選擇斜坡信號(hào)VH，并且將該斜坡信號(hào)VH輸出到比較器30-1。因?yàn)橄袼貑卧?0的SN比受像素單元10的開(kāi)口面積的影響大，所以斜坡信號(hào)VH與斜坡信號(hào)VL的梯度的比以及用于選擇上述斜坡信號(hào)VH的靈敏度設(shè)置根據(jù)開(kāi)口面積而變化。圖6A至圖6C是用于示出計(jì)數(shù)器電路(校正單元)40-1的結(jié)構(gòu)例子的視圖。當(dāng)基準(zhǔn)信號(hào)已被與用于該基準(zhǔn)信號(hào)的斜坡信號(hào)VR進(jìn)行比較時(shí)，以及當(dāng)有效信號(hào)已被與用于該有效信號(hào)的斜坡信號(hào)VH和VL之一進(jìn)行比較時(shí)，計(jì)數(shù)器40-1對(duì)值進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到比較器30-1的輸出逆轉(zhuǎn)為止。當(dāng)比較器30-1將基準(zhǔn)信號(hào)與斜坡信號(hào)進(jìn)行比較時(shí)，計(jì)數(shù)器40-1對(duì)值進(jìn)行倒數(shù)計(jì)數(shù)。與此相反，當(dāng)比較器30-1將有效信號(hào)與斜坡信號(hào)進(jìn)行比較時(shí)，計(jì)數(shù)器40-1對(duì)值進(jìn)行正數(shù)計(jì)數(shù)。然后，存儲(chǔ)器單元(校正單元)50對(duì)計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)的比特進(jìn)行移位，以便校正分辨度比率。圖6A是示出計(jì)數(shù)器40-1的結(jié)構(gòu)例子的視圖。圖6B和圖6C是用于描述存儲(chǔ)器單元(校正單元)50中的處理的視圖。圖6B是這樣的視圖，其示出基準(zhǔn)信號(hào)已被與用于該基準(zhǔn)信號(hào)的斜坡信號(hào)VR進(jìn)行比較、然后有效信號(hào)大于比較電壓VREF的情況，并且示出當(dāng)有效信號(hào)被與斜坡信號(hào)VH進(jìn)行比較時(shí)的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)。圖6C是這樣的視圖，其示出基準(zhǔn)信號(hào)已被 與用于該基準(zhǔn)信號(hào)的斜坡信號(hào)VR進(jìn)行比較、然后有效信號(hào)小于比較電壓VREF的視圖，并且示出當(dāng)有效信號(hào)被與斜坡信號(hào)VL進(jìn)行比較時(shí)的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)。計(jì)數(shù)器40-1具有反相器601、4比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器602、10比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器603以及開(kāi)關(guān)SWl和SW2。計(jì)數(shù)時(shí)鐘信號(hào)CLK輸入到開(kāi)關(guān)SWl和SW2中。反相器601輸出選擇信號(hào)SEL的邏輯反相信號(hào)。開(kāi)關(guān)SWl由反相器601的輸出信號(hào)控制。開(kāi)關(guān)SW2由選擇信號(hào)SEL控制。計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)CLK根據(jù)選擇信號(hào)SEL輸入到4比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器602和10比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器603的時(shí)鐘端子中的任何一個(gè)。圖6B示出有效信號(hào)大于比較電壓VREF的情況。在這種情況下，選擇信號(hào)SEL變?yōu)楦唠娖?，并且比較器30-1將有效信號(hào)與斜坡信號(hào)VH進(jìn)行比較。在時(shí)間段Tr內(nèi)，選擇信號(hào)SEL變?yōu)榈碗娖?。然后，?jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)CLK通過(guò)開(kāi)關(guān)SWl輸入到4比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器602的時(shí)鐘端子中。4比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器602的進(jìn)位輸出(carryout) Co通過(guò)開(kāi)關(guān)SW2輸出到10比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器603的時(shí)鐘端子。4比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器602與計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)CLK同步，對(duì)值進(jìn)行倒數(shù)計(jì)數(shù)，并且輸出數(shù)據(jù)DO至D3。10比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器603與4比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器602的進(jìn)位輸出Co同步，對(duì)值進(jìn)行倒數(shù)計(jì)數(shù)，并且輸出數(shù)據(jù)D4至D6?；鶞?zhǔn)信號(hào)的倒數(shù)計(jì)數(shù)值(第一計(jì)數(shù)值)變?yōu)閿?shù)據(jù)DO至D6。接著，在時(shí)間段Ts內(nèi)，選擇信號(hào)SEL變?yōu)楦唠娖健Ｈ缓?