固體攝像裝置的制造方法
【專利說明】固體攝像裝置
[0001]相關(guān)申請的引用
[0002]本申請要求2014年3月4日提出的日本專利申請2014 — 42012的優(yōu)先權(quán)，并在本申請中引用該日本專利申請的全部內(nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的實施方式涉及一種固體攝像裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]在固體攝像裝置中，為了設(shè)定攝像時的暗電平基準(zhǔn)而設(shè)置有OB(Optical Black:光學(xué)黑體)像素。該OB像素會因高溫或者高靈敏度等使用條件而其暗電壓進(jìn)行變動，從OB像素讀出的暗電平偏移。為了補償這種暗電平的偏移，有時對像素信號的AD變換時的鉗位電壓進(jìn)行反饋控制，直到從OB像素讀出的暗電平收斂為目標(biāo)值。在這樣的反饋控制中，直到暗電平收斂為目標(biāo)值為止的時間的偏差會很大，有時還會在由幀速率規(guī)定的時間內(nèi)暗電平也沒有收斂為目標(biāo)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的問題在于，提供一種能迅速地計算出使暗電平與目標(biāo)值相一致的鉗位電壓的固體攝像裝置。
[0006]一個實施方式的固體攝像裝置的特征在于，具備:有效像素部，設(shè)置有有效像素；遮光像素部，設(shè)置有遮光像素；ADC電路，基于與重疊有鉗位電壓的基準(zhǔn)電壓相比較的比較結(jié)果，對從所述有效像素讀出的信號成分進(jìn)行AD變換；以及AD鉗位電路，基于在賦予了規(guī)定的鉗位電壓時從所述遮光像素讀出的暗電平的AD變換值與所述鉗位電壓之間的關(guān)系、以及所述暗電平相對于所述鉗位電壓的變化量，計算針對從所述遮光像素讀出的暗電平的目標(biāo)值的鉗位電壓。
[0007]另外的實施方式的固體攝像裝置的特征在于，具備:CM0S傳感器，被賦予針對暗電平的目標(biāo)值的鉗位電壓；以及AD鉗位電路，基于在賦予了規(guī)定的鉗位電壓時從所述CMOS傳感器讀出的暗電平的值、以及所述暗電平相對于所述鉗位電壓的變化量，計算針對所述暗電平的目標(biāo)值的鉗位電壓。
[0008]上述結(jié)構(gòu)的固體攝像裝置能迅速地計算出使暗電平與目標(biāo)值相一致的鉗位電壓。
【附圖說明】
[0009]圖1是示出第一實施方式涉及的固體攝像裝置的概略結(jié)構(gòu)的框圖。
[0010]圖2是示出圖1的CMOS傳感器的概略結(jié)構(gòu)的框圖。
[0011 ] 圖3是示出圖1的AD鉗位電路的概略結(jié)構(gòu)的框圖。
[0012]圖4是示出圖2的列ADC電路進(jìn)行的像素信號的AD變換動作的時序圖。
[0013]圖5是示出圖1的固體攝像裝置的鉗位電壓的計算方法的一例的圖。
[0014]圖6是示出圖5的鉗位電壓設(shè)定時的基準(zhǔn)電壓的波形的時序圖。
[0015]圖7是示出適用了第二實施方式涉及的固體攝像裝置的數(shù)字?jǐn)z像機的概略結(jié)構(gòu)的框圖。
【具體實施方式】
[0016]根據(jù)實施方式的固體攝像裝置，設(shè)置有有效像素部、遮光像素部、ADC電路和AD鉗位電路。有效像素部設(shè)置有有效像素。遮光像素部設(shè)置有遮光像素。ADC電路基于與重疊有鉗位電壓的基準(zhǔn)電壓相比較的比較結(jié)果，對從所述有效像素讀出的信號成分進(jìn)行AD變換。AD鉗位電路基于在賦予了規(guī)定的鉗位電壓時從所述遮光像素讀出的暗電平的AD變換值與所述鉗位電壓之間的關(guān)系、以及所述暗電平相對于所述鉗位電壓的變化量，計算針對從所述遮光像素讀出的暗電平的目標(biāo)值的鉗位電壓。
[0017]以下，參照附圖，對實施方式涉及的固體攝像裝置進(jìn)行說明。再有，本發(fā)明并不被這些實施方式所限定。
[0018](第一實施方式)
[0019]圖1是示出第一實施方式涉及的固體攝像裝置的概略結(jié)構(gòu)的框圖。
