CN107197181B - 成像元件及成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及成像元件及成像装置。固体成像装置具备：二维状配置的多个像素；按照多个像素的每一列设置并接收来自相应列的像素的信号的多个垂直信号线；基于斜升信号以及基准电压分别处理多个垂直信号线的信号的多个信号处理部；第一布线，其共用地连接多个信号处理部中的供斜升信号输入的第一输入部，并在行方向的一侧被供给斜升信号；和第二布线，其共用地连接多个信号处理部中的供基准电压输入的第二输入部，并在行方向的一侧被供给基准电压并且在行方向的另一侧不被供给基准电压。
Description
本申请是PCT国际申请号为PCT/JP2013/055212、申请日为2013 年2月27日、国家申请号为201380022283.3、发明名称为“固体成像装置以及使用该固体成像装置的电子相机”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及固体成像装置以及使用该固体成像装置的电子相机。
背景技术
在下述专利文献1的图3中公开了相对于“像素部20”的1列的“CDS电路3a”的结构。
在该“CDS电路3a”设有对从“像素部20”输出的图像信号的输入进行控制的“采样保持用开关SW1”。在“采样保持用开关SW1”的输出侧连接有用于保持图像信号的“电容器(采样保持用电容器)C31”。在“电容器C31”的与“采样保持用开关SW1”相反的一侧，连接有供给使“电容器C31”所保持的图像信号的电位变化的斜升信号的“斜升信号供给源31a”。
另外，“采样保持用开关SW1”与“电容器C31”的“连接点(节点) n1”连接于“差动放大器33a”的非反相输入端子。另外，在反相输入端子与GND之间设置有“电容器C32”。在“差动放大器33a”的输出端子与反相输入端子和“电容器C32”的“连接点n2”之间，设置有“钳位开关SW2”。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2008－11284号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在所述以往的相对于“像素部20”的各列设置“CDS电路3a”的情况下，相对于各列的“CDS电路3a”共用地设置有1个“斜升信号供给源31a”，用第一布线将各列的“CDS电路3a”的“电容器C31”的斜升信号输入部共用地连接到一起，在所述第一布线的一侧连接有“斜升信号供给源31a”，用第二布线将各列的“CDS电路3a”的“电容器C32”的GND电压输入部(一个电极)共用地连接到一起，对所述第二布线供给作为基准电压的GND电压。此时，按照用于提高抗噪声性的电路设计中的GND电压供给手法的技术常识，为了对所述第二布线的尽可能多的部位供给GND电压，将所述第二布线的两侧分别接地。如果将所述第二布线的两侧分别接地，则与仅对所述第二布线的一个部位供给GND电压的情况相比，第二布线因外部干扰等所载的噪声变小，所述第二布线的抗噪声性提高。
但是，本发明者的研究结果表明，在该情况下与提高所述第二布线的抗噪声性相反地，成为使处理后所得到的图像上显现的噪声的影响增加的原因。关于这一点，后面将在与本发明相比较的比较例的说明中详述。
本发明是鉴于这样的情况而完成的，提供能够降低噪声的影响并能够得到更高画质的图像的固体成像装置以及使用其的电子相机。
用于解决问题的方案
本发明的第一方式的固体成像装置具备：二维状配置的多个像素；多个垂直信号线，按照所述多个像素的每一列设置并接受来自相对应的列的像素的信号；多个信号处理部，基于斜升信号以及基准电压分别处理所述多个垂直信号线的信号；第一布线，其共用地连接所述多个信号处理部中的被输入所述斜升信号的第一输入部，并在行方向的一侧被供给所述斜升信号；和第二布线，其共用地连接所述多个信号处理部中的被输入所述基准电压的第二输入部，并在行方向的所述一侧被供给所述基准电压并且在行方向的另一侧不被供给所述基准电压。
本发明的第二方式的固体成像装置，在所述第一方式中，所述各信号处理部具有进行基于所述斜升信号以及所述基准电压的比较处理的比较器。
本发明的第三方式的固体成像装置，在所述第二方式中，所述比较器由运算放大器构成，所述各信号处理部具有：连接于所述比较器的非反相输入端子并对所述垂直信号线的信号或与其相应的信号进行采样的采样开关；一个电极连接于所述非反相输入端子并且另一个电极成为所述第一输入部的第一电容；一个电极连接于所述比较器的反相输入端子并且另一个电极成为所述第二输入部的第二电容；和将所述反相输入端子与所述比较器的输出端子之间接通断开的反馈开关。
本发明的第四方式的固体成像装置，在所述第三的方式中，(i) 在所述多个垂直信号线的信号为基准信号时、在所述各信号处理部的所述采样开关以及所述反馈开关一度同时接通接着同时断开的第一期间中，所述斜升信号逐渐变化，(ii)在所述第一期间后在所述多个垂直信号线的信号为包括由所述多个像素中的至少1个像素进行了光电转换后的光信息的光信号时、在所述各信号处理部的所述反馈开关维持断开不变而所述各信号处理部的所述采样开关一度接通接着断开的第二期间中，所述斜升信号逐渐变化，(iii)还具备计时部，所述计时部得到：与从所述第一期间中的所述斜升信号的变化开始时刻到所述第一期间中的所述各信号处理部的所述比较器的输出部的信号的反相时刻为止的经过时间相应的计数值；以及与从所述第二期间中的所述斜升信号的变化开始时刻到所述第二期间中的所述各信号处理部的所述比较器的输出部的信号的反相时刻为止的经过时间相应的计数值。
