固态成像装置及其驱动方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及固态成像装置及其驱动方法，所述固态成像装置包括多个像素，被布置在矩阵中并且被配置为通过光电转换产生信号；多条信号线，每条被提供在所述像素的每列上；以及多个列电路，每个为所述信号线的每一条提供。有可能选择通过所述多个列电路同时处理多行上像素的信号的第一读出操作和通过所述多个列电路按不同增益同时处理同一像素的信号的第二读出操作中的一个。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包括多个用于把入射光转换为电信号的光电转换单元的固态成像装置以及所述固态成像装置的驱动方法。
技术介绍
有一个趋势为增加固态成像装置的像素数量，因此要求提高信号读出速度。作为提高速度的技术，日本专利申请公开N0.2006-050403公开了包括多条用于像素列的信号读出线的布置。随着像素数量的增加，像素尺寸减小，并且有必要保持S/N比和动态范围。日本专利申请公开N0.2010-016416公开了这样的技术:将一个像素的信号放大多倍增益，根据信号的大小通过把该放大后的信号乘以小于I的倍率来降低输出噪声，并且加宽动态范围。
技术实现思路
以上文献中描述的装置分别提高信号读出速度和扩大动态范围，并且不是由一个装置实现的。根据本专利技术，提供了固态成像装置，其包括:多个像素，被布置在矩阵中并且被配置为通过光电转换来产生信号；多条信号线，每条被提供在所述像素的每列上；以及多个列电路，每个为所述信号线的每一条而被提供，其中，可以选择通过多个列电路同时对多行上的像素的信号进行处理的第一读出操作和通过多个列电路按不同的增益同时对同一像素的信号进行处理的第二读出操作之一。参考附图根据示范性实施例的以下描述，本专利技术的更多特征将变得清楚。【附图说明】图1是示出了根据实施例的固态成像装置的示意性布置的图；图2A是示出了根据第一实施例的固态成像装置的列的像素单元和信号读出电路的图；图2B是示出了根据第一实施例的列放大器电路的布置的图；图3A是根据第一实施例的高速读出模式的时序图；图3B是示出了根据第一实施例的高速读出模式中的每个开关的电连接状态的转变的图；图3C是示出了根据第一实施例的高速读出模式中的列放大器电路的电容器连接状态的图；图4A是根据第一实施例的宽动态范围模式中的时序图；图4B是示出了根据第一实施例的宽动态范围模式中的每个开关的电连接状态的转变的图；图4C是示出了根据第一实施例的宽动态范围模式中的列放大器电路的电容器连接状态的图；图5A是根据第二实施例的宽动态范围模式的时序图；图5B是示出了根据第二实施例的宽动态范围模式中的每个开关的电连接状态的转变的图；图5C是示出了根据第二实施例的宽动态范围模式中的每个开关的电连接状态的转变的图；图是示出了根据第二实施例的宽动态范围模式中的列放大器电路的电容器连接状态的图；图6是示出了根据第三或第五实施例的作为整体的固态成像装置的示意图；图7是示出了根据第三实施例的列A/D转换单元的框图；图8是示出了根据第四实施例的作为整体的固态成像装置的示意图；图9是示出了根据第四实施例的列A/D转换单元的框图；图10是示出了根据第四实施例的固态成像装置的一列的像素单元和信号读出电路的图；图11是用于说明根据第四或第五实施例的斜坡信号的曲线图；图12是示出了根据第五实施例的列A/D转换单元的框图；图13是示出了根据第六实施例的成像系统的框图。【具体实施方式】现在将根据附图详细描述本专利技术的优选实施例。第一实施例下面将参考图1至图4C描述根据本专利技术第一实施例的固态成像装置。根据本实施例的固态成像装置输出模拟信号，并且针对每个水平扫描周期切换增益。图1示出了根据第一实施例的固态成像装置I的示意布置。固态成像装置I包括像素单元10、垂直扫描电路102、垂直信号线103、列放大器单元104a和104b、列存储器单元105a和105b、水平扫描电路106a和106b、水平信号线107a和107b以及输出电路108a和 108b。像素单元10包括以二维方式布置在m行Xn列的矩阵中的多个像素101。尽管未不出，但是每个像素101都包括用作光电转换兀件的光电二极管、用于输出光电二极管中累积的电荷的像素输出单元，以及用于选择像素的像素选择单元。