TWI424743B - 固態成像器件，驅動固態成像器件之方法，及成像裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種固態成像器件，一種驅動一固態成像器件的方法，以及一種成像裝置；且更特定言之，係關於一種固態成像器件，一種驅動一固態成像器件的方法，以及一種在類比至數位轉換一像素信號時在一參考信號中設定一偏移的成像裝置。
本申請案包括揭示於2009年8月7日向日本專利局申請的日本優先權專利申請案JP 2009-184204中的相關標的，該案之全文以引用的方式併入本文中。
固態成像器件諸如電荷耦合器件(CCD)或互補式金屬氧化物半導體(CMOS)已在各種用途中使用。適用於更高速度成像之CMOS類型固態成像器件已吸引人們的注意且吾人已提出CMOS類型固態成像器件的多種架構。
此處，在CMOS類型固態成像器件之像素信號係轉換成數位信號的類比至數位轉換中，採用一種藉由一比較器而使作為參考信號之兩種斜率信號與該等像素信號作比較的雙斜率類型行ADC系統(例如，參看JP-A-2008-187565及JP-A-2008-193373)。
在採用雙斜率類型行ADC系統的CMOS類型固態成像器件中，輸出自參考信號產生單元之參考信號之一自動歸零時段之一基底信號的振幅、一P相位時段中之一斜率的振幅、一D相位時段中之一斜率的振幅係在類比增益調整中改變。該類比增益係與該等參考信號之振幅互成反比且該等振幅之比係恆定的。
但是，在採用雙斜率類型行ADC系統的CMOS類型固態成像器件中，高增益中白點顯現及垂直線顯現與低增益中黑點顯現之間之取捨關係成為一個問題。
亦即，因為自動歸零時段中之偏移振幅被設定成大於P相位時段中的斜率振幅而造成在高增益中顯現一白點，且因此存在歸因於像素之特性之不均而未產生其中P相位斜率中比較器之反轉的像素。
另一方面，因為當提高增益時為避免白點之顯現而減少自動歸零時段中之基底信號的振幅，故此造成垂直線之顯現，且比較器之反轉狀態嚴重受影響。
因為在高增益中自動歸零時基底信號之振幅與P相位斜率之振幅之間之差由於增益被降低而大於必需，故此在低增益造成黑點之顯現。
因此，期望在採用一雙斜率類型行ADC系統之一固態成像器件中抑制垂直線且抑制白點及黑點。
根據本發明之一實施例，提供一種固態成像器件，該固態成像器件包含：配置有複數個光電轉換元件之一像素單元；一比較單元，其比較一參考信號與由該像素單元之該光電轉換元件獲取的一信號；產生該參考信號之一參考信號產生單元；一計數單元，其在藉由該比較單元而反轉該像素信號與該參考信號的相對量值時計數一時間量；及一偏移設定單元，其在由該參考信號產生單元產生之該參考信號中設定一偏移。
根據此組態，由於在該比較單元中使用之參考信號中設定偏移，故此光電轉換元件中之信號變動可由偏移量來吸收，藉此造成該比較單元精確地反轉信號。
此處，參考信號之實例包含：在該像素單元之非發信號時間上的一基底信號、用於計數對應於該非發信號之該時間量的一第一斜率信號(P相位斜率信號)，以及用於計數對應於像素信號的該時間量的一第二斜率信號(D相位斜率信號)。
在該組態中，偏移係設定於來自參考信號的基底信號中，或該偏移係設定於該第一斜率信號與該第二斜率信號中，或該偏移係設定於該基底信號、該第一斜率信號及該第二斜率信號之所有者中。相應地，即使當該等斜率信號之動態範圍改變時，仍可抑制基於其等之垂直線、白點及黑點的產生。
根據本發明之另一實施例，提供一種驅動具有下列項之一固態成像器件的方法：一比較單元，其比較一參考信號與由一像素單元獲取的一信號；產生該參考信號之一參考信號產生單元；及一計數單元，其在該像素信號與該參考信號的相對量值係藉由該比較單元而反轉時計數一時間量；該方法包括在由該參考信號產生單元產生之該參考信號中設定一偏移的一步驟。
根據本發明之另一實施例，提供一種成像設備，該成像設備包含：從一主體之一影像獲取一影像信號的一固態成像器件及處理由該固態成像器件獲取之該信號的一信號處理器；其中該固態成像器件包含：配置有複數個光電轉換元件之一像素單元；一比較單元，其比較一參考信號與由該像素單元之該光電轉換元件獲取的一信號；產生該參考信號之一參考信號產生單元；一計數單元，其在該像素信號與該參考信號的相對量值係藉由該比較單元而反轉時計數一時間量；及一偏移設定單元，其在由該參考信號產生單元產生之該參考信號中設定一偏移。
