[发明专利]图像传感器和摄像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像传感器和摄像系统。

背景技术

近年来，通过将CMOS逻辑制造工艺与图像传感器制造工艺结合，而开发了包括复杂模拟电路、数字电路和信号处理电路的图像传感器。例如，已知在行和列方向上二维地排列多个像素并且包含模拟/数字转换器(A/D转换器)的图像传感器。

作为包括A/D转换器的图像传感器，已知将A/D转换器设置在每个像素列上的配置(列并列型A/D转换)。使用这种配置，能够将A/D转换器的转换速率降低到一行的读出速率，由此与将A/D转换器设置在图像传感器外部的情况相比，降低了A/D转换器的工作速度。这可以减少电力消耗，并且还容易地提高了从图像传感器的读出速率。

作为这种包括列并列型A/D转换器的图像传感器，已知如下的图像传感器：通过在对像素的输出电压放电或者充电时，对直到达到参考电压的时间进行计数，来将像素值转换为数字值(日本特开2005-348325)。

参考图13和14描述这种传统技术。图13是示出包括列并列型A/D转换器的图像传感器的电路配置的示例的电路图。图14是示出图13所示的积分器1018的输出水平的时间变化的时序图。

参考图13，像素1001包括光电转换元件。从像素1001输出的信号经由相关双采样(CDS)电路1002、采样/保持(S/H)电路1003、列放大器1004和开关1016连接到积分器1018的输出端子1008。从端子1006经由开关1005、电阻1019和开关1017向积分器1018的输入端子(-)施加固定电压V_DE。从端子1007向积分器1018的另一输入端子(+)施加参考电压V_REF。假设固定电压V_DE比参考电压V_REF低。

积分器1018具有基于电阻1019和电容器1020的时间常数。比较器1009将输出端子1008的电压与参考电压V_REF进行比较。比较器1009的触发输出1010经由序列电路1011控制存储器单元1012的数据加载定时。共用计数器1013的计数输出连接到存储器单元1012的输入端子。

参考图14所示的时序图描述图13所示的图像传感器的操作。接通开关1016，并且在时间t0，来自列放大器1004的信号电压Vsig1保持在积分器1018的输出端子1008中。然后，开关1016关断，而接通开关1005和1017。在接通开关1017时，共用计数器1013开始进行计数。

经由开关1005和1017对电阻1019施加低于参考电压V_REF的固定电压V_DE。其结果是，积分器1018开始以根据基于电阻1019和电容器1020的时间常数而确定的负斜率，向着作为放电结束电压的固定电压V_DE放电。在时间t1积分器1018的输出端子1008的电压变得低于参考电压V_REF，并且比较器1009生成触发输出1010。这时，该触发输出选择存储器单元1012，并且将共用计数器1013的值加载到存储器单元1012中。此外，触发输出1010使序列电路1011工作，并且开关1017关断，由此终止放电。存储器单元1012的输出信号连接到共用水平输出线1014。在选择一个存储器单元1012之后，选择的存储器单元1012的输出信号经由放大器1015数字地输出到外部。提出了使得能够通过根据像素信号的强度，改变对列并列型A/D转换器施加的基准电压，来切换动态范围的技术(日本特开2001-346106)。

然而，在上述传统技术中，随着初始信号电压越高，达到参考电压花费越长的时间，由此延长了A/D转换所需的时间。参考图14来对此进行描述。如果信号电压是Vsig1，则如粗点线所示，A/D转换所需的时间是时间t1-t0。然而，如果信号电压是比Vsig1高的Vsig0，则A/D转换所需的时间是长t2-t1的t2-t0。

如果例如存在通过将像素信号相加来进行读出操作的模式，作为图像传感器的读出模式，则该模式下的信号电压高于在不将像素信号相加的情况下进行读出操作的模式下的信号电压。因此，在通过将像素信号相加来进行读出操作的模式下，A/D转换所需的时间比在不将像素信号相加的正常读出模式下长。

发明内容

考虑传统技术的前述问题作出了本发明，本发明提供一种包括列并列型A/D转换器的图像传感器，其中，即使如在将像素信号相加的情况下那样，信号电压变得更高，该图像传感器也抑制A/D转换所需的时间增加。