CN101056364B - 固态图像拾取装置、相机系统及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种具有多个模数转换器的固态图像拾取装置，该固态图像拾取装置具有用于将入射光量转换为电信号的多个像素并且将从每个像素获得的模拟信号转换为数字信号。所述模数转换器包括：多个比较器，其中每个比较器将随时间改变的参考电压与模拟信号进行比较，并且其中不同的参考电压被发送到比较器；和至少一个计数器，用于对完成由比较器进行的比较所需的时间周期进行计数，存储有关计数结果的信息，从而具有不同的计数数目。

Description

固态图像拾取装置、相机系统及其驱动方法
本申请包含有关在2006年4月10日向日本专利局提交的日本专利申请JP2006-107149的主题，其全部内容通过引用而合并于此。
技术领域
本发明涉及固态图像拾取装置、相机系统及其驱动方法(或者属于固态图像拾取装置、相机系统及其驱动方法的领域)。
背景技术
已经报告了一种其上安装有列平行模数转换器(下文中，将模数转换器简称为ADC)的已知互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。例如，上述CMOS图像传感器公开于“集成的800×600CMOS图像系统”，作者W.Yang等人，ISSCC技术论文文摘，第304-305页，1999年2月(“An integrated 800×600CMOS ImageSystem”by W.Yang et al.，ISSCC Digest of Technical Papers，p.304-305，Feb.1999)。
在图7的方框图中图示了其上安装有列平行ADC的示例已知CMOS图像传感器的配置。
如图7所示，固态图像拾取装置101包括多个像素12，其中每个像素12包括光电二极管和像素内(in-pixel)放大器。像素12以矩阵形式布置，从而生成像素阵列11。列平行ADC包括比较器21和存储器件51。比较器21将由数模转换器(下文中，简称为DAC)19生成的参考信号(参考电压)RAMP与对于每条行线H0、H1等经由列线V0、V1等从像素12获得的模拟信号进行比较。存储器件51存储有关通过被配置来对比较时间周期计数的计数器52执行的计数结果的信息。列平行ADC具有n位数字信号转换功能。而且，列平行ADC被提供用于每条列线V0、V1等，从而形成列平行ADC块55。
每条水平输出线16包括2n位宽水平输出线以及对应于每条输出线的2n个感测电路、减法电路53、和输出电路。而且，提供生成内部时钟的定时控制电路20、被配置成控制行地址和行扫描的行扫描电路18、以及被配置成控制列地址和列扫描的列扫描电路17，作为被配置成依次读取从像素阵列11发送的信号的控制电路。
接着，将参考图8的时序图和图7的方框图来描述示例已知CMOS图像传感器的操作。
在稳定了从任意行线Hx到列线V0、V1等的像素12的数据的第一读取和发送之后，通过随时间将参考电压改变为由DAC 19生成的参考电压RAMP而获得步进波形，并且比较器21将参考电压RAMP与任意列线Vx的电压进行比较。在将步进波形发送到参考电压RAMP的同时，计数器52执行第一计数。当参考电压RAMP变得等于列线Vx的电压时，反向从比较器21发送的输出。同时，在存储器件51中存储有关对应于比较时间周期的计数值的信息。在第一读取时间，从每个像素12读取复位分量ΔV。该复位分量ΔV包括对于每个像素12而改变的噪声。然而，通常，复位分量ΔV的变化无关紧要，并且所有像素12被复位在相同电平。因此，来自任意列线Vx的输出近似已知。因此，当第一时间读取复位分量ΔV时，通过调节参考电压RAMP可以减少比较时间周期。在上述已知示例中，在对应于7位(128个时钟信号)的计数时间周期上执行复位分量ΔV中的比较。