根據此組態，由於在該比較單元中使用之參考信號中設定偏移，故此光電轉換元件中之信號變動可由偏移量來吸收，藉此造成該比較單元精確地反轉信號。
根據本發明之諸實施例，可在一固態成像器件中抑制垂直線、白點及黑點。
在下文中，將描述用於實施本發明的模式(下文稱為「實施例」)。將依下列次序予以說明。
1. 固態成像器件之組態(整體組態、DAC之組態)
2. 雙斜率類型行ADC系統(時序圖、類比增益、高增益中之垂直線、高增益中之白點、較大光强度中之黑點)
3. 驅動固態成像器件之方法(自動歸零基底信號中之偏移、P相位斜率信號與D相位斜率信號中之偏移、基底信號及P相位斜率信號及D相位斜率信號中之偏移、多種參考信號中之偏移)
4. 偏移之適應性設定
5. 設定偏移之特定程序
6. 成像設備之組態
圖1係繪示根據本發明之一實施例之一固態成像器件1之組態的一方塊圖。亦即，根據該實施例之固態成像器件1包含一像素單元10，該像素單元10中配置有複數個光電轉換元件12；一比較器(比較單元)16，該比較器16比較其值似階梯般改變的一斜率信號(參考信號)與由該像素單元10之光電轉換元件12獲取的一信號；以及產生該斜率信號的一DAC(參考信號產生單元)15。該固態成像器件1進一步包含一計數器(計數單元)17，當像素信號與斜率信號的相對量值係藉由該比較器16而改變時該計數器17將一數量之時間輸出為一數位值；以及暫存該計數值的一緩衝器18。該固態成像器件1進一步包含一重設信號產生單元(重設信號產生構件)19，該重設信號產生單元19產生一重設信號(自動歸零脈衝信號)用於觸發一重設操作且輸入至該比較器16用於該計數器17的基本匹配；一列掃描電路13，其用於掃描該像素單元10中的諸列光電轉換元件12；掃描行的一行掃描電路14；以及控制驅動的一驅動控制器21。
該像素單元10具有其中複數個光電轉換元件12係配置成一陣列的一組態。該等光電轉換元件12係藉由該列掃描電路13而在列方向中被掃描且其等之像素信號係依序發送給該比較器16。待與像素信號作比較之斜率信號係從該DAC 15輸入至該比較器16。該斜率信號係其位準在一恆定速率下逐漸變化的信號。該比較器16偵測與像素信號之比較結果在何位準下被反轉。
藉由一遞增遞減計數器17計數直至像素信號與斜率信號之相對量值被反轉之時間作為該比較器16中之比較結果，並將該計數值儲存於該緩衝器18中。藉由該行掃描電路14而依序掃描存於該緩衝器18中之每行的值且輸出所得信號。該等單元係由該驅動控制器21控制。
根據此實施例之固態成像器件1包含一偏移設定單元15a，該偏移設定單元15a在產生自該DAC 15之斜率信號中設定一預定偏移。在此實施例中，該偏移設定單元15a係佈置於該DAC 15中。該偏移設定單元15a係可佈置於該DAC 15之外部。
圖2係繪示應用於根據此實施例之固態成像器件之一DAC之組態的一圖。該DAC包含一偏移產生單元15a、一斜率信號產生電路15b及一增益控制電路15c。
該斜率信號產生電路15b包含一移位暫存器151及複數級可變電流源pw-b。一開關sw-b係佈置於該移位暫存器151與各可變電流源pw-b之間。開關sw-b係回應於一時脈脈衝而藉由依序輸出自該移位暫存器151的信號來選擇且經選擇之可變電流源pw-b之級之數量慢慢增加，以產生斜率信號。當自動歸零脈衝被輸入至該移位暫存器151時，選擇對應於預定數目個級的開關sw-b，且產生對應於經選擇之可變電流源pw-b之級之數量的一參考電壓。
該增益控制電路15c包含一解碼器152及複數級電流源pw-c。一開關sw-c係佈置於該解碼器152與各電流源pw-c之間。一放大控制信號(PCG CODE)係輸入至該解碼器152且為該解碼器152所解碼。回應於經解碼之值而設定經選擇之開關sw-c的數量並判定電流源pw-c之級的數量。一偏壓電壓(1)係施加至該等電流源pw-c且對應於經選擇之電流源pw-c之級之數量之電流係作為一偏壓而施加至該斜率信號產生電路15b的可變電流源pw-b。相應地，斜率信號之斜率係由從該增益控制電路15c施加至該斜率信號產生電路15b的偏壓電流而設定。
