[发明专利]固态图像传感设备、其模拟-数字转换方法和电子装置

说明书

技术领域

本发明涉及固态图像传感设备、固态图像传感设备的模拟-数字转换方法和电子装置。具体地，由CMOS(包括MOS)图像传感器代表的X-Y地址类型固态图像传感设备、数字-模拟转换方法和电子装置。

背景技术

诸如数字静态照相机的将光转换成电信号并且输出图像信号的成像装置使用固态图像传感设备作为它的图像捕获单元(光电转换单元)。在固态图像传感设备的领域中，最近，随着更大量的像素和更高的帧速率，实现更快的读出和更低的功耗的技术已经不可缺少。

作为固态成像传感器的一种，存在CMOS(包括MOS)类型的图像传感器(在下文中，称为“CMOS图像传感器”)，其具有如下特征：传感器可能以与CMOS集成电路相同的工艺制造。CMOS图像传感器具有这样的配置，其关于每个像素将电荷转换为电信号并且关于每个像素列并行地处理从像素读出的电信号。关于每一像素列的并行处理可以改进像素信号的读出速度。

在相关技术中，作为关于每一像素列并行地从以矩阵排列的多个像素中读出信号的COMS图像传感器，已知使用关于每一像素列对像素信号进行模拟-数字转换(在下文中，称为“AD转换”)的列AD转换系统的COMS图像传感器(例如，见JP-A-2005-278135)。

列AD转换系统CMOS图像传感器具有如下配置：其在以矩阵二维排列的像素的垂直方向上共享信号读出线(在下文中，称为“垂直信号线”)，并且包括关于每个像素列的AD转换电路和读出电路。此外，传感器通过同时驱动AD转换电路和读出电路，来进行相当于像素列的总数的同时信号处理。

AD转换电路通过下面一系列电路操作来进行AD转换。即，第一，电路使用比较器将通过垂直信号线从像素读出的模拟像素信号与具有一定斜率(gradient)并关于每个像素列而线性地改变的斜坡波形相比较，并且，同时开始计数器的计数操作。在这点上，计数器与具有固定周期的时钟同步地进行计数操作。

然后，当模拟像素信号和参考信号交叉时，AD转换电路在比较器的输出的反相定时停止计数器的计数操作。计数器的最终计数值是根据模拟像素信号的幅度的数字信号。如上所述，列AD转换系统是特征在于用于一次一行的像素信号的AD转换的高速成像的读出系统。

发明内容

最近，对高速的成像的需求越来越高。在列AD转换系统CMOS图像传感器中，通过减少垂直读出的数量(行的数量/线的数量)来改进帧速率，用于实现高速成像。在这里，作为减少垂直读出的数量的方法，例如，存在以固定行周期跳过像素行的垂直稀疏(thinning)读出，和诸如在垂直方向上读出在指定区域中的像素的信号的垂直削波(clipping)的线交织。然而，当垂直读出的数量被减少用于改进帧速率时，出现了一个问题，即在纵向(垂直)方向上的视角减少，且成像的图像变得横向加长。

所以，期望提供一种可以改进帧速率同时维持成像的图像的纵向和横向平衡的固态图像传感设备、模拟-数字转换方法和具有该固态图像传感设备的电子装置。

根据本发明的实施例的一种固态图像传感设备，包括：

像素阵列单元，其中，以矩阵排列包含光电转换设备的像素，且关于每个像素列布设垂直信号线，

关于像素阵列单元的每个像素列而提供的模拟数字转换电路，具有使用从该像素通过垂直信号线提供的模拟信号作为比较目标输入的比较器以及测量从比较器的比较的开始到比较的结束的时间的计数器，以及

参考信号生成单元，其生成具有斜坡波形的多个参考信号，

其中，在从像素阵列单元的特定组像素列的像素向垂直信号线读出信号的稀疏读出模式中，短路属于特定组像素列的一个像素列的垂直信号线和属于不同于该特定组像素列的另一组像素列的不从像素读出信号垂直信号线；以及

分别提供作为比较标准输入的多个参考信号到属于该一个像素列的比较器和属于不同于该特定组像素列的另一组像素列的比较器。

在从像素阵列单元的特定组像素列的像素读出信号到垂直信号线的稀疏读出模式中，即在水平稀疏读出模式中，不从不同于特定组像素列的另一组像素列的像素中读出信号到垂直信号线。因此，通过提供水平稀疏读出模式和由水平稀疏读出减少在水平方向上的像素信息，可以改进帧速率。尤其是，通过组合水平稀疏读出与已知的垂直稀疏读出、垂直削波等且适当设置稀疏比率，可以维持成像的图像的纵向和横向平衡。