本发明的第五方式的固体成像装置，在所述第四方式中，所述计时部具有：从所述第一期间中的所述斜升信号的变化开始时刻起对时钟信号进行计数并且从所述第二期间中的所述斜升信号的变化开始时刻起对时钟信号进行的计数器；和存储部，所述存储部设置于所述各信号处理部并被输入所述计数器的计数值，分别存储所述第一期间中的所述比较器的输出部的信号的所述反相时刻的所述计数值、以及所述第二期间中的所述比较器的输出部的信号的所述反相时刻的所述计数值。
本发明的第六方式的固体成像装置，在所述第三方式中，(i)在所述多个垂直信号线的信号为基准信号时、在所述各信号处理部的所述采样开关以及所述反馈开关一度同时接通接着同时断开的第一期间中，所述斜升信号逐渐变化，(ii)在所述第一期间后在所述多个垂直信号线的信号为包括由所述多个像素中的至少1个像素进行光电转换后的光信息的光信号时、在所述各信号处理部的所述反馈开关维持在断开不变而所述各信号处理部的所述采样开关一度接通接着断开的第二期间中，所述斜升信号逐渐变化，(iii)各信号处理部具有计数器，所计数器通过从所述第一期间中的所述斜升信号的变化开始时刻到所述第一期间中的所述各信号处理部的所述比较器的输出部的信号的反相时刻为止、按减少模式和增加模式中的一种模式进行计数工作，从而获取计数值，从所述第二期间中的所述斜升信号的变化开始时刻到所述第二期间中的所述各信号处理部的所述比较器的输出部的信号的反相时刻为止，按减少模式和增加模式中的另一种模式从所述计数值起进行计数工作。
本发明的第七方式的固体成像装置，在所述第三至第六中的任一方式中，所述各信号处理部具有设置在所述垂直信号线与所述采样开关之间的放大部。
本发明的第八方式中的固体成像装置，在所述第7方式中，所述放大部具有：第二运算放大器；连接于所述第二运算放大器的反相输入端子的输入电容；将所述第二运算放大器的所述反相输入端子与所述第二运算放大器的输出端子之间接通断开的第二反馈开关；和连接于所述第二运算放大器的所述反相输入端子与所述第二运算放大器的所述输出端子之间的反馈电容。
本发明的第九方式的电子相机是具备所述第一至第八中任一方式的固体成像装置的电子相机。
发明的效果
根据本发明，能够提供能够减低噪声影响且能够得到更高画质的图像的固体成像装置、以及使用其的电子相机。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的第一实施方式的电子相机的概略框图。
图2是示出图1中的固体成像装置的概略结构的电路图。
图3是示出图2中的像素的电路图。
图4是示出变形例的像素的电路图。
图5是示出图1中的固体成像装置的工作的一例的时序图。
图6是示出图5中的预定期间的工作的时序图。
图7是示意性地示出构成图2中的第一以及第二布线的布线图案等的具体例的概略俯视图。
图8是示意性地示出图1中的固体成像装置的概略俯视图。
图9是示出比较例的固体成像装置的概略结构的电路图。
图10是示意性地示出图9中的第一以及第二布线的布线图案等的概略俯视图。
图11是示意性地示出图9所示的比较例的固体成像装置的概略俯视图。
图12是示意性地示出变形例的固体成像装置的概略俯视图。
图13是示出本发明的第二实施方式的电子相机中使用的固体成像装置的概略结构的电路图。
具体实施方式
以下，关于本发明的固体成像装置以及电子相机，参照附图进行说明。
[第一实施方式]
图1是示意性地示出本发明的第一实施方式的电子相机1的概略框图。
本实施方式的电子相机1例如构成为单镜头反光(single-lens reflex)的数码相机，但本发明的电子相机不限于此，也可以适用于轻便相机等其他的电子相机、搭载于移动电话机的电子相机等。
在电子相机1中装配有拍摄透镜2。该拍摄透镜2受透镜控制部 3驱动而聚焦和调节光圈。在该拍摄透镜2的图像空间配置有固体成像装置4的拍摄面。
固体成像装置4受拍摄控制部5的指令驱动而输出数字图像信号。数字信号处理部6对从固体成像装置4输出的数字图像信号进行数字放大、色插补处理、白平衡处理等图像处理等。由数字信号处理部6处理后的图像信号暂时蓄积于存储器7。存储器7连接于总线8。在总线8还连接有透镜控制部3、拍摄控制部5、CPU9、液晶显示面板等显示部10、记录部11、图像压缩部12以及图像处理部13等。在CPU9连接有快门按钮等的操作部14。另外，在记录部11装拆自如地装配有记录介质11a。
在本实施方式中，若进行操作部14的快门按钮的半按操作，则电子相机1内的CPU9基于来自未图示的焦点检测传感器的检测信号而计算出散焦量，根据该散焦量使透镜控制部3对拍摄透镜2进行调节使之成为聚焦状态。另外，CPU9使透镜控制部3对拍摄透镜2进行调节使之成为预先由操作部14指令的光圈。接着，与对操作部14 的快门按钮的全按操作同步地，CPU9经由拍摄控制部5来控制固体成像装置4，从而从固体成像装置4读出数字图像信号。该图像信号在由数字信号处理部6处理后，暂时存入存储器7。之后，CPU9基于操作部14的指令根据需要通过图像处理部13和图像压缩部12对存储器7内的图像信号进行预期的处理，使其向记录部11输出处理后的信号并记录于记录介质11a。
图2是表示图1中的固体成像装置4的概略结构的电路图。在本实施方式中，固体成像装置4构成为CMOS型固体成像装置，也可以构成为其他XY地址型固体成像装置。
如图2所示，固体成像装置4具备：包括二维配置的多个像素21 (图2中示出2×3个像素2)的像素阵列部22；按照多个像素21的每一列设置并接收来自对应列的像素21的信号的多个垂直信号线23；针对各垂直信号线23所设置的恒定电流源24；垂直扫描电路25；基于斜升信号Vramp以及基准电压GND分别对多个垂直信号线23 的信号进行处理的多个列(Column)电路(信号处理部)26；发生斜升信号Vramp的斜升信号发生电路27；计数器28；控制脉冲发生电路29；水平扫描电路30；减法器31；和输出电路32。
图3是示出图2中的1个像素21的电路图。各像素21与通常的 CMOS图像传感器同样地，具有：作为生成并蓄积与入射光相应的电荷的光电转换部的发光二极管PD；作为接受所述电荷而将所述电荷转换为电压的电荷电压转换部的浮置扩散器(Floating Diffusion)FD；作为输出与浮置扩散器FD的电位相应的信号的放大部的放大晶体管 AMP；从发光二极管PD向浮置扩散器FD传送电荷的传送晶体管TX；将浮置扩散器FD的电位复位的复位晶体管RES；和用于选择读出行的选择晶体管SEL，它们如图3所示那样连接。在图3中，VDD为电源电位。此外，在本实施方式中，像素21的晶体管AMP、TX、 RES、SEL全部为nMOS晶体管。
传送晶体管TX的栅极按各行共用地连接于控制线41，通过该连接处从垂直扫描电路25供给控制传送晶体管TX的控制信号
复位晶体管RES的栅极按各行共用地连接于控制线42，通过该连接处从垂直扫描电路25供给控制复位晶体管RES的控制信号
选择晶体管SEL的栅极按各行共用地连接于控制线43，通过该连接处从垂直扫描电路25供给控制选择晶体管SEL的控制信号
在按各行区别各控制信号
的情况下，第n行的控制信号
用符号
表示。这一点对于控制信号
而言也是同样的。
各像素21的发光二极管PD与入射光的光量(被拍体光)相应地生成信号电荷。传送晶体管TX在控制信号
的高电平期间导通，将发光二极管PD的电荷传送到浮置扩散器FD。复位晶体管RES在控制信号
的高电平期间(电源电位VDD的期间)导通，将浮置扩散器FD复位。
关于放大晶体管AMP，其漏极连接于电源电位VDD，其栅极连接于浮置扩散器FD，其源极连接于选择晶体管SEL的漏极，构成了以恒定电流源24(图3中未图示，参照图2)为负载的源极跟随器 (source follower)电路。放大晶体管AMP根据浮置扩散器FD的电压值经由选择晶体管SEL对垂直信号线23输出读出信号。选择晶体管SEL在控制信号
的高电平期间导通，将放大晶体管AMP的源极连接于垂直信号线23。
垂直扫描电路25对每一行像素21分别输出控制信号
进行像素阵列部22的行地址和垂直扫描的公知控制。通过该控制，对各垂直信号线23供给与之相对应的列的像素21的输出信号(模拟信号)。
像素21的结构不限于前述的图3所示的结构。例如作为像素21 的结构，也可以采用图4所示的结构。图4是表示变形例的像素21 的电路图。在图4中，对与图3中的要素相同或相对应的要素标注相同的附图标记，省略对其的重复说明。
图4所示的结构与图3所示结构的不同之处在于：对于在列方向上相邻的每2个像素21而言，这2个像素21共有1组浮置扩散器 FD、放大晶体管AMP、复位晶体管RES以及选择晶体管SEL。在该变形例中，垂直扫描电路25构成为，取代图3所示那样的控制信号
而输出如图4所示那样的控制信号
在图4中，将共有1组浮置扩散器FD、放大晶体管AMP、复位晶体管RES以及选择晶体管SEL的2个像素21(21－1，21－2)示为像素块BL。另外，在图4中，将像素块BL内的上侧的像素21－1 的发光二极管PD以及传送晶体管TX分别用附图标记PD1、TX1表示，将像素块BL内的下侧的像素21－2的发光二极管PD以及传送晶体管TX分别用附图标记PD2、TX2表示，对两者加以区别。另外，将向传送晶体管TX1的栅极供给的控制信号作为
将向传送晶体管TX2的栅极供给的控制信号作为
对两者加以区别。此外，在图3中n表示像素行，而在图4中n表示像素块BL的行。像素块 BL的1行相当于像素21的2行。
在该变形例中，垂直扫描电路25接受来自图1中的拍摄控制部5 的控制信号，对每一行像素21分别输出控制信号
从而能够实现读出工作。
与通常的CMOS影像传感器同样地，像素21的输出信号中有：与包括预定信息的信息信号相当的光信号；和与包括应从所述信息信号中去除的基准成分的基准信号相当的暗(dark)信号。所述光信号为包括在像素21中光电转换后的光信息的信号。具体而言，在本实施方式中，暗信号是浮置扩散器FD复位了时从像素21输出的信号，光信号是发光二极管PD的信号电荷传送到了浮置扩散器FD时从像素21输出的信号，暗信号是叠加的信号。
各列电路26具有放大部51。在本实施方式中，放大部51具有运算放大器(第二运算放大器)OP、输入电容CA、反馈电容(feedback capacitance)CG以及与钳位控制信号
相应地接通断开的钳位控制开关(第二的反馈开关)CARST，从运算放大器OP的输出端子输出与相对应的垂直信号线23的信号相应的信息信号以及基准信号。通过电位供给部33对运算放大器OP的非反相输入端子(+输入端子)施加恒定电位Vref。垂直信号线23经由输入电容CA连接于运算放大器OP的反相输入端子(－输入端子)。另外，在运算放大器OP的反相输入端子与运算放大器OP的输出端子之间，并联连接有反馈电容CG以及钳位控制开关CARST。利用差动放大电路等构成了运算放大器OP。各列电路26的钳位控制开关CARST的控制输入部被共用地连接，从控制脉冲发生电路29对该连接处供给钳位控制信号
钳位控制开关CARST在钳位控制信号
为高电平的情况下接通，在钳位控制信号
为低电平的情况下断开。
根据该放大部51，若信号
变为高电平，则钳位控制开关CARST接通、运算放大器OP的反相输入端子与输出端子之间短路，运算放大器OP的输出端子被钳位在预定电位Vref。之后，在信号
成为低电平而钳位控制开关CARST断开的状态下，若垂直信号线23的电压按ΔV变化，则运算放大器OP的输出端子的信号变为{Vref－(CA/CG)×ΔV}。这样，若位控制开关CARST断开，则按输入电容CA与反馈电容CG之比得到反相增益(－CA/ CG)。
如后将述地那样，
按预定期间暂时成为高电平，而在对垂直信号线23输出暗信号时，
回到低电平，之后，对垂直信号线23输出光信号。在以下的说明中，将在对垂直信号线23输出暗信号时
回到低电平时的运算放大器OP的输出信号也称为暗信号，其信号以及电位用Vd表示。另外，将之后对垂直扫描电路 25输出了光信号时的运算放大器OP的输出信号也称为光信号，其信号以及电位用Vs表示。
各列电路26中的放大部51以外的要素和斜升信号发生电路27 以及计数器28一起构成AD转换器。斜升信号发生电路27以及计数器28在所有列共用而设为一个。因此，在本实施方式中，与各垂直信号线23相对应地分别逐一设置AD转换器，但各AD转换器的构成要素中的斜升信号发生电路27以及计数器28为所有AD转换器所共有。关于AD转换器的结构以及工作将后述。
水平扫描电路30将水平扫描用的控制信号供给到各列的列电路 26的后述的数据存储部52，使通过各AD转换器所得到的每一列的 m位的第一以及第二数字值(在各列电路26的数据存储部52的独立的存储区域即锁存器(latch)A以及锁存器B分别存储的计数值)依次经由m位的第一以及第二水平信号线34、35向减法器31送出。减法器31获取接收到的第一数字值与第二数字值之差，并获取表示该差的m位的数字值，将其向输出电路32送出。输出电路32对接收到的数字值进行例如并行－串行转换而作为串行数字信号使其向外部(图1中的数字信号处理部6)输出。
控制脉冲发生电路29基于从图1中的拍摄控制部5接收到的未图示的主时钟，生成垂直扫描电路25、AD转换器以及水平扫描电路 30等各种工作所需要的时钟信号和定时信号，并将这些信号供给到相应的电路部分。
除图2中的AD转换器(斜升信号发生电路27、计数器28以及列电路26中的放大部51以外的部分)的结构及其作用外，本实施方式中的固体成像装置4的基本工作与以往的通常的CMOS影像传感器相同。
斜升信号发生电路27基于来自控制脉冲发生电路29的信号而发生后述图6所示那样的斜升信号Vramp。斜升信号发生电路27的结构不受任何限定，既可以采用例如利用对计数器28的计数值进行DA 转换的DA转换器的结构，也可以采用其他公知的各种结构。
计数器28接受来自控制脉冲发生电路29的指令而进行计数工作的开始以及停止，在计数工作过程中对来自控制脉冲发生电路29的时钟信号进行计数，经由n位的信号线36将n位计数值向各列电路 26的后述的数据存储部52供给。
各列电路26具有进行基于斜升信号Vramp以及基准电压GND 的比较处理的比较器COM。比较器COM由运算放大器构成。各列电路26具有：连接于比较器COM的非反相输入端子且对放大部51的运算放大器OP的输出信号(垂直扫描电路25上的与光信号的信号相应的信号)进行采样的采样开关SW1；一个电极连接于比较器COM 的非反相输入端子并且另一个电极被输入斜升信号Vramp的第一电容C1；一个电极连接于比较器COM的反相输入端子并且另一个电极被输入基准电压GND的第二电容C2；和将比较器COM的反相输入端子与比较器的输出端子之间接通断开的反馈开关SW2。
在本实施方式中，各列电路26的第一电容C1的所述另一个电极成为被输入斜升信号Vramp的列电路26的第一输入部。各列电路26 的第一电容C1的所述另一个电极(第一输入部)以共用第一布线61 的方式被第一布线61连接，从斜升信号发生电路27对该连接处供给斜升信号Vramp。另外，各列电路26的第二电容C2的所述另一个电极成为被输入基准电压GND的列电路26的第二输入部。各列电路 26的第二电容C2的所述另一方电极(第二输入部)以共用第二布线 62的方式被第二布线62连接，对该连接处供给基准电压GND。在本实施方式中，作为该基准电压供给接地电位GND，但也可以供给其他的恒定电位作为该基准电压。关于第一以及第二布线61、62和针对它们的斜升信号Vramp以及基准电压GND的供给状况，将在下面详述。
各列电路26的采样开关SW1的控制输入部被共用地连接，从控制脉冲发生电路29从该连接处供给控制信号
采样开关SW1 在控制信号
为高电平的情况下接通，在控制信号
为低电平的情况下断开。
各列电路26的反馈开关SW2的控制输入部被共用地连接，从控制脉冲发生电路29对该连接处供给控制信号
反馈开关SW2 在控制信号
为高电平的情况下接通，在控制信号
为低电平的情况断开。
各列电路26具有数据存储部52。数据存储部52在内部具有作为独立的存储区域的分别n位的锁存器A和锁存器B。数据存储部52 接受比较器COM的输出信号Vout作为锁存器指令信号，在比较器 COM的输出信号Vout反相的时刻将从计数器28经由信号线36供给的计数值锁存器。此时，数据存储部52按照来自控制脉冲发生电路 29的控制信号
(指令使其存储于锁存器A、B中的任一个的信号)，将后述的图6中的第一期间t11－t12中的比较器COM的输出信号Vout的反相时刻的计数值存储于锁存器A，将后述的图6中的第二期间t17－t18中的比较器COM的输出信号Vout的反相时刻的计数值存储于锁存器B。
