本發(fā)明涉及成像設(shè)備、驅(qū)動(dòng)方法和電子裝置，并且更具體地，涉及能夠更快速地獲取高質(zhì)量圖像的成像設(shè)備、驅(qū)動(dòng)方法和電子裝置。

背景技術(shù)：

通常，已知固態(tài)成像設(shè)備通過(guò)下述操作來(lái)獲取圖像：接收從對(duì)象入射到每個(gè)像素的光，對(duì)接收到的光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換，并且從每個(gè)像素中讀取作為光電轉(zhuǎn)換的結(jié)果所獲取的電荷。

在使用這類(lèi)固態(tài)成像設(shè)備捕獲圖像的情形中，當(dāng)高亮度區(qū)域和低亮度區(qū)域一起存在于作為成像目標(biāo)的對(duì)象中時(shí)，存在下述這樣的情形：在所捕獲的圖像中發(fā)生所謂的曝光過(guò)度或曝光不足。

因此，已經(jīng)提出了一種技術(shù)，其中，第一電荷累積單元和第二電荷累積單元被布置在固態(tài)成像設(shè)備的像素內(nèi)，并且使得第二電荷累積單元用作電容器，該電容器接收無(wú)法在第一電荷累積單元中累積的電荷，換言之，溢出信號(hào)(例如，參見(jiàn)專(zhuān)利文件1)。

在這類(lèi)固態(tài)成像設(shè)備中，在低亮度時(shí)電荷僅被累積在第一電荷累積單元中，并且在高亮度時(shí)電荷被累積在第一電荷累積單元和第二電荷累積單元這二者中，從而實(shí)現(xiàn)圖像的動(dòng)態(tài)范圍的增加。換言之，曝光過(guò)度或曝光不足被抑制。

引用列表

專(zhuān)利文件

專(zhuān)利文件1：日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)no.2013-21533

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問(wèn)題

然而，根據(jù)上面所述的技術(shù)，盡管動(dòng)態(tài)范圍被保證，并且可以獲取高質(zhì)量圖像，但是針對(duì)高亮度的信號(hào)和針對(duì)低亮度的信號(hào)之一被選擇，并且因此，讀取由成像處理所獲取的信號(hào)要花費(fèi)時(shí)間。換言之，由于對(duì)復(fù)位電平的讀取和對(duì)信號(hào)電平的讀取中的每一者被執(zhí)行兩次，因此圖像無(wú)法被快速地獲取。

本發(fā)明鑒于這類(lèi)情況并且能夠?qū)崿F(xiàn)更快速地獲取高質(zhì)量圖像。

問(wèn)題的解決方案

本發(fā)明的第一方面的成像設(shè)備包括：光電轉(zhuǎn)換單元，該光電轉(zhuǎn)換單元對(duì)入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換；電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元，該電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元利用預(yù)定轉(zhuǎn)換效率將通過(guò)光電轉(zhuǎn)換所獲取的電荷的一部分或全部轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；以及信號(hào)比較單元，該信號(hào)比較單元對(duì)電壓信號(hào)與具有預(yù)定電壓的參考信號(hào)進(jìn)行比較，其中，轉(zhuǎn)換效率根據(jù)由信號(hào)比較單元所執(zhí)行的比較的結(jié)果被改變。

可以配置為使得成像設(shè)備包括多個(gè)像素，并且每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換單元和電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元。

成像設(shè)備還可以包括存儲(chǔ)單元，該存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)基于比較的結(jié)果所確定的控制信號(hào)，并且基于所存儲(chǔ)的控制信號(hào)來(lái)改變轉(zhuǎn)換效率。

可以配置為使得成像設(shè)備還包括電容器，該電容器對(duì)光電轉(zhuǎn)換單元中溢出的電荷進(jìn)行累積，并且存儲(chǔ)單元基于控制信號(hào)通過(guò)將電容器連接到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元來(lái)改變轉(zhuǎn)換效率。