垂直扫描电路102电连接到像素101的像素选择单元。当垂直扫描电路102选择像素101时，它把由像素101光电转换的像素信号输出到所选择的垂直信号线103。在说明书和附图中，提到“垂直”和“水平”仅仅是用来区分两个方向，并且垂直信号线可被称为“信号线”。多条垂直信号线103中的每一条被提供在每个像素列上，并且可电连接到列放大器单元104a或104b。像素信号经由垂直信号线103被输入到列放大器单元104a或104b。列放大器单元104a和104b的每一个都包括多个放大器电路，每个放大器电路对应于每条垂直信号线。列存储器单元105a和105b的每一个都包括采样和保持电路等，并且保存由列放大器单兀104a和104b中对应的一个放大的像素信号。水平扫描电路106a和106b把列存储器单元105a和105b电连接到水平信号线107a和107b，并且把放大的像素信号分别输出到输出电路108a和108b。从输出电路108a和108b中每一个输出的信号被输出到信号处理单元109。信号处理单元109执行输入像素信号的模拟/数字转换，并且对数字转换数据执行诸如增益处理、校正处理以及伽马处理的信号处理，由此把处理后数据保存为图像数据。图2A示出了用于一列的像素101、垂直信号线103和列放大器单元104。列中的像素阵列包括像素101 至101 (η是I或更大的整数)，并且垂直信号线103包括两条垂直信号线103_odd和103_even。垂直信号线103_odd经由行选择开关SEL电连接到奇数行的像素101，而垂直信号线103_even经由行选择开关SEL电连接到偶数行的像素101 。列放大器单元104a包括多个列放大器电路202a。类似地，列放大器单元104b包括多个列放大器电路202b。垂直信号线103_odd的一端经由连接开关201a_odd电连接到列放大器电路202a。垂直信号线103_odd的另一端经由连接开关201b_odd电连接到列放大器电路202b。类似地,垂直信号线103_even的一端经由连接开关201a_even电连接到列放大器电路202a。垂直信号线103_even的另一端经由连接开关201b_even电连接到列放大器电路202b。行选择开关SEL至SEL把奇数行的像素101电连接到垂直信号线103_odd，把偶数行的像素101电连接到垂直信号线103_even。图2B示出了模拟放大器电路，作为列放大器电路202a和202b的实例。注意，列放大器电路202a和202b具有相同的布置，并且具有相同的与垂直信号线103的电连接。所以，将以列放大器电路202a作为示例。列放大器电路202a包括差分放大器301、输入电容器CO、反馈电容器Cl和C2，以及开关S1、S2和Sr。参考电压Vref被输入到差分放大器301的非反相输入节点，并且输入电容器CO的一个端子电连接到差分放大器301的反相输入节点。输入电容器CO的另一个端子分别经由连接开关201a_odd和201a_even电连接到垂直信号线103_odd和103_even。差分放大器301的反相输入节点与输出节点可经由开关Sr、开关SI和反馈电容器Cl或者开关S2和反馈电容器C2来电连接。对开关SI和S2进行控制可以切换列放大器电路202a的增益。例如，如果接通开关SI和S2，列放大器电路202a的增益是C0/(C1+C2)。如果仅接通开关SI，列放大器电路202a的增益是C0/C1。如果所有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态成像装置，其特征在于，包括：多个像素，被布置在矩阵中并且被配置为通过光电转换产生信号；多条信号线，每条都提供在所述像素的每列上；以及多个列电路，为所述信号线的每一条而被提供，其中，所述固态成像装置被配置为执行通过所述多个列电路同时处理多行上的像素的信号的第一读出操作和通过所述多个列电路按不同的增益同时处理同一像素的信号的第二读出操作中的一个。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：清水伸一郎，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP