專利名稱：固態(tài)成像設(shè)備和成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將像素信號與以步進方式變化的基準(zhǔn)信號相比較并根據(jù)它 們的電壓電平的大小關(guān)系的改變時間量來獲得數(shù)字值的固態(tài)成像設(shè)備和成 像設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，諸如CCD (電荷耦合器件)和CMOS (互補金屬氧化物半導(dǎo) 體)之類的固態(tài)成像設(shè)備己被用于各種應(yīng)用。近來，適合于更迅速成像的 MOS (金屬氧化物半導(dǎo)體)型固態(tài)成像設(shè)備已經(jīng)引起了注意，并且各種體 系結(jié)構(gòu)已被提出。JP-A-2005-278135 (專利文獻1)通過使用上行/下行計數(shù)器實現(xiàn)了更 高的幀速率，而不會增大電路的大小。圖13是示出采用該方法的MOS型 固態(tài)成像設(shè)備的實施例的框圖。也就是說，固態(tài)成像設(shè)備1包括像素陣列部件10、行掃描電路13和 列掃描電路14、基準(zhǔn)信號生成部件(DAC) 15、比較器16、上行/下行計 數(shù)器(U/D CN) 17、緩沖器(BUF) 18以及驅(qū)動控制部件21。在像素陣 列部件10中，以矩陣形式放置了單位像素12。行掃描電路13和列掃描電 路14驅(qū)動像素陣列部件10?；鶞?zhǔn)信號生成部件(DAC) 15生成基準(zhǔn)電 壓。比較器16將垂直信號線電壓與基準(zhǔn)電壓相比較。上行/下行計數(shù)器 (U/D CN) 17執(zhí)行數(shù)字操作和存儲。緩沖器(BUF) 18臨時保存值。驅(qū) 動控制部件21控制所有這些組件?；鶞?zhǔn)信號生成部件15和每一列處的比較器16和上行/下行計數(shù)器17 被包括在方案中的A/D轉(zhuǎn)換電路Ramp DAC中，并且將從像素獲得的模擬 信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。A/D轉(zhuǎn)換電路在比較器中將像素信號與其值以步進方 式變化的基準(zhǔn)信號相比較，并通過計算變化它們的電壓電平的時間量來獲得數(shù)字值。許多MOS型成像設(shè)備獲得像素重置時的垂直信號線電壓電平，然后獲得光被輸入時的垂直信號線電壓電平，并且獲得它們之間的差別，以執(zhí) 行去除固定模式噪聲的操作。在固態(tài)成像設(shè)備1的情況下，上行/下行計數(shù)器17被用于去除固定模 式。首先，為了在像素的重置電平下執(zhí)行D/A轉(zhuǎn)換，計數(shù)器對負(fù)電平進行 計數(shù)。接下來，為了執(zhí)行光輸入時的D/A轉(zhuǎn)換，計數(shù)器從作為起始點的計 數(shù)開始對正電平進行計數(shù)。從而，可以獲得數(shù)字區(qū)域中的差別，而無需任 何減法器電路(參考圖14)。生成基準(zhǔn)信號的基準(zhǔn)信號生成部件公共地連接到所有列處的比較器， 而計數(shù)器是在每一列處單獨設(shè)置的。已被去除了固定模式的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)一度 被存儲在緩沖器(BUF) 18中，并且被順序地從最后一列傳送。固態(tài)成像設(shè)備1中采用的比較器16可以是開關(guān)式比較器。圖15示出 了電路示例。開關(guān)晶體管Tr21連接在晶體管Tr23的柵極和漏極之間。開 關(guān)晶體管Tr 22連接在晶體管Tr 24的柵極和漏極之間。像素信號通過電容器Cp 25被輸入到晶體管Tr 23，并且來自基準(zhǔn)信號 生成部件的信號波形通過電容器Cp 26被輸入到晶體管Tr 24。比較器是根 據(jù)像素信號側(cè)和RAMP側(cè)的信號的電壓電平的高度來生成高或低輸出L27 的電路。電路首先確定比較的判斷標(biāo)準(zhǔn)電壓是很重要的。下文中將把確定該電 壓的操作稱為"自動調(diào)零(auto-zero)"。為了執(zhí)行自動調(diào)零，垂直信號 線重置電平被輸入到像素信號側(cè)，而斜坡(ramp)基準(zhǔn)信號被輸入到基準(zhǔn) 信號生成部件側(cè)。用于執(zhí)行自動調(diào)零的PSET信號被公共地提供到開關(guān)晶體管Tr21和 Tr 22的柵極。圖16示出了 PSET信號的時序。Tr 21和Tr 22在PSET信 號下降時導(dǎo)通，并且比較器進入自動調(diào)零狀態(tài)。當(dāng)Tr23和Tr24的柵極電 壓相等時確定操作點，并且電路達到平衡。然后，Tr21和Tr22在PSET信號上升時關(guān)斷，并且Tr 23和Tr 24的柵極都浮空。在這里，垂直信號線的電壓與Tr23的柵極電壓之間的差別被保存在電容器Cp 25中，并且RAMP基準(zhǔn)電壓和Tr 24的柵極電壓之間 的差別被保存在電容器Cp26中。在自動調(diào)零之后，可以比較像素信號和 RAMP側(cè)信號的電平。但是，比較器具有以下問題(1) 第一問題在自動調(diào)零脈沖PSET信號的上升沿，開關(guān)晶體管Tr 21和Tr 22關(guān) 斷。同時，在每個開關(guān)晶體管的柵極和漏極之間發(fā)生穿通 (feedthrough)。由于穿通的影響，在Tr 23和Tr 24的柵極電勢之間發(fā)生 差別。這是由比較器上的負(fù)載不相等引起的。連接到比較器的負(fù)載的橫向 不對稱可能是差別的原因，這例如是因為比較器輸出信號線連接到Tr22 的漏極側(cè)并且/或者連接到Cp 26的RAMP信號線的負(fù)載較小而連接到Cp 25的VSL的負(fù)載則高得多。穿通的量值很大程度上取決于PSET信號的上 升時間。PSET信號的突然上升會進一步增大穿通，并且導(dǎo)致Tr23的柵極 電壓和Tr24的柵極電壓之間有很大差別。在該電路示例中，已知當(dāng)在自 動調(diào)零之后發(fā)生穿通時Tr 23的柵極電壓比Tr 24的柵極電壓降低得更多。 如果不發(fā)生穿通，則Tr 23的柵極電壓電平基本上位于重置檢測斜坡波的 電平中部。因此，計數(shù)器的計數(shù)大約為一半(參考圖16中的曲線A)。 但是，如果Tr23的柵極電勢由于穿通而降低，則重置計數(shù)增大，因為與 重置檢測斜坡波的相交點相應(yīng)地向后移動(參考圖16中的曲線B)。如果 發(fā)生較大的穿通，則Tr23的柵極電勢不與重置電平檢測斜坡波相交(參 考圖16中的曲線C)。在該情況下，重置計數(shù)器停止在全碼(foil code) 處。但是，實際相交尚未實現(xiàn)，差別因此變成差錯，這可能降低圖像質(zhì)(2) 第二問題圖17是示出固態(tài)成像設(shè)備中的PSET信號生成電路和各列處的比較器 的布局的圖。在靠近重置信號生成部件19的列處的比較器16中，在自動 調(diào)零期間發(fā)生較大的穿通。隨著與重置信號生成部件19的距離增大，信 號傳輸路徑上的布線電阻增大并且將被傳輸?shù)礁髁械腜SET脈沖的鈍化度 (degree of dullness)增大，因此使到列的穿通量減小。由于信號傳輸，PSET信號的突然上升可能增大鈍化度。因此，在從一端到另一端的列之 間以及列的兩端之間，重置計數(shù)有很大的不同。為了針對該因素和其他變 動因素而在所有列處都執(zhí)行無差錯的重置計數(shù)，傳感器花費較長的重置計 數(shù)時段是很重要的(參考圖18)。發(fā)明內(nèi)容現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)成像設(shè)備和成像設(shè)備在比較像素信號和基準(zhǔn)信號的比 較器中可能具有上述問題，這可能進一步導(dǎo)致重置電平的計數(shù)差錯和/或重 置時段長度增大的問題。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種固態(tài)成像設(shè)備，包括比較裝 置，用于將由像素部件獲得的像素信號與其值以步進方式變化的基準(zhǔn)信號相比較；模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于將像素信號和基準(zhǔn)信號的大小關(guān)系通過比較 裝置改變時的時間量作為數(shù)字值輸出；重置信號生成裝置，用于生成觸發(fā) 重置操作的重置信號，該重置信號被輸入到比較裝置，以調(diào)節(jié)模數(shù)轉(zhuǎn)換裝 置中的基準(zhǔn)；以及設(shè)置在重置信號生成裝置和比較裝置之間的波形處理裝 置，用于增大重置信號的波形的鈍化度。根據(jù)本發(fā)明的該實施例，由于在預(yù)先增大重置信號的上升沿的鈍化度 之后將重置信號輸入到比較裝置，因此可以抑制在比較裝置中發(fā)生的較大 穿通。比較裝置可設(shè)置在像素部件的每一列處。波形處理裝置可使用電容器 的負(fù)載、電阻的負(fù)載或者CMOS反相器。波形處理裝置可使用CMOS反相器，并且CMOS反相器中包括的P 溝道MOS和N溝道MOS的數(shù)目可以不同。波形處理裝置可使用CMOS反相器，并且可在CMOS反相器中包括 的P溝道MOS或N溝道MOS中的任何一者中設(shè)置用于操作控制的開 關(guān)。波形處理裝置可使用設(shè)置在重置信號生成裝置和比較裝置之間的導(dǎo)線 的負(fù)載。波形處理裝置可被配置為在從重置信號生成裝置到比較裝置的布線路徑中，隨著與重置信號生成裝置的距離減小而使導(dǎo)線的負(fù)載增大。比較裝置可設(shè)置在像素部件的每一列處，并且從重置信號生成裝置到各列處的比較裝置的布線路徑的長度可以相等。 波形處理裝置可使用比較裝置內(nèi)的電容器。這可以消除靠近和遠(yuǎn)離重置信號生成裝置的位置處的穿通之間的量值 差別。因此，在一端到另一端的列之間，重置計數(shù)值并沒有明顯的不同。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種成像設(shè)備，包括比較裝置， 用于將由像素部件獲得的像素信號與其值以步進方式變化的基準(zhǔn)信號相比 較；模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于將像素信號和基準(zhǔn)信號的大小關(guān)系通過比較裝置 改變時的時間量作為數(shù)字值輸出；重置信號生成裝置，用于生成觸發(fā)重置操作的重置信號，該重置信號被輸入到比較裝置，以調(diào)節(jié)模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置中的基準(zhǔn)；設(shè)置在重置信號生成裝置和比較裝置之間的波形處理裝置，用于 增大重置信號的波形的鈍化度；以及控制裝置，用于至少控制模數(shù)轉(zhuǎn)換裝 置和重置信號生成裝置。根據(jù)本發(fā)明的該實施例，由于在預(yù)先增大重置信號的上升沿的鈍化度 之后將重置信號輸入到比較裝置，因此可以抑制在比較裝置中發(fā)生的較大 穿通。因此，本發(fā)明的實施例可實現(xiàn)以下效果。也就是說，可以抑制在比較 裝置中發(fā)生的較大穿通，這使得消除了在自動調(diào)零期間垂直信號線信號和 DAC基準(zhǔn)信號之間的較大差異的發(fā)生，并且消除了垂直信號線重置電平的 計數(shù)差錯。此外，重置時段的長度可得以減小，因為較小的重置計數(shù)裕量 就足夠了。


圖1是圖示出根據(jù)本發(fā)明實施例的固態(tài)成像設(shè)備的框圖； 圖2是示出用于利用波形處理部件來增大自動調(diào)零脈沖的鈍化度的裝 置的框圖；圖3是圖示出使用電容器的波形處理部件的框圖； 圖4是圖示出使用電阻的波形處理部件的框圖；圖5是圖示出使用CMOS反相器的波形處理部件的框圖(#1);圖6是圖示出使用CMOS反相器的波形處理部件的框圖(#2); 圖7是圖示出使用CMOS反相器的波形處理部件的框圖(#3); 圖8是圖示出使用驅(qū)動電流源的CMOS反相器的波形處理部件的框圖；圖9是圖示出使用導(dǎo)線負(fù)載的波形處理部件的框圖；圖IO是圖示出使用具有相等長度的導(dǎo)線的波形處理部件的框圖；圖11是圖示出可應(yīng)用在本發(fā)明的實施例中的波形處理部件的效果的示圖；圖12是圖示出成像設(shè)備的框圖；圖13是示出現(xiàn)有技術(shù)的CMOS傳感器的整體配置示例的框圖； 圖14是現(xiàn)有技術(shù)的CMOS傳感器的時序圖；圖15是示出現(xiàn)有技術(shù)的比較器的示例的框圖； 圖16是圖示出發(fā)生穿通時垂直信號線的狀態(tài)的示圖； 圖17是圖示出各列處的比較器和自動調(diào)零信號生成電路之間的導(dǎo)線 的示圖；以及圖18是圖示出自動調(diào)零信號生成電路與某列之間的距離以及該列處 的重置計數(shù)的數(shù)目的示圖。
具體實施方式
下面參考附圖描述本發(fā)明的實施例。圖1是圖示出根據(jù)本發(fā)明實施例 的固態(tài)成像設(shè)備的框圖。也就是說，根據(jù)本發(fā)明實施例的固態(tài)成像設(shè)備1包括比較器(比較裝置)16，其將由像素陣列部件10獲得的像素信號與其值以步進方式變化的基準(zhǔn)信號相比較；上行/下行計數(shù)器(模數(shù)轉(zhuǎn)換裝 置)17，其將像素信號和基準(zhǔn)信號的大小關(guān)系通過比較器16變化時的時 間量作為數(shù)字值輸出；重置信號生成部件(重置信號生成裝置)19，其生 成觸發(fā)重置操作的重置信號(自動調(diào)零脈沖信號)，該重置信號將被輸入 到比較器16以調(diào)節(jié)上行/下行計數(shù)器17中的基準(zhǔn)；以及設(shè)置在重置信號生 成部件19和比較器16之間的波形處理部件(波形處理裝置)20，其用于增大重置信號的波形的鈍化度。像素陣列部件IO具有矩陣形式的多個單位像素12。單位像素12被行 掃描電路13在行方向上掃描，并且像素信號被順序地傳輸?shù)奖容^器16。 將與像素信號相比較的基準(zhǔn)信號被從基準(zhǔn)信號生成部件(DAC) 15輸入到 比較器16。基準(zhǔn)信號是其電平以預(yù)定間隔順序改變的信號，并且比較器 16檢測與像素信號的比較結(jié)果發(fā)生反轉(zhuǎn)處的電平。作為比較器16中的比較結(jié)果，直到像素信號和基準(zhǔn)信號的電平改變 時的時間被上行/下行計數(shù)器(U/D CN) 17測量，并且測得值被存儲在緩 沖器(BUF) 18中。然后，按列存儲的緩沖器18中的值被列掃描電路14 順序地掃描并且作為信號輸出。對這些組件的控制由驅(qū)動控制部件21執(zhí) 行。在如上所述的該實施例的固態(tài)成像設(shè)備1中，上行/下行計數(shù)器17像 現(xiàn)有技術(shù)那樣被用于去除固定模式。首先，在像素的重置電平下的D/A轉(zhuǎn) 換期間，計數(shù)器對負(fù)電平進行計數(shù)。接下來，在光被輸入時的D/A轉(zhuǎn)換期 間，計數(shù)器從作為起始點的計數(shù)值開始對正電平進行計數(shù)。從而，可以獲 得數(shù)字區(qū)域中的差別，而無需任何減法器電路。在這里，在生成重置信號(自動調(diào)零脈沖信號)的重置信號生成部件 19和比較器16之間設(shè)置的波形處理部件20是用于鈍化自動調(diào)零脈沖信號 的波形的裝置。從而，可以抑制在比較器16被重置時比較電路中穿通的 發(fā)生，這可以提供這樣的操作效果，即可以避免由于比較器16中基準(zhǔn)值 的偏移引起的重置電平的讀取差錯，所述基準(zhǔn)值的偏移是由穿通引起的。除了該操作效果之外，該實施例的固態(tài)成像設(shè)備1還可減小在每一列 處設(shè)置的每個比較器之間的穿通量的差別，這可以減小各列之間的比較器 基準(zhǔn)值的偏移的差別，并且消除各列之間的重置計數(shù)的差別。從而，可以 減小重置計數(shù)時段的長度。換言之，如圖2所示，波形處理部件20設(shè)置在從重置信號生成部件 19到各列處的比較器16的自動調(diào)零端子的信號路徑上，并且發(fā)揮這樣的 效果，即鈍化自動調(diào)零脈沖信號波形的上升沿，并且可以抑制比較器16 中穿通的發(fā)生。值得注意的是，在圖2所示的示例中，在重置信號生成部件19和列
部件之間設(shè)置了一個波形處理部件20，但是可以在其間設(shè)置多個波形處理 部件20。例如可以為某些列設(shè)置一個或多個波形處理部件20。
可以設(shè)想各種波形處理部件20。圖3示出了使用電容器作為波形處理 部件的示例。信號波形的上升沿可根據(jù)電容器的電容量被鈍化，并且比較 器16中穿通的發(fā)生可得以抑制。該示例在信號路徑中具有電容器，并且 電容器可以更容易地被引入電路中。同樣很容易的是，從重置信號生成部 件19到列部件的導(dǎo)線可被引出芯片外部以作為端子，并且外部電容器可 與其相連接。
在圖4所示的示例中，波形處理部件20的另一示例使用電阻。電阻 充當(dāng)自動調(diào)零脈沖信號的路徑上的負(fù)載，與使用電容器的電路一樣，它也 可以鈍化信號波形的上升沿并且抑制比較器16中穿通的發(fā)生。在使用電 阻的示例中，與在其中設(shè)置電容器電路的情況相比，電阻可實現(xiàn)在更小的 面積中。
圖5示出了用CMOS反相器作為波形處理部件20的示例。CMOS反 相器的使用可產(chǎn)生這樣一種波形處理部件，它通過調(diào)節(jié)PMOS (正MOS) 和NMOS (負(fù)MOS)晶體管中每一個的長度L (柵極長度)和寬度W (柵極寬度)，從而鈍化上升沿和下降沿之一而不鈍化另一個。與使用電 容器或電阻的電路一樣，CMOS反相器也可充當(dāng)自動調(diào)零脈沖信號的路徑 上的負(fù)載，并且鈍化信號波形的上升沿并抑制比較器16中穿通的發(fā)生。
在這里，在PMOS晶體管被用于提供比較器自動調(diào)零開關(guān)的情況下， 在自動調(diào)零脈沖的上升沿處引起穿通。因此，可以鈍化自動調(diào)零脈沖的上 升沿處的波形，而不必在下降沿處進行鈍化。
為了實現(xiàn)該功能，可以只在CMOS反相器中增大PMOS晶體管的大 小。在NMOS晶體管被用于提供比較器自動調(diào)零開關(guān)的情況下，可以只增 大反相器中的NMOS晶體管的大小，使得只有自動調(diào)零脈沖的上升沿處的 波形被鈍化。
圖6示出了作為使用CMOS反相器作為波形處理部件20的情況的應(yīng) 用，增大PMOS晶體管的數(shù)目的示例。示出了三個PMOS晶體管和一個NMOS晶體管，但是這些數(shù)目可取決于比較器開關(guān)的MOS的類型和/或自 動調(diào)零脈沖的鈍化度。與圖5中的電路相比，這可以進一步增大自動調(diào)零 脈沖的鈍化度。
圖7示出了使用CMOS反相器作為波形處理部件20的情況的應(yīng)用， 該應(yīng)用是這樣一個電路，該電路包括用于PMOS晶體管的開關(guān)，并且可以 增大或減小要激活的PMOS晶體管的數(shù)目，從而自由地改變自動調(diào)零脈沖 的鈍化度。該配置可以在傳感器操作期間根據(jù)需要很容易且動態(tài)地改變自 動調(diào)零脈沖的鈍化度。圖7的示例具有三個PMOS晶體管和一個NMOS 晶體管，但是這些數(shù)目可以取決于比較器開關(guān)的MOS的類型和/或自動調(diào) 零脈沖的鈍化度。
圖8是示出CMOS反相器被作為波形處理部件20的電流源驅(qū)動的示 例。對電流源大小的調(diào)節(jié)可以很容易地以非步進方式確定自動調(diào)零脈沖信 號的鈍化量。該電路還可應(yīng)用到動態(tài)改變自動調(diào)零脈沖信號的系統(tǒng)。
圖9是示出用于通過提供用于增大在從重置信號生成部件19連接到 各列處的比較器16和16'的一部分或全部信號路徑自身處的負(fù)載的裝置來 鈍化自動調(diào)零脈沖的裝置的示圖。在該電路中，具有高負(fù)載的導(dǎo)線被用作 到靠近重置信號生成部件19的各列處的比較器16的路徑，而具有正常負(fù) 載的導(dǎo)線被用作到遠(yuǎn)離重置信號生成部件19的各列處的比較器16，的路 徑。從而，各列的不同位置之間的穿通差別可得以減小。
為了增大負(fù)載，例如可以使用具有高負(fù)載的構(gòu)件，或者可以改變導(dǎo)線 的寬度。從而，與提供包括作為波形處理裝置的器件的電路的方法相比， 可以在更小的空間中引入它。
