CN108605106B - 固体摄像装置以及摄像装置 - Google Patents

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Abstract

固体摄像装置(1)具备：像素阵列部(10)，多个像素(3)被设置为矩阵状；多个垂直信号线(19)，按照每个像素列而被设置；列处理部(26a)，由与多个垂直信号线(19)的每一个对应地设置的多个列AD电路(25)构成；电源变动检测部(26b)，与向各像素(3)传递电源电压的电源线(51)连接，与像素行对应地检测由于电源电压的变动而引起的电源变动成分；以及电源变动校正部(70)，利用由电源变动检测部(26b)检测出的电源变动成分，按每个像素行校正由列处理部(26a)检测的像素信号。

Description

固体摄像装置以及摄像装置
技术领域
本申请涉及固体摄像装置以及摄像装置。
背景技术
以往存在这样的问题，在搭载了列并联型AD转换器的CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor：互补式金属氧化物半导体)固体摄像装置中，按每个列设置的模数转换器内的比较器一齐反转时电源线的电压下降变大，成为噪声。
关于这个问题，例如，在专利文献1公开了比较器内的信号线与电源线之间连接了电容元件的构成。通过这个构成，由于电容元件的作用，能够减少电源线的电位变动引起的电路噪声。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1∶日本特开2007－281540号公报
然而，在专利文献1公开的电容元件，对电源噪声等干扰噪声没有功效。即在CMOS固体摄像装置中，从外部提供给像素的电源电压本身载有噪声时，来自像素的读出信号中会混入横线状的噪声。
此外，例如，从像素输出了大电平的像素信号的情况下、或者随着模数转换器的动作在模数转换器内发生电压变动的情况下，会在垂直信号线产生噪声。其结果有产生画质劣化(例如横线状噪声引起的画质劣化)的问题。
发明内容
本申请提供减少画质劣化的固体摄像装置以及摄像装置，该画质劣化起因于向像素提供的电源电压上重叠的噪声。
为了解决所述的课题，本发明的一个方案涉及的固体摄像装置，具备：像素，生成像素信号；第一检测部，检测所述像素信号；第二检测部，与像素行对应地检测电源变动成分，该像素行是多个所述像素在行方向上排列的像素行；以及校正部，利用所述电源变动成分，按每个所述像素行校正由所述第一检测部检测的所述像素信号，所述校正部，具备：平均化电路，对所述电源变动成分进行平均化，算出电源变动平均信号；衰减电路，用与所述像素信号对应的规定的衰减值，使所述电源变动平均信号衰减；以及减法电路，从所述像素信号减去用所述规定的衰减值进行了衰减的所述电源变动平均信号，从而校正所述像素信号。
通过本申请的固体摄像装置以及摄像装置，能够减少画质劣化，该画质劣化起因于向像素提供的电源电压上重叠的噪声。
附图说明
图1是表示实施方式涉及的固体摄像装置的构成例的方框图。
图2是表示实施方式涉及的像素的电路构成的一例的图。
图3是表示实施方式涉及的电源变动校正部以及输出部的构成例的方框图。
图4是表示固体摄像装置的多个帧期间的动作例的定时流程图。
图5是表示实施方式涉及的固体摄像装置的1水平扫描期间的动作例的定时流程图。
图6A是用于说明实施方式涉及的固体摄像装置的校正方法的动作流程图。
图6B是用于说明实施方式涉及的固体摄像装置的电源变动成分平均化处理的动作流程图。
图6C是用于说明实施方式涉及的固体摄像装置的像素信号校正处理的动作流程图。
图7是用于说明实施方式的变形例1涉及的固体摄像装置的校正方法的动作流程图。
图8是表示实施方式的变形例2涉及的像素的电路构成的一例的图。
图9是表示具备实施方式涉及的固体摄像装置的摄像装置(摄像机***)的构成的一例的方框图。
具体实施方式
本实施方式涉及的固体摄像装置具备：检测电源电压的变动引起的每个行的噪声成分的第二检测部、以及利用由第二检测部检测的噪声成分，按每个行校正像素信号的校正部。从而，本实施方式涉及的固体摄像装置，能够减少画质劣化，该画质劣化起因于向像素提供的电源电压上重叠的外部噪声。
以下，参考附图说明本申请的固体摄像装置以及摄像装置。以下的实施方式都是示出本发明的一个具体例，数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接形式、步骤、步骤的顺序等，都是本发明的一个例子，主旨不是限制本发明。
此外，有时省略必要以上的详细说明。例如省略已知事项的详细说明和实际上相同构成的重复说明。这是为了避免以下说明不必要的冗长，使本领域技术人员容易理解。
[1.固体摄像装置的构成]
图1是表示实施方式涉及的固体摄像装置1的构成例的方框图。如该图所示，固体摄像装置1具备：像素阵列部10、水平扫描电路12、垂直扫描电路14、垂直信号线19、控制部20、列处理部26a、电源变动检测部26b、参考信号生成部27、输出部28、负载电流源30、电源变动校正部70。此外，在固体摄像装置1设置有从外部接受主时钟信号的输入的MCLK端子、用于与外部之间收发指令或数据的DATA端子、用于向外部发送影像数据的D1端子等、以及这些以外还设置有提供电源电压、接地电压的端子类。