[0020]圖1中，在該固體攝像裝置中設(shè)置有輸出圖像信號SI的CMOS傳感器101、AD鉗位電路102、OB鉗位電路103、增益調(diào)整電路104、色分離電路105和自動電平控制電路106。再有，例如可以使用拜耳排列作為CMOS傳感器101的濾波器排列，作為圖像信號SI，可以舉出RAW圖像信號。
[0021]在CMOS傳感器101中設(shè)置有用于設(shè)定攝像時的暗電平基準(zhǔn)的OB像素、以及基于光電變換輸出圖像信號SI的有效像素。而且，CMOS傳感器101能夠基于與重疊有鉗位電壓的基準(zhǔn)電壓相比較的比較結(jié)果，對從有效像素讀出的信號成分進(jìn)行AD變換。再有，基準(zhǔn)電壓可以在鉗位電壓發(fā)生期間和斜波(ramp wave)發(fā)生期間以時間分割方式進(jìn)行切換。
[0022]AD鉗位電路102能夠設(shè)定控制參數(shù)PC，以使得從CMOS傳感器101的OB像素讀出的暗電平與目標(biāo)值相一致。再有，控制參數(shù)PC可以調(diào)整從OB像素讀出的暗電平。在此，AD鉗位電路102基于在賦予了規(guī)定的鉗位電壓時從OB像素讀出的暗電平的AD變換值與鉗位電壓之間的關(guān)系、以及暗電平相對于鉗位電壓的變化量，計算針對從OB像素讀出的暗電平的目標(biāo)值的鉗位電壓。另外，可以使用將與鉗位電壓相對的暗電平的變化量α作為斜率的一次函數(shù)，賦予從OB像素讀出的暗電平的AD變換值與鉗位電壓之間的關(guān)系。可以根據(jù)賦予到AD鉗位電路102中的模擬增益GA，唯一地決定變化量α。另外，規(guī)定的鉗位電壓是一點量的鉗位電壓即可，例如可以設(shè)定為0V。
[0023]OB鉗位電路103能夠基于從CMOS傳感器101的OB像素讀出的暗電平，對從有效像素讀出的圖像信號進(jìn)行鉗位限制(clamp)。
[0024]增益調(diào)整電路104能夠?qū)腛B鉗位電路103輸出的圖像信號S3的白平衡或增益進(jìn)行調(diào)整。再有，調(diào)整白平衡或增益的參數(shù)可以使用指令設(shè)定值或者數(shù)字增益GD。
[0025]色分離電路105能夠?qū)脑鲆嬲{(diào)整電路104輸出的圖像信號S4變換成色分離信號S5。再有，作為色分離信號S5，可以舉出RGB信號或者YUV信號。這時，色分離電路105能夠從圖像信號S4中提取亮度信號S6。
[0026]自動電平控制電路106能夠進(jìn)行畫面的亮度調(diào)節(jié)。這時，自動電平控制電路106能夠基于亮度信號S6判斷畫面的明亮度，并調(diào)整數(shù)字增益⑶和模擬增益GA。
[0027]然后，在CMOS傳感器101中，對來自被攝體的入射光進(jìn)行光電變換。然后，將CMOS傳感器101生成的圖像信號SI輸出到OB鉗位電路103。另外，將從CMOS傳感器101的OB像素讀出的OB信號S2輸出到AD鉗位電路102。
[0028]然后，在OB鉗位電路103中，通過基于從OB像素讀出的暗電平對圖像信號SI進(jìn)行鉗位限制，生成圖像信號S3，并輸出到增益調(diào)整電路104。
[0029]然后，在增益調(diào)整電路104中，通過基于從自動電平控制電路106輸出的數(shù)字增益⑶對圖像信號S3的增益進(jìn)行調(diào)整，生成圖像信號S4，并輸出到色分離電路105。
[0030]然后，在色分離電路105中，將圖像信號S4變換成色分離信號S5，并且從圖像信號S4中提取亮度信號S6，輸出到自動電平控制電路106。
[0031]然后，在自動電平控制電路106中，基于亮度信號S6，對數(shù)字增益⑶和模擬增益GA進(jìn)行調(diào)整，數(shù)字增益⑶被輸出到增益調(diào)整電路104，并且模擬增益GA被輸出到AD鉗位電路102。
[0032]然后，在AD鉗位電路102中，在鉗位電壓發(fā)生期間設(shè)定控制參數(shù)PC，以使得賦予規(guī)定的鉗位電壓，并輸出到CMOS傳感器101。然后，將此時從CMOS傳感器101的OB像素讀出的暗電平的AD變換值作為OB信號S2輸出到AD鉗位電路102。然后，在AD鉗位電路102中，基于此時的暗電平的AD變換值與鉗位電壓之間的關(guān)系、以及暗電平相對于鉗位電壓的變化量α，計算針對從OB像素讀出的暗電平的目標(biāo)值的鉗位電壓。然后，設(shè)定控制參數(shù)PC，以使得能賦予針對暗電平的目標(biāo)值的鉗位電壓，并輸出到CMOS傳感器101。
