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成像装置和成像系统。提供对一个像素信号执行包括第一AD转换和第二AD转换的多次AD转换的成像装置。第一存储器具有N+1位的位宽(N是自然数)，并且保持通过第一AD转换获得的数字值的最低有效位到第N+1位，第二存储器具有大于N+1位的M位的位宽(M是自然数)，并且保持通过第二AD转换获得的数字值的最低有效位到第M位。

【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
互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的电路配置的一种类型具有对应地提供给多个像素的列的模拟-数字(AD)转换电路。关于这种CMOS图像传感器，日本专利申请公开No.2010-103913公开了可以通过对来自像素的信号多次执行或应用AD转换并将通过AD转换获得的数字值相加来减少由成像装置的操作引起的热噪声。进一步地，日本专利申请公开No.2013-93837公开了其中计数器经由缓冲器向每列上的储存器输出计数值的成像装置。这个在成像装置的每列上的储存器在像素信号的电位与斜坡信号的电位之间的大小关系反转的定时保持计数值。但是，在日本专利申请公开No.2013-93837的配置中，对输入的像素信号的多次AD转换需要另外的储存器来保持各次的AD转换结果，这可能造成元件数量的增加。
技术实现思路
鉴于上述的目的，做出了本专利技术，本专利技术意在减少在多个像素的各个列上具有AD转换电路并且对输入的像素信号执行多次AD转换的成像装置中的元件的数量。根据本专利技术的一个方面的成像装置包括：被布置为形成多个列的多个像素，每个像素被配置成输出通过光电转换得到的根据入射光的像素信号；被对应地提供给多个列并且每个被配置成对像素信号执行AD转换的AD转换电路；以及被对应地提供给多个列的第一存储器和每个被对应地提供给多个列的第二存储器。AD转换电路中的每个AD转换电路对像素信号中的单个的相同的像素信号执行或应用包括第一AD转换和第二AD转换的多次AD转换。第一存储器中的每个具有N+1位的位宽(N是自然数)，并且保持通过第一AD转换获得的第一数字值的最低有效位(LSB)到第N+1位。第二存储器中的每个具有比N+1位大的M位的位宽(M是自然数)，并且保持通过第二AD转换获得的第二数字值的最低有效位到第M位。根据本专利技术的另一方面的成像系统包括成像装置，该成像装置包括被布置为形成多个列的多个像素，每个像素被配置成输出通过光电转换获得的根据入射光的像素信号；被对应地提供给多个列并且每个被配置成对像素信号执行AD转换的AD转换电路；以及被对应地提供给多个列的第一存储器和被对应地提供给多个列的第二存储器。AD转换电路中的每个AD转换电路对像素信号中的单个的相同的像素信号执行包括第一AD转换和第二AD转换的多次AD转换。第一存储器中的每个具有N+1位的位宽(N是自然数)，并且保持通过第一AD转换获得的第一数字值的最低有效位到第N+1位。第二存储器中的每个具有比N+1位大的M位的位宽(M是自然数)，并且保持通过第二AD转换获得的第二数字值的最低有效位到第M位。成像系统进一步包括被配置成处理从成像装置输出的信号的信号处理单元。根据本专利技术的另一方面的成像装置包括：被布置为形成多个列的多个像素，每个像素被配置成输出通过光电转换得到的按照入射光的像素信号；比较器，被对应地提供给多个列，每个比较器被配置成通过比较来确定像素信号与随时间改变的参考信号之间的大小关系并且响应于大小关系的反转而输出控制信号；被配置成输出指示参考信号开始改变之后的经过时间的计数值的计数器；以及被对应地提供给多个列并且每个被配置成在输出控制信号的时间点保持计数值的第一存储器，以及被对应地提供给多个列并且每个被配置成在输出控制信号的时间点保持计数值的第二存储器。比较器中的每个对像素信号中的单个的相同的像素信号执行包括第一比较和第二比较的多次比较。