光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、圖像拾取系統(tǒng)及光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法
【專(zhuān)利摘要】一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、圖像拾取系統(tǒng)及光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法，該光電轉(zhuǎn)換設(shè)備包括：模擬信號(hào)輸出單元，其包括像素并且被配置為基于像素而輸出模擬信號(hào)；以及信號(hào)處理單元。所述信號(hào)處理單元中的每一個(gè)與所述模擬信號(hào)輸出單元之一對(duì)應(yīng)地被提供，并且包括增益施加單元和AD轉(zhuǎn)換單元，增益施加單元被配置為將增益施加到模擬信號(hào)。增益施加單元有選擇地輸出通過(guò)將1或更小的第一增益施加到模擬信號(hào)所獲得的第一放大信號(hào)、或通過(guò)將小于所述第一增益的第二增益施加到模擬信號(hào)所獲得的第二放大信號(hào)。AD轉(zhuǎn)換單元把從增益施加單元輸出的第一放大信號(hào)或第二放大信號(hào)從模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字。
【專(zhuān)利說(shuō)明】光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、圖像拾取系統(tǒng)及光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]實(shí)施例的一個(gè)公開(kāi)方面涉及一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、一種圖像拾取系統(tǒng)以及一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在圖像拾取裝置的領(lǐng)域，多個(gè)增益可以施加到同一信號(hào)。日本專(zhuān)利公開(kāi)N0.2010-016416描述了一種圖像拾取系統(tǒng),其中，對(duì)于像素陣列的各個(gè)列提供的放大器中的每一個(gè)以I或更大的不同增益來(lái)放大單個(gè)信號(hào)，根據(jù)信號(hào)電平選擇所得信號(hào)之一。此外，日本專(zhuān)利公開(kāi)N0.2010-016416描述了對(duì)于放大器中的每一個(gè)提供模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換器。
[0003]在日本專(zhuān)利公開(kāi)N0.2010-016416中，由于以I或更大的增益來(lái)放大信號(hào)，因此期望放大器下游的電路的輸入動(dòng)態(tài)范圍是寬的。然而，為了加寬輸入動(dòng)態(tài)范圍，該電路的配置變得復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]實(shí)施例的一個(gè)公開(kāi)方面提供一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、一種圖像拾取系統(tǒng)以及一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法，其中，可以防止放大器下游的電路的配置復(fù)雜。
[0005]根據(jù)實(shí)施例的一方面，一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，包括多個(gè)模擬信號(hào)輸出單兀和多個(gè)信號(hào)處理單元。多個(gè)模擬信號(hào)輸出單元包括多個(gè)像素，所述多個(gè)模擬信號(hào)輸出單元中的每一個(gè)被配置為基于所述多個(gè)像素中的一個(gè)像素而輸出模擬信號(hào)。多個(gè)信號(hào)處理單元中的每一個(gè)與所述多個(gè)模擬信號(hào)輸出單元之一對(duì)應(yīng)地被提供，并且包括增益施加單元和AD轉(zhuǎn)換單元，增益施加單元被配置為將增益施加到模擬信號(hào)。增益施加單元被配置為有選擇地輸出第一放大信號(hào)或第二放大信號(hào)，第一放大信號(hào)是通過(guò)將I或更小的第一增益施加到所述模擬信號(hào)所獲得的信號(hào)，第二放大信號(hào)是通過(guò)將小于所述第一增益的第二增益施加到模擬信號(hào)所獲得的。AD轉(zhuǎn)換單元被配置為將從增益施加單元輸出的第一放大信號(hào)或第二放大信號(hào)從模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字。
[0006]根據(jù)參照附圖對(duì)實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清楚。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是示出光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的配置示例的圖。
[0008]圖2是示出列比較單元的配置示例的圖。
[0009]圖3是根據(jù)第一實(shí)施例的定時(shí)圖。
[0010]圖4是示出像素的配置示例的圖。
[0011]圖5是示出放大器的配置示例的圖。
[0012]圖6是根據(jù)第二實(shí)施例的定時(shí)圖。
[0013]圖7是示出列比較單元的配置示例的圖。
[0014]圖8是示出列比較單元的配置示例的圖。[0015]圖9是示出列比較單元的配置示例的圖。
[0016]圖10是根據(jù)第五實(shí)施例的定時(shí)圖。
[0017]圖11是示出列比較單元的配置示例的圖。
[0018]圖12是根據(jù)第六實(shí)施例的定時(shí)圖。
[0019]圖13是示出光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的配置示例的圖。
[0020]圖14是示出列比較單元的配置示例的圖。
[0021]圖15是根據(jù)第七實(shí)施例的定時(shí)圖。
[0022]圖16是示出列比較單元的配置示例的圖。
[0023]圖17是根據(jù)第八實(shí)施例的定時(shí)圖。
[0024]圖18是示出列比較單元的配置示例的圖。
[0025]圖19是示出列比較單元的配置示例的圖。
[0026]圖20是根據(jù)第十實(shí)施例的定時(shí)圖。
[0027]圖21是示出圖像捕獲系統(tǒng)的配置示例的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]實(shí)施例的一個(gè)所公開(kāi)的特征可以描述為通常被描述為定時(shí)圖的處理。定時(shí)圖可以示出若干實(shí)體(例如信號(hào)、事件等)的定時(shí)關(guān)系。雖然定時(shí)圖可以將操作描述為順序處理，但可以并行或同時(shí)執(zhí)行一些操作。此外，除非另外聲明，操作或定時(shí)時(shí)刻的順序可以重新布置。此外，定時(shí)或時(shí)間距離可以并不以確切比例被標(biāo)定或描述定時(shí)關(guān)系。
[0029]第一實(shí)施例
[0030]將參照附圖描述第一實(shí)施例。
[0031]圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的配置示例的圖。光電轉(zhuǎn)換設(shè)備100包括像素陣列10、放大部分20、比較部分30、存儲(chǔ)器部分40、計(jì)數(shù)器50、垂直掃描電路12、水平掃描電路60以及信號(hào)處理電路65。定時(shí)生成電路13生成用于控制光電轉(zhuǎn)換設(shè)備100的操作的信號(hào)。
[0032]像素陣列10包括被布置在矩陣中的多個(gè)像素11。像素陣列10中在單列中所布置的多個(gè)像素的輸出節(jié)點(diǎn)被連接到公共信號(hào)線(xiàn)路V-n。在此，η是整數(shù)并且公共信號(hào)線(xiàn)路V-n指示公共信號(hào)線(xiàn)路V-n是從像素陣列10的左邊起的第η條線(xiàn)路。下文中，將相似地表示對(duì)于各列像素陣列10所布置的元件。
[0033]放大部分20包括多個(gè)放大器20-η。放大器20_η中的每一個(gè)放大從對(duì)應(yīng)信號(hào)線(xiàn)路V-n提供的信號(hào)。