[0033]另外，在AD鉗位電路102中，在斜波發(fā)生期間設(shè)定控制參數(shù)PC，以使得能按照模擬增益GA控制斜波的斜率，并輸出到CMOS傳感器101。然后，在CMOS傳感器101中，基于直到從有效像素讀出的信號成分的電平與斜波電平相一致為止的時鐘的計數(shù)結(jié)果，對信號成分進(jìn)行AD變換。
[0034]由此，AD鉗位電路102通過至少一次地取得在賦予了規(guī)定的鉗位電壓時的暗電平的AD變換值，就能夠計算出針對暗電平的目標(biāo)值的鉗位電壓。因而，不需要對像素信號的AD變換時的鉗位電壓進(jìn)行反饋控制直到從OB像素讀出的暗電平收斂為目標(biāo)值，能降低暗電平收斂為目標(biāo)值為止的時間的偏差，因此，能夠在由幀速率規(guī)定的時間內(nèi)使暗電平收斂為目標(biāo)值。
[0035]圖2是示出圖1的CMOS傳感器的概略結(jié)構(gòu)的框圖。
[0036]圖2中，在CMOS傳感器101中設(shè)置有像素陣列部I，該像素陣列部I在行方向和列方向上矩陣狀配置有像素。在此，在像素陣列部I中設(shè)置有有效像素部la，該有效像素部Ia在行方向和列方向上矩陣狀配置有像素，在有效像素部Ia的周圍設(shè)置有遮光像素部lb。在有效像素部Ia中設(shè)置有有效像素，在遮光像素部Ib中設(shè)置有遮光像素(0B像素)。
[0037]另外，在CMOS傳感器101中還設(shè)置有:垂直移位寄存器2，在垂直方向上掃描像素陣列部I ;列ADC電路3，基于與基準(zhǔn)電壓Vref的比較結(jié)果，用CDS將從像素陣列部I中讀出的信號成分?jǐn)?shù)字化；水平移位寄存器4，在水平方向上掃描像素陣列部I ;以及基準(zhǔn)電壓發(fā)生部5，基于控制參數(shù)PC產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓Vref。再有，控制參數(shù)PC能夠設(shè)定基準(zhǔn)電壓Vref的鉗位電平或斜率。另外，基準(zhǔn)電壓Vref可以使用斜波。還可以在基準(zhǔn)電壓Vref上重疊鉗位電壓。
[0038]并且，通過用垂直移位寄存器2在垂直方向上對像素陣列部I的像素進(jìn)行掃描，來從像素陣列部I的像素中讀出信號，并送到列ADC電路3。然后，在列ADC電路3中，從像素陣列部I中讀出的信號成分被CDS數(shù)字化，并通過用水平移位寄存器4在水平方向上進(jìn)行掃描，輸出圖像信號SI。
[0039]在此，在斜波發(fā)生期間向列ADC電路3輸入計數(shù)器時鐘CK。并且，基于直到從有效像素部Ia讀出的信號成分的電平與斜波的電平相一致為止的計數(shù)器時鐘CK的計數(shù)結(jié)果，對信號成分進(jìn)行AD變換。
[0040]此外，AD鉗位電路102還可以設(shè)定控制參數(shù)PC，以使得在由列ADC電路3執(zhí)行AD變換時，用基準(zhǔn)電壓Vref的鉗位電平抵消OB像素的暗電流。
[0041 ] 圖3是示出圖1的AD鉗位電路的概略結(jié)構(gòu)的框圖。
[0042]圖3中，在AD鉗位電路102中設(shè)置有像素平均值計算部11、遮光像素平均值保持寄存器12、鉗位電壓控制值運算部13、定時信號發(fā)生部14和Α/D變換控制部15。
[0043]并且，在定時信號發(fā)生部14中切換為鉗位電壓發(fā)生期間時，在Α/D變換控制部15中設(shè)定控制參數(shù)PC以賦予規(guī)定的鉗位電壓，并輸出到CMOS傳感器101。然后，在CMOS傳感器101中，通過對在賦予了規(guī)定的鉗位電壓時從遮光像素部Ib讀出的暗電平進(jìn)行AD變換，生成OB信號S2，并輸入到像素平均值計算部11。然后，在像素平均值計算部11中，通過將此時的OB信號S2按照每個水平線平均化，來計算HOB像素平均值S11，并保持在遮光像素平均值保持寄存