專(zhuān)利名稱(chēng)：固態(tài)圖像拾取裝置及其驅(qū)動(dòng)方法、以及相機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由CMOS圖像傳感器所代表的固態(tài)圖像拾取裝置、 固態(tài)圖像拾取裝置的驅(qū)動(dòng)方法以及使用圖像拾取裝置的相機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，已經(jīng)注意到CMOS圖像傳感器作為替代電荷耦合器件 (CCD)的固態(tài)圖像傳感器。這是因?yàn)镃MOS圖像傳感器克服了系統(tǒng)變得非常復(fù)雜的各種 問(wèn)題，包括用于制造CCD像素的專(zhuān)用方法的必要性、用于操作 的多個(gè)電源電壓的必要性以及結(jié)合用于操作的多個(gè)外圍IC的必要 性。CMOS圖像傳感器允許與普通CMOS集成電路相似的制造處 理。另外，CMOS圖^f象傳感器可以通過(guò)單個(gè)電源驅(qū)動(dòng)，并且可以在 與使用CMOS方法的模擬電路和邏輯電路相同的芯片中實(shí)現(xiàn)。因 此，CMOS圖像傳感器具有諸如減少外圍IC總凄t的多個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)。
CMOS圖^f象傳感器中的輸出電^各的主要趨勢(shì)是通過(guò)使用具有 浮置擴(kuò)散(FD)層的FD放大器的一個(gè)溝道輸出。相反，CMOS圖像傳感器在每個(gè)像素中都具有FD放大器，以 及輸出方法的主要趨勢(shì)是選擇像素陣列中的每行并同時(shí)將行中所 選像素信號(hào)讀出至列方向的列并列輸出型。這是因?yàn)椴⒘刑幚硎怯欣?，由于i殳置在Y象素內(nèi)的FD方文大器 難以獲得充分的驅(qū)動(dòng)能力，因此需要降低數(shù)據(jù)率。對(duì)于列并列輸出型CMOS圖像傳感器，已經(jīng)提出了多種信號(hào)輸 出電路。最先進(jìn)型的一種是為每列都提供模數(shù)轉(zhuǎn)換器(下文簡(jiǎn)稱(chēng)為 "ADC")并輸出像素信號(hào)作為數(shù)字信號(hào)。例如，在ISSCC Digest of Technical Papers, 1999年2月版第 304 ~ 305頁(yè)由W.Yang等人所著的"An Integrated 800 x 600 CMOS Image System"和日本未審查專(zhuān)利申"i青^^開(kāi)第2005-303648和 2005-323331號(hào)中公開(kāi)了安裝列并列型ADC的CMOS圖像傳感器。圖1是示出具有列并列ADC的固態(tài)圖傳4合取裝置(CMOS圖 像傳感器)的結(jié)構(gòu)實(shí)例的框圖。固態(tài)圖像拾取裝置l包括作為成像單元的像素陣列單元2、行 掃描電路3、列掃描電路4、定時(shí)控制電路5、 ADC組6、數(shù)模轉(zhuǎn)換 器單元(下文簡(jiǎn)稱(chēng)為DAC (數(shù)模轉(zhuǎn)換器))7以及包括讀出放大器 電路(S/A)的數(shù)據(jù)輸出電^各8。像素陣列單元2由以矩陣形式設(shè)置的單位像素2-1構(gòu)成，每一 個(gè)均包括光電二極管和像素內(nèi)放大器。固態(tài)圖像拾取裝置1包括用于順序讀出像素陣列單元2的像素 信號(hào)的控制電路?？刂齐娐钒ㄓ糜谏蓛?nèi)部時(shí)鐘的定時(shí)控制電路 5、用于控制行尋址和行掃描的行掃描電路3以及用于控制列尋址 和列掃描的列掃描電路4。ADC組6包括列并列ADC塊，每一個(gè)均具有為像素陣列單元 的列的每條列線VO、 VI、...設(shè)置的ADC 6A。 ADC塊由以下元件 構(gòu)成為像素陣列單元的列設(shè)置的(n+1)個(gè)比較器(REF) 6-1; 異步遞增/遞減計(jì)數(shù)器(下文稱(chēng)為計(jì)數(shù)器)6-2;存儲(chǔ)器(鎖存器) 603以及開(kāi)關(guān)6-4。比較器(REF ) 6-1將通過(guò)逐步改變由DAC 7生 成的基準(zhǔn)電壓所獲得的斜坡波形RAMP與經(jīng)由列線V0、 VI、...從 行線H0、 Hl、…的每一行提供的每個(gè)模擬信號(hào)進(jìn)行比較。計(jì)數(shù)器 6-2 —旦接收到比較器6-1的輸出和時(shí)鐘CK就進(jìn)行遞增計(jì)數(shù)(遞減 計(jì)數(shù))。存儲(chǔ)器6-3保持計(jì)數(shù)器6-2的計(jì)數(shù)值。開(kāi)關(guān)6-4響應(yīng)于信號(hào) SW選4奪性地連4妄計(jì)數(shù)器6-2的IIT出和存^f諸器6-3。每個(gè)存儲(chǔ)器6-3的輸出都連接至每條均具有2位寬度的2n條數(shù) 據(jù)傳送線9。為2n條數(shù)據(jù)傳送線9設(shè)置包括2n個(gè)感測(cè)電路和2n個(gè) 減法器電路的數(shù)據(jù)輸出電路8。具有保持電^各功能的計(jì)數(shù)器6-2在初始階^殳處于遞增計(jì)^:(或 遞減計(jì)數(shù))狀態(tài)，以執(zhí)行復(fù)位計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器6-2執(zhí)行復(fù)位計(jì)數(shù)以 反轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)比較器6-1的輸出COMPOUTi時(shí)，計(jì)數(shù)器6-2停止遞增計(jì) 數(shù)操作并將計(jì)數(shù)值保持在存儲(chǔ)器6-3中。在這種情況下，4叚i殳計(jì)數(shù)器6-2的初始值具有AD變換等級(jí)的 任意值，例如，"0"值。在該復(fù)位計(jì)H期間，讀出單位4象素2-l的 復(fù)位分量AV。
此后，計(jì)數(shù)器6-2進(jìn)入遞減計(jì)數(shù)狀態(tài)，執(zhí)行與入射光量相對(duì)應(yīng) 的數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)。當(dāng)反轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)比較器6-1的輸出COMPOUTi時(shí)，將與 比較周期相對(duì)應(yīng)的計(jì)^t值保持在存儲(chǔ)器6-3中。保持在存儲(chǔ)器6-3中的計(jì)數(shù)值被列掃描電路4掃描，并經(jīng)由數(shù) 據(jù)傳送線9輸入至輸出電路8。這里，將描述固態(tài)圖像拾取裝置(CMOS圖像傳感器)1的操作。在穩(wěn)定從任意行Hx的單位像素2-1到列線VO、 VI、...的第一 讀出操作之后，DAC 7向比較器6-1提供通過(guò)根據(jù)時(shí)間逐步改變基 準(zhǔn)電壓所獲得的斜坡波形RAMP，并且每個(gè)比較器6-1都將RAMP 與對(duì)應(yīng)列線Vx的電壓相比壽交。與斜坡波形RAMP的逐步輸入并行地，計(jì)數(shù)器6-2執(zhí)行第一計(jì)數(shù)操作。在這種情況下，當(dāng)RAMP和列線Vx的電壓變得相等時(shí)，反轉(zhuǎn) 比較器6-1的輸出，使得計(jì)數(shù)器6-2的計(jì)數(shù)操作停止并將與比較周 期相對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值保持在存儲(chǔ)器6-3中。在第一讀出才喿作期間，讀出單位《象素2-1的復(fù)位分量AV。復(fù) 位分量AV包含作為偏移量在每個(gè)單位l象素2-1中變化的噪聲。然而，復(fù)位分量AV的變化通常^艮小，并且對(duì)所有^象素復(fù)位電 平都是通用的。結(jié)果，每條列線Vx的輸出通常都具有已知值。因此，在第一復(fù)位分量AV讀出操作期間，可以通過(guò)調(diào)節(jié)斜坡 波形(RAMP)電壓來(lái)縮短比專(zhuān)交周期。在這種情況下，例如在7位 計(jì)數(shù)周期(128個(gè)時(shí)鐘)內(nèi)執(zhí)行比較AV。
