CN101257560B - 摄像装置及摄像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种摄像装置及摄像系统。一种摄像元件(501)，具有包括光入射在所排列的像素上的有效像素区和所排列的像素被遮挡的遮光像素区(102)的摄像单元(101)；模数转换单元(106)，一对一地连接到所排列的像素的各列；反馈控制单元(200)，用于对每个模数转换单元的输入侧相同地输出偏置补偿信号(Wda)，所述偏置补偿信号用于补偿基准值(Dcp)与从至少一个模数转换单元输出的遮光像素区的输出信号之间的误差量；以及偏置补偿单元(104)，一对一地布置在每个模数转换单元的输入侧，用于通过从有效像素区的输出信号中减去反馈控制单元的输出信号，来对偏置进行补偿。
Description
技术领域
本发明涉及诸如数字照相机或者数字摄像机的摄像装置以及摄像系统。
背景技术
对于诸如数字照相机和数字摄像机的新近的摄像装置，为了增加像素数并提高连续拍摄速度，需要用于从摄像元件高速读出图像信号的技术。在针对每个像素对高速读出的信号进行模数(A/D)转换的情况下，每个像素数据的转换时间非常短。这需要能够在短时间内执行高精度转换的性能极高的A/D转换器，这是很难实现的。
为了解决该问题，已经研究并开发了列模数转换(ADC)摄像元件，在该列模数转换摄像元件中，使用可以利用与CMOS集成电路相似的工艺来制造的CMOS图像传感器，为每一像素列设置A/D转换器，并且对一行像素的各像素信号同时执行A/D转换。列ADC摄像元件是有益的，因为由于A/D转换器的转换速率可以从一个像素的读出速率降低到一行的读出速率，可以容易地提高用于整幅图像(一个画面)的摄像元件的读出速率。
这样的列ADC摄像元件的例子包括使用应用三角波的斜坡ADC的图像传感器(参见日本特开平05-048460)和使用逐次逼近ADC的图像传感器(参见USP 5880691)。
另一方面，存在这样的情况：尤其在静止摄像中，进行长曝光。对于这种类型的拍摄，摄像元件的电荷累积时期也变长，并且暗电流累积在光电二极管中。由于在读出像素信号时该暗电流分量与光信号分量一起被读出，所以在执行A/D转换时，暗电流量使动态范围缩小。
代替列ADC系统，对于一个或更多个A/D转换器外部连接到摄像元件的配置，典型地使用除A/D转换功能外还具有可编程增益放大器(PGA)功能和光暗(OB)钳位功能的模拟前端(AFE)。使用OB钳位功能来去除包括暗电流的摄像元件的偏置以及PGA和A/D转换器的偏置。OB钳位功能将包括暗电流的黑电平调整为期望值，从而确保信号的动态范围，因为在由此消除了暗电流分量之后才执行A/D转换。
对于用于实现该OB钳位功能的电路配置，公开了采用使用电容器的集成电路的配置(参见日本特开平5-153428)和使用数模(D/A)转换器的配置(参见日本特开2000-224440)。
由于列ADC系统被设计用于高速读出摄像元件的信号，所以它通常以短曝光为前提，这限制了每帧所生成的暗电流分量。因此，即使不去除暗电流分量就执行A/D转换，也不会对动态范围有不利的影响。但是，当考虑到该系统应用于还能够执行长曝光的数字照相机和数字摄像机时，暗电流分量的消除是必要的，以确保动态范围。
但是，由于列ADC系统需要A/D转换器在数量上等于作为摄像元件在同一半导体芯片上形成的像素列，就芯片的尺寸来说，很难为各列的A/D转换器配置OB钳位电路。
另外，即使假定为各列配置了OB钳位电路，在OB钳位时也只能利用列中的遮光像素(shading pixel)。每列所设置的遮光像素的数量受芯片尺寸限制，作为用于OB钳位以充分去除噪声的信息，该数量是不够的。
发明内容
期望解决上述问题中的一个或更多个。还期望使用简单的配置来消除暗电流分量，并确保动态范围。
根据本发明的一方面，提供一种摄像装置，包括：摄像部，具有排列成行和列的像素的阵列，所述阵列中的每个所述像素均用于依赖于入射在该像素上的光来生成电输出信号，所述阵列中的所述像素包括入射光被遮挡的一个或更多个遮光像素，并且还包括入射光未被遮挡的有效像素；多个信号处理部，每个所述信号处理部对应于不同像素列，并用于接收对应列中的至少所述有效像素的各个输出信号，并对所接收到的所述输出信号应用预定处理，以生成依赖于所接收到的信号的处理后的信号；以及补偿部，由两个或更多个不同像素列共享，用于向与所述两个或更多个不同像素列相对应的各个所述信号处理部提供依赖于至少一个所述遮光像素的输出信号的补偿信号(Wda)，以对所述摄像部和/或所述信号处理部中的误差进行补偿。