在第二读取时间，除了复位分量ΔV，还读取对应于每个像素12的入射光量的信号分量。也就是说，在稳定了从任意行线Hx到列线V0、V1等的像素12的数据的第二读取和发送之后，通过随时间将参考电压改变为由DAC19生成的参考信号(参考电压)RAMP而获得步进波形，并且比较器21将参考电压RAMP与任意列线Vx的电压进行比较。在将步进波形发送到参考电压RAMP的同时，计数器52执行第二计数。当参考电压RAMP变得等于列线Vx的电压时，反向从比较器21发送的输出。同时，在存储器件51中存储有关对应于比较时间周期的计数值的信息。这时，将通过第一计数获得的以及通过第二计数获得的计数值数据存储在存储器件51中不同位置处。
在上述AD转换时间周期之后，列扫描电路17执行下列处理。即，通过第一计数和第二计数中的每一计数获得的并被存储在存储部件51中的n位数字信号通过2n条水平输出线16被发送，通过减法器53依次经受如(第二计数信号)-(第一计数信号)所示的减法处理，并且被外部发送。之后，对于每一行执行上述处理，从而生成二维图像。
在上述已知示例中，对参考电压的时间改变进行计数。因此，根据计数器的时钟信号的数目来确定输出位数目(计数时钟信号的数目将要增加两次，以便增加一位的精度)。随后，可以仅通过增加时钟频率和/或减小读取速度来增加输出位数目。
发明内容
由于对参考电压的时间改变进行了计数，因此基于计数器的时钟信号的数目来确定输出位数。因此，计数时钟信号的数目将增加两次，以便增加一位的精度。随后，可以仅通过增加时钟频率和/或减小读取速度增加输出位数。
本发明考虑在不增加时钟频率和/或减小读取速度的情况下获得必要范围(bound)内的高位精度的输出。
根据本发明实施例的固态图像拾取装置，具有多个像素，每个像素将入射光量转换为相应的电信号，固态图像拾取装置还具有多个模数转换器，每个模数转换器将从像素中相应的一个获得的模拟信号转换为数字信号。每个模数转换器包括：输出，具有多个位；多个比较器，其中所述多个比较器将随时间改变的多个参考电压分别与来自像素中的同一个像素的模拟信号进行比较，并且其中参考电压的每个相互不同，以及将至少第一和第二参考电压发送到相应的比较器；和多个计数器，每个计数器与相应的比较器关联，每个计数器对完成由关联的比较器进行的比较所需的时间周期进行计数，并且存储有关计数结果的信息，每个计数器具有与每个用于对完成由关联的比较器进行的比较所需的时间周期进行计数的其他计数器不同的计数数目，使得每个计数器输出所存储的计数结果信息作为相应的模数转换器的输出的多个位的相应部分。
因此，根据本发明的上述实施例，模数转换器包括：多个比较器，其中每个比较器将随时间改变的参考电压与模拟信号进行比较，其中不同的参考电压被发送到比较器；和至少一个计数器，用于对完成由比较器进行的比较所需的时间周期进行计数，存储有关计数结果的信息，并且具有不同的计数数目。因此，变得能够设置i位计数器，其中字母i表示自然数，以及能够设置j位计数器，其中字母j表示另一自然数，并保持表达式i＞j。j位计数器仅用于最低有效位侧。
根据本发明的上述实施例，提供多个比较器和与比较器对应的计数器。因此，通过i位计数器和j位计数器可以同时执行下列处理过程。即，对具有不同幅值的参考电压发生改变并变成等于从任意列线发送的输出的电压的时间周期计数与i位一样多，所述i位被确定为在输出时间的最高有效位侧的一位，所述j位被确定为最低有效位侧的一位，并且i位和j位被输出作为i+j位。而且，在第二读取时间，对于每一列，每个读取结果可被存储在i位计数器和j位计数器，作为数字值，并且对于每一列可以执行计算，从而没有错误发生。
本发明还提供一种具有多个模数转换器的相机系统，具有多个像素，每个像素将入射光量转换为电信号，相机系统还具有多个模数转换器，每个模数转换器将从像素中相应的一个获得的模拟信号转换为数字信号。其中每个模数转换器包括：输出，具有多个位；多个比较器，其中所述多个比较器将随时间改变的多个参考电压分别与来自像素中的同一个像素的模拟信号进行比较，并且其中参考电压的每个相互不同，以及将至少第一和第二参考电压发送到相应的比较器；和多个计数器，每个计数器与相应的比较器关联，每个计数器对完成由关联的比较器进行的比较所需的时间周期进行计数，并且存储有关计数结果的信息，每个计数器具有与每个用于对完成由关联的比较器进行的比较所需的时间周期进行计数的其他计数器不同的计数数目，使得每个计数器输出所存储的计数结果信息作为相应的模数转换器的输出的多个位的相应部分。
本发明还提供一种驱动相机系统的方法，相机系统，具有多个像素，每个像素将入射光量转换为电信号，相机系统还具有多个模数转换器，每个模数转换器将从像素中相应的一个获得的模拟信号转换为数字信号，每个模数转换器包括具有多个位的输出。所述方法包括步骤：将多个参考电压中的一个参考电压发送到模数转换器中的一个模数转换器的相应的比较器，每个参考电压相互不同，使用所述一个模数转换器的第一比较器将随时间改变的第一个不同的参考电压与来自像素中相应的一个像素的模拟信号进行比较；使用所述一个模数转换器的第二比较器将随时间改变的第二个不同的参考电压与所述来自像素中相应的一个像素的模拟信号进行比较；使用具有第一计数数目的第一计数器对完成由第一比较器进行的比较所需的时间周期进行计数，并且存储有关在第一计数器中计数结果的信息；使用具有与第一计数数目不同的第二计数数目的第二计数器对完成由第二比较器进行的比较所需的时间周期进行计数，并且存储有关在第二计数器中计数结果的信息；以及输出所存储的来自第一和第二计数器的计数结果信息作为定义一个模数转换器的输出的多个位的相应部分。
附图说明
图1是图解说明本发明的实施例(第一实施例)的方框图；
图2是图解说明像素的示例电路配置的电路图；
图3是示出根据第一实施例执行的示例操作的时序图；
图4示出了输出计数编码与计数数目之间的关系；
图5是图解说明本发明的另一实施例(第二实施例)的方框图；
图6是图解说明本发明的另一实施例(第三实施例)的方框图；
图7是图解说明示例已知固态图像拾取装置的方框图；
图8是示出由示例已知固态图像拾取装置执行的操作的时序图；和
图9是示出根据本发明另一实施例的相机系统的方框图。
具体实施方式
图1是图解说明本发明的实施例(第一实施例)的方框图。图1示出了其上安装有列平行ADC的互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。
如图1所示，固态图像拾取装置1包括以二维方式的矩阵形式布置的多个像素12，从而形成像素阵列11。例如，每个像素12包括光电二极管和像素内放大器。
列平行ADC块15是列平行模数转换器，包括比较器21和22以及计数器(例如向上/向下计数器)23和24。比较器21和22将由数模转换器(下文中，简称为DAC)19(被配置成生成参考信号RAMP1和RAMP2)生成的参考信号(参考电压)RAMP1和RAMP2与对于每条行线H0、H1等经由列线V0、V1等从像素12获得的模拟信号进行比较。计数器23和24对完成由比较器21和22进行的比较所需的比较时间周期进行计数，并且存储有关计数结果的信息。上述比较器21和计数器23实现i位数字信号转换功能(其中字母i表示自然数)，上述比较器22和计数器24实现j位数字信号转换功能(其中字母j表示另一自然数，并且保持表达式i＞j)。对于每条列线V0、V1等提供比较器21和22、以及计数器23和24，从而生成列平行ADC块15。
每条水平输出线16包括i+j位宽水平输出线、i+j个感测电路和i+j个输出电路，其中每个感测电路和输出电路对应于每条水平输出线。而且，提供生成内部时钟的定时控制电路20、被配置成控制行地址和行扫描的行扫描电路18、以及被配置成控制列地址和列扫描的列扫描电路17，作为被配置成依次读取从像素阵列11发送的信号的控制电路。而且，尽管未示出，可以提供其他各种信号处理电路。
在第一实施例中，列平行ADC块15包括比较器21和22、以及计数器(向上/向下计数器)23和24。向上/向下计数器可以是异步向上/向下计数器，能够使用单个计数控制时钟以高速操作。而且，可以生成包括锁相环路(PLL)电路的高速计数时钟，以便使得向上/向下计数器高速操作。根据第一实施例的向上/向下计数器具有单一电路配置并且能够高速操作。因此，根据第一实施例的向上/向下计数器具有许多优点。另一方面，可以提供两个计数器来代替该向上/向下计数器。所述计数器可以不以列平行方式布置，并且可以提供两个存储单元。下文中，将计数器23和24中的每一个作为向上/向下计数器进行描述。
图2示出了上述像素12的示例电路配置。像素12包括：光电二极管31；转移晶体管32，其被配置成通过控制信号TR将光电二极管31的电荷转移到浮点扩散层36；放大晶体管34，其可以通过用在线Vx的一端提供的电流源执行源极输出器(source-follower)读取来对浮点扩散层36的电荷进行信号放大；复位晶体管33，其被配置成使用控制信号RST来复位浮点扩散层36等的电荷；和选择晶体管35，其被配置成使用控制信号SEL来读取并发送信号至线Vx。根据上述示例电路配置，上述每个晶体管被提供为N沟道晶体管。然而，上述晶体管的部分或全部可被提供为P沟道晶体管，以便实现上述示例电路配置。相反，转移晶体管32和/或选择晶体管可被去除，从而电源执行选择控制，或者多个像素可以共享任意组件。
接着，将参考图1中所示的方框图、图2中所示的电路图和图3中所示的时序图来描述由第一实施例中描述的固态图像拾取装置1(CMOS图像传感器)执行的操作。在下面的描述中，字母i表示12位，字母j表示2位，并且获得14(i+j＝12+2＝14)位输出。
在稳定从任意行线Hx到列线V0、V1等的像素12的数据的第一读取和发送之后，DAC19发送通过随时间将参考电压改变为参考信号(参考电压)RAMP1而获得的步进波形(9位，512步长，幅值是1Vr)，并且比较器21将参考信号RAMP1与任意列线Vx的电压进行比较。同时，DAC19发送通过随时间将参考电压改变为参考信号(参考电压)RAMP2而获得的步进波形(9位，512步长，幅值是1/4Vr(1/8Vr的幅值，其中保持表达式1/2j和j＝3，或者1/16Vr的幅值，其中保持表达式1/2j和j＝4))，并且比较器22将参考信号RAMP2与任意列线Vx的电压进行比较。
在当步进波形被发送到参考信号RAMP1和RAMP2的同时，将时钟信号从时序控制电路20发送到控制线CK，以便通过为每条行线提供的向上/向下计数器23和24来测量比较时间，并且向下计数第一比较时间。向上/向下计数器23和24中的每一个是异步向上/向下计数器。单独对于控制线CK，可以通过单个输出来实现内部计数。
当参考信号RAMP1和RAMP2中的每一个的电压变得等于列线Vx的电压时，反向来自比较器21和22中的每一个的输出。同时，停止向上/向下计数器23和24的计数操作，并且在向上/向下计数器23和24中的每一个中存储有关对应于比较时间周期的计数值的信息。这里，向上/向下计数器23是能够从0到4095计数的12位向上/向下计数器。而且，考虑计数过度(overcounting)，向上/向下计数器23可以是13位向上/向下计数器。另外，向上/向下计数器24是重复执行2位向下计数、直到来自比较器22的输出被反向为止的2位向上/向下计数器。
在第一读取时间，读取每个像素12的复位分量ΔV。该复位分量ΔV包括对于每个像素12而改变的噪声。然而，通常，复位分量ΔV的变化无关紧要，并且所有像素12被复位在相同电平。因此，来自任意列线Vx的输出近似已知。因此，当第一时间读取复位分量ΔV时，通过调节RAMP电压可以减少比较时间周期。在第一实施例中，在对应于9位(512个时钟信号)的计数时间周期上执行复位分量ΔV中的比较。
在第二读取时间，除了复位分量ΔV，还读取对应于每个像素12的入射光量的信号分量，并且执行与第一读取相同的操作。也就是说，在稳定从任意行线Hx到列线V0、V1等的像素12的数据的第二读取和发送之后，DAC19发送通过随时间将参考电压改变为参考信号RAMP1和RAMP2中的每一个而获得的步进波形，并且比较器21和22将参考信号RAMP1和RAMP2与任意列线Vx的电压进行比较。
与执行第一计数的情况作为对比，在当步进波形被发送到参考信号RAMP1和RAMP2的同时，将时钟信号发送到控制线CK，以便通过为每条行线提供的向上/向下计数器23和24来测量比较时间，并且向上计数第二比较时间。
由向上/向下计数器23和24中每一个执行的操作的值在第一计数时间被向下计数，而在第二计数时间被向上计数，因此在计数器中自动执行如(第二比较时间周期)-(第一比较时间周期)所示的减法。当参考信号RAMP1和RAMP2中每一个的电压变为等于列线Vx的电压时，反向来自比较器21和22中每一个的输出。同时，停止向上/向下计数器23和24执行的计数操作，并且在向上/向下计数器23和24中的每一个中存储有关对应于如(第二比较时间周期)-(第一比较时间周期)所示的减法结果的计数值的信息。
根据向上/向下计数器23，保持表达式(第二比较时间周期)-(第一比较时间周期)＝(信号分量+ΔV+ADC的偏移分量)-(ΔV+ADC的偏移分量)＝(信号分量(12位))。上述两个读取操作和由向上/向下计数器23执行的减法能够消除包括对每个像素12而变化的噪声的复位分量ΔV和每个ADC的偏移分量。随后，变得能够获得对应于每个像素12的入射光量的12位精度信号分量。
在第二读取时间，读出对应于入射光量的信号分量。因此，应当明显地改变RAMP电压，以便在宽范围上确定光量的大小。因此，在第一实施例中，在对应于12位(4096个时钟信号)的计数时间周期上彼此比较所读取的信号分量。可以提供包括第一向下计数时间周期的4096+512时钟计数时间周期，以便充分使用动态范围。在这种情况下，考虑过度计数的可能性，应当将向上/向下计数器23作为13位向上/向下计数器提供。
尽管对应于第一读取的比较位数不同于对应于第二读取的比较位数，但是布置为在第一读取时间获得的参考信号RAMP的电压的倾角(inclination)变得等于在第二读取时间获得的参考信号RAMP的电压的倾角。也就是说，在第一读取时间获得的参考信号RAMP1的幅值变为8Vr，而在第二读取时间获得的参考信号RAMP2的幅值变为8/4＝2Vr。随后，列平行ADC块15的列平行ADC实现相同的精度，其使用向上/向下计数器正确地执行减法(第二比较时间周期)-(第一比较时间周期)。向上/向下计数器24被提供为2位向上/向下计数器，并且能够被向上/向下计数器24执行的计数的数目小于在计数被执行两次的计数时间周期执行的计数的数目。向上/向下计数器24在从0到3的范围上重复地执行2位向下计数和2位向上计数。即，在预定时间周期确定最低有效位(LSB)侧上的14位的2位的精度。例如，在第二读取时间，仅在作为执行14位精度全部计数所需的时间周期的1/4时间周期上执行计数。
在上述模数转换(AD转换)周期之后，列扫描电路17对向上/向下计数器23中存储的12位数字信号执行下列处理。即，向上/向下计数器24中存储的两位被确定为最低有效位(LSB)侧上的两位，因此保持表达式j+j＝12+2＝14位，并且经由十四条水平输出线16依次外部地发送12位数字信号。之后，对于每一行依次执行上述操作，从而生成二维图像。如果提供向上/向下计数器23作为13位向上/向下计数器，则经由十五条水平输出线16依次外部地发送数字信号。之后，对于每一行依次执行上述操作，从而生成二维图像。
图4是根据第一实施例的参考计数数目所示的输出计数编码的曲线。
如图4所示，通过使从向上/向下计数器23发送的12位输出经受2位移位并且将从向上/向下计数器24发送的输出添加到12位输出的较低2位，获得外部输出。因此，整个地，外部输出变为14位输出。然而，在从0到4095的整个12位计数时间周期上，以14位精度发送输出。在从4096以上的时间周期上，向上/向下计数器24停止操作，并且以4位的步长(即，12位精度)发送输出。
通常，由光输入的波动引起的光点(light-shot)噪声的数目在获得大量光的区域中保持突出位置。即，当入射电子数目用N表示时，光点噪声用√N表示。因此，如果在低计数数目侧(＝低光量侧)上获得高精度，如在第一实施例中，精度的下降在获得大量光时不引起问题。
如已经描述的，与先前已知的技术相比，第一实施例允许不使用高速时钟和/或增加计数时间周期，在12位精度计数时间周期上在必需的光量区域内获得14位精度输出。根据第一实施例，获得14位输出，其中例如保持表达式i＝12和j＝2。然而，通过调节相应的计数器位数和参考信号RAMP的幅值两者可以任意地改变位精度。
图5是图解说明本发明的另一实施例(第二实施例)的方框图。图5示出了其上安装有列平行ADC的另一示例CMOS传感器。
根据第二实施例，如图5所示，比较器21和计数器(例如向上/向下计数器)23被提供在像素阵列11的一侧(在第二实施例中的下侧)上，其中比较器21和计数器23对每一列是必需的并且被用来计数高阶i位。而且，比较器22和计数器(例如向上/向下计数器)24被提供在像素阵列11的另一侧(在第二实施例中的上侧)上，其中比较器22和计数器24被用来计数低阶i位。
即，固态图像拾取装置2包括以二维方式的矩阵形式布置的多个像素12，因此形成像素阵列11。例如，每个像素12包括光电二极管和像素内放大器。
列平行模数转换器(列平行ADC)被提供在像素阵列11的一侧(图5的下侧)。列平行ADC包括比较器21和向上/向下计数器23。比较器21将DAC19(19a)生成的参考信号(参考电压)RAMP1与对于每条行线H0、H1等经由列线V0、V1等从像素12获得的模拟信号进行比较。向上/向下计数器23对完成由比较器21进行的比较所需的时间周期进行计数，并且存储有关计数结果的信息。
另一列平行模数转换器被提供在像素阵列11的另一侧(图5的上侧)。列平行ADC包括比较器22和向上/向下计数器24。比较器22将DAC19(19b)生成的参考信号(参考电压)RAMP2与对于每条行线H0、H1等经由列线V0、V1等从像素12获得的模拟信号进行比较。向上/向下计数器24对完成由比较器22进行的比较所需的时间周期进行计数，并且存储有关计数结果的信息。定时控制电路20控制DAC 19a生成参考信号RAMP1的时间以及DAC19b生成参考信号RAMP2的时间中的每一个。
上述比较器21和向上/向下计数器23实现i位数字信号转换功能(其中字母i表示自然数)，并且上述比较器22和向上/向下计数器24实现j位数字信号转换功能(其中字母j表示另一自然数，并且保持表达式i＞j)。对于列线V0、V1等中的每条线而提供比较器21和向上/向下计数器23，从而生成列平行ADC块15(15a)。对于列线V0、V1等中的每条线而提供比较器22和向上/向下计数器24，从而生成列平行ADC块15(15b)。
每条水平输出线16(16a和16b)包括i+j位宽水平输出线、i+j感测电路以及i+j输出电路，其中感测电路和输出电路中的每一个对应于每条水平输出线。而且，提供生成内部时钟的定时控制电路20、被配置来控制行地址和行扫描的行扫描电路18、以及被配置来控制列地址和列扫描的列扫描电路17，作为被配置来依次读取从像素阵列11发送的信号的控制电路。再者，尽管未示出，但可以提供其他各种信号处理电路。
上述固态图像拾取装置2执行与固态图像拾取装置1执行的操作相同的操作。列平行ADC块15a和列平行ADC块15b被提供在固态图像拾取装置2中，因此可以提供最大可能数目的比较器和向上/向下计数器，其中最大可能数目基于像素12的列之间的间距来确定。随后，固态图像拾取装置2适应于每个像素12的尺寸减小的情况。而且，固态图像拾取装置2能够产生与固态图像拾取装置1相同的效果。
图6是图解说明本发明的另一实施例(第三实施例)的方框图。图6示出了其上安装有列平行ADC的另一示例CMOS-图像传感器。
如图6所示，固态图像拾取装置3的配置与固态图像拾取装置1的配置部分相同。即，列平行ADC-块15的列平行ADC包括比较器21和22、以及存储器件27和28。比较器21和22将DAC 19生成的参考信号(参考电压)RAMP1和RAMP2与对于行线H0、H1等经由列线V0、V1等从像素12获得的模拟信号进行比较。存储器件27和28中的每一个存储有关被配置成对比较时间周期进行计数的计数器25执行的计数结果的信息。上述比较器21和存储器件27实现i位数字信号转换功能(其中字母i表示自然数)，并且上述比较器22和存储器件28实现j位数字信号转换功能(其中字母j表示另一自然数，并且保持表达式i＞j)。对于列线V0、V1等中的每条线而提供比较器21和22、以及存储器件27和28，从而生成列平行ADC块15。
固态图像拾取装置3执行的操作与固态图像拾取装置1执行的操作基本相同。然而，在固态图像拾取装置3中，计数器25对完成由每个比较器21和22进行的比较所需的时间周期进行计数，并且有关计数结果的信息未被存储在计数器中，而是被存储在存储器件27和28中的每一个中，这不同于使用固态图像拾取装置1的情况。除了上述的那些内容，固态图像拾取装置3的配置和操作与固态图像拾取装置1的配置和操作相同。而且，固态图像拾取装置3可以实现与固态图像拾取装置1相同的功能和效果。
图9是根据本发明的第一实施例、第二实施例和第三实施例的相机系统的截面图。上述相机系统是能够拍摄视频的示例视频相机。上述相机系统包括固态图像拾取装置1、2或3、光学系统110、快门装置111、驱动电路112和信号处理器电路113。
光学系统110在固态图像拾取装置1、固态图像拾取装置2、或固态图像拾取装置3的图像拾取表面上形成从物体反射的图像光(入射光)的图像。随后，在固态图像拾取装置1、固态图像拾取装置2、或固态图像拾取装置3中累积对应于图像光的信号的电荷。
快门装置111控制固态图像拾取装置1、固态图像拾取装置2、或固态图像拾取装置3被光照射的时间周期、以及固态图像拾取装置1、固态图像拾取装置2、或固态图像拾取装置3不被光照射的时间周期。
驱动电路112发送用于控制固态图像拾取装置1、固态图像拾取装置2、或固态图像拾取装置3的传送操作以及快门装置11的快门操作。通过使用从驱动电路112发送的驱动信号(定时信号)来传送固态图像拾取装置1、固态图像拾取装置2、或固态图像拾取装置3的电荷。信号处理电路113执行各种类型的信号处理。经受信号处理的视频信号被记录到包括存储器等的记录介质和/或被发送到监视器。
在根据第一实施例的相机系统中，分离地驱动被配置成控制第一像素的第一控制信号线和被配置成控制第二像素的第二控制信号线，其中第二像素的灵敏度高于第一像素的灵敏度。随后，可以分离地驱动第一像素和第二像素。因此，对于第一和第二像素可以同时设置不同的曝光时间周期和/或不同的读取时间。
而且，由于对于第一和第二像素可以设置不同的曝光时间周期和/或不同的读取时间，因此通过增加第一像素(其灵敏度低于第二像素的灵敏度)的曝光时间周期可以获得适当的信号。而且，通过减少曝光时间周期变得能够防止第二像素饱和，从而可以获得大动态范围。
在根据第二实施例的相机系统中，像素可以被布置成使得能够分离地获得来自第一像素(即低灵敏度像素)和第二像素的(即高灵敏度像素)的输出。随后，可以分离地读取第一像素的值和第二像素的值，使其易于以高帧频单独访问第二像素。因此，变得能够防止第二像素饱和。而且，通过获取多个帧可以获得高S/N比。
在根据第三实施例的相机系统中，在横向和纵向方向上以均匀的间隔布置多个第二像素、即高灵敏度像素。因此，通过具有高S/N比的高灵敏度第二像素可以获得高密度亮度分辨率，从而增加图像分辨率。
本领域的普通技术人员应当理解，根据在所附权利要求及其等效物的范围之内的设计需求和其他因素，可以发生各种修改、组合、子组合和替换。

Claims (6)

1.一种固态图像拾取装置，具有多个像素，每个所述像素将入射光量转换为相应的电信号，所述固态图像拾取装置还具有多个模数转换器，每个所述模数转换器将从所述像素中相应的一个获得的模拟信号转换为数字信号，
其中每个模数转换器包括：
输出，具有多个位；
多个比较器，其中所述多个比较器将随时间改变的多个参考电压分别与来自所述像素中的同一个像素的模拟信号进行比较，并且其中所述参考电压的每个相互不同，以及将至少第一和第二参考电压发送到相应的比较器；和
多个计数器，每个所述计数器与相应的比较器关联，每个计数器对完成由关联的比较器进行的比较所需的时间周期进行计数，并且存储有关计数结果的信息，每个计数器具有与每个用于对完成由关联的比较器进行的比较所需的时间周期进行计数的其他计数器不同的计数数目，使得每个计数器输出所存储的计数结果信息作为相应的模数转换器的输出的多个位的相应部分。
2.如权利要求1所述的固态图像拾取装置，其中一个所述模数转换器的一个所述计数器是i位计数器，而一个所述模数转换器的另一个所述计数器是j位计数器，其中当被发送到与所述i位计数器连接的相同的模数转换器的比较器之一的第一参考电压的幅值被确定为一时，字母i指示自然数，字母j指示另一自然数，并且保持i＞j，
被发送到与连接到所述j位计数器相同的模数转换器的另一个比较器的第二参考电压的幅值被确定为1/2j，和
通过在i位的最低有效位侧添加j位而对外发送相同的模数转换器的输出，作为i+j位。
3.如权利要求1所述的固态图像拾取装置，其中对于每一行，从像素读取模拟信号两次，并且计算第一读取的结果与第二读取的结果之间的差。
4.如权利要求3所述的固态图像拾取装置，其中通过第一读取获得包括像素的噪声的复位分量，和
其中通过第二读取获得添加了像素的信号分量的复位分量。
5.一种相机系统，具有多个像素，每个所述像素将入射光量转换为电信号，所述相机系统还具有多个模数转换器，每个所述模数转换器将从所述像素中相应的一个获得的模拟信号转换为数字信号，
其中每个模数转换器包括：
输出，具有多个位；
多个比较器，其中所述多个比较器将随时间改变的多个参考电压分别与来自所述像素中的同一个像素的模拟信号进行比较，并且其中所述参考电压的每个相互不同，以及将至少第一和第二参考电压发送到相应的比较器；和
多个计数器，每个所述计数器与相应的比较器关联，每个计数器对完成由关联的比较器进行的比较所需的时间周期进行计数，并且存储有关计数结果的信息，每个计数器具有与每个用于对完成由关联的比较器进行的比较所需的时间周期进行计数的其他计数器不同的计数数目，使得每个计数器输出所存储的计数结果信息作为相应的模数转换器的输出的多个位的相应部分。
6.一种驱动相机系统的方法，所述相机系统，具有多个像素，每个所述像素将入射光量转换为电信号，所述相机系统还具有多个模数转换器，每个所述模数转换器将从所述像素中相应的一个获得的模拟信号转换为数字信号，每个模数转换器包括具有多个位的输出，所述方法包括步骤：
将多个参考电压中的一个参考电压发送到所述模数转换器中的一个模数转换器的相应的比较器，每个参考电压相互不同，
使用所述一个模数转换器的第一比较器将随时间改变的第一个不同的参考电压与来自所述像素中相应的一个像素的模拟信号进行比较；
使用所述一个模数转换器的第二比较器将随时间改变的第二个不同的参考电压与所述来自所述像素中相应的一个像素的模拟信号进行比较；
使用具有第一计数数目的第一计数器对完成由第一比较器进行的比较所需的时间周期进行计数，并且存储有关在所述第一计数器中计数结果的信息；
使用具有与所述第一计数数目不同的第二计数数目的第二计数器对完成由第二比较器进行的比较所需的时间周期进行计数，并且存储有关在所述第二计数器中计数结果的信息；以及
输出所存储的来自所述第一和第二计数器的计数结果信息作为定义一个模数转换器的输出的多个位的相应部分。
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