CN101998065A - 固态成像器件、驱动固态成像器件的方法和成像装置 - Google Patents

Abstract

在此公开了固态成像器件、驱动固态成像器件的方法和成像装置。所述固态成像器件包括：像素单元，其中布置了多个光电转换元件；比较单元，其将一参考信号与像素单元的光电转换元件所获取的信号进行比较；参考信号产生单元，其产生所述参考信号；计数单元，其对比较单元将像素信号和参考信号的相对大小进行反转时的时间量进行计数；以及偏移设置单元，其在参考信号产生单元产生的参考信号中设置偏移。

Description

固态成像器件、驱动固态成像器件的方法和成像装置

技术领域

本发明涉及固态成像器件、驱动固态成像器件的方法和成像装置，更具体而言，涉及在像素信号的模数转换时在参考信号中设置偏移的固态成像器件、驱动固态成像器件的方法和成像装置。

背景技术

诸如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)之类的固态成像器件已用于各种应用中。适用于更高速成像的CMOS型固态成像器件已经吸引了注意力，并且其各种架构已经提出。

这里，在CMOS型固态成像器件中将像素信号转换为数字信号的模数转换中，采用了通过比较器将作为参考信号的两个斜坡信号与像素信号进行比较的双斜坡型列ADC系统(例如，参见JP-A-2008-187565和JP-A-2008-193373)。

在采用双斜坡型列ADC系统的CMOS型固态成像器件中，从参考信号产生单元输出的参考信号的自动归零时段中的基准信号的幅值、P相时段中斜坡的幅值和D相时段中斜坡的幅值在模拟增益调节中被改变。模拟增益和参考信号的幅值彼此成反比，并且各幅值之比恒定。

发明内容

然而，在采用双斜坡型列ADC系统的CMOS型固态成像器件中，高增益下的白点出现和垂直线出现与低增益下的黑点出现之间的折衷关系成为问题。

即，因为将自动归零时段中的偏移幅值设置得比P相时段中的斜坡幅值更大，所以导致高增益下的白点的出现，并且由此存在由于像素特性中的不均匀性而未产生P相斜坡中比较器的反转的像素。

另一方面，由于降低自动归零时段中基准信号的幅值以在增益上升时避免白点的出现，因此导致垂直线的出现，并且比较器的反转状态很糟糕地受到影响。

随着增益降低，由于高增益下自动归零时的基准信号的幅值与P相斜坡的幅值之差比所需更大，因此导致低增益下黑点的出现。

由此，期望在采用双斜坡型列ADC系统的固态成像器件中抑制垂直线并且抑制白点和黑点。

根据本发明的一实施方式，提供了如下的固态成像器件，包括：像素单元，其中布置了多个光电转换元件；比较单元，其将一参考信号与像素单元的光电转换元件所获取的信号进行比较；参考信号产生单元，其产生所述参考信号；计数单元，其对由比较单元将像素信号和参考信号的相对大小进行反转时的时间量进行计数；以及偏移设置单元，其在参考信号产生单元产生的参考信号中设置偏移。

根据此配置，由于在比较单元中使用的参考信号中设置了偏移，因此可以通过偏移量吸收(absorb)光电转换元件中的信号变化，从而使得比较单元精确地反转信号。

这里，参考信号的示例包括：从像素单元不发出信号时的基准信号；第一斜坡信号(P相斜坡信号)，其用于对与所述不发出信号相对应的时间量进行计数；以及第二斜坡信号(D相斜坡信号)，其用于对与像素信号相对应的时间量进行计数。

在该配置中，在参考信号当中的基准信号中设置偏移，或者在第一斜坡信号和第二斜坡信号中设置偏移，或者在基准信号、第一斜坡信号和第二斜坡信号的所有之中设置偏移。于是，即使在改变斜坡信号的动态范围时，也可以基于此抑制垂直线、白点和黑点的生成。

根据本发明的另一实施方式，提供了一种驱动固态成像器件的方法，所述固态成像器件具有：比较单元，其将一参考信号与像素单元所获取的信号进行比较；参考信号产生单元，其产生参考信号；以及计数单元，其对由比较单元将像素信号和参考信号的相对大小进行反转时的时间量进行计数，所述方法包含以下步骤：在参考信号产生单元产生的参考信号中设置偏移。

