固态图像捕捉设备和控制方法技术

本申请涉及固态图像捕捉设备和控制方法及其控制程序。一种固态图像捕捉设备包括：像素，包括光电转换元件和第一至第四开关元件；参考信号发生器，产生参考信号；模拟数字转换器，通过使用比较器来产生对应于由像素输出的模拟信号的数字信号，所述比较器具有第一输入端子和第二输入端子。第二开关元件被接通以重置预定连接点的电压，第四开关元件被接通同时第二开关元件的连接程度被置于接通状态与断开状态之间的中间状态，以使第一输入端子和第二输入端子达到相同电位，第二开关元件未被接通而第一开关元件和第三开关元件中的至少一个被接通，以使得模拟数字转换器执行到数字信号的转换。

【技术实现步骤摘要】
固态图像捕捉设备和控制方法
本专利技术涉及固态图像捕捉设备。具体来说，本专利技术涉及能够避免下述现象的固态图像捕捉设备：在强光入射于像素上时本应提供白色信号的像素被确定为呈现黑色信号(这种现象被称作“黑色太阳(blacksun)效应”)。
技术介绍
在CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器中，出现“黑色太阳效应”(这种效应在日本未审查专利申请公报No.2007-195033中被称为“黑沉(blacksinking)效应”，并且在日本未审查专利申请公报No.2008-67344中被称为“变黑(blackening)效应”)。术语“黑色太阳效应”指下述现象：当非常强的光(诸如太阳光)入射于像素上时，输出信号突然消失，本应提供白色信号的部分被记录为黑色信号。日本未审查专利申请公报No.2007-195033和No.2008-67344公开了用于解决这种现象的技术。在日本未审查专利申请公报No.2007-195033中，钳位(clamp)电源通过钳位晶体管连接到所谓的“相关双采样电路”，所述相关双采样电路具有钳位电容，用于对通过垂直信号线由像素输出的电压进行钳位。在像素被重置之后，钳位晶体管立即被接通，从而参照钳位电压对垂直信号线到钳位电容的输出电压进行钳位；在其它时间段，钳位电容被断开，从而切断钳位晶体管和钳位电容的连接节点。在日本未审查专利申请公报No.2008-67344中，限幅电路(clipcircuit)连接到垂直信号线。当垂直信号线的电压高于预定电压(VCLIP1)时，此限幅电路不改变垂直信号线的电压，并且当垂直信号线的电压低于预定电压(VCLIP1)时，执行调整使得该垂直信号线的电压变成等于该预定电压(VCLIP1)。
技术实现思路
在上述这些技术中，使用与每个像素无关的电源电压来钳位垂直信号线的电压，并且认为此钳位电压具有恒定值。然而，对于使用浮动扩散(floatingdiffusion)的像素来说，由于浮动扩散的水平受晶体管参数(浮动扩散的电容、负载MOS和放大晶体管的栅极的阈值电压、以及漏极-源极电流)影响，所以该电平值是变化的。因此，在浮动扩散被重置时的垂直信号线的电位(FD重置电平)与钳位电路对垂直信号线的电位进行钳位时的电位(钳位电平)之间可能造成失配。因此，当使用日本未审查专利申请公报Nos.2007-195033和2008-67344的技术时，即使对于同一产品来说，对于一个批次(或芯片)与另一批次，适当的钳位电平也不同，因此不能设定相同的钳位电压。现在，讨论由于失配导致钳位电平与FD重置电平相比而言太高的情况。存在这样的情况：在即将执行相关双采样之前，垂直信号线的电压变得相对于原始电平来说太高。在这些情况下，在相关双采样的第一阶段期间垂直信号的电位下降刚开始时，即使实际像素信号呈现出黑色电平时，取决于晶体管参数的变化，也存在计数值超出计数范围的可能性。相反，现在讨论由于上述失配导致钳位电平与FD重置电平相比而言太低的情况。在即将执行相关双采样之前，垂直信号线的电压变得相对于原始电平来说太低时，在入射于对应像素上的光具有介于日斑(sunspot)的强度与正常状态下的强度之间的中间强度时可能会出现问题。也就是说，当在相关双采样的第一阶段中计数值在计数范围内时，未获得高达可以由垂直信号线呈现的电压下限值的界限，并且存在本应呈现白色的信号值呈现出灰色的可能性。当使用通过钳位垂直信号的电压来处理日斑的任一种上述技术时，作为处理异常而筛选掉一些芯片，这些芯片的设定值(用于设定垂直信号线的电压的钳位电压)不符合适当范围。这种处理导致成品率恶化。当不使用任一种技术时，随后的逻辑电路对每个帧执行信号处理，以补偿日斑。因此电路规模增大。本申请是在以上问题的背景下说明的，期望提供能够更适当地补偿日斑的固态图像捕捉设备和用于所述固态图像捕捉设备的控制方法和控制程序。为了克服上述问题，提供根据本技术的实施例的固态图像捕捉设备。所述固态图像捕捉设备包括：像素，包括配置成将光转换为信号电荷的光电转换元件和第一至第四开关元件；参考信号发生器，被配置成产生随时间改变的参考信号；模拟数字转换器，被配置成通过使用比较器来产生对应于由像素输出的模拟信号的数字信号，比较器具有连接到像素的第一输入端子和连接到参考信号发生器的第二输入端子。光电转换元件通过第一开关元件连接到预定连接点，所述预定连接点通过第二开关元件连接到预定恒定电压源，并且通过第三开关元件连接到第一输入端子，并且所述第一输入端子和所述第二输入端子通过第四开关元件连接。在获得对应于由光电转换元件接收到的光量的数字信号的过程中，接通第二开关元件以重置预定连接点的电压，接通第四开关元件同时第二开关元件的连接程度处于接通状态与断开状态之间的中间状态，以使第一输入端子和第二输入端子达到相同电位，不接通第二开关元件而接通第三开关元件以使得模拟数字转换器将预定连接点的重置电压转换为数字信号，不接通第二开关元件而接通第一开关元件和第三开关元件以使模拟数字转换器将对应于由光电转换元件产生的信号电荷的电压转换为数字信号。所述固态图像捕捉设备可以采用各种形式，诸如把固态图像捕捉设备并入其它装备中的形式，和把固态图像捕捉设备结合另一种方法实施的形式。本技术也可以实现为具有固态图像捕捉设备的图像捕捉系统、具有对应于上述设备配置的过程的固态图像捕捉设备控制方法、用于导致对应于上述设备配置的固态图像捕捉设备的控制程序、上面记录有所述程序的计算机可读记录媒体的图像捕捉系统等。根据本技术，可以更适当地补偿日斑。附图说明图1为示出固态图像捕捉设备的配置的框图；图2为示出列处理器和像素的电路配置的图；图3示出重置信号产生电路的一个示例；图4为示出当普通光入射时在从像素读取的期间的一系列信号线的图；图5示出在图4所示的定时处的像素的电位；图6为示出当强光入射时在从像素读取的期间的一系列信号线的图；图7示出在图6所示的定时处的像素的电位；图8为示出当中间光入射时在从像素读取的期间的一系列信号线的图；图9示出在图8所示的定时处的像素的电位；图10为示出当普通光入射时在从像素读取的期间的一系列信号线的图；图11示出在图10所示的定时处的像素的电位；图12为示出当强光入射时在从像素读取的期间的一系列信号线的图；图13示出在图12所示的定时处的像素的电位；图14为示出当中间光入射时在从像素读取的期间的一系列信号线的图；图15示出在图14所示的定时处的像素的电位；图16的(A)和(B)示出耦合现象，并且(C)示出电荷注入现象；图17为示出根据第三实施例的列处理器和像素的电路配置的主要部分的电路图；图18为示出当普通光入射时在从像素读取的期间的一系列信号线的图；图19示出在图18所示的定时处的像素的电位；图20为示出当强光入射时在从像素读取的期间的一系列信号线的图；图21示出在图20所示的定时处的像素的电位；图22为示出当中间光入射时在从像素读取的期间的一系列信号线的图；以及图23示出在图22所示的定时处的像素的电位。具体实施方式下文按照以下顺序描述本技术：(1)固态图像捕捉设备的配置(2)固态图像捕捉设备的操作的第一示例(3)固态图像捕捉设备的操作的第二示例(4)固态图像捕捉设备的配置的修改(5)固态图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态图像捕捉设备，包括：像素，包括光电转换元件和第一至第四开关元件，所述光电转换元件被配置成将光转换为信号电荷；参考信号发生器，被配置成产生随时间改变的参考信号；以及模拟数字转换器，被配置成通过使用比较器来产生与由所述像素输出的模拟信号相对应的数字信号，所述比较器具有连接到所述像素的第一输入端子和连接到所述参考信号发生器的第二输入端子，其中，所述光电转换元件经过所述第一开关元件连接到预定连接点，所述预定连接点经过所述第二开关元件连接到预定恒定电压源，并且经过所述第三开关元件连接到所述第一输入端子，所述第一输入端子和所述第二输入端子经过所述第四开关元件连接；其中，在获得与由所述光电转换元件接收的光量相对应的数字信号的过程中，所述第二开关元件被接通以重置所述预定连接点的电压，所述第四开关元件被接通同时所述第二开关元件的连接程度处于接通状态与断开状态之间的中间状态，以使所述第一输入端子和所述第二输入端子达到相同电位，所述第二开关元件不被接通而所述第三开关元件被接通，以使所述模拟数字转换器将所述预定连接点的重置电压转换为数字信号，以及所述第二开关元件不被接通而所述第一开关元件和所述第三开关元件被接通，以使所述模拟数字转换器将与由所述光电转换元件产生的信号电荷相对应的电压转换为数字信号。...

【技术特征摘要】
2011.10.31 JP 2011-2387921.一种固态图像捕捉设备，包括：像素，包括光电转换元件和第一至第四开关元件，所述光电转换元件被配置成将光转换为信号电荷；参考信号发生器，被配置成产生随时间改变的参考信号；以及模拟数字转换器，被配置成通过使用比较器来产生与由所述像素输出的模拟信号相对应的数字信号，所述比较器具有连接到所述像素的第一输入端子和连接到所述参考信号发生器的第二输入端子，其中，所述光电转换元件经过所述第一开关元件连接到预定连接点，所述预定连接点经过所述第二开关元件连接到预定恒定电压源，并且经过所述第三开关元件连接到所述第一输入端子，所述第一输入端子和所述第二输入端子经过所述第四开关元件连接；其中，在获得与由所述光电转换元件接收的光量相对应的数字信号的过程中，所述第二开关元件被接通以重置所述预定连接点的电压，所述第四开关元件被接通同时所述第二开关元件的连接程度处于接通状态与断开状态之间的中间状态，以使所述第一输入端子和所述第二输入端子达到相同电位，所述第二开关元件不被接通而所述第三开关元件被接通，以使所述模拟数字转换器将所述预定连接点的重置电压转换为数字信号，以及所述第二开关元件不被接通而所述第一开关元件和所述第三开关元件被接通，以使所述模拟数字转换器将与由所述光电转换元件产生的信号电荷相对应的电压转换为数字信号。2.根据权利要求1所述的固态图像捕捉设备，其中，当所述模拟数字转换器将所述预定连接点的、通过接通所述第二开关元件而被重置的电压转换为数字信号时，所述第三开关元件被接通而所述第二开关元件处于所述接通状态与所述断开状态之间的所述中间状态。3.根据权利要求1所述的固态图像捕捉设备，其中，当所述第一开关元件处于接通状态时以及当所述第一开关元件处于断开状态时，所述模拟数字转换器都将由所述像素输出的模拟信号转换为数字信号并执行相关双采样以产生与所述像素的模拟信号相对应的数字信号，当所述第二开关元件的所述连接程度变...

【专利技术属性】
技术研发人员：森智则，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：