通過(guò)讀出除復(fù)位分量AV之外與每個(gè)單位像素2-1的入射光量 相對(duì)應(yīng)的信號(hào)分量，第二讀出操作執(zhí)行與第 一讀出操作類(lèi)似的操作。即，在穩(wěn)定從任意行Hx的單位像素2-1到列線V0、 VI、...的 讀出的第二操作之后，DAC 7向比較器6-1提供通過(guò)隨時(shí)間逐步改 變基準(zhǔn)電壓所獲得的斜坡波形RAMP，并且每個(gè)比4交器6-1都將 RAMP與在對(duì)應(yīng)列線Vx的電壓進(jìn)4亍比專(zhuān)交。與斜坡波形RAMP的逐步輸入并行地，計(jì)數(shù)器6-2執(zhí)行第二計(jì)數(shù)操作。在這種情況下，當(dāng)RAMP和列線Vx的電壓變得相等時(shí)，反轉(zhuǎn) 比較器6-1的輸出，并同時(shí)將與比較周期相對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值保持在存 儲(chǔ)器6-3中。在這種情況下，第一計(jì)數(shù)值和第二計(jì)數(shù)值在不同位置保持在存 儲(chǔ)器6-3中。在完成上述AD轉(zhuǎn)換之后，列掃描電路4經(jīng)由2n條數(shù)據(jù)傳送 線傳送保持在存儲(chǔ)器6-3中n位的第一和第二數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)輸出 電路8檢測(cè)數(shù)字信號(hào)，以及減法器電路順序執(zhí)行(第二信號(hào))-(第 一信號(hào))且其結(jié)果輸出至外部。此后，對(duì)每行順序重復(fù)類(lèi)似操作以 生成二維圖#>。在一個(gè)水平單位周期(ih)內(nèi)執(zhí)行上述操作。在1H期間，通過(guò)P相讀出PR表示從任意行Hx的單位像素 2-l到列線V0、 VI、...的第一讀出操作，通過(guò)P相比較PC表示比 較器6-l的第一比較，通過(guò)D相讀出DR表示第二讀出操作，通過(guò)D相比較DC表示比較器6-1的第二比較，以及通過(guò)D相后處理DAP 表示D相處理之后的后處理，連續(xù)^U于每個(gè)4喿作。定時(shí)控制電路5執(zhí)行P相讀出PR、P相比較PC、D相讀出DR、 D相比專(zhuān)交DC以及D相后處理DAP的定時(shí)控制。如圖2所示，在定時(shí)控制電路5中，基本地使用每個(gè)均具有12 位寄存器5-l、 12位計(jì)數(shù)器5-2和比豸交器5-3的兩個(gè)電^各，以:沒(méi)置 定時(shí)信號(hào)TMG的上升和下降。發(fā)明內(nèi)容圖3是示出包括生成基于圖2所示電路生成定時(shí)信號(hào)的操作的 時(shí)序圖。通過(guò)這種方法，響應(yīng)于/人傳感器外部輸入的定時(shí)信號(hào)XHS，開(kāi) 始計(jì)數(shù)器5-2的計(jì)數(shù)操作以測(cè)量1H周期的寬度，并根據(jù)計(jì)數(shù)值和 限定定時(shí)信號(hào)Zl ~Z4的每一個(gè)的上升和下降的寄存器值X1、 Yl、 X2、 Y2、 X3、 Y3、 X4和Y4，生成多個(gè)定時(shí)信號(hào)。在固態(tài)圖4象沖合取裝置中，P相讀出PR、 P相比專(zhuān)交PC、 D相讀 出DR、 D相比較DC和D相后處理DAP的所有都不是固定的，但 根據(jù)操作在移動(dòng)圖像處理和靜態(tài)圖像處理之間設(shè)置不同的周期寬度。然而，通過(guò)上述方法，當(dāng)改變1H的周期寬度時(shí)，需要才丸4亍諸 如改變寄存器值的設(shè)置改變，其導(dǎo)致可能需要復(fù)雜工作的缺點(diǎn)。因此，期望提供即使改變周期寬度，也不需要改變與定時(shí)信號(hào) 相聯(lián)系的寄存器值等的固態(tài)圖像拾取裝置、其驅(qū)動(dòng)方法以及相機(jī)系統(tǒng)。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種固態(tài)圖像拾取裝置，包括 像素陣列，包4舌以矩陣形式配置的<象素，其中，每個(gè)^f象素都^皮配置為執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換；像素信號(hào)讀出單元，用于以多個(gè)像素為單位從像 素陣列中讀出像素信號(hào)；以及定時(shí)控制單元，用于通過(guò)使用定時(shí)信號(hào)控制像素信號(hào)讀出單元的處理。像素信號(hào)讀出單元包括多個(gè)比 較器，與像素的列陣列對(duì)對(duì)應(yīng)地進(jìn)行設(shè)置；多個(gè)計(jì)數(shù)器，通過(guò)比較 器的輸出來(lái)控制其操作。每個(gè)比較器都將讀出信號(hào)電位與基準(zhǔn)電壓 進(jìn)行比較以生成確定信號(hào)，并輸出確定信號(hào)。每個(gè)計(jì)數(shù)器都對(duì)分別 對(duì)應(yīng)于一個(gè)比較器的比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)。定時(shí)控制單元將預(yù)定的處 理周期至少分為第 一讀出周期、通過(guò)比較器執(zhí)行比較的第 一比較周 期、第二讀出周期以及通過(guò)比較器執(zhí)行比較的第二次比較周期，將 這些周期分類(lèi)為被要求為固定周期的周期和用任意周期寬度設(shè)置 的周期，以及通過(guò)在計(jì)數(shù)器中對(duì)每個(gè)劃分的周期進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)生成處 理每個(gè)劃分周期的定時(shí)信號(hào)。處理周期可以是一個(gè)水平周期。定時(shí)控制單元可以通過(guò)〗吏用/人一個(gè)水平周期中劃分的每個(gè)周 期的開(kāi)始或結(jié)束作為基準(zhǔn)來(lái)生成定時(shí)信號(hào)。定時(shí)控制單元可包括計(jì)數(shù)器，用于每當(dāng)切換表示劃分周期的 處理狀態(tài)的狀態(tài)信號(hào)時(shí)就從初始值開(kāi)始執(zhí)行計(jì)數(shù)操作；時(shí)序電路， 用于根據(jù)每個(gè)劃分周期的信息和計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值生成每個(gè)劃分周 期的狀態(tài)信號(hào)，并將該狀態(tài)信號(hào)輸出至計(jì)數(shù)器；寄存器，分別設(shè)置 關(guān)于對(duì)每個(gè)處理狀態(tài)生成的定時(shí)信號(hào)的上升周期指定信息、下降周期指定信息、定時(shí)信號(hào)的上升位置指定信息以及下降位置指定信 息；以及一皮配置為每當(dāng)切換狀態(tài)信號(hào)時(shí)就讀出寄存器的對(duì)應(yīng)設(shè)置信 息、并生成用于與設(shè)置信息和計(jì)數(shù)值相對(duì)應(yīng)的每個(gè)狀態(tài)的定時(shí)信號(hào) 的電^各。