CN102265606A - 固体摄像装置、数字相机以及ad转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明的固体摄像装置(A)具备：像素部(1)，具有被配置为矩阵状的多个单位像素(7)；列信号线，被设置在所述像素部(1)的每个列；模数转换部(3)，通过对参考信号(Vramp)到达来自所述列信号线的像素信号的电压为止的时间进行计数，从而将所述像素信号的电压转换为数字值；以及时钟信号产生部(C)，针对所述模数转换部(3)，产生用于所述计数的计数时钟(CLKAD)，所述时钟信号产生部(C)，在模数转换期间，将所述计数时钟(CLKAD)的频率从第一频率切换到与第一频率不同的第二频率。

Description

固体摄像装置、数字相机以及AD转换方法

技术领域

本发明涉及MOS图像传感器等固体摄像装置，尤其涉及将由光电转换区域部得到的像素信号依次蓄积在设置于每个像素列的列区域部，并且通过依次选择该列区域部来依次输出各像素信号这样的所谓的列(column)方式的固体摄像装置、数字相机以及AD(模数)转换方法。

背景技术

以往，有关扩大MOS图像传感器的动态范围(Dynamic Range)的方法，提出了这样一种摄像装置，即：在第一曝光期间，将由光电二极管进行光电转换而得到的电荷蓄积在检测节点，其后，释放了在检测节点蓄积的电荷的一部分之后，在比第一曝光期间短的第二曝光期间，进一步将由光电二极管得到的电荷蓄积在检测节点(例如，专利文献1)。

并且，提出了这样一种方法，即：以不同的分辨率对像素信号进行多次AD转换，并合成多个AD转换后的信号，来扩大动态范围(例如，专利文献2)。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2000-23044号公报

专利文献2：(日本)特开2008-124842号公报

发明概要

发明要解决的问题

然而，专利文献1所记载的摄像装置中，因为是利用检测部来扩大动态范围，因此有可能出现检漏引起的暗色不均(暗時ムラ)、KTC噪声(复位噪声)，而引起画质的劣化。并且，专利文献2所记载的固体摄像装置中，需要对合成对象信号进行记忆的行存储器、进行合成处理的电路，而使电路规模变大。

发明内容

本发明的目的在于，提供以简易的构成来扩大动态范围的固体摄像装置。

用于解决问题的手段

为了达成上述目的，本发明的固体摄像装置，具备：摄像部，具有被配置为矩阵状的多个像素；列信号线，被设置在所述摄像部的每个列；模数转换部，通过对斜坡信号到达来自所述列信号线的像素信号的电压为止的时间进行计数，从而将所述像素信号的电压转换为数字值；以及时钟信号产生部，针对所述模数转换部，产生用于所述计数的时钟信号，所述时钟信号产生部，在模数转换期间，将所述时钟信号的频率从第一频率切换到与第一频率不同的第二频率。

据此，在时钟信号产生部切换了时钟信号的频率之后，AD转换部基于比第一频率低的第二频率来进行AD转换，因此能够变更切换前后的AD转换的分辨率。其结果，能够扩大动态范围。

并且，也可以是，所述第二频率比所述第一频率低。

据此，能够提高像素信号的电压低时的AD转换的分辨率，而降低像素信号的电压高时的AD转换的分辨率，能够提高低照度侧的S/N(signalto noise ratio：信噪比)。

并且，也可以是，所述时钟信号产生部具备：分频器，通过对基准时钟信号进行分频来产生所述时钟信号；以及切换部，在从所述斜坡信号开始起经过了第一期间的时刻，将所述分频器的分频比，从与所述第一频率对应的第一分频比切换到与所述第二频率对应的第二分频比。

据此，时钟信号产生部，即使不具备用于产生第一频率以及第二频率的时钟信号的多个振荡器，也能够通过以不同的分频比来对基准时钟信号进行分频，从而将时钟信号的频率从第一频率切换到第二频率。

并且，也可以是，所述时钟信号产生部还具备计数器，该计数器，从所述斜坡信号开始起，对所述时钟信号的时钟数进行计数，所述切换部，在所述计数器的计数数超过预先规定的值的时刻，从所述第一分频比切换到所述第二分频比。

据此，能够任意地设定切换时钟信号的频率的定时，并且，能够通过该定时变更动态范围的扩大程度。具体而言，将切换时钟信号的频率的定时设定为AD转换期间中的越早的定时，则越能扩大动态范围。

并且，也可以是，所述模数转换期间，包括第一期间和第二期间，所述时钟信号产生部，在第一期间产生所述第一频率的时钟信号，在第二期间产生所述第二频率的时钟信号，所述第一期间在所述第二期间以下。

据此，能够重点地提高像素信号的电压低时，即低照度时的分辨率。因此，能够更加提高低照度侧的S/N。并且，通过降低像素信号的电压高时的分辨率，能够使AD转换的输入范围照样宽广。

并且，也可以是，所述模数转换部具备：计数部，对所述时钟信号的时钟数进行计数；以及锁存部，在所述斜坡信号与所述像素信号的电压一致之时，保持所述计数部的计数值。

并且，本发明的数字相机具备上述固体摄像装置。

并且，本发明不仅能够作为固体摄像装置以及数字相机来实现，而且也能够作为AD转换方法来实现。

发明效果

根据本发明，能够提供以简易的构成来扩大动态范围的固体摄像装置。

附图说明

图1是示出本发明的实施例的固体摄像装置的构成的框图。

图2是示出时钟产生部12以及时钟控制部13的工作的时序图。

图3是示出被输入到AD转换部的计数时钟CLKAD是固定的频率的情况下的、像素信号的电压电平的检测的时序图。

图4是示出计数时钟CLKAD的频率被切换的情况下的、像素信号的电压电平的检测的时序图。

图5A是示出通过切换计数时钟CLKAD的频率来扩大动态范围的图表。

图5B是示出针对入射光量的AD转换后的值的图表。

图6A是示出计数时钟CLKAD的频率被多次切换的情况下的动态范围的扩大的图表。

图6B是示出针对入射光量的AD转换后的值的图表。

图7是示出内置有本发明的固体摄像装置的数字相机的大略构成的图。

图8A是示出该相机的例子的外观图。

图8B是示出内置有本发明的固体摄像装置的摄像机的例子的外观图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施例进行说明。另外，以下说明的实施例仅是一个例子而已，能够进行各种各样的变更。

本发明的固体摄像装置，具备：摄像部，具有被配置为矩阵状的多个像素；列信号线，被设置在所述摄像部的每个列；模数转换部，通过对斜坡信号到达来自所述列信号线的像素信号的电压为止的时间进行计数，从而将所述像素信号的电压转换为数字值；以及时钟信号产生部，针对所述模数转换部，产生用于所述计数的时钟信号，所述时钟信号产生部，在模数转换期间，将所述时钟信号的频率从第一频率切换到比第一频率低的第二频率。据此，能够提高像素信号的电压低时的AD转换的分辨率，而降低像素信号的电压高时的AD转换的分辨率，能够扩大动态范围。

图1是示出本发明的实施例所涉及的固体摄像装置的构成的框图。在该图所示的固体摄像装置A是列式MOS图像传感器。具体而言，固体摄像装置A具备传感器核心部B、数字信号处理部8、垂直扫描电路9、定时信号产生器10、参考信号产生部11以及时钟信号产生部C。

传感器核心部B输出与入射的光的强度对应的数字值。具体而言，传感器核心部B具备像素部1、列放大器2以及列式模数转换器(以下记述为“AD转换部”)3。

像素部1，具备被配置为矩阵状的单位像素7，基于由垂直扫描电路9输出的信号，按照每个行，将与单位像素7的受光量对应的信号即像素信号，输出到被设置在单位像素7的每个列的列信号线。该像素部1作为摄像部来发挥功能。

列放大器2对与各个列信号线对应的像素信号进行放大。

AD转换部3，通过对由列放大器2放大后的各个像素信号进行数字转换，从而输出与各个像素信号对应的数字值。具体而言，AD转换部3具备：电压比较部4，比较像素信号的电压和参考信号的电压；计数部5，并行于由电压比较部4进行的比较处理来进行计数处理；锁存部6，通过保持由电压比较部4结束了比较处理的时刻的计数值，从而取得像素信号的电压的数字值。电压比较部4，比较像素信号的电压和参考信号产生部11输出的参考信号Vramp的电压，并输出示出参考信号Vramp的电压到达了像素信号的电压的定时的信号。并且，计数部5，基于时钟产生部12输出的计数时钟CLKAD，对从参考信号Vramp产生到参考信号Vramp到达像素信号的电压为止的期间进行计数。锁存部6，保持由电压比较部4输出了示出参考信号Vramp的电压到达像素信号的电压的定时的信号时的、计数部5的计数值。也就是说，锁存部6，保持与像素信号的电压对应的数字值，并将所保持的数字值即数字信号，输出到数字信号处理部8。

数字信号处理部8，对由数字信号处理部8输出的数字信号进行数字增益运算、各种校正处理等，并将处理后的数字信号输出到固体摄像装置A的外部。

垂直扫描电路9被配置为与像素部1相邻，并将用于控制由各个单位像素7产生的电荷的蓄积时间、用于以行为单位将各个单位像素7的像素信号读出到列信号线的行选择信号，基于定时信号产生器10输出的脉冲信号，按照单位像素7的每个行，将用于控制由各个单位像素7产生的电荷的蓄积时间、用于以行为单位将各个单位像素7的像素信号读出到列信号线的行选择信号，依次输出。垂直扫描电路9，例如是移位寄存器。

定时信号产生器10，是控制各个处理部的工作定时的电路，与由外部提供的的主时钟MCLK同步地工作。具体而言，定时信号产生器10，针对垂直扫描电路9控制输出行选择信号的定时，针对参考信号产生部11控制产生参考信号的定时，针对时钟产生部12控制产生计数时钟CLKAD的定时。

参考信号产生部11，是与从定时信号产生器10输入的斜坡用时钟CLKDAC联动地工作，并产生AD转换用的参考信号Vramp的电路。具体而言，参考信号Vramp是斜坡波形。

时钟信号产生部C，针对AD转换部3产生计数用的时钟信号即计数时钟CLKAD。具体而言，时钟信号产生部C具备时钟产生部12以及时钟控制部13。

时钟产生部12，基于从时钟控制部13输入的值，与由定时信号产生器10产生的时钟CLKIN同步地产生计数时钟CLKAD。并且，时钟产生部12，将复位信号输出到时钟控制部13。有关时钟产生部12的详细的说明，之后与时钟控制部13的说明一并进行叙述。

时钟控制部13，对由时钟产生部12产生的计数时钟CLKAD进行计数，并将该计数值输出到时钟产生部12。并且，由外部，第一频率设定值fAD0、第二频率设定值fAD1以及频率切换值ADCnt0输入到时钟控制部13。具体而言，时钟控制部13具备计数器A14以及计数器B15。计数器A14是与时钟CLKIN的上升以及下降同步地、进行递增1的加计数的计数器。计数器B15是与由时钟产生部12产生的计数时钟CLKAD的上升同步地、直到AD转换部3的AD转换的全范围(full range)进行递增1的加计数的计数器。时钟控制部13将计数器A14以及计数器B15的计数值输出到时钟产生部12。

其次，对时钟产生部12基于由时钟控制部13输出的计数值而产生计数时钟CLKAD的工作进行说明。

图2是示出时钟产生部12以及时钟控制部13的工作的时序图。在此，设定AD转换部3的输出位数是12比特(LSB)、第一频率设定值fAD0是1、第二频率设定值fAD1是3、以及频率切换值ADCnt0是1023。该图示出被输入到时钟控制部13的时钟CLKIN、计数器A14的计数值、由时钟产生部12输出的计数时钟CLKAD以及计数器B15的计数值。

首先，计数器14与由定时信号产生器10输出的时钟CLKIN的上升以及下降同步地进行递增1的加计数。时钟产生部12判定计数器A14的计数值是否到达了第一频率设定值fAD0。在计数器A14的计数值未到达第一频率设定值fAD0的情况下，时钟产生部12不使计数时钟CLKAD反相并输出该计数时钟CLKAD。而在计数器A14的计数值到达了第一频率设定值fAD0的情况下，时钟产生部12，在下一个时钟CLKIN的上升或下降，使计数时钟CLKAD的输出反相，并使计数器A14的计数值复位。

也就是说，计数器A14重复进行下述工作，即：直到计数值变为1为止，与被输入到时钟产生部12的CLKIN的上升以及下降同步地一个一个地计数，如果计数值变为1，则复位为0。并且，时钟产生部12，每当计数器A14的计数值到达第一频率设定值fAD0即1时，就使计数时钟CLKAD的输出反相。

据此，计数时钟CLKAD成为其周期为时钟CLKIN的周期的2倍的信号。也就是说，时钟产生部12具有这样一种作为分频器的功能，即：以被保持在计数器A14的第一频率设定值fAD0的2倍的分频比来对时钟CLKIN进行分频。

并且，计数器B15与计数时钟CLKAD的上升同步地进行递增1的加计数。时钟产生部12判定计数器B15的计数值是否到达了频率切换值ADCnt0。在计数器B15的计数值未到达频率切换值ADCnt0的情况下，时钟产生部12，按照计数器A14的计数值是否到达了第一频率设定值fAD0，来产生计数时钟CLKAD。

而在计数器B15的计数值到达了频率切换值ADCnt0即1023的情况下，时钟产生部12，在下一个计数时钟CLKAD的上升时之后，按照计数器A14的计数值是否到达了第二频率设定值fAD1即3，来产生计数时钟CLKAD。以后，同样地，时钟产生部12，在计数器A14的计数值到达了第二频率设定值fAD1即3的情况下，在下一个时钟CLKIN的上升以及下降，使计数时钟CLKAD的输出反相，并且，使计数器A14的计数值复位。

据此，计数器B15的计数值到达了频率切换值ADCnt0之后的计数时钟CLKAD，成为其周期是时钟CLKIN的周期的6倍的信号。也就是说，成为以第二频率设定值fAD1的2倍的分频比来被分频的信号。

这样，时钟产生部12，在计数器B15的计数值超过了频率切换值ADCnt0的时刻，切换计数时钟CLKAD的频率。也就是说，时钟产生部12还具有将作为第一分频比的fAD0×2切换为作为第二分频比的fAD1×2这样一种作为切换部的功能。因此，时钟产生部12，即使不具备用于产生不同的频率的计数时钟CLKAD的多个振荡器，也能将计数时钟CLKAD的频率从第一频率切换为第二频率。

另外，时钟产生部12，在计数器B15的计数值的12比特都变为1的情况下，在下一个计数时钟CLKAD的上升，使计数器15B的计数值复位。

并且，如该例子所示，计数器A14以及计数器B15，可以与作为基准的时钟的上升或下降同步地进行计数，也可以与作为基准的时钟的上升和下降这双方同步地进行计数。

其次，说明与被输入到AD转换部3的列信号线对应的像素信号的电压的检测。

图3是示出被输入到AD转换部3的计数时钟CLKAD是固定的频率的情况下的、像素信号的电压电平的检测的时序图。该图示出被输入到电压比较部4的像素信号、被输入到电压比较部的参考信号Vramp、以及被输入到计数部5的计数时钟CLKAD的定时。

电压比较部4，依次比较以斜坡状变化的参考信号Vramp的电压与像素信号的电压。并且，计数部5基于计数时钟CLKAD来进行计数工作。锁存部6，保持在参考信号Vramp的电压与像素信号的电压一致时由计数部5计数的计数值，并将所保持的计数值作为数字数据输出到数字信号处理部8。

这样，AD转换部3，比较参考信号Vramp的电压与像素信号的电压，并将在参考信号Vramp的电压到达了像素信号的电压时的计数部5的计数值，作为与像素信号的电压对应的数字数据来提取，从而进行AD转换。

