成像元件、控制方法和成像设备技术

本发明专利技术涉及成像元件、控制方法和成像设备，通过其能够获取具有较高质量的图像。公开的成像设备被提供有：多个比较单元，其对通过垂直信号线从包括光电转换元件的像素所供应的模拟信号和具有不同倾斜度的斜波的参考信号进行比较，并且输出比较结果；多个计数器，其对相互不同的比较单元执行计数直到所述比较结果被反转，并且输出计数值作为数字数据；和采样保持单元，其在比较单元进行比较时电断开所述垂直信号线与所述比较单元并且将所保持的模拟信号供应至所述比较单元。本发明专利技术可以应用于成像元件、控制方法和成像设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】成像元件、控制方法和成像设备
本公开涉及成像元件、控制方法和成像设备，并且尤其涉及使能够获取具有较高图像质量的图像的成像元件、控制方法和成像设备。
技术介绍
最近，随着显示技术的发展，对于半导体成像元件，已经日益要求高图像质量的成像。通过增加成像像素的数量来改进空间分辨率，并且通过高速成像(高帧频)操作来改进时间分辨率。此外，通过增加每个像素的输出位数(增加灰度(gradation))来增加颜色再现性或校正效果。在互补金属氧化半导体(CMOS)图像传感器中的模拟/数字(A/D)转换操作中，使用斜坡波形作为参考电压的时间积分型的A/D转换器已经被广泛地使用。时间积分型的A/D转换器在线性度或噪声特性方面更优良。对每个像素列布置多个A/D转换器，并且多个A/D转换器同时执行A/D转换，使得可以降低每个A/D转换器的操作频率。此外，为每个像素列布置的A/D转换器可以彼此共享参考电压生成器。因此，与其他A/D转换方法相比较，面积/功率效率更优良，并且与CMOS图像传感器的兼容性更优良。然而，在时间积分型的A/D转换器的情况下，灰度增加和转换速度处于折衷(trade-off)的关系。因此，需要牺牲帧频以增加输出数据的位灰度(bitgradation)。因此，已经考虑了将多个比较器连接至一个像素垂直信号线、同时执行与多个参考电压的比较并且提升帧频的方法(例如，参见专利文献1)。此外，已经考虑了在压缩数据而不生成不自然的灰度的对原始图像的非线性压缩中将用于图像元件的输入(光强度)划分为多个部分、设置输出的倾斜度并同时并行地操作多个线性A/D转换器的方法。引用列表专利文献专利文献1：JP2011-035689A
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题然而，在专利文献1中描述的方法的情况下，需要牺牲像素的数目(减少输出图像的像素数目)。因为斜波的倾斜度是相同的，所以灰度不能增加。此外，由于参考电压的偏移变化而可能产生噪声，并且输出图像的图像质量可能恶化。此外，在上面描述的另一方法的情况下，因为多个比较器相连接，由于反冲(kickback)而可能产生噪声并且输出图像的图像质量可能恶化。考虑到上述情况而提出本公开，并且本公开的一个目标是获得具有较高质量的图像。对问题的解决方案根据本公开的一个方面，提供一种成像元件，其包括：多个比较单元，其对通过垂直信号线从包括光电转换元件的像素所供应的模拟信号和具有不同倾斜度的斜波的参考信号进行比较，并且输出比较结果；多个计数器，其对于不同的比较单元执行计数直到所述比较结果被反转，并且输出计数值作为数字数据；和采样及保持单元，其在对所述模拟信号和除了具有最缓和倾斜度的斜波之外的斜波的参考信号进行比较的比较单元开始比较之前保持通过所述垂直信号线供应的模拟信号，并且在所述比较单元执行比较时，该采样及保持单元电切断所述垂直信号线和所述比较单元并且将所保持的模拟信号供应至所述比较单元。具有最缓和倾斜度的斜波的电压范围可以操作在其中kT/C噪声在所有噪声中最具支配性的范围内。基于每个比较单元的比较结果而从所述多个计数器中选择的并且对如下比较单元执行计数的计数器可以输出计数值：该比较单元将所述模拟信号和与根据该模拟信号的信号电平的照度区域相对应的参考信号相比较。可以从所述多个计数器中选择如下计数器：该计数器中的计数值最大，并且与该计数器相对应的比较单元的比较结果被反转。可以与所述计数值一起输出标志信息，所述标志信息示出由与所选择的计数器相对应的比较器所使用的参考信号的电压范围。