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了固態(tài)圖像拾取裝置的驅(qū)動(dòng)方法，該固態(tài)圖像拾取裝置包括像素陣列，包括以矩陣形式配置的、 用于光電轉(zhuǎn)換的像素；以及像素信號(hào)讀出單元，用于以多個(gè)像素為 單位從像素陣列中讀出像素信號(hào)，其中，像素信號(hào)讀出單元包括 多個(gè)比較器，與像素的列陣列相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行設(shè)置，用于將讀出信號(hào) 電位與基準(zhǔn)電壓進(jìn)^亍比較，以生成確定信號(hào)并輸出確定信號(hào)；以及 多個(gè)計(jì)數(shù)器，通過(guò)比較器的輸出控制其操作，用于對(duì)分別對(duì)應(yīng)于一 個(gè)比較器的比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)。該驅(qū)動(dòng)方法包括將預(yù)定的處理周 期至少分為第 一次讀出周期、通過(guò)比較器執(zhí)行比較的第 一比較周 期、第二次讀出周期以及通過(guò)比較器執(zhí)行比較的第二次比較周期； 將這些周期分類(lèi)為被要求為固定周期的周期和用任意周期寬度設(shè) 置的周期；通過(guò)用計(jì)數(shù)器對(duì)每個(gè)劃分周期進(jìn)行計(jì)數(shù)生成處理每個(gè)劃 分周期的定時(shí)信號(hào)；以及通過(guò)使用所生成的定時(shí)信號(hào)執(zhí)行像素信號(hào) 讀出單元的控制和處理。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了 一種包括固態(tài)圖像拾取裝置和 用于將對(duì)象圖像聚焦在固態(tài)圖像拾取裝置上的光學(xué)系統(tǒng)的相機(jī)系 統(tǒng)。固態(tài)圖像拾取裝置包括像素陣列，包括以矩陣形式設(shè)置的用 于光電轉(zhuǎn)換的像素；像素信號(hào)讀出單元，用于以多個(gè)像素為單位從 像素陣列中讀出像素信號(hào)；以及定時(shí)控制單元，用于通過(guò)使用定時(shí)信號(hào)控制像素信號(hào)讀出單元的處理。像素信號(hào)讀出單元包括多個(gè) 比較器，與像素的列陣列相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行設(shè)置，用于將讀出信號(hào)電位 與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，以生成確定信號(hào)并輸出該確定信號(hào)；以及多 個(gè)計(jì)數(shù)器，通過(guò)比較器的輸出控制其操作，用于對(duì)分別對(duì)應(yīng)于一個(gè) 比較器的比較時(shí)間進(jìn)4于計(jì)數(shù)。定時(shí)控制單元將預(yù)定的處理周期至少 分為第一次讀出周期、通過(guò)比較器執(zhí)行比較的第一比較周期、第二 次讀出周期以及通過(guò)比較器執(zhí)行比較的第二次比較周期；將這些周 期分類(lèi)為被要求為固定周期的周期和以任意周期寬度設(shè)置的周期； 以及通過(guò)計(jì)數(shù)器中的計(jì)數(shù)生成處理每個(gè)劃分周期的定時(shí)信號(hào)。
才艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，例如，對(duì)于預(yù)定的一個(gè)處理周期，將一 個(gè)水平周期至少分為第 一讀出周期、通過(guò)比較器執(zhí)行比較的第 一比較周期、第二讀出周期以及通過(guò)比較器執(zhí)行比較的第二比較周期。 在定時(shí)控制單元中，將這些劃分周期分類(lèi)為^皮要求為固定周期的周期和以任意周期寬度設(shè)置的周期；以及通過(guò)計(jì)數(shù)器對(duì)每個(gè)周期進(jìn)行 計(jì)數(shù)來(lái)生成用于處理每個(gè)劃分周期的定時(shí)信號(hào)。因此，定時(shí)控制單元根據(jù)定時(shí)信號(hào)控制^f象素信號(hào)讀出處理。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，即使改變周期寬度，也不需要改變用于 定時(shí)信號(hào)的寄存器設(shè)置值。本發(fā)明的上述概要不是為了描述每個(gè)示出的實(shí)施例或本發(fā)明 的每種實(shí)現(xiàn)方式。下文的附圖和具體描述更加具體地舉例說(shuō)明這些 實(shí)施例。
圖1是示出安裝列并列ADC的固態(tài)圖〗象4合取裝置(CMOS圖 <象傳感器)的結(jié)構(gòu)實(shí)例的^f匡圖；圖2是示出圖1所示定時(shí)控制電^^中的定時(shí)信號(hào)生成系統(tǒng)的基 本結(jié)構(gòu)的示圖；圖3是示出基于圖2所示電路的生成定時(shí)信號(hào)的操作的時(shí)序圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的安裝列并列ADC的固態(tài)圖像 拾取裝置(CMOS圖像傳感器)的結(jié)構(gòu)實(shí)例的框圖5是示出根據(jù)實(shí)施例的定時(shí)信號(hào)生成電路的結(jié)構(gòu)實(shí)例的示圖；圖6是示出圖5所示時(shí)序電路的操作實(shí)例的流程圖；圖7是示出圖5所示波形生成電路的結(jié)構(gòu)實(shí)例的電路圖；圖8是示出根據(jù)實(shí)施例的定時(shí)信號(hào)生成電路的操作的時(shí)序圖；圖9是示出在正常i殳置條件下的ADC才喿作波形的示圖；圖IO是示出當(dāng)延長(zhǎng)D相比較周期時(shí)的ADC操作波形的示圖；圖11是示出當(dāng)延長(zhǎng)現(xiàn)有固態(tài)圖《象沖合取裝置的P相讀出周期 PRS時(shí)的操作波形的示圖；圖12是示出當(dāng)延長(zhǎng)實(shí)施例的固態(tài)圖像拾耳又裝置的P相讀出周 期PRS時(shí)的操作波形的示圖；以及圖13是示出根據(jù)實(shí)施例的將固態(tài)圖像拾取裝置應(yīng)用于相機(jī)系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)實(shí)例的示圖。
具體實(shí)施方式
將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的安裝列并列ADC的固態(tài)圖像 拾取裝置(CMOS圖像傳感器)的結(jié)構(gòu)實(shí)例的框圖。固態(tài)圖4象寸合取裝置10包括作為成^f象單元的〗象素陣列單元11、 行掃描電路12、列掃描電路13、定時(shí)控制電^各14、 ADC組15、數(shù)
模轉(zhuǎn)換器單元(下文中簡(jiǎn)稱(chēng)為"ADC") 16以及包括讀出放大器電 路(S/A)的凄t才居llr出電if各17。^象素陣列單元ii由以矩陣形狀i殳置的、每一個(gè)均包括光電二 才及管和4象素內(nèi)力文大器的單位<象素111構(gòu)成。固態(tài)圖像拾取裝置10包括以下電路作為順序讀出像素陣列單 元11的像素信號(hào)的控制電路定時(shí)控制電路14,用于生成內(nèi)部時(shí) 鐘；行掃描電路12,用于控制行尋址和行掃描；以及列掃描電路 13，用于控制列尋址和列掃描。行掃描電^各12、列掃描電路13和ADC組15構(gòu)成像素信號(hào)讀 出單元。在該實(shí)施例中，如稍后將具體描述的，定時(shí)控制電路14將1H (一個(gè)水平周期)劃分為被要求為固定周期的周期和用任意周期寬 度設(shè)置的周期，對(duì)每個(gè)周期進(jìn)行計(jì)數(shù)以生成定時(shí)信號(hào)Z,以及基于 定時(shí)信號(hào)執(zhí)行像素信號(hào)讀出處理。ADC組15包括列并列ADC塊154，每一個(gè)均具有為4象素陣列 單元的列的每條列線VO、 VI、…設(shè)置的ADC15A。 ADC塊由以下 元件構(gòu)成為像素陣列單元的列設(shè)置的(n+l)個(gè)比較器(CMP) 151;異步遞增/遞減計(jì)數(shù)器(下文稱(chēng)為計(jì)數(shù)器CNT) 152;存儲(chǔ)器 (鎖存器LTC) 153;以及開(kāi)關(guān)155。比較器(CMP ) 151將通過(guò)逐 步改變由DAC 16生成的基準(zhǔn)電壓所獲得的斜坡波形RAMP與經(jīng)由 列線V0、 VI、...從每一條行線HO、 Hl、...提供的每一個(gè)模擬信號(hào) 進(jìn)行比較。計(jì)數(shù)器152 —旦接收到比4交器151的輸出和時(shí)鐘CK就 進(jìn)行遞增計(jì)數(shù)(或遞減計(jì)數(shù))。存儲(chǔ)器153保持計(jì)數(shù)器152的計(jì)數(shù) 值。開(kāi)關(guān)155才艮據(jù)信號(hào)SW10選擇性地連4妄計(jì)凄t器152的輸出和存 儲(chǔ)器153。 每個(gè)存儲(chǔ)器153的輸出都連接至每一個(gè)均具有2位寬度的2n 條數(shù)據(jù)傳送線18。對(duì)2n條數(shù)據(jù)傳送線18設(shè)置包括2n個(gè)感測(cè)電路 和2n個(gè)減法器電路的數(shù)據(jù)輸出電路17。具有保持電路功能的計(jì)數(shù)器152在初始階段處于遞增計(jì)數(shù)(或 遞減計(jì)數(shù))狀態(tài)，以執(zhí)行復(fù)位計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器152執(zhí)行復(fù)位計(jì)數(shù)以 反轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)比較器151的輸出COMPOUTi時(shí)，停止遞增計(jì)凌史操作以 將計(jì)數(shù)值保持在存儲(chǔ)器153中。在這種情況下，假設(shè)計(jì)數(shù)器152的初始值具有AD變換等級(jí)的 任意值，例如，"0"值。在該復(fù)位計(jì)凄t期間，讀出單位l象素lll的 復(fù)位分量AV。此后，計(jì)凄t器152進(jìn)入遞減計(jì)凄t狀態(tài)，扭^f于與入射量相對(duì)應(yīng)的 數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)。當(dāng)反轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)比較器151的輸出COMPOUTi時(shí)，將與比 較周期相對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值保持在存儲(chǔ)器153中。保持在存儲(chǔ)器153中的計(jì)數(shù)值被列掃描電路13掃描，并經(jīng)由 凄史才居傳送線18 flr入至車(chē)lr出電路17。在具有上述結(jié)構(gòu)的固態(tài)圖像拾取裝置10中，在一個(gè)水平單位 周期(1H)中4丸行以下操作。即，在1H期間，通過(guò)P相讀出PR表示從任意行Hx的單位像 素111到列線V0、 VI、...的第一讀出操作，通過(guò)P相比較PC表示 比較器151處的第一比較，通過(guò)D相讀出DR表示第二讀出操作， 通過(guò)D相比較DC表示比較器151處的第二比較，以及通過(guò)D相后 處理DAP表示D相處理之后的后處理，連續(xù)執(zhí)行每個(gè)操作。 定時(shí)4空制電路14才丸行P相讀出PR、 P相比壽交PC、 D相讀出 DR、 D相比專(zhuān)交DC和D相后處J里DAP的定時(shí)4空制。將描述定時(shí)控制電路14的定時(shí)信號(hào)生成電^各14A。定時(shí)信號(hào)生成電^各14A將1H (—個(gè)水平周期)劃分為作為固 定周期需要的周期和用任意周期寬度設(shè)置的周期，并對(duì)每個(gè)周期進(jìn) 行計(jì)凄t以生成定時(shí)信號(hào)Z。更具體地，定時(shí)信號(hào)生成電路14A對(duì)每個(gè)周期進(jìn)4于計(jì)數(shù)。定時(shí)信號(hào)生成電路14A基于/人1H中所劃分的每個(gè)周期的開(kāi)始 或結(jié)束生成定時(shí)信號(hào)。因此，定時(shí)生成電路14A被配置為即使改變 周期寬度，當(dāng)改變1H周期寬度時(shí)也不需要用于定時(shí)信號(hào)設(shè)置改變 的諸如改變寄存器值的設(shè)置改變。在現(xiàn)有電路中，用具有12位寬度的計(jì)數(shù)器測(cè)量1H周期。然而， 在該實(shí)施例中，定時(shí)信號(hào)生成電路14A通過(guò)使用用于對(duì)5個(gè)周期進(jìn) 行計(jì)數(shù)的10位寬度計(jì)數(shù)器和表示從時(shí)序電路輸出的每個(gè)周期的信 號(hào)生成用于1H周期的定時(shí)信號(hào)。圖5是示出沖艮據(jù)本實(shí)施例的定時(shí)信號(hào)生成電^各的結(jié)構(gòu)實(shí)例的示圖。圖5所示定時(shí)信號(hào)生成電路14A包括時(shí)序電路141、 IO位計(jì)數(shù) 器(下文簡(jiǎn)稱(chēng)為計(jì)數(shù)器)142、寄存器143和波形生成電路144。定時(shí)4言號(hào)生成電i 各14A^l尋1H周期劃分為用于P相讀出PR、 P 相比較PC、 D相讀出DR、 D相比較DC和用于對(duì)每個(gè)周期進(jìn)行計(jì) 數(shù)的D相后處理DAP的5個(gè)周期，并且共同使用一個(gè)計(jì)數(shù)器以減
少電路面積。因此，可能減少用于在用于信號(hào)生成的計(jì)數(shù)值和寄存 器值之間進(jìn)行比較的比較位的總數(shù)。時(shí)序電路141接收水平同步信號(hào)HSYNC、 P相讀出PR、 P相 比4交PC、 D^目讀出DR、 D相比專(zhuān)交DC、 D相后處理DAP的每個(gè)最 大值以及計(jì)數(shù)器142的計(jì)翁:信號(hào)SCNT，與時(shí)鐘信號(hào)CLK同步地生 成表示P相讀出PR、 P相比4交PC、 D相讀出DR、 D相比專(zhuān)交DC和 D相后處理DAP的5個(gè)狀態(tài)中的每個(gè)狀態(tài)的狀態(tài)信號(hào)STT，并將 狀態(tài)信號(hào)輸出至計(jì)數(shù)器142和波形生成電路144。時(shí)序電^各141向計(jì)凄t器142豐lr出進(jìn)4立4言號(hào)(earring over signal)CA。時(shí)序電3各141響應(yīng)于清除4言號(hào)XCLR進(jìn)入初始狀態(tài)。 圖6是示出時(shí)序電^各141的才喿作實(shí)例的流程圖。 <步驟ST0>在步驟STO中，在輸入清除信號(hào)XCLR之后，轉(zhuǎn)換為初始狀 態(tài)STO以準(zhǔn)備水平同步信號(hào)HSYNC的輸入。<步驟ST1>在步驟ST1中，當(dāng)輸入水平同步信號(hào)HSYNC時(shí)，轉(zhuǎn)換為P相 讀出狀態(tài)ST (PR)以向計(jì)數(shù)器142輸出狀態(tài)信號(hào)STT1。<步驟ST2>在步驟ST2中，當(dāng)通過(guò)計(jì)數(shù)器142接收的計(jì)數(shù)器信號(hào)SCNT的 計(jì)凌t值確定P相讀出周期終止時(shí)，轉(zhuǎn)換為4妄下來(lái)的P相比4交狀態(tài) ST (PC)以向計(jì)凄t器142$敘出狀態(tài)信號(hào)STT2。<步驟ST3>在步驟ST3中，當(dāng)通過(guò)計(jì)數(shù)器142接收的計(jì)數(shù)器信號(hào)SCNT的 計(jì)數(shù)值確定P相比較周期終止時(shí)，轉(zhuǎn)換為接下來(lái)的D相讀出狀態(tài) ST (DR)以向計(jì)數(shù)器142輸出狀態(tài)信號(hào)STT3。<步驟ST4>在步驟ST4中，當(dāng)通過(guò)計(jì)數(shù)器142接收的計(jì)數(shù)器信號(hào)SCNT的 計(jì)數(shù)值確定D相讀出周期終止時(shí)，轉(zhuǎn)換為4妾下來(lái)的D相比較狀態(tài) ST (DR)以向計(jì)數(shù)器142輸出狀態(tài)信號(hào)STT4。<步驟ST5>在步驟ST5中，當(dāng)通過(guò)計(jì)數(shù)器142接收的計(jì)數(shù)器信號(hào)SCNT的 計(jì)凄W直確定D相比4交周期纟冬止時(shí)，4t:換為4妄下來(lái)的D相后處理狀 態(tài)ST (DAT)以向計(jì)凄t器142輸出狀態(tài)信號(hào)STT5。當(dāng)通過(guò)計(jì)數(shù)器142接收的計(jì)數(shù)器信號(hào)SCNT的計(jì)數(shù)值確定D相 后處理周期終止時(shí)，轉(zhuǎn)換為初始狀態(tài)STO。在步驟ST2 步驟ST5中，當(dāng)輸入水平同步信號(hào)HSYNC時(shí)， 轉(zhuǎn)換為P相讀出狀態(tài)ST ( PR )。計(jì)數(shù)器142接收來(lái)自時(shí)序電路141的狀態(tài)信號(hào)STT1 ~ STT5、 進(jìn)位信號(hào)CA和水平同步信號(hào)HSYNC,每當(dāng)切換狀態(tài)信號(hào)STT時(shí) 就與時(shí)鐘信號(hào)CLK同步地從初始值開(kāi)始計(jì)凌t，橾作，并向時(shí)序電3各 141和波形生成電路144輸出計(jì)數(shù)信號(hào)SCNT。寄存器143設(shè)置有對(duì)P相讀出狀態(tài)ST (PR)、 P相比較狀態(tài)ST (PC)、 D相讀出狀態(tài)ST (DR)、 D相比專(zhuān)交狀態(tài)ST(DC)和D相后 處理狀態(tài)ST (DAP)的每一個(gè)狀態(tài)生成的定時(shí)信號(hào)Z的信息，包 括上升周期指定信息(信號(hào))FUS、下降周期指定信息(信號(hào))FDS、 上升位置指定信息(信號(hào))FUP和下降位置指定信息(信號(hào))FDP。每當(dāng)切換狀態(tài)信號(hào)STT時(shí)，寄存器143的設(shè)置信息(信號(hào))FUS、 FDS、 FUP和FDP^皮讀出(提供)至波形生成電^各144。每當(dāng)切換狀態(tài)信號(hào)時(shí)，波形生成電路144讀出設(shè)置信息(信號(hào)) FUS、 FDS、 FUP和FDP,并為P相讀出狀態(tài)ST ( PR)、 P相比壽交 狀態(tài)ST (PC)、 D相讀出狀態(tài)ST (DR)、 D相比專(zhuān)交狀態(tài)ST (DC) 和D相后處理狀態(tài)ST (DAP)生成與這些信息和計(jì)數(shù)值相對(duì)應(yīng)的 定時(shí)信號(hào)Z。圖7是示出圖5所示波形生成電路的結(jié)構(gòu)實(shí)例的電路圖。圖8是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的定時(shí)信號(hào)生成電路的操作的時(shí) 序圖。圖7所示的波形生成電i 各144包4舌比壽交器CMP11 ~CMP14、 兩專(zhuān)lT入AND門(mén)AN11和AN12、兩4命入NAND門(mén)NAll、兩llr入 OR門(mén)OR11和D型觸發(fā)器FFll。當(dāng)計(jì)數(shù)器142的計(jì)數(shù)器信號(hào)VCNT變得與作為寄存器值的上升 位置指定信號(hào)FUP —致時(shí)，比較器CMP11將高電平信號(hào)輸出至 AND門(mén)AN11的一個(gè)4lr入端。當(dāng)時(shí)序電路141的狀態(tài)信號(hào)STT變得與作為寄存器值的上升周 期指定信號(hào)FUS —致時(shí)，比較器CMP12將高電平信號(hào)輸出至AND門(mén)AN11的另一個(gè)車(chē)lr入端。
當(dāng)計(jì)數(shù)器142的計(jì)數(shù)器信號(hào)VCNT變得與作為寄存器值的下降 位置指定信號(hào)FDP —致時(shí)，比較器CMP13將高電平信號(hào)輸出至 NAND門(mén)NA11的 一個(gè)l命入端。當(dāng)時(shí)序電路141的狀態(tài)信號(hào)STT變得與作為寄存器值的下降周 期指定信號(hào)FDS —致時(shí)，比較器CMP14將高電平信號(hào)輸出至 NAND門(mén)NA11的另一個(gè)l命入端。AND門(mén)ANll的輸出3是供給OR門(mén)OR11的一個(gè)輸入端，并且 AND門(mén)AN12的輸出沖是供給另一個(gè)輸入端。OR門(mén)OR11的輸出才是 供給觸發(fā)器FFll的D輸入端。NAND門(mén)NA11豐lT出才是供纟會(huì)AND門(mén)AN 12 —個(gè)llr入端，并且 觸發(fā)器FFll的Q輸出沖是供鄉(xiāng)合另一輸入端。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)計(jì)數(shù)器142的計(jì)數(shù)器信號(hào)VCNT變得與作為 寄存器值的上升位置指定信號(hào)FUP —致時(shí)，比較器CMP11將高電 平4言號(hào)$俞出至AND門(mén)ANll的一個(gè)l餘入端。當(dāng)時(shí)序電路141的狀態(tài)信號(hào)STT變得與作為寄存器值的上升周 期指定信號(hào)FUS —致時(shí)，比較器CMP12將高電平信號(hào)輸出至AND 門(mén)ANll的另一個(gè)輸入端。因此，AND門(mén)ANll的輸出變成高電平，4吏得將高電平信號(hào)才是 供給觸發(fā)器FF11的D輸入端。結(jié)果，從觸發(fā)器FFll的Q輸出端輸出在由寄存器值指定的周 期和位置、與時(shí)鐘信號(hào)CLK同步上升的高電平定時(shí)信號(hào)Z。將參照?qǐng)D8進(jìn)行描述。對(duì)于定時(shí)信號(hào)Zll，通過(guò)上升周期指定 信號(hào)FUS指定P相讀出周期PRS，并通過(guò)上升位置指定信號(hào)FUP 指定P相讀出周期FRS的預(yù)定位置(指定計(jì)數(shù)值)。結(jié)果，定時(shí)信 號(hào)Zll在作為P相讀出周期PRS的預(yù)定4立置處上升。類(lèi)似地，對(duì)于定時(shí)信號(hào)Z12，通過(guò)上升周期指定信號(hào)FUS指定 P相比較周期PCS,并通過(guò)上升位置指定信號(hào)FUP指定P相比較周 期PCS的預(yù)定位置(指定計(jì)數(shù)值)。結(jié)果，定時(shí)信號(hào)Z12在作為P 相比4交周期PCS的預(yù)定4立置處上升。對(duì)于定時(shí)信號(hào)Z13，通過(guò)上升周期指定信號(hào)FUS指定D相讀 出周期DRS，并通過(guò)上升位置指定信號(hào)FUP指定D相讀出周期DRS 的預(yù)定位置(指定計(jì)數(shù)值)。結(jié)果，定時(shí)信號(hào)Z13在作為D相讀出 周期DRS的預(yù)定4立置處上升。當(dāng)計(jì)數(shù)器142的計(jì)數(shù)器信號(hào)VCNT變得與作為寄存器值的下降 位置指定信號(hào)FDP —致時(shí)，比較器CMP13將高電平信號(hào)輸出至 NAND門(mén)NA11的一個(gè)專(zhuān)敘入端。當(dāng)時(shí)序電路141的狀態(tài)信號(hào)STT變得與作為寄存器值的下降周 期指定信號(hào)FDS —致時(shí)，比壽交器CMP14將高電平信號(hào)輸出至 NAND門(mén)NA11的另一個(gè)輸入端。NAND門(mén)NA11接收兩個(gè)高電平信號(hào)并輸出低電平信號(hào)，然后 AND門(mén)AN12輸出低電平信號(hào)，從而將該信號(hào)經(jīng)由OR門(mén)ORll提 供纟會(huì)觸發(fā)器FF11的D輸入端。結(jié)果，在通過(guò)從觸發(fā)器FFll的Q輸出端輸出的寄存器值指定 的周期和位置處，定時(shí)信號(hào)Z與時(shí)鐘信號(hào)CLK同步地從高電平下 降到低電平。
將參照?qǐng)D8進(jìn)行描述。對(duì)于定時(shí)信號(hào)Zll，通過(guò)下降周期指定 信號(hào)FDS指定P相讀出周期PRS,并通過(guò)下降位置指定信號(hào)FDP 指定P相讀出周期FRS的預(yù)定位置(指定計(jì)凄t值)。結(jié)果，定時(shí)信 號(hào)Zll在P相讀出周期PRS的預(yù)定位置處下降。對(duì)于定時(shí)信號(hào)Z12，通過(guò)下降周期指定信號(hào)FDS指定D相比 較周期DCS ，并通過(guò)下降位置指定信號(hào)FDP指定D相比較周期DCS 的預(yù)定位置(指定計(jì)數(shù)值)。結(jié)果，定時(shí)信號(hào)Z12在D相比較周期 DCS的預(yù)定位置處下降。在該實(shí)施中，如圖8所示，基于從固態(tài)圖像拾取裝置10外部 豐命入的定時(shí)信號(hào)XHS,對(duì)P相讀出周期PRS開(kāi)始計(jì)凝:才喿作。在P相讀出周期PRS中，在固定周期內(nèi)執(zhí)行計(jì)數(shù)操作，直到經(jīng) 由列線Vx從像素陣列單元11輸出的復(fù)位電平電壓的建立時(shí)間過(guò) 去。用于P相比4交周期PCS的計(jì)^U喿作開(kāi)始將列線Vx上的復(fù)位電 平電壓與從DAC 16輸出的斜i皮波形RAMP進(jìn)行比較。才艮據(jù)DAC 16分辨率的i殳置，P相比豐交周期PCS謬皮i殳置為4壬意 周期。在用于P相比較的計(jì)數(shù)操作之后，開(kāi)始D相讀出周期DRS的 計(jì)數(shù)操作。在D相讀出周期DRS中，在固定周期內(nèi)沖丸4亍計(jì)凌U喿作， 直到經(jīng)由列線Vx從像素陣列單元11輸出的復(fù)位電平電壓的建立時(shí) 間過(guò)去。 用于D相比4交周期DCS的計(jì)數(shù)才喿作開(kāi)始將列線Vx上的像素 數(shù)據(jù)電平電壓與從DAC 16輸出的斜坡波形RAMP進(jìn)行比較。根據(jù) DAC 16分辨率的設(shè)置，D相比較周期DCS被設(shè)置為任意周期。在D相比較的計(jì)數(shù)操作之后，為了執(zhí)行諸如鎖存比較結(jié)果數(shù)據(jù) 的處理，在固定周期內(nèi)執(zhí)行計(jì)數(shù)操作。圖9是示出正常設(shè)置條件下的ADC的才乘作波形的示圖。圖IO是示出當(dāng)延長(zhǎng)D相比較周期時(shí)的ADC操作波形的示圖。如圖9和圖IO所示，為了在D相比較周期DCS內(nèi)增加從像素 陣列單元11輸出的^f象素lt據(jù)電平電壓的測(cè)量分辨率，需要通過(guò)與 測(cè)量分l岸率增力a相《t應(yīng)的量來(lái)延長(zhǎng)D相比專(zhuān)交周期。將描述延長(zhǎng)P相讀出周期PRS的另一個(gè)具體實(shí)例。圖11示出了當(dāng)對(duì)現(xiàn)有固態(tài)圖像拾取裝置延長(zhǎng)P相讀出周期 PRS時(shí)的4喿作波形。圖12示出了當(dāng)對(duì)實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置延長(zhǎng)P相讀出周 期PRS時(shí)的操作波形。在現(xiàn)有的固態(tài)圖像拾取裝置中，如圖11所示，如果將P相讀 出周期PRS加寬+a，則需要^f吏用在P相比4交周期之后的每個(gè)周期 中生成的信號(hào)再次對(duì)寄存器:&置+a的值。相反，在實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置中，即使如圖12所示將P 相讀出周期PRS力口寬+a,在P相比專(zhuān)交周期之后的每個(gè)周期的計(jì)凄史 值也不會(huì)改變，^吏得可以生成定時(shí)信號(hào)而不用》務(wù)改寄存器值。
將描述固態(tài)圖像拾取裝置(CMOS傳感器)IO的操作。在穩(wěn)定從任意行Hx的單位像素111到列線VO、 VI、...的第一 讀出才乘作之后，DAC 16向比4交器151^是供通過(guò)隨時(shí)間逐步改變基 準(zhǔn)電壓所獲得的斜j皮信號(hào)RAMP,并且每個(gè)比4交器151將RAMP 與對(duì)應(yīng)列線Vx的電壓進(jìn)行比較。與逐步輸入斜坡信號(hào)RAMP并行地，計(jì)數(shù)器152執(zhí)行第一計(jì)數(shù) 操作。在這種情況下，當(dāng)RAMP與對(duì)應(yīng)列線Vx的電壓相等時(shí)，反轉(zhuǎn) 比較器151的輸出，使得計(jì)數(shù)器152的計(jì)數(shù)操作停止，并將與比較 周期相對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值保持在存儲(chǔ)器153中。在第一讀出操作期間，讀出單位像素111的復(fù)位分量AV。復(fù) 位分量AV包含作為偏移量在每個(gè)單位-像素111中變化的噪聲。然而，復(fù)位分量AV的變化通常4艮小，并且對(duì)于所有4象素復(fù)位 電平都是通用的。因此，每條列線Vx的輸出通常具有已知值。因此，在第一復(fù)位分量AV讀出才喿作期間，可以通過(guò)調(diào)節(jié)斜站: 波形(RAMP)電壓縮短比較周期。在這種情況下，例如，在7位 計(jì)數(shù)周期(128個(gè)時(shí)鐘周期)內(nèi)執(zhí)行比較AV。通過(guò)讀出除復(fù)位分量AV之外、與每個(gè)單位像素111的入射光 量相對(duì)應(yīng)的信號(hào)分量，第二讀出操作執(zhí)行與第 一讀出操作類(lèi)似的操 作。即，在穩(wěn)定從任意行Hx的單位像素111到列線VO、 VI、...讀 出的第二讀出操作之后，DAC 16向比較器151提供通過(guò)隨時(shí)間逐