，?jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)CLK不應(yīng)通過(guò)開(kāi)關(guān)SWl輸入到4比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器602的時(shí)鐘端子中。計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)CLK通過(guò)開(kāi)關(guān)SW2輸出到10比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器603的時(shí)鐘端子。10比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器603與計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)CLK同步，對(duì)值進(jìn)行正數(shù)計(jì)數(shù)，并且將正數(shù)計(jì)數(shù)值輸出到存儲(chǔ)器單元50。存儲(chǔ)器單元50將正數(shù)計(jì)數(shù)值的比特移位4比特，并且將其位已被移位4比特的10比特?cái)?shù)據(jù)D4至D13存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)Da4至Dal3。存儲(chǔ)器單元50還將4比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器602的輸出的4比特?cái)?shù)據(jù)DO至D3存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)DaO至Da3。結(jié)果，在4比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器602和10比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器603中，數(shù)據(jù)變?yōu)橐呀?jīng)受了有效信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)之間的差分處理的DaO至Dal3。14比特?cái)?shù)據(jù)DaO至Dal3分別對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)DO至D13，并且被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器電路50-1中。因而，A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)D4至D13相對(duì)于數(shù)據(jù)DO至D6經(jīng)受4比特移位，并且經(jīng)受差分處理，A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)D4至D13是通過(guò)有效信號(hào)與斜坡信號(hào)VH之間的比較而獲得的，數(shù)據(jù)DO至D6是通過(guò)基準(zhǔn)信號(hào)與用于該基準(zhǔn)信號(hào)的斜坡信號(hào)VR之間的比較而獲得的。從而，獲得高精度的14比特A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)DaO至 Dal3。圖6C示出有效信號(hào)小于比較電壓VREF的情況。在這種情況下，選擇信號(hào)SEL變?yōu)榈碗娖?，并且比較器30-1將有效信號(hào)與斜坡信號(hào)VL進(jìn)行比較。在時(shí)間段Tr內(nèi)，與圖6B中類似地，對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行倒數(shù)計(jì)數(shù)。倒數(shù)計(jì)數(shù)值(第二計(jì)數(shù)值)變?yōu)閿?shù)據(jù)DO至D6。接著，在時(shí)間段Ts內(nèi)，選擇信號(hào)SEL變?yōu)榈碗娖健Ｈ缓?，?jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)CLK通過(guò)開(kāi)關(guān)SWl輸入到4比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器602的時(shí)鐘端子中。4比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器602的進(jìn)位輸出(carryout) co通過(guò)開(kāi)關(guān)SW2輸出到10比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器603的時(shí)鐘端子。4比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器602與計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)CLK同步，并且對(duì)值進(jìn)行正數(shù)計(jì)數(shù)。10比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器603與4比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器602的進(jìn)位輸出co同步，對(duì)值進(jìn)行正數(shù)計(jì)數(shù)，并且將10比 特?cái)?shù)據(jù)DO至D9輸出到存儲(chǔ)器單元50。虛擬(dummy)數(shù)據(jù)DlO至D13為“O”。