所述采样及保持单元可以包括开关和电容器，所述开关电连接或电切断所述垂直信号线和所述比较单元，所述电容器在所述垂直信号线和所述比较单元通过所述开关电连接时保持通过所述垂直信号线所供应的模拟信号，并且在所述垂直信号线和所述比较单元通过所述开关电切断时将由所述电容器保持的模拟信号供应至所述比较单元。该成像元件还可以包括：多个参考信号生成单元，其生成具有不同倾斜度的斜波的参考信号，并且所述多个比较单元可以将所述模拟信号与由不同的参考信号生成单元所生成的参考信号进行比较。所述多个参考信号生成单元可以在相同的时刻开始生成参考信号。在生成具有最缓和倾斜度的斜波的参考信号的参考信号生成单元生成参考信号之后具有最缓和倾斜度的斜波的电压值和具有其他倾斜度的斜波的电压值不交叉的时刻，生成具有其他倾斜度的斜波的参考信号的参考信号生成单元可以开始生成参考信号。在生成具有最缓和倾斜度的斜波的参考信号的参考信号生成单元生成参考信号之前的时刻，生成具有其他倾斜度的斜波的参考信号的参考信号生成单元可以开始生成参考信号。在生成具有最缓和倾斜度的斜波的参考信号的参考信号生成单元生成参考信号时，生成具有其他倾斜度的斜波的参考信号的参考信号生成单元可以顺序地生成具有不同倾斜度的斜波的参考信号。所述多个比较单元的部分或全部可以比较模拟信号与具有相同倾斜度的斜波的参考信号，并且所述成像元件还可以包括求和平均单元，其对由与比较模拟信号与具有相同倾斜度的斜波的参考信号的多个比较单元相对应的计数器输出的计数值进行平均。根据本公开的一方面，提供了成像元件的控制方法，包括：使得多个比较单元对通过垂直信号线从包括光电转换元件的像素所供应的模拟信号和具有不同倾斜度的斜波的参考信号进行比较，并且输出比较结果；使得多个计数器对于不同的比较单元执行计数直到所述比较结果被反转，并且使得所述多个计数器输出计数值作为数字数据；以及使得采样及保持单元在对所述模拟信号和除了具有最缓和倾斜度的斜波之外的斜波的参考信号进行比较的比较单元开始比较之前保持通过所述垂直信号线供应的模拟信号，并且致使在所述比较单元执行比较时，该采样及保持单元电切断垂直信号线和所述比较单元并且将所保持的模拟信号供应至所述比较单元。根据本公开的一方面，提供了成像设备，包括：成像元件，具有多个比较单元、多个计数器、和采样及保持单元，所述多个比较单元对通过垂直信号线从包括光电转换元件的像素所供应的模拟信号和具有不同倾斜度的斜波的参考信号进行比较，并且输出比较结果，所述多个计数器对于不同的比较单元执行计数直到所述比较结果被反转，并且所述多个计数器输出计数值作为数字数据，所述采样及保持单元在对所述模拟信号和除了具有最缓和倾斜度的斜波之外的斜波的参考信号进行比较的比较单元开始比较之前保持通过所述垂直信号线供应的模拟信号，并且在所述比较单元执行比较时，该采样及保持单元电切断所述垂直信号线和所述比较单元并且将所保持的模拟信号供应至所述比较单元；图像处理单元，其对从成像元件输出的成像图像的数字数据执行图像处理；以及存储单元，其存储经受了所述图像处理单元的图像处理的成像图像的数字数据。根据本公开的另一方面，提供了成像元件，包括：多个参考信号生成单元，其在不同的时刻生成具有不同倾斜度的斜波的参考信号；多个比较单元，其对通过垂直信号线从包括光电转换元件的像素所供应的模拟信号和由不同的参考信号生成单元生成的参考信号进行比较，并且输出比较结果；和多个计数器，其对于不同的比较单元执行计数直到所述比较结果被反转，并且输出计数值作为数字数据。在生成具有最缓和倾斜度的斜波的参考信号的参考信号生成单元生成参考信号之后具有最缓和倾斜度的斜波的电压值和具有其他倾斜度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像元件，包括：多个比较单元，其对通过垂直信号线从包括光电转换元件的像素所供应的模拟信号和具有不同倾斜度的斜波的参考信号进行比较，并且输出比较结果；多个计数器，其对于不同的比较单元执行计数直到所述比较结果被反转，并且输出计数值作为数字数据；和采样及保持单元，其在对所述模拟信号和除了具有最缓和倾斜度的斜波之外的斜波的参考信号进行比较的比较单元开始比较之前保持通过所述垂直信号线供应的模拟信号，并且在所述比较单元执行比较时，该采样及保持单元电切断所述垂直信号线和所述比较单元并且将所保持的模拟信号供应至所述比较单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.08 JP 2011-2688961.