像素阵列部10是具有以矩阵状设置的多个像素3(也称为单位单元)的像素部。多个像素3生成与入射光对应的像素信号，在图1中设置为n行m列(n以及m是自然数)。
垂直信号线19是按照像素阵列部10内的每个像素列而被设置，将来自属于被选择的像素行的像素3的像素信号，向列处理部26a传递的第一列信号线。在像素阵列部10设置有H0～Hm的m条的垂直信号线19。另外，垂直信号线19中的下游侧的部分，换言之与构成列处理部26a的列AD电路25的负输入端子连接的部分，称为ADC输入线40。换言之，在像素阵列部10与列处理部26a之间，被设置有ADIN0～ADINm的m条的ADC输入线40。
列处理部26a是按照像素阵列部10内的每个像素列，并且与垂直信号线19对应地设置的多个列AD电路25构成的第一检测部。列AD电路25的各自是检测从对应的垂直信号线19传递来的像素3的像素信号的列信号检测器。更具体而言，列AD电路25是将从垂直信号线19传递来的像素信号转换为数字信号，并进行相关双重检测，从而对像素信号进行模数转换的第一模数转换电路。
列AD电路25具备电压比较器252、计数部254、以及存储器256。
电压比较器252对从垂直信号线19传递来的模拟的像素信号、与在参考信号生成部27被生成并包含斜坡波的参考信号RAMP进行比较，例如，前者比后者大时，将表示比较结果的输出信号进行反转。
计数部254对从参考信号RAMP中的斜坡波的变化开始到电压比较器252的输出信号反转为止的时间进行计数。到反转为止的时间，按照所述模拟的像素信号的值而定，所以计数值成为被数字化的像素信号的值。
存储器256保持计数部254的计数值即数字的像素信号。
参考信号生成部27生成包含斜坡波的参考信号RAMP，向各个列AD电路25内的电压比较器252的正输入端子输出参考信号RAMP。
电源变动检测部26b是第二检测部，与向多个像素3的各自传递电源电压的电源线51连接，并且与像素行对应地检测由像素电源的电压变动引起的电源变动成分。对于电源变动检测部26b的详细后述。
水平扫描电路12，依次扫描多个列AD电路25内的存储器256，经由水平信号线18向输出部28输出被模数转换的像素信号。
垂直扫描电路14，以行单位扫描按照像素阵列部10内的每个像素行被设置的水平扫描线群15(也称为行控制线群)。从而，垂直扫描电路14以行单位选择像素3，从被选择的行所属的像素3，将像素信号同时输出到m条的垂直信号线19。水平扫描线群15被设置为，数量与像素3的行同数。在图1中，设置了n个的水平扫描线群15(图1中的V1，V2，···，Vn)。水平扫描线群15的各自包含复位控制线φRS、读出控制线φTR、选择控制线φSEL以及像素增益控制信号φGC。
电源变动校正部70是，利用由电源变动检测部26b检测出的电源变动成分，按每个像素行校正由列处理部26a检测出的像素信号的校正部。关于电源变动校正部70的详细后述。
控制部20，通过生成各种控制信号群，控制固体摄像装置1的整体。各种控制信号群，包含控制信号群CN1、CN2、CN5、CN8、CN10以及计数时钟信号CK0。例如，控制部20经由端子5a接受主时钟MCLK，生成各种内部时钟，控制水平扫描电路12和垂直扫描电路14等。
输出部28将通过水平扫描电路12的扫描从存储器256经由水平信号线18读出的数字的像素信号，输出到影像数据端子D1。
负载电流源30是按每个垂直信号线19而被设置，向垂直信号线19提供负载电流的负载电路。换言之，负载电流源30，向被选择的像素3内的放大晶体管，经由垂直信号线19提供负载电流，与该放大晶体管一起形成源极跟随器电路。此外，像素电源电压从外部经由端子5c而被提供，经由电源线51施加到像素3的各自。
[2.像素3的电路构成]
下面说明像素3的电路构成。
图2是表示实施方式涉及的像素3的电路构成的一例。像素3在像素阵列部10被设置为n行m列的矩阵状。如图2所示，像素3具备：受光元件即光电二极管PD、浮游扩散层FD、读出晶体管T10、复位晶体管T11、放大晶体管T12、以及选择晶体管T13。
光电二极管PD是进行与入射光对应的光电转换的受光部，生成与受光量(入射光)对应的电荷。
浮动扩散层FD是暂时保持从光电二极管PD经由读出晶体管T10而被读出的电荷的电荷蓄积部。
读出晶体管T10，按照读出控制线φTR的读出控制信号，从光电二极管PD向浮动扩散层FD读出电荷(换言之传输)。
复位晶体管T11，按照复位控制线φRS的复位控制信号，对浮动扩散层FD的电荷进行复位。
放大晶体管T12，对与保持在浮动扩散层FD的电荷对应的电压进行放大，将该放大的信号作为像素信号经由选择晶体管T13输出到垂直信号线19。
选择晶体管T13，按照选择控制线φSEL的选择控制信号，选择是否将放大晶体管T12的像素信号输出到垂直信号线19。
另外，在图2中，表示了1个像素1个单元构造的像素3的例子，但是像素3可以是多像素1个单元构造。多像素1个单元构造的像素3，例如具有多个光电二极管PD，在单位单元内可以共用浮动扩散层FD、复位晶体管T11、放大晶体管T12及选择晶体管T13的任一个或者全部。
[3.电源变动检测部26b以及电源变动校正部70的构成]
下面说明本实施方式涉及的固体摄像装置1的重要特征的电源变动检测部26b以及电源变动校正部70。
