專利名稱：物理量分布檢測器、物理信息獲取裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物理量分布檢測器、物理信息獲取方法和物理信息獲取裝置。更具體地，本發(fā)明涉及一種獲取用于預(yù)定目的的信息的技術(shù)，其適合于采用用于物理量分布檢測的部件(物理量分布檢測器)，例如具有多個單元組件的固態(tài)成像裝置，該裝置對于外部輸入的電磁波諸如光和輻射具有敏感度，通過進行排列能夠以電信號讀出由單元組件轉(zhuǎn)換成電信號的物理量分布。具體地，本發(fā)明涉及一種在將由檢測器檢測到的模擬信號直接發(fā)送到輸出側(cè)作為模擬信號或者將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)之后時的噪聲阻抗特性。
背景技術(shù)：
物理量分布檢測半導(dǎo)體裝置在許多領(lǐng)域中得到應(yīng)用，其擁有以矩形形狀線形排列的多個單元組件(例如，像素)。這些單元組件對于從外部輸入諸如輻射或壓力(通過接觸等)的光和電磁波的物理量變化具有靈敏度。
例如，在視頻設(shè)備領(lǐng)域中采用了固態(tài)成像裝置。固態(tài)成像裝置利用電荷耦合器件(CCD)類型或者金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)或者互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)類型的成像裝置，其檢測光(一種典型的電磁波)的變化，其中光是物理量的一個示例。
在計算機設(shè)備領(lǐng)域采用了指紋鑒別儀器等。指紋鑒別儀器以基于壓力的電特性變化或者光學(xué)特性變化為基礎(chǔ)檢測指紋的圖像。指紋鑒別儀器等以電信號讀出由單元組件(固態(tài)成像裝置中的像素)轉(zhuǎn)換成電信號的物理量分布。
在這些固態(tài)成像裝置中，存在放大型(amplification-type)固態(tài)成像裝置。該放大型固態(tài)成像裝置包括放大型固態(tài)成像裝置(有效像素傳感器(APS)；也被稱為增益單元或者像素內(nèi)放大器(intra-pixel amplifier))結(jié)構(gòu)的像素，該結(jié)構(gòu)在像素信號發(fā)生器中具有用于放大的驅(qū)動晶體管，該像素信號發(fā)生器產(chǎn)生與由電荷發(fā)生器產(chǎn)生的信號電荷相應(yīng)的像素信號。例如，許多CMOS固態(tài)成像裝置采用了這種結(jié)構(gòu)(參考，例如Kazuya Yonemoto asics and Applicationof CCD/CMOS Image Sensor？CQ Publishing Co.，Ltd.，August 10，2003，F(xiàn)irstedition，Chapter 6 and 7(非專利文獻1)。
在這種放大型固態(tài)成像裝置中，為了向外部讀出像素信號，對于成像區(qū)域采用了尋址控制，在所述成像區(qū)域中排列了多個單元像素，并且以預(yù)定順序的尋址方式或者任意方式選擇并讀出來自各個單元像素的信號。換句話說，放大型固態(tài)成像裝置是尋址控制型固態(tài)成像裝置的一個示例。
在尋址控制型的固態(tài)成像裝置中，MOS晶體管應(yīng)用在例如選擇像素的開關(guān)元件和讀取信號電荷的開關(guān)元件中。MOS晶體管還應(yīng)用在水平掃描電路和垂直掃描電路中。尋址控制類固態(tài)成像裝置的優(yōu)勢在于能夠連續(xù)地生產(chǎn)開關(guān)元件和成像區(qū)域。
例如，在MOS固態(tài)成像裝置中，各個單元像素擁有MOS晶體管。MOS固態(tài)成像裝置將通過光電轉(zhuǎn)換累積在像素中的信號電荷讀取到信號發(fā)生器，把信號電荷轉(zhuǎn)換成電流信號或者電壓信號，并輸出電流信號或電壓信號。
例如，在放大型固態(tài)成像裝置中，利用MOS結(jié)構(gòu)等有源裝置(MOS晶體管)構(gòu)成像素，用來為像素提供放大功能，該放大型固態(tài)成像裝置是X-Y尋址類型(X-Y address-type)固態(tài)成像裝置，其中單元像素以矩陣形狀排列。換句話說，累計在充當(dāng)光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管中的信號電荷(光電子和空穴)由像素信號發(fā)生器的有源裝置進行放大，并作為圖像信息讀取。
在X-Y尋址類型固態(tài)成像裝置中，例如，成像區(qū)域包括排列成二維像素形狀的大量像素晶體管。相應(yīng)于入射光的信號電荷的累積開始于每行(排)或者每個像素。基于累積的信號電荷的電流信號或電壓信號根據(jù)地址指定按照順序從各個像素中讀出。在MOS(包括CMOS)固態(tài)成像裝置中，通常采用一種用于同時訪問一行中的像素并以列為單位從成像區(qū)域中讀取像素信號的系統(tǒng)(下文中還稱為行讀出系統(tǒng)或列讀出系統(tǒng))作為尋址控制的示例。
圖14是列讀出系統(tǒng)的固態(tài)成像裝置1的示意圖。該固態(tài)成像裝置1包括驅(qū)動控制單元7，該驅(qū)動控制單元具有圍繞像素陣列結(jié)構(gòu)的成像區(qū)域10的水平掃描單元12和垂直掃描單元14，成像區(qū)域中多個單元像素3排列成行和列。驅(qū)動控制單元7除了包括水平掃描單元12和垂直掃描單元14外，還包括鎖相環(huán)(PLL)結(jié)構(gòu)的定時控制單元11，其從外部接收主時鐘CLK0，產(chǎn)生各種內(nèi)部時鐘，并控制水平掃描單元12和垂直掃描單元14等。驅(qū)動控制單元7還包括用作信號處理器的列處理器20，用于處理從成像區(qū)域10輸出的信號；具有選擇開關(guān)(SW)60a的水平選擇開關(guān)元件60；水平信號線86；以及輸出單元88。
例如，在成像區(qū)域10，1280個單元像素3以水平方向(H)排列，960個單元像素3以垂直方向(V)排列。各個單元像素3連接到由垂直掃描單元14控制的行控制線15以及將像素信號傳送到列處理器20的垂直信號線18。
列處理器20包括列信號處理器22，列信號處理器22包括噪聲去除單元22a，其具有未示出的累積電容，并采用相關(guān)雙采樣(Correlated DoubleSampling)(CDS)處理；和單元(采樣和保持(S/H)單元)22b，其對信號進行采樣和保持(S/H)。
采用這種結(jié)構(gòu)，在用來處理一行的一個H周期(例如，63.3μs)中，從成像區(qū)域10讀取像素信號的周期是大約8.5μs，并且用于由水平選擇開關(guān)單元60進行的水平傳送的周期是大約54.8μs的剩余周期(remaing period)。
從成像區(qū)域讀出的模擬像素信號在必要時由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(AD轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)。例如在圖14的結(jié)構(gòu)中，AD轉(zhuǎn)換器(ADC)被安裝在輸出單元88中。
通常，像素信號以信號分量被加到復(fù)位分量的形式輸出，。因此，有必要通過計算相應(yīng)于復(fù)位分量的信號電壓與相應(yīng)于信號分量的信號電壓之間的差，提取出真實有效的信號分量。
這同樣應(yīng)用于當(dāng)模擬像素信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)時。最后，有必要將相應(yīng)于復(fù)位分量的信號電壓和相應(yīng)于信號分量的信號電壓的差信號分量轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)。因此，提出了各種用于AD轉(zhuǎn)換的機制(參考，例如，非專利文獻1；W.Yang等人，n Integrated 800×600CMOS Image System？ISSCC Digest ofTechinal Papers，pp.304-305，F(xiàn)eb.1999(非專利文獻2)；Toshifumi Imamura，Yoshiko Yamamoto，？.Study of High-speed/function CMOS Image Sensor？[online]，[2004年3月15日檢索]，InternetURLhttp//www.sankaken.gr.jp/project/iwataPJ/report/h12/h12index.html(非專利文獻3)；ToshifumiImamura Yoshiko Yamamoto，Naoya Hasegawa，？.Study of High-speed/functionCMOS Image Sensor？[online]，[2004年3月15日檢索]，URLhttp//www.sankaken.gr.jp/project/iwataPJ/report/h14/h14index.html(非專利文獻4)；和Oh-Bong Kwon等人，Novel Double Slope Analog-to-DigitalConverter for a High-Quality 640×480CMOS Imaging System？VL3-03 1999IEEE p335 to 338)(非專利文獻5))。
例如，非專利文獻1到5公開了這樣一種機制，即，用來對于每行順序地將排列成矩陣形狀的像素的信號輸出讀取到垂直數(shù)據(jù)線，然后利用為每條垂直數(shù)據(jù)線提供的AD轉(zhuǎn)換器將信號輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)。這種AD系統(tǒng)在下文中也被稱為列ADC系統(tǒng)。
在非專利文獻1到5中公開的AD轉(zhuǎn)換(列ADC系統(tǒng))機制中，為了更詳細的解釋，比較來自于成像區(qū)域的像素信號和斜坡波形電壓(參考信號RAMP)、以固定斜率變化的電壓值，并且通過計數(shù)器時鐘計數(shù)用于比較處理的時間。具體地，計數(shù)基本上與比較同時開始，并且輸出表示當(dāng)比較器輸出反轉(zhuǎn)時的斜波波形電壓的計數(shù)器的值(數(shù)字數(shù)據(jù))，其中各個垂直列的像素信號被轉(zhuǎn)換成對于每個垂直列的數(shù)字像素數(shù)據(jù)。
圖15是列ADC系統(tǒng)的固態(tài)成像裝置1的示意圖。固態(tài)成像裝置1包括提供在成像區(qū)域10外的驅(qū)動控制單元7、具有計數(shù)處理器(CNT)23和為每個垂直列配置的列AD電路24的列處理器20、包括數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)的參考信號發(fā)生器26、以及輸出單元88，該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器將用于AD轉(zhuǎn)換的參考電壓提供給列處理器20的列AD電路24，該輸出單元具有采用數(shù)字信號處理的讀出放大器的功能。
列AD電路24包括電壓比較器242，其比較由參考信號發(fā)生器26產(chǎn)生的參考電壓RAMP和從單元像素3通過對于每個行控制線15(V1，V2，...)的垂直數(shù)據(jù)線18(H1，H2...)獲得的模擬像素信號；和數(shù)據(jù)存儲單元244，包括用作存儲裝置的兩組n鎖存器(觸發(fā)器)，存儲裝置為每個位數(shù)據(jù)保存由計數(shù)時間獲得的結(jié)果直到電壓比較器242利用計數(shù)處理器23完成比較處理。列AD電路24具有n位AD轉(zhuǎn)換功能。由于列AD電路24具有兩組n鎖存器，所以可能彼此分開保存相應(yīng)于復(fù)位分量的數(shù)據(jù)和相應(yīng)于信號分量的數(shù)據(jù)。
由參考信號發(fā)生器26產(chǎn)生的步進式參考電壓RAMP通常被輸入到一個電壓比較器242的一個輸入端和其他電壓比較器242的一個輸入端。分別相應(yīng)于電壓比較器242的垂直列的垂直數(shù)據(jù)線18連接到電壓比較器242的其他輸入端。來自成像區(qū)域10的像素信號電壓分別輸入到電壓比較器242。電壓比較器242的輸出信號被提供給數(shù)據(jù)存儲單元244。
計數(shù)處理器23以相應(yīng)于主時鐘CLK0的計數(shù)器時鐘CK0為基礎(chǔ)執(zhí)行計數(shù)處理(例如兩個時鐘的時鐘頻率是相等的)，并且通常將計數(shù)輸出CK1、CK2、...、CKn同用于同步的計數(shù)器時鐘CK0一起提供給列處理器20的各個列AD電路24。
換句話說，對于來自計數(shù)處理器23的各個計數(shù)輸出CK1、CK2、...、CKn的引線，被引入到為每個垂直列配置的數(shù)據(jù)存儲單元244的各個鎖存器中。因此，各個垂直列的列AD電路24通常采用一個計數(shù)處理器23。
各個列AD電路24的輸出側(cè)連接到水平數(shù)據(jù)線86。水平數(shù)據(jù)線86具有寬度為2n位的數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)被提供給2n讀出放大器，該放大器相應(yīng)于未示出的在輸出單元88中的各個輸出線。輸出單元88中提供了未示出的減法電路。輸出單元88通過計算相應(yīng)于復(fù)位分量的數(shù)據(jù)和相應(yīng)于信號分量的數(shù)據(jù)之間的差來提取真實有效的信號數(shù)據(jù)。
根據(jù)這種列ADC系統(tǒng)，由于AD轉(zhuǎn)換在各個列(垂直列)中執(zhí)行，因此列ADC系統(tǒng)對讀取和AD轉(zhuǎn)換處理速度的增加是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
然而，如上所述，過去的物理量分布檢測半導(dǎo)體系統(tǒng)通過光電轉(zhuǎn)換將累積在像素中的信號電荷讀取到像素信號發(fā)生器，并將信號電荷轉(zhuǎn)換成電流信號或電壓信號，并輸出電流信號或電壓信號。
這意味著電壓幅值或電流幅值根據(jù)信號電荷的量被設(shè)定為高電平或低電平，并且單元信號的量根據(jù)電平的差被分配來傳輸信息。因此，輸出信號容易受到基底偏置效應(yīng)和引線長度的影響，并且在噪聲阻抗特性上很差(第一個問題)。
在AD轉(zhuǎn)換中，因為AD轉(zhuǎn)換執(zhí)行在信號電荷轉(zhuǎn)換成電流信號或電壓信號之后，因此基底偏置效應(yīng)和引線長度的影響出現(xiàn)在AD轉(zhuǎn)換結(jié)果中。因此，第一個問題也會出現(xiàn)。
此外，在列ADC系統(tǒng)中，當(dāng)試圖把列ADC系統(tǒng)應(yīng)用到大規(guī)模(20百萬像素)和高速(500fps)CMOS成像傳感器中時，就會出現(xiàn)下述問題。
例如，當(dāng)斜坡數(shù)據(jù)線的長度增加時，阻抗，引線電容，以及相連的門電路總的電容就會增加。阻抗，引線電容以及門電路總電容的值根據(jù)在CMOS成像傳感器芯片中的位置而改變。這些值隨著斜坡數(shù)據(jù)線的增長而更受影響。因此，斜坡數(shù)據(jù)線的電壓(參考信號RAMP)根據(jù)在CMOS成像傳感器芯片中的位置而改變。因此，很難準確地校正各個像素的感色敏感度，并且感色敏感度作為圖像遮蔽(shading)出現(xiàn)(第二個問題)。
當(dāng)試圖啟動具有大芯片尺寸和高轉(zhuǎn)換速度的CMOS成像傳感器時，這個問題更明顯。換句話說，當(dāng)傳感器的芯片尺寸增加并且需要高的轉(zhuǎn)換速度時，很難準確和快速地傳輸用于AD轉(zhuǎn)換處理的參考信號到所有的比較器。這就使得很難執(zhí)行正確的敏感度校正(在彩色圖像的情況下，感色敏感度校正)。
當(dāng)像素的數(shù)量增加時，利用參考信號的AD轉(zhuǎn)換可能需要一處理周期。圖15中示出了過去的列ADC系統(tǒng)的構(gòu)造，其很難進行高速AD轉(zhuǎn)換。為了降低AD轉(zhuǎn)換處理時間，可能想到增加計數(shù)器時鐘CK0的頻率。然而，必須將用于同步的計數(shù)器時鐘CK0和來自于計數(shù)處理器23的各個計數(shù)輸出CK1，CK2，...，CKn引入到為每個垂直列配置的數(shù)據(jù)存儲單元244的各個鎖存器中。噪聲和能量損耗由于引線而增加(第三個問題)。
希望提供一種新的機構(gòu)，其能夠解決第一到第三個問題中的至少一個。
根據(jù)本發(fā)明實施例的物理量信息獲取方法是一種基于變化信息獲取用于預(yù)定目的的物理信息的物理信息獲取方法，所述變化信息是在對于物理量的預(yù)定檢測條件下利用用于物理量分布檢測的部分而獲取到的。所述用于物理量分布檢測的部分包括用于檢測與檢測器上的入射產(chǎn)生的物理量的變化相應(yīng)的變化信息的檢測器、和用于基于以預(yù)定順序布置的檢測器檢測到的變化信息輸出單元信號的單元組件。在物理信息獲取方法中，基于檢測器檢測到的變化信息將載波信號轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的信號。利用與頻率相關(guān)的信號來獲取用于預(yù)定目的的物理信息。
根據(jù)本發(fā)明實施例的物理量信息獲取裝置是一種適于執(zhí)行物理信息獲取方法的裝置。該物理信息獲取裝置包括信號轉(zhuǎn)換器，用于基于檢測器檢測到的變化信息將載波信號轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的信號。物理信息獲取裝置利用信號轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的與頻率相關(guān)的信號獲取用于預(yù)定目的物理信息。
根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的物理量分布檢測器是一種裝置，其用來實現(xiàn)物理信息獲取方法和物理信息獲取裝置。該物理量分布檢測器在單元組件以預(yù)定順序配置的檢測區(qū)域上包括信號轉(zhuǎn)換器，其以檢測器檢測到的變化信息為基礎(chǔ)將載波信號轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的信號，以及AD轉(zhuǎn)換處理器，其用設(shè)置為處理對象信號(processing object signal)的檢測器檢測到的變化信息，利用信號轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的與頻率相關(guān)的信號將處理對象信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
在本發(fā)明的其他實施例中，提供了物理信息獲取方法、物理信息獲取裝置以及物理量分布檢測器的進一步有利的具體實例。
例如，也可能還包括AD轉(zhuǎn)換處理器，其用設(shè)置為處理對象信號的檢測器檢測到的變化信息，利用信號轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的與頻率相關(guān)的信號將處理對象信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
信號轉(zhuǎn)換器和AD轉(zhuǎn)換處理器可能被提供在檢測區(qū)域的外部，檢測區(qū)域中單元組件以預(yù)定順序布置。然而，還可能在檢測區(qū)域提供信號轉(zhuǎn)換器和AD轉(zhuǎn)換處理器。在后一種情況中，所希望的是信號轉(zhuǎn)換器和AD轉(zhuǎn)換處理器占用的區(qū)域不會影響檢測器中對于物理信息的檢測處理。
在這種情況下，當(dāng)在檢測區(qū)域上僅提供了信號轉(zhuǎn)換器時，作為減少信號轉(zhuǎn)換器數(shù)量和AD轉(zhuǎn)換處理器數(shù)量的方式，可取的是提供選擇開關(guān)單元，其將一個信號轉(zhuǎn)換器分配給多個單元組件或者將一個輸出端分配給多個信號轉(zhuǎn)換器。
當(dāng)在檢測區(qū)域上同時提供信號轉(zhuǎn)換器和AD轉(zhuǎn)換處理器時，可取的是提供選擇開關(guān)單元，其將一個輸出端子分配給多個信號轉(zhuǎn)換器和/或AD轉(zhuǎn)換處理器。在沒有說明的情況下選擇開關(guān)單元也提供在檢測區(qū)域上。
當(dāng)信號轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換處理器和選擇開關(guān)單元提供在檢測區(qū)域上時，優(yōu)選的是物理量分布檢測器是背光(back-illuminated)型檢測器。該背光型意味著檢測器具有半導(dǎo)體元件層，其中信號轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換處理器和選擇開關(guān)單元形成在元件層的形成有檢測器的一個表面?zhèn)?，物理量從元件層的另一個表面?zhèn)缺灰氲綑z測器上。
所有的信號轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換處理器，以及選擇開關(guān)單元沒有必要都提供在同一半導(dǎo)體元件層中。至少信號轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換處理器，以及選擇開關(guān)單元僅必須被形成在另一表面?zhèn)鹊南鄬?cè)上的任意數(shù)量的半導(dǎo)體元件層中。例如，信號轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換處理器，以及選擇開關(guān)單元可以分別提供在不同的半導(dǎo)體元件層中。
信號轉(zhuǎn)換器僅必須具有一種功能，該功能以檢測器檢測的變化信息為基礎(chǔ)將載波信號轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的調(diào)制信號?？梢蕴峁╊l率調(diào)制器，其根據(jù)充當(dāng)調(diào)制信號的變化信息調(diào)制載波信號的頻率分量本身，或者可以提供相位調(diào)制器，其根據(jù)充當(dāng)調(diào)制信號的變化信息調(diào)制載波信號的相位分量。
可取的是AD轉(zhuǎn)換處理器將處理對象信號，其是檢測器檢測到的變化信息，轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)，這是通過將預(yù)定計數(shù)對象脈沖的寬度根據(jù)從信號轉(zhuǎn)換器輸出的信號進行計數(shù)處理。在這種情況下，可取的是采納用于降低頻率的機構(gòu)，從而減少由計數(shù)器時鐘引線和待測量門信號引線引起的諸如噪聲和功率損耗等問題。
例如，當(dāng)頻率調(diào)制器被提供作為信號轉(zhuǎn)換器時，參考信號的脈沖寬度僅必須根據(jù)頻率調(diào)制器的輸出信號進行計數(shù)。降低用作門信號的參考信號的頻率是有可能，其中門信號用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)處理，通過利用作計數(shù)器時鐘的從信號轉(zhuǎn)換器輸出的信號對參考信號的脈沖寬度進行脈沖計數(shù)?？蛇x擇的，還有可能劃分頻率調(diào)制器的輸出信號，以及利用作為門信號的輸出信號來降低門信號的頻率，并根據(jù)參考信號計數(shù)其脈沖寬度。
當(dāng)相位轉(zhuǎn)換器被用作信號轉(zhuǎn)換器時，提供一鑒相器是足夠的，其以預(yù)定頻率的參考信號和從相位調(diào)制器輸出的信號為基礎(chǔ)提取相位信息，以及根據(jù)預(yù)定頻率的參考信號或者從相位調(diào)制器輸出的信號對表示從鑒相器輸出的相位信息的數(shù)對象脈沖的寬度進行計數(shù)。
在這種情況下，可取的是采用一種機構(gòu)來降低表示相位信息的計數(shù)對象脈沖的頻率。這意味著降低了計數(shù)對象脈沖的頻率，該計數(shù)對象脈沖用作在AD轉(zhuǎn)換計數(shù)處理中使用的門信號。
當(dāng)參考分量和包括參考分量和信號分量的模擬處理對象信號的差信號分量作為AD轉(zhuǎn)換處理器的結(jié)構(gòu)時，所希望的是包括一計數(shù)處理器，其以向下計數(shù)模式和向上計數(shù)模式之一執(zhí)行計數(shù)處理，并且在處理完成時保持計數(shù)值。在這種情況下，根據(jù)處理是應(yīng)用到參考分量還是信號分量來轉(zhuǎn)換計數(shù)處理的模式是可取的。
當(dāng)計數(shù)處理的模式轉(zhuǎn)換處理時，首先，第一處理時，向下計數(shù)模式和向上計數(shù)模式中一種的計數(shù)處理被應(yīng)用到一信號，該信號相應(yīng)于參考分量和在從諸如像素的相同單元元件輸出的一個處理對象信號中具有不同物理特性的信號分量中的一個。處理完成時的計數(shù)值得到保持。
第二處理時，向下計數(shù)模式和向上計數(shù)模式中另一種的計數(shù)處理被應(yīng)用到參考分量和信號分量中的另一個。計數(shù)值在比較處理完成時得到保持。
因此，在第二處理后保持的計數(shù)值是第一處理中的計數(shù)值和第二處理中的計數(shù)值之間的差。換句話說，相應(yīng)于參考分量和信號分量之間差的數(shù)字值通過轉(zhuǎn)換計數(shù)模式執(zhí)行兩次計數(shù)處理而獲得，并作為第二計數(shù)處理的計數(shù)值。
進行第二處理中的計數(shù)處理的信號分量僅必須表示處理對象信號中至少一個真實信號分量。該信號分量不是僅意味著真實信號分量，并且實際上可能包括噪聲分量，復(fù)位分量以及包括在處理對象信號中的類似分量。
參考分量和信號分量是相關(guān)的分量。參考分量和信號分量的差別信號分量僅必須是在從諸如像素的相同單元元件輸出的一個處理對象信號中具有不同物理特性的兩個信號分量之間的差別分量。
在將計數(shù)處理應(yīng)用到參考分量和信號分量中時，可取的是通過利用從作為計數(shù)器時鐘的信號轉(zhuǎn)換器中輸出的信號對預(yù)定計數(shù)對象脈沖的寬度進行脈沖計數(shù)來獲得相應(yīng)于參考分量和信號分量的各個幅值的計數(shù)值。降低AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)處理中使用的門信號的頻率是可能的。
在以向下計數(shù)模式和向上計數(shù)模式執(zhí)行計數(shù)處理時，可取的是在利用通用上下計數(shù)器(up-down counter)時轉(zhuǎn)換處理模式。這就會減小用作計數(shù)處理的計數(shù)器電路的大小。此外，在轉(zhuǎn)換兩個模式時通過執(zhí)行計數(shù)處理直接執(zhí)行對于參考分量和信號分量的減法處理。這就不再需要專用的減法器，來計算參考分量和信號分量之間的差。
可取的是在第二處理中從第一處理中保持的計數(shù)值開始計數(shù)處理。從而，在第二處理后保持的計數(shù)值是參考分量和數(shù)字分量之間差本身的數(shù)字值。
如果施加到參考分量的計數(shù)處理作為第一處理和施加到信號分量的計數(shù)處理被作為第二處理，第二處理后保持的計數(shù)值是通過從對于信號分量的計數(shù)值中減去對于參考分量的計數(shù)值來獲得。
當(dāng)諸如像素的單元組件的處理對象信號是其中信號分量按時間序列出現(xiàn)在參考分量之后的信號時，第二處理是對通過將信號分量加到參考分量上得到的信號的處理。第二處理后保持的計數(shù)值表示單元組件的信號分量。
如果對于參考分量的處理以向下計數(shù)模式執(zhí)行并且對于信號分量的處理以向上計數(shù)模式執(zhí)行，當(dāng)獲得執(zhí)行兩次處理后保持的計數(shù)值時，通過從對于信號分量的計數(shù)值中減去對于參考分量的計數(shù)值來獲得的數(shù)字值是一正值。
當(dāng)上述兩種類型處理組合時，如果向下計數(shù)處理作為第一處理對參考分量執(zhí)行并且向上計數(shù)處理作為第二處理對信號分量執(zhí)行，作為第二處理后保持的計數(shù)值，通過從對于信號分量的計數(shù)值中減去對于參考分量的計數(shù)值來獲得的數(shù)字值是一正值。當(dāng)單元組件的處理對象信號是其中信號分量按時間序列出現(xiàn)在參考分量之后的信號時，表示單元組件有效信號分量的數(shù)字信號被方便地作為正值獲得。
可取的是在另一個數(shù)據(jù)存儲單元中保持在第二處理中保持的有關(guān)最后處理對象信號的計數(shù)值，并且，當(dāng)?shù)谝惶幚砗偷诙幚肀粦?yīng)用到當(dāng)前處理對象信號時，與第一處理和第二處理并行執(zhí)行從數(shù)據(jù)存儲單元讀取計數(shù)值的處理。簡而言之，通過流水線處理執(zhí)行利用計數(shù)處理的AD轉(zhuǎn)換處理和將AD轉(zhuǎn)換結(jié)果讀取到外部的讀出處理，縮短了整體處理時間。當(dāng)并行執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換處理和讀出處理的流水線操作被執(zhí)行時，保持進行AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)的存儲器裝置僅必須提供給每個AD轉(zhuǎn)換器的一個系統(tǒng)。盡可能的抑制電路面積的增加是可能的。
可能利用AD轉(zhuǎn)換處理在一個用于物理量分布檢測的半導(dǎo)體裝置中，該裝置在單元組件中包括電荷發(fā)生器，產(chǎn)生相應(yīng)于入射到檢測器上的電磁波的電荷，以及一單元信號發(fā)生器，產(chǎn)生相應(yīng)于電荷發(fā)生器產(chǎn)生的電荷的單元信號，并且具有以矩陣形狀排列的單元組件，用來執(zhí)行將單元信號發(fā)生器產(chǎn)生并在列方向輸出的模擬單元信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號作為處理對象信號。
當(dāng)單元組件按這種方式以二維矩陣形狀排列時，執(zhí)行(垂直)以行為單位(與列平行)的掃描讀取來訪問和獲取單元信號發(fā)生器產(chǎn)生并在列方向上輸出的模擬信號，并以行為單位對各個單元組件執(zhí)行第一處理和第二處理，從而能夠增加單元信號讀取和AD轉(zhuǎn)換的速度。
當(dāng)單元組件按照二維矩陣形狀排列時，如果信號轉(zhuǎn)換器和AD轉(zhuǎn)換處理器在檢測區(qū)域外部提供，在一行方向上提供多個信號轉(zhuǎn)換器和多個AD轉(zhuǎn)換處理器是可取的，該行方向是單元組件的列的排列方向。
可取的是信號轉(zhuǎn)換器以行為單位獲取由單元信號發(fā)生器產(chǎn)生并以列方向輸出的模擬單元信號，并且AD轉(zhuǎn)換處理器將由各個AD轉(zhuǎn)換處理器實現(xiàn)的處理以行為單位應(yīng)用到各個單元組件。單元信號發(fā)生器具有用于放大的半導(dǎo)體元件是可取的。
如果電荷發(fā)生器具有光電轉(zhuǎn)換元件，其接收以電磁波輻射的光并產(chǎn)生相應(yīng)于接收到的光的電荷，將半導(dǎo)體裝置構(gòu)造成固態(tài)成像裝置是可能的。


在下述附圖中圖1A和1B是CMOS固態(tài)成像裝置的示意圖，其是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的物理信息獲取裝置的一種形式；圖2A到2C是對提供在列信號處理器22中的信號轉(zhuǎn)換器100和AD轉(zhuǎn)換器120進行解釋的圖；
圖3是對圖1A中示出的第一實施例的第一個實例中固態(tài)成像裝置的列信號處理器(具體地，信號轉(zhuǎn)換器和AD轉(zhuǎn)換器)的操作進行解釋的時序圖；圖4是對圖1A中示出的第一實施例的第二個實例中固態(tài)成像裝置的列信號處理器(具體地，信號轉(zhuǎn)換器和AD轉(zhuǎn)換器)的操作進行解釋的時序圖；圖5是CMOS固態(tài)成像裝置的圖，其是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的物理信息獲取裝置的一種形式；圖6是對圖5中示出的第二實施例中固態(tài)成像裝置的列信號處理器(具體地，信號轉(zhuǎn)換器和AD轉(zhuǎn)換器)的操作進行解釋的時序圖；圖7A和7B是解釋CMOS固態(tài)成像裝置的圖，其是本發(fā)明的第三實施例的第一實例中物理信息獲取裝置的一種形式；圖8A和8B是解釋CMOS固態(tài)成像裝置的圖，其是本發(fā)明的第三實施例的第一實例中物理信息獲取裝置的一種形式；圖9A和9B是解釋CMOS固態(tài)成像裝置的圖，其是本發(fā)明的第三實施例的第二實例中物理信息獲取裝置的一種形式；圖10是解釋CMOS固態(tài)成像裝置的圖，其是本發(fā)明的第四實施例的第一實例中物理信息獲取裝置的一種形式；圖11A和11B是解釋CMOS固態(tài)成像裝置的圖，其是本發(fā)明的第四實施例的第二實例中物理信息獲取裝置的一種形式；圖12A和12B是解釋CMOS固態(tài)成像裝置的圖，其是根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的物理信息獲取裝置的一種形式；圖13A和13B是適用于實現(xiàn)第三到第五實施例的、背光(back-illuminated)類型結(jié)構(gòu)的成像區(qū)域10的一個實例以及外圍電路單元的截面圖；圖14是列讀出系統(tǒng)的固態(tài)成像裝置的示意圖；和圖15是列ADC系統(tǒng)的固態(tài)成像裝置的示意圖。
具體實施例方式
以下將參考附圖對發(fā)明實施例進行詳細描述。在下面解釋的實例中，采用了CMOS成像裝置作為裝置，該CMOS成像裝置是X-Y尋址類型的固態(tài)成像裝置的一個實例。
然而，這里僅是下述本發(fā)明實施例應(yīng)用的實例和裝置，其并不僅限于MOS成像裝置。這些實施例可以施加到用于物理量分布檢測的所有半導(dǎo)體裝置，其具有多個單元組件，布置成線形或者矩陣形狀，并對諸如輻射等從外部輸入的光和電磁波具有敏感度。
成像設(shè)備的原理結(jié)構(gòu)；第一實施例圖1A和1B是CMOS固態(tài)成像裝置的示意圖，其是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的物理信息獲取裝置的一種形式。該實施例中的固態(tài)成像裝置1用在攝影設(shè)備中，例如，攝影部件產(chǎn)品、電子靜止照相機或者能夠獲得彩色圖像的工廠自動化(FA)照相機。固態(tài)成像裝置1是物理量分布檢測器的一個實例。
該固態(tài)成像裝置1具有成像區(qū)域，其中單元像素配置成行和列的方形點陣形狀(也就是，二維矩陣形狀)，其包括用作未示出的檢測器的光接收元件，輸出相應(yīng)于入射光量的信號。固態(tài)成像裝置1是列類型固態(tài)成像裝置，其中來自于各個單元像素的信號輸出是電壓信號，并且為每個垂直列提供了相關(guān)雙采樣(CDS)處理功能單元和其它功能單元。
第一實施例的構(gòu)成具有的特征在于在列處理器20中提供了功能單元，其以反應(yīng)光量的信號電荷為基礎(chǔ)將載波信號轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的信號，其是本發(fā)明實施例的一個特征部件。固態(tài)成像裝置1將在下面詳細解釋。
如圖1A所示，第一實施例中的固態(tài)成像裝置1包括成像區(qū)域(像素單元)10，也就是，區(qū)域傳感器單元，其中大量的單元像素3(單元組件的一個實例)按行和列(以二維形狀)配置；提供在成像區(qū)域10外側(cè)的驅(qū)動控制單元7；包括列信號處理器(圖中以各個垂直列配置的列電路22)的列處理器20；以及水平選擇開關(guān)單元60。盡管未在圖中示出，外部電路提供在電路板上，與具有成像區(qū)域10的半導(dǎo)體區(qū)分離。
讀出電流源單元27提供在成像區(qū)域10和列處理器20之間的信號通道(垂直數(shù)據(jù)線18)上。在讀出電流源單元27中，配置了未示出的負載晶體管單元，其包括負載MOS晶體管，其漏極端子連接到具有信號讀出線和讀出電流源線功能的各條垂直數(shù)據(jù)線18。提供了控制驅(qū)動各個負載MOS晶體管的負載控制單元(負載MOS控制器)。在這種情況下，每次為了例如降低電流的消耗量和消除寄生電容上累積的電荷的影響的目的轉(zhuǎn)換到讀出行時，控制垂直數(shù)據(jù)線18的電流源的開和關(guān)。
驅(qū)動控制單元7包括例如水平掃描單元12和垂直掃描單元14。作為驅(qū)動控制單元7的其它組件，提供了驅(qū)動信號操作單元(讀出尋址控制裝置的一個例子)16。驅(qū)動信號操作單元將預(yù)定定時的控制脈沖提供給固態(tài)成像裝置1的各個功能單元，諸如水平掃描單元12、垂直掃描單元14、以及列處理器20。
利用與半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)相同的技術(shù)將驅(qū)動控制單元7的各個組件形成在諸如與成像區(qū)域10結(jié)合的單晶硅的半導(dǎo)體區(qū)上。這些組件構(gòu)成固態(tài)成像裝置，其是半導(dǎo)體系統(tǒng)的一個實例。
在圖1A中，為了簡化顯示未示出部分行和列。然而，實際上，在成像區(qū)域10的各個行和各個列中配置了數(shù)十到數(shù)千個單元像素3。盡管未在圖中示出，色分離過濾器和具有預(yù)定顏色編碼的單片(on-chip)透鏡形成在各個像素中。此外，盡管未在圖中示出，成像區(qū)域10的各個單元像素3由諸如光電二極管或者光門(photogate)的光電轉(zhuǎn)換元件和晶體管電路構(gòu)成。
單元像素3分別通過用于垂直列選擇的垂直控制線15和用作傳輸線的垂直數(shù)據(jù)線18與垂直掃描單元14和列處理器20相連。垂直數(shù)據(jù)線18傳送像素信號S0(S0_1到S0_h；1到h是一行中像素的數(shù)量)，該像素信號是在由多個檢測器檢測到并由具有放大元件的單元信號發(fā)生器放大后從單元像素3中輸出的。
水平掃描單元12和垂直掃描單元14響應(yīng)于從驅(qū)動信號操作單元16給出的驅(qū)動脈沖開始移位操作(掃描)。用于驅(qū)動單元像素3的各種脈沖信號包括在垂直控制線15中。
水平掃描單元12包括水平尋址設(shè)定單元12x，其在水平方向(水平方向上的地址)上定義了讀出列(選擇在列處理器20中的各個列信號處理器22)；以及水平驅(qū)動器12y，其根據(jù)由水平尋址設(shè)定單元12x定義的讀出地址將列處理器20的各個信號通向水平數(shù)據(jù)線86。
盡管未在圖中示出，水平尋址設(shè)定單元12x包括移位寄存器或者解碼器。水平尋址設(shè)定單元12x具有作為選擇裝置的功能，其以預(yù)定順序選擇來自列信號處理器22的像素信息，并將選擇的像素信息輸出到水平數(shù)據(jù)線86。
垂直掃描單元14包括垂直尋址設(shè)定單元14x，其在垂直方向上定義讀出行(垂直方向上的地址)，并且在水平方向上定義讀出列(水平方向上的地址)(選擇成像區(qū)域10的行)；以及垂直驅(qū)動器14y，其在由垂直尋址設(shè)定單元14x定義的水平行方向上將脈沖提供給行控制線15用于讀出地址上的單元像素3，并且驅(qū)動單元像素3。
盡管未在圖中示出，垂直尋址設(shè)定單元14x還包括執(zhí)行行電子快門(shutter)控制的快門移位寄存器，而非執(zhí)行行讀出信號基本控制的垂直移位寄存器或解碼器。
垂直移位寄存器是一種用來以行為單元選擇各個單元像素3來讀出來自于成像區(qū)域10的像素信息的移位寄存器。垂直移位寄存器與各個行的垂直驅(qū)動器14y一同構(gòu)成了信號輸出行選擇單元。快門移位寄存器是一種用來以行為單元選擇各個像素來執(zhí)行電子快門操作的寄存器?？扉T移位寄存器與各個行的垂直驅(qū)動器14y一起構(gòu)成了電子快門行選擇單元。
盡管未在圖中示出，驅(qū)動信號操作單元16包括定時脈沖信號發(fā)生器TG(讀出尋址控制裝置的一個實例)的功能塊，其提供操作各個單元所必需的預(yù)定定時的時鐘和脈沖信號；以及通訊接口的功能塊，其經(jīng)由端子1a接收輸入時鐘CLK0和指示操作模式等的數(shù)據(jù)，并經(jīng)由端子1b輸出包括固態(tài)成像裝置1的信息的數(shù)據(jù)DATA。驅(qū)動信號操作單元16輸出水平尋址信號到水平尋址設(shè)定單元12x，并輸出垂直尋址信號到垂直尋址設(shè)定單元14x。尋址設(shè)定單元12x和14x接收地址信號，并選擇相應(yīng)于地址信號的行或列。
驅(qū)動信號操作單元16可能被提供為分離的半導(dǎo)體集成電路，獨立于諸如成像區(qū)域10和水平掃描單元12的其它功能元件。在這種情況下，作為半導(dǎo)體系統(tǒng)的一個實例的成像裝置由包括成像區(qū)域10、水平掃描單元12和驅(qū)動信號操作單元16的成像裝置建立。該成像裝置可以被提供為一種成像模塊，其具有信號處理電路、電源電路、和類似的周邊電路。
列處理器20包括各個垂直列的列信號處理器22。作為對一行中像素信號的響應(yīng)，各個列信號處理器22處理相應(yīng)列的圖像信號S0(S0_1到S0_h；1到h是一行中的像素的數(shù)量)，并輸出處理過的像素信號S1(S1_1到S1_h；1到h是一行中的像素的數(shù)量)例如，盡管未在圖中示出，列信號處理器22包括具有存儲電容器的存儲單元。列信號處理器22可能具有線存儲結(jié)構(gòu)的信號保持功能，用來基于經(jīng)由垂直數(shù)據(jù)線18從單元像素3讀取的像素信號(單元信號)S0為了預(yù)定目的存儲表示物理信息的電位信號Vm。此外，列信號處理器22可能具有噪聲去除單元的功能單元，其也具有存儲電容器并利用相關(guān)雙采樣(CDS)處理。
在執(zhí)行CDS處理中，列信號處理器22去除稱作固定模式噪聲(FPN)的噪聲信號分量，并歸因于各個像素的固定變化通過基于從驅(qū)動信號操作單元16給出的兩個采樣脈沖，即采樣脈沖SHP和采樣脈沖SHD，對經(jīng)由垂直數(shù)據(jù)線18輸入的電壓模式的像素信息應(yīng)用計算像素復(fù)位后瞬間的信號電平(噪聲電平；0電平)和真實信號電平之間的差的處理，以便復(fù)位噪聲。
在CDS處理功能單元等的后一階段如果必要還可能提供具有信號放大功能、其他處理功能電路等的自動增益控制(AGC)電路。
如在后面更詳細描述，作為如圖1B所示對于本實施例特有的構(gòu)成，列信號處理器22包括作為功能單元的信號轉(zhuǎn)換器100，其基于反映光量的信號電荷將載波信號轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的信號。在信號轉(zhuǎn)換器100的后一階段(poststage)，還可能提供脈沖計數(shù)系統(tǒng)的AD轉(zhuǎn)換器120，其通過基于調(diào)制的載波信號(調(diào)制信號)執(zhí)行數(shù)字計數(shù)處理實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換。
信號轉(zhuǎn)換器100僅必須具有一種功能，其用來基于通過成像區(qū)域10獲取的電壓模式的像素信號將載波信號轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的信號。此外，信號轉(zhuǎn)換器100僅必須包括根據(jù)用作調(diào)制信號的像素信號調(diào)制載波信號的頻率f本身的用作頻率調(diào)制器的電壓/頻率轉(zhuǎn)換器(V/F)102，或者包括根據(jù)用作調(diào)制信號的像素信號調(diào)制相位的用作相位調(diào)制器的電壓/相位轉(zhuǎn)換器(V/P)106。
AD轉(zhuǎn)換器120提供在信號轉(zhuǎn)換器100的后一階段，僅必須是基于由信號轉(zhuǎn)換器100調(diào)制的載波信號(調(diào)制信號)執(zhí)行數(shù)字計數(shù)操作的單元。可以采用兩種結(jié)構(gòu)，一種結(jié)構(gòu)將調(diào)制信號的脈沖寬度或相位波動(phase fluctuation)寬度根據(jù)參考信號進行計數(shù)處理以及一種結(jié)構(gòu)將參考信號的脈沖寬度或者參考信號的相位波動寬度根據(jù)調(diào)制信號進行計數(shù)處理，也就是，根據(jù)調(diào)制信號對每個設(shè)定時間內(nèi)脈沖的數(shù)量進行計數(shù)。
從成像區(qū)域10輸出的像素信號由諸如復(fù)位電平的參考電平和疊加在復(fù)位電平上的真實信號電平表示。因此，為了提取出真實的信號電平，像素信號進行復(fù)位電平和信號電平之間的差處理。在這種情況下，在信號轉(zhuǎn)換器100和AD轉(zhuǎn)換器120的關(guān)系中，可以通過計算復(fù)位電平和信號電平中各自脈沖數(shù)量的差來實現(xiàn)差處理。此外，諸如電壓控制振蕩器的頻率偏移和相位偏移等的信號轉(zhuǎn)換器100的個體差異也可以通過該差處理得到消除。
水平選擇開關(guān)單元60包括未示出的用于水平讀出的開關(guān)(選擇開關(guān))，提供在列處理器20的后一階段。各個垂直列的列信號處理器22的輸出端連接到相應(yīng)于各個垂直列的水平選擇開關(guān)單元60的選擇開關(guān)的輸入端子i，用來順序地從列信號處理器22中讀出像素信號S2。
水平選擇開關(guān)單元60的各個垂直列的控制極端子c連接到水平掃描單元12的水平驅(qū)動器12y，其控制并驅(qū)動在水平方向上的讀出地址。另一方面，水平選擇開關(guān)單元60的各個垂直列的選擇開關(guān)的輸出端o通常連接到水平數(shù)據(jù)線86，其順序地轉(zhuǎn)換并輸出在行方向上的像素信號。在水平數(shù)據(jù)線86的后端提供了輸出單元88。
水平數(shù)據(jù)線86用作輸出各個像素信號S0(準確地，基于像素信號S0的像素信號S2)的讀出線，像素信號在水平方向，也就是垂直數(shù)據(jù)線18配置的方向，以預(yù)定順序經(jīng)由垂直數(shù)據(jù)線18從各個單元像素3傳輸。水平數(shù)據(jù)線86從列信號處理器22提取由為各個垂直列提供的未示出的選擇開關(guān)選擇的信號，并傳送該信號到輸出單元88。
各個垂直列的電壓信號，相應(yīng)于表示列信號處理器22處理的像素信息的信號電荷，被以預(yù)定定時選擇，并通過為各個垂直列提供的選擇開關(guān)讀出到水平數(shù)據(jù)線86，該各個垂直列由相應(yīng)于來自于水平掃描單元12的水平選擇信號H1到Hh的水平讀取脈沖g1到gh驅(qū)動。然后，電壓信號輸入到提供在水平數(shù)據(jù)線86后端的輸出單元88。
輸出單元88以合適的增益放大通過水平數(shù)據(jù)線86從成像區(qū)域10輸出的各個單元像素3的像素信號S2_1到S2_h(h＝n)，并經(jīng)由輸出端子88a提供像素信號到外部電路作為成像信號S3。輸出單元88在一些情況下例如僅執(zhí)行緩沖，并且在其他情況下緩沖之前執(zhí)行黑色電平調(diào)整(black level adjustment)、列波動校正(column fluctuation correction)、色彩關(guān)系處理(color relationprocessing)以及類似處理。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換功能單元提供在列信號處理器22中時，輸出單元88可能具有并行/串行轉(zhuǎn)換功能，并且可能將由列信號處理器22獲取的n位并行數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，并輸出串行數(shù)據(jù)。
在該實施例中的列類型的固態(tài)成像裝置1中，來自于單元像素3的輸出信號(電壓信號)按這個順序傳送到垂直數(shù)據(jù)線18，列處理器20(列信號處理器22)，水平數(shù)據(jù)線86，以及輸出單元88。為了驅(qū)動固態(tài)成像裝置1，一行的像素輸出信號經(jīng)由垂直數(shù)據(jù)線18并行地被傳送到列處理器20，并且處理后的信號經(jīng)由水平數(shù)據(jù)線86串行地輸出。對于像素信號上傳到列處理器20的轉(zhuǎn)換操作對一行中的單元像素3同時執(zhí)行。
只要驅(qū)動每個垂直列或者每個水平行是可能的，就可以任意地決定驅(qū)動單元像素的脈沖信號是從水平行方向提供到單元像素3還是從垂直列方向提供到單元像素3。換句話說，為提供脈沖信號的驅(qū)動時鐘信號的物理引線方法是任意的。
在這種一種結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像裝置1中，一種類型的CMOS圖像傳感器由水平掃描單元12，垂直掃描單元14，控制水平掃描單元12和垂直掃描單元14的驅(qū)動信號操作單元16構(gòu)成，其中該類型的CMOS圖像傳感器以水平行為單元按照順序選擇成像區(qū)域10的各個像素，同時讀出所選水平行的像素上的信息。
在輸出單元88的后一階段提供了一外部電路，其形成在一基底上(一印刷電路板或者一半導(dǎo)體基底)，該基底與固態(tài)成像裝置的基底分離，其中成像區(qū)域10、驅(qū)動控制單元7等也一體形成在同一半導(dǎo)體區(qū)。相應(yīng)于每個攝影模式的電路構(gòu)成被采用。
固態(tài)成像裝置1由包括成像區(qū)域10、驅(qū)動控制單元7和外部電路的固態(tài)成像裝置(根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體裝置和物理信息獲取裝置的一個實例)構(gòu)成。驅(qū)動控制單元7也可能與成像區(qū)域10和列處理器20分開提供，固態(tài)成像裝置(半導(dǎo)體裝置的一個實例)由成像區(qū)域10和列處理器20構(gòu)成，成像設(shè)備(物理信息獲取裝置的一個實例)由這種固態(tài)成像裝置和分開的驅(qū)動控制單元7構(gòu)成。
盡管未在圖中示出，外部電路包括，例如一模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器，其將從輸出單元88輸出的模擬成像信號S3轉(zhuǎn)換成數(shù)字成像數(shù)據(jù)D3，以及數(shù)字信號處理器(DSP)，其基于A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化的成像數(shù)據(jù)執(zhí)行數(shù)字信號處理。當(dāng)列信號處理器22具有AD轉(zhuǎn)換功能時，外部電路不需要具有A/D轉(zhuǎn)換器。
數(shù)字信號處理器具有數(shù)字放大器單元的功能，其適當(dāng)?shù)胤糯髲腁/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，并輸出數(shù)字信號。數(shù)字信號處理器將例如色分離處理應(yīng)用到數(shù)字數(shù)據(jù)用來產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)RGB，其表示紅(R)，綠(G)和蘭(B)的各個圖像，并且將其它信號處理應(yīng)用到圖像數(shù)據(jù)RGB用來產(chǎn)生監(jiān)視輸出用的圖像數(shù)據(jù)。數(shù)字信號處理器包括一功能單元，其執(zhí)行信號壓縮等處理，來將成像數(shù)據(jù)存儲在存儲介質(zhì)上。
外部電路還包括數(shù)字模擬(D/A)轉(zhuǎn)換器，其將由數(shù)字信號處理器進行數(shù)字處理的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬圖像數(shù)據(jù)。從D/A轉(zhuǎn)換器輸出的圖像數(shù)據(jù)傳送到未示出的諸如液晶顯示器的顯示裝置。操作員能夠在查看顯示裝置上顯示的菜單和圖像時，執(zhí)行各種操作諸如成像模式轉(zhuǎn)換。
在該部分解釋的一個實例中，在固態(tài)成像裝置的后一階段執(zhí)行信號處理的外部電路提供在固態(tài)成像裝置(成像芯片)的外部。然而，所有或部分的功能元件(例如，A/D轉(zhuǎn)換器或者數(shù)字放大器單元)可能構(gòu)建在固態(tài)成像裝置的芯片中。換句話說，外部電路可能形成在與固態(tài)成像裝置形成在其上的半導(dǎo)體基底相同的半導(dǎo)體基底上，其中成像區(qū)域10、驅(qū)動控制單元7等也一體形成在同一半導(dǎo)體區(qū)。固態(tài)成像裝置1和物理信息獲取裝置可以構(gòu)造成基本上相同的設(shè)備。
在圖中，固態(tài)成像裝置1包括與成像區(qū)域10一起的水平選擇開關(guān)單元60和驅(qū)動控制單元7。固態(tài)成像裝置1被構(gòu)造來起到與物理信息獲取裝置相同的功能。但是，物理信息獲取裝置不一直限于這樣一種結(jié)構(gòu)。整個的水平選擇開關(guān)單元60和整個的驅(qū)動控制單元7或者它們的部分功能單元不需要整體地形成在與成像區(qū)域10形成在其上的半導(dǎo)體區(qū)相同的半導(dǎo)體區(qū)上。水平選擇開關(guān)單元60和驅(qū)動控制單元7可能形成在一電路板上(這意味著可以是另一個半導(dǎo)體基片，還可以是常用的電路板)，該電路板與成像區(qū)域10形成在其上的電路板不同。例如，水平選擇開關(guān)單元60和驅(qū)動控制單元7可能形成在提供了外部電路的電路板上。
信號轉(zhuǎn)換器和AD轉(zhuǎn)換器的細節(jié)。
圖2A到2C是對提供在列信號處理器22上的信號轉(zhuǎn)換器100和AD轉(zhuǎn)換器120進行解釋的圖。信號轉(zhuǎn)換器100僅必須具有一功能，其基于像素信號將載波信號轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的調(diào)制信號。信號轉(zhuǎn)換器100僅必須根據(jù)用作調(diào)制信號的像素信號調(diào)制頻率f本身或者載波信號的相位。
例如，如圖2A和2B所示，可能提供該信號轉(zhuǎn)換器100作為采用頻率調(diào)制(FM)系統(tǒng)的頻率調(diào)制器，該頻率調(diào)制系統(tǒng)也就是電壓/頻率轉(zhuǎn)換(V/F轉(zhuǎn)換)系統(tǒng)。該頻率調(diào)制(FM)系統(tǒng)是這樣一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)像素信號調(diào)制載波信號參數(shù)中的頻率f，也就是將像素信號的幅值與載波信號的頻率相關(guān)聯(lián)。并且根據(jù)用作調(diào)制信號的像素信號的幅值以固定的幅值改變頻率。
例如，電壓/頻率轉(zhuǎn)換器102偏移，例如一大信號電平到一高/低頻率，并且偏移一小信號電平到一低/高頻率，用來調(diào)制像素信號的信號幅值，從而使得信號幅值與載波信號的頻率偏移相等。
原則上，F(xiàn)M調(diào)制信號(調(diào)制信號Fout1)用作調(diào)制信號，通過將用作調(diào)制信號的像素信號增加到振蕩器上獲得，該振蕩器能夠基于一電壓，也就是，電壓控制振蕩器(VCO)的控制電壓控制振蕩頻率。
人類將由眼睛獲得的信息變換成脈沖，并將信息傳送到大腦中。如果采用圖2A和2B中示出的頻率調(diào)制系統(tǒng)，就獲得了傳輸相應(yīng)于光量的頻率的機構(gòu)。這是一種接近于通過人眼進行信息傳輸?shù)臋C構(gòu)的形式。
可選擇的，如圖2C所示，可能提供信號轉(zhuǎn)換器100作為頻率調(diào)制器，該頻率調(diào)制器利用相位調(diào)制(PM)系統(tǒng)，也就是電壓/相位轉(zhuǎn)換(V/P轉(zhuǎn)換)系統(tǒng)。相位調(diào)制(PM)系統(tǒng)是這樣一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)像素信號調(diào)制載波信號參數(shù)中的相位，也就是將像素信號的幅值與載波信號的相位相關(guān)聯(lián)。并且根據(jù)用作調(diào)制信號的像素信號的幅值以固定的幅值和頻率改變相位。
例如，電壓/相位轉(zhuǎn)換器106獲取一調(diào)制信號Fout2，偏移其，例如一大信號電平到一大/小相位波動，并且偏移一小信號電平到一小/大相位波動，用來調(diào)制像素信號的信號幅值，從而使得信號幅值與載波信號的相位偏移相等。
該相位調(diào)制系統(tǒng)是這樣一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)調(diào)制載波信號的相位，并且根據(jù)調(diào)制信號以固定幅值改變信號相位。應(yīng)該可以說相位調(diào)制系統(tǒng)和頻率調(diào)制系統(tǒng)之間的差別是將調(diào)制信號配置成頻率本身還是相位。相位調(diào)制系統(tǒng)就波形和公式而言與頻率調(diào)制系統(tǒng)相似。可以考慮相位調(diào)制系統(tǒng)具有與頻率調(diào)制系統(tǒng)相同的特性。
當(dāng)采用FM系統(tǒng)或者PM系統(tǒng)時，即使載波(調(diào)制信號)的幅值，頻率或者相位在信號傳輸時波動，該波動較少影響到由調(diào)制信號載送的信號，當(dāng)在接收側(cè)的輸入信號減弱時，SN比率(信號功率與噪聲功率的比率)的損耗量較小，并且噪聲阻抗特性是令人滿意的。
信號轉(zhuǎn)換器100后一階段提供的AD轉(zhuǎn)換器120基于信號轉(zhuǎn)換器100調(diào)制的載波信號(調(diào)制信號)執(zhí)行數(shù)字計數(shù)處理。
例如，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換器120提供在電壓/頻率調(diào)制器102的后一階段時，如圖2A所示，可以提供一個脈沖計數(shù)處理器122，其根據(jù)電壓/頻率轉(zhuǎn)換器102輸出的調(diào)制信號Fout1將計數(shù)處理應(yīng)用于相對較低頻率的參考信號F1的脈沖寬度上。在圖2A中所示的結(jié)構(gòu)中，存在一個優(yōu)點，能夠使參考信號F1作為定時門信號，并且降低參考信號F1的頻率。即使當(dāng)參考信號F1接入為每個垂直列配置的AD轉(zhuǎn)換處理器120時，通過降低參考信號F1的頻率可能降低由引線引起的噪聲以及能量消耗問題。
可選擇的，如圖2B所示，可以提供一脈沖計數(shù)處理器124，其根據(jù)從外部輸入的相對較高頻率的參考信號F1將計數(shù)處理應(yīng)用于從電壓/頻率轉(zhuǎn)換器102輸出的調(diào)制信號Fout1的脈沖寬度上。在如圖2B所示的結(jié)構(gòu)中，調(diào)制信號Fout1用作定時門信號。因此，如果調(diào)制信號Fout1被劃分，并且根據(jù)參考信號F1進行計數(shù)處理，那么存在一個優(yōu)點，能夠降低用作計數(shù)器時鐘的參考信號F1的頻率。即使當(dāng)參考信號F1接入為每個垂直列配置的AD轉(zhuǎn)換器120作為計數(shù)器時鐘時，通過降低參考信號F1的頻率可能降低由引線引起的噪聲的問題以及能量消耗問題。
當(dāng)AD轉(zhuǎn)換器120提供在電壓/相位轉(zhuǎn)換器106的后一階段時，如圖2C所示，首先，提供一鑒相器126，其基于預(yù)定頻率的參考信號F2和從用作相位調(diào)制器的電壓/相位轉(zhuǎn)換器106輸出的調(diào)制信號Fout2提取數(shù)字處理中的相位信息(執(zhí)行相位鑒別)。鑒相器126通過執(zhí)行從外部輸入的參考信號F2和從電壓/相位轉(zhuǎn)換器106輸出的調(diào)制信號Fout2之間的鑒相處理，輸出表示像素信號的相位波動寬度信號PWo。
此外，提供了一脈沖計數(shù)處理器128，其將相應(yīng)于鑒相器126檢測到的像素信號的相位波動寬度信號PWo根據(jù)從電壓/相位轉(zhuǎn)換器106輸出的調(diào)制信號Fout2或參考信號F2進行計數(shù)處理。
由于相位波動寬度信號PWo用作定時門信號，如果相位波動(相位波動寬度PWo)不僅通過保持調(diào)制信號Fout2的頻率表示，而且通過降低參考信號F2的頻率表示，那么存在一個優(yōu)點，能夠降低作為計數(shù)器時鐘的參考信號的頻率。即使當(dāng)參考信號F2接入為每個垂直列配置的AD轉(zhuǎn)換器120作為計數(shù)器時鐘時，通過降低參考信號F2的頻率可能降低由引線引起的噪聲的問題以及能量消耗問題。
固態(tài)成像裝置的操作；第一實施例；第一實例圖3是對圖1A和1B中示出的第一實施例的第一個實例中固態(tài)成像裝置1的列信號處理器22(具體地，信號轉(zhuǎn)換器100和AD轉(zhuǎn)換器120)的操作進行解釋的時序圖。作為一個比較實例，通過比較斜坡類參考信號RAMP和像素信號電壓執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換以及根據(jù)計數(shù)器時鐘CLK0對比較計數(shù)時間的在先系統(tǒng)的定時由點線示出。
在第一個例子中，如圖2A所示，從外部輸入的相對低頻的參考信號F1的脈沖寬度根據(jù)從電壓/頻率轉(zhuǎn)換器102輸出的調(diào)制信號Fout1進行計數(shù)處理。可選擇的，如圖2C所示，相應(yīng)于由鑒相器126檢測到的像素信號的相位波動寬度信號PWo根據(jù)從外部輸入的相對高頻的參考信號F2或者調(diào)制信號Fout2進行計數(shù)處理。簡而言之，根據(jù)調(diào)制信號Fout1或者調(diào)制信號Fout2(或者參考信號F1)每個預(yù)定時間或者每個相位波動寬度信號PWo的脈沖數(shù)得到統(tǒng)計。
作為將成像區(qū)域10的每個單元像素3檢測到的模擬像素信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的機構(gòu)，如上所述，采用了一種方法，其根據(jù)參考信號F1，對相應(yīng)于來自于單元像素3的像素信號中的參考分量或者信號分量的每個電壓信號的調(diào)制信號Fout1進行脈沖計數(shù)?？蛇x擇的，可以采用一種脈沖計數(shù)脈沖波動寬度信號PWo的方法，其根據(jù)參考信號F1基于相應(yīng)于來自于單元像素3的像素信號中的參考分量或者信號分量的每個信號電壓的調(diào)制信號Fout2進行鑒相，用來獲得相應(yīng)于參考分量或者信號分量的每個幅值的計數(shù)值。
從垂直數(shù)據(jù)線18輸出的像素信號是這樣一種像素信號，其中，按時間序列，信號分量Vsig出現(xiàn)在用作參考分量的包括像素信號噪聲的復(fù)位分量ΔV之后。當(dāng)計數(shù)處理施加到參考分量(復(fù)位分量ΔV)作為第一處理時，第二計數(shù)處理是對通過將信號分量Vsig加到參考分量(復(fù)位分量ΔV)上而獲得的信號的處理。該計數(shù)處理將在下面詳細解釋。
對于第一讀出(也稱為P相位檢測)，首先，驅(qū)動信號操作單元16復(fù)位脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128的計數(shù)值到一初始值，并設(shè)定脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128為向下計數(shù)模式。當(dāng)從任意行Hx中的單元像素3到垂直數(shù)據(jù)線18(H1，H2，...)的第一讀出穩(wěn)定后，驅(qū)動信號操作單元16指示電壓/頻率轉(zhuǎn)換器102，電壓/相位轉(zhuǎn)換器106以及鑒相器126開始處理。這也是為了消除對周邊部件的影響的目的，僅當(dāng)需要啟動的時候才啟動這些單元。電壓/頻率轉(zhuǎn)換器102，電壓/相位轉(zhuǎn)換器106，鑒相器126可以一直運轉(zhuǎn)。
作為對于指令的響應(yīng)，電壓/頻率轉(zhuǎn)換器102輸出相應(yīng)于從成像區(qū)域10提供的任意垂直數(shù)據(jù)線18(Vx)的像素信號電壓的頻率作為調(diào)制信號Fout1(t32)。電壓/相位轉(zhuǎn)換器106輸出預(yù)定頻率的調(diào)制信號Fout2，其具有相應(yīng)于從成像區(qū)域10(t32)提供的任意垂直數(shù)據(jù)線18(Vx)的像素信號電壓的相位波動。鑒相器126基于調(diào)制信號Fout2執(zhí)行相位鑒別，并且輸出相位波動寬度信號PWo，其表示相應(yīng)于垂直數(shù)據(jù)線18(Vx)(t32)的像素信號電壓的相位波動。
為了測量相應(yīng)于配置在每行的脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128中的第一處理中從成像區(qū)域10讀出的像素信號的脈沖數(shù)，在調(diào)制信號Fout1或者相位波動寬度信號Pwo的輸出穩(wěn)定的點上，驅(qū)動信號操作單元16將參考信號F1或者參考信號F2提供給脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128。驅(qū)動信號操作單元16引起脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128從初始值開始向下計數(shù)作為第一計數(shù)處理(t34)在這種情況下，脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128根據(jù)調(diào)制信號Fout1或者參考信號F2(或者調(diào)制信號Fout2)將參考信號F1或者相位波動寬度信號PWo的一個時鐘寬度(一個有效周期；在該例子中，僅一個H電平是足夠的)在反方向進行計數(shù)處理。
當(dāng)脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128結(jié)束一個時鐘寬度的計數(shù)時，脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128停止計數(shù)操作，并且在那一點鎖存(保持并存儲)計數(shù)值作為像素數(shù)據(jù)，用來完成AD轉(zhuǎn)換(t36)。換句話說，在第一讀出的時間上，脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128根據(jù)參考信號F 1或者參考信號F2計數(shù)調(diào)制信號Fout1或者相位調(diào)制寬度信號PWo的一個時鐘，用來獲得相應(yīng)于復(fù)位分量Vrst幅值的計數(shù)值。
在這個第一讀出的時間上，計數(shù)處理被施加到像素信號電壓Vx的復(fù)位電平Vrst上。因此，單元像素3的復(fù)位分量ΔV被讀出。
隨每個單元像素3的變化的噪聲被包括在復(fù)位分量ΔV中作為偏移量。然而，通常復(fù)位分量ΔV的變化很小，并且復(fù)位電平Vrst通常對于所有像素是普遍的。因此，任意垂直數(shù)據(jù)線18的像素信號電壓Vx上的復(fù)位分量ΔV的輸出值總的來說是已知的。因此，有可能抑制復(fù)位分量ΔV的位分辨率(bitresolution)低于信號分量Vsig的位分辨率。例如，相比較11位(直到+1023)的信號分量的位分辨率可能將復(fù)位分量ΔV的位分辨率設(shè)定為大約7位(直到-127)。
為了這個目的，在圖中示出的信號形式的情況下，由于復(fù)位分量ΔV大于信號分量Vsig，可取的是電壓/頻率轉(zhuǎn)換器102通過將大的信號電平(復(fù)位分量ΔV)轉(zhuǎn)換成低頻并將小的信號電平(信號分量Vsig)轉(zhuǎn)換成高頻來調(diào)制像素信號的信號幅值。為了通過降低參考信號F1的測量寬度(計數(shù)周期)來縮短AD轉(zhuǎn)換周期，可取的是將調(diào)制信號Fout1的頻率設(shè)定成相對高于在第二實例中的頻率。
在該實施例中，直接將像素信號電壓Vx轉(zhuǎn)換成調(diào)制信號Fout1或者相位波動寬度信號PWo之后，對像素信號電壓Vx進行計數(shù)處理。因此，不像非專利文獻1中利用參考電壓產(chǎn)生相應(yīng)于像素信號電壓的脈沖寬度信號并利用預(yù)定計數(shù)器時鐘計數(shù)脈沖寬度一樣，有可能在與調(diào)制信號Fout1或者相位波動寬度信號PWo穩(wěn)定的點基本相同的時間時立即開始計數(shù)處理，也就是，從任意行Hx中的單元像素3到垂直數(shù)據(jù)線18(H1，H2，...)的第一次讀出穩(wěn)定的點。
例如，如果調(diào)制信號Fout1或者與調(diào)制信號Fout2頻率相同的相位波動寬度信號PWo根據(jù)參考信號F1或高頻的調(diào)制信號Fout2被計數(shù)，計數(shù)結(jié)果在與垂直數(shù)據(jù)線18(H1，H2，...)的第一次讀出被穩(wěn)定的點基本相同的時間上被獲得。
即使當(dāng)調(diào)制信號Fout1被劃分，然后根據(jù)參考信號F1進行計數(shù)處理或者調(diào)制信號Fout2的頻率被降低來產(chǎn)生相位波動寬度信號PWo，并且相位波動寬度信號PWo根據(jù)參考信號F1或者調(diào)制信號Fout2進行計數(shù)處理時，在非專利文獻1等中預(yù)被計數(shù)的脈沖寬度被設(shè)定窄于從任意行Vx中的單元像素3到垂直數(shù)據(jù)線18(H1，H2，...)的第一次讀出被穩(wěn)定的點開始直到復(fù)位分量ΔV和參考電壓彼此一致的時間寬度。這就使得縮短從第一次讀出被穩(wěn)定的點開始直到計數(shù)結(jié)束的周期(t32到t36)成為可能。
然而，參考信號F1或者調(diào)制信號Fout2(或者參考信號F1)的頻率，也就是計數(shù)處理的時鐘頻率，依賴于這樣一頻率，其使得用一預(yù)定位寬度計數(shù)調(diào)制信號Fout1或者調(diào)制信號Fout2(或者調(diào)制信號Fout1或者調(diào)制信號Fout2的有效周期；在該例子中，H電平周期)的一個時鐘成為可能。因此，當(dāng)調(diào)制信號Fout1或者調(diào)制信號Fout2的頻率設(shè)定得更高時，可能需要鎖定更高的速度。然而，也可能通過劃分調(diào)制信號Fout1，然后對調(diào)制信號Fout1進行計數(shù)處理來抑制該頻率。
在任何情況下，有可能保證位分辨率與過去的相等。例如，在復(fù)位分量ΔV的第一次讀出時，通過將對復(fù)位分量ΔV的計數(shù)處理的最長周期設(shè)定為7位計數(shù)周期(128個時鐘)可能比較復(fù)位分量ΔV。即使以這種方式保證位分辨率，可能縮短從第一次讀出被穩(wěn)定的點開始直到計數(shù)結(jié)束的周期(t32到t36)。
在隨后的第二次讀出(也稱為D相位檢測)時，除了復(fù)位分量ΔV，相應(yīng)于對于每個單元像素3的入射光量的信號分量Vsig被讀出，并且執(zhí)行與第一次讀出相同的操作。換句話說，首先，驅(qū)動信號操作單元16設(shè)定脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128為向上計數(shù)模式。在從任意行Hx中的單元像素3到垂直數(shù)據(jù)線18(H1，H2，...)的第二次讀出被穩(wěn)定后，驅(qū)動信號操作單元16指示電壓/頻率轉(zhuǎn)換器102，電壓/相位轉(zhuǎn)換器106以及鑒相器126開始處理。這是為了消除在周邊部分的影響的目的，僅當(dāng)需要啟動時啟動這些單元。電壓/頻率轉(zhuǎn)換器102，電壓/相位轉(zhuǎn)換器106，鑒相器126可以一直是啟動的。
響應(yīng)于指令，電壓/頻率轉(zhuǎn)換器102輸出相應(yīng)于成像區(qū)域10提供的任意垂直數(shù)據(jù)線18(Vx)的像素信號電壓的頻率作為調(diào)制信號Fout1(t42)。電壓/相位轉(zhuǎn)換器106輸出預(yù)定頻率的調(diào)制信號Fout2，其具有相應(yīng)于成像區(qū)域10提供的任意垂直數(shù)據(jù)線18(Vx)的像素信號電壓的相位波動(t42)。鑒相器126基于調(diào)制信號Fout2執(zhí)行相位鑒別，并輸出相位波動寬度信號PWo，指示相應(yīng)于垂直數(shù)據(jù)線18(Vx)的像素信號電壓的相位波動(t42)。在該圖中，t42被設(shè)定在基本與相關(guān)技術(shù)中的t20相同的點上。然而，實際上，由于執(zhí)行第一處理可能早于相關(guān)技術(shù)中的處理，因此可以將從第一處理t36結(jié)束到第二處理t42開始的時間間隔設(shè)定成短于相關(guān)技術(shù)中從第一處理t12結(jié)束到第二處理t20開始的時間間隔。