可以配置為使得信號(hào)比較單元在光電轉(zhuǎn)換單元的曝光之后，在從光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)移的電荷被累積在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元中的狀態(tài)下，對(duì)電壓信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較，并且存儲(chǔ)單元在曝光之后，在與電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元中累積的電荷相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)作為信號(hào)電平被獲取之前改變轉(zhuǎn)換效率。

可以配置為使得還包括接納單元，該接納單元基于電壓信號(hào)和斜坡形狀的參考信號(hào)之間的比較的結(jié)果來(lái)獲取信號(hào)電平的數(shù)字值，并且信號(hào)比較單元在轉(zhuǎn)換效率被改變之后，在從光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)移的電荷被累積在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元中的狀態(tài)下，對(duì)電壓信號(hào)與斜坡形狀的參考信號(hào)進(jìn)行比較。

接納單元可以基于比較的結(jié)果通過(guò)接納從外部供應(yīng)的計(jì)數(shù)信號(hào)來(lái)獲取信號(hào)電平的數(shù)字值。

可以配置為使得信號(hào)比較單元，在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元被復(fù)位到預(yù)定電壓的復(fù)位狀態(tài)下，對(duì)電壓信號(hào)與斜坡形狀的參考信號(hào)進(jìn)行比較，并且接納單元還基于復(fù)位狀態(tài)下的比較的結(jié)果來(lái)獲取復(fù)位電平的數(shù)字值。

可以配置為使得接納單元輸出針對(duì)多個(gè)互不相同的轉(zhuǎn)換效率所獲取的復(fù)位電平的數(shù)字值和信號(hào)電平的數(shù)字值，并且存儲(chǔ)單元輸出表示根據(jù)控制信號(hào)確定的變化之后的轉(zhuǎn)換效率的確定信號(hào)。

可以配置為使得成像設(shè)備包括多個(gè)像素，并且每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換單元、電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元、以及信號(hào)比較單元。

可以配置為使得成像設(shè)備包括多個(gè)像素，并且每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換單元、電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元、信號(hào)比較單元、以及存儲(chǔ)單元。

可以配置為使得成像設(shè)備包括多個(gè)像素，并且每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換單元、電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元、信號(hào)比較單元、以及存儲(chǔ)單元，輸出處于從光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)移的電荷被累積在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元中的狀態(tài)的電壓信號(hào)的模擬值，并且輸出針對(duì)多個(gè)互不相同的轉(zhuǎn)換效率中的每個(gè)轉(zhuǎn)換效率所獲取的處于電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元被復(fù)位到預(yù)定電壓的復(fù)位狀態(tài)的電壓信號(hào)的模擬值，并且存儲(chǔ)單元輸出表示根據(jù)控制信號(hào)確定的變化之后的轉(zhuǎn)換效率的確定信號(hào)。

在成像設(shè)備中，將從光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)移的電荷保持到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元的電荷保持單元還可以被包括在光電轉(zhuǎn)換單元和電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元之間，

可以配置為使得信號(hào)比較單元緊隨在將電荷從光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)移到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元之后對(duì)電壓信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較，并且存儲(chǔ)單元在將電荷轉(zhuǎn)移到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元之后，在與電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元中累積的電荷相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)作為信號(hào)電平被獲取之前改變轉(zhuǎn)換效率。

存儲(chǔ)單元可以基于控制信號(hào)通過(guò)將電容器連接到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元來(lái)改變轉(zhuǎn)換效率。

信號(hào)比較單元和存儲(chǔ)單元可以被布置在成像設(shè)備的像素外部。

成像設(shè)備還可以包括像素信號(hào)計(jì)算單元，該像素信號(hào)計(jì)算單元在轉(zhuǎn)換效率被改變之后，通過(guò)基于在從光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)移的電荷被累積在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元中的狀態(tài)下對(duì)電壓信號(hào)與斜坡形狀的參考信號(hào)進(jìn)行比較所獲取的比較的結(jié)果獲取信號(hào)電平、以及在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元被復(fù)位到預(yù)定電壓的復(fù)位狀態(tài)下對(duì)電壓信號(hào)與斜坡形狀的參考信號(hào)進(jìn)行比較所獲取的比較的結(jié)果來(lái)獲取復(fù)位電平來(lái)計(jì)算由信號(hào)電平和復(fù)位電平所形成的像素信號(hào)。

