[发明专利]成像设备及其驱动方法

摘要

本发明涉及成像设备及其驱动方法。提供了可以产生高分辨率像素信号的数字数据的成像设备及其驱动方法。该成像设备包括：用于通过光电转换产生信号的像素(10‑1)；比较电路(30‑1)，用于将基于像素的信号与时间相关的参考信号进行比较；计数器电路(40‑1)，执行计数操作直到基于像素的信号与时间相关的参考信号之间的大小关系反转；以及选择电路(30‑2)，用于根据基于像素的信号的信号电平来设定参考信号的时间相关的变化率。 1

主权项

1.一种成像设备，包括：

多个光电转换单元，每个光电转换单元被配置为基于光电转换产生电荷；

多个比较电路，每个比较电路被配置为通过执行第一比较来输出第一比较结果信号和通过执行第二比较来输出第二比较结果信号，所述第一比较将噪声信号与具有第一时间变化率的参考信号进行比较，所述第二比较将基于电荷的信号与具有第二时间变化率的参考信号进行比较，所述第二时间变化率大于所述第一时间变化率；

计数器电路，该计数器电路被配置为通过执行计数操作来产生计数值；以及

操作单元，其中，

改变所述第一比较结果信号的信号电平时的计数值被产生作为基于所述噪声信号的第一数字信号，

改变所述第二比较结果信号的信号电平时的计数值被产生作为基于所述基于电荷的信号的第二数字信号，

所述操作单元通过基于所述第一时间变化率与第二时间变化率之间的差校正所述第二数字信号来产生第三数字信号，并且

所述操作单元产生所述第一数字信号与第三数字信号之间的差信号。

2.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述第二数字信号被乘以所述第二时间变化率与第一时间变化率的比，以产生所述第三数字信号。

3.根据权利要求1所述的成像设备，还包括多个存储器，每个存储器与所述多个比较电路中的一个对应，其中，

所述多个存储器中的每一个保存所述第一数字信号和第二数字信号，

所述多个存储器中的所述每一个执行将所述第二数字信号乘以所述第二时间变化率与第一时间变化率的比的处理。

4.根据权利要求2所述的成像设备，其中，将所述第二数字信号乘以所述第二时间变化率与第一时间变化率的比的处理通过比特移位操作来执行。

5.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述多个比较电路分别被配置为通过在所述第二比较之前执行第三比较来输出第三比较结果信号，所述第三比较将基于电荷的信号与阈值进行比较，并且

所述第二比较通过使用(1)在所述第三比较结果信号指示基于电荷的信号小于所述阈值的情况下具有以所述第一时间变化率变化的电压、并且(2)在所述第三比较结果信号指示基于电荷的信号大于所述阈值的情况下具有以所述第二时间变化率变化的电压的参考信号来执行。

6.根据权利要求2所述的成像设备，其中，所述多个比较电路分别被配置为通过在所述第二比较之前执行第三比较来输出第三比较结果信号，所述第三比较将基于电荷的信号与阈值进行比较，并且

所述第二比较通过使用(1)在所述第三比较结果信号指示基于电荷的信号小于所述阈值的情况下具有以所述第一时间变化率变化的电压、并且(2)在所述第三比较结果信号指示基于电荷的信号大于所述阈值的情况下具有以所述第二时间变化率变化的电压的参考信号来执行。

7.根据权利要求4所述的成像设备，其中，所述多个比较电路分别被配置为通过在所述第二比较之前执行第三比较来输出第三比较结果信号，所述第三比较将基于电荷的信号与阈值进行比较，

所述第二比较通过使用(1)在所述第三比较结果信号指示基于电荷的信号小于所述阈值的情况下具有以所述第一时间变化率变化的电压、并且(2)在所述第三比较结果信号指示基于电荷的信号大于所述阈值的情况下具有以所述第二时间变化率变化的电压的参考信号来执行。

8.根据权利要求7所述的成像设备，其中，基于所述第三比较结果信号的值确定是否基于所述第一时间变化率与第二时间变化率之间的差来校正所述第二数字信号。

9.根据权利要求7所述的成像设备，还包括多个选择电路，每个选择电路与所述多个比较电路中的一个对应地布置，其中，

参考信号产生电路向所述多个选择电路中的每一个输出具有第一时间变化率的参考信号和具有第二时间变化率的参考信号，并且

所述多个选择电路中的每一个根据所述第三比较结果信号的电平选择从所述参考信号产生电路输出的参考信号中的一个，以输出到所述多个比较电路中的相应的一个。

10.一种成像系统，包括根据权利要求1‑9中的任一项所述的成像设备，和被配置为基于从所述成像设备输出的信号产生图像的信号处理单元。

11.根据权利要求10所述的成像系统，其中，所述信号处理单元执行计算所述第三数字信号与第一数字信号之间的差的处理。

12.根据权利要求11所述的成像系统，其中，所述信号处理单元执行校正所述第二数字信号的处理，以产生第三数字信号。

13.一种驱动成像设备的方法，所述成像设备具有多个光电转换单元，每个光电转换单元被配置为通过光电转换产生电荷，所述方法包括：

通过执行第一比较来产生第一比较结果信号，所述第一比较用于将噪声信号与具有第一时间变化率的参考信号进行比较；

通过执行第二比较来产生第二比较结果信号，所述第二比较用于将基于电荷的信号与具有第二时间变化率的参考信号进行比较，所述第二时间变化率大于所述第一时间变化率；

基于从所述第一比较的开始直到改变所述第一比较结果信号的信号电平的时间的时段，产生基于所述噪声信号的第一数字信号；

基于从所述第二比较的开始直到改变所述第二比较结果信号的信号电平的时间的时段，产生基于所述基于电荷的信号的第二数字信号；

基于所述第一时间变化率与第二时间变化率之间的差，校正所述第二数字信号以产生第三数字信号；以及

产生所述第一数字信号与第三数字信号之间的差信号。