根据本发明的另一方面，提供一种摄像系统，该摄像系统包括用于形成被摄体图像的光学系统以及本发明的摄像装置。
本发明使得能够利用简单的配置来消除暗电流分量，并确保动态范围。
通过下面(参考附图)对示例性实施例的说明，本发明的其他特征将变得显而易见。
附图说明
图1是示出根据本发明的优选实施例的摄像设备的整体配置的框图。
图2是示出根据本发明的第一优选实施例的摄像元件的示意性内部配置的框图。
图3是示出根据本发明的第一优选实施例的摄像元件的另一示例性内部配置的框图。
图4是示出根据本发明的第二优选实施例的摄像元件的示意性内部配置的框图。
图5是示出根据本发明的第三优选实施例的摄像元件的示意性内部配置的框图。
具体实施方式
第一实施例
在下文中，将参考附图来详细说明根据本发明的优选实施例的摄像设备。
图1是示出根据本发明的优选实施例的摄像设备100的示意性配置的框图。
附图标记501是摄像元件，该摄像元件包括用于将光(被摄体图像)转换成电信号(信号电荷)的光电转换单元以及用于放大光电转换单元的信号电荷的放大单元。还配置有A/D转换功能(下面将说明)的摄像元件501输出数字信号。
附图标记502是数字信号处理器(DSP)，用于对来自摄像元件501的数据(数字信号)执行各种校正处理和显像处理，并将图像数据写入记录介质505。
附图标记503是驱动信号发生器，用于在CPU 504的控制下向摄像元件501和DSP 502提供诸如时钟信号和控制信号的驱动信号。
附图标记504是对DSP 502和驱动信号发生器503以及照相机功能执行控制的CPU，该照相机功能由执行测光、调焦等的各构成元件(未示出)(测光控制单元、调焦控制单元)实现。
附图标记505是用于保存所拍摄的图像的图像数据的诸如紧凑式闪存(Compact Flash，注册商标)卡等的记录介质，并且通过连接器(未示出)连接到摄像设备100内。
摄像设备100通过具有所附接的用于形成被摄体图像的光学系统(未示出)而构成摄像系统，并且进行配置，使得已经穿过该光学系统的被摄体图像形成在摄像元件501上。
图2是示出根据本发明的第一优选实施例的摄像元件501a的示意性配置的框图。根据本实施例的摄像元件501a是图1所示的摄像元件501的例子。
摄像单元101包括二维排列的多个像素102。摄像单元101将来自被摄体的入射光转换成电信号(摄像信号)。即，摄像单元101利用来自被摄体的入射光执行摄像，作为电信号(摄像信号)。这里，连接到驱动线V1至Vm的像素102是遮光光暗(OB)像素(遮光像素)。在此将遮光像素称为垂直OB，因为它们相对于非遮光像素(有效像素)垂直地布置。连接到驱动线Vm+1至Vn(n＞m)的像素102是非遮光像素(有效像素)。因此，来自被摄体的光实际上仅入射在连接到驱动线Vm+1至Vn(n＞m)的有效像素上。在读出布置有有效像素的有效像素区的第一驱动线Vm+1之前，读出如图2所示的布置有遮光像素的第一遮光像素区。在读出像素102的摄像信号(读出第一遮光像素区)时，通过垂直扫描电路103的操作，选择用于选择性地驱动二维排列的像素102的第一行的驱动线V1。
然后，向通过垂直扫描电路103所选择的驱动线V1提供驱动信号。然后，通过垂直输出线H1至H5，将存储在连接到驱动线V1的像素102的第一行中的摄像信号输入到增益放大器104的反相输入端(-)，该增益放大器104用作偏置补偿单元，并一对一地连接到垂直输出线H1至H5。关于连接到垂直输出线H1至H5的所有增益放大器104，反馈控制电路200中的D/A转换器(DAC)108的共同输出连接到增益放大器104的另一输入(正相输入端(+))。即，增益放大器104放大来自各垂直输出线H1至H5的摄像信号与D/A转换器108的共同输出信号之间的差。
接着，将增益放大器104的输出信号输入采样保持电路(S/H)105并由其保持。将由采样保持电路105所保持的第一行像素的各摄像信号输入每一像素列均布置一个的A/D转换器(ADC)106。同时，垂直扫描电路103将驱动线V1设置为未被选择的状态，并通过向驱动线V2提供驱动信号来开始传送连接到驱动线V2的像素102的第二行的摄像信号。
将通过A/D转换器106转换成数字信号的摄像信号保存在数据寄存器112中，并且通过水平扫描电路113的操作，将垂直输出线H1至H5的各列的(N比特)数据依次输出到输出端(OUT)114。这时，通过使用作为发送系统的低电压差分信号设备(LVDS)来执行串行化，可以减少输出线的数量。
通过钳位脉冲(CP)来控制连接到各列的A/D转换器106的输出的开关107，并且仅当正在从A/D转换器106输出垂直OB(即，连接到驱动线V1至Vm的像素)的数据时，开关107闭合。作为钳位脉冲CP设置为高并且开关107闭合的结果，与垂直OB相对应的行的数据输入到反馈控制单元200中的垂直OB电平检测单元111中。
