專利名稱：固體攝像裝置、攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體攝像裝置及攝像裝置。更詳細(xì)地說，涉及例如排列了多 個對于光或放射線等從外部輸入的電磁波具有感應(yīng)性的單位結(jié)構(gòu)要素而構(gòu) 成，根據(jù)地址控制來選擇通過單位結(jié)構(gòu)要素被變換為電信號的物理量分布， 從而可作為電信號來讀出的物理量分布檢測的半導(dǎo)體裝置的 一例的固體攝像 裝置，以及具有與該固體攝像裝置相同的構(gòu)造的攝像裝置。
背景技術(shù)：
近年來，作為固體攝像裝置的一例，能夠克服CCD (Charge Coupled Device )圖像傳感器所具有的各種問題的MOS ( Metal Oxide Semiconductor) 或CMOS (Complementary Metal-oxide Semiconductor)型的圖像傳感器備受 關(guān)注。近年來，固體攝像裝置作為安裝在移動電話等各種移動終端設(shè)備的攝像 裝置、數(shù)字靜態(tài)照相機或者數(shù)字?jǐn)z像機等攝像裝置的圖像輸入裝置(攝像設(shè) 備)，被廣泛使用。例如，CMOS圖像傳感器使每個像素具有浮動擴散放大器(floating diffusion amplifier)等放大電路，在讀出像素信號時，作為地址控制的一例， 多采用被稱為所謂的列串聯(lián)輸出型或者縱列(column)型的方式，即，從像 素陣列單元中選擇某一行并同時訪問該一行，以行為單位即對于一行的所有 像素同時串聯(lián)地從像素陣列單元中讀出像素信號。但是，在固體攝像裝置中，有時為了消除由電荷生成單元(光電變換單 元)取得的信號電荷量所對應(yīng)的像素信號中包含的噪聲分量，在像素信號電 壓中的噪聲電平(復(fù)位電平)和信號電平之間進(jìn)行差分處理。由此，可以提 取噪聲分量的復(fù)位信號被消除了的、沒有噪聲分量的信號分量。但是，在某個攝像條件下，進(jìn)行這樣的差分處理會產(chǎn)生弊病。具體來說， 在被攝體中存在太陽或燈光(light)等高亮度物體等、比飽和電平的光量還 要強的高光量的攝像條件下，在該非常強的光入射到了電荷生成單元時，會產(chǎn)生像素信號電壓的復(fù)位電平Srst隨著時間的經(jīng)過而變化(例如下降)的現(xiàn) 象(設(shè)變化量為AV)。由電荷生成單元(光電變換部件)取得的信號電荷量 所對應(yīng)的信號分量被疊加在剛停止施加復(fù)位電平后的、從原來的復(fù)位電平Srst 下降了AV的電平中。其結(jié)果，信號電平Ssig即使被照射強光也依然下降。 被攝體中的高亮度物體的部分成為黑圖像，畫質(zhì)變差。
其原因可以認(rèn)為是，強光被入射到電荷生成單元，信號電平Ssig在達(dá)到 飽和電平后不會成為該飽和電平以上，而被輸出一定電平，另一方面，若更 強的光被入射到電荷生成單元而導(dǎo)致復(fù)位電平Srst下降，則信號電平Ssig為 飽和電平且一定，而復(fù)位電平Srst下降，因此實質(zhì)上，由信號電平Ssig和復(fù) 位電平Srst的差分"Ssig-Srst，，所表示的信號電平Ssig變小。不管強光被入 射到電荷生成單元，差分"Ssig-Srst".都會變小，因此，會產(chǎn)生盡管非常亮 還是看起來黑的黑化現(xiàn)象(也被稱為黑沉淀現(xiàn)象)。
為了避免這樣的黑化現(xiàn)象，考慮以下構(gòu)造，判定信號電平是在飽和的區(qū) 域，還是在復(fù)位電平變化的區(qū)域等，判定像素信號電壓是否處在黑化現(xiàn)象產(chǎn) 生時的狀態(tài)，在檢測出黑化現(xiàn)象時，使黑化現(xiàn)象正在發(fā)生的狀態(tài)的信息不被 傳遞到后級電路中(例如參照專利文獻(xiàn)l、 2)。
專利文獻(xiàn)1:(日本)特開2004-248304號公報
專利文獻(xiàn)2:(日本)特開2007-036916號公報
但是，在判定黑化現(xiàn)象時，單純地比較像素信號電壓的復(fù)位電平或信號 電平與判定電平，則由于像素復(fù)位時的像素信號電壓對每個像素的偏差，因 此會產(chǎn)生黑化現(xiàn)象的檢測偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述情況而完成，其目的在于提供能夠緩和在判定黑化現(xiàn)象 時的、像素復(fù)位時的像素信號電壓對每個像素的偏差所帶來的影響。
本發(fā)明的固體攝像裝置或攝像裝置的一實施方式包括配置有多個單位 像素的像素陣列單元，該單位像素包含電荷生成單元以及用于輸出與由該電
荷生成單元生成的電荷對應(yīng)的處理對象信號的輸出晶體管；攝像條件判定單
元，判定是否為比提供飽和電平的光量強的高光量的信息入射到電荷生成單
元的高光量攝像條件；以及控制單元，以攝像條件判定單元判定為是高光量 攝像條件作為條件，進(jìn)行控制以校正輸出信號，從而使基于從單位像素輸出的處理對象信號的輸出信號成為被抑制了由高光量攝像條件所引起的弊病的信號。
這里，攝像條件判定單元通過比較用于判定是否為高光量攝像條件的判 定電平和從單位像素輸出的處理對象信號，從而判定是否為高光量攝像條件。
并且，判定電平設(shè)定為適合單位像素的每一個的電平，從而即使像素復(fù) 位的像素信號電壓對每個單位像素存在偏差，也能夠緩和該影響。為了設(shè)定 為對每個單位像素適合的判定電平，根據(jù)像素復(fù)位時的像素信號電壓來調(diào)整
判定電平較好，作為一例，可考慮使以時間序列具有初始值電平和判定電平 的參照信號的初始值電平和像素復(fù)位時的像素信號電壓一致。
如何設(shè)定對每個單位像素適合的電平，還依賴于電路結(jié)構(gòu)。例如，對于 以時間序列具有初始值電平和判定電平的參照信號與像素信號電壓進(jìn)行比較
的比較單元，可以釆用在參照信號為初始值電平時短路(short)輸入輸出之 間而進(jìn)行初始化的結(jié)構(gòu)。這時，被輸入到比較單元的各個信號設(shè)為電容耦合。 固體攝像裝置可以是由單芯片形成的方式，也可以是攝像單元和、信號 處理單元或光學(xué)系統(tǒng)一同被封裝(packaging)的具有攝像功能的模塊狀的方 式。不僅是固體攝像裝置，也適用于攝像裝置。這時，作為攝像裝置，可得 到與固體攝像裝置同樣的效果。這里，攝像裝置例如表示照相機或具有攝像
功能的移動設(shè)備。此外，"攝像"不僅是通常的照相機攝像時的圖像的攝取， 在廣義上，還包括指紋檢測等。
根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，在設(shè)為校正輸出信號，以判定是否為高光量 攝像條件，并在是高光量攝像條件時，成為被抑制了高光量攝像條件所引起 的弊病的信號的構(gòu)造時，將用于判定是否為高光量攝像條件的判定電平設(shè)定 為適合單位像素的每一個的判定電平。由此，即使像素復(fù)位的像素信號電壓
對每個單位像素存在偏差，是否為高光量攝像條件的判定結(jié)果都不易受到該 偏差的影響。


圖1是表示本發(fā)明的固體攝像裝置的一個實施方式的CMOS固體攝像裝 置的概略結(jié)構(gòu)圖的第1實施方式的圖。
圖1A是表示本發(fā)明的固體攝像裝置的一個實施方式的CMOS固體攝像 裝置的概略結(jié)構(gòu)圖的第2實施方式的圖。圖2是用于說明縱列AD變換處理的第1處理例的動作的時序圖。 圖3是說明第2處理例的縱列AD變換處理的動作原理的第1例的圖。 圖3A是說明第2處理例的縱列AD變換處理的動作原理的第2例的圖。 圖4是表示生成黑化現(xiàn)象檢測用的參照信號的參照信號生成單元的一結(jié) 構(gòu)例的圖。
圖4A是表示由參照信號生成單元生成的參照信號的一例的圖。 圖5是說明AD變換用的電壓比較單元和黑化檢測單元、數(shù)據(jù)保持控制 單元的關(guān)系的圖。
圖6是表示黑化檢測單元的比較單元的結(jié)構(gòu)例的概略電路圖。
圖6A是表示AD變換用的電壓比較單元的比較單元的結(jié)構(gòu)例的概略電路圖。
圖7是說明用像素信號電壓的P相電平來判定有無發(fā)生黑化現(xiàn)象的情況 和用D相電平判定的情況的差異的圖(其一)。圖7A是說明用像素信號電壓的P相電平來判定有無發(fā)生黑化現(xiàn)象的情 況和用D相電平判定的情況的差異的圖(其二)。
圖8是表示用像素信號電壓的D相電平判定有無發(fā)生黑化現(xiàn)象時的信號 定時例的圖(其一)。
圖8A是表示用像素信號電壓的D相電平判定有無發(fā)生黑化現(xiàn)象時的信 號定時例的圖(其二)。
圖9是表示用像素信號電壓的P相電平判定有無發(fā)生黑化現(xiàn)象時的信號 定時例的圖。
圖10是表示利用了與固體攝像裝置相同的構(gòu)造的物理信息取得裝置的 一例的攝像裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。 標(biāo)號說明
l...固體攝像裝置、10…像素陣列單元、12…水平掃描單元、14…垂直掃 描單元、15...行控制線、18...水平信號線、19…垂直信號線、20…通信和定 時控制單元、23…時鐘變換單元、24…讀出電流控制單元、2S0…縱列AD單 元、252...電壓比較單元、253...計數(shù)動作控制單元、254...計數(shù)器單元、256... 數(shù)據(jù)存儲單元、258…開關(guān)、26…縱列處理單元、260…計數(shù)相位切換單元、 27…參照信號生成單元、27a…DA轉(zhuǎn)換單元、28…輸出電路、29…數(shù)字運算 單元、3…單位像素、301...比較單元、32…電荷生成單元、350…緩沖單元、400…黑化檢測單元、401…比較單元、430…緩沖單元、460…參照信號生成 單元、4"70…電阻電路、480…開關(guān)單元、5…像素信號生成單元、500…數(shù)據(jù) 保持控制單元、510…鎖存電路、7...驅(qū)動控制單元、8...攝像裝置、900...照
相機控制單元。
具體實施例方式
以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。另外，以下，以使用X-Y 地址型的固體攝像裝置的一例的CMOS固體攝像裝置作為設(shè)備的情況為例進(jìn) 行說明。此外，CMOS固體攝像裝置作為其全部像素由NMOS構(gòu)成的結(jié)構(gòu)來 說明。
但這是一例，成為對象的設(shè)備不限于MOS型的固體攝像裝置。對于將多 個單位結(jié)構(gòu)要素排列成線狀或者矩陣狀而構(gòu)成的物理量分布檢測用的所有半
導(dǎo)體裝置，后述的所有實施方式同樣可以適用，所述單位結(jié)構(gòu)要素對于光或 放射線等從外部輸入的電》茲波具有感應(yīng)性。
圖1是表示本發(fā)明的固體攝像裝置的一實施方式的CMOS固體攝像裝置 (CMOS圖像傳感器)的概要結(jié)構(gòu)圖的第1實施方式的圖。
固體攝像裝置1具有像素單元，是來自各像素的信號輸出為電壓信號的、 列并聯(lián)地設(shè)置了 CDS ( Correlated Double Sampling;相關(guān)二重采樣)處理功能 單元或數(shù)字變換單元(ADC; Analog Digital Converter )等的列并聯(lián)輸出型的 裝置，其中，像素單元中多個像素被排列成行以及列(即，三維矩陣狀)，像 素包含用于輸出與入射光量對應(yīng)的信號的受光元件(電荷生成單元的一例)。 作為AD變換方式，從電路規(guī)模或處理速度(高速化)或分辨率等觀點 出發(fā)可考慮各種各樣的方式，但作為一例，采用將模擬的單位信號和用于變 換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的、值逐漸變化的所謂的斜坡(ramp)狀的參照信號SLP一ADC 進(jìn)行比較，同時基于可通過在基于該比較處理的計數(shù)動作有效期間內(nèi)進(jìn)行計 數(shù)處理所得到的計數(shù)值來取得單位信號的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的、被稱為所謂的斜率 (slope)積分型或者斜坡信號比較型(以下在本說明書中稱為參照信號比較 型)的AD變換方式。參照信號SLP—ADC只要是具有整體上按照某個斜率 線性變化的波形的信號即可，可以是其變化呈現(xiàn)平滑的斜坡狀的信號，也可 以是階梯狀地逐漸變化的信號?？梢哉f，通過組合參照信號比較型AD變換方式和前述的列并聯(lián)輸出型，適用于可將來自像素的模擬輸出列并聯(lián)地在低 頻帶進(jìn)行AD變換的、高畫質(zhì)和高速并存的圖像傳感器中。
在平視設(shè)備時，多個各功能單元可以是都相對于像素陣列單元IO僅配置 在列方向的一方的端邊緣側(cè)(配置在圖的下側(cè)的輸出側(cè))，也可以是在相對于 像素陣列單元10分別配置在列方向的 一方的端邊緣側(cè)(配置在圖的下側(cè)的輸 出側(cè))和其相反側(cè)的另一方的端邊緣側(cè)(圖的上側(cè))。后者的情況下，進(jìn)行行 方向的讀出掃描(水平掃描)的水平掃描單元也分別配置在各端邊緣側(cè)，分 別可獨立動作地構(gòu)成為好。
例如，作為列并聯(lián)地設(shè)置有CDS處理功能單元或數(shù)字變換單元的典型例， 有縱列型的例子，其在設(shè)置在攝像單元的輸出側(cè)的被稱為縱列區(qū)域的部分， 按垂直列設(shè)置CDS處理功能單元或其他的模擬信號處理單元或數(shù)字變換單 元，依次讀出到輸出側(cè)，垂直列與CDS處理功能單元或數(shù)字變換單元等1對 l地連接。此外，不限于縱列型(列并聯(lián)型)，可以采用對于相鄰的多個(例 如兩個)垂直信號線19 (垂直列)分配一個CDS處理功能單元或數(shù)字變換單 元的方式，或?qū)τ诿扛鬘條(N為正整數(shù)；其中分布了 N-l條)的N條垂直 信號線19 (垂直列)分配一個CDS處理功能單元或數(shù)字變換單元的方式。
除了縱列型之外，任何方式都是多個垂直信號線19 (垂直列)共用一個 CDS處理功能單元或數(shù)字變換單元的結(jié)構(gòu)，因此，設(shè)置切換電路(開關(guān))，將 從像素陣列單元10側(cè)提供的多個列的像素信號提供給一個CDS處理功能單 元或數(shù)字變換單元。另外，根據(jù)后級的處理，另外需要設(shè)置用于保持輸出信 號的存儲器等對策。
無論如何，通過采用對于多個垂直信號線19 (垂直列)分配一個CDS 處理功能單元或數(shù)字變換單元的方式等，將各像素信號的信號處理以像素列 為單位讀出后進(jìn)行，從而與在各單位像素內(nèi)進(jìn)行相同的信號處理相比，可以 簡化各單位像素內(nèi)的結(jié)構(gòu)，可以對應(yīng)于圖像傳感器的多像素化、小型化以及 低成本化等。
此外，可以在列并聯(lián)地配置的多個信號處理單元中同時對1行的像素信 號進(jìn)行并行處理，所以與在輸出電路側(cè)或設(shè)備的外部、在一個CDS處理功能 單元或數(shù)字變換單元進(jìn)行處理的情況相比，能夠以低速使信號處理單元動作， 因此在消耗功率、頻帶性能或噪音等方面有利。換言之，在消耗功率或頻帶 性能等相同的情況下，可實現(xiàn)傳感器整體的高速動作。另外，在縱列型的結(jié)構(gòu)的情況下，能夠以低速動作，在消耗功率、頻帶 性能或噪音等方面有利，同時還有不需要切換電路(開關(guān))的優(yōu)點。在以下 的實施方式中，只要沒有特殊聲明，就以該縱列型進(jìn)行說明。
如圖1所示，本實施方式的固體攝像裝置1包括多個單位像素3按行 以及列排列的也被稱為像素單元或攝像單元等的像素陣列單元10;設(shè)置在像 素陣列單元10的外側(cè)的驅(qū)動控制單元7;對像素陣列單元10的單位像素3 提供像素信號讀出用的動作電流(讀出電流)的讀出電流控制單元24;具有 按垂直列配置的縱列AD電路250的縱列處理單元26;對縱列處理單元26 提供AD變換用的參照信號SLP一ADC.的參照信號生成單元27;以及輸出電 路28。這些各個功能單元被設(shè)置在同一個半導(dǎo)體襯底上。
此外，作為本實施方式的固體攝像裝置1的特征點，縱列處理單元26包 括按垂直列配置的黑化檢測單元400;以及對各垂直列的黑化檢測單元400 公共地提供黑化電平判定用的參照信號SLP一SUN的參照信號生成單元460。 這些各個功能單元也被設(shè)置在與像素陣列單元10同一個半導(dǎo)體襯底上。
黑化檢測單元400是將通過參照信號生成單元460設(shè)定的參照信號 SLP一SUN作為黑化現(xiàn)象的判定條件，判定是否為本列的垂直信號線19上的 像素信號電壓Vx(詳細(xì)地說是復(fù)位電平Srst或者信號電平Ssig)比提供飽和
電平的光量強的高光量信息入射到光電變換元件的高光量攝像條件的攝像條 件判定單元的一例。
另外，根據(jù)需要也可以在輸出電路28的前級設(shè)置數(shù)字運算單元29。這 里，"根據(jù)需要"是指，不是在縱列AD電路250而是在縱列AD電路250的 后級進(jìn)行復(fù)位分量和信號分量之間的差分處理的情況，或者在通過黑化檢測 單元400檢測黑化現(xiàn)象時進(jìn)行像素數(shù)據(jù)的校正的情況，或者在縱列AD電路 250進(jìn)行關(guān)于多行的多個像素的積分運算處理的情況。
在采用參照信號比較型AD變換方式時，作為想法，還可考慮將參照信 號生成單元27也列并聯(lián)地(按像素列)設(shè)置。例如有采用以下結(jié)構(gòu)的情況， 在各個像素列設(shè)置比較器和參照信號發(fā)生器，以本列的比較器的比較結(jié)果為 基礎(chǔ)，依次將參照信號的值用對應(yīng)的列的參照信號發(fā)生器來改變。但是，這 樣會導(dǎo)致電路規(guī)?；蛳墓β试黾?。因此，在本實施方式中，采用所有列共 用參照信號生成單元27的結(jié)構(gòu)，設(shè)為各像素列的縱列AD電路250共用從參 照信號生成單元27所產(chǎn)生的參照信號SLP—ADC的結(jié)構(gòu)。本實施方式的縱列AD電路250具有將作為像素信號So (像素信號電壓 Vx)的基準(zhǔn)電平的、剛像素復(fù)位后的信號電平(噪聲電平或者復(fù)位電平Srst) 和(與受光光量對應(yīng)的)信號電平Ssig單獨地變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的AD變換單 元的功能。
此外，通過籌劃電路結(jié)構(gòu)，可以使電路具有差分處理單元的功能，即通 過在復(fù)位電平Srst的AD變換結(jié)果和信號電平Ssig的AD變換結(jié)果之間執(zhí)行 差分處理，從而取得由復(fù)位電平Srst和信號電平Ssig的差表示的信號分量 Vsig的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dsig。即，縱列AD電路250不僅具有AD變換單元的功能， 還可以對于經(jīng)由垂直信號線19所輸入的電壓模式的像素信號進(jìn)行取復(fù)位電 平Srst和信號電平Ssig的差分的處理(與所謂的CDS處理等價)。由此，可 以消除被稱為固定模式噪聲(FPN; Fixed Pattern Noise )或復(fù)位噪聲的噪聲信 號分量。
驅(qū)動控制單元7具有用于順序讀出像素陣列單元10的信號的控制電路功 能。例如，作為驅(qū)動控制單元7包括具有控制列地址或列掃描的水平地址 設(shè)定單元12a以及水平驅(qū)動單元12b的水平掃描單元(列掃描電路)l2;具 有控制行地址或行掃描的垂直地址設(shè)定單元14a以及垂直驅(qū)動單元Mb的垂 直掃描單元(行掃描電路)14;以及具有生成內(nèi)部時鐘等功能的通信和定時 控制單元20。
圖中，如通信和定時控制單元20的鄰近的虛線所示，作為高速時鐘生成 單元的一例，可以設(shè)置用于生成比所輸入的時鐘頻率還要高速的時鐘頻率的 脈沖的時鐘變換單元23。通信和定時控制單元20基于經(jīng)由端子5a所輸入的 輸入時鐘(主時鐘)CLK0或在時鐘變換單元23生成的高速時鐘，生成內(nèi)部 時鐘。
使用以時鐘變換單元23生成的高速時鐘作為來源的信號，從而可以使 AD變換處理等高度地動作。此外，使用高速時鐘可以進(jìn)行需要高速計算的動 態(tài)提取或壓縮處理。此外，還可以對從縱列處理單元26輸出的并行(parallel) 數(shù)據(jù)進(jìn)行串行(serial)數(shù)據(jù)化，從而將視頻數(shù)據(jù)D1輸出到設(shè)備外部。由此， 可以采用以比AD變換后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的比特量少的端子進(jìn)行高速動作輸出的 結(jié)構(gòu)。