根据本发明的又一实施方式，提供了一种成像装置，包含：固态成像器件，其从被摄体的图像获取图像信号；以及信号处理器，其处理固态成像器件所获取的信号，其中，所述固态成像器件包括：像素单元，其中布置了多个光电转换元件；比较单元，其将一参考信号与像素单元的光电转换元件所获取的信号进行比较；参考信号产生单元，其产生参考信号；计数单元，其对比较单元将像素信号和参考信号的相对大小进行反转时的时间量进行计数；以及偏移设置单元，其在参考信号产生单元产生的参考信号中设置偏移。

根据此配置，由于在比较单元中使用的基准信号中设置偏移，因此可以通过偏移量来吸收光电转换元件中的信号变化，从而使得比较单元精确地反转信号。

根据本发明的实施方式，可以在固态成像器件中抑制垂直线、白点和黑点。

附图说明

图1是图示根据本发明实施方式的固态成像器件的框图。

图2是图示应用于根据本发明实施方式的固态成像器件的DAC的配置的图。

图3是图示双斜坡型列ADC系统的时序图。

图4是图示由于模拟增益的调节所引起的参考信号中的变化的曲线图。

图5A和图5B是图示高增益下的垂直线的曲线图。

图6是图示高增益下的白点的曲线图。

图7是图示大光强中的黑点的曲线图。

图8是图示大光强中的黑点的校正的曲线图。

图9是图示大光强中的黑点的校正的问题的曲线图。

图10A和图10B是图示自动归零时段中设置的基准信号中的偏移的曲线图。

图11A和图11B是图示P相斜坡信号和D相斜坡信号中的偏移的曲线图。

图12是图示基准信号、P相斜坡信号和D相斜坡信号中的偏移的曲线图。

图13是并行地图示图10A到图12中所示的偏移的示例的时序图。

图14是图示依据增益的偏移量的变化的曲线图。

图15是图示设置偏移的具体过程(其第一个)的曲线图。

图16是图示设置偏移的具体过程(其第二个)的曲线图。

图17是图示根据本发明实施方式的成像装置的配置的框图。

具体实施方式

下文描述用于实施本发明的方式(下文将其称为“实施方式”)。以下列顺序进行描述。

1.固态成像器件的配置(整体配置、DAC的配置)

2.双斜坡型列ADC系统(时序图、模拟增益、高增益下的垂直线、高增益下的白点、大光强中的黑点)

3.驱动固态成像器件的方法(自动归零基准信号中的偏移、P相和D相斜坡信号中的偏移、基准信号以及P相和D相斜坡信号中的偏移、各种参考信号中的偏移)

4.偏移的自适应设置

5.设置偏移的具体过程

6.成像装置的配置

<1.固态成像器件的配置>

[整体配置]

图1是图示根据本发明实施方式的固态成像器件1的配置的框图。即，根据本实施方式的固态成像器件1包括：像素单元10，其中布置了多个光电转换元件12；比较器(比较单元)16，其将值像阶梯那样变化的斜坡信号(参考信号)与像素单元10的光电转换元件12所获取的信号进行比较；以及DAC(参考信号产生单元)15，其生成所述斜坡信号。固态成像器件1进一步包括：计数器(计数单元)17，其将比较器16改变像素信号和斜坡信号的相对大小时的时间量输出为数字值；以及缓冲器18，其暂时存储所述计数值。固态成像器件1进一步包括复位信号产生单元(复位信号产生部件)19，其产生复位信号(自动归零脉冲信号)，该复位信号用于触发复位操作并被输入到比较器16以用于计数器17的基本匹配；行扫描电路13，其扫描像素单元10中的光电转换元件12的各行；列扫描电路14，其扫描各列；以及驱动控制器21，其控制驱动。

像素单元10具有多个光电转换元件12以矩阵方式布置的配置。行扫描电路13在行方向上扫描光电转换元件12，并且依次将其像素信号发送至比较器16。将要与像素信号比较的斜坡信号从DAC 15输入至比较器16。该斜坡信号是其电平以恒定比率逐步变化的信号。比较器16检测与像素信号的比较结果在什么电平处被反转。

作为比较器16中的比较结果，升降计数器17对直到像素信号和斜坡信号的相对大小被反转为止的时间进行计数，并且将该计数值存储在缓冲器18中。列扫描电路14依次扫描缓冲器18中存储的每一列的值，并且输出得到的信号。驱动控制器21控制各单元。

根据此实施方式的固态成像器件1包括偏移设置单元15a，其在从DAC15生成的斜坡信号中设置预定偏移。在此实施方式中，将偏移设置单元15a放置在DAC 15中。可以将偏移设置单元15a放置在DAC 15的外部。

[DAC的配置]

图2是图示应用于根据此实施方式的固态成像器件的DAC的配置的图。DAC包括偏移设置单元15a、斜坡信号产生电路15b和增益控制电路15c。

斜坡信号产生电路15b包括移位寄存器151和多级可变电流源pw-b。开关sw-b放置在移位寄存器151和每个可变电流源pw-b之间。响应于时钟脉冲，通过依次从移位寄存器151输出的信号来选择开关sw-b，并且所选可变电流源pw-b的级数增大以生成斜坡信号。当将自动归零脉冲输入至移位寄存器151时，选择与预定级数相对应的开关sw-b，并且生成与所选可变电流源pw-b的级数相对应的参考电压。

增益控制电路15c包括解码器152和多级电流源pw-c。开关sw-c放置在解码器152和每个可变电流源pw-c之间。放大控制信号(PCG CODE)输入至解码器152，并由解码器152来解码。响应于解码值来设置所选开关sw-c的数目，并且确定电流源pw-c的级数。将偏置电压(1)施加至电流源pw-c，并且将所选电流源pw-c的级数所对应的电流作为偏置施加给斜坡信号产生电路15b的可变电流源pw-b。于是，由从增益控制电路15c施加给斜坡信号产生电路15b的偏置电流来设置斜坡信号的斜坡。

偏移设置单元15a包括使能逻辑153以及施加了偏置电压(2)的电流源pw-a。使能逻辑153参考自动归零脉冲、斜坡使能脉冲和从控制切换单元154输出的控制信号，任意地或固定地控制偏移操作的ON和OFF。当执行偏移操作时，从使能逻辑153输出用于选择开关sw-a的信号，并且将电流从施加了偏置电压(2)的电流源pw-a发送至斜坡信号产生电路15b的输出线。于是，将预定偏置叠加在输出自斜坡信号产生电路15b的参考电压(参考信号)上。

这里，偏移设置单元15a不依赖于与从增益控制电路15c发送至斜坡信号产生电路15b的增益对应的偏置。控制切换单元154不特别受限，而可以是可由软件改变的外部控制信号、基于布线接合(wire bonding)的硬件外部控制信号以及基于半导体的内部布线的连接变化的硬件内部信号。偏置电压(2)可以是预设的固定值，或者可以是在控制器(未示出)的控制下改变的值。

在此实施方式中，在固态成像器件1和DAC 15的配置中，偏移设置单元15a在从DAC 15输出的参考信号中设置预定偏移。

偏移设置单元15a设置偏移的具体示例包括这样的示例：在参考信号当中，在光电转换元件不发出信号时的基准信号(自动归零信号)中设置预定偏移。

偏移设置单元15a设置偏移的具体示例包括这样的示例：在P相斜坡信号和D相斜坡信号中设置预定偏移。这里，P相斜坡信号是参考信号当中的第一斜坡信号，其用于允许计数器对与从光电转换元件不发出信号相对应的时间量进行计数。D相斜坡信号是第二斜坡信号，其用于允许计数器对与光电转换元件获取的像素信号相对应的时间量进行计数。

偏移设置单元15a设置偏移的具体示例包括这样的示例：在自动归零信号、P相斜坡信号和D相斜坡信号中设置预定偏移。

在基准信号中设置偏移时，偏移设置单元15a设置偏移以便从基准信号的最大值中减去预定偏移，或者设置偏移以便P相斜坡信号和D相斜坡信号移至基准信号的电平。

偏移设置单元15a在P相斜坡信号和D相斜坡信号中设置相同的偏移量，或者在基准信号、P相斜坡信号和D相斜坡信号中设置相同的偏移量。

在基准信号、P相斜坡信号和D相斜坡信号中设置偏移时，偏移设置单元15a设置依据增益控制电路15c中的增益而变化的偏移。这里，增益控制电路15c中的增益是指P相斜坡信号和D相斜坡信号的动态范围中的放大因子。

<2.双斜坡型列ADC系统>

[时序图]

将描述双斜坡型列ADC系统。图3是双斜坡型列ADC系统中的时序图。该时序图示出从像素信号的复位到读取的时段中每一光电转换元件中的各种信号的时间。

首先，与像素复位脉冲的ON同步地将自动归零脉冲改变至ON。当自动归零脉冲处于ON时，从DAC输出基准信号，并且像素的零电平的输出值可以与基准信号相关联。该操作称为自动归零(在下面的描述中同样如此)。自动归零中设置的基准信号是比较器的工作点。

然后，当自动归零脉冲变为OFF、然后斜坡使能脉冲变为ON时，将P相斜坡信号从DAC输出至比较器。比较器将P相斜坡信号与发送自光电转换元件的零电平的输出值进行比较。在比较器的比较操作中，当P相斜坡信号等于零电平的输出值时，比较器的输出极性被反转。另一方面，当斜坡使能脉冲处于ON状态时，将计数器时钟脉冲输入至计数器。在斜坡使能脉冲变为ON状态之后，计数器对计数器时钟脉冲数进行计数，直到比较器的输出被反转为止。将计数值(计数值N1)存储在缓冲器中。

然后，当像素传输脉冲变为ON状态时，光电转换元件所获取的像素信号被读取并发送至比较器。此后，当斜坡使能脉冲再次改变至ON状态时，将D相斜坡信号从DAC输出至比较器。比较器将D相斜坡信号与发送自光电转换元件的像素信号进行比较。在比较器的比较操作中，当D相斜坡信号等于像素信号时，比较器的输出极性被反转。另一方面，当斜坡使能脉冲处于ON状态时，将计数器时钟脉冲输入至计数器。在斜坡使能脉冲变为ON状态之后，计数器对计数器时钟脉冲数进行计数，直到比较器的输出被反转为止。将计数值(计数值N2)存储在缓冲器中。

此后，将存储在缓冲器中的计数值N1和N2发送至后一级的信号处理电路，并且通过计算计数值N2-计数值N1，来生成通过去除光电转换元件的噪声分量所获得的像素信号。

[模拟增益]

图4是图示由于模拟增益调节所引起的参考信号的变化的曲线图。在图中，仅示出了图3所示的时序图当中的计数时钟脉冲、自动归零脉冲和DAC输出的波形(参考信号的波形)。模拟增益对应于图2所示的DAC的配置中从增益控制电路15c发送到斜坡信号产生电路15b的偏置。依据固态成像器件的感光度来设置模拟增益。即，增益随着感光度变得更高而更高，并且增益随着感光度变得更低而更低。

在参考信号中，参考信号的幅值随着模拟增益变得更高而更小，并且幅值随着模拟增益变得更低而更大。在P相斜坡信号的D相斜坡信号中，峰值部分的幅值随着增益变得更高而更小，并且峰值部分的幅值随着增益变得更低而更大。即，斜坡随着增益变得更高而更小，并且斜坡随着增益变得更低而更大。随着P相斜坡信号和D相斜坡信号的斜坡变得更小，用于表示信号的一个灰度级的计数数量增大，并且分辨率增大。

这里，当依据模拟增益来调节参考信号的幅值时，下列现象是已知的。

[高增益下的垂直线]

图5A和图5B是图示高增益下的垂直线的图，其中，图5A是图示参考信号和像素信号的时序图，图5B是图示比较器的输出的图像的图。如上所述，随着模拟增益变得更高，从DAC输出的参考信号的幅值变得更小。图5A所示的参考信号的实线表示低增益，而虚线表示高增益。这里，如图5B所示，随着从DAC发送的参考信号的幅值变得更小，比较器可更加容易地引起比较器输出的变化。即，随着参考信号的幅值变得更小，比较器输出中的反转延迟增加。于是，比较器的输出在P相斜坡时段中可能不反转。具体地，在高增益下可容易地生成由于比较器输出的变化所引起的具有强垂直相关性(即，垂直线出现的现象)的图像。

[高增益下的白点]

图6是图示高增益下的白点的时序图，其中示出了参考信号和像素信号。如上所述，从DAC输出的参考信号的幅值随着模拟增益变得更高而更小。在图6所示的参考信号中，实线表示低增益下的参考信号，而虚线表示高增益下的参考信号。这里，随着增益变得更高，P相斜坡信号的幅值变得更小，并且斜坡减小，籍此像素信号的不均匀性对比较器输出的反转时间具有很大影响。于是，比较器输出在P相斜坡时段中可能不反转。这样，当出现比较器的输出在P相斜坡时段中不反转的现象时，认为黑点出现，由此通过黑点校正电路的操作来输出白点。这里，黑点校正电路是这样的电路：其将自动归零时段中的基准信号设置为不低于强光入射时像素信号的下限。于是，强制设置比较器的输出在P相斜坡时段中不反转。比较器感测比较结果在P相斜坡时段中不反转，并且校正其输出以便对这种情况下的白点进行计数。

[大光强中的黑点]

图7是图示大光强中的黑点的图，其中示出了像素复位脉冲、像素传输脉冲、自动归零脉冲、像素信号和参考信号。在附图中，虚线表示正常电平的像素信号，而点划线表示生成黑点时的像素信号。

在正常电平的像素信号中，使用DAC的像素信号和基准信号的零电平来设置自动归零，并且使用P相斜坡信号来对零电平的计数值(N1)进行计数。此后，使用D相斜坡信号对像素的信号电平的计数值(N2)进行计数，并且通过N2-N1获取信号幅值。

当黑点出现时，每一像素的浮空扩散的电位利用复位脉冲而更新到零电平，但是电子由于入射光的强度而从光电转换元件溢出至浮空扩散。于是，电子使浮空扩散饱和，而不管是否存在传输脉冲。为此，在将像素信号设置为零电平的时段、P相斜坡时段和D相斜坡时段的任何一个中，像素信号达到可输出的最大幅值。当以该电平执行比较器的自动归零设置时，使用P相斜坡信号对零电平的计数值(N1)进行计数，使用D相斜坡信号对像素的信号电平的计数值(N2)进行计数，并且执行总输出＝N2-N1的计算，然后输出总输出＝零(黑)。

图8是图示大光强中的黑点的校正的图。如上所述，执行下列校正以在接收具有大强度的光的同时，避免输出黑点。在图8中，示出了图示像素复位脉冲、像素传输脉冲、自动归零脉冲、像素信号和参考信号的时序图。在图中，虚线表示正常电平的像素信号，点划线表示黑点发生时的像素信号，而粗线表示执行黑点校正时的像素信号。

这里，在时段(1)～(3)中执行下列处理来检测和校正黑点。

(1)预先，将伴随像素的仿真(dummy)源极跟随器电路连接至像素信号的信号线，并且向其施加预定模拟电压。仿真源极跟随器电路仅在自动归零设置时段中被启动。这里，即使强光入射时，也将基准信号的电平设置为不低于在设置自动归零时的像素信号的下限。

(2)当自动归零设置时段到期后，使仿真源极跟随器电路不启动。当强光入射时，像素信号达到下限。于是，在P相斜坡时段中，P相斜坡信号和像素信号不混合。

(3)在比较器中，P相斜坡时段中比较结果的不反转用作确定标准，该确定标准用于感测“生成大光强中的黑点的这种电平的光强”。于是，比较器输出完全计数(例如，10位模数转换中的3FF)＝白。即，忽略了如下的计算：使用D相斜坡信号的像素的信号电平的计数值(N2)-使用P相斜坡信号的零电平的计数值(N1)。于是，将黑点校正到白。

图9是图示在校正大光强中的黑点时的问题的图。在此图中，示出了图示参考信号和像素信号的时序图。在此图中，虚线表示正常电平的像素信号，点划线表示当生成黑点时的像素信号，而粗线表示当校正黑点时的像素信号。

在上述模拟增益的设置中，P相斜坡信号和D相斜坡信号随着增益变得更高而在峰值部分具有更小的幅值(见图中的虚线)，并且随着增益变得更低而在峰值部分具有更大的幅值(见图中的实线)。于是，当低增益下的P相斜坡的幅值变得更高时，P相斜坡的幅值可能大于自动归零设置中基准信号的下限电平以校正黑点。为此，比较器输出在P相斜坡中被反转，由此不满足用于允许比较器感测“生成了大光强中的黑点的这种电平的光强”的确定标准。因此，使用D相斜坡信号的像素的信号电平的计数值(N2)-使用P相斜坡信号的零电平的计数值(N1)的计算导致零计数，从而输出黑。即，即使旨在通过黑点的校正来输出白时，仍在未校正的情况下输出黑。

<3.驱动固态成像器件的方法>

在本实施方式中，执行下列驱动方法以依据模拟增益解决垂直线、黑点和白点中的问题。

[自动归零基准信号中的偏移]

图10A和图10B是图示在自动归零时段中设置的基准信号中的偏移的图，其中，图10A示出高增益下的偏移，而图10B示出低增益下的偏移。如图10A中所示，在高增益下设置以从设置在自动归零时段中的基准信号的最大幅值电平中减去预定偏移，以便不生成图5A和图5B所示的垂直线或者允许不出现图6所示的白点。这里，基准信号的最大幅值处于与P相斜坡信号的最大幅值相同的电平。考虑光电转换元件的零电平中的不均匀性或者比较器的反转延迟中的不均匀性来确定偏移量。

这样，通过向自动归零时段中设置的基准信号的电平提供偏移，在基准信号和P相斜坡信号的幅值之间保证了裕量。在图10B所示的低增益中，也设置为从基准信号的最大幅值电平中减去预定偏移。自动归零的基准信号的幅值与P相斜坡信号的幅值以与增益大致成反比的方式在低增益中增大，但是保证了高增益下给出的最小偏移，从而促使其之间的峰值差抑制图9所示的低增益下的黑点的出现。

[P相和D相斜坡信号中的偏移]

图11A和图11B是图示P相斜坡信号和D相斜坡信号中的偏移的图，其中，图11A示出高增益下的偏移，而图11B示出低增益下的偏移。在此示例中，抑制了高增益下白点的出现以及低增益下黑点的出现。在此示例中，在图11A所示的高增益以及图11B所示的低增益中，将偏移添加至P相斜坡信号。此时，朝着基准信号的电平添加偏移。在P相斜坡信号中，将偏移叠加在电平上而不改变斜坡。于是，在自动归零时段中基准信号的幅值和P相斜坡信号的幅值之间保证了裕量，从而抑制了高增益下黑点的出现。

尽管在图11A和图11B中未示出，但是将与添加至P相斜坡信号相同的偏移添加至D相斜坡信号，以便P相斜坡信号和D相斜坡信号的基本电平相互匹配。

[基准信号和P相与D相斜坡信号中的偏移]

图12是图示基准信号、P相斜坡信号和D相斜坡信号中的偏移的图。在此示例中，首先，将偏移添加至自动归零时段中的基准信号以抑制垂直线的出现，从而使基准信号最大化。通过该最大化，基准信号的幅值具有与P相斜坡信号的幅值相同的电平。在此状态下，由于在基准信号的幅值和P相斜坡信号的幅值之间没有裕量，因此将与添加至自动归零时段中的基准信号相同的偏移添加至P相斜坡信号。朝着基准信号的电平给出偏移。在P相斜坡信号中，在不改变斜坡的情况下在电平上叠加偏移。于是，保证了使基准信号最大化之前的相同裕量，从而防止在高增益下出现黑点。

此时，为了使P相斜坡信号和D相斜坡信号的基本电平相互匹配，将与添加至自动归零时段中的基准信号相同的偏移朝着基准信号的电平添加至D相斜坡信号。在D相斜坡信号中，在不改变斜坡的情况下在电平上叠加偏移。

[各种基准信号中的偏移]

图13是以并行方式图示设置图10A到图12中所示的偏移的示例的时序图。在此实施方式中，自动归零设置中基准信号的幅值与P相斜坡信号的幅值之间的峰值差不依赖于增益，而是保持为预定电压幅值差。可以通过固态成像器件的规格来适当地确定应当使用图10A到图12所示的哪个偏移。

<4.偏移的自适应设置>

图14是图示依据增益的偏移的变化的图。在偏移的上述示例中，将添加至基准信号、P相斜坡信号和D相斜坡信号的偏移设置为常数，但是偏移量可以如图14所示那样依据增益而自适应地改变。

即，在图14中，水平轴表示增益，而垂直轴表示基准信号和P相斜坡信号之间的幅值差。这里，在图中，实线表示不依赖于增益的恒定偏移，而点划线表示可依赖于增益变化的偏移。

当将偏移添加至基准信号并且偏移量恒定而不依赖于增益时，基准信号和P相斜坡信号之间的幅值差是恒定的。相反，当偏移量可依据增益而改变时，随着增益变得更小，将基准信号和P相斜坡信号之间的幅值差设置为更大的偏移。

当增益较小时，来自DAC的斜坡信号的斜坡陡峭。于是，正好在斜坡开始之后和之前，可能出现线性度的恶化，并且具有线性度的有效范围可能减小。在此情况下，当将高增益下的偏移在不进行任何变化的情况下应用于低增益时，在正好于斜坡结束之前不能保证线性度的区域中可能出现比较器的反转。因此，通过随着增益变得更低而将偏移设置得更大，可以避免该问题。

当将偏移添加至P相斜坡信号和D相斜坡信号并且偏移量恒定而不依赖于增益时，来自没有添加偏移的电平的偏移中的差为常数。另一方面，当偏移量可依据增益改变时，随着增益变得更高，将来自没有添加偏移的电平的偏移中的差设置得更大。

如上所述，当P相斜坡信号的幅值很大时，可能容易发生在低增益下出现的很大光强中的黑点。于是，当叠加了不依赖于增益的恒定偏移时，可能产生黑点。因此，通过随着增益变得更低而减小偏移量，可以避免该问题。

<5.设置偏移的具体过程>

[第一操作]

图15是图示设置偏移的具体过程(其第一个)的图。在图中，示出了参考信号的变化。首先，在高增益下的参考信号中，将自动归零时段中设置的基准信号的幅值设置为与P相斜坡信号的幅值相同(参见图中的(1))。然后，将预定的偏移叠加在基准信号上。于是，基准信号具有通过从P相斜坡的幅值中减去偏移量而获得的幅值(参见附图中的(2))。使用叠加了偏移的基准信号来检查白点的出现。

随后，将与在高增益下设置的偏移量相同的偏移量叠加在低增益下的基准信号上。即，设置通过从基准信号的最大值中减去偏移量而获得的电平。

使用叠加了偏移的基准信号来检查很大光强中黑点的出现。这里，当生成黑点时，使得偏移减小预定量，偏移叠加在高增益下的基准信号上，检查白点的出现，偏移叠加在低增益下的基准信号上，并且检查很大光强中黑点的出现。通过对这些进行重复，可以设置可抑制高增益下白点和低增益下黑点两者的出现的偏移量。

[第二操作]

图16是图示设置偏移的具体过程(其第二个)的图。在该图中，示出了参考信号中的变化。首先，在高增益下的参考信号中，将在自动归零时段中设置的基准信号的幅值设置为与P相斜坡信号的幅值相同的电平(参见附图中的(1))。然后，将预定偏移(第一偏移)叠加在基准信号上。于是，基准信号具有通过从P相斜坡信号的幅值中减去第一偏移而获得的幅值(参见附图中的(2))。使用叠加了第一偏移的基准信号来检查白点的出现。

随后，在将第一偏移叠加在高增益下的作为参考信号的基准信号上的状态下，在增大幅值的方向上将另一恒定量的偏移(第二偏移)叠加至所有的基准信号、P相斜坡信号和D相斜坡信号上(参见附图中的(3))。使用叠加了第二偏移的参考信号来检查垂直线的出现。当垂直线出现时，调节并优化第二偏移量以抑制垂直线的出现。

在叠加了第一和第二偏移的状态下，检查低增益和大光强中黑点的出现。当黑点出现时，调节第一偏移以使其减小。在某些情况下，叠加负偏移。在该偏移设置中检查高增益下白点和垂直线的出现。通过对这些进行重复，可以设置可抑制高增益下白点、低增益下垂直线和黑点的所有出现的偏移量。

<6.成像装置的配置>

图17是图示根据本发明实施方式的成像装置的配置的框图。如图17中所示，根据此实施方式的成像装置包括含有透镜71、成像器件72、相机信号处理电路73和系统控制器74的光学系统。

透镜71将来自被摄体的图像光形成在成像器件72的成像面上。成像器件72将通过透镜71形成在成像面上的图像光逐像素地转换为电信号，并且输出得到的图像信号。根据本发明实施方式的上述固态成像器件用作成像器件72。

相机信号处理电路73对从成像器件72输出的图像信号执行各种信号处理。系统控制器74控制成像器件72和相机信号处理电路73。系统控制器74还执行如下的控制：在读取了所有像素信息的逐行扫描方法中的正常帧速模式和高帧速模式(其中，通过将像素的曝光时间设置为正常帧速模式下的1/N来提高帧速)之间切换操作模式。

根据此实施方式，在光电转换元件设计结束之后解决了针对光电转换元件特性改进的折衷，从而改进了特性。于是，可以通过特性裕量的扩大来延伸可适用的增益范围。由于可以扩大特性裕量，因此可以扩大产量。也可以降低用于特性改进的测试制造，从而降低成本。还可以在不改变来自光电转换元件的信号的读取速度的情况下改进特性。通过将基准信号的幅值与P相斜坡信号的幅值之间需要的最小裕量始终应用于整个增益范围，控制操作得到简化，从而通过控制电路的简化或者选择处理的减少而降低了成本。

本申请包含与2009年8月7日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-184204中公开的主题有关的主题，将其全部内容通过引用的方式合并在此。

本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其它因素，可出现各种修改、组合、部分组合和变更，只要它们在所附权利要求书及其等效物的范围内即可。

Claims (11)

1.一种固态成像器件，包括：

像素单元，其中布置了多个光电转换元件；

比较单元，其将一参考信号与像素单元的光电转换元件所获取的信号进行比较；

参考信号产生单元，其产生所述参考信号；

计数单元，其对由比较单元将像素信号和参考信号的相对大小进行反转时的时间量进行计数；以及

偏移设置单元，其在参考信号产生单元产生的参考信号中设置偏移。

2.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，所述参考信号产生单元产生作为参考信号的如下信号：像素单元不发出信号时的基准信号；第一斜坡信号，其用于允许所述计数单元对与所述不发出信号相对应的时间量进行计数；以及第二斜坡信号，其用于允许所述计数单元对与像素单元获取的像素信号相对应的时间量进行计数，并且

其中，所述偏移设置单元在所述参考信号产生单元产生的基准信号中设置偏移。

3.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，所述参考信号产生单元产生作为参考信号的如下信号：从像素单元不发出信号时的基准信号；第一斜坡信号，其用于允许所述计数单元对与所述不发出信号相对应的时间量进行计数；以及第二斜坡信号，其用于允许所述计数单元对与像素单元获取的像素信号相对应的时间量进行计数，并且

其中，所述偏移设置单元在所述参考信号产生单元产生的第一斜坡信号和第二斜坡信号中设置偏移。

4.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，所述参考信号产生单元产生作为参考信号的如下信号：从像素单元不发出信号时的基准信号；第一斜坡信号，其用于允许所述计数单元对与所述不发出信号相对应的时间量进行计数；以及第二斜坡信号，其用于允许所述计数单元对与像素单元获取的像素信号相对应的时间量进行计数，并且

其中，所述偏移设置单元在所述参考信号产生单元产生的基准信号、第一斜坡信号和第二斜坡信号中设置偏移。

5.如权利要求2所述的固态成像器件，其中，所述偏移设置单元从所述参考信号产生单元产生的基准信号的最大值中减去所述偏移。

6.如权利要求2所述的固态成像器件，其中，所述偏移设置单元设置偏移，以使得所述参考信号产生单元产生的第一斜坡信号和第二斜坡信号移至所述基准信号的电平。

7.如权利要求3所述的固态成像器件，其中，所述偏移设置单元在所述参考信号产生单元产生的第一斜坡信号和第二斜坡信号中设置相同的偏移量。

8.如权利要求4所述的固态成像器件，其中，所述偏移设置单元在所述参考信号产生单元产生的基准信号、第一斜坡信号和第二斜坡信号中设置相同的偏移量。

9.如权利要求4所述的固态成像器件，其中，所述偏移设置单元在所述参考信号产生单元产生的基准信号、第一斜坡信号和第二斜坡信号中设置与第一斜坡信号和第二斜坡信号的动态范围的放大因子相对应的偏移。

10.一种用于驱动固态成像器件的方法，所述固态成像器件具有：

比较单元，其将一参考信号与像素单元所获取的信号进行比较；

参考信号产生单元，其产生参考信号；以及

计数单元，其对由比较单元将像素信号和参考信号的相对大小进行反转时的时间量进行计数，

所述方法包含以下步骤：

在参考信号产生单元产生的参考信号中设置偏移。

11.一种成像装置，包含：

固态成像器件，其从被摄体的图像获取图像信号；以及信号处理器，其处理固态成像器件所获取的信号，

其中，所述固态成像器件包括：

像素单元，其中布置了多个光电转换元件；

比较单元，其将一参考信号与像素单元的光电转换元件所获取的信号进行比较；

参考信号产生单元，其产生参考信号；

计数单元，其对由比较单元将像素信号和参考信号的相对大小进行反转时的时间量进行计数；以及

偏移设置单元，其在参考信号产生单元产生的参考信号中设置偏移。

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