[发明专利]固体成像设备和摄像系统

说明书

技术领域

本发明涉及包括作为典型例子的CMOS图像传感器的固体成像设备和摄像系统

背景技术

近来，CMOS成像装置已广泛地用在数字静态照相机、摄录像机、监视摄像机和类似器件中，并且，它们的市场也已扩展了。

CMOS成像装置是用于通过使用作为光电转换器件的光电二极管将入射到每个像素上的光转换为电子，并将产生的电子积聚预定的时期，然后，将与积聚的电荷量相应的信号数字化，并向外输出信号。

通常，CMOS成像装置的每个像素电路通过装在像素电路中的源跟随器将从光电二极管上发送的电荷信号转换成垂直信号线路的电位信号，以便输出信号。

在读取时，顺序地逐行执行每个像素的选择，并对在所选中的行上的每个列的像素信号进行串行的或并行的模拟数字(AD)转换，并将其作为成像数据输出。

龙其是近年来，每个列上都有AD转换器的案例数已经增加，并可同时进行转换以便增加速度。JP-A-2008-136042揭示了相关工艺的例子。

如上所述，在对每个列同时进行AD转换时，通常使用下面的方法。

具体地说，通过为每个列提供的比较/确定单元来同时与以规律的侠侣变化的参考信号相比较，能够确定每个列的信号线路的输出。

根据在输出信号和参考信号之间满足先前规定的相互关系的定时，将各个输出信号转换成数字数据。

例如，在数字化时，使用了计数电路，以便与参考电位的位移同步地来递增计数所存储的值。这样，在满足以前规定的、在输出信号和参考信号之间的关系时，锁定每个列的计数值，并用此计数值来作为数字化的信号。在JP-A-2008-124842中揭示了相关的工艺技术的另一个例子。

发明内容

在上述的AD转换方法中，随着参考信号的位移斜率变得更加平缓，转换的分辨率进一步改进。

这就是说，通过减少每个计数的位移范围，降低了量化误差，尤其是在低照度下，就可能摄取更高质量的图像。

在此情况下，如果将计数数(count number)设置为常数，在参考信号中的最大位移量就会下降。这样，用高的照度摄取的图像部分趋于饱和。这就是说，图像摄取的动态范围缩小了。

如果简单地增加计数数，AD转换所必须的时间就会增加到能导致帧速率减少的程度。

为了解决这个问题，JP-T-2008-124842提出在参考电位中使用两种斜率的AD转换方法。

使用平缓的斜率和陡峭的斜率两次来进行AD转换。例如，在具有低照度的部分的成像数据中使用根据平缓斜率的转换结果，在具有高照度的部分的成像数据中使用根据陡峭斜率的转换结果。

结果，通过使用平缓斜率就能在低照度部分上以高分辨率来进行AD转换，而通过使用陡峭斜率就能从高照度部分上获取灰度数据。因此，就可能既满足动态范围的要求又满足图像摄取的准确性。

然而，此方法有如下的问题。

通常，在同时比较共用的参考信号和多个列的所有的像素信号的并行AD转换处理中，多个比较/确定单元的特征的变化引起了纵向的条纹。

这主要是由于比较电路的偏置变化(offset variation)引起的。然而，在参考电位以较高速度变化的情况下，难于向所有的列提供相同的参考信号。这样，就会根据每个列的参考信号的延迟而出现参考电平的变化。

而且，由于计数器的时钟脉冲相位差(clock skew)或从比较电路上来的确定输出的反转延迟(inversion delay)，用于指定转换值的锁存器的定时对于每列会变化。因此，根据两方面的结合，纵向条纹出现的频率综合起来看取决于参考电位位移的斜率。

这就是说，如果参考电位的位移斜率不同，就会相应地出现不同的纵向条纹。

例如，在转换为全黑信号(零数据)的AD转换的情况下，由于比较电路的偏置而引起的计数值的偏差量基本上与斜率成反比。因此，在增益调整后，纵向条纹就基本上保持不变，并且与斜率无关。

另一方面，由确定输出的反转延迟而引起的计数值的偏差量只取决于斜率。此外，如果调整其增益，随着斜率变陡，纵向条纹就变得更大。

在这样的情况下，对于成像装置中的每个像素而言，如果通过使用两种斜率来改变AD转换结果的选择，那么，作为结果而出现的纵向条纹就会随拍摄对象而改变，于是，就变得完全不规则了。在此结构中，这个问题在随后的处理中是难于改正的。

为了避免这样的问题，对于每个计数而言，所有的用于AD转换的信号线路应当处于备用状态，以便由此解决问题。然而，在此情况下，却会过度地增加转换处理时间。