為了測量相應(yīng)于在配置在每行的脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128中的第二處理中從成像區(qū)域10中讀出的像素信號的脈沖數(shù)量，在調(diào)制信號Fout1或者相位波動寬度信號PWo的輸出被穩(wěn)定的點，驅(qū)動信號操作單元16將參考信號F1或者參考信號F2提供給脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128。反之，驅(qū)動信號操作單元16引起脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128從第一次讀出獲得的相應(yīng)于單元像素3的復(fù)位分量ΔV的計數(shù)值開始向上計數(shù)作為第二計數(shù)操作。換句話說，驅(qū)動信號操作單元16引起脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128開始以正方向計數(shù)(t44)。
在該情況下，脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128根據(jù)調(diào)制信號Fout1或者參考信號F2(或者調(diào)制信號Fout2)在正方向上進行計數(shù)處理參考信號F1或者相位波動寬度信號PWo的一個時鐘寬度(一個有效周期；在該例子中，僅一個H電平是足夠的)。
當(dāng)脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128結(jié)束一個時鐘寬度的計數(shù)時，脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128結(jié)束計數(shù)操作，并在那一點鎖存(保持或存儲)作為像素數(shù)據(jù)的計數(shù)值來完成AD轉(zhuǎn)換(t46)。換句話說，在第二次讀出時，脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128根據(jù)參考信號F1或者參考信號F2對調(diào)制信號Fout1或者相位調(diào)制寬度信號PWo的一個時鐘進行計數(shù)，來獲得相應(yīng)于信號分量Vsig幅值的計數(shù)值。
在這個第二次讀出時，計數(shù)處理應(yīng)用到像素信號電壓Vx中的信號分量Vsig。因此，單元像素3的信號分量Vsig被讀出。
在該實施例中，脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128中的計數(shù)操作在第一次讀出時是向下計數(shù)，在第二次讀出時是向上計數(shù)。因此，由表達式1表示的減法自動地在脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128中執(zhí)行。相應(yīng)于該減法結(jié)果的計數(shù)值保持在脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128中。
(在第二比較周期中的計數(shù)值)？(在第一比較周期中的計數(shù)值)1可以將表達式1變形為表達式2。從而，在脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128中保持的計數(shù)值是相應(yīng)于真實信號分量Vsig的計數(shù)值。
(第二比較周期)？(第一比較周期)＝(信號分量Vsig+復(fù)位分量ΔV+列信號處理器2的偏移分量)-(復(fù)位分量ΔV+列信號處理器22的偏移分量)＝(信號分量Vsig)2如上所述，根據(jù)脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128中的減法處理，根據(jù)執(zhí)行兩次的讀出和計數(shù)處理，也就是，第一次讀出的向下計數(shù)和第二次讀出的向上計數(shù)，有可能去除包括對于每個單元像素3的波動的復(fù)位分量ΔV和對于每個列信號處理器22的偏移分量。這使得利用一簡單的結(jié)構(gòu)可以僅提取出相應(yīng)于對于每個單元像素3的入射光量的信號分量Vsig。
即使存在列信號處理器22中分量上的個別變化，也就是，在信號轉(zhuǎn)換器100的電壓/頻率轉(zhuǎn)換器102，電壓/相位轉(zhuǎn)換器106，或者鑒相器126中的個別變化(頻率偏移或相位偏移)，還是可能去除該個別變化。在這種情況下，存在一個優(yōu)勢，即可能去除像素信號中的復(fù)位噪聲。
因此，在該實施例中的列信號處理器22(信號轉(zhuǎn)換器100和AD轉(zhuǎn)換器120)不僅作為數(shù)字轉(zhuǎn)換器工作，將模擬像素信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字像素數(shù)據(jù)，而且還作為相關(guān)雙采樣(CDS)處理功能單元工作。
由于通過表達式2獲得的計數(shù)值顯示的像素數(shù)據(jù)表示一正信號電壓，補充的操作等是不必要的。因此，與現(xiàn)存系統(tǒng)的相似度較高。
在第二次讀出時，像素信號電壓Vx直接轉(zhuǎn)換成調(diào)制信號Fout1或者相位波動寬度信號PWo，然后進行計數(shù)處理。因此，類似對于復(fù)位電平Vrst的計數(shù)處理，在與調(diào)制信號Fout1或者相位波動寬度信號PWo被穩(wěn)定的點，也就是，從任意行Hx中的單元像素3到垂直數(shù)據(jù)線18(H1，H2，...)的第二次讀出被穩(wěn)定的點基本相同的時間，可以立即開始計數(shù)處理。
如果根據(jù)高頻的參考信號F1或者調(diào)制信號Fout2對調(diào)制信號Fout1本身或者與調(diào)制信號Fout2相同頻率的相位波動寬度信號Pwo進行計數(shù)，計數(shù)的結(jié)果在與到垂直數(shù)據(jù)線18(H1，H2，...)的第二次讀出被穩(wěn)定的點基本相同的時間獲得。
即使當(dāng)調(diào)制信號Fout1被劃分，然后根據(jù)參考信號F1進行計數(shù)處理或者調(diào)制信號Fout2的頻率被降低來產(chǎn)生相位波動寬度信號PWo，并且相位波動寬度信號PWo根據(jù)參考信號F1或者調(diào)制信號Fout2進行計數(shù)處理時，在非專利文獻1等中預(yù)被計數(shù)的脈沖寬度被設(shè)定窄于從任意行Hx中的單元像素3到垂直數(shù)據(jù)線18(H1，H2，...)的第二次讀出被穩(wěn)定的點開始直到復(fù)位分量ΔV和參考電壓彼此一致的時間寬度。這就使得縮短從第二次讀出被穩(wěn)定的點到計數(shù)結(jié)束的周期(t42到t46)成為可能。
如在非專利文獻1中在這樣一種機構(gòu)中，該機構(gòu)利用參考電壓產(chǎn)生相應(yīng)于像素信號電壓的脈沖寬度信號并且利用預(yù)定計數(shù)器時鐘計數(shù)脈沖寬度，相應(yīng)于入射光量的信號分量Vsig在第二次讀出時被讀出。因此，為了在寬范圍內(nèi)判斷光量的幅值，有必要設(shè)定向上計數(shù)周期(t20到t24；一比較周期)長并較大程度改變參考電壓。這與為了計數(shù)處理需要長時間的處理有很大的不同。
根據(jù)在本實施例中的機構(gòu)，在從成像區(qū)域10讀出的像素信號電壓被穩(wěn)定的時間點可以基本同時完成對于復(fù)位分量ΔV(參考分量)的計數(shù)處理以及對于信號分量Vsig的計數(shù)處理。這使得較大地縮短執(zhí)行兩次處理的整體AD轉(zhuǎn)換周期成為可能。
由于很容易將在第一處理中的采用的參考信號F1和參考信號F2設(shè)定成與在第二處理中采用的相同，所以可能容易地使在第一處理中AD轉(zhuǎn)換的準確性與在第二處理中AD轉(zhuǎn)換的準確性相等。因此，通過上下計數(shù)器由表達式1表示的減法的結(jié)果可以準確地獲得。為了容易地在非專利文獻1中描述的機構(gòu)中使第一處理中的AD轉(zhuǎn)換的準確性與第二處理中的AD轉(zhuǎn)換的準確性相等，必須保持參考信號常量的傾斜角。這與必須考慮不穩(wěn)定因素的處理存在很大的不同。
在第二計數(shù)處理結(jié)束后的預(yù)定定時時，驅(qū)動信號操作單元16指示水平掃描單元12讀出像素數(shù)據(jù)。響應(yīng)于該指令，水平掃描單元12順序地將提供給水平選擇開關(guān)單元60的水平選擇信號CH(i)，也就是水平讀出脈沖g1到gh轉(zhuǎn)換。在圖中，讀出在基本上與在相關(guān)技術(shù)中的t28相同的點開始。然而，實際上，由于可能相比較相關(guān)技術(shù)更早的執(zhí)行第二處理。因此，可能設(shè)定從完成第二處理t46到開始讀出的間隔短于在相關(guān)技術(shù)中從完成第二處理t22到開始讀出t28的間隔。
因此，存儲并保持在脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128中由表達式2表示的計數(shù)值，也就是，由n位數(shù)字數(shù)據(jù)表示的像素數(shù)據(jù)，被順序地經(jīng)由n水平數(shù)據(jù)線86從輸出端子88a輸出到列信號處理器22或者包括成像區(qū)域10的芯片的外部。此后，相同的操作對每一行被順序地重復(fù)。因此，獲得表示二維圖像的視頻數(shù)據(jù)。
如上解釋，根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像裝置，在利用上下計數(shù)器時，通過轉(zhuǎn)換固態(tài)成像裝置的處理模式，計數(shù)處理被執(zhí)行兩次。在單元像素3配置成矩陣形狀的結(jié)構(gòu)中，列信號處理器22由為每個垂直列提供的平行列AD電路構(gòu)成。
因此，可以直接地獲得對于每個垂直列的參考分量(復(fù)位分量)和信號分量的減法處理結(jié)果作為第二計數(shù)處理的結(jié)果。實現(xiàn)一存儲裝置是可能的，其根據(jù)在計數(shù)處理器中提供的鎖存功能保持參考分量和信號分量的各個計數(shù)結(jié)果。沒有必要準備與計數(shù)器分離的特殊目的的存儲裝置，用來保持進行AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。
此外，用于計算參考分量和信號分量之間差的特別的減法器變得不必要。因此，相比較過去的結(jié)構(gòu)可以減小電路的尺寸和電路面積。還可能解決噪聲上的增加或者在電流或功率消耗上的增加。
列AD電路(AD轉(zhuǎn)換器)適用于執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換，通過在信號轉(zhuǎn)換器100中將電壓模式的像素信號轉(zhuǎn)換成與頻率或PM調(diào)制信號(調(diào)制信號Fout2)相關(guān)的FM調(diào)制信號(調(diào)制信號Fout1)，然后執(zhí)行計數(shù)處理。因此，線阻抗，引線的電容，連接的門電路的整體電容，基底偏置效應(yīng)，以及類似的由斜坡數(shù)據(jù)線的擴展引起的問題變得與FM調(diào)制信號(調(diào)制信號Fout1)和PM調(diào)制信號(調(diào)制信號Fout2)不相關(guān)。因此，基底偏置效應(yīng)，引線長度等的影響不會出現(xiàn)在AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果中。
利用一個計數(shù)器時鐘和一控制線控制計數(shù)處理是有可能的，其中不管位數(shù)計數(shù)器時鐘啟動計數(shù)處理，控制線轉(zhuǎn)換計數(shù)模式。在過去結(jié)構(gòu)中需要的將計數(shù)處理器的計數(shù)值引入到存儲器裝置中的數(shù)據(jù)線變得不必要。有可能解決噪聲上的增加以及能量消耗上的增加。此外，有可能在與從成像區(qū)域10讀出的像素信號電壓Vx被穩(wěn)定的時間點基本同時獲得計數(shù)結(jié)果并完成AD轉(zhuǎn)換處理。
在固態(tài)成像裝置1中，其中AD轉(zhuǎn)換器設(shè)置在同一芯片上，用作AD轉(zhuǎn)換器的列AD電路通過將電壓比較器252以及脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128作為一對形成而構(gòu)成。作為脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128的一個操作，脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128結(jié)合運用向下和向上計數(shù)，將處理對象信號的基本分量(在該實施例中的復(fù)位分量)和信號分量之間的差變成數(shù)字數(shù)據(jù)。這可以解決電路尺寸，電路面積，功率消耗，固態(tài)成像裝置1和其它功能單元之間接口的引線數(shù)量，由引線引起的噪聲以及消耗電流等問題。此外，可能顯著地降低AD轉(zhuǎn)換處理的時間。
固態(tài)成像裝置的操作；第一實施例；第二實例圖4是對圖1A和1B中示出的第一實施例的第二個實例中固態(tài)成像裝置1的列信號處理器22(具體地，信號轉(zhuǎn)換器100和AD轉(zhuǎn)換器120)的操作進行解釋的時序圖。在該第二實例中，如圖2B所示，用作從外部提供的高頻的計數(shù)器時鐘的參考信號F1與調(diào)制信號Fout1被計數(shù)作為時間門信號。
為了測量相應(yīng)于在配置在每行的脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128中的第一處理中從成像區(qū)域10中讀出的像素信號的脈沖數(shù)量，在調(diào)制信號Fout1或者相位波動寬度信號PWo的輸出被穩(wěn)定的時刻，驅(qū)動信號操作單元16將參考信號F1提供給脈沖計數(shù)處理器122，并引起脈沖計數(shù)處理器122開始計數(shù)處理。
在這種情況下，在對復(fù)位分量ΔV的第一次計數(shù)操作的時候(t34)，驅(qū)動信號操作單元16引起脈沖計數(shù)處理器122開始從初始值向下計數(shù)。相反地，在對信號分量Vsig的第二次計數(shù)操作的時候，驅(qū)動信號處理單元16引起脈沖計數(shù)處理器122開始從第一次計數(shù)操作結(jié)束后保持的相應(yīng)于單元像素3的復(fù)位分量ΔV的計數(shù)值向上計數(shù)。換句話說，驅(qū)動信號操作單元16引起脈沖計數(shù)處理器122在正方向上開始計數(shù)處理。
在該情況下，脈沖計數(shù)處理器122利用從電壓/頻率轉(zhuǎn)換器102中輸出的作為定時門信號的調(diào)制信號Fout1，用從外部提供的作為計數(shù)器時鐘的參考信號F1對定時門信號的脈沖寬度進行計數(shù)處理。為了抑制參考信號F1的頻率，可取的是抑制調(diào)制信號Fout1的頻率相對低于第一實例中的情況。當(dāng)調(diào)制信號Fout1的頻率與在第一實例中的一樣高時，參考信號F1的頻率可以通過將與多個調(diào)制信號Fout1相等的周期進行計數(shù)處理例如分隔調(diào)制信號Fout1并計數(shù)分隔的脈沖的一個脈沖寬度來得到抑制。
在后續(xù)處理中，如第一實例中，當(dāng)脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128結(jié)束一個時鐘寬度的計數(shù)時，脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128停止計數(shù)操作，并在那一點鎖存(保持或存儲)計數(shù)值作為像素數(shù)據(jù)來完成AD轉(zhuǎn)換(t36/t46)。
如上解釋，計數(shù)處理的形式在第一實例和第二實例中是不同的。在第一實例中，相位波動寬度信號PWo相應(yīng)于從外部提供的參考信號F1或者參考信號F2，被設(shè)定作為計數(shù)對象，并根據(jù)信號轉(zhuǎn)換器100的輸出信號(調(diào)制信號Fout1或者Fout2本身，或者相應(yīng)于調(diào)制信號Fout2的參考信號F2)計數(shù)。另一方面，在第二實例中，信號轉(zhuǎn)換器100的輸出信號(調(diào)制信號Fout1本身)被設(shè)定作為計數(shù)對象并根據(jù)從外部提供的參考信號F1計數(shù)。此外，第二實例并不與第一實例不同。
因此，在第二個實例中，如第一個實例中，可能在與從成像區(qū)域10讀出的像素信號電壓Vx被穩(wěn)定基本相同的時間點同時獲得計數(shù)結(jié)果并完成AD轉(zhuǎn)換處理。這可能顯著地降低AD轉(zhuǎn)換處理的時間。
即使當(dāng)調(diào)制信號Fout1被分隔成時間門信號，然后根據(jù)參考信號F1進行計數(shù)處理時，通過設(shè)定定時門信號的脈沖寬度被有限的計數(shù)，有可能縮短從像素信號的讀出被穩(wěn)定的點開始直到計數(shù)結(jié)束的周期(t32到t36或者t42到t46)。這使得可能縮短執(zhí)行兩次處理的全部AD轉(zhuǎn)換周期。
成像設(shè)備的原理構(gòu)成；第二實施例圖5是CMOS固態(tài)成像裝置的框圖，其是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的物理信息獲取裝置的一種形式。具體地，集中在列處理器20，列處理器20與其中的主要的外圍單元一同顯示。在第二實施例的固態(tài)成像裝置1中，相比較第一實施例中的固態(tài)成像裝置1，列信號處理器22(具體地，AD轉(zhuǎn)換器120的后一階段的電路)的構(gòu)成得到變換。
第二實施例中的列信號處理器22包括，在其后一階段(詳細地，圖2中脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128的后一階段；總的來說稱為計數(shù)處理器121)，用作n位存儲裝置的數(shù)據(jù)存儲單元130，其保持AD轉(zhuǎn)換器120保持的計數(shù)結(jié)果，以及在計數(shù)處理器121和數(shù)據(jù)存儲單元130之間配置的開關(guān)單元132。水平選擇開關(guān)單元60配置在數(shù)據(jù)存儲單元130和水平數(shù)據(jù)線86之間。
存儲轉(zhuǎn)移指令脈沖CN8被提供給開關(guān)單元132中的各個開關(guān)，與以預(yù)定定時來自于驅(qū)動信號操作單元16的在其它垂直列中的轉(zhuǎn)換相同。當(dāng)存儲轉(zhuǎn)換指令脈沖CN8被提供給開關(guān)單元132時，開關(guān)單元132將計數(shù)處理器121的計數(shù)值相應(yīng)地轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)存儲單元130中。數(shù)據(jù)存儲單元130保持并存儲轉(zhuǎn)移的計數(shù)值。
以預(yù)定定時引起數(shù)據(jù)存儲單元130保持計數(shù)處理器121的計數(shù)值的機構(gòu)并不限于在單元之間配置開關(guān)單元132。例如，可能實現(xiàn)這樣一種機構(gòu)，當(dāng)直接將計數(shù)處理器121和數(shù)據(jù)存儲單元130連接時，根據(jù)存儲轉(zhuǎn)移指令脈沖CN8控制計數(shù)處理器121的輸出啟動。還可能實現(xiàn)該機構(gòu)，通過利用存儲轉(zhuǎn)移指令脈沖CN8作為鎖存時鐘來確定數(shù)據(jù)存儲單元130的數(shù)據(jù)獲取定時。
水平選擇信號CH(i)，也就是，水平讀出脈沖g1到gh經(jīng)由控制線12c從水平掃描單元12(水平驅(qū)動器12y)被輸入到在數(shù)據(jù)存儲單元130的后一階段的水平選擇開關(guān)單元60。水平選擇開關(guān)單元60引起數(shù)據(jù)存儲單元130保持從計數(shù)處理器121獲取的計數(shù)值，直到經(jīng)由控制線12c接收到控制脈沖指令。
水平掃描單元12和水平選擇開關(guān)單元60具有讀出掃描單元的功能，在與由列信號處理器22的各個信號轉(zhuǎn)換器100和各個計數(shù)處理器121執(zhí)行的處理的同時，讀出由各個數(shù)據(jù)存儲單元130保持的計數(shù)值。
根據(jù)第二實施例中的這樣一種結(jié)構(gòu)，可能將由計數(shù)處理器121保持的計數(shù)結(jié)果轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)存儲單元130。因此，有可能控制計數(shù)操作，也就是，計數(shù)處理器121的AD轉(zhuǎn)換處理與用來讀出計數(shù)結(jié)果到水平數(shù)據(jù)線86的讀出操作彼此相互獨立。這使得可能實現(xiàn)流水線的操作，用來并行執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換處理和將信號讀出到外部的讀出操作。
固態(tài)成像裝置的操作；第二實施例圖6是對圖5中示出的第二實施例中固態(tài)成像裝置1的列信號處理器22(具體地，信號轉(zhuǎn)換器100和AD轉(zhuǎn)換器120)的操作進行解釋的時序圖。第二實施例被描述成對第一實施例的第一實例的變型。還可能修改并應(yīng)用第二實施例到第二實例。在列信號處理器22中的AD轉(zhuǎn)換處理與第一實施例中的相同。省略了AD轉(zhuǎn)換處理的詳細解釋。
在第二實施例中，數(shù)據(jù)存儲單元130被增加到第一實施例的結(jié)構(gòu)中。諸如AD轉(zhuǎn)換處理的基本操作與第一實施例中的操作是相同的。然而，在脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128的操作(t32)之前，前一行Hx-1的計數(shù)結(jié)果基于來自于驅(qū)動信號操作單元16的存儲轉(zhuǎn)換指令脈沖CN8被轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)存儲單元130。
在第一實施例中，像素數(shù)據(jù)僅在第二讀出處理之后也就是AD轉(zhuǎn)換處理完成之后，能夠被輸出到列信號處理器22的外部。因此，存在讀出處理上的限制。換句話說，在第二實施例的結(jié)構(gòu)中，指示最后減法處理結(jié)果的計數(shù)值先于第一讀出處理(AD轉(zhuǎn)換處理)被轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)存儲單元130。因此，在讀出處理上不存在限制。
因此，有可能并行執(zhí)行信號輸出操作，其通過水平數(shù)據(jù)線86和輸出單元88從數(shù)據(jù)存儲單元130將信號輸出到外部，當(dāng)前行Hx的讀出，由信號轉(zhuǎn)換器100進行的調(diào)制處理，以及脈沖計數(shù)處理器122或者脈沖計數(shù)處理器128的計數(shù)操作。有可能設(shè)定列讀出和AD周期本身在1H周期。這使得可以執(zhí)行更有效的執(zhí)行信號輸出。
第二實施例與第一實施例的不同在于數(shù)據(jù)存儲單元130和開關(guān)單元132被提供在AD轉(zhuǎn)換器120的后一階段作為流水線操作的組件。其它方面，第二實施例是與第一實施例相同的。因此，在第二實施例中，如第一實施例中，可能在與從成像區(qū)域10讀出的像素信號電壓Vx被穩(wěn)定的點基本同時獲取計數(shù)結(jié)果，并完成AD轉(zhuǎn)換處理。這使得可能明顯地降低AD轉(zhuǎn)換處理的時間。
例如，在第一實施例的結(jié)構(gòu)中，在1H周期(例如，63.3μs)中，對于從成像區(qū)域10讀出像素信號和AD轉(zhuǎn)換處理的列讀出和AD周期大約為8.5μs，水平轉(zhuǎn)移周期是54.8μs。另一方面，可能將8.5μs的列讀出和AD周期本身設(shè)定作為1H周期(8.5μs)。
成像設(shè)備的原理結(jié)構(gòu)；第三實施例；第一實例圖7A和7B以及圖8A和8B是解釋CMOS固態(tài)成像裝置的圖，其是本發(fā)明第三實施例的第一實例中的物理信息獲取裝置的一種形式。第三實施例被描繪成對第一實施例的變型。也可能修改并應(yīng)用第三實施例到第二實施例。
在第三實施例中的固態(tài)成像裝置1具有這樣一種特性，其中信號轉(zhuǎn)換器100構(gòu)成在成像區(qū)域10中。具體地，在第一實例中，固態(tài)成像裝置1具有這樣一種特性，其中信號轉(zhuǎn)換器100被提供給每個單元像素3，并且信號轉(zhuǎn)換器100的輸出被傳到每個垂直列的列信號處理器22的AD轉(zhuǎn)換器120中。換句話說，固態(tài)成像裝置1具有這樣一種特性，其中一個AD轉(zhuǎn)換器120被分配給一電荷發(fā)生器32，一像素信號發(fā)生器33以及一信號轉(zhuǎn)換器100。
如圖7B所示，列處理器20中的列信號處理器22包括AD轉(zhuǎn)換器120，其基于從信號轉(zhuǎn)換器100輸出的頻率信息(調(diào)制信號Fout1)或者相位信息(調(diào)制信號Fout2)(總的來說也稱為調(diào)制信號F0)執(zhí)行脈沖計數(shù)處理。因此，在圖7A中概括的顯示了固態(tài)成像裝置1的整體結(jié)構(gòu)，列信號處理器22被表示成列AD。
如圖8A所示，成像區(qū)域10中的每個單元像素3包括檢測信號電荷的電荷發(fā)生器32以及用作像素內(nèi)放大器的像素信號發(fā)生器33，其基于電荷發(fā)生器32產(chǎn)生的信號電荷產(chǎn)生電壓模式的像素信號。
電荷發(fā)生器32和像素信號發(fā)生器33的結(jié)構(gòu)與通常的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)相同。在該實施例中，可能利用具有4TR結(jié)構(gòu)的通用CMOS傳感器作為CMOS傳感器。還可能利用如日本專利第2708455號中描述的具有包括3個晶體管的3TR結(jié)構(gòu)的CMOS傳感器。在沒有說明的情況下，這些像素結(jié)構(gòu)僅是例子?？赡芾萌魏蜟MOS傳感器，只要該CMOS傳感器具有通常的CMOS圖像傳感器的陣列結(jié)構(gòu)。
該像素內(nèi)放大器(像素信號發(fā)生器33)僅必須是電荷/電壓轉(zhuǎn)換(Q/V)系統(tǒng)的像素內(nèi)放大器，其能夠?qū)㈦姾砂l(fā)生器32產(chǎn)生的信號電荷轉(zhuǎn)換成電壓模式的像素信號。例如，浮點傳播區(qū)(floating diffusion)放大器結(jié)構(gòu)的像素內(nèi)放大器被采用。作為一個例子，如圖8B所示，可能使用像素信號發(fā)生器33，其與電荷發(fā)生器32一同包括讀出選擇晶體管34，其是電荷讀出單元(轉(zhuǎn)移門單元/讀出門單元)的一個例子，復(fù)位晶體管36，其是復(fù)位門單元的一個例子，垂直選擇晶體管40以及源跟隨器(source follower)結(jié)構(gòu)的放大晶體管42，其是用于檢測在浮點傳播區(qū)38中電勢變化的檢測元件的一個例子。
橫向引線對于同一行中的像素是共用的。在同一行中的所有單元像素3同時被垂直掃描單元14的垂直驅(qū)動器14y控制驅(qū)動。例如，轉(zhuǎn)移驅(qū)動緩存器252，復(fù)位驅(qū)動緩存器254，以及選擇驅(qū)動緩存器256封裝在垂直驅(qū)動器14y中。
作為對于單元像素3的引線，三條線，也就是，轉(zhuǎn)移門引線(讀出選擇線TRG)55，復(fù)位引線(RST)56，以及用于行地址選擇的垂直選擇線(SEL)57敷設(shè)在橫向。垂直數(shù)據(jù)線18和漏極線(Vdd電源線)敷設(shè)在縱向。敷設(shè)內(nèi)部引線(像素內(nèi)的引線)，用來例如連接浮點傳播區(qū)38和放大器晶體管42的門。此外，盡管未在圖中示出，存在用于對像素邊緣部分和黑電平檢測(black leveldetection)像素的光屏蔽薄膜的輔助引線。
放大晶體管42的輸出側(cè)經(jīng)由讀出電流源線19連接到讀出電流源單元27。因此，當(dāng)信號被讀出時，一源跟隨器形成在讀出電流源單元27中的負載MOS晶體管和選定行中的放大晶體管42之間，利用連接到各個放大晶體管42(見圖7A)的負載MOS晶體管繼續(xù)向前為放大晶體管提供預(yù)先確定的恒電流。存在這樣一個問題，即電流消耗量增加。然而，讀出電流源線19可能被移去來一直為相源跟隨器輸出的放大晶體管42提供電流。
作為第三實施例的一個特性部分，固態(tài)成像裝置1包括信號轉(zhuǎn)換器100，其在像素信號發(fā)生器33的后一階段基于電壓模式的像素信號執(zhí)行FM調(diào)制和PM調(diào)制。由電荷發(fā)生器32產(chǎn)生的信號電荷由像素信號發(fā)生器33轉(zhuǎn)換成電壓模式的像素信號，然后載波信號由信號轉(zhuǎn)換器100轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的信號。因此，存在這樣一個優(yōu)勢，在于有可能利用通用VCO采用FM調(diào)制電路和PM調(diào)制電路。
信號轉(zhuǎn)換器100的輸出連接到垂直數(shù)據(jù)線18，其具有用于與在同一垂直列中的像素轉(zhuǎn)換器100相同的像素信號的信號讀出線功能。該調(diào)制信號F0(Fout1或者Fout2)相應(yīng)于單元像素3所獲取的信號電荷，被提供給列信號處理器22(見圖7A)中的AD轉(zhuǎn)換器120。
通過在連接到讀出電流源單元27的源跟隨器結(jié)構(gòu)中形成信號轉(zhuǎn)換器100的晶體管輸出，還可能在信號被讀出時在讀出電流源27中的負載MOS晶體管和選定行中的晶體管之間形成源跟隨器，并利用連接到各個晶體管的負載MOS晶體管繼續(xù)為晶體管提供恒電流。
成像設(shè)備的原理結(jié)構(gòu)；第三實施例；第二實例圖9A和9B是解釋CMOS固態(tài)成像裝置的圖，其是本發(fā)明的第三實施例的第二實例中的物理信息獲取裝置的一種形式。第二實例被描述作為對于第三實施例的第一實例的變型。
在第三實施例的第二實例中的固態(tài)成像裝置1具有一個特性，在于信號轉(zhuǎn)換器100構(gòu)造在成像區(qū)域10中并且一AD轉(zhuǎn)換器120被分配給多個垂直列中的電荷發(fā)生器32和像素信號發(fā)生器33，能夠降低用于信號調(diào)制的整體電路尺寸。
在這種情況下，為了將一個AD轉(zhuǎn)換器120分配給多個電荷發(fā)生器32和多個像素信號發(fā)生器33，一選擇器開關(guān)58提供在單元像素3的輸出側(cè)和垂直數(shù)據(jù)線18之間。選擇器開關(guān)58選定的調(diào)制信號F0(Fout1或Fout2)經(jīng)由垂直數(shù)據(jù)線18從選擇器開關(guān)58的單個輸出端59提供給AD轉(zhuǎn)換器120。選擇器開關(guān)58用作選擇開關(guān)單元，來將一個信號轉(zhuǎn)換器100分配給多個單元像素3。指定讀出行的控制信號輸入到選擇器開關(guān)58中作為轉(zhuǎn)換控制信號。
因此，盡管未在圖中示出，AD轉(zhuǎn)換器，其數(shù)量是考慮需要分配的AD轉(zhuǎn)換器120而確定的，被提供在列處理器20中。作為一結(jié)構(gòu)，其中AD轉(zhuǎn)換器120的數(shù)量被最大化，有可能將一個AD轉(zhuǎn)換器120分配給兩個電荷發(fā)生器32和兩個像素信號發(fā)生器33。作為一個結(jié)構(gòu)，其中AD轉(zhuǎn)換器120的數(shù)量被最小化，有可能將一個AD轉(zhuǎn)換器120分配給在所有垂直列中的電荷發(fā)生器32和像素信號發(fā)生器33。
一個AD轉(zhuǎn)換器120僅必須分配給多個電荷發(fā)生器32和多個像素信號發(fā)生器33。例如，如圖9A顯示，還可能在各個像素中提供信號轉(zhuǎn)換器100，并且將選擇器開關(guān)58配置在各個信號轉(zhuǎn)換器100的后一階段。在這種情況下，選擇器開關(guān)58具有選擇開關(guān)單元的功能，其將一個輸出端子59或者一個AD轉(zhuǎn)換器120分配給多個信號轉(zhuǎn)換器100。可選擇地，如圖9B所示，還可能通過在信號轉(zhuǎn)換器100的前一階段配置選擇器開關(guān)58減少信號轉(zhuǎn)換器100的數(shù)量，來明顯地降低用于信號調(diào)制的整體電路尺寸。在這種情況下，選擇器開關(guān)58具有選擇開關(guān)單元的功能，其將單個輸出端59或者一個信號轉(zhuǎn)換器100分配給多個單元像素3。
如果采納了第三實施例中的結(jié)構(gòu)，不管是第一個例子還是第二個例子，相應(yīng)于每個單元像素3獲取的信號電荷的調(diào)制信號F0(Fout1或Fout2)被傳送給提供在成像區(qū)域10外側(cè)的列處理器20。這是與通過人眼進行信息傳輸?shù)臋C構(gòu)相同的機構(gòu)。
信號轉(zhuǎn)換器100和AD轉(zhuǎn)換器120的操作與第一實施例中的相同。在這個第三實施例中，如第一實施例，可能與從成像區(qū)域10讀出的像素信號電壓Vx被穩(wěn)定的點基本同時獲得計數(shù)結(jié)果并且完成AD轉(zhuǎn)換處理。這使得可能顯著地降低AD轉(zhuǎn)換處理的時間。
由于包括信號轉(zhuǎn)換器100的單元配置在成像區(qū)域10中，并且AD轉(zhuǎn)換器120留在列處理器20中，可能實現(xiàn)在過去采納的結(jié)構(gòu)中不能獲得的效果。
如從圖8和9可以看出，單元像素3的尺寸由于信號轉(zhuǎn)換器100的增多而增加。在第二例子中，由于有必要在成像區(qū)域10中配置選擇器，因此整個成像區(qū)域10的面積也增加。這使得很難實現(xiàn)高密度。
有必要為了信號讀出配置除了垂直數(shù)據(jù)線18之外的讀出電流源線19。因此，在形成引線層方面，該引線層形成成像區(qū)域10的有效元件的引線，讀出電流源線19可能是表面?zhèn)鞲衅髦凶钃豕獾囊蛩?，表面?zhèn)鞲衅骶哂斜砻婀饨邮疹愋偷钠胀ㄏ袼亟Y(jié)構(gòu)，其從與引線層相同的表面?zhèn)葘⒐饩€引入光電轉(zhuǎn)換元件。
為了解決這些問題，如后面所述，僅必須采用背光(back-illuminated)類型的傳感器結(jié)構(gòu)。在背光類型中，背光接收類型的像素結(jié)構(gòu)被采用。在背光接收類型的像素結(jié)構(gòu)中，形成連接有效元件和其它電路部件配置其中的一層的引線的引線層形成在一元件層的表面?zhèn)?，其中形成光電轉(zhuǎn)換元件，并且入射光從元件層的另一表面?zhèn)纫簿褪桥c引線層和其它部件配置其中的層相對的表面?zhèn)纫氲焦怆娹D(zhuǎn)換元件。通過采用這種背光接收類型的像素結(jié)構(gòu)就使得考慮光接收表面的引線和電路部件配置變得不必要。換句話說，可能在光電轉(zhuǎn)換元件區(qū)域敷設(shè)引線，而不必考慮有引線和電路部件阻擋光的問題。因此，提高了引線和電路部件配置的自由度。
然而，即使采用了背光類型，為了在降低光入射面相反側(cè)上的引線和電路部件的層數(shù)時防止作為整個成像區(qū)域10的尺寸的增加，優(yōu)選的是降低信號轉(zhuǎn)換器100和選擇器開關(guān)58的電路尺寸?？梢赃m當(dāng)?shù)目紤]采用圖9B中所示的結(jié)構(gòu)，其能夠減少信號轉(zhuǎn)換器100的數(shù)量。
成像設(shè)備的原理結(jié)構(gòu)；第四實施例；第一實例圖10是解釋CMOS固態(tài)成像裝置的圖，其是本發(fā)明的第四實施例的第一實例中的物理信息獲取裝置的一種形式。第一例子被描述作為對于第三實施例第一實例的變型。在第四實施例中的固態(tài)成像裝置1具有一種特性，在于不僅信號轉(zhuǎn)換器100而且AD轉(zhuǎn)換器120都構(gòu)造在成像區(qū)域10中。
具體地，在第一例子中，固態(tài)成像裝置1具有一種特性，在于信號轉(zhuǎn)換器100和AD轉(zhuǎn)換器120為每個單元像素3提供，并且對于每個垂直列，信號轉(zhuǎn)換器100和AD轉(zhuǎn)換器120的輸出被取出到成像區(qū)域10的外側(cè)。盡管未在圖中示出，AD轉(zhuǎn)換器120被提供在成像區(qū)域10。可能立刻經(jīng)由水平選擇開關(guān)單元60和水平數(shù)據(jù)線86將AD轉(zhuǎn)換器120的輸出傳到輸出單元88。
如圖10所示，在成像區(qū)域10中的每個單元像素3包括檢測信號電荷的電荷發(fā)生器32和用作像素內(nèi)放大器的像素信號發(fā)生器33，其基于電荷發(fā)生器32產(chǎn)生的信號電荷產(chǎn)生電壓模式的像素信號。
作為第三實施例的特性部件，信號轉(zhuǎn)換器100和AD轉(zhuǎn)換器120按這個順序提供在像素信號發(fā)生器33的后一階段。AD轉(zhuǎn)換器120的輸出連接到用作像素信號輸出線的垂直數(shù)據(jù)線18，與在同一垂直列中的AD轉(zhuǎn)換器120相同。AD轉(zhuǎn)換器120獲取的計數(shù)器值，基于相應(yīng)于單元像素3獲取的信號電荷的調(diào)制信號F0(Fout1或Fout2)，經(jīng)由水平選擇開關(guān)單元60和水平數(shù)據(jù)線86被提供給輸出單元88。
成像設(shè)備的原理結(jié)構(gòu)；第四實施例，第二實例圖11A和11B是解釋CMOS固態(tài)成像裝置的圖，其是本發(fā)明的第四實施例的第二實例中的物理信息獲取裝置的一種形式。第二例子被描述作為對于第三實施例第二例子的變型。
在第四實施例第二例子中的固態(tài)成像裝置1具有一特性，在于信號轉(zhuǎn)換器100和AD轉(zhuǎn)換器120構(gòu)造在成像區(qū)域10中，并且水平選擇開關(guān)單元60中的一選擇開關(guān)分配給多個垂直列中的電荷發(fā)生器32和像素信號發(fā)生器33。
在這種情況下，為了將一個選擇開關(guān)分配給多個電荷發(fā)生器32和多個像素信號發(fā)生器33，選擇器開關(guān)58提供在單元像素3的輸出側(cè)和垂直數(shù)據(jù)線18之間。選擇器開關(guān)58選擇的計數(shù)值(通過AD轉(zhuǎn)換器120)經(jīng)由垂直數(shù)據(jù)線18被提供給選擇開關(guān)。指定一讀出行的控制信號被輸入到選擇器開關(guān)58作為轉(zhuǎn)換控制信號。
因此，盡管未在圖中示出，選擇開關(guān)，其數(shù)量經(jīng)過考慮需分配的選擇開關(guān)而確定，被提供在水平選擇開關(guān)單元60中。作為一種結(jié)構(gòu)，其中選擇開關(guān)的數(shù)量被最大化，有可能將一個信號轉(zhuǎn)換器100和一個AD轉(zhuǎn)換器120分配給兩個電荷發(fā)生器32和兩個像素信號發(fā)生器33。作為一種結(jié)構(gòu)，其中選擇開關(guān)數(shù)量被最小化，有可能將一個選擇開關(guān)分配給所有垂直列中的電荷發(fā)生器32和像素信號發(fā)生器33。
一個選擇開關(guān)僅必須被分配給多個電荷發(fā)生器32和多個像素信號發(fā)生器33。如圖11A所示，也可能在各個像素中提供信號轉(zhuǎn)換器100和AD轉(zhuǎn)換器120，并且在各個AD轉(zhuǎn)換器120的后一階段配置選擇器開關(guān)58。在這種情況下，選擇器開關(guān)58具有選擇開關(guān)單元的功能，其將水平選擇開關(guān)單元60中的一個輸出端59或者一個選擇開關(guān)分配給多個AD轉(zhuǎn)換器120。
可選擇地，如圖11B所示，還可能通過在信號轉(zhuǎn)換器100的前一階段配置選擇器開關(guān)58減少信號轉(zhuǎn)換器100和AD轉(zhuǎn)換器120的數(shù)量。在這種情況下，選擇器開關(guān)58具有選擇開關(guān)單元的功能，其將單個的輸出端59或一個信號轉(zhuǎn)換器100和一個AD轉(zhuǎn)換器120，也就是，水平選擇開關(guān)單元60中的一個選擇開關(guān)，分配給多個單元像素3。
盡管未在圖中示出，中間產(chǎn)品形成在如圖11A和11B所示的那些之間，還可能通過在各個單元像素3中提供信號轉(zhuǎn)換器100并且在多個信號轉(zhuǎn)換器100和一個AD轉(zhuǎn)換器120之間配置選擇器開關(guān)58來減少AD轉(zhuǎn)換器120的數(shù)量。在這種情況下，選擇器開關(guān)58具有選擇開關(guān)單元的功能，其將單個的輸出端59或者一個AD轉(zhuǎn)換器120，也就是，水平選擇開關(guān)單元60中的一個選擇開關(guān)，分配給多個信號轉(zhuǎn)換器100。
如果采用了第四實施例中的結(jié)構(gòu)，不管是第一例子還是第二例子，一計數(shù)器值，也就是，相應(yīng)于每個單元像素3獲取的信號電荷的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果，被傳送到提供在成像區(qū)域10外側(cè)的水平選擇開關(guān)單元60中，并且立即被傳遞到輸出單元88。這是與由人眼進行信息傳送的機構(gòu)相同的機構(gòu)。
信號轉(zhuǎn)換器100和AD轉(zhuǎn)換器120的操作與第一實施例中的相同。在該第四實施例中，如第一實施例中，可能與從成像區(qū)域10讀出的像素信號電壓Vx被穩(wěn)定的點基本同時的時刻獲取計數(shù)結(jié)果并完成AD轉(zhuǎn)換處理。這使得可能顯著地降低AD轉(zhuǎn)換處理的時間。
由于不僅信號轉(zhuǎn)換器100，而且AD轉(zhuǎn)換器120配置在成像區(qū)域10中，有可能實現(xiàn)在過去采用的結(jié)構(gòu)中不能獲得的效果。
然而，如從圖10和圖11A和11B中所見，由于基于第三實施例的結(jié)構(gòu)，AD轉(zhuǎn)換器120也構(gòu)造在成像區(qū)域10中，實現(xiàn)高密度變得更困難。單元像素3的尺寸由于信號轉(zhuǎn)換器100和AD轉(zhuǎn)換器120的增多而增加。在第二例子中，由于有必要在成像區(qū)域10中配置選擇器，整個成像區(qū)域10的面積也增加。這使得實現(xiàn)高密度變得困難。
如在第三實施例中，有必要為信號讀出配置除了垂直數(shù)據(jù)線18之外的讀出電流源線19。因此，在形成引線層中，該引線層形成成像區(qū)域10的有效元件的引線，讀出電流源線19可能是在表面?zhèn)鞲衅髦凶钃豕獾囊蛩?，表面?zhèn)鞲衅骶哂斜砻婀饨邮疹愋偷钠胀ㄏ袼亟Y(jié)構(gòu)，其從與引線層相同的表面?zhèn)葘⒐饩€引入光電轉(zhuǎn)換元件。
為了解決這些問題，如在第三實施例中所述，僅必須采用背光(back-illuminated)類型的傳感器結(jié)構(gòu)。然而，即使采用背光接收類型的傳感器結(jié)構(gòu)，為了在減少光入射面相反側(cè)上的引線數(shù)量和用于電路部件的層數(shù)時，防止作為成像區(qū)域10的整體尺寸的增加，優(yōu)選的是降低信號轉(zhuǎn)換器100，AD轉(zhuǎn)換器120和選擇器開關(guān)58的電路尺寸?？梢赃m當(dāng)?shù)目紤]采用圖11B中所示的結(jié)構(gòu)，其能夠減少信號轉(zhuǎn)換器100的數(shù)量和AD轉(zhuǎn)換器120的數(shù)量。
成像設(shè)備的原理結(jié)構(gòu)；第五實施例圖12A和12B是解釋CMOS固態(tài)成像裝置的圖，其是根據(jù)本發(fā)明第五實施例的物理信息獲取裝置的一種形式。第五實施例被描述成對于第三實施例第一例子的變型。然而，還可能將下面解釋的變型形式以相同的方式應(yīng)用到第三實施例的第二例子以及第四實施例的第一例子和第二例子。
第五實施例具有一個特性，在于提供一信號轉(zhuǎn)換器101，其基于電荷發(fā)生器32產(chǎn)生的信號電荷通過FM調(diào)制或PM調(diào)制直接地執(zhí)行信號轉(zhuǎn)換。為了直接地執(zhí)行FM調(diào)制或PM調(diào)制，如圖10A所示，信號轉(zhuǎn)換器100僅必須被形成為電荷注入類型的調(diào)制電路。換句話說，信號轉(zhuǎn)換器100僅必須具有基于信號電荷將載波信號轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的調(diào)制信號的功能，并且僅必須包括用作頻率調(diào)制器的一電荷/頻率轉(zhuǎn)換器(Q/F)，其根據(jù)用作調(diào)制信號的信號電荷調(diào)制載波信號頻率f本身，或者一用作相位調(diào)制器的電荷/相位轉(zhuǎn)換器(Q/P)，其根據(jù)用作調(diào)制信號的信號電荷調(diào)制相位。
如圖10B所示，如果必要，可取的是提供用作開關(guān)的讀出選擇晶體管34，用來將電荷發(fā)生器32產(chǎn)生的信號電荷轉(zhuǎn)移到電荷發(fā)生器32和信號轉(zhuǎn)換器100之間的信號轉(zhuǎn)換器100。用作釋放電荷的復(fù)位門單元的復(fù)位晶體管36可能被提供。
在第三和第四實施例中，電荷發(fā)生器32產(chǎn)生的信號電荷由像素信號發(fā)生器33轉(zhuǎn)換成電壓模式的像素信號，然后載波信號被轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的信號。因此，盡管可能采用利用通用VCO的FM調(diào)制電路或者PM調(diào)制電路，一個電路配置是多余的。
另一方面，在第五實施例中，基于電荷發(fā)生器32產(chǎn)生的信號電荷直接地執(zhí)行FM調(diào)制或者PM調(diào)制。因此，有可能形成緊湊的電路配置。
背光類型的傳感器結(jié)構(gòu)；截面13A和13B是背光(back-illuminated)類型結(jié)構(gòu)的成像區(qū)域10的一個實例以及適用于實現(xiàn)第三至第五實施例的外圍電路的截面圖。在圖13A中，由大約10μm至20μm厚度的硅(Si)制成的半導(dǎo)體元件層631通過利用化學(xué)機械拋光(CMP)拋光一晶片，為電荷發(fā)生器32或像素信號發(fā)生器33形成半導(dǎo)體元件層。所希望的厚度范圍對于可見光是5μm至15μm，對于紅外光是15μm至50μm，以及對于紫外線是3μm至7μm。在半導(dǎo)體元件層631的一個表面?zhèn)壬希纬晒馄帘伪∧?33和保持在半導(dǎo)體元件層631和光屏蔽薄膜633之間的SiO2薄膜632。
不像引線一樣，光屏蔽薄膜633僅考慮光學(xué)元件來敷設(shè)。一開口633A形成在光屏蔽薄膜633中。氮化硅(SiN)薄膜634形成在光屏蔽薄膜633上作為鈍化薄膜。濾色器635和微透鏡636形成在開口633A的上方。作為一像素結(jié)構(gòu)，入射到半導(dǎo)體元件層631的一個表面?zhèn)鹊墓馔ㄟ^微透鏡636和濾色器635被導(dǎo)入到形成在半導(dǎo)體元件層631中的光電二極管433的光接收表面。引線層638，其中形成了晶體管和金屬引線，被提供在半導(dǎo)體元件層631的另一個表面?zhèn)?。基底支撐材?39具有大約100μm的厚度，其進一步粘附在引線層638的下方。
引線層638的第一層用作像素中的引線。第二層用作對于垂直數(shù)據(jù)線18和漏極線在縱向上的引線。第三層被用作對于傳輸門引線(讀出選擇線TRG)55，復(fù)位引線(RST)56，用于行地址設(shè)定的垂直選擇線(VSEL)57等在橫向上的引線。
在實現(xiàn)第三和第四實施例方面，縱向上的引線不限于垂直數(shù)據(jù)線18。還配置了讀出電流源線19。讀出電流源線19是在信號讀出時，用于形成讀出電流源單元27中的負載MOS晶體管和選擇行中的放大晶體管42之間的源跟隨器，用來繼續(xù)將預(yù)先確定的恒電流利用連接到各個放大晶體管42的負載MOS晶體管提供給放大晶體管42。
第四層提供在引線層638中作為用于讀出電流源線19的一層。即使層數(shù)在引線層638中增加，但是在光接收表面?zhèn)壬系墓鈱W(xué)設(shè)計完全不受影響。在這點上，當(dāng)層數(shù)增加時，背光類型的傳感器結(jié)構(gòu)較大地不同于表面光接收類型的傳感器結(jié)構(gòu)，后者影響光接收表面?zhèn)鹊墓鈱W(xué)設(shè)計。在沒有說明的情況下垂直數(shù)據(jù)線18可能配置在第四和隨后層中。在這種情況下，可能減少在第二層中的引線數(shù)，并實現(xiàn)像素的細化。
半導(dǎo)體元件層640由大約10μm至20μm厚的硅(Si)等構(gòu)成，形成在引線層638和基底支撐材料639之間作為對于信號轉(zhuǎn)換器100，AD轉(zhuǎn)換器120和選擇器開關(guān)58的半導(dǎo)體元件層。沒有必要將所有的信號轉(zhuǎn)換器100，AD轉(zhuǎn)換器120和選擇器開關(guān)58提供在同一半導(dǎo)體元件層。至少信號轉(zhuǎn)換器100，AD轉(zhuǎn)換器120和選擇器開關(guān)58僅必須被形成在光接收表面?zhèn)鹊南喾磦?cè)上的任意數(shù)量的半導(dǎo)體元件層中。例如，半導(dǎo)體元件層640還可能以三層結(jié)構(gòu)形成，包括層640a，640b和640c，并且信號轉(zhuǎn)換器100，AD轉(zhuǎn)換器120和選擇器開關(guān)58提供在各個半導(dǎo)體元件層640a，640b和640c。即使半導(dǎo)體元件層640以這種方式提供，光接收表面?zhèn)鹊墓鈱W(xué)設(shè)計是完全不受影響的。在這一點上，背光類型的傳感器結(jié)構(gòu)較大地不同于表面光接收類型的傳感器結(jié)構(gòu)，后者在電路部件配置在光接收表面?zhèn)葧r，影響光接收表面?zhèn)鹊墓鈱W(xué)設(shè)計。
過去的CMOS圖像傳感器采用表面光接收類型的像素結(jié)構(gòu)，其中引線層側(cè)被設(shè)定為表面?zhèn)?，并且入射光從該引線層側(cè)引入。在上述背光類型的元件結(jié)構(gòu)中，入射光從引線層638和半導(dǎo)體元件層640的相反側(cè)的表面(背面)側(cè)引入。
如在該背光接收類型的像素結(jié)構(gòu)所見，光屏蔽薄膜633僅作為微透鏡636和光電二極管433之間的金屬層存在，并且從光電二極管433的光屏蔽薄膜633的高度與SiO2薄膜632的厚度一樣低(也就是，大約0.5μm)。因此，可能消除由金屬層中的掩蔽引起的壓縮限制。
如從圖13A中可以看出，采用了用于從引線層相反側(cè)(背側(cè))的表面引入光的背光接收類型的像素結(jié)構(gòu)。因此，可能敷設(shè)引線并在諸如光電二極管等的光電轉(zhuǎn)換元件區(qū)域配置電路部件，而不必考慮由半導(dǎo)體元件層640中的引線和電路部件引起的光阻擋問題。
如在圖13A中所見，由于在光接收表面?zhèn)炔淮嬖谝€層638，因此可能相對于光接收表面在低位置形成光屏蔽薄膜633，濾色器635和微透鏡636。因此，背光接收類型的像素結(jié)構(gòu)考慮到靈敏度，混色，臨邊昏暗等方面也是有優(yōu)勢的。
在該例子中描述的背光類型傳感器結(jié)構(gòu)中，不僅讀出電流源線19，而且其它引線(像素中的引線，除讀出電流源線19之外的在縱向上的引線，以及在橫向上的引線)配置在入射光被引入光電轉(zhuǎn)換元件的一側(cè)的相反側(cè)的表面。然而，這也是不必要的。換句話說，在實現(xiàn)第三或第四實施例方面，背光類型的傳感器結(jié)構(gòu)僅必須應(yīng)用到讀出電流源線19，其可能需要與垂直數(shù)據(jù)線18分開單獨提供。在這種情況下，當(dāng)背光類型的傳感器結(jié)構(gòu)基于表面光類型的傳感器結(jié)構(gòu)改變時，獲得圖13B中所示的層結(jié)構(gòu)。
例如，當(dāng)已經(jīng)光學(xué)設(shè)計為表面類型傳感器的傳感器被轉(zhuǎn)換用作一狀態(tài)的球形快門(高速)(global shutter)，在該狀態(tài)中傳感器具有特性兼容性，可能利用該傳感器結(jié)構(gòu)，例如，來隔離表面和背面上的用作數(shù)字系統(tǒng)的控制線以及用作模擬系統(tǒng)的垂直數(shù)據(jù)線。
不是不可能對于信號轉(zhuǎn)換器100，AD轉(zhuǎn)換器120，以及選擇器開關(guān)58配置半導(dǎo)體元件層640，為光接收表面相反側(cè)上的讀出電流源線19配置引線層642，并且為其它引線(像素中的引線，縱向上的引線，以及橫向上的引線)配置引線層638，與半導(dǎo)體元件層631一起被配置在光接收表面?zhèn)?，其中光電二極管433等形成并保持在引線層642和引線層638之間。然而，作為一個實際問題，步驟數(shù)增加了。
利用實施例解釋了本發(fā)明。然而，本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于在實施例中描述的范圍。在不背離本發(fā)明要旨的情況下可能將各種變型和改變施加到實施例中。這些變型和改變之后的形式也包括在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
該實施例不根據(jù)權(quán)利要求限制本發(fā)明。實施例中解釋的所有特性組合對于解決問題的方式并不總是必須的。上述實施例包括在各個階段的發(fā)明。根據(jù)該說明書中公開的多個元件的合適組合可能提取出各種發(fā)明。即使幾個元件從實施例中描述的所有元件中刪除，具有刪除了的幾個元件的結(jié)構(gòu)能夠提取出來作為一個發(fā)明。
例如，在實施例中解釋的例子中，本發(fā)明應(yīng)用到行單元讀出系統(tǒng)(列讀出系統(tǒng))的設(shè)備，其執(zhí)行曝光時間的電子控制，其中相應(yīng)于入射光的信號電荷的累積從每個線(行)開始，并且基于累積的信號電荷的電流或電壓信號根據(jù)地址指定按順序從成像區(qū)域讀出作為各個像素的像素信號。然而，在一個系統(tǒng)中，其中相應(yīng)于入射光的信號電荷累積從每個像素開始，如在實施例中，可能基于累積的信號電荷將載波信號轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的信號，并且利用與頻率相關(guān)的信號為預(yù)定目的獲取物理信息。
在實施例中，CMOS固態(tài)成像具有對于光和諸如輻射等從外側(cè)輸入的電磁波的靈敏度，被作為例子描述。然而，有可能將實施例中解釋的機構(gòu)應(yīng)用到一類型的所有檢測物理量變化的物理量分布檢測器中，用來根據(jù)地址設(shè)定確定累積時間和在像素中的讀出點。還可能將該機構(gòu)應(yīng)用到具有在如電荷耦合器件(CCD)的單元部件中不包括單元信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