該偏移設定單元15a包含一啟用邏輯153及經施加一偏壓電壓(2)的一電流源pw-a。該啟用邏輯153任意地控制或參考一自動歸零脈衝、一斜率啟用脈衝及輸出自一控制切換單元154之一控制信號而固定地控制偏移操作的開通「ON」與關斷「OFF」。當執行偏移操作時，從該啟用邏輯153輸出用於選擇開關sw-a的一信號，且將電流從經施加偏壓電壓(2)之電流源pw-a發送給該斜率信號產生電路15b的輸出線。相應地，一預定偏壓係疊加於輸出自該斜率信號產生電路15b的參考電壓(參考信號)上。
此處，該偏壓設定單元15a不依賴於對應於從該增益控制電路15c發送至該斜率信號產生電路15b的增益之偏壓。該控制切換單元154係未經特定限制，但是可為可藉由軟體而改變的一外部控制信號、基於打線接合的一硬體外部控制信號及基於半導體之內部配線之連接改變的一硬體內部信號。該偏壓電壓(2)可為一預設固定值或可為在一控制器(未展示)之控制下改變的一值。
在本實施例中，在固態成像器件1與DAC 15之組態中，偏移設定單元15a在輸出自該DAC 15的參考信號中設定一預定偏移。
偏移設定單元15a設定偏移的一特定實例包含在出自於參考信號之在光電轉換元件之非發信號時間上之一基底信號(自動歸零信號)中設定一預定偏移的一實例。
偏移設定單元15a設定偏移的一特定實例包含在一P相位斜率信號與一D相位斜率信號中設定一預定偏移的一實例。此處，該P相位斜率信號係用於容許計數器計數對應於出自於參考信號之光電轉換元件之非發信號之時間之一數量的一第一斜率信號。該D相位斜率信號係用於容許計數器計數對應於由該等光電轉換元件所獲取之像素信號之時間之一數量的一第二斜率信號。
偏移設定單元15a設定偏移的一特定實例包含在自動歸零信號、P相位斜率信號及D相位斜率信號中設定一預定偏移的一實例。
當在基底信號中設定偏移時，該偏移設定單元15a設定偏移使得從該基底信號之最大值處減去一預定偏移，或設定偏移使得P相位斜率信號及D相位斜率信號移至該基底信號的位準。
該偏移設定單元15a在P相位斜率信號及D相位斜率信號中設定相同數量的偏移，或在基底信號、P相位斜率信號及D相位斜率信號中設定相同數量的偏移。
當在基底信號、P相位斜率信號及D相位斜率信號中設定偏移時，該偏移設定單元15a設定取决於增益控制電路15c中之增益而變的一偏移。此處，增益控制電路15c中之增益意謂著P相位斜率信號與D相位斜率信號之動態範圍內的一放大因數。
將描述雙斜率類型行ADC系統。圖3係雙斜率類型行ADC系統中的一時序圖。此時序圖展示在從重設像素信號至讀取像素信號之一時段內各光電轉換元件中之各種信號的時間。
首先，自動歸零脈衝與像素重設脈衝之ON同步變為ON。當自動歸零脈衝為ON時，從DAC輸出基底信號且一像素之零位準之輸出值可與該基底信號相關。此操作係稱為自動歸零(在下列描述中亦為如此)。自動歸零中所設定之基底信號係比較器的一操作點。
而後，當自動歸零脈衝變為OFF且而後斜率啟用脈衝變為ON，將該P相位斜率信號從DAC輸出至比較器。該比較器比較該P相位斜率信號與發送自光電轉換元件之一零位準的輸出值。在比較器之比較操作中，當P相位斜率信號等於一零位準的輸出值時，該比較器之輸出的極性反轉。另一方面，當斜率啟用脈衝為ON狀態時，將一計數器時脈脈衝輸入至該計數器。該計數器計數計數器時脈脈衝的數量直至該斜率啟用脈衝變為ON狀態後該比較器之輸出被反轉。計數值(計數值N1)被儲存於緩衝器中。
而後，當像素傳遞脈衝變為ON狀態時，讀取由光電轉換元件獲取之像素信號且將其發送至比較器。其後，當斜率啟用脈衝再次變為ON狀態時，將D相位斜率信號從DAC輸出至比較器。該比較器比較該D相位斜率信號與發送自光電轉換元件的像素信號。在比較器的比較操作中，當D相位斜率信號等於像素信號時，該比較器之輸出的極性反轉。另一方面，當斜率啟用脈衝為ON狀態時，將計數器時脈脈衝輸入至該計數器。該計數器計數計數器時脈脈衝的數量直至該斜率啟用脈衝變為ON狀態後該比較器之輸出被反轉。計數值(計數值N2)被儲存於緩衝器中。
