[发明专利]固态成像设备和成像设备

说明书

技术领域

本发明涉及将像素信号与以步进方式变化的基准信号相比较并根据它们的电压电平的大小关系的改变时间量来获得数字值的固态成像设备和成像设备。

背景技术

目前，诸如CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)之类的固态成像设备已被用于各种应用。近来，适合于更迅速成像的MOS(金属氧化物半导体)型固态成像设备已经引起了注意，并且各种体系结构已被提出。

JP-A-2005-278135(专利文献1)通过使用上行/下行计数器实现了更高的帧速率，而不会增大电路的大小。图13是示出采用该方法的MOS型固态成像设备的实施例的框图。

也就是说，固态成像设备1包括像素阵列部件10、行扫描电路13和列扫描电路14、基准信号生成部件(DAC)15、比较器16、上行/下行计数器(U/D CN)17、缓冲器(BUF)18以及驱动控制部件21。在像素阵列部件10中，以矩阵形式放置了单位像素12。行扫描电路13和列扫描电路14驱动像素阵列部件10。基准信号生成部件(DAC)15生成基准电压。比较器16将垂直信号线电压与基准电压相比较。上行/下行计数器(U/D CN)17执行数字操作和存储。缓冲器(BUF)18临时保存值。驱动控制部件21控制所有这些组件。

基准信号生成部件15和每一列处的比较器16和上行/下行计数器17被包括在方案中的A/D转换电路Ramp DAC中，并且将从像素获得的模拟信号转换成数字值。A/D转换电路在比较器中将像素信号与其值以步进方式变化的基准信号相比较，并通过计算变化它们的电压电平的时间量来获得数字值。

许多MOS型成像设备获得像素重置时的垂直信号线电压电平，然后获得光被输入时的垂直信号线电压电平，并且获得它们之间的差别，以执行去除固定模式噪声的操作。

在固态成像设备1的情况下，上行/下行计数器17被用于去除固定模式。首先，为了在像素的重置电平下执行D/A转换，计数器对负电平进行计数。接下来，为了执行光输入时的D/A转换，计数器从作为起始点的计数开始对正电平进行计数。从而，可以获得数字区域中的差别，而无需任何减法器电路(参考图14)。

生成基准信号的基准信号生成部件公共地连接到所有列处的比较器，而计数器是在每一列处单独设置的。已被去除了固定模式的数字数据一度被存储在缓冲器(BUF)18中，并且被顺序地从最后一列传送。

固态成像设备1中采用的比较器16可以是开关式比较器。图15示出了电路示例。开关晶体管Tr 21连接在晶体管Tr 23的栅极和漏极之间。开关晶体管Tr 22连接在晶体管Tr 24的栅极和漏极之间。

像素信号通过电容器Cp 25被输入到晶体管Tr 23，并且来自基准信号生成部件的信号波形通过电容器Cp 26被输入到晶体管Tr 24。比较器是根据像素信号侧和RAMP侧的信号的电压电平的高度来生成高或低输出L27的电路。

电路首先确定比较的判断标准电压是很重要的。下文中将把确定该电压的操作称为“自动调零(auto-zero)”。为了执行自动调零，垂直信号线重置电平被输入到像素信号侧，而斜坡(ramp)基准信号被输入到基准信号生成部件侧。

用于执行自动调零的PSET信号被公共地提供到开关晶体管Tr 21和Tr 22的栅极。图16示出了PSET信号的时序。Tr 21和Tr 22在PSET信号下降时导通，并且比较器进入自动调零状态。当Tr 23和Tr 24的栅极电压相等时确定操作点，并且电路达到平衡。

然后，Tr 21和Tr 22在PSET信号上升时关断，并且Tr 23和Tr 24的栅极都浮空。在这里，垂直信号线的电压与Tr 23的栅极电压之间的差别被保存在电容器Cp 25中，并且RAMP基准电压和Tr 24的栅极电压之间的差别被保存在电容器Cp 26中。在自动调零之后，可以比较像素信号和RAMP侧信号的电平。

但是，比较器具有以下问题：

(1)第一问题