[发明专利]计数器、计数方法、AD转换器、固态成像装置和电子装置

说明书

技术领域

本公开涉及计数器、计数方法、AD转换器、固态成像装置和电子装置，并且具体地涉及例如每一个都配置以使得减少诸如互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器等的列计数器的功耗的计数器、计数方法、AD转换器、固态成像装置和电子装置。

背景技术

作为用于具有成像功能的各种电子装置的成像装置的固态成像装置，已经使用CMOS图像传感器（以下将称为“CIS”）。

CIS的主要趋势是列并行输出型，其中，向每一个像素提供浮动扩散（FD）放大器，在像素阵列中以矩阵排列的像素在列方向上以行为单位顺序选择，并且读出浮动扩散放大器的输出。这是因为，由于在每一个像素中提供的FD放大器中难以实现充足的驱动能力，所以降低了数据速率且认为并行处理是有利的。已经提出了用于列并行输出型CIS的各类信号输出电路。

作为用来读取CIS的像素信号的方法，存在如下方法：来自诸如光电二极管（以下将称为“PD”）之类的光电转换元件的光电荷输出经由排列在光电二极管附近的MOS开关在稍后的步骤中在电容器中临时采样，然后读取。然而，在此方法中，有关所采样的电容值的具有逆相关的噪声通常被叠加。同样，在像素中，当光电荷传输到电容器时，利用电势梯度进行光电荷的完全传输，并且因此不生成噪声，但是当将电容器的电压电平复位到预定基准值时，叠加噪声。

作为用来移除这样噪声的典型方法，存在相关二重采样（CDS），其中，紧接在进行光电荷的采样之前的复位电平被读出并且存储，在进行采样之后的亮度信号电平接着被读出，并且进行这些电平之间的减法，由此移除噪声。

存在用于CDS的各种方法，并且作为它们中的一个是如下方法：其中，通过比较器将像素信号电压与斜坡（Ramp）信号电压进行比较，通过在比较器的输出反转之前计数时间来进行AD转换，通过上计数进行第一AD转 换，通过下计数进行第二AD转换，由此以数字方式进行CDS（参见，例如，日本专利4655500号）。

图1是图示包括以数字方式进行上述CDS的AD转换部分（以下将被称为“ADC”）的CIS的示例配置的框图。

CIS10包括像素阵列部分11、行扫描部分12、列扫描部分13、定时控制部分14、对于每一列提供的ADC15、DAC16和数据输出部分17。

配置像素阵列部分11以使得每个都包括光电二极管和像素放大器的单位像素111以矩阵排列。提供行扫描部分12、列扫描部分13和定时控制部分14以顺序地读出像素阵列部分11的信号。行扫描部分12控制行地址和行扫描。列扫描部分13控制列地址和列扫描。定时控制部分14生成内部时钟。

每一个ADC15是集成ADC，包括比较器（CMP）151、异步上下计数器（CNT）152和开关153。

比较器151经由列线Vn（n=0、1、…、n+1），将通过将由DAC16生成的基准电压的波形改变为步进形式而获得的斜坡波形RAMP和与从相应的单元像素111获得的光电荷对应的模拟信号进行比较。异步上下计数器（以下将仅称为“计数器”）152具有响应于比较器151的输出和时钟CK进行上计数（或下计数）并且保持计数结果（即，计数值）的功能。开关153以数据传输线18连接计数器152，并且通过来自列扫描部分13的扫描控制而打开和关闭。在数据传输线18上提供包括与数据传输线18对应的传感电路和减法电路的数据输出部分17。

最初将具有作为保持电路的功能的计数器152置于上计数（或下计数）状态以进行复位计数，并且当反转相应的比较器151的输出CompOut时，上计数操作停止并且保持。在此情况下，计数器152的初始值是AD转换的等级中的任意值，即，例如，0。在此复位计数时段，读出单元像素111的复位分量△V。之后，将计数器152置于下计数（或上计数）状态以进行与入射光的量对应的数据计数，并且当反转相应的比较器151的输出CompOut时，保持与比较时段的对应。经由依据来自列扫描部分13和数据传输线18的扫描控制关闭的开关153由数据输出部分17接收在计数器152中保持的计数值作为数字信息。

例如通过来自定时控制部分14的起始脉冲STR和主时钟MCK的供应 来激活列扫描部分13，以与基于主时钟MCK生成的驱动时钟CLK同步地驱动相应的选择线SEL，并且使得计数器152的锁存数据（所保持的计数值）被读出到数据传输线18。

在具有上述配置的CIS10中，在1个水平单元时段（1H）内进行以下处理。