固态成像装置和成像系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及固态成像装置和成像系统。固态成像装置包括：其中按矩阵布置有多个像素的像素部；被配置为从像素部输出像素信号的列信号线；被配置为反转并放大像素信号的列放大器电路；被配置为绕过列放大器电路的绕过电路；AD转换器；以及被配置为根据绕过电路的操作来改变AD转换器的操作模式的控制单元。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包括AD转换电路的固态成像装置和成像系统。
技术介绍
如日本专利公开No.2008-167004中描述的那样，一些固态成像装置，例如MOS成像装置，由成像单元和列信号处理电路构成。日本专利公开No.2008-167004描述了列放大器电路和AD(模拟至数字)转换电路被安装于列信号处理电路中且对于每列执行AD转换的布置。该专利文献公开了放大具有不同灵敏度的多个系统的信号、AD转换它们、并然后合成它们以在不降低S/N比的情况下放大动态范围的方法。日本专利公开No.2010-147614描述了如下技术：在静止图像拍摄模式中，接通放大器以执行高质量拍摄，并在用于监视器的运动图像拍摄模式中，关断放大器以使像素信号绕过(bypass)放大器，由此减少电力。日本专利公开No.2010-147614公开了如下技术：在接通/关断放大器时，切换AD转换器的输入范围，更具体而言，在放大器断开时，将斜坡(ramp)波形的振幅和计数器操作减半。
技术实现思路
本专利技术的第一方面提供一种固态成像装置，该固态成像装置包括：像素部，在所述像素部中按矩阵布置有多个像素；列信号线，被配置为从像素部输出像素信号；列放大器电路，被配置为反转(invert)并放大像素信号；绕过电路，被配置为绕过列放大器电路；AD转换器；以及控制单元，被配置为改变AD转换器的操作模式，其中，AD转换器包含斜坡信号产生电路、比较器和计数器，所述斜坡信号产生电路被配置为产生参考信号，所述比较器被配置为比较参考信号与像素信号，所述计数器被配置为对时间进行计数且输出与时间对应的计数值，以及控制单元被配置为：在第一操作模式中，控制AD转换器以AD转换来自列信号线的像素信号并且通过绕过电路绕过列放大器电路，在第二操作模式中，控制AD转换器以AD转换通过列放大器电路反转和放大的像素信号，以及在第一操作模式和第二操作模式之间，改变斜坡信号的斜率和计数器的计数过程中的一个。本专利技术的第二方面提供一种固态成像装置，该固态成像装置包括：像素部，在所述像素部中按矩阵布置有多个像素；列信号线，被配置为从像素部输出像素信号；列放大器电路，被配置为反转并放大来自列信号线的像素信号；绕过电路，被配置为绕过列放大器电路；逐次逼近(successive approximation)AD转换器；CDS处理单元，被配置为计算来自AD转换器的复位电平的输出数字值与通过光电转换光获得的成像信号的输出数字值之间的差值；以及控制单元，被配置为改变AD转换器的操作模式，其中，控制单元被配置为：在第一操作模式中，控制AD转换器以AD转换来自列信号线的像素信号并且通过绕过电路绕过列放大器电路，在第二操作模式中，控制AD转换器以AD转换来自列放大器电路的反转和放大后的输出信号，以及在第一操作模式和第二操作模式之间，改变CDS处理单元的处理。本专利技术的第三方面提供一种成像系统，该成像系统包括：以上的固态成像装置；光学系统，被配置为在固态成像装置上形成图像；以及信号处理电路，被配置为处理来自固态成像装置的输出信号。从(参考附图)对示例性实施例的以下描述，本专利技术的进一步的特征将变得明显。附图说明图1是根据实施例的框图；图2是示出像素部的电路布置的电路图；图3是根据第一实施例的电路图；图4A和图4B是例示根据第一实施例的驱动方法的定时图；图5是示出列放大器电路的电路布置的电路图；图6是根据第二实施例的电路图；图7A和图7B是例示根据第二实施例的驱动方法的定时图；图8是根据第三实施例的电路图；图9A和图9B是例示根据第三实施例的驱动方法的定时图；以及图10是示出使用成像装置的成像系统的布置例子的框图。具体实施方式本专利技术提供执行AD(模拟至数字)转换操作的固态成像装置，所述AD(模拟至数字)转换操作分别与来自被配置为执行反转和放大的放大器的输出被AD转换的情况、以及放大器被绕过且输出被AD转换的情况对应。在根据本专利技术的固态成像装置中，在像素部中按矩阵二维地布置多个用于光电转换入射光的像素。以行为基础执行多个像素的复位和电荷积累。来自像素的输出被输出到按列布置的列信号线。来自像素的信号按行被读出到列信号线。对于每个列信号线布置放大来自像素的模拟信号的列放大器电路和保持放大后的信号的列电路。通过使用列放大器电路放大像素信号，在随后的电路中产生的噪声的影响相对于像素信号减少。这使得能够以高S/N比实现高质量拍摄。一般地，在其中安装有列放大器电路和AD转换器的固态图像传感器中，列放大器电路通过绝对值“A”的增益来放大像素信号时的总噪声量NTotal可由以下表示：NTotal=A·NPix2+Namp(A)2+NADC2...1]]>这里，NPix：像素的随机噪声；Namp(A)：列放大器电路的增益是A时列放大器电路中产生的随机噪声；以及NADC：AD转换器中产生的随机噪声。为了简化描述，列放大器电路的增益仅是A。在式1中，增益为A时的列放大器电路的随机噪声Namp(A)可一般被设计为小于通过将列放大器电路的增益为1时的随机噪声Namp(1)放大A倍所获值A·Namp(1)。这是由于，列放大器电路具有高增益时的高频(高音(treble))截止频率降低。当A＝1时，式1被重写为：NTotal=NPix2+Namp(1)2+NADC2---2]]>当增益是1时，列放大器电路不需要执行信号放大。相反，如果使用列放大器电路，那么，如式2所示，随机噪声Namp(1)被添加到总噪声，从而增加噪声。由此，当列放大器电路不执行信号放大时，与没有列放大器电路相比，列放大器电路的使用增加噪声。(第一实施例)现在将参考附图详细描述本专利技术的第一实施例。图1是示出第一实施例的框图。在像素部102中，按N行×M列的矩阵布置多个像素101。像素101通过光电转换输出基于入射光的成像信号。图1仅示出一些像素101。列信号线103从由行选择单元104选择的像素按行输出像素信号。列放大器电路105从列信号线103接收像素信号。列放大器电路105反转并放大所输入的像素信号，并且将得到的信号输出到AD转换电路107。绕过电路106是使来自列信号线103的像素信号绕过列放大器电路105的电路。绕过控制电路111控制像素信号的绕过。设定电路108由绕过控制电路111控制以控制A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态成像装置，包括：像素部，在所述像素部中按矩阵布置有多个像素；列信号线，被配置为从像素部输出像素信号；列放大器电路，被配置为反转并放大像素信号；绕过电路，被配置为绕过列放大器电路；AD转换器；以及控制单元，被配置为改变AD转换器的操作模式，其中，AD转换器包含斜坡信号产生电路、比较器和计数器，所述斜坡信号产生电路被配置为产生参考信号，所述比较器被配置为比较参考信号与像素信号，所述计数器被配置为对时间进行计数且输出与时间对应的计数值，以及控制单元被配置为：在第一操作模式中，控制AD转换器以AD转换来自列信号线的像素信号并且通过绕过电路绕过列放大器电路，在第二操作模式中，控制AD转换器以AD转换通过列放大器电路反转和放大的像素信号，以及在第一操作模式和第二操作模式之间，改变参考信号的斜率和计数器的计数过程中的一个。

【技术特征摘要】
2013.09.17 JP 2013-1923661.一种固态成像装置，包括：
像素部，在所述像素部中按矩阵布置有多个像素；
列信号线，被配置为从像素部输出像素信号；
列放大器电路，被配置为反转并放大像素信号；
绕过电路，被配置为绕过列放大器电路；
AD转换器；以及
控制单元，被配置为改变AD转换器的操作模式，
其中，AD转换器包含斜坡信号产生电路、比较器和计数器，所
述斜坡信号产生电路被配置为产生参考信号，所述比较器被配置为比
较参考信号与像素信号，所述计数器被配置为对时间进行计数且输出
与时间对应的计数值，以及
控制单元被配置为：
在第一操作模式中，控制AD转换器以AD转换来自列信号线的
像素信号并且通过绕过电路绕过列放大器电路，
在第二操作模式中，控制AD转换器以AD转换通过列放大器电
路反转和放大的像素信号，以及
在第一操作模式和第二操作模式之间，改变参考信号的斜率和计
数器的计数过程中的一个。
2.根据权利要求1的装置，其中，参考信号的斜率的极性被改变。
3.根据权利要求1的装置，其中，计数器的计数过程包含正计数
和倒计数。
4.根据权利要求1的装置，其中，AD转换器对基于像素的复位
电平的信号和通过光电转换光获得的成像信号进行AD转换。
5.根据权利要求1的装置，其中，AD转换器对基于像素的复位
电平的信号和通过光电转换光获得的成像信号进行AD转换，并且，
当复位电平的信号和成像信...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎和男，板野哲也，樋山拓己，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP