CN107113388B

CN107113388B - 固体摄像装置以及照相机

Info

Publication number: CN107113388B
Application number: CN201680004754.1A
Authority: CN
Inventors: 生熊诚; 角田学; 渡边研二; 芳贺显一; 加东胜
Original assignee: Panasonic Semiconductor Solutions Co Ltd
Current assignee: Nuvoton Technology Corp Japan
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2036-01-22
Also published as: JP6738286B2; WO2016121352A1; CN107113388A; US20170302869A1; US10194105B2; EP3253047A4; EP3253047B1; EP3253047A1; JPWO2016121352A1

Abstract

固体摄像装置(1)，具备：像素阵列部(10)，具有被配置为矩阵状的多个像素电路(3)；垂直信号线(19)，传播像素信号；列AD电路(25)，对来自垂直信号线(19)的像素信号进行AD转换；列切换电路(50)，插入在像素阵列部(10)与列AD电路(19)之间的垂直信号线(19)，对垂直信号线(19)与列AD电路(25)的连接进行切换；控制部(20)，按每个水平扫描期间使所述连接切换；以及复原电路(52)，将AD转换后的像素信号的排列顺序复原为，与像素阵列部(10)中的排列顺序对应。

Description

固体摄像装置以及照相机

技术领域

本公开涉及，固体摄像装置以及照相机。

背景技术

在列并联输出型的固体摄像装置中，同一列的信号由按每个列设置的同一处理电路AD(模数)转换。按每个列设置的处理电路的不均匀以及每个列的噪声实质上具有列相关性。会有这样的噪声以及不均匀，在图像中出现为纵线噪声的情况。

专利文献1提出一种固体摄像装置，具备：噪声附加部，向经由用于从像素阵列部读出像素信号的垂直信号线传输的像素信号中附加时间上不变且二维空间上不规则的噪声；以及AD变换部，将由噪声附加部附加了噪声的像素信号的基准电平和信号电平独立地转换为数字数据。据此，若在附加了时间上不变且二维空间上不规则的噪声的状态下，将基准电平和信号电平独立地转换为数字数据，则在两者的AD转换结果中也同样出现该噪声的效果。AD转换结果中包括二维空间上不规则的噪声，因此，不包括具有列相关性的噪声。

并且，非专利文件1提出一种固体摄像装置，在像素阵列与列处理电路(列采样保持电路以及列AD转换器)之间设置开关矩阵(Switching Matrix)，通过随机切换来减轻纵线噪声。

(现有技术文献)

(专利文献)

专利文献1：日本特开2008-60872号公报

(非专利文件)

非专利文件1：A CMOS Imager with Column-Level ADC Using Dynamic ColumnFPN Reduction,M.F.Snoeij,A.Theuwissen,K.Makinwa,J.H.Huijsing,ISSCC 2006/SESSION 27/IMAGE SENSORS/27.4

根据专利文献1所记载的固体摄像装置，能够向像素信号本身重叠噪声来抑制列相关性高的纵线噪声。然而，反而，像素复位信号与全列共同地连接，因此，同等的噪声共同地重叠于全列，因行相关性变高而导致发生随机横线噪声。并且，在低增益和高增益之间需要调整将要重叠的噪声量，需要按照AD转换增益阶段地控制该复位信号的解除时间。因此，需要包括像素内的晶体管的阈值以及像素阵列的寄生元件等的温度特性及电压特性的不均匀来预先设定为最佳值，非常难以进行调整，因此，优选的是，采用用于减少纵线噪声的其他的方法。

非专利文件1所记载的固体摄像装置，只能进行相邻的三个列的开关，因此，存在对于以三个列以上的周期发生的纵线噪声没有效果的问题。

发明内容

鉴于所述情况，本公开提供，抑制起因于具有列相关性的噪声以及不均匀的、图像中出现的纵线噪声的固体摄像装置以及照相机。

为了解决所述问题，本公开的实施方案之一涉及的固体摄像装置，具备：像素阵列部，具有被配置为矩阵状的多个像素电路；垂直信号线，按每个列而被设置，并且，传播从所述多个像素电路输出的像素信号；列AD电路，按每个列而被设置，并且，对来自所述垂直信号线的像素信号进行AD转换；列切换电路，插入在所述像素阵列部与所述列AD电路之间的所述垂直信号线，对像素阵列部中的像素电路的列与所述列AD电路的连接进行切换；控制部，按每个水平扫描期间使所述列切换电路对所述连接进行切换；以及复原电路，将由多个所述列AD电路AD转换后的信号的排列顺序复原为，与所述像素阵列部中的多个所述垂直信号线的排列顺序对应。

根据本公开的固体摄像装置以及照相机，能够抑制起因于具有列相关性的噪声以及不均匀的、图像中出现的纵线噪声。

附图说明

图1是示出实施例1涉及的固体摄像装置的结构例的框图。

图2是示出实施例1涉及的像素电路的一个例子的电路图。

图3是示出实施例1涉及的列切换电路的结构例的框图。

图4A是示出实施例1涉及的4输入4输出的单位切换电路的一个例子的框图。

图4B是示出实施例1涉及的4输入4输出的单位切换电路的切换逻辑的图。

图5A是示出实施例1涉及的2输入2输出的选择器的框图。

图5B是示出实施例1涉及的2输入2输出的选择器的输入输出逻辑表现图。

图5C是示出实施例1涉及的2输入2输出的选择器的具体例的电路图。

图6A是示出实施例1涉及的8输入8输出的单位切换电路的一个例子的框图。

图6B是示出实施例1涉及的8输入8输出的单位切换电路的切换逻辑的图。

图7是示出实施例1涉及的固体摄像装置的多个帧期间的工作例的时间图。

图8是示出实施例1涉及的固体摄像装置的一个水平扫描期间的工作例的时间图。

图9A是示出比较例涉及的图像的示意图。

图9B是示出实施例1涉及的图像的示意图。

图10是示出实施例2涉及的固体摄像装置的例子的结构的框图。

图11是示出实施例2涉及的加载电流源的一个例子的电路图。

图12是示出实施例2涉及的电压比较器的一个例子的电路图。

图13是示出实施例2涉及的比较器电流源的一个例子的电路图。

图14是示出实施例3涉及的固体摄像装置的结构例的框图。

图15是示出实施例4涉及的固体摄像装置的结构例的框图。

图16是示出照相机的结构例的框图。

具体实施方式

以下，对于用于实施本公开的形态涉及的固体摄像装置，参照附图进行说明。

但是，会有省略必要以上的详细说明的情况。

例如，会有省略已经周知的内容的详细说明以及对实质上相同的结构的重复说明的情况。这是，为了以下的说明中避免不必要的冗长，并且使本领域的技术人员容易理解而做的。而且，附图以及以下的说明是为了使本领域的技术人员充分地理解本公开而进行的，并不试图由它们限制权利要求书所记载的主题。

(实施例1)

首先，说明实施例1的固体摄像装置的概要。本实施例的固体摄像装置被构成为，对具有配置为矩阵状的多个像素电路(单位单元，单位像素单元)的像素阵列部中的像素电路的列、与按每个垂直信号线设置的列AD电路的列的对应关系进行切换，从而减少纵线噪声。

[固体摄像装置的结构例]

接着，利用附图说明实施例1的固体摄像装置的结构。

图1是示出实施例1涉及的固体摄像装置1的结构例的框图。该图示出的固体摄像装置1具备，像素阵列部10、水平扫描电路12、垂直扫描电路14、多个垂直信号线19、控制部20、列处理部26、参考信号生成部27、输出电路28、多个加载电流源30、列切换电路50、复原电路52、以及多个削波晶体管54。并且，固体摄像装置1具备，接受来自外部的主时钟信号的输入的MCLK端子、用于在与外部之间进行命令或数据的收发的DATA端子、以及用于向外部发送影像数据的D1端子等，除此以外，还具备被提供电源电压、接地电压的端子类。

像素阵列部10具有，被配置为矩阵状的多个像素电路3。在图1中，多个像素电路3被配置为n行m列。图2是示出像素电路3的电路例的图。在图2中，像素电路3具备，作为像素(受光部)的光电二极管PD、浮游扩散层FD、读出晶体管T10、复位晶体管T11、放大晶体管T12以及选择晶体管T13。

光电二极管PD是，进行光电转换的受光元件，生成与受光量对应的电荷。

浮游扩散层FD，暂时保持从光电二极管PD经由读出晶体管T10读出的电荷。

读出晶体管T10，根据读出控制线φTR的读出控制信号，从光电二极管PD向浮游扩散层FD读出(即传输)电荷。

复位晶体管T11，根据复位控制线φRS的复位控制信号，复位浮游扩散层FD的电荷。

放大晶体管T12，将浮游扩散层FD的电荷转换为电压并进行放大，将放大后的信号作为像素信号经由选择晶体管T13向垂直信号线19输出。

选择晶体管T13，根据选择控制线φSEL的选择控制信号，选择是否将放大晶体管的像素信号向垂直信号线输出。

而且，在图3中示出了，所谓1像素1单元结构的像素电路3的例子，但是，像素电路3也可以是，所谓多像素1单元结构。多像素1单元结构的像素电路3也可以是，例如，具有多个光电二极管PD，在单位单元内共享浮游扩散层FD、复位晶体管T11、放大晶体管T12以及选择晶体管T13任一个、或全部的结构。

图1的水平扫描电路12，依次对多个列AD电路内的存储器256进行扫描，从而将AD转换后的像素信号，经由水平信号线18向输出电路28输出。该扫描也可以，与列AD电路25的排列顺序相同。

垂直扫描电路14，以行为单位对像素阵列部10内的按像素电路3的每个行而被设置的水平扫描线组15(也称为行控制线组)进行扫描。据此，垂直扫描电路14，以行为单位选择像素电路3，使属于选择出的行的像素电路3向m条垂直信号线19同时输出像素信号。水平扫描线组15被设置的数量，与像素电路3的行相同。在图1中，设置n个水平扫描线组15(图1的V1，V2，···，Vn)。水平扫描线组15的每一个包括，复位控制线φRS、读出控制线φTR、选择控制线φSEL。

垂直信号线19，按像素阵列部10内的像素电路3的每个列而被设置，将来自属于选择出的行的像素电路3的像素信号向列AD电路25传播。在图1中，多个垂直信号线19，由m条垂直信号线H0至Hm构成。并且，列切换电路50插入在多个垂直信号线19。将垂直信号线19之中的列切换电路50的下游侧的部分、即列切换电路50与列AD电路25的负输入端子连接的部分称为ADC输入线40。在图1中，多个ADC输入线40，由m条ADC输入线ADIN0至ADINm构成。

控制部20，生成各种控制信号组，从而对固体摄像装置1整体进行控制。各种控制信号组中包括，控制信号组CN1、CN2、CN5、CN8、CN10、CN10、计数时钟CK0。例如，控制部20，经由端子5a接受主时钟MCLK，生成各种内部时钟，对水平扫描电路12以及垂直扫描电路14等进行控制。并且，控制部20具有切换控制电路51。切换控制电路51，对列切换电路50进行控制，以按每个水平扫描期间，对像素阵列部10的像素电路3的列与列AD电路25的一对一的连接进行切换。

列处理部26具备，按每个列而被设置的列AD电路25。各个列AD电路25，对来自垂直信号线19的像素信号进行AD转换。

列AD电路25的每一个具备，电压比较器252、计数器部254、以及存储器256。

电压比较器252，对来自垂直信号线19的模拟的像素信号、与参考信号生成部27生成的、包括三角波的参考信号RAMP进行比较，例如，在前者比后者大时使示出比较结果的输出信号反转。

计数器部254，对从参考信号RAMP中的三角波开始变化后到电压比较器252的输出信号反转为止的时间进行计数。按照模拟像素信号的值决定反转为止的时间，因此，计数值成为数字化后的像素信号的值。

存储器256，保持计数器部254的计数值即数字的像素信号。

参考信号生成部27，生成包括三角波的参考信号RAMP，向各个列AD电路25内的电压比较器252的正输入端子输出参考信号RAMP。

输出电路28，从复原电路52向影像数据端子D1输出数字的像素信号。

加载电流源30是，按每个垂直信号线19而被设置的、向垂直信号线19提供负载电流的负载电路。也就是说，加载电流源30，经由垂直信号线19向选择出的像素电路3内的放大晶体管提供负载电流，与该放大晶体管一起形成源极跟随电路。