一种成像元件，包括：多个比较单元，其对通过垂直信号线从包括光电转换元件的像素所供应的模拟信号和具有不同倾斜度的斜波的参考信号进行比较，并且输出比较结果；多个计数器，其对于不同的比较单元执行计数直到所述比较结果被反转，并且输出计数值作为数字数据；和采样及保持单元，其在对所述模拟信号和除了具有最缓和倾斜度的斜波之外的斜波的参考信号进行比较的比较单元开始比较之前保持通过所述垂直信号线供应的模拟信号，其中，所述采样及保持单元包括开关和电容器，所述开关电连接或电切断所述垂直信号线和所述比较单元，所述电容器在所述垂直信号线和所述比较单元通过所述开关电连接时保持通过所述垂直信号线所供应的模拟信号，并且在所述垂直信号线和所述比较单元通过所述开关电切断时将由所述电容器保持的模拟信号供应至所述比较单元。2.按照权利要求1所述的成像元件，其中，具有最缓和倾斜度的斜波的电压范围操作在其中kT/C噪声在所有噪声中最显著的范围内。3.按照权利要求2所述的成像元件，其中，基于每个比较单元的比较结果而从所述多个计数器中选择的并且对如下比较单元执行计数的计数器输出计数值：该比较单元将所述模拟信号和与根据该模拟信号的信号电平的照度区域相对应的参考信号相比较。4.按照权利要求3所述的成像元件，其中，从所述多个计数器中选择如下计数器：该计数器中的计数值最大，并且与该计数器相对应的比较单元的比较结果被反转。5.按照权利要求4所述的成像元件，其中，与所述计数值一起输出标志信息，所述标志信息示出由与所选择的计数器相对应的比较器所使用的参考信号的电压范围。6.按照权利要求1所述的成像元件，还包括：多个参考信号生成单元，其生成具有不同倾斜度的斜波的参考信号，其中，所述多个比较单元将所述模拟信号与由不同的参考信号生成单元所生成的参考信号进行比较。7.按照权利要求6所述的成像元件，其中，所述多个参考信号生成单元在相同的时刻开始生成参考信号。8.按照权利要求6所述的成像元件，其中，在生成具有最缓和倾斜度的斜波的参考信号的参考信号生成单元生成参考信号之后、具有最缓和倾斜度的斜波的电压值和具有其他倾斜度的斜波的电压值不交叉的时刻，生成具有其他倾斜度的斜波的参考信号的参考信号生成单元开始生成参考信号。9.按照权利要求6所述的成像元件，其中，在生成具有最缓和倾斜度的斜波的参考信号的参考信号生成单元生成参考信号之前的时刻，生成具有其他倾斜度的斜波的参考信号的参考信号生成单元开始生成参考信号。10.按照权利要求6所述的成像元件，其中，在生成具有最缓和倾斜度的斜波的参考信号的参考信号生成单元生成参考信号时，生成具有其他倾斜度的斜波的参考信号的参考信号生成单元顺序地生成具有不同倾斜度的斜波的参考信号。11.按照权利要求1所述的成像元件，其中，所述多个比较单元的部分或全部比较模拟信号与具有相同倾斜度的斜波的参考信号，并且所述成像元件还包括求和平均单元，其对由与比较模拟信号与具有相同倾斜度的斜波的参考信号的多个比较单元相对应的计数器输出的计数值进行平均。12.一种成像元件的控制方法，包括：使得多个比较单元对通过垂直信号线从包括光电转换元件的像素所供应的模拟信号和具有不同倾斜度的斜波的参考信号进行比较，并且输出比较结果；使得多个计数器对于不同的比较单元执行计数直到所述比较结果被反转，并且使得所述多个计数器输出计数值作为数字数据；以及使得采样及保持单元在对所述模拟信号和除了具有最缓和倾斜度的斜波之外的斜波的参考信号进行比较的比较单元开始比较之前保持通过所述垂直信号线供应的模拟信号，其中，所述采样及保持单元包括开关和电容器，所述开关电连接或电切断所述垂直信号线和所述比较单元，所述电容器在所述垂直信号线和所述比较单元通过所述开关电连接时保持通过所述垂直信号线所供应的模拟信号，并且在所述垂直信号线和所述比较单元通过所述开关电切断时将由所述电容器保持的模拟信号供应至所述比较单元。13.一种成像设备，包括：成像元件，具有多个比较单元、多个计数器、和采样及保持单元，所述多个比较单元对通过垂直信号线从包括光电转换元件的像素所供应的模拟信号和具有不同倾斜度的斜波的参考信号进行比较，并且输出比较结果，所述多个计数器对于不同的比较单元执行计数直到所述比较结果被反转，并且所述多个计数器输出计数值作为数字数据，所述采样及保持单元在对所述模拟信号和除了具有最...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤守，榊原雅树，田浦忠行，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP