CN104683712B - 图像传感器、摄像装置、以及蜂窝电话 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像传感器、摄像装置、以及蜂窝电话。在所述图像传感器中叠置有第一芯片和第二芯片，所述图像传感器包括：像素单元；多个输出线，各输出线被构造成输出来自所述像素单元的像素信号；以及针对所述输出线中的各个配设的模拟‑数字转换器。所述模拟‑数字转换器包括多组以下结构：参照信号生成单元，其被构造成生成参照信号；比较单元，其被构造成将输出到所述输出线中的一个的像素信号的信号电平与所述参照信号的信号电平进行比较；计数器，其被构造成进行计数，直到通过所述比较单元比较的所述像素信号的信号电平与所述参照信号的信号电平一致为止。所述像素单元被布置在所述第一芯片中，而所述模拟‑数字转换器被布置在所述第二芯片中。

Description

图像传感器、摄像装置、以及蜂窝电话

技术领域

本发明涉及一种图像传感器、摄像装置、以及蜂窝电话，更具体地，涉及一种包括A/D转换器的图像传感器、以及使用该图像传感器的摄像装置和蜂窝电话。

背景技术

传统上，已经提出了具有像素读出电路的图像传感器，该图像传感器包括针对各像素列的模拟-数字转换器(以下被称为“列A/D转换器”)。在列A/D转换器的机构中，比较器将像素信号的电平与斜坡上升的参照信号的电平进行比较。之后，对从参照信号的输出开始直到比较器的输出被反转为止的时间进行计数，所计数的时间被输出作为信号输出的数字值，从而进行A/D转换。

存在如下的比较器：其数量等于列数，而且该比较器沿着布置有多个像素电路的像素区域的一侧或相对的两侧排列。沿着像素区域的一侧配置用于将参照电压应用于多个比较器的参照信号线，以连接到多个比较器，各参照信号线连接到各比较器的一个输入终端。

为了提高图像质量，存在增大像素密度的倾向，而且比较器之间的间隔逐渐变小，从而在一个比较器的输出与邻接列的像素信号或者参照信号之间产生耦合(couple)。当发生耦合时，像素信号或者参照信号的电压电平可能变化。特别是当参照信号的电压电平变化时，列的比较器的输出被反转的定时可能从电压电平不变化的原始定时偏离(shift)，因此可能无法获得与受光量相对应的数字输出。在捕获了亮度均匀的被摄体并且从多个光电转换元件向多个比较器输入的多个像素信号(列信号配线)的电压电平彼此相等的情况下，容易发生如下现象：在参照信号的电压电平无变化的情况下同时反转多个比较器的输出。为了应对参照信号的电压电平变化的问题，在日本特许第4640507号中，对于各组邻接列来交换输入参照信号和像素信号的比较器的输入终端。利用该结构，由于邻接列的比较器的反转电平彼此相反，因此参照信号的电压电平的变化的相位和幅度彼此相反，从而降低了影响。

然而，在日本特许第4640507号中所公开的传统技术中，期望邻接列的参照信号的电压电平的变化彼此抵消。然而，在像素信号电平彼此略微不同的情况下，该影响是有限的。

发明内容

考虑到上述情况而做出了本发明，本发明降低了在对经由邻接列输出线读出的像素信号进行A/D转换时的参照信号中的失真的影响。

根据本发明，提供一种图像传感器，在所述图像传感器中叠置有第一芯片和第二芯片，所述图像传感器包括：二维布置有多个像素的像素单元；多个输出线，各输出线被构造成输出来自所述像素单元的像素信号；以及针对所述多个输出线中的各个配设的模拟-数字转换器，所述模拟-数字转换器包括：第一参照信号生成单元，其被构造成生成第一参照信号；第一比较单元，其被构造成将输出到所述多个输出线中的第一输出线的像素信号的信号电平、与所述第一参照信号的信号电平进行比较；第一计数器，其被构造成进行计数，直到通过所述第一比较单元比较的所述像素信号的信号电平与所述第一参照信号的信号电平一致为止；第二参照信号生成单元，其被构造成生成不同于所述第一参照信号的第二参照信号；第二比较单元，其被构造成将输出到所述多个输出线中的与所述第一输出线邻接的第二输出线的像素信号的信号电平、与所述第二参照信号的信号电平进行比较；以及第二计数器，其被构造成进行计数，直到通过所述第二比较单元比较的所述像素信号的信号电平与所述第二参照信号的信号电平一致为止，其中，所述像素单元被布置在所述第一芯片中，而所述模拟-数字转换器被布置在所述第二芯片中。

此外，根据本发明，提供一种包括如上限定的图像传感器的摄像装置。

此外，根据本发明，提供一种包括如上限定的图像传感器的蜂窝电话。

根据以下对示例性实施例的描述(参照附图)，本发明的其他特征将变得清楚。

附图说明

并入说明书中并且构成说明书的一部分的附图例示了本发明的实施例，并且与文字说明一起用于解释本发明的原理。

图1是示出根据本发明的第一实施例的摄像装置的示意结构的框图；

图2是示出根据第一实施例的图像传感器的结构的框图；

图3是像素的等效电路图；

图4是示出根据第一实施例的列A/D电路的操作的时序图；

图5是示出根据第二实施例的列A/D电路的操作的时序图；

图6是示出根据第三实施例的列A/D电路的操作的时序图；

图7是示出根据第四实施例的列A/D电路的操作的时序图；

图8是示出根据第五实施例的图像传感器的结构的框图；

图9是示出根据第五实施例的列A/D电路的操作的时序图；

图10A和10B是各自示出根据第六实施例的具有叠置结构的图像传感器的示意图；

图11是示出根据第六实施例的图像传感器的结构的框图；以及

图12是示出根据第七实施例的蜂窝电话的示意结构的框图。

具体实施方式

将根据附图来详细描述本发明的示例性实施例。

<第一实施例>

图1是示出根据本发明的第一实施例的摄像装置的结构的框图。摄像装置基本上包括图像处理装置100、诸如存储卡或硬盘的记录介质200、以及镜头单元300。

在图像处理装置100中，当反光镜130在光轴上时，用户能够经由反光镜130和反光镜131形成入射光的图像通过光学取景器104来检查要拍摄的静止图像的构图。图像传感器1400包括稍后描述的列A/D电路和定时控制块，并且将通过镜头单元300入射的光学图像光电转换成从光轴撤回反光镜130时的电信号。快门12控制图像传感器1400上的曝光量。系统控制电路50(以下被称为“CPU”)控制包括图像处理的整个图像处理装置100。

监视器1200由液晶显示器(LCD)等构成，并且能够显示实时取景图像和拍摄的静止图像。快门开关61用于指示拍摄静止图像，并且具有两阶段结构。将半按下快门开关61到第一阶段称为半按下，而将完全按下快门开关61到第二阶段称为全按下。当半按下快门开关61时，进行自动焦点调整、以及通过摄像前的状态下的自动曝光机构进行的自动曝光控制(包括快门速度和光圈值的设定)。当完全按下快门开关61时，快门12操作以进行摄像操作。运动图像记录开始/停止开关62用于指示运动图像的记录。当指示开始记录时，随后进行运动图像记录操作。

电源开关60在图像处理装置100的开/关之间进行切换。也能够在诸如连接到图像处理装置100的镜头单元300、外部闪存、以及记录介质200的各种附件的开/关之间进行切换。

易失性存储器(RAM)70临时记录从图像传感器1400输出的图像数据和经历了图像处理单元72的图像处理的图像数据。RAM 70也用作CPU 50的工作存储器。非易失性存储器(ROM)71存储当CPU 50操作时执行的程序。图像处理单元72进行例如校正/压缩静止图像的处理。

电源控制单元80由电池检测电路、DC-DC转换器、用于切换要被供电的块的开关电路构成。此外，电源控制单元80检测电池的存在/不存在、电池的类型、以及剩余的电池量，并且基于检测结果和来自系统控制电路50的指令控制DC-DC转换器，以对包括记录介质的各单元供给必要期间的必要电压。电源控制单元80经由连接器82和84连接到电源单元86。电源单元86包括诸如碱性电池或锂电池的一次电池、诸如Li电池的二次电池、或者AC适配器。

接口90经由连接器92与电连接的记录介质200进行通信。记录介质200包括由半导体存储器、磁盘等构成的记录单元202及连接到图像处理装置100的连接器206。

接口120经由连接器122与电连接的镜头单元300进行电信号通信。镜头支座106与镜头单元300机械连接。

镜头单元300包括摄像透镜310、光圈312、镜头支座316、透镜控制单元320、以及连接器322。镜头支座316将镜头单元300机械连接到图像处理装置100的镜头支座106。连接器322经由图像处理装置100侧的连接器122电连接到图像处理装置100。透镜控制单元320经由连接器322和122接收来自图像处理装置100的信号，并且基于所接收的信号来改变摄像透镜310在光轴上的位置，从而进行焦点调整。同样地，透镜控制单元320接收来自图像处理装置100的信号，并且控制光圈312的孔径。

将描述根据第一实施例的图像传感器1400的结构。图2是示出图像传感器1400的结构的框图。图像传感器1400主要由像素单元210、列模拟-数字转换(A/D)电路700、定时控制单元230、垂直扫描电路240、水平扫描电路250、及信号处理单元260构成。

图3是像素单元210的一个像素211的等效电路图。通过控制传送信号φTX以操作转换开关305，将由光电二极管304生成与累积的电荷传送到浮动扩散单元(FD)307。当通过行选择信号φSEL打开行选择开关309时，源极跟随器放大器308基于FD 307中累积的电荷来放大电压信号，并输出所放大的信号作为像素信号。输出的像素信号经由行选择开关309出现在垂直输出线(列输出线)212中。

为了复位光电二极管304和FD 307中的不必要电荷，由复位信号φRES来控制复位开关306，并由传送信号φTX来控制转换开关305，从而执行复位操作。传送信号φTX、复位信号φRES、以及行选择信号φSEL在CPU 50经由定时控制单元230控制垂直扫描电路240时被输出，并且经由为各行配置的信号线被供给至各行的像素211。

在像素单元210中，二维布置具有上述结构的多个像素211。A/D电路700被布置在像素单元210的各列的垂直输出线212的一端。根据第一实施例的列A/D电路700包括比较器708和709、计数器710和711、以及参照信号发生器701和702。比较器708和709分别连接到参照信号发生器701和702。为各列交替地布置比较器708和709。

作为由参照信号发生器701生成和输出并且斜坡上升的模拟信号的第一参照信号(斜坡信号)，通过参照信号线704被输入到比较器708的一个输入终端。垂直输出线706连接到比较器708的另一个输入终端。比较器708的输出被输入到计数器710。

作为由参照信号发生器702生成和输出的模拟信号的第二参照信号(斜坡信号)通过参照信号线705被输入到比较器709的一个输入终端。垂直输出线707连接到比较器709的另一个输入终端。比较器709的输出被输入到计数器711。

定时控制单元230连接到计数器710和711、参考信号发生器701和702、以及水平扫描电路250。不同的时钟信号线712和713分别连接到计数器710和711。计数器710和711连接到相应的水平扫描电路250。此外，计数器710和711的输出连接到相应的信号处理单元260。

图4是示出根据第一实施例的列A/D电路700的操作的时序图。将描述进行CDS(相关双采样)处理的情况。

从像素211将复位电平的信号读出到垂直输出线706和707。在定时T100处，当CPU50控制定时控制单元230时，参照信号发生器701在预定的信号电平范围内开始输出使参照信号的电平斜坡上升的斜坡信号。虽然参照信号发生器701输出斜坡信号，但是CPU 50控制定时控制单元230以将预定周期的时钟信号输出到计数器710，并且计数器710对时钟信号进行计数。预定周期是基于斜坡信号的输出周期和数字输出的位精度而确定的周期。例如，如果斜坡信号的输出周期为256μs并且期望输出具有8位精度的输出值，则有必要对时钟信号进行计数256次，因此，时钟周期为1μs。

在定时T101处，由于垂直输出线706的复位电平与参照信号电平一致，因此比较器708的输出从高电平改变为低电平。由于比较器708的输出用作启用计数器710，因此当输出被设定为低电平时，计数器710停止。

另一方面，在经过偏移时间Tos的定时T102处，CPU 50控制定时控制单元230以使参照信号发生器702开始输出斜坡信号。虽然参照信号发生器702输出斜坡信号，但是CPU50控制定时控制单元230以将预定周期的时钟信号输出到计数器711，并且计数器711对时钟信号进行计数。在定时T103处，由于垂直输出线707的复位电平与参照信号电平一致，因此比较器709的输出从高电平改变为低电平。这使计数器711停止。

在定时T104处，由于参照信号线704达到饱和电平以结束斜坡信号的输出，因此CPU 50控制定时控制单元230以将参照信号电平设定为初始值，并使比较器708的输出返回到高电平。同时，停止向计数器710的时钟信号的输出。同样地，在定时T105处，由于参照信号线705达到饱和电平以结束斜坡信号的输出，因此CPU 50控制定时控制单元230以将参照信号电平设定为初始值，并使比较器709的输出返回到高电平。同时，停止向计数器711的时钟信号的输出。

在定时T106处，CPU 50控制定时控制单元230以将复位电平的计数器值存储在计数器710和711的复位值存储器中，并使计数器复位。之后，将信号电平读出到垂直输出线706和707中。

在定时T107处，为了对读出到垂直输出线706中的信号电平进行A/D转换，CPU 50控制定时控制单元230以使参照信号发生器701开始输出斜坡信号。虽然参照信号发生器701输出斜坡信号，但是CPU 50控制定时控制单元230以将预定周期的时钟信号输出到计数器710。

另一方面，在定时T107之后经过偏移时间Tos的定时T108处，为了对读出到垂直输出线707中的信号电平进行A/D转换，CPU 50控制定时控制单元230以使参照信号发生器702开始输出斜坡信号。虽然参照信号发生器702输出斜坡信号，但是CPU 50控制定时控制单元230以将预定周期的时钟信号输出到计数器711。

在定时T109处，由于垂直输出线706的信号电平与参照信号电平一致，因此比较器708的输出从高电平改变为低电平。这使计数器710停止。同样地，在定时T110处，由于垂直输出线707的信号电平与参照信号电平一致，因此比较器709的输出从高电平改变为低电平。这使计数器711停止。

在定时T111处，由于参照信号线704达到饱和电平以结束斜坡信号的输出，因此CPU 50控制定时控制单元230以使参照信号电平复位，并使比较器708的输出返回到高电平。同时，停止向计数器710的时钟信号的输出。此外，在定时T112处，由于参照信号线705达到饱和电平以结束斜坡信号的输出，因此CPU 50控制定时控制单元230以使参照信号电平复位，并使比较器709的输出返回到高电平。同时，停止向计数器711的时钟信号的输出。

在定时T113处，CPU 50控制定时控制单元230以获得信号电平的计数器值与复位值存储器中的值之间的差分。CPU 50控制定时控制单元230以驱动水平扫描电路250，从而针对各列将差分值发送到信号处理单元260。信号处理单元260对输入数据进行信号处理，并将处理后的信号输出到CPU 50。

根据如上所述的第一实施例，参照信号的斜坡信号的输出开始定时在邻接的比较器之间偏离。参照信号线705的电平中的失真由于比较器708的反转的影响而发生在定时T102和T109处。然而，偏移时间Tos从发生失真的定时来偏离比较器709的反转定时，从而降低影响。同样地，参照信号线704的电平中的失真由于比较器709的反转的影响而发生在定时T103和T110处。然而，偏移时间Tos从发生失真的定时来偏离比较器708的反转定时，从而降低影响。即使各个垂直输出线706和707的复位电平和信号电平彼此接近，也能够以高精度输出数字值。

注意，在第一实施例中，向两个邻接的比较器供给两个不同的参照信号。然而，本发明不限于此。例如，可以向三个邻接的比较器供给三个不同的参照信号，或者可以向四个邻接的比较器供给四个不同的参照信号。

在如图2中所示的示例中，对于二维排列的像素211，为各列配置垂直输出线。然而，本发明不限于此。只要配置垂直输出线以便从像素211将像素信号输出到像素单元210的外部，像素211可以通过任何单元连接到垂直输出线。

<第二实施例>

将描述本发明的第二实施例。注意，摄像装置和图像传感器1400的结构与上述第一实施例中的相同，因此将省略其描述。在第二实施例中，将解释在不同的开始电平设定要输入到邻接的比较器的参照信号的情况。

图5是示出在具有图2所示的结构的图像传感器中的、第二实施例的列A/D电路的操作的时序图。将复位电平的信号从像素211读出到垂直输出线706和707。在定时T800处，当CPU 50控制定时控制单元230时，参照信号发生器701在初始电平AL820处开始输出斜坡信号，而参照信号发生器702在斜坡信号开始电平AL821处开始输出斜坡信号。虽然参照信号发生器701和702分别输出斜坡信号，但是CPU 50控制定时控制单元230以将预定周期的时钟信号输出到各个计数器710和711。各个计数器710和711在与参照信号电平相对应的输出电平处开始计数。即，计数器710在与电平AL820相对应的电平DL830处开始计数，而计数器711在与电平AL821相对应的电平DL831处开始计数。之后，各个计数器710和711对时钟信号进行计数。

在定时T801处，由于垂直输出线706的复位电平与参照信号电平一致，因此比较器708的输出从高电平改变为低电平。这使计数器710停止。

在定时T802处，由于参照信号线705达到饱和电平AL822，并且要输出等于或低于电平AL821的电平，因此CPU 50控制定时控制单元230以将电平设定为电平AL820。在与电平AL820相对应的电平DL830处设定计数器711的输出。

在定时T803处，由于垂直输出线707的复位电平与参照信号电平一致，因此比较器709的输出从高电平改变为低电平。这使计数器711停止。

在定时T804处，在预定范围内已经改变了参照信号电平，因此CPU50控制定时控制单元230以向各个计数器710和711停止输出时钟信号。将参照信号线704和参照信号线705复位，并且将比较器708和709的电平返回到高电平。

在定时T805处，CPU 50控制定时控制单元230以将复位电平的计数器值存储在计数器710和711的复位值存储器中，并使计数器复位到电平DL830。之后，将信号电平读出到垂直输出线706和707中。

在定时T806处，为了对读出到垂直输出线706和707中的信号电平进行A/D转换，CPU 50控制定时控制单元230以使参照信号发生器701在初始电平AL820处开始输出斜坡信号。使参照信号发生器702在斜坡信号开始电平AL821处开始输出斜坡信号。虽然参照信号发生器701和702输出斜坡信号，但是CPU 50控制定时控制单元230以将预定周期的时钟信号输出到各个计数器710和711。各个计数器710和711在与参照信号电平相对应的输出电平处开始计数。即，计数器710在与电平AL820相对应的电平DL830处开始计数，而计数器711在与电平AL821相对应的电平DL831处开始计数。之后，各个计数器对时钟信号进行计数。

在定时T807处，由于垂直输出线707的信号电平与参照信号电平一致，因此比较器709的输出从高电平改变为低电平。这使计数器711停止。

在定时T808处，由于参照信号线705达到饱和电平AL822，并且输出等于或低于电平AL821的电平，因此CPU 50控制定时控制单元230以将电平复位为电平AL820。在与电平AL820相对应的电平DL830处设定计数器711的输出。

在定时T809处，由于垂直输出线706的信号电平与参照信号电平一致，因此比较器708的输出从高电平改变为低电平。这使计数器710停止。

在定时T810处，在预定范围内已经改变了参照信号电平，因此CPU50控制定时控制单元230以向计数器711停止输出时钟信号。将参照信号线704和705复位，并且将比较器708和709的输出电平返回到高电平。

在定时T811处，CPU 50控制定时控制单元230以获得信号电平的计数器值与复位值存储器中的值之间的差分。CPU 50控制定时控制单元230以驱动水平扫描电路250，从而针对各列将差分值发送到信号处理单元260。信号处理单元260对输入数据进行信号处理，并将处理后的信号输出到CPU 50。

根据如上所述的第二实施例，参照信号的开始电平在邻接的比较器之间不同。参照信号线705的电平中的失真由于比较器708的反转的影响而发生在定时T801和T809处。然而，由于在参照信号电平中存在偏移AL821，因此比较器709的反转定时从发生失真的定时偏离，从而降低影响。同样地，参照信号线704的电平中的失真由于比较器709的反转的影响而发生在定时T803和T807处。然而，由于在参照信号电平中存在偏移AL821，因此比较器708的反转定时从发生失真的定时偏离，从而降低影响。因此，即使各个垂直输出线706和707的复位电平和信号电平彼此接近，也能够以高精度输出数字值。

<第三实施例>

将描述本发明的第三实施例。注意，摄像装置和图像传感器1400的结构与上述第一实施例中的相同，因此将省略其描述。在第三实施例中，将解释要输入到邻接的比较器的参照信号的梯度不同的情况。

图6是示出在具有图2所示的结构的图像传感器中的、第三实施例的列A/D电路的操作的时序图。将复位电平的信号从像素211读出到垂直输出线706和707。在定时T900处，当CPU 50控制定时控制单元230时，参照信号发生器701和702在相同的初始电平处分别开始输出斜坡信号。在第三实施例中，设定从参照信号发生器702输出的斜坡信号的变化率高于从参照信号发生器701输出的斜坡信号的变化率。虽然参照信号发生器701输出斜坡信号，但是CPU 50控制定时控制单元230以将预定周期的时钟信号输出到计数器710。虽然参照信号发生器702输出斜坡信号，但是CPU 50控制定时控制单元230以将比输出到计数器710的时钟信号短的周期的时钟信号输出到计数器711。例如，如果从参照信号发生器702输出的斜坡信号的变化率为从参照信号发生器701输出的斜坡信号的变化率的2倍，则将频率为计数器711的频率的2倍的时钟信号输出到计数器710。计数器710和711分别对时钟信号进行计数。

在定时T901处，由于垂直输出线707的复位电平与参照信号电平一致，因此比较器709的输出从高电平改变为低电平。这使计数器711停止。在定时T902处，由于垂直输出线706的复位电平与参照信号电平一致，因此比较器708的输出从高电平改变为低电平。这使计数器710停止。

在定时T903处，由于参照信号发生器702改变了预定范围内的参照信号电平，因此CPU 50控制定时控制单元230以向计数器711停止输出时钟信号。将参照信号线705复位，并且将比较器709的电平返回到高电平。在定时T904处，由于参照信号发生器701改变了预定范围内的参照信号电平，因此CPU 50控制定时控制单元230以向计数器710停止输出时钟信号。将参照信号线704复位，并且将比较器708的电平返回到高电平。

在定时T905处，CPU 50控制定时控制单元230以将复位电平的计数器值存储在计数器710和711的复位值存储器中，并使计数器复位。之后，将信号电平读出到垂直输出线706和707中。

在定时T906处，为了对读出到垂直输出线706和707中的信号电平进行A/D转换，CPU 50控制定时控制单元230以如在读出复位电平的情况中一样来驱动参照信号发生器701和702。如在读出复位电平的情况中一样来驱动时钟信号和计数器710和711。

在定时T907处，由于垂直输出线707的信号电平与参照信号电平一致，因此比较器709的输出从高电平改变为低电平。这使计数器711停止。

在定时T908处，由于参照信号发生器702改变了预定范围内的参照信号电平，因此CPU 50控制定时控制单元230以向计数器711停止输出时钟信号。将参照信号线705复位，并且将比较器709的输出电平返回到高电平。

在定时T909处，由于垂直输出线706的信号电平与参照信号电平一致，因此比较器708的输出从高电平改变为低电平。这使计数器710停止。

在定时T910处，由于参照信号发生器701改变了预定范围内的参照信号电平，因此CPU 50控制定时控制单元230以向计数器710停止输出时钟信号。将参照信号线704复位，并且将比较器708的输出电平返回到高电平。

在定时T911处，CPU 50控制定时控制单元230以获得信号电平的计数器值与复位值存储器中的值之间的差分。CPU 50控制定时控制单元230以驱动水平扫描电路250，从而针对各列将差分值发送到信号处理单元260。信号处理单元260对输入数据进行信号处理，并将处理后的信号输出到CPU 50。

注意，可以将第三实施例和上述第一实施例相组合。例如，如果期望在诸如复位电平的低电平处反转，则延迟参照信号发生器702的开始，使得参照信号发生器702的斜坡信号的输出与参照信号发生器701的斜坡信号的输出结束的定时同步结束。这种控制操作能够更可靠地避免在检测到复位电平时比较器中的失真。

根据如上所述的第三实施例，参照信号的变化率在邻接的比较器之间不同。尽管参照信号线705的电平中的失真由于比较器708的反转的影响而发生在定时T902处，但是比较器709的反转定时偏离，从而降低影响。同样地，尽管参照信号线704的电平中的失真由于比较器709的反转的影响而发生在定时T901和T907处，但是比较器708的反转定时偏离，从而降低影响。在第三实施例中，甚至在相同的信号电平处，随着信号电平越高，比较器708和709的反转定时之间的差分越大。特别是在信号电平处，在比较器708反转输出的定时T909处，参照信号发生器702结束了输出斜坡信号，从而降低影响。即使各个垂直输出线706和707的复位电平和信号电平彼此接近，也能够以高精度输出数字值。

<第四实施例>

将描述本发明的第四实施例。注意，摄像装置和图像传感器1400的结构与上述第一实施例中的相同，因此将省略其描述。在第四实施例中，将解释要输入到邻接的比较器中的一个的参照信号增大和要输入到另一个的比较器的参照信号减小的情况。

图7是示出在具有图2所示的结构的图像传感器中的、第四实施例的列A/D电路的操作的时序图。将复位电平的信号从像素211读出到垂直输出线706和707。在定时T1000处，当CPU 50控制定时控制单元230时，参照信号发生器701在初始电平处开始输出斜坡信号。即，从参照信号发生器701输出的斜坡信号增大。虽然参照信号发生器701输出斜坡信号，但是CPU 50控制定时控制单元230以将预定周期的时钟信号输出到计数器710。计数器710对时钟信号进行递增计数。另一方面，从参照信号发生器702输出的斜坡信号减小。从参照信号发生器702输出的斜坡信号输出开始电平被设定为饱和电平，而计数器输出电平被设定为与饱和电平相对应的输出。虽然参照信号发生器702输出斜坡信号，但是CPU 50控制定时控制单元230以将预定周期的时钟信号输出到计数器711。计数器710对时钟信号进行递减计数。

在定时T1001处，由于垂直输出线706的复位电平与参照信号电平一致，因此比较器708的输出从高电平改变为低电平。这使计数器710停止。在定时T1002处，由于垂直输出线707的复位电平与参照信号电平一致，因此比较器709的输出从高电平改变为低电平。这使计数器711停止。

在定时T1003处，由于各个参照信号发生器701和702改变了预定范围内的参照信号电平，因此CPU 50控制定时控制单元230以向各个计数器710和711停止输出时钟信号。将参照信号线704复位，并且将比较器708和709的输出电平返回到高电平。

在定时T1004处，CPU 50控制定时控制单元230以将复位电平的计数器值存储在计数器710和711的复位值存储器中，并使计数器复位。之后，将信号电平读出到垂直输出线706和707中。

在定时T1005处，为了对读出到垂直输出线706和707中的信号电平进行A/D转换，CPU 50控制定时控制单元230以如在读出复位电平的情况中一样来驱动参照信号发生器701和702。如在读出复位电平的情况中一样来驱动时钟信号和计数器710和711。

在定时T1006处，由于垂直输出线707的信号电平与参照信号电平一致，因此比较器709的输出从高电平改变为低电平。这使计数器711停止。在定时T1007处，由于垂直输出线706的信号电平与参照信号电平一致，因此比较器708的输出从高电平改变为低电平。这使计数器710停止。

在定时T1008处，由于各个参照信号发生器701和702改变了预定范围内的参照信号电平，因此CPU 50控制定时控制单元230以向各个计数器710和711停止输出时钟信号。将参照信号线704复位，并且将比较器708和709的输出电平返回到高电平。

在定时T1009处，CPU 50控制定时控制单元230以获得信号电平的计数器值与复位值存储器中的值之间的差分。CPU 50控制定时控制单元230以驱动水平扫描电路250，从而对各列将差分值发送到信号处理单元260。信号处理单元260对输入数据进行信号处理，并将处理后的信号输出到CPU 50。

根据如上所述的第四实施例，参照信号的增大/减小在邻接的比较器之间相反。尽管参照信号线705的电平中的失真由于比较器708的反转的影响而发生在定时T1001和T1007处，但是从发生失真的定时减小斜坡信号偏离比较器709的反转定时，从而降低影响。同样地，尽管参照信号线704的电平中的失真由于比较器709的反转的影响而发生在定时T1002和T1006处，但是从发生失真的定时减小斜坡信号偏离比较器708的反转定时，从而降低影响。由于像素的输出较小或较大时比较器的反转定时不同，因此能够降低由比较器的反转引起的信号失真的影响，从而以高精度输出数字值。

<第五实施例>

将描述本发明的第五实施例。在第五实施例中，将解释当要输入到邻接的比较器的参照信号的开始电平如在第二实施例中一样不同时，一个控制线连接定时控制单元230和计数器以进行驱动的情况。

图8示出了根据第五实施例的图像传感器1400的电路结构。注意，如在图2中的附图标记一样，相同的附图标记表示相同的部件，因此将省略其描述。与图2所示的电路结构的差别在于：连接到列A/D电路1100的定时控制单元230与计数器710和711的控制线1101的部分、以及配设在信号处理单元260中的计算单元1102。在图2所示的结构中，通过时钟信号线712来连接定时控制单元230和计数器710，而通过时钟信号线713来连接定时控制单元230和计数器711。因此，在计数器710和711中可以设定不同的计数器开始电平和时钟周期。另一方面，在图8所示的电路结构中，由通过控制线1101的公共控制信号来控制所有的计数器。因此，即使将不同的参照信号输入到邻接的比较器，也进行相同的计数器驱动。

图9示出了根据第五实施例的列A/D电路1100的驱动定时。假定垂直输出线706和707的信号电平的定时、斜坡信号电平、及要输入的输入时钟与图5中所示的相同，并且比较器708和709的反转定时与图5中所示的相同。与第二实施例的差别在于：在第二实施例中，计数器711的计数开始电平是电平DL831，而在第五实施例中，计数器710和711的计数开始电平都是电平DL1030。供给计数器710和711的时钟的时钟周期和时钟操作期间与图5中所示的相同。因此，即使仅使用一个控制线1101，计数器710和711也进行操作而无任何问题。注意，由于计数器711的输出与要以传统方式来操作计数器711的情况下获得的值不同，因此计算单元1102进行计算以将计数器711的输出转换成与反转比较器709的输出时的参照信号的电平相对应的适当值，然后将转换后的值输出到CPU。

计算单元1102进行的计算如下。将第二实施例中的计数器开始电平DL831处的数字值添加到在从定时T800到定时T802和从定时T806到定时T808的参照信号输出期间的计数器711的输出。将从计数器711的最大值DL832中减去电平DL831而获得的数字值添加到在从定时T802到定时T804和从定时T808到定时T810的参照信号输出期间的计数器711的输出。

具有图8中所示的结构的图像传感器1400适用于第一和第四实施例。在这种情况下，计算单元1102根据各个参照信号的操作方法仅需要转换计数器711的值。

根据如上所述的第五实施例，除了与第一、第二、及第四实施例中相同的效果外，还能够减小连接到计数器的控制线的数量，从而减小图像传感器的芯片面积。

<第六实施例>

将描述本发明的第六实施例。在第六实施例中，将解释当图像传感器1400具有叠置结构时的列A/D电路的结构的示例。

如图10A所示，通过以芯片级叠置图像传感器半导体芯片1300和高速逻辑处理半导体芯片1301，来获得第六实施例的图像传感器1400。图10A是透视图，而图10B是示出各芯片的俯视图。图像传感器半导体芯片1300包括包含像素单元210的区域。高速逻辑处理半导体芯片1301包括能够对数字数据进行高速处理的部分(例如，列A/D电路和水平扫描电路)。

图11示出了根据第六实施例的图像传感器1400的电路结构。与第五实施例中描述的电路结构的差别在于列A/D电路的结构。在第六实施例中，参照信号发生器702、比较器708、计数器710和水平扫描电路250以及用于连接这些部件的配线构成了列A/D块1302。参照信号发生器702、比较器709、计数器711和水平扫描电路250以及用于连接这些部件的配线构成了列A/D块1303。通过以互不影响的方式在高速逻辑处理半导体芯片1301中布置列A/D块1302和1303，降低了由比较器的反转引起的参照信号的失真的影响。

注意，在图11所示的示例中，列A/D块1302和1303两者都被配设在高速逻辑处理半导体芯片1301中。然而，本发明不限于此。例如，可以将列A/D块1302配设在图像传感器半导体芯片1300中，而将列A/D块1303配设在高速逻辑处理半导体芯片1301中。

根据如上所述的第六实施例，在具有叠置结构的图像传感器中，如第一至第五实施例中的一样，以给定距离布置将不同的参照信号输入到邻接的比较器的列A/D块，使得由反转定时引起的信号失真的影响变小。这使得在具有叠置结构的图像传感器中能够以高精度输出数字值。

<第七实施例>

图12是示出根据本发明的第七实施例的蜂窝电话500的结构的框图。根据第七实施例的蜂窝电话500除了具有语音通信功能外，还具有电子邮件功能、互联网连接功能、图像拍摄/回放功能等。

在图12中，通信单元501通过遵守与用户签订有合同的通信运营商的通信方法，来与其他电话进行语音数据和图像数据的通信。在语音通信中，语音处理单元502将来自麦克风503的语音数据转换成适合于发起的格式，并将转换后的数据发送到通信单元501。此外，语音处理单元502对来自已经从通信单元501发送的呼叫目的地的语音数据进行解码，并将解码后的数据发送到扬声器504。

图像感测单元505包括第一实施例和第六实施例的一个中所描述的图像传感器1400，拍摄被摄体的图像，并且输出图像数据。在拍摄图像时，图像处理单元506对由图像感测单元505拍摄的图像数据进行处理，将数据转换成适合于记录的格式，并输出转换后的数据。在回放记录的图像时，图像处理单元506对要回放的图像进行处理，将处理后的图像发送到显示单元507。显示单元507包括大小大约几英寸的液晶显示面板，并根据来自控制单元509的指令显示各种显示内容。非易失性存储器508存储地址簿的信息、以及诸如电子邮件数据和由图像感测单元505拍摄的图像数据的数据。

控制单元509包括CPU和存储器，并且根据存储器(未示出)中存储的控制程序来控制蜂窝电话500的各个单元。操作单元510包括电源按钮、数字键、及各种其他的用于用户输入数据的操作键。卡I/F 511在存储卡512之间记录并读出各种数据。外部I/F 513将非易失性存储器508和存储卡512中存储的数据发送到外部设备，并且接收从外部设备发送的数据。外部I/F 513通过诸如无线通信或符合例如USB标准的有线通信方法等的公知通信方法，来进行通信。

接下来，将解释蜂窝电话500中的语言通信功能。当对呼叫目的地进行呼叫时，用户对操作单元510的数字键进行操作以输入呼叫目的地的数量，或进行操作以将非易失性存储器508中存储的地址簿显示在显示单元507上，选择呼叫目的地，并指示发起。当指示发起时，控制单元509经由通信单元501向呼叫目的地发起呼叫。如果呼叫目的地应答该呼叫，则通信单元501将目的地的语言数据输出到语音处理单元502，并且还将用户的语音数据发送到该目的地。

当发送电子邮件时，用户通过使用操作单元510来指示创建邮件。当指示创建邮件时，控制单元509将邮件创建画面显示在显示单元507上。用户通过使用操作单元510来输入发送目的地地址和正文。当指示发送邮件时，控制单元509将地址信息和邮件正文的数据发送到通信单元501。通信单元501将邮件数据转换成适合于通信的格式，并将转换后的数据发送到发送目的地。当通信单元501接收电子邮件时，通信单元501将接收到的邮件数据转换成适合于显示的格式，并将转换后的数据显示在显示单元507上。

接下来，将解释蜂窝电话500中的图像拍摄功能。当用户对操作单元510进行操作以设定拍摄模式，然后指示静止图像或运动图像的拍摄时，图像感测单元505进行拍摄并且将拍摄的静止图像数据或运动图像数据发送到图像处理单元506。图像处理单元506对拍摄的静止图像数据或运动图像数据进行处理，并且将处理后的数据存储在非易失性存储器508中。图像处理单元506将获得的静止图像数据或运动图像数据发送到卡I/F 511。卡I/F511将静止图像数据或运动图像数据存储在存储卡512中。

蜂窝电话500能够以这种方式发送包括静止图像数据或运动图像数据的文件作为电子邮件的附件。具体而言，当发送电子邮件时，选择存储在非易失性存储器508或存储卡512中的图像文件，并指示发送作为附件的图像文件。

蜂窝电话500还能够经由外部I/F 513将包括静止图像数据或运动图像数据的文件发送到诸如PC或其他电话的外部设备。用户通过对操作单元510进行操作来选择存储在非易失性存储器508或存储卡512中的图像文件，并指示发送。控制单元509进行控制以读出从非易失性存储器508或存储卡512中选择的图像文件，并且控制外部I/F 513以将读出的图像文件发送到外部设备。

虽然参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型、等同结构及功能。

Claims (11)

1.一种图像传感器，所述图像传感器包括：

像素单元，在所述像素单元中，布置有多个第一像素列和多个第二像素列，其中，在各第一像素列中布置有第一颜色的多个像素和第二颜色的多个像素，并且在各第二像素列中布置有第二颜色的多个像素和第三颜色的多个像素；

多个第一信号输出线，各第一像素列的像素信号被从所述像素单元输出到各第一信号输出线；

多个第二信号输出线，各第二像素列的像素信号被从所述像素单元输出到各第二信号输出线；以及

模拟-数字转换器，

所述模拟-数字转换器包括：

参照信号生成单元，其被构造成生成第一参照信号和不同于所述第一参照信号的第二参照信号；

多个第一比较单元，各第一比较单元被构造成将输出到所述多个第一信号输出线中的各第一信号输出线的像素信号的信号电平，与所述第一参照信号或所述第二参照信号的信号电平进行比较；

多个第一计数器，各第一计数器被构造成进行计数，直到通过所述第一比较单元使所述像素信号的信号电平与所述第一参照信号或所述第二参照信号的信号电平一致为止；

多个第二比较单元，各第二比较单元被构造成将输出到所述多个第二信号输出线中的各第二信号输出线的像素信号的信号电平，与所述第一参照信号或所述第二参照信号的信号电平进行比较；以及

多个第二计数器，各第二计数器被构造成进行计数，直到通过所述第二比较单元使所述像素信号的信号电平与所述第一参照信号或所述第二参照信号的信号电平一致为止，

其中，在所述第一像素列的像素信号被分别输出到所述第一信号输出线的情况下，所述参照信号生成单元同时向一对第一比较单元分别提供所述第一参照信号和所述第二参照信号，所述一对第一比较单元比较位于彼此最接近的第一像素列的像素信号的信号电平，并且

在所述第二像素列的像素信号被分别输出到所述第二信号输出线的情况下，所述参照信号生成单元同时向一对第二比较单元分别提供所述第一参照信号和所述第二参照信号，所述一对第二比较单元比较位于彼此最接近的第二像素列的像素信号的信号电平。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一参照信号的输出开始定时不同于所述第二参照信号的输出开始定时。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一参照信号的输出开始的信号电平不同于所述第二参照信号的输出开始的信号电平。

4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第二参照信号的变化率高于所述第一参照信号的变化率。

5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，在所述像素信号被读出到所述第一信号输出线和所述第二信号输出线时，将所述第二参照信号的变化率设定为高于所述第一参照信号的变化率，而在所述像素的复位电平被读出到所述第一信号输出线和所述第二信号输出线时，将所述第二参照信号的变化率与所述第一参照信号的变化率设定为彼此相等。

6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一参照信号的信号电平随着时间增大，而所述第二参照信号的信号电平随着时间减小。

7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一计数器和所述第二计数器中的各个响应于开始输出要由所述计数器比较的所述第一参照信号和所述第二参照信号中的相应的一个参照信号，来开始计数。

8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，

所述第一计数器和所述第二计数器中的各个由与所述第一参照信号对应的公共控制信号来控制，并且

所述图像传感器还包括校正单元，该校正单元被构造成将所述第二计数器的计数器值校正为与所述第二参照信号对应的计数器值。

9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述像素单元被布置在第一芯片中，所述模拟-数字转换器被布置在第二芯片中，并且所述第一芯片和所述第二芯片被叠置。

10.一种摄像装置，其包括权利要求1所限定的图像传感器。

11.一种蜂窝电话，其包括权利要求1所限定的图像传感器。