CN102215352A

CN102215352A - 固体摄像装置及其控制方法

Info

Publication number: CN102215352A
Application number: CN2011100682505A
Authority: CN
Inventors: 佐藤麻纪; 樱井贤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-04-08
Filing date: 2011-03-21
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2031-03-21
Also published as: TWI456986B; TW201204029A; CN102215352B; US8519318B2; JP2011223270A; US20110248149A1

Abstract

本发明的固体摄像装置，经由输出电路，从进行光电变换的像素部读取复位信号和像素信号，包括：比较器，比较从像素部读取的信号和参照信号；计数器，对在得到比较器的比较结果所示的脉冲信号之前输入的时钟数进行计数；以及计数器控制电路，根据复位信号的比较器的输出结果，不实施计数器的像素信号的计数停止动作。

Description

固体摄像装置及其控制方法

本发明基于并要求享受申请号为2010-089770、申请日为2010年4月8日的日本专利申请的优先权，该在先专利申请的所有内容通过参考包含在本申请中。

技术领域

本发明涉及固体摄像装置及其控制方法等。

背景技术

例如，已知当向CMOS图像传感器等固体摄像装置入射过强的光时，复位电位降低，整体成为暗黑的影像。作为防止这种情形的提案，例如公开有美国专利第6803958号公报等。

在上述提案中，在入射极强光的情况下，对取得复位电平时的垂直信号线(VSL：Vertical signal line)的电位进行监视，在将像素信号进行模数(模拟数字)变换之前进行信号控制。

但是，在上述结构和控制中，对由垂直信号线(VSL)传送的像素信号进行控制的控制电路、决定输入到该控制电路的像素信号的阈值的旁路电路、或者信号控制用比较器是必需的。因此，在电路布局面积增大的点上不利。例如，在细微像素的并列读取方式的传感器等中，需要在每一列上附加这些电路，所以该倾向更加显著。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够防止因复位电位降低引起的暗黑的问题、有利于微细化的固体摄像装置及其控制方法。

实施方式的固体摄像装置，经由输出电路，从进行光电变换的像素部读取复位信号和像素信号，其特征在于，包括：

比较器，比较从上述像素部读取的信号和参照信号；

计数器，对在得到上述比较器的比较结果所示的脉冲信号之前输入的时钟数进行计数；以及

计数器控制电路，根据上述复位信号的上述比较器的输出结果，不实施上述计数器的像素信号的计数停止动作。

其他实施方式的固体摄像装置，经由输出电路，从进行光电变换的像素部读取复位信号和像素信号，其特征在于，包括：

比较器，比较从上述像素部读取的信号和参照信号；

计数器控制电路，根据复位信号的计数结果，不实施上述计数器的像素信号的计数停止动作。

此外，其他实施方式的固体摄像装置的控制方法，该固体摄像装置从进行光电变换的像素部读取复位信号，之后经由输出电路读取进行光电变换的规定二极管的像素信号，并且该固体摄像装置具备比较器，该比较器从比较从上述像素部读取的信号和参照信号，该控制方法的特征在于，

在对在得到上述比较器的比较结果所示的脉冲信号之前输入的时钟数进行计数的模数变换动作中，根据上述复位信号的比较器的输出结果或比较器的计数结果，不实施上述计数器的像素信号的计数停止动作。

根据上述结构的固体摄像装置及其控制方法，能够防止因复位电位降低而产生的暗黑的问题，有利于细微化。

附图说明

图1是表示第一实施方式的固体摄像装置的整体结构例的框图。

图2是表示图1中的单位像素和列扫描电路中的模数变换部的等价电路图。

图3是表示第一实施方式的固体摄像装置的读取控制动作的时间图。

图4是表示第一实施方式的计数器的计数范围的图。

图5是表示图3中参照电压的模拟增益发生了变换时的时间图。

图6是表示变形例的固体摄像装置的读取控制动作的时间图。

图7是表示第二实施方式的单位像素和列扫描电路的模数变换部的等价电路图。

图8是表示图7中的计数器的结构例的图。

图9是表示第二实施方式的固体摄像装置的读取控制动作的时间图。

图10是表示比较例1的固体摄像装置的整体结构例的框图。

图11是表示比较例1的单位像素和列扫描电路的模数变换部的等价电路图。

图12是表示比较例1的固体摄像装置的读取控制动作的时间图。

图13是表示比较例2的固体摄像装置的整体结构例的框图。

具体实施方式

总的来说，根据一个实施方式的固体摄像装置，经由输出电路，从进行光电变换的像素部读取复位信号和像素信号，包括：比较器，将从上述像素部读取的信号和参照信号进行比较；计数器，对在得到上述比较器的表示比较结果的脉冲信号之前对输入的时钟数进行计数；以及计数器控制电路，根据上述复位信号的上述比较器的输出结果，不实施上述计数器的像素信号的计数停止动作。

下面，参照附图，对实施方式进行说明。此外，在该说明中，在整个图的共通部分标注共通的参照标记。

[第一实施方式]

首先，使用图1～图6，对该发明的第一实施方式的固体摄像器件及其控制动作进行说明。

<1、结构例>

1-1、整体结构例

首先，使用图1，对第一实施方式的固体摄像装置的整体结构例进行说明。

如图所示，本例的固体摄像装置具备：像素阵列2，行扫描电路4，Vref参照信号生成部7，比较器8，驱动控制部9，边缘检测器10，计数器11.列扫描电路12，闩锁电路14，以及逻辑或电路OR1。

在像素阵列(Pixel array)2上配置有多单位像素3，该单位像素3在垂直信号线VSL(Vertical signal line)和行线LS之间的交叉位置配置成矩阵状。在各单位像素3被按基于行扫描电路4的行方向单位进行扫描，像素信号依次向比较器8发送。

行扫描电路4按照驱动控制部9的控制来选择行线LS。

Vref参照信号生成部7生成用于参照参照电压Vref的参照信号，并将该参照信号输出到比较器8。在此，参照信号是电平以一定比例依次发生变换的信号。

比较器(比较部)8比较由像素阵列2取得的像素信号和成为比较对象的参照信号，该参照信号的值阶段性地发生变化。

边缘检测器10检测在哪个电平下像素信号和比较器8的比较结果发生反转。

计数器11起到模数变换部的作用，输出由比较器8变换像素信号和参照信号的大小关系的时间量，作为数字值。

列扫描电路12按照驱动控制部9的控制来选择作为列线的垂直信号线VSL，并读取数字值。

闩锁电路(ラツチ回路)14暂时锁住比较器8的输出信号。

逻辑或电路OR1向边缘检测部10输出比较器8的输出和闩锁电路14的输出的逻辑和(OR)。

驱动电路部9通过控制行扫描电路4、Vref参照信号生成部7、比较器8以及列扫描电路12，来控制具备上述结构的该固体摄像装置的动作整体。

此外，在本例中，作为逻辑电路，以逻辑或电路OR1为一例进行了说明，但是该逻辑电路并不被逻辑或电路限定。

数据读取动作(数字CDS方式)

接着，对本例的固体摄像装置的数据读取动作进行简单的说明。在此，以一系列的数据CDS方式的模数变换作为一例。

首先，从单位像素3经由垂直信号线(VSL)，向比较器8发送复位信号。接着，向比较器8发送参数信号(VREF)，并在计数部对时钟信号的计数值进行计数(计测)，直到能够得到比较器8的表示比较结果的脉冲信号为止。

接着，保持复位信号计数值，接着同样取得像素信号，在计数器11进行计数之后，变换为数字数据。

之后，对复位电平的模数变换结果和信号电平的模数变换结果进行差分处理(CDS)。最终输出用该复位电平和像素信号电平之差表示的信号成分的数字数据，作为像素信号。

1-2、单位像素和模数变换部的结构例

接着，使用图2，对图1中的单位像素3及模数变换部的结构例进行说明。

如图所示，本例的单位像素3具备：光电二极管PD，读取晶体管READTr，复位RSTTr，放大晶体管Amp Tr.，以及行选择Tr。

光电二极管PD进行将光信号变换为电信号的光电变换，其正极连接在接地电压GND上，负极连接在读取晶体管READTr的电流路径的一端。

读取晶体管READTr将光电二极管PD的电荷读取到浮点扩散器(FD：Floating Diffusion))，电流路径的另一端连接到浮点扩散器FD上。

复位RSTTr进行浮点扩散器FD的电压的复位，电流路径的一端连接到浮点扩散器FD上，电流路径的另一端连接在内部电源电压VDD上。

行选择Tr进行行选择，电流路径的另一端连接到内部电源电压VDD上。

放大晶体管Amp Tr.输出浮点扩散器FD的电压，栅极连接到浮点扩散器FD，电流路径的一端连接到行选择晶体管Tr的电流路径的一端，电流路径的另一端连接到负荷电流15的一端以及垂直信号线VSL。负荷电流15的另一端连接到接地电压GND。

如上所示，垂直信号线VSL的末端连接到负荷电流15。由该负荷电流15和放大晶体管Amp Tr.构成源极跟随电路，读取像素信号。

接着，模数变换部具备：Vref参照信号生成部7，比较器8，计数器控制电路100(闩锁电路14，开关SW2，逻辑或电路OR1)，边缘检测器10，计数器11。

Vref参照信号生成部7向比较器8输出参照电压VREF。

比较器8具备电容C1、开关SW1以及比较器COM1，将从单位像素3输入的像素信号与参照电压VREF进行比较。电容器C1的电极的一个连接到单位像素3上，另一个连接到比较器COM1的输入(-)端。

开关SW1是自动调零开关，在自动调零期间，使开关SW1导通，在该导通期间，取得比较器的基准电压。

向比较器COM1的输入(+)端输入参照电压VREF。

计数器控制电路100具备闩锁电路14、开关SW2以及逻辑或电路OR1，并进行如下控制：根据复位信号的比较器8的输出结果，不实施计数器11的像素信号的计数停止动作。详细情况将在后面进行说明。

闩锁电路(LATCH)14检测比较器8是否反转，其输入端连接到比较器8上，输出端连接到开关SW2的一端上。

开关(闩锁输出控制部)SW2的另一端连接到逻辑或电路OR1的输入端上。开关SW2在复位时断开(OFF)，被驱动控制部9等控制成，在将像素信号进行模数变换的像素模数变换时导通(ON)。这是因为在对复位信号进行模数变换的复位模数取得期间，在闩锁电路14中保持比较器8是否反转。因为即使在像素模数变换时，使SW2导通(ON)，在像素模数变换期间很快反转比较器8，也取得与在复位模数变换取得期间锁住的信号之间的逻辑，不进行边缘检测。

逻辑或电路(逻辑电路)OR1的输入进一步连接到比较器8的输出端和闩锁电路14的输入端，输出端连接到边缘检测器10的输入端。

边缘检测器10的输出端连接到计数器11的输入端。

计数器11的输入端上输入计数器时钟(count clk)，输出计数器输出Cout。

如上所述，在本例中，在比较器8的输出端之后、边缘检测器10的输入端之前配置了闩锁电路14。

在此，在后述的比较例1中，当入射了极强光时，在对复位信号电平取得时的垂直信号线VSL的电位进行监视、并将垂直信号线VSL的电位以模拟的方式进行控制的方法中，在对像素信号进行模数变换之前进行信号控制。

但是，在本例的上述结构中，在复位信号检测期间中的参照信号的积分期间以及复位计数范围上具有冗余量。此外，闩锁电路14检测比较器8是否反转，在复位信号(RST)下降而比较器8不反转的情况下，在闩锁电路中保持表示比较器8没有反转的情况的闩锁信号。向上述边缘检测器的输入是包括上述比较器的输出结果和保持在闩锁电路中的结果的逻辑信号。闩锁电路具备导通截止开关，在复位信号读取时断开，在读取光电二极管信号时导通。此外，在读取上述复位信号时，在保持有表示比较器8没有反转的情况的闩锁信号的情况下，在模数变换时(CDS动作中)使计数器11强制性地输出像素(PD)计数值的全部计数值。在上述控制中，驱动控制电路部9进行对开关SW2的开关控制。

因此，关于复位电平的模数变换结果能够输出全部计数值，关于像素信号电平的模数变换结果也能够输出全部计数值，对于最终的复位电平的模数变换结果和像素信号电平的模数变换结果之间的差分处理(CDS)后的信号也输出全部计数值，所以能够避免暗黑的问题。详细情况将在后面进行说明。

此外，在本例的结构中，如后述的比较例1、2所示，例如不一定需要垂直信号线控制用的旁路电路或复位信号控制电路、信号控制用比较器。因此，能够防止电路面积的增大，有利于细微化。

<2、读取控制动作>

接着，使用图3～图5，对本例的固体摄像装置的读取控制动作进行说明。在该说明中，按照图3表示的时间图进行说明。在图3中，将参照电压VREF和垂直信号线(VSL)的电位说明图、脉冲时间图以及通常时(a)和入射极强光时(b)重叠而作为一个图来表示。

在本例的控制动作中，即使入射极强光时(b)，也不进行垂直信号线VSL的电位控制。另一方面，在后述的比较例中，在入射极强光时(b)，像素复位信号下降，所以将垂直信号线VSL的电位控制为不会降低到校正阈值电压以下。

首先，在时刻t1时，将复位脉冲RST设为“H”电平，使复位晶体管RSTTr导通。

从有效摄像区域的单位像素3读取的复位信号被读取到垂直信号线VSL。由此，从时刻t2起垂直信号线VSl的电位减少。或者，在时刻t2，使参照电压VREF的电压下降来开始自动调零积分，取得比较器8的基准电压(自动调零)。

接着，在时刻t3时，使参照电压VREF复位而返回“H”电平，并结束自动调零期间(1)。此时，控制成使复位脉冲RST上升之后立刻开始自动调零，以便在通常时(a)和入射了极强光的情况下(b)，使得自动调零时的零基准不会过度不同。

接着，在时刻t4，使自动调零SW1截止，并且，在同一时刻，使比较器输出成为“H”电平，并转移到CDS动作。

接着，在时刻t5，使参照电压VREF的电压下降来开始复位积分，或者，在同一时刻，计数器11开始计数器时钟(count clk)的计数(计测)。闩锁电路具备导通截止开关SW2，在读取复位信号时，预先设置成截止。

接着，在时刻t6时，在通常时(a)，浮点扩散器FD被遮光，电位变动大致变无，所以复位信号向垂直信号线VSL读取与在自动调零期间(1)取得的信号大致相等的电压，所以在垂直信号线VSL和参照电压VREF变相等时比较器8反转，通过在边缘检测器10捕捉该反转时的边缘，能够在计数器11对该时间为止的时钟计数(count clk)的值进行计数(计测)，并确定复位计数。

但是，此时，在被入射极强光的情况下(b)，在复位电平检测期间(2)，垂直信号线VSL的复位信号的电压继续下降，所以在复位电平检测期间(2)结束时(时刻t7)之前，比较器8有可能不反转。

在此，在本例中，在复位计数时，预先延长参照信号的积分期间，并且，预先使计数范围具有与判断阈值余量相当的冗余量，并配置用于检测比较器8是否反转的闩锁电路14，在比较器8不反转的情况下，使闩锁电路14保持表示比较器不反转的情况的闩锁信号。

然而，相对于该复位计数目标值，考虑单位像素3中的放大晶体管AmpTr.的噪声、比较器8的偏移量以及延迟(Delay)，以在与复位计数期间(2)相当的复位全部计数值内不包含偏差量的方式，决定复位全部(MAX)计数数(范围)。在本例中，根据该复位全部计数数来使参照电压VREF复位计数时间(计数数)具有冗余性(冗余范围)。与该复位计数值的目标值及具有冗余性的计数值之间的复位计数时间相当的电压量，成为图3所示的判定阈值电压余量。

即，在比较器不反转的情况下，在时刻t7之前继续计数，输出含有冗余量的复位全部(MAX)计数值即通常的全部计数值以上。

接着，在时刻t7时，若确定复位信号，则在通常时(a)，使参照电压VREF返回到复位电压电平，使比较器8返回原来的没有反转的状态(“H”电平)。

之后，使(二进制)计数器11的所有比特的信号反转，将复位计数值作为负的复位计数值，将该计数值设为计数值初始值。

接着，在读取光电二极管信号之前，即在成为时刻t8之前，使闩锁SW2导通，在光电二极管信号的模数变换时的像素期间(3)，反映在闩锁电路中所保持的闩锁信号。

接着，在时刻t8，使参照电压VREF电压下降来开始像素积分。

时刻t8和时刻t9之间的期间(像素期间(3))的像素(PD)信号也与上述复位期间(2)同样，在比较器8与参照信号VREF进行比较，计数器11对在比较器8反转了的时间输入的时钟数，从上述的计数初始值开始计数，并结束该动作。

然而，在检测复位电平时，比较器不反转而输出作为复位信号的闩锁信号的情况下，在检测像素时，输出计数器的全部计数值。

即，在该状态下，进行复位电平的模数变换结果和像素信号电平的模数变换结果之间的差分处理(CDS)，但是在检测复位电平时，比较器8不反转而闩锁电路14保持闩锁信号的情况下，即使在像素信号模数变换期间时比较器8反转，也通过考虑该闩锁信号，来输出像素(PD)计数值的全部计数值。结果，最终差分处理(CDS)后的信号能够输出全部信号(フル信号)。

例如，如图4所示，作为上述的计数器11的计数范围值的一例，将复位信号的全部(MAX)计数范围设为255LSB，将像素信号的全部(MAX)计数范围设为1023LSB+255LSB。该情况下，最终的复位电平的模数变换结果和像素信号电平的模数变换结果的CDS后的差分信号的全部计数值成为(1023LSB+255LSB)-255LSB＝1023LSB。

在本例中，进一步预先使复位信号时的计数值具有全部(MAX)计数范围(255LSB)以上的冗余。换言之，如图所示，将复位信号的全部(MAX)计数范围设为(255LSB+冗余范围(判断阈值余量))，将像素信号的全部(MAX)计数范围设为1023LSB+255LSB+冗余范围(判断阈值余量)。此外，在复位信号模数变换期间时，出现了表示比较器8没有反转的情况的闩锁信号的情况下，即使在像素信号模数变换期间时比较器8反转，也通过取与闩锁信号的逻辑和来保持不确定边缘的状态。此外，对于计数值，强制性地计数到包含冗余量的像素信号的全部计数值为止。结果，最终的复位电平的模数变换结果和像素信号电平的模数变换结果之间的CDS后的差分信号成为1023LSB。

并且，在本例中表示的数字CDS方法是一例，若能够得到由复位电平和信号电平之差所示的信号成分的数字数据值，则可以是任何一种数字CDS方法。

参照电压(VREF)的模拟增益发生了变化时的计数值

接着，使用图5，对上述读取控制动作时参照电源(VREF)的模拟增益发生了变化时的计数值进行说明。

如图中的时刻t5～t7所示，即使模拟增益发生了变化，自动调零(由于复位模数变换期间(2))的输出数字计数值能够始终一定，所以复位电平的输出值能够符合数字目标值。

对于该复位电平输出目标值，考虑像素单元的Amp Tr.的噪声或比较器的偏置、延迟(Delay)，以偏差限制在与复位信号计数时间相当的复位全部计数值内的方式决定复位全部计数数。

例如，如上述图4所示，若将复位信号电平的输出目标值设为128LSB，复位信号的全部计数范围设为256LSB，则即使考虑与复位电平的输出目标值之间的偏差，也能够使其在计数范围之内。

<3、作用效果>

根据该实施方式的固体摄像装置及其控制动作，至少能够得到下述(1)～(2)所示的效果。

(1)能够防止产生由于复位电位降低而产生的暗黑。

在后述的比较例中，在将进入到某时间的时钟数进行计数来将像素信号进行数字变换的CMOS传感器中，在入射了极强光的情况下，在通过将垂直信号线的电位以复位信号不会降低的方式进行模拟控制的方法中，在对像素信号进行模数变换之前进行信号控制。

但是，在本例中，具备计数器11，该计数器11的VREF复位时间(计数数)上具有比根据复位电平输出目标值预测的复位全部计数数更大的冗余性(冗余范围)。此外，在入射极强光、且在检测复位信号时比较器8不反转的情况下，将表示比较器8不反转的情况的闩锁信号保持在闩锁电路14中，即使在像素信号模数变换期间时比较器8反转，通过考虑该闩锁信号，在模数变换时(CDS处理时)，也将像素(PD)计数值的全部计数值强制性地输出到计数器。例如，如图4所示，计数器11最终强制性地输出1023LSB，作为CDS后的差分信号。

如以上所示，根据本例的结构和控制动作，复位电平的模数变换结果和像素信号电平的模数变换结果之间的差分处理(CDS)后的信号能够输出全部计数值以上，在入射极强光的情况下能够防止图像变暗黑的问题，在这一点是有利的。

(2)对微细化有利。

在本例中，例如与后述的比较例比较，则只要追加闩锁电路14就可以，由数字CDS方式的比较器和计数器部在进行CDS处理时能够进行像素信号处理。因此，不需要对由垂直信号线VSL传送的像素信号进行控制的复位信号控制电路或决定像素信号的阈值的旁路电路等，所以在相当程度上抑制电路布局面积的这一点上，对微细化有利。

[变形例1(还具备复位信号控制电路的一例)]

接着，使用图6，对上述第一实施方式的变形例1的固体摄像装置及其控制动作进行说明。本例涉及还具备复位信号控制电路106的一例。在该说明中，省略与上述第一实施方式重复的部分的详细说明。

<结构例>

省略详细图示，本例在像素阵列10和模数变换部之间还具备图1所示的复位信号控制电路106这一点上，不同于上述第一实施方式。

<读取控制动作>

接着，按照图6所示的时间图，对本例的固体摄像装置的读取控制动作进行说明。在图6中，将参照电压VREF和垂直信号线(VSL)的电位说明图、脉冲时间图以及通常时(a)和入射了极强光时(b)的情况罗列起来作为一个图表示。

如图所示，在时刻t2时，在入射了极强光时(b)，像素复位信号下降，但是在该复位信号的下降非常大的情况下，在通常时(a)和入射了极强光时(b)，自动调零(复位)信号电平大幅变化，其结果有可能导致比较器的基准电位不同。

因此，在本例中，为了解决该问题，如上所示，在像素阵列10和模数变换部之间组合图10所示的复位信号控制电路106和上述第一实施方式的结构来使用。

在该情况下，如图所示，首先，在时刻t1时，复位脉冲升高，浮点扩散部的复位信号被发送到垂直信号线VSL。

接着，在时刻t2时，复位信号控制电路106将钳位启用(Clamp enable)信号设为“H”来保持，以使得在自动调零(复位)信号检测期间中不会成为一定的基准阈值电压以下。因此，能够钳住垂直信号线VSL的电位，能够取得自动调零(复位)信号。

之后，进行与上述第一实施方式相同的控制动作。

如上所述，能够根据需要来使用本变形例1那样的结构。

[第二实施方式(根据计数器的某个比特来进行判断的一例)]

接着，使用图7～图9来说明第二实施方式的固体摄像装置及其控制动作。在第一实施方式中，由比较器8是否反转进行判断，相对于此，与第二实施方式的不同点在于，判断计数器10的某个比特是否成立(计数结果)。在该说明中，省略与上述第一实施方式重复的部分的详细说明。

<结构例>

首先，使用图7和图8，对本例的结构例进行说明。

如图7所示，本例的结构例，在闩锁电路14的输入端与计数器11的输出端连接的这一点上，不同于上述第一实施方式。此外，关于计数器11的结构也不同于图8所示的结构。

计数器11的结构例

在图8中，表示了计数器11的计数比特的概念图。如图所示，计数器11在复位信号检测期间该计数器11的某个比特成为“1”时输出闩锁信号，并将该闩锁信号保持在闩锁电路中。在该情况下，即使在像素信号模数变换期间时比较器8反转，通过考虑该闩锁信号，也能够将像素(PD)计数值强制性地计数到全部计数值。结果，最终差分处理(CDS)之后的信号成为全部信号输出。

图8的计数器闩锁判断比特成立的时间相当于图9中的时刻tL。

如上所述，在第二实施方式的固体摄像装置的结构中，也与第一实施方式同样，不需要垂直信号线VSL的信号控制电路或向信号控制电路提供信号的旁路电路、信号控制用比较器等，只要进一步配置闩锁电路14就可以，在这一点上有利于微细化。在检测复位信号时比较器不反转的情况下，构成为，通过在模数变换时(CDS处理时)强制性地输出像素(PD)计数值的全部计数值，由此，差分处理(CDS)后的信号能够输出全部(MAX)计数值，能够防止在入射了极强光的情况下图像变暗黑的问题。

<读取控制动作>

接着，按照图9，对本例的固体摄像装置的读取控制动作进行说明。在该说明中，将参照电压VREF和垂直信号线(VSL)的电位说明图、脉冲时间图以及通常时(a)和入射了极强光时(b)的情况重叠来作为一个图表示。

即使在该第2实施方式中，在射入极强光时(b)也不进行垂直信号线VSL的电位控制。

如图所示，与上述同样，首先在t2～t3时，通过自动调零取得复位信号，取得比较器8的基准电位。此时，在通常时(a)和入射了极强光的情况下(b)，在复位脉冲RST上升之后立刻通过自动调零将复位信号取入比较器8中，从而使得自动调零时的零基准不会相差太大。

接着，在时刻t4，使自动调零SW截止，并且，在同一时刻，比较器输出成为“H”电位，并转移到CDS动作。

接着，从时刻t5开始进行复位积分。此时，在通常时(a)，浮点扩散部(FD)被遮光，电位变动几乎为零，由于复位信号出现与自动调零时所取得的电压几乎相等的电压，所以比较器8反转，在该时间之前，通过由计数器11对时钟计数值进行计数(计测)，由此来确定复位计数值。

但是，此时，在入射了极强光的情况下(b)，即使在复位电平检测期间中，垂直信号线VSL的复位信号也会下降，结果有时在复位电平检测期间结束时为止(时刻t7位置)比较器8也不会反转。因此，在本例中，放入闩锁电路14，该闩锁电路14在对复位计数值进行计数的过程中(时刻t5～t7的期间)检测计数器11的某个判断比特是否成立，由此若计数器的某个判断比特成立，则输出闩锁信号，并在闩锁电路14中保持该信号。例如，在本例中，在时刻t7之前计数器的某个判断比特成立，在该时刻在闩锁电路14中保持比特判断信号。

此外，在本例中，在入射极强光的情况下(b)，比较器不反转，所以作为复位信号而输出复位的全部(MAX)计数值。

接着，在时刻t7时，若确定复位信号，则在通常时(a)，使参照电压VREF返回复位电压电平，使比较器8返回到原来的不反转的状态(“H电平”)。

接着，使(二进制)计数器11的所有比特的信号反转，将复位计数设为负的复位计数值，将该计数值设为计数初始值。

接着，在读取光电二极管信号之前，即成为时刻t8之前使闩锁SW2导通，在光电二极管信号的模数变换时的像素期间(3)，反映在闩锁电路保持的闩锁信号。

在上述本例的读取控制动作时，对于该复位计数目标值，与该复位计数的目标值和判断比特成立之前的计数值之间的复位计数时间量相当的电压量，成为图中所示的判断阈值电压余量。即，该计数器11的某个比特成为是否使用计数值进行数字钳位控制的判断基准。

接着，在时刻t8时，使参照电压VREF的电压下降来开始像素积分，同样，对于像素(PD)信号，也在比较器8与参照信号进行比较，从上述的计数初始值开始对在比较器反转的时间内输入的时钟数进行计数。

在此，在检测复位电平时(时刻t5～t7的器件)，在计数器11的某个判断比特成立、输出闩锁信号的情况下，控制成在像素检测时(时刻t8～t9的期间)输出计数器11的全部计数值。即，在该状态下，进行复位电平的模数变换结果和信号电平的模数变换结果之间的差分处理(CDS)，但是在检测复位电平时(时刻t5～t7的器件)，若计数器的某个判断比特成立，则输出闩锁信号，预先在闩锁电路14保持该信号，在像素信号模数变换期间时，即使比较器8反转，也通过考虑该闩锁信号，将像素(PD)计数值强制性地计数到全部计数。结果，最终差分处理(CDS)之后的信号成为输出全部信号。

此外，本例中公开的数字CDS方法是一例，只要能够得到由复位电平和信号电平之差所示的信号成分的数字数据值，就可以采用任何一种数字CDS方法。

<作用效果>

如上所述，根据该实施方式的固体摄像装置及其控制动作，至少能够得到与上述(1)～(2)相同的效果。并且，根据需要，能够适用与本例相同的结构和控制动作。

[比较例1(模拟地控制垂直信号线的电位的一例)]

接着，为了比较上述实施方式的固体摄像装置及其控制动作，使用图10～图12，对比较例1的固体摄像装置及其控制动作进行说明。该比较例1涉及在入射了极强光的情况下将垂直信号线的电位模拟地控制成不会使复位信号下降的一例。在该说明中，省略与上述实施方式及变形例重复的部分的详细说明。

<整体结构例>

首先，使用图10，对比较例1的固体摄像装置的整体结构例进行说明。

如图所示，在比较例1的固体摄像装置中，在模数变换部配置了占有面积较大的旁路电路105和复位信号控制电路106，在这一点上不同于上述实施方式。

<关于单位像素和模数变换部>

接着，使用图11，对比较例1的固体摄像装置的单位像素及模数变换部的结构例进行说明。

如图所示，在比较例1中，在模数变换部不具备闩锁电路14、开关SW2以及逻辑或电路OR1，在这一点上不同于上述实施方式。

在读取动作中，首先对单位像素3的复位晶体管RSTTr的栅极赋予复位脉冲(RST)，向垂直信号线L输出复位信号。接着，在比较器108，比较该值和参照信号VREF，并在计数器111对成为相同值为止的时间内输入的时钟数(count clk)进行计数。

之后，向读取晶体管READTr的栅极赋予读取脉冲(READ脉冲)，对于像素(PD)信号也同样进行模数变换。

此时，在计数器11，对作为像素信号的基准电平的复位电平和信号电平独立地进行计数来变换为数字数据，在复位电平的模数变换结果和信号电平的模数变换结果之间执行差分处理(CDS)，取得由复位电平和像素(PD)信号电平之差所示的信号成分的数字数据，作为像素信号。

在比较例1中，在向比较器108输入信号之前，通过复位信号控制电路106的控制，在这一点上，不同于上述实施方式。

在此，在入射了极强光的情况下，在使行选择的单位像素的复位Tr导通而读取了像素信号时，垂直信号线VSL的复位信号下降，由此，由复位信号和像素(PD)信号的差分制作的像素信号成分变小，发生影像变暗黑的情形的问题。

因此，在比较例1中，配置复位信号控制电路106，利用比较器108在将由像素阵列102取得的像素信号和参照信号进行比较之前，放入复位信号控制电路106，并将由旁路电路105生成的某个阈值电压向信号控制电路106供给，在某个定时，对从垂直信号线VSL发送来的像素复位信号的电位进行信号校正。

<读取控制动作>

接着，沿着图12所示的时间图，对比较例1的固体摄像装置的读取控制动作进行说明。

如图所示，例如在时刻t4时，通常时(a)，复位信号几乎不会下降，但是在入射极强光的情况下(b)，在被行选择的单位像素的复位Tr导通而读取像素信号时，垂直信号线的复位信号下降。在取得复位电压时(时刻t3～t7的期间)，控制垂直信号线VSL的电位，以便该复位信号不会降低。

例如，如图所示，在时刻t1时，在复位脉冲上升、并从光电二极管向垂直信号线VSL发送像素复位信号之后，将钳位启用信号设为“H”来钳住垂直信号线VSL的电位，以便在比较器108中的复位信号检测期间不会成为一定的基准阈值电压以下。

接着，在时刻t01～t02之间，使参照电压VREF的电压下降，以开始自动调零积分，通过自动调零来取得复位信号，取得比较器108的基准电位。

接着，在时刻t4，使参照电压VREF复位，从而使得比较器输出成为“H”电平。此外，与此同时刻，使自动调零SW1截止，以使自动调零期间(1)结束，转移到CDS动作。

接着，在时刻5，使参照电压VREF的电压下降，以开始复位积分，此外，与此同时，向计数器111提供时钟，计数器111开始计数时钟(countclk)的计数(计测)。

之后与复位信号相比，参照电压VREF成为同电位的情况下，比较器反转，对在该时间为止输入到计数器111的时钟数进行计数，取得该计数值，作为复位信号。

在确定复位信号之后，使参照电压VREF返回到复位电压，使比较器108返回到原来的未反转的状态。

并且，使二进制计数器的所有比特的信号反转，将复位计数值作为负的复位计数值，将该计数值作为计数初始值。

之后，同样地，像素(PD)也在比较器与参照信号进行比较，从上述的计数初始值开始对比较器反转了的时间输入的时钟数进行计数，取得该像素计数值(光电二极管电压)，作为像素信号。

此外，设计成，即使像素信号(光电二极管信号)全部输入的情况下(b)，即输入了饱和信号的情况下，也以像素信号在计数值内的方式预先保持计数比特幅度。

如上所述，比较例1的结构及其控制动作，在入射了非常过大的光的情况下(b)，复位信号控制电路106将垂直信号线VSL的电位控制成使得复位信号不会模拟地下降，在这一点上，不同于上述实施方式和变形例。但是，复位信号控制电路106或旁路电路105的占有面积较大，所以不利于微细化。

[比较例2]

接着，使用图13，对比较例2的固体摄像装置及其控制动作进行说明。在该说明中，省略与上述实施方式及变形例重复的部分的详细说明。

<整体结构例>

图13表示比较例2的固体摄像装置的整体结构。

如图所示，在比较例2中，具备信号控制用比较器113和闩锁电路114来作为复位信号控制电路，在这一点上不同于上述结构。

在比较例2中，将复位信号读取动作时的源跟随电路的输出信号和信号控制用比较器部113的阈值电压进行比较，在复位信号超过某个阈值电压的情况下，进行将复位电平的信号和像素信号之间的差分处理(CDS)后的像素信号置换为某个信号的控制。在该情况下，将从旁路电路生成的某个阈值电压作为参照电压而输入到复位信号控制用比较器中，来与复位信号进行电位比较。

如上所述，比较例1、2的结构及其控制动作均在入射了极强光的情况下(b)，对复位电平取得时的垂直信号线VSL的电位进行监视，在将像素信号进行模数变换之前进行信号控制。

但是，在该情况下，需要对由垂直信号线VSL传送的像素信号进行控制的控制电路、决定向该控制电路输入的像素信号的阈值的旁路电路105或者信号控制用比较器113等，在电路布局面积增加这一点上不利。特别是在微细像素的并列读取方式的传感器中，需要在每一列上附加这些电路，所以该倾向更加显著。

虽然对特定的实施方式进行了说明，但是这些实施方式仅仅是作为例子来说明的，并没有试图限定本发明的范围。事实上，在不脱离本发明的精神的情况下，在此说明的新的实施方式能够通过各种其他方式，如进一步通过对在此说明的方式进行各种省略、追加以及改变来实施。所附的权利要求及其等同的方案试图覆盖所有这种方式或变形例，它们落入本发明的范围和宗旨内。

Claims

1.一种固体摄像装置，经由输出电路，从进行光电变换的像素部读取复位信号和像素信号，其特征在于，包括：

比较器，比较从上述像素部读取的信号和参照信号；

计数器，对在得到上述比较器的表示比较结果的脉冲信号之前输入的时钟数进行计数；以及

2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述计数器控制电路具备：

闩锁电路，锁住上述比较器的输出信号；以及

闩锁输出控制部，对上述闩锁电路的输出信号进行控制，

在复位模数变换时，使上述闩锁电路的输出无效，并实施上述计数器停止动作，在像素模数变换时，通过使上述闩锁电路的输出有效，不实施上述计数器停止动作。

3.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

在与从上述像素部读取的信号进行比较的参照信号的复位信号积分期间以及复位计数范围上，具有与判断阈值余量相当的冗余量，

计数器控制电路根据上述复位信号的比较器的输出结果，不实施上述计数器的像素信号的计数停止动作。

4.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

还具备复位信号控制电路，该复位信号控制电路配置在上述像素部和经由垂直信号线连接的模数变换部之间。

5.根据权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述闩锁电路的输入连接到上述计数器的输出，

上述计数器控制电路通过上述计数器的计数器结果，进行是否实施上述计数器的像素信号的计数停止动作的判断。

6.根据权利要求5所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述计数器将在复位信号检测期间中成为该计数器中的某个比特的状态时的闩锁信号保持到上述闩锁电路中，

上述计数控制电路在像素信号模数变换期间即使上述比较器反转，也根据上述闩锁信号的结果来将像素计数值强制性的进行全部计数。

7.一种固体摄像装置，经由输出电路，从进行光电变换的像素部读取复位信号和像素信号，其特征在于，包括：

比较器，比较从上述像素部读取的信号和参照信号；

计数器控制电路，根据复位信号的计数器结果，不实施上述计数器的像素信号的计数停止动作。

8.根据权利要求7所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述计数器控制电路具备：

闩锁电路，锁住上述计数器的预定信号；以及

闩锁输出控制部，对上述闩锁电路的输出信号进行控制，

在复位模数变换时，上述计数器控制电路使闩锁电路的输出无效来实施上述计数器停止动作，在像素模数变换时，上述计数器控制电路通过使上述闩锁电路的输出有效，不实施上述计数器停止动作。

9.根据权利要求7所述的固体摄像装置，其特征在于，

在与从上述像素部读取的信号进行比较的参照信号的复位信号积分期间以及复位计数器范围上，具有与判断阈值余量相当的冗余量，

计数器控制电路根据上述计数器的输出结果，不实施上述计数器的像素信号的计数停止动作。

10.根据权利要求7所述的固体摄像装置，其特征在于，

11.根据权利要求8所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述闩锁电路的输入连接到上述计数器的输出，

上述计数器控制电路通过上述计数器的计数结果，进行是否实施上述计数器的像素信号的计数停止动作的判断。

12.根据权利要求11所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述计数器将复位信号检测期间中成为该计数器中的某个比特的状态时的闩锁信号保持到上述闩锁电路中，

上述计数器控制电路在像素信号模数变换期间时即使上述比较器反转，也根据上述闩锁信号的结果来将像素计数值强制性的进行全部计数。

13.一种对固体摄像装置的控制方法，该固体摄像装置从进行光电变换的像素部读取复位信号，接着经由输出电路读取进行光电变换的光电二极管的像素信号，并且该固体摄像装置具备比较器，该比较器比较从上述像素部读取的信号和参照信号，该控制方法的特征在于，

在对在得到上述比较器的表示比较结果的脉冲信号之前输入的时钟数进行计数的计数器模数变换动作中，根据上述复位信号的比较器的输出结果或比较器的计数结果，不实施上述计数器的像素信号的计数停止动作。

14.根据权利要求13所述的固体摄像装置的控制方法，其特征在于，

上述固体摄像装置还具有计数器控制电路，

上述计数器控制电路具备：

闩锁电路，锁住上述比较器的输出信号；以及

闩锁输出控制部，对上述闩锁电路的输出信号进行控制，

在复位模数变换时，上述计数器控制电路使上述闩锁电路的输出无效来实施上述计数器停止动作，在像素模数变换时，通过使上述闩锁电路的输出有效，不实施上述计数器停止动作。

15.根据权利要求14所述的固体摄像装置的控制方法，其特征在于，

16.根据权利要求14所述的固体摄像装置的控制方法，其特征在于，

上述闩锁电路的输入连接到上述计数器的输出，

上述计数器控制电路通过上述计数器的计数器结果，判断是否实施上述计数器的像素信号的计数停止动作。

17.根据权利要求16所述的固体摄像装置的控制方法，其特征在于，

上述计数器控制电路即使在像素信号模数变换期间时上述比较器反转，也根据上述闩锁信号的结果将像素计数值强制性的进行全部计数。

18.根据权利要求13所述的固体摄像装置的控制方法，其特征在于，

上述固体摄像装置还具备复位信号控制电路，该复位信号控制电路配置在上述像素部和经由垂直信号线连接的模数变换部之间。