[0034]比較部分30包括多個(gè)列比較單元30-n。列比較單元30_n中的每一個(gè)輸出通過(guò)對(duì)來(lái)自對(duì)應(yīng)放大器20-η的輸出與從基準(zhǔn)信號(hào)生成單元31提供的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較所獲得的比較結(jié)果。
[0035]存儲(chǔ)器部分40包括多個(gè)列存儲(chǔ)器40-η。在從對(duì)應(yīng)列比較單元30_η接收輸出時(shí)，列存儲(chǔ)器40-η中的每一個(gè)保存從計(jì)數(shù)器50輸出的計(jì)數(shù)信號(hào)。
[0036]當(dāng)水平掃描電路60選擇列存儲(chǔ)器40-η之一時(shí)，所選擇的列存儲(chǔ)器40_η中所保存的信號(hào)發(fā)送到信號(hào)處理電路65。
[0037]可以換句話(huà)說(shuō)，每個(gè)列具有模擬信號(hào)輸出單元和信號(hào)處理單元。模擬信號(hào)輸出單元包括對(duì)于像素陣列10中的列所布置的多個(gè)像素11以及對(duì)于多個(gè)像素11所布置的放大器20-η。信號(hào)處理單元具有對(duì)從模擬信號(hào)處理單元輸出的信號(hào)執(zhí)行模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換的功能。
[0038]圖2示出根據(jù)第一實(shí)施例的列比較單元30-n的配置。列比較單元30_n包括比較器101、確定電路102、增益施加單兀GA以及輸入電容器Cramp和Cl。根據(jù)第一實(shí)施例的增益施加單元GA包括衰減器103以及開(kāi)關(guān)SI和S2。基準(zhǔn)信號(hào)Vramp經(jīng)由輸入電容器Cramp輸入到列比較單兀30-n的輸入節(jié)點(diǎn)之一。放大器20-η的輸出經(jīng)由開(kāi)關(guān)S2和輸入電容器Cl或經(jīng)由衰減器103、開(kāi)關(guān)SI以及輸入電容器Cl連接到列比較單元30-n的另一輸入節(jié)點(diǎn)。比較器101的輸出連接到確定電路102。確定電路102響應(yīng)于來(lái)自比較器101的輸出而執(zhí)行控制，以使得開(kāi)關(guān)SI和S2之一閉合。結(jié)果，使用衰減器103通過(guò)放大來(lái)自放大器20-η的輸出所獲得的信號(hào)或來(lái)自放大器20-η的輸出被提供給比較器101。放大器20-η的輸出以小于I的增益受放大并且從衰減器103輸出。從放大器20-η提供并且經(jīng)由開(kāi)關(guān)S2輸入到比較器101的信號(hào)是通過(guò)以I的增益放大模擬信號(hào)所獲得的信號(hào)。
[0039]增益施加單元GA被配置包括轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)的幅度的部分，即有助于將增益施加到模擬信號(hào)的部分僅由無(wú)源元件構(gòu)成。在第一實(shí)施例中，來(lái)自衰減器103的輸出由Vpixl表不，在輸入電容器Cl的輸入節(jié)點(diǎn)處的電勢(shì)由Vpix’表不。
[0040]在第一實(shí)施例中，對(duì)于每個(gè)列，輸出模擬信號(hào)的模擬信號(hào)輸出單兀構(gòu)成為包括多個(gè)像素11和放大器20-n，AD轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成為包括列比較單元30_n和列存儲(chǔ)器40_n以及基準(zhǔn)信號(hào)生成單元31和計(jì)數(shù)器50。
[0041]接下來(lái)，將參照?qǐng)D3描述根據(jù)第一實(shí)施例的操作。
[0042]虛線(xiàn)表示特定放大器20-η的輸出Vpix大于以下所描述的閾值的情況，實(shí)線(xiàn)表示輸出Vpix小于閾值的情況。
[0043]在時(shí)間t0，假設(shè)放大器20-η的輸出Vpix為零。在時(shí)間t0，開(kāi)關(guān)SI打開(kāi)，開(kāi)關(guān)S2閉合。因此，放大器20-η的輸出Vpix經(jīng)由開(kāi)關(guān)S2和輸入電容器Cl提供給對(duì)應(yīng)比較器101。
[0044]在時(shí)間tl，放大器20-η的輸出Vpix開(kāi)始改變，并且在時(shí)間t2變?yōu)殪o定的。
[0045]同時(shí)，基準(zhǔn)信號(hào)Vramp的值變?yōu)榈綍r(shí)間t2為止靜定為閾值Vr。在從時(shí)間t2到時(shí)間t3的確定時(shí)段中，如果輸出Vpix超過(guò)閾值Vr，則比較器101的輸出Vout保持在L電平，如虛線(xiàn)所示。結(jié)果，確定電路102打開(kāi)開(kāi)關(guān)S2并且閉合開(kāi)關(guān)SI。也就是說(shuō)，執(zhí)行切換，以使得放大器20-η的輸出Vpix受衰減器103衰減并且提供給比較器101。如果輸出Vpix小于閾值Vr，則比較器101的輸出Vout變?yōu)镠電平，如實(shí)線(xiàn)所示。在此情況下，開(kāi)關(guān)SI和S2的狀態(tài)相對(duì)于時(shí)間t0不變。即，在輸出Vpix小于閾值Vr的情況下，以第一增益所放大的信號(hào)提供給比較器101，在輸出Vpix大于閾值Vr的情況下，以第二增益所放大的信號(hào)提供給比較器101。以下，以第一增益所放大的信號(hào)被稱(chēng)為第一放大信號(hào)，以第二增益所放大的信號(hào)被稱(chēng)為第二放大信號(hào)。在第一實(shí)施例中，第一增益是1，第二增益小于I。
[0046]從時(shí)間t4開(kāi)始，基準(zhǔn)信號(hào)Vramp的電平開(kāi)始單調(diào)地改變。響應(yīng)于基準(zhǔn)信號(hào)Vramp的改變的開(kāi)始，定時(shí)生成電路13使得計(jì)數(shù)器50開(kāi)始計(jì)數(shù)操作。
[0047]比較器101的輸出Vout在放大器20-η的輸出Vpix大于閾值Vr的情況下在時(shí)間t5’或在放大器20-η的輸出Vpix小于閾值Vr的情況下在時(shí)間t5從L電平切換到H電平。作為比較器101的輸出Vout切換到H電平的結(jié)果，列存儲(chǔ)器40-η保存計(jì)數(shù)信號(hào)。以此方式，放大器20-η的輸出Vpix轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。[0048]以此方式所獲得的數(shù)字信號(hào)被發(fā)送到信號(hào)處理電路65。雖然第一實(shí)施例中未示出，但作為標(biāo)記信號(hào)，列存儲(chǔ)器40-η可以保存在確定時(shí)段中獲得的確定結(jié)果。使用標(biāo)記信號(hào)，信號(hào)處理電路65和其它下游電路能夠識(shí)別數(shù)字信號(hào)以增益施加單元GA的哪個(gè)增益受放大。
[0049]日本專(zhuān)利公開(kāi)N0.2010-016416中所描述的圖像捕獲裝置使用放大器生成兩個(gè)信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)源自以I或更大的增益的放大。因此，期望放大器下游的電路的輸入動(dòng)態(tài)范圍是寬的。
[0050]與之對(duì)照，根據(jù)第一實(shí)施例，第一放大信號(hào)和第二放大信號(hào)都以I或更小的增益受放大。因此，與日本專(zhuān)利公開(kāi)N0.2010-016416對(duì)照，無(wú)需加寬放大器下游的電路的輸入動(dòng)態(tài)范圍。因此，可以防止放大器下游所提供的電路的配置為了加寬輸入動(dòng)態(tài)范圍而復(fù)雜。
[0051]此外，如日本專(zhuān)利公開(kāi)N0.2010-016416所示，于在包括運(yùn)算放大器的放大器中以順序方式執(zhí)行增益的切換的情況下，由于運(yùn)算放大器是有源電路，因此直到放大器的輸出變?yōu)殪o定的時(shí)間段取決于運(yùn)算放大器的響應(yīng)度。通常，由于對(duì)于圖像捕獲裝置期望較低的功耗，因此增加功耗以使得改進(jìn)運(yùn)算放大器的響應(yīng)度是不實(shí)際的。
