CN101715084A - 固态成像器件、成像设备和ad转换增益调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了固态成像器件、成像设备和AD转换增益调节方法。该固态成像器件包括：像素单元，其中输出处理目标信号的多个单位像素被排列在水平方向上，并且多条扫描线的布线使得在水平方向上多个单位像素的阵列的重复单位内、可在垂直方向上按顺序读出处理目标信号；包括比较单元和计数器单元的AD转换单元，比较单元比较参考信号与处理目标信号，计数器单元执行计数操作，AD转换单元基于计数器单元的输出数据执行AD转换处理；以及驱动控制单元，它执行控制以在垂直方向上按顺序读出处理目标信号，并且控制参考信号生成单元和AD转换单元，使得AD转换增益被分别调节，以校正在AD转换处理期间、重复单位内的输出幅度特性差异。

Description

固态成像器件、成像设备和AD转换增益调节方法

技术领域

本发明涉及固态成像器件、成像设备和AD转换增益调节方法。

背景技术

例如，在视频设备的领域中，使用了检测物理量中的光(电磁波的例子)的CCD(电荷耦合器件)、MOS(金属氧化物半导体)或者CMOS(互补金属氧化物半导体)固态成像器件。这些固态成像器件读出作为电信号的、被单位元件(固态成像器件中的像素)转换为电信号的物理量分布。

还有一种放大固态成像器件，其包括放大固态成像元件(APS：有源像素传感器/也称为增益单元)结构的像素，该结构具有用于在像素信号生成单元中进行放大的驱动晶体管，像素信号生成单元生成与由电荷生成单元生成的信号电荷相对应的像素信号。例如，大多数CMOS固态成像器件具有这样的结构。

例如，在X-Y地址型固态成像器件(其中多个单位像素排列为矩阵形状)中，为了对像素施加放大功能，利用MOS结构的有源元件(MOS晶体管)等构成像素。具体而言，累积在用作光电转换元件的光电二极管中的信号电荷(光电子)被有源元件放大并被读出为图像信息。例如，大量的像素晶体管排列为二维矩阵形状以构成像素单元。每一行或每个像素开始与入射光相对应的信号电荷的累积。根据地址指定按顺序从像素读出基于所累积的信号电荷的电流或电压信号。

在MOS(包括CMOS)固态成像器件中，作为地址控制的例子，经常使用一种列读出系统(列平行输出系统)，该系统用于同时访问一行的所有像素并以行为单位从像素单元读出像素信号。从像素单元读出的一行的模拟像素信号可以被模数转换器(AD转换器/ADC)转换为数字数据。提出了用于AD转换的各种机制。

作为AD转换系统，从电路大小、处理速度(速度增大)、分辨率等角度设计了各种系统。例如，存在一种参考信号比较型的AD转换系统(参见JP-A-2007-60671和JP-A-2007-60080)。参考信号比较型也称为斜坡积分型、斜坡信号比较型等等。

在参考信号比较型的AD转换系统中，值渐变的参考信号(斜坡)被用于电压比较以将模拟数据转换为数字数据。模拟单位信号和参考信号被相互比较。基于通过基于比较处理结果在计数操作有效时段中执行计数处理而获得的计数值来获取单位信号的数字数据。在通过将参考信号比较型的AD转换系统与列读出系统相组合而获得的系统(称为列AD系统)中，来自像素的模拟输出可以以列平行方式经受低频带的AD转换。这适合于实现高图像质量和高速度的图像传感器。

发明内容

然而，在JP-A-2007-60671和JP-A-2007-60080公开的机制中，需要用于生成并提供根据颜色具有不同梯度的信号的单独电路结构以解决彩色图像拍摄期间的颜色调节。结果，电路尺寸增大，这引起了问题。

因此，希望提供一种可以在参考信号比较型的AD转换期间执行增益调节以校正单位像素之间的输出幅度特性差异，同时减少电路尺寸增大的问题的机制。

根据本发明的一个实施例，提供了一种AD转换增益调节的机制，其中比较单元将具有渐变的电平的参考信号与模拟处理目标信号相比较，并且计数器单元接收用于AD转换的计数时钟的供给并且基于比较结果在计数操作有效时段中执行计数操作。AD转换单元执行参考信号比较型的AD转换处理。

在该机制中，关于像素单元，假定输出模拟处理目标信号的多个单位像素排列在水平方向上，并且多条扫描线的布线使得在水平方向上多个单位像素的阵列的重复单位内、可以在垂直方向上按顺序读出处理目标信号。

首先，驱动控制单元执行控制以在像素单元的水平方向上的多个单位像素的阵列的重复单位内、在垂直方向上按顺序读出处理目标信号。另外，驱动控制单元分别调节从参考信号生成单元提供的参考信号的梯度和/或用于AD转换的计数时钟的频率，以校正各处理目标信号的AD转换处理期间、重复单位内的多个单位像素之间的输出幅度特性差异。具体而言，驱动控制单元分别调节相对于参考信号的每单位时间的电压改变量的、计数器侧上的计数时钟的数目。这样，驱动控制单元分别调节指示相对于处理目标信号的计数器单元的输出数据的大小的AD转换增益。

在这种机制中，不仅在垂直方向上，而且在水平方向(行方向)上，针对水平方向上多个单位像素的阵列的每个重复单位，在垂直方向上按顺序读出处理目标信号。根据处理目标信号的读出，分别调节参考信号的梯度和用于AD转换的计数时钟的频率，从而分别调节AD转换增益。因此，即使在单位像素之间存在输出幅度特性差异，该特性差异也被校正。

即使当在水平方向上多个单位像素的阵列的重复单位内分别调节参考信号的梯度时，也只需要提供用于生成并提供参考信号的一个电路结构。即使当在水平方向上多个单位像素的阵列的重复单位内分别调节计数时钟的频率时，也只需要提供用于生成并提供计数时钟的一个电路结构。

应用了用于AD转换增益调节的机制的器件例如被应用于固态成像器件。固态成像器件可以被形成为一个芯片，或者可以被形成为具有成像功能的模块，其中成像单元和信号处理单元或者光学系统被集中封装。该器件不仅可以应用于固态成像器件，还可以应用于成像设备。在成像设备中可以获得与固态成像器件中相同的效果。成像设备例如指具有成像功能的相机(或相机系统)和便携式设备。“成像”不仅包括在正常相机拍照期间对图像的拍照，还包括更宽意义上的指纹检测。

根据实施例，可以分别执行参考信号比较型的AD转换增益调节以校正单位像素之间的输出幅度特性差异，同时减少电路尺寸增大的问题。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的CMOS固态成像器件的示意图；

图2A是用在根据第一实施例的固态成像器件中的参考信号生成单元的DA转换单元的配置例子的示意图；

图2B示出了用于说明参考信号比较型的AD转换处理中的AD转换增益的示意图；

图3A是关注于AD转换处理和CDS处理的根据第一实施例的固态成像器件的简单电路图；

图3B是用于说明根据第一实施例的固态成像器件中的AD转换处理的时序图；

图3C是用于说明根据第一实施例的固态成像器件的关注于AD转换增益调节的AD转换处理的时序图；

图4A是用于说明根据第一实施例的固态成像器件中关注于第一例子的白平衡调节操作的AD转换处理的时序图；

图4B是用于说明根据第一实施例的固态成像器件中关注于第二例子的白平衡调节操作的AD转换处理的时序图；

图4C示出了用于说明应用在第一实施例的第三例子中的分色滤波器的颜色阵列的示意图；

图4D是用于说明根据第一实施例的固态成像器件中关注于第三例子的白平衡调节操作的AD转换处理的时序图；

图5A是根据本发明第二实施例的CMOS固态成像器件的示意图；

图5B是用于说明根据第二实施例的固态成像器件中关注于白平衡调节操作的AD转换处理的时序图；

图6A是根据本发明第三实施例的CMOS固态成像器件的示意图；

图6B是用于说明根据第三实施例的固态成像器件中关注于白平衡调节操作的AD转换处理的时序图；

图7A是根据本发明第四实施例的CMOS固态成像器件的示意图；

图7B示出了根据第四实施例的固态成像器件中包括的单位像素群组的组件的布置布局例子的示意图；

图7C是单位像素群组以及驱动单元、驱动控制线和像素晶体管之间的连接形式的电路配置例子的示意图；

图7D示出了用于说明具有图7A至7C所示的像素共享结构的固态成像器件中的彩色成像的示意图；

图7E是用于说明根据第四实施例的固态成像器件中关注于AD转换增益调节操作的AD转换处理的时序图；以及

图8是根据本发明第五实施例的成像设备的示意图。

具体实施方式

下面参考附图详细说明本发明的实施例。当要根据实施例区分功能元件时，功能元件由附有诸如A、B和C之类的大写字母的标号表示。当不根据实施例区分功能元件时，标号被省略。附图同样如此。

在下面说明的例子中，CMOS固态成像器件被用作器件。除非特别指出，否则在CMOS固态成像器件中，假定所有单位像素都包括nMOS晶体管(n沟道MOS晶体管)并且信号电荷为负电荷(电子)。然而，这仅仅是一个例子。目标器件并不限于MOS固态成像器件。单位像素可包括pMOS晶体管(p沟道MOS晶体管)。信号电荷可以是正电荷(空穴)。

按下面的顺序进行说明：

1.根据第一实施例的固态成像器件(在对参考信号的梯度调节中，为每个分色滤波器阵列提供了增益调节/AD转换单元)

2.根据第二实施例的固态成像器件(在对参考信号的梯度调节中，为每个单位像素提供了增益调节/AD转换单元)

3.根据第三实施例的固态成像器件(用于AD转换的时钟频率调节中的增益调节)

4.根据第四实施例的固态成像器件(在对参考信号的梯度调节中，为每个单位像素提供了增益调节/AD转换单元)

5.根据第五实施例的成像设备

1.根据第一实施例的固态成像器件

图1是根据本发明第一实施例的CMOS固态成像器件(CMOS图像传感器)的示意图。

根据第一实施例的固态成像器件1A包括像素单元10，在像素单元10中，多个单位像素3以二维矩阵形状排列。像素单元10可应用于彩色成像。具体而言，在像素单元10中的电荷生成单元的入射电磁波(在该例子中是光)的光接收表面上，提供了多个分色滤波器(包括用于摄取彩色图像的多种颜色的滤色器的组合)中的任何一个。

在附图所示的例子中，使用了拜耳(Bayer)阵列的基本滤色器。分色滤波器的重复单位以2×2像素排列以形成像素单元10，使得按方点阵形状排列的单位像素3对应于三种颜色R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)的滤色器。在行方向上，与R相邻的G被表示为Gr，并且与B相邻的G被表示为Gb。

用于感测第一颜色(红色；R)的第一颜色像素被布置在奇数行×奇数列中。用于感测第二颜色(绿色；Gr)的第二颜色像素被布置在奇数行×偶数列中。用于感测第三颜色(绿色；Gb)的第三颜色像素被布置在偶数行×奇数列中。用于感测第四颜色(蓝色；B)的第四颜色像素被布置在偶数行×偶数列中。第二颜色(绿色；Gr)和第三颜色(绿色；Gb)是相同颜色G。因此，在根据第一实施例的固态成像器件1A中，由于用于两种不同颜色R和Gr或者Gb和B的颜色像素是以棋盘图案在每一行布置的，因此像素单元10可应用于彩色成像。这种拜耳阵列的基本滤色器的颜色阵列在行方向和列方向上每隔两种颜色R和Gr或者Gb和B进行重复。

在图1中，省略了一部分行和列以简化说明。然而，实际上，数十至数千的单位像素3排列在多行和多列上。如后面将说明的，除了作为光接收元件(电荷生成单元)的光电二极管(它是检测单元的例子)以外，每个单位像素3都还包括例如具有三或四个晶体管的像素内放大器，这些晶体管用于电荷转移、复位、放大等等。像素信号电压Vx被从单位像素3输出。

在垂直信号线19的像素信号电压Vx中，按时间顺序，信号电平Ssig在在复位电平Srst(表示复位分量Vrst)之后出现，该复位电平Srst包括用作参考电平的像素信号的噪声。信号电平Ssig是通过将信号分量Vsig加上复位电平Srst而获得的电平。信号分量Vsig是根据Ssig(＝Srst+Vsig)-Srst而获得的。

固态成像器件1A还包括列AD处理单元26，在列AD处理单元26中，执行CDS(相关双采样)处理功能和数字转换功能的AD转换单元250以列平行方式设置。在列AD处理单元26内的AD转换处理过程中，同时执行对复位电平和信号电平的AD转换结果的差分处理，从而执行数字域中的CDS处理。

固态成像器件1A还包括驱动控制单元7、向单位像素3提供用于像素信号读出的工作电流(读出电流)的读出电流源单元24、向列AD处理单元26提供用于AD转换的参考信号SLPadc的参考信号生成单元27以及输出单元28。在图中，参考信号生成单元27被设置在固态成像器件1中。然而，参考信号生成单元27也可设置在固态成像器件1的外部。

驱动控制单元7包括水平扫描单元12(列扫描电路)和垂直扫描单元14(行扫描电路)，单元12和14用于实现用于顺序读出像素单元10和通信/时序控制单元20的信号的控制电路功能。水平扫描单元12指定应当在数据传输操作期间读出的数据的列位置。

尽管未在图中示出，但是水平扫描单元12包括控制列地址和列扫描的水平地址设置单元和水平驱动单元。尽管未在图中示出，但是垂直扫描单元14包括控制行地址和行扫描的垂直地址设置单元和垂直驱动单元。水平扫描单元12和垂直扫描单元14响应于从通信/时序控制单元20给出的控制信号CN_1和CN_2来开始对一行和一列的选择操作(扫描)。

单位像素3经由用于行选择的行控制线15连接到垂直扫描单元14，并且经由垂直信号线19连接到为列AD处理单元26的各条垂直信号线19提供的AD转换单元250。行控制线15指示从垂直扫描单元14进入单位像素3的导线。

垂直扫描单元14选择像素单元10的一行并且向该行提供必要的脉冲。除了从其读出信号的一行(读出行：也称为选择行和信号输出行)以外，垂直扫描单元14的垂直地址设置单元还选择用于电子快门(electric shutter)等的一行。

通信/时序控制单元20包括时序发生器的功能单元(读出地址控制设备的例子)，该功能单元向设备中的单元(扫描单元12和14以及列AD处理单元26)提供与经由端子5a输入的主时钟CLK0同步的时钟。另外，通信/时序控制单元20包括通信接口的功能单元。通信接口的功能单元经由端子5a从外部主控制单元接收主时钟CLK0，经由端子5b从外部主控制单元接收用于命令操作模式等的数据，并且向外部主控制单元输出包括关于固态成像器件1A的信息的数据。

例如，通信/时序控制单元20包括具有利用PLL(锁相环)电路等生成内部时钟的功能的时钟转换单元20a以及具有通信功能和用于控制各单元的功能的系统控制单元20b。时钟转换单元20a包含乘法电路，该乘法电路基于经由端子5a输入的主时钟CLK0来生成具有比主时钟CLK0的频率更快的频率的脉冲。时钟转换单元20a生成诸如计数时钟CKcnt1和计数时钟CKdac1之类的内部时钟。

输出单元28包括传感放大器28a(S·A)和接口单元28b(IF单元)，传感放大器28a检测水平信号线18上的信号(它是数字数据，但是幅度很小)，该信号是用于数据传输的信号线(传输线)，接口单元28b执行固态成像器件1A和外部之间的接口功能。接口单元28b的输出连接到输出端子5c。视频数据被输出到后级电路。在输出单元28中，可以在传感放大器28a和接口单元28b之间设置执行各种数字操作处理的数字算术单元29。

第一实施例采用这样一种系统来进行按颜色的增益调节，该系统用于在行方向上按顺序读出具有相同颜色的颜色信息的每个像素信号电压Vx，并且根据列AD系统将像素信号电压Vx转换为数字数据，而不是如同过去的列AD系统中那样同时读出像素信号电压Vx。对于该系统而言，首先，像素单元10包括用于相同颜色的每个单位像素3的行控制线15。

关于像素单元10和列AD处理单元26之间的连接关系，在第一实施例中，针对分色滤波器的行方向上的每个重复单位，像素信号电压Vx经由一条垂直信号线19被提供到列AD处理单元26。“针对分色滤波器的行方向上的每个重复单位”在下文中被称为“针对每个分色滤波器阵列”。

例如，当使用用于R、Gr、Gb和B的滤色器以拜耳阵列排列的分色滤波器时，在奇数行中，设置了用于R的多条行控制线15_R(它们共同连接到多行中用于R的所有单位像素3)和用于Gr的多条行控制线15_Gr(它们共同连接到多行中用于Gr的所有单位像素3)。在偶数行中，设置了用于Gb的多条行控制线15_Gb(它们共同连接到多行中用于Gb的所有单位像素3)和用于B的多条行控制线15_B(它们共同连接到多行中用于B的所有单位像素3)。

对于单位像素3的两列(两个垂直列)，即，对于每个分色滤波器阵列，像素信号电压Vx经由垂直信号线19被提供到列AD处理单元26的AD转换单元250。与后面将说明的第二实施例相比，存在AD转换单元250的数目可以减半的优点。另一方面，必须按行的顺序读出用于R和Gr(在奇数行的情况下)以及Gb和B(在偶数行的情况下)的像素信号电压Vx。因此，当帧率与过去不应用第一实施例的结构相同时，必须以正常速度两倍的速度执行垂直扫描驱动(双倍速度驱动)。

列AD电路和参考信号生成单元的细节

作为AD转换系统，从电路大小、处理速度(速度增大)、分辨率等等的角度可以设想各种系统。在该实施例中，采用了参考信号比较型的AD转换系统。该方法具有以下特性，由于AD转换器可以利用简单结构实现，因此即使并行设置AD转换器，电路大小也不会增加。在参考信号比较型的AD转换中，基于从转换开始(比较处理开始)到转换结束(比较处理结束)的时间来确定计数操作有效时段Ten。基于该时段中的时钟数目来将处理目标数据转换为数字数据。指示计数操作有效时段Ten的信号被表示为计数使能信号EN。

当采用参考信号比较型的AD转换系统时，还可设想以列平行方式(在该实施例中，针对每个分色滤波器阵列)提供参考信号生成单元27。例如，在每个像素列中设置比较器和参考信号发生器，并且基于列中比较器的比较结果，通过与比较器相对应的列中的参考信号发生器来顺序改变参考信号的值。然而，利用该配置，电路大小和功耗增大。因此，在该实施例中，参考信号生成单元27在所有列中是共用的。用于每个分色滤波器阵列的AD转换单元250共享从参考信号生成单元27生成的参考信号SLPadc。

因此，参考信号生成单元27包括DA转换单元270(DAC；数模转换器)。DA转换单元270根据由来自通信/时序控制单元20的控制数据CN_4指示的初始值来与计数时钟CKdac1同步地生成参考信号SLPadc，该参考信号SLPadc具有由控制数据CN_4指示的梯度(改变速率)。计数时钟CKdac1可以与用于计数器单元254的计数时钟CKcnt1相同。参考信号SLPadc只要具有在整体上随某一梯度线性改变的波形即可。该改变可以是平滑斜坡状变化或者是阶梯状顺序变化。

在参考信号比较型的AD转换中，计数操作有效时段Ten是基于比较单元252进行的参考信号SLPadc和像素信号电压Vx的比较结果确定的。模拟处理目标信号(像素信号电压Vx)基于在计数使能信号EN活动的时段中的计数时钟的时钟数目被转换为数字数据。

关于复位电平Srst的处理被称为预充电阶段的处理(可以简称为P阶段)。关于信号电平Ssig的处理被称为数据阶段的处理(可以简称为D阶段)。当在P阶段的处理之后执行D阶段的处理时，D阶段的处理是关于信号电平Ssig的处理，该信号电平Ssig是通过将信号分量Vsig加上复位电平Srst而获得的。

作为确定计数操作有效时段Ten的方法，由于涉及在AD转换单元250中执行的P阶段电平和D阶段电平之间的差分处理，因此可以设想各种方法。例如，一般而言，可以采用第一处理例子，其中在这两个阶段的处理期间，计数开始被设在参考信号SLPadc的变化起始点，而计数结束被设在当参考信号SLPadc和处理目标信号电平彼此一致时的点(实际上，是当参考信号SLPadc和处理目标信号电压彼此相交时的点)。这是一种用于在P阶段和D阶段两者中的AD转换处理期间在相对于比较输出Co的改变点的前半段中执行计数的系统(称为前半段计数系统)。

在P阶段和D阶段的计数处理中，为了获取一个像素的信号分量Vsig的数字数据Dsig，当通过切换向下计数操作和向上计数操作来启动计数器时，这是有效的，因为可以同时实现CDS处理。当在P阶段处理中获得的信号电平Ssig的数字数据被表示为Drst并且信号分量Vsig的数字数据被表示为Dsig时，在D阶段处理中获得的数字数据是Drst+Dsig。当在P阶段和D阶段中计数模式被设为不同时，在D阶段处理之后自动获取Drst+Dsig-Drst＝Dsig(或其负值)的操作结果。

作为第一处理例子的修正，可以采用用于在P阶段和D阶段两者中的AD转换处理期间在相对于比较输出Co的改变点的后半段中执行计数的系统(下文中称为后半段计数系统)。可以采用通过使计数模式不同、同时保持计数操作有效时段Ten相同来实现P阶段和D阶段中的差分处理的系统(后半段计数系统)。

在两个阶段的处理中，还可以采用用于改变确定计数操作有效时段Ten的方法的第二处理例子。在这些阶段之一的处理中，计数开始被设在参考信号SLPadc的改变起始点，并且计数结束被设在当参考信号SLPadc和处理目标信号电压彼此一致时的点。在另一阶段的处理中，计数开始被设在当参考信号SLPadc和处理目标信号电压彼此一致时的点，并且计数结束被设定在当在计数中计数数目达到规定计数数目时的点(典型地，当计数达到最大AD转换时段时的点)。这是这样一种方法：在P阶段和D阶段之一中的AD转换处理期间在相对于比较输出Co的改变点的前半段中执行计数，并且在P阶段和D阶段的另一个中的AD转换处理期间在相对于比较输出Co的改变点的后半段中执行计数(称为前半段和后半段计数系统)。

后半段计数的思想利用了这样一个特性，即当整个范围中的数字数据被表示为Dm并且像素信号电压Vx的数字数据被表示为Dx时，在后半段计数中获得的数据是Dm-Dx(即，Dx的补)。前半段和后半段计数系统利用了该特性和在前半段计数中获得的数据的特性(实数)。在这种情况下，在P阶段和D阶段的计数处理中，计数器只需要运行在向下计数操作和向上计数操作之一中。在这种情况下，也可以同时实现CDS处理。

具体而言，当P阶段处理期间的初始值被表示为Dini时，在P阶段处理中获得的数字数据是Dini±Drst。之后在D阶段处理中获得的数字数据是{(Dini±Drst)±(Dm-(Dsig+Drst))}。“±”取决于计数模式，并且在向上模式期间为“+”，在向下模式期间为“-”。在向上模式期间，通过将Dini设为-Dm，在D阶段处理之后自动获得了-Dsig。在向下模式期间，通过将Dini设为Dm，在D阶段处理之后自动获得了Dsig。

作为一种构思，还可以设想采用第三处理例子，该例子用于独立地存储P阶段处理结果和D阶段处理结果，并且在AD转换单元250的后级(例如，在数字算术单元29处)执行P阶段电平和D阶段电平之间的差分处理。这意味着P阶段数据和D阶段数据被分开传送到输出单元28一侧，并且由数字算术单元29执行CDS处理。当还考虑与参考信号SLPadc的梯度方向(正或负)的组合时，可以采用更多种形式。

在所有的处理例子中，在理论上，参考信号SLPadc被提供给比较器(电压比较器)，并且经由垂直信号线19输入的模拟像素信号被与参考信号SLPadc相比较。之后，在计数操作有效时段Ten中，开始利用时钟信号的计数。通过在指定的计数操作有效时段Ten中对时钟数进行计数来执行AD转换。

为了执行参考信号比较型的AD转换，根据该实施例的AD转换单元250包括比较单元252(COMP)、计数操作控制单元253(EN生成)和计数器单元254。计数时钟CKcnt1被从通信/时序控制单元20(通信/时序控制单元20对于其他计数器单元254的时钟端子CK来说是公共的)输入到计数器单元254的时钟端子CK。优选地，计数器单元254可以切换向上计数模式和向下计数模式。在该例子中，AD转换单元250还在计数器单元254的后级包括含有用于水平传输的锁存器257(存储器)的数据存储单元256。

比较单元252将由参考信号生成单元27生成的参考信号SLPadc与从通过垂直信号线19选定的行(H1、H2、...和Hh)中的单位像素3获得的模拟像素信号电压Vx进行比较。当参考信号SLPadc和像素信号电压Vx彼此一致时，比较单元252反转比较输出Co(比较器输出)。

计数操作控制单元253控制AD转换单元250的计数器单元254的操作时段，以获取关于作为处理目标信号的像素信号电压Vx的N比特数据。计数操作控制单元253将计数使能信号EN提供给计数器单元254，并且控制计数器单元254的计数操作时段。

计数操作控制单元253通过参考比较单元252的比较输出Co来生成计数使能信号EN，计数使能信号EN用于规定与比较单元252的比较输出Co有固定关系的下一计数操作有效时段Ten。为了实现计数操作控制单元253的操作，控制信息被从参考信号生成单元27提供到计数操作控制单元253。与DA转换单元270的结构和对应于其的计数操作控制单元253的特定配置相匹配的控制信息被用作“控制信息”。计数器单元254利用计数时钟CKcnt1对来自计数操作控制单元253的计数使能信号EN的活动时段计数并且保存计数结果。

在这种配置中，AD转换单元250在像素信号读出时段中执行计数操作并且输出计数结果。具体而言，首先，比较单元252将来自参考信号生成单元27的参考信号SLPadc的电压与经由垂直信号线19输入的像素信号电压Vx相比较。当这两个电压相同时，比较单元252的比较输出Co被反转。例如，比较单元252设定电源电位等的H电平作为不活动状态，并且当像素信号电压Vx和参考信号SLPadc彼此一致时使得电源电位等变到L电平(活动状态)。

用于指示计数器单元254的各阶段中的计数模式(向上或向下)、P阶段的计数处理中的初始值Dini的设置和复位处理等等的控制信号CN_5被从通信/时序控制单元20输入到AD转换单元250的计数器单元254。

由参考信号生成单元27生成的参考信号SLPadc被输入到比较单元252的输入端(+)，该输入端(+)与其他比较单元252的输入端(+)是公共的。与比较单元252的输入端(-)相对应的垂直列的垂直信号线19连接到输入端(-)。像素信号电压Vx被从像素单元10输入到每个输入端(-)。

当未提供数据存储单元256时，控制脉冲(水平扫描脉冲)经由控制线12c(列扫描线)被从水平扫描单元12输入到计数器单元254。计数器单元254具有用于保存计数结果并保存计数器输出值直到经由控制线12c接收到控制脉冲的命令为止的锁存功能。可以采用两种系统，一种系统用于将通知给输出单元28一侧的数据设定为紧邻在参考信号SLPadc的阶梯改变之前的计数值，另一种系统用于将该数据设定为紧邻在参考信号SLPadc的阶梯改变之后的计数值。取决于采用哪一种系统，该数据具有等于1 LSB的差异。然而，该数据的输出仅在整体上被偏移1 LSB。这可以被认为是属于量化误差的范畴。当考虑了数据是在比较输出Co反转之后被决定的这一事实时，电路配置被认为在后面的系统中更加紧凑。

利用与半导体集成电路制造技术相同的技术，驱动控制单元7的元件(例如水平扫描单元12和垂直扫描单元14)与像素单元10一同被集成地形成在诸如单晶硅之类的半导体区域中。根据该实施例的固态成像器件1A被形成为所谓的单芯片产品(设在相同的半导体衬底上)。

固态成像器件1A可以形成为一个芯片，其中多个单元以这种方式被集成地形成在半导体区域中。尽管未在图中示出，但是固态成像器件1A可以采取具有成像功能的模块状形式，它是通过集中封装像素单元10、驱动控制单元7、列AD处理单元26以及诸如拍摄透镜和光学低通滤波器之类的光学系统而获得的。

在各个AD转换单元250的输出侧上，计数器单元254的输出可以连接到水平信号线18。如图所示，还可以采用这样一种配置，其在计数器单元254的后级包括作为存储器器件的数据存储单元256，数据存储单元256包括保存计数器单元254持有的计数结果的锁存器257。数据存储单元256保存并存储在来自通信/时序控制单元20的控制信号CN_9所指示的时刻上从计数器单元254输出的计数数据。

水平扫描单元12具有读出扫描单元的功能，该单元用于与由列AD处理单元26的比较单元252和计数器单元254执行的处理并行地读出由数据存储单元256保存的计数值。数据存储单元256的输出连接到水平信号线18。

水平信号线18连接到输出单元28，输出单元28具有等于AD转换单元250的比特宽度或者是该比特宽度两倍(例如，在互补输出的情况下)的信号线，并且具有对应于输出线的传感放大器28a。水平信号线18的水平传输通道并不限于一个。对于水平信号线18可以设置多个通道，通过对每若干列的通道进行分组来执行数据传输。计数器单元254、数据存储单元256和水平信号线18分别采用对应于N比特的配置。

当未提供数据存储单元256时，控制脉冲(水平扫描脉冲)经由控制线12c(列扫描线)被从水平扫描单元12输入到计数器单元254。计数器单元254具有用于保存计数结果并保存计数器输出值直到经由控制线12c接收到控制脉冲的命令为止的锁存功能。可以采用两种系统，一种系统用于将通知给输出单元28一侧的数据设定为紧邻在参考信号SLPadc的阶梯改变之前的计数值，另一种系统用于将该数据设定为紧邻在参考信号SLPadc的阶梯改变之后的计数值。取决于采用哪一种系统，该数据具有等于1 LSB的差异。然而，该数据的输出仅在整体上被偏移1 LSB。这可以被认为是属于量化误差的范畴。当考虑到数据是在比较输出Co反转之后被决定的这一事实时，电路配置被认为在后面的系统中更加紧凑。

利用与半导体集成电路制造技术相同的技术，驱动控制单元7的元件(例如水平扫描单元12和垂直扫描单元14)与像素单元10一同被集成地形成在诸如单晶硅之类的半导体区域中。根据该实施例的固态成像器件1A被形成为所谓的单芯片产品(设在相同的半导体衬底上)。

参考信号生成单元：基本结构

图2A是用在根据第一实施例的固态成像器件1A中的参考信号生成单元27的DA转换单元270的配置例子的示意图。图2B是用于解释参考信号比较型的AD转换处理中的增益(AD转换增益)的示意图。

DA转换单元270包括含有恒流源的组合的电流源单元302、计数器单元312、偏移量生成单元314、电流源控制单元316、以及设置参考电流值I_0的参考电流源单元330。DA转换单元270是电流输出类型的DA转换电路。具有电阻R_340的电阻元件340连接到电流源单元302的电流输出端，作为从电流转换到电压的元件。电流-电压转换单元301包括电流源单元302、电流源控制单元316和电阻元件340。在电流源单元302和电阻元件340的连接点处生成的电压被用作参考信号SLPadc。

电流源单元302包括输出规定电流值的恒流源304。设置电流源单元302的恒流源304的电流值的方式和排列及控制恒流源304的方式有多种。为了便于理解，例如假定恒流源304包括与比特同样多的恒流源304并且输出具有相对于由参考电流源单元330设置的参考电流值I_0的比特权重的电流。

当恒流源304对应于12比特时，第0比特的恒流源304_0输出2^0×I_0(“^”表示幂)，第一比特的恒流源304_1输出2^1×I_0，...，并且第11比特的恒流源304_11输出2^11×I_0。

恒流源304的电流输出端共连，并且进一步经由电阻元件340连接到参考电源Vref，参考电源Vref等于参考信号SLPadc的初始电位SLP_ini。参考电源Vref是针对控制数据CN_4中包括的每一比较处理基于指示参考信号SLPadc的初始值的信息而设定的。用于设置参考电源Vref的电路配置可以是任何电路配置。

参考电流源单元330包括恒流源332、作为恒流源332的负载的P沟道型晶体管334、增益改变单元336以及N沟道型晶体管338，N沟道型晶体管338将从增益改变单元336输出的电流送至电流源单元302的恒流源304。恒流源332的一端连接到负电源和地。恒流源332生成初始电流Iini。晶体管334的源极连接到正电源，并且其漏极和栅极共同连接到恒流源332的输出端，并且以电流镜方式连接到增益改变单元336的未示出的晶体管。

尽管未在图中示出细节，但是增益改变单元336将参考电流值I_0提供给晶体管338，参考电流值I_0是通过将来自晶体管334的镜像电流乘以预定数而获得的。晶体管338的源极连接到负电源或地，并且其漏极和栅极连接到增益改变单元336的输出端，并以电流镜方式连接到电流源单元302的恒流源304。

增益改变单元336针对控制数据CN_4中包括的每一比较处理、基于用于指示参考信号SLPdac的梯度的信息来设置每一时钟的电压改变量ΔSLPdac(＝I_0×R_340)，并且针对每一计数时钟CKdac1将计数值改变1。实际上，针对计数时钟CKdac1的最大计数数目(例如，在10比特时是1024)，仅有必要设置最大电压宽度。

当相对于参考电流源单元330的恒流源332的初始电流量Iini的增益改变时，每一计数时钟CKdac1的ΔSLPdac被调节。结果，参考信号SLPadc的梯度(改变速率)被调节。当在AD转换单元250一侧上ΔSLPdac的大小相对于计数时钟CKcnt1被调节时，换句话说，当计数时钟CKcnt1的数目相对于固定ΔSLPdac被调节时，AD转换增益可以得到调节。

如图2B的(1)所示，计数器单元254所使用的每一计数时钟CKcnt1(即，单位时段)的参考信号SLPdac的阶梯宽度ΔSLP是比特分辨率。因此，参考信号SLPdac的梯度大小和计数时钟CKcnt1的频率(计数频率Fcnt1)影响了比特分辨率。当频率被设定为相对于获取N比特精度时的计数频率Fcnt1的1/M时，计数时钟CKcnt1被表示为计数时钟CKcnt1/M，并且频率被表示为计数频率Fcnt1/M。

如图2B的(2)所示，当计数频率Fcnt1固定时，在参考信号SLPadc的梯度陡峭的情况下，阶梯宽度ΔSLP较大并且比特分辨率较粗。然而，当参考信号SLPadc的梯度平缓时，阶梯宽度ΔSLP较小并且比特分辨率精确。换句话说，当参考信号SLPadc的梯度陡峭时，相对于阶梯宽度ΔSLP的计数时钟的数目较小且增益较小，而当参考信号SLPadc的梯度平缓时，相对于阶梯宽度ΔSLP的计数时钟的数目较大且增益较大。

另一方面，如图2B的(3)所示，当参考信号SLPadc的梯度固定时，在计数频率Fcnt1低的情况下阶梯宽度ΔSLP较大且比特分辨率较粗。然而，当计数频率Fcnt1高时，阶梯宽度ΔSLP较小且比特分辨率精确。换句话说，当计数频率Fcnt1低时，相对于阶梯宽度ΔSLP的计数时钟的数目较小且增益较小，而当计数频率Fcnt1高时，相对于阶梯宽度ΔSLP的计数时钟的数目较大且增益较大。

图2B的(2)和(3)中所示的两种系统都表明：通过调节相对于每单位时间的电压改变量的计数时钟的数目，在AD转换期间可以执行增益调节。尽管未在图中示出，但是图2B的(2)中所示的机制和图2B的(3)中所示的机制可以被组合。在该实施例中，利用这些特性来执行白平衡调节。这一点将在后面详细说明。

根据第一实施例的固态成像器件1A采用了这样一种方法，该方法固定用于AD转换单元250的计数时钟CKcnt1的频率，并且如图2B的(2)所示调节参考信号SLPadc的梯度并调节AD转换增益。因此，用于梯度调节的控制数据CN_4被从通信/时序控制单元20送到DA转换单元270。控制数据CN_4是基于用于校正输出幅度特性差异的计算(例如，白平衡调节的计算)来设置的。

在第一实施例中，使用了其中三种颜色R、G和B以拜耳阵列排列的分色滤波器，并且Gr和Gb是相同颜色G。因此，假定没有输出幅度特性差异，则在用于白平衡调节的增益设置中，对像素信号电压Vx_Gr和Vx_Gb使用相同值。

根据AD转换之后的数字数据，基于重复单元(针对每个分色滤波器阵列)内的单位像素3之间的输出幅度特性差异在后级的数字处理单元中执行白平衡调节的计算。在执行计算时，白平衡调节并不是利用相对于具有关于颜色的输出信息的数字数据的数字增益执行的。相反，指示期望对每种颜色进行调节的增益值的增益控制数据被发送到参考信号生成单元27。

计数器单元312基于来自通信/时序控制单元20的计数时钟CKdac1执行计数操作，并将计数结果送到电流源控制单元316。偏移量生成单元314与基于计数器单元312的计数值的变化相分离地将固定电位(偏移量)给予参考信号SLPadc，并将关于偏移量的信息提供给电流源控制单元316。电流源控制单元316基于计数器单元312的计数值和来自偏移量生成单元314的关于偏移量的信息来确定哪一个恒流源304应当被接通或关断。电流源控制单元316基于确定结果来接通或关断恒流源304。

为了便于理解，除非特别另外指出，否则假定偏移量为零。因此，每次计数器单元312的计数值递增时，DA转换单元270都在每个计数时钟CKdac1将电压从指示控制数据CN_4中包括的初始值的电压改变ΔSLPdac。在向上计数操作中，由于每次电压下降ΔSLPdac，因此梯度为负梯度。在向下计数操作中，由于每次电压上升ΔSLPdac，因此梯度为正梯度。

参考信号SLPadc的梯度可以通过改变以下各项中的任何一个来改变：DA转换单元270的规定电流I_0、用于从电流转换到电压的电阻元件340的电阻值以及DA转换单元270中包括的计数器单元312所使用的计数时钟CKdac1。相反地，即使当规定电流I_0、电阻值和计数时钟CKdac1中的任何一个改变时，通过对其他要素应用相反方向的校正，也可以使得梯度保持不变。

为了改变参考信号SLPadc的梯度，可以设想这样一种方法，该方法改变DA转换单元270中包括的计数器单元312所使用的计数时钟CKdac1，而不改变DA转换单元270的规定电流I_0和电阻元件340的电阻值。该方法被称为根据DA转换单元270的计数器单元312的时钟操作的变化来执行梯度改变的方法。

为了实现根据时钟操作的变化的梯度改变，例如，可以采用一种用于在时钟转换单元20a中将计数时钟Ckdac1乘以n/m的机制。

作为另一种改变用于AD转换的参考信号SLPadc的梯度的方法，还可以设想一种改变用于从电流转换到电压的电阻元件340的电阻值、而不改变DA转换单元270的规定电流I_0和DA转换单元270中包括的计数器单元312的操作速度的方法。该方法被称为根据电流到电压转换的电阻值切换来执行梯度改变的方法。

为了实现根据电阻值切换的梯度改变，例如，电阻元件340只需要改变为包括多个电阻元件和开关的电阻切换电路。根据串联电路和并联电路的任意组合，电阻元件和开关可以采用各种电路配置。可以采用任何配置，只要可以根据期望获得的AD转换增益调节从电流转换到电压期间的电阻值。

还可以采用一种通过改变DA转换单元270的规定电流I_0、而不改变DA转换单元270中包括的计数器单元312的操作速度和用于从电流转换到电压的电阻元件340的电阻值来改变与计数器单元312的计数值相对应的权重的方法。该方法被称为根据电流到电压转换的电流切换来执行梯度改变的方法。为了实现根据电流到电压转换的电流切换的梯度改变，例如，可以采用一种用于根据期望获得的AD转换增益来调节由参考电流源单元330生成的参考电流值I_0的配置。

基本操作：第一实施例

图3A和3B是用于说明根据第一实施例的固态成像器件1A的基本操作的示意图。图3A是关注于AD转换处理和CDS处理的固态成像器件1A的简单电路图。图3B是用于说明根据第一实施例的固态成像器件1A中的AD转换处理的时序图。

作为例子，如图3A所示，像素单元3除了包括电荷生成单元32以外，还包括四个晶体管(读出选择晶体管34、复位晶体管36、垂直选择晶体管40和放大晶体管42)，这些元件是像素信号生成单元5中包括的基本元件。传送单元中包括的读出选择晶体管34经由传送线54被传送信号TRG驱动。初始化单元中包括的复位晶体管36经由复位线56被复位信号RST驱动。垂直选择晶体管40经由垂直选择线58被垂直选择信号VSEL驱动。

电荷生成单元32是检测电荷物理量的改变的检测单元的例子。像素信号生成单元5将电荷生成单元32检测出的电荷转换为像素信号电压Vx。读出选择晶体管34是基于输入传送控制电位(传送信号TRG)将电荷生成单元32检测出的电荷传送到像素信号生成单元5的传送单元的例子。复位晶体管36是初始化像素信号生成单元5的电位的初始化单元的例子。

包括诸如光电二极管PD之类的光接收元件DET的电荷生成单元32的光接收元件DET的一端(阳极侧)连接到低电位侧上的参考电位Vss(负电位：例如约-1V)。其另一端(阴极侧)连接到读出选择晶体管34的输入端(一般是源极)。参考电位Vss可以是地电位GND。读出选择晶体管34的输出端(一般是漏极)连接到与复位晶体管36、浮动扩散38和放大晶体管42相连的连接节点。复位晶体管36的源极连接到浮动扩散38，并且其漏极连接到复位电源Vrd(通常与电源Vdd相同)。

垂直选择晶体管40的漏极连接到放大晶体管42的源极，其源极连接到像素线51，并且其栅极(尤其被称为垂直选择栅极SELV)连接到垂直选择线58。放大晶体管42的栅极连接到浮动扩散38，其漏极连接到电源Vdd，并且其源极经由垂直选择晶体管40连接到像素线51并且还连接到垂直信号线19。连接结构并不限于这种连接结构。垂直选择晶体管40和放大晶体管42的布置可以被反转。垂直选择晶体管40的漏极可以连接到电源Vdd，其源极可以连接到放大晶体管42的漏极，并且放大晶体管42的源极可以连接到像素线51。

垂直信号线19的一端延伸到列AD处理单元26侧。读出电流源单元24连接在垂直信号线19的路径中。尽管未在图中示出细节，但是读出电流控制单元24包括关于多个垂直列的负载MOS晶体管。栅极连接在参考电流源单元和晶体管之间以形成电流镜电路。读出电流控制单元24用作相对于垂直信号线19的电流源24a。在读出电流控制单元24和放大晶体管42之间采用了源极跟随结构，基本固定的操作电流(读出电流)被送至该源极跟随结构。

行控制线15包括传送线54、复位线56和垂直选择线58。在根据第一实施例的固态成像器件1A中，在行方向上，针对每个分色滤波器阵列，像素信号电压Vx经由一个垂直信号线19被送至列AD处理单元26。为该读出控制提供了共同连接到奇数行中用于R的所有单位像素3的用于R的行控制线15_R和共同连接到奇数行中用于Gr的所有单位像素3的用于Gr的行控制线15_Gr。提供了共同连接到偶数行中用于Gb的所有单位像素3的用于Gb的行控制线15_Gb和共同连接到偶数行中用于B的所有单位像素3的用于B的行控制线15_B。对于每两列的单位像素3，像素信号电压Vx_R和Vx_Gr(在奇数行中)或者像素信号电压Vx_Gb和Vx_B(在偶数行中)经由垂直信号线19被选择性地送至列AD处理单元26的AD转换单元250。

在AD转换单元250中，从单位像素3读出到垂直信号线19的像素信号电压Vx在AD转换单元250的比较单元252中与参考信号SLPadc相比较。在比较单元252中，基于计数使能信号EN来启动为每条垂直信号线19所设的计数器单元254，以与计数操作一一对应的方式来改变参考信号电位，并且将垂直信号线19的像素信号电压Vx转换为数字数据。

例如，在图3B所示的例子中，采用了一种用于利用计数操作有效时段Ten的前半段计数系统并改变计数模式来实现P阶段和D阶段的差分处理的系统。

在作为用于复位电平Srst的AD转换时段的P阶段的处理时段中，计数器单元254的触发计数值被复位为初始值“0”。计数器单元254被设置在向下计数模式中。由比较单元252进行的参考信号SLPadc和像素信号电压Vx的P阶段电平的比较处理以及由计数器单元254进行的利用计数时钟CKcnt1的计数处理被并行执行以执行P阶段电平的AD转换。因此，表示与复位电平Srst的大小相对应的数字值(复位数据)Drst(如果考虑到符号，表示-Drst)的计数值被保存在计数器单元254中。

在作为用于信号电平Ssig的AD转换处理的D阶段的处理时段中，除了复位电平Srst以外，还读出与针对每个单位像素3的入射光量相对应的信号分量Vsig，并且执行与P阶段中的读出相同的操作。计数器单元254被设置在与P阶段处理期间的模式相反的向上计数模式中。由比较单元252进行的参考信号SLPadc和像素信号电压Vx的D阶段电平的比较处理以及由计数器单元254进行的计数处理被并行执行以执行D阶段电平的AD转换。

在P阶段和AD转换中的读出期间获取的像素信号电压Vx的复位电平Srst的数字值(复位数据)Drst被设定为起始点的情况下，与P阶段相对地执行向上计数。由于信号电平Ssig是通过将信号分量Vsig加上复位电平Srst而获得的电平，因此信号电平Ssig的AD转换结果的计数值基本上是“Drst+Dsig”。然而，由于作为复位电平Srst的AD转换结果、向上计数的起始点为“-Drst”，因此实际保存在计数器单元254中的计数值为“-Drst+(Dsig+Drst)＝Dsig”。

换句话说，计数器单元254中的计数操作的计数模式被设置为不同，即，在P阶段中的处理期间设为向下计数，而在D阶段中的处理期间设为向上计数。因此，在计数器单元254中，在作为复位电平Srst的AD转换结果的计数数目“-Drst”和作为信号电平Ssig的AD转换结果的计数数目“Drst+Dsig”之间自动执行差分处理。与差分处理结果相对应的计数数字Dsig被保存在计数器单元254中。与差分处理结果相对应的保存在计数器单元254中的计数数字Dsig表示与信号分量Vsig相对应的信号数据。

根据通过执行两次信号读出和计数处理而实现的计数器单元254中的差分处理，可以去除包括每个单位像素3的波动的复位电平Srst。通过简单的配置可以获取与针对每个单位像素3的入射光量相对应的仅信号分量Vsig的AD转换结果。因此，AD转换单元250不仅用作将模拟像素信号转换为数字像素数据的数字转换单元，还用作CDS处理功能单元。

AD转换增益调节：第一实施例

图3C是用于说明关注于根据第一实施例的固态成像器件1A的AD转换增益调节的AD转换处理的时序图。

举个例子，假定计数时钟Ckcnt固定并且通过改变参考信号SLPadc的电压的每单位时间的电压改变量ΔSLPdac来执行AD转换增益调节，改变的方式在整个P阶段处理和D阶段处理中如S1、S2和S3那样。例如，当在如图所示的时序图中的S1的每单位时间的电压改变量ΔSLPdac为1时，S2中的每单位时间的电压改变量为S1/2，并且S3中的每单位时间的电压改变量为S1/4。

首先，说明当参考信号SLPadc的电压的每单位时间的电压改变量ΔSLPdac为S1时执行的操作。在P阶段的处理时段中，计数器单元254的触发器的计数值被复位为初始值“0”。计数器单元254被设定在向下计数模式中。由比较单元252进行的参考信号SLPadc和像素信号电压Vx的P阶段电平的比较处理和由计数器单元254进行的计数处理被并行执行以执行P阶段电平的AD转换。在比较单元252中执行参考信号SLPadc的电压和像素信号电压Vx的比较。比较单元252在这两个电压相同时的点C1_P处将输出从H电平反转为L电平。计数器单元254通过执行从参考信号SLPadc的改变开始到当比较单元252的输出从H电平改变为L电平时的点的计数来结束AD转换。因此，当电压改变量ΔSLPdac为S1时获得的指示与复位电平Srst的大小相对应的数字值(复位数据)Drst1(如果考虑到符号，表示-Drst1)的计数值被保存在计数器单元254中。

在接下来的D阶段的处理时段中，除了复位电平Srst以外，还读出与针对每个单位像素3的入射光量相对应的信号分量Vsig，并且执行与P阶段中的读出相同的操作。首先，计数器单元254被设置在与P阶段处理期间的模式相反的向上计数模式中。由比较单元252进行的参考信号SLPadc和像素信号电压Vx的D阶段电平的比较处理以及由计数器单元254进行的计数处理被并行执行以执行D阶段电平的AD转换。

比较单元252在这两个电压相同时的点C1_D处将输出从H电平反转为L电平。计数器单元254通过执行从参考信号SLPadc的改变开始到当比较单元252的输出从H电平改变为L电平时的点的计数来结束AD转换。因此，当电压改变量ΔSLPdac为S1时获得的指示与信号电平Ssig的大小相对应的数字值(复位数据)的计数值被保存在计数器单元254中。

在P阶段和AD转换中的读出期间获取的像素信号电压Vx的复位电平Srst的数字值(复位数据)Drst1被设置为起始点的情况下，与P阶段相对地执行向上计数。由于信号电平Ssig是通过将信号分量Vsig加上复位电平Srst而获得的电平，因此当电压改变量ΔSLPdac为S1时获得的信号电平Ssig的AD转换结果的计数值基本上是“Drst1+Dsig1”。然而，由于作为复位电平Srst的AD转换结果、向上计数的起始点为“-Drst1”，因此实际保存在计数器单元254中的计数值为“-Drst1+(Dsig1+Drst1)＝Dsig1”。

下面说明当参考信号SLPadc的电压的每单位时间的电压改变量ΔSLPdac为S2时执行的操作。基本上，以与电压改变量ΔSLPdac为S1时执行的操作相同的方式，当执行P阶段处理和D阶段处理时，指示“-Drst2+(Dsig2+Drst2)＝Dsig2”的计数值被保存在计数器单元254中。此时S2的每单位时间的电压改变量是S1的一半。因此，在P阶段处理期间当参考信号SLPadc和像素信号电压Vx相同时的点C2_P晚于当电压改变量为S1时的点C1_P。在D阶段处理期间当参考信号SLPadc和像素信号电压Vx相同时的点C2_D晚于当电压改变量为S1时的点C1_D。

当参考信号SLPadc的电压的每单位时间的电压改变量ΔSLPdac为S3时也同样如此。当执行P阶段处理和D阶段处理时，指示“-Drst3+(Dsig3+Drst3)＝Dsig3”的计数值被保存在计数器单元254中。此时S3的每单位时间的电压改变量是S1的四分之一。因此，在P阶段处理期间当参考信号SLPadc和像素信号电压Vx相同时的点C3_P晚于当电压改变量为S1时的点C1_P和当电压改变量为S2时的点C2_P。在D阶段处理期间当参考信号SLPadc和像素信号电压Vx相同时的点C3_D晚于当电压改变量为S1时的点C1_D和当电压改变量为S2时的点C2_D。

下面比较当参考信号SLPadc的电压的每单位时间的电压改变量ΔSLPdac为S1和S2时执行的操作。参考信号SLPadc的S2的电压改变量ΔSLPdac是S1的一半。因此，从参考信号SLPadc的改变起始点到C2_P的时间是当参考信号SLPadc的电压改变量ΔSLPdac为S1时从参考信号SLPadc的改变起始点到C1_P的时间的两倍。从参考信号SLPadc的改变起始点到C2_D的时间是当参考信号SLPadc的电压改变量ΔSLPdac为S1时从参考信号SLPadc的改变起始点到C1_D的时间的两倍。

换句话说，当电压改变量ΔSLPdac为S2时，计数器单元254对计数时钟CKcnt计数的时间是当使用电压改变量ΔSLPdac为S1的参考信号SLPadc时计数器单元254对计数时钟CKcnt计数的时间的两倍。S2时的计数值是S1时的计数值的两倍。可以看出，当计数时钟CKcnt1固定时，如果通过使用S2的参考信号SLPadc而使参考信号SLPadc的电压的每单位时间的电压改变量ΔSLPdac减半，则AD转换之后的输出加倍。类似地，可以看出，当计数时钟CKcnt1固定时，如果使用S3的参考信号SLPadc而使参考信号SLPadc的电压的每单位时间的电压改变量ΔSLPdac为四分之一，则AD转换之后的输出为四倍。

Dsig1＝-Drst1+(Dsig1+Drst1)

Dsig2＝-Drst2+(Dsig2+Drst2)＝-2＊Drst1+(2＊Dsig1+2＊Drst1)＝2＊Dsig1

Dsig3＝-Drst3+(Dsig3+Drst3)＝-4＊Drst1+(4＊Dsig1+4＊Drst1)＝4＊Dsig1

以上是对在参考信号比较型的AD转换处理中作为增益增大操作的AD转换增益调节的驱动方法的说明。在该实施例中，通过在参考信号比较型的AD转换处理期间利用AD转换增益调节来执行白平衡调节。这一点将在下面说明。

白平衡调节：第一实施例

第一例子

图4A是用于说明关注于根据第一实施例的固态成像器件1A中的第一例子的白平衡调节操作的AD转换处理的时序图。

设有包括三种颜色分量R、G(Gr、Gb)和B的分色滤波器的单位像素3的像素信号电压Vx在不同时刻被顺序读出。例如，关于行方向，在奇数行中，首先，仅有用于R的行控制线15_R被控制，从而使得像素信号电压Vx_R被同时从奇数行中用于R的所有单位像素3送至列AD处理单元26。之后，当仅有用于Gr的行控制线15_Gr被控制时，像素信号电压Vx_Gr被同时从奇数行中用于Gr的所有单位像素3送至列AD处理单元26。

随后，固态成像器件1A移动到从偶数行读出。当仅有用于Gb的行控制线15_Gb被控制时，像素信号电压Vx_Gb被同时从偶数行中用于Gb的所有单位像素3送至列AD处理单元26。之后，当仅有用于B的行控制线15_B被控制时，像素信号电压Vx_B被同时从偶数行中用于B的所有单位像素3送至列AD处理单元26。

列AD处理单元26根据设有各个滤色器的单位像素3的像素信号电压Vx_R、Vx_Gr、Vx_Gb和Vx_B来执行AD转换增益调节以调节白平衡。

在第一实施例中，使用了以拜耳阵列形式排列有用于R、G和B的三种滤色器的分色滤波器。由于在用于白平衡调节的增益设置中Gr和Gb是相同的颜色G，因此对于像素信号电压Vx_Gr和Vx_Gb使用相同的值。

位于后级的数字处理单元基于AD转换之后的数字数据来执行白平衡调节的计算。图1中所示的数字算术单元29、设在器件外部的主控制单元等等对应于后级的数字处理单元。在执行白平衡调节的计算时，数字处理单元经由通信/时序控制单元20将用于增益调节的控制数据CN_4(其指示针对每种颜色期望调节的增益值)发送到参考信号生成单元27，而不是利用数字增益将白平衡调节应用于具有关于颜色的输出信息的数字数据。

在对用于R的像素信号电压Vx_R进行AD转换时，DA转换单元270生成具有与用于R增益调节的控制数据CN_4相对应的电压改变量ΔSLPdac_R的参考信号SLPadc。AD转换单元250利用电压改变量ΔSLPdac_R的参考信号SLPadc来执行比较处理并且利用计数时钟CKcnt1来执行计数，以对用于R的像素信号电压Vx_R进行AD转换。指示P阶段处理之后的R复位分量Vrst_R的复位数据Drst_R被保存在计数器单元254中。指示D阶段处理之后的R信号分量Vsig_R的信号数据Dsig_R被保存在计数器单元254中。

在对用于Gr的像素信号电压Vx_Gr进行AD转换时，DA转换单元270生成具有与用于G增益调节的控制数据CN_4相对应的电压改变量ΔSLPdac_G的参考信号SLPadc。AD转换单元250利用电压改变量ΔSLPdac_G的参考信号SLPadc来执行比较处理并且利用计数时钟CKcnt1来执行计数，以对用于Gr的像素信号电压Vx_Gr进行AD转换。指示P阶段处理之后的Gr复位分量Vrst_Gr的复位数据Drst_Gr被保存在计数器单元254中。指示D阶段处理之后的Gr信号分量Vsig_Gr的信号数据Dsig_Gr被保存在计数器单元254中。

在对用于Gb的像素信号电压Vx_Gb进行AD转换时，DA转换单元270生成具有与用于G增益调节的控制数据CN_4相对应的电压改变量ΔSLPdac_G的参考信号SLPadc。AD转换单元250利用电压改变量ΔSLPdac_G的参考信号SLPadc来执行比较处理并且利用计数时钟CKcnt1来执行计数，以对用于Gb的像素信号电压Vx_Gb进行AD转换。指示P阶段处理之后的Gb复位分量Vrst_Gb的复位数据Drst_Gb被保存在计数器单元254中。指示D阶段处理之后的Gb信号分量Vsig_Gb的信号数据Dsig_Gb被保存在计数器单元254中。

在对用于B的像素信号电压Vx_B进行AD转换时，DA转换单元270生成具有与用于B增益调节的控制数据CN_4相对应的电压改变量ΔSLPdac_B的参考信号SLPadc。AD转换单元250利用电压改变量ΔSLPdac_B的参考信号SLPadc来执行比较处理并且利用计数时钟CKcnt1来执行计数，以对用于B的像素信号电压Vx_B进行AD转换。指示P阶段处理之后的B复位分量Vrst_B的复位数据Drst_B被保存在计数器单元254中。指示D阶段处理之后的B信号分量Vsig_B的信号数据Dsig_B被保存在计数器单元254中。

作为为每个分色滤波器阵列提供AD转换单元250的根据第一实施例的固态成像器件1A中一行的像素数据的水平传送操作，可以采用下面说明的两种方法。第一方法是采用这样一种配置的方法，该配置在数据存储单元256中存储一列的像素数据，并且如图4A所示，在每次获得R、Gr(在奇数行中)或Gb、和B(在偶数行中)的像素数据时执行水平传送。第二方法是采用这样一种配置的方法，该配置在数据存储单元256中分别存储用于行方向上分色滤波器阵列(在该例子中是两列)的像素数据，并且在获得R、Gr(在奇数行中)或Gb、和B(在偶数行中)的像素数据之后执行水平传送(未在图中示出)。

第一方法具有这样的优点，即与过去不应用第一实施例的配置相比可以减少AD转换单元250。另一方面，当帧速率与正常时相同时，水平传送需要以两倍于正常速度的速度执行。第二方法与过去不应用第一实施例的结构相比并不具有减少AD转换单元250的效果。然而，即使当帧速率与过去的配置中的帧速率相同时，水平传送也仅需要以与正常速度相同的速度执行。

通过使得固态成像器件1A利用这些驱动方法进行操作，关于具有有关颜色的信息的像素信号电压Vx_R、Vx_Gr、Vx_Gb和Vx_B，可以在AD转换期间根据用于R、G和B的单位像素3的输出幅度特性来执行增益调节。可以与AD转换一同执行白平衡调节。

在过去不应用第一实施例的安装有列并联型的AD转换器的固态成像器件中，在AD转换之后的数字数据域中执行增益调节并且调节白平衡。因此，由于经历数字增益调节的具有颜色信息的数据在AD转换之后并不具有小数信息，因此在AD转换之后精度低于原始AD转换比特精度。另一方面，在根据该实施例的机制中，通过在参考信号比较型的AD转换处理期间执行增益调节来调节白平衡。因此，白平衡调节之后的数字数据可以保持原始AD转换比特精度。

该例子具有以下特性：当相对于参考信号SLPadc的电压的每单位时间的电压改变量ΔSLPdac的计数时钟数目被调节以执行白平衡调节时，通过由一个DA转换单元270根据颜色调节参考信号SLPadc的梯度来实现白平衡调节。当考虑到可以保持原始AD转换比特精度这一事实时，可以精确控制颜色的特性。因此，存在可以精确调节白平衡的优点。

与比较例子的比较

可以设想按颜色提供参考信号生成单元并且利用分别生成的多个参考信号SLPadc来对具有关于颜色的信息的像素信号电压Vx进行AD转换。然而，在这种情况下，由于有必要提供多个参考信号生成单元，因此存在电路尺寸增大的缺点。由于各个参考信号生成单元中的波动，在由各个参考信号生成单元生成的多个参考信号SLPadc中也发生波动。因此，难以执行高度精确的增益调节。为了提高精度(例如校正各个参考信号生成单元中的波动)，需要大的电路尺寸。

在第一实施例中，关于行方向，按顺序读出具有相同颜色的颜色信息的每个像素信号电压Vx，并且根据一个DA转换单元270中的多种颜色来调节参考信号SLPadc的梯度。因此，参考信号生成单元的电路尺寸并不增大。由于没有必要考虑到参考信号生成单元中波动的影响，因此可以执行高度精确的白平衡调节。

例如，在JP-A-2007-60671公开的机制中，如其图1和2中所示，采用了具有列平行模数转换器的图像传感器的配置。由图6A中所示的斜坡信号生成单元生成用在列平行模拟转换器中的斜坡信号VRAMP。通过控制斜坡信号生成单元的电路针对每种颜色(R、Gr、Gb和B)控制斜波的梯度，从而可以在传感器中调节白平衡等。斜波的梯度的调节被称为模拟增益的控制。

JP-A-2007-60671的图9中所示的电路具有每种颜色的模拟增益设定值。开关911、921、931和941根据与作为模数转换的目标的、图1和2中所示的R、Gr、Gb和B相对应的VRES和VSIG而被切换。设定值被用作去往图6A中所示的斜坡信号生成单元的信号TGT，并且由斜坡信号生成单元生成的斜坡信号VRAMP的梯度被改变。因此，可以执行每个颜色通道的模拟增益调节。

然而，在JP-A-2007-60671中，采用了用于从一行的所有像素同时读出像素信号的像素访问配置，如专利文献的图2所示。Gb和B或者Gr和B被同时访问。在这种情况下，在图1所示一条斜坡信号线VRAMP的配置中，难以对每种颜色执行模拟增益调节。为了在行方向上对每种颜色执行模拟增益调节，需要至少两条斜坡信号线VRAMP。换句话说，需要两个斜坡信号生成单元。当提供了两个斜坡信号生成单元时，为了提高精度(例如校正各个斜坡信号生成单元中的波动)，需要更大的电路尺寸。

在JP-A-2007-60080公开的机制中，如其图1中所示，采用了包括按颜色的斜坡生成单元(DA转换单元27a)的图像传感器的配置。作为斜坡生成单元，例如示出了JP-A-2007-60080的图12中所示的配置。提供了对应于多种颜色的多个斜坡信号生成单元。由这些斜坡信号生成单元生成的斜坡信号的梯度根据颜色的信号量而改变，被开关切换并且输出。执行对由文献的图1中所示的垂直信号线19输出的像素信号的模数转换。

与JP-A-2007-60671中公开的机制类似，在JP-A-2007-60080中公开的机制是需要多个斜坡信号生成单元的配置。有必要校正多个斜坡信号生成单元中的波动。另外，由于这多个斜坡信号生成单元的输出经由开关物理连接，因此存在多个斜坡信号生成单元的输出彼此干扰的可能性(由于来自开关的泄漏)，并且在白平衡调节时无法获得适当的模拟增益。

第二例子

图4B是用于说明关注于根据第一实施例的固态成像器件1A中的第二例子的白平衡调节操作的AD转换处理的时序图。

在根据第一实施例(第一例子)的白平衡调节操作中，Gr和Gb被视为具有相同颜色G的颜色信息的像素。当执行对Gr和Gb的像素信号电压Vx_Gr和Vx_Gb的AD转换时，对于白平衡调节的增益设定使用相同值。对于形成拜耳阵列的分色滤波器的四个单位像素3的增益设定仅有必要针对三种颜色R、G和B来执行。存在增益设定控制比针对四个单位像素3的分别设定增益简单的优点。

然而，由于单位像素的精练，Gr和Gb的像素布局样式之间的差异等等，当接收到具有相同光量的光时，即使颜色是相同的颜色G，在信号分量Vsig_Gr和Vsig_Gb中也会发生差异(由于输出幅度特性差异)。因此，难以应对多种颜色。

在第一实施例(第二例子)中，采取了应对这种情况的措施。在针对白平衡调节的增益设定中，对于像素信号电压Vx_Gr和Vx_Gb使用不同的值。具体而言，采用了对于形成拜耳阵列的分色滤波器的四种颜色(R、Gr、Gb和B)的单位像素3分别执行增益设定的方法。

在对用于R的像素信号电压Vx_R进行AD转换时，DA转换单元270生成具有与用于R增益调节的控制数据CN_4相对应的电压改变量ΔSLPdac_R的参考信号SLPadc。AD转换单元250利用电压改变量ΔSLPdac_R的参考信号SLPadc来执行比较处理，并且利用计数时钟CKcnt1执行计数以执行AD转换。

在对用于Gr的像素信号电压Vx_Gr进行AD转换时，DA转换单元270生成具有与用于Gr增益调节的控制数据CN_4相对应的电压改变量ΔSLPdac_Gr的参考信号SLPadc。AD转换单元250利用电压改变量ΔSLPdac_Gr的参考信号SLPadc来执行比较处理，并且利用计数时钟CKcnt1执行计数以执行AD转换。

在对用于Gb的像素信号电压Vx_Gb进行AD转换时，DA转换单元270生成具有与用于Gb增益调节的控制数据CN_4相对应的电压改变量ΔSLPdac_Gb的参考信号SLPadc。AD转换单元250利用电压改变量ΔSLPdac_Gb的参考信号SLPadc来执行比较处理，并且利用计数时钟CKcnt1执行计数以执行AD转换。

在对用于B的像素信号电压Vx_B进行AD转换时，DA转换单元270生成具有与用于B增益调节的控制数据CN_4相对应的电压改变量ΔSLPdac_B的参考信号SLPadc。AD转换单元250利用电压改变量ΔSLPdac_B的参考信号SLPadc来执行比较处理，并且利用计数时钟CKcnt1执行计数以执行AD转换。

利用各个电压改变量ΔSLPdac_Gr和ΔSLPdac_Gb，AD转换被应用于相同颜色G的像素信号电压Vx_Gr和Vx_Gb，以校正像素信号电压之间的输出幅度特性差异。因此，D阶段处理之后的信号数据Dsig_Gr和Dsig_Gb具有相同的值。

通过使得固态成像器件1A利用这种驱动方法进行操作，关于具有有关颜色的信息的像素信号电压Vx_R、Vx_Gr、Vx_Gb和Vx_B，可以在AD转换期间根据颜色R、Gr、Gb和B来执行增益调节。因此，可以与AD转换一同执行白平衡调节。即使当在用于Gr的单位像素3和用于Gb的单位像素3之间发生特性差异时，也可以根据与单位像素3相对应的电压改变量ΔSLPdac_Gr和ΔSLPdac_Gb来调节特性差异(即，分别用于Gr和Gb的AD转换增益)。

与第一实施例(第一例子)中一样，白平衡调节之后的数字数据可以保持原始AD转换比特精度，并且通过根据颜色调节参考信号SLPadc的梯度的一个DA转换单元270实现了用于白平衡调节的AD转换增益调节。

第三例子

图4C和4D是用于说明关注于根据第一实施例的固态成像器件1A中的第三例子的白平衡调节的示意图。图4C是用于说明第三例子中应用的分色滤波器的颜色阵列的示意图。图4D是用于说明关注于根据第一实施例的固态成像器件1A中的第三例子的白平衡调节操作的AD转换处理的时序图。

在第一实施例的第一例子和第二例子中，对于以方形晶格形状布置的单位像素3，根据拜耳阵列的基本形式排列了R、G和B的三种颜色分量。然而，滤色器和滤色器的排列顺序并不限于拜耳阵列的基本形式。例如，可以使用拜耳阵列的改进或者可以使用互补滤色器或其他滤色器。

例如，如图4C的(1)所示，在偶数行×奇数列中，可以布置用于感测作为第三颜色的白色(W)的第三颜色像素(白色像素W)来代替绿色(G)像素。以棋盘样式布置了针对每行不同的两种颜色R和G或者W和B的颜色像素。在行方向和列方向上，颜色像素的阵列与拜耳阵列的基本形式相同，其中按每两个像素地重复两种颜色R和G或者W和B。布置有W的单位像素3使得可见光频带中的所有分量(R、G和B)通过。就此而言，实际上可以采用没有滤色器的配置。

使用白色(W)作为第四颜色的目的在于在某一配置中新提供W像素(除了R、G和B像素以外)，在该配置中，使用了红外光切除滤波器，并且根据与算术算法的组合获得了高灵敏度。由于W像素具有比R、G和B像素更高的灵敏度，因此利用W像素的信号作为亮度信号可以获得高灵敏度。

蓝绿色(Cy)、红紫色(Mg)和黄色(Ye)的互补滤色器可以按拜耳阵列布置。例如，如图4C的(2)所示，可以将奇数行×奇数列中的主滤色器R替换为蓝绿色滤色器，将奇数行×偶数列和偶数行×奇数列中的主滤色器G替换为红紫色滤色器，并将偶数行×偶数列中的主滤色器B替换为黄色滤色器。以棋盘样式布置了针对每行不同的两种颜色Cy和Mg或者Mg和Ye的颜色像素。在行方向和列方向上，滤色器的阵列与拜耳阵列的基本形式相同，其中按每两个像素地重复两种颜色Cy和Mg或者Mg和Ye。尽管未在图中示出，但是W像素可以布置在位于对角线上的两个红紫色像素之一中。

一般而言，主色系统具有比互补色系统更高的颜色可再现能力。互补色系统的优点在于灵敏度，这是因为滤色器的透光性高。具体而言，由于互补色系统的滤色器具有比主色系统的滤色器更高的灵敏度，因此通过在互补色系统中使用滤色器可以提高成像设备的灵敏度，在互补色系统中，可见区域中的透射光是相应的三种主色的互补色。相反地，存在以下优点：可以在无需执行差分处理的情况下获取主色的颜色信号，并且通过使用主色系统的滤色器简化了信号处理。当再现视频时，对通过使用主色系统或互补色系统的滤色器而获得的颜色信号(例如，R、G和B的主色信号)应用信号处理，并且对亮度信号和色差信号进行组合。

如图4C的(3)所示，在偶数行×奇数列中，可以布置用于感测第三颜色(深黄绿色；E)的第三颜色像素来代替绿色(G)像素。以棋盘样式布置了针对每行不同的两种颜色R和G或者E和B的颜色像素。在行方向和列方向上，颜色像素的阵列与拜耳阵列的基本形式相同，其中按每两个像素地重复两种颜色R和G或者E和B。

尽管省略了关于颜色信号处理的详细说明，但是与四种颜色的滤色器相关联地设置了图像处理处理器，该处理器执行矩阵算术操作，用于根据利用这四种颜色拍照的颜色的视频信号创建接近于人眼所识别的颜色的R、G和B的三种颜色。图像处理处理器例如可以设置在数字算术单元29中，或者可以设置在器件外部的数字处理单元中。如果除了红色、绿色和蓝色滤色器以外还安装了深黄绿色滤色器，则与三色的滤色器相比可以减少颜色可再现能力的差异。提高了蓝绿色和红色的可再现能力。

在所有的布置形式中，仅有必要分开调节四种颜色的AD转换增益。整体的操作可以认为与第一实施例的第二例子相同。作为针对形成拜耳阵列的分色滤波器的四种单位像素3的增益设定，仅有必要采用分开执行对四种单位像素3的增益设定的方法。由DA转换单元270发射的参考信号SLPadc的电压改变量ΔSLPdac(＝AD转换增益)仅有必要根据存在于处理目标行中的颜色的组合而被切换为分色滤波器的一种颜色。可以实现与第一实施例的第一例子中所说明的相同的效果，例如，可以减少DA转换单元(仅仅一个DA转换单元270就足够了)，不需要复用器，通过根据颜色调节参考信号SLPadc的梯度可以精确控制颜色的特性。

例如，图4D是当如图4C的(1)所示布置有白色像素W时执行的操作例子的示意图。由于白色像素W具有比用于R、G和B的单位像素3更高的灵敏度，因此当用于R、G、B和W的单位像素3的累积时间相同时，由白色像素W的像素信号电压Vx_W指示的信号分量Vsig_W较大。因此，对于像素信号电压Vx_W，AD转换增益被设定为小于像素信号电压Vx_R、Vx_G和Vx_B的的AD转换增益。具体而言，用于W的电压改变量ΔSLPdac_W被设定为大于用于R、G和B的电压改变量ΔSLPdac_R、ΔSLPdac_G和ΔSLPdac_B，以增大参考信号SLPadc的梯度。

在对用于R的像素信号电压Vx_R进行AD转换时，DA转换单元270生成具有与用于R增益调节的控制数据CN_4相对应的电压改变量ΔSLPdac_R的参考信号SLPadc。AD转换单元250利用电压改变量ΔSLPdac_R的参考信号SLPadc来执行比较处理，并且利用计数时钟CKcnt1执行计数以执行AD转换。

在对用于G的像素信号电压Vx_G进行AD转换时，DA转换单元270生成具有与用于G增益调节的控制数据CN_4相对应的电压改变量ΔSLPdac_G的参考信号SLPadc。AD转换单元250利用电压改变量ΔSLPdac_G的参考信号SLPadc来执行比较处理，并且利用计数时钟CKcnt1执行计数以执行AD转换。

在对用于W的像素信号电压Vx_W进行AD转换时，DA转换单元270生成具有与用于W增益调节的控制数据CN_4相对应的电压改变量ΔSLPdac_W的参考信号SLPadc。AD转换单元250利用电压改变量ΔSLPdac_W的参考信号SLPadc来执行比较处理，并且利用计数时钟CKcnt1执行计数以执行AD转换。

在对用于B的像素信号电压Vx_B进行AD转换时，DA转换单元270生成具有与用于B增益调节的控制数据CN_4相对应的电压改变量ΔSLPdac_B的参考信号SLPadc。AD转换单元250利用电压改变量ΔSLPdac_B的参考信号SLPadc来执行比较处理，并且利用计数时钟CKcnt1执行计数以执行AD转换。

这样，在对白色像素W的AD转换期间，可以在无需实现比其他R、G和B单位像素3的输出更大输出(溢出)的情况下执行AD转换。

2.根据第二实施例的固态成像器件

图5A是根据本发明第二实施例的CMOS固态成像器件(CMOS图像传感器)的示意图。

首先，与第一实施例中一样，根据第二实施例的固态成像器件1B包括像素单元10，像素单元10具有用于相同颜色的各个单位像素3的行控制线15。在第二实施例中，关于像素单元10和列AD处理单元26之间的连接关系，像素信号电压Vx经由用于每个垂直列的一条垂直信号线19被提供到列AD处理单元26的AD转换单元250。

白平衡调节：第二实施例

图5B是用于说明关注于根据第二实施例的固态成像器件1B中的白平衡调节操作的AD转换处理的时序图。

第二实施例与第一实施例相似，不同之处在于像素信号电压Vx经由用于每个垂直列(而不是用于每个分色滤波器阵列)的一条垂直信号线19被提供到列AD处理单元26的AD转换单元250。在AD转换处理期间的白平衡调节操作仅有必要与第一实施例中相同。与第一实施例(第二例子)中一样，作为针对形成拜耳阵列的分色滤波器的四种颜色(R、Gr、Gb和B)的单位像素3的增益设定，采用了一种分开执行对四种颜色的单位像素3的增益设定的方法。

尽管省略了详细说明，但是第二实施例与第一实施例的共同之处在于白平衡调节之后的数字数据可以保持原始AD转换比特精度，并且通过根据颜色调节参考信号SLPadc的梯度的一个DA转换单元270实现了用于白平衡调节的AD转换增益调节。

作为对于根据第二实施例的固态成像器件1B中的一行的像素数据的水平传送操作，可以采用下面说明的两种方法。第一方法是一种在每次获得R和Gr(在奇数行中)或者Gb和B(在偶数行中)的像素数据时执行水平传送的方法。第二方法是一种在获得了R和Gr(在奇数行中)或者Gb和B(在偶数行中)的两种图像数据之后执行水平传送的方法。与第一实施例不同，无论采用第一还是第二方法，数据存储单元256都分别存储行方向上一个分色滤波器阵列(在该例子中，是两行)的像素数据。这些方法与第一实施例中所说明的相同。当采用第一方法时，水平扫描单元12在奇数列中的水平传送期间，仅将来自奇数列中的锁存器257的数据读出到水平信号线18。水平扫描单元12在偶数列中的水平传送期间，仅将来自偶数列中的锁存器257的数据读出到水平信号线18。

与第一实施例相比，尽管AD转换单元250的数目加倍，但是第二实施例具有以下优点：即，固态成像器件可以通用作为不使用分色滤波器的单色固态成像器件。在单色成像中，没有必要在行方向上按顺序读取像素。与一般列系统中一样，可以在行方向上同时从所有像素读出像素信号。在根据第二实施例的器件配置中，在单色成像期间，如果用于R和Gr的行控制线15_R和15_Gr在奇数行中被公共驱动信号驱动，并且用于Gb和B的行控制线15_Gb和15_B在偶数行中被公共驱动信号驱动，则可以应对行方向上来自所有像素的信号的同时读出。

3.根据第三实施例的固态成像器件

图6A是根据本发明第三实施例的CMOS固态成像器件(CMOS图像传感器)的示意图。在图中，固态成像器件被视为对第二实施例的修改。然而，相同的机制可以应用于第一实施例。

在第三实施例中，采用了这样一种方法，该方法通过调节用于AD转换单元250的计数时钟CKcnt1的频率(如图2B的(3)所示)来调节AD转换增益，同时固定由DA转换单元270生成的参考信号SLPadc的梯度。因此，在根据第三实施例的固态成像器件1C中，经历时钟频率调节的计数时钟CKcnt_j/k被从通信/时序控制单元20提供到AD转换单元250的计数器单元254。计数时钟CKcnt_j/k是通过将参考时钟(计数时钟Ckcnt)乘以j/k而获得的时钟。与控制数据CN_4相似，计数时钟CKcnt_j/k是基于对白平衡调节的计算来设定的。

例如，在后级的数字处理单元基于AD转换之后的数字数据来执行白平衡调节的计算。指示要对每种颜色期望调节的增益值的信息被发送到通信/时序控制单元20。通信/时序控制单元20基于该信息来控制时钟转换单元20a以获取经调节的计数时钟CKcnt_j/k(该时钟是计数时钟CKcnt1的j/k倍)，并将计数时钟CKcnt_j/k提供到计数器单元254。

白平衡调节：第三实施例

图6B是用于说明关注于根据第三实施例的固态成像器件1C中的白平衡调节操作的AD转换处理的时序图。

第三实施例与第一实施例相似，不同之处在于DA转换单元270通过调节使用中的计数频率来调节AD转换增益。AD转换处理和CDS处理仅有必要与第一实施例中相同。

与第一实施例(第二例子)中一样，作为针对形成拜耳阵列的分色滤波器的四种颜色(R、Gr、Gb和B)的单位像素3的增益设定，采用了一种分开执行对四种颜色的单位像素3的增益设定的方法。

在对用于R的像素信号电压Vx_R进行AD转换时，DA转换单元270生成具有电压改变量ΔSLPdac的参考信号SLPadc。AD转换单元250根据基于具有用于R增益调节的计数频率F_R的计数时钟CKcnt_j/k的计数处理来执行AD转换。在对用于Gr的像素信号电压Vx_Gr进行AD转换时，DA转换单元270生成具有电压改变量ΔSLPdac的参考信号SLPadc。AD转换单元250根据基于具有用于Gr增益调节的计数频率F_Gr的计数时钟CKcnt_j/k的计数处理来执行AD转换。

在对用于Gb的像素信号电压Vx_Gb进行AD转换时，DA转换单元270生成具有电压改变量ΔSLPdac的参考信号SLPadc。AD转换单元250根据基于具有用于Gb增益调节的计数频率F_Gb的计数时钟CKcnt_j/k的计数处理来执行AD转换。在对用于B的像素信号电压Vx_B进行AD转换时，DA转换单元270生成具有电压改变量ΔSLPdac的参考信号SLPadc。AD转换单元250根据基于具有用于B增益调节的计数频率F_B的计数时钟CKcnt_j/k的计数处理来执行AD转换。

在第三实施例中，通过根据颜色调节使用中的计数时钟CKcnt的频率的AD转换单元250，实现了用于白平衡调节的AD转换增益调节。白平衡调节之后的数字数据与第一实施例中相同，即可以保持原始AD转换比特精度。

可以设想按颜色提供多个时钟生成单元，这些时钟生成单元根据颜色生成频率不同的计数时钟CKcnt并将计数时钟CKcnt提供到AD转换单元250，并且还可以设想利用分别生成的不同频率的多个计数时钟CKcnt来对具有关于颜色的信息的像素信号电压Vx进行AD转换。在这种情况下，由于有必要提供多个时钟生成单元，因此存在电路大小增大的缺点。

在第三实施例中，AD转换单元250根据多种颜色来调节使用中计数时钟CKcnt的频率，同时按顺序读出具有关于相同颜色的信息的像素信号电压Vx。与第一实施例中一样，可以执行高度精确的白平衡调节，同时不会产生电路大小增大和参考信号生成单元中波动的影响的缺点。

4.根据第四实施例的固态成像器件

图7A是根据本发明第四实施例的CMOS固态成像器件(CMOS图像传感器)的示意图。在图中，固态成像器件被视为对第一实施例的修改，用于在对参考信号SLPadc的梯度调节中执行AD转换增益调节。然而，可以对第三实施例进行相同的修改，用于在对AD转换的时钟频率调节中执行AD转换增益调节。

如图7A所示，在根据第四实施例的固态成像器件1D中，在像素单元10中包括像素共享结构的单位像素群组2，该结构具有多个单位像素3共享单位像素3中元件的一部分的配置。

在第四实施例中，像素信号电压Vx经由用于每个单位像素群组2的一条垂直信号线19被提供到列AD处理单元26。因此，设置了针对每个单位像素群组2控制的行控制线15_a和针对单位像素群组2中的每个单位像素3控制的行控制线15_b。除了像素单元10以外的组件与第一实施例中相同。

尽管后面将说明细节，但是第四实施例与第一实施例的共同之处在于，当在彩色成像期间应用拜耳阵列时，关于行方向，“每个分色滤波器阵列”由两列形成。关于像素单元10和列AD处理单元26之间的连接关系，与第一实施例中一样，针对行方向上的每个分色滤波器阵列可以设置一个AD转换单元250。或者，与第二实施例中一样，对于每个垂直列可以设置一个AD转换单元250。图中所示的例子由与第二实施例中相同的配置例子指示。后面将涉及的图7D的(2)由与第一实施例中相同的配置例子指示。

单位像素群组的电路配置

图7B和7C是用于说明用在根据图7A所示第四实施例的固态成像器件1D中的单位像素群组2的配置例子的示意图。图7B是形成单位像素群组2的布置布局例子的示意图。图7C是单位像素群组2的电路配置例子以及驱动单元、驱动控制线和像素晶体管的连接形式。首先，像素单元10中单位像素群组2的配置具有这样一种特性，即单位像素群组2具有像素共享结构，该结构包括多个单位像素3共享单位像素3中元件的一部分的配置。形成像素单元10中单位像素群组2的单位像素3的基本配置与根据第一实施例的单位像素3的配置相同。

作为像素共享结构的一个例子，说明用于形成具有四个单位像素3的组合的单位像素群组2的四像素共享。这类似于当使用拜耳阵列的分色滤波器时由2行×2列中的四个单位像素3形成的一个分色滤波器。

单位像素群组2的配置仅仅是一个例子，并且并不限于此。在图7B和7C所示的配置中，一个单位像素群组2包括四个单位像素3。然而，单位像素3的数目并不限于此。例如，一个单位像素群组2可包括两个或八个单位像素3。

就布局而言，如图7B所示，单位像素群组2包括晶体管区域、电压转换单元和线路，这些线路电连接电压转换单元和晶体管区域中的电路群组。在晶体管区域中，布置了电荷生成单元32、将由电荷生成单元32生成的信号电荷转换为电压信号的电压转换单元、读出选择晶体管34、以及用于对传送到电压转换单元的电荷和经电压转换单元转换的电压信号应用处理的电路群组。如图7C所示，电压转换单元包括作为主单元的浮动扩散38和源极跟随器配置的放大晶体管42，放大晶体管42是检测浮动扩散38中的电位改变的检测元件的例子。

单位像素群组2在组件的布置布局中具有实质性特性。如图7B的(1)所示，相对于以包括多列和多行的二维阵列形状布置的电荷生成单元32，一个电压转换单元被布置在二维阵列中沿对角线彼此相邻的两个电荷生成单元32之间。这两个电荷生成单元32经由附接到电荷生成单元32的读出选择晶体管共享一个电压转换单元和一个晶体管区域。

至于共享，例如如图7B的(2)所示，在包括i、i+1、i+2...列和j、j+1、j+2...行的二维阵列中确定一种组合。例如，在第一单位像素群组2_1中，(i+1，j)坐标处的电荷生成单元32a和(i，j+1)坐标处的电荷生成单元32b共享包括一个浮动扩散38和一个放大晶体管42的电压转换单元。(i+1，j+2)坐标处的电荷生成单元32c和(i，j+3)坐标处的电荷生成单元32d共享包括另一个浮动扩散38和另一个放大晶体管42的电压转换单元。

在行方向上相邻的第二单位像素群组2_2中，(i+2，j)坐标处的电荷生成单元32a和(i+1，j+1)坐标处的电荷生成单元32b共享包括一个浮动扩散38和一个放大晶体管42的电压转换单元。(i+2，j+2)坐标处的电荷生成单元32c和(i+1，j+3)坐标处的电荷生成单元32d共享包括另一个浮动扩散38和另一个放大晶体管42的电压转换单元。

