成像装置和成像系统制造方法及图纸

本公开内容涉及成像装置和成像系统。产生具有在第一时段中在第一振幅范围中随时间改变的电位的第一斜坡信号、和电位在包含第一振幅范围且具有比第一振幅范围的最大振幅大的最大振幅的第二振幅范围中随时间改变且电位每单位时间的改变量与第一斜坡信号的电位每单位时间的改变量相同的第二斜坡信号，并且，并行执行光学信号与第一斜坡信号之间的比较以及光学信号与第二斜坡信号之间的比较。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及成像装置和成像系统。
技术介绍
具有对从像素输出的信号执行AD转换的AD转换单元的成像装置已被广泛使用。日本专利公开No.2010-103913公开了如下技术，该技术通过重复使用从斜坡开始电位到斜坡结束电位的振幅和斜率相同的斜坡信号对从像素输出的信号多次执行AD转换。多次执行的AD转换需要相同的时间段。根据日本专利公开No.2010-103913，该技术实现具有改善的噪声特性的成像装置。日本专利公开No.2010-252140公开了如下技术，该技术通过使用从斜坡开始电位到斜坡结束电位具有不同振幅且在同一时间点以任意的电压偏移的多个斜坡信号对从像素输出的信号多次执行AD转换。根据日本专利公开No.2010-252140，该技术实现读取时间的缩短和具有高位精度的AD转换。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，一种成像装置包括：像素，通过对光执行光电转换产生光学信号并且输出光学信号；参照信号供给单元；比较单元；以及计数器，被配置为通过对时钟信号进行计数来产生计数信号。参照信号供给单元产生第一斜坡信号和第二斜坡信号，第一斜坡信号具有在第一时段中在第一振幅范围中随时间改变的电位，在第二斜坡信号中，电位在第二振幅范围中随时间改变，并且电位每单位时间的改变量与第一斜坡信号的电位每单位时间的改变量相同，第二振
幅范围包括第一振幅范围并且具有比第一振幅范围的最大振幅大的最大振幅。比较单元产生作为第一比较的结果获得的第一比较结果信号和作为第二比较的结果获得的第二比较结果信号，在第一比较中光学信号与第一斜坡信号相互比较，在第二比较中光学信号与第二斜坡信号相互比较，产生第一比较结果信号的电平改变的定时处的计数信号和第二比较结果信号的电平改变的定时处的计数信号，作为基于光学信号的数字信号。比较单元包括第一比较器和第二比较器，第一比较器执行第一比较以输出第一比较结果信号，第二比较器执行第二比较以输出第二比较结果信号。第一比较在从第二比较开始到第二比较终止的时间段中开始。根据本专利技术的另一实施例，一种成像装置包括：像素，通过对光执行光电转换产生光学信号并且输出光学信号；参照信号供给单元；比较单元；以及计数器，被配置为通过对时钟信号进行计数来产生计数信号。参照信号供给单元产生第一斜坡信号和第二斜坡信号，第一斜坡信号具有在第一时段中在第一振幅范围中随时间改变的电位，在第二斜坡信号中，电位在第二振幅范围中随时间改变，并且电位每单位时间的改变量与第一斜坡信号的电位每单位时间的改变量相同，第二振幅范围包括第一振幅范围并且具有比第一振幅范围的最大振幅大的最大振幅。比较单元产生作为第一比较的结果获得的第一比较结果信号和作为第二比较的结果获得的第二比较结果信号，在第一比较中光学信号与第一斜坡信号相互比较，在第二比较中光学信号与第二斜坡信号相互比较。产生第一比较结果信号的电平改变的定时处的计数信号和第二比较结果信号的电平改变的定时处的计数信号，作为基于光学信号的数字信号。比较单元向计数器输出第一比较结果信号和第二比较结果信号。计数器根据第一比较结果信号的电平的改变将计数信号保持为第一计数信号，在第二比较中从第一计数信号开始时钟信号的计数，并且根据第二比较结果信号的电平的改变将计数信号保持为第二计数信号。参照附图从示例性实施例的以下描述中，本专利技术的其它特征将变
得清晰。附图说明图1A是示出成像装置的配置的示图。图1B是示出像素的配置的示图。图2A是示出成像装置的操作的示图。图2B是示出成像装置的另一操作的示图。图2C是示出成像装置的又一操作的示图。图3是示出成像装置的配置的示图。图4是示出成像装置的操作的示图。图5A是示出成像装置的配置的示图。图5B是示出存储器的配置的示图。图5C是示出存储器的另一配置的示图。图6A是示出成像装置的操作的示图。图6B是示出成像装置的另一操作的示图。图7是示出成像系统的配置的示图。具体实施方式在日本专利公开No.2010-103913中公开的技术中，由于多个AD转换操作所需要的时间段彼此相同，因此，AD转换所需要的时间段增加。在日本专利公开No.2010-252140中公开的技术中，在同一时间点以任意的电压相互偏移的不同斜坡信号被用在不同的AD转换操作中。因此，难以执行多个AD转换操作使得随机噪声减小。以下描述的技术涉及被执行以使得减小随机噪声的高速AD转换操作。以下，将参照附图描述实施例。注意，在以下的描述中，当描述信号电平时，在合适的情况下，可以使用表达方式“振幅大”或“振幅小”。术语“振幅”指示相对于参照信号值的改变量。例如，信号
A的电位(例如，0V)可作为数值比信号B的电位(例如，1V)小。在这种情况下，如果信号A和B的电位的参照的信号电平比信号A和B的中间电位大(例如，3V)，那么信号A的振幅比信号B的振幅大。第一实施例图1A是示出根据第一实施例的成像装置的示图。像素阵列101包含在多行多列中布置的多个像素100。垂直扫描电路102通过在逐行的基础上依次扫描像素阵列101中的多个像素100来执行垂直扫描。各行中的像素100通过控制信号线与垂直扫描电路102电连接。并且，各个列中的多个像素100与垂直信号线110电连接。垂直信号线110被布置为与多个像素100的列一一对应。垂直信号线110与设置在像素阵列101外面的比较器104电连接。并且，比较器104与参照信号供给电路103电连接。从像素100输出的信号通过垂直信号线110被供给到比较器104。并且，斜坡信号VRMP从参照信号供给电路103被供给到比较器104。参照信号供给电路103是供给斜坡信号VRMP的参照信号供给单元。该实施例的各比较单元包含一个比较器104。各个列中的比较器104与各计数器105电连接。时钟信号从未示出的定时产生器被供给到计数器105。计数器105中的每一个产生通过计数时钟信号获得的计数信号。各个列中的计数器105与各存储器106电连接。各个列中的存储器106存储由相应的计数器105产生的计数信号。AD转换单元200包含比较器104中的一个、计数器105中的一个和存储器106中的一个。多个AD转换单元200被设置为与多个像素100的各个列对应。水平扫描电路107通过依次扫描各个列中的存储器106执行水平扫描。这样，存储于各个列中的存储器106中的计数信号(图像信号)被输出。图1B是示出像素100中的一个的配置的示图。像素100包含光电二极管PD、复位晶体管M1、传送晶体管M2、放大晶体管M3和
选择晶体管M4。复位晶体管M1具有从垂直扫描电路102将信号φR供给到的控制节点。传送晶体管M2具有从垂直扫描电路102将信号φT供给到的控制节点。选择晶体管M4具有从垂直扫描电路102将信号φSEL供给到的输入节点。电源电压VDD被供给到复位晶体管M1的主节点中的一个和放大晶体管M3的主节点中的一个。复位晶体管M1的主节点中的另一个、传送晶体管M2的主节点中的一个以及放大晶体管M3的控制节点与节点FD电连接。传送晶体管M2的主节点中的另一个与光电二极管PD电连接。放大晶体管M3的主节点中的另一个与选择晶体管M4的主节点中的一个电连接。选择晶体管M4的主节点中的另一个与垂直信号线110本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像装置，其特征在于，包括：像素，通过对光执行光电转换产生光学信号并且输出光学信号；参照信号供给单元；比较单元；以及计数器，被配置为通过对时钟信号进行计数来产生计数信号，其中，参照信号供给单元产生第一斜坡信号和第二斜坡信号，第一斜坡信号具有在第一时段中在第一振幅范围中随时间改变的电位，在第二斜坡信号中，电位在第二振幅范围中随时间改变，并且电位每单位时间的改变量与第一斜坡信号的电位每单位时间的改变量相同，第二振幅范围包括第一振幅范围并且具有比第一振幅范围的最大振幅大的最大振幅，比较单元产生作为第一比较的结果获得的第一比较结果信号和作为第二比较的结果获得的第二比较结果信号，在第一比较中光学信号与第一斜坡信号相互比较，在第二比较中光学信号与第二斜坡信号相互比较，产生第一比较结果信号的电平改变的定时处的计数信号和第二比较结果信号的电平改变的定时处的计数信号，作为基于光学信号的数字信号，比较单元包括第一比较器和第二比较器，第一比较器执行第一比较以输出第一比较结果信号，第二比较器执行第二比较以输出第二比较结果信号，以及第一比较在从第二比较开始到第二比较终止的时间段中开始。

