成像设备和照相机制造技术

一种成像设备包括像素、电流源、和信号处理电路。所述像素输出通过成像获得的信号电荷作为像素信号。所述电流源连接到像素信号的传输路径并具有可变电流。所述信号处理电路对取决于到传输路径的输出信号的信号执行信号处理，并执行控制，以便根据信号处理的结果来改变电流源的电流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有列并列(column-parallel)模数转换器的成像设备以及 包括该成像设备的照相机。
技术介绍
在许多情况下，各自具有列并列模数转换器的典型固态成像设备包括利 用单斜率积分的计数器斜坡(counter-ramp)模数转换器。图1图示了具有利用单斜率积分的计数器斜坡模数转换器的成像设备的 结构。图2是用于说明图1的设备的操作的时序图。现在将结合图2的时序图来描述图1的设备的操作。用于将外部光光电转换为电信号的单位像素l被排列成矩阵，从而构成 像素阵列2。假设垂直选择电路3选择了像素阵列2中的某一行。位于所选择的行中的像素通过沿像素阵列2的列延伸的垂直信号线vsl 而输出像素信号(下文中的像素输出信号Sl)。垂直信号线vsl连接到为每 列布置的比较器4的一个输入端(正极端)。比较器4的另一端(负极端) 接收来自数模(D/A)转换器5的输出信号nslope,该输出信号是响应于时 钟信号clk获得的模拟信号。假设，当通过垂直信号线vsl传送的像素输出信号Sl的电平低于D/A 转换器5的输出信号nslope的电平时，比较器4的输出信号ncompout变成 低(L),然而，当垂直信号线vsl的像素输出信号Sl的电平高于D/A转 换器5的输出信号nslope的电平时，比较器4的输出信号ncompout变成高 (H)。 比较器4的输出信号ncompout被供应到n位计数器6。该n位计数器6 响应于时钟信号elk而增加或降低计数值。图2示出了计数值减少一的情况。该n位计数器6响应于复位信号rst而将其计数值复位到初始值iinit。当 比较器4的输出信号ncompout变成高时，n位计数器6停止增加或减少计数 值，并保持该计数值(图2中表示为i)。从n位计数器6输出该计数值，作为n位输出数据[n-l:O]。顺序输出该 n位计数器6的输出以及在其它列中的其它计数器的输出。
技术实现思路
在图1所示的利用单斜率积分的计数器斜坡模数转换器中，不利的是， 为了增加模数转换的精度，必须增加转换时间或时钟频率。例如，n位A/D转换所需要的时钟数目是2n-1个周期。当n位扩展到 n+l位时，所需要的时钟数目是2肝1-1个周期，其基本上为211-l个周期 的两倍。为了实现所需要的时钟数目的增加，转换时间或时钟频率必须增加大约 2的倍数(factor)。不利的是，增加转换时间阻碍了用于实现高帧速率或处 理增加数目的像素的高速操作。不幸的是，时钟频率的增加导致功耗的增加 或需要改善元件精度。此外，在利用单斜率积分的计数器斜坡模数转换器中，不利的是，比较 器的阈值电平Vth的变化或从数模转换器输出的电压的精度影响了模数转换 器的精度。换言之，假设像素输出信号具有1V的幅度，其用作暗电平和亮电平之 间的差，对于n位的模数转换需要l/(2n-l)V的精度。例如，当11=14(位)时，1/(214-1) = 61^V。由于比较器的阈值Vth的 变化通常是几毫伏的等级，所以难以实现高精度的模数转换。期望提供一种高分辨率高精度的成像设备，其能够实现用于实行高帧速 率或处理增加数目的像素的高速操作，而不导致功耗的增加且不需要改善元 件的精度。根据本专利技术的第一实施例，成像设备包括以下元件。像素输出通过成像 获得的信号电荷，作为像素信号。具有可变电流的电流源连接到像素信号的 传输路径。信号处理电路对取决于到传输路径的输出信号的信号执行信号处 理，并执行控制，以便根据信号处理的结果来改变电流源的电流。优选地，所述像素包括构成源极跟随器的放大器晶体管，其将信号电荷 作为像素信号输出到传输路径。电流源包括多个负载晶体管和多个开关。使 用预定的偏置信号来偏置所述负载晶体管的才册极，并且所述负载晶体管的源 极并联地连接到预定电势。每个开关连接在对应的负载晶体管的漏极与传输 路径之间。所述信号处理电路根据对通过传输路径传送的像素信号的处理结 果，来选择性地导通电流源中的开关。优选地，所述像素包括构成源极跟随器的放大器晶体管，其将信号电荷 作为像素信号输出到传输路径。该电流源包括负载晶体管和多个开关。所述 负载晶体管的源极连接到预定电势。所述多个开关连接到负栽晶体管的栅 极、并分别连接到不同的偏置信号供应线。所述信号处理电路根据对通过传 输路径传送的像素信号的处理结果，来选择性地导通电流源中的开关。优选地，所述信号处理电路包括积分器，对通过传输路径传送的像素 信号进行积分；量化器，对积分器的输出信号进行量化；以及选择器，根据 量化器的量化结果来改变电流源的电流。优选地，所述信号处理电路包括积分器，对通过传输路径传送的像素 信号进行积分；量化器，对积分器的输出信号进行量化；以及选择器，根据 量化器的量化结果来选^4生地导通电流源中的开关。优选地，所述量化器比较通过积分器获得的积分信号的电平和预定的阈 值电平，并将比较结果输出到选择器。所述选择器改变电流源的电流，使得 当积分信号的电平高于阈值电平时，降低传输路径的电平，而当积分信号的 电平低于所述阈值电平时，提高传输路径的电平。