光电转换装置和图像捕获系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 实施例的一个公开的方面涉及光电转换装置和图像捕获系统。特别地，实施例涉 及具有AD转换器的光电转换装置和图像捕获系统。
【背景技术】
[0002] 已提出了具有AD转换器的图像捕获装置。
[0003] 日本专利公开No. 2009-177797公开了比较信号电平随时间变化的基准信号与模 拟信号以获得数字信号的基于斜坡的近似方法的AD转换。还公开了改变基准信号随时间 的变化速率可改变AD转换中的增益。
[0004] 在日本专利公开No. 2010-045789中，公开了比较模拟信号与通过将满量程模拟 信号的振幅除以2k获得的阈值的图像传感器。在该现有技术中，如果模拟信号大于阈值，那 么模拟信号与具有相对大的变化速率的基准信号相比较，以获得MSB侧的n位数字数据。如 果模拟信号等于或小于阈值，那么模拟信号与具有相对小的变化速率的基准信号相比较， 以获得LSB侧的n位数字数据。
【发明内容】
[0005] 在实施例的一个方面中，一种能够设定灵敏度水平的光电转换装置包括：包含多 个像素并被配置为输出根据在多个像素中产生的信号的模拟信号的多个模拟信号输出单 元；和被设置为与多个模拟信号输出单元对应并被配置为通过比较斜坡信号与从模拟信号 输出单元输出的模拟信号执行模拟-数字（AD)转换的多个AD转换器，其中，在第一灵敏度 水平中，多个AD转换器之中的每一个通过根据模拟信号的电平选择性地使用具有相互不 同的斜率的第一斜坡信号和第二斜坡信号之中的任一个执行AD转换，并且，在与第一灵敏 度水平不同的第二灵敏度水平中，AD转换器之中的每一个仅使用第三斜坡信号作为用于执 行AD转换的斜坡信号。
[0006] 在实施例的另一方面中，一种能够设定灵敏度水平的光电转换装置包括：包含多 个像素并被配置为输出根据在多个像素中产生的信号的模拟信号的多个模拟信号输出单 元；和被设置为与多个模拟信号输出单元对应并被配置为通过比较斜坡信号与从模拟信号 输出单元输出的模拟信号执行AD转换的多个AD转换器，其中，在第一灵敏度水平中，多个 AD转换器之中的每一个通过根据模拟信号的大小选择性地使用具有相互不同的斜率的第 一斜坡信号和第二斜坡信号之中的任一个执行AD转换，并且，在与第一灵敏度水平不同的 第二灵敏度水平中，多个AD转换器之中的每一个通过根据模拟信号的大小选择性地使用 具有相互不同的斜率的第三斜坡信号和第四斜坡信号中的任一个执行AD转换，并且，第四 斜坡信号具有与第一斜坡信号的斜率和第二斜坡信号的斜率不同的斜率。
[0007] 在实施例的又一方面中，一种能够设定灵敏度水平的光电转换装置包括：包含多 个像素并被配置为输出根据在多个像素中产生的信号的模拟信号的多个模拟信号输出单 元；被设置为与多个模拟信号输出单元对应的多个比较器；和斜坡信号供给单元，其中，在 第一灵敏度水平中，斜坡信号供给单元根据输入比较器中的模拟信号的大小在比较器中选 择性地输入具有相互不同的斜率的第一斜坡信号和第二斜坡信号之中的任一个，并且，t匕 较器通过比较模拟信号和选择性地输入的第一斜坡信号和第二斜坡信号中的一个执行AD 转换，并且，在第二灵敏度水平中，斜坡信号供给单元仅在比较器中输入第三斜坡信号，并 且，比较器通过比较模拟信号与第三斜坡信号执行AD转换。
[0008] 在实施例的又一方面中，能够设定灵敏度水平的光电转换装置包括：包含多个像 素并被配置为输出根据在多个像素中产生的信号的模拟信号的多个模拟信号输出单元；被 设置为与多个模拟信号输出单元对应的多个比较器；和斜坡信号供给单元，其中，在第一灵 敏度水平中，斜坡信号供给单元根据输入比较器中的模拟信号的大小在比较器中选择性地 输入具有相互不同的斜率的第一斜坡信号和第二斜坡信号之中的任一个，并且，比较器通 过比较模拟信号和选择性地输入的第一斜坡信号和第二斜坡信号中的一个执行AD转换， 并且，在与第一灵敏度水平不同的第二灵敏度水平中，斜坡信号供给单元根据输入比较器 中的模拟信号的大小在比较器中选择性地输入具有相互不同的斜率的第三斜坡信号和第 四斜坡信号中的任一个，并且，比较器通过比较模拟信号和选择性地输入的第三斜坡信号 和第四斜坡信号中的一个执行AD转换，并且，第四斜坡信号与第一斜坡信号和第二斜坡信 号不同。
[0009] 从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
【附图说明】
[0010] 图1是示出通过AD转换器比较的模拟信号与基准信号之间的关系的示图。
[0011] 图2是示出光电转换装置的示例性构成的示图。
[0012] 图3是示出像素的示例性构成的示图。
[0013] 图4是用于解释动作的定时图。
[0014] 图5是示出模拟信号的信号振幅与数字数据之间的关系的示图。
[0015] 图6是示出数字信号处理器（DSP)的示例性构成的详细示图。
[0016] 图7A~7C是示出斜坡信号的时间变化的示图。
[0017] 图8是示出基准信号随时间的变化的示图。
[0018] 图9A和图9B是示出根据本实施例的基准信号随时间的变化的示图。
[0019] 图10是示出基准信号随时间的变化的示图。
[0020] 图11是示出光电转换装置的示例性构成的示图。
[0021] 图12是示出列信号处理单元的示例性构成的详细示图。
[0022] 图13A~13B是用于解释图像捕获系统的动作序列的示图。
[0023] 图14是用于解释动作的示图。
[0024] 图15是用于解释动作的示图。
[0025] 图16是示出光电转换装置的示例性构成的示图。
[0026] 图17是示出放大器电路的示例性构成的示图。
[0027] 图18A和图18B是示出成像灵敏度、放大器电路的放大因子和斜坡信号之间的关 系的不图。
[0028] 图19是示出图像捕获系统的示例性构成的示图。
【具体实施方式】
[0029] 典型的图像捕获装置具有可根据成像条件切换的多个灵敏度水平。本发明的发明 人发现，如果通过使用在以上的日本专利公开No. 2009-177797和No. 2010-045789中描述 的技术切换灵敏度水平，那么存在能够被AD转换的信号的动态范围可变窄的可能性。
[0030] 本公开减少切换灵敏度水平时的动态范围的变窄。
[0031] 为了有利于理解实施例，描述以上的日本专利公开No. 2009-177797和 No. 2010-045789的光电转换装置中在切换灵敏度水平时可导致的问题。
[0032] 为了改变光电转换装置中的灵敏度水平，可以改变关于信号的放大因子。在基于 斜坡的近似方法的AD转换中，基准信号可在执行AD转换的AD转换时段中采取的信号电平 的范围变为AD转换器的动态范围。如在日本专利公开No. 2009-177797中描述的那样，当 通过改变基准信号的变化速率即关于时间的斜率改变关于信号的放大因子时，当使得放大 因子变大即使得基准信号的变化速率变小时，AD转换器的动态范围变窄。换句话说，当灵 敏度水平被设定为越高时，AD转换器的动态范围变得越窄。
[0033] 并且，在日本专利公开No. 2010-045789描述的构成中，如果基准信号的斜率改变 以改变光电转换装置的灵敏度水平，那么，与日本专利公开No. 2009-177797同样，当灵敏 度水平被设定为越高时，AD转换器的动态范围变得越窄。
[0034] 鉴于以上的问题，在以下描述的实施例中，关于多个灵敏度水平之中的至少一个 灵敏度水平，根据AD转换的模拟信号的大小从具有不同的斜率的多个基准信号选择基准 信号。关于其它的灵敏度水平，与模拟信号的大小无关地通过使用一个基准信号执行ADR 换，或者，根据模拟信号的大小选择与在上述的一个灵敏度水平中使用的多个基准信号不 同的组合的多个基准信号。
[0035] 以下，描述本公开的各种实施例。
[0036] 第一实施例
[0037] 图1是示出通过AD转换器比较的模拟信号与基准信号之间的关系的示图。在横 轴上表示时间，在纵轴上表示信号电平。画出作为基准信号的斜坡信号H和斜坡信号L。斜 坡信号H的最大值是VH。具有0~VH的信号电平的模拟信号可通过使用斜坡信号H被AD 转换。斜坡信号L的信号电平的最大值是低于VH的VL。因此，当模拟信号的信号电平比 VL高时，该信号不能被AD转换。这意味着，当使用斜坡信号L时，与使用斜坡信号H的情况 相比，AD转换器的动态范围变窄。如果模拟信号比VL小，那么使用斜坡信号L，并且，如果 模拟信号比VL大，那么使用斜坡信号H。因此，可在对相对低亮度的信号保持高分辨率的同 时扩展AD转换器的动态范围。
[0038] 图2是示出根据本实施例的光电转换装置的示例性构成的示图。光电转换装置1 可选择性地设定多个灵敏度水平，并且具有像素阵列10、行选择单元15、列信号处理单元 20、基准信号产生单元30、计数器40、列选择单元50、数字信号处理器（DSP)60和输出单元 70 〇
[0039] 像素阵列10包含矩阵状布置的多个像素11。在图2中，在两个行和两个列中布置 像素11。在本实施例中，像素阵列10用作模拟信号输出单元。
[0040] 列信号处理单元20被设置为与像素阵列10的列对应，并且具有比较单元22和存 储器单元24。比较单元22具有比较器221和选择电路222。从像素阵列10输出的信号在 比较器221的输入端子的相应的一个中被输入。从基准信号产生单元30输出的信号通过 选择电路222在比较器221的输入端子中的另一个中被输入。基准信号产生单兀30输出 用作阈值的信号和信号电平随时间改变的基准信号。选择电路222具有用作斜坡信号供给 单元的功能，选择从基准信号产生单元30输出的任意信号，并且向比较器221的输入端子 中的另一个供给选择的信号。
[0041] 计数器40通过计数例如从未示出的定时控制单元供给的时钟信号输出计数信 号。
[0042] 存储器单元24具有标记存储器241、S存储器242和N存储器243。标记存储器 241存储后面描述的标记信号。S存储器242和N存储器243根据比较器221的输出即根 据模拟信号与基准信号之间的大小关系的变化存储从计数器40供给的计数信号。
[0043] 列选择单元50选择存储器单元24。存储于选择的存储器单元24中的信号然后被 传送到DSP60。
[0044]DSP60根据标记信号校正信号。DSP60可执行存储于S存储器242中的信号与 存储于N存储器243中的信号之间的差值处理。
[0045] 输出单元70输出从DSP60输出的信号。输出单元70可具有缓冲功能。
[0046] 定时产生单元80供给关于光电转换装置1的动作的信号。