數(shù)據(jù)DO至D9被存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)DaO至Da9，虛擬數(shù)據(jù)DlO至D13被存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)DalO至Dal3，并且14比特?cái)?shù)據(jù)DaO至Dal3分別被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元50中。結(jié)果，數(shù)據(jù)變?yōu)橐言?比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器602和10比特正/倒數(shù)計(jì)數(shù)器603中經(jīng)受有效信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的差分處理的DaO至Da9。虛擬數(shù)據(jù)DlO至D13被作為數(shù)據(jù)DalO至Dal3添加。14比特?cái)?shù)據(jù)DaO至Dal3被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器電路50-1中。虛擬數(shù)據(jù)DlO至D13意味著，因?yàn)樾盘?hào)是小幅度數(shù)據(jù)，所以高階位為O。如上所述，無(wú)論有效信號(hào)是大幅度信號(hào)還是小幅度信號(hào)，當(dāng)對(duì)有效信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行差分處理時(shí)，成像器件都使用通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行與用于該基準(zhǔn)信號(hào)的斜坡信號(hào)VR的比較處理而獲得的這樣的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，以便具有高分辨度。從而，成像器件可獲得幾乎不受量化噪聲影響并且具有高精度的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。在圖6B中，成像器件還可通過(guò)使用其位已被移位4比特的10比特?cái)?shù)據(jù)D4至D13來(lái)獲取具有14比特的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)DaO至Dal3。比較器30-1在時(shí)間段Td內(nèi)將基于像素的基準(zhǔn)信號(hào)與用于該基準(zhǔn)信號(hào)的斜坡信號(hào)VR進(jìn)行比較，并且計(jì)數(shù)器40-1在時(shí)間段Tr內(nèi)對(duì)第一計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到基于像素的基準(zhǔn)信號(hào)與用于該基準(zhǔn)信號(hào)的斜坡信號(hào)VR之間的大小關(guān)系逆轉(zhuǎn)為止。此后，比較器30-1在時(shí)間段Tu內(nèi)將基于像素的有效信號(hào)與用于該有效信號(hào)的斜坡信號(hào)VH和VL之一進(jìn)行比較，并且計(jì)數(shù)器40-1在時(shí)間段Ts內(nèi)對(duì)第二計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到基于像素的有效信號(hào)與用于該有效信號(hào)的斜坡信號(hào)VH和VL之一之間的大小關(guān)系逆轉(zhuǎn)為止。計(jì)算器40-1和存儲(chǔ)器單元50的校正單元校正第一計(jì)數(shù)值與第二計(jì)數(shù)值的分辨度之間的差異，該分辨度的差異對(duì)應(yīng)于用于基準(zhǔn)信號(hào)的斜坡信號(hào)VR的時(shí)間變化率與用于有效信號(hào)的斜坡信號(hào)VH和VL之一的時(shí)間變化率之間的差異。然后，存儲(chǔ)器單元(校正單元)50輸出已被校正的第一計(jì)數(shù)值與第二計(jì)數(shù)值的差異數(shù)據(jù)DaO至Dal3。具體地講，在圖6B的情況下，存儲(chǔ)器單元(校正單元)50通過(guò)移位第二計(jì)數(shù)值的位來(lái)校正分辨度的差異。在以上描述中，第一計(jì)數(shù)值在時(shí)間段Tr內(nèi)被倒數(shù)計(jì)數(shù)，第二計(jì)數(shù)值在時(shí)間段Ts內(nèi)被正數(shù)計(jì)數(shù)，但是計(jì)數(shù)方法可反過(guò)來(lái)。計(jì)數(shù)器40-1可在時(shí)間段Tr內(nèi)對(duì)第一計(jì)數(shù)值進(jìn)行正數(shù)計(jì)數(shù)并且在時(shí)間段Ts內(nèi)對(duì)第二計(jì)數(shù)值進(jìn)行倒數(shù)計(jì)數(shù)，從而輸出第一計(jì)數(shù)值與第二計(jì)數(shù)值的差異數(shù)據(jù)DaO至Dal3。換句話講，計(jì)數(shù)器40_1對(duì)第一計(jì)數(shù)值進(jìn)行倒數(shù)計(jì)數(shù)或正數(shù)計(jì)數(shù)，并且對(duì)第二計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)以使方向變?yōu)榕c當(dāng)對(duì)第一計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)的正數(shù)或倒數(shù)方向相反的方向。從而，存儲(chǔ)器單元(校正單元)50可輸出已被校正的第一計(jì)數(shù)值和第二計(jì)數(shù)值的差異數(shù)據(jù)DaO至Dal3。在以上描述中，描述了具有倒數(shù)計(jì)數(shù)模式和正數(shù)計(jì)數(shù)模式的計(jì)數(shù)功能的計(jì)數(shù)器40-1執(zhí)行上述差分處理的例子，但是所述方法不受該例子限制。