時鐘變換單元23內(nèi)置了用于生成比所輸入的時鐘頻率高速的時鐘頻率 的脈沖的乘倍電路。該時鐘變換單元23接受來自通信和定時控制單元20的低速時鐘CLK2，并以其為基礎(chǔ)，生威兩倍以上高頻率的時鐘。作為時鐘變 換單元23的乘倍電路，以kl作為低速時鐘CLK2的頻率倍數(shù)時設(shè)置kl乘倍 電路即可，可以利用公知的各種各樣的電路。
在圖1中，為了簡便而將行以及列的一部分省略表示，但在實際中，各 像素行或各像素列中配置有數(shù)十到數(shù)千的單位像素3。該單位像素3典型的 是，由檢測單元的一例的作為受光元件(電荷生成單元)的光電二極管和具 有放大用的半導(dǎo)體元件(例如晶體管)的像素內(nèi)放大器(像素信號生成單元 的一例)構(gòu)成。
固體攝像裝置1通過使用色分解(色分離)濾波器，可以將像素陣列單 元IO應(yīng)對彩色攝像。即，在像素陣列單元10中的各電荷生成單元(光電二 極管等)的電磁波(本例中為光)入射的受光面上將用于拍攝彩色圖像的、
作為所謂的拜爾(Bayer)排列等設(shè)置，從而應(yīng)對彩色攝像。
單位像素3經(jīng)由用于行選擇的行控制線15與垂直掃描單元14連接，并
且經(jīng)由垂直信號線19與縱列AD電路250按垂直列設(shè)置的縱列處理單元26
連接。這里，行控制線15表示從垂直掃描單元14進(jìn)入像素的整個布線。
水平掃描單元12或垂直掃描單元14等驅(qū)動控制單元7的各元件是采用
與半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)相同的技術(shù)，與像素陣列單元IO—同被一體形成
在單結(jié)晶硅等半導(dǎo)體區(qū)域的所謂的單芯片結(jié)構(gòu)(設(shè)置在同一半導(dǎo)體襯底上的 結(jié)構(gòu))，作為半導(dǎo)體系統(tǒng)的一例的CMOS圖像傳感器，構(gòu)成本實施方式的固 體攝像裝置1的一部分。
固體攝像裝置1可以是作為各單元一體形成在半導(dǎo)體區(qū)域的單芯片所形 成的方式，也可以是，雖然省略了圖示，但除了像素陣列單元IO、驅(qū)動控制 單元7、縱列處理單元26等的各種信號處理單元之外，在還包括攝像透鏡、 光學(xué)低通濾波器或者紅外線截止濾波器等光學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)下，將這些一同封 裝的具有攝像功能的模塊狀的方式。
水平掃描單元12或垂直掃描單元14例如包含解碼器而構(gòu)成，響應(yīng)于從 通信和定時控制單元20提供的控制信號CN1、 CN2，開始位移動作(掃描)。 因此，例如在行控制線15中包含用于驅(qū)動單位像素3的各種脈沖信號(例如， 規(guī)定初始化控制電位的像素復(fù)位脈沖RST、規(guī)定傳送控制電位的傳送脈沖 TRG、垂直選擇脈沖VSEL等)。通信和定時控制單元20包括未圖示的定時脈沖發(fā)生器( timing generator ) TG (讀出地址控制裝置的一例)的功能模塊和通信接口的功能模塊，該定時 脈沖發(fā)生器提供各單元的動作所需的時鐘或規(guī)定定時的脈沖信號，該通信接 口接受經(jīng)由端子5a從外部的主控制單元提供的主時鐘(master clock) CLKO， 還接受經(jīng)由端子5b從外部的主控制單元提供的用于指示動作模式等的數(shù)據(jù)， 并且將包含固體攝像裝置1的信息的數(shù)據(jù)輸出到外部的主控制單元。
通信和定時控制單元20例如將水平地址信號輸出到水平地址設(shè)定單元 12a，將垂直地址信號輸出到垂直地址設(shè)定單元14a，各個地址設(shè)定單元12a、 14a接受這些信號，從而選擇對應(yīng)的行或者列。
這時，將單位像素3配置成二維矩陣狀，對由像素信號生成單元5生成 并經(jīng)由垂直信號線19輸出到列方向的模擬的像素信號進(jìn)行以行單位(列并聯(lián) 地)訪問并獲取的(垂直)掃描讀取，然后進(jìn)行以垂直列的排列方向的行方 向訪問并將像素信號(本例中為數(shù)字化后的像素數(shù)據(jù))讀出到輸出側(cè)的(水 平)掃描讀取，從而實現(xiàn)像素信號或像素數(shù)據(jù)的高速讀出為好。當(dāng)然，不限 于掃描讀取，也可以是通過對要讀出的單位像素3直接進(jìn)行地址指定，從而 僅讀出必要的單位像素3的信息的隨機訪問。
在通信和定時控制單元20中，將與經(jīng)由端子5a輸入的輸入時鐘(主時 鐘)CLKO相同頻率的時鐘CLK1，或?qū)⑵?分頻的時鐘或進(jìn)一步分頻的低速 的時鐘提供給設(shè)備內(nèi)的各個單元，例如水平掃描單元12、垂直掃描單元M、 縱列處理單元26等。以下，將2分頻后的時鐘或其以下的頻率的時鐘整體統(tǒng) 稱為低速時鐘CLK2。
垂直掃描單元14用于選擇像素陣列單元10的行，并對該行提供必要的 脈沖。例如，具有規(guī)定垂直方向的讀出行(選擇像素陣列單元10的行)的垂 直地址設(shè)定單元14a，以及對由垂直地址設(shè)定單元14a規(guī)定的讀出地址上(行 方向)的單位像素3的行控制線15提供脈沖并進(jìn)行驅(qū)動的垂直驅(qū)動單元Mb。 另外，垂直地址設(shè)定單元14a除了讀出信號的行(讀出行；也稱為選擇行或 信號輸出行)之外，還選擇用于電子快門的行等。
水平掃描單元12與低速時鐘CLK2同步地輪流選擇縱列處理單元26的 縱列AD電路250，并將其信號導(dǎo)入水平信號線(水平輸出線)18。例如，具 有規(guī)定水平方向的讀出列的(選擇縱列處理單元26內(nèi)的各個縱列AD電路 250 )水平地址設(shè)定單元12a;以及按照由水平地址設(shè)定單元12a規(guī)定的讀出地址，將縱列處理單元26的各信號導(dǎo)入水平信號線18的水平驅(qū)動單元12b。 水平信號線18例如配置相當(dāng)于縱列AD電路250所處理的比特數(shù)n (n 為正整數(shù))的量或者其兩倍的量，例如是IO (=n)比特，則對應(yīng)于該比特數(shù) 而配置10條或者20條。詳細(xì)地說，在縱列AD電路250進(jìn)行復(fù)位分量和信 號分量之間的差分處理時，設(shè)為縱列AD電路250所處理的比特數(shù)n。另一方 面，在縱列AD電路250的后級(例如數(shù)字運算單元29 )進(jìn)行復(fù)位分量和信 號分量之間的差分處理時，用于傳遞復(fù)位分量的AD變換結(jié)果而使用n條， 用于傳遞信號分量的AD變換結(jié)果而使用n條，從而總共使用2n條。
在如此結(jié)構(gòu)的固體攝像裝置1中，從單位像素3輸出的像素信號經(jīng)由垂 直信號線，按垂直列提供給縱列處理單元26的縱列AD電路250。縱列處理 單元26的各個縱列AD電路250接受對應(yīng)的列的單位像素3的模擬信號So， 并處理該模擬信號So。例如，各個縱列AD電路250具有例如使用低速時鐘 CLK2將模擬信號So例如變換為10比特的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的ADC ( Analog Digital Converter)電路。
作為縱列處理單元26中的AD變換處理，采用通過使用按列設(shè)置的縱列 AD電路250，將以行為單位并聯(lián)保持的模擬信號So按行并聯(lián)地進(jìn)行AD變 換的方法。這時，使用參照信號比較型AD變換的方法。該方法可通過簡單 的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)AD變換器，所以具有即使并聯(lián)設(shè)置也不會使電路規(guī)模變大的 特征。
在進(jìn)行參照信號比較型的AD變換時，基于從變換開始(比較處理的開 始)到變換結(jié)束(比較處理的結(jié)束)的時間決定計數(shù)動作有效期間(將表示 該期間的信號稱為計數(shù)使能信號EN),并基于計數(shù)使能信號EN將模擬的處 理對象信號變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
作為計數(shù)動作有效期間，在縱列AD電路250進(jìn)行復(fù)位分量和信號分量 之間的差分處理時，例如一般可采用第l處理例，即在經(jīng)歷兩次的每一次的 處理時同樣地，將計數(shù)開始設(shè)為參照信號SLP—ADC的變化開始時刻，將計 數(shù)結(jié)束設(shè)為參照信號SLP一ADC和處理對象信號電壓一致的時刻。這時，在 用于取得1像素的信號分量Vsig的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dsig的、經(jīng)歷兩次的計數(shù)處理 中，使計數(shù)器單元254切換進(jìn)行計數(shù)減少動作和計數(shù)增加動作。
或者，在縱列AD電路250進(jìn)行復(fù)位分量和信號分量之間的差分處理時， 也可以采用第2處理例，即經(jīng)歷兩次的每一次的處理中的一方，將計數(shù)開始設(shè)為參照信號SLP一ADC的變化開始時刻，將計數(shù)結(jié)束設(shè)為參照信號 SLP—ADC和處理對象信號電壓一致的時刻，而另一方將計數(shù)開始設(shè)為參照信 號SLP_ADC和處理對象信號電壓一致的時刻，將計數(shù)結(jié)束設(shè)為達(dá)到本次的 期望的計數(shù)數(shù)的時刻(典型的是到達(dá)了最大AD變換期間的時刻)。這時，計 數(shù)器單元254在經(jīng)歷兩次的計數(shù)處理中，只要進(jìn)行計數(shù)減少動作和計數(shù)增加 動作的其中一個動作即可。
另 一方面，在縱列AD電路250的后級(例如數(shù)字運算單元29 )進(jìn)行復(fù) 位分量和信號分量之間的差分處理時，可以采用第3處理例，即在經(jīng)歷兩次 的每一次的處理時同樣地，將計數(shù)開始設(shè)為參照信號SLP—ADC的變化開始 時刻，將計數(shù)結(jié)束設(shè)為參照信號SLP—ADC和處理對象信號電壓一致的時刻， 或者將計數(shù)開始設(shè)為參照信號SLP一ADC和處理對象信號電壓一致的時刻， 將計數(shù)結(jié)束設(shè)為達(dá)到本次的期望的計數(shù)數(shù)的時刻(典型的是到達(dá)了最大AD 變換期間的時刻)。這時，計數(shù)器單元254在經(jīng)歷兩次的計數(shù)處理中，只要進(jìn) 行計數(shù)減少動作和計數(shù)增加動作的其中 一個動作即可。
在任意一個處理例中，從原理上都是對比較器(電壓比較器)提供斜坡 狀的參照信號SLP一ADC,并將經(jīng)由垂直信號線19所輸入的模擬的像素信號 與參照信號SLP—ADC進(jìn)行比較，在進(jìn)入計數(shù)動作有效期間時開始時鐘信號 下的計數(shù)(count),從而通過計數(shù)指定的計數(shù)動作有效期間中的時鐘數(shù)來進(jìn) 行AD變換。
參照信號生成單元27具有DA變換電路(DAC; Digital Analog Converter) 27a地構(gòu)成，從來自通信和定時控制單元20的控制數(shù)據(jù)CN4所表示的初始值 開始與計數(shù)時鐘CKdac同步地生成階梯狀的鋸齒狀波(斜坡波形；以下也稱 為參照信號SLP—ADC)，將該生成的階梯狀的鋸齒狀波的參照信號SLP—ADC 作為AD變換用的參照電壓(ADC基準(zhǔn)信號)提供給縱列處理單元26的各 個縱列AD電路250。另外，雖然省略了圖示，但也可以設(shè)置用于防止噪聲的 濾波器。另外，也可以使計數(shù)時鐘CKdac與用于計數(shù)器單元254的計數(shù)時鐘 CK1相同。
參照信號SLP一ADC輛如將由乘倍電路生成的乘倍時鐘為基礎(chǔ)所生成的 高速時鐘作為基準(zhǔn)，從而與基于經(jīng)由端子5a輸入的主時鐘CLK0生成相比， 能夠更高速地變化。從通信和定時控制單元20提供給參照信號生成單元27的DA變換電路 27a的控制數(shù)據(jù)CN4包含使相對于時間的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的變化率相同的信息，以 使每個比較處理的參照信號SLP一ADC基本上成為相同的斜率(變化率)。具 體來說，與計數(shù)時鐘CKdac同步地，使計數(shù)值在每個單位時間變化1,并用 電流加法型的DA變換電路將該計數(shù)值變換為電壓信號。
縱列AD電路250包括電壓比較單元(比較器)252和計數(shù)器單元254 而構(gòu)成，具有n比特AD變換功能，其中，該電壓比較單元252比較由參照 信號生成單元27的DA變換電路27a生成的參照信號SLP一ADC、和按行控 制線15 ( Vl,V2，V3，…,Vv)從單位像素3經(jīng)由垂直信號線19 (H1,I-12，…，Hh) 可得到的模擬的像素信號，該計數(shù)器單元254對電壓比較單元252完成比較 處理為止的時間進(jìn)行計數(shù)，并保持該結(jié)果。
此外，在電壓比較單元252和計數(shù)器單元254之間，具有用于控制計數(shù) 器單元254中的計數(shù)處理的期間或計數(shù)數(shù)據(jù)的保持動作的計數(shù)動作控制單元 253。計數(shù)動作控制單元253包括控制計數(shù)器單元254中的計數(shù)處理的期間 (計數(shù)動作有效期間TEN)的計數(shù)相位切換單元(PH SEL) 260;以及控制 計數(shù)數(shù)據(jù)的保持動作的數(shù)據(jù)保持控制單元500。在圖中，以在計數(shù)相位切換 單元260的后級配置數(shù)據(jù)保持控制單元500的結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖示，但根據(jù)電路結(jié) 構(gòu)，也可以設(shè)為在數(shù)據(jù)保持控制單元500后級配置計數(shù)相位切換單元260的 結(jié)構(gòu)。
在計數(shù)相位切換單元260中，從通信和定時控制單元20提供用于控制計 數(shù)期間的計數(shù)期間控制信號SEL，并從電壓比較單元252提供比較脈沖 COMP。計數(shù)相位切換單元260基于計數(shù)期間控制信號SEL將來自電壓比較 單元252的比較脈沖COMP進(jìn)行邏輯反轉(zhuǎn)后(以逆相)作為計數(shù)使能信號EN (根據(jù)需要而經(jīng)由數(shù)據(jù)保持控制單元500 )送給計數(shù)器單元254,或者將比較 脈沖COMP直接(以同相)作為計數(shù)使能信號EN (根據(jù)需要而經(jīng)由數(shù)據(jù)保 持控制單元500)送給計數(shù)器單元254。計數(shù)相位切換單元260是基于電壓比 較單元252的比較結(jié)果的比較脈沖COMP和計數(shù)期間控制信號SEL來決定計 數(shù)期間的計數(shù)期間控制單元的一例。
例如，作為計數(shù)相位切換單元260，使用EX-OR(異或)門，對一個輸 入端輸入比較脈沖COMP,對另一個輸入端輸入計數(shù)期間控制信號SEL:這 時，EX-OR門在計數(shù)期間控制信號SEL為高電平時，將比較脈沖COMP進(jìn)行邏輯反轉(zhuǎn)后作為計數(shù)使能信號EN，而在計數(shù)期間控制信號SEL為低電平 時，將比較脈沖COMP直接作為計數(shù)使能信號EN。
從該動作中可理解，計數(shù)相位切換單元260只要在電壓比較單元252和 計數(shù)器單元254之間具有是否對比較脈沖COMP進(jìn)行邏輯反轉(zhuǎn)的功能即可， 還能夠使之比在計數(shù)器單元254設(shè)置增減計數(shù)功能時所需的各比特中所使用 的選擇器等結(jié)構(gòu)要素小面積化。
在本實施方式的縱列AD變換處理中，從DA變換電路27a對于按列配 置的電壓比較單元252共同地提供參照信號SLP—ADC，各個電壓比較單元 252對于負(fù)責(zé)處理的像素信號電壓Vx,使用公共的參照信號SLP一ADC進(jìn)行 比較處理。計數(shù)器單元254將計數(shù)相位切換單元260的輸出作為計數(shù)使能信 號EN來使用，在計數(shù)使能信號EN為高電平時，以計數(shù)時鐘CK1為基礎(chǔ)進(jìn) 行計數(shù)處理，并保持計數(shù)處理結(jié)束時的計數(shù)結(jié)果。
通信和定時控制單元20具有控制單元的功能，即根據(jù)電壓比較單元252 對像素信號的復(fù)位電平Vrst和信號分量Vsig的哪一個進(jìn)行比較處理，通過控 制提供給計數(shù)相位切換單元260的計數(shù)期間控制信號SEL，從而切換計數(shù)器 單元254中的計數(shù)處理的計數(shù)期間。
從通信和定時控制單元20對于各個縱列AD電路250的計數(shù)相位切換單 元260或計數(shù)器單元254，除了計數(shù)期間控制信號SEL之外，還輸入了控制 信號CN5，該控制信號CN5用于指示計數(shù)器單元254將經(jīng)歷兩次的計數(shù)處理 按計數(shù)減少模式動作還是按計數(shù)增加模式動作、或第1次的計數(shù)處理中的初 始值Dini的設(shè)定或復(fù)位處理等其他的控制信息。
電壓比較單元252的一個輸入端子RAMP與其他的電壓比較單元252的 輸入端子RAMP共同地被輸入由參照信號生成單元27生成的階梯狀的參照 信號SLP—ADC，而另一個輸入端子連接了分別對應(yīng)的垂直列的垂直信號線 19,每一個中被輸入來自像素陣列單元10的像素信號電壓。電壓比較單元 252的輸出信號(比較脈沖COMP)被提供給計數(shù)相位切換單元260。
在計數(shù)器單元254的時鐘端子CK與其他的計數(shù)器單元254的時鐘端子 CK共同地從通信和定時控制單元20被輸入計數(shù)時鐘CK1 。該計數(shù)器單元254 對于其結(jié)構(gòu)省略了圖示，但可通過將以門鎖(latch)構(gòu)成的數(shù)據(jù)存儲單元的 布線方式變更為同步計數(shù)器形式來實現(xiàn)，用1個計數(shù)時鐘CK1的輸入來進(jìn)行 內(nèi)部計數(shù)。計數(shù)時鐘CK1與參照信號SLP—ADC同樣地，也可以使用由乘倍電路生成的乘倍時鐘(高速時鐘)，這時，與使用經(jīng)由端子5a輸入的主時鐘 CLK0相比，能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率。
計數(shù)器單元254在用于取得1像素的信號分量Vsig的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dsig的、 經(jīng)歷兩次的計數(shù)處理中，使計數(shù)減少動作和計數(shù)增加動作切換進(jìn)行第1處理 例的情況下，優(yōu)選使用可切換計數(shù)減少動作和計數(shù)增加動作的增減計數(shù)器。
另一方面，在經(jīng)歷兩次的計數(shù)處理中，只需要進(jìn)行計數(shù)減少動作和計數(shù) 增加動作的其中一個即可的第2處理例或第3處理例的情況下，只要是與其 動作對應(yīng)的增加計數(shù)器或者減少計數(shù)器的其中一個就足夠了。但是，從原理 上，作為利用方式，使用可切換計數(shù)減少動作和計數(shù)增加動作的增減計數(shù)器， 使計數(shù)減少動作和計數(shù)增加動作的其中一個動作也不妨礙。但是，通常，增 減計數(shù)器需要用于其模式切換的電路結(jié)構(gòu)，與僅對應(yīng)于計數(shù)增加或計數(shù)減少 的單一的計數(shù)模式的結(jié)構(gòu)相比，其電路規(guī)模變大，因此，在只要任何一方動 作即可的情況下不使用增減計數(shù)器為好。
此外，作為計數(shù)器單元254，優(yōu)選使用計數(shù)輸出值與計數(shù)時鐘CK1不同 步地輸出的異步計數(shù)器?；旧?，也可以使用同步計數(shù)器，但在同步計數(shù)器 的情況下，所有的觸發(fā)器(flip flop)(計數(shù)器基本要素)的動作被計數(shù)時鐘 CK1所限制。因此，要求更高頻率動作時，作為計數(shù)器單元254，由于其動 作限制頻率僅由最初的觸發(fā)器(計數(shù)器基本要素)的限制頻率所決定，因此 優(yōu)選使用適合高速動作的異步計數(shù)器。
計數(shù)器單元254中從水平掃描單元12經(jīng)由控制線12c被輸入控制脈沖。 計數(shù)器單元254具有保持計數(shù)結(jié)果的鎖存功能，在有經(jīng)由控制線的控制 脈沖的指示之前，保持計數(shù)輸出值。在第1實施方式的結(jié)構(gòu)中，各個縱列AD 電路250的輸出側(cè)將計數(shù)器單元254的輸出直接連接到水平信號線18。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，縱列AD電路250在規(guī)定的像素信號讀出期間進(jìn)行計 數(shù)動作，在規(guī)定的定時輸出計數(shù)結(jié)果。即，首先在電壓比較單元252中，比 較來自參照信號生成單元27的參照信號SLP—ADC和經(jīng)由垂直信號線19所 輸入的像素信號電壓Vx。若雙方的電壓相同，則電壓比較單元252的比較脈 沖COMP (比較器的輸出)反轉(zhuǎn)。例如，電壓比較單元252將電源電位等高 電平設(shè)為無效(inactive)狀態(tài)，在像素信號電壓Vx與參照信號SLP—ADC 一致時，轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?有效(active)狀態(tài))。
計數(shù)相位切換單元260基于電壓比較單元252的比較結(jié)果的比較脈沖COMP和來自通信和定時控制單元20的計數(shù)期間控制信號SEL,決定計數(shù)器 單元254中的計數(shù)處理期間，對計數(shù)器單元254用計數(shù)使能信號EN進(jìn)行指 示。計數(shù)器單元254通過鎖存(保持和存儲)計數(shù)處理期間的計數(shù)數(shù)作為像 素數(shù)據(jù)，從而完成AD變換。
這里，詳細(xì)內(nèi)容將后述，但在檢測出黑化檢測單元400預(yù)先決定的規(guī)定 的攝像條件，具體來說，在檢測出像素信號電壓Vx的復(fù)位電平Srst或者信 號電平Ssig達(dá)到了黑化現(xiàn)象產(chǎn)生的攝像條件的電平(該電平由參照信號生成 單元460的參照信號SLP—SUN設(shè)定)時，該黑化檢測信息SUNOUT被通知 給數(shù)據(jù)保持控制單元500。
數(shù)據(jù)保持控制單元500進(jìn)行控制，以從輸出電路28不會輸出黑化現(xiàn)象正 在發(fā)生的狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。即，進(jìn)行控制以進(jìn)行規(guī)定的校正，從而使從輸出電 路28輸出的數(shù)據(jù)成為由高光量攝像條件所引起的弊病被抑制后的數(shù)據(jù)。因 此，數(shù)據(jù)保持控制單元500中，從對應(yīng)的垂直列的黑化檢測單元400被提供 黑化檢測信息SUNOUT。
數(shù)據(jù)保持控制單元500以攝像條件判定單元的一例的黑化檢測單元400 判定為是高光量攝像條件作為條件，進(jìn)行控制以進(jìn)行規(guī)定的數(shù)據(jù)校正，從而 使基于從單位像素輸出的像素信號電壓Vx(詳細(xì)地說是復(fù)位電平Sm和信號 電平Ssig)的、從輸出電路28輸出的輸出數(shù)據(jù)成為由高光量攝像條件所引起 的弊病被抑制后的數(shù)據(jù)。例如，在太陽光等強光入射時，進(jìn)行控制以能夠變 換為相當(dāng)于飽和電平的像素數(shù)據(jù)，該飽和電平可使畫面曝光過渡。
這時，數(shù)據(jù)保持控制單元500對于哪個功能單元進(jìn)行怎樣的控制，并且 由其所控制的功能單元進(jìn)行怎樣的校正處理，根據(jù)是在縱列AD電路"0進(jìn)
行差分處理的結(jié)構(gòu)還是在后級電路進(jìn)行差分處理的結(jié)構(gòu)而不同。
例如，是在縱列AD電路250進(jìn)行差分處理的結(jié)構(gòu)的情況下，數(shù)據(jù)保持 控制單元500在從黑化檢測單元400接受了黑化檢測信息時，進(jìn)行控制以將 校正了黑化現(xiàn)象的像素數(shù)據(jù)傳送到輸出電路28,或者將從黑化檢測單元400 接受的黑化檢測信息通知給數(shù)字運算單元29。
作為"校正了黑化現(xiàn)象的像素數(shù)據(jù)，，，例如也可以是復(fù)位電平Srst及信號 電平Ssig都與最大AD變換期間對應(yīng)的數(shù)據(jù)之間的差分處理結(jié)果的數(shù)據(jù)。或 者，也可以僅是不進(jìn)行差分處理的信號電平Ssig的數(shù)據(jù)Dsig?；蛘?，也可以 是與不發(fā)生黑化現(xiàn)象的狀態(tài)下的飽和電平的數(shù)據(jù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)。無論如何，輸出電路28中不會被傳送黑化現(xiàn)象正在發(fā)生的狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。
此外，數(shù)字運算單元29從數(shù)據(jù)保持控制單元500接受了黑化檢測信息時， 生成"校正了黑化現(xiàn)象的像素數(shù)據(jù)"。例如，也可以設(shè)為不發(fā)生黑化現(xiàn)象的狀 態(tài)下的飽和電平的數(shù)據(jù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)。
另一方面，不在縱列AD電路250進(jìn)行差分處理而是在后級(例如數(shù)字 運算單元29)進(jìn)行差分處理的結(jié)構(gòu)的情況下，數(shù)據(jù)保持控制單元500在從黑 化檢測單元400接受了黑化檢測信息時，進(jìn)行控制以使可在數(shù)字運算單元29 等中校正黑化現(xiàn)象的像素數(shù)據(jù)被傳送到數(shù)字運算單元29。
作為"可校正黑化現(xiàn)象的像素數(shù)據(jù)"，例如也可以是復(fù)位電平Srst及信號 電平Ssig都與最大AD變換期間對應(yīng)的數(shù)據(jù)(對于復(fù)位電平Srst的、與最大 AD變換期間對應(yīng)的最大計數(shù)數(shù)Drm,對于信號電平Ssig的、與最大AI)變 換期間對應(yīng)的最大計數(shù)數(shù)Dsm)。這時，數(shù)字運算單元29生成進(jìn)行復(fù)位電平 Srst及信號電平Ssig都與最大AD變換期間對應(yīng)的數(shù)據(jù)Drm、 Dsm之間的差 分處理的"校正了黑化現(xiàn)象的像素數(shù)據(jù)"。或者，也可以僅是不進(jìn)行差分處理 的信號電平Ssig的數(shù)據(jù)Dsm。
另外，作為本實施方式的說明沒有直接關(guān)聯(lián)從而沒有特別圖示，但有時 其他的各種信號處理電路等也被包含在固體攝像裝置1的結(jié)構(gòu)要素中。
圖1A是表示本發(fā)明的固體攝像裝置的一實施方式的CMOS固體攝像裝 置(CMOS圖像傳感器)的概略結(jié)構(gòu)圖的第2實施方式的圖。該第2實施方 式的固體攝像裝置1相對于第1實施方式的固體攝像裝置1,縱列AD電路 250的結(jié)構(gòu)存在變形。
即，第2實施方式中的縱列AD電路250包括在計數(shù)器單元254的后 級作為用于保持該計數(shù)器單元254保持的計數(shù)結(jié)果的n比特的存儲器裝置的 數(shù)據(jù)存儲單元256;配置在并數(shù)器單元254和數(shù)據(jù)存儲單元256之間的開關(guān) 258。
在采用包括數(shù)據(jù)存儲單元256的結(jié)構(gòu)時，開關(guān)258與其他垂直列的開關(guān) 258共同地，從通信和定時控制單元20在規(guī)定的定時被提供作為控制脈沖的 存儲器傳送指示脈沖CN8。開關(guān)258在被提供存儲器傳送指示脈沖CN8時， 將對應(yīng)的計數(shù)器單元254的計數(shù)值傳送到數(shù)據(jù)存儲單元256。數(shù)據(jù)存儲單元 256保持并存儲所傳送的計數(shù)值。另外，用于將計數(shù)器單元254的計數(shù)值在規(guī)定的定時保持在數(shù)據(jù)存儲單
元256的構(gòu)造不限于在兩者之間配置開關(guān)258的結(jié)構(gòu)，例如，也可以直接連 接計數(shù)器單元254和數(shù)據(jù)存儲單元256,并通過用存儲器傳送指示脈沖CN8 控制計數(shù)器單元254的輸出使能來實現(xiàn)，通過使用存儲器傳送指示脈沖CN8 作為決定數(shù)據(jù)存儲單元256的數(shù)據(jù)獲取定時的鎖存時鐘也能夠?qū)崿F(xiàn)。
數(shù)據(jù)存儲單元256中從水平掃描單元12經(jīng)由控制線12c被輸入控制脈沖。 數(shù)據(jù)存儲單元256在有經(jīng)由控制線12c的控制脈沖的指示之前，保持從計數(shù) 器單元254獲取的計數(shù)值。
水平掃描單元12具有縱列處理單元26的各個電壓比較單元252和計數(shù) 器單元254分別進(jìn)行所負(fù)責(zé)的處理的同時，還讀出各個數(shù)據(jù)存儲單元256保 持的計數(shù)值的讀出掃描單元的功能。
數(shù)據(jù)存儲單元256的輸出被連接到水平信號線18。水平信號線18具有 寬度為縱列AD電路250的比特寬度的n或者2n比特的信號線，經(jīng)由與未圖 示的各個輸出線對應(yīng)的n個或者2n個的讀出電路被連接到輸出電路28。
尤其，若設(shè)為包括了數(shù)據(jù)存儲單元256的結(jié)構(gòu)，則可將計數(shù)器單元254 保持的計數(shù)結(jié)果傳送到數(shù)據(jù)存儲單元256,因此可獨立控制計數(shù)器單元254 的計數(shù)動作即AD變換處理和水平信號線18對于計數(shù)結(jié)果的讀出處理，可實 現(xiàn)同時進(jìn)行AD變換處理和對外部的信號的讀出動作的、所謂的管線(pipe line )動作。
圖2是用于說明縱列AD變換處理的第1處理例的動作的時序圖。 作為將像素陣列單元10的各單位像素3所感知的模擬的像素信號變換為 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的構(gòu)造，例如采用以下方法查找以規(guī)定的斜率下降的(也可以是 階梯狀地下降的情況)斜坡形狀的參照信號SLP—ADC和來自單位像素3的 像素信號中的基準(zhǔn)分量或信號分量的各個電壓一致的點，從該比較處理中使 用的參照信號SLP一ADC的生成(變化開始)時刻開始，直到與像素信號中 的基準(zhǔn)分量或信號分量對應(yīng)的電信號和參照信號一致的時刻為止，用計數(shù)時 鐘進(jìn)行計數(shù)，從而取得與基準(zhǔn)分量或信號分量的各個大小對應(yīng)的像素信號電 平的計數(shù)值。
從垂直信號線19輸出的像素信號So (像素信號電壓Vx)是以時間序列 在包含作為基準(zhǔn)電平的像素信號的噪音的復(fù)位電平Srst之后出現(xiàn)信號電平Ssig的信號。對于基準(zhǔn)電平(復(fù)位電平Srst,事實上與復(fù)位電平Srst等價) 進(jìn)行P相的處理時，D相的處理成為對于在復(fù)位電平Srst上加了信號分量Vsig 的信號電平Ssig的處理。
詳細(xì)的說明省略，但在稱為一般的參照信號比較型的AD變換處理中， 第1次處理時，即作為對于復(fù)位電平Srst的AD變換期間的預(yù)充(precharge) 相(有時也簡記為P相)的處理期間中，首先，通信和定時控制單元20將復(fù) 位控制信號CLR設(shè)為有效高電平，使計數(shù)器單元254的各觸發(fā)器的計數(shù)值復(fù) 位為初始值"0"，同時將計數(shù)器單元254設(shè)定為計數(shù)減少模式(U )。
這時，通信和定時控制單元20將數(shù)據(jù)保持控制脈沖HLDC設(shè)為有效高 電平，并將計數(shù)模式控制信號UDC設(shè)為低電平(即計數(shù)減少模式)。并且， 此時，將單位像素3設(shè)為復(fù)位電位(tl t2)。該復(fù)位電位作為像素信號So被 輸出到垂直信號線19。由此，作為像素信號電壓Vx，復(fù)位電平Srst出現(xiàn)在 垂直信號線19上。
垂直信號線19 (H1,H2,...)上的復(fù)位電平Srst收斂而穩(wěn)定時，通信和定 時控制單元20為了使計數(shù)器單元254中的計數(shù)動作開始的同時參照信號 SLP—ADC開始變化，使用數(shù)據(jù)保持控制脈沖HLDC作為控制數(shù)據(jù)CN4,并 將該數(shù)據(jù)保持控制脈沖HLDC設(shè)為無效低電平(t10)。參照信號生成單元27 接受該控制數(shù)據(jù)CN4，作為對電壓比較單元252的一個輸入端子RAMP的比 較電壓的參照信號SLP—ADC,輸入以初始電壓SLP_ini為起點的、整體隨時 間鋸齒狀(RAMP狀)地變化的階梯狀或者線性狀的電壓波形。電壓比較單 元252比較該參照信號SLP一ADC和從像素陣列單元IO提供的垂直信號線19 的像素信號電壓Vx。
對電壓比較單元252的輸入端子RAMP輸入?yún)⒄招盘朣LP_ADC，同時 用按行配置的計數(shù)器單元254與從參照信號生成單元27產(chǎn)生的參照信號 SLP—ADC同步地測量電壓比較單元252中的比較時間。實際上，為了生成參 照信號SLP一ADC，數(shù)據(jù)保持控制脈沖HLDC被設(shè)為無效低電平，計數(shù)器單 元254作為P相的計數(shù)動作，從初始值"0"開始進(jìn)行計數(shù)減少。即，向負(fù)方 向開始計數(shù)處理。
電壓比較單元252比較來自參照信號生成單元27的參照信號SLP—ADC 和經(jīng)由垂直信號線19所輸入的像素信號電壓Vx，并在兩者的電壓相同時， 使對于計數(shù)器單元254的比較器輸出叢高電平反轉(zhuǎn)為低電平。計數(shù)器單元254接受該結(jié)果，在與比較器輸出的反轉(zhuǎn)大致同時將計數(shù)動作停止，并將該時刻
的計數(shù)值(加進(jìn)符號為"-Drsf，)作為像素數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存(保持和存儲)，從 而完成AD變換。在P相的處理時，由電壓比較單元252檢測像素信號電壓 Vx中的復(fù)位電平Vrst,并由計數(shù)器單元254進(jìn)行計數(shù)動作，因此是在讀出單 位像素3的復(fù)位電平Vrst后實施復(fù)位電平Vrst的AD變換。
通信和定時控制單元20在經(jīng)過了規(guī)定的計數(shù)減少期間后，將數(shù)據(jù)保持控 制脈沖HLDC設(shè)為有效高電平(tl4)。由此，參照信號生成單元27停止生成 斜坡狀的參照信號SLP—ADC (tl4)，返回到初始電壓SLPJni。
在接下來的第2次處理時，即作為對于信號電平Ssig的AD變換期間的 數(shù)據(jù)相(有時也簡記為D相)的處理期間中，除了復(fù)位電平Vrst之外，讀出 與每個單位像素3的輸入光量對應(yīng)的信號分量Vsig，進(jìn)行與P相的讀出同樣 的動作。即，首先，通信和定時控制單元20將計數(shù)模式控制信號UDC設(shè)為 高電平，從而將計數(shù)器單元254設(shè)定為計數(shù)增加模式(U6)。
此時，在單位像素3中，在將讀出對象行Vn的垂直選擇信號(pVSEL設(shè) 為有效高電平的狀態(tài)下將傳送信號cpTRG設(shè)為有效高電平，從而由垂直信號 線19讀出信號電平Ssig (tl8 U9)。垂直信號線19 (H1,H2,…)上的信號電 平Ssig收斂而穩(wěn)定時，通信和定時控制單元20為了使計數(shù)器單元254中的 計數(shù)動作開始的同時參照信號SLP—ADC開始變化，使用數(shù)據(jù)保持控制脈沖 HLDC作為控制數(shù)據(jù)CN4，并將該數(shù)據(jù)保持控制脈沖HLDC設(shè)為無效低電平 (t20 )。
參照信號生成單元27接受該控制數(shù)據(jù)CN4，作為對電壓比較單元 的一個輸入端子RAMP的比較電壓的參照信號SLP—ADC，輸入以初始電壓 SLP一ini為起點且具有與P相相同的斜率的、整體隨時間鋸齒狀(RAMP狀) 地變化的階梯狀或者線性狀的電壓波形。電壓比較單元252比較該參照信號 SLP一ADC和從像素陣列單元10提供的垂直信號線19的像素信號電壓Vx。
對電壓比較單元252的輸入端子RAMP輸入?yún)⒄招盘朣LP—ADC，同時 用按行配置的計數(shù)器單元254與從參照信號生成單元27產(chǎn)生的參照信號 SLP一ADC同步地測量電壓比較單元252中的比較時間。實際上，這里也同樣 為了生成參照信號SLP_ADC,數(shù)據(jù)保持控制脈沖HLDC被設(shè)為無效低電平， 計數(shù)器單元254作為D相的計數(shù)動作，從在P相的讀出及AD變換時所取得 的像素信號電壓Vx的復(fù)位電平Srst的數(shù)字值Drst (這里為負(fù)值)，開始與P相相反的計數(shù)增加。即，向正方向開始計數(shù)處理。
電壓比較單元252比較來自參照信號生成單元27的斜坡狀的參照信號 SLP一ADC和經(jīng)由垂直信號線19所輸入的像素信號電壓Vx，并在兩者的電壓 相同時，使對于計數(shù)器單元254的比較器輸出從高電平反轉(zhuǎn)為低電平(t22)。 計數(shù)器單元254接受該結(jié)果，在與比較器輸出的反轉(zhuǎn)大致同時將計數(shù)動作停 止，并將該時刻的計數(shù)值作為像素數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存(保持和存儲)，從而完成 AD變換(t22 )。
在經(jīng)過了規(guī)定的計數(shù)增加期間后，在單位像素3，將讀出對象行Vn的垂 直選擇信號cpVSEL設(shè)為無效低電平，從而禁止像素信號So對于垂直信號線 19的輸出，對于下一個讀出對象行Vn+1，將垂直選擇信號cpVSEL設(shè)為有效 高電平(t26)。這時，通信和定時控制單元20包括對于下一個讀出對象行 Vn+1的處理。例如，將計數(shù)模式控制信號UDC設(shè)為低電平，從而將計數(shù)器 單元254設(shè)定為向下(adown)計數(shù)模式。該D相的處理時，由電壓比較單 元252檢測像素信號電壓Vx中的信號電平Ssig并進(jìn)行計數(shù)動作，因此是在 讀出單位像素3的信號分量Vsig后實施信號電平Ssig的AD變換。
信號電平Ssig是在復(fù)位電平Srst上加了信號分量Vsig后的電平，因此， 信號電平Ssig的AD變換結(jié)果的計數(shù)值基本上是"Drst+Dsig",但由于將計 數(shù)增加的開始點設(shè)為復(fù)位電平Srst的AD變換結(jié)果的"-Drst"，因此，實際 所保持的計數(shù)值成為"-Drst+ ( Dsig+Drst) = Dsig"。
即，計數(shù)器單元254中的計數(shù)動作在P相的處理時設(shè)為計數(shù)減少，在D 相的處理時設(shè)為計數(shù)增加，即設(shè)為各自不同的計數(shù)模式，因此在計數(shù)器單元 254內(nèi)自動地進(jìn)行作為復(fù)位電平Srst的AD變換結(jié)果的計數(shù)數(shù)"-Drst"和作 為信號電平Ssig的AD變換結(jié)果的計數(shù)數(shù)"Drst+Dsig"之間的差分處理(減 法處理)，并且與該差分處理結(jié)果對應(yīng)的計數(shù)數(shù)Dsig被保持在計數(shù)器單元254 中。與該差分處理結(jié)果對應(yīng)的計數(shù)器單元254所保持的計數(shù)數(shù)Dsig成為表示 與信號分量Vsig對應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的量?？v列AD電路250不僅作為將模擬的 像素信號變換為數(shù)字的像素數(shù)據(jù)的數(shù)字變換單元起作用，還作為CDS (Correlated Double Sampling;相關(guān)二重采樣)處理功能單元起作用。
在計數(shù)器單元254的后級包括數(shù)據(jù)存儲單元256時，在計數(shù)器單元254 的動作之前，可基于來自通信和定時控制單元20的存儲器傳送指示脈沖 CN8，將上一行Vx-l的計數(shù)結(jié)果傳送到數(shù)據(jù)存儲單元256。即，在AD變換期間結(jié)束后，將計數(shù)器單元254內(nèi)的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)存儲單元256，縱列AD 電路250開始下一行Vx+1的AD變換。數(shù)據(jù)存儲單元256內(nèi)的數(shù)據(jù)在其中 可通過水平掃描單元12被順序選擇，并用輸出電路28讀出。
在第1實施例的AD變換處理的較大的特征在于，對于1個像素的第1 次計數(shù)處理和第2次處理中，P相以計數(shù)減少處理進(jìn)行計數(shù)動作，D相以計 數(shù)增加處理進(jìn)行計數(shù)動作，從而實際上P相進(jìn)行補數(shù)(complement)的計數(shù) 處理，D相進(jìn)行實數(shù)(real number)的計數(shù)處理。事實上，補數(shù)的計數(shù)處理 是負(fù)方向的計數(shù)處理，可看作是減法要素，實數(shù)的計數(shù)處理是正方向的計數(shù) 處理，可看作是加法要素。
圖3及圖3A是說明第2處理例的縱列AD變換處理的動作的圖。在第2 實施例中，設(shè)為在采用被稱為參照信號比較型等的AD變換方式時，可以一 邊抑制計數(shù)器單元254的面積增大的問題， 一邊與AD變換同時進(jìn)行差分處 理功能的構(gòu)造。 '
在電路結(jié)構(gòu)方面，不釆用切換計數(shù)模式的構(gòu)造，而是采用在第1次和第 2次的AD變換處理時用相同的計數(shù)模式進(jìn)行計數(shù)，同時設(shè)各自的計數(shù)相位不 同的構(gòu)造。另外，與第l處理例同樣地，在第2次的計數(shù)處理時，從第l次 計數(shù)處理結(jié)果起開始計數(shù)處理。
這里，"設(shè)計數(shù)相位不同"是指，在第1次的AD變換處理(例如P相的 處理)和第2次的AD變換處理(例如D相的處理)時，設(shè)計數(shù)處理期間不 同。更具體地說，是從開始了參照信號SLP一ADC的變化的時刻開始到參照 信號SLP一ADC和像素信號電壓Vx相同的時刻為止的期間進(jìn)行計數(shù)處理，還 是從參照信號SLP一ADC和像素信號電壓Vx相同的時刻開始到達(dá)到本次的最 大AD變換期間的時刻(通常是使參照信號SLP_ADC的變化停止的時刻) 為止的期間進(jìn)行計數(shù)處理的這一 不同意味著計數(shù)相位的不同。
在本說明書中，將從開始了參照信號SLP—ADC的變化的時刻開始到參 照信號SLP一ADC和像素信號電壓Vx相同的時刻為止的期間進(jìn)行計數(shù)處理也 稱為實數(shù)的計數(shù)處理。另一方面，將從參照信號SLP一ADC和像素信號電壓 Vx相同的時刻開始到達(dá)到本次的最大AD變換期間的時刻為止的期間進(jìn)行計 數(shù)處理也稱為補數(shù)的計數(shù)處理。
一般，從開始了參照信號SLP ADC的變化的時刻開始到參照信號SLP—ADC和像素信號電壓Vx相同的時刻為止的期間、以及從參照信號 SLP—ADC和像素信號電壓Vx相同的時刻開始到達(dá)到本次的最大AD變換期 間的時刻為止的期間與從電壓比較單元252輸出的比較脈沖COMP的輸出電 平相對應(yīng)，因此，只要切換是在比較脈沖COMP為低電平的期間開始計數(shù)處 理還是在高電平的期間開始計數(shù)處理即可。
并且，在第2處理例中，為了能夠取得差分處理結(jié)果作為經(jīng)歷兩次的計 數(shù)處理結(jié)果，作為第1方法，在開始第1次的計數(shù)處理時，將在參照信號 SLP—ADC和像素信號電壓Vx相同的時刻以后進(jìn)行計數(shù)處理的相當(dāng)于本次的 最大AD變換期間的計數(shù)值賦予與計數(shù)模式對應(yīng)的符號(正或者負(fù))后作為 初始值Dini進(jìn)行初始設(shè)定，并從該初始值Dini起開始計數(shù)處理?；蛘?，作為 第2方法，與第1處理例同樣地從"0" 起開始計數(shù)處理，并在第2次計數(shù) 處理完成后，在計數(shù)器單元254的后級校正初始值Dini的量。第1方法不需 要在計數(shù)器單元254的后級校正初始值Dini的量，是適合只要得到一個像素 的AD變換處理結(jié)果就可以的情況的方法。另一方法，第2方法是適合得到 多個像素的信號分量Vsig的積和運算的AD變換處理結(jié)果的情況的方法。
另外，這里對于一個像素的像素信號電壓Vx，以取得由復(fù)位電平Srst 和信號電平Ssig的差分結(jié)果所表示信號分量Vsig的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dsig作為事例 進(jìn)行了說明，但通過利用該構(gòu)造，還可以取得任意兩種處理對象信號的減法 處理結(jié)果的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。這時，對于減方分配補數(shù)的計數(shù)處理，對于被減方分 配實數(shù)的計數(shù)處理。
圖3是說明第2處理例的縱列AD變換處理的動作原理的第1例的圖。 第1例是使用了增加計數(shù)器作為計數(shù)器單元254的例子，表示了在對于作為 減法要素的處理對象信號的一例的第1次的復(fù)位電平Srst的AD變換處理時， 從參照信號SLP一ADC和像素信號電壓Vx (復(fù)位電平Srst)相同的時刻開始， 到參照信號SLP_ADC達(dá)到規(guī)定的結(jié)束值的時刻為止，具體地說，是在達(dá)到 本次的最大AD變換期間的時刻為止的期間以計數(shù)增加模式進(jìn)行計數(shù)處理， 在對于作為加法要素的一例的第'2次的信號電平Ssig的AD變換處理時，從 參照信號SLP_ADC由初始值SLPjni起開始了變化的時刻開始到參照信號 SLP一ADC和像素信號電壓Vx (信號電平Ssig)相同為止期間內(nèi)以增加計數(shù) 模式進(jìn)行計數(shù)處理的例子。這時，由圖可知，對于第1次的復(fù)位電平Srst的AD變換處理中的計數(shù) 數(shù)(記為Drst—cnt)是從與對于復(fù)位電平Srst的最大AD變換期間對應(yīng)的最大 計數(shù)數(shù)Drm中，減去了與從開始了參照信號SLP_ADC的變化的時刻開始到 參照信號SLP—ADC和像素信號電壓Vx (復(fù)位電平Srst)相同的時刻為止的 期間對應(yīng)的計數(shù)數(shù)Drst的值(=Drm-Drst)。因此，在第1次的AD變換處理 后，計數(shù)器單元254中保持的計數(shù)值D1成為算式(1-1)所示。
這里，相反地，若將第1次的計數(shù)處理的初始值Dini設(shè)定為與對于復(fù)位 電平Srst的最大AD變換期間對應(yīng)的最大計數(shù)數(shù)Drm的負(fù)數(shù)，則在對于第1 次的復(fù)位電平Srst的AD變換處理后，計數(shù)器單元254中保持的計數(shù)值[〕
由算式(1-2)所示。
<formula>formula see original document page 27</formula>
可知在第1次的P相的處理時，由電壓比較單元252檢測像素信號電壓 Vx中的復(fù)位電平Vrst，并由計數(shù)器單元254進(jìn)行計數(shù)動作時，將初始值Dini 設(shè)定為最大計數(shù)數(shù)Drm的負(fù)數(shù)，從而可在讀出單位像素3的復(fù)位電平Vrst 后實施復(fù)位電平Vrst的AD變換，并將復(fù)位電平Vrst的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)作為負(fù)數(shù)來 保持。
在第1處理例中，為了在讀出單位像素3的復(fù)位電平Vrst后實施復(fù)位電 平Vrst的AD變換，并將復(fù)位電平Vrst的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)作為負(fù)數(shù)來保持，在第1 次的計數(shù)處理時，不得不設(shè)為與第2次的計數(shù)處理時的計數(shù)模式不同的模式， 但若采用第2處理例的第1例的動作原理的構(gòu)造，則不需要那樣的計數(shù)模式 的切換。
在此之后的第2次的對于信號電平Ssig的AD變換處理時，在與第1次 相同的增加計數(shù)模式下，從在第1次的AD變換處理后計數(shù)器單元254中保 持的計數(shù)值Dl ( = Dini+ ( Drm-Drst) = - Drst)起開始計數(shù)處理，并保持參 照信號SLP一ADC和像素信號電壓Vx (信號電平Ssig)相同時的計數(shù)值。由 圖可知，該第2次的對于信號電平Ssig的AD變換處理中的計數(shù)數(shù)(記為 Dsig—cnt)對應(yīng)于將復(fù)位電平Srst和信號分量Vsig合成的量，因此成為 "Drst+Dsig"。因此，在第2次的AD變換處理后由計數(shù)器單元254保持的計 數(shù)值D2成為算式(2)所示。<formula>formula see original document page 27</formula>=—Drst+ (Drst+Dsig)
=Dsig ... (2)
由算式(2)可知，第2行所示的減法式成為了在復(fù)位電平Srst和信號電 平Ssig之間的減法處理。由此可知，信號電平Ssig是在復(fù)位電平Srst上加了 信號分量Vsig的電平，因此，信號電平Ssig的AD變換結(jié)果的計數(shù)數(shù)基本上 是"Drst+Dsig",通過將第2次的計數(shù)處理的開始點設(shè)為復(fù)位電平Srst的AD 變換結(jié)果的"-Drst",從而可以與第1處理例同樣地，使實際所保持的計數(shù) 值為"-Drst十(Dsig+Drst) = Dsig"。與第1處理例同樣地，可以同時實現(xiàn)CDS 功能和對于信號分量Vsig的AD變換。
另夕卜，在前例中將初始值Dini設(shè)為最大計數(shù)數(shù)Drm的負(fù)數(shù)，但也可以與 第1處理例同樣地設(shè)為"0"。這時，在第2次的計數(shù)處理后由計數(shù)器單元254 保持的計數(shù)值D2成為算式(3 )所示，成為在信號分量Vsig的數(shù)字值I)sig 上相加了最大計數(shù)數(shù)Drm的狀態(tài)。
D2=D—ini+ ( Drm-Drst) + ( Drst+Dsig ) =Drm+Dsig ... ( 3 )
最大計數(shù)數(shù)Drm為常數(shù)，可通過通信和定時控制單元20從外部進(jìn)行調(diào) 整。并且該值可根據(jù)對于復(fù)位電平Srst的最大AD變換期間來任意決定。由 此可知，通信和定時控制單元20具有修正單元的功能，即在取得多個處理對 象信號的積和運算結(jié)果的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時，-使積和運算結(jié)果的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被修正對 于減法要素的處理對象信號的計數(shù)處理中的、與參照信號SLP一ADC從初始 值Dini到達(dá)最終值的期間對應(yīng)的計數(shù)值的量(本例中為Drm )。
此外，通過在計數(shù)器單元254的后級設(shè)置數(shù)字運算單元29進(jìn)行校正運算 (本例中進(jìn)行減法運算)，從而可進(jìn)行修正處理，可容易取得信號分量Vsig 的數(shù)字值Dsig。這時，數(shù)字運算單元29具有修正單元的功能。但是，通過將 初始值Dini設(shè)為最大計數(shù)數(shù)Drm的負(fù)數(shù)，在經(jīng)歷兩次的計數(shù)處理中最終得到 的值表示正的信號分量Vsig，因此若只要取得一個像素的信號分量Vsig的數(shù) 字?jǐn)?shù)據(jù)Dsig即可，則與現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性較高。
圖3A是說明第2處理例的縱列AD變換處理的動作原理的第2例的圖。 第2例是使用了減少計數(shù)器作為計數(shù)器單元254的例子，表示了在對于作為 加法要素的一例的第1次的復(fù)位電平'Srst的AD變換處理時，從參照信號SLP—ADC由初始值SLP—ini起開始了變化的時刻開始到參照信號SLP—ADC 和像素信號電壓Vx (復(fù)位電平Srst)相同為止期間內(nèi)以計數(shù)減少模式進(jìn)行計 數(shù)處理，在對于作為減法要素的一例的第2次的信號電平Ssig的AD變換處 理時，從參照信號SLP一ADC和像素信號電壓Vx (信號電平Ssig)相同的時 刻開始，到參照信號SLP一ADC達(dá)到規(guī)定的結(jié)束值的時刻為止，具體地說， 是在達(dá)到本次的最大AD變換期間的時刻為止的期間以計數(shù)減少模式進(jìn)行計 數(shù)處理的例子。
這時，第1次的對于復(fù)位電平Srst的AD變換處理中的計數(shù)數(shù)Drst__cnt 成為復(fù)位電平Srst的數(shù)字值Drst。因此，若還考慮是計數(shù)減少模式的這一點， 則在第1次的AD變換處理后由計數(shù)器單元254保持的計數(shù)值D1成為算式(4)所示。
<formula>formula see original document page 29</formula> …(4)
在此之后的第2次的對于信號電平Ssig的AD變換處理時，從參照信號 SLP一ADC和像素信號電壓Vx (信號電平Ssig)相同的時刻開始，在與第1 次相同的計數(shù)減少模式下，從在第1次的AD變換處理后計數(shù)器單元254中 保持的計數(shù)數(shù)"Dini-Drst"起開始計數(shù)處理，到達(dá)本次的最大AD變換期間 時停止計數(shù)處理，并將該時刻的計數(shù)值保持到計數(shù)器單元254。
由圖可知，第2次的對于信號電平Ssig的AD變換處理中的計數(shù)數(shù) Dsig—cnt成為，從與對于信號電平Ssig的最大AD變換期間對應(yīng)的最大計數(shù) 數(shù)Dsm中，減去了與從開始了參照信號SLP一ADC的變化的時刻開始到參照 信號SLP一ADC和像素信號電壓Vx (信號電平Ssig)相同為止期間對應(yīng)的計 數(shù)數(shù)"Drst+Dsig"的值(=Dsm- (Drst+Dsig))。因此，若還考慮是計數(shù)減少 模式的這一點，則在第2次的AD變換處理后由計數(shù)器單元254保持的計數(shù) 值D2成為算式(5-1)所示。
D2=D—ini-Drst- ( Dsm- ( Drst+Dsig )) =(D—ini-Dsm ) -Drst十(Drst+Dsig ) =D—ini-Dsm+Dsig…(5-l) ^…")
D2=D—ini-Dsm+Dsig=Dsig …(5-2) 乂
在本例的情況下，第1次的復(fù)位電平Srst是加法要素的一例，通過與進(jìn) 行負(fù)方向的計數(shù)的計數(shù)減少模式的組合，實質(zhì)上進(jìn)行減法處理，根據(jù)算式 (5-1)的第l行推測，事實上，在AD變換后可變換為減法要素。此外，在本例的情況下，第2次的信號電平Ssig是減法要素的一例，通 過與進(jìn)行負(fù)方向的計數(shù)的計數(shù)減少模式的組合，實質(zhì)上進(jìn)行減法處理，如算
式(5-1)的第l行所示，事實上，在AD變換后可通過減法要素和減法處理
的合成而變換為加法要素。
由算式(5-1)可知，第2行所示的減法式與算式(2)的第2行所示的 減法式包含相同的分量，進(jìn)行復(fù)位電平Srst和信號電平Ssig之間的減法處理。 與算式(2)不同的是，存在"Dini-Dsm"的分量，通過對于復(fù)位電平Srst 和信號電平Ssig的經(jīng)歷兩次的計數(shù)增加模式下的計數(shù)處理，可取得對應(yīng)于信 號分量Vsig的Dsig。
這里，若假設(shè)將第1次的計數(shù)處理的初始值Dini設(shè)定為與對于信號電平 Ssig的最大AD變換期間對應(yīng)的最大計數(shù)數(shù)Dsm,則在對于第2次的信號電 平Ssig的AD變換處理后，計數(shù)器單元254所保持的計數(shù)值D2由算式(5-2 ) 表示。與第1處理例或第1例的動作原理同樣地，可將實際所保持的計數(shù)值 設(shè)為"Dsig"。與第1處理例或第1例的動作原理同樣地，可同時實現(xiàn)CDS 功能和對于信號分量Vsig的AD變換。即使采用第2例的動作原理的構(gòu)造， 也不需要第1處理例那樣的計數(shù)模式的切換。
根據(jù)將補數(shù)的計數(shù)處理設(shè)為第1次的處理還是第2次的處理，從而設(shè)定 是計數(shù)增加模式還是計數(shù)減少模式，同時將初始值Dini設(shè)為與進(jìn)行補數(shù)的計 數(shù)處理時的最大計數(shù)數(shù)Dsm對應(yīng)的值，并根據(jù)計數(shù)模式而設(shè)定是正數(shù)還是負(fù) 數(shù)，第1例和第2例的各個動作原理在基本構(gòu)造上無明顯差異。
另外，在前例中將初始值Dini設(shè)為了最大計數(shù)數(shù)Dsm，但也可以與第l 處理例同樣地設(shè)為"0"。這時，在第2次的計數(shù)處理后由計數(shù)器單元254保 持的計數(shù)值成為"Dini-Dsm+Dsig= -Dsm+Dsig",成為從信號分量Vsig的數(shù) 字值Dsig減去了最大計數(shù)數(shù)Dsm的狀態(tài)。該最大計數(shù)數(shù)Drm為常數(shù)，可通 過通信和定時控制單元20從外部進(jìn)行調(diào)整。并且該值可根據(jù)對于信號電平 Ssig的最大AD變換期間來任意決定。
因此，例如，可通過在計數(shù)器單元254的后級設(shè)置數(shù)字運算單元29進(jìn)行 校正運算(本例中進(jìn)行加法運算)來應(yīng)對，可容易取得信號分量Vsig的數(shù)字 值Dsig。這時，數(shù)字運算單元29具有修正單元的功能。但是，通過使該通信 >和定時控制單元20具有修正單元的功能，并將初始值Dini設(shè)為最大計數(shù)數(shù) Dsm,在經(jīng)歷兩次的計數(shù)處理中最終得到的值表示正的信號分量Vsig,因此若只要取得一個像素的信號分量Vsig的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Dsig即可，則與現(xiàn)有系統(tǒng) 的兼容性較高。
省略圖示，在第3實施例的情況下，僅用計數(shù)減少動作和計數(shù)增加動作 的其中一個來動作，在經(jīng)歷兩次的每一次的處理時同樣地，將計數(shù)開始設(shè)為 參照信號SLP一ADC的變化開始時刻，將計數(shù)結(jié)束設(shè)為參照信號SLP—ADC和 處理對象信號電壓一致的時刻，或者，將計數(shù)開始設(shè)為參照信號SLP—ADC 和處理對象信號電壓一致的時刻，將計數(shù)結(jié)束設(shè)為達(dá)到本次的期望的計數(shù)數(shù) 的時刻(典型的是到達(dá)最大AD變換期間的時刻)。
并且，縱列AD電路250將每一次的計數(shù)結(jié)果作為與復(fù)位電平Srst有關(guān) 的AD變換數(shù)據(jù)Drst—cnt和與信號電平Ssig有關(guān)的AD變換數(shù)據(jù)Dsig—cnt輸 出到數(shù)字運算單元29。數(shù)字運算單元29使用AD變換數(shù)據(jù)Drst—cnt、 Dsig—cnt 進(jìn)行差分處理，從而取得與信號分量Vsig有關(guān)的AD變換數(shù)據(jù)Dsig。
圖4及圖4A是說明用于生成提供給各垂直列的黑化檢測單元400的參 照信號SLP—SUN的參照信號生成單元460的圖。這里，圖4是表示用于生 成提供給各垂直列的黑化檢測單元400的參照信號SLP一SUN的參照信號生 成單元460的一個結(jié)構(gòu)例的圖。圖4A是表示由參照信號生成單元460生成 并從輸出端460一out輸出的參照信號SLP—SUN的一例的圖。
本實施方式的參照信號生成單元460作為在黑化檢測單元400判定是否 為高光量攝像條件的參照信號SLP—SUN，生成以時間序列具有初始值及所述 判定電平的信號，具體地說是生成開始為初始值電平，在經(jīng)過規(guī)定時間后可 達(dá)到判定電平的信號。
如圖4所示，參照信號生成單元460包括多個電阻元件472一k串聯(lián)連 接的電阻電路470;將電阻電路470的某一級中的電壓電平傳遞給后級的開 關(guān)單元480;以及作為對電阻電路470提供動作電流的開關(guān)起作用的NMOS 晶體管490。
電阻電路470的一個端部連接在電源VDDDA。 NMOS晶體管490的源 極端接地，輸出端即漏極端連接到電阻電路470的另一個端部，柵極端被提 供控制信號STBY。在預(yù)備(standby )時，需要使電阻電路4"70的動作電流 (DC電流)截止(stop),將控制信號STBY設(shè)為有效高電平。電阻電路470在圖示的例子中，6個電阻元件472—1 472—6縱聯(lián)連接在 電源VDDDA和NMOS晶體管490的輸出側(cè)(漏極端)之間。并且，為了將 從電源VDDDA側(cè)開始第2級和第3級之間(稱為抽頭T2 )、第3級和第4 級之間(稱為抽頭T3 )、第4級和第5級之間(稱為抽頭T4 )、第5級和第6 級之間(稱為抽頭T5)的電壓電平(也稱為抽頭電壓)傳遞給后級，設(shè)置了 具有傳輸門(transfer gate )結(jié)構(gòu)的;f莫擬開關(guān)的開關(guān)單元480。
具體來說，參照信號生成單元460分別對抽頭T2、 T3、 T4、 T5設(shè)置模 擬開關(guān)482，該模擬開關(guān)是對于以互補性電路技術(shù)形成的CMOS結(jié)構(gòu)的極性 不同的兩個CMOS的SW晶體管482P、 482N,將源極之間和漏極之間相連 接的傳輸門結(jié)構(gòu)。
此外，參照信號生成單元460對于各抽頭T2、 T3、 T4、 T5的各模擬開 關(guān)482—2~482一5共同地設(shè)置傳輸門結(jié)構(gòu)的模擬開關(guān)(同樣是由兩個CMOS的 SW晶體管482P、 482N構(gòu)成)482_0。
并且，參照信號生成單元460包括PMOS晶體管484，作為用于對從參 照信號生成單元460的輸出端460—out輸出的參照信號SLP—SUN進(jìn)行初始化 (本例中設(shè)為電源電位)的開關(guān)。參照信號生成單元460的輸出端460一out 共同地連接在模擬開關(guān)482—0的輸出端(漏極端側(cè))和PMOS晶體管484的 漏極端側(cè)。
構(gòu)成模擬開關(guān)482的SW晶體管482P、 482N的輸入端(源極端側(cè))連 接在電阻電路470的對應(yīng)的抽頭T2、 T3、 T4、 T5側(cè)，各個SW晶體管482P、 482N的輸出端(漏極端側(cè))，其所有抽頭共同地連接到模擬開關(guān)482—0的輸 入端(源一及端側(cè))。
SW晶體管482N—2 482N—5的柵極端和SW晶體管482P—2~482P—5的柵 極端中分別被提供在高電平有效、低電平有效的具有互補關(guān)系的控制信號 Ron一2 Ron一5，從而互補連接的晶體管分別同時導(dǎo)通或者同時截止。本例的 情況下，控制信號Ron_2 Ron_5設(shè)為從電源VDDDA側(cè)的抽頭T2開始按照 下位側(cè)的抽頭T3、 T4、 T5的順序使模擬開關(guān)482—2 482—5導(dǎo)通?；蛘?，設(shè) 為使任意一個抽頭電位的模擬開關(guān)482一2 482—5導(dǎo)通。
作為模擬開關(guān)，原理上，SW晶體管482P、 482N可以是其中一個為n溝 道型MOS晶體管或p溝道型MOS晶體管的開關(guān)，但這種情況下存在閾值電 壓的問題，因此采用將n溝道型及p溝道型兩者組合利用的CMOS開關(guān)。PMOS晶體管484的源極端連接在電源VDDDA，柵極端被提供有效高 電平的控制信號SUNSEL。模擬開關(guān)482—0中，SW晶體管482N的柵極端被 提供控制信號SUNSEL， SW晶體管482P的柵極端被提供將控制信號 SUNSEL進(jìn)行了邏輯反轉(zhuǎn)的控制信號xSUNSEL。
控制信號SUNSEL在無效低電平(low)時，PMOS晶體管484導(dǎo)通， 同時模擬開關(guān)482—0 (的各個SW晶體管482N、 482P )截止，從而參照信號 SLP—SUN ;故初始化為電源電位?？刂菩盘朣UNSEL在有效高電平(high )時， PMOS晶體管484截止，同時模擬開關(guān)482—0(的各個SW晶體管482N、482P ) 導(dǎo)通，從而由電阻電路470和開關(guān)單元480生成的具有過渡響應(yīng)的參照信號 SLP—SUN從輸出端460—out輸出。
圖4A中，由參照信號生成單元460生成并從輸出端460—out輸出的參照 信號SLP一SUN的一例與控制信號SUNSEL、控制信號Ron—2 Ron—5 —同被 表示。如圖4所示，參照信號生成單元460通過單純地交叉電阻抽頭而構(gòu)成， 通過切換模擬開關(guān)482，可生成初始值V一ini和黑化現(xiàn)象的判定電平V_det以 時間序列出現(xiàn)的參照信號SLP—SUN。
例如，在電阻抽頭非選擇時，控制信號SUNSEL成為無效低電平，從而 模擬開關(guān)482—0截止，電阻分壓的輸出部分成為高阻抗(Hi-Z)狀態(tài)，這時 PMOS晶體管484導(dǎo)通，從而將輸出端460—out的電位直接提高到電源 VDDDA電平。電源VDDDA電平成為初始 <直VJni 。
另一方面，通過切換電阻抽頭T2、 T3、 T4、 T5,可設(shè)定用于判定黑化現(xiàn) 象的存在的判定電平V—det。例如，圖4A ( 1 )中表示從電源VDDDA側(cè)的 抽頭T2開始按照下位側(cè)的抽頭T3、 T4、 T5的順序使模擬開關(guān)482—2 482_5 導(dǎo)通的情況。這時，模擬開關(guān)482—5導(dǎo)通時的抽頭T5的電位成為判定電平 V一det的電位(最終值)。基本上是階梯狀地變化，但由于電阻電路470上連 接了各種各樣的負(fù)載電容，所以根據(jù)與該負(fù)載電容之間的積分效果，從初始 值V一ini到判定電平V—det為止緩慢變化。
另 一方面，圖4A( 2 )中表示使任意一個抽頭電位的模擬開關(guān)482—2 482—5 導(dǎo)通的情況。這時，比圖4A ( 1 )所示的情況更快地達(dá)到對應(yīng)的抽頭電位(相 當(dāng)于判定電平V一det)。
圖5是說明用于AD變換的電壓比較單元252、黑化檢測單元400和數(shù)據(jù)保持控制單元500的關(guān)系的圖。這里，還表示了像素陣列單元10內(nèi)的單位像
素(像素單元)3以及讀出電流控制單元24的結(jié)構(gòu)。此外，表示計數(shù)相位切 換單元260設(shè)置在數(shù)據(jù)保持控制單元500的后級的情況。 [整體概要]
從單位像素3作為處理對象信號輸出的像素信號電壓Vx共同地提供給 電壓比較單元252和黑化檢測單元400。電壓比較單元252和黑化檢測單元 400為大致相同的電路結(jié)構(gòu)。
作為第2比較單元的電壓比較單元252具有用于比較由參照信號生成 單元27的DA變換電路27a生成的用于AD變換的參照信號SLP一ADC和像 素信號電壓Vx的比較單元(COMP) 301;以及將比較單元301的比較結(jié)果 變換為邏輯電平的信息的具有放大功能的緩沖單元350。
比較單元301的一個輸入端被提供由參照信號生成單元27的DA變換電 路27a生成的用于AD變換的參照信號SLP—ADC，另 一個輸入端被提供來自 垂直信號線19的像素信號電壓Vx。
緩沖單元350具有NAND門作為基本要素， 一個輸入端被提供比較單元 301的比較輸出，另一個輸入端中被提供用于控制是否將電壓比較單元252 的比較輸出COMP設(shè)為有效的高電平有效的控制信號VCOEN。
黑化檢測單元400具有比較由參照信號生成單元460生成的黑化現(xiàn)象 判定用的參照信號SLP一SUN和像素信號電壓Vx的比較單元(COMP ) 401; 以及將比較單元401的比較結(jié)果變換為邏輯電平的信息的具有放大功能的緩 沖單元450。
比較單元401的一個輸入端被提供由參照信號生成單元460生成的黑化 現(xiàn)象判定用的參照信號SLP一SUN,另一個輸入端被提供來自垂直信號線19 的像素信號電壓Vx。
緩沖單元450具有NAND門作為基本要素， 一個輸入端被提供比較單元 401的比較輸出，另一個輸入端中被提供用于控制是否將黑化檢測單元400 的判定輸出SUNOUT設(shè)為有效的高電平有效的控制信號SUNEN。黑化檢測 單元400在比較單元401檢測出黑化現(xiàn)象時，其輸出變化為低電平，并在控 制信號SUNEN為高電平時，該變化信息從緩沖單元450被邏輯反轉(zhuǎn)后輸出。 即，緩沖單元450的輸出即黑化檢測信息SUNOUT在沒有檢測出黑化現(xiàn)象時 為低電平，在檢測出黑化現(xiàn)象時成為高電平。數(shù)據(jù)保持控制單元500基于來自電壓比較單元252的比較脈沖COMP和 來自黑化檢測單元400的黑化判定信號SUNOUT，代替比較脈沖COMP，將 用于控制計數(shù)器單元254的計數(shù)值的保持動作的控制信號VCO傳遞給后級電路。
因此，數(shù)據(jù)保持控制單元500具有對來自電壓比較單元252的比較脈 沖COMP進(jìn)行邏輯反轉(zhuǎn)的反相器502;對來自黑化檢測單元400的黑化判定 信號SUNOUT進(jìn)行邏輯反轉(zhuǎn)的反相器504;鎖存電路510;以及作為輸出緩 沖器起作用的雙輸入型的NAND門520。
鎖存電路510具有輸入輸出之間交叉連接的兩個雙輸入型的NAND門 512、 514;以及對NAND門512的輸出進(jìn)行邏輯反轉(zhuǎn)的反相器516。 NAND 門512的一個輸入端被提供反相器504的輸出(即，將來自黑化檢測單元400 的黑化判定信號SUNOUT邏輯反轉(zhuǎn)的信號)，另 一個輸入端被提供NAND門 514的輸出。NAND門514的一個輸入端被提供復(fù)位信號SUNRST，另一個 輸入端被提供NAND門512的輸出。NAND門520的一個輸入端被提供反相 器502的輸出(即，將來自電壓比較單元252的比較脈沖COMP邏輯反轉(zhuǎn)后 的信號)，另 一個輸入端被提供反相器516的輸出，并輸出代替比較脈沖COMP 的控制信號VCO。
像素陣列單元10內(nèi)的單位像素3的結(jié)構(gòu)與通常的CMOS圖像傳感器相 同。作為單位像素3的像素內(nèi)放大器，只要是能夠?qū)⒂蓡挝幌袼?的電荷生 成單元生成和累積的信號電荷作為電信號輸出的裝置即可，可采用各種各樣 的結(jié)構(gòu)，但一般使用FDA ( Floating Diffusion Amp:浮動擴散放大器)結(jié)構(gòu)的裝置。
作為單位像素3的一例，可使用將以下部件用作為CMOS傳感器通用的 4個晶體管構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，部件包括具有對于電荷生成單元作為電荷讀出單 元(傳送門單元/讀出門單元)的一例的讀出選擇用晶體管的傳送單元；具有
作為復(fù)位門單元的一例的復(fù)位晶體管的初始化單元；垂直選擇用晶體管；以
及作為用于檢測浮動擴散(也被稱為浮動節(jié)點)的電位變化的檢測元件的一
例的源極跟隨器(source follower)結(jié)構(gòu)的放大用晶體管。
或者，也可以使用由以下3個晶體管構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，即用于放大與通過電 荷生成單元生成的信號電荷對應(yīng)的信號電壓的、連接到漏極線(DRN)的放大用晶體管；用于復(fù)位電荷生成單元的復(fù)位晶體管；以及通過垂直移位寄存 器經(jīng)由傳送布線(TRF)所掃描的讀出選擇用晶體管(傳送門單元)。
當(dāng)然，這些像素結(jié)構(gòu)是一例，只要是通常的CMOS圖像傳感器的陣列結(jié) 構(gòu)，則可以使用任意結(jié)構(gòu)。
例如，圖5所示的4TR結(jié)構(gòu)的單位像素包括除了接受光后變換為電荷 的光電變換功能之外還具有累積該電荷的電荷累積功能的各功能的電荷生成 單元32;對于電荷生成單元32作為電荷讀出單元(傳送門單元/讀出門單元) 的一例的讀出選擇用晶體管(傳送晶體管)34;作為復(fù)位門單元的一例的復(fù) 位晶體管36;垂直選擇用晶體管40;以及作為用于檢測浮動擴散38的電位 變化的檢測元件的一例的源極跟隨器結(jié)構(gòu)的放大用晶體管42。
構(gòu)成傳送單元的讀出選擇用晶體管34通過被提供傳送信號cpTRG的傳送 驅(qū)動緩沖器(未圖示)，經(jīng)由傳送布線(讀出選擇線TX) 55而被驅(qū)動。構(gòu)成 初始化單元的復(fù)位晶體管36通過被提供復(fù)位信號cpRST的復(fù)位驅(qū)動緩沖器
(未圖示)，經(jīng)由復(fù)位布線(RST) 56而被驅(qū)動。垂直選擇用晶體管40通過 被提供垂直選擇信號(pVSEL的選擇驅(qū)動緩沖器(未圖示)，經(jīng)由垂直選擇線
(SEL) 52而被驅(qū)動。各個驅(qū)動緩沖器可通過垂直掃描單元14的垂直驅(qū)動單 元14b驅(qū)動。
由光電二極管PD等受光元件DET構(gòu)成的檢測單元的 一 例的電荷生成單 元32，受光元件DET的一端(陽極側(cè))連接到低電位側(cè)的基準(zhǔn)電位Vss (負(fù) 電位例如-lV左右)，另一端(陰極側(cè))連接到讀出選擇用晶體管34的輸 入端(典型的是源極)。另外，基準(zhǔn)電位Vss有時也設(shè)為接地電位GND。
讀出選擇用晶體管34的輸出端(典型的是漏極)連接到復(fù)位晶體管36、 浮動擴散38和放大用晶體管42相連接的連接節(jié)點，控制輸入端(柵極)中 從傳送驅(qū)動緩沖器被提供傳送脈沖TRG。
像素信號生成單元5中的復(fù)位晶體管36，其源極連接到浮動擴散38,漏 極連接到電源Vrd(通常如圖示那樣公共地設(shè)為電源Vdd )，柵極(復(fù)位門RG ) 中從復(fù)位驅(qū)動緩沖器被輸入像素復(fù)位脈沖RST。
垂直選擇用晶體管40，作為一例，漏極連接到放大用晶體管42的源極， 源極連接到像素線51, ;f冊極(特別稱為垂直選擇柵極SELV)連接到垂直選 擇線52。另外，不限于這樣的連接結(jié)構(gòu)，也可以將垂直選擇用晶體管40和 放大用晶體管42的分布顛倒，從而垂直選擇用晶體管40的漏極連接到電源Vdd,源極連接到放大用晶體管42的漏極，放大用晶體管42的源極連接像 素線51。垂直選擇線52中被施加了垂直選擇信號cpVSEL。
放大用晶體管42，柵極連接到浮動擴散38，漏極連接到電源Vdd，源極 經(jīng)由垂直選擇用晶體管40連接到像素線51，并且連接到垂直信號線19。
垂直信號線19，其一端延伸到縱列處理單元26側(cè)，同時其路徑中，連 接有讀出電流源單元24，采用與放大用晶體管42之間被提供大致一定的動 作電流(讀出電流)的源極跟隨器結(jié)構(gòu)。
具體而言，讀出電流源單元24包括設(shè)置在各個垂直列的NM()S型的 晶體管(特別地稱為負(fù)荷MOS晶體管)242;以及具有對全部垂直列公用的 電流生成單元245及柵極以及漏極共同被連接源極連接到源極線248上的 NMOS型的晶體管246的基準(zhǔn)電流源單元244。
各個負(fù)荷MOS晶體管242，漏極連接到對應(yīng)的列的垂直信號線19，源極 共同連接到作為接地線的源極線248。由此，各垂直列的負(fù)荷MOS晶體管242 構(gòu)成在基準(zhǔn)電流源單元244的晶體管246之間連接有柵極的電流鏡電路，連 接成對垂直信號線19起到電流源的功能。
電流生成單元245從未圖示的負(fù)荷控制單元被提供用于使得僅在需要時 輸出規(guī)定電流的負(fù)荷控制信號SFLACT。電流生成單元245在信號讀出時， 通過被輸入負(fù)荷控制信號SFLACT的有效狀態(tài)，從而根據(jù)連接到各個放大用 晶體管42的負(fù)荷MOS晶體管242,使得預(yù)先規(guī)定的恒流繼續(xù)流動。即，負(fù) 荷MOS晶體管242，對選擇行的放大用晶體管42和源極跟隨器進(jìn)行組合， 并將讀出電流提供給放大用晶體管42,從而對垂直信號線19進(jìn)行信號輸出。
在這樣的4TR結(jié)構(gòu)中，浮動擴散38連接到放大用晶體管42的柵極，所 以放大用晶體管42以電壓模式將對應(yīng)于浮動擴散38的電位(以下稱為FD 電位)的信號，經(jīng)由像素線51輸出到垂直信號線19 (53)。
圖6是表示黑化檢測單元400的比較單元401的結(jié)構(gòu)例的概略電路圖。 比較單元401,具有如下特征通過考慮電路結(jié)構(gòu)，能夠不受每個單位像素3 的復(fù)位分量AV的偏差的影響地判定是否為高光量攝像條件。
比較單元401的基本結(jié)構(gòu)， 一般采用眾所周知的差動放大器結(jié)構(gòu)，包括 具有NMOS型的晶體管403、 404的差動晶體管對部402;具有成為差動晶體 管對部402的輸出負(fù)荷的PMOS型的晶體管412、 414的、配置在電源側(cè)的負(fù)荷晶體管對部410;以及具有對各個單元402、 410提供一定的動作電流的、 配置在接地側(cè)的NMOS型的恒流源晶體管422的電流源單元420。
晶體管403、 404的各源極共同連接到恒流源晶體管422的漏極，晶體管 403、 404的各漏極(輸出端子)上連接有負(fù)荷晶體管對部410的對應(yīng)的晶體 管412、 414的漏極。恒流源晶體管422的柵極-波輸入DC門電壓VG—SUN。
差動晶體管對部402的輸出(在圖示的例中為晶體管404的漏極)連接 到未圖示的、具有放大器功能的緩沖單元450，被充分放大后，作為黑化檢 測信息SUNOUT被輸出。
此外，比較單元401具有將比較單元401的動作點復(fù)位的動作點復(fù)位單 元430。動作點復(fù)位單元430具有PMOS型的開關(guān)晶體管432、 434以及信號 結(jié)合用的電容元件436、 438。
這里，開關(guān)晶體管432連接在晶體管403的柵極(輸入端子) 一漏極(輸 出端子)之間，另外開關(guān)晶體管434連接在晶體管404的柵極(輸入端子)一 漏極(輸出端子)之間，各柵極共同被提供比較器復(fù)位信號PSET一SUN。
比較 器復(fù)位信號PSET—SUN成為有效的定時，例如設(shè)為提供給單位像素 3的復(fù)位晶體管36的柵極端的復(fù)位信號RST在有效的期間內(nèi)、并且參照信號 SLP—SUN處于初始值V一ini的期間內(nèi)。或者，也可以設(shè)為提供給單位像素3 的復(fù)位晶體管36的柵極端的復(fù)位信號RST從有效變化為無效后的像素信號 電壓Vx成為復(fù)位電平Srst'的期間內(nèi)、參照信號SLP_SIJN處于初始值V—ini 的期間內(nèi)。
此外，晶體管403的柵極(輸入端子)，經(jīng)由電容元件436被提供像素信 號Vx，并且晶體管404的柵極(輸入端子)，從未圖示的參照信號生成單元 460被提供參照信號SLP—SUN。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，動作點復(fù)位單元430對經(jīng)由電容元件436、 438輸入的 信號發(fā)揮采樣/保持(hold)功能。即僅在將要開始比較像素信號Vx和參照 信號SLP_SUN (具體為黑化現(xiàn)象的判定電平V一det)之前，使比較器復(fù)位信 號PSET—SUN有效(在本例中為低電平)，將差動晶體管對部402的動作點 復(fù)位為漏極電壓(讀出電位；讀出基準(zhǔn)分量或信號分量的動作基準(zhǔn)值)。其后， 將像素信號Vx經(jīng)由電容元件436對晶體管403輸入，此外將參照信號 SLP—SUN (具體為判定電平V一det)經(jīng)由電容元件438輸入，并進(jìn)行比較直 至像素信號Vx和參照信號SLP—SUN (具體為判定電平V一det)成為同電位。比較處理開始時，參照信號SLP—SUN的判定電平低于像素信號Vx,并 比較單元401的輸出處于高電平。其后，當(dāng)像素信號Vx和參照信號SLP_SUN 的判定電平V—det成為同電位時，比較單元401的輸出從高電平反轉(zhuǎn)為低電 平。該低電平被提供給以省略了圖示的NAND結(jié)構(gòu)作為基本的緩沖單元450 的一個輸入端。若提供給緩沖單元450的另一個輸入端的控制信號SUNEN 為有效高電平，則緩沖單元450將低電平邏輯反轉(zhuǎn)為高電平。由此，在像素 信號電壓Vx和判定電平V_det —致的時候，黑化檢測單元400使黑化檢測信 息SUNOUT從低電平變化為高電平。即，黑化檢測單元400在檢測到黑化現(xiàn) 象時，將黑化檢測信息SUNOUT設(shè)為高電平。
比較器復(fù)位信號PSET—SUN成為有效的定時，例如設(shè)為提供給單位像素 3的復(fù)位晶體管36的柵極端的復(fù)位信號RST在有效的期間內(nèi)、并且參照信號 SLP一SUN處于初始值V一ini的期間內(nèi)?；蛘?，也可以設(shè)為提供給單位像素3 的復(fù)位晶體管36的柵極端的復(fù)位信號RST從有效變化為無效后的像素信號 電壓Vx成為復(fù)位電平Srst的期間內(nèi)、參照信號SLP—SUN處于初始值V—ini 的期間內(nèi)。
若對單位像素3的復(fù)位晶體管36的柵極端提供復(fù)位信號RST(的有效狀 態(tài))來復(fù)位(稱為像素復(fù)位)，則垂直信號線19的像素信號電壓Vx，在復(fù)位 信號RST處于有效狀態(tài)的期間內(nèi)時，產(chǎn)生較大的電壓電平的噪聲脈沖，其后， 當(dāng)復(fù)位信號RST從有效變化為無效時穩(wěn)定在復(fù)位電平Srst。該復(fù)位有效時的 噪聲脈沖的電平和其后的復(fù)位電平Srst按單位像素3偏移。對應(yīng)于在電荷生 成單元32檢測到的信號電荷的信號電平Ssig重疊在復(fù)位電平Srst上，像素 信號電壓Vx作為信號電平Ssig出現(xiàn)。由此，若復(fù)位電平Srst偏移，則信號 電平Ssig也偏移。此時，信號電平Ssig本身不存在偏移的影響。在CDS處 理中，考慮到這一點，通過取復(fù)位電平Srst和信號電平Ssig的差分，從而取 得不存在偏移的影響的信號電平Ssig。
根據(jù)由根據(jù)該像素復(fù)位動作的像素信號電壓Vx的偏差，在黑化現(xiàn)象的 判定時也一樣，若不進(jìn)行考慮了像素信號電壓Vx中的復(fù)位電平Srst或信號 電平Ssig的每個單位像素3的偏差的判定，則對于各單位像素3不能進(jìn)行適 當(dāng)?shù)呐卸ā?br> 因此，在本實施方式中，在參照信號SLP—SUN處于初始值V一ini的期間 內(nèi)(復(fù)位晶體管36被復(fù)位時或像素信號電壓Vx處于復(fù)位電平Srst時)，使比較器復(fù)位信號PSET—SUN有效并暫時連接(短路)差動晶體管對部402的 晶體管403、 404的柵極和漏極，從而設(shè)為二極管連接。
將以時間序列具有初始值電平V—ini和判定電平V一det的參照信號 SLP—SUN以及來自單位像素3的像素信號電壓Vx分別以電容耦合的方式輸 入到比較單元40，通過初始化動作，以使判定電平V一det不受到由像素復(fù)位 的像素信號電壓的偏差的影響，所述初始化動作在參照信號SLP一SUN處于 初始值電平V—ini時將比較單元401的輸入輸出之間短路，從而使初始值電 平Vjni和像素復(fù)位時的像素信號電壓Vx —致。
其后，將對來自單位像素3的放大用晶體管42的輸入加上晶體管404的 偏移(offset)分量的信號保持在晶體管404的輸入端子(柵極)后，輸入?yún)?照信號SLP一SUN (具體為判定電平V一det )，從而開始像素信號Vx和參照信 號SLP—SUN (具體為判定電平V—det)的比較。由此，按單位像素3,由像 素信號的讀出電位設(shè)定比較單元401的動作點，所以判定黑化現(xiàn)象有無時， 難以受到復(fù)位電平Srst的偏差的影響。
圖6A是表示電壓比較單元252的比較單元301的結(jié)構(gòu)例的概略電路圖。 比較單元301具有如下特征通過考慮電路結(jié)構(gòu)，能夠不受復(fù)位分量厶V的 偏差的影響地設(shè)定比較期間。
比較單元301的基本結(jié)構(gòu)與黑化4企測單元400的比較單元401相同。這 里，關(guān)于對應(yīng)的結(jié)構(gòu)要素，將比較單元401的第400臺參照號碼改變?yōu)榈?00 臺，并顯示。以下，以與比較單元401的不同點為重點進(jìn)行說明。
恒流源晶體管322的柵極被輸入DC柵極電壓VG—ADC。差動晶體管對 部302的輸出(在圖示的例沖為晶體管304的漏極)連接到具有未圖示的放 大器功能的緩沖單元350，被充分放大后，作為比較脈沖COMP輸出。
動作點復(fù)位單元330的開關(guān)晶體管332、 334的各柵極共同被提供比較器 復(fù)位信號PSET—ADC。
比較器復(fù)位信號PSET一ADC成為有效的定時，設(shè)為提供給單位像素3的 復(fù)位晶體管36的柵極端的復(fù)位信號RST從有效變化為無效后的像素信號電 壓Vx成為復(fù)位電平Srst的期間內(nèi)?；蛘撸O(shè)為提供給單位像素3的復(fù)位晶 體管36的柵極端的復(fù)位信號RST在有效的期間內(nèi)。在這樣的期間，參照信 號SLP—ADC設(shè)為比作為對斜坡狀的變化開始電平的初始值稍微低的復(fù)位電 平。晶體管303的柵極(輸入端子)經(jīng)由電容元件336被提供像素信號Vx， 晶體管304的柵極(輸入端子)從未圖示的參照信號生成單元27被提供參照 信號SLP—ADC 。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，動作點復(fù)位單元330對經(jīng)由電容元件336、 338輸入的 信號發(fā)揮采樣/保持(hold)功能。即僅在將要開始比較像素信號Vx和參照 信號SLP—ADC之前，使比較器復(fù)位信號PSET—ADC有效(在本例中為低電 平)，將差動晶體管對部302的動作點復(fù)位為漏極電壓(讀出電位；讀出基準(zhǔn) 分量或信號分量的動作基準(zhǔn)值)。其后，將像素信號Vx經(jīng)由電容元件336對 晶體管303輸入，此外將參照信號SLP—ADC (的變化期間)經(jīng)由電容元件 338輸入，并進(jìn)行比較直至像素信號Vx和參照信號SLP—ADC成為同電位。 當(dāng)像素信號Vx和參照信號SLP一ADC成為同電位時輸出反轉(zhuǎn)。
比較處理開始時，參照信號SLP一ADC高于像素信號Vx,并且比較單元 301的輸出處于低電平。其后，當(dāng)像素信號Vx和參照信號SLP一ADC成為同 電位時，比較單元301的輸出從低電平反轉(zhuǎn)為高電平。該高電平被提供給以 省略了圖示的NAND結(jié)構(gòu)作為基本的緩沖單元350的一個輸入端。若提供給 緩沖單元350的另一個輸入端的控制信號VCOEN為有效高電平，則緩沖單 元350將高電平邏輯反轉(zhuǎn)為低電平。由此，在像素信號電壓Vx和參照信號 SLP一ADC —致的時候，電壓比較單元252使比較脈沖COMP從高電平變化 為低電平。
該比較脈沖COMP被提供給省略了圖示的數(shù)據(jù)保持控制單元500 (參照 圖5)。變化為低電平的比較脈沖COMP的信息，作為由反相器502被邏輯反 轉(zhuǎn)變化為高電平的信息，提供給NAND門520的一個輸入端。
通過黑化檢測單元400沒有檢測到黑化現(xiàn)象時，若NAND門520的另一 個輸入端處于高電平，則NAND門520根據(jù)提供給另一個輸入端的變化為高 電平的信息，使該輸出變化為低電平。
由此，即使在追加了數(shù)據(jù)保持控制單元500的情況下，只要通過黑化檢 測單元400沒有^f企測到黑化現(xiàn)象，由電壓比較單元252比較了參照信號 SLP一ADC和像素信號電壓Vx的結(jié)果的信息原樣被通知給后級的電路(計數(shù) 器單元254等)。
這里，提供比較器復(fù)位信號PSET—ADC，暫時連接(短路)差動晶體管 對部302的晶體管303、 304的柵極和漏極，從而設(shè)為二極管連接，將對單位像素3的放大用晶體管42的輸入加上晶體管304的偏移(offset)分量的信 號保持在晶體管304的輸入端子(柵極)后，輸入?yún)⒄招盘朣LP—ADC,從而 開始像素信號Vx和參照信號SLP_ADC的比較。由此，按單位像素3，由像 素信號的讀出電位設(shè)定電壓比較單元252的動作點，所以難以受到復(fù)位電平 Srst的偏差的影響。
在基準(zhǔn)分量擁有偏差，并提高了增益時，偏差也成為增益倍，所以在縮 短了比較期間的情況下，容易發(fā)生基準(zhǔn)分量超過比較可能范圍而不能夠正確 比較的現(xiàn)象。為了避免這樣的現(xiàn)象，在對基準(zhǔn)分量進(jìn)行比較處理和計數(shù)處理 時，首先，將電壓比較單元252 (具體為比較單元301 )復(fù)位為讀出基準(zhǔn)分量 的動作基準(zhǔn)值，之后，對比較單元301提供參照信號SLP一ADC后，開始比 較處理和計數(shù)處理。但是，當(dāng)將比較單元301復(fù)位為動作基準(zhǔn)值時，存在發(fā) 生kTC噪音的顧慮，所以在對信號電平Ssig (即信號分量Vsig )進(jìn)行比較處 理和計數(shù)處理時，不進(jìn)行比較單元301的復(fù)位，立即對比較單元301提供參 照信號SLP—ADC,從而開始比較處理和計數(shù)處理。
圖7~圖8A是說明電壓比較單元252、黑化檢測單元400、以及數(shù)據(jù)保持 控制單元500的動作的圖。這里，圖7及圖7A是說明將黑化現(xiàn)象的發(fā)生的 有無根據(jù)像素信號電壓Vx的P相電平(即復(fù)位電平Srst)判定時和根據(jù)D 相電平(即信號電平Ssig)判定時的不同點的圖。圖8及圖8A是表示在根據(jù) 像素信號電壓Vx的D相電平(即信號電平Ssig)判定黑化現(xiàn)象的發(fā)生的有 無時的信號定時例的圖。
圖7( 1 )表示入射到電荷生成單元32的光量和信號輸出(信號分量Vsig= 信號電平Ssig-復(fù)位電平Srst)的關(guān)系。此外，圖7 (2)表示不發(fā)生黑化現(xiàn)象 的通常時和發(fā)生了黑化現(xiàn)象時的各像素信號電壓Vx的1H期間的變化狀況和 黑化現(xiàn)象的判定電平的關(guān)系。圖7A ( 1 )表示根據(jù)像素信號電壓Vx的P相 電平判定黑化現(xiàn)象的發(fā)生的有無時的參照信號SLP一ADC、像素信號電壓Vx、 以及判定電平V_det的關(guān)系。圖7A (2)表示根據(jù)像素信號電壓Vx的D相 電平判定黑化現(xiàn)象的發(fā)生的有無時的參照信號SLP—ADC、像素信號電壓Vx、 以及判定電平V—det的關(guān)系。
如圖7(1)所示，隨著光量增加，由復(fù)位電平Srst和信號電平Ssig的差 分表示的信號分量Vsig線性增加。這是如下的狀態(tài)在讀出像素信號電壓Vx的過程中，首先將浮動擴散38設(shè)為復(fù)位狀態(tài)后輸出復(fù)位電平Srst ( P相)， 接著累積在電荷生成單元32中的信號電荷被傳送到浮動擴散38，適當(dāng)?shù)剡M(jìn) 行讀出信號電平Ssig的動作。該狀態(tài)為，如圖7(2)中用虛線表示的像素信 號電壓Vx，像素信號電壓Vx的復(fù)位電平Srst (P相電平) 一定而與時間的 經(jīng)過無關(guān)，作為信號分量Vsig可得到線性的輸出。
若入射光量超過一定的光量Pl,則信號電平Ssig會飽和，由復(fù)位電平 Srst和信號電平Ssig的差分表示的信號分量Vsig的飽和信號電平成為上限 值，其一定的飽和信號電平被輸出。即使入射其以上的光，暫時不從飽和信 號電平變化。飽和信號電平依賴于單位像素3的電荷生成單元32或浮動擴散 38的容量、以及單位像素3的源極跟隨器的特性等。
然后，若入射光量進(jìn)而超過光量P2，則將浮動擴散38設(shè)為復(fù)位狀態(tài)后， 在輸出復(fù)位電平Srst的期間，在浮動擴散38內(nèi)部也發(fā)生光電轉(zhuǎn)換，成為不能 將復(fù)位電平Srst保持在一定的狀態(tài)的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，如圖7(2)中實線 所示的像素信號電壓Vx，像素信號電壓Vx的復(fù)位電平Srst (P相電平)為 隨著時間的經(jīng)過而降低的狀態(tài)。其結(jié)果，與被照射強光無關(guān)，由復(fù)位電平Srst 和信號電平Ssig的差分表示的信號分量Vsig變小。這是因為，信號分量Vsig 成為D相電平和P相電平的差分，所以信號分量Vsig下降相當(dāng)于P相電平 下降的量。因此，盡管非常明亮，也會產(chǎn)生看起來黑的黑化現(xiàn)象。
檢測黑化現(xiàn)象而校正信號分量Vsig的信息，以使這樣的黑化現(xiàn)象不出現(xiàn) 在信號分量Vsig。作為一例，對如下的情況進(jìn)行校正根據(jù)信號電平Ssig是 處于飽和的區(qū)域還是處于剛飽和之前的區(qū)域、或者是處于復(fù)位電平Srst變化 的區(qū)域，來檢測入射光是否非常強，并進(jìn)行根據(jù)其檢測結(jié)果取得信號分量Vsig 的處理。
這里，對是否為復(fù)位電平Srst變化的區(qū)域的判定，如圖7 (2)或圖7A (1 )所示，通過對P相電平和判定電平V—detl進(jìn)行比較來進(jìn)行。這樣，以 P相進(jìn)行檢測時，估計復(fù)位電平Srst的像素偏差分量或邊緣(AV),從合適 的復(fù)位電平Srst對AV電平的低電位設(shè)定判定電平V一detl。因此，飽和電平 為止(光量P2為止)作為適當(dāng)?shù)男盘柲軌虿僮鞯囊环矫?，如圖7 ( 1 )的光 量P2 P3之間所示，暫時確認(rèn)黑沉淀的現(xiàn)象。
另一方面，對信號電平Ssig是處于飽和的區(qū)域還是處于剛飽和之前區(qū)域 的判定，如圖7 (2)或圖7A (2)所示，通過對D相電平和判定電平V—dct2進(jìn)行比較來進(jìn)行。
具體地，如圖8所示，在剛進(jìn)入D相的處理期間后的一定期間內(nèi)，將控
制信號SUNEN設(shè)為有效高電平，檢測在像素信號電壓Vx從復(fù)位電平Srst 達(dá)到信號電平Ssig為止的轉(zhuǎn)移期間內(nèi)橫穿參照信號SLP—SUN的判定電平 V一det2的時刻。即，在D相的AD轉(zhuǎn)換前進(jìn)行檢測。像素信號電壓Vx達(dá)到 信號電平Ssig的過程中與判定電平V—det2 —致時，比較單元401的輸出成為 低電平。此時，因為控制信號SUNEN處于有效高電平，所以來自緩沖單元 450的黑化判定信號SUNOUT成為高電平。
在信號分量Vsig成為完全飽和電平之前進(jìn)行檢測時，如圖7(2)和圖 7A(2)所示，判定電平V一det2的電位高于飽和電平，其結(jié)果，如圖7 ( 1 ) 的V一det2所示，原理上不會產(chǎn)生成為黑沉淀的現(xiàn)象。但是，在V—det2以上 (光量P5以上)中，不能夠作為適當(dāng)?shù)男盘栠M(jìn)行操作，動態(tài)范圍變窄。
另外，在本實施方式的黑化現(xiàn)象的判定動作中，首先，如圖7(2)所示， 其特征在于以像素信號電壓Vx的復(fù)位電平Srst對參照信號SLP_SUN進(jìn)行初 始化。具體地，如圖5所說明，參照信號SLP—SUN處于初始值V—ini的期間 內(nèi)將比較器復(fù)位信號PSET—SUN設(shè)為有效而初始化比較單元401 。該動作與， 在電壓比較單元252中的P相的比較處理之前，對比較單元301使比較器復(fù) 位信號PSET—ADC有效并初始化比較單元401的動作具有同樣的優(yōu)點。
判定黑化現(xiàn)象有無時，即使按單位像素3像素復(fù)位時的噪聲脈沖電平和 復(fù)位電平Srst偏移，通過使比較器復(fù)位信號PSET^SUN有效，從而跟著偏差 參照信號SLP_SUN(具體為初始值V_ini )的電位自動地設(shè)定在比較單元401 。 由此，判定電平V_det也被設(shè)定在對應(yīng)于像素復(fù)位時的噪聲脈沖電平或復(fù)位 電平Srst的偏差的電位。由此，能夠抑制各個縱列的像素信號電壓Vx的復(fù) 位時的偏差的影響。其結(jié)果，在黑化現(xiàn)象判定時，能夠抑制縱列的偏差。其 結(jié)果，在太陽光等強光入射時，能夠使圖像均勻地曝光過度。
在圖7(2)中，表示僅使參照信號生成單元460中的模擬開關(guān)482_2 482_5 的任何一個導(dǎo)通從而使參照信號SU^SUN從初始值Vjni大致即刻轉(zhuǎn)移到判 定電平V_det2的例，但也可以如圖8A所示，使模擬開關(guān)482—2 482—5從高 電位側(cè)依次導(dǎo)通從而使參照信號SLP_SUN階段性地轉(zhuǎn)移。
參照圖8A,說明電壓比較單元252、黑化檢測單元400、數(shù)據(jù)保持控制單元500的動作概要。這里，以如下例來表示計數(shù)器單元254對P相及D 相任意個都以計數(shù)增加模式進(jìn)行計數(shù)處理，同時將各相的計數(shù)值(n比特) 分別傳送到數(shù)字運算單元29的例，即適用第3處理例的AD轉(zhuǎn)換處理的例。 首先，處理周期的最初，將復(fù)位信號SUNRST設(shè)為有效高電平，從而使 鎖存電路510復(fù)位。由此，反相器516的輸出成為高電平。之后，將復(fù)位信 號SUNRST設(shè)為無效低電平。即在P相電平和D相電平的AD轉(zhuǎn)換處理之前， 為了復(fù)位由鎖存電路510鎖存的狀態(tài)，暫時使控制信號SUNRST成為高電平 并解除。
其后，在參照信號SLP—SUN處于初始值V—ini的期間內(nèi)，使比較器復(fù)位 信號PSET—SUN有效，初始化比較單元401。由此，黑化現(xiàn)象的判定電平V一det 被設(shè)定為適合于各單位像素3的復(fù)位狀態(tài)的電平。因此，能夠電路地防止該 黑化現(xiàn)象的檢測偏差。
并且，在參照信號SLP—ADC處于復(fù)位電平的期間內(nèi)，使比較器復(fù)位信 號PSET—ADC有效，初始化比較單元401。
此后，使參照信號SLP—ADC從初始值以規(guī)定的斜率變化，在電壓比較 單元252中，比較像素信號電壓Vx的.P相電平(復(fù)位電平Srst)和參照信號 SLP一ADC。比較處理開始時參照信號SLP—ADC的電壓高于復(fù)位電平Srst， 所以比較脈沖COMP為高電平。若不發(fā)生黑化現(xiàn)象，則如圖中用虛線表示的 像素信號電壓Vx那樣，在P相的比較處理(事實上為AD轉(zhuǎn)換處理)期間 中，復(fù)位電平Srst為一定的值，電壓比較單元252能夠確切地檢測復(fù)位電平 Srst和參照信號SLP—ADC —致的時刻，在該檢測時刻使比較脈沖COMP變 化為低電平。
計數(shù)器單元254,例如以比較脈沖COMP來取得計數(shù)時鐘CK1 ，提供給 內(nèi)部的計數(shù)電路(例如觸發(fā)器的級聯(lián)連接)。此外，與比較脈沖COMP無關(guān) 地，在經(jīng)過了各相的計數(shù)動作有效期間時，停止對計數(shù)電路提供計數(shù)時鐘 CK1。
例如，在比較脈沖COMP為高電平的期間，計數(shù)時鐘CK1被提供給計 數(shù)電路，所以計數(shù)電路能夠計數(shù)計數(shù)時鐘CK1的數(shù)，但若比較脈沖COMP 成為低電平，則因為停止計數(shù)時鐘CK1的提供，所以中止計數(shù)處理，并將此 時刻的計數(shù)值保持不變。:
由此，計數(shù)器單元254從參照信號SLP—ADC的變化開始時刻開始計數(shù)處理，在比較脈沖COMP變化為低電平時，保持此時刻的計數(shù)值Drst一cnt。 此時的計數(shù)值Drst—cnt作為P相的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被傳送到數(shù)字運算單元29。
此后，當(dāng)進(jìn)入到D相的處理期間時，使參照信號SLP_ADC從初始值以 規(guī)定的斜率變化，在電壓比較單元252中，比較像素信號電壓Vx的D相電 平(信號電平Ssig)和參照信號SLP—ADC。比較處理開始時參照信號 SLP—ADC的電壓高于信號電平Ssig,所以比較脈沖COMP為高電平。若不 發(fā)生黑化現(xiàn)象，則如圖中用虛線表示的像素信號電壓Vx那樣，出現(xiàn)在P相 的比較處理期間中處于一定的電平的復(fù)位電平Srst上疊加了信號分量Vsig的 信號電平Ssig。電壓比較單元252能夠確切地檢測信號電平Ssig和參照信號 SLP一ADC—致的時刻，在該一企測時刻使比較脈沖COMP變化為低電平。計 數(shù)器單元254從參照信號SLP—ADC的變化開始時刻開始計數(shù)處理，并在比 較脈沖COMP變化為低電平時，保持該時刻的計數(shù)值Dsig一cnt。此時的計數(shù) 值Dsig一cnt作為D相的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被傳送到數(shù)字運算單元29。
在數(shù)字運算單元29中，通過P相的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)Drst— cnt和D相的AD 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)Dsig一cnt的差分處理來取得信號分量Vsig的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) Dsig=Dsig—cnt-Drst—cnt。
另一方面，在產(chǎn)生黑化現(xiàn)象時，首先在P相的比較處理期間，如圖中的 實線所示的像素信號電壓Vx那樣，復(fù)位電平Srst隨時間一起下降。從而， 根據(jù)其下降的程度，電壓比較單元252有能夠檢測到復(fù)位電平Srst和參照信 號SLP—ADC —致的時刻的時候，也有不能夠檢測到的時候。圖示的實線的 例表示不能夠一僉測到復(fù)位電平Srst和參照信號SLP—ADC—致的時刻的情況。
電壓比較單元252在能夠檢測到復(fù)位電平Srst和參照信號SLP—ADC — 致的時刻時，在該時刻使比較脈沖COMP變化為低電平。計數(shù)器單元254從 參照信號SLP一ADC的變化開始時刻開始計數(shù)處理，并在比較脈沖COMP變 化為低電平時，保持該時刻的計數(shù)值Dsig—cont。此時的計數(shù)值Dsig—cnt作為 P相的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被傳送到數(shù)字運算單元29。
此外，電壓比較單元252在不能檢測到復(fù)位電平Srst和參照信號 SLP—ADC —致的時刻時，即使經(jīng)過P相的處理期間，比較脈沖COMP還是 原樣處于高電平。此時，若經(jīng)過計數(shù)動作有效期間，則對計數(shù)器單元254的 計數(shù)電路的計數(shù)時鐘CK1的提供被停止。從而，計數(shù)器單元254從參照信號 SLP ADC的變化開始時刻開始進(jìn)行計數(shù)處理，在經(jīng)過了 P相的計數(shù)動作有效期間時，保持與P相的計數(shù)動作有效期間相當(dāng)?shù)挠嫈?shù)值Drst—cnt ( =Drm )。此 時的計數(shù)值Drst一cnt作為P相的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被傳送到數(shù)字運算單元29。
此后，當(dāng)進(jìn)入到D相的處理期間時，使參照信號SLP一ADC從初始值以 規(guī)定的斜率變化，在電壓比較單元252中，比較像素信號電壓Vx的D相電 平(信號電平Ssig)和參照信號SLP—ADC。比較處理開始時參照信號 SLP一ADC的電壓高于信號電平Ssig，所以比較脈沖COMP為高電平。在發(fā) 生黑化現(xiàn)象的情況下，如圖中用實線表示的像素信號電壓Vx那樣，出現(xiàn)在P 相的比較處理期間中逐漸下降的復(fù)位電平Srst的最終值上疊加了信號分量 Vsig的信號電平Ssig。電壓比較單元252檢測信號電平Ssig和參照信號 SLP一ADC—致的時刻，但根據(jù)復(fù)位電平Srst的最終值的下降程度，電壓比較 單元252有能夠檢測到信號電平Ssig和參照信號SLP一ADC —致的時刻的時 候，也有不能夠檢測到的時候。圖示的實線的例，表示不能夠檢測到信號電 平Ssig和參照信號SLP_ADC —致的時刻的情況。
電壓比較單元252在能夠檢測到信號電平Ssig和參照信號SLP—ADC — 致的時刻時，在該時刻使比較脈沖COMP變化為低電平。計數(shù)器單元254從 參照信號SLP_ADC的變化開始時刻開始計數(shù)處理，并在比較脈沖COMP變 化為低電平時，保持該時刻的計數(shù)值Dsig—cnt。此時的計數(shù)值Dsig一cnt作為 D相的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被傳送到數(shù)字運算單元29。
此外，電壓比較單元252在不能檢測到信號電平Ssig和參照信號 SLP—ADC —致的時刻時，即使經(jīng)過D相的處理期間，比較脈沖COMP還是 原樣處于高電平。此時，若經(jīng)過計數(shù)動作有效期間，則對計數(shù)器單元254的 計數(shù)電路的計數(shù)時鐘CK1的提供被停止。從而，計數(shù)器單元254從參照信號 SLP一ADC的變化開始時刻開始進(jìn)行計數(shù)處理，在經(jīng)過了 D相的計數(shù)動作有 效期間時，保持與D相的計數(shù)動作有效期間相當(dāng)?shù)挠嫈?shù)值Dsig一cnt ( =Dsm )。 此時的計數(shù)值Dsig一cnt作為D相的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被傳送到數(shù)字運算單元29。
在數(shù)字運算單元29中，根據(jù)P相的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)Drst—cnt和D相的AD 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)Dsig_cnt的差分處理來取得信號成分Vsig的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)Dsig。此 時，如從上述的說明理解那樣，根據(jù)P相處理期間的黑化現(xiàn)象時的電位下降 程度，P相的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)Drst—cnt和D相的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)Dsig—cnt分別采 用兩種值。因此，數(shù)字運算單元29中的根據(jù)差分處理所得到的信號分量Vsig 的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)Dsig,可采用4 ( =2 x 2 )種值。另一方面，與根據(jù)電壓比較單元252和計數(shù)器單元254的AD轉(zhuǎn)換處理 (比較處理及計數(shù)處理)并列地，在黑化檢測單元400中判定黑化現(xiàn)象的存 在。黑化檢測單元400,當(dāng)檢測到發(fā)生了作為高光量攝像條件的黑化現(xiàn)象時， 使黑化判定信號SUNOUT成為高電平。
例如，在產(chǎn)生了黑化現(xiàn)象的情況下，黑化檢測單元400的比較單元401， 在進(jìn)入到D相處理期間的像素信號電壓Vx轉(zhuǎn)移到信號電平Ssig的過程中檢 測與參照信號SLP—SUN的判定電平V—det —致的時刻。在D相的AD轉(zhuǎn)換 處理前，進(jìn)行黑化現(xiàn)象的檢測。比較單元401當(dāng)檢測到一致的時刻時，使輸 出變化為低電平。該變化為低電平的信息，被通知到緩沖單元450的一個端 子。
此時，提供給緩沖單元450的另一個端子的控制信號SUNEN開始處于 低電平，所以作為緩沖單元450的輸出的黑化檢測信息SUNOUT，與比較單 元401的輸出(L/H)無關(guān)，還是原樣的低電平。然后，與控制信號SUNEN 替換為高電平的定時同步，緩沖單元350使黑化檢測信息SUNOUT成為高電平。
當(dāng)黑化檢測信息SUNOUT成為高電平時，數(shù)據(jù)保持控制單元500的鎖存 電路510的輸出維持低電平，所以代替比較輸出COMP的控制信號VCO，與 電壓比較單元252的比較脈沖COMP無關(guān)，固定在高電平。即，數(shù)據(jù)保持控 制單元500將控制信號VCO固定在比較動作開始前的邏輯狀態(tài)。
從而，若構(gòu)成為計數(shù)器單元254以控制信號VCO取得計數(shù)時鐘而不是以 比較脈沖COMP取得，并提供給內(nèi)部的計數(shù)電路(例如觸發(fā)器的級聯(lián)連接)， 則首先，在不發(fā)生黑化現(xiàn)象時，P相及D相的任何一個都以與比較脈沖COMP 實質(zhì)上相同的定時保持相當(dāng)于各相的AD轉(zhuǎn)換值的計數(shù)值Drst—cnt、Dsig—cnt。
此外，在發(fā)生了黑化現(xiàn)象時，首先在P相處理中，在電壓比較單元252 能夠;險測到復(fù)位電平Srst和參照信號SLP一ADC —致的時刻時，以與比較脈 沖COMP實質(zhì)上相同的定時保持相當(dāng)于AD轉(zhuǎn)換值的計數(shù)值Drst—cnt。在電 壓比較單元252不能檢測到復(fù)位電平Srst和參照信號SLP一ADC —致的時刻 時，保持對應(yīng)于P相的計數(shù)動作有效期間的計數(shù)值Drst—cnt ( =Drm )。
相對于此，在D相處理中，通過黑化檢測單元400檢測黑化現(xiàn)象，從而， 與電壓比較單元252的比較脈沖COMP無關(guān)地，控制信號VCO固定在高電 平，所以與電壓比較單元252是否能夠檢測到信號電平Ssig和參照信號SLP_ADC —致的時刻無關(guān)，，計數(shù)器單元254保持對應(yīng)于D相的計數(shù)動作有 效期間的計數(shù)值Dsig—cnt ( =Dsm )。
從而，通過數(shù)字運算單元29的差分處理所得到的信號分量Vsig的AD 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)Dsig,可采用2 (=2x i)類值。從而，在黑化檢測時所使用的像素 數(shù)據(jù)依然不穩(wěn)定。
這里，在本實施方式中，D相的AD轉(zhuǎn)換處理前進(jìn)行黑化現(xiàn)象判定處理 而規(guī)定黑化現(xiàn)象的有無，所以在電壓比較單元252和計數(shù)器單元254進(jìn)行了 P相的AD轉(zhuǎn)換處理時，信號電平Ssig的AD變換數(shù)據(jù)，如前面所述，必定 成為對應(yīng)于D相的計數(shù)動作有效期間的計數(shù)值Dsig一cnt ( =Dsm )。 Dsm相當(dāng) 于飽和電平，所以將該Dsm (最大計數(shù)數(shù))作為黑化現(xiàn)象被檢測到的時候的 校正數(shù)據(jù)而使用。
因此，數(shù)據(jù)保持控制單元500以攝像條件判定單元的一例的黑化檢測單 元400判定為是高光量攝像條件作為條件，進(jìn)行控制，以使將代替來自電壓 比較單元252的比較輸出(比較脈沖COMP )的控制信號VCO修正為與比較 開始前相同的狀態(tài)，以該修正后的比較結(jié)果來規(guī)定的計數(shù)動作有效期間內(nèi)在 計數(shù)器單元254中保持進(jìn)行計數(shù)處理的計數(shù)值，使用在計數(shù)器單元254中被 保持了的計數(shù)值來進(jìn)行規(guī)定的校正。
例如，數(shù)據(jù)保持控制單元500成為通過將控制信號VCO通知給數(shù)字運算 單元29，從而控制數(shù)字運算單元29中的差分處理的執(zhí)行的結(jié)構(gòu)。數(shù)字運算 單元29，在接受到計數(shù)值Dsig—cnt時，控制信號VCO為低電平時(沒有檢 測到黑化現(xiàn)象時)進(jìn)行計數(shù)值Drst一cnt和計數(shù)值Dsig—cnt的差分處理，但在 接受到計數(shù)值Dsig一cnt時，控制信號VCO為高電平時(檢測到黑化現(xiàn)象時) 將計數(shù)值Dsig一cnt作為校正數(shù)據(jù)來使用。
這樣，在檢測到黑化現(xiàn)象時，若設(shè)為不進(jìn)行數(shù)字運算單元29中的差分處 理而使用D相的計數(shù)值Drst一cnt，則能夠?qū)⒑诨F(xiàn)象檢測時的像素數(shù)據(jù)確定 為對應(yīng)于計數(shù)動作有效期間的計數(shù)值Drst一cnt ( =Dsm )，能夠?qū)a(chǎn)生黑化現(xiàn)象 的部分以白色顯示。
即使太陽光那樣的非常強的光入射到單位像素3的電荷生成單元32，因 為數(shù)字運算單元29中的校正處理后的像素數(shù)據(jù)電平成為白電平，、,所以能夠避
免最明亮的部分黑沉淀的黑化現(xiàn)象。
另外，這里表示了如下例在進(jìn)行D相中的黑化現(xiàn)象判定的情況下，在檢測到黑化現(xiàn)象時不進(jìn)行差分處理，作為檢測到黑化現(xiàn)象時的像素數(shù)據(jù)(校
正數(shù)據(jù))，使用控制信號VCO下的D相中的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果，即使用對應(yīng)于D 相的計數(shù)動作有效期間的計數(shù)值Drst一 cnt ( =Dsm ),但此例并不是必需的。 例如，也可以變換(校正)為相當(dāng)于其他飽和電平的、預(yù)先規(guī)定了的電平。
此外，在圖8A中說明，對P相及D相任意個都以計數(shù)增加模式進(jìn)行計 數(shù)處理，同時在各相的計數(shù)值分別對數(shù)字運算單元29傳送的情況下的黑化現(xiàn) 象檢測時的校正數(shù)據(jù)的處理，但對于進(jìn)行控制以使黑化現(xiàn)象正在發(fā)生的狀態(tài) 的數(shù)據(jù)不被傳送到輸出電路28的情況，進(jìn)行怎樣的控制，此外怎樣生成校正 數(shù)據(jù)，這些根據(jù)是否為在縱列AD電路250進(jìn)行差分處理的結(jié)構(gòu)、將第
第 3處理例的任意一個作為AD轉(zhuǎn)換處理是否適用等，取不同的狀態(tài)。
接著，說明其變形例。另外，除了特別聲明的以外，各變形例，都設(shè)為 以代替比較脈沖COMP的控制信號VCO進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換處理(特別是計數(shù)處 理)。
例如，若是在縱列AD電路250進(jìn)行差分處理，同時適用第l處理例的 AD轉(zhuǎn)換處理的情況(變形例1 )下，則不是在D相處理時，從P相的讀出 及AD轉(zhuǎn)換時取得的復(fù)位電平Srst的數(shù)字值Drst以與P相相反的模式開始計 數(shù)處理，而是只要在D相的計數(shù)處理前，對初始值"0"進(jìn)行復(fù)位后開始計 數(shù)即可。由此，D相的處理后保持在計數(shù)器單元254中的計數(shù)值，成為與D 相的計數(shù)動作有效期間對應(yīng)的最大計數(shù)數(shù)Dsm，并作為黑化現(xiàn)象檢測時的校 正數(shù)據(jù)傳送到輸出電路28。
此外，在縱列AD電路250進(jìn)行差分處理，同時適用第1處理例的AD 轉(zhuǎn)換處理的情況(變形例1)下，需要考慮P相及D相的任意一個，在從參 照信號SLP—ADC和像素信號電壓Vx成為同一個值的時刻開始到達(dá)此次的最 大AD轉(zhuǎn)換期間的時刻為止的期間內(nèi)進(jìn)行計數(shù)處理。這是因為，在設(shè)為以代 替比較脈沖COMP的控制信號VCO進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換處理(特別是計數(shù)處理) 的情況下，當(dāng)^f企測到黑化現(xiàn)象時，控制信號VCO固定在高電平，結(jié)果，在從 參照信號SLP一ADC和像素信號電壓Vx成為同一個值的時刻開始到達(dá)此次的 最大AD轉(zhuǎn)換期間的時刻為止的期間內(nèi)(計數(shù)動作有效期間)不能進(jìn)行計數(shù) 處理。這里，第2處理例，細(xì)節(jié)中具有圖3所示的原理(第1例)和圖3A所 示的原理(第2例)。其中，第1例，D相的處理事實上與第1處理例的適用 AD轉(zhuǎn)換處理的情況相同。由此，第2處理例的第1例的適用AD轉(zhuǎn)換處理情 況下，不是在D相處理時，從P相的讀出及AD轉(zhuǎn)換時取得的復(fù)位電平Srst 的數(shù)字值Drst以與P相相反的模式開始計數(shù)處理，而是只要在D相的計數(shù)處 理前，對初始值"0"進(jìn)行復(fù)位后開始計數(shù)即可。由此，D相的處理后保持在 計數(shù)器單元254中的計數(shù)值，成為與D相的計數(shù)動作有效期間對應(yīng)的最大計 數(shù)數(shù)Dsm,并作為黑化現(xiàn)象檢測時的校正數(shù)據(jù)傳送到輸出電路28。
另一方面，第2例，在D相的處理時，在從參照信號SLP一ADC和像素 信號電壓Vx成為同 一個值的時刻開始到達(dá)此次的最大AD轉(zhuǎn)換期間的時刻為 止的期間內(nèi)要進(jìn)行計數(shù)處理，因此，實際上D相的處理時計數(shù)處理沒被進(jìn)行， 結(jié)果，P相的讀出及AD轉(zhuǎn)換時取得的復(fù)位電平Srst的數(shù)字值Drst在D相的 處理后保持在計數(shù)器單元254。
因此，在適用第2處理例的第2例的AD轉(zhuǎn)換處理的情況下，在I)相的 處理時，使計數(shù)動作有效期間成為，參照信號SLP—ADC從初始值SLPJni 開始變化的時刻到參照信號SLP—ADC和像素信號電壓Vx (信號電平Ssig) 成為相同值為止的期間。由此，能夠在計數(shù)相位切換單元260控制。
因此，數(shù)據(jù)保持控制單元500,通過對計數(shù)相位切換單元260通知控制 信號VCO,從而控制計數(shù)相位切換單元260中的計數(shù)動作有效期間的設(shè)定處 理的執(zhí)行。計數(shù)相位切換單元260,在控制信號VCO為低電平時(沒有檢測 到黑化現(xiàn)象)進(jìn)行通常的計數(shù)動作有效期間的設(shè)定處理，但在控制信號VCO 為高電平時(檢測到黑化現(xiàn)象)，在D相的處理時，使計數(shù)動作有效期間成 為，參照信號SLP—ADC從初始值SLP—ini開始變化的時刻到參照信號 SLP一ADC和像素信號電壓Vx (信號電平Ssig)成為相同值為止的期間。
由此，雖然計數(shù)模式不同，但事實上，與適用第1處理例的AD轉(zhuǎn)換處 理或第2處理例的第1例的AD轉(zhuǎn)換處理的情況相同。從而，在D相的計數(shù) 處理前，對初始值"0"進(jìn)行復(fù)位后開始計數(shù)即可。由此，在D相的處理后 保持在計數(shù)器單元254的計數(shù)值，成為對應(yīng)于D相的計數(shù)動作有效期間的最 大計數(shù)數(shù)Dsm,并作為黑化現(xiàn)象檢測時的校正數(shù)據(jù)傳送到輸出電路28。
圖9是表示以像素信號電壓Vx的P相電平(即復(fù)位電平Srst)判定黑化現(xiàn)象的發(fā)生的有無的情況下的信號定時例的圖，是說明具體的動作例的變形
例的圖。這里，以如下例來表示計數(shù)器單元254對P相及D相任意個都以 計數(shù)增加模式進(jìn)行計數(shù)處理，同時將各相的計數(shù)值(n比特)分別傳送到數(shù) 字運算單元29的例，即適用第3處理例的AD轉(zhuǎn)換處理的例。
在圖7 圖8A的說明中表示了具有以下特征在本實施方式中，在黑化 現(xiàn)象的判定動作時，以像素信號電壓Vx的復(fù)位電平Srst對參照信號SLP—SUN 進(jìn)行初始化。該結(jié)構(gòu)，不限于在D相處理時判定黑化現(xiàn)象的情況，也可以適 用于在P相處理時判定黑化現(xiàn)象的情況。該具體的動作例的變形例，表示了 該情況。
在圖9中，以使參照信號生成單元460中的模擬開關(guān)482—2 482—5從高 電位側(cè)依次導(dǎo)通從而使參照信號SLP一SUN階段性地轉(zhuǎn)移的例來表示，但也 可以僅使模擬開關(guān)482一2 482—5的任何一個導(dǎo)通從而使參照信號SLP—S[JN 從初始值V—ini大致即刻轉(zhuǎn)移到判定電平V—det2。
在P相處理中，當(dāng)根據(jù)黑化檢測單元400被檢測到黑化現(xiàn)象并在黑化檢 測信息SUNOUT成為高電平時，數(shù)據(jù)保持控制單元500，與電壓比較單元252 的比較脈沖COMP無關(guān)地，將代替比較輸出COMP的控制信號VCO固定在 與比較動作開始前的邏輯狀態(tài)相同的高電平。
因此，無論P相處理以及D相處理的任意個處理中，與電壓比較單元252 是否能夠檢測到復(fù)位電平Srst或信號電平Ssig和參照信號SLP—ADC —致的 時刻無關(guān)，計數(shù)器單元254將對應(yīng)于P相的計數(shù)動作有效期間的計數(shù)值 Drst—cnt( =Drm )和對應(yīng)于D相的計數(shù)動作有效期間的計數(shù)值Dsig—cnt( =Dsm ) 作為各個AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)來保持。