电源变动检测部26b是检测电源电压的变动引起的每个行的电源变动成分的第二检测部。如图1所示，电源变动检测部26b由多个电源变动检测器65构成。电源变动检测器65的输入端，经由第二列信号线69与电源线51连接。电源变动检测器65是，通过对电源线51的电源变动成分进行数字信号转换，并进行相关双重检测，从而对电源变动成分进行模数转换的第二模数转换电路。
电源变动检测器65，与列AD电路25同样具备电压比较器252、计数部254和存储器256。电源变动检测器65的所述构成要素的电压比较器252、计数部254、以及存储器256，与列AD电路25的各构成要素相同，所以这里省略说明。具体而言，列AD电路25以及电源变动检测器65的各个计数部254，分别将模拟的像素信号及模拟的电源变动成分进行模数转换，将被数字化的像素信号及电源变动成分输出到存储器256。
图3是表示实施方式涉及的电源变动校正部70及输出部28的构成例的方框图。如该图所示，电源变动校正部70具备减法电路71、平均化电路72、以及衰减电路75。此外，平均化电路72，由累计加法器73及除法器74构成。
平均化电路72，将由电源变动检测器65按每个像素行检测出的多个数字电源变动成分，按每个像素行进行平均化，并算出电源变动平均信号。更具体而言，累计加法器73，将由电源变动检测部26b按每个像素行检测出的多个数字电源变动成分进行累计，除法器74，将该累计的累计加法电源变动成分用电源变动检测器65的数量进行除法运算。从而，平均化电路72算出电源变动平均信号。
衰减电路75，为了在此之后的减法电路71中，高精度地除去重叠在像素信号的电源变动成分，使在平均化电路72被算出的电源变动平均信号，用与像素增益对应的规定的衰减值来衰减，该像素增益由像素3的电荷蓄积部及放大晶体管而被规定。
减法电路71通过从在列处理部26a按每个像素行检测出的数字像素信号，减去由所述规定的衰减值进行衰减的电源变动平均信号，从而校正像素信号。
这样被校正的像素信号，经由输出信号线17被输出到输出部28，作为影像数据D1被输出到外部。
另外，本实施方式涉及的电源变动校正部70除了减法电路71及平均化电路72以外，具备衰减电路75，但是可以使减法电路71具有衰减电路75的衰减功能。换言之，也可以没有衰减电路75，可以由减法电路71兼备衰减功能和减法功能。
此外，在衰减电路75被规定的规定衰减值，不仅是用于将从平均化电路72输出的电源变动平均信号转换为小的值，而且是可以用于将从平均化电路72输出的电源变动平均信号转换为大的值，换言之，可以适用于放大功能的情况。
通过所述构成，能够高精度地减少由向像素3提供的电源电压上重叠的外部噪声引起的画质劣化。
另外，像素3、垂直信号线19、列处理部26a以及电源变动检测部26b，内置在相同的LSI芯片中，电源变动校正部70，可以外置于该LSI芯片。
[4.一般的固体摄像装置的动作]
下面，利用本实施方式涉及的固体摄像装置1的附图的一部分来说明一般的固体摄像装置的动作。
图4是表示固体摄像装置的多个帧期间的动作例的定时流程图。在该图模式性表示了从第k帧到第(k+2)帧为止的参考信号RAMP的波形。1帧由与像素阵列部10的第一行到第n行对应的n个的水平扫描期间(该图中的1H的期间)构成，该像素阵列部10由n行m列的像素3构成。
图5是表示实施方式涉及的固体摄像装置1的1水平扫描期间的动作例的定时流程图。参考图5的一部分说明一般的固体摄像装置的一个水平扫描期间的动作。
在一个水平扫描期间的各自，参照信号RAMP如图4及图5所示，在减计数期间以及加计数期间的各自变成波形。
减计数期间是用于对表示复位成分Vrst的电平的第一像素信号进行模数转换的期间，该复位成分Vrst从图3表示的放大晶体管T12输出。从减计数期间的开始(斜坡波的变化开始)到电压比较器252的输出反转为止的时间，由计数部254进行减计数。该计数值是模拟的复位成分Vrst的模数转换结果本身。
加计数期间是将从放大晶体管T12输出的、表示数据成分(信号成分Vsig+复位成分Vrst)的电平的第二像素信号进行模数转换的期间。由计数部254对从加计数期间的开始(斜坡波的变化开始)到电压比较器252的输出反转为止的时间，进行加计数。该加计数，将模拟的数据成分(Vsig+Vrst)转换为数字值。该加计数，将表示复位成分Vrst的减计数值作为初始值，所以加计数期间的结束时的计数值，表示从数据成分(Vsig+Vrst)减去复位成分Vrst的CDS(Correlated Double Sampling∶相关双重检测)的结果。换言之，加计数期间的结束时的计数值成为信号成分Vsig本身。这样，列AD电路25排除成为误差的各列的时钟差和计数延迟等的偏差，只取出真正的信号电平Vsig，换言之进行数字CDS。
通过对n行依次进行这样的一个水平扫描期间的动作，从而获得一帧的图像。
[5.以往的固体摄像装置的问题]
在图5模式性地图示了电源线51的电压变动ΔVdd。这样在电源电压变动的情况下，通过放大晶体管T12的栅极－漏极间的寄生电容Cgd等，该电源电压的变动与浮动扩散层FD联动。在这个情况下，以往的固体摄像装置因为没有电源变动检测部26b以及电源变动校正部70，所以不能抑制所述电源电压的变动引起的像素输出的变动。从而，不能避免全列共通地混入的噪声，在电源变动大的环境下，发生电源变动引起的横线噪声，画质显著地劣化。以下，详细地说明以往的固体摄像装置的所述问题，。
电压比较器252，随着比较反转时的大的电流变化，其结果比较器电源电压的电位发生变化。对于此在电压比较器252的电源电压与电压比较器252的输出之间，设置专利文献1记载的电容元件，从而维持后级的源极接地放大电路的栅极源极之间电压。从而，能够避免由于电压比较器252的电源电压的电位变化引起电压比较器252的比较结果发生变动。然而，以往的固体摄像装置中，例如通过放大晶体管T12的寄生电容Cgd以及浮动扩散层FD和电源电压线之间的寄生电容等，浮动扩散层FD针对电源电压线具有寄生电容Cp1。
此外，因为电源噪声等的干扰噪声，电源电压具有电压变动ΔVdd的情况下，以浮动扩散层FD的寄生电容Cp1和寄生电容Cfd的比来决定的比率，浮动扩散层FD也变动。换言之，浮动扩散层FD的变动混入到从光电二极管PD传输来的信号中，发生画质劣化。
例如，放大晶体管T12首先将复位成分Vrst的第一像素信号输出到垂直信号线19，之后将信号成分Vsig的第二像素信号输出到垂直信号线19的情况下，可以设想在第一像素信号的读出期间和第二像素信号的读出期间，电压变动ΔVdd的周期不同。换言之经时变化的电压变动ΔVdd，经由寄生电容Cp1传播到浮动扩散层FD，所以CDS的精度降低，画质劣化。
在这里，将浮动扩散层FD的容量设为Cfd，将放大晶体管T12的增益设为GSF的情况下，向垂直信号线19输出的电源变动成分ΔVn1，用以下的式1来表示。
[数式1]
Figure GDA0001761488990000101
换言之式1表示，电源变动成分ΔVn1是电压变动ΔVdd乘以由浮动扩散层FD及放大晶体管T12规定的像素增益(Gain1＝GSF×CP1/(Cfd+Cp1))。电源变动成分ΔVn1，经由垂直信号线19输入到列处理部26a的电压比较器252。此时，例如通过专利文献1记载的电容元件，针对电压比较器252的电源电压的变动有效，不过，施加到像素3的电源电压的变动引起的噪声，不能与从相同的像素3输出的图像信号进行区分，所以不能删除该噪声。换言之，以往的固体摄像装置中，不能抑制由电源噪声等干扰噪声引起的画质劣化。
[6.实施方式涉及的固体摄像装置的动作]
针对上述的以往的固体摄像装置，本实施方式涉及的固体摄像装置1具备电源变动检测部26b以及电源变动校正部70，所以构成不同。以下详细说明本实施方式涉及的固体摄像装置1的动作。
本实施方式涉及的固体摄像装置1中，电源的电压变动ΔVdd，由图1表示的电源变动检测部26b进行检测。在这里，在电源变动检测部26b检测出的电源变动ΔVn2，不经由放大晶体管T12，能够从电源线51直接被检测，所以表示为以下的式2。
[数式2]
ΔVn2＝ΔVdd (式2)
如上所述，在列处理部26a检测出的电源变动成分ΔVn1和电源变动检测部26b检测出的电源变动成分ΔVn2，按照浮动扩散层FD的容量和放大晶体管T12的增益GSF来规定的像素增益(Gain1)的比率不同。换言之，针对在电源变动校正部70检测出的电源变动成分ΔVn2，乘以式1的像素增益(Gain1)使之衰减，能够使在电源变动校正部70检测出的电源变动成分，在有效像素区域检测出的电源变动成分相等。换句话说，针对在列处理部26a检测出的像素信号，用电源变动成分ΔVn2乘以式1的像素增益(Gain1)进行减法运算，从而对像素信号进行高精度地校正。这个关系用以下式3来表示。
[数式3]
Figure GDA0001761488990000111
下面用图5说明在固体摄像装置1的CDS的所述校正动作。
首先，为了第1次读出，控制部20将计数部254的计数值复位到初始值，并且将计数部254设定为减计数模式。在这里，计数值的初始值可以是"0"，也可以是任意值。
下面，在时刻t4，垂直扫描电路14，将选择控制线φSEL作为高电平，像素3的选择晶体管T13作为导通状态。从而，被选择的像素行Vx被选择。
此外，在时刻t4，垂直扫描电路14，将读出控制线φTR作为低电平，将读出晶体管T10作为截止状态，将复位控制线φRS作为高电平，将复位晶体管T11作为导通状态。从而，各像素3的浮动扩散层FD的电压被复位到电源电压。
下面，在经过一定时间之后浮动扩散层FD的电压被复位的时刻t5，垂直扫描电路14，将复位控制线φRS作为低电平，将复位晶体管T11作为截止状态。
此时，各像素3的浮动扩散层FD的电压，由放大晶体管T12被放大，复位成分Vrst经由垂直信号线19被读出。这个复位成分Vrst重叠了来自电源电压的电源变动成分。复位成分Vrst的减计数时，控制部20针对参考信号生成部27提供用于生成参考信号RAMP的控制信号CN4。从而，参考信号生成部27作为输入到电压比较器252的一方的输入端子(+)的比较电压，输出具有斜坡波的参考信号RAMP。
电压比较器252，在时刻t10～时刻t14，对参考信号RAMP的电压和由各列的ADC输入线40(ADINx)传输的复位成分(Vrst)所示出的电压进行比较。
此外，与输入到电压比较器252的输入端子(+)的参考信号RAMP的斜坡波的变化开始(时刻t10)的同时，作为第1次计数动作，从被设定的初始值开始减计数。具体而言，为了按每个列设置的计数部254来计测电压比较器252的比较时间，与从参考信号生成部27发出的斜坡波形电压同步(时刻t10)地，从控制部20向计数部254的时钟端子提供计数时钟CK0。
此外，电压比较器252，对经由来自参考信号生成部27的参考信号RAMP和ADC输入线40输入的被选择的Vx行的像素复位成分的电压，与电源变动值的总和值(Vrst+Vp1)进行比较，在双方的电压相同时，将电压比较器252的输出从高电平反转到低电平(时刻t12)。换言之，对与复位成分Vrst和电源变动值Vp1的总和值对应的电压和参考信号RAMP进行比较，将与复位成分Vrst的大小对应的时间轴方向的大小，用计数时钟CK0来进行计数，从而获得与复位成分Vrst和电源变动值Vp1的总和值的大小对应的计数值。换句话说，计数部254，将参考信号RAMP中的斜坡波的变化的开始时刻作为计数部254的减计数开始时刻，到电压比较器252的输出反转为止进行减计数，从而获得与复位成分Vrst和电源变动值Vp1的总和值的大小对应的计数值。
此外，控制部20，在经过规定的减计数期间后(时刻t14)，停止向电压比较器252提供控制数据，停止向计数部254提供计数时钟CK0。从而，电压比较器252停止参考信号RAMP的斜坡波生成。
在该第一次读出时，针对被选择的Vx行的像素信号电压中的复位成分Vrst，用电压比较器252检测并进行计数动作，所以成为读出像素3的复位成分Vrst。
这样列AD电路25，通过CDS读出垂直信号线19的输出信号(时刻t14)。
另外，即使电源变动成分为负时也能检测，可以在参照信号RAMP的斜坡波的变化开始的定时，设定偏移值(减计数期间的开始时刻t10，加计数期间的开始时刻t20)。
接着，像素信号的复位成分的模数转换结束时，接着开始第二次像素信号读出动作。此外，在第二次读出时，除了复位成分Vrst之外还进行按照每个像素3的入射光量的信号成分Vsig的读出动作。与第一次读出的不同之处是，将计数部254设定为加计数模式。
具体而言，在时刻t16，垂直扫描电路14，将读出控制线φTR作为高电平，将读出晶体管T10作为导通状态。从而，在光电二极管PD蓄积的全部的光电荷，传递到浮动扩散层FD。之后，垂直扫描电路14将读出控制线φTR作为低电平，将读出晶体管T10作为截止状态。此时，放大晶体管T12的数据成分和电源变动值的总和值(Vrst+Vsig)+Vp2经由垂直信号线19被读出。在这个情况下，与所述第一次读出时同样，电源电压的变动成分重叠在垂直信号线19。在这个状态下，计数部254进行加计数。在该加计数时，来自参考信号生成部27的斜坡波的参考信号RAMP，被输入到电压比较器252的一方的输入端子(+)，此外，数据成分和电源变动值的总和值(Vrst+Vsig)+Vp2，经由各列的ADC输入线40(ADINx)而被输入，在电压比较器252比较双方的电压。此时，为了向电压比较器252的一方的输入端子(+)输入参考信号RAMP的同时，利用计数部24计测电压比较器252中的比较时间，计数部24与从参考信号生成部27发出的斜坡波形电压同步(时刻t20)，作为第二次计数动作，从减计数停止的计数值开始进行加计数。
此外，电压比较器252，在所述双方的电压成为相同时，将比较器输出从高电平反转到低电平(时刻t23)。
这样，列AD电路25由CDS读取垂直信号线19的输出信号(时刻t24)。
换言之，在时刻t20～时刻t24，对与数据成分和电源变动值的总和值(Vrst+Vsig)+Vp2对应的电压信号和参考信号RAMP进行比较，与信号成分和电源变动值的总和值Vsig+(Vp2－Vp1)的大小对应的时间轴向的大小，用计数时钟CK0进行计数。这样，通过数字CDS，将计数部254的设定，在读出复位成分和电源变动值的总和值(Vrst)+Vp1时设为减计数，在读出数据成分和电源变动值的总和值(Vrst+Vsig+Vp2)时设为加计数。从而，在计数部254内自动进行减法运算，获得相当于信号成分和电源变动值的总和值Vsig+(Vp2－Vp1)的计数值。
在这里，被输出的电源变动成分(Vp2－Vp1)，相当于所述式1表示的ΔVn1。
进行了模数转换的数据Vsig+(Vp2－Vp1)被保持在存储器256。换言之，在计数部254的动作之前(时刻t30)，从控制部20根据存储器传输指示脉冲控制信号CN8，将前行的Vx－1的计数结果传输到存储器256。
如上所述，列AD电路25，在全部的像素行Vx进行像素读出时，执行数字CDS。
另一方面，在电源变动检测部26b，第二列信号线69，不经由像素3直接与电源线51连接，所以电源变动成分ΔVdd不被放大(不乘以式1的像素增益Gain1)。因此，进行同样的读出动作，在时刻t22结束了加计数时的模数转换数据，成为电源变动成分ΔVdd(＝(Vp2－Vp1)/Gain1)。
列处理部26a由CDS检测从垂直信号线19传递来的像素信号，电源变动检测部26b，与列处理部26a进行的像素信号的检测定时相同的定时，由CDS检测电源变动成分。