圖IO示出了從重置信號生成部件19到各列處的比較器16的導(dǎo)線的長 度相等的示例。與長度相等的導(dǎo)線的連接可以使從重置信號生成部件19 到比較器16的導(dǎo)線中的負(fù)載均等。從而，各列的不同位置之間的穿通差 別可得以抑制。
根據(jù)該實施例，波形處理部件可通過增大比較器內(nèi)用于自動調(diào)零開關(guān) 的驅(qū)動負(fù)載來實現(xiàn)。例如，圖15所示的Tr 21和Tr 22的柵極大小可被增 大以充當(dāng)波形處理部件，這可以減小穿通量。該裝置的使用在可能不能提供用于波形處理的單獨電路或者可能不能嘗試導(dǎo)線的分辨率的情況下是有 效的。
圖11是圖示出該實施例中應(yīng)用的波形處理部件的效果的示圖。水平 軸表示從信號生成部件到具有比較器的各列的導(dǎo)線的距離，垂直軸表示比 較器的重置電平的輸出值。
在圖11中，(1)所標(biāo)記的圖形用于沒有波形處理部件的情形(如現(xiàn) 有技術(shù)中的示例那樣)，(2)所標(biāo)記的圖形用于通過利用該實施例的波
形處理部件略微鈍化自動調(diào)零脈沖信號的情況，而(3)所標(biāo)記的圖形用 于比(2)的情況進一步鈍化自動調(diào)零脈沖信號的情況。
在沒有波形處理部件的情況下，如圖形(1)所示，在從信號生成部 件到比較器的布線距離較短和較長的位置之間，重置電平的輸出值大不相 同。但是，通過利用波形處理部件，重置電平的輸出差別可得以減小，如
圖形(2)和(3)所示，并且相對于從信號生成部件到比較器的布線距離 可以實現(xiàn)均等的重置電平。
接下來，將描述應(yīng)用該實施例的固態(tài)成像設(shè)備的成像設(shè)備。圖12是 圖示出應(yīng)用固態(tài)成像設(shè)備的成像設(shè)備的配置圖。也就是說，成像設(shè)備8包 括攝影透鏡802、光學(xué)低通濾波器804、濾色器組812、像素陣列部件 10、驅(qū)動控制部件7、列處理部件26、基準(zhǔn)信號生成部件27和照相機信 號處理部件810。攝影透鏡802將光L的圖像引導(dǎo)并形成在成像設(shè)備一 側(cè)，該光L支持照明設(shè)備801 (例如熒光)下的對象Z的圖像。濾色器組 812具有Bayer模式的R、 G和B濾色器。驅(qū)動控制部件7驅(qū)動像素陣列 部件10。列處理部件26對從像素陣列部件10輸出的像素信號執(zhí)行CDS 處理或AD轉(zhuǎn)換處理?；鶞?zhǔn)信號生成部件27將基準(zhǔn)信號Vslop提供給列處 理部件26。照相機信號處理部件810處理從列處理部件26輸出的圖像信 號。
光學(xué)低通濾波器804可用于阻擋等于或高于Nyquist頻率的頻率分 量，以防止混疊失真。如圖12中的虛線所示，除了光學(xué)低通濾波器804 外還可設(shè)置減少紅外分量的紅外截止濾波器805。這一點與一般的成像設(shè) 備相同。設(shè)置在列處理部件26之后的照相機信號處理部件810具有圖像信號 處理部件820，以及充當(dāng)控制整個成像設(shè)備8的主要控制部件的照相機控 制部件900。
圖像信號處理部件820具有信號解復(fù)用部件822和色彩信號處理部件 830。信號解復(fù)用部件822具有原色解復(fù)用功能，當(dāng)使用不包括原色濾波 器的濾色器時，該功能將從列處理部件26的AD轉(zhuǎn)換功能部件提供的數(shù)字 圖像信號解復(fù)用為原色信號R (紅)、G (綠)和B (藍(lán))。色彩信號處 理部件830基于被信號解復(fù)用部件822解復(fù)用的原色信號R、 G和B來對 色彩信號C執(zhí)行信號處理。
圖像信號處理部件820還具有強度信號處理部件840和編碼器部件 860。強度信號處理部件840基于被信號解復(fù)用部件822解復(fù)用的原色信 號R、 G和B來對強度信號Y執(zhí)行信號處理。編碼器部件860基于強度信 號Y/色彩信號C生成視頻信號VD。
色彩信號處理部件830例如具有未示出的白平衡放大器、gamma校正 部件以及色差矩陣部件。白平衡放大器基于從白平衡控制器(未示出)提 供來的增益信號來調(diào)節(jié)從信號解復(fù)用部件822的原色解復(fù)用功能部件提供 來的原色信號的增益(白平衡調(diào)節(jié))，并且將結(jié)果提供到gamma校正部件 和強度信號處理部件840。
gamma校正部件基于被經(jīng)白平衡調(diào)節(jié)的原色信號執(zhí)行g(shù)amma (7)校 正以忠實地再現(xiàn)色彩，并將經(jīng)gamma校正的色彩的輸出信號R、 G和B輸 入到色差矩陣部件。色差矩陣部件將通過對其執(zhí)行色差矩陣處理而獲得的 色差信號R-Y和B-Y輸入到編碼器部件860。
強度信號處理部件840例如具有未示出的高頻強度信號生成部件、低 頻強度信號生成部件和強度信號生成部件。高頻強度信號生成部件基于從 信號解復(fù)用部件822的原色解復(fù)用功能部件提供來的原色信號，生成甚至 包括更高頻率分量的強度信號YH。低頻強度信號生成部件基于從白平衡 放大器提供來的經(jīng)白平衡調(diào)節(jié)的原色信號，生成只包括較低頻率分量的強 度信號YL。強度信號生成部件基于兩類強度信號YH和YL來生成強度信 號Y,并將它們提供給編碼器部件860。