[0052]與之對(duì)照，根據(jù)第一實(shí)施例，甚至對(duì)于電平超過(guò)閾值的信號(hào)，增益施加單元GA也僅使用無(wú)源元件將增益施加到信號(hào)。因此，在防止功耗增加的同時(shí)，可以增加光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作速度。
[0053]在第一實(shí)施例中，在確定時(shí)段中確定模擬信號(hào)的信號(hào)電平?；诖_定結(jié)果，執(zhí)行增益施加單元GA的增益的切換。結(jié)果，與在S轉(zhuǎn)換時(shí)段中不切換增益的情況下執(zhí)行處理的情況對(duì)照，可以縮短第一實(shí)施例中的S轉(zhuǎn)換時(shí)段的長(zhǎng)度。因此，可以進(jìn)一步增加圖像捕獲裝置的操作速度。如果增益施加單元GA使得放大器20-η的輸出Vpix衰減以將值減少一半，則S轉(zhuǎn)換時(shí)段中的基準(zhǔn)信號(hào)Vramp的改變范圍可以減少一半。因此，S轉(zhuǎn)換時(shí)段的長(zhǎng)度可以減少一半。
[0054]第二實(shí)施例
[0055]以下，將主要描述第一實(shí)施例與第二實(shí)施例之間的差異。將省略關(guān)于與第一實(shí)施例共同的部分的描述。
[0056]圖4是示出根據(jù)第二實(shí)施例的像素11的圖。像素11包括光電二極管H)、放大晶體管SF、轉(zhuǎn)移晶體管ΤΧ、重置晶體管RES和選擇晶體管SEL。轉(zhuǎn)移晶體管ΤΧ、重置晶體管RES和選擇晶體管SEL被設(shè)置為分別通過(guò)信號(hào)PTX、PRES和PSEL而導(dǎo)通/截止。地電勢(shì)施加到光電二極管ro的陽(yáng)極。光電二極管ro的陰極經(jīng)由轉(zhuǎn)移晶體管TX連接到浮置擴(kuò)散部分FD。放大晶體管SF的柵極連接到浮置擴(kuò)散部分FD，并且還經(jīng)由重置晶體管RES連接到電源SVDD。放大晶體管SF的主節(jié)點(diǎn)之一連接到電源SVDD，另一主節(jié)點(diǎn)經(jīng)由選擇晶體管SEL連接到輸出節(jié)點(diǎn)PIX0UT。
[0057]圖5示出根據(jù)第二實(shí)施例的放大器20-η的配置。放大器20_η包括差分放大器105、輸入電容器Cin、反饋電容器Ccal和Cca2以及開(kāi)關(guān)Scal、Sca2和Srst?；鶞?zhǔn)電壓Vref施加到差分放大器105的非反相輸入節(jié)點(diǎn)。差分放大器105的反相輸入節(jié)點(diǎn)經(jīng)由輸入電容器Cin連接到對(duì)應(yīng)信號(hào)線(xiàn)路V-n。差分放大器105的反相輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)經(jīng)由開(kāi)關(guān)Srst、開(kāi)關(guān)Scal和反饋電容器Ccal、以及開(kāi)關(guān)Sca2和反饋電容器Cca2彼此連接。可以通過(guò)控制開(kāi)關(guān)Scal和Sca2的導(dǎo)通狀態(tài)來(lái)執(zhí)行放大器20_n的增益的切換。[0058]將參照?qǐng)D6描述根據(jù)第二實(shí)施例的操作。
[0059]在時(shí)間t0，開(kāi)關(guān)SI打開(kāi)，開(kāi)關(guān)S2閉合。因此，放大器20-n的輸出Vpix經(jīng)由開(kāi)關(guān)S2和輸入電容器Cl提供給對(duì)應(yīng)比較器101。
[0060]在時(shí)間t0，信號(hào)PSEL的電平變?yōu)镠電平，選擇晶體管SEL導(dǎo)通。結(jié)果，放大晶體管SF連同對(duì)于與放大器20-n (未示出)對(duì)應(yīng)的信號(hào)線(xiàn)路V-n所提供的電源一起操作為源極跟隨器電路。
[0061]在時(shí)間tl，信號(hào)PRES的電平變?yōu)镠電平，重置晶體管RES導(dǎo)通。結(jié)果，浮置擴(kuò)散部分FD重置，信號(hào)線(xiàn)路V-n的電勢(shì)響應(yīng)于浮置擴(kuò)散部分FD的電勢(shì)而改變。此時(shí)的像素11的輸出是主要包括由于浮置擴(kuò)散部分FD的重置而產(chǎn)生的噪聲分量的信號(hào)。
[0062]在時(shí)間tl，信號(hào)PSrst的電平也變?yōu)镠電平，放大器20-n中的開(kāi)關(guān)Srst閉合。結(jié)果，差分放大器105的輸入端子和輸出端子短路,通過(guò)差分放大器105的輸出來(lái)重置輸入電容器Cin的節(jié)點(diǎn)之一。此后，當(dāng)信號(hào)PSrst的電平變?yōu)長(zhǎng)電平時(shí)，輸入電容器Cin保存由于浮置擴(kuò)散部分FD的重置而產(chǎn)生的噪聲分量與放大器20-n的輸出Vpix之間的電勢(shì)差。
[0063]在時(shí)間t2，基準(zhǔn)信號(hào)Vramp的信號(hào)電平改變?yōu)榛鶞?zhǔn)電平。
[0064]在時(shí)間t3,基準(zhǔn)信號(hào)Vramp的信號(hào)電平關(guān)于時(shí)間以預(yù)定速率改變。響應(yīng)于基準(zhǔn)信號(hào)Vramp的改變的開(kāi)始，定時(shí)生成電路13使得計(jì)數(shù)器50開(kāi)始計(jì)數(shù)操作。此后，當(dāng)基準(zhǔn)信號(hào)Vramp的值超過(guò)放大器20_n的輸出Vpix時(shí)，比較器101的輸出Vout變?yōu)镠電平。當(dāng)輸出Vout變?yōu)镠電平時(shí)，通過(guò)對(duì)應(yīng)列存儲(chǔ)器40-n保存從計(jì)數(shù)器50輸出的計(jì)數(shù)信號(hào)。在此，列存儲(chǔ)器40-n所保存的信號(hào)與由于放大器20-n所產(chǎn)生的噪聲對(duì)應(yīng)。以此方式，由于放大器20-n而產(chǎn)生的噪聲轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0065]在時(shí)間t4，基準(zhǔn)信號(hào)Vramp的值的改變停止，基準(zhǔn)信號(hào)Vramp的值返回到其初始值。然后，比較器101的輸出Vout改變?yōu)長(zhǎng)電平。
[0066]在時(shí)間t5，信號(hào)PTX的電平改變?yōu)镠電平。結(jié)果，轉(zhuǎn)移晶體管TX導(dǎo)通，并且光電二極管ro中所存儲(chǔ)的電荷轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散部分FD。浮置擴(kuò)散部分FD的電勢(shì)根據(jù)轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散部分FD的電荷量而改變。響應(yīng)于浮置擴(kuò)散部分FD的電勢(shì)的這種改變，信號(hào)線(xiàn)路V-n的電勢(shì)也改變。相似地，放大器20-n的輸出Vpix也改變。放大器20_n的輸出Vpix是通過(guò)放大通過(guò)減少來(lái)自像素11的輸出的噪聲分量所獲得的信號(hào)而獲得的信號(hào)，噪聲分量源于浮置擴(kuò)散部分FD的重置。即，理想地，放大消除了由于像素11而產(chǎn)生的噪聲分量的信號(hào)。
[0067]在時(shí)間t6,基準(zhǔn)信號(hào)Vramp的電平變?yōu)殪o定為閾值Vr。如果輸出Vpix超過(guò)閾值Vr，則比較器101的輸出Vout保持在L電平，如虛線(xiàn)所示。結(jié)果，確定電路102打開(kāi)開(kāi)關(guān)S2并且閉合開(kāi)關(guān)SI。即，放大器20-n的輸出Vpix受衰減器103衰減，并執(zhí)行切換以使得受衰減的輸出Vpix提供給比較器101。如果輸出Vpix小于閾值Vr，則比較器101的輸出Vout變?yōu)镠電平，如實(shí)線(xiàn)所示。在此情況下，開(kāi)關(guān)SI和S2的狀態(tài)相對(duì)于時(shí)間t0未改變。
[0068]從時(shí)間t8開(kāi)始，基準(zhǔn)信號(hào)Vramp的電平關(guān)于時(shí)間以預(yù)定速率開(kāi)始改變。響應(yīng)于基準(zhǔn)信號(hào)Vramp的改變的開(kāi)始,定時(shí)生成電路13使得計(jì)數(shù)器50開(kāi)始計(jì)數(shù)操作。
[0069]比較器101的輸出Vout在放大器20-n的輸出Vpix大于閾值Vr的情況下在時(shí)間t9’以及在放大器20-n的輸出Vpix小于閾值Vr的情況下在時(shí)間t9從L電平切換到H電平。作為比較器101的輸出Vout切換到H電平的結(jié)果，列存儲(chǔ)器40-n保存計(jì)數(shù)信號(hào)。以此方式，放大器20-n的輸出Vpix轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。通過(guò)例如對(duì)在從時(shí)間t3到時(shí)間t4的時(shí)段中列存儲(chǔ)器40-n所保存的數(shù)字信號(hào)與在時(shí)間t9或時(shí)間t9’所保存的數(shù)字信號(hào)之間的差在信號(hào)處理電路65處執(zhí)行處理來(lái)獲得具有減少的噪聲量的數(shù)字信號(hào)，噪聲是因放大器20-n產(chǎn)生的。
[0070]根據(jù)第二實(shí)施例，可以防止放大器下游的電路的配置復(fù)雜。
[0071]此外，根據(jù)第二實(shí)施例，如第一實(shí)施例中那樣，即使對(duì)于電平超過(guò)閾值的信號(hào)，有助于在增益施加單元GA中將增益施加到模擬信號(hào)的部分僅由無(wú)源元件構(gòu)成。因此，在防止功耗增加的同時(shí)，可以提高光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作速度。
[0072]此外，根據(jù)第二實(shí)施例，因?yàn)橛捎诟≈脭U(kuò)散部分FD的重置而產(chǎn)生的噪聲量以及由于放大器20-n而產(chǎn)生的噪聲量可以減少，所以可以獲得具有高S/N比的信號(hào)。
[0073]第三實(shí)施例
[0074]圖7是示出根據(jù)第三實(shí)施例的列比較單元30-n的配置的圖。第三實(shí)施例與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的不同在于，衰減器103包括兩個(gè)電容器C2和C3。將省略與上述實(shí)施例共同的部分的描述。
[0075]作為第一容性元件的電容器C2的節(jié)點(diǎn)之一連接到對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)輸出單元。另一節(jié)點(diǎn)連接到作為第二容性元件的電容器C3的節(jié)點(diǎn)之一以及開(kāi)關(guān)SI。固定電勢(shì)施加到電容器C3的另一節(jié)點(diǎn)。通過(guò)這種配置，使用電容器C2與C3的電容之間的比率來(lái)確定衰減器103的增益。
[0076]在根據(jù)第三實(shí)施例的衰減器103的配置的情況下，必須在圖6中的時(shí)間t2之前臨時(shí)閉合開(kāi)關(guān)SI，以重置電容器C2和C3。除此之外，可以執(zhí)行與圖6所示相同的操作。
[0077]第四實(shí)施例
[0078]圖8是示出根據(jù)第四實(shí)施例的列比較單元30-n的配置的圖。第四實(shí)施例與第三實(shí)施例的不同在于，增益施加單兀GA不包括輸入電容器Cl而包括電容器C4。
[0079]根據(jù)第四實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作可以與根據(jù)第三實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作相同。
[0080]第五實(shí)施例
[0081]將描述第五實(shí)施例。
[0082]圖9是示出根據(jù)第五實(shí)施例的列比較單元30-n的配置的圖。根據(jù)第五實(shí)施例的列比較單元30-n與圖8所示的列比較單元的不同在于，比較器101和增益施加單元GA共享用于在放大器20-n的輸出Vpix經(jīng)由電容器C4提供給比較器101的路徑與放大器20_n的輸出Vpix經(jīng)由電容器C2提供給比較器101的路徑之間執(zhí)行切換的配置。將省略與上述實(shí)施例共同的部分的描述。
[0083]比較器101包括晶體管Ml至M6。晶體管Ml和晶體管M4構(gòu)成差分對(duì)，晶體管Ml是第一輸入晶體管，晶體管M4是第二輸入晶體管。晶體管M2和晶體管M4也構(gòu)成差分對(duì)，晶體管M2是第三輸入晶體管。晶體管Ml和M2彼此并聯(lián)。晶體管M3運(yùn)作為用于差分對(duì)的尾電流源。晶體管M5和M6運(yùn)作為用于晶體管Ml、M2和M4的電流源。晶體管Ml的主節(jié)點(diǎn)之一經(jīng)由開(kāi)關(guān)S3連接到晶體管M5，另一主節(jié)點(diǎn)連接到晶體管M3。晶體管Ml的控制節(jié)點(diǎn)連接到電容器C2與C3之間的公共觸點(diǎn)，經(jīng)由電容器C2連接到列比較單元30-n的輸入端子，并且經(jīng)由開(kāi)關(guān)S5連接到晶體管M5與開(kāi)關(guān)S3之間的公共節(jié)點(diǎn)。晶體管M2的主節(jié)點(diǎn)之一經(jīng)由開(kāi)關(guān)S4連接到晶體管M5，另一主節(jié)點(diǎn)連接到晶體管M3。晶體管M2的控制節(jié)點(diǎn)經(jīng)由電容器C4連接到列比較單元30-n的輸入端子，并且經(jīng)由開(kāi)關(guān)S6連接到晶體管M5與開(kāi)關(guān)S3之間的公共節(jié)點(diǎn)。晶體管M4的主節(jié)點(diǎn)之一連接到晶體管M3，另一主節(jié)點(diǎn)連接到晶體管M6。晶體管M4的控制節(jié)點(diǎn)經(jīng)由輸入電容器Cramp連接到提供基準(zhǔn)信號(hào)Vramp的引線(xiàn)線(xiàn)路，經(jīng)由開(kāi)關(guān)S7連接到晶體管M4的另一主節(jié)點(diǎn)并且連接到晶體管M6和列比較單元30-n的輸出節(jié)點(diǎn)。開(kāi)關(guān)S3和S4受控于確定電路102。
[0084]參照?qǐng)D10，將描述根據(jù)第五實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作。
[0085]圖10所示的操作與圖6所示的操作的不同在于，不包括開(kāi)關(guān)SI和S2的操作，而包括開(kāi)關(guān)S3至S7的操作。在此，省略與圖6相同的部分的描述，將僅描述與圖6不同的部分。
[0086]在信號(hào)PSEL的電平在時(shí)間t0變?yōu)镠電平之后，在從時(shí)間t0到時(shí)間tl的時(shí)段中重置電容器C2至C4。
[0087]首先，開(kāi)關(guān)S3閉合，開(kāi)關(guān)S4打開(kāi)。結(jié)果，晶體管Ml和M5彼此電連接，晶體管Ml和M4構(gòu)成用于比較器101的有源差分對(duì)。
[0088]接下來(lái)，開(kāi)關(guān)S5和S7閉合。結(jié)果，電容器C2的電勢(shì)以及電容器C3的電勢(shì)被重置為開(kāi)關(guān)S3與晶體管M5之間的公共節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)。此外，輸入電容器Cramp的節(jié)點(diǎn)之一的電勢(shì)被重置為晶體管M4與M6之間的公共觸點(diǎn)的電勢(shì)。
[0089]接下來(lái)，開(kāi)關(guān)S3打開(kāi)，開(kāi)關(guān)S4閉合。結(jié)果，執(zhí)行切換，以使得晶體管M2和M4變?yōu)橛糜诒容^器101的有源差分對(duì)。
[0090]接下來(lái)，開(kāi)關(guān)S6和S7閉合。結(jié)果，電容器C6的電勢(shì)被重置為開(kāi)關(guān)S4與晶體管M5之間的公共觸點(diǎn)的電勢(shì)。此外，輸入電容器Cramp的節(jié)點(diǎn)之一的電勢(shì)被再次重置為晶體管M4與M6之間的公共觸點(diǎn)的電勢(shì)。
[0091]此后，由于開(kāi)關(guān)S4閉合直到確定時(shí)段在時(shí)間t7結(jié)束，因此放大器20-n的輸出Vpix可以經(jīng)由電容器C4輸入到比較器101。即，如在圖6所示的操作中那樣，放大器20-n的輸出Vpix在兩條路徑之間經(jīng)由具有較高增益的路徑而被提供給比較器101。