列切换电路50，被插入到像素阵列部10与列AD电路25之间的垂直信号线19，对像素阵列部10中的像素电路3的列与列AD电路25的一对一的连接进行切换。该切换是，根据来自控制部20的控制信号组CN10进行的。由列切换电路50对像素阵列部中的像素电路的列、与列AD电路的对应关系进行切换，从而能够减少纵线噪声。进而，对于列切换电路50，利用图3进行说明。

图3是示出列切换电路50的结构例的框图。图3示出的列切换电路50具备，多个单位切换电路50a。

单位切换电路50a的每一个具有，N(N为4以上的整数)个输入端子以及N个输出端子。多个垂直信号线19(垂直信号线H0至Hm的m条)被分割为由N条垂直信号线19构成的小组，各个小组与一个单位切换电路50a对应。

单位切换电路50a的N个输入端子，与像素阵列部10侧的N条垂直信号线19连接。

单位切换电路50a的N个输出端子，与多个列AD电路25侧的N条垂直信号线19(即ADC输入线40)连接。

单位切换电路50a的每一个，根据来自控制部20的控制信号组CN10，对N个输入端子与N个输出端子的内部连接进行切换。

如此，多个(m条)垂直信号线19，按每N条被分割为小组，因此，与N条对应的单位切换电路的每一个，能够共享相同的控制信号组CN10。通过该共享，能够避免控制信号组CN10的条数过于增大。换而言之，若使N增大，则控制信号组CN10的控制信号线数增大，其布线面积也大幅度地增大。也就是说，N的大小(纵线噪声的减少效果)、与使控制信号组CN10的布线面积变小，处于折衷的关系。针对该折衷，若按照形成固体摄像装置1的半导体芯片的面积、以及像素电路的总数，适当地设定N，则能够得到纵线噪声的减少效果。

图1的复原电路52，将由多个列AD电路25进行AD转换后的信号的排列顺序复原为，与像素阵列部10中的多个垂直信号线19的排列顺序对应。该复原是，根据控制信号组CN10进行的。例如，复原电路52的电路结构为，根据控制部20内的切换控制电路51输出电路结构控制信号组CN10，将列切换电路50的输入和输出的关系完全反转，复原AD转换后的像素信号的排列顺序。例如，复原电路52，具有暂时存储因水平扫描电路12的扫描而从存储器256依次输出到水平信号线18上的、AD转换后的至少N个像素信号的缓存器，根据控制信号组CN10，变更缓存器的读出顺序，从而复原所述排列顺序。

削波晶体管54，按多个像素电路3的每个列而被设置，连接于列切换电路50与列AD电路25之间的垂直信号线19(即ADC输入线40)，向垂直信号线19提供削波电位，以在列切换电路50的切换时不使加载电流源30瞬间截止。其结果为，削波晶体管54，防止因列切换电路50的切换而在加载电流源30中会瞬间产生的截止以及接通，从而能够防止电源电压变动以及地电平的变动，减少噪声的发生。换而言之，削波晶体管54进行削波，以在列切换电路50切换时不使加载电流源30截止。这是因为，若加载电流源30瞬间截止，则导致像素阵列部10的电源以及GND过渡变动，从而成为噪声的主要原因。而且，适当地设定对栅极电压进行控制的偏置电压，从而能够设定为不使加载电流源30成为OFF。

[单位切换电路的结构例]

接着，对于单位切换电路50a的结构例，进行更具体的说明。

图4A是示出4输入4输出的单位切换电路50a的一个例子的框图。该图示出，图3示出的由单位切换电路50a的垂直信号线19的分组数N为4时的单位切换电路50a的结构例。

在图4A中，单位切换电路50a具备，具有两个输入端子和两个输出端子的K×L个选择器(图4A中K为2，L为2，分组数N为4)。K×L个选择器被配置为，N并联且L级。

第一级的K个选择器的输入端子，与像素阵列部10侧的N条(在此为4条)垂直信号线19连接。

最后级(即第L级)的K个选择器的输出端子，与列AD电路25侧的N条垂直信号线19(即ADC输入线40)连接。

第二级以后的选择器的每一个的两个输入端子，与前级的不同选择器的输出端子连接。

K×L个选择器，根据K×L个(在此为4个)控制信号C0至C3对两个输入端子与两个输出端子之间的内部连接进行切换。输入到单位切换电路50a的控制信号组CN10包括，控制信号C0至C3。

图4B是示出图4A示出的4输入4输出的单位切换电路50a的切换逻辑的图。如该图，控制信号C0至C3的逻辑值的组合有16种。如该图示出，与单位切换电路50a的输出侧的N(在此为4)条ADC输入线40连接的垂直信号线19的排列顺序，有16种。也就是说，该单位切换电路50a能够，按照控制信号C0至C3的逻辑值的组合，切换16种连接。

在逻辑上4输入的垂直信号线H0至H3的排列组合存在4！＝24种，但是，图4A的单位切换电路50a，能够切换24种之中的图4B示出的16种连接。

进而，说明选择器55的详细电路例。

图5A是示出2输入2输出的选择器55的框图。选择器55是，图4A的选择器S0至S3的每一个的例子。

图5B是示出2输入2输出的选择器55的输入输出逻辑的图。在控制信号Cm为0时，选择器55的输出OUT1、OUT2与IN1、IN2连接(称为直连接)，在控制信号Cm为1时，选择器55的输出OUT1、OUT2与IN2、IN1连接(称为交叉连接)。

图5C是示出2输入2输出的选择器的具体例的电路图。如图5C，选择器55具备，四个晶体管对以及反相器。将由PMOS型的晶体管T1p和NMOS型的晶体管T1n构成的晶体管对，称为第一晶体管对。同样，第二晶体管对，由晶体管T2p、T2n构成。第三晶体管对，由晶体管T3p、T3n构成。第四晶体管对，由晶体管T4p、T4n构成。

构成各个晶体管对的两个晶体管同时成为接通状态或截止状态。第一晶体管对，相对于第二晶体管对而排他地成为接通状态或截止状态。第三晶体管对，也相对于第四晶体管对而排他地成为接通状态或截止状态。

通过组合n×m个这样的选择器55，从而能够容易设计并制造单位切换电路50a。

[单位切换电路的其他的结构例]

