固態(tài)成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固態(tài)成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]國際公布N0.WO 10/109815公開了包括放大像素信號的列放大器和向列放大器輸出具有與經(jīng)受A/D轉(zhuǎn)換的各數(shù)據(jù)位對應(yīng)的不同電平的信號的多個依次比較電容器單元的固態(tài)成像裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在上述的現(xiàn)有技術(shù)中有一個問題，S卩，如果像素信號大，那么列放大器的輸出處的像素信號將超過A/D轉(zhuǎn)換器的輸入上限或下限，并且，像素信號的動態(tài)范圍將因此減小。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置包括:輸出單元，其輸出模擬信號；A/D轉(zhuǎn)換單元，其將所述模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；以及偏移添加單元，在所述模擬信號處于能夠在A/D轉(zhuǎn)換單元中進行A/D轉(zhuǎn)換的范圍之外的情況下，所述偏移添加單元向輸出單元中的所述模擬信號添加根據(jù)所述模擬信號的大小的偏移，使得該模擬信號落在所述范圍內(nèi)。
[0005]根據(jù)本發(fā)明，獲得防止模擬信號的動態(tài)范圍減小的有利效果。
[0006]參照附圖閱讀示例性實施例的以下說明，本發(fā)明的其它特征將變得清晰。
【附圖說明】
[0007]圖1是根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像裝置的框圖。
[0008]圖2是根據(jù)第一實施例的像素的配置圖。
[0009]圖3是根據(jù)第一實施例的放大器和信號電平檢測電路的框圖。
[0010]圖4是示出根據(jù)第一實施例的操作的定時圖。
[0011]圖5是示出根據(jù)第一實施例的放大器的輸入-輸出特性的示圖。
[0012]圖6是示出根據(jù)第一實施例的放大器和限幅電路的示圖。
[0013]圖7是示出根據(jù)第一實施例的放大器和限幅電路的操作的定時圖。
[0014]圖8是根據(jù)第二實施例的固態(tài)成像裝置的框圖。
[0015]圖9是根據(jù)第三實施例的放大器和信號電平檢測電路的框圖。
[0016]圖10是用于描述根據(jù)第三實施例的操作的定時圖。
[0017]圖11是示出根據(jù)第三實施例的放大器的輸入-輸出特性的示圖。
[0018]圖12是根據(jù)第四實施例的放大器和信號檢測電路的框圖。
[0019]圖13是用于描述根據(jù)第四實施例的操作的定時圖。
[0020]圖14是根據(jù)第五實施例的固態(tài)成像裝置的框圖。
[0021]圖15是根據(jù)第六實施例的固態(tài)成像裝置的框圖。
【具體實施方式】
[0022]現(xiàn)在根據(jù)附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0023]第一實施例
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的固態(tài)成像裝置的框圖。在圖1中，固態(tài)成像裝置包括像素陣列101、垂直掃描電路102、放大器103、比較信號產(chǎn)生電路104、信號電平檢測電路105、比較器106、計數(shù)器107和存儲器108。像素陣列101由以具有m行Xn列的矩陣形狀布置的多個像素100構(gòu)成，其中，像素陣列的各列的像素100分別與垂直信號線30連接。垂直掃描電路102由解碼器或移位寄存器等構(gòu)成，并且，以行為單位掃描像素陣列101。通過垂直掃描電路102從各行根據(jù)需要讀出來自像素陣列101的圖像信號，并且，通過垂直信號線30將讀出的信號輸出到放大器103。
[0025]用作輸出單元的放大器103是由反相放大器構(gòu)成的列放大器，并且，以預(yù)定的增益放大從像素100讀出的各信號。放大的信號被輸入到信號電平檢測電路105。各信號電平檢測電路105確定從放大器103輸出的信號的電平是否處于放大器103的動態(tài)范圍內(nèi)，即，輸出的信號電平是否處于能夠?qū)崿F(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的范圍之外。除了檢測輸出信號電平以外，還希望信號電平檢測電路105還具有限制(限幅)輸出使得輸出信號電平不明顯偏離動態(tài)范圍的功能。用于輸出信號電平的檢測基準(zhǔn)電壓被設(shè)定為放大器103的飽和信號電平處的電壓或者接近飽和信號電平的電壓。