不僅在用光抓住物理量變化的機構(gòu)中，而且在諸如指紋識別設(shè)備的檢測物理量變化的其它機構(gòu)中，指紋識別設(shè)備以基于壓力的電特性變化和光特性變化為基礎(chǔ)檢測指紋圖像(見JP-A-2002-7984，JP-A-2001-125734等)，可能基于檢測器檢測到的物理量變化的信息將載波信號轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的信號，并且利用與頻率相關(guān)的信號為預(yù)定目的獲取物理信息。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，基于檢測器檢測到的變化信息將載波信號轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的信號(調(diào)制信號)，來利用調(diào)制信號為預(yù)定目的獲取物理信息。
檢測器檢測到的變化信息不是以電壓模式或電流模式的信號傳送到輸出端的，而是在轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的調(diào)制信號后傳送的。因此，即使在信號傳送時載波信號(調(diào)制信號)的幅值、頻率或相位波動，該波動較小地影響通過調(diào)制信號傳送的信號，該信號更容易受到基底偏置效應(yīng)、引線長度、引線電容、門電路整體電容等的影響，并且當(dāng)在接收側(cè)的輸入信號減弱時SN比率(信號功率與噪聲功率的比率)的損耗量較小，并且噪聲阻抗特性是令人滿意的。
由于AD轉(zhuǎn)換處理是在脈沖計數(shù)處理中利用信號轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的調(diào)制波在AD轉(zhuǎn)換處理器中執(zhí)行的，因此可能有效地執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換處理。此外，即使當(dāng)在用于AD轉(zhuǎn)換的計數(shù)處理中采用的計數(shù)器時鐘或者門信號被連接到AD轉(zhuǎn)換處理器時，很容易采用降低計數(shù)器時鐘或者門信號頻率的機構(gòu)。有可能容易地減少由引線引起的噪聲和功率消耗的問題。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，依據(jù)設(shè)計需要和其它因素，在不超出附加的權(quán)利要求或者其等效物的范圍內(nèi)，可能出現(xiàn)各種變型、組合、再組合以及改變。
權(quán)利要求
1.一種基于變化信息獲取用于預(yù)定目的的物理信息的物理信息獲取方法，所述變化信息是在對于物理量的預(yù)定檢測條件下利用用于物理量分布檢測的部分而獲取到的，所述用于物理量分布檢測的部分包括用于檢測與檢測器上的入射產(chǎn)生的物理量的變化相應(yīng)的變化信息的檢測器、和用于基于以預(yù)定順序布置的檢測器檢測到的變化信息輸出單元信號的單元組件，其中基于檢測器檢測到的變化信息將載波信號轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的信號，和利用與頻率相關(guān)的信號來獲取用于預(yù)定目的的物理信息。
2.一種基于信號獲取用于預(yù)定目的的物理信息的物理信息獲取裝置，所述信號是在對于物理量的預(yù)定檢測條件下利用用于物理量分布檢測的部分而獲取到的，所述用于物理量分布檢測的部分包括用于檢測與檢測器上的入射產(chǎn)生的物理量的變化相應(yīng)的變化信息的檢測器、和用于基于以預(yù)定順序布置的檢測器檢測到的變化信息輸出信號的單元組件，物理信息獲取裝置包括信號轉(zhuǎn)換器，用于基于檢測器檢測到的變化信息將載波信號轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的信號，其中物理信息獲取裝置利用信號轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的與頻率相關(guān)的信號獲取用于預(yù)定目的物理信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的物理信息獲取裝置，還包含AD轉(zhuǎn)換處理器，其使用檢測器檢測到的、被設(shè)定為處理對象信號的變化信息，利用信號轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的與頻率相關(guān)的信號將處理對象信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的物理信息獲取裝置，其中信號轉(zhuǎn)換器被提供在其中單元組件以預(yù)定順序布置的檢測區(qū)域中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的物理信息獲取裝置，還包括選擇開關(guān)單元，其將一個信號轉(zhuǎn)換器分配給多個單元組件或者將一個輸出端分配給多個信號轉(zhuǎn)換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的物理信息獲取裝置，其中信號轉(zhuǎn)換器和AD轉(zhuǎn)換處理器被布置在其中單元組件以預(yù)定順序布置的檢測區(qū)域中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的物理信息獲取裝置，還包括選擇開關(guān)單元，其將一個輸出端分配給多個信號轉(zhuǎn)換器和/或AD轉(zhuǎn)換處理器。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的物理信息獲取裝置，其中信號轉(zhuǎn)換器包括頻率調(diào)制器，其基于檢測器檢測到的變化信息調(diào)制載波信號中的頻率分量。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的物理信息獲取裝置，其中單元組件中包括單元信號發(fā)生器，其基于檢測器檢測到的變化信息產(chǎn)生單元信號，以及信號轉(zhuǎn)換器包括頻率調(diào)制器，其基于單元信號發(fā)生器產(chǎn)生的單元信號調(diào)制載波信號中的頻率分量。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的物理信息獲取裝置，其中信號轉(zhuǎn)換器包括相位調(diào)制器，其基于檢測器檢測到的變化信息調(diào)制載波信號中的相位分量。
11.根據(jù)權(quán)利要求2中的物理信息獲取裝置，其中單元組件中包括單元信號發(fā)生器，其基于檢測器檢測到的變化信息產(chǎn)生單元信號，以及信號轉(zhuǎn)換器包括相位調(diào)制器，其基于單元信號發(fā)生器產(chǎn)生的單元信號調(diào)制載波信號中的相位分量。
12.根據(jù)權(quán)利要求3的物理信息獲取裝置，其中AD轉(zhuǎn)換處理器通過根據(jù)信號轉(zhuǎn)換器輸出的信號對預(yù)定計數(shù)對象脈沖脈寬進行脈沖計數(shù)處理，將處理對象信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)，處理對象信號是檢測器檢測到的變化信息。
13.根據(jù)權(quán)利要求2的物理信息獲取裝置，其中信號轉(zhuǎn)換器包括相位調(diào)制器，其基于檢測器檢測到的變化信息調(diào)制載波信號中的相位分量，AD轉(zhuǎn)換處理器包括鑒相器，其基于預(yù)定頻率的參考信號和從相位調(diào)制器輸出的信號提取相位信息，和AD轉(zhuǎn)換處理器通過根據(jù)預(yù)定頻率的參考信號或者從相位調(diào)制器輸出的信號對表示從鑒相器輸出的相位信息的計數(shù)對象脈沖的寬度進行脈沖計數(shù)處理，將處理對象信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)，處理對象信號是檢測器檢測到的變化信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求3的物理信息獲取裝置，其中AD轉(zhuǎn)換處理器將包括參考分量和信號分量的模擬處理對象信號的信號分量以及參考分量的差信號分量轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)，以及AD轉(zhuǎn)換處理器包括計數(shù)處理器，其以向下計數(shù)模式和向上計數(shù)模式之一執(zhí)行計數(shù)處理，并且在計數(shù)處理完成時將計數(shù)值保持在一點處。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的物理信息獲取裝置，還包括控制單元，其根據(jù)是將該處理應(yīng)用到參考分量還是信號分量來在計數(shù)處理器中切換計數(shù)處理的模式。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的物理信息獲取裝置，其中計數(shù)處理器包括普通的計數(shù)器電路并且能夠切換向上計數(shù)模式和向下計數(shù)模式。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的物理信息獲取裝置，其中控制單元在第二處理中從第一處理中保持的計數(shù)值開始計數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的物理信息獲取裝置，其中控制單元控制計數(shù)處理器將計數(shù)處理應(yīng)用到第一處理中的參考分量并將計數(shù)處理應(yīng)用到第二處理中的信號分量。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的物理信息獲取裝置，其中控制單元切換在計數(shù)處理器中的計數(shù)處理模式，從而計數(shù)處理器將向下計數(shù)模式的計數(shù)處理應(yīng)用到參考分量，并且將向上計數(shù)模式的計數(shù)處理應(yīng)用到信號分量。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的物理信息獲取裝置，還包括數(shù)據(jù)存儲單元，其對于最后處理對象信號保持計數(shù)處理器保持的計數(shù)值；以及讀出掃描單元，其對于當(dāng)前處理對象信號，與由信號轉(zhuǎn)換器和計數(shù)處理器執(zhí)行的處理并行地從數(shù)據(jù)存儲單元讀出計數(shù)值。
21.根據(jù)權(quán)利要求2的物理信息獲取裝置，其中用于物理量分布檢測的部分具有半導(dǎo)體元件層，該半導(dǎo)體元件層在形成檢測器的元件層的一個表面?zhèn)壬闲纬尚盘栟D(zhuǎn)換器，從而從元件層的另一表面?zhèn)仍跈z測器上的入射產(chǎn)生物理量。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的物理信息獲取裝置，其中AD轉(zhuǎn)換處理器被形成在半導(dǎo)體元件層中，AD轉(zhuǎn)換處理器用檢測器檢測到的、被設(shè)定為處理對象信號的變化信息，利用在一個表面?zhèn)壬咸峁┑男盘栟D(zhuǎn)換器產(chǎn)生的與頻率相關(guān)的信號，將處理對象信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)。
23.一種物理量分布檢測器，其包括檢測與檢測器上的入射產(chǎn)生的物理量的變化相應(yīng)的變化信息的檢測器、和基于以預(yù)定順序布置的檢測器檢測到的變化信息輸出信號的單元組件，所述物理量分布檢測器在其中單元組件以預(yù)定順序布置的檢測區(qū)域中包含信號轉(zhuǎn)換器，其基于檢測器檢測到的變化信息將載波信號轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的信號。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的物理量分布檢測器，在檢測區(qū)域中還包括選擇開關(guān)單元，其將一個信號轉(zhuǎn)換器分配給多個單元組件或者將一個輸出端分配給多個信號轉(zhuǎn)換器。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的物理量分布檢測器，在檢測區(qū)域中還包括AD轉(zhuǎn)換處理器，其用檢測器檢測到的、被設(shè)定為處理對象信號的變化信息，利用信號轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的與頻率相關(guān)的信號，將處理對象信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的物理量分布檢測器，在檢測區(qū)域中還包括選擇開關(guān)單元，其將一個輸出端分配給多個信號轉(zhuǎn)換器和/或AD轉(zhuǎn)換處理器。
27.根據(jù)權(quán)利要求23的物理量分布檢測器，其中信號轉(zhuǎn)換器包括頻率調(diào)制器，其基于檢測器檢測到的變化信息調(diào)制載波信號中的頻率分量。
28.根據(jù)權(quán)利要求23的物理量分布檢測器，其中單元組件中包括單元信號發(fā)生單元，其基于檢測器檢測到的變化信息產(chǎn)生單元信號，以及信號轉(zhuǎn)換器包括頻率調(diào)制器，其基于單元信號發(fā)生器產(chǎn)生的單元信號調(diào)制載波信號中的頻率分量。
29.根據(jù)權(quán)利要求23的物理量分布檢測器，其中信號轉(zhuǎn)換器包括相位調(diào)制器，其基于檢測器檢測到的變化信息調(diào)制載波信號中的相位分量。
30.根據(jù)權(quán)利要求23的物理量分布檢測器，其中單元組件中包括單元信號發(fā)生單元，其基于檢測器檢測到的變化信息產(chǎn)生單元信號，以及信號轉(zhuǎn)換器包括相位調(diào)制器，其基于單元信號發(fā)生器產(chǎn)生的單元信號調(diào)制載波信號中的相位分量。
31.根據(jù)權(quán)利要求25的物理量分布檢測器，其中AD轉(zhuǎn)換處理器通過根據(jù)從信號轉(zhuǎn)換器輸出的信號將脈沖計數(shù)處理應(yīng)用到預(yù)定計數(shù)對象脈沖的寬度，將處理對象信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)，處理對象信號是檢測器檢測到的變化信息。
32.根據(jù)權(quán)利要求25的物理量分布檢測器，其中信號轉(zhuǎn)換器包括相位調(diào)制器，其基于檢測器檢測到的變化信息調(diào)制載波信號中的相位分量，以及AD轉(zhuǎn)換處理器具有鑒相器，其基于預(yù)定頻率的參考信號和從相位調(diào)制器輸出的信號提取相位信息，以及AD轉(zhuǎn)換處理器通過根據(jù)預(yù)定頻率的參考信號或者從相位調(diào)制器輸出的信號將脈沖計數(shù)處理應(yīng)用到表示從鑒相器輸出的相位信息的計數(shù)對象脈沖的寬度，將處理對象信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)，處理對象信號是檢測器檢測到的變化信息。
33.根據(jù)權(quán)利要求23的物理量分布檢測器，其中形成信號轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體元件層被提供在其中形成檢測器的元件層的一個表面?zhèn)壬?，以及從元件層的另一表面?zhèn)仍跈z測器上的入射產(chǎn)生物理量。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的物理量分布檢測器，其中AD轉(zhuǎn)換處理器被形成在提供在一個表面?zhèn)鹊陌雽?dǎo)體元件層中，該AD轉(zhuǎn)換處理器用檢測器檢測到的、被設(shè)定為處理對象信號的變化信息，利用信號轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的與頻率相關(guān)的信號，將處理對象信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)。
35.一種固態(tài)成像裝置，包括成像區(qū)域，其包括多個像素；以及信號轉(zhuǎn)換器部分，其中來自多個像素的圖像信號被轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的信號。
36.一種固態(tài)成像裝置，包括成像區(qū)域，其包括多個像素；其中多個像素包括信號轉(zhuǎn)換器部分，其中相應(yīng)于入射光量的圖像信號被轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的信號，并且與頻率相關(guān)的信號從多個像素輸出。
37.一種攝像設(shè)備，包括固態(tài)成像裝置，其具有包括多個像素的成像區(qū)域；以及信號轉(zhuǎn)換器部分，其中來自多個像素的圖像信號被轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的信號。
38.一種攝像設(shè)備，包括固態(tài)成像裝置，其具有包括多個像素的成像區(qū)域；其中多個像素包括信號轉(zhuǎn)換器部分，其中相應(yīng)于入射光量的圖像信號被轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的信號，并且與頻率相關(guān)的信號從多個像素輸出。
全文摘要
提供了一種基于變化信息獲取用于預(yù)定目的的物理信息的物理信息獲取方法，該變化信息是在對于物理量的預(yù)定檢測條件下利用用于物理量分布檢測的部分被獲取到的。該用于物理量分布檢測的部分包括用于檢測相應(yīng)于檢測器上的入射產(chǎn)生的物理量的變化的變化信息的檢測器、和用于基于以預(yù)定順序布置的檢測器檢測到的變化信息輸出單元信號的單元組件。在所述物理信息獲取方法中，載波信號基于檢測器檢測到的變化信息被轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的信號。利用與頻率相關(guān)的信號獲取用于預(yù)定目的的物理信息。
文檔編號H04N5/32GK1842141SQ200610079438
公開日2006年10月4日 申請日期2006年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月23日
發(fā)明者福島范之 申請人:索尼株式會社