接着，说明单位切换电路50a的其他的结构例。

图6A是示出8输入8输出的单位切换电路的一个例子的框图。

在图6A中，单位切换电路50a具备，具有两个输入端子和两个输出端子的K×L个选择器(图6A中K为4，L为3，分组数N为8)。K×L个选择器被配置为，K并联且L级。

第一级的K个选择器的输入端子，与像素阵列部10侧的N(在此为8)条垂直信号线连接。

K×L个选择器，根据K×L个(在此为12个)的控制信号C0至C11，对两个输入端子与两个输出端子之间的内部连接进行切换。输入到单位切换电路50a的控制信号组CN10包括，控制信号C0至C11。

图6B是示出图6A示出的8输入8输出的单位切换电路50a的切换逻辑的图。如该图，控制信号C0至C11的逻辑值的组合有2048种。与单位切换电路50a的输出侧的N(在此为8)条ADC输入线40连接的垂直信号线19的排列顺序，有2048种。也就是说，该单位切换电路50a能够，按照控制信号C0至C11的逻辑值的组合，对2048种的连接进行切换。

在逻辑上8输入的垂直信号线H0至H7的排列组合存在8！＝40320种，但是，图6A的单位切换电路50a能够切换40320种之中的2048种连接。

对于图3示出的单位切换电路50a的分组数N，为了完全除去列的相关性而想要增加N来成为广范围，但是，若成为广范围，则也导致控制信号组CN10的布线面积的增加。因此，需要选择能够同时实现的N。

作为单位切换电路50a的一个例子，例如，在图5A、图5B、图5C中示出了由组合多个PMOS晶体管和NMOS晶体管的模拟开关构成的选择器55。通过K×L个该选择器55的组合，在图4A、图4B中示出了N＝4的分组例，在图6A、图6B中示出了N＝8的分组例。通过组合K×L个这样的选择器55，从而能够容易设计并制造单位切换电路50a。

[固体摄像装置的工作]

对于如上构成的固体摄像装置1，以下说明其工作。

图7是示出固体摄像装置1的多个帧期间的工作例的时间图。在该图中，示意性地示出从第k帧到第k+2帧的参考信号RAMP的波形。一个帧，由与从像素电路3的第1行到第n行对应的n个水平扫描期间(该图中的1H的期间)构成。并且，图8是示出固体摄像装置1的一个水平扫描期间的工作例的时间图。

在一个水平扫描期间的每一个中，参考信号RAMP，在图7、图8的递减计数期间以及递增计数期间的每一个成为三角波。

递减计数期间是，用于对从放大晶体管T12输出的示出复位成分Vrst的电平的第一像素信号进行AD转换的期间。计数器部254，对从递减计数期间的开始(三角波的变化开始)到电压比较器252的输出反转为止的时间进行递减计数。该计数值是模拟的复位成分Vrst的AD转换结果本身。

递增计数期间是，用于对从放大晶体管T12输出的示出数据成分(信号成分Vsig+复位成分Vrst)的电平的第二像素信号进行AD转换的期间。计数器部254，对从递增计数期间的开始(三角波的变化开始)到电压比较器252的输出反转为止的时间进行递增计数。该递增计数，将模拟的数据成分(Vsig+Vrst)转换为数字值。该递增计数，将示出复位成分Vrst的递减计数值作为初始值，因此，递增计数期间的结束时的计数值表示，从数据成分中减去复位成分Vrst的CDS(Correlated Double Sampling：相关双采样)的结果。也就是说，递增计数期间的结束时的计数值是，表示信号成分Vsig的计数值本身。如此，列AD电路25，排除成为误差的各个列的时钟偏斜以及计数延迟等的不均匀，仅提取真正的信号成分Vsig，即，进行数字CDS。

对n行依次进行这样的一个水平扫描期间的工作，从而获得一个帧的图像。

在图8中，按每个水平扫描期间变更控制信号组CN10。更详细而言，控制信号组CN10，在水平扫描期间各自的开始时(时刻t4)被变更，在一个水平期间内维持相同的逻辑值。而且，控制信号组CN10的变更是，在一个水平期间内的AD转换之前即可。

通过控制信号组CN10的变更，能够按由垂直扫描电路14扫描的每个行，对像素阵列部10中的像素电路3的列与列AD电路25的列的一对一的连接进行切换，能够减少具有列相关性的噪声以及不均匀。并且，对于控制信号组CN10的逻辑值，由于在一个水平扫描期间内被维持，因此，不给CDS中的第一次的第一像素信号的检测以及第二次的第二像素信号的检测带来基于切换的影响。

在此，对于基于列切换电路50的切换的、具有列相关性的噪声以及不均匀的减少，进行更详细说明。

作为发生所述的纵线噪声的主要原因的第一点是，电压比较器252的反转速度的列间的不均匀，第二点是，垂直信号线19的响应速度的列间的不均匀。

对于作为主要原因的第一点的电压比较器252的反转速度的列间的不均匀，通过列切换电路50，每当AD转换之前，对像素阵列部10内的像素电路3的列、与对应的列AD电路25的连接进行切换。

其结果为，相同的噪声不重叠于同一列的像素信号，而重叠于不同列的像素信号。其结果为，消去列相关性，AD转换后的图像中出现的纵线噪声减轻。

对于第二点的垂直信号线19的响应速度的列间的不均匀，主要，因加载电流源30的电流值的不均匀而发生。也就是说，因此，通过列切换电路50，每当AD转换之前，对像素阵列部10内的像素电路3的列、与对应的加载电流源30的连接进行切换。

这是，图8的一个水平扫描期间短，据此，示出垂直信号线19的响应时间的递减计数前的定时t4至t10的时间、和递增计数前的定时t16至t20的时间短，作为第二点的问题的垂直信号线19的响应速度的列间的不均匀成为问题时有效的。

并且，消去作为与专利文献1有关的问题的行相关性，随机横线噪声也不会发生。

并且，列切换电路50的控制是，根据控制部20内的切换控制电路51执行的。在AD转换后的图像中，为了将任何固定模式都排除，而优选的是，以随机数控制列切换电路50的切换。实际上，对于该随机数的周期性，若是数帧×行数，则在图像印象上没有不协调感。