其後，將儲存於緩衝器中之計數值N1及計數值N2發送至隨後級的信號處理電路，且藉由移除光電轉換元件之一雜訊分量而獲得之一像素信號係藉由計算計數值N2-計數值N1而產生。
圖4係繪示歸因於類比增益之調整之參考信號之變化的一圖。在該圖中，僅展示出自圖3所示之時序圖的計數時脈脈衝、自動歸零脈衝及DAC輸出(參考信號之波形)之波形。該類比增益對應於從圖2所示之DAC之組態中之增益控制電路15c發送至斜率信號產生電路15b的一偏壓。該類比增益係取决於固態成像器件的光靈敏度而設定。亦即，增益係隨著光靈敏度變高而更高，且該增益係隨著靈敏度變低而更低。
在參考信號中，基底信號之振幅係隨著類比增益變高而更小，且該振幅係隨著類比增益變低而更大。在P相位斜率信號與D相位斜率信號中，峰值部分之振幅係隨著增益變高而更小，且該峰值部分之振幅係隨著增益變低而更大。亦即，斜率係隨著增益變高而更小且斜率係隨著增益變低而更大。隨著P相位斜率信號與D相位斜率信號之斜率變小，用於表示一信號之一個灰階的計數之數量增加且解析度增加。
此處，當取決於類比增益而調整參考信號之振幅時，將得知下列現象。
圖5A及圖5B係說明高增益中之一垂直線的圖示，其中圖5A係說明參考信號與像素信號的一時序圖，且圖5B係說明比較器之輸出之影像的一圖示。如上所述，隨著類比增益變高，輸出自DAC之參考信號的振幅變小。圖5A所示之參考信號之實線表示一低增益，且虛線表示一高增益。此處，如圖5B所示，隨著發送自DAC之參考信號之振幅變小，比較器可更容易地造成該比較器之輸出的變動。亦即，隨著參考信號之振幅變小，比較器之輸出之反轉延遲增加。相應地，在P相位斜率時段該比較器之輸出可不被反轉。特別地，可在高增益中輕易產生歸因於比較器之輸出之變動而具有一强垂直相關的一影像，亦即，顯現一垂直線的一現象。
圖6係繪示高增益中之一白點的一時序圖，其中該圖展示有參考信號及像素信號。如上所述，輸出自DAC之參考信號之振幅係隨著類比增益變高而更小。在圖6所示之參考信號中，實線指低增益中的參考信號且虛線指高增益中的參考信號。此處，隨著增益變高，P相位斜率信號之振幅變小且斜率減小，藉此像素信號之不均對比較器之輸出之反轉時間有較大的影響。相應地，在P相位斜率時段中可不反轉比較器的輸出。如此，當發生比較器之輸出未在P相位斜率時段中反轉的現象時，可認為一黑點顯現且因此藉由操作一黑點校正電路而輸出一白點。此處，黑點校正電路為當强度光入射時將自動歸零時段中之基底信號設定為不低於像素信號之下限的一電路。相應地，比較器之輸出被强制設定成不在P相位斜率時段中反轉。比較器感測出比較結果未在P相位斜率時段中反轉且校正該比較器之輸出以便計數此情形中的白點。
圖7係繪示較大光強度中之一黑點的一圖，其中該圖展示像素重設脈衝、像素傳遞脈衝、自動歸零脈衝、像素信號及參考信號。在該圖中，虛線指具有常規位準的一像素信號且點虛線指當產生一黑點時的一像素信號。
在具有常規位準之像素信號中，使用像素信號之零位準與DAC之基底信號設定自動歸零，且使用P相位斜率信號計數該零位準之計數值(N1)。其後，使用D相位斜率信號計數該像素之信號位準的計數值(N2)且藉由N2-N1而獲取信號振幅。
當一黑點顯現時，用一重設脈衝將各像素之浮動擴散之電位更新成一零位準，但是電子歸因於入射光之强度而從光電轉換元件溢出至該浮動擴散中。相應地，不論是否存在一傳遞脈衝，該浮動擴散被該等電子充滿而飽和。為此原因，在將像素信號設定成零位準的任何時段(P相位斜率時段及D相位斜率時段)中，像素信號到達可輸出的最大振幅。當在此位準下執行比較器的自動歸零設定時，使用P相位斜率信號計數零位準的計數值(N1)，使用D相位斜率信號計數該像素之信號位準的計數值(N2)，且執行總輸出=N2-N1的計算，而後輸出總輸出=零(黑)。
圖8係繪示較大光強度中一黑點之校正的一圖。如上所述，執行下列校正以避免在接收大强度光時輸出一黑點。在圖8中，展示繪示像素重設脈衝、像素傳遞脈衝、自動歸零脈衝、像素信號及參考信號的一時序圖。在該圖中，虛線表示具有常規位準的一像素信號，點虛線表示出現一黑點時的一像素信號，且粗線表示當執行黑點校正時的一像素信號。
