CN101959026B - 固态成像装置、其控制方法、及照相机系统 - Google Patents

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Abstract

一种固态成像装置，包括：像素部件，其具有按矩阵形式排列的执行光电转换的像素；像素信号读取部件，其包括AD转换部分，该AD转换部分以像素为单位读取像素信号，并且把作为斜坡波形的参照信号与像素信号进行比较以执行AD转换；钳制单元，其使用钳制电压来钳制信号线，以使得像素信号保持在设置电压或者大于设置电压；校正偏置电路，其根据所供给的钳制电压设置值来生成钳制电压，并且把钳制电压供给至钳制单元；以及校正偏置选择单元，其选择钳制电压设置值，以使得钳制电压与用于确定参照信号斜率的斜率确定信息相关联地生成，并且把钳制电压设置值供给至校正偏置电路。

Description

固态成像装置、其控制方法、及照相机系统
技术领域
本发明涉及一种CMOS图像传感器所代表的固态成像装置、其控制方法、及照相机系统。
背景技术
已经提出了一种CMOS图像传感器，其包括具有按二维排列的多个像素的像素阵列部件，逐像素列顺序地读取从在像素阵列部件中的各像素读取的像素信号，并且针对每列像素信号执行CDS(关联复式取样)等，以把像素信号转换成将输出的图像信号。
主流CMOS图像传感器为列并行输出型，其包括对于每像素具有FD的FD(浮置扩散)放大器，在像素阵列中选择一行像素，同时沿列方向读取该行中的像素信号。
其原因在于，像素中布置的FD放大器难以提供足够的驱动性能，因此数据速率需要降低，使并行处理有优势。
已经针对列并行输出型CMOS图像传感器提出了多种像素信号读取(输出)电路。
读取电路中最先进类型具有针对每列提供的模拟-数字转换器(以下将其简称为“ADC”)，以采集作为数字信号的像素信号。
例如，在W.Yang等人的“An Integrated 800×600CMOS ImageSystem”，ISSCC Digest of Technical Papers，第304～305页，1999年2月(非专利文献1)以及JP-A-2005-278135(专利文献1)中公开了一种其上安装有列并行ADC的CMOS图像传感器。
如所知，当把诸如太阳光的极强的光输入至这样的CMOS图像传感器时，输入部分的信号电平下降，从而导致即使光非常亮图像仍然发黑的黑化现象(blackening phenomenon)。
CMOS图像传感器提供有某些校正设备来避免此现象(例如，参见JP-A-2008-283557(专利文献2))。
作为防止黑化现象的方法，已提出了如下方法，其中，在检测黑化现象时不具有光电二极管的放大器(以下，将其称为“像素哑放大晶体管(pixel dummy amplification transistor)”)提供在像素中，并且用像素哑放大晶体管的输出电压取代从像素输出的重置电压。
例如，JP-A-2000-287131(专利文献3)中公开了这种方法。
还提出了另外一种方法，根据不同的目的，例如增加像素部件的操作余量以及信号电荷的完全转移，在像素部件中使用多个电源电压(例如，参见WO 03/085964(专利文献4))。
图1为电路图，描述了适用所提出技术的固态成像装置(CMOS图像传感器)的总体配置。
固态成像装置1包括像素部件2、垂直扫描部件3、水平扫描部件4、以及具有ADC的列处理电路组5，如图1中所示。
固态成像装置1还包括数字-模拟转换器(以下，将其简称为“DAC”)6、校正偏置电路7、通信时序控制部件8、数字操作部件9、以及输出部件10。
像素部件2的有效像素区具有二维阵列的单位像素21，每列具有包括像素哑放大晶体管的像素哑部件22。
单位像素21具有为光电转换元件的光电二极管PD21。单位像素21还包括总共4个晶体管，即，转移晶体管T21、重置晶体管T22、放大晶体管T23、以及选择晶体管T24。
转移脉冲TRG、重置脉冲RTS、选择脉冲SEL等从垂直扫描部件3提供至各像素晶体管，以把光电二极管PD21所获得的信号电荷转换成像素信号SIG，像素信号SIG随后输出至垂直信号线23。
像素哑部件22包括像素哑放大晶体管DT和像素哑选择晶体管ST。来自垂直扫描部件3的选择脉冲DSEL、以及来自黑化校正偏置电路的钳制电压SLP SUN控制像素哑部件22。
尽管在以上的描述中单位像素部分配置为包括4个晶体管，然而也可以包括不同的配置，例如，排除选择晶体管的3个晶体管。最好像素哑部件22具有与单位像素部分的配置相同的配置。
图2A和2B解释了在光量正常时和光极强而导致黑化现象时针对像素行的操作和AD转换。
P-相位时间段中像素信号SIG变得与用于AD转换的参照信号SLP_ADC相同的时间段A中的计数值、和D-相位时间段中像素信号SIG变得与用于AD转换的参照信号SLP_ADC相同的时间段B中的计数值之间的差，给出了图2A中所示正常光量时的输出。
另一方面，导致图2B中所示黑化现象的极强光量时的输出由来自黑化校正偏置电路的钳制电压SLP_SUN钳制为像素信号SIG不等于或者不低于设置电压。
因此，P-相位时间段中像素信号SIG不会变得与用于AD转换的参照信号SLP_ADC相同，如在时间段C中所看到的。
当P-相位时间段中像素信号SIG不变得与用于AD转换的参照信号SLP_ADC相同时，确定已经发生黑化现象，并且对计数值进行完全计数，或者通过执行操作，例如用等于或者大于饱和信号的固定计数值取代该计数值，来校正黑化现象。然而，应该加以注意的是，需要对来自黑化校正偏置电路的钳制电压SLP_SUN进行适当设置。当设置值不适当时，不能校正黑化现象，或者可能不适当地执行校正以致劣化正常时的输出特性。
发明内容
然而，在这样的电路配置中，用于AD转换的参照信号SLP_ADC的斜率随量化比特的数目、模拟增益、计数器部分的驱动频率等变化。
这使得通过钳制电压SLP_SUN的设置值能够校正黑化现象的范围变窄。
当如专利文献4中所描述，使用像素部件的多个电源电压时，黑化校正偏置电路的参照电压可能不同于像素-部件重置电压，而且参照电压和重置电压的独立变化使得可校正黑化的范围变窄。
考虑到这些情况、以及晶体管等的工艺变化，当来自黑化校正偏置电路的钳制电压SLP_SUN的设置值固定使用时，在某些情况下，不适当的钳制电压可能会引发问题。
从以上的描述可以明显看出，根据相关技术的技术具有如下问题，即可校正黑化的范围受到某些条件的限制。
因此，希望提供能够拓宽可校正黑化的范围的固态成像装置、其控制方法、及照相机系统。
根据本发明实施例的固态成像装置包括：像素部件，其具有按矩阵形式排列的执行光电转换的多个像素；像素信号读取部件，其包括模拟-数字(AD)转换部分，该模拟-数字转换部分把像素信号以多个像素为单位从像素部件读取至信号线，并且把作为斜坡波形的参照信号与像素信号进行比较以执行AD转换；钳制部件，其使用钳制电压来钳制信号线，以使得像素信号保持在设置电压或者大于设置电压；校正偏置电路，其根据所供给的钳制电压设置值来生成钳制电压，并且把钳制电压供给至钳制部件；以及校正偏置选择部件，其选择钳制电压设置值，以使得钳制电压与用于确定参照信号斜率的斜率确定信息相关联地生成，并且把钳制电压设置值供给至校正偏置电路。
根据本发明另一实施例的固态成像装置的控制方法包括：读出步骤，其把像素信号以多个像素为单位从具有按矩阵形式排列的执行光电转换的多个像素的像素部件读取至信号线；钳制步骤，其用钳制电压钳制信号线，以使得像素信号保持在设置电压或者大于设置电压；以及像素信号读取步骤，其允许模拟-数字(AD)转换部分把作为斜坡波形的参照信号与像素信号进行比较以执行AD转换；其中，在钳制步骤中，钳制电压设置值被选择为使得钳制电压与用于确定参照信号斜率的斜率确定信息相关联地生成，并且与所选择的钳制电压设置值相应的钳制电压被生成以使用钳制电压来钳制信号线。
根据本发明的又一实施例的照相机系统包括固态成像装置、及在固态成像装置上形成物体图像的光学系统，固态成像装置包括：像素部件，其具有按矩阵形式排列的执行光电转换的多个像素；像素信号读取部件，其包括模拟-数字(AD)转换部分，该模拟-数字转换部分把像素信号以多个像素为单位从像素部件读取至信号线，并且把作为斜坡波形的参照信号与像素信号进行比较以执行AD转换；钳制部件，其使用钳制电压来钳制信号线，以使得像素信号保持在设置电压或者大于设置电压；校正偏置电路，其根据所供给的钳制电压设置值来生成钳制电压，并且把钳制电压供给至钳制部件；以及校正偏置选择部件，其选择钳制电压设置值，以使得钳制电压与用于确定参照信号斜率的斜率确定信息相关联地生成，并且把钳制电压设置值供给至校正偏置电路。
本发明的实施例能够拓宽可校正黑化的范围。
附图说明
图1为电路图，描述了适用所提出技术的固态成像装置(CMOS图像传感器)的总体配置；
图2A和2B解释了在光量正常时和光极强而导致黑化现象时针对将被读取的像素行的操作和AD转换；
图3为框图，描述了根据本发明实施例的安装列并行ADC的固态成像装置(CMOS图像传感器)的配置例子；
图4放大地描述了根据实施例的具有4个晶体管的CMOS图像传感器中的像素的例子；
图5描述了根据量化比特的数目改变用于AD转换的参照信号的斜率；
图6描述了根据模拟增益的设置值改变用于AD转换的参照信号的斜率；
图7描述了根据实施例的包括校正偏置电路的电路的例子；
图8说明了黑化检测时间段和正常驱动时间段中根据实施例的固态成像装置的操作时序；
图9描述了根据实施例的校正偏置选择部件中形成的用于AD转换的参照信号的斜率的钳制电压表的例子；
图10描述了根据实施例的校正偏置选择部件的配置例子；
图11说明了用于解释黑化检测时间段中图10中校正偏置选择部件操作的时序图；
图12描述了适用根据实施例的固态成像装置的照相机系统的配置例子。
具体实施方式
以下，将参照附图描述本发明的优选实施例。将按下列次序进行描述。
1.固态成像装置的总体配置例子
2.列ADC的配置例子
3.对校正偏置选择进行控制的例子
4.照相机系统的配置例子
图3为框图，描述了根据本发明实施例的安装列并行ADC的固态成像装置(CMOS图像传感器)100的配置例子。
<1.固态成像装置的总体配置例子>
如图3中所示，固态成像装置100具有作为成像部件的像素部件110、垂直(行)扫描部件120、水平(列)扫描部件130、以及通信时序控制器140。
固态成像装置100还具有作为ADC组的列处理电路组150、作为参照信号生成部件的DAC 160、校正偏置选择部件170、校正偏置电路180、以及信号处理部件190。
信号处理部件190具有数字运算部件191和输出部件192。
根据实施例的固态成像装置100根据等于像素部件的重置电压的电源电压，来生成用于检测黑化的钳制电压，以抑制电源电压的变化，并拓宽可校正黑化的范围。
根据实施例的固态成像装置100与确定用于AD转换的参照信号的斜率的量化比特的数目、模拟增益、列AD电路中计数器部分的频率等相关联地改变黑化检测钳制电压。
因此，固态成像装置100具有在每种情况下设置最佳钳制电压以拓宽可校正黑化范围的能力。
像素部件110具有m行n列的单位像素110A的二维阵列(矩阵)，每单位像素110A包括光电二极管(光电转换元件)和像素内放大器。
像素部件110还具有与像素阵列的各列相关联的、作为钳制部件的像素哑部件110B。
作为钳制部件的像素哑部件110B钳制垂直信号线116以使得像素信号SIG由钳制电压保持为等于或者高于设置电压，即，像素信号SIG不会变得等于或者低于设置电压。
[单位像素的配置例子]
图4放大地描述了根据实施例的具有4个晶体管的CMOS图像传感器中的像素的例子。
单位像素110A具有作为光电转换元件的光电二极管111。
单位像素110A具有作为单个光电二极管111的主动(active)元件的4个晶体管，即，作为转移元件的转移晶体管112、作为重置元件的重置晶体管113、放大晶体管114以及选择晶体管115。
光电二极管111把输入光光电转换成其数量相应于输入光量的电荷(在本例子中为电子)。
转移晶体管112连接在光电二极管111和作为输出节点的浮置扩散FD之间。
当转移信号TRG经由转移控制线LTx供给至转移晶体管112的栅极(转移栅极)时，转移晶体管112把光电二极管111所光电转换的电子转移至浮置扩散FD。
重置晶体管113连接在电源线LVDDRST和浮置扩散FD之间。
当重置信号RST经由重置控制线LRST供给至重置晶体管113的栅极时，重置晶体管113把浮置扩散FD的电势重置为电源线LVDDRST的电势。
供给至与重置晶体管113的漏极连接的电源线LVDDRST的电压VDDRST根据等于黑化检测钳制电压的电源电压生成。
浮置扩散FD与放大晶体管114的栅极相连接。
放大晶体管114具有经由选择晶体管115连接至垂直信号线116的源极，并且与位于像素部件之外的恒流源ISRS一起形成源极跟踪器。放大晶体管114的漏极连接至电源线LVDDAMP。
然后，控制信号(地址信号或者选择信号)SEL经由选择控制线LSEL供给至选择晶体管115的栅极，以导通选择晶体管115。
当选择晶体管115导通时，放大晶体管114放大浮置扩散FD的电势，并且向垂直信号线116输出相应于该电势的电压(像素信号SIG)。
等效于从各个像素所输出的电压的像素信号SIG经由垂直信号线116输出至作为像素-信号读取电路的列处理电路组150。
例如，由于逐行连接转移晶体管112、重置晶体管113以及选择晶体管115的栅极，所以针对一行像素同时并行地执行这些操作。
关于每行像素布置在像素部件110中提供的重置控制线LRST、转移控制线LTx以及选择控制线LSEL的组。
由作为像素驱动部件的垂直扫描部件120驱动那些重置控制线LRST、转移控制线LTx以及选择控制线LSEL。
[像素哑部件的配置例子]
像素哑部件110B配置为包括像素哑放大晶体管117、以及像素哑选择晶体管118。
像素哑放大晶体管117具有连接至电源线LVDDAMP的漏极、以及连接至像素哑选择晶体管118的漏极的源极。
像素哑选择晶体管118的源极连接至垂直信号线116。
像素哑放大晶体管117的栅极连接至将由校正偏置电路180供给的钳制电压SLP_SUN的供给线。
像素哑选择晶体管118的栅极连接至将由垂直扫描部件120供给的选择脉冲DSEL的供给线。
从以上的描述可以明显看出，来自垂直扫描部件120的选择脉冲DSEL和来自校正偏置电路180的钳制电压SLP_SUN控制像素哑部件110B。
尽管在以上的描述中单位像素部分配置为具有4个晶体管，然而其也可以具有不同的配置，例如具有排除选择晶体管之外的3个晶体管。
希望像素哑部件110B具有与单位像素部分的配置相同的配置。
固态成像装置100中配备有：通信时序控制器140，其作为控制电路，生成用于顺序地从像素部件110读取信号的内部时钟；垂直扫描部件120，其控制行地址和行扫描；以及水平扫描部件130，其控制列地址和列扫描。
通信时序控制器140生成像素部件110、垂直扫描部件120、水平扫描部件130、列处理电路组150、DAC 160、校正偏置选择部件170、校正偏置电路180等的信号处理中所需的时序信号。
通信时序控制器140包括控制DAC 160中参照信号SLP_ADC(RAMP)的生成的DAC控制部件。
DAC控制部件执行控制，以使得针对将经受列处理电路组150中各个列处理电路(ADC)的AD转换的每行，来调整参照信号SLP_ADC的斜率。
DAC控制部件能够执行控制，以使得在列处理电路组150中执行CDS(关联复式取样)时，根据量化比特的数目差，来调整第一取样和第二取样中每个的参照信号SLP_ADC的斜率。
像素部件110通过使用线开闭器来存储和释放光子，针对每行像素把视频图像或屏幕图像光电转换为模拟像素信号SIG，并把模拟像素信号SIG输出至列处理电路组150中的每个列处理电路151。
在列处理电路组150中，使用来自DAC 160的参照信号SLP_ADC、对来自像素部件110的模拟输出执行APGA-可兼容的积分ADC和数字CDS，以输出多个比特的数字信号。
<2.列ADC的配置例子>
根据实施例的列处理电路组150具有作为ADC块的列处理电路(ADC)151的多个列。
即，列处理电路组150具有k个比特的数字信号的转换功能，并且具有分别针对垂直信号线(列线)116-1～116-n布置的各ADC 151，从而形成列并行ADC块。
每个ADC 151具有比较器152，比较器152把通过逐步改变DAC 160生成的参照信号所获得的拥有斜坡波形的参照信号SLP_ADC与经由垂直信号线116从每行像素所获得的模拟像素信号SIG加以比较。
另外，每个ADC 151还具有对比较时间计数并保持计数结果的计数器锁存器153。
每个计数器锁存器153的输出连接至水平转移线LTRF，水平转移线LTRF具有例如k个比特的宽度。
在列处理电路组150中，读取至垂直信号线116的模拟像素信号SIG由针对每列所布置的比较器152与参照信号SLP_ADC(作为按给定倾斜度线性变化的斜波形的斜坡信号RAMP)进行比较。
此时，像比较器152一样针对每列所布置的计数器锁存器153正在运行。
随着带有斜坡波形的参照信号SLP_ADC与计数值以一一对应关系变化，每个ADC 151把垂直信号线116的电势(模拟信号)Vs1转换为数字信号。
每ADC 151把参照信号SLP_ADC的电压的变化转换为时间的变化，并且在给定的周期(时钟)内对时间计数，以把时间转换为数字值。
当模拟像素信号SIG与参照信号SLP_ADC相交时，比较器152的输出被反转，以停止计数器锁存器153的输入时钟，或者把其输入已经被停止的时钟输入到计数器锁存器153，从而完成AD转换。
在AD转换时间段结束之后，水平扫描部件130把计数器锁存器153中所保持的数据转移至水平转移线LTRF。该数据经由放大器输入至信号处理部件190，经过预定信号处理以生成二维图像。
水平扫描部件130同时执行针对多个信道的并行转移，以确保转移速率。
通信时序控制器140生成诸如像素部件110和列处理电路组150的各个块中信号处理中所需的时序。
在后级的信号处理部件190执行数字信号处理，例如，对存储在线存储器中的信号的垂直线缺陷或者点缺陷的校正、信号钳制、并行-串行转换、压缩、编码、添加、平均以及间断操作。
针对每行像素所发送的数字信号存储在线存储器中。
在根据实施例的固态成像装置100中，信号处理部件190的数字输出作为输入发送至ISP或者基带LSI。
DAC 160在DAC控制部件的控制下，使用按给定倾斜度线性变化的斜波形，生成参照信号(斜坡信号)，并且把参照信号SLP_ADC供给至列处理电路组150。
用于AD转换的参照信号SLP_ADC的斜率根据斜率确定信息变化。
此斜率确定信息包括量化比特的数目、模拟增益的设置值、以及列AD电路中计数器部分的频率。
因此，由例如量化比特的数目、模拟增益的设置值、或者列AD电路中计数器部分的频率改变用于AD转换的参照信号SLP_ADC的斜率。
图5描述了根据量化比特的数目改变用于AD转换的参照信号SLP_ADC的斜率。
图6描述了根据模拟增益的设置值改变用于AD转换的参照信号SLP_ADC的斜率。
如图5中所示，随量化比特的数目变大，用于AD转换的参照信号SLP_ADC的斜率变得平缓，随量化比特的数目变小，用于AD转换的参照信号SLP_ADC的斜率变陡峭。
因此，用于AD转换的参照信号SLP_ADC达到与像素信号SIG一致所需的时间(计数值)在P-相位时间段和D-相位时间段之间不同。
当量化比特的数目大时，例如，信号量变为P-相位时间段中计数值A和D-相位时间段中计数值B之间的差值。
当量化比特的数目小时，信号量变为P-相位时间段中计数值C和D-相位时间段中计数值D之间的差值。
如图6中所示，随模拟增益的设置值变高，用于AD转换的参照信号SLP_ADC的斜率变得平缓，随模拟增益的设置值变低，用于AD转换的参照信号SLP_ADC的斜率变得陡峭。
因此，用于AD转换的参照信号SLP_ADC达到与像素信号SIG一致所需的时间(计数值)在P-相位时间段和D-相位时间段之间不同。
当模拟增益的设置值高时，例如，信号量变为P-相位时间段中计数值E和D-相位时间段中计数值F之间的差值。
当模拟增益的设置值为低时，信号量变为P-相位时间段中计数值G和D-相位时间段中计数值H之间的差值。
<3.对校正偏置选择的控制例子>
校正偏置选择部件170从通信时序控制器140接收用于确定因素的数据，并且向校正偏置电路180发送最佳黑化检测钳制电压设置值SCVL，该因素用于确定用于AD转换的参照信号SLP_ADC的斜率。
校正偏置电路180根据校正偏置选择部件170所设置的黑化检测钳制电压设置值SCVL，生成黑化检测钳制电压SLP_SUN，并且把此黑化检测钳制电压SLP_SUN供给至像素哑部件110B的像素哑放大晶体管117的栅极。
图7描述了根据实施例的包括校正偏置电路的电路的例子。
图8说明了黑化检测时间段和正常驱动时间段中根据实施例的固态成像装置的操作时序。
校正偏置电路180具有串联连接在电源线LVDDRST和作为参照电势的地GND之间的N个电阻R1～RN、以及由基于电阻器的分压生成N+1个黑化检测钳制电压的设置电压值的节点ND0～NDN。
校正偏置电路180具有选择器181、以及把节点ND0～NDN处的设置电压值SVL0～SVLN选择地供给至选择器181的第一输入的开关SW0～SWN。
根据校正偏置选择部件170所设置的黑化检测钳制电压设置值SCVL控制开关SW0～SWN的接通/切断。
选择器181具有连接至开关SW0～SWN的输出端的第一输入、以及连接至例如地GND的参照电势的第二输入。
选择器181根据来自通信时序控制器140的选择控制信号SCTL来选择第一输入或者第二输入，并且输出具有相应于所选择输入的电平的黑化检测钳制电压SLP_SUN。
此处，把针对像素部件110的重置电压VDDRST设置为等于基于电阻器的分压的基准的电压。
因此，当针对像素部件110的重置电压VDDRST改变时，黑化检测钳制电压SLP_SUN与其相关联地改变，从而抑制电源电压的变化。
这拓宽了固定的黑化检测钳制电压设置值处的可校正黑化的范围。
通信时序控制器140在黑化检测时间段和其它时间段之间切换黑化检测钳制电压SLP_SUN。
在图7中，时间段K1表示黑化检测时间段，时间段K2表示正常驱动时间段。
如以上所描述的，校正偏置选择部件170相对校正偏置电路180设置用于AD转换的参照信号SLP_ADC的斜率的最佳钳制电压。
因此，黑化检测钳制电压SLP_SUN随用于AD转换的参照信号SLP_ADC的斜率而变化，如图8中所示。
这拓宽了可校正黑化的范围。
根据实施例，针对校正偏置电路180的钳制设置值为N+1，其能够根据电阻的变化而改变。
尽管在图7中的例子中正常驱动时间段(时间段K2)中的设置电压为地电势，然而其能够为不影响正常驱动时间段的任何电压。
如以上所描述的，本发明的该实施例能够拓宽受相关技术某些情况限制的可校正黑化的范围。
作为对本发明的修改，能够不在固态成像装置(CMOS图像传感器)内部安装校正偏置选择部件，而是在外部控制下拓宽可校正黑化的范围。
总而言之，根据来自固态成像装置(CMOS图像传感器)外部的通信内容，确定用于AD转换的参照信号SLP_ADC的斜率。
这能够允许固态成像装置(CMOS图像传感器)通过按照用于AD转换的参照信号SLP_ADC的斜率的内容对校正偏置电路所设置的钳制电压执行基于通信的控制，来与用于AD转换的参照信号SLP_ADC的斜率相关联地运行。
这能够使可校正黑化的范围宽于相关技术所准许的范围。
图9描述了根据实施例的校正偏置选择部件中形成的用于AD转换的参照信号的斜率的钳制电压表的例子。
校正偏置选择部件170保持有与用于确定用于AD转换的参照信号的斜率的条件相对应的设置电压的表TBL170，例如，如图9中所示。
校正偏置选择部件170从表TBL170抽取与图8中所示黑化检测时间段(时间段K1)的条件相对应的设置值，并且把该设置值输出至校正偏置电路180。
设置电压表TBL170互相关联地描述了模拟增益Gain和量化比特的数目QBN。
当模拟增益处于0dB≤Gain＜3dB的范围中，而且量化比特的数目QBN为9个比特时，设置值SVL设置为“2”。
当模拟增益处于0dB≤Gain＜3dB的范围中，而且量化比特的数目QBN为12个比特时，设置值SVL设置为“4”。
当模拟增益处于3dB≤Gain＜6dB的范围中，而且量化比特的数目QBN为9个比特时，设置值SVL设置为“3”。
当模拟增益处于3dB≤Gain＜6dB的范围中，而且量化比特的数目QBN为12个比特时，设置值SVL设置为“5”。
当模拟增益处于12dB≤Gain＜15dB的范围中，而且量化比特的数目QBN为9个比特时，设置值SVL设置为“6”。
当模拟增益处于12dB≤Gain＜15dB的范围中，而且量化比特的数目QBN为12个比特时，设置值SVL设置为“8”。
当模拟增益处于15dB≤Gain＜18dB的范围中，而且量化比特的数目QBN为9个比特时，设置值SVL设置为“7”。
当模拟增益处于15dB≤Gain＜18dB的范围中，而且量化比特的数目QBN为12个比特时，设置值SVL设置为“9”。
以下，将描述校正偏置选择部件170的配置例子。
图10描述了根据实施例的校正偏置选择部件的配置例子。
图11说明了用于解释黑化检测时间段中图10中校正偏置选择部件操作的时序图。
图10中的校正偏置选择部件170具有比较器171、计数器172、斜率检测部件173、以及设置值确定部件174。
如图10中所示，校正偏置选择部件170中的比较器171把用于AD转换的参照信号SLP_ADC与针对黑化检测时间段K1的钳制电压加以比较，以检测用于AD转换的参照信号SLP_ADC的斜率。
当所检测的斜率超出允许范围时，钳制电压的设置值被控制为改变到处于允许范围之内。
在校正偏置选择部件170中，用于AD转换的参照信号(SLP_ADC)与针对黑化检测时间段K1的钳制电压而不是与像素信号(SIG)进行比较。
用于AD转换的参照信号SLP_ADC从相对钳制电压具有某偏移电压的电压开始倾斜。因此，用于AD转换的当前参照信号(SLP_ADC)的斜率从计数器172所计数的计数值获取，直至偏移电压与钳制电压交叉。
钳制电压的初始值是由固态成像装置(COMS图像传感器)先前设置的设置值，或者是通过初始通信所确定的设置值。
设置值确定部件174判断斜率是否处于允许范围内。当斜率位于允许范围之外时，设置值确定部件174改变当前设置值。
重复此过程，能够为用于AD转换的参照信号SLP_ADC设置最佳钳制电压。
当在校正偏置选择部件170中采用与用于AD转换的参照信号的斜率相关联地改变钳制电压的电路配置时，能够精确地响应用于AD转换的参照信号SLP_ADC的斜率的变化。
由于此电路配置在反馈控制下设置钳制电压，因此对电路的安全要充分关注。
另外，当钳制电压在有效图像信号输出期间变化时，电路配置改变了黑化现象的外观。
因此，在用于AD转换的参照信号SLP_ADC的斜率改变之后，希望按如下方式设置该设置值。
希望采用这样的配置：由于在有效图像信号之前的空白时间段中输出单个图像期间能够改变钳制电压一次，因此在考虑斜率检测中的变化的情况下，当斜率连续多次超出允许范围时，改变设置值。
以下，将描述以上所提到的配置的操作。
在黑化检测时间段K1中，校正偏置选择部件170从通信时序控制器140接收确定因素的数据，该因素用于确定用于AD转换的参照信号SLP_ADC的斜率。
如图9中所示，例如，校正偏置选择部件170保持与确定用于AD转换的参照信号的斜率的条件相对应的设置电压的表TBL170。
校正偏置选择部件170从表TBL170中抽取相应于该条件的设置值，并且在黑化检测时间段K1中把最佳黑化检测钳制电压设置值SCVL发送至校正偏置电路180。
校正偏置电路180选择与校正偏置选择部件170所设置的黑化检测钳制电压设置值SCVL相对应的黑化检测钳制电压SLP_SUN，并且把所选择的钳制电压SLP_SUN供给至像素哑部件110B的像素哑放大晶体管117的栅极。
在正常操作时间段K2中，DAC 160生成具有P-相位模式中斜率的参照信号SLP_ADC。
在每个列处理电路(ADC)151中，针对每列而布置的比较器152把读取至垂直信号线116的模拟像素信号SIG与参照信号SLP_ADC加以比较。
计数器锁存器153执行计数操作，直至模拟像素信号SIG和参照信号SLP_ADC的电平互相交叉并且比较器152的输出反转。
计数器锁存器153例如与时钟CLK同步地执行计数操作，以及当比较器152的输出电平反转时，停止计数操作并保持计数值。
此重置电平P相位包括逐像素的变化。
在第二时间段中，各个单位像素110A光电转换的信号读出至相应的垂直信号线116(116-1～116-n)(D相位)，以经历AD转换。
DAC 160也生成具有D相位模式中斜率的参照信号SLP_ADC。
在每个列处理电路(ADC)151中，针对每列而布置的比较器152把读取至垂直信号线116的模拟像素信号SIG与参照信号SLP_ADC加以比较。
计数器锁存器153执行计数操作，直至模拟像素信号SIG和参照信号SLP_ADC的电平互相交叉并且比较器152的输出反转。
计数器锁存器153例如与时钟CLK同步地执行计数操作，以及当比较器152的输出电平反转时，停止计数操作并且保持计数值。
由于在考虑到P相位和D相位转换结果的情况下执行(D相位电平-P相位电平)，所以能够实现关联复式取样(CDS)。
由水平(列)扫描部件经由水平转移线LTRF按顺序把转换为数字信号的信号读入信号处理部件190，以最终加以输出。
按这种方式执行列并行输出过程。
如以上所解释的，根据实施例的固态成像装置带来下列优点。
根据实施例，像素部件的重置电压设置为等于作为黑化检测钳制电压的基准的电源电压，从而抑制了电源电压的变化，并且确保了比通常宽的可校正黑化的范围。
另外，黑化检测钳制电压根据用于AD转换的参照信号的斜率设置为最佳黑化检测钳制电压，从而可校正黑化的范围能够宽于正常情况下的可校正黑化的范围。
尽管当分别采用时这两种方案均能够带来拓宽可校正黑化的范围的效果，然而当一并采用时这两种方案能够明显拓宽可校正黑化的范围。
具有如此优点的固态成像装置能够用作数字照相机或者视频摄像机的成像装置。
<4.照相机系统的配置例子>
图12描述了适用根据实施例的固态成像装置的照相机系统200的配置例子。
如图12中所示，此照相机系统200具有可适用根据实施例的固态成像装置100的成像装置210。
照相机系统200具有透镜220，作为把输入光引导至(把物体图像形成在)成像装置210的像素区上的光学系统，透镜220把输入光(图像光)的图像形成在成像表面。
另外，照相机系统200还具有驱动成像装置210的驱动电路(DRV)230、以及处理成像装置210的输出信号的信号处理电路(PRC)240。
驱动电路230具有时序生成器(未在图中示出)，该时序生成器生成包括启动脉冲和时钟脉冲的各种时序信号，以驱动成像装置210中的电路，并且使用预定时序信号来驱动成像装置210。
信号处理电路240对成像装置210的输出信号执行预定信号处理。
信号处理电路240所处理的图像信号存储在诸如存储器的记录存储器中。由打印机等产生记录在记录媒体上的图像信息的硬拷贝。信号处理电路240所处理的图像信号作为移动画面显示在诸如液晶显示器的监视器上。
如以上所描述的，当以上所描述的固态成像装置100作为成像装置210安装在诸如数字静态照相机的成像设备中时，能够实现高清晰度照相机。
本申请包含与2009年7月14日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-166170中所公开的主题相关的主题，其全部内容通过引用并入于此。
本领域技术人员将意识到：可以依据设计要求和其它因素，对本发明进行多方面的修改、组合、局部组合以及变动，只要这些修改、组合、局部组合以及变动处于所附权利要求或者其等同内容的范围内即可。

Claims (8)

1.一种固态成像装置，包括：
像素部件，其具有按矩阵形式排列的执行光电转换的多个像素；
像素信号读取单元，其包括模拟-数字(AD)转换部分，该模拟-数字转换部分把像素信号以多个像素为单位从像素部件读取至信号线，并且把作为斜坡波形的参照信号与像素信号进行比较以执行AD转换；
钳制单元，其使用钳制电压来钳制信号线，以使得像素信号保持在设置电压或者大于设置电压；
校正偏置电路，其根据所供给的钳制电压设置值来生成钳制电压，并且把钳制电压供给至钳制单元；以及
校正偏置选择单元，其选择钳制电压设置值，以使得钳制电压与用于确定参照信号斜率的斜率确定信息相关联地生成，并且把钳制电压设置值供给至校正偏置电路。
2.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，每个像素包括：
光电转换元件；
输出放大晶体管，其根据供给至输出节点的电荷来输出像素信号；以及
转移晶体管，其把光电转换元件所生成的电荷转移至输出节点；以及
重置元件，其响应于重置信号，把输出节点重置至重置电压；以及
所述校正偏置电路根据等于像素部件的重置电压的电源电压，来生成钳制电压。
3.根据权利要求1或2所述的固态成像装置，其中，所述校正偏置电路：
具有在电源电压和参照电势之间串联连接的多个电阻器，以生成多个分压；以及
根据从校正偏置选择单元所供给的钳制电压设置值，从所述多个电阻器所划分的多个电压中选择电压，并且把所选择的电压作为钳制电压供给至钳制单元。
4.根据权利要求1或2所述的固态成像装置，其中，所述校正偏置选择单元具有关于用于确定参照信号的斜率的条件的设置电压的表，根据斜率确定信息从所述表中抽取设置值，以及把设置值供给至校正偏置电路。
5.根据权利要求1或2所述的固态成像装置，其中，所述校正偏置选择单元把参照信号与钳制电压加以比较，根据比较结果检测参照信号的斜率，以及当所检测的斜率位于允许范围之外时，改变钳制电压的设置，以使斜率位于允许范围之内。
6.根据权利要求1或2所述的固态成像装置，其中，所述像素信号读取单元包括：
多个比较器，把作为斜坡波形的参照信号与从像素列所读取的模拟信号电势加以比较；以及
多个计数器锁存器，与所述多个比较器相关联地排列，以能够计数相应比较器的比较时间，当相关联比较器的输出反转时，每个计数器锁存器停止计数，并且保持计数值。
7.一种固态成像装置的控制方法，包括下列步骤：
把像素信号以多个像素为单位从具有按矩阵形式排列的执行光电转换的多个像素的像素部件读取至信号线；
用钳制电压钳制信号线，以使得像素信号保持在设置电压或者大于设置电压；以及
允许模拟-数字(AD)转换部分把作为斜坡波形的参照信号与像素信号进行比较以执行AD转换；
其中，在钳制步骤中，钳制电压设置值被选择为使得钳制电压与用于确定参照信号斜率的斜率确定信息相关联地生成，以及
与所选择的钳制电压设置值相应的钳制电压被生成以使用钳制电压来钳制信号线。
8.一种照相机系统，包括：
固态成像装置；以及
光学系统，其在固态成像装置上形成物体图像，
所述固态成像装置包括：
像素部件，其具有按矩阵形式排列的执行光电转换的多个像素；
像素信号读取单元，其包括模拟-数字(AD)转换部分，该模拟-数字转换部分把像素信号以多个像素为单位从像素部件读取至信号线，并且把作为斜坡波形的参照信号与像素信号进行比较以执行AD转换；
钳制单元，其使用钳制电压来钳制信号线，以使得像素信号保持在设置电压或者大于设置电压；
校正偏置电路，其根据所供给的钳制电压设置值来生成钳制电压，并且把钳制电压供给至钳制单元；以及
校正偏置选择单元，其选择钳制电压设置值，以使得钳制电压与用于确定参照信号斜率的斜率确定信息相关联地生成，并且把钳制电压设置值供给至校正偏置电路。
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