步改變基準(zhǔn)電壓所獲得的斜i皮波形RAMP，并且每個(gè)比^交器151將 RAMP與對(duì)應(yīng)的列線Vx的電壓進(jìn)行比較。與逐步輸入斜坡波形RAMP并行地，計(jì)數(shù)器152執(zhí)行第二計(jì)數(shù) 操作。在這種情況下，當(dāng)RAMP與列線Vx的電壓相等時(shí)，反轉(zhuǎn)比較 器151的輸出，同時(shí)將與比較周期相對(duì)應(yīng)的計(jì)教:值保持在存儲(chǔ)器153 中。在這種情況下，將第 一計(jì)數(shù)值和第二計(jì)數(shù)值在不同位置保持在 存儲(chǔ)器153中。在完成上述AD轉(zhuǎn)才奐之后，列掃描電路4經(jīng)由2n條凄t據(jù)傳送 線傳送保持在存儲(chǔ)器153中的n位第一和第二數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)輸出 電路17檢測(cè)數(shù)字信號(hào)，并且減法器電路順序執(zhí)行(第二信號(hào))-(第 一信號(hào))并將結(jié)果輸出至外部。下文中，對(duì)每行重復(fù)類(lèi)似操作以生 成二維圖1象。在一個(gè)水平單位周期(1H)中執(zhí)行上述操作。在1H期間，通過(guò)P相讀出PR表示AU壬意^f亍Hx的單位4象素 lll到列線VO、 VI、...的第一讀出操作，通過(guò)P相比較PC表示比 較器151處的第一比較，通過(guò)D相讀出DR表示第二讀出操作，通 過(guò)D相比較DC表示比較器151處的第二比較，以及通過(guò)D相后處 理DAP表示D相處理之后的后處理，以連續(xù)地執(zhí)行每個(gè)操作。定時(shí)4空制電路14執(zhí)行P相讀出PR、 P相比專(zhuān)交PC、 D相讀出 DR、 D相比壽交DC和D相后處理DAP的定時(shí)控制。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，1H ( —個(gè)水平周期)被劃分為5個(gè) 周期P對(duì)目讀出PR、 P才目比4交PC、 D對(duì)目讀出DR、 D才目比專(zhuān)交DC和 D相后處理DAP,并且這些周期被分類(lèi)為被要求為固定周期的周期 和用任意周期寬度設(shè)置的周期。對(duì)每個(gè)周期進(jìn)行計(jì)數(shù)。如果改變1H 中的任意周期的寬度，則需要通過(guò)使用改變周期之后的周期來(lái)改變 用于生成定時(shí)信號(hào)的寄存器設(shè)置值。然而，在該實(shí)施例中，由于使 用了用于生成定時(shí)信號(hào)Z的定時(shí)信號(hào)生成電路14A，所以不需要改 變用于定時(shí)信號(hào)的寄存器設(shè)置值。另外，由于1H周期^皮劃分和計(jì)H所以可以對(duì)一些周期限定 其上升沿和下降沿的定時(shí)信號(hào)減少寄存器設(shè)置位。具有這些優(yōu)點(diǎn)的固態(tài)圖4象拾取裝置可應(yīng)用于凄t碼相才幾和掘/f象 機(jī)的圖像拾取裝置。圖13是示出才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)用固態(tài)圖^f象沖合取裝置的相 才幾系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)實(shí)例的示圖。如圖13所示，相機(jī)系統(tǒng)20包括成像裝置(圖像拾取裝置)， 其可應(yīng)用實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置10;光學(xué)系統(tǒng)，用于將入射光 引導(dǎo)至成像裝置21的像素區(qū)域(用于形成物體圖像)；驅(qū)動(dòng)電路 (DRV)，用于驅(qū)動(dòng)透鏡22和成像裝置21，其中，驅(qū)動(dòng)透鏡22使 入射光(圖像光)在成像表面上形成圖像；以及信號(hào)處理電路(PRC) 24，用于處理成像裝置21的輸出信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路23包括用于生成包括用于驅(qū)動(dòng)成像裝置21中的電路 的開(kāi)始脈沖和時(shí)鐘脈沖的各種定時(shí)信號(hào)的定時(shí)生成器(未示出)， 并通過(guò)預(yù)定的定時(shí)信號(hào)驅(qū)動(dòng)成像裝置21。
信號(hào)處理電路24對(duì)成像裝置21的輸出信號(hào)執(zhí)行諸如相關(guān)雙采 樣(CDS)的信號(hào)處理。在諸如存儲(chǔ)器的記錄介質(zhì)中記錄一皮信號(hào)處理電^各24處理的圖 像信號(hào)。記錄在記錄介質(zhì)中的圖像信息是利用打印機(jī)等的硬拷貝。 通過(guò)信號(hào)處理電路24處理的圖像信號(hào)凈皮作為移動(dòng)圖〗象顯示為在諸 如液晶顯示器的監(jiān)控器上。如上所述，通過(guò)在諸如lt碼相才幾的成〗象i殳備上安裝上述圖^象沖合 取裝置10作為成像裝置21，可以提供高精度的相機(jī)。注意，在實(shí)施例和上述凄t字實(shí)例的每一個(gè)中所指出各種部件和 數(shù)值的具體形式和結(jié)構(gòu)僅給出實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例的實(shí)例。因此， 應(yīng)該了解本發(fā)明的沖支術(shù)范圍不^皮上述方式限制。
權(quán)利要求
1. 一種固態(tài)圖像拾取裝置，包括像素陣列，包括以矩陣形式配置的像素，其中，每個(gè)像素都被配置為執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換；像素信號(hào)讀出單元，用于以多個(gè)像素為單位從所述像素陣列中讀出像素信號(hào)；以及定時(shí)控制單元，用于通過(guò)使用定時(shí)信號(hào)控制所述像素信號(hào)讀出單元的處理，其中，所述像素信號(hào)讀出單元包括多個(gè)比較器，與像素的列陣列相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行設(shè)置，用于將讀出信號(hào)電位與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較以生成確定信號(hào)，并輸出所述確定信號(hào)，以及多個(gè)計(jì)數(shù)器，通過(guò)所述比較器的輸出控制其操作，其中，每個(gè)計(jì)數(shù)器都對(duì)分別對(duì)應(yīng)于一個(gè)比較器的比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)；以及其中，所述定時(shí)控制單元(a)將預(yù)定的處理周期至少劃分為第一次讀出周期、通過(guò)比較器執(zhí)行比較的第一比較周期、第二次讀出周期以及通過(guò)比較器執(zhí)行比較的第二次比較周期，(b)將這些周期分類(lèi)為被要求為固定周期的周期和用任意周期寬度設(shè)置的周期，以及(c)通過(guò)在計(jì)數(shù)器中對(duì)每個(gè)劃分的周期進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)生成處理每個(gè)劃分周期的定時(shí)信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)圖像拾取裝置，其中，所述處理周 期為一個(gè)水平周期。