[發明專利]成像設備和照相機

有效

• 申請號: 200710199164.1
• 申請日: 2007-12-18
• 公開（公告）號: CN101207721A
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發明（設計）人: 佐藤弘樹
• 申請（專利權）人: 索尼株式會社
• 主分類號: H04N5/335
• 分類號: H04N5/335;H04N3/15
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 李芳華

相關申請的交叉引用

本發明包括與2006年12月18日向日本專利局提交的日本專利申請JP2006-339415相關的主題，通過引用將其全部內容合并于此。

技術領域

本發明涉及具有列并列(column-parallel)模數轉換器的成像設備以及包括該成像設備的照相機。

背景技術

在許多情況下，各自具有列并列模數轉換器的典型固態成像設備包括利用單斜率積分的計數器斜坡(counter-ramp)模數轉換器。

圖1圖示了具有利用單斜率積分的計數器斜坡模數轉換器的成像設備的結構。

圖2是用于說明圖1的設備的操作的時序圖。

現在將結合圖2的時序圖來描述圖1的設備的操作。

用于將外部光光電轉換為電信號的單位像素1被排列成矩陣，從而構成像素陣列2。假設垂直選擇電路3選擇了像素陣列2中的某一行。

位于所選擇的行中的像素通過沿像素陣列2的列延伸的垂直信號線vs1而輸出像素信號(下文中的像素輸出信號S1)。垂直信號線vs1連接到為每列布置的比較器4的一個輸入端(正極端)。比較器4的另一端(負極端)接收來自數模(D/A)轉換器5的輸出信號nslope，該輸出信號是響應于時鐘信號clk獲得的模擬信號。

假設，當通過垂直信號線vs1傳送的像素輸出信號S1的電平低于D/A轉換器5的輸出信號nslope的電平時，比較器4的輸出信號ncompout變成低(“L”)，然而，當垂直信號線vs1的像素輸出信號S1的電平高于D/A轉換器5的輸出信號nslope的電平時，比較器4的輸出信號ncompout變成高(“H”)。

比較器4的輸出信號ncompout被供應到n位計數器6。該n位計數器6響應于時鐘信號clk而增加或降低計數值。圖2示出了計數值減少一的情況。

該n位計數器6響應于復位信號rst而將其計數值復位到初始值iinit。當比較器4的輸出信號ncompout變成高時，n位計數器6停止增加或減少計數值，并保持該計數值(圖2中表示為“i”)。

從n位計數器6輸出該計數值，作為n位輸出數據[n-1:0]。順序輸出該n位計數器6的輸出以及在其它列中的其它計數器的輸出。

發明內容

在圖1所示的利用單斜率積分的計數器斜坡模數轉換器中，不利的是，為了增加模數轉換的精度，必須增加轉換時間或時鐘頻率。

例如，n位A/D轉換所需要的時鐘數目是2ⁿ-1個周期。當n位擴展到n+1位時，所需要的時鐘數目是2ⁿ⁺¹-1個周期，其基本上為2ⁿ-1個周期的兩倍。

為了實現所需要的時鐘數目的增加，轉換時間或時鐘頻率必須增加大約2的倍數(factor)。不利的是，增加轉換時間阻礙了用于實現高幀速率或處理增加數目的像素的高速操作。不幸的是，時鐘頻率的增加導致功耗的增加或需要改善元件精度。

此外，在利用單斜率積分的計數器斜坡模數轉換器中，不利的是，比較器的閾值電平Vth的變化或從數模轉換器輸出的電壓的精度影響了模數轉換器的精度。

換言之，假設像素輸出信號具有1V的幅度，其用作暗電平和亮電平之間的差，對于n位的模數轉換需要1/(2ⁿ-1)V的精度。

例如，當n＝14(位)時，1/(2¹⁴-1)＝61μV。由于比較器的閾值Vth的變化通常是幾毫伏的等級，所以難以實現高精度的模數轉換。

期望提供一種高分辨率高精度的成像設備，其能夠實現用于實行高幀速率或處理增加數目的像素的高速操作，而不導致功耗的增加且不需要改善元件的精度。

根據本發明的第一實施例，成像設備包括以下元件。像素輸出通過成像獲得的信號電荷，作為像素信號。具有可變電流的電流源連接到像素信號的傳輸路徑。信號處理電路對取決于到傳輸路徑的輸出信號的信號執行信號處理，并執行控制，以便根據信號處理的結果來改變電流源的電流。

優選地，所述像素包括構成源極跟隨器的放大器晶體管，其將信號電荷作為像素信號輸出到傳輸路徑。電流源包括多個負載晶體管和多個開關。使用預定的偏置信號來偏置所述負載晶體管的柵極，并且所述負載晶體管的源極并聯地連接到預定電勢。每個開關連接在對應的負載晶體管的漏極與傳輸路徑之間。所述信號處理電路根據對通過傳輸路徑傳送的像素信號的處理結果，來選擇性地導通電流源中的開關。