這些AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)Dsm ( P相處理的最大計數(shù)數(shù))、Dsm ( D相處理的最 大計數(shù)數(shù))被傳送到數(shù)字運算單元29。由此，通過數(shù)字運算單元29的差分 處理得到的信號分量Vsig的AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)Dsig,可靠地，采用"Dsm-Drm" 的一種類的值。由此，只要將"Dsm-Drm"作為黑化檢測時的校正數(shù)據(jù)來使 用，黑化檢測時的像素數(shù)據(jù)穩(wěn)定。"Dsm-Drm"可大致看作飽和電平，能夠使 黑化現(xiàn)象發(fā)生的部分以白色顯示。
即使是太陽光那樣的非常強的光入射到單位像素3的電荷生成單)t 32 中，因為數(shù)字運算單元29的徒正處理后的像素數(shù)據(jù)電平成為白電平，所以能 夠避免最明亮的部分黑沉淀的黑化現(xiàn)象。另外，這里表示了，在進(jìn)行P相的黑化現(xiàn)象判定的情況下，作為黑化現(xiàn)
象被檢測到時的像素數(shù)據(jù)(校正數(shù)據(jù))，使用"Dsm-Drm"的例，但這并不是 必需的。例如，也可以變換(校正)為相當(dāng)于其他飽和電平的、預(yù)先規(guī)定了 的電平。
此外，在圖9中說明了，對P相及D相的任意個都以計數(shù)增加模式進(jìn)行 計數(shù)處理，同時在各相的計數(shù)值分別對數(shù)字運算單元29傳送的情況下的黑化 現(xiàn)象檢測時的校正數(shù)據(jù)的處理，但對于進(jìn)行控制以使黑化現(xiàn)象正在發(fā)生的狀 態(tài)的數(shù)據(jù)不被傳送到輸出電路28時，根據(jù)是否為在縱列AD電路250進(jìn)行差 分處理的結(jié)構(gòu)、將第1 第3處理例的哪一個作為AD轉(zhuǎn)換處理適用等，進(jìn)行 怎樣的控制，此外怎樣生成校正數(shù)據(jù)取不同的狀態(tài)。該情況與在D相中進(jìn)行 黑化現(xiàn)象判定的情況通用。對其對策方法省略詳細(xì)的說明，但只要進(jìn)行同樣 注意了對在進(jìn)行D相的黑化現(xiàn)象判定的情況下的像素數(shù)據(jù)的校正處理的各變 形例中所注意的事項的處理即可。
圖IO是表示利用了與所述固體攝像裝置l相同的構(gòu)造的物理信息取得裝 置的一例的攝像裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。該攝像裝置8是取得可見光彩色圖像 的攝像裝置，所述固體攝像裝置1的結(jié)構(gòu)不僅適用于固體攝像裝置，也可適 用于攝像裝置。此時，即使作為攝像裝置，也能夠?qū)崿F(xiàn)以下結(jié)構(gòu)在黑化現(xiàn) 象的判定時，能夠抑制像素復(fù)位時的像素信號電壓的每個像素的偏差的影響 的結(jié)構(gòu)。
此時，例如用于執(zhí)行參照信號比較型AD轉(zhuǎn)換的參照信號SLP一ADC或 黑化現(xiàn)象判定用的參照信號SLP_SUN的生成、或者對于黑化現(xiàn)象判定用的 比較單元的初始化的控制，在外部的主控制單元中，能夠?qū)⒖刂朴玫闹甘拘?息以對通信和定時控制單元20的數(shù)據(jù)設(shè)定來任意地指定。
具體而言，攝像裝置8包括攝像透鏡802,將光L導(dǎo)光到攝像裝置側(cè) 并使其成像，所述光L承擔(dān)熒光燈或太陽光等的照明下的被攝體Z的像；光 學(xué)低通濾波器804;濾色器群812,例如R、 G、 B的濾色器被拜爾排列；像 素陣列單元10;驅(qū)動控制單元7，用于控制像素陣列單元10;讀出電流控制 單元24,用于控制從像素陣列單元10輸出的像素信號的動作電流；縱列處 理單元26,用于對從像素陣列單元10輸出的像素信號進(jìn)行CDS處理或-AD 轉(zhuǎn)換處理等；參照信號生成單元27，用于對縱列處理單元26提供參照信號SLP— ADC;以及照相機信號處理單元810，用于處理從縱列處理單元26輸 出的攝像信號。如在圖中以虛線表示那樣，與光學(xué)低通濾波器804 —同，還 能夠設(shè)置減少紅外線的紅外線截止濾波器805。
此外，攝像裝置8包括黑化檢測單元400，判定黑化現(xiàn)象；參照信號 生成單元460，對黑化檢測單元400提供參照信號SLP—SUN;數(shù)據(jù)保持控制 單元500，通過基于來自黑化檢測單元400的黑化檢測信息SUNOUT來調(diào)整 AD轉(zhuǎn)換用的比較輸出，進(jìn)行控制以進(jìn)行規(guī)定的校正，從而使對照相機信號處 理單元810的輸出信號成為被抑制了由所述高光量攝像條件所引起的弊病的 信號。被設(shè)置在縱列處理單元26的后級的照相機信號輸出單元810具有攝像 信號處理單元820和作為用于控制攝像裝置8的整體的主控制單元起作用的 照相機控制單元900。
攝像信號處理單元820具有信號分離單元822和顏色信號處理單元830， 所述信號分離單元822具有以下原色分離功能作為濾色器使用原色濾波器 以外的濾波器時，將由縱列處理單元26的AD轉(zhuǎn)換功能單元提供的數(shù)字?jǐn)z像 信號分離成R(紅)、G(綠)、B(青)的原色信號，所述顏色信號處理單元 830基于由信號分離單元822分離的原色信號R、 G、 B，進(jìn)行有關(guān)顏色信號 C的信號處理。此外，攝像信號處理單元820具有基于由信號分離單元822 分離的原色信號R、 G、 B進(jìn)行有關(guān)亮度信號Y的信號處理的亮度信號處理 單元840，和基于亮度信號Y、顏色信號C生成視頻信號VD的編碼單元860。
顏色信號處理單元830，雖然省略了圖示，但具有例如白平衡放大器、 伽瑪校正單元、以及色差矩陣單元等。亮度信號處理單元840，雖然省略了 圖示，但具有例如高頻亮度信號生成單元，基于由信號分離單元822的原色 分離功能單元提供的原色信號，生成包括至頻率較高的分量的亮度信號YH; 低頻亮度信號生成單元，基于被調(diào)整了由白平衡放大器提供的白平衡的原色 信號，生成僅包括頻率較低的分量的亮度信號YL;亮度信號生成單元，基于 兩種亮度信號YH、 YL生成亮度信號Y并提供給編碼單元860。
編碼單元860，將以對應(yīng)于顏色信號副載波的數(shù)字信號來對色差信號R— Y、 B—Y進(jìn)行數(shù)字調(diào)制后，與在亮度信號處理單元840生成的亮度信號Y合 成，變換為數(shù)字視頻信號VD (=Y+S+C; S為同步信號、C為色度信號)。從 編碼單元860輸出的數(shù)字視頻信號VD，進(jìn)而被提供給后級的、省略了其圖示 的照相機信號輸出單元，對監(jiān)視器輸出或記錄介質(zhì)的數(shù)據(jù)記錄等作貢獻(xiàn)。此時，根據(jù)需要，通過DA轉(zhuǎn)換將數(shù)字視頻信號VD變換為模擬視頻信號V。
本實施方式的照相機控制單元900具有微處理器(microprocessor ) 902， 構(gòu)成以CPU (Central Processing Unit)為代表例的電子計算機的中心，所述 CPU使計算機進(jìn)行的運算和控制的功能集成在超小型的集成電路上；ROM (Read Only Memory )卯4,是讀出專用的存儲單元；RAM ( Random Access Memory) 906，可隨時寫入和讀出的同時，也是易失性的存儲單元的一例； 省略了其圖示的其他的周圍部件。微處理器902、 ROM卯4、以及RAM906 統(tǒng)稱為微型計算機(microcomputer )。
"易失性的存儲單元"是指，在裝置的電源切斷的情況下，刪除存儲內(nèi) 容的形態(tài)的存儲單元。"非易失性的存儲單元"是指，在裝置的主電源切斷的 情況下，也繼續(xù)保持存儲內(nèi)容的形態(tài)的存儲單元。只要是能夠繼續(xù)保持存儲 內(nèi)容的元件即可，并不限于半導(dǎo)體制的存儲器元件本身具有非易失性的元件， 也可以是構(gòu)成為通過具備備份電源，從而使易失性的存儲器元件呈現(xiàn)"非易 失性"的元件。此外，不限于通過半導(dǎo)體制的存儲器元件構(gòu)成，也可以利用 磁盤或光盤等介質(zhì)來構(gòu)成。例如可以將硬盤裝置作為非易失性存儲單元來利 用。此外，也可以通過采用了從CD—ROM等的記錄介質(zhì)讀出信息的結(jié)構(gòu)， 來作為非易失性的存儲單元來利用。
照相機控制單元900控制系統(tǒng)整體，特別地具有調(diào)整各種控制脈沖的導(dǎo) 通/截止定時和設(shè)定值的功能所述各種控制脈沖在黑化現(xiàn)象的判定時，抑制 像素復(fù)位時的像素信號電壓的每個像素的偏差的影響的處理的關(guān)系中，用于 控制參照信號SLP— SUN的生成、同時用于控制對于黑化現(xiàn)象判定用的比較 單元的初始化。ROM卯4存儲了照相機控制單元卯0的控制程序等，但特別 地，在本例中，存儲了用于根據(jù)照相機控制單元900來設(shè)定各種控制脈沖的 導(dǎo)通/截止定時的程序。RAM906存儲了用于照相機控制單元卯0進(jìn)行各種處 理的數(shù)據(jù)等。
此外，照相機控制單元900可插拔存儲卡等記錄介質(zhì)924，此外可連接 與因特網(wǎng)等的通信網(wǎng)。例如，照相機控制單元900除了微處理器卯2、 ROM904、 以及RAM906以外，還包括存儲器讀取單元卯7以及通信I/F (接口 ) 908。
記錄介質(zhì)924，例如為了注冊用于使微處理器902進(jìn)行軟件處理的程序
控制脈沖是用于控制基于來自亮度信號處理單元840的亮度信號的測光數(shù)據(jù)DL的收斂范圍和曝光控制處理(包括電子快門控制)、參照信號SLP— SUN 的生成、同時用于控制對于黑化現(xiàn)象判定用的比較單元的初始化。
存儲器讀出單元907將從記錄介質(zhì)924讀出的數(shù)據(jù)存儲(安裝)在 RAM906。通信I/F908,接受傳送與因特網(wǎng)等通信網(wǎng)之間的通信數(shù)據(jù)。
另外，這樣的攝像裝置8，將驅(qū)動控制單元7以及縱列處理單元26以與 像素陣列單元10分開的、模塊狀的單元來表示，但如對固體攝像裝置1所述， 也可以利用這些單元與像素陣列單元10 —體地形成在相同的半導(dǎo)體襯底上 的單芯片的固體攝像裝置1。此外，在圖中，以包括像素陣列單元IO、驅(qū)動 控制單元7、縱列處理單元26、參考信號生成單元27、照相機信號處理單元 810、并且有關(guān)黑化現(xiàn)象判定及數(shù)據(jù)校正的黑化檢測單元400、參照信號生成 單元460、數(shù)據(jù)保持控制單元500,此外還包括攝像透鏡802、光學(xué)低通濾波 器804、或者紅外線截止濾波器805等光學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)，表示攝像裝置8，該 狀態(tài)優(yōu)選將這些統(tǒng)封裝的、具有攝像功能的模塊狀的形態(tài)。
這里，與所述固體攝像裝置1中的模塊的關(guān)系中，也可以如圖所示，提 供在將以下各單元一 同封裝的狀態(tài)下具有攝像功能的模塊狀方式的固體攝像 裝置l:像素陣列單元IO(攝像單元)；與具備了 AD變換功能或差分(CDS) 處理功能的縱列處理單元26等的像素陣列單元10側(cè)密切關(guān)聯(lián)的信號處理單 元(縱列處理單元26的后級的照相機信號處理單元除外)；以及與黑化現(xiàn)象 判定和數(shù)據(jù)校正有關(guān)的功能單元，并且可以在以該模塊狀方式提供的固體攝 像裝置1的后級設(shè)置剩余的信號處理單元即照相機信號處理單元810，從而 構(gòu)成攝像裝置8的整體。
此外，雖未圖示，但也可以是以下結(jié)構(gòu)以像素陣列單元IO和攝像透鏡 802等光學(xué)系統(tǒng)一同封裝的狀態(tài)、具有攝像功能的模塊狀的形態(tài)來提供固體 攝像裝置1,除了該以模塊狀的形態(tài)提供了的固體攝像裝置1以外，在模塊 內(nèi)還設(shè)置照相機信號處理單元810，從而構(gòu)成攝像裝置8的整體。此外，作 為固體攝像裝置1中的模塊的形態(tài)，也可以包含與照相機信號處理單元200 相當(dāng)?shù)恼障鄼C信號處理單元810,此時，事實上，可以將固體攝像裝置1和 攝像裝置8看作相同的裝置。這樣的攝像裝置8，作為用于進(jìn)行"攝像"的、 例如具有照相機或攝像功能的移動設(shè)備來提供。另外，"攝像"^僅是通常的 照相機攝像時的像的攝取，作為廣義上的"攝像"，包括指紋檢測等。
在這樣的結(jié)構(gòu)的攝像裝置8中，包含所述固體攝像裝置1的全部的功能，可以設(shè)為與所述固體攝像裝置1的基本結(jié)構(gòu)及動作相同，能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)行初始 化的結(jié)構(gòu)和將在黑化現(xiàn)象檢測時來自AD轉(zhuǎn)換用的比較單元的比較輸出固定 在比較開始前的狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，所述初始化是在黑化現(xiàn)象判定時對各個單位像 素設(shè)定合適的判定電平。
以上，以實施方式來說明了本發(fā)明，但本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于所述實 施方式所記載的范圍。在不脫離發(fā)明的要點的范圍內(nèi)，可以對所述實施方式
技術(shù)范圍。
此外，所述實施方式，并不限定權(quán)利要求的發(fā)明，此外并不是所有實施 方式中說明的特征的組合都是發(fā)明的解決手段所必需的。所述實施方式包括 了各種階段的發(fā)明，能夠根據(jù)公開的多個結(jié)構(gòu)主要部件中的合適的組合提取 各種發(fā)明。即使從實施方式中表示的全部結(jié)構(gòu)主要部件中刪除了幾個結(jié)構(gòu)主 要部件，在能夠得到效果的前提下，該刪除了幾個結(jié)構(gòu)主要部件的結(jié)構(gòu)，可 作為發(fā)明被提取。
例如，為了根據(jù)像素復(fù)位時的像素信號電壓Vx來調(diào)整黑化現(xiàn)象判定電 平V_det，使像素信號電壓Vx和參照信號SU^SUN分別以電容耦合對比較 單元401輸入，在參照信號SLP—SUN處于初始值電平V—ini時短路輸入輸出 之間，從而進(jìn)行使初始值電平V一ini和像素復(fù)位時的像素信號電壓Vx —致的 初始化動作，但并不限定于這樣的動作。即使基于像素復(fù)位的像素信號電壓 按單位像素偏移，只要是設(shè)定適合每個單位像素的判定電平來緩解此影響的 結(jié)構(gòu)即可。
例如，也可以設(shè)定對每個單位像素3測定像素復(fù)位時的像素信號電壓Vx 的功能單元，和基于該測定結(jié)果對每個單位像素3調(diào)整判定電平V_det的功 能單元。
權(quán)利要求
1. 一種固體攝像裝置，其特征在于，包括配置有多個單位像素的像素陣列單元，該單位像素包含電荷生成單元以及用于輸出與由該電荷生成單元生成的電荷對應(yīng)的處理對象信號的輸出晶體管；攝像條件判定單元，比較適合所述單位像素的每一個的判定電平和從所述單位像素輸出的處理對象信號，從而判定是否為比提供飽和電平的光量強的高光量的信息入射到所述電荷生成單元的高光量攝像條件；以及控制單元，以所述攝像條件判定單元判定為是所述高光量攝像條件作為條件，進(jìn)行控制以校正輸出信號，從而使基于從所述單位像素輸出的處理對象信號的輸出信號成為被抑制了由所述高光量攝像條件所引起的弊病的信號。
2、 如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，還包括 參照信號生成單元，生成參照信號，該參照信號按時間序列具有用于判定是否為所述高光量攝像條件的初始值及所述判定電平，所述攝像條件判定單元具有用于比較所述參照信號生成單元所生成的所 述參照信號和從所述單位像素輸出的信號的比較單元，所述參照信號在所述 初始值的期間內(nèi)將所述比較單元復(fù)位到用于讀出所述處理對象信號的動作基 準(zhǔn)值，從而被設(shè)定適合所述單位像素的每一個的所述判定電平，然后，所述 參照信號在所述判定電平的期間內(nèi)進(jìn)行所述比較處理。
3、 如權(quán)利要求2所述的固體攝像裝置，其特征在于， 從所述單位像素輸出的處理對象信號是用時間序列表示通過像素復(fù)位的基準(zhǔn)分量和與所述電荷生成單元所生成的電荷對應(yīng)的信號分量的信號，所述攝像條件判定單元，對于所述基準(zhǔn)分量，在進(jìn)行所述比較處理之前 進(jìn)行對于所述比較單元的所述復(fù)位處理，并將所述判定電平提供給所述比較 單元從而進(jìn)行與所述基準(zhǔn)分量的所述比較處理，而對于所述信號分量，在進(jìn) 行所述比較處理之前不進(jìn)行對于所述比較單元的所述復(fù)位處理，將所述判定
4、 如權(quán)利要求3所述的固體攝像裝置，其特征在于， 所述比較單元包括差動晶體管對單元以及動作點復(fù)位單元，所述差動晶體管對單元由第1晶體管和第2晶體管連接而構(gòu)成差動對，該第1晶體管具有所述處理對象信號以電容耦合方式輸入的輸入端子及輸出端子，該第2晶體管具有所述參照信號以電容耦合方式輸入的輸入端子及輸出端子，所述動作點復(fù)位單元將所述晶體管的所述輸入端子和所述輸出端子可連接地構(gòu)成，且進(jìn)行所述復(fù)位，在對于所述基準(zhǔn)分量進(jìn)行所述比較處理時，控制所述動作點復(fù)位單元以 暫時連接所述晶體管的所述輸入端子和所述輸出端子，從而進(jìn)行所述復(fù)位。
5、 如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，包括 AD變換單元，具有第2比較單元以及計數(shù)器單元，取得處理對象信號的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，該第2比較單元比較用于對從所述單位像素輸出的模擬的處理對 象信號變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的、值逐漸變化的AD變換用的參照信號和所述處理 對象信號，該計數(shù)器單元在所指定的計數(shù)動作有效期間進(jìn)行計數(shù)處理，并保 持計數(shù)處理結(jié)束的時刻的計數(shù)值，所述控制單元以所述攝像條件判定單元判定為是所述高光量攝像條件作 為條件進(jìn)行控制，以將所述第2比較單元的比較輸出修正為與比較開始前相 同的狀態(tài)，保持由該修正后的比較結(jié)果所規(guī)定的計數(shù)動作有效期間內(nèi)在所述 計數(shù)器單元進(jìn)行計數(shù)處理的計數(shù)值，并使用所述計數(shù)器單元中保持的計數(shù)值 進(jìn)行所述輸出信號的校正。
6、 一種攝像裝置，其特征在于，包括配置有多個單位像素的像素陣列單元，該單位像素包含電荷生成單元以 及用于輸出與由該電荷生成單元生成的電荷對應(yīng)的處理對象信號的輸出晶體 官,攝像條件判定單元，比較適合所迷單位像素的每一個的判定電平和從所 述單位像素輸出的處理對象信號，從而判定是否為比提供飽和電平的光量強 的高光量的信息入射到所述電荷生成單元的高光量攝像條件；控制單元，以所述攝像條件判定單元判定為是所述高光量攝像條件作為 條件，進(jìn)行控制以校正輸出信號，從而使基于從所述單位像素輸出的處理對 象信號的輸出信號成為被抑制了由所述高光量攝像條件所引起的弊病的信 號；以及主控制單元，控制所述控制單元。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠緩和在判定黑化現(xiàn)象時由像素復(fù)位的像素信號電壓的偏差所帶來的影響的固體攝像裝置、攝像裝置。通過比較像素信號電壓(Vx)的D相電平和參照信號(SLP_SUN)的判定電平(V_det)，判定是否為高光量攝像條件。當(dāng)參照信號(SLP_SUN)處于初始值電平(V_ini)時短路比較單元的輸入輸出之間，進(jìn)行使初始值電平(V_ini)和像素復(fù)位時的像素信號電壓一致的初始化動作，從而使判定電平(V_det)不受到像素復(fù)位的像素信號電壓的偏差所帶來的影響。判定為是高光量攝像條件時，進(jìn)行數(shù)據(jù)校正，以使輸出數(shù)據(jù)成為被抑制了由高光量攝像條件所引起的弊病的信號。
文檔編號H04N5/335GK101304469SQ20081009705
公開日2008年11月12日 申請日期2008年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
發(fā)明者中山秀男, 前田憲哉, 奧村健市, 高取望 申請人:索尼株式會社