反馈控制单元200通过在各A/D转换器106的输入侧共同输出用于补偿钳位设置值(基准值)与来自至少一个A/D转换器106的输出信号之间的误差量的偏置补偿信号，来执行反馈控制。反馈控制单元200包括垂直OB电平检测单元111、减法器110、垂直OB钳位校正计算单元109以及D/A转换器108。
垂直OB电平检测单元111使用所指定的计算方法来计算垂直OB的电平(即，黑电平)。虽然这里给出了计算结果为Dvob的一输入行的像素的平均值的计算作为例子，但是可以采用诸如计算中值或加权平均值的各种计算方法。
将垂直OB电平检测单元111的计算结果输入到减法器110。减法器110从上面的Dvob减去钳位设置值Dcp，并将Dvob与钳位设置值Dcp之间的误差量(＝Dvob-Dcp)输入到垂直OB钳位校正计算单元109。
通过使用考虑增益放大器104、采样保持电路105以及A/D转换器106的电路增益而设置的转换系数α，垂直OB钳位校正计算单元109将误差量(Dvob-Dcp)转换成增益放大器104的输入电平。然后，垂直OB钳位校正计算单元109计算要设置在D/A转换器108中的值。在本实施例中，垂直OB钳位校正计算单元109还执行将所检测到的误差量乘以指定的系数β的处理，以避免没有从到达数据寄存器112的数字值中完全去除随机噪声、像素缺陷等的影响，从而防止检测到实际的黑电平。由于指定的系数β通常小于1，所以这需要对多行执行钳位。但是，这样的处理可以减小例如随机噪声和像素缺陷的影响。如果所检测到的误差量太大，则垂直OB钳位校正计算单元109可以执行限幅或类似处理。
这里，以上电路增益分量的转换系数给定为α，用于消除随机噪声和像素缺陷的影响的系数给定为β，并且误差量的限幅阈值给定为Dmax。因此，第i行的反馈结束时的垂直OB钳位校正计算单元109的数字输出信号Vda(i)，即，D/A转换器108的设置值由下面的等式(1)表示：
Vda(i)＝α*β*(Dvob-Dcp)+Vda(i-1)
(如果(Dvob-Dcp)＜Dmax)
Vda(i)＝α*β*Dmax+Vda(i-1)
(如果(Dvob-Dcp)≥Dmax) (1)
D/A转换器108输出与垂直OB钳位校正计算单元109的数字输出信号Vda(i)相对应的模拟信号Wda(i)，即Wda(i)＝Vda(i)。
然后，D/A转换器108的模拟输出信号Wda(i)被共同反馈到每列配置有一个的增益放大器104的正相输入端(+)。
通过重复前述系列操作，从连接到驱动线V1的第一行之后的各行依次读出摄像信号。随着垂直扫描电路103的处理进行，并且重复读出垂直OB的各行的操作，由垂直OB电平检测单元111所计算出的黑电平逐渐接近钳位设置值。在作为垂直OB的最后一行的第m行被读出的时刻，由垂直OB电平检测单元111所计算出的黑电平基本上与钳位设置值一致。即，与此时的设置值Wda(m)相对应的D/A转换器108的输出信号基本上与OB像素的信号一致。当到达从A/D转换器106输出第m+1行的数据的时刻时，将钳位脉冲CP设置为低。当钳位脉冲CP为低时，垂直OB电平检测单元111的输出信号固定为钳位设置值。结果，减法器110的输出信号(Dvob-Dcp)将为0，垂直OB钳位校正计算单元109的输出信号将保持在Vda(m)，并且D/A转换器108的值将保持在Wda(m)。在该状态下，继续向前读出第m+1行。
根据以上配置，当读出第1+m行时，使用读出遮光像素区时所保持的值Wda(m)作为D/A转换器108的输出值。因此，在各增益放大器104的输出侧，输出通过将从像素102读出的摄像信号减去与该像素处的黑电平相当的量的信号而获得的信号。从而在各A/D转换器106的输入侧，将与像素102处的黑电平相当的信号从自该像素读取的摄像信号中减去。这使得即使像素102的黑电平的值很大，也能够使A/D转换器106的动态范围有效地分配给光信号，并确保光信号的动态范围。结果，即使在例如经过高温曝光或长曝光，来自像素102的摄像信号包括大量暗电流的拍摄条件下，也能够确保光信号的动态范围。
在前述说明中，在对增益放大器104的正相输入端(+)执行反馈的情况下，使用D/A转换器构成OB钳位电路。但是，如图3所示，可以将用作偏置补偿单元的减法器201设置在采样保持电路105的输出侧和A/D转换器106的输入侧，并且可以将D/A转换器108的输出信号反馈到减法器201。还可以实现其他的配置，只要它们能够将黑电平调整为指定的值，其例子包括：诸如日本特开2000-224440所公开的采用使用电容器的集成电路，来代替采用D/A转换器。