列切换电路50，在按每个水平扫描期间进行AD转换之前，例如，以控制信号组CN10在定时t4对连接进行切换。而且，也可以按每个水平扫描期间进行AD转换之后，以控制信号组CN10在定时t28解除列切换电路50。如此，列切换电路50按每个水平扫描期间对连接进行切换。

对于基于这样的列切换电路50的切换的纵线噪声的减少，利用图9A、图9B进行说明。

图9A是示出比较例涉及的图像的示意图。该图示意性地示出，在不进行基于列切换电路50的连接的切换的情况下，拍摄了亮度以及颜色均匀的被摄体的图像。在不进行基于列切换电路50的切换的情况下，计数器部254中以递增计数进行AD转换后的值和以递减计数进行AD转换后的值，具有列相关性，从作为信号成分的递增计数值中减去递减计数值的值，也具有列相关性。其结果为，会产生图9A那样的纵线噪声。

图9B是示出本实施例涉及的图像的示意图。该图示意性地示出，在进行基于列切换电路50的每个水平扫描期间的连接的切换的情况下，拍摄了亮度以及颜色均匀的被摄体的图像。在本实施例中，垂直信号线19和列AD电路25的对应关系，按每个行不同。其结果为，如图9B，AD转换后的图像中的纵线噪声减少。

如上所述，在实施例1中，在像素阵列部10与列AD电路25之间的垂直信号线19设置列切换电路50，从而能够减少纵线噪声。

而且，复原电路52也可以，不是具有暂时存储AD转换后的像素信号的至少N个的缓存器的结构。

例如，水平扫描电路12也可以兼用作复原电路52。在此情况下，水平扫描电路12也可以，根据控制信号组CN10对存储器256的扫描顺序进行切换，从而复原像素信号的排列顺序。

并且，例如，复原电路52也可以，具有与列切换电路50同样的电路结构，被插入在多个存储器256的输出线、与水平信号线18之间。在此情况下，复原电路52，根据控制信号组CN10，进行与由列切换电路50的切换相反的切换即可。

如上说明，实施例1的固体摄像装置1，具备：像素阵列部10，具有被配置为矩阵状的多个像素电路3；垂直信号线19，按每个列而被设置，并且，传播从多个像素电路3输出的像素信号；列AD电路25，按每个列而被设置，并且，对来自垂直信号线19的像素信号进行AD转换；列切换电路50，插入在像素阵列部10与列AD电路25之间的垂直信号线19，对像素阵列部10中的像素电路3的列与列AD电路25的连接进行切换；控制部20，按每个水平扫描期间使列切换电路50对连接进行切换；以及复原电路52，将由多个列AD电路25AD转换后的信号的排列顺序复原为，与像素阵列部10中的多个垂直信号线19的排列顺序对应。

根据该结构，对像素阵列部10中的像素电路3的列、与列AD电路25的对应关系进行切换，从而能够减少纵线噪声。

在此，也可以是，固体摄像装置1具备，按每个列而被设置，连接于列切换电路50与列AD电路25之间的垂直信号线19，并且，向垂直信号线19提供负载电流的加载电流源30。

根据该结构，对像素阵列部10中的像素电路3的列、与加载电流源30以及列AD电路25的对应关系进行切换，从而能够减少纵线噪声。

在此，也可以是，固体摄像装置1具备，按每个列而被设置，连接于列切换电路50与列AD电路25之间的垂直信号线19，并且，向垂直信号线19提供削波电流，以在列切换电路50的切换时不使加载电流源30截止的削波晶体管54。

根据该结构，通过防止因列切换电路50的切换而会产生的电源电压变动以及地电平的变动，从而能够减少噪声的发生。

在此，也可以是，列切换电路50具备多个单位切换电路50a，单位切换电路50a具有N(N为4以上的整数)个输入端子和N个输出端子，单位切换电路50a的N个输入端子，与像素阵列部10侧的N条垂直信号线19连接，单位切换电路50a的N个输出端子，与多个列AD电路25侧的N条垂直信号线连接，多个单位切换电路50a的每一个，根据来自控制部20的第一控制信号组，对N个输入端子与N个输出端子的内部连接进行切换。

根据该结构，多个(m条)垂直信号线19，按每N条被分割为小组，因此，与N条对应的单位切换电路50a的每一个，能够共享相同的控制信号组CN10。并且，若使N增大，则控制信号组CN10的控制信号线数增大，其布线面积也大幅度地增大，N的大小(纵线噪声的减少效果)、与使控制信号组CN10的布线面积变小，处于折衷的关系。若按照形成固体摄像装置1的半导体芯片的面积、以及像素电路的总数，适当地设定N，则能够充分得到纵线噪声的减少效果。

在此，也可以是，单位切换电路50a的每一个具备K×L个(K为2以上的整数，L为2以上的整数，N为2×K)选择器，该选择器具有两个输入端子和两个输出端子，K×L个选择器被配置为，K并联且L级，第一级的K个选择器的输入端子，与像素阵列部10侧的N条垂直信号线19连接，最后级的K个选择器的输出端子，与多个列AD电路25侧的N条垂直信号线19连接，第二级以后的选择器各自的两个输入端子，与前级的不同的选择器的输出端子连接，K×L个选择器，根据K×L个控制信号，对两个输入端子与两个输出端子之间的内部连接进行切换，第一控制信号组包括，K×L个控制信号。

根据该结构，能够通过K×L个选择器的组合容易设计并制造单位切换电路50a。

在此，也可以是，控制部20具备，以伪随机数生成第一控制信号组的伪随机数发生电路53。

根据该结构，能够提高纵线噪声的减少效果。

在此，也可以是，固体摄像装置1包括，对多个列AD电路25进行扫描，从而使多个列AD电路25依次输出AD转换后的像素信号的水平扫描电路12，复原电路52包括，暂时存储依次输出的AD转换后的像素信号的至少N个的缓存器，复原电路根据第一控制信号组，变更缓存器的读出顺序，从而复原排列顺序。

(实施例2)

