固体摄像装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及以CMOS图像传感器为代表的固体摄像装置及其驱动方法。
【背景技术】
[0002]近年来，作为图像传感设备，相对于现有的CXD图像传感器，CMOS图像传感器由于低电压、低消耗电力且与周边电路容易融合的优点，从手机到数码摄像机广泛普及。
[0003]图12是说明现有的CMOS图像传感器4的结构的图。现有的CMOS图像传感器的一般的构造为，像素电路100配置在矩阵上，在像素电路100上分别连接有供给像素共用电压VD的共用电源线113、行扫描电路110、列信号线111。像素电路100的控制驱动由行扫描电路110每行地进行。列信号线111与恒流源120和进行AD转换的AD转换器130连接，利用AD转换器130内的比较器131将列信号线111的电压与斜波(ramp wave)发生器140产生的斜波进行比较之后，在存储部133利用计数电路135数字码(digital code)化，记录与光量相应的数字码。
[0004]图2是像素电路100的结构的一例。包括:进行光电转换的光电二极管(PD:photod1de)部101、传输栅晶体管102、将与光相应地产生的电荷通过传输栅晶体管102暂时保持的浮置扩散(FD !floating diffus1n)部103、构成将FD部103的电压作为电压输出到列信号线111的源跟随电路的晶体管104、和将FD部103复位到某一电压的复位晶体管105。构成源跟随电路的晶体管104的漏极端与共用电源线113连接，被供给得到像素共用电压VD。
[0005]作为读出电荷量的方法，一般采用相关双采样(Correlated Double Sampling:CDS)方式。所述CDS方式中，读出反映了传输电荷前的FD部103的电压的列信号线111的电压(作为复位电平)，对传输栅晶体管102施加电压而传输电荷之后，将反映了因电荷传输而电压降低的FD部103的电压的列信号线111的电压(作为信号电平)读出，由此将该复位电平与信号电平的差电压作为反映为光量的数字码计算出。
[0006]然而，在CMOS图像传感器拍摄强烈的光，例如拍摄太阳等情况下，尽管太阳的部分应该要输出全码的图像，已知却出现显示黑化的图像的黑化现象。其详细原因如下。
[0007]图13是表示读出电荷的行的控制线(RST配线、VR配线、TX配线)的动作、以及像素电路100接收通常光时和接收强烈光时的列信号线111的电压VS的变化的时序图。
[0008]在期间Tl，FD部103被复位之后，在期间T2的后半段，复位电平电压Vrst被采样。如果在期间了3从^)部101向FD部103传输电荷，则在期间T4，信号电平Vsig被采样。然后，与光量相应的电压Vele = Vrst-Vsig被转换为数字码值。
[0009]然而，如图13的虚线所示，已知在ro部101接收到强烈光的情况下，从传输电荷前的复位电平采样时起，列信号线111的电压VS会降低。在这种情况下，Vele大致成为0，所以会被误判定为黑(=暗时状态)。
[0010]为了避免这种黑化现象，现在提出了各种方法。
[0011]专利文献I为数字CDS的方法。数字CDS是如下的方法:一开始对复位电平电压暂时进行AD转换，对信号电平电压进行AD转换，由此，根据复位电平与信号电平的数字值之差，作为与光量成比例的数字码计算出。
[0012]作为所述数字CDS中的避免黑化现象的策略，专利文献I中，在复位电平采样期间进行强烈光判定。在入射了强烈光的情况下，在复位电平采样期间使要采样的复位电平电压降低。在该电压脱离为了进行AD转换而设想(估计出)的斜波的参照电压的范围的情况下，判定为强烈光并将其结果反映到数字码。
[0013]另外，在专利文献2中，提出了如下方法:将复位电平电压暂时保存在采样电容中，在锁存电路中与参照电压进行比较，由此，根据比参照电压高还是低，进行通常光与强烈光的判定，从而控制数字码。
[0014]专利文献3中，提出了如下方法:在复位电平电压和信号电平电压的采样期间结束后，将信号电平电压与由修正用偏置电路生成的发黑(blocked up shadows)判定电压进行比较。
[0015]现有技术文献
[0016]专利文献
[0017]专利文献1:日本特开2011-23900号公报
[0018]专利文献2:日本特开2012-10055号公报
[0019]专利文献3:日本特开2011-176762号公报
【发明内容】
[0020]发明要解决的技术问题
[0021]但是，上述的方法中存在以下问题。
[0022]专利文献I的方法中，为了在复位电平采样期间进行与参照信号的比较，在复位电平测定期间之前(跟前)，存在对信号线电压进行采样并与参照信号电压的基准匹配的自动调零(autozero)期间。在入射的强烈光强的情况下，在该自动调零期间信号线电压也比通常时降低的情况下，信号线电压与参照信号电压的自动调零基准偏移到低电压侧，所以不论是否为强烈光，都会进入之后的复位电平采样时的参照信号的AD转换范围，有可能误判定为正常。
[0023]为了防止这种情况，采用如下方法:为了在自动调零期间不使信号线电压降低至指定的电压以下，按每个列信号线设置虚拟(dummy)像素晶体管，由此对信号线电压在包含自动调零期间的一定期间进行钳位。钳位电压能够根据模拟增益设定、量子化比特数的设定进行变更。
[0024]但是，因为在用于AD转换的自动调零期间中对信号线电压进行钳位，所以对复位电平的AD转换的影响变大。例如在钳位电压过低的情况下，有可能无法完全消除黑化现象，在钳位电压过高的情况下，虽然能够完全消除黑化现象，但是有可能使暗时图像特性变差。
[0025]另外，在将模拟增益设定变为高增益的情况下，复位电平采样时的参照信号的AD转换范围变窄，所以需要按每个模拟增益严格地设定钳位电压。
[0026]因此，在专利文献I中，构成为:设置修正用偏置电路，根据作为基于包含量子化比特数、模拟增益设定值、和计数电路的工作频率的斜率确定信息设定的斜波的参照电压的斜率，能够变更对列信号线进行钳位的钳位电压，但是会消耗与修正用偏置电路相应的布局面积。
[0027]专利文献2的方法中，与复位电平采样时的对信号线电压用于AD转换的情况不同，另行进行采样，暂时保存于电容器，所以不会产生专利文献I那样的问题。但是，需要直至使锁存电路动作而置换数字码值为止，用于保持复位电平电压的电容器、和用于保持用于与复位电平电压进行比较的参照电压的电容器。每列都需要分配给这些电容器的布局面积，布局面积增加。
[0028]专利文献3的方法中，将信号电平采样时的电压与从每列配置的偏置电压生成晶体管生成的偏置电压的比较在信号电平采样的结束后进行，从而进行通常光和强烈光的判定，但是每列都需要用于保持信号电平电压的电容器，布局面积增加。
[0029]另外，基于信号电平电压进行强烈光的判定，所以无法应对像素电路的特性偏差导致的复位电平电压的偏差，有可能在复位电平电压高的像素将强烈光误判定为通常光，在复位电平电压低的像素将通常光误判定为强烈光。
[0030]本发明鉴于上述问题，目的在于提供一种抑制为了修正黑化现象而每列设置的强烈光检测电路导致的布局面积的增加，且不会使暗时图像特性变差，对强烈光导致的黑化现象进行修正的固体摄像装置。
[0031]用于解决问题的技术方案
[0032]用于达成上述目的的本发明的固体摄像装置为
[0033]这样一种固体摄像装置，其在行方向和列方向上呈矩阵状配置有将通过光电转换蓄积的电荷量转换为电压并将上述转换后的电压输出到列信号线的多个像素电路，利用相关双采样法读出上述蓄积的电荷量，上述固体摄像装置的第一特征在于:
[0034]包括:将输出到上述列信号线的输出电压转换为数字值的AD转换器，
[0035]上述AD转换器包括:
[0036]在对上述输出电压进行采样的采样期间，将上述输出电压与斜波的参照电压进行比较的比较器；
[0037]以上述比较器的输出作为输入，判定上述输出电压的电压电平的判定电路；和
[0038]基于上述判定电路的输出，将与上述输出电压对应的计数值作为上述数字值存储的存储部，
[0039]上述比较器将对上述像素电路的浮置扩散部的电压进行复位的复位期间经过后的上述输出电压的电压变动进行放大，
[0040]在上述复位期间与对上述复位后的上述输出电压进行采样的复位电平采样期间之间的规定的检测期间，上述判定电路基于上述电压变动进行上述像素电路接收的光是否为强烈光的判定。
[0041]上述第一特征的本发明的固体摄像装置，还能够采用如下结构:
[0042]在上述判定电路判定为是上述强烈光的情况下，
[0043]将与上述像素电路接收的光量相应的数字码值与上述复位后的上述输出电压的实际的电压值无关地设定为规定的既定值，并存储到上述存储部。
[0044]上述第一特征的本发明的固体摄像装置，还具有如下的第二特征:
[0045]在上述电压变动的电压变化的斜率为基准值以上的情况下，上述判定电路判定上述像素电路接收的光为通常光，
[0046]在上述电压变化的斜率比上述基准值小的情况下，上述判定电路判定上述像素电路接收的光为强烈光，并将判定结