另外，在图5中，为了容易理解所述动作，并且减少影响，以Gain1＝1来表示输入到被列处理部26a的ADC输入线40的电压，以及输入到电源变动检测部26b的第二列信号线69的电压。输入到列处理部26a及电源变动检测部26b的电源变动成分ΔVdd的振幅，按照Gain1的倍率而不同的情况下，是由于减计数的结束时刻t12的时间误差以及加计数的结束时刻t22和t23的时间误差，与电源变动的周期相比充分地小。此外，加计数结束的时刻，在电源变动检测部26b为时刻t22。另一方面，在列处理部26a中，暗状态(信号成分Vsig＝0)的时候是同样为时刻t22，而在明亮(信号成分Vsig≠0)的时候为时刻t23。换言之，在时刻t22及时刻t23时，电源变动有时间差，所以相位不同，电源变动值不会完全相等。
电源变动在视觉的上容易出现的是暗状态～低照度状态，此时，列处理部26a(H0～Hm)的加计数结束时刻t22和电源变动检测部26b(HA～Hn)的加计数结束时刻t22的电源变动的相位大体上相等，所以被校正。
另一方面，在明亮的时候，电源变动在视觉的上难以出现，所以可以考虑依存于列处理部26a(H0～Hm)的加计数结束时刻t22与电源变动检测部26b(HA～Hn)的加计数结束时刻t23的时间差的电源变动值的误差没有问题。
如上所述，本实施方式涉及的固体摄像装置1中，如图5所示，读出各像素行Vx的像素3的1个水平扫描期间，由模数转换的减计数期间与加计数期间构成。
[7.固体摄像装置的校正方法]
在本实施方式涉及的固体摄像装置1中，与以往的固体摄像装置比较时，不同之处是具备电源变动检测部26b以及电源变动校正部70，能够根据校正来减少重叠在像素信号的电源变动成分。下面对本实施方式涉及的固体摄像装置1的校正方法进行说明。
在电源变动成分ΔVdd微弱的情况下，被随机噪声埋没，有可能不能正确地检测。因此，要高精度地算出每个水平行的电源变动成分ΔVdd，就需要根据图3表示的平均化电路72，按每个水平行，消除被选择的行的每个列不同的随机噪声，并进行平均化。而且，利用衰减电路75及减法电路71，从像素3输出的各信号减去平均化电路72的算出结果，则能够校正并且减少根据数字CDS难以消除的较高频率的横线噪声。换言之，通过本实施方式的噪声校正，横线噪声被减少，理论上来说能够成为零。以下用图6A～6C来说明。
图6A是说明实施方式涉及的固体摄像装置1的校正方法的动作流程图。此外，图6B是说明实施方式涉及的固体摄像装置1的电源变动成分平均化处理的动作流程图，图6C是说明实施方式涉及的固体摄像装置1的像素信号校正处理的动作流程图。
如图6A所示，实施方式涉及的固体摄像装置1的校正方法，将电源变动成分ΔVdd进行平均化处理(S1)，并进行像素信号校正处理(S2)。
首先，针对平均化处理(S1)用图6B来说明。
在平均化处理之前，控制部20输出控制信号CN10，对平均化电路72、衰减电路75以及减法电路71进行复位。之后，按每个行执行电源变动成分ΔVdd的平均化处理(S1)。
首先，控制部20，针对像素阵列部10的1个行，在电源变动检测部26b检测出的各列的电源变动成分，从各电源变动检测器65依次经由水平信号线18，读出到电源变动校正部70(S10)。
接着，控制部20通过累计加法器73，对各列的电源变动成分进行累计加法，将进行了累计加法的电源变动成分，通过除法器74进行除法运算，即除以进行了累计加法的电源变动检测器65的列数，从而算出电源变动成分的累计加法平均值(S11)。从而，算出在该行的电源变动平均信号。
接着，控制部20通过衰减电路75，对在平均化电路72被算出的电源变动平均信号，乘以像素增益Gain1，算出电源变动平均信号，该像素增益Gain1由像素3的电荷蓄积部及放大晶体管的电压转换率而被规定(S12)。
接着，控制部20针对电源变动校正部70，保持由衰减电路75被算出的电源变动平均信号，直到从该行的第一个列H0到最后列Hm为止的像素信号传递到电源变动校正部70的期间(S13)。以上的步骤S10～S13相当于平均化处理(S1)。
下面用图6C说明像素信号校正处理(S2)。
首先，控制部20将与1个行的列H0对应的像素信号，经由水平信号线18读出到电源变动校正部70的减法电路71(S20)。
接着，控制部20，在减法电路71，从与1个行中的列H0对应的像素信号，减去对应的电源变动平均信号(S21)。
接着，控制部20，使在减法电路71进行了减法处理的被校正后的像素信号，输出到输出信号线17(S22)。
将所述步骤S20～步骤S22的动作，针对列H1～列Hm同样地执行，1行的图像信号全部被校正，能够获得影像数据D1。之后，针对各个行也同样地进行像素信号的校正。
另外，电源变动检测部26b的列数是2的n次方(2，4，8，16，···)的情况下，可以用位移来代替平均化电路72。
如上所述，本实施方式涉及的固体摄像装置1的校正方法中，首先，1个行的全部的像素列的电源变动成分ΔVdd传递到水平信号线18之后，该行的各列的像素信号从各列AD电路25向水平信号线18依次传递并校正。换言之，控制部20，使在电源变动检测部26b检测出的电源变动成分的检测信号，在由列处理部26a检测出的像素信号之前，输出到电源变动校正部70。而且通过在各行执行所述水平扫描期间，将1帧的影像数据输出到影像数据端子D1，从而结束序列。
通过上述的本实施方式涉及的固体摄像装置1的校正方法，能够高精度地减少提供给像素3的电源电压上重叠的外部噪声引起的画质劣化。
另外，本实施方式涉及的固体摄像装置1的校正方法不限定于所述校正方法。
图7是说明实施方式的变形例1涉及的固体摄像装置的校正方法的动作流程图。本变形例涉及的校正方法与实施方式涉及的校正方法比较时，从列处理部26a向电源变动校正部70的像素信号的读出，以及从电源变动检测部26b向电源变动校正部70的电源变动成分ΔVdd的读出的顺序不同。
首先，控制部20进行控制，将与1行中的列H0对应的像素信号，经由水平信号线18，被读出到电源变动校正部70(S31)。
在列H1～列Hm也同样地执行所述步骤S31的动作。
接着，控制部20，使存储器保持在所述步骤S31读出的1行的像素信号，直到由电源变动校正部70算出该行的电源变动平均信号为止的期间(S32)。
接着，控制部20进行控制，针对像素阵列部10的1行，在电源变动检测部26b检测出的各列的电源变动成分，从各电源变动检测器65依次经由水平信号线18，读出到电源变动校正部70(S41)。
接着，控制部20，使累计加法器73，对各列的电源变动成分进行累计加法，并且利用除法器74将进行了累计加法的电源变动成分，除以进行了累计加法的电源变动检测器65的列数，来算出电源变动成分的累计加法平均值(S42)。从而，算出该行的电源变动平均信号。
接着，控制部20，使衰减电路75算出针对由平均化电路72算出的电源变动平均信号乘以像素增益Gain1的电源变动平均信号，该像素增益Gain1由像素3的浮动扩散层FD及放大晶体管T12而被规定(S43)。
接着，控制部20，针对电源变动校正部70进行控制，使减法电路71读出与预先被保持的1行中的列H0对应的像素信号(S51)。
接着，控制部20，在减法电路71，从与1行中的列H0对应的像素信号，减去对应的电源变动平均信号(S52)。
接着，控制部20，使在减法电路71进行了减法处理的、与校正后的1行中的列H0对应的像素信号，输出到输出信号线17(S53)。
在列H1～列Hm也同样地执行所述步骤S51～S53的动作。
通过上述的本变形例涉及的固体摄像装置1的校正方法，能够高精度地减少提供给像素3的电源电压上重叠的外部噪声引起的画质劣化。
[8.变形例涉及的像素3的电路构成]
图8是表示实施方式的变形例2涉及的像素3A的电路构成的一例的图。像素3A与实施方式涉及的像素3比较时不同之处是，具有能够切换浮动扩散层FD的电容值的功能的构成。以下说明本变形例涉及的像素3A，省略说明与实施方式涉及的像素3相同的部分，以不同之处为中心进行说明。
像素3A除了具有像素3具有的构成要素之外，浮动扩散层FD经由开关与附加电容Cfd2连接。从而，本变形例涉及的像素3A可以切换像素增益。开关通过垂直扫描电路14经由增益控制线φGC，来切换导通及非导通。
在开关是非导通状态的情况下，像素3A的像素增益成为式1规定的Gain1。另一方面，开关是导通状态的情况下，像素3A的像素增益用以下的式4表示。
[数式4]
Figure GDA0001761488990000191
针对该像素3A的电源变动校正部70，衰减电路75的构成可以是具有Gain1及Gain2不同的2个衰减值。
首先，增益控制线φGC是低电平的情况下，开关成为非导通状态，像素增益选择高的一方的Gain1。另一方面，增益控制线φGC是高电平的情况下，开关成为导通状态，像素增益选择低的一方的Gain2。
也可以与该开关动作对应地，控制部20使开关的切换与电源变动校正部70的衰减电路75的衰减值的切换联动。
换言之，开关为非导通状态的情况下，作为衰减电路75的衰减值选择Gain1，开关为导通状态的情况下，作为衰减电路75的衰减值选择Gain2。
通过所述构成，即使由增益控制线φGC，变更了像素增益的情况下，通过适当地选择衰减电路75的衰减值，从而能够高精度地校正电源变动值。
[9.摄像机]
在所述的实施方式及其变形例涉及的固体摄像装置1，用于摄像机(摄像装置)。
图9是表示具备本实施方式涉及的固体摄像装置1的摄像机(摄像装置)的构成的一例的方框图。该图的摄像机(摄像装置)具备固体摄像装置1、透镜61、信号处理电路63、***控制器64。
通过所述构成能够提供如下摄像机(摄像装置)，能够高精度地减少向像素提供的电源电压上重叠的外部噪声引起的画质劣化。
(其他的实施方式)
本发明涉及的固体摄像装置及摄像装置不限于所述实施方式。组合在所述实施方式及变形例中的任意的构成要素来实现的其他实施方式，在不超出本发明的主旨的范围内，针对所述实施方式以及变形例实施本领域技术人员想出的各种变形而得到的变形例，以及本发明涉及的固体摄像装置中内置的各种设备也都包括在本发明中。
此外，在固体摄像装置1，像素3被设置在半导体基板的表面，即与形成了晶体管的栅极端子以及布线的表面相同的面侧，但是也可以使用像素3形成在半导体基板的背面，即晶体管的栅极端子及布线被形成的面的背面侧的背面照射型图像传感器(背面照射型固体摄像装置)的构造。
此外，在固体摄像装置1，作为像素3内的受光元件使用了光电二极管(耗尽型p－n连接光电二极管)PD，但是不限于此，可以是其他的受光元件(作为一例，光电门下的电场引起的耗尽区域)。
此外要消除第二列信号线69的噪声不均和每个水平行的随机噪声，构成电源变动检测部26b的电源变动检测器65越多越好，但是电源变动检测器65至少有1个就可以。通过上述能够高精度地减少提供给像素3的电源电压上重叠的外部噪声引起的画质劣化。
此外，在摄像区域具有的像素3的构成，可以是用浮动扩散电位像素选择像素的构成，而不使用选择晶体管。此外，也可以是在多个像素共用复位晶体管及源极跟随器晶体管的单位单元。
此外，所述实施方式涉及的控制部20、列处理部26a、电源变动检测部26b以及电源变动校正部70等典型的是作为集成电路的LSI来实现。控制部20、列处理部26a、电源变动检测部26b以及电源变动校正部70等的各处理部，可以分别单片化，也可以是包括一部分或者全部的方式单片化。
此外，集成电路化不限于LSI，可以用专用电路或者通用处理器来实现。也可以使用在LSI制造后可编程的FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、或者可重构LSI内部的电路单元的连接以及设定的可重构处理器。
本申请能够抑制向像素提供的电源电压引起的外部噪声带来的画质劣化，例如能够适用于CMOS固体摄像装置、数字图片相机、摄影机、附带摄像机的移动电话、监控摄像机、车载摄像机以及医疗用摄像机等，各种摄像机***。
符号说明
1 固体摄像装置
3，3A 像素
5a，5b，5c 端子
10 像素阵列部
12 水平扫描电路
14 垂直扫描电路
15 水平扫描线群
17 输出信号线
18 水平信号线
19 垂直信号线
20 控制部
25 列AD电路
26a 列处理部
26b 电源变动检测部
27 参考信号生成部
28 输出部
30 负载电流源
40 ADC输入线
51 电源线
61 透镜
63 信号处理电路
64 ***控制器
70 电源变动校正部
71 减法电路
72 平均化电路
73 累计加法器
74 除法器
75 衰减电路
252 电压比较器
254 计数部
256 存储器

Claims (12)

1.一种固体摄像装置，具备：
像素，生成像素信号；
第一检测部，检测所述像素信号；
第二检测部，与像素行对应地检测电源变动成分，该像素行是多个所述像素在行方向上排列的像素行；以及
校正部，利用所述电源变动成分，按每个所述像素行校正由所述第一检测部检测的所述像素信号，
所述校正部，具备：
平均化电路，对所述电源变动成分进行平均化，算出电源变动平均信号；
衰减电路，用与所述像素信号对应的规定的衰减值，使所述电源变动平均信号衰减；以及
减法电路，从所述像素信号减去用所述规定的衰减值进行了衰减的所述电源变动平均信号，从而校正所述像素信号，
所述第二检测部经由直接连接于向所述像素传递电源电压的电源线的列信号线而与所述电源线连接，从而从所述电源线直接检测所述电源变动成分。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，
所述电源变动成分是由电源电压的变动引起的成分。
3.如权利要求1所述的固体摄像装置，
所述第二检测部具备电源变动检测器，与所述像素行对应地检测所述电源变动成分。
4.如权利要求1所述的固体摄像装置，
还具备控制部，
所述控制部，使所述电源变动成分的检测信号，在所述第一检测部检测出的像素信号之前，被输出到所述校正部。
5.如权利要求4所述的固体摄像装置，
所述第一检测部，通过对所述像素信号进行相关双重检测来进行检测，
所述第二检测部，在与所述第一检测部检测所述像素信号的检测定时相同的定时，对所述电源变动成分进行相关双重检测，从而进行检测。
6.如权利要求1所述的固体摄像装置，
所述校正部，在从所述第一检测部输出每个所述像素行的所述像素信号为止的期间，保持对应的所述像素行的所述电源变动平均信号，
所述减法电路，从按每个所述像素行检测出的所述像素信号，减去用所述规定的衰减值进行了衰减的所述电源变动平均信号，从而校正所述像素信号。
7.如权利要求1所述的固体摄像装置，
所述像素具备：
受光部，进行与入射光对应的光电转换；
电荷蓄积部，蓄积在所述受光部转换并生成的电荷，并保持该电荷；以及
放大部，对与在所述电荷蓄积部被保持的电荷对应的电压进行放大，并且将该被放大的电压作为所述像素信号输出，
所述规定的衰减值是，与由所述电荷蓄积部以及所述放大部规定的像素增益对应的值。
8.如权利要求7所述的固体摄像装置，
所述像素，还具备：
开关元件，切换对所述电荷蓄积部的附加电容的连接，
所述固体摄像装置，使所述开关元件的切换和所述规定的衰减值的切换联动。
9.如权利要求3所述的固体摄像装置，
具备第一模数转换电路，将在列方向上传递的所述像素信号转换为数字信号并进行相关双重检测，从而检测所述像素信号，
所述电源变动检测器是，通过将所述电源变动成分转换为数字信号并进行相关双重检测，从而检测所述电源变动成分的第二模数转换电路。
10.如权利要求9所述的固体摄像装置，
还具备参考信号生成部，
所述参考信号生成部生成斜坡信号，该斜坡信号用于在所述第一模数转换电路以及在所述第二模数转换电路进行数字转换，
所述参考信号生成部，在所述第二检测部检测出的所述电源变动成分为负的信号的情况下，输出被偏移的所述斜坡信号。
11.如权利要求1所述的固体摄像装置，
所述像素、所述第一检测部、以及所述第二检测部，内置于相同的LSI芯片，
所述校正部，外置于所述LSI芯片。
12.一种摄像装置，具备权利要求1所述的固体摄像装置。
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