优选地，所述量化器比较通过积分器获得的积分信号的电平和预定的阈 值电平，并将比较结果输出到选择器。所述选择器选择性地导通电流源中的 开关，使得当积分信号的电平高于阈值电平时，降低传输路径的电平，而当 积分信号的电平低于所述阈值电平时，提高传输路径的电平。优选地，所述传输路径包括像素输出信号线，其连接到像素中的放大器 晶体管的源极并连接到电流源。优选地，所述传输路径包括像素输出信号线和源极跟随器晶体管。所述 像素输出信号线连接到像素中的放大器晶体管的源极。所述源极跟随器晶体 管的栅极连接到像素输出信号线，并且其源极连接到电流源。根据本专利技术的第二实施例，所述成像设备包括如下元件。像素阵列包括 排列成矩阵的多个像素，每个像素输出通过成像获得的信号电荷作为像素信 号。针对像素阵列的各个列而排列多个像素信号处理单元。每个像素信号处 理单元包括电流源和信号处理电路。所述电流源连接到像素信号的传输路径 并具有可变电流。信号处理电路对取决于到传输路径的输出信号的信号执行 信号处理，并执行控制，以便根据信号处理的结果来改变电流源的电流。根据本专利技术的第三实施例， 一种照相机包括成像设备以及在成像设备上 形成对象图像的光学系统。所述成像设备包括如下元件。像素阵列包括排列 成矩阵的多个像素，每个像素输出通过成像获得的信号电荷作为像素信号。 针对像素阵列的各个列而排列多个像素信号处理单元。每个像素信号处理单 元包括电流源和信号处理电路。所述电流源连接到像素信号的传输路径并具 有可变电流。所述信号处理电路对取决于到传输路径的输出信号的信号执行 信号处理，并执行控制，以便根据信号处理的结果来改变电流源的电流。根据本专利技术的实施例，所述信号处理电路对充当通过成像获得的信号电 荷的像素信号执行预定的处理。控制传输路径的电平，以便根据信号处理的结果来改变电流源的电流。根据本专利技术的实施例，可以实现高分辨率高精度的成像设备以及包括该 成像设备的照相机，该成像设备能够实现用于实行高帧速率或处理增加数目 的像素的高速操作，而没有导致功耗的增加且不需要改善元件的精度。附图说明图1是图示了具有利用单斜率积分的计数器斜坡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像设备，包括：　　　　像素，其输出信号电荷作为像素信号，所述信号电荷通过成像获得；　　　　电流源，连接到像素信号的传输路径，该电流源具有可变电流；以及　　　　信号处理电路，其对取决于到传输路径的输出信号的信号执行信号处理，并执行控制，以便根据信号处理的结果来改变电流源的电流。

【技术特征摘要】
JP 2006-12-18 339415/061.一种成像设备，包括像素，其输出信号电荷作为像素信号，所述信号电荷通过成像获得；电流源，连接到像素信号的传输路径，该电流源具有可变电流；以及信号处理电路，其对取决于到传输路径的输出信号的信号执行信号处理，并执行控制，以便根据信号处理的结果来改变电流源的电流。2. 根据权利要求l的设备，其中该像素包括构成源极跟随器的放大器晶体管，其将信号电荷作为像素信 号输出到传输路径；该电流源包括多个负载晶体管和多个开关，使用预定的偏置信号来偏置 所述负载晶体管的栅极，所述负载晶体管的源极并联连接到预定电势，每个 开关连接在对应负载晶体管的漏极与传输路径之间；以及所述信号处理电路根据对通过该传输路径传送的像素信号的处理结果 来选择性地导通电流源中的开关。3. 根据权利要求1的设备，其中该像素包括构成源极跟随器的放大器晶体管，其将信号电荷作为像素信 号输出到传输路径；该电流源包括负载晶体管和多个开关，所述负载晶体管的源极连接到预 定电势，所述多个开关连接到负载晶体管的栅极、并分别连接到不同的偏置 信号供应线；以及所述信号处理电路根据对通过该传输路径传送的像素信号的处理结果 来选择性地导通电流源中的开关。4. 根据权利要求l的设备，其中 该信号处理电路包括积分器，对通过传输路径传送的像素信号进行积分； 量化器，对积分器的输出信号进行量化；以及 选择器，根据量化器的量化结果来改变电流源的电流。5. 根据权利要求2的设备，其中 该信号处理电路包括积分器，对通过传输路径传送的像素信号进行积分；量化器，对积分器的输出信号进行量化；以及选择器，根据量化器的量化结果来选择性地导通电流源中的开关。6. 根据权利要求3中的设备，其中 该信号处理电路包括积分器，对通过传输路径传送的像素信号进行积分；量化器，对积分器的输出信号进行量化；以及选择器，根据量化器的量化结果来选择性地导通电流源中的开关。7. 根据权利要求4的设备，其中该量化器比较通过积分器获得的积分信号的电平和预定阈值电平，并将 比较结果输出到该选择器；以及该选择器改变电流源的电流，使得当积分信号的电平高于该阈值电平 时，降低传输路径的电平，而当积分信号的电平低于该阈值电平时，提高传 输路径的电平。8. 根据权利要求5的设备，其中该量化器比较通过积分器获得的积分信号的电平和预定阈值电平，并将 比较结果输出到选择器；以及该选择器选择性地导通电流源中的开关，使得当积分信号的电平高于该 阈值电平时，降低传输路径的电平，而当积分信号的电平低于该阈值电平时， 提高传输路径的电平。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤弘树，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]