成像装置、成像装置的驱动方法和成像系统的制作方法

成像装置、成像装置的驱动方法和成像系统的制作方法
【专利摘要】一种成像装置包括比较器，该比较器将噪声信号与具有每单位时间变化量不同的电势的第一参考信号和第二参考信号中的每一个相比较，并且将光电转换信号与第一参考信号和第二参考信号中的每一个相比较。另外，成像装置对通过按照具有不同增益的第一增益和第二增益放大噪声信号而获得的信号进行AD转换，并且对通过按照第一增益和第二增益之一放大光电转换信号而获得的信号进行AD转换。
【专利说明】成像装置、成像装置的驱动方法和成像系统

【技术领域】
[0001]本发明涉及包括把从像素输出的像素信号转换成数字信号的模拟到数字(analog-to-digital, AD)转换器的成像装置和成像系统。本发明还涉及成像装置的驱动方法。

【背景技术】
[0002]有一种包括把从像素输出的像素信号转换成数字信号的AD转换器的成像装置。日本专利特开第2007-281987号公报中描述的成像装置包括与像素列相对应的AD转换器。而且，在日本专利特开第2007-281987号公报中描述的成像装置中，像素向AD转换器输出噪声信号和光电转换信号，该光电转换信号是通过对入射光执行光电转换获得的。每一列的AD转换器包括第一比较器，该第一比较器将噪声信号与具有每单位时间变化第一变化量的电势的第一参考信号相比较，并且将光电转换信号与第一参考信号相比较。另外，每一列的AD转换器包括第二比较器，该第二比较器将噪声信号与具有每单位时间变化比第一变化量大的第二变化量的电势的第二参考信号相比较，并且将光电转换信号与第二参考信号相比较。


【发明内容】

[0003]本发明提供了一种成像装置，包括:包括被配置为基于入射光输出光电转换信号的像素的模拟信号输出单元；以及包括比较器的模拟到数字转换器。比较器执行第一比较、第二比较和第三比较。第一比较是从模拟信号输出单元输出的噪声信号与具有每单位时间变化第一变化量的电势的第一参考信号之间的比较。第二比较是噪声信号与具有每单位时间变化第二变化量的电势的第二参考信号之间的比较，第二变化量大于第一变化量。第三比较是第一参考信号和第二参考信号之一与基于光电转换信号从模拟信号输出单兀输出的信号之间的比较。模拟到数字转换器基于第一比较的结果生成数字信号，基于第二比较的结果生成数字信号，并且基于第三比较的结果生成数字信号。
[0004]本发明还提供了一种成像装置，包括:像素，被配置为基于入射光输出光电转换信号；以及模拟到数字转换器，其包括比较器，该比较器被配置为将参考信号与输入到该比较器的输入节点的信号相比较。比较器执行第一比较、第二比较和第三比较。第一比较是比较器的输入节点的复位电势与具有每单位时间变化第一变化量的电势的第一参考信号之间的比较。第二比较是比较器的输入节点的复位电势与具有每单位时间变化第二变化量的电势的第二参考信号之间的比较，第二变化量大于第一变化量。第三比较是第一参考信号和第二参考信号之一与基于光电转换信号的比较器的输入节点的电势之间的比较。模拟到数字转换器基于第一比较的结果生成数字信号，基于第二比较的结果生成数字信号，并且基于第三比较的结果生成数字信号。
[0005]本发明还提供了一种成像装置，包括:模拟信号输出单元，其包括被配置为基于入射光输出噪声信号和光电转换信号的像素，和被配置为放大噪声信号和光电转换信号的增益单元；以及包括比较器的模拟到数字转换器。模拟到数字转换器生成第一数字信号、第二数字信号和第三数字信号。第一数字信号是由比较器在增益单元利用第一增益放大噪声信号所获得的信号与依时间改变的参考信号之间进行的第一比较所生成的数字信号。第二数字信号是由比较器在增益单元利用第二增益放大噪声信号所获得的信号与参考信号之间进行的第二比较所生成的数字信号。第三数字信号是由比较器在增益单元利用第一增益和第二增益之一放大光电转换信号所获得的信号与参考信号之间进行的第三比较所生成的数字信号。第二增益的绝对值小于第一增益的绝对值。
[0006]本发明还提供了一种成像系统，包括:上述成像装置；以及信号处理器，被配置为处理从成像装置输出的信号。如果模拟到数字转换器利用第一参考信号来执行第三比较，则信号输出单元生成通过第三比较生成的数字信号与通过第一比较生成的数字信号之间的差别的信号。如果模拟到数字转换器利用第二参考信号来执行第三比较，则信号输出单元生成通过第三比较生成的数字信号与通过第二比较生成的数字信号之间的差别的信号。
[0007]本发明还提供了一种成像系统，包括:上述成像装置；以及信号处理器，被配置为处理从成像装置输出的信号。
[0008]本发明还提供了一种成像装置的驱动方法，该成像装置包括模拟信号输出单元和模拟到数字转换器，模拟信号输出单元包括被配置为基于入射光输出光电转换信号的像素，模拟到数字转换器包括比较器，该方法包括:第一步骤，使得比较器把从模拟信号输出单元输出的噪声信号与具有每单位时间变化第一变化量的电势的第一参考信号相比较；第二步骤，使得比较器把噪声信号与具有每单位时间变化第二变化量的电势的第二参考信号相比较，第二变化量大于第一变化量；以及第三步骤，使得比较器把第一参考信号和第二参考信号之一与基于光电转换信号的信号相比较。
[0009]本发明还提供了一种成像装置的驱动方法，该成像装置包括模拟信号输出单元，该模拟信号输出单兀包括被配置为基于入射光输出噪声信号和光电转换信号的像素和被配置为放大噪声信号和光电转换信号的增益单元，并且该成像装置还包括模拟到数字转换器，该模拟到数字转换器包括比较器。增益单元向比较器输出通过利用第一增益放大噪声信号而获得的第一放大噪声信号和通过利用第二增益放大噪声信号而获得的第二放大噪声信号。第一增益和第二增益具有如下关系:通过利用第二增益放大具有预定信号值的信号而获得的信号的幅度小于通过利用第一增益放大具有该预定信号值的信号而获得的信号的幅度。增益单元向比较器输出通过利用第一增益和第二增益之一放大光电转换信号而获得的放大光电转换信号。比较器执行第一比较、第二比较和第三比较。第一比较是第一放大噪声信号与具有依时间改变的电势的参考信号之间的比较。第二比较是第二放大噪声信号与参考信号之间的比较。第三比较是放大光电转换信号与参考信号之间的比较。模拟到数字转换器基于第一比较的结果生成数字信号，基于第二比较的结果生成数字信号，并且基于第三比较的结果生成数字信号。
[0010]通过以下参考附图对示范性实施例的描述，本发明的更多特征将变得清楚。

【专利附图】

【附图说明】
[0011]图1A和IB示出了使用具有不同梯度的参考信号时生成的偏移的示例。
[0012]图2示出了成像装置的示例。
[0013]图3示出了像素的配置的示例。
[0014]图4A示出了放大器的配置的示例。图4B示出了比较单元的一部分的配置的示例。图4C示出了比较单元的一部分的配置的示例。
[0015]图5是成像装置的操作的示例的定时图。
[0016]图6A示出了成像装置的一部分的配置。图6B示出了第二存储器的配置。
[0017]图7A示出了计数器的配置。图7B示出了成像装置的操作。
[0018]图8示出了成像装置的操作。
[0019]图9A和9B示出了成像装置的其他示例和测试信号提供单元的示例。
[0020]图1OA是示出成像装置的操作的其他示例的定时图。图1OB示出了入射光量与数字信号值之间的关系。
[0021]图11示出了成像装置的其他配置。
[0022]图12示出了增益选择电路和比较电路的配置。
[0023]图13示出了成像装置的其他操作。
[0024]图14示出了成像装置的一部分的配置。
[0025]图15A示出了成像装置的其他操作。图15B示出了成像装置的其他操作。
[0026]图16示出了成像装置的其他配置。
[0027]图17示出了成像装置的其他操作。
[0028]图18是成像系统的示例的示意性图示。

【具体实施方式】
[0029]本说明书中描述的技术解决了日本专利特开第2007-281987号公报中描述的成像装置的问题，在该成像装置中因为每一列的AD转换器包括第一和第二比较器，电路规模增大了。
[0030]首先描述偏移(offset)，如果利用具有不同梯度(gradient)的参考信号来生成基于噪声信号的数字信号和基于光电转换信号的数字信号，则可生成该偏移。为了更容易理解，描述如下形态，即，利用具有不同梯度的参考信号来对具有相同信号值的模拟信号进行AD转换。以下参考图1A、图1B和图2给出描述。
[0031]图2是根据第一实施例(稍后描述)的成像装置的示意性图示。这里参考图2描述与图1A和IB有关的配置，并且根据第一实施例来描述细节。
[0032]图2所示的成像装置100包括像素单元10，其中布置了各自具有像素I的多个像素列和各自具有像素I的多个像素行。
[0033]从像素单元10输出的像素信号PIXOUT被输入到放大器20。放大器20向比较电路301输出通过放大像素信号PIXOUT获得的信号0ut_Amp。比较电路301把从参考信号提供单元25输出的参考信号Vrl和Vr2与信号0ut_Amp相比较，并且向锁存电路304输出指示比较结果的比较结果信号CMP。锁存电路304向存储器单元50输出具有根据比较结果信号CMP的信号值的变化而变化的信号值的锁存信号LATCH。计数器40向存储器单元50输出通过对时钟信号CLK计数而获得的计数信号。当锁存信号LATCH的信号值变化时，存储器单元50保持从计数器40输出的计数信号。
[0034]图1A是示出将信号0ut_Amp与参考信号Vrl和Vr2中的每一个相比较的情况的示意性图示。在时刻t20，参考信号提供单元25开始依时间改变参考信号Vrl和Vr2的电势。同时，计数器40在时刻t21开始时钟信号的计数操作，这晚于参考信号Vrl和Vr2的电势变化的开始。
[0035]如果将信号0ut_Amp与参考信号Vr2相比较，则比较结果信号在时刻t22变化。如果将信号0ut_Amp与参考信号Vrl相比较，则比较结果信号在时刻t23变化。参考信号Vrl和Vr2的电势的依时间变化在时刻t24停止。另外，计数器40停止时钟信号的计数操作。
[0036]首先，描述利用参考信号Vrl生成数字信号的形态。从参考信号Vrl的电势的依时间变化开始到比较结果信号CMP的信号值变化的时段LI如下。
[0037]Ll=t23_t20...(I)
[0038]从计数器40开始时钟信号的计数操作到比较结果信号CMP的信号值变化的时段LSl如下。
[0039]LSl=t23_t21 …( 2)
[0040]另外，从参考信号Vr2的电势的依时间变化开始到计数器40开始操作的时段LO如下。
[0041]L0=t21_t20…(3)
[0042]利用LI和LO来表述LSI如下。
[0043]LSl=Ll-LO…(4)
[0044]与时段LSl相对应的计数信号是利用参考信号Vrl生成的数字信号。
[0045]类似地，描述利用参考信号Vr2生成数字信号的形态。从参考信号Vr2的电势的依时间变化开始到比较结果信号CMP的信号值变化的时段L2如下。
[0046]L2=t22_t20…(5)
[0047]从计数器40开始时钟信号的计数操作到比较结果信号CMP的信号值变化的时段LS2如下。
[0048]LS2=t22_t21 …(6)
[0049]利用L2和LO来表述LS2如下。
[0050]LS2=L2_L0…(7)
[0051]与时段LS2相对应的计数信号是利用参考信号Vr2生成的数字信号。
[0052]这里，假定参考信号Vrl的每单位时间电势变化量是参考信号Vr2的每单位时间电势变化量的四倍。在此情况下，在LI和L2之间成立以下关系。
[0053]L1=4XL2…(8)
[0054]为了把利用参考信号Vr2生成的数字信号转换成利用参考信号Vrl生成的数字信号，使利用参考信号Vr2生成的数字信号的信号值变成四倍。通过使利用参考信号Vr2生成的数字信号的信号值变成四倍而获得的信号充当与时段LS2的四倍时段相对应的计数信号。
[0055]这里，利用LSl和LO来表述作为时段LS2的四倍时段的4LS2如下。
[0056]4LS2=4L2-4L0=L1-4L0=LS1-3L0…(9)
[0057]在图1A中，利用参考信号Vrl和Vr2把具有相同信号值的从放大器20输出的信号转换成数字信号。因此，理想情况下，通过使利用参考信号Vr2获得的数字信号变成四倍而获得的信号值对应于利用参考信号Vrl获得的数字信号的信号值。然而，如式(9)所示，如果在参考信号Vrl和Vr2的电势的依时间变化的开始定时与计数器40对时钟信号的计数的开始定时之间存在差别，则生成与式(9)中的3L0相对应的计数信号的偏移。
[0058]参考图1B来描述该偏移。参考图1B,描述在不执行第一实施例(稍后描述)的校正的情况下从数字信号处理器(DSP)90输出的数字信号。在图1B中，水平轴指示像素I的光电转换器上的入射光的光量，并且垂直轴指示从DSP90输出的数字信号的信号值。X指示利用参考信号Vrl生成数字信号的情况。Y指示利用参考信号Vr2生成数字信号的情况。1-L是参考信号Vrl是与从放大器20输出的信号相比较的参考信号Vr的区域。1-H是参考信号Vr2是与从放大器20输出的信号相比较的参考信号Vr的区域。区域1-L与区域1-H相比是具有更小的入射光光量的区域。如果入射光的光量较小，那么利用参考信号Vrl，与利用参考信号Vr2的情况相比，AD转换器110可以以更高的分辨率执行AD转换。相反，如果入射光的光量较大，则AD转换器110利用参考信号Vr2来执行AD转换。从而，在从时刻t20到时刻t24的时段中可以比较的模拟信号的信号范围与比较电路301在从时刻t20到时刻t24的时段中利用参考信号Vrl执行比较操作的形态相比可扩大。图1B中的1是1-L与1-H之间的边界。以边界1的光量值生成3L0的偏移。