在实施例2中，不仅实施例1，还说明降低列间的相关性的固体摄像装置。

如上所述，对于发生纵线噪声的原因，作为主要原因的第一点是，电压比较器252的反转速度的列间的不均匀，第二点是，垂直信号线19的响应速度的列间的不均匀。

对于起因于作为主要原因的第一点的、电压比较器252的反转速度的列间的不均匀的纵线噪声的进一步的减少，进行说明。本实施例涉及的固体摄像装置，电压比较器252具有，能够切换电流特性的比较器电流源。据此，能够减少电压比较器252的反转速度的列间的不均匀。

对于起因于作为第二点的、垂直信号线19的响应速度的列间的不均匀的纵线噪声的进一步的减少，进行说明。本实施例涉及的固体摄像装置具有，能够切换电流特性的加载电流源30。据此，能够减少垂直信号线19的响应速度的列间的不均匀。

以下，利用附图说明实施例2的固体摄像装置的结构。

图10是示出实施例2涉及的固体摄像装置1的结构例的框图。该图的固体摄像装置1，与图1相比，不同之处是，能够切换加载电流源30的电流特性，能够切换电压比较器252内的比较器电流源的电流特性，以及控制部20中追加了伪随机数发生电路53。以下，以不同之处为中心进行说明。

[加载电流源的结构例]

首先，说明能够切换电流特性的加载电流源30。

图11是示出实施例2涉及的多个加载电流源30的一个例子的电路图。固体摄像装置1具有，与垂直信号线19相同数量的m个加载电流源30。该图示出，m个加载电流源30之中的一部分的加载电流源30、以及加载基准电流源30a。

加载基准电流源30a是，成为与各个加载电流源30构成电流镜的基准的电流源。该图示出，所有的加载电流源30共同的一个加载基准电流源30a，但是，也可以设置加载电流源30的几个共同的多个加载基准电流源30a。

如该图，多个(m个)加载电流源30被分割为，多个电流源组30g。

电流源组30g的每一个，由s+1个(s为1以上的整数)加载电流源30构成。

加载电流源(30)的每一个具备，t+2个(t为0以上的整数)晶体管、以及t+1个开关。

t+2个晶体管，在垂直信号线19与接地线之间进行共源共栅连接。

t+1个开关，连接于t+2个晶体管之中的t+1个晶体管的漏极源极间。

加载电流源30的每一个能够，通过t+1个开关的接通或截止的组合来变更电流镜的磁镜比，即，能够切换电流特性(包括电流值)。

从控制部20，由(s+1)×(t+1)个开关控制信号构成的控制信号组CN11输入到多个电流源组30g的每一个。(s+1)×(t+1)个开关控制信号，被提供到各个电流源组30g内的(s+1)×(t+1)个开关。控制信号组CN11，由伪随机数发生电路53，在按每个水平扫描期间进行AD转换之前被变更。如此，控制部20，随机决定(s+1)×(t+1)个开关控制信号的逻辑值，从而按每个水平扫描期间对加载电流源30的电流特性进行切换。据此，能够减少垂直信号线19的响应速度的列间的不均匀。

并且，多个(m个)加载电流源30，被分组为由每s+1个加载电流源30构成的电流源组30g，因此，电流源组30g的每一个，能够共享相同的控制信号组CN11。通过该共享，能够避免控制信号组CN11的条数过于增大。更详细而言，若使电流源组30g内的加载电流源30的个数(s+1)以及加载电流源30内的开关的个数(t+1)增大，控制信号组CN11的控制信号线数则增大，其布线面积也大幅度地增大。也就是说，(s+1)以及(t+1)的大小(垂直信号线19的响应速度的不均匀的减少效果)、与使控制信号组CN11的布线面积变小，处于折衷的关系。针对该折衷，若按照固体摄像装置1被形成的半导体芯片的面积、以及像素电路的总数，适当地设定(s+1)以及(t+1)，则能够获得纵线噪声的减少效果。

[比较器电流源的结构例]

接着，说明具有能够切换电流特性的比较器电流源的电压比较器252。

图12是示出实施例2涉及的电压比较器252的一个例子的电路图。该图的电压比较器252具备，输入电容元件C1、C2、差动电路252a、输出电路252b、比较器电流源253。

来自垂直信号线19的模拟像素信号输入到输入电容元件C1。参考信号RAMP输入到输入电容元件C2。

差动电路252a具备，四个晶体管T21至T24。来自垂直信号线19的模拟像素信号，经由输入电容元件C1输入到晶体管T21的栅极端子。参考信号RAMP，经由输入电容元件C2输入到晶体管T22的栅极端子。进而，在差动电路252a，添加有用于复位输入电容元件C1、C2的开关SW1、SW2。

比较器电流源253，与差动电路252a的晶体管T21、T22的源极端子连接。比较器电流源253，能够切换电流特性，由控制部20，按每个水平扫描期间随机切换电流特性。

图13是示出实施例2涉及的比较器电流源的一个例子的电路图。固体摄像装置1具有，与垂直信号线19的数量相同的m个比较器电流源253。该图示出，m个比较器电流源253之中的一部分的比较器电流源253、以及比较器基准电流源253a。

比较器基准电流源253a是，成为与各个比较器电流源253构成电流镜的基准的电流源。该图示出，所有的比较器电流源253共同的一个比较器基准电流源253a，但是，也可以设置比较器电流源253的几个共同的多个比较器基准电流源253a。

如该图，多个(m个)比较器电流源253，被分割为多个电流源组253g。

电流源组253g的每一个，由u+1个(u为1以上的整数)比较器电流源253构成。

比较器电流源253的每一个具备，v+2个(v为0以上的整数)晶体管、以及v+1个开关。

v+2个晶体管，在差动电路252a与接地线之间进行共源共栅连接。

v+1个开关，连接于v+2个晶体管之中的v+1个晶体管的漏极源极间。该v+1个开关，由从控制部20输出的(u+1)×(v+1)个开关控制信号所构成的控制信号组CN12控制。

根据这样的结构，加载电流源30的每一个能够，通过v+1个开关的接通或截止的组合来变更电流镜的磁镜比，即，能够切换电流特性(包括电流值)。

(u+1)×(v+1)个开关控制信号，被提供到各个电流源组253g内的(u+1)×(v+1)个开关。控制部20，随机决定(u+1)×(v+1)个开关控制信号的逻辑值，从而按每个水平扫描期间切换电流特性。

如上所述，实施例2的固体摄像装置1，与实施例1相比，能够进一步减少电压比较器252的反转速度的列间的不均匀。并且，能够减少垂直信号线19的响应速度的列间的不均匀。

并且，多个(m个)比较器电流源253，被分组为由每个u+1个比较器电流源253构成的电流源组253g，因此，电流源组253g的每一个，能够共享相同的控制信号组CN12。通过该共享，能够避免控制信号组CN12的条数过于增大。更详细而言，若使电流源组253g内的比较器电流源253的个数(u+1)以及比较器电流源253内的开关的个数(v+1)增大，控制信号组CN12的控制信号线数则增大，其布线面积也大幅度地增大。也就是说，(u+1)以及(v+1)的大小(电压比较器252的响应速度的不均匀的减少效果)、与使控制信号组CN12的布线面积变小，处于折衷的关系。针对该折衷，若按照固体摄像装置1被形成的半导体芯片的面积、以及像素电路的总数，适当地设定(u+1)以及(v+1)，则能够获得纵线噪声的减少效果。

如上说明，在本实施例的固体摄像装置中，列AD电路25，包括：电压比较器252，对来自垂直信号线19的像素信号、与具有三角波的参考信号RAMP进行比较；以及计数器部254，根据电压比较器252的输出反转，将来自垂直信号线19的像素信号转换为数字值，电压比较器252，包括：差动电路252a，供输入像素信号和参考信号RAMP；以及比较器电流源253，与差动电路连接，比较器电流源253，能够切换电流特性，控制部20，按每个水平扫描期间，随机地对多个列AD电路25中的多个比较器电流源253的电流特性进行切换。

根据该结构，通过比较器电流源的电流特性的随机切换，能够进一步减少列间的相关性。

在此，也可以是，比较器电流源253，包括：v+2个(v为0以上的整数)晶体管，在差动电路252a与接地线之间进行共源共栅连接；以及v+1个开关，连接于v+2个晶体管之中的v+1个晶体管的漏极与源极之间，多个比较器电流源253被分割为，多个电流源组253g，多个电流源组253g的每一个，由u+1个(u为1以上的整数)比较器电流源253构成，控制部20，向多个电流源组253g的每一个，输出由(u+1)×(v+1)个开关控制信号构成的控制信号组CN12，(u+1)×(v+1)个开关控制信号，被提供到各个电流源组253g内的(u+1)×(v+1)个开关，控制部20，随机决定(u+1)×(v+1)个开关控制信号的逻辑值，从而按每个水平扫描期间对电流特性进行切换。

根据该结构，能够容易设计并制造能够切换电流特性的比较器电流源。

在此，也可以是，多个加载电流源30，能够切换电流特性，控制部20，按每个水平扫描期间，随机地对多个加载电流源的电流特性进行切换。

根据该结构，通过加载电流源的电流特性的随机切换，能够进一步减少列间的相关性。

在此，也可以是，加载电流源30包括：t+2个(t为0以上的整数)晶体管，在垂直信号线19与接地线之间进行共源共栅连接；以及t+1个开关，连接于t+2个晶体管之中的t+1个晶体管的漏极与源极之间，多个加载电流源30被分割为，多个电流源组30g，多个电流源组30g的每一个，由s+1个(s为1以上的整)加载电流源30构成，控制部20，向多个电流源组30g的每一个，输出由(s+1)×(t+1)个开关控制信号构成的控制信号组CN11，(s+1)×(t+1)个开关控制信号，被提供到各个电流源组30g内的(s+1)×(t+1)个开关，控制部(20)，随机决定(s+1)×(t+1)个开关的控制信号的逻辑值，从而按每个水平扫描期间对电流特性进行切换。

根据该结构，能够容易设计并制造能够切换电流特性的加载电流源。

(实施例3)

实施例3中说明，与实施例1相比，改善作为主要原因的第一点的、电压比较器252的反转速度的列间的不均匀的固体摄像装置。

以下，利用附图说明实施例3的固体摄像装置的结构。

图14是示出实施例3涉及的固体摄像装置1的结构例的框图。该图的固体摄像装置1，与图1相比，不同之处是，垂直信号线19中的加载电流源30的连接位置为，比列切换电路50更靠近上游侧，以及删除了削波晶体管54。以下，以不同之处为中心进行说明。

加载电流源30，按每个列而被设置，连接于像素阵列部10与列切换电路50之间的垂直信号线19。

并且，删除了削波晶体管54。这是因为，加载电流源30也不会瞬间截止，像素阵列部10的电源以及GND不会过渡变动，不会成为噪声的主要原因的缘故。

根据该固体摄像装置1，对像素阵列部10的像素电路3以及加载电流源30的列、与列AD电路25的对应关系进行切换，从而能够减少纵线噪声。

并且，本实施例的固体摄像装置1是，在图7的时间图中一个水平扫描期间比较长的情况下，示出垂直信号线19的响应时间的递减计数前的定时t4至t10为止的时间、以及递增计数前的定时t16至t20为止的时间长，作为第二点的问题的、垂直信号线19的响应速度的列间的不均匀不会成为问题时有效的。

这是因为，可以认为即使因加载电流源30的电流值的不均匀，而在垂直信号线19的收敛时间中多少发生不均匀，若充分地确保所述定时，则不发生不均匀的缘故。

如上说明，本实施例的固体摄像装置1具备，连接于像素阵列部10与列切换电路50之间的垂直信号线19、且向垂直信号线19提供负载电流的、按每个列而被设置的加载电流源30。

而且，在实施例3的固体摄像装置1中也可以，代替不能切换电流特性的加载电流源30，而具备实施例2的能够切换电流特性的加载电流源30。

(实施例4)

在实施例4中，不仅实施例3，还说明降低列间的相关性的固体摄像装置。也就是说，改善作为主要原因的第一点的、电压比较器252的反转速度的列间的不均匀的固体摄像装置1。

以下，利用附图说明实施例4的固体摄像装置的结构。

图15是示出实施例4涉及的固体摄像装置1的结构例的框图。该图的固体摄像装置1，与图14相比，不同之处是，电压比较器252内的比较器电流源能够切换电流特性。以下，以不同之处为中心进行说明。

图15的电压比较器252的结构，与图12同样。电压比较器252内的比较器电流源253的结构，与图13同样。

据此，与实施例3相比，能够进一步减少作为主要原因的第一点的、电压比较器252的反转速度的列间的不均匀。并且，在图15的固体摄像装置1中，与实施例2相比不需要图2所记载的加载电流源30的电流值的切换，因此，不需要控制信号组CN11中的共计(s+1)×(t+1)个控制信号L00至Lst的布线空间。

而且，所述的各个实施例中说明的固体摄像装置1，用于照相机。图16是示出照相机的结构例的框图。该图的照相机具备，固体摄像装置1、透镜61、信号处理部63、以及系统控制器64。

并且，在固体摄像装置1中，像素电路3，被形成在半导体基板的表面、即与形成有晶体管的栅极端子以及布线的面相同的面侧，但是，也可以采用像素电路3，被形成在半导体基板的背面、即相对于形成有晶体管的栅极端子以及布线而背面侧的所谓背面照射型图像传感器(背面照射型固体摄像装置)的结构。

以上，说明了示例性的各个实施例，但是，本申请的权利要求书，不仅限于这些实施例。本领域的技术人员会容易理解，在不脱离附上的权利要求书所记载的主题的新的指教以及优点的范围内，可以对所述各个实施例中实施各种变形，也可以任意组合所述各个实施例的构成要素来获得其他的实施例。因此，这些变形例以及其他的实施例也包含在本公开中。

本公开，能够适当地用于固体摄像装置以及照相机。

符号说明

1 固体摄像装置

3 像素电路

10 像素阵列部

12 水平扫描电路

14 垂直扫描电路

15 水平扫描线组

18 水平信号线

19 垂直信号线

20 控制部

25 列AD电路

26 列处理部

27 参考信号生成部

28 输出电路

30 加载电流源

30a 加载基准电流源

30g 电流源组

40 ADC输入线

50 列切换电路

50a 单位切换电路

51 切换控制电路

52 复原电路

53 伪随机数发生电路

54 削波晶体管

55 选择器

252 电压比较器

252a 差动电路

252b 输出电路

253 比较器电流源

253a 比较器基准电流源

253g 电流源组

254 计数器部

256 存储器

FD 浮游扩散层

PD 光电二极管

T10 读出晶体管

T11 复位晶体管

T12 放大晶体管

T13 选择晶体管

CN10、CN11、CN12 控制信号组

MCLK 主时钟

RAMP 参考信号

Claims

1.一种固体摄像装置，具备：

像素阵列部，具有被配置为矩阵状的多个像素电路；

垂直信号线，按每个列而被设置，并且，传播从多个所述像素电路输出的像素信号；

列AD电路，按每个列而被设置，并且，对来自所述垂直信号线的所述像素信号进行AD转换；

列切换电路，插入在所述像素阵列部与所述列AD电路之间的所述垂直信号线，对所述像素阵列部中的所述像素电路的列与所述列AD电路的连接进行切换；

控制部，按每个水平扫描期间使所述列切换电路对所述连接进行切换；

水平扫描电路，对多个所述列AD电路进行扫描；以及

复原电路，将由所述水平扫描电路依次输出的AD转换后的所述像素信号的排列顺序复原为，与所述像素阵列部中的多个所述垂直信号线的排列顺序对应，

所述列切换电路具备多个单位切换电路，该单位切换电路具有N个输入端子和N个输出端子，

所述单位切换电路的N个输入端子，与所述像素阵列部侧的N条垂直信号线连接，

所述单位切换电路的N个输出端子，与多个所述列AD电路侧的N条垂直信号线连接，

多个所述单位切换电路的每一个，根据来自所述控制部的第一控制信号组，对N个输入端子与N个输出端子的内部连接进行切换，其中，N为4以上的整数，

所述单位切换电路的每一个具备K×L个选择器，该选择器具有两个输入端子和两个输出端子，

所述K×L个选择器被配置为，K并联且L级，

第一级的所述K个选择器的输入端子，与所述像素阵列部侧的N条垂直信号线连接，

最后级的所述K个选择器的输出端子，与多个所述列AD电路侧的N条垂直信号线连接，

第二级以后的选择器各自的两个输入端子，与前级的不同的选择器的输出端子连接，

所述K×L个选择器，根据K×L个控制信号，对两个输入端子与两个输出端子之间的内部连接进行切换，

所述第一控制信号组包括，所述K×L个所述控制信号，其中，K为2以上的整数，L为2以上的整数，所述N为2×K。

2.如权利要求1所述的固体摄像装置，

所述固体摄像装置，具备加载电流源，

所述加载电流源，按每个列而被设置，连接于所述像素阵列部与所述列切换电路之间的所述垂直信号线，并且，向所述垂直信号线提供负载电流。

3.如权利要求1所述的固体摄像装置，

所述固体摄像装置，具备加载电流源，

所述加载电流源，按每个列而被设置，连接于所述列切换电路与所述列AD电路之间的所述垂直信号线，并且，向所述垂直信号线提供负载电流。

4.如权利要求3所述的固体摄像装置，

所述固体摄像装置，具备削波晶体管，

所述削波晶体管，按每个列而被设置，连接于所述列切换电路与所述列AD电路之间的所述垂直信号线，并且，向所述垂直信号线提供削波电流，以在所述列切换电路的切换时不使所述加载电流源截止。

5.如权利要求1所述的固体摄像装置，

所述列AD电路，包括：

电压比较器，对来自所述垂直信号线的所述像素信号、与具有三角波的参考信号进行比较；以及

计数器部，根据所述电压比较器的输出反转，将来自所述垂直信号线的所述像素信号转换为数字值，

所述电压比较器，包括：

差动电路，供输入所述像素信号和所述参考信号；以及

比较器电流源，与所述差动电路连接，

所述比较器电流源，能够切换电流特性，

所述控制部，按每个水平扫描期间，随机地对所述电流特性进行切换。

6.如权利要求3所述的固体摄像装置，

多个所述加载电流源，能够切换电流特性，

7.如权利要求1所述的固体摄像装置，

所述复原电路包括，暂时存储依次输出的AD转换后的所述像素信号的至少N个的缓存器，所述复原电路根据所述第一控制信号组，变更所述缓存器的读出顺序，从而复原AD转换后的所述像素信号的所述排列顺序。

8.一种照相机，

具备权利要求1至7的任一项所述的固体摄像装置。