第一存储器中的每个具有N+1位的位宽(N是自然数)，并且保持通过第一比较获得的第一计数值的最低有效位到第N+1位。第二存储器中的每个具有比N+1位大的M位的位宽(M是自然数)，并且保持通过第二比较获得的第二计数值的最低有效位到第M位。根据本专利技术的另一方面的成像系统包括成像装置，该成像装置包括被布置为形成多个列的多个像素，每个像素被配置成输出通过光电转换得到的按照入射光的像素信号；比较器，被对应地提供给多个列，每个比较器被配置成通过比较来确定像素信号与随时间改变的参考信号之间的大小关系并且响应于大小关系的反转而输出控制信号；被配置成输出指示参考信号开始改变之后的经过时间的计数值的计数器；以及被对应地提供给多个列并且每个被配置成在输出控制信号的时间点保持计数值的第一存储器，以及被对应地提供给多个列并且每个被配置成在输出控制信号的时间点保持计数值的第二存储器。比较器中的每个比较器对像素信号中的单个的相同的像素信号执行包括第一比较和第二比较的多次比较。第一存储器中的每个具有N+1位的位宽(N是自然数)，并且保持通过第一比较获得的第一计数值的最低有效位到第N+1位。第二存储器中的每个具有比N+1位大的M位的位宽(M是自然数)，并且保持通过第二比较获得的第二计数值的最低有效位到第M位。成像系统进一步包括被配置成处理从成像装置输出的信号的信号处理单元。根据以下参照附图对示例性实施例的描述，本专利技术的进一步特征将变得清晰。附图说明图1A是示出根据第一实施例的成像装置的配置的框图。图1B是示出像素的配置的电路图。图2A是更详细地示出根据第一实施例的第一存储器组和第二存储器组的配置的框图。图2B是更详细地示出存储器的配置的框图。图3A是示出根据第一实施例的成像装置的操作的时序图。图3B是示出计数信号的时序图。图3C是示出计数信号的修改例的时序图。图4是示出根据第一实施例的数字值的处理方法的图。图5是更详细地示出根据第二实施例的第一存储器组和第二存储器组的配置的框图。图6A是示出根据第二实施例的整个成像装置的操作的时序图。图6B是示出时段N1和N2期间的计数信号的时序图。图6C是示出时段S1和S2期间的计数信号的时序图。图7是示出根据第三实施例的成像装置的配置的框图。图8是更详细地示出根据第三实施例的第一存储器组和第二存储器组的配置的框图。图9是示出根据第三实施例的成像装置的操作的时序图。图10A是示出根据第四实施例的成像装置的操作的时序图。图10B是示出计数信号的时序图。图11是示出第六实施例的成像系统的配置的框图。图12A是示出根据第五实施例的成像装置的配置的框图。图12B是示出像素的配置的电路图。图13是示出根据第五实施例的电压产生电路的配置的电路图。图14是更详细地示出根据第五实施例的第一存储器组和第二存储器组的配置的框图。具体实施方式现在将根据附图详细地描述本专利技术的优选实施例。第一实施例图1A和图1B示出第一实施例的成像装置。图1A是示出成像装置的配置的框图，图1B是示出像素的配置的电路图。成像装置包括像素阵列101、垂直扫描电路102、参考信号产生电路103、多个比较器104、计数器105、多个第一存储器组107、多个第二存储器组108、水平扫描电路109和多个选择电路110。像素阵列101包括被按照包括多个行和多个列的矩阵形式布置的多个像素100。对应于像素阵列101的列，提供比较器104、第一存储器组107、第二存储器组108和选择电路110。像素100具有光电转换单元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。光电转换单元PD通过光电转换根据入射光产生电荷。例如，光电转换单元PD由光电二极管形成。分别通过从垂直扫描电路102供应的控制信号φR、φT和φSEL控制复位晶体管M1、传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像装置，其特征在于，包括：多个像素，被布置为形成多个列，并且每个像素被配置成输出通过光电转换获得的根据入射光的像素信号；被对应地提供给所述多个列的模拟‑数字转换电路，即AD转换电路，每个AD转换电路被配置成对像素信号执行模拟‑数字转换，即AD转换；以及被对应地提供给所述多个列的第一存储器和被对应地提供给所述多个列的第二存储器，其中，所述AD转换电路中的每个对于像素信号中的单个像素信号执行包括第一AD转换和第二AD转换的多次AD转换，其中，第一存储器中的每个具有N+1位的位宽，其中N是自然数，并且保持通过第一AD转换获得的第一数字值的最低有效位到第N+1位，以及其中，第二存储器中的每个具有M位的位宽，其中M是比N+1大的自然数，并且保持通过第二AD转换获得的第二数字值的最低有效位到第M位。