对于A/D转换器106，除上述斜坡A/D转换器和逐次逼近A/D转换器以外，可以采用任何配置，只要将A/D转换器106布置成与垂直输出线H1至H5相对应。
在前述说明中，垂直OB电平检测单元111计算一个水平行(像素行)中的所有像素的平均值，但是可以限制用于计算平均值的区域，以计算部分像素的平均值。黑电平的计算并不限于平均。可以使用任何方法，只要它是基于垂直OB的像素数据的，其例子包括计算中值或加权平均值。
在前述说明中，对垂直OB的所有行垂直地执行OB钳位操作，但是可以限制区域，使得对某些行不实施OB钳位操作。
第二实施例
图4是示出根据本发明的第二优选实施例的摄像元件501c的示意性配置的框图。根据本实施例的摄像元件501c是图1所示的摄像元件501的例子。注意，在图4中，对与图2相似的组成元件附加相同的附图标记。
在图4中，已经对图2添加了水平OB(相对于有效像素区水平设置的遮光像素)，并且使用该水平OB的数据从第m+1行开始执行钳位操作(下文中，水平OB钳位)。
在摄像单元101中的像素102中，布置在使用与有效像素共用的驱动线Vm+1至Vn来读出的遮光像素区(第二遮光像素区)中并且连接到垂直输出线H1和H2的遮光像素102是水平OB。与图2相似，连接到驱动线V1至Vm的遮光像素102是垂直OB。反馈控制单元400设置有垂直OB电平检测单元111、减法器110、垂直OB钳位校正计算单元109、D/A转换器108、水平OB电平检测单元301、减法器302以及水平OB钳位校正计算单元303。
各行的读出与第一实施例相似。但是，差别在于：垂直OB钳位校正计算单元109的输出信号在通过加法器304与水平OB钳位校正计算单元303的输出信号相加之后设置在D/A转换器108中，而不是直接设置在D/A转换器108中。现在将说明使用水平OB的钳位操作。
当钳位脉冲CP为高时，水平OB电平检测单元301输出钳位设置值Dcp。因此，直到读出第m+1行，只执行在第一实施例中所述的使用垂直OB的数据的OB钳位操作，而实质上不执行水平OB钳位操作。
当开始读出第m+1行的操作时，将钳位脉冲CP设置为低，并且水平OB电平检测单元301检测水平OB(即，连接到驱动线Vm+1至Vn和垂直输出线H1、H2的像素)的电平。关于水平OB电平检测单元301的计算方法，虽然在此给出计算结果为Dhob的一行水平遮光像素的平均值的计算作为例子，但是可以采用与垂直OB电平检测单元111相似的各种方法。
将水平OB电平检测单元301的计算结果Dhob输入减法器302。减法器302从上面的Dhob中减去钳位设置值Dcp，并将与钳位设置值的误差量(＝Dhob-Dcp)输入到水平OB钳位校正计算单元303。
水平OB钳位校正计算单元303以与垂直OB钳位校正计算单元109相似的方式计算水平OB钳位校正量。即，水平OB钳位校正计算单元303使用考虑了各组成元件的电路增益的系数和用于消除随机噪声和像素缺陷的影响的系数，来执行限幅处理。
这里，用于电路增益分量的转换系数α与垂直OB钳位校正计算单元109相同，而用于消除随机噪声和像素缺陷的影响的系数β′和误差量的限幅阈值Dmax′与垂直OB钳位校正计算单元109不同。第i行中的水平OB钳位校正计算单元303的输出信号Hda(i)由下面的等式(2)表示：
Hda(i)＝α*β′*(Dhob-Dcp)+Hda(i-1)
(如果(Dhob-Dcp)＜Dmax′)
Hda(i)＝α*β′*Dmax ′+Hda(i-1)
(如果(Dhob-Dcp)≥Dmax′) (2)
但是，如上所述，由于在钳位脉冲CP为高的情况下水平OB电平检测单元301输出钳位设置值Dcp，所以Hda(i)＝0，直到读出第m+1行。
通过加法器304将水平OB钳位校正计算单元303的输出信号Hda与由垂直OB钳位校正计算单元109所保持的Vda相加，并且将所生成的信号设置在D/A转换器108中。即，从D/A转换器108输出的模拟设置值Wda(i)由下面的等式(3)表示：
Wda(i)＝Vda(i)+Hda(i) (3)
如上所述，第二实施例不仅通过利用垂直OB执行钳位处理来确保ADC 106和其他电路的动态范围，还能够通过使用摄像元件的垂直扩展遮光像素执行水平OB钳位，来实现去除暗电流分量的精确度方面的进一步提高。
在前述说明中，水平OB电平检测单元301计算一行中的所有水平OB的平均值，但是可以限制用于计算平均值的区域，以计算部分像素的平均值。对各行的水平OB电平的计算并不限于平均。可以使用任何方法，只要它是基于水平OB的像素数据的，其例子包括计算中值或加权平均值。