像素信號(hào)計(jì)算單元可以通過(guò)使用根據(jù)控制信號(hào)在針對(duì)多個(gè)互不相同的轉(zhuǎn)換效率所獲取的復(fù)位電平中指定的復(fù)位電平和信號(hào)電平來(lái)計(jì)算像素信號(hào)。

本發(fā)明的第一方面的驅(qū)動(dòng)方法是一種驅(qū)動(dòng)成像設(shè)備的方法，該成像設(shè)備包括：光電轉(zhuǎn)換單元，該光電轉(zhuǎn)換單元對(duì)入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換；電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元，該電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元利用預(yù)定轉(zhuǎn)換效率將通過(guò)光電轉(zhuǎn)換所獲取的電荷的一部分或全部轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；以及信號(hào)比較單元，該信號(hào)比較單元對(duì)電壓信號(hào)與具有預(yù)定電壓的參考信號(hào)進(jìn)行比較，該方法包括：通過(guò)使用電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元來(lái)將從光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)移的電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；通過(guò)使用信號(hào)比較單元來(lái)對(duì)電壓信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較；以及根據(jù)使用信號(hào)比較單元的比較的結(jié)果來(lái)改變轉(zhuǎn)換效率。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，在成像設(shè)備中，該成像設(shè)備包括：光電轉(zhuǎn)換單元，該光電轉(zhuǎn)換單元對(duì)入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換；電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元，該電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元利用預(yù)定轉(zhuǎn)換效率將通過(guò)光電轉(zhuǎn)換所獲取的電荷的一部分或全部轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；以及信號(hào)比較單元，該信號(hào)比較單元對(duì)電壓信號(hào)與具有預(yù)定電壓的參考信號(hào)進(jìn)行比較，從光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)移的電荷由電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，電壓信號(hào)與參考信號(hào)被互相比較，并且轉(zhuǎn)換效率根據(jù)比較的結(jié)果被改變。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面的電子裝置包括：光電轉(zhuǎn)換單元，該光電轉(zhuǎn)換單元對(duì)入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換；電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元，該電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元利用預(yù)定轉(zhuǎn)換效率將通過(guò)光電轉(zhuǎn)換所獲取的電荷的一部分或全部轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；以及信號(hào)比較單元，該信號(hào)比較單元對(duì)電壓信號(hào)與具有預(yù)定電壓的參考信號(hào)進(jìn)行比較，其中，轉(zhuǎn)換效率根據(jù)由信號(hào)比較單元所執(zhí)行的比較的結(jié)果被改變。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，在電子裝置中，該電子裝置包括：光電轉(zhuǎn)換單元，該光電轉(zhuǎn)換單元對(duì)入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換；電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元，該電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元利用預(yù)定轉(zhuǎn)換效率將通過(guò)光電轉(zhuǎn)換所獲取的電荷的一部分或全部轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；以及信號(hào)比較單元，該信號(hào)比較單元對(duì)電壓信號(hào)與具有預(yù)定電壓的參考信號(hào)進(jìn)行比較，轉(zhuǎn)換效率根據(jù)由信號(hào)比較單元所執(zhí)行的比較的結(jié)果被改變。

本發(fā)明的有益效果如下：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面和第二方面，可以更快速地獲取高質(zhì)量圖像。