【技术特征摘要】
2015.09.10 JP 2015-178255;2016.04.19 JP 2016-083421.一种成像装置，其特征在于，包括：多个像素，被布置为形成多个列，并且每个像素被配置成输出通过光电转换获得的根据入射光的像素信号；被对应地提供给所述多个列的模拟-数字转换电路，即AD转换电路，每个AD转换电路被配置成对像素信号执行模拟-数字转换，即AD转换；以及被对应地提供给所述多个列的第一存储器和被对应地提供给所述多个列的第二存储器，其中，所述AD转换电路中的每个对于像素信号中的单个像素信号执行包括第一AD转换和第二AD转换的多次AD转换，其中，第一存储器中的每个具有N+1位的位宽，其中N是自然数，并且保持通过第一AD转换获得的第一数字值的最低有效位到第N+1位，以及其中，第二存储器中的每个具有M位的位宽，其中M是比N+1大的自然数，并且保持通过第二AD转换获得的第二数字值的最低有效位到第M位。2.根据权利要求1所述的成像装置，其中，所述AD转换电路中的每个包括逐次逼近型AD转换电路，所述逐次逼近型AD转换电路通过比较所述像素信号与用于逐次逼近操作的电压信号来逐次地执行二分查找，执行第一AD转换和第二AD转换。3.根据权利要求1所述的成像装置，其中，所述成像装置对于所述多个列中的每个列，获得通过从第一存储器中的对应的一个第一存储器中保持的第一数字值，减去第二存储器中的对应的一个第二存储器中保持的第二数字值的从最低有效位到第N+1位的值而产生的差值，以及输出通过将第二存储器中的对应的一个第二存储器中保持的第二数字值的两倍值与所述差值相加而获得的值。4.根据权利要求1所述的成像装置，其中，所述成像装置对于所述多个列中的每个列，获得通过从第一存储器中的对应的一个第一存储器中保持的第一数字值，减去第二存储器中的对应的一个第二存储器中保持的第二数字值的从最低有效位到第N+1位的值而产生的差值，当所述差值大于或者等于-(2N-1)[LSB]并且小于或者等于2N-1[LSB]时，输出通过将第二存储器中的对应的一个第二存储器中保持的第二数字值的两倍值与所述差值相加而获得的值，当所述差值大于2N-1[LSB]时，输出通过将第二存储器中的对应的一个第二存储器中保持的第二数字值的两倍值与所述差值相加并且从相加的结果中减去2N+1而获得的值，以及当所述差值小于-(2N-1)[LSB]时，输出通过将第二存储器中的对应的一个第二存储器中保持的第二数字值的两倍值与所述差值相加并且向相加的结果中加上2N+1而获得的值。5.一种成像系统，包括：根据权利要求1～4中的任何一项所述的成像装置；以及被配置成处理从所述成像装置输出的信号的信号处理单元。6.一种成像装置，其特征在于，包括：多个像素，被布置为形成多个列，并且每个像素被配置成输出通过光电转换获得的根据入射光的像素信号；被对应地提供给所述多个列的比较器，每个比较器被配置成通过比较在所述像素信号与随时间改变的参考信号之间确定大小关系并且响应于所述大小关系的反转而输出控制信号；计数器，被配置成输出指示在所述参考信号开始改变之后的经过时间的计数值；以及被对应地提供给所述多个列的第一存储器，每个第一存储器被配置成在所述控制信号输出的时间点处保持计数值，以及被对应地提供给所述多个列的第二存储器，每个第二存储器被配置成在所述控制信号输出的时间点处保持计数值，其中，所述比较器中的...

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