计数器28根据来自控制脉冲发生电路29的指令，从图6中的第一期间t11－t12中的斜升信号Vramp的变化开始时刻t11开始进行计数工作，并且从图6中的第二期间t17－t18中的斜升信号Vramp的变化开始时刻t17开始进行计数工作。因此，数据存储部52的锁存器 A、B中所存储的计数值表示从斜升信号Vramp的变化开始时刻t11、 t17至比较器COM的输出信号Vout的反相时刻为止的各经过时间。这样，数据存储部52以及计数器28构成了分别得到与它们的经过时间相应的计数值的计时部。数据存储部52接受来自水平扫描电路30的控制信号，将分别存储于锁存器A、B的计数值转换成m位的数字值并分别经由m位的水平信号线34、35将其向减法器31送出。
图5是表示本实施方式中的固体成像装置4的工作的一例的时序图。若开始工作，则机械快门(未图示)按预定期间(曝光期间)T0 打开后，进行第一行的读出期间、第二行的读出期间、···、第n 行的读出期间、···，从第一行到最终行逐行依次反复进行读出工作。各行的读出期间(1个水平期间)包括该行的垂直传送期间(包括AD转换期间)和随后的该行的水平传送期间(水平扫描期间)。在图5中，T1表示第一行的读出期间的垂直传送期间，T2表示第二行的读出期间的垂直传送期间，Tn表示第n行的读出期间的垂直传送期间。如图5所示，在各行的读出期间的垂直传送期间中，该行的控制信号
成为高电平，该行的像素21的选择晶体管SEL导通。
图6是表示图4中的第n行的读出期间的垂直传送期间Tn的工作的时序图。垂直传送期间Tn在时刻t1开始，在时刻t18结束。
控制信号
(n)维持高电平、第n行的像素21的复位晶体管RES维持导通状态，直至时刻t1后的时刻t2为止。在时刻t2，控制信号
(n)变为低电平，第n行的像素21的复位晶体管RES 截止。复位晶体管RES的截止状态维持至时刻t16。在从时刻t2到时刻t3的期间中，控制信号
成为高电平，时刻t3之后控制信号
成为低电平。其结果，在从时刻t3到后述的时刻t8的期间，放大部51的输出信号变为暗信号Vd。
斜升信号Vramp为接地电位GND直至时刻t1后的时刻t9为止。但是，也可以代替接地电位GND而设为其他恒定电位。
在从时刻t4至时刻t7的期间中，控制信号
为高电平而反馈开关SW2接通，比较器COM作为电压跟随器发挥作用。在时刻t7 之后，控制信号
成为低电平而反馈开关SW2断开，比较器COM 作为比较器发挥作用。在从时刻t4后的时刻t5至时刻t7前的时刻t6 的期间中，控制信号
成为高电平而采样开关SW1接通。在时刻 t6之后，控制信号
维持低电平直至时刻t14为止。
在期间t5－t6内，采样开关SW1接通，所以从放大部51输出的暗信号Vd被采样并蓄积于第一电容C1，成为对比较器COM的非反相输入端子供给暗信号Vd的状态。蓄积于第一电容C1的暗信号Vd 的电位在时刻t6确定下来，该电位在时刻t6之后维持不变。另外，在期间t5－t7内，暗信号Vd被供给到作为电压跟随器发挥作用的比较器COM的非反相输入端子，所以暗信号Vd沿采样开关SW1→电压跟随器工作时的比较器COM→反馈开关SW2的路径也被第二电容 C2采样。此时，成为载有比较器COM的偏压Voff的暗信号(Vd+ Voff)蓄积于第二电容C2并被供给到比较器COM的反相输入端子的状态。蓄积于第二电容C2的暗信号(Vd+Voff)的电位在时刻t7 确定下来，该电位在时刻t7之后也维持不变。
在从时刻t7后的时刻t8到时刻t10为止的期间中，第n行的控制信号
(n)暂时成为高电平而第n行的像素21的传送晶体管 TX导通。由此，放大部51的输出信号变为光信号Vs。此时，采样开关SW1断开，所以放大部的输出信号不影响电容C1、C2中的暗信号Vd的采样状态。
斜升信号Vramp在时刻t7后的时刻t9从接地电位GND上升至预定电位，从时刻t9到时刻t11维持该预定电位，从时刻t11到时刻t12与经过时间成比例地逐渐降低，维持时刻t12的电位直至时刻t13，在时刻t13回到原始的接地电位GND，维持在接地电位GND直至时刻t16。此外，在时刻t11提升斜升信号Vramp的电位是为了即使暗信号Vd接近零电位而能够提高AD转换精度。
现在，若考虑斜升信号Vramp从接地电位GND开始变化的期间 t9－t13，则在该期间中，在第一电容C1蓄积暗信号Vd，因此对比较器COM的非反相输入端子供给斜升信号Vramp和暗信号Vd的重叠信号(Vd+Vramp)，另一方面，对比较器COM的反相输入端子供给载有偏压Voff的暗信号(Vd+Voff)。在比较器COM的非反相输入端子的输入信号与比较器COM的反相输入端子的输入信号一致的时刻，比较器COM的输出信号Vout反相。因此，在斜升信号Vramp 与偏压Voff一致的时刻，比较器COM的输出信号Vout反相。因此，从斜升信号Vramp的变化开始时刻t11到比较器COM的输出信号 Vout的反相时刻为止的经过时间，表示偏压Voff。表示该经过时间 (即偏压Voff)的计数值存储于数据存储部52的锁存器A。
期间t11－t12成为在放大部51的输出信号为暗信号Vd的情况 (和垂直信号线23的信号为暗信号(基准信号)的情况)下各列电路26的采样开关SW1以及反馈开关SW2在期间t5－t6暂时同时接通接着同时断开的期间中的、斜升信号Vramp逐渐变化的第一期间。考虑到暗信号Vd的可变范围而设定第一期间t11－t12的长度，使得在第一期间t11－t12内比较器COM的输出信号Vout切实反相且不会无谓地成为很长期间。
在从时刻t13后的时刻t14到时刻t15为止的期间中，控制信号
成为高电平而采样开关SW1接通。在时刻t15之后，控制信号
维持在低电平。