當(dāng)在基準(zhǔn)信號(hào)和有效信號(hào)的計(jì)數(shù)結(jié)果已存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中之后計(jì)數(shù)器結(jié)果被從存儲(chǔ)器單元50傳送到輸出電路60時(shí)，當(dāng)該結(jié)果被從輸出電路60傳送到成像器件100的外部時(shí)，或者甚至在外部電路(例如，圖7中的視頻信號(hào)處理電路單元830)中，也可執(zhí)行對(duì)于有效信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)的差分處理。此時(shí)，如果相對(duì)于比較電壓VREF識(shí)別信號(hào)確定電平(選擇信號(hào)SEL)的標(biāo)志數(shù)據(jù)被添加到A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，則成像器件導(dǎo)致易于應(yīng)對(duì)任何移位方法。計(jì)數(shù)器單元40輸出的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)與指示有效信號(hào)的電平的標(biāo)志數(shù)據(jù)一起輸出。(第二實(shí)施例)圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例子的視圖。成像系統(tǒng)800包括，例如光學(xué)單元810 ;成像器件100 ;信號(hào)處理電路單元830 ;記錄和通訊單元840 ； 定時(shí)控制電路單元850 ;系統(tǒng)控制電路單元860 ;以及播放和顯示單元870。成像裝置820具有成像器件100和信號(hào)處理電路單元830。已經(jīng)在第一實(shí)施例中描述的成像器件100用于上述成像器件100。作為光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)單元810 (諸如透鏡)使從被攝體發(fā)射的光成像在成像器件100的像素單元10 (圖1)上，并且在像素單元10上形成該被攝體的圖像，在像素單元10上，二維地布置了多個(gè)像素。成像器件100在基于從定時(shí)控制電路單元850輸出的信號(hào)的定時(shí)，根據(jù)成像在像素單元10上的光來(lái)輸出信號(hào)。從成像器件100輸出的信號(hào)輸入到作為信號(hào)處理單元的信號(hào)處理電路單元830中，并且信號(hào)處理電路單元830通過(guò)程序等用指定方法對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理。信號(hào)處理電路單元830可對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，諸如圖6中所示的移位處理和差分處理。通過(guò)信號(hào)處理電路單元830中的處理而獲得的信號(hào)作為圖像數(shù)據(jù)被發(fā)送到記錄和通訊單元840。記錄和通訊單元840將用于形成圖像的信號(hào)發(fā)送到播放和顯示單元870，并且使播放和顯示單元870播放或顯示運(yùn)動(dòng)圖像或靜態(tài)圖像。記錄和通訊單元840還通過(guò)從信號(hào)處理電路單元830接收信號(hào)來(lái)與系統(tǒng)控制電路單元860進(jìn)行通訊，并且還執(zhí)行將用于形成圖像的信號(hào)記錄在記錄介質(zhì)(未示出)上的操作。系統(tǒng)控制電路單元860是用于對(duì)成像系統(tǒng)的操作進(jìn)行總控制的單元，并且控制光學(xué)單元810、定時(shí)控制電路單元850、記錄和通訊單元840、以及播放和顯示單元870中的每個(gè)的驅(qū)動(dòng)。另外，系統(tǒng)控制電路單元860例如設(shè)有作為記錄介質(zhì)的存儲(chǔ)單元(未示出)，并且將對(duì)于控制成像系統(tǒng)的操作必要的程序等記錄在該存儲(chǔ)單元中。系統(tǒng)控制電路單元860還將例如根據(jù)用戶操作切換驅(qū)動(dòng)模式的信號(hào)供給到成像系統(tǒng)中。具體例子包括用于改變將被讀取的線或?qū)⒈恢刂玫木€的信號(hào)；用于隨著電子變焦操作來(lái)改變視角的信號(hào)；和用于隨著電子振動(dòng)控制來(lái)移動(dòng)視角的信號(hào)。定時(shí)控制電路單元850基于作為控制單元的系統(tǒng)控制電路單元860的控制來(lái)控制用于成像器件100和信號(hào)處理電路單元830的驅(qū)動(dòng)定時(shí)。如上所述，根據(jù)第一實(shí)施例和第二實(shí)施例，無(wú)論像素的有效信號(hào)是大幅度信號(hào)還是小幅度信號(hào)，成像器件都將該像素的基準(zhǔn)信號(hào)與用于該基準(zhǔn)信號(hào)的具有高分辨度的斜坡信號(hào)VR進(jìn)行比較。成像器件確定有效信號(hào)的電平，然后選擇適合于所確定的信號(hào)的斜坡信號(hào)VH和斜坡信號(hào)VL之一，并且通過(guò)差分處理來(lái)獲取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，該差分處理校正有效信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的分辨度比率；從而能夠獲得具有高精度和多個(gè)位的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。