15編碼器部件860對色差信號R-Y和B-Y進行數(shù)字調(diào)制，其中數(shù)字信號 對應(yīng)于色彩信號子載波，編碼器部件860隨后將結(jié)果與強度信號處理部件 840中生成的強度信號Y相合成，并且將結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號VD (=Y+S+C，其中S是同步信號，C是色度信號)。
從編碼器部件860輸出的數(shù)字視頻信號VD被提供到隨后的照相機信 號輸出部件(未示出)，以便例如進行監(jiān)視器輸出或到記錄介質(zhì)的數(shù)據(jù)記 錄。在該情況下，如果必要，數(shù)字視頻信號VD通過DA轉(zhuǎn)換被轉(zhuǎn)換成模
該實施例的照相機控制部件900具有微處理器902、 ROM (只讀存儲 器)904、 RAM (隨機訪問存儲器)906和其他外圍構(gòu)件(未示出)。微 處理器902充當(dāng)電子計算機的中心， 一般例如是具有將由計算機在超小規(guī) 模集成電路中執(zhí)行的操作和控制功能的CPU (中央處理單元)。ROM 904 是只讀存儲部件。RAM 906是必要時可以寫/讀的易失性存儲部件的示 例。微處理器902、 ROM904和RAM906將被統(tǒng)稱為微計算機。
"易失性存儲部件"這一說法是指這樣一種形式的存儲部件當(dāng)設(shè)備 斷電時，存儲的數(shù)據(jù)消失。另一方面，"非易失性存儲部件"這一說法指
的是這樣一種形式的存儲部件即使包括它的設(shè)備的主電源被關(guān)斷，存儲 的數(shù)據(jù)仍被保存。保存存儲的數(shù)據(jù)只對非易失性存儲器重要，并且非易失 性存儲器不限于半導(dǎo)體存儲元件本身是非易失性的那些存儲器。易失性存 儲元件可被配置為通過具有備用電源而表現(xiàn)出非易失性。
諸如磁盤和光盤之類的介質(zhì)可用于該配置，而不限于具有半導(dǎo)體存儲 元件的配置。例如，硬盤設(shè)備可用作非易失性存儲部件。非易失性存儲部
件也可通過采用從諸如CD-ROM之類的記錄介質(zhì)讀取信息的配置來實 現(xiàn)。
照相機控制部件900控制整個系統(tǒng)，并且具有調(diào)節(jié)控制脈沖的接通/關(guān) 斷定時的功能，所述控制脈沖用于控制基準(zhǔn)信號生成部件27中的基準(zhǔn)信 號Vslop的斜率改變，或者控制計數(shù)器部件254的預(yù)定標(biāo)器(prescaler) 的速度，這尤其是為了增大上述AD轉(zhuǎn)換處理的速度。
ROM 904例如為照相機控制部件900存儲控制程序，并且具體在該實施例中，存儲用于由照相機控制部件900限定控制脈沖的接通/關(guān)斷定時的 程序。
RAM 906存儲將被照相機控制部件900用于執(zhí)行處理的數(shù)據(jù)。
照相機控制部件900被配置為允許諸如存儲卡之類的記錄介質(zhì)924可 移除地附接到它，并且被配置為可連接到諸如因特網(wǎng)之類的通信網(wǎng)絡(luò)。例 如，照相機控制部件900除了微處理器902、 ROM 904和RAM 906之 外，還具有存儲器讀取部件907和通信I/F (接口)卯8。
例如，記錄介質(zhì)924可用于登記用于使微處理器902執(zhí)行軟件處理的 程序數(shù)據(jù)，或者包括以下各項的數(shù)據(jù)測得光數(shù)據(jù)DL的收斂范圍或者基 于來自強度信號處理部件840的基于強度的信號的曝光控制處理(包括對 電子快門的控制)的各種設(shè)定值，以及用于控制基準(zhǔn)信號生成部件27中 基準(zhǔn)信號Vslop的斜率改變或者控制計數(shù)器部件254中預(yù)定標(biāo)器的速度的 控制脈沖的接通/關(guān)斷定時。
存儲器讀取部件907將從記錄介質(zhì)924讀出的數(shù)據(jù)存儲(安裝)到 RAM 906。通信I/F 908作為與諸如因特網(wǎng)之類的通信網(wǎng)絡(luò)的通信數(shù)據(jù)交換 的媒介。
在成像設(shè)備8中，驅(qū)動控制部件7和列處理部件26被設(shè)置在與像素陣 列部件10相分離的模塊中。但是，很明顯，正如對固態(tài)成像設(shè)備1所描 述的那樣，可以使用單芯片形式的固態(tài)成像設(shè)備1，其中這些組件位于與 像素陣列部件IO相同的半導(dǎo)體基板上。
圖12示出了成像設(shè)備8，它除了像素陣列部件IO、驅(qū)動控制部件7、 列處理部件26、基準(zhǔn)信號生成部件27和照相機信號處理部件810之外， 還可包括諸如攝影透鏡802、光學(xué)低通濾波器804和紅外截止濾波器805 之類的光學(xué)系統(tǒng)。該形式適合于這些組件被總體封裝成模塊形式的情況。
在描述與固態(tài)成像設(shè)備1中的模塊的關(guān)系時，固態(tài)成像設(shè)備1可以以 具有成像功能的模塊形式來提供，其中該封裝總體包括像素陣列部件10 (成像部件)和與像素陣列部件10緊密相關(guān)的信號處理部件(不包括列 處理部件26之后的照相機信號處理部件)，例如具有AD轉(zhuǎn)換功能和差別 (CDS)處理功能的列處理部件26,如圖12所示。于是，可以通過在以模塊形式提供的固態(tài)成像設(shè)備1之后設(shè)置作為剩余信號處理部件的照相機