[0026]如果信號電平檢測電路105檢測到輸出信號電平處于動態(tài)范圍之外，那么信號電平檢測電路105控制D/A轉(zhuǎn)換器(dac) 110以改變施加到放大器103的偏移電平。在一次或更多次重復(fù)上述的檢測之后，信號電平檢測電路105在相應(yīng)的存儲器108中存儲檢測結(jié)果。信號電平檢測電路105和dac 110用作向作為模擬信號的像素信號添加偏移的偏移添加單元。比較信號產(chǎn)生電路104、各比較器106和各計數(shù)器107構(gòu)成其中斜坡信號被用作比較信號的斜率型A/D轉(zhuǎn)換單元。各比較器106比較相應(yīng)放大器103的輸出VOUT與比較信號產(chǎn)生電路104產(chǎn)生的比較信號VRMP。通過根據(jù)比較結(jié)果控制相應(yīng)的計數(shù)器107，依次執(zhí)行輸出VOUT的A/D轉(zhuǎn)換。通過執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換獲得的結(jié)果作為數(shù)字信號存儲于存儲器108中，并且，被水平掃描電路109依次讀出。
[0027]圖2是像素100的配置圖。像素100包含光電二極管10、傳送晶體管11、復(fù)位晶體管12、放大晶體管13和選擇晶體管14。信號PTX被施加到傳送晶體管11的柵電極，信號PRES被施加到復(fù)位晶體管12的柵電極，信號PSEL被施加到選擇晶體管14的柵電極。當(dāng)信號PTX為“低”電平時，在光電二極管10中蓄積光電荷，并且，在使得信號PTX為“高”電平時，光電荷被傳送到放大晶體管13的柵電極。光電荷通過放大晶體管13的柵電極部分即浮動擴散(FD)部分的靜電電容被轉(zhuǎn)換成電壓，并且，通過接通各選擇晶體管14所選擇的行的各放大晶體管13的輸出電壓通過垂直信號線30作為像素信號被輸出到各放大器103。
[0028]以下，主要詳細描述放大器103、dac 110和信號電平檢測電路105。
[0029]圖3是根據(jù)本示例性實施例的放大器103、dac 110、信號電平檢測電路105和比較器106的電路圖。放大器103由反相放大器103a、連接反相放大器103a的輸入和輸出的復(fù)位開關(guān)SWr、輸入電容Ci和反饋電容Cf構(gòu)成。在圖3中，輸入電容Ci的靜電電容值由2C表示，反饋電容Cf的靜電電容值由IC表示。注意，2C和IC代表相對靜電電容值，并且表示輸入電容Ci的靜電電容值的值為反饋電容Cf的靜電電容值的值的兩倍。因此，放大器103輸出通過將輸入信號VIN大致加倍而獲得的信號V0UT。
[0030]dac 110包含電容Ca和可通過信號SELO切換的開關(guān)SW0，并且，構(gòu)成I位D/A轉(zhuǎn)換器。電容Ca的靜電電容值與反饋電容Cf的靜電電容值相同。電容Ca的端子中的一個與反相放大器103a的輸入連接，并且，其另一端子通過開關(guān)SWO可切換地與基準(zhǔn)電壓VRF或接地電壓gnd連接?；鶞?zhǔn)電壓VRF是控制施加到放大器103的偏移值的電壓，并且，被設(shè)定為比接地電壓gnd高的電壓。如果信號SELO為“低”電平，那么向電容Ca施加接地電壓gnd,而如果信號SELO為“高”電平，那么向電容Ca施加基準(zhǔn)電壓VRF。當(dāng)向電容Ca施加比接地電壓高的基準(zhǔn)電壓VRF時，反相放大器103a的輸出VOUT減小與基于基準(zhǔn)電壓VRF的偏移值(在這種情況下，為VRF電壓)對應(yīng)的量。
[0031]信號電平檢測電路105基于作為檢測基準(zhǔn)電壓的信號VCLP執(zhí)行信號電平檢測。即，信號電平檢測電路105比較放大器103的輸出VOUT與基于信號VCLP (檢測基準(zhǔn)電壓)的閾值，并然后根據(jù)比較結(jié)果輸出信號SEL0。如果輸出VOUT不超過上限電平(閾值)，那么信號電平檢測電路105將信號SELO控制到“低”電平，并且，向電容Ca施加接地電壓gnd。另一方面，如果輸出VOUT超過閾值，那么信號電平檢測電路105將SELO控制到“高”電平，并且，向電容Ca施加基準(zhǔn)電壓VRF。上限電平是與作為執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果獲得的數(shù)字信號的最大值對應(yīng)的輸出VOUT (模擬信號)的電壓。因此，在輸出VOUT接近