注意，有益效果不一定限于本文所描述的效果，而是可以是本公開(kāi)中所描述的任意效果。

附圖說(shuō)明

圖1是示出了固態(tài)成像設(shè)備的配置的示例的圖示。

圖2是示出了固態(tài)成像設(shè)備的像素的配置的示例的圖示。

圖3是示出了固態(tài)成像設(shè)備的像素的配置的示例的圖示。

圖4是示出了固態(tài)成像設(shè)備的配置的示例的圖示。

圖5是示出了固態(tài)成像設(shè)備的像素的配置的示例的圖示。

圖6是示出了成像處理的時(shí)序圖。

圖7是示出了固態(tài)成像設(shè)備的像素的配置的示例的圖示。

圖8是示出了固態(tài)成像設(shè)備的配置的示例的圖示。

圖9是示出了固態(tài)成像設(shè)備的像素的配置的示例的圖示。

圖10是示出了固態(tài)成像設(shè)備的配置的示例的圖示。

圖11是示出了固態(tài)成像設(shè)備的配置的示例的圖示。

圖12是示出了固態(tài)成像設(shè)備的配置的示例的圖示。

圖13是示出了成像處理的時(shí)序圖。

圖14是示出了成像裝置的配置的示例的圖示。

具體實(shí)施方式

在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。

<本發(fā)明的概覽>

<實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的電路的配置的示例>

本發(fā)明涉及固態(tài)成像設(shè)備，例如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)圖像傳感器，例如包括被形成在芯片(半導(dǎo)體基板)上的像素陣列單元和被集成在芯片上的外圍電路。在下文中，由固態(tài)成像設(shè)備所捕獲的圖像將被稱(chēng)為捕獲圖像。

在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像設(shè)備的像素陣列單元中，單元像素(在下文中，簡(jiǎn)稱(chēng)為像素)在行方向(水平方向)和列方向(垂直方面)被安排，換言之，單元像素按矩陣模式被二維地安排，其中每個(gè)像素包括對(duì)來(lái)自對(duì)象的入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換單元。此外，在固態(tài)成像設(shè)備中，還布置有電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元，該電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元將由光電轉(zhuǎn)換單元所獲取的電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并且在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元中，將電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的效率在多個(gè)階段中被改變。

例如，在高亮度區(qū)域和低亮度區(qū)域一起存在于作為成像目標(biāo)的對(duì)象的情形中，當(dāng)電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元針對(duì)所有像素的轉(zhuǎn)換效率被設(shè)置為適用于高亮度的轉(zhuǎn)換效率時(shí)，低亮度區(qū)域曝光不足。相反，當(dāng)電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元針對(duì)所有像素的轉(zhuǎn)換效率被設(shè)置為適用于低亮度的轉(zhuǎn)換效率時(shí)，高亮度區(qū)域曝光過(guò)度。

因此，在本發(fā)明中，通過(guò)根據(jù)由光電轉(zhuǎn)換單元針對(duì)每個(gè)像素所獲取的電荷量(換言之，信號(hào)量)來(lái)適應(yīng)性地改變電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元的轉(zhuǎn)換效率，高質(zhì)量圖像可以更快速地被獲取。換言之，通過(guò)將轉(zhuǎn)換效率設(shè)置為針對(duì)每個(gè)像素是可改變的，曝光不足或曝光過(guò)度的發(fā)生可以被抑制。此外，通過(guò)根據(jù)信號(hào)量來(lái)適應(yīng)性地改變電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元的轉(zhuǎn)換效率，讀取電壓信號(hào)的次數(shù)被減少，從而捕獲圖像可以更快速地被獲取。

本發(fā)明由例如圖1中所示的電路配置實(shí)現(xiàn)。

圖1示出了對(duì)根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像設(shè)備11的一部分進(jìn)行配置的電路，并且在該示例中，在固態(tài)成像設(shè)備11中，光電轉(zhuǎn)換單元21、傳輸單元22、電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23、信號(hào)比較器24、以及存儲(chǔ)單元25被布置。

上面所述的光電轉(zhuǎn)換單元21至存儲(chǔ)單元25被布置在與配置固態(tài)成像設(shè)備11的芯片相同的芯片上或被布置在多個(gè)堆疊芯片上。此外，例如，光電轉(zhuǎn)換單元21至電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23被布置在固態(tài)成像設(shè)備11中所布置的多個(gè)像素中的每個(gè)像素中。此外，信號(hào)比較器24和存儲(chǔ)單元25可以被布置在每個(gè)像素中或可以被布置為對(duì)數(shù)個(gè)像素(換言之，數(shù)個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元21)共有。

光電轉(zhuǎn)換單元21例如是由光電二極管等形成的，并且根據(jù)入射光的量(換言之，通過(guò)對(duì)從成像目標(biāo)入射的光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換而接收到的光的量)生成電荷。傳輸單元22將由光電轉(zhuǎn)換單元21所獲取的電荷發(fā)送到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23。在此，可以布置兩個(gè)或更多個(gè)傳輸單元22。

電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23對(duì)通過(guò)傳輸單元22從光電轉(zhuǎn)換單元21供應(yīng)的電荷進(jìn)行累積，利用預(yù)定轉(zhuǎn)換效率將所累積的電荷的一部分或全部轉(zhuǎn)換為表示信號(hào)量的電壓信號(hào)，并且將經(jīng)轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)供應(yīng)給信號(hào)比較器24。電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23具有下述配置：其中，可以在兩個(gè)或更多個(gè)步驟中執(zhí)行對(duì)轉(zhuǎn)換效率的切換。

信號(hào)比較器24將從外部供應(yīng)的參考信號(hào)與從電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23供應(yīng)的電壓信號(hào)進(jìn)行比較，并且輸出比較的結(jié)果。

在固態(tài)成像設(shè)備11中，基于從信號(hào)比較器24輸出的比較的結(jié)果或從電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23輸出的電壓信號(hào)，表示由每個(gè)像素所獲取的信號(hào)量的像素信號(hào)(像素值)被生成，并且由像素的像素信號(hào)所形成的捕獲圖像的圖像信號(hào)被獲取。

此外，由信號(hào)比較器24所獲取的比較的結(jié)果還被供應(yīng)給存儲(chǔ)單元25。存儲(chǔ)單元25是由n位存儲(chǔ)器等形成的，并且對(duì)從信號(hào)比較器24供應(yīng)的比較的結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)，并且更具體地，對(duì)用于根據(jù)比較的結(jié)果切換轉(zhuǎn)換效率的控制信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。此外，通過(guò)向電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23供應(yīng)所存儲(chǔ)的控制信號(hào)，存儲(chǔ)單元25改變電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23的轉(zhuǎn)換效率。換言之，使用控制信號(hào)來(lái)控制電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23的轉(zhuǎn)換效率中的變化。

按這種方式，在固態(tài)成像設(shè)備11中，電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23的轉(zhuǎn)換效率基于從電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23輸出的表示信號(hào)量的電壓信號(hào)是高于參考信號(hào)還是低于參考信號(hào)來(lái)進(jìn)行適應(yīng)性改變。

<第一實(shí)施例>

<像素的配置的示例>

接下來(lái)，將描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備。

在根據(jù)該實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備中，例如，如圖2中所示，上面所述的光電轉(zhuǎn)換單元21至存儲(chǔ)單元25被布置用于每個(gè)像素。注意，在圖2中，相同的參考數(shù)字被分配給與圖1中所示情形的部分相對(duì)應(yīng)的部分，并且在適當(dāng)?shù)那闆r下將不呈現(xiàn)其中的描述。

圖2是示出被布置在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像設(shè)備51的像素內(nèi)的電路的一部分的圖示。在該示例中，被布置在固態(tài)成像設(shè)備51內(nèi)的像素61包括光電轉(zhuǎn)換單元21、傳輸單元22、電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23、信號(hào)比較器24、以及存儲(chǔ)單元25。這類(lèi)設(shè)備的連接關(guān)系和操作如圖1中所示的示例中所示。此外，在該示例中，僅示出了光電轉(zhuǎn)換單元21至存儲(chǔ)單元25，其它電路等被包括在像素61內(nèi)。此外在該示例中，可以布置多個(gè)傳輸單元22。

在固態(tài)成像設(shè)備51的像素陣列單元中，以矩陣模式安排多個(gè)像素61。

<第一實(shí)施例的經(jīng)修改的示例1>

<像素的配置的示例>

此外，可以使用圖2中所示出的像素61中布置的信號(hào)比較器24來(lái)執(zhí)行對(duì)電壓信號(hào)的模擬-數(shù)字(ad)轉(zhuǎn)換。在這類(lèi)情形中，在信號(hào)比較器24的輸出側(cè)，還布置有例如用于鎖存在外部被計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)信號(hào)的機(jī)制、遞增-遞減計(jì)數(shù)器等，并且電壓值關(guān)于時(shí)間以斜坡形狀改變的信號(hào)作為參考信號(hào)在執(zhí)行ad轉(zhuǎn)換時(shí)被供應(yīng)給信號(hào)比較器24。

例如，諸如存儲(chǔ)器之類(lèi)的存儲(chǔ)單元被布置在信號(hào)比較器24的輸出側(cè)，在通過(guò)鎖存從外部計(jì)數(shù)器被發(fā)送到每個(gè)像素61的計(jì)數(shù)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)ad轉(zhuǎn)換的情形中，像素61具有圖3中所示的配置。注意，在圖3中，相同的參考數(shù)字被分配給與圖2中所示情形的部分相對(duì)應(yīng)的部分，并且在適當(dāng)?shù)那闆r下將不呈現(xiàn)其中的描述。

在圖3中所示的示例中，在固態(tài)成像設(shè)備51的像素61中，除光電轉(zhuǎn)換單元21至存儲(chǔ)單元25外，還布置有存儲(chǔ)單元91。

存儲(chǔ)單元91例如是由m位存儲(chǔ)器等形成的并且被連接到信號(hào)比較器24的輸出側(cè)端子和輸出信號(hào)線92。存儲(chǔ)單元91基于從信號(hào)比較器24供應(yīng)的比較的結(jié)果，鎖存(接納)通過(guò)輸出信號(hào)線92從外部供應(yīng)的計(jì)數(shù)信號(hào)。在此時(shí)，臨時(shí)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元91中的計(jì)數(shù)信號(hào)(換言之，經(jīng)鎖存的計(jì)數(shù)信號(hào))具有通過(guò)對(duì)表示電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23的信號(hào)量的電壓信號(hào)執(zhí)行ad轉(zhuǎn)換所獲取的值。

當(dāng)根據(jù)用于選擇由在行方向?qū)?zhǔn)的多個(gè)像素61所形成的像素行的控制信號(hào)word來(lái)選擇其中布置有存儲(chǔ)單元91的像素61時(shí)，存儲(chǔ)單元91將所存儲(chǔ)的(所保持的)值作為輸出電壓信號(hào)輸出到輸出信號(hào)線92，輸出電壓信號(hào)是通過(guò)對(duì)從電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23輸出的電壓信號(hào)以及轉(zhuǎn)換效率切換的應(yīng)用信息的信號(hào)執(zhí)行ad轉(zhuǎn)換所獲取的。

<成像設(shè)備的配置的示例>

隨后，將描述如參照?qǐng)D3所述的信號(hào)比較器24還被用于ad轉(zhuǎn)換的情形的固態(tài)成像設(shè)備51的更具體的實(shí)施例。

圖4是示出固態(tài)成像設(shè)備51的具體配置的示例的圖示。注意，在圖4中，相同的參考數(shù)字被分配給與圖3中所示情形的部分相對(duì)應(yīng)的部分，并且在適當(dāng)?shù)那闆r下將不呈現(xiàn)其中的描述。

在圖4中所示的固態(tài)成像設(shè)備51中，像素陣列單元121、計(jì)數(shù)器122、參考信號(hào)供應(yīng)單元123、垂直驅(qū)動(dòng)電路124、讀出電路125、信號(hào)處理單元126、以及輸入/輸出單元127被布置在一個(gè)芯片上。