此處，在時段(1)至時段(3)中執行下列處理程序以偵測且校正一黑點。
(1)事先，將一虛設源極隨耦器電路連同一像素連接至一像素信號的一信號線且於該虛設源極隨耦器電路處施加一預定的類比電壓。該虛設源極隨耦器電路係僅在自動歸零設定時段中而啟動。此處，即使當强度光入射時，在設定自動歸零中亦將基底信號之位準設定成不低於像素信號的下限。
(2)當自動歸零設定時段終止時，停用該虛設源極隨耦器電路。當强度光入射時，像素信號到達下限。相應地，在P相位斜率時段中，P相位斜率信號及像素信號未被混合。
(3)在比較器中，P相位斜率時段中之比較結果之不反轉係用作用於感測「較大光強度中產生一黑點之此一位準的光强度」的一判定標準。相應地，該比較器輸出滿計數(例如，10位元類比數位轉換中之3FF)=白。亦即，忽略使用D相位斜率信號計算之像素之信號位準之計數值(N2)-使用P相位斜率信號計算之零位準之計數值(N1)的計算。相應地，黑點被校正成白。
圖9係繪示較大光強度中黑點之校正之一問題的一圖。在此圖中，展示繪示一參考信號與一像素信號的時序圖。在此圖中，虛線表示具有常規位準的一像素信號，點虛線表示當產生一黑點時的一像素信號，且粗線表示當黑點被校正時的一像素信號。
在上述類比增益之設定中，隨著增益變高(見該圖之虛線)P相位斜率信號與D相位斜率信號在峰值部分中具有一更小的振幅，且其等隨著增益變低(見該圖之實線)而在峰值部分中具有一更大的振幅。相應地，當低增益中之P相位斜率之振幅變高時，P相位斜率之振幅可大於自動歸零之設定中基底信號的下限位準以校正黑點。為此原因，在P相位斜率時段反轉比較器輸出，且因此不滿足用於容許比較器感測「產生較大光強度之一黑點的此一位準之光強度」的判定標準。因此，使用D相位斜率信號之像素之信號位準之計數值(N2)一使用P相位斜率信號之零位準之計數值(N1)的計算之結果為零計數，藉此輸出黑。亦即，即使當意圖透過校正黑點而輸出白時，仍輸出未經校正的黑。
在本實施例中，執行下列驅動方法以解決取決於類比增益之垂直線、黑點及白點的問題。
圖10A及圖10B係說明設定於一自動歸零時段中之一基底信號之一偏移的圖示，其中圖10A展示高增益中的偏移，且圖10B展示低增益中的偏移。如圖10A所示，在高增益中設定從設定於自動歸零時段中之基底信號之最大振幅位準減去一預定偏移，以便不產生圖5A及圖5B所示的垂直線，或容許不顯現圖6所示的白點。此處，基底信號之最大振幅係與P相位斜率信號之最大振幅在相同的位準上。偏移量係在考慮光電轉換元件之零位準之不均或比較器之反轉延遲之不均下判定。
如此，藉由對設定於自動歸零時段中之基底信號之位準提供偏移，得以保證在該基底信號之振幅與P相位斜率信號之振幅之間有一裕度。在圖10B所示之低增益中，亦設定從基底信號之最大振幅位準減去一預定偏移。低增益中自動歸零之基底信號的振幅與P相位斜率信號的振幅與增益成粗略反比增加，但是高增益中給定之最小偏移係受保證，藉此造成該等振幅之間的峰值差抑制顯現圖9所示之低增益中的黑點。
圖11A及圖11B係繪示一P相位斜率信號與一D相位斜率信號中之偏移的圖，其中圖11A展示高增益中的偏移且圖11B展示低增益中的偏移。在此實例中，高增益中一白點之顯現與低增益中一黑點之顯現受抑制。在此實例中，在圖11A所示之高增益與圖11B所示之低增益中，一偏移被增添至P相位斜率信號。此時，偏移係朝基底信號的位準增添。在P相位斜率信號中，偏移係在未使斜率變化下疊加於該位準上。相應地，得以保證在自動歸零時段中基底信號之振幅與P相位斜率信號之振幅之間有一裕度，藉此抑制高增益中黑點之顯現。
儘管未在圖11A與圖11B中展示，然而與增添至P相位斜率信號相同的偏移被增添至D相位斜率信號以互相匹配P相位斜率信號的基本位準與D相位斜率信號的基本位準。
圖12係繪示基底信號、P相位斜率信號及D相位斜率信號中之偏移的一圖。在此實例中，首先，在自動歸零時段中將一偏移增添至基底信號以抑制垂直線之顯現，藉此最大化該基底信號。藉由此最大化，該基底信號之振幅具有與P相位斜率信號之振幅相同的位準。在此狀態中，由於基底信號之振幅與P相位斜率信號之振幅之間無裕度存在，故將與自動歸零時段中增添至基底信號相同的偏移增添至該P相位斜率信號。偏移係朝基底信號的位準給出。在P相位斜率信號中，偏移係在未使斜率變化下而疊加於該位準上。相應地，得以在最大化基底信號之前保證有相同的裕度，藉此防止在高增益中顯現一黑點。
此時，為互相匹配P相位斜率信號之基本位準與D相位斜率信號之基本位準，將與自動歸零時段中被增添至基底信號相同的偏移朝該基底信號之位準增添至D相位斜率信號。在D相位斜率信號中，偏移係在未使斜率變化下而疊加於該位準上。
圖13係並行繪示展示於圖10A至圖12中之偏移設定之實例的一時序圖。在此實施例中，自動歸零設定中基底信號之振幅與P相位斜率信號之振幅之間的一峰值差不取決於增益且係保持為一預定電壓振幅差。藉由一固態成像器件之規格可適當判定應使用的圖10A至圖12所示之哪個偏移。
圖14係繪示取決於增益之偏移中之變動的一圖。在偏移之上述實例中，增添至基底信號、P相位斜率信號及D相位斜率信號的偏移係設定成恆定的，但是，如圖14所示，偏移量可取決於增益而適應性改變。
亦即，在圖14中，水平軸表示增益且垂直軸表示基底信號與P相位斜率信號之間的振幅差。此處，在該圖中，實線指不取决於增益的一恆定偏移且點虛線指可取决於增益而變的一偏移。
當將一偏移增添至基底信號且偏移量不取决於增益而為恆定時，基底信號與P相位斜率信號之間之振幅差係恆定的。相較之下，當偏移量取決於增益而為可變時，基底信號與P相位斜率信號之間之振幅差隨著增益變小而設定成一較大偏移。
當增益較小時，來自DAC之斜率信號的斜率較陡。相應地，恰在一斜率開始後及恰在其開始之前，可能出現線性之劣化且具有線性之有效範圍可能減少。在此情形中，當將高增益中之偏移無任何變化地施用於低增益時，比較器之反轉可發生於恰在一斜坡結束之前線性未受保證的一區域中。因此，隨著增益變低可藉由將偏移設定成更大而避免此問題。
當將一偏移增添至P相位斜率信號及D相位斜率信號且偏移量不取決於增益而為恆定時，來自未添加偏移之位準之偏移的差係恆定的。另一方面，當偏移量取決於增益而為可變時，隨著增益變高，來自未添加偏移之位準之偏移的差係設定成更大。
如上所述，當P相位斜率信號之振幅較大時，可容易出現大光强度中顯現於低增益中的黑點。相應地，當疊加不取決於增益的一恆定偏移時，可能產生黑點。因此，此問題可隨著增益變低而藉由減少偏移量來避免。
圖15係繪示設定一偏移之一特定程序(第一部分)的一圖。在該圖中，展示出參考信號中的一變動。首先，在高增益之一參考信號中，設定於自動歸零時段中之基底信號之振幅係設定成與P相位斜率信號之振幅相同的位準(見該圖之(1))。而後，將一預定偏移疊加於該基底信號上。相應地，該基底信號具有藉由從P相位斜率之振幅減去偏移量而獲得的一振幅(見該圖之(2))。白點之出現係使用其上疊加偏移的基底信號來檢查。
隨後，在低增益中將與設定與高增益中之偏移相同的數量疊加於基底信號上。亦即，設定藉由從該基底信號之最大值處減去偏移量而獲得的一位準。
大光強度中一黑點之出現係使用其上疊加偏移的基底信號來檢查。此處，當產生一黑點時，減少偏移達一預定量、在高增益中將偏移疊加於基底信號上、檢查一白點之出現、在低增益中將偏移疊加於基底信號上，且檢查大光強度中黑點之出現。藉由重複此等步驟，可設定可抑制在高增益中顯現白點且在低增益中顯現黑點二者的偏移量。
圖16係繪示設定一偏移之一特定程序(第二部分)的一圖。在此圖中，展示出參考信號中的一變動。首先，在高增益之一參考信號中，設定於自動歸零時段中之基底信號之振幅係設定成與P相位斜率信號之振幅相同的位準(見該圖之(1))。而後，將一預定偏移(第一偏移)疊加於該基底信號上。相應地，該基底信號具有藉由從P相位斜率信號之振幅處減去該第一偏移量而獲得的一振幅(見該圖之(2))。白點之出現係使用其上疊加該第一偏移的基底信號來檢查。
隨後，在該第一偏移係疊加於該基底信號上作為高增益中之參考信號的狀態中，在增加振幅之方向中將具有一恆定量的另一偏移(第二偏移)疊加於所有基底信號、P相位斜率信號及D相位斜率信號上(見該圖之(3))。垂直線之發生係使用其上疊加該第二偏移的參考信號來檢查。當垂直線出現時，第二偏移量受調整且最佳化以抑制該垂直線的出現。
在疊加第一偏移及第二偏移的狀態中，檢查低增益與較大光強度中一黑點的出現。當黑點出現時，第一偏移係調整成減小。在一些情形中，疊加一負偏移。高增益中白點與垂直線之出現係在偏移之此設定中受檢查。藉由重複此等步驟，可設定可抑制所有高增益中之白點、低增益中之垂直線及黑點之出現的偏移量。
圖17係繪示根據本發明之一實施例之一成像裝置之一組態的一方塊圖。如圖17所示，根據此實施例之成像設備包含具有一透鏡71、一成像器件72、一相機信號處理電路73及一系統控制器74的一光學系統。
該透鏡71從一主體處形成影像光於該成像器件72的一成像平面上。該成像器件72將藉由該透鏡71而形成於成像平面上之影像光逐像素地轉換成電信號且輸出所得影像信號。根據本發明之該實施例之上述固態成像器件係用作該成像器件72。
該相機信號處理器73對輸出自該成像器件72的影像信號執行各種信號處理。該系統控制器74控制該成像器件72及該相機信號處理器73。該系統控制器74亦在一漸進掃描方法中之一常規圖框速率模式(其中所有像素資訊被讀取)與一高圖框速率模式(其中圖框速率係藉由將像素之曝光時間設定成常規圖框速率模式中之曝光時間的1/N而提高N倍)之間切換一操作模式的控制。
根據此實施例，用於改良光電轉換元件之特性的取捨係在結束光電轉換元件之設計後而解決，藉此改良特性。相應地，可藉由擴大特性裕度而擴充可應用增益範圍。由於可擴大特性裕度，因而可增強良率。亦可減少用於特性之改良的測試製作，藉此減小成本。亦可在未改變來自光電轉換元件之信號之讀取速度下改良特性。藉由將基底信號之振幅與P相位斜率信號之振幅之間所需之最小裕度持續施用於整個增益範圍而簡化控制操作，藉此透過控制電路之簡化或選擇過程之減少而減小成本。
熟悉此項技術者應理解，多種修改、組合、子組合及變更可取決於設計需求及其他因素而出現，只要該等修改、組合、子組合及變更係在隨附申請專利範圍內或為其等效物。
1．．．固態成像器件
10．．．像素單元
12．．．光電轉換元件
13．．．列掃描電路
14．．．行掃描電路
15．．．類比至數位轉換器
15a．．．偏移產生單元
15b．．．斜率信號產生電路
15c．．．增益控制電路
16．．．比較器
17．．．計數器
18．．．緩衝器
19．．．重設信號產生單元
21．．．驅動器
71．．．透鏡
72．．．成像器件
73．．．相機信號處理電路
74．．．系統控制器
151．．．移位暫存器
152．．．解碼器
153．．．啟用邏輯
154．．．控制切換單元
PCG CODE．．．放大控制信號
pw-b．．．可變電流源
sw-b．．．開關
圖1係繪示根據本發明之一實施例之一固態成像器件的一方塊圖；
圖2係繪示應用於根據本發明之該實施例之固態成像器件之一DAC之一組態的一圖；
圖3係一雙斜率類型行ADC系統中的一時序圖；
圖4係繪示歸因於類比增益之調整之參考信號中之變化的一圖；
圖5A及圖5B係繪示高增益中之一垂直線的圖；
圖6係繪示高增益中之一白點的一圖；
圖7係繪示較大光強度中之一黑點的一圖；
圖8係繪示較大光強度中該黑點之校正的一圖；
圖9係繪示較大光強度中該黑點之校正之一問題的一圖；
圖10A及圖10B係繪示一自動歸零時段中設定之一基底信號中之一偏移的圖；
圖11A及圖11B係繪示一P相位斜率信號與一D相位斜率信號中之偏移的圖；
圖12係繪示一基底信號、一P相位斜率信號及一D相位斜率信號中之偏移的一圖；
圖13係並行繪示展示於圖10A至圖12中之偏移之實例的一時序圖；
圖14係繪示取決於一增益之偏移量中之變動的一圖；
圖15係繪示設定一偏移之一特定程序(第一部分)的一圖；
圖16係繪示設定一偏移之一特定程序(第二部分)的一圖；
圖17係繪示根據本發明之一實施例之一成像裝置之一組態的一方塊圖。
1．．．固態成像器件
10．．．像素單元
12．．．光電轉換元件
13．．．列掃描電路
14．．．行掃描電路
15．．．類比至數位轉換器
15a．．．偏移產生單位
16．．．比較器
17．．．計數器
18．．．緩衝器
19．．．重設信號產生單元
21．．．驅動器
Claims (6)
- 一種固態成像器件，其包括：一像素單元，在該像素單元中配置有複數個光電轉換元件；一比較單元，其比較一參考信號與由該像素單元之該光電轉換元件所獲取的一信號；一參考信號產生單元，其產生該參考信號；一計數單元，其在藉由該比較單元而反轉該像素信號與該參考信號的相對量值時計數一時間量；及一偏移設定單元，其在由該參考信號產生單元產生之該參考信號中設定一偏移，其中該參考信號產生單元產生以下信號作為該參考信號：在該像素單元之該非發信號時間上的一基底信號；用於容許該計數單元計數對應於該非發信號之該時間量的一第一斜率信號；以及用於容許該計數單元計數對應於由該像素單元獲取之該像素信號的該時間量的一第二斜率信號；且其中該偏移設定單元在由該參考信號產生單元產生的該基底信號、該第一斜率信號及該第二斜率信號中設定該偏移。
- 一種固態成像器件，其包括：一像素單元，在該像素單元中配置有複數個光電轉換元件；一比較單元，其比較一參考信號與由該像素單元之該 光電轉換元件所獲取的一信號；一參考信號產生單元，其產生該參考信號；一計數單元，其在藉由該比較單元而反轉該像素信號與該參考信號的相對量值時計數一時間量；及一偏移設定單元，其在由該參考信號產生單元產生之該參考信號中設定一偏移，其中該參考信號產生單元產生以下信號作為該參考信號：在該像素單元之該非發信號時間上的一基底信號；用於容許該計數單元計數對應於該非發信號之該時間量的一第一斜率信號；以及用於容許該計數單元計數對應於由該像素單元獲取之該像素信號的該時間量的一第二斜率信號；其中該偏移設定單元在由該參考信號產生單元產生的該基底信號中設定該偏移，及其中該偏移設定單元從由該參考信號產生單元產生之該基底信號之最大值處減去該偏移。
- 一種固態成像器件，其包括：一像素單元，在該像素單元中配置有複數個光電轉換元件；一比較單元，其比較一參考信號與由該像素單元之該光電轉換元件所獲取的一信號；一參考信號產生單元，其產生該參考信號；一計數單元，其在藉由該比較單元而反轉該像素信號與該參考信號的相對量值時計數一時間量；及 一偏移設定單元，其在由該參考信號產生單元產生之該參考信號中設定一偏移，其中該參考信號產生單元產生以下信號作為該參考信號：在該像素單元之該非發信號時間上的一基底信號；用於容許該計數單元計數對應於該非發信號之該時間量的一第一斜率信號；以及用於容許該計數單元計數對應於由該像素單元獲取之該像素信號的該時間量的一第二斜率信號；其中該偏移設定單元在由該參考信號產生單元產生的該基底信號中設定該偏移，及其中該偏移設定單元設定該偏移使得由該參考信號產生單元產生之該第一斜率信號及該第二斜率信號移至該基底信號的位準。
- 一種固態成像器件，其包括：一像素單元，在該像素單元中配置有複數個光電轉換元件；一比較單元，其比較一參考信號與由該像素單元之該光電轉換元件所獲取的一信號；一參考信號產生單元，其產生該參考信號；一計數單元，其在藉由該比較單元而反轉該像素信號與該參考信號的相對量值時計數一時間量；及一偏移設定單元，其在由該參考信號產生單元產生之該參考信號中設定一偏移，其中該參考信號產生單元產生以下信號作為該參考信 號：在該像素單元之該非發信號時間上的一基底信號；用於容許該計數單元計數對應於該非發信號之該時間量的一第一斜率信號；以及用於容許該計數單元計數對應於由該像素單元獲取之該像素信號的該時間量的一第二斜率信號；其中該偏移設定單元在由該參考信號產生單元產生的該第一斜率信號及該第二斜率信號中設定該偏移，及其中該偏移設定單元在由該參考信號產生單元產生之該第一斜率信號與該第二斜率信號中設定相同數量的偏移。
- 如請求項4之固態成像器件，其中該偏移設定單元在由該參考信號產生單元產生之該基底信號、該第一斜率信號及該第二斜率信號中設定相同數量的偏移。
- 如請求項4之固態成像器件，其中該偏移設定單元在由該參考信號產生單元產生之該基底信號、該第一斜率信號及該第二斜率信號中設定對應於該第一斜率信號及該第二斜率信號之一動態範圍之一放大因數的偏移。
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