[0092]在確定時(shí)段中，在放大器20-n的輸出Vpix小于閾值Vr的情況下，開(kāi)關(guān)S3保持打開(kāi)，開(kāi)關(guān)S4保持閉合，如實(shí)線(xiàn)所示。與之對(duì)照，在放大器20-n的輸出Vpix超過(guò)閾值Vr的情況下，開(kāi)關(guān)S4打開(kāi)，開(kāi)關(guān)S3閉合，如虛線(xiàn)所示。結(jié)果，放大器20-n的輸出Vpix經(jīng)由包括電容器C2和C3的衰減器103而被提供給比較器101。
[0093]對(duì)于第五實(shí)施例也一樣，僅使用無(wú)源元件將增益施加到待輸入到比較器101的信號(hào)。因此，在防止功耗增加的同時(shí)，可以提高光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作速度。
[0094]在第五實(shí)施例中，在重置電容器C4之前，重置電容器C2和C3 ;然而，可以按相反的順序來(lái)執(zhí)行這種重置。注意，在此情況下，在已經(jīng)重置電容器C2和C3的情況下，必須將差分對(duì)之一設(shè)置為有源差分對(duì)。關(guān)于增加操作速度，圖10所示的操作比在重置電容器C2和C3之前重置電容器C4更有利。
[0095]第六實(shí)施例
[0096]圖11是示出根據(jù)第六實(shí)施例的列比較單元30-n的配置的圖。圖8所示的列比較單元30-n被配置為:比較器101的輸入節(jié)點(diǎn)之一經(jīng)由在使用開(kāi)關(guān)SI和S2之間而被切換的兩條路徑連接到列比較單元30-n的輸入節(jié)點(diǎn)之一。與之對(duì)照，在第六實(shí)施例中，在比較器101的輸入節(jié)點(diǎn)之一與列比較單元30-n的輸入節(jié)點(diǎn)之一之間僅存在一條路徑。在第六實(shí)施例中，列比較單元30-n具有這樣的配置:不存在旁路衰減器103的路徑，并且執(zhí)行增益的切換。將省略與上述實(shí)施例共同的部分的描述。
[0097]圖12是用于描述根據(jù)第六實(shí)施例的操作的定時(shí)圖。圖12所示的定時(shí)圖與圖6所示的定時(shí)圖的不同在于:開(kāi)關(guān)Si在從時(shí)間to到時(shí)間tl的時(shí)間段期間臨時(shí)閉合。通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)SI，重置電容器C2和C3。除了開(kāi)關(guān)SI的操作之外，圖12所示的操作可以與圖6所示的相同。
[0098]根據(jù)第六實(shí)施例，在防止增加功耗的同時(shí)，可以提高光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作速度。此外，由于簡(jiǎn)化了從放大器20-n到比較器101的路徑，所以可以使得光電轉(zhuǎn)換設(shè)備最小化。
[0099]第七實(shí)施例
[0100]圖13是示出根據(jù)第七實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備100’的配置的圖。圖13所示的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備100’與圖1所示的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備100的不同在于省略了計(jì)數(shù)器50。將省略與上述實(shí)施例共同的部分的描述。
[0101]圖14是示出根據(jù)第七實(shí)施例的列比較單元30-n的配置的圖。圖14所示的列比較單元30-n與圖2所示的列比較單元30-n的不同在于，包括比較電壓生成單元104。比較器101的另一輸入節(jié)點(diǎn)與放大器20-n的輸出端子之間的配置與圖2所示的配置相同。
[0102]比較電壓生成單元104包括彼此并行布置的多個(gè)電容器以及分別與電容器中的對(duì)應(yīng)一個(gè)電容器串聯(lián)布置的開(kāi)關(guān)。電容器中的每一個(gè)經(jīng)由開(kāi)關(guān)中的對(duì)應(yīng)一個(gè)開(kāi)關(guān)有選擇地連接到用于地電壓GND的端子或用于基準(zhǔn)電壓Vrl (下文中又稱(chēng)為閾值Vrl)的端子。在此，示出這樣的示例:六個(gè)電容器彼此并行地布置，電容器的電容在圖中從左邊起是16Cr、8Cr、4Cr、2Cr、Cr和4Cr。在第七實(shí)施例中，基準(zhǔn)信號(hào)生成單元31將基準(zhǔn)電壓Vrl施加到各列中的每一列的列比較單元30-n。通過(guò)憑借使用開(kāi)關(guān)中的對(duì)應(yīng)一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)切換用于具有16Cr、8Cr、4Cr、2Cr、Cr和4Cr的電容的多個(gè)電容器中的每一個(gè)的連接端子，列比較單元30-n操作為逐次逼近AD轉(zhuǎn)換器。
[0103]將參照?qǐng)D15描述根據(jù)第七實(shí)施例的操作。
[0104]在時(shí)間t0，所有信號(hào)PSEL、PRES, PTX和PSrst的電平都處于L電平。因此，放大器20-n的輸出Vpix也處于L電平。
[0105]此外，在時(shí)間t0,開(kāi)關(guān)S2處于閉合狀態(tài)，開(kāi)關(guān)S1、SrO、Sr1、Sr2、Sr4、Sr8和Sr 16處于打開(kāi)狀態(tài)。在此’對(duì)于開(kāi)關(guān)一…^^^^^^^^…和Srl6中的每一個(gè)，打開(kāi)狀態(tài)指代把地電勢(shì)施加到與開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的電容器的狀態(tài)，閉合狀態(tài)指代把基準(zhǔn)電壓Vrl施加到與開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的電容器的狀態(tài)。
[0106]對(duì)于放大部分20的每個(gè)放大器20-n都具有圖5所示的配置的情況進(jìn)行以下描述。
[0107]在時(shí)間tl，信號(hào)PSEL的電平變?yōu)镠電平，選擇晶體管SEL導(dǎo)通。結(jié)果，放大晶體管SF連同對(duì)于與放大器20-n (未示出)對(duì)應(yīng)的信號(hào)線(xiàn)路V-n所提供的電源一起操作為源極跟隨器電路。
[0108] 在時(shí)間tl，信號(hào)PRES的電平變?yōu)镠電平，重置晶體管RES導(dǎo)通。結(jié)果，浮置擴(kuò)散部分FD被重置，信號(hào)線(xiàn)路V-n的電勢(shì)響應(yīng)于浮置擴(kuò)散部分FD的電勢(shì)而改變。此時(shí)的像素11的輸出是主要包括由于浮置擴(kuò)散部分FD的重置而產(chǎn)生的噪聲分量的信號(hào)。[0109]在時(shí)間tl，信號(hào)PSrst的電平也變?yōu)镠電平，放大器20-n中的開(kāi)關(guān)Srst閉合。結(jié)果，差分放大器105的輸入端子和輸出端子短路,通過(guò)差分放大器105的輸出來(lái)重置輸入電容器Cin的節(jié)點(diǎn)之一。此后，當(dāng)信號(hào)PSrst的電平變?yōu)長(zhǎng)電平時(shí)，通過(guò)輸入電容器Cin保存由于浮置擴(kuò)散部分FD的重置而產(chǎn)生的噪聲分量與放大器20-n的輸出Vpix之間的電勢(shì)差。
[0110]在時(shí)間t3，開(kāi)關(guān)SI進(jìn)入打開(kāi)狀態(tài)，并且僅把不流經(jīng)衰減器103的信號(hào)經(jīng)由輸入電容器Cl提供給比較器101。
[0111]在時(shí)間t4，開(kāi)關(guān)SrO進(jìn)入打開(kāi)狀態(tài)，地電勢(shì)施加到與開(kāi)關(guān)SrO對(duì)應(yīng)的電容器。
[0112]在開(kāi)關(guān)SrO在時(shí)間t4進(jìn)入打開(kāi)狀態(tài)之后，AD轉(zhuǎn)換時(shí)段開(kāi)始。在AD轉(zhuǎn)換時(shí)段中，相繼地對(duì)于開(kāi)關(guān)Sr1、Sr2、Sr4、Sr8和Srl6以順序方式執(zhí)行切換，提供給比較器101的模擬信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。這里的操作與已知的逐次逼近AD轉(zhuǎn)換器所執(zhí)行的相似，因此將省略詳細(xì)描述。通過(guò)N轉(zhuǎn)換時(shí)段中所執(zhí)行的操作，由于放大器20-n而產(chǎn)生的噪聲被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0113]在時(shí)間t5，信號(hào)PTX的電平改變?yōu)镠電平。結(jié)果，轉(zhuǎn)移晶體管TX導(dǎo)通，光電二極管PD中所累積的電荷轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散部分FD。浮置擴(kuò)散部分FD的電勢(shì)根據(jù)轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散部分FD的電荷量而改變。響應(yīng)于浮置擴(kuò)散部分FD的電勢(shì)的這種改變，信號(hào)線(xiàn)路V-n的電勢(shì)也改變。相似地，放大器20-n的輸出Vpix也改變。放大器20-n的輸出Vpix是通過(guò)放大通過(guò)減少來(lái)自像素11的輸出的噪聲分量所獲得的信號(hào)而獲得的信號(hào)，噪聲分量是由于浮置擴(kuò)散部分FD的重置而產(chǎn)生的。即，理想地，放大消除了由于像素11而產(chǎn)生的噪聲分量的信號(hào)。
[0114]在時(shí)間七6，開(kāi)關(guān)51'1、5^、54、5“和51'16進(jìn)入閉合狀態(tài)。在此，假設(shè)閾值Vr施加到比較器101的輸入節(jié)點(diǎn)之一。在直到時(shí)間t7的確定時(shí)段中，對(duì)閾值Vr與放大器20-n的輸出Vpix彼此進(jìn)行比較，輸出Vpix被提供給比較器101的另一輸入節(jié)點(diǎn)。
[0115]在確定時(shí)段中，虛線(xiàn)表示輸出Vpix超過(guò)閾值Vr的情況，實(shí)線(xiàn)表示輸出Vpix小于閾值Vr的情況。在圖15中，在輸出Vpix等于閾值Vr的情況下，開(kāi)關(guān)按與輸出Vpix小于閾值Vr的情況下相同的方式操作；然而，開(kāi)關(guān)可以另外與在輸出Vpix超過(guò)閾值Vr的情況下相同的方式操作。
[0116]在輸出Vpix超過(guò)閾值Vrl的情況下，開(kāi)關(guān)SI進(jìn)入閉合狀態(tài)，開(kāi)關(guān)S2進(jìn)入打開(kāi)狀態(tài)。結(jié)果，放大器20-n的輸出Vpix受衰減器103衰減，作為第二放大信號(hào)的所得信號(hào)被提供給比較器101。
[0117]與之對(duì)照，在輸出Vpix小于閾值Vrl的情況下，保持開(kāi)關(guān)SI和S2的導(dǎo)通狀態(tài)。
[0118]從在開(kāi)關(guān)Sr1、Sr2、Sr4、Sr8和Srl6進(jìn)入打開(kāi)狀態(tài)之后的時(shí)間t8起，S轉(zhuǎn)換時(shí)段開(kāi)始。在S轉(zhuǎn)換時(shí)段中，通過(guò)執(zhí)行與已知逐次逼近AD轉(zhuǎn)換器的操作相似的操作來(lái)獲得數(shù)字信號(hào)。
[0119]通過(guò)對(duì)在N轉(zhuǎn)換時(shí)段中所獲得的數(shù)字信號(hào)與在S轉(zhuǎn)換時(shí)段中所獲得的數(shù)字信號(hào)之間的差執(zhí)行處理來(lái)獲得具有減少的噪聲量的數(shù)字信號(hào)，噪聲是由于放大器20-n產(chǎn)生的。
[0120]根據(jù)第七實(shí)施例，可以防止放大器下游的電路的配置復(fù)雜。
[0121]此外，根據(jù)第七實(shí)施例，如第一實(shí)施例中那樣，即使對(duì)于電平超過(guò)閾值的信號(hào)，有助于將增益施加到信號(hào)的衰減器103的部分也僅由無(wú)源元件構(gòu)成。因此，在防止功耗增加的同時(shí)，可以提高光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作速度。[0122]此外，根據(jù)第七實(shí)施例，因?yàn)橛捎诟≈脭U(kuò)散部分FD的重置而產(chǎn)生的噪聲量以及由于放大器20-n而產(chǎn)生的噪聲量可以減少，所以可以獲得具有高S/N比的信號(hào)。
[0123]第八實(shí)施例
[0124]在上述實(shí)施例中，有助于衰減器103中將增益施加到信號(hào)的部分僅由無(wú)源元件構(gòu)成，衰減器103被包括在增益施加單元GA中。與之對(duì)照，在第八實(shí)施例中，使用包括有源元件的衰減器103。
[0125]圖16示出根據(jù)第八實(shí)施例的列比較單元30-n的配置。圖16所示的列比較單元30-n與圖2所示的列比較單元30-n的不同在于，包括增益可變的放大器。
[0126]放大器20-n的輸出端子經(jīng)由輸入電容器Cin連接到差分放大器107的反相輸入節(jié)點(diǎn)。差分放大器107在反相輸入節(jié)點(diǎn)與輸出節(jié)點(diǎn)之間具有三條反饋路徑。這三條路徑中的兩條是具有開(kāi)關(guān)S8和電容器C5的路徑以及具有開(kāi)關(guān)S9和電容器C6的路徑。通過(guò)有選擇地導(dǎo)通這兩條路徑作為有效反饋路徑，連同輸入電容器Cin —起切換差分放大器107的增益。另一反饋路徑是具有開(kāi)關(guān)Srst的路徑。開(kāi)關(guān)S8和S9響應(yīng)于比較器101的輸出Vout而受控于確定電路102。
[0127]將參照?qǐng)D17進(jìn)一步描述根據(jù)第八實(shí)施例的操作。以下，假設(shè)電容器C5的電容大于電容器C6的電容。在從像素11到放大器20-n的部分中所執(zhí)行的操作與在其它實(shí)施例中所執(zhí)行的操作相似。因此，在此省略描述。
[0128]在時(shí)間t0，假設(shè)放大器20-n的輸出VpixO為零。在時(shí)間t0，開(kāi)關(guān)Srst、S8和S9閉合。結(jié)果，重置電容器C5和C6中所保存的信號(hào)。
[0129]在時(shí)間tl，開(kāi)關(guān)Srst打開(kāi)，此后，開(kāi)關(guān)S8打開(kāi)。結(jié)果，僅具有開(kāi)關(guān)S9和C6的路徑在差分放大器107的反饋路徑當(dāng)中變?yōu)橛行У摹Ｒ虼?，增益施加單元GA施加到模擬信號(hào)的增益是由輸入電容器Cin與電容器C6之間的電容比率確定的。輸入電容器Cin的電容和C6的電容被設(shè)置為:在此實(shí)現(xiàn)I或更小的增益。
[0130]于在時(shí)間t2開(kāi)始的N轉(zhuǎn)換時(shí)段中，通過(guò)對(duì)放大器20-n重置而輸出的基準(zhǔn)信號(hào)從模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字。
[0131]在N轉(zhuǎn)換時(shí)段中的操作結(jié)束之后并且在確定時(shí)段開(kāi)始之前，放大器20-n的輸出VpixO改變并且到時(shí)間t3為止變?yōu)殪o定?；鶞?zhǔn)信號(hào)Vramp的值也到時(shí)間t3為止變?yōu)殪o定到閾值Vr。
[0132]在時(shí)間t3開(kāi)始的確定時(shí)段中，比較器101對(duì)增益施加單元GA的輸出Vpix與閾值Vr進(jìn)行比較。在增益施加單元GA的輸出Vpix大于閾值Vr的情況下，開(kāi)關(guān)S8如虛線(xiàn)所示閉合，并且此外開(kāi)關(guān)S9打開(kāi)。結(jié)果，僅具有開(kāi)關(guān)S8和電容器C5的路徑在差分放大器107的反饋路徑當(dāng)中變?yōu)橛行У?。由于電容器C5的電容大于電容器C6的電容，因此差分放大器107的增益變得更小。與之對(duì)照，在增益施加單元GA的輸出Vpix小于閾值Vr的情況下，開(kāi)關(guān)S9保持閉合，如實(shí)線(xiàn)所示。
[0133]如上所述，在通過(guò)在確定時(shí)段中執(zhí)行處理來(lái)設(shè)置差分放大器107的增益之后，從時(shí)間t4起執(zhí)行S轉(zhuǎn)換時(shí)段中的操作。
[0134]根據(jù)第八實(shí)施例，第一放大信號(hào)和第二放大信號(hào)都以I或更小的增益受放大。因此，與日本專(zhuān)利公開(kāi)N0.2010-016416對(duì)照，無(wú)需加寬放大器下游所提供的電路的輸入動(dòng)態(tài)范圍。因此，可以防止放大器下游所提供的電路的配置為了加寬輸入動(dòng)態(tài)范圍而復(fù)雜。[0135]第九實(shí)施例
[0136]第八實(shí)施例中所示的列比較單元30-n使用單個(gè)增益可變放大器來(lái)生成第一放大信號(hào)和第二放大信號(hào)。然而，可以使用兩個(gè)放大器來(lái)生成第一放大信號(hào)和第二放大信號(hào)。
[0137]圖18所示的根據(jù)第九實(shí)施例的列比較單元30-n與第八實(shí)施例所示的列比較單元30-n的不同在于，包括施加彼此不同的增益的放大器。
[0138]除了開(kāi)關(guān)Srst在從時(shí)間t0到時(shí)間tl的時(shí)段中閉合并且電容器C5和C6重置之夕卜，根據(jù)第九實(shí)施例的操作可以與圖6所示的操作相同。在此，假設(shè)其中電容器C6充當(dāng)反饋電容器的放大器的增益是I或更小，并且大于其中電容器C5充當(dāng)反饋電容器的放大器的增益。
[0139]根據(jù)第九實(shí)施例，第一放大信號(hào)和第二放大信號(hào)都以I或更小的增益被放大。因此，與日本專(zhuān)利公開(kāi)N0.2010-016416對(duì)照，無(wú)需加寬放大器下游所提供的電路的輸入動(dòng)態(tài)范圍。因此，可以防止放大器下游所提供的電路的配置為了加寬輸入動(dòng)態(tài)范圍而復(fù)雜。
[0140]在圖18所示的配置中，提供兩個(gè)放大器；然而，可以通過(guò)例如圖7所示的其中僅由無(wú)源元件構(gòu)成有助于將增益施加到模擬信號(hào)的部分的衰減器來(lái)代替這兩個(gè)放大器之一。
[0141]第十實(shí)施例
[0142]在上述實(shí)施例中，確定電路102在從比較器101接收到輸出Vout時(shí)控制開(kāi)關(guān)。在第十實(shí)施例中，將描述這樣的配置:確定電路102在接收到與比較器101不同的比較器108的輸出時(shí)控制開(kāi)關(guān)。
[0143]圖19示出根據(jù)第十實(shí)施例的列比較單元30-n的配置。第十實(shí)施例中的增益施加單元GA具有與圖2所示的列比較單元30-n的增益施加單元GA相同的配置。在第十實(shí)施例中，圖19所示的列比較單元30-n與圖2所示的列比較單元30-n的不同在于，比較器108和確定電路102與增益施加單元GA并行地提供。換句話(huà)說(shuō)，第十實(shí)施例與上述實(shí)施例之間的差異在于，在上述實(shí)施例中增益施加單元GA的輸出與閾值進(jìn)行比較，而在第十實(shí)施例中增益施加單元GA的輸入與閾值進(jìn)行比較。閾值Vr或地電勢(shì)經(jīng)由開(kāi)關(guān)Sr有選擇地施加到比較器108的輸入節(jié)點(diǎn)之一。
[0144]將參照?qǐng)D20進(jìn)一步描述根據(jù)第十實(shí)施例的操作。像素11與放大器20-n之間所執(zhí)行的操作與其它實(shí)施例中所執(zhí)行的操作相似。因此，在此省略描述。
[0145]假設(shè)放大器20-n的輸出Vpix在時(shí)間t0為零。此外，開(kāi)關(guān)Sr在時(shí)間t0連接到用于地電勢(shì)的端子，并且開(kāi)關(guān)S2閉合。開(kāi)關(guān)SI從時(shí)間t0臨時(shí)閉合，此后，開(kāi)關(guān)SI再次打開(kāi)。在此狀態(tài)下，在N轉(zhuǎn)換時(shí)段開(kāi)始的時(shí)間tl之前，重置單元(未示出)重置比較器108的輸入節(jié)點(diǎn)。
[0146]在N轉(zhuǎn)換時(shí)段中，通過(guò)重置放大器20-n所輸出的基準(zhǔn)信號(hào)從模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字。
[0147]在N轉(zhuǎn)換時(shí)段中的操作結(jié)束之后并且在確定時(shí)段開(kāi)始之前，放大器20-n的輸出Vpix改變并且到時(shí)間t2為止變?yōu)殪o定?；鶞?zhǔn)信號(hào)Vramp的值也到時(shí)間t2為止變?yōu)殪o定到閾值Vr。
[0148]在時(shí)間t2開(kāi)始的確定時(shí)段中，開(kāi)關(guān)Sr首先連接到用于閾值Vr的端子。在此，比較器108對(duì)放大器20-n的輸出Vpix與閾值Vr進(jìn)行比較。
[0149]在放大器20-n的輸出Vpix大于閾值Vr的情況下，開(kāi)關(guān)SI如虛線(xiàn)所示閉合，此外，開(kāi)關(guān)S2打開(kāi)。結(jié)果，放大器20-n的輸出Vpix乘以由衰減器103導(dǎo)致的小于I的增益，作為第二放大信號(hào)的所得信號(hào)被提供給比較器101。與之對(duì)照，在放大器20-n的輸出Vpix小于閾值Vr的情況下，開(kāi)關(guān)S2保持閉合，如實(shí)線(xiàn)所示。
[0150]如上所述，在通過(guò)在確定時(shí)段中執(zhí)行處理來(lái)設(shè)置增益施加單元GA的增益之后，從時(shí)間t4執(zhí)行S轉(zhuǎn)換時(shí)段中的操作。
[0151]根據(jù)第十實(shí)施例，第一放大信號(hào)和第二放大信號(hào)都以I或更小的增益受放大。因此，與日本專(zhuān)利公開(kāi)N0.2010-016416對(duì)照，無(wú)需加寬放大器下游所提供的電路的輸入動(dòng)態(tài)范圍。因此，可以防止放大器下游所提供的電路的配置為了加寬輸入動(dòng)態(tài)范圍而復(fù)雜。
[0152]第H^一實(shí)施例
[0153]將使用圖21來(lái)描述根據(jù)第十一實(shí)施例的圖像拾取系統(tǒng)。
[0154]圖像拾取系統(tǒng)1000包括例如光學(xué)單元1010、光電轉(zhuǎn)換設(shè)備1001、視頻信號(hào)處理電路單元1030、記錄和通信單元1040、定時(shí)控制電路單元1050、系統(tǒng)控制電路單元1060以及回放和顯示單元1070。圖像拾取系統(tǒng)1000可以至少在相加模式以及非相加模式之一下操作，并且可以設(shè)置各模式之一。
[0155]作為光電轉(zhuǎn)換設(shè)備1001，可以使用上述實(shí)施例中所描述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備100中的任一個(gè)。
[0156]作為光學(xué)系統(tǒng)(如透鏡)的光學(xué)單元1010在其中二維地布置多個(gè)像素的像素陣列上通過(guò)物體所反射的光來(lái)形成物體的圖像。光電轉(zhuǎn)換設(shè)備1001在響應(yīng)于從定時(shí)控制電路單元1050提供的信 號(hào)的定時(shí)、基于在像素陣列上已形成的物體的圖像所用的光來(lái)輸出信號(hào)?？梢允÷怨怆娹D(zhuǎn)換設(shè)備1001包括的定時(shí)生成電路13，定時(shí)控制電路單元1050可以被配置為生成光電轉(zhuǎn)換設(shè)備1001需要操作的信號(hào)。
[0157]從光電轉(zhuǎn)換設(shè)備1001輸出的信號(hào)輸入到作為視頻信號(hào)處理單元的視頻信號(hào)處理電路單元1030。視頻信號(hào)處理電路單元1030通過(guò)程序等所確定的方法來(lái)對(duì)輸入電信號(hào)執(zhí)行處理(如校正)。通過(guò)在視頻信號(hào)處理電路單元1030中執(zhí)行處理所獲得的信號(hào)被發(fā)送到記錄和通信單元1040作為圖像數(shù)據(jù)。記錄和通信單元1040把用于形成圖像的信號(hào)發(fā)送到回放和顯示單元1070，并且使得回放和顯示單元1070回放或顯示運(yùn)動(dòng)圖像或靜止圖像。此外，記錄和通信單元1040在從視頻信號(hào)處理電路單元1030接收到信號(hào)時(shí)執(zhí)行與系統(tǒng)控制電路單元1060的通信，并且進(jìn)一步記錄用于在記錄介質(zhì)(未示出)上形成圖像的信號(hào)。
[0158]系統(tǒng)控制電路單元1060對(duì)圖像拾取系統(tǒng)1000的操作執(zhí)行中央控制。系統(tǒng)控制電路單元1060控制光學(xué)單元1010、定時(shí)控制電路單元1050、記錄和通信單元1040、以及回放和顯示單元1070的驅(qū)動(dòng)。此外，系統(tǒng)控制電路單元1060包括存儲(chǔ)器件(未示出，其示例是記錄介質(zhì))，用來(lái)控制圖像拾取系統(tǒng)1000的操作所需的程序等被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器件中。此外，響應(yīng)于作為示例的用戶(hù)操作，系統(tǒng)控制電路單元1060提供用于在圖像拾取系統(tǒng)1000內(nèi)設(shè)置操作模式之一的信號(hào)。具體示例包括:改變待讀取的線(xiàn)路或待重置的線(xiàn)路，由于數(shù)字變焦而改變視角，以及由于電子防抖而偏移視角。
[0159]定時(shí)控制電路單元1050基于作為控制單元的系統(tǒng)控制電路單元1060所執(zhí)行的控制來(lái)控制光電轉(zhuǎn)換設(shè)備1001的驅(qū)動(dòng)定時(shí)以及視頻信號(hào)處理電路單元1030的驅(qū)動(dòng)定時(shí)。
[0160]其它實(shí)施例
[0161]上述實(shí)施例是用于本公開(kāi)的示例?？梢栽诓幻撾x本公開(kāi)的技術(shù)構(gòu)思的情況下進(jìn)行各種改變，或可以組合來(lái)自多個(gè)實(shí)施例的要素。例如，可以省略圖1所示的放大部分20，或可以在列比較單元30-n中省略輸入電容器Cramp和Cl。
[0162]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，可以防止電路的配置復(fù)雜。
[0163]雖然已經(jīng)參照實(shí)施例描述了本公開(kāi)，但應(yīng)理解，本公開(kāi)不限于公開(kāi)的實(shí)施例。所附權(quán)利要求的范圍將要被賦予最寬泛的解釋?zhuān)员惆ㄋ羞@些修改以及等同配置和功能。
【權(quán)利要求】
1.一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，包括: 多個(gè)模擬信號(hào)輸出單元，包括多個(gè)像素，所述多個(gè)模擬信號(hào)輸出單元中的每一個(gè)被配置為基于所述多個(gè)像素中的一個(gè)像素而輸出模擬信號(hào)；以及多個(gè)信號(hào)處理單元； 所述多個(gè)信號(hào)處理單兀中的每一個(gè)與所述多個(gè)模擬信號(hào)輸出單兀中的一個(gè)相對(duì)應(yīng)地被提供，并且包括增益施加單元和AD轉(zhuǎn)換單元，所述增益施加單元被配置為將增益施加到模擬信號(hào)， 所述增益施加單元被配置為有選擇地輸出第一放大信號(hào)或第二放大信號(hào)，所述第一放大信號(hào)是通過(guò)將I或更小的第一增益施加到所述模擬信號(hào)而獲得的信號(hào)，所述第二放大信號(hào)是通過(guò)將小于所述第一增益的第二增益施加到所述模擬信號(hào)所獲得的，以及 所述AD轉(zhuǎn)換單元被配置為將從所述增益施加單元輸出的所述第一放大信號(hào)或所述第二放大信號(hào)從模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字。
2.如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中，所述信號(hào)處理單元中的一個(gè)包括確定單元， 所述確定單元基于通過(guò)對(duì)所述第一放大信號(hào)與閾值進(jìn)行比較所獲得的結(jié)果來(lái)將所述第一放大信號(hào)或第二放大信號(hào)提供給所述AD轉(zhuǎn)換單元。
3.如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中，所述第一增益是I。
4.如權(quán)利要求3所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中，所述增益施加單元包括被配置為使所述模擬信號(hào)衰減的衰減器，以及 所述第二放大信號(hào)是通過(guò)所述衰減器生成的。
5.如權(quán)利要求4所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中，所述衰減器包括第一電容器元件和第二電容器元件，以及 所述第一電容器元件的節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到所述多個(gè)模擬信號(hào)輸出單元中的對(duì)應(yīng)一個(gè)模擬信號(hào)輸出單元，而另一節(jié)點(diǎn)連接到所述第二電容器元件的節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)和所述AD轉(zhuǎn)換單元。
6.如權(quán)利要求5所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中，所述衰減器包括切換單元，所述切換單元被配置為在所述第二電容器元件的節(jié)點(diǎn)中的該一個(gè)節(jié)點(diǎn)和所述第一電容器元件之間的連接與斷連之間進(jìn)行切換。
7.如權(quán)利要求4所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中，所述AD轉(zhuǎn)換單元包括比較器， 所述比較器包括第一輸入晶體管、第二輸入晶體管和第三輸入晶體管， 所述第一輸入晶體管和第二輸入晶體管構(gòu)成差分對(duì)，所述第三輸入晶體管和第二輸入晶體管構(gòu)成差分對(duì)， 所述衰減器連接到所述第一輸入晶體管，以及 所述多個(gè)模擬信號(hào)輸出單元中的對(duì)應(yīng)一個(gè)模擬信號(hào)輸出單元連接到所述第三輸入晶體管。
8.如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中，所述增益施加單元包括增益可變的放大器，以及 所述第一放大信號(hào)和第二放大信號(hào)是通過(guò)所述增益可變的放大器生成的。
9.如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中，無(wú)源元件構(gòu)成在所述增益施加單元中有助于將增益施加到所述模擬信號(hào)的部分。
10.如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中，所述模擬信號(hào)輸出單元包括放大器，所述放大器連接到所述多個(gè)模擬信號(hào)輸出單元中的對(duì)應(yīng)一個(gè)模擬信號(hào)輸出單元中所包括的多個(gè)像素。
11.一種圖像拾取系統(tǒng)，包括: 如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備； 光學(xué)系統(tǒng)，被配置為在所述多 個(gè)像素上形成圖像；以及 視頻信號(hào)處理單元，被配置為通過(guò)對(duì)從所述光電轉(zhuǎn)換設(shè)備輸出的信號(hào)執(zhí)行處理來(lái)生成圖像數(shù)據(jù)。
12.一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法，所述光電轉(zhuǎn)換設(shè)備包括多個(gè)模擬信號(hào)輸出單元，所述多個(gè)模擬信號(hào)輸出單元包括多個(gè)像素，所述多個(gè)模擬信號(hào)輸出單元中的每一個(gè)被配置為基于所述多個(gè)像素中的一個(gè)像素而輸出模擬信號(hào)，所述驅(qū)動(dòng)方法包括: 通過(guò)將I或更小的第一增益施加到模擬信號(hào)來(lái)生成第一放大信號(hào)； 在所述第一放大信號(hào)的值小于閾值的情況下將所述第一放大信號(hào)從模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字；以及 在所述第一放大信號(hào)的值大于所述閾值的情況下，把通過(guò)將小于所述第一增益的第二增益施加到所述模擬信號(hào)所獲得的第二放大信號(hào)從模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字。
【文檔編號(hào)】H04N5/335GK103916608SQ201310741331
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月28日
【發(fā)明者】武藤隆, 鈴木建, 松野靖司 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社