如图7B所示，在未布置有电压转换单元的电荷生成单元32之间设置了晶体管区域。晶体管区域中的电路群组被经由线路彼此电连接的两个电荷生成单元32所共享。在单位像素群组2中，当被电荷生成单元32a和32b共享的电压转换单元与被电荷生成单元32c和32d共享的电压转换单元相互连接时，以Z字形布置的四行两列中的电荷生成单元32a、32b、32c和32d共享相同的电压转换单元。作为此时共享的电路群组，如图7C所示，存在复位晶体管36和垂直选择晶体管40。假定这些电路元件被布置为分布在多个晶体管区域中。

在根据第四实施例的固态成像器件1D中，沿着相同列方向布置的两个电压转换单元共享一组电路群组，这组电路群组被布置为分布在沿着二维阵列的列方向布置的两个晶体管区域中。在二维阵列中彼此相邻的两个电荷生成单元32共享电压转换单元。作为一个共享单位(单位块)的单位像素群组2总共包括一个电路群组、两个电压转换单元和四个电荷生成单元32。

就电路配置而言，单位像素群组2包括四个电荷生成单元32a、32b、32c和32d。包括浮动扩散38和放大晶体管42的一个像素信号生成单元5被共享。假定要共享的像素彼此相邻。当单位像素3以方形晶格形状排列时，相邻方向可以是垂直方向、水平方向以及垂直和水平方向两者(即，倾斜方向)中的任何一种。图7B仅仅是一个例子。

为了共享具有四个像素的FDA配置的像素信号生成单元5，一个单位像素群组2包括四个单位像素3。因此，读出选择晶体管34用作用于将累积在四个电荷生成单元32中的信号电荷传送到共同的像素信号生成单元5的装置。作为读出选择晶体管34，独立设置了读出选择晶体管34a、34b、34c和34d。作为传送驱动缓冲器BF1，独立设置了传送驱动缓冲器BF1a、BF1b、BF1c和BF1d。信号电荷Qa、Qb、Qc和Qd被独立地从电荷生成单元32a、32b、32c和32d传送到浮动扩散38。至于针对每个单位像素群组2控制的行控制线15_a，存在复位线56和垂直选择线58。至于针对单位像素群组2中每个单位像素3控制的行控制线15_b，存在传送线54a、54b、54c和54d。

关于单位像素3a(第一像素)，当读出选择晶体管34a经由传送线54a被传送信号TRGa驱动时，像素信号电压Vx_a被读出。关于单位像素3b(第二像素)，当读出选择晶体管34b经由传送线54b被传送信号TRGb驱动时，像素信号电压Vx_b被读出。关于单位像素3c(第三像素)，当读出选择晶体管34c经由传送线54c被传送信号TRGc驱动时，像素信号电压Vx_c被读出。关于单位像素3d(第四像素)，当读出选择晶体管34d经由传送线54d被传送信号TRGd驱动时，像素信号电压Vx_d被读出。

第一单位像素3a包括电荷生成单元32a、读出选择晶体管34a和像素信号生成单元5。第二单位像素3b包括电荷生成单元32b、读出选择晶体管34b和像素信号生成单元5。第三单位像素3c包括电荷生成单元32c、读出选择晶体管34c和像素信号生成单元5。第四单位像素3d包括电荷生成单元32d、读出选择晶体管34d和像素信号生成单元5。换句话说，在这种配置中，单位像素群组2整体上是由七个晶体管形成的。从各个电荷生成单元32a、32b、32c和32d的角度来看，采用了单位像素3包括四个晶体管的4Tr配置。

像素共享结构和彩色成像之间的关系

图7D是用于说明具有图7A至7C所示的像素共享结构的固态成像器件1D中的彩色成像的示意图。当固态成像器件1D被用于彩色成像时，要共享的单位像素3可以被配置为使得FDA配置的像素信号生成单元5不仅被相同颜色的像素所共享，还被多种颜色的像素所共享，或者可以被配置为使得FDA配置的像素信号生成单元5仅仅被相同颜色的像素所共享。

然而，取决于共享系统，在与过去的方法(用于同时读出行方向上的像素信号)的组合中，当执行按像素的增益调节(在彩色成像期间的白平衡调节)时，需要用于生成和提供具有不同梯度的参考信号的单独电路配置。或者，需要用于生成和提供具有不同频率的计数时钟CKcnt的单独电路配置。在这两种情况下，都存在电路大小增大的缺点。

例如，在图7D中，R、Gr、Gb和B的主色滤波器以拜耳阵列布置，并且单位像素群组2包括布置成Z字形、四行两列中的四个单位像素3。图7D的(1)是比较例子的示意图，其中像素信号电压Vx在行方向上被同时读出。图7D的(2)是第四实施例的示意图，其中关于行方向，与第一(至第三)实施例中一样，具有关于相同颜色的颜色信息的每个像素信号电压Vx被按顺序读出。

在与图7B的对应关系中，在第一单位像素群组2_1中，电荷生成单元32a和32c是R像素，电荷生成单元32b和32d是B像素。在第二单位像素群组2_2中，电荷生成单元32a和32c是Gr像素，电荷生成单元32b和32d是Gb像素。

在图7D的(1)所示的比较例子的情况下，当从R和Gr行读出像素信号时，像素信号R和Gr被同时读出。当从Gr和B行读出像素信号时，像素信号Gb和B被同时读出。当通过对参考信号SLPadc的梯度调节来执行对每种颜色的AD转换增益调节时以同时读出像素信号R和Gb或者Gb和B时，需要两个参考信号生成单元27(DA转换单元270)。当通过对列AD处理单元26(AD转换单元250)的计数时钟CKcnt的频率调节来执行对每种颜色的AD转换增益调节以同时读出像素信号R和Gb或者Gb和B时，需要生成具有不同频率的计数时钟CKcnt的相应计数时钟生成电路。

另一方面，在图7D的(2)所示第四实施例的情况下，关于行方向，具有关于相同颜色的颜色信息的每个像素信号电压Vx被按顺序读出，并且根据像素信号电压Vx的读出来分别调节相对于参考信号SLPadc的电压的每单位时间的电压改变量ΔSLPdac、在计数器侧上的计数时钟的数目。第四实施例在这方面与第一至第三实施例相同。关于行方向(水平方向)上阵列的重复单位，在该例子的情况下，重复单位被认为是单位像素群组2的颜色阵列的每个重复单位。然而，实际上，第四实施例与第一实施例的共同之处在于重复单位是单位像素3的水平方向上颜色阵列的重复单位。

AD转换增益调节：第四实施例

图7E是用于说明关注于根据第四实施例的固态成像器件1D中的AD转换增益调节操作(白平衡调节操作)的AD转换处理的时序图。与第一实施例中一样，在对参考信号SLPadc的梯度调节中执行AD转换增益调节。尽管未在图中示出，但是与第三实施例中一样，可以在对计数时钟CKcnt的频率调节中执行AD转换增益调节。

当例如采用像素共享结构时，在包括单位像素3的精练的单位像素3的布局样式中存在差异。因此，当接收到相同光量的光时，难以以相同的方式来处理光，这是因为在像素信号电压Vx_a、Vx_b、Vx_c和Vx_d之间发生差异并且输出幅度特性不同。在第四实施例中，采取措施来应对这种情况。关于从单位像素群组2中包括的单位像素3a、3b、3c和3d读出的像素信号电压Vx_a、Vx_b、Vx_c和Vx_d，分开调节AD转换增益。整体操作与第一实施例的第二例子中相同。仅有必要采用一种分开执行对单位像素群组2中包括的四个单位像素3a、3b、3c和3d的增益设定的方法。

换句话说，由于存在于单位像素群组2中的单位像素3的输出幅度特性是不同的，因此由DA转换单元270发射的参考信号SLPadc的电压改变量ΔSLPdac(即，AD转换增益)仅有必要根据单位像素群组2中包括的单位像素3的输出幅度特性来切换。

例如，在对第一单位像素群组2_1的单位像素3a和3c的像素信号电压Vx_a和Vx_c(＝Vx_R)进行AD转换时，DA转换单元270生成具有用于R像素的电压改变量ΔSLPdac_R的参考信号SLPadc。AD转换单元250利用电压改变量ΔSLPdac_R的参考信号SLPadc来执行比较处理，并且利用计数时钟CKcnt1来执行计数以执行AD转换。

在对第二单位像素群组2_2的单位像素3a和3c的像素信号电压Vx_a和Vx_c(＝Vx_Gr)进行AD转换时，DA转换单元270生成具有用于Gr像素的电压改变量ΔSLPdac_Gr的参考信号SLPadc。AD转换单元250利用电压改变量ΔSLPdac_Gr的参考信号SLPadc来执行比较处理，并且利用计数时钟CKcnt1来执行计数以执行AD转换。

在对第二单位像素群组2_2的单位像素3b和3d的像素信号电压Vx_b和Vx_d(＝Vx_Gb)进行AD转换时，DA转换单元270生成具有用于Gb像素的电压改变量ΔSLPdac_Gb的参考信号SLPadc。AD转换单元250利用电压改变量ΔSLPdac_Gb的参考信号SLPadc来执行比较处理，并且利用计数时钟CKcnt1来执行计数以执行AD转换。

在对第一单位像素群组2_1的单位像素3b和3d的像素信号电压Vx_b和Vx_d(＝Vx_B)进行AD转换时，DA转换单元270生成具有用于B像素的电压改变量ΔSLPdac_B的参考信号SLPadc。AD转换单元250利用电压改变量ΔSLPdac_B的参考信号SLPadc来执行比较处理，并且利用计数时钟CKcnt1来执行计数以执行AD转换。

在关于从单位像素群组2中包括的单位像素3读出的像素信号电压Vx的AD转换期间，可以根据单位像素3的输出幅度特性来执行增益调节。因此，可以与AD转换一同执行输出幅度特性校正。即使当在单位像素3的输出幅度特性中发生差异时，也可以根据与此相对应的电压改变量ΔSLPdac_a、ΔSLPdac_b、ΔSLPdac_c和ΔSLPdac_d(即，单位像素3的AD转换增益)来调节特性差异。

当关注于白平衡调节时，关于行方向上具有不同种类的颜色信息的像素信号电压Vx_R和Vx_Gr或者像素信号电压Vx_Gr和Vx_B，可以在AD转换期间根据用于R、G和B的单位像素3的输出幅度特性来执行增益调节。可以与AD转换一同执行白平衡调节。因此，在列AD处理单元26中，可以高度精确地实现用于白平衡调节的AD转换增益调节，而不会增大参考信号生成单元和计数时钟生成电路(在该例子中是时钟转换单元20a)的电路大小。

在上述例子中，单位像素群组2以Z字形被布置在四行两列中并且被共享。然而，这并不是必要的。在图7B的(2)中，即使在垂直四像素共享的情况下(其中第一单位像素群组2_1包括第i列中的电荷生成单元32a、32b、32c和32d，并且第二单位像素群组2_2包括第i+1列中的电荷生成单元32a、32b、32c和32d)，也可以以相同方式应用根据第四实施例的机制。

第四实施例与第一实施例的共同之处在于AD转换增益调节(白平衡调节)之后的数字数据可以保持原始AD转换比特精度，并且通过根据输出幅度特性调节参考信号SLPadc的一个DA转换单元270实现了AD转换增益调节。

5.根据第五实施例的成像设备

图8是用于说明本发明第五实施例的示意图。在第五实施例中，根据上述实施例的固态成像器件1所采用的利用增益调节的AD转换处理的机制被应用于成像设备，该成像设备是物理信息获取设备的例子。图8是根据第五实施例的成像设备8的示意图。

在成像器件中，与固态成像器件中一样，可以通过在参考信号比较型的AD转换处理期间执行增益调节，来实现用于校正每个单位像素3的输出幅度特性差异的机制，而不会增大DA转换单元270(参考信号生成单元27)和生成计数时钟CKcnt的电路的大小。作为关于AD转换增益调节的控制(例如设定参考信号SLPadc的梯度和用于增益调节的计数时钟CKcnt的频率)，在外部的主控制单元可以根据对通信/时序控制单元20的数据设定来指定用于控制的指示信息。还可以执行对参考信号比较型的正常AD转换处理(不执行AD转换增益调节处理)的控制。

例如，成像设备8包括拍照透镜802、光学低通滤波器804、滤色器群组812、像素单元10、驱动控制单元7、列AD处理单元26、参考信号生成单元27和相机信号处理单元810。如图中的虚线所指示，与光学低通滤波器804一同还可以提供减少红外光分量的红外光切除滤波器805。

拍照透镜802将表示光照下的对象Z的图像的光L引导到成像设备侧并且聚焦光L。在滤色器群组812中，用于R、G和B的滤色器以拜耳阵列布置。驱动控制单元7驱动像素单元10。读出电流控制单元24控制从像素单元10输出的像素信号的操作电流。列AD处理单元26对从像素单元10输出的像素信号应用CDS处理、AD转换处理等等。参考信号生成单元27将参考信号SLP_ADC送至列AD处理单元26。相机信号处理单元810处理从列AD处理单元26输出的成像信号。

设在列AD处理单元26的后级的相机信号处理单元810包括成像信号处理单元820和用作控制整个成像设备8的主控制单元的相机控制单元900。成像信号处理单元820包括信号分离单元822、颜色信号处理单元830、亮度信号处理单元840和编码器单元860。

信号分离单元822具有主色分离功能，主色分离功能用于将当除了主色滤波器之类的滤波器被用作滤色器时从列AD处理单元26的AD转换功能单元提供来的数字成像信号分离为R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)的主色信号。颜色信号处理单元830基于经信号分离单元822分离的主色信号R、G和B来执行关于颜色信号C的信号处理。亮度信号处理单元840基于经信号分离单元822分离的主色信号R、G和B来执行关于亮度信号Y的信号处理。编码器单元860基于亮度信号Y和颜色信号C来生成视频信号VD。

尽管未在图中示出，但是颜色信号处理单元830包括伽马校正单元和色差矩阵单元。尽管未在图中示出，但是亮度信号处理单元840包括高频亮度信号生成单元、低频亮度信号生成单元和亮度信号生成单元。高频亮度信号生成单元基于从信号分离单元822的主色分离功能单元提供来的主色信号来生成甚至包括具有相对较高频率的分量的亮度信号YH。低频亮度信号生成单元基于主色信号来生成仅包括具有相对较低频率的分量的亮度信号YL。亮度信号生成单元基于两种亮度信号YH和YL来生成亮度信号Y，并将亮度信号Y提供到编码器单元860。

在利用与颜色信号子载波对色差信号R-Y和B-Y进行了数字调制之后，编码器单元860将色差信号R-Y和B-Y与由亮度信号处理单元840生成的亮度信号Y相组合，并将组合信号转换为数字视频信号VD(＝Y+S+C；S是同步信号，C是色度信号)。从编码器单元860输出的数字视频信号VD被提供到后级的相机信号输出单元(未在图中示出)，并被用于监视器输出、记录介质中的数据记录，等等。数字视频信号VD被DA转换转换为模拟视频信号V。

相机控制单元900包括微处理器902、作为只读存储单元的ROM904、RAM 906、以及未在图中示出的其他外围构件。微处理器902与由CPU表示的计算机的核心相同，其中由计算机执行的控制和算术操作的功能被集成到微集成电路中。RAM 906是随机访问易失性存储单元的例子。微处理器902、ROM 904和RAM 906合在一起被称为微计算机。

相机控制单元900控制整个系统。在与用于校正每个单位像素3的输出幅度特性差异的AD转换增益调节(例如，白平衡调节)的关系中，相机控制单元900例如具有用于白平衡调节的计算功能。另外，相机控制单元900具有调节参考信号SLP_ADC的梯度和计数时钟CKcnt的频率的功能。

用于相机控制单元900的控制程序等被存储在ROM 904中。具体而言，在该例子中，存储了用于利用相机控制单元900控制参考信号比较型的正常AD转换处理和用于校正输出幅度特性差异的AD转换增益调节处理的程序。用于供相机控制单元900执行各种处理的数据等被存储在RAM 906中。

诸如存储卡之类的记录介质924可以被插入到相机控制单元900中并从相机控制单元900移出。相机控制单元900可以连接到诸如因特网之类的通信网络。除了微处理器902、ROM 904和RAM 906以外，相机控制单元900还包括存储器读出单元907和通信I/F 908。记录介质924被用于登记用于使得微处理器902执行软件处理的程序数据和用于基于亮度信号的曝光控制处理、用于白平衡调节的AD转换增益调节处理等等的数据。存储器读出单元907将从记录介质924读出的数据存储在RAM 906中。通信I/F 908中介相机控制单元900和诸如因特网之类的通信网络之间的通信数据的交换。

在成像设备8中，驱动控制单元7和列AD处理单元26被视为是与像素单元10分开的模块状单元。然而，可以使用单芯片固态成像器件1，其中这些单元与像素单元10一同被集成地形成在半导体衬底上。在图中，成像设备8被视为处于除了像素单元10、列AD处理单元26和相机信号处理单元810以外，还包括诸如拍照透镜802之类的光学系统的状态中。这一形式适合于采用具有成像功能的模块状形式(其中这些单元被集中封装)。

尽管未在图中示出，但是固态成像器件1可以设为具有成像功能的模块状形式，其中像素单元10和诸如拍照透镜802之类的光学系统被集中封装。在这种情况下，除了设为模块状形式的固态成像器件1以外，在模块中还可以设置相机信号处理单元810以配置成整个成像设备8。作为固态成像器件1中的一种模块形式，可包括相机信号处理单元810。实际上，在这种情况下，固态成像器件1和成像设备8可以被认为是相同的。这种成像设备8例如被提供为具有用于执行“成像”的成像功能的相机或便携式设备。“成像”不仅包括在正常相机拍照期间对图像的捕获，还包括更宽意义上的指纹检测等等。

具有这种配置的成像设备8被配置为包括固态成像器件1的所有功能。成像设备8在基本配置和操作上与固态成像器件1相同。微处理器902基于从列AD处理单元26输入的AD转换之后的数字数据来执行白平衡调节的计算，并经由驱动控制单元7(通信/时序控制单元20)将指示对于每种颜色期望调节的增益值的增益控制数据发送到参考信号生成单元27。在根据该实施例的成像设备8中，不仅可以实现用于执行参考信号比较型的正常AD转换处理的机制，还可以实现用于执行用于校正输出幅度特性差异的AD转换增益调节处理的机制。

已参考实施例说明了本发明。然而，本发明的技术范畴并不限于权利要求中描述的范围。在不脱离本发明的精神的前提下，可以对实施例进行各种修改和变更。经历这种修改和变更的形式也被包括在本发明的技术范畴内。

实施例并不限制根据权利要求的本发明。并不是在实施例中说明的特性的所有组合对于本发明的解决手段来说都是必需的。在各种阶段的发明被包括在实施例中。根据所公开的多个要素的适当组合可以提取出各种发明。即使若干要素被从实施例中描述的所有要素中删除，也可以提取出删除了若干要素的配置，只要获得与本发明一样的效果即可。

在实施例中，说明了这样的固态成像器件，其中方形的单位像素3以方形晶格形状排列，并且提供了包括作为重复单位的2×2像素的分色滤波器。然而，分色滤波器的重复单位并不限于此。在3×2像素的情况下，关于行方向上作为重复单位的三个像素，仅有必要采用这样一种系统，该系统针对相同颜色的每个单位像素3提供行控制线15，按顺序读出具有关于相同颜色的颜色信息的每个像素信号电压Vx，并将像素信号电压Vx转换为数字数据。

在实施例中，说明了方形的单位像素3以方形晶格形状排列的固态成像器件。然而，单位像素的阵列并不限于方形晶格形状。例如，该阵列可以是阵列状态的偏斜晶格形状，其中图1中所示的像素单元10被倾斜45度。单位像素的阵列并不限于方形形状，而是可以是蜂窝形以抑制单位像素的电荷生成单元的光接收表面的面积的减小并提高像素密度。

无论单位像素的形状和阵列如何，在任何情况下，当像素单元10被形成为适合于彩色成像时，在与过去的配置中同时访问的读出单元相对应的方向上，仅有必要与存在于分色滤波器的重复单位内的滤色器相关联地调节AD转换增益。简要地说，仅有必要通过存在于分色滤波器的重复单位内的滤色器、根据单位像素3的输出幅度特性调节AD转换增益来调节白平衡。无论是否使用分色滤波器，在与过去的配置中同时访问的读出单元相对应的方向上，仅有必要通过根据存在于重复单位内的单位像素3的输出幅度特性调节AD转换增益来校正输出幅度特性。

在实施例中，作为可以根据地址控制选择并读出来自单位像素的信号的固态成像器件的例子，说明了包括像素单元的CMOS传感器，在像素单元中，包括NMOS或PMOS的单位像素布置成矩阵形状。这仅仅是一个例子。信号电荷的生成不仅可以应用于光，还可以应用于电磁波，所述电磁波一般例如是红外线、紫外线和X射线。在实施例中说明的事物可以应用于包括单位组件的半导体器件，其中排列了接收电磁波并输出与电磁波的量相对应的模拟信号的大量元件。

在实施例中，说明了区域传感器类型的固态成像器件1，其包括单位像素3以二维矩阵形状排列的像素单元10。然而，单位像素3的二维矩阵形状的阵列并不是必需的。例如，实施例的机制还可以应用于所谓的行传感器类型，其中单位像素3是针对一行或若干行排列的。

代替行方向上的同时读出，仅有必要在阵列(例如每个分色滤波器阵列)的重复单位内按顺序读出像素信号电压Vx。仅有必要调节AD转换增益以在参考信号比较型的AD转换处理期间校正单位像素3的输出幅度特性。

本申请包含与2008年10月1日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2008-256267有关的主题，上述申请的全部内容通过引用而结合于此。

本领域技术人员应当理解，取决于设计需求和其他因素可以发生各种修改、组合、子组合和变更，只要这些修改、组合、子组合和变更在权利要求或其等同物的范围内。

Claims (12)

1.一种固态成像器件，包括：

像素单元，在该像素单元中，输出模拟处理目标信号的多个单位像素被排列在水平方向上，并且多条扫描线的布线使得在水平方向上多个单位像素的阵列的重复单位内，能够在垂直方向上按顺序读出所述处理目标信号；

包括多个比较单元和多个计数器单元的AD转换单元，所述比较单元将从生成参考信号的参考信号生成单元提供的具有渐变电平的参考信号与所述处理目标信号相比较，所述计数器单元接收用于AD转换的计数时钟的供给并基于所述比较单元的比较结果、在计数操作有效时段中执行计数操作，所述AD转换单元基于所述计数器单元的输出数据执行AD转换处理以获取所述处理目标信号的数字数据；以及

驱动控制单元，所述驱动控制单元执行控制以在所述像素单元的水平方向上的多个单位像素的阵列的重复单位内、在垂直方向上按顺序读出所述处理目标信号，并且控制所述参考信号生成单元和所述AD转换单元，使得表示相对于所述处理目标信号的计数器单元的输出数据的大小的AD转换增益被分别调节，以便校正在关于各处理目标信号的AD转换处理期间、所述重复单位内的各单位像素之间的输出幅度特性差异。

2.如权利要求1所述的固态成像器件，其中

所述AD转换单元包括用于所述像素单元的水平方向上多个单位像素的阵列的每个重复单位的比较单元和计数器单元，并且

所述驱动控制单元执行控制，以便无论所述像素单元的水平方向上多个单位像素的阵列的重复单位如何，都在垂直方向上同时读出所述处理目标信号，并且分别调节所述AD转换增益。

3.如权利要求1所述的固态成像器件，其中

所述AD转换单元包括用于每个单位像素的比较单元和计数器单元，而无论所述像素单元的水平方向上多个单位像素的阵列的重复单位如何；并且

所述驱动控制单元执行控制，以便无论所述像素单元的水平方向上多个单位像素的阵列的重复单位如何，都在垂直方向上同时读出所述处理目标信号，并且切换用于将关于各处理目标信号的AD转换增益调节为相同的正常增益处理和用于分别调节所述AD转换增益的个别增益处理。

4.如权利要求1至3中任何一个所述的固态成像器件，其中

在所述像素单元中，输出所述处理目标信号的多个单位像素被排列为二维矩阵形状，并且

所述参考信号生成单元向所述多个比较单元提供共同的参考信号。

5.如权利要求1至4中任何一个所述的固态成像器件，其中

在所述像素单元中每个单位像素的入射电磁波一侧的表面上，设置了多个分色滤波器中的任一个滤色器，所述多个分色滤波器包括用于获取颜色信息的多种颜色的多个滤色器的组合，

所述像素单元的水平方向上多个单位像素的阵列的重复单位是所述多个分色滤波器的阵列的重复单位，并且

所述驱动控制单元分别调节用于彩色成像期间白平衡调节的AD转换增益。

6.如权利要求5所述的固态成像器件，其中

在所述像素单元中，输出所述处理目标信号的多个单位像素被排列为二维矩阵形状，

在所述多个分色滤波器中，相同颜色的多个滤色器被设在不同行中，并且

所述驱动控制单元将关于设有相同颜色的滤色器的各单位像素的AD转换增益调节为相同。

7.如权利要求5所述的固态成像器件，其中

在所述像素单元中，输出所述处理目标信号的多个单位像素被排列为二维矩阵形状，

在所述多个分色滤波器中，相同颜色的多个滤色器被设在不同行中，并且

所述驱动控制单元分别调节关于设置有相同颜色的滤色器的各单位像素的AD转换增益。

8.如权利要求1所述的固态成像器件，其中

每个单位像素包括通过电荷检测物理量的变化的检测单元、将所述检测单元检测出的电荷转换为像素信号的像素信号生成单元、基于输入传送控制电位将所述检测单元检测出的电荷传送到所述像素信号生成单元的传送单元、以及初始化所述像素信号生成单元的电位的初始化单元，

所述像素单元包括具有以下结构的单位像素群组，在该结构中单位像素中的一部分元件被多个单位像素共享，

所述像素单元的水平方向上多个单位像素的阵列的重复单位是所述单位像素群组的水平方向上的阵列的重复单位，并且

所述驱动控制单元分别调节所述AD转换增益以校正包含在所述单位像素群组中的多个单位像素之间的输出幅度特性差异。

9.如权利要求1至8中任何一个所述的固态成像器件，其中所述驱动控制单元控制所述参考信号生成单元以分别调节所述参考信号的梯度，从而分别调节所述重复单位内的AD转换增益。

10.如权利要求1至9中任何一个所述的固态成像器件，其中所述驱动控制单元包括时钟转换单元，该时钟转换单元分别调节用于AD转换的计数时钟的频率，从而在所述重复单位内分别调节AD转换增益。

11.一种成像设备，包括：

像素单元，在该像素单元中，包括多个电荷生成单元和多个晶体管的多个单位像素被排列为矩阵形状，所述晶体管输出处理目标信号，并且多条扫描线的布线使得在水平方向上多个单位像素的阵列的重复单位内，能够在垂直方向上按顺序读出所述处理目标信号，所述处理目标信号包括与由所述电荷生成单元生成的电荷相对应的信号电平和复位电平；

参考信号生成单元，所述参考信号生成单元生成具有渐变电平的参考信号；

包括多个比较单元和多个计数器单元的AD转换单元，所述比较单元将从所述参考信号生成单元输出的参考信号与所述处理目标信号的复位电平和信号电平中的每一个进行比较，所述计数器单元接收用于AD转换的计数时钟的供给并基于所述比较单元的比较结果，在计数操作有效时段中执行计数操作，所述AD转换单元基于所述计数器单元的输出数据获取所述复位电平和所述信号电平之差的数字数据；

驱动控制单元，所述驱动控制单元执行控制以在所述像素单元的水平方向上的多个单位像素的阵列的重复单位内，按顺序从各单位像素在垂直方向上依次读出所述复位电平和所述信号电平，并且为了校正在关于各单位像素的AD转换处理期间、所述重复单位内的各单位像素的复位电平和信号电平之间的输出幅度差异，控制所述参考信号生成单元和所述AD转换单元，以针对每个单位像素调节表示相对于所述复位电平和所述信号电平的计数器单元的输出数据的大小的AD转换增益；以及

主控制单元，所述主控制单元基于所述重复单位内的各单位像素之间的输出幅度差异来计算各单位像素中设定的AD转换增益，并且控制所述驱动控制单元。

12.一种AD转换增益调节方法，包括以下步骤：

在利用比较单元将从参考信号生成单元提供的具有渐变电平的参考信号与从设在像素单元中的多个单位像素提供的模拟处理目标信号进行比较、接收用于AD转换的计数时钟的供给、并且利用计数器单元基于比较结果在计数操作有效时段中执行计数操作以及基于所述计数器单元的输出数据获取所述处理目标信号的数字数据时，

执行控制以在所述像素单元的水平方向上的多个单位像素的阵列的重复单位内、在垂直方向上按顺序读出所述处理目标信号；以及

为了校正在关于各处理目标信号的AD转换处理期间、所述重复单位内的各单位像素之间的输出幅度特性差异，分别调节从所述参考信号生成单元提供的参考信号的梯度和/或用于AD转换的计数时钟的频率，以分别调节表示相对于所述处理目标信号的计数器单元的输出数据的大小的AD转换增益。

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