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)圖像拾取裝置，其中，所述定時(shí)控 制單元通過(guò)使用從一個(gè)水平周期劃分的每個(gè)周期的開(kāi)始和結(jié) 束作為基準(zhǔn)來(lái)生成所述定時(shí)信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)圖像拾取裝置，其中，所述定時(shí)控 制單元，包4舌計(jì)數(shù)器，用于每當(dāng)切換表示劃分周期的處理狀態(tài)的狀態(tài) 信號(hào)時(shí)就從初始值開(kāi)始執(zhí)行計(jì)數(shù)操作；時(shí)序電路，用于根據(jù)每個(gè)劃分周期的信息和計(jì)數(shù)器的計(jì) 數(shù)值生成每個(gè)劃分周期的所述狀態(tài)信號(hào)，并將所述狀態(tài)信號(hào)輸 出至所述計(jì)數(shù)器；寄存器，分別設(shè)置關(guān)于對(duì)每個(gè)處理狀態(tài)生成的定時(shí)信號(hào) 的上升周期指定信息、下降周期指定信息、上升位置指定信息 和下降位置指定信息；以及被配置為每當(dāng)切換所述狀態(tài)信號(hào)時(shí)就讀出所述寄存器的 對(duì)應(yīng)設(shè)置信息、并生成用于與所述設(shè)置信息和所述計(jì)數(shù)值相對(duì) 應(yīng)的各個(gè)狀態(tài)的定時(shí)信號(hào)的電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)圖像拾取裝置，其中，所述定時(shí)控 制單元包括計(jì)數(shù)器，用于每當(dāng)切換表示劃分周期的處理狀態(tài)的狀態(tài) 信號(hào)時(shí)就從初始值開(kāi)始執(zhí)行計(jì)It4喿作；時(shí)序電路，用于根據(jù)每個(gè)劃分周期的信息和計(jì)數(shù)器的計(jì) 數(shù)值生成每個(gè)劃分周期的所述狀態(tài)信號(hào)，并將所述狀態(tài)信號(hào)輸 出至所述計(jì)數(shù)器；寄存器，分別設(shè)置關(guān)于對(duì)每個(gè)狀態(tài)生成的定時(shí)信號(hào)的上 升周期指定信息、下降周期指定信息、上升位置指定信息和下 降位置指定信息；以及 被配置為每當(dāng)切換所述狀態(tài)信號(hào)時(shí)就讀出所述寄存器的 對(duì)應(yīng)設(shè)置信息、并生成用于與所述設(shè)置信息和所述計(jì)數(shù)值相對(duì) 應(yīng)的各個(gè)狀態(tài)的定時(shí)信號(hào)的電^各。
6. —種用于固態(tài)圖像拾取裝置的驅(qū)動(dòng)方法，所述固態(tài)圖像拾取裝 置包括Y象素陣列，包括以矩陣形式配置的用于才丸行光電轉(zhuǎn)換 的<象素；以及^象素信號(hào)讀出單元，用于以多個(gè)〗象素為單位/人所 述像素陣列中讀出像素信號(hào)，其中，所述像素信號(hào)讀出單元包 括多個(gè)比較器，與像素的列陣列相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行設(shè)置，用于將 讀出信號(hào)電位與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，以生成確定信號(hào)并輸出所 述確定信號(hào)；以及多個(gè)計(jì)數(shù)器，通過(guò)所述比較器的輸出控制其 操作，用于對(duì)分別對(duì)應(yīng)于一個(gè)比較器的比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，所 述方法包4舌以下步-銀將預(yù)定的處理周期至少劃分為第 一次讀出周期、通過(guò)比 較器進(jìn)行比較的第 一比較周期、第二次讀出周期以及通過(guò)比較 器進(jìn)行比較的第二次比較周期；將這些周期分類(lèi)為被要求為固定周期的周期和用任意周 期寬度設(shè)置的周期，通過(guò)計(jì)數(shù)器中的計(jì)數(shù)來(lái)生成處理每個(gè)劃分周期的定時(shí)信 號(hào)；以及通過(guò)使用所生成的定時(shí)信號(hào)執(zhí)行所述像素信號(hào)讀出單元 的4空制和處理。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于固態(tài)圖像拾取裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其 中，所述處理周期為一個(gè)水平周期。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于固態(tài)圖像拾取裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其 中，通過(guò)使用從一個(gè)水平周期劃分的每個(gè)周期的開(kāi)始和結(jié)束作 為基準(zhǔn)來(lái)生成所述定時(shí)信號(hào)。 權(quán)利要求書(shū)第4/4頁(yè)
9. 一種相機(jī)系統(tǒng)，包括固態(tài)圖像拾取裝置；以及光學(xué)系統(tǒng)，用于將對(duì)象圖像聚焦在所述固態(tài)圖像拾取裝 置上，其中所述固態(tài)圖像拾取裝置包括像素陣列，包括以矩陣形式進(jìn)行設(shè)置的用于光電轉(zhuǎn)換的 像素；像素信號(hào)讀出單元，用于以多個(gè)像素為單位從所述像素 陣列中讀出像素信號(hào)；以及定時(shí)控制單元，用于通過(guò)使用定時(shí) 信號(hào)控制所述像素信號(hào)讀出單元的處理；所述像素信號(hào)讀出單元包括多個(gè)比較器，與像素的列陣列相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行設(shè)置，用 于將讀出信號(hào)電位與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較以判斷比較，并輸出判斷信號(hào)；以及多個(gè)計(jì)數(shù)器，通過(guò)所述比較器的輸出控 制其操作，用于對(duì)分別對(duì)應(yīng)于一個(gè)比較器的比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，以及所述定時(shí)控制單元(a)將預(yù)定的處理周期至少劃分 為第 一次讀出周期、通過(guò)比較器執(zhí)行比較的第 一比較周 期、第二次讀出周期以及通過(guò)比較器執(zhí)行比較的第二次比 較周期，(b )將這些周期分類(lèi)為被要求為固定周期的周期 和用任意周期寬度設(shè)置的周期，以及(c)通過(guò)計(jì)數(shù)器的 計(jì)數(shù)來(lái)生成處理每個(gè)劃分周期的定時(shí)信號(hào)。
全文摘要
公開(kāi)了固態(tài)圖像拾取裝置及其驅(qū)動(dòng)方法及相機(jī)系統(tǒng)，固態(tài)圖像拾取裝置包括像素陣列，包括以矩陣配置的像素；像素信號(hào)讀出單元；及定時(shí)控制單元，通過(guò)使用定時(shí)信號(hào)控制像素信號(hào)讀出單元的處理。像素信號(hào)讀出單元包括多個(gè)比較器，將讀出信號(hào)電位與基準(zhǔn)電壓比較以生成確定信號(hào)，并輸出確定信號(hào)；以及多個(gè)計(jì)數(shù)器。每個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì)分別對(duì)應(yīng)于一個(gè)比較器的比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)。定時(shí)控制單元(a)將預(yù)定處理周期至少分為第一次讀出周期、第一比較周期、第二次讀出周期和第二次比較周期，(b)將周期分為兩種周期，以及(c)通過(guò)在計(jì)數(shù)器中對(duì)每個(gè)劃分周期進(jìn)行計(jì)數(shù)生成處理每個(gè)劃分周期的定時(shí)信號(hào)。即使改變周期寬度，也不需要改變定時(shí)信號(hào)的寄存器設(shè)置值。
文檔編號(hào)H04N5/335GK101399903SQ20081016145
公開(kāi)日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者寺戶洋子, 齊藤茂 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社