【技术特征摘要】
2015.06.05 JP 2015-1152391.一种成像装置，其特征在于，包括：像素，通过对光执行光电转换产生光学信号并且输出光学信号；参照信号供给单元；比较单元；以及计数器，被配置为通过对时钟信号进行计数来产生计数信号，其中，参照信号供给单元产生第一斜坡信号和第二斜坡信号，第一斜坡信号具有在第一时段中在第一振幅范围中随时间改变的电位，在第二斜坡信号中，电位在第二振幅范围中随时间改变，并且电位每单位时间的改变量与第一斜坡信号的电位每单位时间的改变量相同，第二振幅范围包括第一振幅范围并且具有比第一振幅范围的最大振幅大的最大振幅，比较单元产生作为第一比较的结果获得的第一比较结果信号和作为第二比较的结果获得的第二比较结果信号，在第一比较中光学信号与第一斜坡信号相互比较，在第二比较中光学信号与第二斜坡信号相互比较，产生第一比较结果信号的电平改变的定时处的计数信号和第二比较结果信号的电平改变的定时处的计数信号，作为基于光学信号的数字信号，比较单元包括第一比较器和第二比较器，第一比较器执行第一比较以输出第一比较结果信号，第二比较器执行第二比较以输出第二比较结果信号，以及第一比较在从第二比较开始到第二比较终止的时间段中开始。2.一种成像装置，其特征在于，包括：像素，通过对光执行光电转换产生光学信号并且输出光学信号；参照信号供给单元；比较单元；以及计数器，被配置为通过对时钟信号进行计数来产生计数信号，其中，参照信号供给单元产生第一斜坡信号和第二斜坡信号，第一斜坡信号具有在第一时段中在第一振幅范围中随时间改变的电位，在第二斜坡信号中，电位在第二振幅范围中随时间改变，并且电位每单位时间的改变量与第一斜坡信号的电位每单位时间的改变量相同，第二振幅范围包括第一振幅范围并且具有比第一振幅范围的最大振幅大的最大振幅，比较单元产生作为第一比较的结果获得的第一比较结果信号和作为第二比较的结果获得的第二比较结果信号，在第一比较中光学信号与第一斜坡信号相互比较，在第二比较中光学信号与第二斜坡信号相互比较，将第一比较结果信号的电平改变的定时处的计数信号和第二比较结果信号的电平改变的定时处的计数信号产生为基于光学信号的数字信号，比较单元向计数器输出第一比较结果信号和第二比较结果信号，以及计数器根据第一比较结果信号的电平的改变将计数信号保持为第一计数信号，在第二比较中从第一计数信号开始时钟信号的计数，并且根据第二比较结果信号的电平的改变将计数信号保持为第二计数信号。3.根据权利要求1所述的成像装置，其中，第一振幅范围的最大振幅等于或小于第二振幅范围的最大振幅的一半，并且等于或大于第二振幅范围的最大振幅的八分之一。4.根据权利要求2所述的成像装置，其中，第一振幅范围的最大振幅等于或小于第二振幅范围的最大振幅的一半，并且等于或大于第二振幅范围的最大振幅的八分之一。5.根据权利要求1所述的成像装置，还包括：放大器，被配置为放大光学信号，并且被设置在像素与比较单元之间的电气路径中，其中，比较单元比较通过放大器放大的光学信号与第一斜坡信号以及第二斜坡信号。6.根据权利要求2所述的成像装置，还包括：放大器，被配置为放大光学信号，并且被设置在像素与比较单元之间的电气路径中，其中，比较单元比较通过放大器放大的光学信号与第一斜坡信号以及第二斜坡信号。7.根据权利要求1所述的成像装置，还包括：存储器，被配置为接收从计数器输出的计数信号，根据第一比较结果信号的电平的改变将计数信号存储为第一计数信号，并且根据第二比较结果信号的电平的改变将计数信号存储为第二计数信号。8.根据权利要求2所述的成像装置，还包括：存储器，被配置为接收从计数器输出的计数信号，根据第一比较结果信号的电平的改变将计数信号存储为第一计数信号，并且根据第二比较结果信号的电平的改变将计数信号存储为第二计数信号。9.根据权利要求7所述的成像装置，还包括：多个列中布置的多个像素；所述多个像素的列中布置的多个AD转换单元；以及计算单元，其中，所述多个AD转换单元中的每一个包括所述比较单...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉田大介，户塚洋史，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP