CN103119928A - 固态成像装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种固态成像装置，该固态成像装置包括：产生光电转换信号的多个像素；与像素的列对应的用于输出通过分别在较小的第一增益和较大的第二增益下放大光电转换信号而产生的第一信号和第二信号的列放大单元；用于将第一信号和第二信号从模拟信号转换成数字信号的模数转换器（21）；用于从模数转换器输入数字信号、将经模数转换器转换后的第一信号和第二信号电平偏移到相同的增益水平，并然后检测经电平偏移的第一和第二信号之间的增益误差的比较单元（224）；和用于基于增益误差校正第一信号和第二信号的校正单元（226）。
Description
技术领域
本发明涉及固态成像装置。
背景技术
固态成像装置需要具有改进的S/N比和增加的动态范围。为了满足这些要求，在日本专利申请公开No.2004-015701中，对于各列设置放大电路和检测矩阵状布置的像素的各列中的各像素信号的信号电平的检测电路。在该配置中，各列放大电路中的信号饱和被避免，像素信号的增益被控制，使得小振幅信号不饱和，并且，增益在下游的电路中返回初始值。
在日本专利申请公开No.2010-16416中，各列的列放大电路从来自成像器件的各像素信号产生低增益信号和高增益信号。选择性地组合通过使高增益信号返回到与低增益信号相同的增益而获得的信号和低增益信号，以在保持S/N比的同时增加动态范围。
日本专利申请公开No.H11-088166描述了AD转换时的转换误差校正方法。
但是，在日本专利申请公开No.2004-015701公开的技术中，对于像素的各列设置用于检测像素信号的检测电路，并且，对于各列执行增益变化。用于控制该配置的电路更复杂，并且，固态成像装置占据更大的面积。另外，像素具有不同的S/N比。
在日本专利申请公开No.2004-015701和日本专利申请公开No.2010-16416中，像素信号通过列放大单元改变增益，并且经受AD转换。但是，公开的技术不包括增益误差和由像素信号的处理导致的AD转换误差的检测和用于校正误差的方法。在日本专利申请公开No.H11-088166中描述的技术意图在于校正AD转换器自身中的AD转换前后之间的转换误差。该技术不是用于校正通过多个列放大单元和多个列AD转换器在不同的增益下放大的信号之间的增益误差的方法。
引文列表
专利文献
PTL1：日本专利申请公开No.2004-015701
PTL2：日本专利申请公开No.2010-16416
PTL3：日本专利申请公开No.H11-088166
发明内容
根据本发明的一个方面，一种固态成像装置包括：用于通过光电转换产生信号的矩阵状布置的多个像素；与像素的各列对应地布置的列放大单元，用于输出通过以第一增益放大来自多个像素的信号而产生的第一信号，并用于输出通过以比第一增益大的第二增益放大来自多个像素的信号而产生的第二信号；用于将第一信号和第二信号从模拟信号转换成数字信号的模数转换器；用于输入来自模数转换器的数字信号、将第一信号和第二信号电平偏移到相同的增益水平，并然后检测经电平偏移的第一信号和第二信号之间的增益误差的比较单元；和用于基于增益误差校正第一信号和第二信号的校正单元。
附图说明
图1是用于描述本发明的实施例的信号电平图。
图2是根据第一实施例的固态成像装置的总体的框图。
图3是示出根据本发明的第一实施例的位处理单元的示意性配置的示图。
图4是示出具有不同的增益的AD转换信号的多组位之间的切换的示图。
图5是示出根据本发明的第一实施例的固态成像器件的示意性配置的示图。
图6是根据本发明的例子的两个列放大单元的示意性电路图。
图7是根据图6中的例子的示意性定时图。
图8是根据本发明的例子的一个列放大单元的示意性电路图。
图9是根据图8中的例子的示意性定时图。
图10是用于描述根据第一实施例的固态成像装置的成像定时的示图。
图11是示出根据第二实施例的基准信号输入电路的示意性配置的示图。
图12是示出根据第三实施例的基准信号输入电路的示意性配置的示图。
图13是示出根据第二实施例的固态成像器件的示意性配置的示图。
图14是用于描述根据第二实施例的固态成像装置的成像定时的示图。
图15是示出根据第四实施例的固态成像器件的示意性配置的示图。
图16是示出根据第五实施例的位处理单元的示意性配置的示图。
图17是示出根据第六实施例的固态成像器件的示意性配置的示图。
图18是用于描述增益误差的信号电平图。
具体实施方式
第一实施例
为了阐明本发明的第一实施例的特征，更详细地描述在日本专利申请公开No.2004-015701和2中公开的方法的可能的问题。当准备具有两种不同的增益的设计（例如，设计G1具有增益1，而设计G8具有增益8）时，考虑信号电平误差和模数（AD）转换误差。
图18示出用于描述增益误差的信号电平图。在图18中，横坐标代表来自对象的反射光的量，而纵坐标代表该光量下的像素信号电平。通过使设计G8返回到与设计G1的增益相同的增益，获得设计G8#。由于在列放大电路的增益之间存在由半导体处理导致的误差，因此，如果由G1表示的线的小信号部分（小光量部分）在下游电路中被由G8#表示的线替代，如图18所示，那么出现与设计G1的信号电平的对应于光量的信号电平差值。如果基于设计G8的信号的全饱和信号电平的邻区VH（a）确定由G1表示的线的小信号部分什么时候被由G8#表示的线替代，那么各列放大单元中的像素信号的信号饱和或信号非线性也是误差因素。
增益误差由简单的表达式表达。使a和b为设计G1和G8中的增益误差并使α为AD转换单元中的转换误差。假定增益误差和转换误差是百分之几，那么通过下式（1）和（2）作为近似给出通过AD转换增益G1和G8而获得的数据DA（G1）和数据DA（G8）。
DA（G1）＝（1+a）（1+α）≈1+a+α （1）
DA（G8）＝（8+b）（1+α）≈8（1+α）+b （2）
由下式（3）给出用于使数据DA（G8）返回到原始增益1的表达式，并且，由下式（4）给出式（3）与式（1）之间的差值ΔV。
DA（G8/8）＝DA（G8）×1/8＝1+α+b/8 （3）
ΔV＝DA（G8/8）-DA（G1）＝b/8-a （4）
即使式（4）中的差值ΔV为百分之几，该差值ΔV也在构成图像之后被视觉识别为图像中的水平差。由于人眼对于这种水平差敏感，因此，很清楚地看出图像质量的劣化。
将描述本发明的原理。图1是用于描述本实施例的信号电平图。全饱和信号电平VH（a）是在第二信号G8全饱和时的光量a下的第二信号G8的信号电平。使用具有两个不同的增益的信号以提高像素信号的S/N比并增加动态范围。本发明针对检测由于通过列放大单元和AD转换单元等的不同的信号处理而导致的增益误差，并且通过使用信号电平差作为偏置电压来校正误差或执行偏置校正。在图1中，第一信号G1（以下，称为信号G1）是具有增益1的信号，而第二信号G8（以下，称为信号G8）是具有增益8的信号。信号G8#是通过将信号处理后的信号G8的增益电平偏移成信号G1的增益而获得的信号。信号G8#和信号G1具有不同的斜率。斜率之间的差值与增益误差对应。基于具有良好的信号线性的光量b下的信号电平执行根据本实施例的增益误差检测。第一信号电平VH（b）是比第二信号G8开始饱和时的光量少的光量b下的第二信号G8的信号电平，并且是比饱和开始信号电平小的信号电平。信号电平VL（b）是光量b下的第一信号G1的信号电平。信号电平VH（b）#是光量b下的信号G8#的信号电平。由于增益误差是（VH（b）#/VL（b）），因此，校正因子K由作为增益误差的倒数的下式（5）表达。
K＝VL（b）/VH（b）# （5）
由于信号电平差为VH（b）#-VL（b），因此偏置电压的校正值Voffset由下式表达。
Voffset＝-（VH（b）#-VL（b）） （6）
通过将信号G8#乘以校正因子K，信号G8#可被转换成在与信号G1的信号电平相同的信号电平下的信号G8##。作为替代方案，可通过用由式（6）表达的偏置电压校正值对不小于信号G1的VL（b）的信号电平执行偏置校正，来减少信号之间的电平差。通过利用信号处理使信号G8返回到信号G1的增益，由信号处理电路导致的小振幅信号中的噪声可减小到1/G8。不是在信号电平不是饱和信号电平时，而是在信号电平为具有良好线性的信号电平时，执行增益误差检测，并且，计算校正因子。因此，可以减少信号合成时（即，图像中的连接部分）的信号电平差。
图2示出根据本发明的第一实施例的固态成像装置的总体的框图。固态成像装置包括并行输出拍摄图像的不同增益信号的固态成像器件1、处理来自固态成像器件1的信号的信号处理单元2、和其上记录有来自信号处理单元2的图像信号的记录单元（介质）3。固态成像装置还包括显示来自信号处理单元2的图像信号和来自记录单元3的图像信号等的显示单元4、和控制上述的构成单元的CPU5。信号处理单元2包含将来自固态成像器件的具有不同的增益的第一信号G1和第二信号G8从模拟信号转换成数字信号的模数转换单元（AD转换单元）21和根据从AD转换单元21输出的信号形成合成信号的位处理单元22。信号处理单元2还包括对来自位处理单元22的信号执行照相机信号处理的DSP23和产生用于AD转换单元21、位处理单元22和DSP23的信号处理定时脉冲的定时产生器（TG）24。AD转换单元21通过不同的AD转换单元将第一信号G1和第二信号G8从模拟信号转换成数字信号。
图3是示出根据本发明的第一实施例的位处理单元22的示意性配置的示图。来自将来自固态成像器件1的模拟信号转换成数字信号的AD转换单元21的输出信号DATA1是通过AD转换具有低增益的第一信号G1而获得的12位信号，并且，输出信号DATA2是通过AD转换具有高增益的第二信号G8而获得的12位信号。如参照图1描述的那样，位偏移单元221执行用于在不大于b的光量下用第二信号DATA（G8）替代第一信号DATA1（G1）的增益转换。由于固态成像器件1的各列放大单元中的两个信号之间的增益比为（G1/G8＝1/8），因此，位偏移单元221输出通过将第二信号DATA2（G8）电平偏移成与第一信号DATA1（G1）的增益水平相同的增益水平而获得的第三信号G8#。更具体而言，位偏移单元221通过将第二信号DATA2（G8）数字电平偏移3位将第二信号DATA2（G8）乘以因子1/8，并且输出信号G8#。虽然高增益信号的增益在本实施例中被设为8，但可根据拍摄情况改变高的增益。例如，在通过使用相对较差地照亮的对象进行拍摄并需要高达16的增益作为成像感度的情况下，由于增益比为16，因此，执行4位电平偏移。
比较电平确定单元222确定信号DATA2（G8）是否不大于光量b下的第一信号电平VH（b），并且将表示光量b的信号输出到比较单元224。比较单元224从比较电平确定单元222接收信号，比较来自位偏移单元221的输出信号G8#与光量b下的信号DATA1（G1），并且输出信号DATA1（G1）与信号G8#之间的差值ΔV。如图1所示，在光量b下，信号G8不饱和，并且信号线性良好。因此，比较单元224可通过检测光量b下的增益误差ΔV以高的精度检测增益误差ΔV。如式（4）那样，增益误差ΔV由“b/8-a”表示。增益误差ΔV根据列放大单元（后面描述）以及是设置单个AD转换单元还是设置分开的AD转换单元而改变，但基本上大大地受低增益的增益误差a影响。这里的增益误差由与列放大器的增益的设计值（目标增益）的不同和半导体处理中的设计的电路器件之间的变化等导致。
如参照图1描述的那样，由比较器224检测的增益误差ΔV为（VH（b）#/VL（b））。增益误差ΔV的倒数被存储为增益误差校正因子K，或者，在校正数据存储器单元225中存储偏置电压校正值。校正单元226输出具有通过将从位偏移单元221输出的第三信号G8#乘以校正数据存储器单元225中的校正因子K校正的增益误差、或通过加上或减去偏置电压校正值校正的信号电平差值的信号DATA21（G8##）。校正单元226基于校正因子K校正第三信号G8#。注意，校正单元226可基于校正因子K或偏置电压校正值校正第一信号DATA1（G1）和第二信号DATA2（G8）中的一个。
当第二信号DATA2（G8）具有不大于光量b下的第一信号电平VH（b）的信号电平时，切换标记单元223将高电平下的选择信号φb输出到位切换单元227。当第二信号DATA2（G8）大于光量b下的第一信号电平VH（b）时，切换标记单元223将低电平下的选择信号φb输出到位切换单元227。作为替代方案，切换标记单元223在第一信号DATA1（G1）不大于光量b下的信号电平VL（b）时将高电平下的选择信号φb输出到位切换单元227，并在其它情况下输出低电平下的选择信号φb。位切换单元227在从标记单元223接收到低电平下的选择信号φb时选择和输出信号DATA1（G1）并在从标记单元223接收高电平下的选择信号φb时选择和输出信号DATA21（G8##）。
以上的信号开关意味着以下方面。在以低的拍摄感度（低的ISO速度和低的增益）进行拍摄的情况下，这意味着在明亮的条件下拍摄，在高的光量（不小于光量a）下获得信号G1。如果光量大于光量b，那么在没有信号开关的情况下，输出具有高的S/N比的信号DATA1（G1）。通过该操作，获得宽动态范围信号。在以高的拍摄感度（高的ISO速度和高的增益）进行拍摄的情况下，这意味着在暗的条件下拍摄，在不大于光量b的光量下输出通过校正高增益信号G8获得的具有高S/N比的信号DATA21（G8##）。该配置使得能够防止信号G8在不小于光量b且不大于光量a的光量下作为饱和区域中的信号或具有非线性的区域中的信号在列放大单元中受到不利影响。
通过实验研究针对不同增益的校正数据的允许校正数据范围。研究结果表示，在光量b下，当信号G8##的信号电平VH（b）比信号G1的信号电平VL（b）大时，图像中的水平差从仅约1%的差值开始变得明显。当信号G8##的信号电平VH（b）较小时，图像中的水平差从约百分之几的差值开始变得明显。这似乎是由于人容忍对于更亮的变化，即图像在图像中的连接部分中逐渐变得明亮的现象，而不容忍对于更暗的变化，这是人的视觉特性。因此，通过将校正因子K乘以例如99%来校正上述校正因子K是更有效的。即使代替使用校正因子K的校正来执行偏置校正，也可使得这种水平差不明显。由于使用偏置电压校正值的校正是加法/减法处理并具有使得校正处理更容易的优点。
图4是示出位切换单元227的配置的例子的示图。参照图3描述位偏移单元221使信号DATA2偏移3个位（将信号DATA2乘以因子1/8）的情况。在图4中，信号DATA21被描述为关于信号DATA1被电平偏移3个位并被输入到位切换单元227的信号。信号DATA1和DATA21分别被假定为具有12位的分辨率。输出端子Da0～Da11和Db0～Db11分别是用于数据DATA1的位的输出端子和用于数据DATA21的位的输出端子。输出端子Dc0～Dc14是用于来自位切换单元227的输出信号DATA3的位的输出端子。端子Da9～Da11与输出端子Dc12～Dc14连接。选择信号φb是通过切换标记单元223输出的信号。当选择信号φb处于低电平时，开关将具有固定数据（例如，0）的节点CNST和端子Da0～Da8连接至输出端子Dc8～Dc11。另一方面，当选择信号φb处于高电平时，开关将端子Db0～Db11连接至输出端子Dc0～Dc11。根据来自切换标记单元223的选择信号φb控制两个输入信号DATA1和DATA21之间的切换。由于信号DATA21与信号DATA1的增益比为8，因此，信号DATA1通过进行3位偏移被乘以因子8。如上所述，可从两个12位图像信号DATA1和DATA21获取15位宽动态范围信号DATA3。通过以高的精度检测不同的增益之间的增益误差并执行增益校正，即使两个图像被组合成一个，也可使得难以在视觉上识别图像中的水平差。
图5示出根据本发明的第一实施例的固态成像器件1的示意性配置。固态成像器件1包含：其中矩阵状布置多个像素101的像素单元10、列放大单元102、存储器单元103和输出单元104。各像素101包含通过光电转换产生信号（电荷）的光电转换元件（光电二极管），并且还可包含将在光电转换元件中产生的电荷转换成电压信号并且输出电压信号的像素输出单元、和用于选择像素101的像素选择单元。虽然为了简化仅示出四个像素101，但是实际上在像素单元10中存在m行n列的像素101。与像素101的各列对应地设置各列放大单元102。列放大单元102输出通过以第一增益（例如，增益1）放大来自多个像素101的信号而产生的第一信号G1和通过以第二增益（例如，比第一增益大的增益8）放大信号而产生的第二信号G8。在本实施例中，各列放大单元102对于每一列包含具有不同的增益的两个放大单元。每个放大单元的增益是可变的。存储器单元103暂时存储来自相应的列放大单元102的具有不同的增益的信号。输出单元104包含例如输出放大器1042，并且通过输出放大器1042将信号输出到固态成像器件1外面。设置在同一列中的像素101通过同一垂直信号线VL与相应的列放大单元102连接。对于多个像素101的各列设置垂直信号线VL，以连接多个像素101和相应的列放大单元102。即使对于各列存在多个垂直信号线VL，也不改变本实施例的精神。当通过垂直扫描电路105选择像素101时，各像素101向相应的垂直信号线VL输出信号，并且，该信号通过相应的列放大单元102被放大。放大的信号保持在相应的存储器单元103中。当连接存储器单元103和水平信号线HL的开关被控制为通过水平扫描电路1041被接通时，通过列放大单元102放大的信号通过输出放大器1042被输出到固态成像器件1的外面。定时产生单元106被配置为向垂直扫描电路105和水平扫描电路1041供给信号。定时产生单元106可供给用于控制列放大单元102和存储器单元103的信号。注意，定时产生单元106可被设置在固态成像器件1的外面。
对于图5所示的固态成像器件1，参照图1描述从固态成像器件1输出的作为各列放大单元102的增益为1和8时的信号电平的信号电平与入射于各像素101上的光量的关系。该关系的描述将被省略。当各列放大单元102具有低的增益时，来自相应的输出放大器1042的噪声比来自各像素101的噪声大。为了减少输出噪声，产生高增益信号。在AD转换之后，高增益信号返回到原始信号电平以提高S/N比。
图6示出根据本发明的第一实施例的各列放大单元102中的两个列放大单元102-1和102-2的示意性电路图。图6示出像素的某个列中的一个提取的像素，并且，对于各垂直信号线VL设置两个列放大单元102-1和102-2。假定列放大单元102-1和102-2的输入电容器C0具有相同的电容值。列放大单元102-1和102-2在设置在运算放大器Amp的反相输入端子和输出端子之间的反馈路径中的反馈电容器的电容的大小上不同。反馈电容器C1和C2与列放大单元102-1连接，而反馈电容器C3和C4与列放大单元102-2连接。反馈电容器C1、C2、C3和C4的电容值分别被假定为输入电容器C0的电容值的1倍、1/2倍、1/8倍和1/16倍。即，在本实施例中，用于各列的列放大单元102包含其增益可被设为相互不同的两个列放大单元102-1和102-2。各列放大单元102利用不同的列放大单元102-1和102-2放大并输出第一信号G1和第二信号S8。只要列放大单元可被设为具有相互不同的增益，就可使用可被设为具有彼此相等的增益的列放大单元。保持电容器CTS1和CTS2由信号φCTS控制，而保持电容器CTN1和CTN2由信号φCTN控制。
参照图7描述根据本例子的操作。图7是对于矩阵状布置的像素的某行中的一个像素示出从固态成像器件获取信号时的定时图。这里假定列放大单元102-1的增益为1而列放大单元102-2的增益为8的情况。
首先，在时间t0，信号φTX和φHn以外的所有信号偏移到高电平。当信号φSEL变为高电平时，使像素选择单元SEL导通。像素输出单元SF的源端子和恒流源Icnt被电连接，以形成源跟随电路。前者导致与像素输出单元SF的栅极端子的电势对应的电平表现为垂直信号线VL上的信号。由于信号φRES在此时处于高电平，因此，使复位单元RES导通，并且，与像素输出单元SF的栅极端子被复位的状态对应的电平表现为垂直信号线VL上的信号。另外，信号φC、φC1、φC2、φC3和φC4变为高电平，这导致各运算放大器Amp的反相输入端子和输出端子被短路并且反馈电容器C1、C2、C3和C4被复位。由于各运算放大器Amp中的虚拟接地现象，因此，反馈电容器C1和C3的端子的电势可被视为与电源电势Vref相同的电势。由于信号φCTN和φCTS处于高电平，因此保持电容器CTN1、CTS1、CTN2和CTS2通过来自运算放大器Amp的输出被复位。
在时间t1，信号φRES偏移到低电平。使复位单元RES不导通，并且，从复位状态释放像素输出单元SF的栅极端子。由从复位状态的释放导致的噪声分量对像素噪声n有贡献。
在时间t2，信号φC1、φC2、φC3、φC4、φCTN和φCTS偏移到低电平，并且使与信号对应的开关不导通。
在时间t3的信号φC向低电平的偏移从输入和输出端子之间的短路状态释放各运算放大器。与像素输出单元SF的栅极端子的复位对应的电平通过各输入电容器C0处的电源电势Vref被钳位。
信号φC1和φCTN在时间t4变为高电平，并且信号φCTN在时间t5变为低电平。偏移导致此时来自列放大单元102-1的输出保持于保持电容器CTN1中并且此时来自列放大单元102-2的输出保持于保持电容器CTN2中。由保持电容器CTN1和CTN2保持的信号包含源自相应的列放大单元102的偏移分量。
当信号φTX在时间t6偏移到高电平时，蓄积于光电二极管PD中的电荷传送到像素输出单元SF的栅极端子。由于像素输出单元SF的栅极端子上的电势改变，因此，在垂直信号线VL上出现的电平改变。此时，各输入电容器C0处于浮动状态，并且，只有与在时间t1被钳位的垂直信号线VL上的电平的差值被输入到相应的运算放大器Amp的反相输入端子。即，可通过钳位操作减少在钳位电容器的上游产生的噪声分量，并且，基于光电转换的信号被输入到运算放大器Amp。
信号φCTS从时间t7在脉冲形状上保持于高电平。当信号φCTS变为低电平时，开关被关断，并且，从列放大单元102-1输出的信号和从列放大单元102-2输出的信号分别保持于保持电容器CTS1和CTS2中。与保持电容器CTN1和CTN2同样，由保持电容器CTS1和CTS2保持的信号包含源自相应的列放大单元102的偏置分量。
在信号φC1和φC3偏移到低电平时，信号φSEL在时间t8变为低电平。偏移使像素选择单元SEL不导通并从选择的状态释放像素101。
信号φHn从时间t9连续变为高电平，并且，通过差动放大器D.Amp1和D.Amp2从一个行的像素101输出信号。各差动放大器D.Amp1从保持电容器CTS1处的像素信号减去保持电容器CTN1处的偏置信号，以输出去除偏置之后的像素信号S1。差动放大器D.Amp2从保持电容器CTS2处的像素信号减去保持电容器CTN2处的偏置信号，以输出减去偏置之后的像素信号S2。由于由保持电容器CTS1、CTS2、CTN1和CTN2保持的信号包含源自列放大单元102的偏置，因此，可通过用差动放大器D.Amp1和D.Amp2获得差值来减少偏置分量。按增益1放大的信号S1从差动放大器D.Amp1被输出，并且，按增益8放大的信号S2从差动放大器D.Amp2被输出。如上所述，信号S1和S2包含输出噪声N。
在本实施例中，对于各列设置多个列放大单元102使得能够并行处理一个行中的像素。即，列放大单元102可在比输出放大器1042的速度低的速度下被驱动，并具有不可能变为噪声源的优点。
本实施例使得能够增加固态成像器件1的动态范围并提高固态成像装置的S/N比。可通过在DSP23中乘以与列放大单元102的增益对应的γ值获得有利的图像。由于对于各垂直信号线VL设置具有不同的增益的多个列放大单元102-1和102-2，因此，本实施例具有能够执行并行处理的优点。即，本实施例适于高速操作。
参照图8描述例子，其中，在根据本发明的第一实施例的固态成像器件1中，对于图5中的各像素101设置一个列放大单元102。图8示出根据本例子的一个列放大单元102的示意性电路图。各像素101包含作为光电转换元件的光电二极管PD和将蓄积于光电二极管PD中的电荷传送到构成像素输出单元SF的MOS晶体管的栅极端子的传送单元TX。作为像素输出单元SF的输入部分的栅极端子通过复位单元RES与电源VDD连接。像素输出单元SF的源极端子通过像素选择单元SEL与列放大单元102的输入电容器C0的一个端子和恒流源Icnt连接。
列放大单元102包含运算放大器Amp。运算放大器Amp的反相输入端子与输入电容器C0的另一端子连接。反馈电容器C1、C2和C3被设置为通过开关连接运算放大器Amp的反相输入端子和输出端子。进一步设置用于短路运算放大器Amp的反相输入端子和输出端子的开关。电源电势Vref被施加到运算放大器Amp的非反相输入端子。从像素101输出到垂直信号线VL的信号按由与运算放大器Amp的反馈路径连接的反馈电容器C1、C2和C3的电容值与输入电容器C0的电容值的比确定的增益被放大。反馈电容器C1、C2和C3的电容值分别被假定为输入电容器C0的电容值的1倍、1/8倍和1/16倍。即，在本实施例中，设置具有可变增益的列放大电路102。如后面描述的那样，通过输入电容器C0减少源自像素101的噪声。输入电容器C0、运算放大器Amp和对其输入信号φC的开关被统称为第一CDS电路。
通过列放大单元102放大的信号被选择性地传送到保持电容器CTS1、CTN1、CTS2和CTN2并保持于其中。保持电容器CTS1和CTS2保持基于通过光电二极管PD中的光电转换而获得的电荷的信号，并且，保持电容器CTN1和CTN2保持基于像素输出单元SF的复位的信号。保持电容器CTS1、CTN1、CTS2和CTN2分别与不同的水平线HL1～HL4连接。由保持电容器CTS1和CTN1保持的信号分别通过开关与差动放大器D.Amp1的不同的输入端子连接。由保持电容器CTS2和CTN2保持的信号分别通过开关与差动放大器D.Amp2的不同的输入端子连接。当从水平扫描电路1041输入信号φH1、φH2…时，通过保持电容器CTS1、CTN1、CTS2和CTN2保持的信号通过水平信号线HL1～HL4被输入到相应的差动放大器D.Amp1和D.Amp2。从差动放大器D.Amp1输出由保持电容器CTS1和CTN1保持的信号之间的差值。从差动放大器D.Amp2输出由保持电容器CTS2和CTN2保持的信号之间的差值。保持电容器CTS1、CTN1、CTS2和CTN2和差动放大器D.Amp1和D.Amp2被统称为第二CDS电路。第二CDS电路减少源自列放大单元102的偏置。
参照图9描述根据本例子的操作，该图9是图8中的例子的示意性定时图。这里假定使用反馈电容器C1和C2，并且反馈电容器C1和C2的电容值分别为输入电容器C0的电容值的1倍和1/8倍。即，描述在增益1和增益8下放大一个信号的情况。在图8中，输入到由TX、RES和SEL表示的开关的信号是信号φTX、φRES和φSEL，并且，当信号处于高电平时开关导通。供给到存在于反馈电容器C1、C2和C3与运算放大器Amp的反相输入端子之间的开关的信号是信号φC1、φC2和φC3，并且，当信号处于高电平时，开关导通。供给到存在于保持电容器CTS1、CTN1、CTS2和CTN2与列放大单元102的输出端子之间的开关的信号是信号φCTS1、φCTN1、φCTS2和φCTN2，并且，当信号处于高电平时，开关导通。
首先，在时间t0，除信号φTX和φHn以外的所有信号偏移到高电平。当信号φSEL变为高电平时，使像素选择单元SEL导通。像素输出单元SF的源极端子和恒流源Icnt被电连接，以形成源跟随电路。该形成导致与像素输出单元SF的栅极端子的电势对应的电平表现为垂直信号线VL上的信号。由于信号φRES在此时处于高电平，因此，使复位单元RES导通，并且，在垂直信号线VL上出现与像素输出单元SF的栅极端子被复位的状态对应的电平。另外，信号φC、φC1、φC2和φC3变为高电平，这导致运算放大器Amp的反相输入端子和输出端子被短路，并且反馈电容器C1、C2和C3被复位。由于运算放大器Amp的虚拟接地现象，反馈电容器C1和C2的端子的电势可被视为与电源电势Vref相同的电势。由于信号φCTN1、φCTS1、φCTN2和φCTS2处于高电平，因此使相应的开关导通，并且，保持电容器CTN1、CTS1、CTN2和CTS2通过来自运算放大器Amp的输出被复位。
在时间t1，信号φRES偏移到低电平。使复位单元RES不导通，并且从复位状态释放像素输出单元SF的栅极端子。由从复位状态的释放导致的噪声分量对像素噪声n有贡献。
在时间t2，信号φC1、φC2、φC3、φCTN1、φCTS1、φCTN2和φCTS2变为低电平，并且，使与信号对应的开关不导通。
然后，信号φC在时间t3向低电平的偏移将运算放大器从输入和输出端子之间的短路状态释放。与像素输出单元SF的栅极端子的复位对应的电平通过输入电容器C0处的电源电势Vref被钳位。
信号φC1和φCTN1在时间t4变为高电平，并且，信号φCTN1在时间t5变为低电平。偏移导致此时来自列放大单元102的输出被保持于保持电容器CTN1中。由于信号φC1处于高电平，因此只有反馈电容器C1与运算放大器Amp的周期路径电连接。即，列放大单元102的增益为C0/C1＝C0/C0＝1。由保持电容器CTN1保持的信号包含源自列放大单元102的偏置分量。
信号φC1在时间t6偏移到低电平，并且，信号φC2在时间t7偏移到高电平。通过偏移，只有反馈电容器C2与运算放大器Amp的反馈路径电连接。即，列放大单元102的增益为C0/C2＝C0/（C0/8）＝8。
信号φCTN2从时间t7在脉冲形状上保持于高电平。当信号φCTN2变为低电平时，在保持电容器CTN2中保持源于列放大单元102的偏移分量的信号。
当信号φTX在时间t8偏移到高电平时，蓄积于光电二极管PD中的电荷被传送到像素输出单元SF的栅极端子。由于像素输出单元SF的栅极端子上的电势改变，因此，在垂直信号线VL上出现的电平改变。此时，输入电容器C0处于浮动状态，并且，只有与在时间t1被钳位的垂直信号线VL上的电平的差值被输入到运算放大器Amp的反相输入端子。即，在在钳位电容器的上游产生的噪声分量中，可通过钳位操作减少在时间t3的垂直信号线VL上的电平与在时间t8或稍后的电平之间具有相关性的噪声分量。因此，基于光电转换的信号被输入到运算放大器Amp。由于流过恒流源Icnt的电流中的波动和在像素输出单元SF中产生的被称为1/f噪声的噪声等在时间t1与时间t8之间不同（相互不具有相关性），因此，不能通过钳位操作减少波动和噪声等。在本实施例中，没有相关性的噪声分量与像素噪声n对应。
在时间t8，在运算放大器Amp的反馈路径中只存在电容值为输入电容器C0的电容值的1/8倍的反馈电容器C2，并且，基于光电转换的信号在增益8被放大。信号φCTS2从时间t8在脉冲形状上保持在高电平，并且，信号φCTS2向低电平的偏移导致由列放大单元102按增益8放大的信号保持于保持电容器CTS2中。与保持电容器CTN2的情况同样，由保持电容器CTS2保持的信号包含源自列放大单元102的偏置。
信号φC2在时间t9偏移到低电平，并且，信号φC1在时间t10偏移到高电平。通过偏移，只有反馈电容器C1与运算放大器Amp的反馈路径电连接。由于反馈电容器C1的电容值等于输入电容器C0的电容值，因此，输入到列放大单元102的信号按增益1被放大。
信号φCTS1在时间t10变为高电平。当信号φCTS1偏移到低电平时，通过按增益1放大在垂直信号线VL上出现的电平获得的信号保持于保持电容器CTS1中。与保持电容器CTN1的情况同样，由保持电容器CTS1保持的信号包含源自列放大单元102的偏置。
之后，信号φSEL变为低电平，这使得像素选择单元SEL不导通，并从选择状态释放像素101。
信号φHn从时间t11连续变为高电平，并且通过差动放大器D.Amp1和D.Amp2从一个行中的像素101输出信号。由于由保持电容器CTS1、CTN1、CTS2、CTN2保持的信号包含源自列放大单元102的偏置，因此，可通过通过差动放大器D.Amp1和D.Amp2获得差值来减少偏置分量。按增益1放大的信号S1从差动放大器D.Amp1输出，并且，按增益8放大的信号S2从差动放大器D.Amp2被输出。如上所述，信号S1和S2包含输出噪声N。
列放大单元102通过同一列放大单元连续放大第一信号G1和第二信号G8，并且输出信号。在本实施例中，对于各列设置多个列放大单元102使得能够并行处理一个行中的像素101。即，列放大单元102可在比输出放大器1042的速度低的速度下被驱动，并具有不可能变为噪声源的优点。
将描述根据本发明的第一实施例的固态成像装置的操作。图10是用于描述根据第一实施例的固态成像装置的成像定时的示图。首先将描述对用于形成增益误差校正信号的对象成像并产生校正因子K的处理。在时段T1中，执行曝光。在时段T2中，读出用于各像素101的复位信号，并且，复位信号在列放大单元102的输入部分处被钳位。在时段T3中，读出像素101上的曝光信号，并且CDS电路中的CDS操作结束。通过CDS操作获得的信号被输出到固态成像器件1的外面。在时段T4中，AD转换单元21将信号从模拟信号转换成数字信号。通过参照图3描述的信号处理，比较单元224在时段T5中比较两个信号的电平，在时段T6中产生基于增益误差ΔV的校正因子K，并且在时段T7中将校正因子K存储在校正数据存储器单元225中。通过类似的操作，用于增益的各组合的校正因子K保持于照相机中。
描述成像时的处理。在时段T1～T4中，执行与校正因子K的产生相同的一系列的操作。之后，在时段T8中，校正单元226通过使用存储的校正因子校正信号DATA2。在时段T9中，通过切换标记φb执行信号DATA1与信号DATA2之间的切换，以输出15位数字信号DATA3。如上所述，从固态成像器件1的像素单元10连续读出像素信号，校正单元226基于校正因子K校正增益误差，并且执行位切换（时段T2～T4、T8和T9）。通过这些操作，获得图像数据。在时段T10中，DSP23执行校正信号DATA3的信号处理，并在记录单元3上记录得到的信号。通过该成像定时，记录在图像中难以在视觉上看出水平差的宽动态信号。通过上述的配置，可以减少获得按不同的增益放大的信号时各列放大单元中的增益误差和/或各模数转换单元中的转换误差。
