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1、(10)申请公布号 CN 102959950 A (43)申请公布日 2013.03.06 C N 1 0 2 9 5 9 9 5 0 A *CN102959950A* (21)申请号 201180032204.8 (22)申请日 2011.02.10 2010-147410 2010.06.29 JP H04N 5/3745(2006.01) (71)申请人松下电器产业株式会社 地址日本大阪府 (72)发明人石井基范 春日繁孝 (74)专利代理机构中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人汪惠民 (54) 发明名称 固体摄像装置 (57) 摘要 本发明提供一种固体摄像装置，其包括像素。
2、、 垂直信号线、高位模数转换电路(将高位模数转 换电路的转换比特数设为M)、低位模数转换电 路、第1选择电路及第2选择电路。第1选择电路 在普通模式下选择垂直信号线中的1个来输出所 选择的垂直信号线的电压，而在修正模式下输出 修正用电压。高位模数转换电路计算与基于第1 选择电路的输出的信号电压和2 M 个阈值电压之差 相应的2 M 个剩余电压，在普通模式下输出与2 M 个 阈值电压中不超过信号电压的最大的阈值电压对 应的高位比特的数字值，并且输出与该最大的阈 值电压对应的剩余电压，而在修正模式下，输出与 2 M 个阈值电压中任1个选择阈值电压对应的剩余 电压。 (30)优先权数据 (85)PC。
3、T申请进入国家阶段日 2012.12.28 (86)PCT申请的申请数据 PCT/JP2011/000769 2011.02.10 (87)PCT申请的公布数据 WO2012/001838 JA 2012.01.05 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书11页 附图9页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 11 页 附图 9 页 1/2页 2 1.一种固体摄像装置，包括： 多个像素，被二维排列； 多个垂直信号线，连接上述像素中同一列的像素； 多个高位模数转换电路，将高位模数转换电路的转换比特数设为M； 多个低位模数转换电路； 第1选。
4、择电路，其对应于各个上述高位模数转换电路；以及 第2选择电路，其对应于各个上述高位模数转换电路， 上述第1选择电路在普通模式下选择上述垂直信号线中的1个并输出所选择的垂直信 号线的电压，而在修正模式下输出修正用电压， 上述高位模数转换电路计算与基于上述第1选择电路的输出的信号电压和2 M 个阈值 电压之差相对应的2 M 个剩余电压，在普通模式下，输出与上述2 M 个阈值电压中不超过上述 信号电压的最大的阈值电压对应的高位比特的数字值，并且输出与该最大的阈值电压对应 的剩余电压，而在修正模式下，输出与上述2 M 个阈值电压中任1个选择阈值电压对应的剩 余电压， 上述第2选择电路选择上述低位模数转。
5、换电路中的1个后连接上述高位模数转换电路 的输出。 2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中， 上述高位模数转换电路包括： 2 M 个计算部，计算并输出与上述2 M 个阈值电压对应的上述2 M 个剩余电压，并且输出上 述信号电压与上述2 M 个阈值电压的大小关系； 基于由上述2 M 个计算部输出的上述大小关系，输出与上述2 M 个阈值电压中不超过上述 信号电压的最大的阈值电压对应的高位比特的数字值，并且选择与该最大的阈值电压对应 的剩余电压的选择电路；以及 选择由上述2 M 个计算部输出的上述2 M 个剩余电压中与上述选择阈值电压对应的剩余 电压的选择电路。 3.根据权利要求1或2所述的固体。
6、摄像装置，其中， 所述固体摄像装置还包括计算部，该计算部在修正模式下，计算由上述高位模数转换 电路输出和上述2 M 个阈值电压中第k大的阈值电压对应的剩余电压时的上述低位模数转 换电路的输出、与由上述高位模数转换电路输出和第k+1大的阈值电压对应的剩余电压时 的上述低位模数转换电路的输出之间的差分，其中k为自然数。 4.根据权利要求3所述的固体摄像装置，其中， 所述固体摄像装置还包括转换部，该转换部基于由上述计算部计算出的上述差分，对 将高位比特和低位比特相加而得到的数字值进行转换。 5.根据权利要求14中任一项所述的固体摄像装置，其中， 所述固体摄像装置还包括产生并输出上述2 M 个阈值电压。