在黑暗的拍攝環(huán)境下，盡管取決于曝光條件，像素信號(hào)趨向于是小幅度信號(hào)，并且靈敏度可通過(guò)放大該像素信號(hào)來(lái)提高。在第一實(shí)施例中，靈敏度可通過(guò)在放大電路20-1中放大信號(hào)來(lái)提高。當(dāng)從像素單元10發(fā)送的信號(hào)沒(méi)有被放大地輸入到比較器30-1中時(shí)，靈敏度因此可通過(guò)改變斜坡信號(hào)的梯度來(lái)提高。第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中的成像器件主要不是確定斜坡信號(hào)的梯度，但是可根據(jù)所要求的靈敏度增強(qiáng)來(lái)改變斜坡信號(hào)的梯度，并且當(dāng)意圖將靈敏度提高到例如兩倍時(shí)，可將斜坡信號(hào)的梯度控制為一半。注意，以上實(shí)施例僅僅是可如何實(shí)施本發(fā)明的例子，并且本發(fā)明的技術(shù)范圍不應(yīng)嚴(yán)格用實(shí)施例來(lái)解釋。換句話講，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思和主要特征的情況下，能夠以各種方式來(lái)實(shí)施本發(fā)明。例如，盡管已將其電平相對(duì)于時(shí)間線性變化的斜坡信號(hào)作為參考信號(hào)進(jìn)行了描述，但是可使用其電平相對(duì)于時(shí)間階梯狀(stepwise)變化的斜坡信號(hào)。雖然已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是要理解本發(fā)明不限于所公開(kāi)的示例性實(shí)施例。所附權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬泛的解釋，以涵蓋所有這樣的修改以及等同 的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種成像裝置，包括像素，所述像素被配置為通過(guò)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生信號(hào)；比較器，所述比較器被配置為將基于處于重置狀態(tài)的像素的基準(zhǔn)信號(hào)與時(shí)間變化的第一參考信號(hào)進(jìn)行比較，并且用于將基于處于非重置狀態(tài)的像素的有效信號(hào)與時(shí)間變化的第二參考信號(hào)進(jìn)行比較，其中，所述第二參考信號(hào)具有比所述第一參考信號(hào)的時(shí)間變化率大的時(shí)間變化率；計(jì)數(shù)器，所述計(jì)數(shù)器被配置為對(duì)第一計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到所述基準(zhǔn)信號(hào)與所述第一參考信號(hào)之間的大小關(guān)系逆轉(zhuǎn)為止，并且被配置為對(duì)第二計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到所述有效信號(hào)與所述第二參考信號(hào)之間的大小關(guān)系逆轉(zhuǎn)為止；校正單元，所述校正單元被配置為校正所述第一計(jì)數(shù)值與所述第二計(jì)數(shù)值的分辨度的差異，并且被配置為輸出經(jīng)受了校正的第一計(jì)數(shù)值與第二計(jì)數(shù)值之間的差異。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像裝置，其中，所述校正單元通過(guò)所述第二計(jì)數(shù)值的移位來(lái)校正所述分辨度的差異。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的成像裝置，其中，所述計(jì)數(shù)器對(duì)所述第一計(jì)數(shù)值進(jìn)行正數(shù)計(jì)數(shù)或倒數(shù)計(jì)數(shù)，并且在與所述第一計(jì)數(shù)值的正數(shù)計(jì)數(shù)或倒數(shù)計(jì)數(shù)相反的方向上對(duì)所述第二計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的成像裝置，還包括選擇電路，用于根據(jù)所述有效信號(hào)的電平來(lái)設(shè)置所述第二參考信號(hào)的時(shí)間變化率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的成像裝置，其中，與當(dāng)所述有效信號(hào)小于比較電壓時(shí)相比，當(dāng)所述有效信號(hào)大于所述比較電壓時(shí)，所述選擇電路將所述第二參考信號(hào)設(shè)置為具有較高的時(shí)間變化率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像裝置，其中，所述比較電壓低于所述第二參考信號(hào)的最大電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像裝置，其中當(dāng)所述有效信號(hào)小于所述比較電壓時(shí)所述第二參考信號(hào)的時(shí)間變化率與所述第一參考信號(hào)的時(shí)間變化率相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的成像裝置，其中，所述比較器將所述基準(zhǔn)信號(hào)與所述第一參考信號(hào)進(jìn)行比較，同時(shí)所述計(jì)數(shù)器對(duì)所述第一計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到所述基準(zhǔn)信號(hào)與所述第一參考信號(hào)之間的大小關(guān)系逆轉(zhuǎn)為止，并且所述比較器將所述有效信號(hào)與所述第二參考信號(hào)進(jìn)行比較，同時(shí)所述計(jì)數(shù)器對(duì)所述第二計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到所述有效信號(hào)與所述第二參考信號(hào)之間的大小關(guān)系逆轉(zhuǎn)為止。
9.一種成像系統(tǒng),包括根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的成像裝置；和信號(hào)處理單元，所述信號(hào)處理單元用于處理從所述成像裝置輸出的信號(hào)。