另外，在前述说明中，对具有垂直OB或水平OB的所有行垂直地执行OB钳位操作，但是可以限制区域，使得对某些行不实施OB钳位操作。
另外，在前述说明中，水平OB电平检测单元301、减法器302和水平OB钳位校正计算单元303被设置为独立的模块。但是，可以将它们配置为共享垂直OB电平检测单元111、减法器110和垂直OB钳位校正计算单元109的电路。
第三实施例
图5是示出根据本发明的第三优选实施例的摄像元件501d的示意性配置的框图。根据本实施例的摄像元件501d是图1所示的摄像元件501的例子。注意，在图5中，对与图2相似的组成元件附加了相同的附图标记。
在图5中，已经对图2添加了水平OB(相对于有效像素区水平地配置的遮光像素)，并且从第m+1行开始执行水平OB钳位操作。但是，与第二实施例的差别在于：利用数字信号而不是模拟信号执行水平OB钳位操作的减法和校正。
读出各行的操作与第一实施例相同。反馈控制单元500设置有垂直OB电平检测单元111、减法器110、垂直OB钳位校正计算单元109、D/A转换器108、水平OB电平检测单元401、减法器402以及水平OB钳位校正计算单元403。注意，水平OB电平检测单元401和减法器402的操作与水平OB电平检测单元301和减法器302的操作相似。
水平OB钳位校正计算单元403通过使用Dmax′和用于消除随机噪声、像素缺陷等的影响的系数β′执行限幅处理，来计算水平OB钳位校正量。与第二实施例不同，不需要考虑了各组成元件的增益的系数α，因为在此使用数字计算来执行水平OB钳位处理。
水平OB钳位校正计算单元403的输出信号(偏置补偿信号)Hda′(i)由下面的等式(4)表示：
Hda′(i)＝β′*(Dhob-Dcp)+Hda′(i-1)
(如果(Dhob-Dcp)＜Dmax′)
Hda′(i)＝β′*Dmax′+Hda′(i-1)
(如果(Dhob-Dcp)≥Dmax′) (4)
减法器404从依次从数据寄存器112读出的列的数据中减去Hda′(i)。从而从一行的所有数据中减去相同的Hda′(i)。从而实现水平OB钳位操作。从输出端(OUT)114依次输出减法器404的结果。
如上所述，与第二实施例相似，除通过利用垂直OB执行钳位处理来确保动态范围以外，第三实施例还能够在通过执行水平OB钳位而校正摄像元件的垂直遮光之后执行输出。
与第二实施例相似，可以在水平方向上限制在水平OB电平检测单元401的计算中所使用的区域。另外，各行的水平OB电平的计算并不限于平均。可以使用任何方法，只要它是基于水平OB的像素数据的，其例子包括计算中值或加权平均值。
在前述说明中，对具有垂直OB或水平OB的所有行垂直地执行OB钳位操作，但是可以限制区域，使得对某些行不实施OB钳位操作。
在前面的实施例中，将遮光像素排列成从行1到行m，或者排列成从行1到行m以及列1和2。但是，并非必须以这种方式排列遮光像素。可以使用遮光像素的任何排列，并且在最小情况下可以只使用一个遮光像素。但是，优选地应该有适当数量的遮光像素，以通过遮光像素的平均(或者使用任何处理)来获得可靠结果。优选地还应该至少在像素阵列的垂直和水平方向上分布遮光像素，以使能够将由像素位置而导致的变化考虑进去。这样的变化可能是由制造变化和/或诸如横过像素阵列的电压和温度变化的操作变化而导致的。
在前面的实施例中，对各像素列所执行的处理包括放大和模数转换。但是，本发明并不限于这样的处理。本发明可应用于任何具有多个相似的信号处理电路的摄像装置，每个信号处理电路对应于不同的像素列，并且每个信号处理电路用于接收对应列的至少有效像素的各输出信号，并对所接收到的输出信号应用预定处理，以生成依赖于输出信号的处理后的信号。例如，可以将由本发明所执行的补偿有效地应用于具有有限动态范围的任何信号处理电路。
在前面的实施例中，通过包括用于垂直OB的电平检测单元和钳位校正计算单元的反馈控制单元200，或者通过包括用于垂直OB的各单元以及用于水平0B的其他单元的反馈控制单元400或者500，来执行补偿。但是，这些仅仅是示例构成。本发明的实施例可以使用为两个或更多个不同的像素列共同配置的任何合适形式的补偿电路，以向与该两个或更多个不同的像素列相对应的各信号处理部提供依赖于至少一个遮光像素的输出信号的补偿信号。
在前面的实施例中，所补偿的主要误差与图像传感器的暗电流以及信号处理电路的模拟部分的偏置误差有关。但是，可以使用本发明的补偿技术来补偿图像传感器和/或信号处理电路中的任何合适的误差。
在前面的实施例中，为所有的像素列共同配置一个补偿电路(反馈控制单元)的实例。但是，也可以提供两个或更多个补偿电路实例，每个实例均配置为共同用于两个或更多个不同的像素列。这样的“共享”补偿电路的布置还使得与每个像素列具有一个补偿电路的实例的布置相比，节约了芯片面积。
本发明的一个实施例可以提供一种摄像设备，该摄像设备包括：摄像单元，具有所排列的均包括光电转换单元的多个像素、光入射在所排列的所述像素的所述光电转换单元上的有效像素区、以及所排列的所述像素的所述光电转换单元被遮挡的遮光像素区；多个模数转换单元，一对一地连接到所排列的所述像素的各列；反馈控制单元，用于对所述多个模数转换单元中的每个模数转换单元的输入侧相同地输出偏置补偿信号，所述偏置补偿信号用于补偿基准值与从所述多个模数转换单元中的至少一个模数转换单元输出的所述遮光像素区的输出信号之间的误差量；以及多个偏置补偿单元，一对一地布置在所述多个模数转换单元中的每个模数转换单元的输入侧，用于通过从所述有效像素区的输出信号中减去所述反馈控制单元的输出信号，来对偏置进行补偿。
本发明的另一实施例可以提供一种摄像设备，该摄像设备包括：摄像单元，具有排列成多行并且均包括光电转换单元的像素、光入射在排列成多行的所述像素的所述光电转换单元上的有效像素区、在所述有效像素区中的第一读出线之前读出并且其中排列成多行的所述像素的所述光电转换单元被遮挡的第一遮光像素区、以及包括与所述有效像素区共用的读出线并且其中排列成多行的所述像素的所述光电转换单元被遮挡的第二遮光像素区；多个模数转换单元，一对一地连接到排列成多行的所述像素的各列；反馈控制单元，用于对所述多个模数转换单元中的每个模数转换单元的输入侧相同地输出偏置补偿信号，所述偏置补偿信号用于补偿基准值与来自所述多个模数转换单元中的至少一个模数转换单元的输出信号之间的误差量；以及多个偏置补偿单元，一对一地布置在所述多个模数转换单元中的每个模数转换单元的输入侧，用于通过从自所述像素读出的摄像信号中减去所述反馈控制单元的输出信号，来对偏置进行补偿，其中，当读出所述第一遮光像素区时，所述反馈控制单元将第一偏置补偿信号输出到所述多个偏置补偿单元中的每个偏置补偿单元的输入，以及当读出所述第二遮光像素区和所述有效像素区时，所述反馈控制单元保持读出所述第一遮光像素区时的所述第一偏置补偿信号，将所保持的所述第一偏置补偿信号与第二偏置补偿信号相加，并将所生成的信号输出到所述多个偏置补偿单元中的每个偏置补偿单元的输入，其中，所述第一偏置补偿信号用于补偿所述基准值与来自所述多个模数转换单元中的至少一个模数转换单元的输出信号之间的误差量，所述第二偏置补偿信号用于补偿所述基准值与来自所述多个模数转换单元中的至少一个模数转换单元的输出信号之间的误差量。
本发明的另一实施例可以提供一种摄像设备，该摄像设备包括：摄像单元，具有排列成多行并且均包括光电转换单元的像素、光入射在排列成多行的所述像素的所述光电转换单元上的有效像素区、在所述有效像素区中的第一读出线之前读出并且其中排列成多行的所述像素的所述光电转换单元被遮挡的第一遮光像素区、以及包括与所述有效像素区共用的读出线并且其中排列成多行的所述像素的所述光电转换单元被遮挡的第二遮光像素区；多个模数转换单元，一对一地连接到排列成多行的所述像素的各列；反馈控制单元，用于对所述多个模数转换单元中的每个模数转换单元的输入侧相同地输出偏置补偿信号，所述偏置补偿信号用于补偿基准值与来自所述多个模数转换单元中的至少一个模数转换单元的输出信号之间的误差量；多个第一偏置补偿单元，一对一地布置在所述多个模数转换单元中的每个模数转换单元的输入侧，用于通过从自所述像素读出的摄像信号中减去所述反馈控制单元的输出信号，来对偏置进行补偿；以及第二偏置补偿单元，布置在所述多个模数转换单元的输出侧，用于通过从所述多个模数转换单元中的每个模数转换单元的输出信号中减去所述反馈控制单元的输出信号，来对偏置进行补偿，其中，所述反馈控制单元，当读出所述第一遮光像素区时，将第一偏置补偿信号输出到所述多个第一偏置补偿单元中的每个第一偏置补偿单元的输入，所述第一偏置补偿信号用于补偿所述基准值与来自所述多个模数转换单元中的至少一个模数转换单元的输出信号之间的误差量，以及当读出所述第二遮光像素区和所述有效像素区时，保持所述第一偏置补偿信号，将所保持的所述第一偏置补偿信号输出到所述多个第一偏置补偿单元中的每个第一偏置补偿单元的输入，并向所述第二偏置补偿单元输出第二偏置补偿信号，所述第二偏置补偿信号用于补偿所述基准值与来自所述多个模数转换单元中的至少一个模数转换单元的输出信号之间的误差量。
虽然已经参考示例性实施例对本发明进行了说明，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围符合最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同结构和功能。