[0059]如上所述，如果利用具有不同梯度的参考信号对具有相同信号值的模拟信号执行AD转换，则生成偏移。即使利用具有不同梯度的参考信号对具有不同信号值的模拟信号执行AD转换，也可生成偏移。也就是说，即使利用具有不同梯度的参考信号对基于噪声信号和光电转换信号的每个信号0ut_Amp执行AD转换，也可生成偏移。因此，在通过从基于光电转换信号的数字信号中减去基于噪声信号的数字信号(两者是利用具有不同梯度的参考信号生成的)而获得的数字信号中可包括偏移。
[0060]在以上描述中，给出了示例，其中利用具有不同的每单位时间电势变化量的参考信号对具有不同信号电平的光电转换信号以不同的AD转换增益中的任何一个执行AD转换。作为被配置为生成不同的AD转换增益的单元，即使基于光电转换信号的模拟信号被乘以不同的增益，根据类似的原理，在通过从基于光电转换信号的数字信号中减去基于噪声信号的数字信号而获得的数字信号中也生成偏移。
[0061]本说明书的一部分的成像装置执行基于光电转换信号的数字信号与基于噪声信号的数字信号之间的差分处理，这些数字信号是利用相同的AD转换增益生成的。另外，在本说明书的另一成像装置中，放大的光电转换信号和放大的噪声信号被以相同的放大比率进一步放大，所获得的进一步放大的信号被AD转换以生成数字信号，并且对生成的数字信号执行差分处理。从而，在每个实施例的成像装置中，可以减小参考图1A和IB描述的数字信号中包括的偏移。也就是说，根据任何实施例的成像装置可获得具有更少噪声成分的数字信号。
[0062]第一实施例
[0063]下面参考附图描述此实施例的成像装置。
[0064]更详细描述图2 (上文描述)。成像装置100包括像素单元10，其中布置了各自具有像素I的多个像素列和各自具有像素I的多个像素行。每个像素I通过垂直扫描电路15的扫描通过垂直信号线2向放大器20输出像素信号PIX0UT。此实施例中的模拟信号输出单兀150包括像素I和放大器20。像素I包括对入射光进行光电转换的光电转换器。像素信号PIXOUT包括像素的噪声成分信号和通过对入射光进行光电转换获得的基于电荷输出的光电转换信号。垂直扫描电路15基于从定时发生器(以下称为TG) 70输出的信号来扫描像素I的每一行。放大器20放大像素信号PIXOUT并且将放大的信号输出到比较单元30中包括的比较电路301。放大器20设在比较单元30与像素I之间的电气路径中。参考信号提供单兀25向每一列的选择电路302输出多个参考信号。选择电路302基于选择信号SEL从这多个参考信号之中选择输出到比较电路301的参考信号Vr。选择信号SEL是由标志存储器501 (稍后描述)生成的信号。另外，选择电路302分别向第一存储器502和第二存储器503输出信号Ml_En和M2_En。比较电路301向锁存电路304输出指示从放大器20输出的信号与参考信号之间的比较结果的比较结果信号CMP。锁存电路304向存储器单元50和选择电路302输出具有根据比较结果信号CMP的信号值的变化而变化的信号值的锁存信号LATCH。存储器单元50包括标志存储器501、第一存储器502和第二存储器503。计数器40向第一存储器502和第二存储器503输出通过对时钟信号CLK计数而获得的计数信号。水平扫描电路60使得保持在每一列的标志存储器501、第一存储器502和第二存储器503中的数字信号被依次输出到DSP90。DSP90处理从每一列的标志存储器501、第一存储器502和第二存储器503输出的信号，并且将信号输出到成像装置的外部。
[0065]在图2所示的成像装置中，每一列的AD转换器110包括比较单元30和存储器单元50。另外，每一列的AD转换器110是与像素I的每一列对应设置的。
[0066]图3示出了图2所示的像素I的配置。像素I包括光电转换器101以及MOS晶体管102、103、104和105。MOS晶体管102的控制节点从垂直扫描电路15接收信号PTX。如果垂直扫描电路15将信号PTX设定在高电平(以下称为H电平)，则累积在光电转换器101中的电荷被传送到MOS晶体管104的输入节点。MOS晶体管104的一个主节点接收电源电压SVDD。MOS晶体管104向MOS晶体管105输出基于MOS晶体管104的输入节点的电势的信号。MOS晶体管105的控制节点从垂直扫描电路15接收信号PSEL。如果垂直扫描电路15将信号PSEL设定在H电平，则从MOS晶体管104输出的信号被输出到垂直信号线2。MOS晶体管104与设在垂直信号线2上的电流源(未示出)一起可形成源极跟随器电路。MOS晶体管103的控制节点从垂直扫描电路15接收信号PRES。如果垂直扫描电路15将信号PRES设定在H电平，则MOS晶体管104的输入节点的电势基于电源电压SVDD的电势被复位。MOS晶体管104基于MOS晶体管104的输入节点的复位电势通过MOS晶体管105向垂直信号线2输出信号。该信号指示像素I的噪声成分的信号。
[0067]图4A示出了图2所示的放大器20。放大器20包括差动放大器201、电容性元件CO和Cfb以及开关202。差动放大器201的反相输入节点通过电容性元件CO接收像素信号PIX0UT。差动放大器201的同相输入节点接收电压VC0R。电容性元件Cfb设在差动放大器201的输出节点与反相输入节点之间的反馈路径中。如果TG70将信号PCOR设定在H电平，则开关202变得导通，并且差动放大器201的输出节点与反相输入节点之间的反馈路径变得导通。从而，保持在电容性元件Cfb中的电荷和差动放大器201的反相输入节点的电势被复位。差动放大器201输出基于同相输入节点的电势的信号0ut_Amp。
[0068]图4B示出了图2所示的比较单元30中包括的比较电路301和锁存电路304。比较电路301包括比较器3010、电容性元件Cl和C2以及开关3011和3012。比较器3010的输入节点INP通过电容性元件Cl接收参考信号Vr_CMP。参考信号Vr_CMP是由选择电路302选择的参考信号Vrl和Vr2之一。比较器3010的输入节点INN通过电容性元件C2接收信号Out_Amp。如果TG70将信号PCOR设定在高电平(以下称为H电平)，则开关3011和3012都变得导通。如果开关3011变得导通，则比较器3010的输出节点FBP和输入节点INP的电势被复位。另外，如果开关3012变得导通，则比较器3010的输出节点FBN和输入节点INN的电势被复位。
[0069]图4C示出了比较器3010。输入节点INN和INP以及输出节点FBN和FBP对应于图4B所示的各个节点。
[0070]下面参考图5描述图2所示的成像装置的操作。Vrl和Vr2是从参考信号提供单元25输出的参考信号。参考信号Vrl是具有每单位时间变化第一变化量的电势的第一参考信号。另外，参考信号Vr2是具有每单位时间变化第二变化量的电势的第二参考信号，第二变化量大于第一变化量。Vr_CMP是由选择电路302从参考信号Vrl和Vr2之中选择并输出到比较电路301的参考信号。CMP是指示比较电路301在信号0ut_Amp与参考信号Vr_CMP之间进行的比较的结果的比较结果信号。如果信号Ml_En处于H电平并且比较结果信号CMP的信号值变化，则第一存储器502保持计数信号。如果信号M2_En处于H电平并且比较结果信号CMP的信号值变化，则第二存储器503保持计数信号。
[0071]在时刻tl，比较结果信号CMP、锁存信号LATCH、信号Ml_En和信号M2_En处于低电平(以下称为L电平)。信号PSEL、选择信号SEL、信号PCOR和信号C0MPRST处于H电平。同时，垂直扫描电路15将信号PRES的电平从H电平改变到L电平。从而，噪声成分的信号从像素I输出。
[0072]在时刻t2，TG70将信号PCOR的电平从H电平改变到L电平。从而，电容性元件CO保持基于从像素I输出的噪声成分的电荷。放大器20输出包括差动放大器201的偏移成分的信号0ut_Amp。
[0073]在时刻t3，TG70将信号C0MPRST设定在L电平。此时比较器3010的输入节点INN的电势是基于复位电势的电势。电容性元件Cl保持基于时刻t3的参考信号Vr_CMP的电势的电荷。另外，电容性元件C2保持基于时刻t3的信号0ut_Amp的电荷。也就是说，电容性元件C2保持基于差动放大器201的偏移成分的电荷。然后，参考信号提供单元25开始依时间改变参考信号Vrl的电势。由于选择信号SEL处于H电平，所以选择电路302将参考信号Vrl和Vr2之中的参考信号Vrl输出到比较电路301。另外，选择电路302将信号Ml_En设定在H电平。
[0074]在时刻t4,从放大器20输出的信号与参考信号Vr_CMP之间的大小关系颠倒，并且比较结果信号CMP的信号值变化。从而，锁存信号LATCH的电平从L电平变化到H电平。第一存储器502响应于锁存信号LATCH的信号值从L电平到H电平的变化而保持此时的计数信号。此时在第一存储器502中保持的数字信号是第一数字信号。当生成第一数字信号时比较器3010执行的输入节点INN与输入节点INP的电势之间的比较是第一比较。
[0075]在时刻t5，参考信号提供单元25停止参考信号Vrl的电势的依时间变化，并且将参考信号Vrl的电势设定在时刻t3时的电势。另外，选择电路302将信号Ml_En设定在L电平。在从时刻t5到时刻t6的时段中，响应于从TG70输出到标志存储器501的指令信号(未示出)，选择信号SEL被设定在L电平。从而，选择电路302把输出到比较电路301的参考信号从参考信号Vrl改变到参考信号Vr2。
[0076]在时刻t6,参考信号提供单兀25开始依时间改变参考信号Vr2的电势。选择电路302将信号M2_En设定在H电平。
[0077]在时刻t7，从放大器20输出的信号与参考信号Vr_CMP之间的大小关系颠倒，并且比较结果信号CMP的信号值变化。从而，锁存信号LATCH的电平从L电平变化到H电平。第二存储器503响应于响应于锁存信号LATCH的信号值从L电平到H电平的变化而保持此时的计数信号。第二存储器503中保持的数字信号是第二数字信号。当生成第二数字信号时比较器3010执行的输入节点INN与输入节点INP的电势之间的比较是第二比较。
[0078]第一数字信号和第二数字信号是基于噪声信号的数字信号。噪声信号是主要指示图5所示的形态中的比较器3010的偏移成分的信号。
[0079]在时刻t8，参考信号提供单元25停止参考信号Vr2的电势的依时间变化，并且将参考信号Vr2的电势设定在时刻t3时的电势。选择电路302将信号M2_En设定在L电平。TG70将选择信号SEL设定在L电平。从而，选择电路302把输出到比较电路301的参考信号从参考信号Vr2改变到参考信号Vrl。
[0080]在时刻t9,垂直扫描电路15将信号PTX设定在H电平。从而,像素I向垂直信号线2输出光电转换信号。由于电容性兀件CO保持基于像素I的噪声成分的电荷,所以被减去了像素的噪声成分的光电转换信号被输出到差动放大器201。从而,放大器20对被减去了像素的噪声成分的光电转换信号进行放大，并将放大的信号作为信号0ut_Amp输出到比较电路301。电容性元件C2保持基于时刻t3的差动放大器201的偏移成分的电荷。从而，比较电路301的输入节点INN接收通过从信号0ut_Amp中减去差动放大器201的偏移成分而获得的信号。
[0081]在从时刻t8到时刻tlO的时段中，选择信号SEL响应于从TG70输出的指令信号(未示出)而被设定在H电平，并且因此选择电路302再次选择参考信号Vrl。
[0082]在时刻tlO，参考信号提供单元25将参考信号Vrl的电势设定在电势VREF。电势VREF差不多等于时刻tl4 (稍后描述)时的参考信号Vrl的电势。希望电势VREF小于时刻tl4时的参考信号Vrl的电势。如果从放大器20输出的信号大于电势VREF，则比较电路301输出处于L电平的比较结果信号。相反，如果从放大器20输出的信号小于电势VREF，则比较电路301输出处于H电平的比较结果信号。在此情况下，基于从比较电路301输出的比较结果信号CMP处于L电平这个假设来给出描述。
[0083]在从时刻tlO到时刻til的时段中，标志存储器501保持比较结果信号CMP的L电平。
[0084]在时刻tll，参考信号提供单元25使得参考信号Vrl的电势等于时刻t3时的电势。
[0085]在从时刻tll到时刻tl2的时段中，标志存储器501中保持的信号电平被反映在选择信号SEL上。由于比较结果信号CMP处于L电平，所以选择信号SEL的电平变化到L电平，并且选择电路302选择参考信号Vr2。如果比较结果信号处于H电平，则选择信号SEL的电平被保持在H电平，并且选择电路302继续选择参考信号Vrl。
[0086]在时刻tl2，参考信号提供单元25开始依时间改变参考信号Vrl和Vr2的电势。也就是说，参考信号提供单元25把具有依时间改变的电势的参考信号Vrl和Vr2并行地输出到选择电路302。选择电路302基于处于L电平的选择信号SEL向比较电路301输出参考信号Vr2。选择电路302将信号Ml_En设定在H电平。从而，对于改写保持时刻t4的计数信号的第一存储器502的信号的准备完成。如果在时刻tlO从比较电路301输出的比较结果信号处于H电平，则选择电路302将信号M2_En设定在H电平。在此情况下，对于改写第二存储器503的信号的准备完成。
[0087]在时刻tl3，从放大器20输出的信号与参考信号Vr_CMP之间的大小关系颠倒，并且比较结果信号CMP的信号值变化。第一存储器502保持此时的计数信号。此时在第一存储器502中保持的计数信号是基于光电转换信号的第三数字信号。当生成第三数字信号时比较器3010执行的输入节点INN与输入节点INP的电势之间的比较是第三比较。
[0088]在时刻tl4，参考信号提供单元25停止参考信号Vrl和Vr2的电势的依时间变化，并且将参考信号Vrl的电势设定在时刻t3时的电势。选择电路302将信号Ml_En设定在L电平。
[0089]在时刻tl4之后，水平扫描电路60依次扫描存储器单元50，并且使得每一列的标志存储器501、第一存储器502和第二存储器503把各存储器中保持的数字信号输出到DSP90。在此实施例中描述的形态中，从标志存储器501输出的信号是基于处于L电平的比较结果信号的信号，并且从第一存储器502输出的信号是基于光电转换信号并且利用参考信号Vr2生成的数字信号。从第二存储器503输出的信号是基于噪声信号并且利用参考信号Vr2生成的数字信号。基于光电转换信号的数字信号包括基于噪声信号的数字信号的成分。从而，由于DSP90从基于光电转换信号的数字信号中减去基于噪声信号的数字信号，所以可以减小比较单元30的每一列的特性的差异的影响。也就是说，DSP90生成具有更小噪声信号的数字信号。这个数字信号被称为数字S信号。DSP90对于利用参考信号Vr2对光电转换信号执行AD转换的列，执行将数字S信号乘以基于参考信号Vrl和Vr2的梯度的比率的增益的处理。例如，如果参考信号Vr2的梯度是参考信号Vrl的梯度的四倍，则DSP90对于利用参考信号Vr2对光电转换信号执行AD转换的列，使数字S信号的信号值变成四倍。使信号值变成四倍的信号处理可以如下来执行:使数字S信号的每个比特的信号各自向高位侧移位两个比特。
[0090]另外，在日本专利特开第2007-281987号公报中描述的成像装置中，在每一列的AD转换器中设有两个比较单元。在此实施例的成像装置中，在每一列的AD转换器中可设有单个比较单元。从而，此实施例的成像装置可以在减小AD转换器的电路规模增大的同时获得具有更少噪声成分的数字信号。
[0091]在此实施例中描述的形态中，作为保持计数信号的存储器，对于每一列设有第一存储器502和第二存储器503这两个存储器。然而，此实施例的成像装置不限于该形态，而是可对每一列设有三个存储器，其中每个存储器保持计数信号。三个存储器中的两个分别保持利用参考信号Vrl生成的基于噪声信号的数字信号，和利用参考信号Vr2生成的基于噪声信号的数字信号。然后，另一存储器保持利用参考信号Vrl或参考信号Vr2生成的基于光电转换信号的数字信号。即使在这种形态中，也可以与此实施例的成像装置类似地获得具有更少噪声成分的数字信号。与之不同，利用图2所示的此实施例的成像装置，由于与对于每一列设有各自保持计数信号的三个存储器的形态相比，存储器的数目可以减少，所以此实施例的成像装置具有减小AD转换器的电路规模增大的优点。
[0092]或者，此实施例的成像装置对于每一列可包括两个存储器。每个存储器保持基于光电转换信号的数字信号。两个存储器之一保持利用参考信号Vrl生成的基于光电转换信号的数字信号，另一个保持利用参考信号Vr2生成的基于光电转换信号的数字信号。即使在此形态中，也与此实施例的成像装置类似地，可以获得具有更少噪声成分的数字信号。在此形态中，利用参考信号Vrl和参考信号Vr2两者执行对单个光电转换信号的AD转换。与之不同，利用图2所示的此实施例的成像装置，对于每一列可以设有保持基于光电转换信号的数字信号的单个存储器。从而，与对于每一列设有保持基于光电转换信号的数字信号的两个存储器的形态相比，图2所示的成像装置具有减小AD转换器的电路规模增大的优点。另外，在对于每一列设有保持基于光电转换信号的数字信号的两个存储器的形态中，利用参考信号Vrl和参考信号Vr2两者执行对光电转换信号的AD转换。由此，利用对每一列设有保持基于光电转换信号的数字信号的两个存储器的形态，提供的对光电转换信号的AD转换时段是图5中的时刻tl2到时刻tl4的时段的两倍。与之不同，利用图2和图5所示的成像装置，光电转换信号的AD转换时段可以是从时刻tl2到时刻tl4的时段。从而，与对于每一列设有保持基于光电转换信号的数字信号的两个存储器的形态相比，图2至图5所示的成像装置具有减短光电转换信号的AD转换时段的优点。
[0093]此实施例的参考信号Vrl和Vr2的电势的依时间变化从信号C0MPRST的电平从H电平变化到L电平之时的参考信号Vrl和Vr2的电势开始。此实施例不限于此形态。例如，参考信号Vrl和Vr2的电势从信号C0MPRST的电平从H电平变化到L电平之时参考信号Vrl和Vr2的电势起在与电势依时间变化的方向相反的方向上变化。然后，参考信号Vrl和Vr2的电势可依时间变化。
[0094]此实施例中的噪声信号是主要包括比较器3010的偏移成分的信号。此实施例不限于此形态。例如，可不设置电容性元件C2，并且可从放大器20向比较器3010的输入节点INN给出差动放大器201的偏移成分。此情况下的噪声信号是主要包括比较电路301的偏移成分和差动放大器201的偏移成分的信号。另外，如果不设置电容性元件CO，并且向差动放大器201的反相输入节点给出像素I的噪声成分，则噪声信号是主要包括像素I的噪声成分、差动放大器201的偏移成分和比较电路301的偏移成分的信号。
[0095]另外，在此实施例中，放大器20设在像素I与比较单元30之间的电气路径中。或者，可不设置放大器20，并且像素I的像素信号PIXOUT可输出到比较单元30。在此形态中，模拟信号输出单元150是像素I。在此形态中，如果在像素I与比较单元30之间没有设置保持像素I的噪声成分的电容性元件，则噪声信号是主要包括像素I的噪声成分和比较电路301的偏移成分的信号。
[0096]也就是说，在此实施例中，在噪声信号的主要成分是像素的噪声成分、是放大器20的偏移成分和是比较电路301的偏移成分的任何情况中都可应用噪声信号。
[0097]第二实施例
[0098]下面参考附图描述根据此实施例的成像装置，主要是要描述与第一实施例的不同点。
[0099]图6A示出了根据此实施例的成像装置的一部分的配置。在图6A中，向与图2中具有相同功能的元件应用了与图2中相同的附图标记。取代第一实施例中的AD转换器110，根据此实施例的成像装置对于每一列包括AD转换器600。另外，此实施例的成像装置包括DSP900。
[0100]在此实施例中，参考信号Vr2的每单位时间的电势变化量是参考信号Vrl的每单位时间的电势变化量的四倍。基于光电转换信号的数字信号的比特数目是N比特，并且是由此实施例中的AD转换器生成的。另外，基于噪声信号的数字信号的比特数目是M比特，并且是由AD转换器生成的。N比特与M比特之间的比特数目关系是N≥M+2。
[0101]AD转换器600包括比较电路301、锁存电路304、计数器400、标志存储器601、第一存储器602、第二存储器603和选择电路604。标志存储器601向第二存储器603输出基于比较结果信号CMP的写入控制信号评_015。另外，标志存储器601向选择电路604输出作为保持的信号的反转信号的选择信号SELB。第一存储器602向第二存储器603输出第一存储器602中保持的数字信号MEM1_0UT。在此实施例中，如果选择信号SELB处于L电平，则选择电路604向比较电路301输出参考信号Vrl。另外，如果选择信号SELB处于H电平，则选择电路604向比较电路301输出参考信号Vr2。TG70向第二存储器603输出传送控制信号LTX。
[0102]DSP900处理从每一列的AD转换器600的标志存储器601、第一存储器602和第二存储器603输出的数字信号，并且将处理后的信号输出到成像装置的外部。
[0103]图6B示出了第二存储器603的配置。第二存储器603包括用于M比特的存储器电路611-0至611-(M-1)。图6B中的方括号[]中的数字表示总线。例如，[O]表示用来传送最低有效位(LSB)的信号的总线。数字从低位比特起增大，例如[O]、[I]和[2]，并且在此实施例中设有最高到[M-1]的总线，其是最高有效位(MSB)。以下，从低位A比特到高位B比特的数字信号被表述为[B:A]。如果传送控制信号LTX处于H电平，则存储器电路611-0和存储器电路611-1保持从第一存储器602输出的输出数字信号MEM1_0UT[1:0]。如果传送控制信号LTX处于H电平并且写入控制信号W_DIS处于L电平，则其他存储器电路611-2至611- (M-1)保持从第一存储器602输出的数字信号MEM1_0UT [Μ-1:2]。在此实施例中，假定如果写入控制信号W _DIS处于L电平则允许写入。
[0104]图7A示出了计数器400的配置。计数信号生成单元401具有N个T-FF电路。计数信号生成单元401对时钟信号CLK计数，生成计数基础信号，并将计数基础信号输出到选择器组402。时钟信号CLK从TG70输入到输出计数基础信号的LSB值的T-FF电路。选择器组402具有M个选择器。图7A示出了 M=N - 2的情况。如果从TG70输入的移位信号SHIFT处于H电平，则选择器组402输出计数信号CNT，在该计数信号CNT中计数基础信号的每比特信号被各自向高位侧移位了两比特。同时，如果从TG70输入的移位信号SHIFT处于L电平，则选择器组402输出计数基础信号作为计数信号CNT。
[0105]接下来，参考图7B中的定时图描述根据此实施例的成像装置中的AD转换器600的操作。图7B中的定时图示出了从图5中的时刻t3以后的定时起的状态。也就是说，假定在此状态中作为放大器20的信号0ut_Amp输出了基于噪声信号的信号。另外，在图7B中，描述了基于光电转换信号的放大器20的输出信号小于电势VREF的列。
[0106]在时刻t400，比较结果信号CMP、锁存信号LATCH、写入控制信号W_DIS和传送控制信号LTX处于L电平。标志存储器601将选择信号SELB设定在H电平。从而，选择电路604将参考信号Vr2作为参考信号Vr_CMP输出到比较电路301。另外，移位信号SHIFT处于H电平。然后，参考信号Vr2的电势的依时间变化开始。在时刻t401，计数器400开始计数。移位信号SHIFT处于H电平。从而，计数器400向AD转换器600输出从通过对时钟信号计数获得的计数信号各自向高位侧移位两比特的计数信号CNT。这里，假定时刻t400与时刻t401之间的间隔与图1A中的LO相同。稍后描述的参考信号的电势变化开始的定时与计数操作开始的定时之间的差的间隔也与图1A中的LO相同。
[0107]在时刻t402，放大器20的信号0ut_Amp与参考信号Vr_CMP之间的大小关系颠倒，并且比较结果信号CMP的电平变化到H电平。随着此变化，锁存信号LATCH的电平在预定的时段期间从L电平变化到H电平，并且第一存储器602在该电平降低的定时保持计数信号CNT。假定此时保持的数字信号是N(Vr2)X4。由于此数据被移位两比特，所以低位的两比特保持“零(O)”。
[0108]在时刻t403，参考信号提供单元25停止参考信号Vr2的电势的变化，并且使参考信号Vr2的电势返回到时刻t400时的电势。从而，比较结果信号CMP的电平变化到L电平。另外，计数器400停止计数操作。在时刻t404，标志存储器601将选择信号SELB设定在L电平。从而，选择电路604向比较电路301输出参考信号Vrl。要注意，选择信号SELB的电平变化到L电平的定时不一定要是时刻t404，而可以介于时刻t403与时刻t407 (稍后描述)之间。另外，在从时刻t403到时刻t408的时段中可执行计数信号CNT的复位和移位信号SHIFT的电平到L电平的变化。
[0109]TG70在从时刻t405到时刻t406的时段中将传送控制信号LTX设定在H电平。同时，写入控制信号胃_013被保持在L电平。从而，第一存储器602将数字信号N(Vr2) X4作为输出数字信号MEM1_0UT输出到第二存储器603。第二存储器603保持此数字信号N(Vr2) X4。
[0110]在时刻t407，参考信号提供单元25开始依时间改变参考信号Vrl的电势。另外，计数器400在时刻t408开始计数操作。同时，移位信号SHIFT处于L电平。从而，在不对通过对时钟信号计数获得的计数信号执行比特移位的情况下，计数器400将此计数信号作为计数信号CNT输出。
[0111]在时刻t409，放大器20的信号0ut_Amp与参考信号Vr_CMP之间的大小关系颠倒，并且比较结果信号CMP的信号值变化到H电平。随着此变化，锁存信号LATCH的电平在预定的时段期间从L电平变化到H电平，并且第一存储器602在该电平降低的定时保持计数信号CNT。此时保持的数字信号是N(Vrl)。
[0112]在时刻t410，参考信号提供单元25停止参考信号Vrl的电势的变化，并且使参考信号Vrl的电势返回到时刻t408时的电势。另外，计数器400停止计数操作，并且计数信号CNT在时刻t415 (稍后描述)之前的特定定时被复位。
[0113]基于光电转换信号的信号在从时刻t410到时刻t411的时段中从放大器20输出，并且信号0ut_Amp的电势变化。在时刻t411，参考信号提供单元25将参考信号Vrl的电势改变到电势VREF。在图7B中，由于放大器20的信号0ut_Amp小于电势VREF，所以比较结果信号CMP处于H电平，并且该结果被保持在标志存储器601中。选择信号SELB是标志存储器601中保持的信号的反转信号。因此，选择信号SELB的信号电平被保持在L电平，并且选择电路604继续选择参考信号Vrl。在时刻t412，参考信号Vrl的电势被返回到时刻t411时的电势。
[0114]在从时刻t413起的预定时段中，TG70将传送控制信号LTX设定在H电平。同时，写入控制信号W_DIS处于L电平。从而，第二存储器603中保持的数字信号N(Vr2) X4被从第一存储器602输出的数字信号N(Vrl)改写。
[0115]在时刻t414，参考信号Vrl和Vr2的电势的依时间变化开始。同时，由于选择信号SELB处于L电平，所以参考信号Vrl被选择电路604作为参考信号Vr_CMP输入到比较电路301。在时刻t415，计数器400开始计数操作。同时，由于移位信号SHIFT处于L电平，所以没有比特移位的计数信号CNT被输出。
[0116]在时刻t416,放大器20的信号0ut_Amp与参考信号Vr_CMP之间的大小关系颠倒，并且比较结果信号CMP的信号值变化到H电平。随着此变化，锁存信号LATCH的电平在预定的时段期间从L电平变化到H电平，并且第一存储器602在该电平降低的定时保持计数信号CNT。假定此时保持的数字信号是S (Vrl)。
[0117]在时刻t417，停止参考信号Vrl和Vr2的电势的变化，并且使电势返回到时刻t414时的相应电势。另外，计数器400停止操作。
[0118]接下来，参考图8中的定时图描述基于光电转换信号的放大器20的输出信号大于电势VREF的列。时刻t411-2之前的操作与图7B中的操作相同，因此省略描述。
[0119]在从时刻t411-2到时刻t412-2的时段中，由于放大器20的信号0ut_Amp的幅度大于电势VREF，所以比较结果信号CMP输出L电平，并且该结果被保持在标志存储器601中。响应于控制信号(未不出)，作为标志存储器601中保持的信号的反转信号的H电平被作为选择信号SELB输出，并且参考信号Vr2被选择。选择信号SELB反转的定时可以在从时刻t412-2到时刻t414的时段中。另外，基于在从时刻t412-2到时刻t413_2的时段中标志存储器601中保持的结果，写入控制信号W_DIS的电平变化到H电平。
[0120]在从时刻t413_2起的预定时段中，TG70将传送控制信号LTX设定在H电平。同时，由于写入控制信号W_DIS处于H电平，所以对于存储器电路611-0和存储器电路611-1允许低位两比特的写入。从而，作为数字信号N(Vrl)的低位两比特的数字信号N(Vrl) [1:0]被第二存储器603改写。因此，数字信号N(Vr2) X4+N(Vrl) [1:0]被保持在第二存储器603中。
[0121]在时刻t414,参考信号Vrl和参考信号Vr2的电势的依时间变化开始。同时，由于选择信号SELB处于H电平，所以参考信号Vr2被选择电路604作为参考信号Vr_CMP输入到比较电路301。在时刻t415，计数操作开始。在时刻t416-2，第一存储器602在锁存信号LATCH的电平降低的定时保持计数信号CNT。同时，第一存储器602中保持的数字信号被称为 S (Vr2)。
[0122]如上所述，根据基于光电转换信号的放大器20的信号0ut_Amp与电势VREF之间的大小关系，以下信号被保持在相应的存储器中。
[0123](Out_Amp<VREF 的 AD 转换器 110)
[0124]标志存储器601...Η电平
[0125]第一存储器602...S (Vrl)
[0126]第二存储器603...N(Vrl)
[0127](Out_Amp>VREF 的 AD 转换器 110)
[0128]标志存储器601...?电平
[0129]第一存储器602...S (Vr2)
[0130]第二存储器603...N(Vr2) X4+N(Vrl) [1:0]
[0131] 这些数字信号根据水平扫描电路60的扫描在时刻t417以后被依次输出到DSP900。无论标志存储器601的信号电平如何，从第一存储器602连续输出基于光电转换信号的数字信号。另外，从第二存储器603输出基于噪声信号的数字信号。
[0132]在此实施例中，在利用参考信号Vr2的AD转换之后利用参考信号Vrl执行AD转换。然而，可以在利用参考信号Vrl的AD转换之后利用参考信号Vr2执行AD转换。在此情况下，第一存储器602把利用参考信号Vrl获得的数字信号N(Vrl)作为输出数字信号MEM1_0UT输出到第二存储器603。从而，第二存储器603保持数字信号N(Vrl)。然后，第一存储器602保持利用参考信号Vr2获得的数字信号N(Vr2) X 4。
[0133]描述DSP900处的信号处理。对于标志存储器601的信号电平为H电平的列，通过从第一存储器602中保持的数字信号S(Vrl)中减去第二存储器603中保持的数字信号N(Vrl)来获得数字S信号。另外,对于标志存储器601的信号电平是L电平的列,第一存储器602中保持的数字信号S(Vr2)被乘以四倍增益。然后，通过减去第二存储器603中保持的数字信号N(Vr2) X4+N(Vrl) [1:0]来获得数字S信号。
[0134]在根据上述第一实施例的成像装置中，如果对于每一列设置两个存储器，则根据光电转换信号的大小来切换存储基于噪声信号的数字信号的存储器和存储基于光电转换信号的数字信号的存储器。具体而言，如果放大器20的输出信号小于电势VREF，则基于噪声信号的数字信号被存储在第二存储器503中。另外，基于光电转换信号的数字信号被存储在第一存储器502中。相反,如果放大器20的输出信号大于电势VREF,则基于噪声信号的数字信号被存储在第一存储器502中。另外，基于光电转换信号的数字信号被存储在第二存储器503中。因此，当后级的DSP90执行差分处理时，必须基于从标志存储器501输出的比较结果信号来改变差分处理的极性。然而，利用此实施例的AD转换器600的上述配置和驱动，无论从标志存储器601输出的值如何，都可连续执行相同极性的差分处理。
[0135]另外，在根据第一实施例的成像装置中，例如，如果参考信号Vrl和参考信号Vr2的梯度比率是四倍，则对于利用参考信号Vr2对光电转换信号执行AD转换的列要求两比特移位。然而，如果将数字信号向高位侧移位两比特，则数字信号变成所有低位两比特都是“零(O)”的信号。因此，当为了增强的显示而将获取的图像数据乘以数字增益时，因为低位比特的分辨率不足，可获得不自然的显示。然而，如上所述，在此实施例中，由于保持了与利用参考信号Vr2转换的列的基于噪声信号的数字信号的低位两比特无关的信号，所以可以抑制由于层次不足而引起的图像质量的降低。
[0136]在此实施例中，参考信号Vr2的每单位时间的电势变化量是参考信号Vrl的每单位时间的电势变化量的四倍。对于另一示例，参考信号提供单元25可将参考信号Vr2的每单位时间的电势变化量设定为参考信号Vrl的2的η次方倍(η是I以上的整数)。在此情况下，计数器400输出计数信号CNT，其中每个计数基础信号被各自向高位移位η比特。从而，第二存储器603保持利用参考信号Vr2转换的基于噪声信号的数字信号的每比特信号被各自向高位移位η比特的数字信号。然后，为了增大低位比特的分辨率，第二存储器603中保持的信号的低位η比特可保持利用参考信号Vrl转换的基于噪声信号的数字信号。
[0137]第三实施例
[0138]下面参考附图描述根据此实施例的成像装置，主要是描述与第一实施例的不同点。
[0139]在根据此实施例的成像装置中，除了由根据第一实施例的成像装置获得的优点以夕卜，可以减小由于多个参考信号之间每单位时间的电势变化量的比率变动而引起的数字信号的误差。
[0140]图9A是根据此实施例的成像装置的示意性图示。根据此实施例的成像装置除了第一实施例的配置以外还包括测试信号提供单元200。向图9A中与图2所示的成像装置中的那些具有相同功能的元件应用与图2中相同的附图标记。根据此实施例的成像装置包括与垂直信号线2电连接的测试信号提供单元200。信号S2和S3从TG70输出到测试信号提供单元200。
[0141]图9B示出了测试信号提供单元200的配置。测试信号提供单元200包括测试信号选择单元210、测试信号提供线220和开关203。测试信号选择单元210响应于信号S2向测试信号提供线220输出具有不同信号值的测试信号VSl和VS2之一。此实施例中的测试信号VSl是根据第一实施例的像素I的噪声信号的信号值。另外，此实施例中的测试信号VS2具有等于或小于时刻t48 (稍后描述)的参考信号Vrl的电势的信号值。测试信号提供线220通过开关203电连接到每一列的垂直信号线2。如果信号S3处于H电平，则开关203变得导通。
[0142]参考图1OA来描述根据此实施例的成像装置的校正操作。
[0143]在时刻t40，信号S3处于H电平，并且测试信号提供线220的信号被输出到每一列的垂直信号线2。选择信号SEL处于H电平。
[0144]在时刻t41,信号S2被设定为H电平。从而,测试信号VSl被输出到每一列的垂直信号线2。
[0145]在时刻t42_l，参考信号提供单元25开始依时间改变参考信号Vrl的电势。选择电路302将信号M2_En设定在H电平。然后，在时刻t42_2，计数器40开始时钟信号的计数操作。
[0146]在时刻t43，测试信号VSl与参考信号Vrl的电势之间的大小关系颠倒，并且锁存信号LATCH的信号值变化。第二存储器503保持此时的计数信号。第二存储器503中保持的计数信号在此实施例中被表述为数字信号DN1。数字信号DNl是第一模拟信号的基于测试信号VSl的第四数字信号。
[0147]在时刻t44，参考信号提供单元25停止改变参考信号Vrl的电势。
[0148]在时刻t45，TG70将信号S2设定在L电平。从而，测试信号VS2通过测试信号提供线220和开关203被输出到每一列的垂直信号线2。
[0149]在时刻t46_l，参考信号提供单元25开始依时间改变参考信号Vrl的电势。另外，选择电路302将信号Ml_En设定在H电平。然后，在时刻t46_2，计数器40开始时钟信号的计数操作。
[0150]在时刻t47，测试信号VS2与参考信号Vrl之间的大小关系颠倒，并且锁存信号LATCH的信号值变化。第一存储器502保持此时的计数信号。第一存储器502中保持的计数信号在此实施例中被表述为数字信号DS1。数字信号DSl是第一模拟信号的基于测试信号VSl的第六数字信号。要注意，第五数字信号是数字信号DN2 (稍后描述)。
[0151]在时刻t48，参考信号提供单元25停止依时间改变参考信号Vrl的电势。在从时刻t48到时刻t50-l的时段中，水平扫描电路60依次将每一列的第一存储器502和第二存储器503中保持的信号传送到DSP90。
[0152]在时刻t49，TG70将信号S2设定在H电平。从而，测试信号VSl通过测试信号提供线220和开关203被输出到每一列的垂直信号线2。另外，TG70将选择信号SEL设定在L电平。
[0153]在时刻t50_I，参考信号提供单元25开始依时间改变参考信号Vr2的电势。另外，选择电路302将信号M2_En设定在H电平。然后，在时刻t50_2，计数器40开始时钟信号的计数操作。
[0154]在时刻t51，测试信号VSl与参考信号Vr2之间的大小关系颠倒，并且锁存信号LATCH的信号值变化。第二存储器503保持此时的计数信号。第二存储器503中保持的计数信号在此实施例中被表述为数字信号DN2。数字信号DN2是第二模拟信号的基于测试信号VS2的第五数字信号。
[0155]在时刻t52，参考信号提供单元25 停止依时间改变参考信号Vr2的电势。
[0156]在时刻t53，TG70将信号S2设定在L电平。
[0157]在时刻t54_I，参考信号提供单元25开始依时间改变参考信号Vr2的电势。另外，选择电路302将信号Ml_En设定在H电平。然后，在时刻t54_2，计数器40开始时钟信号的计数操作。
[0158]在时刻t55,测试信号VS2与参考信号Vr2之间的大小关系颠倒，并且锁存信号LATCH的信号值变化。第一存储器502保持此时的计数信号。第一存储器502中保持的计数信号在此实施例中被表述为数字信号DS2。数字信号DS2是第二模拟信号的基于测试信号VS2的第七数字信号。
[0159]在时刻t56，参考信号提供单元25停止依时间改变参考信号Vr2的电势。
[0160]在时刻t56以后,水平扫描电路60依次将每一列的第一存储器502和第二存储器503中保持的信号传送到DSP90。
[0161]下面参考图1OB描述在不执行此实施例中的校正操作的情况下获得的数字信号的信号值。图1OB中的X指示利用参考信号Vrl生成数字信号的情况。Yl指示参考信号Vr2的每单位时间的电势变化量与参考信号Vrl的每单位时间的电势变化量的比率是四倍的情况。相反，Y2指示参考信号Vr2的每单位时间的电势变化量与参考信号Vrl的每单位时间的电势变化量的比率由于误差而小于四倍的情况。在区域1-L与区域1-H之间的边界10，由X和Yl获得的数字信号的信号值如以上参考图1B所述分别是Dl和D2。另外，在Y2的情况下，参考信号Vr2的每单位时间的电势变化量相对于参考信号Vrl的每单位时间的电势变化量的比率由于误差而小于四倍。因此，所获得的数字信号的信号值是D3，其小于D2。在此实施例中，为了减小在X和Y2之间生成的数字信号的信号值之间的差别，执行校正操作。
[0162]接下来，描述此实施例的校正操作。充当此实施例的校正单元的DSP90从如下式
(10)获取校正值β。
[0163]β =(DSl-DNl)/(4X (DS2-DN2))…(10)
[0164]接下来，描述利用校正值β的校正处理。
[0165]在以上参考图5描述的操作中，DSP90使标志存储器501处于L电平的列的第一存储器502中保持的数字信号的信号值变成四倍。然后，DSP90按照式(11)来校正四倍信号值的数字信号。
[0166]CAL_DS=ED_DSX β …(11)
[0167]式(11)中的ED_DS是DSP90使标志存储器501处于L电平的列的第一存储器502中保持的数字信号的信号值变成四倍的数字信号。CAL_DS是从DSP90输出的校正后的数字信号。式(11)表示CAL_DS是通过将ED_DS乘以校正值β来获得的
[0168]此实施例的成像装置也可获得与第一实施例类似的优点。另外，利用此实施例的成像装置，减小了因为多个参考信号之间的每单位时间的电势变化量的比率变动而生成的数字信号的误差。
[0169]在此实施例的图1OA所示的操作中，数字信号的生成顺序是DN1、DS1、DN2和DS2。或者，例如，数字信号的生成顺序可以是DN1、DN2、DS1和DS2。在此形态中，第一存储器502保持数字信号DNl，并且第二存储器503保持数字信号DN2。然后，水平扫描电路60把这些数字信号从每一列的存储器单元50依次传送到DSP。然后，第一存储器502保持数字信号DSl，并且第二存储器503保持数字信号DS2。然后，水平扫描电路60可以再把这些数字信号从每一列的存储器单元50依次传送到DSP。
[0170]再次描述按数字信号DN1、DN2、DS1和DS2的顺序获得数字信号的上述形态。在此形态中，与图1OA中的示例相比，相同的测试信号VSl可被转换成数字信号。从而，可以减小数字信号DNl和数字信号DN2中包括的噪声成分的变动。即使当取代从测试信号提供单元200输出的测试信号使用从像素I输出的信号时，也可类似地减小噪声成分的变动。也就是说，利用参考信号Vrl和Vr2中的每一个可以对基于像素I的噪声信号的信号执行AD转换。然后，可以利用参考信号Vrl和Vr2中的每一个对基于像素I的光电转换信号的信号执行AD转换。即使在此形态中，也可获得式(10)中的校正值β。然后，与按图1OA中的顺序执行AD转换的配置相比，在利用参考信号Vrl和Vr2通过AD转换来转换的噪声信号和光电转换信号的信号值的每一个中几乎不生成变动。因此，可以获得噪声信号和光电转换信号的信号值的变动减小的数字信号。从而，可以更正确地获得校正值β。这个优点不限于按数字信号DN1、DN2、DSl和DS2的顺序获得数字信号的形态。依次执行基于测试信号VSl的两个数字信号的生成操作。另外，依次执行基于测试信号VS2的两个数字信号的生成操作。例如，数字信号的生成顺序可以是DN2、DNl、DS2和DSI。或者，顺序可以是DS1、DS2、DN2 和 DNl。
[0171]另外，在此实施例的成像装置中，描述了对利用参考信号Vr2生成的数字信号进行校正的形态。或者，可以校正利用参考信号Vrl生成的数字信号。也就是说，标志存储器501处于H电平的列的第一存储器502中保持的数字信号被除以校正值β。从而，可获得与上述实施例的成像装置类似的优点。另外，利用此实施例的成像装置，可以减小因为多个参考信号之间的每单位时间的电势变化量的比率变动而生成的数字信号的误差。
[0172]在本说明书中，描述了计数器40将共同的计数信号提供给每一列的AD转换器110的形态。或者，每一列的AD转换器110可包括计数器。在这个形态的示例中，每一列的AD转换器110包括计数器、标志存储器、第一存储器和第二存储器。即使是在此形态中，计数器、标志存储器、第一存储器和第二存储器的操作也可与每个实施例中描述的操作类似。
[0173] 上述操作可例如在成像装置被安装在成像系统中之前执行，并且校正值β可存储在成像系统中包括的校正值存储器中。另外，如果在成像操作之前获取校正值β，则可以减小由于依据诸如温度之类的环境条件的参考信号的变动而引起的AD转换精确度的降低。
[0174]在本说明书中，描述了以斜坡状进行参考信号的电势的依时间变化的形态；然而，可以采用具有以阶梯状改变的电势的参考信号。具有以阶梯状改变的电势的参考信号也是具有依时间改变的电势的参考信号的示例。
[0175]另外，此实施例的校正值β可为每一列的AD转换器110提供。或者，可利用从多列的AD转换器110输出的数字信号获得校正值β，可获得校正值的平均值，并且DSP90可使用该平均值。又或者，所有列的AD转换器110可被分割成多块，并且可为每一块获得校正值β的平均值。例如，如果对多个列的各个AD转换器110设有中继计数信号的缓冲器，则可为各个缓冲器形成块。这是因为缓冲器可引起计数信号的延迟的生成。另外，参考信号的电势的依时间变化的开始与计数信号到存储器单元50的每一列的输入定时之间的差别可依据缓冲器而有所不同。为了获得校正值β，可对多列的AD转换器110的第一数字信号和第二数字信号各自取平均，并且可利用平均第一数字信号和平均第二数字信号之间的差别来获得多列的AD转换器110共同的校正值β。
[0176]另外，此实施例的校正操作可在成像装置的电源被接通之后立即执行。或者，校正操作可在垂直扫描电路15扫描像素单元10的所有行之后直到接下来像素单元10的扫描再开始为止的消隐时段中执行。第四实施例
[0177]下面参考附图描述根据此实施例的成像装置，主要是描述与第一实施例的不同点。对于与第一实施例中的那些具有相同功能的元件应用相同的附图标记。
[0178]图11示出了根据此实施例的成像装置的配置。
[0179]此实施例的成像装置与第一实施例中的成像装置的不同在于比较单元30的配置。比较单元30包括比较电路301、增益选择电路303和锁存电路304。放大器20的信号0ut_Amp输入到增益选择电路303。增益选择电路303基于在标志存储器501中生成的选择信号SEL来选择两个不同增益之一，把信号0ut_Amp放大成信号Vp_CMP，并将信号Vp_CMP输出到比较电路301。增益选择电路303是将放大器20的信号0ut_Amp放大的增益单元。为了更容易理解，增益被描述为增益Xl和增益xl/4。增益Xl是第一增益，并且增益xl/4是绝对值小于第一增益的第二增益。在本说明书中，增益Xl (乘以I)和增益xl/4 (乘以1/4)被假定为放大的增益。比较电路301将信号Vp_CMP与从参考信号提供单元25输出的参考信号Vr相比较，并且输出比较信号CMP。当比较结果信号CMP变成H电平时，锁存电路304向存储器单元50输出在预定时段期间变成H电平的信号。标志存储器501基于比较结果信号CMP生成选择信号SEL，并将选择信号SEL输出到增益选择电路303。另外，增益选择电路303根据由选择信号SEL选择的增益将信号Ml_En和信号M2_En输出到第一存储器502和第二存储器503。信号Ml_En是用于控制使能或禁止在第一存储器502中写入数据的信号。另外，信号M2_En是用于控制使能或禁止在第二存储器503中写入数据的信号。
[0180]图12示出了此实施例的增益选择电路303和比较电路301。
[0181]增益选择电路303包括电容性元件C3、电容性元件C4、电容性元件C5、开关SXl、开关SX2以及开关控制电路3030。信号0ut_Amp连接到电容性元件C3和C4的一端。电容性元件C3的另一端连接到开关SXl的一端，并且输出信号Vp_CMPl。另外，电容性元件C4的一端的一个端子连接到与GND电势相连的电容性元件C5的一端和开关SX2的一端，并且输出信号Vp_CMP2。电容性元件C4和C5的电容量比率是1:3。另外，开关SXl的另一端和开关SX2的另一端相互连接，并且向比较电路301输出信号Vp_CMP。开关SXl受选择信号SEL控制。如果选择信号SEL处于H电平，则开关SXl变得导通。如果选择信号SEL处于L电平，则开关SXl变得不导通。开关SX2受选择信号SELl的控制。
[0182]比较电路301包括比较器3010、开关SX3和开关SX4。信号Vp_CMP输入到比较器3010的输入节点INP。另外，参考信号Vr通过电容Cl输入到另一输入节点INN。另外，开关SX3设在输入节点INP与输出节点FBP之间的电气路径中。另外，开关SX4设在输入节点INN与输出节点FBN之间的电气路径中。开关SX3和SX4受信号C0MPRST控制。如果信号C0MPRST处于H电平，则开关SX3和SX4变得导通。此时，输入节点INP和输入节点INN的电势被复位。
[0183]上述配置是此实施例中的比较单元30的配置。
[0184]在上述配置中，信号Vp_CMPl是通过将信号0ut_Amp乘以增益xl获得的信号，并且信号Vp_CMP2是通过将信号0ut_Amp乘以增益xl/4获得的信号。两个信号Vp_CMPl和Vp_CMP2被开关SXl和SX2连接到增益选择电路303的输出端子。结果，仅当开关SXl导通时，增益选择电路303输出通过将信号0ut_Amp乘以I获得的信号Vp_CMPl，作为信号Vp_CMP。另外，仅当开关SX2导通时，增益选择电路303输出作为信号0ut_Amp的xl/4的信号Vp_CMP20
[0185]然后，参考图13所示的此实施例的操作定时图来描述此实施例中的操作。
[0186]首先，信号PRES处于H电平、信号PTX处于L电平并且信号PSEL处于H电平的行中的像素被复位。此时，由于信号PCOR和信号C0MPRST也处于H电平，所以放大单元20和比较器3010被复位。另外，选择信号SEL和选择信号SELl处于H电平，并且开关SXl和SX2导通。从而，信号Vp_CMPl和信号Vp_CMP2被复位到具有与比较器3010的输入节点INP相同的电势。注意，由于输出了处于L电平的信号Ml_En和信号M2_En，所以在第一存储器502或第二存储器503中不写入数字信号。
[0187]在时刻tl，垂直扫描电路15将信号PRES的电平从H电平改变到L电平。从而，复位信号从像素I输出。
[0188]在时刻t2，TG70将信号PCOR的电平从H电平改变到L电平。从而，电容性元件CO保持基于从像素I输出的复位信号的电荷。放大器20输出差动放大器201的包括偏移的信号 0ut_Amp。
[0189]TG70在从时刻t2到时刻t3的时段中将选择信号SEL强制设定在L电平。从而，开关SXl变得不导通，并且信号Vp_CMPl保持基于复位电势的电势。此时，在增益选择电路303中，由于选择信号SELl保持H电平，所以增益是xl/4。从增益选择电路303输出的信号是其中噪声信号被放大的放大噪声信号。
[0190]在时刻t3，TG70将信号C0MPRST设定在L电平。此时，比较器3010的输入节点INN和INP保持基于复位电势的电势。然后，参考信号提供单元25开始依时间改变参考信号Vr的电势。响应于参考信号Vr的电势的变化开始，增益选择电路303将信号M2_En设定在H电平。
[0191 ] 在时刻t4,从放大器20输出的信号与参考信号Vr_CMP之间的大小关系颠倒，并且比较结果信号CMP的信号值变化。从而，锁存信号LATCH输出处于H电平的脉冲。第二存储器503在锁存信号LATCH的电平降低的定时保持计数信号。
[0192]在时刻t5，参考信号提供单元25停止参考信号Vr的电势的依时间变化，并将参考信号Vr的电势设定在时刻t3时的电势。另外，增益选择电路303将信号M2_En设定在L电平。然后，开关SX2变得不导通。
[0193]TG70在从时刻t5到时刻t6的时段中将选择信号SEL强制设定在H电平。从而，开关SXl变得导通。因此，增益选择电路303选择增益XI。从增益选择电路303输出的信号是其中噪声信号被放大的放大噪声信号。
[0194]在时刻t6，参考信号提供单元25开始依时间改变参考信号Vr的电势。此时，响应于参考信号Vr的电势的变化开始，增益选择电路303将信号Ml_En设定在H电平。
[0195]在时刻t7,从放大器20输出的信号与参考信号Vr_CMP之间的大小关系颠倒，并且比较结果信号CMP的信号值变化。从而，锁存信号LATCH输出处于H电平的脉冲。第一存储器502在锁存信号LATCH的电平降低的定时保持计数信号。
[0196]在时刻t8，参考信号提供单元25停止参考信号Vr2的电势的依时间变化，并将参考信号Vr的电势设定在时刻t3时的电势。增益选择电路303将信号Ml_En设定在L电平。
[0197]在上述操作中，在时刻t7由第一存储器502保持的计数信号是第一数字信号。另夕卜，在时刻t4在第二存储器503中保持的数字信号是第二数字信号。
[0198]然后，在时刻t9，垂直扫描电路15将信号PTX设定在H电平。从而，像素I向垂直信号线2输出光电转换信号。由于电容性元件CO保持基于像素I的噪声成分的电荷，所以被减去了像素的噪声成分的光电转换信号被输出到差动放大器201。从而,放大器20放大被减去了像素的噪声成分的光电转换信号，并且将放大的信号作为信号0ut_Amp输出到比较单元30。比较电路301的输入节点INN在时刻t3保持基于差动放大器201的偏移的电势。因此，比较电路301的输入节点INN接收通过从信号0ut_Amp中减去差动放大器201的偏移而获得的信号。
[0199]在时刻tlO，参考信号提供单元25将参考信号Vr的电势设定在电势VREF。关于电势VREF，如果从放大器20输出的信号0ut_Amp大于电势VREF，则比较电路301输出处于L电平的比较结果信号CMP。相反，如果信号0ut_Amp小于电势VREF，则比较电路301输出处于H电平的比较结果信号CMP。在此情况下，基于从比较电路301输出的比较结果信号CMP处于L电平这个假设来给出描述。
[0200]在从时刻tlO到时刻tll的时段中，标志存储器501保持处于L电平的比较结果信号CMP。
[0201]在时刻tlI，参考信号提供单元25将参考信号Vr的电势改变成等于时刻t3时的电势。
[0202]在从时刻tll到时刻tl2的时段中，标志存储器501使得选择信号SEL的信号电平与标志存储器501中保持的比较结果信号CMP的信号电平相同。在此情况下，由于标志存储器501保持L电平，所以选择信号SEL变成L电平。从而，开关控制电路3030将选择信号SELl设定在H电平。结果，开关SXl变得不导通并且开关SX2变得导通。从而，信号Vp_CMP2被作为信号Vp_CMP输出。如果标志存储器501中保持的比较结果信号CMP处于H电平，则选择信号SEL被保持在H电平，并且信号Vp_CMPl被作为信号Vp_CMP输出。从增益选择电路303输出的信号是其中光电转换信号被放大的放大光电转换信号。
[0203]在时刻tl2，参考信号提供单元25开始依时间改变参考信号Vr的电势。增益选择电路303将信号Ml_En设定在H电平。从而,保持了第一数字信号的第一存储器502的信号变得可被改写。如果标志存储器501中保持的比较结果信号CMP处于H电平，则增益选择电路303将信号M2_En设定在H电平。此时，保持了第二数字信号的第二存储器503的信号变得可被改写。
[0204]在时刻tl3,从放大器20输出的信号与参考信号Vr_CMP之间的大小关系颠倒,并且比较结果信号CMP的信号值变化。第一存储器502保持此时的计数信号。
[0205]在时刻tl4，参考信号提供单元25停止参考信号Vr的电势的依时间变化，并且将参考信号Vr的电势设定在时刻t3时的电势。增益选择电路303将信号Ml_En设定在L电平。
[0206]在上述操作中，在时刻tl3在第一存储器502中保持的计数信号是基于光电转换信号的第三数字信号。
[0207]另外，在时刻tl4之后，水平扫描电路60依次扫描存储器单元50，并且使得每一列的标志存储器501、第一存储器502和第二存储器503把各个存储器中保持的数字信号输出到 DSP90。
[0208]DSP90根据从标志存储器501输出的值对从第一存储器502和第二存储器503输出的值执行数字处理。
[0209]如果从上述标志存储器501输出L电平，则DSP90从第一存储器502中保持的第三数字信号中减去第二存储器503中保持的第二数字信号。此时，第三和第二数字信号是通过将信号0ut_Amp乘以增益xl/4生成的基于光电转换信号的数字信号，和通过将信号0ut_Amp乘以增益xl/4生成的基于噪声信号的数字信号。因此，通过从第三数字信号中减去第二数字信号，可以降低取决于比较单元30的列的特性变动的影响。也就是说，DSP90生成具有更少噪声信号的数字S信号。
[0210]如果从上述标志存储器501输出H电平，则DSP90从第二存储器503中保持的第三数字信号中减去第一存储器502中保持的第一数字信号。此时，第三和第一数字信号是通过将信号0ut_Amp乘以增益xl生成的基于光电转换信号的数字信号，和通过将信号0ut_Amp乘以增益xl生成的基于噪声信号的数字信号。因此，与从标志存储器501输出L电平的情况类似，DSP90生成具有更少噪声信号的数字S信号。
[0211]最后，DSP90根据从标志存储器501输出的值对数字S信号执行数字增益处理。对于通过将信号0ut_Amp乘以增益xl/4来执行AD转换的列，也就是说，对于从标志存储器501输出L电平的列，输出通过使数字S信号变成四倍获得的信号。另外，对于从标志存储器501输出H电平的列，在不对数字S信号进行数字增益处理的情况下输出数字S信号。从而，最终从DSP90输出的数字信号可获得与为比较单元30的每一列选择的任何增益等同的AD转换增益。
[0212]如上所述，在此实施例中，可由上述配置提供与第一实施例类似的优点。
[0213]在此实施例中描述的形态中，增益选择电路303与比较电路301分开地设在比较单元30中。然而，增益选择电路的一部分可与比较电路301是共同的。另外，放大器20可具有切换增益的功能。
[0214]第五实施例
[0215]下面参考附图描述根据此实施例的成像装置，主要是描述与第二和第四实施例的不同点。此实施例是基于来自放大器20的信号的衰减比率是1/4这个假设来描述的。
[0216]图14是包括根据此实施例的成像装置中在AD转换器600和放大器20下游布置的周边电路的配置图。放大器20的输出信号0ut_Amp和从标志存储器601输出的选择信号SELB被输入到增益选择电路303。增益选择电路303具有将放大器20的信号0ut_Amp衰减到1/4的功能。如果选择信号SELB处于L电平，则增益选择电路303将放大器20的信号0ut_Amp输出到比较电路301。以下，从增益选择电路303输出的放大器20的信号0ut_Amp被表述为高增益信号。相反,如果选择信号SELB处于H电平,则增益选择电路303向比较电路301输出通过将放大器20的信号0ut_Amp乘以1/4获得的信号。以下，在选择信号SELB处于H电平的情况下从增益选择电路303输出的信号被表述为低增益信号。
[0217]在此实施例的成像装置中，与第四实施例类似，参考信号提供单元25向比较电路301提供单个参考信号Vr。
[0218]接下来，参考图15A中的定时图来描述根据此实施例的成像装置中的AD转换器600的操作。在图15A中,假定基于噪声信号的信号被作为放大器20的信号0ut_Amp输出。另外，类似于图7B，描述基于光电转换信号的放大器20的输出信号小于电势VREF的列表。输出信号大于电势VREF的情况将在稍后参考图15B来描述。
[0219]在时刻t500，由于选择信号SELB处于H电平，所以增益选择电路303输出低增益信号作为CMP_Amp。参考信号Vr的电势的依时间变化开始，并且在时刻t501，计数器400开始计数操作。同时，由于移位信号SHIFT处于H电平，所以被移位了两比特的计数信号CNT被输出到AD转换器600。
[0220]在时刻t502，放大器20的信号0ut_Amp与参考信号Vr之间的大小关系颠倒，并且比较结果信号CMP的电平变化到H电平。随着此变化，锁存信号LATCH的电平在预定的时段期间从L电平变化到H电平，并且第一存储器602在该电平降低的定时保持计数信号CNT。假定此时保持的数字信号是N(LoG) X4。由于此数据被移位了两比特，所以低位两比特保持“零(O)”。
[0221]在时刻t503，参考信号Vr的电势的变化停止，参考信号Vr的电势返回到时刻t500时的电势，并且比较结果信号CMP变化到L电平。另外，计数器400停止计数操作。在时刻t504，选择信号SELB被设定在L电平，并且增益选择电路303输出高增益信号作为CMP_Amp。选择信号SELB从H电平变化到L电平的定时不一定要是时刻t504，而可以介于时刻t503与时刻t507之间。另外，计数信号CNT的复位和移位信号SHIFT从H电平变化到L电平的定时可介于时刻t503与时刻t508之间。
[0222]传送控制信号LTX在时刻t505与时刻t506之间被设定在H电平。从而，数字信号N(LoG) X 4被复制并保持在第二存储器603中。然后，参考信号Vr的变化和计数器400的计数操作在时刻t507和时刻t508开始。放大器20的信号0ut_Amp与参考信号Vr之间的大小关系在时刻t509颠倒。比较结果信号CMP的电平变化到H电平。数字信号N(HiG)在锁存信号LATCH降低的定时被保持在第一存储器602中。
[0223]在时刻t510，参考信号Vrl的电势的变化被停止，电势被返回到时刻t508时的电势，并且在时刻t515之前，计数器400的操作被停止并且计数器400被复位。
[0224]基于光电转换信号的信号在从时刻t510到时刻t511的时段中从放大器20输出，并且信号Out_Amp的电势变化。在时刻t511，将参考信号Vr的电势改变到电势VREF的操作开始。在图15A中，由于放大器20的信号Out_Amp小于电势VREF，所以比较结果信号CMP变为H电平，并且结果被保持在标志存储器601中。选择信号SELB是标志存储器601中保持的信号的反转信号。因此，选择信号SELB被连续保持在L电平并且连续具有高增益。在时刻t512，参考信号Vrl的电势被返回到时刻t511时的电势。
[0225]在从时刻t513起的预定时段期间，TG70将传送控制信号LTX设定在H电平。同时，写入控制信号胃_015处于L电平。从而，第二存储器603中保持的数字信号N(LoG) X4被从第一存储器602输出的数字信号N(HiG)改写。
[0226]时刻t515以后的操作与参考图7B描述的操作类似，只不过在时刻t516在第一存储器602中保持数字信号S (HiG)。
[0227]接下来，参考图15B中的定时图来描述基于光电转换信号的放大器20的输出信号幅度大于电势VREF的列。时刻t511-2之前的操作与图15A中的操作相同，因此省略描述。
[0228]在从时刻t511_2到时刻t512_2的时段中，由于放大器20的信号0ut_Amp的幅度大于电势VREF，所以比较结果信号CMP输出L电平，并且结果被保持在标志存储器601中。响应于控制信号(未不出)，作为标志存储器601中保持的信号的反转信号的处于H电平的信号被作为选择信号SELB输出。从而，增益选择电路303向比较电路301输出低增益信号。因此，作为比较电路301的输入信号的信号CMP_Amp被改变。选择信号SELB反转的定时可以在从时刻t512-2到时亥Ij t514的时段中。另外，基于在从时刻t512-2到时刻t513_2的时段中标志存储器601中保持的结果，写入控制信号W_DIS的电平被改变到H电平。
[0229]在从时刻t513_2起的预定时段中，TG70将传送控制信号LTX设定在H电平。同时，写入控制信号W_DIS处于H电平。因此，处于低位两比特的存储器电路611-0和存储器电路611-1被允许写入。从而，作为数字信号N(HiG)的低位两比特的数字信号N(HiG) [1:0]被第二存储器603写入。因此，第二存储器603保持数字信号N(LoG) X 4+N(HiG) [1:0]。时刻t515以后的操作与参考图15A描述的操作类似，只不过在时刻t516-2在第一存储器602中保持数字信号S (LoG)。
[0230]如上所述，根据基于光电转换信号的放大器20的信号0ut_Amp与电势VREF之间的大小关系，以下信号被保持在相应的存储器中。
[0231 ] (Out_Amp<VREF 的 AD 转换器 110)
[0232]标志存储器601...H电平
[0233]第一存储器602...S (HiG)
[0234]第二存储器603...N(HiG)
[0235](Out_Amp>VREF 的 AD 转换器 110)
[0236]标志存储器601...L电平
[0237]第一存储器602...S (LoG)
[0238]第二存储器603…N(LoG) X4+N(HiG) [1:0]
[0239]在第四实施例的成像装置中，根据标志存储器601的信号电平改变差分处理的极性。相反，在此实施例的成像装置中，可在不改变差分处理的极性的情况下执行差分处理。另外，可提供与第四实施例的成像装置类似的优点。
[0240]在此实施例中，在对高增益信号的噪声信号的AD转换之前执行对低增益信号的噪声信号的AD转换。然而，该顺序可颠倒。
[0241]第六实施例
[0242]下面参考附图描述根据此实施例的成像装置，主要是描述与第三和第四实施例的不同点。对于与第三和第四实施例的那些具有相同功能的元件应用相同的附图标记。
[0243]在此实施例的成像装置中，除了根据第四实施例的成像装置提供的优点以外，还可以减小当增益选择电路303设定的增益比率依据列而变动时生成的数字信号的误差。
[0244]图16示出了根据此实施例的成像装置的配置。根据此实施例的成像装置除了第四实施例的配置以外还包括测试信号提供单元200。设有与垂直信号线2电连接的测试信号提供单元200。信号S2和S3从TG70输出到测试信号提供单元200。根据此实施例的测试信号提供单元200的配置与第三实施例的类似。
[0245]接下来，描述此实施例的操作。图17示出了根据此实施例的成像装置的操作。此实施例的成像装置的操作与第三实施例中参考图1OA描述的操作的不同在于参考信号提供单元25的参考信号Vr的输出操作和比较单元30的操作。下面描述与第三实施例不同的校正操作。
[0246]在校正操作期间，TG70用控制信号(未示出)控制选择信号SEL。从而，TG70控制增益选择电路303的增益。增益选择电路303基于根据选择信号SEL设定的增益来放大测试信号VS1、VS2、VN1和VN2，并输出这些信号。这些信号是放大模拟信号。
[0247]从时刻t42_l起,参考信号提供单元25开始依时间改变参考信号Vr的电势。参考信号提供单元25在时刻t44停止电势的改变，并且同时，使电势返回到时刻t42_l时的电势。在同一时段中，由于选择信号SEL处于H电平，所以增益选择电路303选择增益xl。因此，在从时刻t42-l到时刻t44的时段中，比较电路301生成指示通过将基于测试信号VSl的信号乘以增益xl获得的信号与基于参考信号Vr的信号之间的比较结果的比较结果信号CMP。基于比较结果信号CMP的信号值变化的定时生成的计数器40的计数值被作为数字信号DNl写入在第二存储器503中。
[0248]从时刻t46_2起，参考信号提供单元25开始再次依时间改变参考信号Vr的电势。参考信号提供单元25在时刻t48停止电势的改变，并且同时，使电势返回到时刻46-1时的电势。同时，由于选择信号SEL处于H电平，所以增益选择电路303选择增益xl。因此，在从时刻t46-l到时刻t48的时段中，比较电路301生成指示通过将基于测试信号VS2的信号乘以增益xl获得的信号与基于参考信号Vr的信号之间的比较结果的比较结果信号CMP。基于比较结果信号CMP的信号值变化的定时生成的计数器40的计数值被作为数字信号DSl写入在第一存储器502中。
[0249]在从时刻t48到时刻t50_l的时段中，水平扫描电路60将所获得的数字信号DNl和数字信号DSl传送到DSP90。
[0250]参考信号提供单元25在从时刻t50_l到时刻t56的后续时段中再次执行从时刻t42-l到时刻t48的操作。在同一时段中，由于选择信号SEL处于L电平，所以增益选择电路303选择增益xl/4。因此，在从时刻t50-l到时刻t52的时段中，比较电路301生成指示通过将基于测试信号VSl的信号乘以增益xl/4获得的信号与基于参考信号Vr的信号之间的比较结果的比较结果信号CMP。基于比较结果信号CMP的信号值变化的定时生成的计数器40的计数值被作为数字信号DN2写入在第二存储器503中。另外，在从时刻t54_l到时刻t56的时段中，比较电路301生成指示通过将基于测试信号VSl的信号乘以增益xl/4获得的信号与基于参考信号Vr的信号之间的比较结果的比较结果信号CMP。基于比较结果信号CMP的信号值变化的定时生成的计数器40的计数值被作为数字信号DS2写入在第一存储器502中。
[0251]在时刻t56以后，水平扫描电路60将所获得的数字信号DN2和数字信号DS2传送到 DSP90。
[0252]DSP90基于由上述校正操作获得的数字信号DN1、DS1、DN2和DS2来获取校正值β并执行校正处理。校正值β的获取和校正处理可与第三实施例中的类似。
[0253]利用上述配置和操作，即使是在此实施例的成像装置中，也可获得与第四实施例类似的优点。另外，可以减小由增益选择电路303设定的增益比率的变动引起的数字信号的误差。
[0254]第七实施例
[0255]图18是使用第一至第六实施例的任何一个中描述的成像装置作为成像装置154的成像系统。
[0256]在图18中，成像系统包括保护透镜的镜筒151、使得被摄体的光学图像被聚焦在成像装置154处的透镜152、以及使得经过透镜152的光量可变的光圈153。另外，成像系统包括对从成像装置154输出的信号执行处理的输出信号处理器155。从成像装置154输出的信号是用于生成通过拍摄被摄体的图像而形成的图像的成像信号。输出信号处理器155通过根据需要对从成像装置154输出的成像信号执行各种校正和压缩来生成图像。透镜152和光圈153形成在成像装置154处收集光的光学系统。
[0257]图18中示范性示出的成像系统还包括临时存储图像数据的缓冲存储器156，和与外部计算机等进行通信的外部接口 157。另外，成像系统包括可移除地安装在成像系统上的记录介质159,例如半导体存储器。成像数据被记录在记录介质上并从记录介质读取。成像系统还包括记录介质控制接口 158,其执行在记录介质159上的记录和从记录介质159的读取。另外，成像系统包括整体控制/计算单元1510，其控制各种计算和整个数字静态相机。
[0258]在图18所示的成像系统中，在第一至第六实施例的任何一个中描述的DSP90可被包括在设在成像装置154外部的输出信号处理器155中。在此形态中，输出信号处理器155充当包括校正单元的信号处理器。即使在此形态中，此实施例的成像系统也可提供与第一至第六实施例的任何一个中描述的优点类似的优点。或者，在第一至第六实施例的任何一个中描述的DSP90可被包括在设在成像装置154外部的整体控制/计算单元1510中。在此形态中，整体控制/计算单元1510充当校正单元。
[0259]在本发明中，AD转换器把具有不同的每单位时间电势变化量的第一和第二参考信号之一与光电转换信号相比较。然后，AD转换器将第一和第二参考信号之一与噪声信号相比较。在减小AD转换器的电路规模增大的同时可实现包括AD转换器的成像装置。
[0260]虽然已参考示范性实施例描述了本发明，但要理解本发明不限于所公开的示范性实施例。所附权利要求的范围应符合涵盖所有这种修改和等同结构和功能的最宽解释。
【权利要求】
1.一种成像装置，包括: 包括被配置为基于入射光输出光电转换信号的像素的模拟信号输出单元；以及 包括比较器的模拟到数字转换器， 其中，所述比较器执行第一比较、第二比较和第三比较， 其中，所述第一比较是从所述模拟信号输出单元输出的噪声信号与具有每单位时间变化第一变化量的电势的第一参考信号之间的比较， 其中，所述第二比较是所述噪声信号与具有每单位时间变化第二变化量的电势的第二参考信号之间的比较，所述第二变化量大于所述第一变化量， 其中，所述第三比较是所述第一参考信号和所述第二参考信号之一与基于所述光电转换信号从所述模拟信号输出单元输出的信号之间的比较，并且 其中，所述模拟到数字转换器生成基于所述第一比较的结果的数字信号、基于所述第二比较的结果的数字信号以及基于所述第三比较的结果的数字信号。
2.根据权利要求1所述的成像装置， 其中，所述像素包括 光电转换器，被配置为基于所述入射光生成电荷，以及 晶体管，具有输入所述电荷的输入节点，并且被配置为输出基于所述电荷的光电转换信号，并且 其中，所述噪声信号是基于所述输入节点的复位电势从所述晶体管输出的信号。
3.根据权利要求1所述的成像装置， 其中，所述模拟信号输出单元具有输入所述光电转换信号的输入节点，并且还包括被配置为放大输入到所述输入节点的信号并向所述比较器输出放大信号的放大器，并且其中，所述噪声信号是基于所述放大器的输入节点的复位电势从所述放大器输出的信号。
4.一种成像装置，包括: 像素，被配置为基于入射光输出光电转换信号；以及 模拟到数字转换器，其包括比较器，该比较器被配置为将参考信号与输入到该比较器的输入节点的信号相比较， 其中，所述比较器执行第一比较、第二比较和第三比较， 其中，所述第一比较是所述比较器的输入节点的复位电势与具有每单位时间变化第一变化量的电势的第一参考信号之间的比较， 其中，所述第二比较是所述比较器的输入节点的复位电势与具有每单位时间变化第二变化量的电势的第二参考信号之间的比较，所述第二变化量大于所述第一变化量， 其中，所述第三比较是所述第一参考信号和所述第二参考信号之一与基于所述光电转换信号的所述比较器的输入节点的电势之间的比较，并且 其中，所述模拟到数字转换器生成基于所述第一比较的结果的数字信号、基于所述第二比较的结果的数字信号以及基于所述第三比较的结果的数字信号。
5.根据权利要求1所述的成像装置， 其中，所述模拟到数字转换器基于所述第一比较的结果生成的数字信号是第一数字信号，其中，所述模拟到数字转换器基于所述第二比较的结果生成的数字信号是第二数字信号， 其中，所述模拟到数字转换器还包括选择电路， 其中，所述模拟到数字转换器生成所述第一数字信号和所述第二数字信号，然后所述比较器把基于所述光电转换信号的信号的电势与预定电势相比较， 其中，如果基于所述光电转换信号的信号的电势小于所述预定电势，则所述选择电路将所述第一参考信号提供给所述比较器来进行所述第三比较，并且 其中，如果基于所述光电转换信号的信号的电势大于所述预定电势，则所述选择电路将所述第二参考信号提供给所述比较器来进行所述第三比较。
6.根据权利要求5所述的成像装置， 其中，所述模拟到数字转换器基于所述第三比较的结果生成的数字信号是第三数字信号， 其中，所述模拟到数字转换器还包括第一存储器和第二存储器，并且其中，在所述第一存储器保持所述第一数字信号并且所述第二存储器保持所述第二数字信号之后，如果基于所述光电转换信号的信号的电势小于所述预定电势，则在所述选择电路使得所述第一存 储器保持所述第一数字信号的同时，所述选择电路使得所述第二存储器保持所述第三数字信号，而如果基于所述光电转换信号的信号的电势大于所述预定电势，则在所述选择电路使得所述第二存储器保持所述第二数字信号的同时，所述选择电路使得所述第一存储器保持所述第三数字信号。
7.根据权利要求5所述的成像装置， 其中，所述模拟到数字转换器基于所述第三比较的结果生成的数字信号是第三数字信号， 其中，所述模拟到数字转换器还包括第一存储器和第二存储器， 其中，所述第一存储器保持所述第一数字信号，然后所述第二存储器保持所述第一存储器中保持的所述第一数字信号， 其中，然后所述第一存储器保持所述第二数字信号，并且 其中，然后，如果基于所述光电转换信号的信号的电势大于所述预定电势，则所述第二存储器保持所述第一存储器中保持的所述第二数字信号，然后所述第一存储器保持所述第三数字信号。
8.根据权利要求7所述的成像装置， 其中，当η是I或更大的整数时，所述第二变化量是所述第一变化量的2的η次幂，并且 其中，所述第二存储器保持通过使所述第一存储器中保持的所述第二数字信号的每个比特的信号向高位侧均移位η比特而获得的数字信号。
9.根据权利要求8所述的成像装置，其中，所述第二存储器保持一数字信号，在该数字信号中，所述第一数字信号的低位η比特的信号与通过使所述第二数字信号的每个比特的信号向高位侧均移位η比特而获得的数字信号相组合。
10.根据权利要求7所述的成像装置，其中，如果基于所述光电转换信号的信号的电势小于所述预定电势，则所述选择电路使得所述第二存储器保持所述第一存储器中保持的所述第二数字信号，然后使得所述第一存储器保持所述第三数字信号。
11.根据权利要求5所述的成像装置， 其中，所述模拟到数字转换器基于所述第三比较的结果生成的数字信号是第三数字信号， 其中，所述模拟到数字转换器还包括第一存储器和第二存储器， 其中，所述第一存储器保持所述第二数字信号，然后所述第二存储器保持所述第一存储器中保持的所述第二数字信号， 其中，然后，所述第一存储器保持所述第一数字信号，并且 其中，然后，如果基于所述光电转换信号的信号的电势小于所述预定电势，则所述第二存储器保持所述第一存储器中保持的所述第一数字信号，然后所述第一存储器保持所述第二数字号。
12.根据权利要求5所述的成像装置，还包括: 参考信号提供单元， 其中，在所述第一比较期间，所述参考信号提供单元不提供所述第二参考信号，而是通过所述选择电路向所 述比较器提供所述第一参考信号， 其中，在所述第二比较期间，所述参考信号提供单元不提供所述第一参考信号，而是通过所述选择电路向所述比较器提供所述第二参考信号，并且 其中，在所述第三比较期间，所述参考信号提供单元向所述选择电路提供所述第一参考信号的时段与所述参考信号提供单元向所述选择电路提供所述第二参考信号的时段交叠。
13.根据权利要求1所述的成像装置，还包括: 校正单元， 其中，所述模拟到数字转换器基于由所述比较器在第一模拟信号与所述第一参考信号之间进行的比较的结果生成第四数字信号， 其中，所述模拟到数字转换器基于由所述比较器在所述第一模拟信号与所述第二参考信号之间进行的比较的结果生成第五数字信号， 其中，所述模拟到数字转换器基于由所述比较器在第二模拟信号与所述第一参考信号之间进行的比较的结果生成第六数字信号，所述第二模拟信号的信号值不同于所述第一模拟信号的信号值， 其中，所述模拟到数字转换器基于由所述比较器在所述第二模拟信号与所述第二参考信号之间进行的比较的结果生成第七数字信号，并且 其中，所述校正单元校正第三数字信号，该第三数字信号是所述模拟到数字转换器基于所述第三比较的结果生成的数字信号，所述校正是基于所述第四数字信号的信号值与所述第六数字信号的信号值之间的差别和所述第五数字信号的信号值与所述第七数字信号的信号值之间的差别的。
14.根据权利要求13所述的成像装置，还包括: 测试信号提供单元， 其中，所述测试信号提供单元向所述比较器输出所述第一模拟信号和所述第二模拟信号。
15.根据权利要求13所述的成像装置， 其中，所述校正单元通过将所述第三数字信号乘以校正值β来校正所述第三数字信号，该校正值β是通过如下式子获得的，β =(DSl-DNl)/(GX (DS2-DN2)), 其中，DNl是所述第四数字信号的信号值，DN2是所述第五数字信号的信号值，DSl是所述第六数字信号的信号值，DS2是所述第七数字信号的信号值，并且G是所述第二变化量与所述第一变化量的比率。
16.根据权利要求13所述的成像装置， 其中，所述成像装置包括多个像素和多个模拟到数字转换器， 其中，所述多个像素是多列中的像素， 其中，所述多个模拟到数字转换器是与布置有像素的各列对应设置的，并且所述多个模拟到数字转换器中的每一个生成所述第四数字信号、所述第五数字信号、所述第六数字信号和所述第七数字信号，并且 其中，所述校正单元基于所述多个模拟到数字转换器的所述第四数字信号的信号值与所述第六数字信号的信号值之间的差别的平均值和所述多个模拟到数字转换器的所述第五数字信号的信号值与所述第七数字信号的信号值之间的差别的平均值来校正由所述多个模拟到数字转换 器中的每一个生成的所述第三数字信号。
17.一种成像装置，包括: 模拟信号输出单元，其包括被配置为基于入射光输出噪声信号和光电转换信号的像素，和被配置为放大所述噪声信号和所述光电转换信号的增益单元；以及包括比较器的模拟到数字转换器， 其中，所述模拟到数字转换器生成第一数字信号、第二数字信号和第三数字信号， 其中，所述第一数字信号是由所述比较器在所述增益单元利用第一增益放大所述噪声信号所获得的信号与依时间改变的参考信号之间进行的第一比较所生成的数字信号， 其中，所述第二数字信号是由所述比较器在所述增益单元利用第二增益放大所述噪声信号所获得的信号与所述参考信号之间进行的第二比较所生成的数字信号， 其中，所述第三数字信号是由所述比较器在所述增益单元利用所述第一增益和所述第二增益之一放大所述光电转换信号所获得的信号与所述参考信号之间进行的第三比较所生成的数字信号，并且 其中，所述第二增益的绝对值小于所述第一增益的绝对值。
18.根据权利要求17所述的成像装置，还包括: 校正单元， 其中，所述增益单元向所述比较器输出第一放大模拟信号、第二放大模拟信号、第三放大模拟信号和第四放大模拟信号， 其中，所述第一放大模拟信号是通过利用所述第一增益放大第一模拟信号而获得的信号， 其中，所述第二放大模拟信号是通过利用所述第二增益放大所述第一模拟信号而获得的信号， 其中，所述第三放大模拟信号是通过利用所述第一增益放大第二模拟信号而获得的信号，所述第二模拟信号的信号值不同于所述第一模拟信号的信号值， 其中，所述第四放大模拟信号是通过利用所述第二增益放大所述第二模拟信号而获得的信号， 其中，所述模拟到数字转换器生成第四数字信号、第五数字信号、第六数字信号和第七数字信号， 其中，所述第四数字信号是基于由所述比较器在所述第一放大模拟信号与所述参考信号之间进行的比较的结果生成的数字信号， 其中，所述第五数字信号是基于由所述比较器在所述第二放大模拟信号与所述参考信号之间进行的比较的结果生成的数字信号， 其中，所述第六数字信号是基于由所述比较器在所述第三放大模拟信号与所述参考信号之间进行的比较的结果生成的数字信号， 其中，所述第七数字信号是基于由所述比较器在所述第四放大模拟信号与所述参考信号之间进行的比较的结果生成的数字信号，并且 其中，所述校正单元基于所述第四数字信号的信号值与所述第六数字信号的信号值之间的差别和所述第五数字信号的信号值与所述第七数字信号的信号值之间的差别，来校正所述第三数字信号。
19.根据权利要求18所述的成像装置， 其中，所述校正单元通过将所述第三数字信号乘以校正值β来校正基于所述第三比较的结果生成的数字信号，该校正值β是通过如下式子获得的，β =(DSl-DNl)/(GX (DS2-DN2)), 其中，DNl是所述第四数字信号的信号值，DN2是所述第五数字信号的信号值，DSl是所述第六数字信号的信号值，DS2是所述第七数字信号的信号值，并且G是所述第二增益与所述第一增益的比率。
20.根据权利要求17所述的成像装置， 其中，所述模拟到数字转换器还包括增益选择电路， 其中，所述模拟到数字转换器生成所述第一数字信号和所述第二数字信号，然后所述比较器将基于所述光电转换信号的信号的电势与预定电势相比较， 其中，如果基于所述光电转换信号的信号的电势小于所述预定电势，则所述增益选择电路向所述增益单元输出利用所述第一增益放大的放大光电转换信号，并且 其中，如果基于所述光电转换信号的信号的电势大于所述预定电势，则所述增益选择电路向所述增益单元输出利用所述第二增益放大的放大光电转换信号。
21.根据权利要求20所述的成像装置， 其中，所述模拟到数字转换器还包括第一存储器和第二存储器， 其中，所述第一存储器保持所述第一数字信号，然后所述第二存储器保持所述第一存储器中保持的所述第一数字信号， 其中，然后所述第一存储器保持所述第二数字信号，并且 其中，然后，如果基于所述光电转换信号的信号的电势大于所述预定电势，则所述第二存储器保持所述第一存储器中保持的所述第二数字信号，然后所述第一存储器保持所述第三数字信号。
22.根据权利要求21所述的成像装置， 其中，当η是I或更大的整数时，所述第二增益是所述第一增益的2的η次幂，并且其中，所述第二存储器保持通过使所述第一存储器中保持的所述第二数字信号的每个比特的信号向高位侧均移位η比特而获得的数字信号。
23.根据权利要求22所述的成像装置，其中，所述第二存储器保持一数字信号，在该数字信号中，所述第一数字信号的低位η比特的信号与通过使所述第二数字信号的每个比特的信号向高位侧均移位η比特而获得的数字信号相组合。
24.根据权利要求21所述的成像装置，其中，如果基于所述光电转换信号的信号的电势小于所述预定电势，则所述增益选择电路使得所述第二存储器保持所述第一存储器中保持的所述第二数字信号，然后使得所述第一存储器保持所述第三数字信号。
25.根据权利要求20所述的成像装置， 其中，所述模拟到数字转换器还包括第一存储器和第二存储器， 其中，所述第一存储器保持所述第二数字信号，然后所述第二存储器保持所述第一存储器中保持的所述第二数字信号， 其中，然后 ，所述第一存储器保持所述第一数字信号，并且 其中，然后，如果基于所述光电转换信号的信号的电势小于所述预定电势，则所述第二存储器保持所述第一存储器中保持的所述第一数字信号，然后所述第一存储器保持所述第三数字信号。
26.—种成像系统,包括: 根据权利要求1至25中的任何一项所述的成像装置；以及 信号处理器，被配置为处理从所述成像装置输出的信号， 其中，如果所述模拟到数字转换器利用所述第一参考信号来执行所述第三比较，则所述信号输出单元生成通过所述第三比较生成的数字信号与通过所述第一比较生成的数字信号之间的差别的信号，并且 其中，如果所述模拟到数字转换器利用所述第二参考信号来执行所述第三比较，则所述信号输出单元生成通过所述第三比较生成的数字信号与通过所述第二比较生成的数字信号之间的差别的信号。
27.一种成像系统，包括: 根据权利要求1至25中的任何一项所述的成像装置；以及 信号处理器，被配置为处理从所述成像装置输出的信号。
28.—种成像装置的驱动方法，所述成像装置包括模拟信号输出单元和模拟到数字转换器，所述模拟信号输出单元包括被配置为基于入射光输出光电转换信号的像素，所述模拟到数字转换器包括比较器，所述方法包括: 第一步骤，使得所述比较器把从所述模拟信号输出单元输出的噪声信号与具有每单位时间变化第一变化量的电势的第一参考信号相比较； 第二步骤，使得所述比较器把所述噪声信号与具有每单位时间变化第二变化量的电势的第二参考信号相比较，所述第二变化量大于所述第一变化量；以及 第三步骤，使得所述比较器把所述第一参考信号和所述第二参考信号之一与基于所述光电转换信号的信号相比较。
29.根据权利要求28所述的成像装置的驱动方法， 其中，所述模拟到数字转换器还包括第一存储器和第二存储器， 其中，在所述第一步骤期间，所述模拟到数字转换器被使得基于由所述比较器进行的比较的结果生成第一数字信号，并且所述第一存储器被使得保持所述第一数字信号， 其中，在所述第二步骤期间，所述模拟到数字转换器被使得基于由所述比较器进行的比较的结果生成第二数字信号，并且所述第二存储器被使得保持所述第二数字信号， 其中，在所述第三步骤期间，所述模拟到数字转换器被使得基于由所述比较器进行的比较的结果生成第三数字信号， 其中，如果基于所述光电转换信号的信号的电势小于预定电势，则在所述第一存储器被使得保持所述第一数字信号的同时，所述第二存储器被使得保持所述第三数字信号，并且 其中，如果基于所述光电转换信号的信号的电势大于所述预定电势，则在所述第二存储器被使得保持所述第二数字信号的同时，所述第一存储器被使得保持所述第三数字信号。
30.根据权利要求29所述的成像装置的驱动方法， 其中，所述成像装置还包括选择电路， 其中，在所述第一步 骤期间，所述选择电路不向所述比较器提供所述第二参考信号，而是通过所述选择电路向所述比较器提供所述第一参考信号， 其中，在所述第二步骤期间，所述选择电路不向所述比较器提供所述第一参考信号，而是通过所述选择电路向所述比较器提供所述第二参考信号，并且 其中，在所述第三步骤期间，所述第一参考信号和所述第二参考信号被并行提供到所述选择电路，如果基于所述光电转换信号的信号的电势小于所述预定电势，则所述选择电路从所述第一参考信号和所述第二参考信号之中选择所述第一参考信号并将所述第一参考信号提供给所述比较器，而如果基于所述光电转换信号的信号的电势大于所述预定电势，则所述选择电路从所述第一参考信号和所述第二参考信号之中选择所述第二参考信号并将所述第二参考信号提供给所述比较器。
31.根据权利要求28所述的成像装置的驱动方法， 其中，所述模拟到数字转换器被使得基于由所述比较器在第一模拟信号与所述第一参考信号之间进行的比较的结果生成第四数字信号， 其中，所述模拟到数字转换器被使得基于由所述比较器在所述第一模拟信号与所述第二参考信号之间进行的比较的结果生成第五数字信号， 其中，所述模拟到数字转换器被使得基于由所述比较器在第二模拟信号与所述第一参考信号之间进行的比较的结果生成第六数字信号，所述第二模拟信号的信号值不同于所述第一模拟信号的信号值， 其中，所述模拟到数字转换器被使得基于由所述比较器在所述第二模拟信号与所述第二参考信号之间进行的比较的结果生成第七数字信号，并且 其中，在由所述比较器在所述第一参考信号和所述第二参考信号之一与基于所述光电转换信号的信号之间进行的比较中，基于由所述比较器进行的比较的结果，由所述模拟到数字转换器生成的数字信号被基于所述第四数字信号的信号值与所述第六数字信号的信号值之间的差别和所述第五数字信号的信号值与所述第七数字信号的信号值之间的差别来加以校正。
32.—种成像装置的驱动方法，所述成像装置包括模拟信号输出单元，该模拟信号输出单元包括被配置为基于入射光输出噪声信号和光电转换信号的像素和被配置为放大所述噪声信号和所述光电转换信号的增益单元，并且所述成像装置还包括模拟到数字转换器，该模拟到数字转换器包括比较器， 其中，所述增益单元向所述比较器输出通过利用第一增益放大所述噪声信号而获得的第一放大噪声信号和通过利用第二增益放大所述噪声信号而获得的第二放大噪声信号，其中，所述第一增益和所述第二增益具有如下关系:通过利用所述第二增益放大具有预定信号值的信号而获得的信号的幅度小于通过利用所述第一增益放大具有所述预定信号值的信号而获得的信号的幅度， 其中，所述增益单元向所述比较器输出通过利用所述第一增益和所述第二增益之一放大所述光电转换信号而获得的放大光电转换信号， 其中，所述比较器执行第一比较、第二比较和第三比较， 其中，所述第一比较是所述第一放大噪声信号与具有依时间改变的电势的参考信号之间的比较， 其中，所述第二比较是所述第二放大噪声信号与所述参考信号之间的比较， 其中，所述第三比较 是所述放大光电转换信号与所述参考信号之间的比较，并且其中，所述模拟到数字转换器生成基于所述第一比较的结果的数字信号、基于所述第二比较的结果的数字信号以及基于所述第三比较的结果的数字信号。
【文档编号】H04N5/3745GK104079844SQ201410120858
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2013年3月28日
【发明者】桥本诚二, 武藤隆, 吉田大介, 戸塚洋史, 松野靖司 申请人:佳能株式会社