10.一種成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，所述成像裝置包括像素，所述像素用于通過(guò)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生信號(hào)；比較器，所述比較器被配置為將基于處于重置狀態(tài)的像素的基準(zhǔn)信號(hào)與時(shí)間變化的第一參考信號(hào)進(jìn)行比較，并且用于將基于處于非重置狀態(tài)的像素的有效信號(hào)與時(shí)間變化的第二參考信號(hào)進(jìn)行比較，其中，所述第二參考信號(hào)具有比所述第一參考信號(hào)的時(shí)間變化率大的時(shí)間變化率；和計(jì)數(shù)器，其被配置為對(duì)第一計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到所述基準(zhǔn)信號(hào)與所述第一參考信號(hào)之間的大小關(guān)系逆轉(zhuǎn)為止，并且被配置為對(duì)第二計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到所述有效信號(hào)與所述第二參考信號(hào)之間的大小關(guān)系逆轉(zhuǎn)為止，其中，所述方法包括以下步驟校正所述第一計(jì)數(shù)值與所述第二計(jì)數(shù)值的分辨度的差異；和輸出經(jīng)過(guò)校正的第一計(jì)數(shù)值與第二計(jì)數(shù)值之間的差異。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述校正的步驟包括通過(guò)所述第二計(jì)數(shù)值的移位來(lái)校正所述分辨度的差異。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中，所述計(jì)數(shù)器對(duì)所述第一計(jì)數(shù)值進(jìn)行正數(shù)計(jì)數(shù)或倒數(shù)計(jì)數(shù)，并且在與所述第一計(jì)數(shù)值的正數(shù)計(jì)數(shù)或倒數(shù)計(jì)數(shù)相反的方向上對(duì)所述第二計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，還包括選擇步驟，用于根據(jù)所述有效信號(hào)的電平來(lái)設(shè)置所述第二參考信號(hào)的時(shí)間變化率。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述選擇步驟包括當(dāng)所述有效信號(hào)大于比較電壓時(shí)，將所述第二參考信號(hào)設(shè)置為具有較高的時(shí)間變化率。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述比較電壓低于所述第二參考信號(hào)的最大電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，當(dāng)所述有效信號(hào)小于所述比較電壓時(shí)所述第二參考信號(hào)的時(shí)間變化率與所述第一參考信號(hào)的時(shí)間變化率相同。
17.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中，所述比較器將所述基準(zhǔn)信號(hào)與所述第一參考信號(hào)進(jìn)行比較，同時(shí)所述計(jì)數(shù)器對(duì)所述第一計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到所述基準(zhǔn)信號(hào)與所述第一參考信號(hào)之間的大小關(guān)系逆轉(zhuǎn)為止，并且所述比較器將所述有效信號(hào)與所述第二參考信號(hào)進(jìn)行比較，同時(shí)所述計(jì)數(shù)器對(duì)所述第二計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到所述有效信號(hào)與所述第二參考信號(hào)之間的大小關(guān)系逆轉(zhuǎn)為止。
全文摘要
本發(fā)明涉及成像裝置，包括像素，被配置為產(chǎn)生光電轉(zhuǎn)換信號(hào)；比較器，被配置為將基于處于重置狀態(tài)的像素的基準(zhǔn)信號(hào)與時(shí)間變化的第一參考信號(hào)進(jìn)行比較，用于將基于處于非重置狀態(tài)的像素的有效信號(hào)與時(shí)間變化的第二參考信號(hào)進(jìn)行比較，所述第二參考信號(hào)具有比所述第一參考信號(hào)的時(shí)間變化率大的時(shí)間變化率；計(jì)數(shù)器，被配置為對(duì)第一計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到所述基準(zhǔn)信號(hào)與所述第一參考信號(hào)之間的大小關(guān)系逆轉(zhuǎn)為止，并且被配置為對(duì)第二計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到所述有效信號(hào)與所述第二參考信號(hào)之間的大小關(guān)系逆轉(zhuǎn)為止；校正單元，被配置為校正所述第一計(jì)數(shù)值與所述第二計(jì)數(shù)值的分辨度的差異，并且被配置為輸出經(jīng)過(guò)校正的第一計(jì)數(shù)值與第二計(jì)數(shù)值之間的差異。
文檔編號(hào)H04N5/378GK103002232SQ20121033015
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者橋本誠(chéng)二, 松野靖司 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社