其次，说明被输入到AD转换部3的计数时钟CLKAD的频率在AD转换的期间被切换的情况下的、像素信号的电压的检测。

图4是示出被输入到AD转换部3的计数时钟CLKAD的频率被切换的情况下的、图像信号的电压电平的检测的时序图。与图3比较，该图中在频率切换时的前后，计数时钟CLKAD的频率不同。例如，在频率切换值ADCnt0是1023的情况下，在计数器B15的计数值到达了1023后的下一个计数时钟CLKAD的上升开始，计数时钟CLKAD的频率变低。

参考信号Vramp是其电压相对于时刻以一定的比例增加的波形，因此时间变化越小，对应的电压变化也越小。并且，计数器A14的最大计数值是第一频率设定值fAD0的期间，与计数器A14的最大计数值是第二频率设定值fAD1的期间相比，计数时钟CLKAD的周期短。因此，对计数器B15的计数值超过频率切换值ADCnt0为止的期间的电压的分辨率，与超过之后的电压的分辨率进行比较，则可知超过频率切换值ADCnt0为止的分辨率高于超过之后的分辨率。

这样，本发明的固体摄像装置A，通过变更被输入到计数部5的计数时钟CLKAD的频率，能够使像素信号的分辨率不同来进行AD转换。计数时钟CLKAD的频率越高，能够越细致地对变换对象的电压范围内的信号进行AD转换，能够提高分辨率来进行AD转换。

其次，说明本发明的固体摄像装置A的动态范围的扩大。具体而言，说明通过变更被输入到AD转换部3的计数时钟CLKAD的频率来扩大动态范围。

图5A是示出在计数时钟CLKAD的频率单一的情况下和在中途变更的情况下的、可进行AD转换的电压范围的图表。在该图中，单一频率的情况下的计数时钟CLKAD的频率，与切换频率的情况下的切换前的频率，即由第一频率设定值fAD0来决定的频率相同。

图5A的横轴示出计数时钟CLKAD是单一频率的情况下以及中途切换的情况下的、计数时钟CLKAD的定时和对应的计数器B15的计数值。ADCfull是计数器B15饱和时的计数值。例如，在计数器B15是12比特的计数器的情况下，ADCfull是4095。

并且，纵轴示出与计数值对应的参考信号Vramp的电压。在此，在计数时钟CLKAD是单一频率的情况下，Vr1是计数器B15的计数值变为ADCfull时的电压。并且，在计数时钟CLKAD在中途被切换的情况下，Vr2是计数器B15的计数值变为ADCfull时的电压。

如该图所示，与计数时钟CLKAD是单一的频率的情况下的饱和电平电压Vr1相比，在中途将频率切换为低频率的情况下的饱和电平电压Vr高。这是因为，通过在中途将频率切换为低频率，切换以后的计数所需要的期间延长，与该延长时间对应的参考信号Vramp相应地能够进行AD转换的电压增加。

图5B是示出切换计数时钟CLKAD的频率的情况下的、针对入射光量的AD转换后的值的图表。该图的横轴示出入射到单位像素7的光量即入射光量，纵轴示出计数器B15的计数值。

计数时钟CLKAD是单一的频率的情况下，AD转换部3的分辨率总是固定的。与此相对，在切换计数时钟CLKAD的频率的情况下，在计数时钟CLKAD的频率的切换前后，AD转换部3的分辨率不同。

这是因为，例如在第二频率设定值fAD1是意味着2倍于第一频率设定值fAD0的值(例如，fAD0是1、fAD1是3)的情况下，基于fAD1而产生的计数时钟CLKAD的周期是基于fAD0而产生的计数时钟CLKAD的周期的2倍。因此，计数器B 15的计数值超过频率切换值ADCnt0，时钟产生部12切换了计数时钟CLKAD的频率后的AD转换的分辨率，与切换前的分辨率相比，是切换前的分辨率的1/2。也就是说，切换后，针对入射光量的输出信号的增益是1/2。

据此，在中途切换计数时钟CLKAD的频率来进行AD转换的情况下的动态范围，与以固定的计数时钟CLKAD进行了AD转换的情况相比，动态范围能够从DR0扩大到DR1。该动态范围的差分(DR1-DR0)是这样的值，即：将与以固定的计数时钟CLKAD进行了AD转换的情况下的AD转换的全范围(full range)对应的入射光量，和与切换了频率的时刻的AD转换的输出信号对应的入射光量之间的差分，除以切换前的分辨率与切换后的分辨率的比例，而得到的值。

例如，计数器B15是12比特(0～4095)的计数器、ADCnt0是1023、fAD0是1、fAD1是3的情况下，与不切换频率而以与fAD0是1的情况下的计数时钟CLKAD的频率相同的频率进行AD转换的情况相比，动态范围是7/4倍。

这样，通过将频率切换值ADCnt0的值设定为计数器B15的范围内的任意的值，从而能够任意地变更时钟产生部12切换计数时钟CLKAD的频率的定时。并且，能够基于该频率切换值ADCnt0的值而变更动态范围的扩大程度。具体而言，频率切换值ADCnt0的值越小，越能扩大动态范围。

如以上所述，本发明的固体摄像装置A，能够在计数时钟CLKAD的频率的切换前后变更AD转换的分辨率。因此，能够提高像素信号的电压低时的分辨率，而降低像素信号的电压高时的分辨率，以扩大动态范围，处理更强的入射光。

另外，时钟产生部12，可以多次切换计数时钟CLKAD的频率。其次，说明被输入到AD转换部3的计数时钟CLKAD的频率被多次切换的情况下的动态范围的扩大。

图6A是示出多次切换计数时钟CLKAD的频率的情况下的、可进行AD转换的电压范围的图表。

例如，如图6A所示的第一频率设定值fAD2、第二频率设定值fAD3以及第三频率设定值fAD4，和第一频率切换值ADCnt1以及第二频率切换值ADCnt2这样来设定多个频率设定值和频率切换值。

图6B是示出多次切换计数时钟CLKAD的频率的情况下的、针对入射光量的AD转换后的值的图表。

此时，如该图所示，分辨率多次变化。

在多次切换计数时钟CLKAD的频率的情况下，与计数时钟CLKAD的上升同步进行计数的计数器B15的计数值到达第一频率切换值ADCnt1为止，与时钟CLKIN的上升以及下降同步进行计数的计数器A14，重复进行到达fAD2为止的计数，时钟产生部12产生与fAD2对应的周期的计数时钟CLKAD。同样地依次进行以下的工作，即：计数器B15到达第二频率切换值ADCnt2为止，计数器A14重复到第二频率设定值fAD3为止的计数，时钟产生部12产生与fAD3对应的周期的计数时钟CLKAD。

在此，设定为fAD4＞fAD3＞fAD2，则如图6B所示，与低照度侧相比能使高照度侧的AD转换分辨率更粗糙。据此，与以固定的计数时钟CLKAD进行AD转换的情况相比，中途多次切换计数时钟CLKAD的频率的情况下的动态范围能够从DR2扩大到DR3。

并且，能够进一步设定多个频率设定值以及频率切换值，通过依次增大设定值来使高照度侧的AD转换分辨率比低照度侧的AD转换分辨率更粗糙，从而更加扩大动态范围。

一般地，数字相机等摄像装置的信号处理中，进行伽马校正、拐点(knee)校正这样的处理，并针对所取得的图像信号，进行对信号电平为低中照度的信号进行放大处理而对信号电平为高照度的信号进行压缩处理这样的处理。在进行这样的处理的情况下，通过提高信号电平是低中照度的信号的分辨率，从而能够改善在后级的信号处理中被放大的区域的信号成分的S/N，能够提高画质。

并且，时钟控制部13，在中途切换计数时钟CLKAD的频率的情况下，按照切换前后的频率来变更参考信号Vramp的期间。具体而言，时钟产生部12，将示出在输出的计数时钟CLKAD的频率的信息，输出到时钟控制部13。时钟控制部13，基于由时钟产生部12输出的示出计数时钟CLKAD的频率的信息，使参考信号Vramp能够被输出直到计数器B15的计数值饱和的定时为止。

另外，虽然在上述实施例的图5A以及图5B中，对计数时钟CLKAD的频率固定的情况下的频率和与第一频率设定值fAD0对应的计数时钟CLKAD的频率相同的情况下的动态范围的扩大进行了说明，但是也可以是，与第一频率设定值fAD0对应的计数时钟CLKAD的频率比计数时钟CLKAD的频率固定的情况下的频率高。此时，与计数时钟CLKAD的频率固定的情况下的分辨率相比，能够更加提高低照度侧的分辨率。

据此，与计数时钟CLKAD的频率固定的情况下的动态范围相比，能够将动态范围向低照度侧扩大。

并且，本发明的固体摄像装置A中，AD转换的期间包括第一期间和第二期间，时钟产生部12在第一期间产生第一频率的计数时钟CLKAD，在第二期间产生比第一频率低的第二频率的计数时钟CLKAD，并且也可以是，第一期间在第二期间以下。

据此，通过重点地提高像素信号的电压低时的分辨率，从而能够放大低照度侧的信号成分，能够提高低照度侧的S/N。并且，通过降低像素信号的电压高时的分辨率，从而能够使AD转换的输入范围照样宽广。

并且，虽然在本发明的固体摄像装置A中AD转换部3具备计数部5，但是也可以是，AD转换部3不具备计数部5。此时，锁存部6保持由电压比较部4输出下述信号时的计数器B15的计数值，该信号是示出参考信号Vramp的电压到达了像素信号的电压的定时的信号。据此，能够简化AD转换部3的构成，能够使固体摄像装置的大小变小。

并且，在上述实施例中，虽然时钟产生部12，在像素信号的低照度侧提高计数时钟CLKAD的频率，在像素信号的高照度侧降低计数时钟CLKAD的频率，但是计数时钟CLKAD的频率也可以不限定于此。例如，也可以是，像素信号的高照度侧高而像素信号的低照度侧低。并且，也可以是，例如，在像素信号的任意的照度范围内，提高计数时钟CLKAD的频率。

据此，在像素信号的任意的照度范围内，能够更加放大信号成分，能够提高S/N。并且，在任意的照度范围之外，通过降低计数时钟CLKAD的频率来降低分辨率，从而能够使动态范围照样宽广。

并且，本发明不仅能够作为固体摄像装置来实现，而且也能够作为控制固体摄像装置的AD转换方法来实现。

(数字相机的构成)

并且，不言而喻，内置有本发明的固体摄像装置A的各种电子设备也包含在本发明中。图7是示出利用了上述的固体摄像装置A的数字相机的大略构成的图。

如图7所示，数字相机D具备：使被摄物的光学像成像于摄像元件上的透镜16；对通过透镜后的光学像进行光学处理的光圈、反射镜以及快门等的光学系统17；MOS型的固体摄像装置A；进行固体摄像装置A的驱动控制、由固体摄像装置A取得的图像信号的处理的DSP18；在监视器等显示装置映出所取得的图像的显示部19；以及在规定的记录介质记录图像的记录部20等。

来自被摄物的光学像通过透镜16以及光学系统17内的光圈来被调整为恰当的明亮度，并入射到固体摄像装置A。此时，透镜16将焦点位置调整为使来自被摄物的光学像成像于固体摄像装置A所包括的像素部1上。通过串行接口等通信单元来进行由DSP18向固体摄像装置A的驱动控制，并且，对固体摄像装置A内的时钟控制部13的频率设定值的设定、对频率切换值的设定也利用该通信单元来进行。DSP18中，针对从固体摄像装置A取得的图像信号，进行伽马校正、拐点校正、白平衡(White Balance)、减噪等各种校正处理、YC处理、图像压缩处理等，并将图像信号输出到显示部19、记录部20。

根据这样的数字相机D，能够通过本发明的固体摄像装置A来扩大动态范围，能够改善低照度侧的S/N，能够提高画质。并且，因为能够抑制固体摄像装置A的芯片面积的增大，因而能够实现小型的数字相机，例如，作为图8A所示的数字静相相机、图8B所示的摄像机来实现。另外，图8A以及图8B中能够适当地组合固体摄像装置A、DSP18以及记录部20，来进行单芯片化。

以上，基于本发明的实施例进行了说明，但是本发明并不限定于这些实施例。只要不超出本发明的宗旨，对这些实施例施加了本领域的同行业人员所能想到的各种变形后的实施例，也包含在本发明的范围内。

工业实用性

本发明所涉及的固体摄像装置，能够以简易的构成来实现即使在大光量的光入射的情况下也能够不易产生饱和的高动态范围的固体摄像装置，例如，能够被利用于最适于在屋内与屋外间的光量变化大的拍摄条件下的数字相机，除此之外还能够被利用于附带相机的移动电话、监视相机等各种各样的利用了固体摄像装置的相机系统。

符号说明

A  固体撮像装置

B  传感器核心部

C  时钟信号产生部

D  数字相机

1  像素部

2  列放大器

3  AD转换部

4  电压比较部

5  计数部

6  锁存部

7  单位像素

8  数字信号处理部

9  垂直扫描电路

10 定时信号产生器

11 参考信号产生部

12 时钟产生部

13 时钟控制部

14 计数器A

15 计数器B

16 透镜

17 光学系统

18 DSP

19 显示部

20 记录部

Claims (8)

1.一种固体摄像装置，该固体摄像装置具备：

摄像部，具有被配置为矩阵状的多个像素；

列信号线，被设置在所述摄像部的每个列；

模数转换部，通过对斜坡信号达到来自所述列信号线的像素信号的电压为止的时间进行计数，从而将所述像素信号的电压转换为数字值；以及

时钟信号产生部，针对所述模数转换部，产生用于所述计数的时钟信号，

所述时钟信号产生部，在模数转换期间，将所述时钟信号的频率从第一频率切换到与第一频率不同的第二频率。

2.如权利要求1所述的固体摄像装置，

所述第二频率比所述第一频率低。

3.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，

所述时钟信号产生部具备：

分频器，通过对基准时钟信号进行分频来产生所述时钟信号；以及

切换部，在从所述斜坡信号开始起经过了第一期间的时刻，将所述分频器的分频比，从与所述第一频率对应的第一分频比切换到与所述第二频率对应的第二分频比。

4.如权利要求3所述的固体摄像装置，

所述时钟信号产生部还具备计数器，该计数器，从所述斜坡信号开始起，对所述时钟信号的时钟数进行计数，

所述切换部，在所述计数器的计数数超过预先规定的值的时刻，从所述第一分频比切换到所述第二分频比。

5.如权利要求2所述的固体摄像装置，

所述模数转换期间，包括第一期间和第二期间，

所述时钟信号产生部，在第一期间产生所述第一频率的时钟信号，在第二期间产生所述第二频率的时钟信号，

所述第一期间在所述第二期间以下。

6.如权利要求1所述的固体摄像装置，

所述模数转换部具备：

计数部，对所述时钟信号的时钟数进行计数；以及

锁存部，在所述斜坡信号与所述像素信号的电压一致之时，保持所述计数部的计数值。

7.一种数字相机，该数字相机具备：

权利要求1所述的固体摄像装置。

8.一种模数转换方法，用于控制固体摄像装置，该固体摄像装置具备：摄像部，具有被配置成为矩阵状的多个像素；列信号线，被设置在所述摄像部的每个列；模数转换部，通过对斜坡信号达到来自所述列信号线的像素信号的电压为止的时间进行计数，从而将所述列信号线的电压转换为数字值，该模数转换方法包括：

计数步骤，对从所述斜坡信号开始起的时间进行计数；以及

切换步骤，在从所述斜坡信号开始起经过了预先规定的时间的时刻，将用于所述计数的时钟信号的频率，从第一频率切换到比所述第一频率低的第二频率。

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