Claims (17)
1.一种摄像装置，包括：
摄像部，具有排列成行和列的像素的阵列，所述阵列中的每个所述像素均用于依赖于入射在该像素上的光来生成电输出信号，所述阵列中的所述像素包括入射光被遮挡的一个或更多个遮光像素，并且还包括入射光未被遮挡的有效像素；
多个信号处理部，每个所述信号处理部对应于不同像素列，并用于接收对应列中的至少所述有效像素的各个输出信号，并对所接收到的所述输出信号应用预定处理，以生成依赖于所接收到的信号的处理后的信号；以及
补偿部，由两个或更多个不同像素列共享，用于向与所述两个或更多个不同像素列相对应的各个所述信号处理部提供依赖于至少一个所述遮光像素的输出信号的补偿信号，以对所述摄像部和/或所述信号处理部中的误差进行补偿。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，所述输出信号是模拟信号，所述预定处理包括模数转换。
3.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于，与所述两个或更多个不同像素列中的各个像素列相对应的所述信号处理部包括处理电路和输入电路，其中，所述处理电路用于接收输入信号，并对所述输入信号应用至少部分所述预定处理，所述输入电路被连接用于接收所述输出信号和所述补偿信号之一，并从所接收到的所述输出信号和所述补偿信号提取所述输入信号，以减小由于所述误差而导致的所述处理电路的动态范围的限制。
4.根据权利要求3所述的摄像装置，其特征在于，所述补偿部包括反馈部，所述反馈部用于依赖于所述处理电路的输出来改变所述补偿信号。
5.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于，所述补偿部用于利用与至少一个像素列相对应的所述信号处理部来生成所述补偿信号。
6.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于，所述补偿信号依赖于属于至少两个不同列的所述遮光像素的各个所述输出信号。
7.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于，所述补偿信号依赖于属于至少两个不同行的所述遮光像素的各个所述输出信号。
8.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于，所述像素的至少一行是所有所述像素都是所述遮光像素的遮光行。
9.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于，所述像素的至少一列是所有所述像素都是所述遮光像素的遮光列。
10.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于，所述像素的至少一行是所有所述像素都是所述遮光像素的遮光行，所述像素的至少一列是所有所述像素都是所述遮光像素的遮光列，所述补偿部具有第一补偿电路和第二补偿电路，其中，所述第一补偿电路用于生成依赖于所述遮光行的各个所述输出信号的第一补偿信号，所述第二补偿电路用于生成依赖于所述遮光列的各个所述输出信号的第二补偿信号。
11.根据权利要求10所述的摄像装置，其特征在于，还包括调整部，所述调整部被连接用于接收由所述信号处理部生成的所述处理后的信号，并利用所述第二补偿信号来生成与所接收到的所述处理后的信号相对应的调整后的信号。
12.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于，还包括扫描部，所述扫描部用于以预定扫描顺序逐个地扫描像素列中的所述像素，至少一个像素列包括所述遮光像素和所述有效像素，所述遮光像素和所述有效像素被布置成当所述扫描部以所述预定扫描顺序扫描该列中的所述像素时，在各个所述有效像素的所述输出信号之前，所述信号处理部接收所述遮光像素或者各个所述遮光像素的所述输出信号。
13.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于，所述摄像装置是在一个衬底上形成的。
14.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于：
每个所述像素均包括光电转换单元，所述像素的所述阵列包括光入射在所排列的所述像素的所述光电转换单元上的有效像素区以及所排列的所述像素的所述光电转换单元被遮挡的遮光像素区；以及