第二实施例
描述本发明的第二实施例。在第一实施例中，对用于校正信号形成的对象成像，并且检测增益误差。各列放大单元102或存储器单元103具有具有固定模式的偏置噪声和由于半导体处理变化而导致的增益误差，这导致图像性能的劣化。本发明的第二实施例具有这样的目的：通过向各垂直信号线VL输入基准信号消除上述噪声，并省略对用于校正信号形成的对象的成像。以下描述本实施例与第一实施例之间的不同。
图11示出根据本发明的第二实施例的包括基准信号输入电路（基准信号输入单元）107的固态成像器件1的示意性配置。列放大单元102包含列放大单元102-1和102-2。各垂直信号线VL通过由脉冲φS2控制的开关与基准信号输入电路107的基准信号线1072连接。基准信号输入电路107在成像之前（或者当接通用于拍摄的电力时）使由脉冲φS2控制的开关导通，并控制由脉冲φS1控制的开关。通过该配置，具有与成像感度对应的振幅的基准信号被输入以检测下游信号处理系统中的增益误差和偏置噪声。基准信号输入电路107包含具有两个电源电压Vs1和Vs2的信号源1071，该信号源1071选择性地向各垂直信号线VL输出基准信号电压Vs1和Vs2。可变地控制电源电压Vs2。信号源1071通过在用于各垂直信号线VL的基准信号线1072中产生Vs1-Vs2的信号的脉冲φS1来控制开关的导通/非导通。当通过列放大单元102以高的增益放大信号时，Vs1-Vs2的信号被设为具有不大于信号电平VH（b）的信号电平。
基准信号电压Vs1是与像素101的复位电平对应的电势，并且，基准信号电压Vs2是与来自各像素101的曝光信号对应的电势。通过在各列放大单元102中执行参照图6和图8描述的CDS处理和增益处理，可以检测不同的增益之间的增益误差。如果通过使用数模（DA）转换单元准备电源Vs2，那么Vs1-Vs2的信号的信号电平可很容易地变为与各列放大单元102的各增益对应的信号电平。如果各列放大单元102具有大的增益，那么需要使得基准信号电压Vs2非常低，使得基准信号电平不饱和。DA转换单元可容易地产生这种低电势。如上所述，由于可通过具有非常简单的配置的基准信号输入电路107检测增益误差，因此，成像之前的增益误差检测是非常有效的。
参照图14描述根据本实施例的固态成像装置的成像定时。首先描述产生校正因子K的处理。在时段T1中，固态成像装置的电力被接通。在时段T2中，基准信号输入电路107向垂直信号线VL输出与各像素101的复位信号对应的基准信号电压Vs1。在时段T3中，基准信号输入电路107向垂直信号线VL输出与像素101处的曝光信号对应的基准信号电压Vs2。列放大单元102以第一增益和第二增益放大Vs1-Vs2的基准信号，并且输出第一信号G1和第二信号G8。在时段T4中，AD转换单元21将第一信号G1和第二信号G8从模拟信号转换成数字信号。通过图3中的信号处理，比较单元224在时段T5中比较两个信号的电平，在时段T6中产生基于增益误差ΔV的校正因子K，并且在时段T7中在校正数据存储器单元225中存储用于各列和各增益误差的校正因子K。如上所述，当电力被接通时，各列放大单元102输出通过放大Vs1-Vs2的基准信号获得的第一信号G1和第二信号G8，比较单元224检测第三信号G8#和第一信号G1之间的增益误差ΔV，并且，产生校正因子K。
描述成像时的处理。当在诸如工厂的制造地点制作成像系统时或者当获取成像系统的初始化时的校正因子时，执行与利用参照图10描述的成像定时的一系列操作类似的一系列操作。另一方面，当每次执行成像时更新校正因子时，在紧接着接通成像系统的电力的时段T1中在开始曝光之前计算校正因子，并将其存储于存储器中。在时段T2中或更晚的时间，以与图10中的定时相同的定时执行操作。
如上所述，以矩阵状布置多个像素101以通过光电转换产生信号。基准信号输入电路107产生Vs1-Vs2的基准信号。对于多个像素101的各列设置列放大单元102，以输出通过按第一增益放大多个像素101中的相应的那些中的每一个上的信号和基准信号Vs1-Vs2中的一个获得的第一信号G1和通过按比第一增益大的第二增益放大该信号获得的第二信号G8。AD转换单元21将第一信号G1和第二信号G8从模拟信号转换成数字信号。当列放大单元102输出通过放大基准信号Vs1-Vs2获得的第一信号G1和第二信号G8时，比较单元224检测通过将第二信号G8电平偏移成与信号G1的增益水平相同的增益水平而获得的第三信号G8#与第一信号G1之间的增益误差ΔV。当列放大单元102输出通过放大多个像素101中的每一个上的信号而获得的第一信号G1和第二信号G8时，校正单元226基于增益误差ΔV校正第一信号G1、以及第二信号G8和第三信号G8#中的一个。通过上述的配置，可以减少获得以不同的增益放大的信号时的各列放大单元中的增益误差和/或各模数转换单元中的转换误差。
第三实施例
描述本发明的第三实施例。图12是示出根据本发明的第三实施例的包括基准信号输入电路的像素101的示意性配置的示图。在第二实施例（图11）中，通过使用来自基准信号输入电路107的基准信号检测列放大单元102等中的增益误差。在本实施例中，各像素101包含输出基准信号的基准信号输入电路。以下描述本实施例与第二实施例之间的不同。开关根据信号φS1将复位开关RES连接到在电源电势VDD的节点和在基准电势Vs2的节点中的一个。在复位时，复位开关RES与电源VDD处的节点连接，并且，像素输出部分SF的栅极端子通过电源电势VDD被复位。相反，在基准信号读取时，不供给通过在光电二极管PD中曝光而获得的电荷。复位开关RES与在基准电势Vs2的节点连接，并且作为替代，基准电势Vs2被供给到像素输出部分SF的栅极端子。基准电势被输出到垂直信号线VL。用于基准电势Vs2的电源可以是DA转换单元。如上所述，通过从像素单元10输入基准信号，检测各列放大单元102和AD转换单元21等中的误差。误差的校正使得能够获取良好的图像。
如上所述，各像素101包含光电二极管（光电转换元件）PD、传送开关TX和场效应晶体管SF。光电二极管PD通过光电转换产生信号。传送开关TX与光电转换元件PD连接。场效应晶体管SF具有通过传送开关TX与光电二极管PD连接的栅极、与在电源电势VDD的节点连接的漏极、和通过像素选择单元SEL向列放大单元102输出信号的源极。基准信号输入电路包含用于基准电势Vs2和控制信号φS1的电源的开关，并且选择性地向场效应晶体管SF的栅极输出基准信号Vs2和VDD。向场效应晶体管SF的栅极供给基准信号VDD与第二实施例中的基准信号电压Vs1的供给相对应。向场效应晶体管SF的栅极供给基准信号Vs2与第二实施例中的基准信号电压Vs2的供给相对应。根据本实施例的操作与根据第二实施例的操作相同。通过上述的配置，可以减少获得以不同的增益放大的信号时的各列放大单元中的增益误差和/或各模数转换单元中的转换误差。
第四实施例
图13是示出根据本发明的第四实施例的固态成像器件1的示意性配置的示图。通过向图5中的第一实施例添加列放大单元102和下游的AD转换单元108如图11中的实施例的基准信号输入电路107，获得本实施例。以下描述本实施例与第二实施例之间的不同。在各AD转换单元108中，列放大单元102的放大单元将输出信号从模拟信号转换成数字信号。AD转换单元108通过不同的AD转换单元将第一信号G1和第二信号G8从模拟信号转换成数字信号。在固态成像器件1中设置用于来自列放大单元102的两个增益信号中的每一个的AD转换单元108使得能够实现更高的处理。使用根据图3中的实施例的位处理单元22作为根据第四实施例的位处理单元22（图2）。在拍摄感度设定中设定各列放大单元102的增益，根据增益设定基准信号的电平，并且输入基准信号。因此，在增益误差检测时，比较电平确定单元222（图3）不是必要的。定时产生单元（TG）24控制比较单元224。在实际的成像中，定时产生单元24对于信号DATA2（G8）作为比较电平确定单元222操作。即使在固态成像器件1内设置具有稍大的增益误差的AD转换单元108，基准信号的输入也使得能够精确地检测和校正列放大单元102和AD转换单元108中的信号误差。
图14是用于描述根据本实施例的固态成像装置的成像定时的示图。描述根据本实施例与第二实施例的校正因子K的产生方法之间的不同。在时段T4中，各AD转换单元108将第一信号G1和第二信号G8从模拟信号转换成数字信号。通过图3中的信号处理，比较单元224在时段T5中比较两个信号的电平，在时段T6中产生基于增益误差ΔV的校正因子K，并且在时段T7中在校正数据存储器单元225中存储用于各列和各增益误差的校正因子K。用于成像的定时与第二实施例中的定时相同。通过上述的配置，可以减少获得以不同的增益放大的信号时的各列放大单元中的增益误差和/或各模数转换单元中的转换误差。
第五实施例
图15是示出根据本发明的第五实施例的固态成像器件1的示意性配置的示图。与第四实施例（图13）不同，本实施例的特征在于，对各像素列设置一个AD转换单元108。以下描述本实施例与第四实施例之间的不同。列放大单元102包含输出具有低增益的第一信号G1的列放大单元102-1和输出具有高增益的第二信号G8的列放大单元102-2，并且通过不同的列放大单元102-1和102-2放大和输出第一信号G1和第二信号G8。信号选择单元109通过开关控制选择具有低增益的第一信号G1和具有高增益的第二信号G8中的一个。AD转换单元108将由信号选择单元109选择的第一信号G1和第二信号G8中的一个从模拟信号转换成数字信号。信号选择单元109在第二信号G8不大于第一信号电平VH（b）时选择第二信号G8，并在第二信号G8大于第一信号电平VH（b）时选择第一信号G1。注意，信号选择单元109可在第二信号G8小于第一信号电平VH（b）时选择第二信号G8，并在第二信号G8不小于第一信号电平VH（b）时选择第一信号G1。AD转换单元108通过同一AD转换单元连续将第一信号G1和第二信号G8中的一个从模拟信号转换成数字信号。信号选择单元109与上述的数字信号并行地通过AD转换单元108如图3中将选择信号φb传送到水平信号线HLB。选择信号φb是表示选择第一信号G1和第二信号G8中的哪一个的信号。与第一实施例同样，选择信号φb在第一信号G1被选择时处于低电平，并在第二信号G8被选择时处于高电平。位切换单元227被设置在水平信号线HLB上。第一信号G1和第二信号G8中的一个根据各列的像素信号电平从AD转换单元108和信号选择单元109与选择信号φb一起被传送到水平信号线HLB，并且被输出到位切换单元227。位切换单元227具有与图4中的位切换单元227的配置相同的配置，并且以相同的方式操作。即，位切换单元227在选择信号φb处于高电平时选择第二信号G8并且输出高增益信号，并在选择信号φb处于低电平时输出第一信号G1作为低增益信号。固态成像器件1输出选择信号φb连同低增益信号和高增益信号中的一个。选择信号φb可与第一信号G1和第二信号G8中的一个并行地被传送，或者可被串行传送。位处理单元22-1（后面将描述）（图16）检测从位切换单元227输出的数据中的增益误差ΔV，并且校正数据。
注意，如图8所示，各列放大单元102可通过同一列放大单元连续放大和输出第一信号G1和第二信号G8。在这种情况下，列放大单元102首先输出以高增益放大的第二信号G8，接着输出以低增益放大的第一信号G1。信号选择单元109通过确定第二信号G8的信号电平选择要被AD转换的信号。由于通过使用以高增益放大的第二信号执行信号电平确定，因此，用于确定信号电平的电路不需要具有高精度。
根据本实施例，各AD转换单元108中的AD转换单元的数量减半。该减半导致固态成像器件1的尺寸的减小和功耗的降低。由于来自AD转换单元108的数据的数量可减半，因此，固态成像器件1的封装中的端子的数量也可减少。本实施例由此是成本有效的。
图16是示出根据本发明的第五实施例的位处理单元22-1的示意性配置的示图。位处理单元22-1作为图2中的AD转换单元21和位处理单元22的替代被设置，并且接收从固态成像器件1输出的信号。以下描述位处理单元22-1与图3中的位处理单元22之间的不同。
首先描述产生校正因子K的处理。当固态成像装置的电力被接通时，基准信号输入电路107向垂直信号线VL输出基准信号。不管第二信号G8的信号电平如何，各信号选择单元109依次选择第一信号G1和第二信号G8。选择信号φb在第一信号G1被选择时处于低电平，而在第二信号G8被选择时处于高电平。位切换单元227依次输出低增益信号和高增益信号。数据同步化单元228依次接收低增益和高增益信号，并且并行输出信号DATA1和DATA2。信号DATA1是通过位切换单元227输出的低增益信号，而信号DATA2是通过位切换单元227输出的高增益信号。比较单元224比较信号DATA1与信号DATA2，检测增益误差ΔV，并且在校正数据存储器单元225中存储增益误差ΔV的倒数作为增益误差校正因子K。即，当第一信号G1和第二信号G8被电平偏移成相同的增益水平时，比较单元224检测第一信号G1和第二信号G8之间的增益误差ΔV。校正因子K的产生需要至少两个信号即第一信号和第二信号。第一信号和第二信号使得能够计算所有列放大单元中的每一个的校正因子。可通过计算并平均化多个校正因子来获得更准确的校正因子。
将描述成像时的处理。如果校正因子在照相机初始化时产生并被存储于存储器中，那么曝光信号从像素101被输出到垂直信号线VL。通过各列放大单元102放大的第一信号G1和第二信号G8通过AD转换单元108被AD转换，并且从固态成像器件1被依次输出。从固态成像器件1输出的数字信号被依次输入到位处理单元22-1。与图3同样，当从固态成像器件1输入的选择信号φb处于高电平时，校正单元226通过将高增益信号的数据的低级12位乘以校正数据存储器单元225中的校正因子K来校正输入的高增益信号，并且输出信号DATA3。当选择信号φb处于低电平时，校正单元226不作改变地输出输入的低增益信号作为信号DATA3。
注意，校正单元226可校正低增益信号、第一信号G1和第二信号G8中的一个而不是校正高增益信号。图16中的位处理单元22-1可被设置在图15中的固态成像器件1内。在这种情况下，通过用位处理单元22-1替代位切换单元227来准备电路设计。
根据本实施例，可使得列放大单元102的数量比单独地设置用于放大第一信号G1的列放大单元102和用于放大第二信号G8的列放大单元102的情况下少，这使得能够实现成本降低。由于第一信号G1和第二信号G8中的一个被选择并从模拟信号转换成数字信号，因此，与第一信号G1和第二信号G8均从模拟信号转换成数字信号的情况相比，可以提高操作速度。通过上述的配置，可以减少当获得以不同的增益放大的信号时的各列放大单元中的增益误差和/或各模数转换单元中的转换误差。
第六实施例
图17是示出根据本发明的第六实施例的固态成像器件1的示意性配置的示图。本实施例是通过在根据图13中的第四实施例的固态成像器件1内设置图3中的位处理单元22而获得的实施例。位处理单元22被设置在水平信号线HLB上。由于在固态成像器件1内设置位处理单元22，因此固态成像器件1在AD转换之后仅输出15位宽动态范围信号。外部处理电路单元仅包含DSP23（图2）。因此，可以实现固态成像装置的尺寸的减小和成本的降低。根据本实施例的固态成像装置的成像定时基本上与根据图14中的第四实施例的成像定时相同，并且将省略成像定时的描述。
根据第一到第六实施例，可以减少当获得以不同的增益放大的信号时的各列放大单元102中的增益误差和/或AD转换单元21和108中的转换误差。通过上述的配置，可以减少当获得以不同的增益放大的信号时的各列放大单元中的增益误差和/或各模数转换单元中的转换误差。
注意，上述的实施例仅示出用于实施本发明的具体例子，并且，本发明的技术范围不应由于实施例而被限制性地解释。换句话说，在不背离本发明的技术思想或主要特征的情况下，可以以各种形式实现本发明。
本申请要求在3010年9月30日提交的日本专利申请No.2010-221199和在2010年9月30日提交的日本专利申请No.2010-222371的益处，在此引入它们的全部内容作为参考。
Claims (15)
1.一种固态成像装置，包括：
矩阵状布置的多个像素，用于通过光电转换产生信号；
列放大单元，与像素的各列对应地布置，用于输出通过以第一增益放大来自所述多个像素的信号而产生的第一信号，并用于输出通过以比第一增益大的第二增益放大来自所述多个像素的信号而产生的第二信号；
模数转换器，用于将第一信号和第二信号从模拟信号转换成数字信号；
比较单元，用于从模数转换器接收数字信号，将第一信号和第二信号电平偏移到相同的增益水平，并然后检测经电平偏移的第一信号和第二信号之间的增益误差；和
校正单元，用于基于增益误差校正第一信号和第二信号。
2.根据权利要求1的固态成像装置，其中，
比较单元检测当第二信号处于比饱和开始信号电平低的信号电平时的增益误差。
3.根据权利要求1或2的固态成像装置，其中，列放大单元中的同一个列放大单元依次放大和输出像素中的一个像素的第一信号和第二信号。
4.根据权利要求1～3中的任一项的固态成像装置，其中，相同的模数转换器中的同一个模数转换器依次将像素中的一个像素的第一信号和第二信号从模拟信号转换成数字信号。
5.根据权利要求1或2的固态成像装置，其中，
不同的列放大单元单独地放大和输出像素中的一个像素的第一信号和第二信号。
6.根据权利要求1或2的固态成像装置，其中，
不同的模数转换器单独地将像素中的一个像素的第一信号和第二信号从模拟信号转换成数字信号。
7.根据权利要求1～6中的任一项的固态成像装置，还包括：
校正数据存储器单元，用于存储基于由比较单元检测的增益误差的校正因子或偏置电压校正值，
校正单元基于校正因子或偏置电压校正值来执行校正。
8.根据权利要求1～7中的任一项的固态成像装置，还包括：
位偏移单元，用于选择被校正单元校正的信号、或不被校正单元校正的第一信号或第二信号。
9.根据权利要求8的固态成像装置，其中，位偏移单元在第二信号处于比饱和开始信号电平低的信号电平时选择由校正单元校正的信号，并且，位偏移单元在第二信号处于比饱和开始信号电平高的信号电平时选择第一信号。
10.一种固态成像装置，包括：
矩阵状布置的多个像素，用于通过光电转换产生信号；
基准信号输入单元，用于产生基准信号；
列放大单元，与像素的各列对应地布置，用于输出通过以第一增益放大来自所述多个像素的信号或基准信号而产生的第一信号，并用于输出通过以比第一增益大的第二增益放大来自所述多个像素的信号或基准信号而产生的第二信号；
模数转换器，用于将第一信号和第二信号从模拟信号转换成数字信号；
比较单元，用于在列放大单元通过放大基准信号输出第一信号和第二信号时从模数转换器接收数字信号，将第一信号和第二信号电平偏移到相同的增益水平，并然后检测第一信号和第二信号之间的增益误差；和
校正单元，用于基于来自列放大单元的通过放大基准信号的第一信号和第二信号的输出，基于增益误差校正第一信号和第二信号。
11.根据权利要求10的固态成像装置，还包括：
信号线，用于连接所述多个像素中的每一个像素与多个列放大单元中的每一个列放大单元，其中，
基准信号输入单元选择性地向信号线输出基准信号。
12.根据权利要求10的固态成像装置，其中，
像素包括：
光电转换元件，用于通过光电转换产生信号；
传送开关，与光电转换元件连接；和
场效应晶体管，通过传送开关与光电转换元件连接，并具有与电源电压节点连接的漏极和向列放大单元输出信号的源极，以及
基准信号输入单元，选择性地向场效应晶体管的栅极输出基准信号。
13.根据权利要求10～12中的任一项的固态成像装置，其中，
当电源被接通时，列放大单元输出通过放大基准信号产生的第一信号和第二信号，并且比较单元检测增益误差。
14.根据权利要求10～13中的任一项的固态成像装置，还包括：
位偏移单元，用于选择通过校正单元校正的信号或不被校正单元校正的第一信号或第二信号。
15.根据权利要求14的固态成像装置，其中，
位偏移单元在第二信号处于比第一信号的电平低的电平时选择由校正单元校正的信号，并且，位偏移单元在第二信号处于比第一信号的电平高的电平时选择第一信号。
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