在期间t14－t15，采样开关SW1接通，所以从放大部51输出的光信号Vs被采样并蓄积于第一电容C1。蓄积于第一电容C1的光信号Vs的电位在时刻t15确定下来，该电位在时刻t15之后仍维持。另一方面，载有比较器COM的偏压Voff的暗信号(Vd+Voff)原样蓄积于第二电容C2，维持被供给到比较器COM的反相输入端子的状态。
斜升信号Vramp在时刻t15后的时刻t16从接地电位GND上升至预定电位，从时刻t16到时刻t17维持在该预定电位，从时刻t17 到时刻t18与经过时间成比例地逐渐减低，在时刻t18回到原始的接地电位GND。此时，在时刻t17升高斜升信号Vramp的电位是为了即使暗信号Vd接近零电位也能够提高AD转换精度。
现在，若考虑斜升信号Vramp从接地电位GND开始变化的期间 t16－t18，则在该期间中，在第一电容C1蓄积有光信号Vs，因此对比较器COM的非反相输入端子供给斜升信号Vramp与光信号Vs的重叠信号(Vs+Vramp)，另一方面，对比较器COM的反相输入端子供给载有偏压Voff的暗信号(Vd+Voff)。在比较器COM的非反相输入端子的输入信号与比较器COM的反相输入端子的输入信号一致的时刻，比较器COM的输出信号Vout反相。因此，在斜升信号 Vramp与(Vd－Vs+Voff)一致的时刻，比较器COM的输出信号 Vout反相。因此，从斜升信号Vramp的变化开始时刻t17到比较器 COM的输出信号Vout的反相时刻为止的经过时间表示(Vd－Vs+ Voff)。表示该经过时间(即(Vd－Vs+Voff))的计数值存储于数据存储部52的锁存器B。
期间t17－t18成为在第一期间t11－t12后放大部51的输出信号为光信号Vs的情况(和垂直信号线23的信号为光信号的情况)下各列电路26的反馈开关SW2维持在断开、各列电路26的采样开关SW1 在期间t14－t15一度成为接通接着成为断开的期间中的、斜升信号 Vramp逐渐变化的第二期间。考虑到光信号Vs的可变范围来设定第二期间t17－t18的长度，使在第二期间t17－t18内比较器COM的输出信号Vout切实反相且不会无谓地成为很长的时间。
若第n行的读出期间的垂直传送期间Tn结束，则接着成为第n 行的读出期间的水平传送期间。在该水平传送期间，水平扫描电路30 按照来自控制脉冲发生电路29的控制信号进行水平扫描，使分别在各列列电路26的后述的数据存储部52的锁存器A以及锁存器B所存储的第一以及第二计数值依次经由m位的第一以及第二水平信号线34、35向减法器31送出。减法器31获取接收到的第一以及第二数字值之差(相当于光信号Vs与暗信号Vd之差)，获取表示该差的m位的数字值并使之向输出电路32送出。输出电路32将接收到的数字值换转成预定的信号形式的信号，并作为图像数据使之向外部 (图1中的数字信号处理部6)输出。
此外，也可以拆去减法器31，而分别经由输出电路32将第一以及第二数字值向图1中的数字信号处理部6输出，在数字信号处理部 6得到所述第一数字值与第二数字值之差。
以上，就第n行的读出期间作了说明，但是其他行的读出期间的工作和第n行的读出期间的工作也是同样的。
此外，在以上说明了的工作例中，各行的读出期间(1个水平期间)不重复而是依次进行。但是，不限于此，也可以使某一行的读出期间与下一行的读出期间部分重复。该情况下，例如也可以在图6中将控制信号
(n)在时刻t16之后设为低电平，从比时刻t16稍稍靠后的时刻起使下一第n+1行的读出期间开始。
但是，在本实施方式中，如图2所示，斜升信号发生电路27在固体成像装置4中的行方向的一侧(图2中的左侧)配置，对共同连接各列电路26的第一电容C1的所述另一个电极(第一输入部)的第一布线61的图2中左侧供给斜升信号Vramp。另外，在本实施方式中，对共同连接各列电路26的第二电容C2的所述另一个电极(第二输入部)的第二布线62的图2中左侧供给基准电压GND，对第二布线62的图2中右侧未供给基准电压GND。
图7是示意性地示出构成图2中的第一以及第二布线61、62的布线图案61a、61b、62a、62b等的具体例的概略俯视图。图7中的左右与图2中的左右一致，图7中的左右方向与像素21的行方向一致。
在图7所示的例子中，第一布线61由沿行方向(图7中的左右方向)延伸的主布线图案61a和通过接触部61c连接于主布线图案61a 并沿列方向(图7中的上下方向)延伸而连接于各列电路26的第一电容C1的副布线图案61b构成。图7中，副布线图案61b的层与主布线图案61a的层不同，所以用虚线表示副布线图案61b。主布线图案61a的图7中的左侧连接于斜升信号发生电路27，主布线图案61a 的图7中的左侧被供给斜升信号Vramp。
在图7所示的例子中，第二布线62由沿行方向(图7中的左右方向)延伸的主布线图案62a和通过接触部62c连接于主布线图案62a 且沿列方向(图7中的上下方向)延伸而连接于各列电路26的第二电容C2的副布线图案62b构成。图7中，副布线图案62b的层与主布线图案62a的层不同，所以用虚线表示副布线图案62b。主布线图案62a的图7中的左侧连接于接地电压GND供给用的电极焊盘(pad) 63d，对主布线图案62a的图7中的左侧供给基准电压GND。另一方面，供给电极焊盘未连接于主布线图案62a的图7中的右侧。
图8是示意性地示出图1中的固体成像装置4(即图2所示的固体成像装置4)的概略俯视图。固体成像装置4具有载置有图2所示的电路的芯片71、具有开口72a并收置芯片71的凹形状的封装本体 72、和具有预定的光透射特性并封闭开口72a的盖体体73。
如图8所示，在芯片71上形成有电极焊盘63a～63g。图8中的电极焊盘63d示出图7中的接地电压GND供给用的电极焊盘63d。
在封装本体72设置有内部端子73a～73h、以及与它们分别一一对应地电连接的外部端子74a～74h。内部端子73a～73g与芯片71的电极焊盘63a～63g之间分别通过接合线75而电连接。在本例中，内部端子73h以及外部端子74h未作用备用端子使用。当然，也可以为了在内外之间授受某种信号而使用内部端子73h以及外部端子74h。
图9是示出比较例的固体成像装置104的概略结构的电路图，与图2相对应。图10是示意性地示出构成图9中的第一以及第二布线 61、62的布线图案61a、61b、62a、62b等的概略俯视图，与图7相对应。图11是示意性地示出图9所示的比较例的固体成像装置104 的概略俯视图，与图8相对应。在图9到图11中，对于与图2、图7 以及图8中的要素相同或相对应的要素标注相同的附图标记，并省略对其的重复说明。
该比较例的固体成像装置104与本实施方式的固体成像装置4的不同之处在于以下将说明的方面。
如图2以及图9所示，本实施方式的固体成像装置4中，未对第二布线62的图2中右侧供给基准电压GND，相对于此，在比较例的固体成像装置104中，为了提高第二布线62的抗噪声性，不仅在第二布线62的图9中的左侧还对图9中的右侧供给基准电压GND。
为实现这一目标，如图7以及图10所示，在本实施方式的固体成像装置4中，在第二布线62的主布线图案62a的图7中的右侧未连接电极焊盘，相对于此，在比较例的固体成像装置104中，在第二布线62的主布线图案62a的图7中的右侧连接有接地电压GND供给用的电极焊盘63h。另外，如图8以及图9所示，在本实施方式的固体成像装置4中，在芯片71未设有电极焊盘63h、未将内部端子73h 以及外部端子74h作为备用端子使用，相对于此，在比较例的固体成像装置104中，在芯片71设置有电极焊盘63h而电极焊盘63h与内部端子73h之间通过接合线75电连接，从外部端子74h经由内部端子73h向电极焊盘63h供给接地电压GND。
在比较例和本实施方式中，都从斜升信号发生电路27向第一布线61的图中左侧供给斜升信号Vramp，所以若由于外部干扰等而使第一布线61载有噪声，则第一布线61的图中左侧的噪声水平比较小而第一布线61的图中右侧的噪声水平比较大，第一布线61的图中左右中央的噪声水平变为中等程度。
相对于此，在比较例中，在第二布线62的图中左侧以及右侧这两侧供给基准电压GND，所以若由于外部干扰等而使第二布线62载有噪声，则第二布线62的图中左侧的噪声水平比较低、第二布线62 的图中右侧的噪声水平也比较低，第二布线62的图中左右中央的噪声水平变为中等程度。因此，在比较例中，第二布线62中噪声水平的分布状况与第一布线61中的噪声分布状况不同，第一布线61的图中右侧的噪声水平与第二布线62的图中右侧的噪声水平之差变大。因此，在比较例中，在图中右侧的列的列电路26中，斜升信号Vramp 所载的噪声水平与基准电压GND所载的噪声水平之差、乃至、为了 AD转换而用比较器COM比较的2个信号(被输入比较器COM的非反相输入端子的信号与被输入比较器COM的反相输入端子的信号) 分别所载的噪声水平之差都变大。因此，在比较例中，在图中右侧的列的列电路26中，用于AD转换的由比较器COM所得到的比较结果的误差变大，AD转换误差变大。其结果，在所得到的图像中显现出受该噪声影响的纵条，画质降低。
另一方面，在本实施方式中，在第二布线62的图中左侧供给基准电压GND而在第二布线62的图中右侧不供给基准电压GND，所以若由于外部干扰等而使第二布线62载有噪声，则第二布线62的图中左侧的噪声水平比较低、第二布线62的图中右侧的噪声水平比较高，第二布线62的图中左右中央的噪声水平变为中等程度。因此，在本实施方式中，第二布线62中的噪声水平分布状况与第一布线61 中的噪声分布状况相同，不仅在图中的左侧和左右中央而且在右侧也是第一布线61的噪声水平与第二布线62的噪声水平之差变小。因此，在本实施方式中，在图中任何一列的列电路26中，为了AD转换而由比较器COM比较的2个信号(被输入比较器COM的非反相输入端子的信号与被输入比较器COM的反相输入端子的信号)分别所载的噪声的水平之差变小。因此，在本实施方式中，在任任意列的列电路26中，斜升信号Vramp所载的噪声的水平与基准电压GND所载的噪声的水平之差和用于AD转换的由比较器COM所得到的比较结果的误差变小，AD转换误差变小。其结果，在本实施方式中，在所得到的图像中，降低受该噪声影响的纵条，画质提高。
图12是示意性地示出本实施方式中能够替代固体成像装置4使用的、变形例的固体成像装置204的概略俯视图，与图8以及图11 相对应。
该固体成像装置204是在比较例的固体成像装置104中拆掉电极焊盘63h与内部端子73h之间的接合线75后的装置，其他方面与比较例的固体成像装置104完全相同。通过该固体成像装置204，也能够实现对于图2所示的第二布线62的基准电压GND的供给状况。
另外，在本发明中，即使是比较例的固体成像装置104，通过该使用方式也能够替代固体成像装置4来使用。即，在使用比较例的固体成像装置104的情况下，在搭载固体成像装置4的布线板等，不将外部端子74h连接于基准电压GND的位置而使其电浮置，从而能够实现对于图2所示的第二布线62的基准电压GND的供给状况。
[第二实施方式]
图13是表示用在本发明的第二实施方式的电子相机中的固体成像装置304的概略结构的电路图，与图2相对应。在图13中，对于与图2中的要素相同或相对应的要素标注相同的附图标记，并省略对其的重复说明。
本实施方式的电子相机与第一实施方式的电子相机1的不同之处在于：使用固体成像装置304以取代固体成像装置4。固体成像装置 304与固体成像装置4的不同之处在于以下说明的方面。
在固体成像装置304中，如图13所示，在图2中的各列电路26 中设置有增减计数器81以取代数据存储部52，拆除计数器28以及减法器31并设置水平信号线82以取代水平信号线34、35。
在本实施方式中，从控制脉冲发生电路29对各列电路26的增减计数器81输入控制信号
该控制信号
用于指示增减计数器 81按减少计数模式工作还是按增加计数模式工作。另外，也从控制脉冲发生电路29对增减计数器81输入计数时钟
控制信号
以及计数时钟
分别共用地输入各列电路26的增减计数器81。进一步，也从增减计数器81输入相对应的比较器COM的输出信号。
增减计数器81在第n行的读出期间的垂直传送期间Tn内，从第一期间t11－t12中的斜升信号Vramp的变化开始时刻t11到第一期间 t11－t12中的比较器COM的输出信号Vout的反相时刻为止按减少计数模式和增加计数模式中的一种模式对计数时钟
进行计数，并保持该反相时刻的计数值。另外，增减计数器81在第n行的读出期间的垂直传送期间Tn内，从第二期间t17－t18中的斜升信号Vramp 的变化开始时刻t17到第二期间t17－t18中的比较器COM的输出信号Vout的反相时刻为止、按减少计数模式和增加计数模式中的另一种模式从在先保持的计数值起对计数时钟
进行计数，并保持该反相时刻的计数值。该保持的计数值，在所述第一实施方式中和数据存储部52的锁存器A所存储的计数值与数据存储部52的锁存器B 所存储的计数值的差量等价。
若第n行的读出期间的垂直传送期间Tn结束，则接着成为第n 行的读出期间的水平传送期间。在该水平传送期间中，水平扫描电路 30按照来自控制脉冲发生电路29的控制信号进行水平扫描，使各列的列电路26的增减计数器81所保持的计数值依次经由m位的水平信号线82向输出电路32送出。输出电路32将接收到的数字值转换成预定的信号形式的信号，使之作为图像数据向外部(图1中的数字信号处理部6)输出。
以上就第n行的读出期间进行了说明，但是其他行的读出期间的工作与第n行的读出期间的工作是相同的。
通过本实施方式，也能够得到与所述第一实施方式相同的优点。
此外，也可以将与针对固体成像装置4的上述变形例相同的变形应用于本实施方式中的固体成像装置304。
以上就本发明的各实施方式及其变形例进行了说明，但是本发明不限定于此。本发明的技术思想的范围内能够想到的其他方式也包含在本发明的范围内。
例如，在所述第一以及第二实施方式中，也可以在各列电路26 中使用单独的反相放大器作为取代放大部51的放大部。另外，例如，在各列电路26中，也可以拆除放大部51而将垂直信号线23直接连接于采样开关SW1。
下面的优先权基础申请的公开内容作为援引文件而写入此处。
日本国专利出愿2012年第042293号(2012年2月28日出愿)。
Claims (10)
1.一种成像元件，具备：
第一像素，向第一信号线输出通过被光电转换后的电荷而生成的第一信号；
第二像素，向不同于所述第一信号线的第二信号线输出通过被光电转换后的电荷而生成的第二信号；
第一信号处理部，对输出到所述第一信号线的所述第一信号进行信号处理；
第二信号处理部，与所述第一信号处理部并列配置，对输出到所述第二信号线的所述第二信号进行信号处理；
第一布线，其共用地连接所述第一信号处理部和所述第二信号处理部，在行方向的一侧供给用于对所述第一信号和所述第二信号进行信号处理的第三信号；以及
第二布线，其共用地连接所述第一信号处理部和所述第二信号处理部，在行方向的所述一侧供给用于对所述第一信号和所述第二信号进行信号处理的第四信号，并在行方向的另一侧不供给所述第四信号，
所述第一信号处理部和所述第二信号处理部分别具有：进行信号的比较处理的比较器；第一电容，所述第一电容的一个电极连接于所述比较器的非反相输入端子，所述第一电容的另一电极连接于所述第一布线；第二电容，所述第二电容的一个电极连接于所述比较器的反相输入端子，所述第二电容的另一电极连接于所述第二布线。
2.根据权利要求1所述的成像元件，其中，
所述第一信号处理部和所述第二信号处理部具有将所述比较器的所述反相输入端子与所述比较器的输出端子连接的连接部。
3.根据权利要求2所述的成像元件，其中，
所述连接部具有使所述比较器的所述反相输入端子与所述比较器的输出端子之间为电连接状态或非电连接状态的开关。
4.根据权利要求1所述的成像元件，其中，
所述第三信号是从斜升信号发生电路输出的斜升信号。
5.根据权利要求1所述的成像元件，其中，
所述第四信号是基于接地电压的基准信号。
6.根据权利要求1所述的成像元件，其中，
所述第一信号处理部的第一电容的所述一个电极连接于所述第一信号线，
所述第二信号处理部的第一电容的所述一个电极连接于所述第二信号线。
7.根据权利要求1所述的成像元件，其中，
所述第一信号处理部进行将所述第一信号转换为数字信号的处理，
所述第二信号处理部进行将所述第二信号转换为数字信号的处理。
8.根据权利要求7所述的成像元件，其中，
所述第一信号处理部具有存储转换为数字信号的所述第一信号的存储部，
所述第二信号处理部具有存储转换为数字信号的所述第二信号的存储部。
9.根据权利要求7所述的成像元件，其中，
所述第一信号处理部和所述第二信号处理部的比较器分别由运算放大器构成。
10.一种成像装置，其中，
具备权利要求1至9中任一项所述的成像元件。
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