所述摄像装置还包括：
多个模数转换单元，每个所述模数转换单元形成所述多个信号处理部中的不同信号处理部的一部分；
反馈控制单元，用于对所述多个模数转换单元中的每个模数转换单元的输入侧相同地输出偏置补偿信号，所述偏置补偿信号用于补偿基准值与从所述多个模数转换单元中的至少一个模数转换单元输出的所述遮光像素区的输出信号之间的误差量；以及
多个偏置补偿单元，一对一地布置在所述多个模数转换单元中的每个模数转换单元的输入侧，用于通过从所述有效像素区的输出信号中减去所述反馈控制单元的输出信号，来对偏置进行补偿。
15.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于：
每个所述像素均包括光电转换单元，所述像素的所述阵列包括光入射在排列成多行的所述像素的所述光电转换单元上的有效像素区、在所述有效像素区中的第一读出线之前读出并且其中排列成多行的所述像素的所述光电转换单元被遮挡的第一遮光像素区、以及包括与所述有效像素区共用的读出线并且其中排列成多行的所述像素的所述光电转换单元被遮挡的第二遮光像素区；以及
所述摄像装置还包括：
多个模数转换单元，每个所述模数转换单元形成所述多个信号处理部中的不同信号处理部的一部分；
反馈控制单元，用于对所述多个模数转换单元中的每个模数转换单元的输入侧相同地输出偏置补偿信号，所述偏置补偿信号用于补偿基准值与来自所述多个模数转换单元中的至少一个模数转换单元的输出信号之间的误差量；以及
多个偏置补偿单元，一对一地布置在所述多个模数转换单元中的每个模数转换单元的输入侧，用于通过从自所述像素读出的摄像信号中减去所述反馈控制单元的输出信号，来对偏置进行补偿，
其中，当读出所述第一遮光像素区时，所述反馈控制单元将第一偏置补偿信号输出到所述多个偏置补偿单元中的每个偏置补偿单元的输入，以及当读出所述第二遮光像素区和所述有效像素区时，所述反馈控制单元保持读出所述第一遮光像素区时的所述第一偏置补偿信号，将所保持的所述第一偏置补偿信号与第二偏置补偿信号相加，并将所生成的信号输出到所述多个偏置补偿单元中的每个偏置补偿单元的输入，其中，所述第一偏置补偿信号用于补偿所述基准值与来自所述多个模数转换单元中的至少一个模数转换单元的输出信号之间的误差量，所述第二偏置补偿信号用于补偿所述基准值与来自所述多个模数转换单元中的至少一个模数转换单元的输出信号之间的误差量。
16.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于：
每个所述像素均包括光电转换单元，所述像素的所述阵列包括光入射在排列成多行的所述像素的所述光电转换单元上的有效像素区、在所述有效像素区中的第一读出线之前读出并且其中排列成多行的所述像素的所述光电转换单元被遮挡的第一遮光像素区、以及包括与所述有效像素区共用的读出线并且其中排列成多行的所述像素的所述光电转换单元被遮挡的第二遮光像素区；以及
所述摄像装置还包括：
多个模数转换单元，每个所述模数转换单元形成所述多个信号处理部中的不同信号处理部的一部分；
反馈控制单元，用于对所述多个模数转换单元中的每个模数转换单元的输入侧相同地输出偏置补偿信号，所述偏置补偿信号用于补偿基准值与来自所述多个模数转换单元中的至少一个模数转换单元的输出信号之间的误差量；
多个第一偏置补偿单元，一对一地布置在所述多个模数转换单元中的每个模数转换单元的输入侧，用于通过从自所述像素读出的摄像信号中减去所述反馈控制单元的输出信号，来对偏置进行补偿；以及
第二偏置补偿单元，布置在所述多个模数转换单元的输出侧，用于通过从所述多个模数转换单元中的每个模数转换单元的输出信号中减去所述反馈控制单元的输出信号，来对偏置进行补偿，
其中，所述反馈控制单元，
当读出所述第一遮光像素区时，将第一偏置补偿信号输出到所述多个第一偏置补偿单元中的每个第一偏置补偿单元的输入，所述第一偏置补偿信号用于补偿所述基准值与来自所述多个模数转换单元中的至少一个模数转换单元的输出信号之间的误差量，以及
当读出所述第二遮光像素区和所述有效像素区时，保持所述第一偏置补偿信号，将所保持的所述第一偏置补偿信号输出到所述多个第一偏置补偿单元中的每个第一偏置补偿单元的输入，并向所述第二偏置补偿单元输出第二偏置补偿信号，所述第二偏置补偿信号用于补偿所述基准值与来自所述多个模数转换单元中的至少一个模数转换单元的输出信号之间的误差量。
17.一种摄像系统，包括：
用于形成被摄体图像的光学系统；以及
根据权利要求1或2所述的摄像装置。
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