信號處理部件810來提供整個成像設(shè)備8。
或者，固態(tài)成像設(shè)備1可以以模塊形式來提供，它具有總體包括像素
陣列部件10和諸如攝影透鏡802之類的光學(xué)系統(tǒng)的封裝，并且具有成像 功能。于是，可以通過除了以模塊形式提供的固態(tài)成像設(shè)備1外還在模塊 內(nèi)提供照相機信號處理部件810來提供整個成像設(shè)備8。
固態(tài)成像設(shè)備1中的模塊形式可包括與照相機信號處理部件200相對 應(yīng)的照相機信號處理部件810。在該情況下，固態(tài)成像設(shè)備1和成像設(shè)備 8在實際中可被認(rèn)為是相同的。
成像設(shè)備8可以以照相機或具有例如用于執(zhí)行"成像"的成像功能的 移動單元的形式提供。術(shù)語"成像"不僅包括在正常照相機拍攝中捕捉圖 像，在廣義上還包括指紋檢測。
該配置中的成像設(shè)備8包括固態(tài)成像設(shè)備1的所有功能，并且具有與 固態(tài)成像設(shè)備1相同的基本配置和操作。
例如，使計算機執(zhí)行如上所述的處理的程序可通過諸如非易失性半導(dǎo) 體存儲卡(如閃存、IC卡和微型卡)之類的記錄介質(zhì)924來分發(fā)。或者，
可通過經(jīng)由諸如因特網(wǎng)之類的通信網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)器下載來獲得或更新該程序。
作為記錄介質(zhì)924的示例，諸如IC卡和微型卡之類的半導(dǎo)體存儲卡 可存儲在以上對實施例的描述中已經(jīng)描述的固態(tài)成像設(shè)備1中的處理的一 部分或全部功能。因此，可以提供程序或存儲程序的存儲介質(zhì)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，取決于設(shè)計要求和其他因素，可以進行 各種修改、組合、子組合和變更，只要它們處于所附權(quán)利要求或其等同物 的范圍之內(nèi)。
本發(fā)明包含與2007年2月5日向日本專利局提交的日本專利申請JP 2007-025031相關(guān)的主題，這里通過引用將該申請的全部內(nèi)容并入。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像設(shè)備，包括比較裝置，用于將由像素部件獲得的像素信號與其值以步進方式變化的基準(zhǔn)信號相比較；模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于將所述像素信號和所述基準(zhǔn)信號的大小關(guān)系通過所述比較裝置改變時的時間量作為數(shù)字值輸出；重置信號生成裝置，用于生成觸發(fā)重置操作的重置信號，該重置信號被輸入到所述比較裝置，以調(diào)節(jié)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置中的基準(zhǔn)；以及設(shè)置在所述重置信號生成裝置和所述比較裝置之間的波形處理裝置，用于增大所述重置信號的波形的鈍化度。
2. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述比較裝置被設(shè)置在所 述像素部件的每一列處。
3. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述波形處理裝置使用電 容器的負(fù)載。
4. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述波形處理裝置使用電 阻的負(fù)載。
5. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述波形處理裝置使用互 補金屬氧化物半導(dǎo)體反相器。
6. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述波形處理裝置使用互 補金屬氧化物半導(dǎo)體反相器；并且所述互補金屬氧化物半導(dǎo)體反相器中包括的P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體 和N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體的數(shù)目不同。
7. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述波形處理裝置使用互 補金屬氧化物半導(dǎo)體反相器；并且在所述互補金屬氧化物半導(dǎo)體反相器中包括的P溝道金屬氧化物半導(dǎo) 體或N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體中的任何一者中設(shè)置了用于操作控制的開關(guān)。
8. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述波形處理裝置使用互補金屬氧化物半導(dǎo)體反相器；并且所述互補金屬氧化物半導(dǎo)體反相器驅(qū)動直流源。
9. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述波形處理裝置使用設(shè) 置在所述重置信號生成裝置和所述比較裝置之間的導(dǎo)線的負(fù)載。
10. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述波形處理裝置被配置為在從所述重置信號生成裝置到所述比較裝置的布線路徑中，隨著與所 述重置信號生成裝置的距離減小而使導(dǎo)線的負(fù)載增大。
11. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述比較裝置被設(shè)置在所述像素部件的每一列處；并且從所述重置信號生成裝置到各列處的所述比較裝置的布線路徑的長度 相等。
12. 如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述波形處理裝置使用 所述比較裝置內(nèi)的電容器。
13. —種成像設(shè)備，包括比較裝置，用于將由像素部件獲得的像素信號與其值以步進方式變化 的基準(zhǔn)信號相比較；模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于將所述像素信號和所述基準(zhǔn)信號的大小關(guān)系通過 所述比較裝置改變時的時間量作為數(shù)字值輸出；重置信號生成裝置，用于生成觸發(fā)重置操作的重置信號，該重置信號 被輸入到所述比較裝置，以調(diào)節(jié)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置中的基準(zhǔn)；設(shè)置在所述重置信號生成裝置和所述比較裝置之間的波形處理裝置， 用于增大所述重置信號的波形的鈍化度；以及控制裝置，用于至少控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置和所述重置信號生成裝置。
14. 一種固態(tài)成像設(shè)備，包括比較部件，其將由像素部件獲得的像素信號與其值以步進方式變化的 基準(zhǔn)信號相比較；模數(shù)轉(zhuǎn)換部件，其將所述像素信號和所述基準(zhǔn)信號的大小關(guān)系通過所 述比較部件改變時的時間量作為數(shù)字值輸出；重置信號生成部件，其生成觸發(fā)重置操作的重置信號，該重置信號被 輸入到所述比較部件，以調(diào)節(jié)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換部件中的基準(zhǔn)；以及設(shè)置在所述重置信號生成部件和所述比較部件之間的波形處理部件， 該波形處理部件增大所述重置信號的波形的鈍化度。
15.—種成像設(shè)備，包括比較部件，其將由像素部件獲得的像素信號與其值以步進方式變化的 基準(zhǔn)信號相比較；模數(shù)轉(zhuǎn)換部件，其將所述像素信號和所述基準(zhǔn)信號的大小關(guān)系通過所 述比較部件改變時的時間量作為數(shù)字值輸出；重置信號生成部件，其生成觸發(fā)重置操作的重置信號，該重置信號被輸入到所述比較部件，以調(diào)節(jié)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換部件中的基準(zhǔn)；設(shè)置在所述重置信號生成部件和所述比較部件之間的波形處理部件，該波形處理部件增大所述重置信號的波形的鈍化度；以及控制部件，其至少控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換部件和所述重置信號生成部件。
全文摘要
本發(fā)明提供了固態(tài)成像設(shè)備和成像設(shè)備。一種固態(tài)成像設(shè)備，包括比較裝置，用于將由像素部件獲得的像素信號與其值以步進方式變化的基準(zhǔn)信號相比較；模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，用于將像素信號和基準(zhǔn)信號的大小關(guān)系通過比較裝置改變時的時間量作為數(shù)字值輸出；重置信號生成裝置，用于生成觸發(fā)重置操作的重置信號，該重置信號被輸入到比較裝置，以調(diào)節(jié)模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置中的基準(zhǔn)；以及設(shè)置在重置信號生成裝置和比較裝置之間的波形處理裝置，用于增大重置信號的波形的鈍化度。
文檔編號H04N5/374GK101242478SQ20081000623
公開日2008年8月13日 申請日期2008年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月5日
發(fā)明者小關(guān)賢, 山形優(yōu)輝, 犬塚純一, 田島明里, 稻田喜昭, 菊地勝 申請人:索尼株式會社