7、的阈值电压产生电路， 上述修正用电压是由上述阈值电压产生电路输出的上述2 M 个阈值电压中的1个。 6.根据权利要求5所述的固体摄像装置，其中， 上述阈值电压产生电路包括： 输出晶体管； 权 利 要 求 书CN 102959950 A 2/2页 3 比较器；以及 梯形电路， 在上述梯形电路中， 在被设定为信号电压的上限值的第1参考电压、与被设定为信号电压的下限值的第2 参考电压之间，包括彼此相同的2 M 个串联连接的电阻或电容， 根据来自外部的控制信号，选择性地输出根据上述电阻或上述电容各自的两端的电压 生成的2 M 个阈值电压中的1个， 上述比较器比较来自上述输出晶体管的输出电压、和来自上述。
8、梯形电路的输出电压， 将与比较结果相应的电压输出到上述输出晶体管的输入中。 7.根据权利要求14中任一项所述的固体摄像装置，其中， 上述像素向上述垂直信号线输出随着从外部输入的参考电压的变化而变化的电压， 所述固体摄像装置还包括电压存储电路，该电压存储电路存储与输出到上述垂直信号 线的上述电压和上述2 M 个阈值电压之差相应的2 M 个电压，并且将上述2 M 个电压中的1个 作为上述修正用电压而输出。 8.根据权利要求7所述的固体摄像装置，其中， 上述像素包括： 放大用晶体管；以及 开关用晶体管，其与上述放大用晶体管的输入连接， 上述参考电压经由上述开关用晶体管而被输入到上述放大用晶体管。 9。
9、.根据权利要求8所述的固体摄像装置，其中， 上述参考电压的值与在信号电压的上限值及下限值上相加上述放大用晶体管的偏移 电压而得到的值大致相等。 10.根据权利要求14中任一项所述的固体摄像装置，其中， 上述像素向上述垂直信号线输出随着从外部输入的参考电压的变化而变化的电压， 上述修正用电压是输出到上述垂直信号线的上述电压。 11.根据权利要求10所述的固体摄像装置，其中， 上述像素包括： 放大用晶体管；以及 开关用晶体管，其与上述放大用晶体管的输入连接， 上述参考电压经由上述开关用晶体管而被输入到上述放大用晶体管。 12.根据权利要求11所述的固体摄像装置，其中， 上述参考电压的值与在2 M 。
10、个阈值电压中的1个上相加上述放大用晶体管的偏移电压 而得到的值大致相等。 权 利 要 求 书CN 102959950 A 1/11页 4 固体摄像装置 技术领域 0001 本发明涉及一种固体摄像装置。 背景技术 0002 近年来，为了以电子方式拍摄并记录图像而使用固体摄像装置以成为常识。固体 摄像装置一般被称为图像传感器，大体上分为CCD型传感器(其还被简称为CCD)和MOS传 感器或CMOS传感器(以下将其统称为CMOS传感器)这2种。这些固体摄像装置具有输出 与所入射的光的强度对应的电信号的微小部分(其被称为像素)，多数像素2维排列成行方 向和列方向。 0003 从像素输出的信号当然是模拟。
11、信号。然而，在应用固体摄像装置的电子静态相机 等中要求数字信号，因此需要进行将模拟信号转换为数字信号的AD转换。 0004 以往，从固体摄像装置向外部输出模拟信号并在外部进行AD转换的情况较多。然 而，此时，存在在外部噪声重叠在模拟信号上、或由于固体摄像装置与外部装置的结合方法 导致模拟信号发生变化的问题。因此，近年来提出了在固体摄像装置中内置AD转换器来向 外部输出数字信号的固体摄像装置。 0005 尤其是，CMOS传感器中内置的AD转换器要求高速。这是因为，若AD转换器为高 速，则能够增大来自CMOS传感器的输出图像的帧速率。因此，为了使AD转换器达到高速， 对2维排列的像素中同一列像素的。
12、每一个中设置专用的AD转换器。为了使AD转换器达 到更高速，可以增大时钟频率，但由于晶体管的响应速度或布线延迟，时钟频率增大是有限 的。此外，时钟频率增大时还存在AD转换器的功耗增大的问题。 0006 为了解决该问题，提出了专利文献1中记载的技术。参照图9说明现有的固体摄 像装置。 0007 图9表示现有的固体摄像装置。 0008 如图9所示，将AD转换器分为对高位N比特进行转换的部分、和对低位M比特进 行转换的部分这2级。由此，分2阶段进行AD转换。具体而言，通过高位AD转换器对高位 N比特进行转换之后，将和高位N比特值对应的模拟值与信号电压的模拟值之间的差分(模 拟残差)输入到低位AD转换。
13、器，进行整体的AD转换。 0009 高位N比特的转换不要求高精度，因此作为高位N比特的转换方法，使用线性差但 速度快的方法，作为低位M比特的转换方法，使用线性优良但速度慢的方法。例如，在N 3、M7的情况下，低位M比特只有128个值，因此以128时钟完成AD转换，能够整体上确 保3+710比特的精度，同时能使AD转换的处理速度高速化。 0010 现有技术文献 0011 专利文献 0012 专利文献1：日本专利第4069203号 发明内容 说 明 书CN 102959950 A 2/11页 5 0013 (发明要解决的课题) 0014 在分2阶段进行AD转换的现有的固体摄像装置中，虽然存在能够使。
14、AD转换的处 理速度高速化的优点，但也存在缺点。这是指即使输入了连续变化的模拟值，但输出的数字 值不一定连续。例如，考虑在N3、M9的情况下数字值成为图10所示的情况。如图10 所示，在高位比特的值发生变化时数字值离散。 0015 鉴于上述情况，本发明的目的在于，在固体摄像装置中，确保足够高速的AD转换 的处理速度，并且得到确保连续性的数字值。 0016 (用于解决课题的手段) 0017 本申请发明人反复刻苦研究的结果，发现在现有的固体摄像装置中，由于根本没 有考虑高位AD转换器与低位AD转换器的关系，从而导致所输出的数字值离散。此外，还发 现为了防止数字值离散，需要在进行AD转换之前或之后测。
15、量高位AD转换器及低位AD转换 器的特性，并根据测量结果修正所输出的数字值。另外，在专利文献1记载的技术中，如上 所述，由于根本没有考虑高位AD转换器与低位AD转换器的关系，因此当然也完全没有记载 对所输出的数字值进行修正的方法。 0018 为了实现上述目的，本发明的固体摄像装置包括：多个像素，被二维排列；多个垂 直信号线，连接像素中同一列的像素；多个高位模数转换电路(将高位模数转换电路的转 换比特数设为M)；多个低位模数转换电路；第1选择电路，其与各个高位模数转换电路对 应；以及第2选择电路，其与各个高位模数转换电路对应，第1选择电路在普通模式下选 择垂直信号线中的1个来输出所选择的垂直信号。
16、线的电压，而在修正模式下输出修正用电 压，高位模数转换电路计算与基于第1选择电路的输出的信号电压和2 M 个阈值电压之差对 应的2 M 个剩余电压，在普通模式下，输出与2 M 个阈值电压中不超过信号电压的最大的阈值 电压对应的高位比特的数字值，并且输出与该最大的阈值电压对应的剩余电压，而在修正 模式下，输出与2 M 个阈值电压中任1个选择阈值电压对应的剩余电压，第2选择电路选择 低位模数转换电路中的1个后连接高位模数转换电路的输出。 0019 在本发明的固体摄像装置中，优选的是，高位模数转换电路包括：计算并输出与2 M 个阈值电压对应的2 M 个剩余电压，并且输出信号电压与2 M 个阈值电压的。
17、大小关系的2 M 个 计算部；基于由2 M 个计算部输出的大小关系，输出与2 M 个阈值电压中不超过信号电压的最 大的阈值电压对应的高位比特的数字值，并且选择与该最大的阈值电压对应的剩余电压的 选择电路；以及选择由2 M 个计算部输出的2 M 个剩余电压中与选择阈值电压对应的剩余电压 的选择电路。 0020 在本发明的固体摄像装置中，优选的是，还包括计算部，该计算部在修正模式下， 计算由高位模数转换电路输出和2 M 个阈值电压中第k(k为自然数)大的阈值电压对应的 剩余电压时的低位模数转换电路的输出、与由高位模数转换电路输出和第k+1大的阈值电 压对应的剩余电压时的低位模数转换电路的输出之间的。
18、差分。 0021 在本发明的固体摄像装置中，优选的是，还包括转换部，该转换部基于由计算部计 算出的差分，对将高位比特和低位比特相加而得到的数字值进行转换。 0022 在本发明的固体摄像装置中，优选的是，还包括产生并输出2 M 个阈值电压的阈值 电压产生电路，修正用电压是由阈值电压产生电路输出的2 M 个阈值电压中的1个。 0023 在本发明的固体摄像装置中，优选的是，阈值电压产生电路包括：输出晶体管；比 说 明 书CN 102959950 A 3/11页 6 较器；以及梯形电路，在梯形电路中，在被设定为信号电压的上限值的第1参考电压、与被 设定为信号电压的下限值的第2参考电压之间，包括彼此相同。
19、的2 M 个串联连接的电阻或电 容，根据来自外部的控制信号，选择性地输出根据电阻或电容各自的两端的电压生成的2 M 个阈值电压中的1个，比较器比较来自输出晶体管的输出电压、与来自梯形电路的输出电 压，将与比较结果对应的电压输出到输出晶体管的输入中。 0024 在本发明的固体摄像装置中，优选的是，像素向垂直信号线输出与从外部输入的 参考电压对应的电压，还包括电压存储电路，该电压存储电路存储与输出到垂直信号线的 电压和2 M 个阈值电压之差对应的2 M 个电压，并且将2 M 个电压中的1个作为修正用电压来 输出。 0025 在本发明的固体摄像装置中，优选的是，像素包括：放大用晶体管；以及开关用晶 。
20、体管，其与放大用晶体管的输入连接；参考电压经由开关用晶体管而被输入到放大用晶体 管。 0026 在本发明的固体摄像装置中，优选的是，参考电压的值与在信号电压的上限值及 下限值上相加放大用晶体管的偏移电压而得到的值大致相等。 0027 在本发明的固体摄像装置中，优选的是，像素向垂直信号线输出与从外部输入的 参考电压对应的电压，修正用电压是输出到垂直信号线的电压。 0028 在本发明的固体摄像装置中，优选的是，像素包括：放大用晶体管；以及开关用晶 体管，其与放大用晶体管的输入连接；参考电压经由开关用晶体管而被输入到放大用晶体 管。 0029 在本发明的固体摄像装置中，优选的是，参考电压的值与在2 。
21、M 个阈值电压中的1 个上相加放大用晶体管的偏移电压而得到的值大致相等。 0030 (发明效果) 0031 根据本发明的固体摄像装置，能够确保足够高速的AD转换的处理速度，并且能够 得到确保了连续性的数字值。 附图说明 0032 图1是表示本发明的实施方式1的固体摄像装置的图。 0033 图2是表示阈值电压产生电路的图。 0034 图3是表示高位AD转换器的电路例的图。 0035 图4是说明高位比特的AD转换动作的图。 0036 图5是说明本发明的效果的图。 0037 图6是表示本发明的实施方式1的变形例1所涉及的固体摄像装置的图。 0038 图7是表示像素的电路例的图。 0039 图8是表示。
22、本发明的实施方式1的变形例2所涉及的固体摄像装置的图。 0040 图9是表示现有的固体摄像装置的图。 0041 图10是说明本发明的课题的图。 具体实施方式 0042 以下，参照附图说明本发明的实施方式。 说 明 书CN 102959950 A 4/11页 7 0043 (实施方式1) 0044 以下，参照图1图5，说明本发明的实施方式1的固体摄像装置。 0045 图1表示本发明的实施方式1的固体摄像装置。 0046 101是像素。102是第1选择电路。103是高位AD转换器。104是第2选择电路。 105是低位AD转换器。106是阈值电压产生电路。107是控制电路。108是区域选择电路。 1。
23、09是灯电压产生电路。110是比较器。111是计数器。112是计数器时钟。113是模拟电 压存储器(例如电容器)。114是计算部。115是转换部。 0047 像素101二维排列成行方向(图1的横向)和列方向(图1的纵向)。 0048 第1选择电路102选择与像素101的各列连接的垂直信号线中的1个，与高位AD 转换器103的输入连接。 0049 高位AD转换器103具有模拟输出(省略图示)、和数字输出(省略图示)。与所 输入的电压值对应的数字值从数字输出被输出。从与该数字值对应的电压值减去输入到高 位AD转换器103的电压值而得到的值(即，剩余电压)从模拟输出被输出。 0050 第2选择电路1。
24、04选择低位AD转换器105中的1个并与高位AD转换器103的模 拟输出进行连接。 0051 如后文所述，在高位AD转换器103为“修正模式”时，区域选择电路108选择与模 拟输出连接对应于哪个区域的剩余电压。 0052 控制电路107控制第1选择电路102、高位AD转换器103、区域选择电路108、第2 选择电路104及阈值电压产生电路106。 0053 作为阈值电压产生电路106，例如考虑图2所示的电路。以下，说明阈值电压产生 电路。 0054 图2表示阈值电压产生电路。 0055 201是梯形电路。202是开关。203是运算放大器。204是输出晶体管。205是负 载电阻。 0056 梯形。
25、电路201在第1参考电压VH与第2参考电压VL之间包括2 M 个串联连接的 电容。另外，也可以使用电阻代替电容。2 M 个电容彼此相同。第1参考电压VH被设定为信 号电压的上限值。第2参考电压VL被设定为信号电压的下限值。 0057 开关202选择2 M 个电容的各端中的1个。从开关202选择性地输出由2 M 个电容 各自的两端的电压生成的2 M 个阈值电压中的1个。 0058 运算放大器203的正输入与开关202连接。运算放大器203的负输入与输出晶体 管204的输出连接。运算放大器203的输出与输出晶体管204的输入连接。在输出晶体管 204为例如n型MOS(Metal OxideSemi。
26、conductor)晶体管的情况下，输出为漏极，输入为栅 极。 0059 负载电阻205的一个端子与输出晶体管204的输出连接。负载电阻205的另一个 端子被接地。另外，也可以使用输入(例如栅极)被偏置为一定电压的晶体管(例如负载 晶体管)来代替负载电阻205。 0060 从输出晶体管204的输出取出阈值电压产生电路的输出电压。 0061 从开关202输出的阈值电压为高阻抗，因此实际上若连接高位AD转换器等其他电 路，则电压会发生变动。为了防止这一点，阈值电压产生电路包括运算放大器203、输出晶体 说 明 书CN 102959950 A 5/11页 8 管204及负载电阻205。由此，来自开关。
27、202的输出电压转换为低阻抗而输出。 0062 为了将输出电压转换为低阻抗，一般使用源极跟随电路(具体而言是包括输出晶 体管204及负载电阻205的源极跟随电路)或电压跟随电路。然而，在源极跟随电路的情况 下，相对于输入电压，输出减去了一定电压而得到的电压，因此存在无法得到与输入电压相 等的输出电压的问题。此外，在电压跟随电路的情况下，的确能够得到与输入电压相等的输 出电压，但一般情况下能够得到与输入电压相等的输出电压的输入电压的范围并不宽。因 此，存在第1参考电压VH的值和第2参考电压VL的值受限制的问题。 0063 为了避免该问题，本实施方式1中的阈值电压产生电路除了包括输出晶体管204 。
28、及负载电阻205以外，还包括运算放大器203。运算放大器203将从开关202输出的阈值电 压作为参考电压，对输出晶体管204施加负反馈。由此，来自输出晶体管204的输出电压在 经过负反馈环路的时间常数以上的时间之后，与来自开关202的阈值电压一致。 0064 以下，说明低位AD转换器的动作。在本实施方式1中，作为低位AD转换器，以采 用所谓单斜率型AD转换器的情况为例进行说明。另外，AD转换方式不限于此。 0065 通过计数器时钟112，使计数器111工作。另一方面，将来自灯电压产生电路109 的灯电压输入到比较器110的一个输入中。将来自高位AD转换器103的剩余电压经由模 拟电压存储器11。
29、3输入到比较器110的另一个输入中。并且，在灯电压与剩余电压一致时， 比较器110的输出极性发生变化，使与比较器110连接的计数器111的动作停止。此时，计 数器111所保持的计数值成为与剩余电压对应的值，将计数值作为数字值来输出即可。但 是，实际上，有时计数值成为在与剩余电压对应的值上相加了偏移值而得到的值。此时，需 要从计数值去除偏移值，但是在本实施方式1中省略其说明。 0066 作为高位AD转换器，例如考虑图3所示的电路。以下，说明高位AD转换器。另外， 高位AD转换器不限于此。 0067 图3表示高位AD转换器的电路例。 0068 301304是布线。305-1305-2 M 是第1第。
30、2 M 计算单元(将高位AD转换器 的转换比特数设为M)。306是阻抗转换器。307是解码/选择电路。308是区域选择电路。 0069 向布线301施加来自基准电压生成部的第1基准电压VH。向布线302施加来自基 准电压生成部的第2基准电压VL(VLVH)。第1基准电压VH被设定为信号电压的上限 值。第2基准电压VL被设定为信号电压的下限值。向布线303施加来自像素的信号电压 Vin。向布线304施加来自像素的复位电压Vref。 0070 若将高位AD转换器的转换比特数设为M，则2 M 个计算单元305-1305-2 M 被并 联连接。 0071 阻抗转换器306将来自计算单元305-1305。
31、-2 M 的输出电压转换为低阻抗后输 出。 0072 如后文所述，解码/选择电路307根据各计算单元305-1305-2 M 的输出，输出高 位M比特的数字值，并且选择计算单元305-1305-2 M 中的1个与阻抗转换器306连接。 0073 以下，参照图4说明高位比特的AD转换动作。图4是说明高位比特的AD转换动 作的图。 0074 首先，从复位电压减去信号电压，进行噪声消除动作。所得到的值不包含噪声及像 素内的各电路的偏差造成的偏移电压，大致取决于入射到像素的光强度，因此将该得到的 说 明 书CN 102959950 A 6/11页 9 值称为真实的信号电压V。 0075 接着，考虑来自。
32、参照信号部的2个电压VL、VH(参照图4)和对这2个电压之间进 行2 M 等分的2 M -1个电压V1V2 M -1(参照图4)。计2 M +1个电压VLVH称为阈值电压。 阈值电压对应于低位N比特成为0的值。阈值电压V1V2 M -1如下。 0076 0077 其中1I2 M -1， 0078 I：整数 0079 比较真实的信号电压V与各阈值电压VLV2 M -1的大小关系，与不超过真实的信 号电压V的最大的阈值电压对应的高位M比特的数字值成为高位比特的AD转换结果。 0080 此外，高位AD转换器需要计算并输出剩余电压的功能。剩余电压是真实的信号电 压V与各阈值电压VLV2 M -1之差。。
33、 0081 向计算单元305-1305-2 M 分别输入第1、第2基准电压VH、VL、信号电压Vin及 复位电压Vref。各计算单元305-1305-2 M 的输出被输入到解码/选择电路307的输入 中。此外，各计算单元305-1305-2 M 的输出经由开关电路，被输入到阻抗转换器306中。 0082 计算单元305-1305-2 M 分别对应于各阈值电压VLV2 M -1。如上所述，计算 单元305-1305-2 M 比较真实的信号电压V与各阈值电压VLV2 M -1的大小关系，向解 码/选择电路307进行输出。此外，计算单元305-1305-2 M 计算并输出真实的信号电压 V与各阈值电。
34、压VLV2 M -1的差、即剩余电压Q1Q2 M (Q1V-VL、Q2V-V1、Q2 M V-V2 M -1)。 0083 解码/选择电路307对来自各计算单元305-1305-2 M 的输出进行解码，输出与 不超过真实的信号电压V的最大的阈值电压对应的高位M比特的数字值。此外，解码/选 择电路307使连接到与该最大的阈值电压对应的计算单元的输出的开关接通(ON)，使连接 到该计算单元以外的计算单元的输出的开关断开(OFF)。由此，向阻抗转换器306输出与该 最大的阈值电压对应的剩余电压。输出到阻抗转换器306的剩余电压与低位N比特对应。 0084 阻抗转换器306将剩余电压转换为低阻抗后进行。
35、输出。另外，阻抗转换器306也 可以具有放大剩余电压的功能。 0085 在此，如上所述，在现有的固体摄像装置的情况下存在以下问题。参照图10说明 该问题。图10说明本发明的问题。 0086 图10所示的横轴是所输入的信号电压。图10所示的纵轴是所输出的数字值。该 输出的数字值是将高位AD转换器的M比特和低位AD转换器的N比特合起来的值。 0087 V1V7是阈值电压。将阈值电压定义为高位比特的值变化时的信号电压。图10 表示M3、N9的情况，但其他情况下也是相同的。 0088 如图10所示，数字值不连续，8个线段离散。将8个线段分别称为第1区域、第2 区域、。第1区域与图3所示的第1计算单元3。
36、05-1对应，第2区域与图3所示的第2 计算单元305-2对应，。 0089 为了使第1第8区域不离散而连续，需要满足下述条件1)和条件2)。 0090 条件1)剩余电压阈值电压差时数字输出111111111。 0091 条件2)各阈值电压差相等(阈值电压为等间隔)。 说 明 书CN 102959950 A 7/11页 10 0092 然而，在高位AD转换器中，实质上难以使各阈值电压差全部相等，并且实质上难 以使所有低位AD转换器的特性一致，以在剩余电压阈值电压差时数字输出111111111， 因此认为很难满足上述条件1)和条件2)。 0093 因此，在本实施方式1中采取如下方法。 0094 。
