CN102891967A

CN102891967A - 成像装置

Info

Publication number: CN102891967A
Application number: CN2012102455854A
Authority: CN
Inventors: 石桥浩二
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2012-07-16
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2032-07-16
Also published as: US20130021493A1; EP2549743B1; CN102891967B; EP2549743A3; JP5868049B2; JP2013026734A; EP2549743A2; US9148590B2

Abstract

一种成像装置包括：第一像素，通过光电转换产生信号；第二像素，被布置在与第一像素相同的行中，通过光电转换产生信号；第一比较器，比较基于第一像素的信号与具有根据时间推移而变化的电平的第一参考信号；第二比较器，比较基于第二像素的信号与其对于时间推移的变化率与第一参考信号对于时间推移的变化率不同的第二参考信号；第一计数器，执行计数，直到该第一比较器输出指示基于第一像素的信号和第一参考信号的大小关系的反转的信号为止；以及第二计数器，执行计数，直到该第二比较器输出指示基于第二像素的信号和第二参考信号的大小关系的反转的信号为止。

Description

成像装置

技术领域

本发明涉及成像装置。

背景技术

对于图像传感器的像素读出电路，已经提出了一种配备有所谓的列并行AD（模拟-数字）转换器的图像传感器，该列并行AD转换器对于每一个像素列具有AD转换器。在此类型的列并行AD转换器中，由比较器将像素信号和斜坡状的参考信号相比较，并且由计数器对从开始转换到反转来自比较器的输出的时间进行计数，由此执行AD转换。此外，在此类型的列并行AD转换器中，为每个像素列提供低速AD转换器，因而由提供的低速AD转换器并行执行AD转换。为此，由于可以降低构成列并行AD转换器的比较器和放大器的带，因此使用列并行AD转换器的AD转换系统比其它AD转换系统在S/N（信噪）比方面有优势。

顺便提及，参考信号的电压与对转换时间进行计数的计数器的操作同步变化。因此，例如，当使用八位AD转换器时，必需与28个级，即256个级对应的处理时间。此外，当斜坡状的参考信号的梯度增大时，对于每一个级的AD转换器的电压值增大。也就是说，存在通过降低AD转换器的分辨率（使AD转换器的分辨率变粗糙）来扩展AD转换器的动态范围的方法。

此外，作为扩展动态范围而不恶化分辨率特性的方法，已经知道在日本专利申请公开出版物No.2008-098722中描述的方法。也就是说，在日本专利申请公开出版物No.2008-098722中，使用其斜线的梯度分别不同的参考电压，单位像素的输出电压与参考电压彼此比较，并且进一步该参考电压与第二参考电压彼此比较。因而，由于通过使用两个比较器执行计数操作，因此可以实现高速AD转换，由此可以扩展动态范围。但是，在此方法中，由于每个列必需主要占据AD转换构造的两个比较器，因此存在电路面积由此增大的问题。

在配备有列并行AD转换器的图像传感器（即，被配备有列并行AD转换器的图像传感器）中，转换时间的计数的数目被给出为AD转换的结果。为此，由于转换时间的限制，难以扩展动态范围。

在一般列并行AD转换器中，可以通过增大参考电压的斜线的梯度来扩展动态范围。但是，在这种情况下，一个LSB的电压变大，由此存在在电压和分辨率之间发生折衷的问题。为此，当低照度像素和高照度像素混合地存在于相同的行中时，存在难以选择参考信号的斜线的合适的梯度的问题。这里，作为扩展AD转换器的动态范围同时保持分辨率的方法，存在几种方法，包括对于每一个转换调节列放大器的增益的方法、在帧方向上执行加法处理的方法、和使用多个比较器的方法。但是，在这些方法中的任一个方法中，存在几个问题。即，总体的电路构造变得复杂，帧的数目减少，并且芯片自身在尺寸上变大。由于如上所述的这样的原因，在使用列并行AD转换器的成像装置中，必须通过使用在行中具有不同的梯度的参考信号来适当地改变动态范围而不使电路构造复杂化。

发明内容

本发明目的在于提供一种成像装置，其特征在于包括：第一像素，被配置为通过光电转换产生信号；第二像素，被布置在与布置第一像素的行相同的行中，被配置为通过光电转换产生信号；第一比较器，被配置为比较基于第一像素的信号与第一参考信号，第一参考信号的电平根据时间推移而变化；第二比较器，被配置为比较基于第二像素的信号与第二参考信号，第二参考信号对于时间推移的变化率与第一参考信号对于时间推移的变化率不同；第一计数器，被配置为执行计数，直到第一比较器输出指示基于第一像素的信号和第一参考信号的大小关系被反转的信号为止；第二计数器，被配置为执行计数，直到第二比较器输出指示基于第二像素的信号和第二参考信号的大小关系被反转的信号为止；和处理单元，被配置为至少基于第一计数器的计数值和/或第二计数器的计数值来产生一个像素信号。

通过下面参考附图对示范性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。

附图说明

图1是示出了根据本发明的第一实施例的成像装置的构造示例的框图。

图2是示出了配备有列并行AD转换器的图像传感器的框图。

图3A和3B是用于描述AD转换操作的时序图。

图4是用于描述要在像素之间执行的参考信号的分配和信号处理的框图。

图5是用于描述AD转换操作的时序图。

图6是用于描述AD转换操作的时序图。

图7是用于描述配备有列并行AD转换器的图像传感器的像素单元的图。

图8是示出了配备有列并行AD转换器的图像传感器的框图。

图9是用于描述要在像素之间执行的参考信号的分配和信号处理的框图。

具体实施方式

现在根据附图详细描述本发明的优选实施例。

（第一实施例）

图1是示出了根据本发明的第一实施例的成像装置的构造示例的框图。这里，成像装置是例如照相机系统，并且包括将入射光引入到配备有列并行AD转换器的图像传感器110的像素区域中（形成对象图像）的光学系统。例如，用于在成像表面上形成入射光（即，图像光）的透镜101被用作光学系统。更具体地，成像装置具有配备有列并行AD转换器的图像传感器110、对从配备有列并行AD转换器的图像传感器110传送的像素信号执行信号处理的图像处理单元108、和控制图像处理单元108的驱动的总体控制和操作单元109。此外，总体控制和操作单元109具有产生各种类型的定时信号的定时发生器，因而以预定的定时驱动配备有列并行AD转换器的图像传感器110，该定时信号包括用于驱动在配备有列并行AD转换器的图像传感器110中提供的电路的起始脉冲和时钟脉冲。此外，图像处理单元108执行诸如用于将RGB色彩空间中的像素输出信号转换成YCbCr色彩空间中的信号的转换处理、伽马校正处理等之类的图像处理。然后，由图像处理单元108处理后的图像信号被记录在诸如存储器等之类的记录介质上，并且在记录介质上记录和存储的图像信息然后由打印机等复制为硬拷贝。此外，由图像处理单元108处理后的图像信号作为运动图像显示在包括液晶显示器等的监视器上。配备有列并行AD转换器的图像传感器110具有将由透镜101成像的光转换成电信号的像素阵列单元102和产生要被用在AD转换中的参考信号的斜坡产生电路单元103。这里，应当注意，参考信号根据时间推移而变化。此外，配备有列并行AD转换器的图像传感器110具有将从像素阵列单元102传送的模拟信号转换成数字信号的列并行AD转换单元104和产生要被用在AD转换中的控制脉冲的定时产生电路单元105。此外，配备有列并行AD转换器的图像传感器110具有对AD转换后的输出结果执行诸如CDS（相关双采样）等之类的处理的信号处理单元106和执行诸如LVDS（低电压差分信令）等之类的处理的外部I/F（接口）单元107。在任何情况下，虽然成像装置具有其它各种功能部分，但是上面仅仅描述了作为本实施例中的特征的部分。

图2是示出了图1中的配备有列并行AD转换器的图像传感器（CMOS（互补金属氧化物半导体）图像传感器）的构造示例的框图。这里，图2中的像素阵列单元209对应于图1中的像素阵列单元102，图2中的列并行AD转换单元210对应于图1中的列并行AD转换单元104，图2中的斜坡产生电路（参考信号产生电路）208对应于图1中的斜坡产生电路单元103，图2中的定时产生电路单元207对应于图1中的定时产生电路单元105，以及图2中的信号处理单元206对应于图1中的信号处理单元106。这里，配备有列并行AD转换器的图像传感器110具有充当成像单元的像素阵列单元209、信号处理单元206和对各种驱动脉冲执行定时控制的定时产生电路单元207。像素阵列单元209包括以二维矩阵排列的像素（P）202和垂直扫描单元201。此外，配备有列并行AD转换器的图像传感器110具有充当用于像素阵列单元209的读出单元的列并行AD转换单元210以及控制在列放大器203、比较器204等中流动的电流的偏置电路单元211。此外，配备有列并行AD转换器的图像传感器110具有产生参考信号的斜坡产生电路208。这里，列并行AD转换单元210包括列放大器203、比较器204和计数器（C）205。计数器205对由定时产生电路单元207产生的时钟信号CLK的时钟的数目进行计数。应当注意，在上述组成部分中，像素阵列单元209、垂直扫描单元201、列并行AD转换单元210、斜坡产生电路208和偏置电路单元211分别由模拟电路构成。另一方面，定时产生电路单元207和信号处理单元206分别由数字电路构成。此外，包括光电二极管和像素内放大器的每个像素202通过光电转换产生信号。例如，每个示出在图7中的像素以矩阵（行和列）排列。

图7是用于描述包括在配备有列并行AD转换器的图像传感器110中的像素202的每一个的构造的示例的图。更具体地，像素202具有光电转换元件（例如，光电二极管）701、充当转移开关的转移晶体管706、重置像素电平的重置晶体管703、放大晶体管704和选择晶体管705。这里，光电二极管701将入射光光电转换成电荷（即，在这种情况下，为电子），电荷的量对应于入射光的量。转移晶体管706连接在光电二极管701和充当光电二极管701的输出节点的浮动扩散（FD）707之间。当通过转移控制线LTX向转移晶体管706的栅极（转移栅极）给予驱动信号TG时，由光电二极管701光电转换后的电荷由转移晶体管706转移到浮动扩散707。重置晶体管703连接在电源线LVDD和浮动扩散707之间。当通过重置控制线LRST向重置晶体管703的栅极给予重置信号RST时，浮动扩散707的电势由重置晶体管703重置到电源线LVDD的电势。浮动扩散707通过放大晶体管704连接到垂直信号线702。放大晶体管704连同像素202的外部恒流源一起构成源极跟随器。

然后，通过选择控制线LSEL向选择晶体管705的栅极给予控制信号（地址信号或选择信号）SEL，并且选择晶体管705导通。当选择晶体管705导通时，浮动扩散707的电势由放大晶体管704放大，并且与放大后的电势对应的电压输出到垂直信号线702。然后，通过垂直信号线702从每个像素202输出的电压进一步被输出到充当像素信号读出电路的列并行AD转换单元210。这里，应当注意，对于与一行对应的像素202同时执行上述操作，因为例如转移晶体管706、重置晶体管703和选择晶体管705的栅极以一行连接。

像素阵列单元209中的重置控制线LRST、转移控制线LTX和选择控制线LSEL对于每一行像素202被布置为一组导线。这里，重置控制线LRST、转移控制线LTX和选择控制线LSEL由充当像素驱动单元的垂直扫描单元201驱动。像素阵列单元209、垂直扫描单元201、信号处理单元206、列并行AD转换单元210和斜坡产生电路208中的信号处理所需的定时信号由定时产生电路单元207产生。在像素阵列单元209中，通过利用线快门累积和释放光子来对于每一个像素行光电转换视频和画面图像，然后将获得的模拟信号输出到列并行AD转换单元210。随后，在列并行AD转换单元210中，对于每一个列将像素阵列单元209的模拟输出信号和来自于斜坡产生电路208的参考信号彼此比较，然后输出基于比较结果获得的数字信号。

在列并行AD转换单元210中布置多个AD转换器。这里，每个AD转换器具有将类似于阶跃或斜线改变的参考信号与通过垂直信号线702从像素202中获得并由列放大器203放大的模拟信号相比较的比较器204。此外，每个列的AD转换器具有对比较时间计数、锁存计数结果和保持锁存结果的计数器205。当来自于列放大器203的像素信号的电压和参考信号的电压达到相同时，对于每个列布置的比较器204的输出被反转、计数器205的计数停止以及AD转换完成。在本实施例中，虽然列放大器203用于每个像素列，但是来自于像素的垂直信号线702的信号可以直接输入到比较器204。这里，多个参考信号由斜坡产生电路208产生。在下文中，将详细地描述斜坡产生电路208的具体的构造和功能。

斜坡产生电路208产生其电平根据时间推移改变的参考信号。更具体地，参考信号是具有倾斜的（具有梯度）波形的信号，该波形的电平根据时间推移类似于阶跃或斜坡而变化。例如，在斜坡产生电路208中，数模转换由数模转换电路响应于从定时产生电路单元207给出的控制信号来执行，因而产生参考信号。成像装置具有多个斜坡产生电路208，并且该多个斜坡产生电路208基于从定时产生电路单元207传送的时钟信号产生分别具有不同梯度的斜线的多个系统的参考信号，例如两个参考信号RAMP_A和RAMP_B。顺便提及，用于产生具有倾斜的波形的参考信号的装置不局限于数模转换电路。此外，产生多个系统的参考信号的方法不局限于使用多个斜坡产生电路208的方法。信号处理单元106或图像处理单元108在使得列放大器203的增益对于每一个列不同时执行增益校正，和像素选择处理。增益校正在配备有列并行AD转换器的图像传感器110内由信号处理单元106执行，而增益校正在配备有列并行AD转换器的图像传感器110外由图像处理单元108执行。在任何情况下，后面将详细描述像素选择处理。成像装置具有选择使得参考信号的梯度对于多个列不同的模式和对于多个列使用相同梯度的参考信号的模式中的任一个的模式切换单元。

随后，将描述基于滤色器用于每个像素202的情况的参考信号的对应关系。图4指示使用分别具有不同的梯度的两种参考信号RAMP_A和RAMP_B的构造示例。这里，图2中的多个像素202分为像素列组402和403，并且在每个像素202上提供滤色器。像素列组402是与参考信号RAMP_A对应的列的像素区域，以及像素列组403是与参考信号RAMP_B对应的列的像素区域。这里，列并行AD转换单元404对应于图2中的列并行AD转换单元210，以及信号处理单元401对应于图2中的信号处理单元206。信号处理单元401具有像素选择/合成单元和增益校正单元。分别与分别具有不同的梯度的参考信号RAMP_A和RAMP_B对应的像素列组402和403在最相邻并且被提供相同颜色的滤色器的像素列之间划分。图4示出了在对于相邻的四个像素分别使用R、Gr、Gb和B滤色器的情况下参考信号RAMP_A和RAMP_B的对应示例。由于参考信号RAMP_A和RAMP_B在相同颜色的相邻的像素列之间划分，因此两个参考信号RAMP_A和RAMP_B的每一个交替地用于每两个像素列。也就是说，分别具有不同的梯度的参考信号RAMP_A和RAMP_B的每一个用于像素列组402和403的每一个。此外，信号处理单元401利用分别具有不同的梯度的参考信号RAMP_A和RAMP_B在由比较器204比较的相同颜色的像素的信号之间执行像素选择/合成处理和增益校正处理。信号处理单元401对应于图1中的信号处理单元106或图像处理单元108。这里，应当注意，本实施例不局限于使用利用R、Gr、Gb和B布置相邻的四个像素的滤色器的配备有列并行AD转换器的图像传感器110。

同样，在使用三种或更多种参考信号的情况下，使得参考信号的梯度在一个行中最相邻的相同颜色的像素的信号中是不同的，并且执行AD转换。更具体地，当三种参考信号用于图4所示的对于四个像素具有R、Gr、Gb和B的滤色器的配备有列并行AD转换器的图像传感器110时，对于每六个像素列具有相同梯度的参考信号用在AD转换中。顺便提及，三CCD彩色传感器、单色传感器等由使用单色滤色器的像素布置构成。为此，当两种参考信号用于相关传感器时，在AD转换中，参考信号RAMP_A和RAMP_B的每一个交替地用于每个像素列。

图5是用于描述在对于所有列使用相同的参考信号RAMP执行AD转换的第二模式中要执行的操作的时序图。这里，参考信号RAMP由斜坡产生电路208产生。基于像素202的信号（像素信号）SIG是列放大器203的输出信号。此外，AD转换时间段包括转换像素202的重置电平的N信号转换时间段和转换光学信号的电平的S信号转换时间段。在N信号转换时间段中，如图7所示，像素信号SIG是当重置晶体管703导通时获得的列放大器203的输出信号，并且对像素重置信号执行AD转换。另一方面，在S信号转换时间段中，如图7所示，像素信号SIG是当重置晶体管703截止时获得的列放大器203的输出信号，并且对存储在光电二极管701中的光学信号执行AD转换。在N信号转换时间段中，重置晶体管703导通。当像素信号SIG和参考信号RAMP的大小关系反转时，输出信号OUT由比较器204反转。计数器205在从参考信号RAMP的梯度开始时间t1到比较器204的输出信号OUT被反转的时间t2的时间段期间将时钟信号CLK的时钟的数目计数为计数值（数字信号）。因而，像素信号SIG被从模拟信号转换成数字信号。

在S信号转换时间段中，重置晶体管703截止。当像素信号SIG和参考信号RAMP的大小关系反转时，输出信号OUT由比较器204反转。计数器205在从参考信号RAMP的梯度开始时间t3到比较器204的输出信号OUT被反转的时间t4的时间段期间将时钟信号CLK的时钟的数目计数为计数值（数字信号）。因而，像素信号SIG被从模拟信号转换成数字信号。然后，在时间t3到t4的S信号转换时间段中经历AD转换的计数值和在时间t1到t2的N信号转换时间段中经历AD转换的计数值之间的差由信号处理单元106或图像处理单元108操作，由此获得已经减去了重置电平的像素信号。

在成像装置中，AD转换的结果检测图像的照度，并且改变参考信号RAMP的梯度以使得比较器204的反转在S信号转换时间段中结束。但是，在当参考信号RAMP共同用于各个列时要执行的操作中，如果高亮度像素和低亮度像素混合地存在于相同的行中，如图6所示，则比较器204的输出信号OUT在S信号转换时间段中不被反转，由此计数器205的计数值饱和。

本实施例中的成像装置通过模式切换来在使用不同的参考信号RAMP_A和RAMP_B的第一模式和使用所有列共用的参考信号RAMP的第二模式之间切换模式。此外，用户可以任意地在使得参考信号的梯度对于各个列不同的模式和使得参考信号的梯度相同的模式之间执行模式切换，并且可替换地，成像装置可以通过检测图像中的亮度差来自动地执行模式切换。例如，当亮度差在图像中大时，成像装置通过模式切换设置如图4所示通过使用分别具有不同梯度的参考信号RAMP_A和RAMP_B来对具有相同颜色的相邻的两个像素的信号执行AD转换的第一模式。在下文中将描述此操作。图3A和3B是分别指示此情况的时序图。在图3A和3B中，假定具有相同颜色的相邻的两个像素的像素信号SIG是相同的，由此这些信号由一个像素信号SIG表示。这里，输出信号OUT_A和OUT_B是比较器204对于具有相同颜色的相邻的两个像素的各个信号的输出信号。更具体地，输出信号OUT_A是来自于比较像素列组402中的像素与具有小的梯度的参考信号RAMP_A的比较器204的输出信号，而输出信号OUT_B是来自于比较像素列组403中的像素与具有大的梯度的参考信号RAMP_B的比较器204的输出信号。如图3A所示，当通过使用两个参考信号RAMP_A和RAMP_B对高照度的像素执行AD转换时，对于具有小的梯度的参考信号RAMP_A被用于的像素，比较器204的输出信号OUT_A不被反转。另一方面，对于具有大的梯度的参考信号RAMP_B被用于的像素，比较器204的输出信号OUT_B被反转。在后期的信号处理单元401中，从对于具有相同颜色的相邻的两个像素使用参考信号RAMP_A和RAMP_B的计数值A和B，选择没有饱和的计数值B，并且选择的计数值B被设置为具有相同颜色的相邻的两个像素的代表值。在本实施中，使用通过使用两个像素中的仅仅一个执行选择的选择方法。但是，信号处理方法不受选择方法的限制。也就是说，可以通过执行多个像素的合成处理等来获得像素信号。这里，当使用三种参考信号时，在三个像素当中执行信号处理。

图3B指示对一个像素行中的低照度像素执行的AD转换。在图3B中，由于像素信号SIG的光学信号电平小，因此使用具有小的梯度的参考信号RAMP_A的比较器204的输出信号OUT_A和使用具有大的梯度的参考信号RAMP_B的比较器204的输出信号OUT_B二者都被反转。在后期的信号处理单元401中，选择使用对于一个LSB的分辨率较大的小梯度的参考信号RAMP_A的计数值，并且选择的计数值被设置为具有相同颜色的相邻的两个像素的代表值。顺便提及，与以上同样，信号处理方法不局限于该选择方法。即，像素信号可以通过使用作为参考信号RAMP_A和RAMP_B二者的转换结果的计数值A和B获得。

在对于每一个列的经历AD转换的转换结果的计数值中，参考信号的梯度是不同的。因此，从列并行AD转换单元210的输入信号看过去的转换增益对于每一个列是不同的。也就是说，用于使用具有不同梯度的参考信号对像素信号SIG执行AD转换的列并行AD转换单元210的操作意味着以不同的增益放大像素信号SIG。因此，为了使得相同的行中的像素的转换增益相等，后期的信号处理单元401通过将输出结果的计数值除以参考信号的梯度比来执行增益校正。也就是说，信号处理单元401相对于计数器205的计数值校正与参考信号梯度的差对应的增益的差。顺便提及，从具有相同颜色的相邻的两个像素选择或合成一个像素的处理以及增益校正处理可以由配备有列并行AD转换器的图像传感器110内提供的信号处理单元106或配备有列并行AD转换器的图像传感器110外提供的图像处理单元108执行。基于用户的模式切换操作、成像装置的前一帧或前一行的照度检测结果等控制参考信号的梯度。

这里，第一像素包括例如图4的像素列组402中的像素202，并且通过光电转换从第一像素产生信号。此外，第二像素包括例如图4的像素列组403中的像素202，第二像素被布置在与第一像素相同的行中，并且通过光电转换从第二像素产生信号。第一像素和第二像素是在列方向上相邻的并且被提供相同颜色的滤色器的两个像素。顺便提及，在三CCD的彩色传感器、单色传感器等中，第一像素和第二像素是在列方向上相邻的两个像素。

如图3A和3B所示，第一比较器204比较基于第一像素获得的像素信号SIG与电平根据时间推移而变化的第一参考信号RAMP_A，然后输出输出信号OUT_A。第二比较器204比较基于第二像素获得的像素信号SIG与对于时间推移的变化率（梯度）与第一参考信号RAMP_A不同的第二参考信号RAMP_B，然后输出输出信号OUT_B。

第一计数器205对计数值A进行计数，直到第一比较器204输出指示基于第一像素获得的像素信号SIG和第一参考信号RAMP_A的大小关系被反转的输出信号OUT_A。第二计数器205对计数值B进行计数，直到第二比较器204输出指示基于第二像素获得的像素信号SIG和第二参考信号RAMP_B的大小关系被反转的输出信号OUT_B。

信号处理单元401或图像处理单元108至少基于第一计数器205的计数值A和/或第二计数器205的计数值B来产生一个像素信号。此外，如图4所示，信号处理单元401或图像处理单元108校正与第一参考信号RAMP_A和第二参考信号RAMP_B之间对于时间推移的变化率的差对应的、第一计数器205的计数值A和第二计数器205的计数值B之间的增益的差。

如图3A和3B所示，在第二参考信号RAMP_B中，例如对于第一参考信号RAMP_A，对于时间推移的变化率大。图3A指示基于第一像素获得的像素信号SIG和第一参考信号RAMP_A的大小关系（参见输出信号OUT_A）没有被反转并且基于第二像素获得的像素信号SIG和第二参考信号RAMP_B的大小关系（参见输出信号OUT_B）被反转的情况。在这种情况下，信号处理单元401或图像处理单元108通过选择第二计数器205的计数值B来产生一个像素信号。

图3B指示基于第一像素获得的像素信号SIG和第一参考信号RAMP_A的大小关系（参见输出信号OUT_A）被反转并且基于第二像素获得的像素信号SIG和第二参考信号RAMP_B的大小关系（参见输出信号OUT_B）被反转的情况。在这种情况下，信号处理单元401或图像处理单元108通过选择高分辨率的第一计数器205的计数值A来产生一个像素信号。顺便提及，在图3B的情况下，信号处理单元401或图像处理单元108可以通过合成第一计数器205的计数值A和第二计数器205的计数值B来产生一个像素信号。

在图3A和3B所示的第一模式中，第一比较器204比较基于第一像素获得的像素信号SIG与电平根据时间推移而变化的第一参考信号RAMP_A，然后输出输出信号OUT_A。此外，第二比较器204比较基于第二像素获得的像素信号SIG与其对于时间推移的变化率与第一参考信号RAMP_A不同的第二参考信号RAMP_B，然后输出输出信号OUT_B。

另一方面，在图5所示的第二模式中，第一比较器204比较基于第一像素获得的像素信号SIG与其电平根据时间推移而变化的第一参考信号RAMP，然后输出输出信号OUT。此外，第二比较器204比较基于第二像素获得的像素信号SIG与其对于时间推移的变化率与第一参考信号RAMP相同的第二参考信号RAMP，然后输出输出信号OUT。

（第二实施例）

图8是示出了根据本发明的第二实施例的成像装置的构造示例的框图。虽然在第一实施例中多个斜坡产生电路208用于产生几种参考信号，但是在本发明的第二实施例中分压器212被用作另一种用于产生几种参考信号的装置。在本实施例（图8）中，将分压器212添加到如第一实施例所述的构造（图2）中。在本实施例中，以下将描述不同于第一实施例之处。

在本实施例中，由于为每一列提供分压器212，因此可以由单个斜坡产生电路208产生多个不同的参考信号。斜坡产生电路208产生每一列共用的参考信号，并向每一列的分压器212输出产生的参考信号。然后，由斜坡产生电路208产生的共用参考信号被输入到每一列的分压器212。因而，斜坡产生电路208可以根据从分压器控制单元213传送的梯度控制信号产生具有不同的梯度的多个参考信号。这里，分压器212可以通过例如电阻划分方法来改变参考信号的梯度。比较器204比较由分压器212产生的参考信号与列放大器203的输出信号SIG。这里，应当注意，信号处理单元401的像素选择方法和增益校正方法与第一实施例的相同。如上所述，根据本实施例，即使没有提供多个斜坡产生电路208，也可以具有与第一实施例等效的效果。

（第三实施例）

图9是示出了根据本发明的第三实施例的成像装置的构造示例的框图。本实施例（图9）不同于第一实施例（图4）之处在于，提供像素列901和902。在本实施例中，以下将描述不同于第一实施例之处。在第一实施例中，使用其中四个像素R、Gr、Gb和B被布置为相邻的滤色器。这里，存在一种变得有必要根据滤色器的布置从要在第一实施例中选择的像素改变要由信号处理单元401选择的像素的情况。作为这样的示例，将使用布置了R、R、Gr、Gr、Gb、Gb、B和B的滤色器的情况描述为本发明的第三实施例。以下将描述本实施例不同于第一实施例之处。

多个像素202分为像素列组901和像素列组902，以及在像素202的每一个上提供滤色器。这里，像素列组901是与要经历通过使用参考信号RAMP_A的AD转换的像素信号对应的列的像素区域。另一方面，像素列组902是与要经历通过使用参考信号RAMP_B的AD转换的像素信号对应的列的像素区域。如图9所示，在使用对于八个像素布置R、R、Gr、Gr、Gb、Gb、B和B的滤色器的情况下，在一个行中最相邻的相同颜色的像素列之间使用具有不同的梯度的参考信号。在使用像这样的滤色器的配备有列并行AD转换器的图像传感器110中，例如，当使用两种参考信号时，对于每个像素列，在AD转换中交替地使用参考信号RAMP_A和RAMP_B。也就是说，分别具有不同的梯度的参考信号RAMP_A和RAMP_B分别用于像素列901和902。在第一实施例中，如图4所示，当信号处理单元401对列并行AD转换单元404的AD转换结果执行选择/合成处理时，必须使像素的选择部分交叉。另一方面，在本实施例中，如图9所示，由于相邻像素具有相同的颜色，因此信号处理单元401仅仅必须在相邻的像素之间执行选择/合成处理而不改变列并行AD转换单元404的AD转换结果。顺便提及，应当注意，本实施例也可应用于第二实施例。

如上所述，由于信号处理单元401在相同颜色的像素信号之间选择或合成AD转换结果，因此即使在滤色器布置不同的情况下也可以扩展动态范围。

顺便提及，上述实施例全部仅仅示出了在执行本发明的情况下具体化的示例。也就是说，本发明的技术范围不该以有限的方式被解释。换句话说，本发明可以按照各种方式被执行而不脱离它的技术构思或它的主要特征。

虽然已经参考示范性实施例描述了本发明，但是将理解，本发明不局限于公开的示范性实施例。以下权利要求书的范围将被给予最宽的解释以便涵盖所有这样的修改和等效结构和功能。

Claims

1.一种成像装置，包括：

第一像素，被配置为通过光电转换产生信号；

第二像素，被布置在与布置第一像素的行相同的行中，被配置为通过光电转换产生信号，其中在第一像素和第二像素上提供分别具有相同的颜色的滤色器；

第一比较器，被配置为比较基于第一像素的信号与第一参考信号，该第一参考信号的电平根据时间推移而变化；

第二比较器，被配置为比较基于第二像素的信号与第二参考信号，该第二参考信号对于时间推移的变化率与第一参考信号对于时间推移的变化率不同；

第一计数器，被配置为执行计数，直到该第一比较器输出指示基于第一像素的信号和第一参考信号的大小关系被反转的信号为止；

第二计数器，被配置为执行计数，直到该第二比较器输出指示基于第二像素的信号和第二参考信号的大小关系被反转的信号为止；和

处理单元，被配置为基于该第一计数器的计数值和/或该第二计数器的计数值产生一个像素信号。

2.根据权利要求1所述的成像装置，其中该第一像素和第二像素在列方向上是相邻的。

3.根据权利要求1或2所述的成像装置，其中该处理单元校正与第一参考信号和第二参考信号对于时间推移的变化率之间的差对应的第一计数器和第二计数器的计数值的增益之间的差。

4.根据权利要求1或2所述的成像装置，其中

该第二参考信号对于时间推移的变化率大于该第一参考信号对于时间推移的变化率，以及

在基于第一像素的信号和第一参考信号的大小关系不被反转并且基于第二像素的信号和第二参考信号的大小关系被反转的情况下，该处理单元通过选择第二计数器的计数值来产生一个像素信号。

5.根据权利要求1或2所述的成像装置，其中

在基于第一像素的信号和第一参考信号的大小关系被反转并且基于第二像素的信号和第二参考信号的大小关系被反转的情况下，该处理单元通过选择第一计数器的计数值来产生一个像素信号。

6.根据权利要求1或2所述的成像装置，其中，在基于第一像素的信号和第一参考信号的大小关系被反转并且基于第二像素的信号和第二参考信号的大小关系被反转的情况下，该处理单元通过合成第一计数器的计数值和第二计数器的计数值来产生一个像素信号。

7.根据权利要求1或2所述的成像装置，其中该第二比较器在第一模式中比较基于第二像素的信号与其对于时间推移的变化率与第一参考信号对于时间推移的变化率不同的第二参考信号，以及在第二模式中比较基于第二像素的信号与其对于时间推移的变化率与第一参考信号对于时间推移的变化率相同的第二参考信号。