37、首先，在高位AD转换器103中附加区域选择电路(参照图1：108，图3：308)。 0095 并且，通过控制电路107，将高位AD转换器103从“普通模式”切换为“修正模式”。 具体而言，将开关控制电路从解码/选择电路307切换为区域选择电路308。 0096 接着，从阈值电压产生电路106向高位AD转换器103输入阈值电压(参照图10： V1V7)。另外，若各区域(图10：参照第1第8区域)的斜率彼此相同(各区域相互 平行)，则也可向高位AD转换器输入接近阈值电压的值，而不是输入阈值电压。若是上述低 位AD转换器，则通常各区域的斜率彼此相同。 0097 例如，以下说明将阈值电压V3输入到高位。
38、AD转换器103的情况，但其他情况下也 是同样的。 0098 若向高位AD转换器103输入阈值电压V3，则通过区域选择电路108选择第3区域 (第3计算单元)。由低位AD转换器105对第3区域的剩余电压进行AD转换，将得到的9 比特的数字值设为C31。 0099 接着，通过区域选择电路108选择第4区域(第4计算单元)。由低位AD转换器 105对第4区域的剩余电压进行AD转换，将得到的9比特的数字值设为C32。在此，优选输 出C31的低位AD转换器和输出C32的低位AD转换器相同(即，同一低位AD转换器输出C31 及C32)。然而，在各低位AD转换器的特性一致的情况下，也可以通过第2选择电路1。
39、04使 输出C31的低位AD转换器和输出C32的低位AD转换器不同。 0100 接着，通过计算部114从C32减去C31，计算C3(C3C32-C31)，并保存该值。另 外，计算并保存C3的计算部可以在固体摄像装置内，也可以在外部。 0101 这样，针对阈值电压V3，通过第3区域及第4区域计算C3。 0102 同样，针对阈值电压V1，通过第1区域及第2区域计算C1，针对阈值电压V2，通过 第2区域及第3区域计算C2，针对阈值电压V7，通过第7区域及第8区域计算C7。计算 出C1C7，并保存上述值。 0103 接着，将高位AD转换器103从“修正模式”切换为“普通模式”，对来自像素的信号 电压进。
40、行AD转换。输出的12比特的数字值是离散的(参照图5：虚线)，但通过转换部115 对所输出的12比特的数字值进行如下转换。 0104 高位比特为000时：得到的12比特的数字值 0105 高位比特为001时：得到的12比特的数字值-C1 0106 高位比特为010时：得到的12比特的数字值-C1-C2 0107 0108 高位比特为111时：得到的12比特的数字值-C1-C2-C3-C4-C5-C6-C7。 0109 由此，如图5所示，所转换的数字值连续。即，能够解决本发明的课题。另外，对所 输出的数字值进行转换的转换部可以在固体摄像装置内，也可以在外部。 0110 0111 以下，参照图6及。
41、图7，说明本发明的实施方式1的变形例1所涉及的固体摄像装 说 明 书CN 102959950 A 10 8/11页 11 置。另外，在本变形例1中，对与实施方式1中的构成要素相同的构成要素赋予同一名称。 因此，在本变形例1中，适当省略与实施方式1相同的说明。 0112 图6表示本发明的实施方式1的变形例1所涉及的固体摄像装置。 0113 401是像素。402是第1选择电路。403是高位AD转换器。404是第2选择电路。 405是低位AD转换器。406是模拟电压存储电路。407是控制电路。408是区域选择电路。 409是灯电压产生电路。410是比较器。411是计数器。412是计数器时钟。413是。
42、模拟电 压存储器。414是计算部。415是转换部。 0114 像素401二维排列成行方向(图6的横向)和列方向(图6的纵向)。 0115 第1选择电路402选择与像素401的各列连接的垂直信号线中的1个，与高位AD 转换器403的输入相连。 0116 高位AD转换器403具有模拟输出(省略图示)和数字输出(省略图示)。与所输 入的电压值对应的数字值从数字输出被输出。 0117 第2选择电路404选择低位AD转换器405中的1个并与高位AD转换器403的模 拟输出进行连接。 0118 作为低位AD转换器405，考虑单斜率型AD转换器，但AD转换方式不限于此。 0119 控制电路407控制第1选择。
43、电路402、高位AD转换器403、区域选择电路408、第2 选择电路404及模拟电压存储电路406。 0120 作为像素401，例如考虑图7所示的像素。以下说明像素。另外，像素不限于此。 0121 图7表示像素的电路例。 0122 501是光电二极管。502是传输晶体管(transfer transistor)。503是复位晶体 管。504是源极跟随晶体管。505是电源线。506是复位信号线。507是传输栅极信号线。 508是复位电压线。509是垂直信号线。 0123 以下，说明像素的动作。以下，将向各信号线施加使晶体管截止的电压时设为0，将 施加使晶体管导通的电压时设为1。 0124 首先，。
44、对某一行的像素进行以下动作。 0125 对电源线505施加电源电压，对复位信号线506施加1，对传输栅极信号线507施 加0，对复位电压线508施加复位电压。接着，对复位信号线506施加0，通过高位AD转换 器读取垂直信号线509的电压。该电压成为复位电压。接着，对传输栅极信号线507施加 1。随后，向传输栅极信号线507施加0，通过高位AD转换器读取垂直信号线509的电压。 该电压成为信号电压。接着，向复位信号线506施加1，向复位电压线508施加低电压。随 后，向复位信号线506施加0，使电源线505的电压下降。 0126 进行上述动作之后，对下一行的像素进行与上述相同的动作。 0127 。
45、以下，说明本发明的实施方式1的变形例1所涉及的固体摄像装置的动作。另外， 在本变形例1中，适当省略与实施方式1重复的说明。此外，在本变形例1中，以M3、N 9的情况为例进行说明，但其他情况下也是同样的。 0128 首先，通过控制电路408将高位AD转换器403从“普通模式”切换为“修正模式”。 0129 接着，从像素401输入VH+VL(VH：第1参考电压、VL：第2参考电压)。具体而言， 在使用例如图7所示的像素作为像素的情况下，对某一行的像素进行如下动作。首先，向电 源线505施加电源电压，向复位信号线506施加1，向传输栅极信号线507施加0。接着，向 说 明 书CN 102959950。
46、 A 11 9/11页 12 复位电压线508输入VH+VL+Vt。在此，Vt是输出电压相对于源极跟随晶体管504的输入电 压的偏移电压。由此，能够从垂直信号线509输出VH+VL。 0130 接着，通过区域选择电路408选择第2区域(第2计算单元)。此时，从高位AD转 换器的模拟输出输出的电压为VH+VL-V1V7。其中，设V1V7为大致等间隔。将该电压 存储在模拟电压存储电路406中。 0131 这样，通过区域选择电路408选择第2区域，得到V7，将该值存储在模拟电压存储 电路406中。 0132 同样，通过区域选择电路408依次选择第3区域、第4区域、第8区域，依次得 到V6、V5、V1。
47、，并将上述值存储在模拟电压存储电路406中。 0133 接着，从模拟电压存储电路406向高位AD转换器403输入在模拟电压存储电路 406中存储的V1，与实施方式1相同，针对V1计算C1。 0134 同样，针对V2计算C2，针对V3计算C3，针对V7计算C7。 0135 之后与实施方式1相同。 0136 另外，实际上难以将来自垂直信号线的输出电压准确地设置为VH+VL。然而，如图 10所示，由于各区域相互平行，因此即使来自垂直信号线的输出电压多少有误差，误差也几 乎不会重叠在C1C7上。 0137 0138 以下，参照图8说明本发明的实施方式1的变形例2所涉及的固体摄像装置。另 外，在本变形例。
48、2中，对与实施方式1中的构成要素相同的构成要素赋予同一名称。从而， 在本变形例2中，适当省略与实施方式1相同的说明。 0139 图8表示本发明的实施方式1的变形例2所涉及的固体摄像装置。 0140 601是像素。602是第1选择电路。603是高位AD转换器。604是第2选择电路。 605是低位AD转换器。607是控制电路。608是区域选择电路。609是灯电压产生电路。 610是比较器。611是计数器。612是计数器时钟。613是模拟电压存储器。614是计算部。 615是转换部。 0141 像素601二维排列成行方向(图8的横向)和列方向(图8的纵向)。 0142 第1选择电路602选择与像素601的各列连接的垂直信号线中的1个，与高位AD 转换器603的输入相连。 0143 高位AD转换器603具有模拟输出(省略图示)和数字输出(省略图示)。与所输 入的电压值对应的数字值从数字输出被输出。 0144 第2选择电路604选择低位AD转换器605中的1个并与高位AD转换器603的模 拟输出进行连接。 0145 作为低位AD转换器605，考虑单斜率型AD转换器，但AD转换方式不限于此。 0146 控制电路607控制第1选择电路602、高位AD转换器603、区域选择电路608及第。