在像素陣列單元121中，具有與圖3中所示的像素61的配置類(lèi)似的配置的多個(gè)像素131被安排。注意，在圖4中，盡管在像素陣列單元121中僅示出了一個(gè)像素131，但是實(shí)際上布置有多個(gè)像素131。

像素陣列單元121中所布置的每個(gè)像素131通過(guò)輸出信號(hào)線92被連接到計(jì)數(shù)器122和讀出電路125，并且例如，圖中在垂直方向(換言之，在列上(垂直方向))對(duì)準(zhǔn)的多個(gè)像素131被連接到一個(gè)輸出信號(hào)線92。

此外，圖中在水平方向(換言之，行方向(水平方向))對(duì)準(zhǔn)的多個(gè)像素131通過(guò)控制線(在水平方向是長(zhǎng)的)被連接到參考信號(hào)供應(yīng)單元123。此外，在行方向?qū)?zhǔn)的多個(gè)像素131還通過(guò)另一控制線(在水平方向是長(zhǎng)的)被連接到垂直驅(qū)動(dòng)電路124。

計(jì)數(shù)器122例如是由格雷碼計(jì)數(shù)器等形成的，并且通過(guò)輸出信號(hào)線92向像素131供應(yīng)計(jì)數(shù)信號(hào)(時(shí)鐘信號(hào))。參考信號(hào)供應(yīng)單元123通過(guò)控制信號(hào)向像素131供應(yīng)參考信號(hào)。

例如，當(dāng)將電壓信號(hào)與用于確定轉(zhuǎn)換效率的參考信號(hào)進(jìn)行比較時(shí)，參考信號(hào)供應(yīng)單元123向像素131供應(yīng)為恒定電壓(也稱(chēng)為確定電平)的參考信號(hào)。與此相比，當(dāng)ad轉(zhuǎn)換被執(zhí)行用于獲取像素信號(hào)時(shí)，參考信號(hào)供應(yīng)單元123將具有電壓關(guān)于時(shí)間線性減少的斜坡形狀的信號(hào)(在下文中，也簡(jiǎn)稱(chēng)為斜坡)作為參考信號(hào)供應(yīng)給像素131。

通過(guò)經(jīng)由控制線向像素131供應(yīng)控制信號(hào)word，垂直驅(qū)動(dòng)電路124以行為單位選擇像素131。讀出電路125通過(guò)輸出信號(hào)線92從像素131中讀取經(jīng)ad轉(zhuǎn)換的信號(hào)，并且向信號(hào)處理單元126供應(yīng)所讀取的信號(hào)。

信號(hào)處理單元126通過(guò)以從讀出電路125供應(yīng)的信號(hào)為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，來(lái)計(jì)算每個(gè)像素131的像素信號(hào)，從而獲取從每個(gè)像素131的獲取的像素信號(hào)形成的捕獲圖像的圖像信號(hào)。此外，針對(duì)所獲取的圖像信號(hào)，信號(hào)處理單元126執(zhí)行各種圖像處理，例如黑電平調(diào)整、馬賽克等，并且將產(chǎn)生的信號(hào)供應(yīng)給輸入/輸出單元127。

輸入/輸出單元127被連接到芯片外的后續(xù)階段的塊，并且向/從所連接的塊發(fā)送/接收信息。例如，輸入/輸出單元127向后續(xù)階段的塊輸出從信號(hào)處理單元126供應(yīng)的捕獲圖像的圖像信號(hào)。

在具有這類(lèi)配置的固態(tài)成像設(shè)備51中，例如，ad轉(zhuǎn)換被執(zhí)行用于復(fù)位電平，復(fù)位電平是在計(jì)算像素信號(hào)時(shí)用作參考的電平，并且在像素131接收到來(lái)自對(duì)象的光時(shí)所獲取的信號(hào)電平、以及經(jīng)轉(zhuǎn)換的電平被供應(yīng)給讀出電路125。

在此，復(fù)位電平是由處于復(fù)位狀態(tài)的電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元所獲取的電壓信號(hào)的電平(電壓)，在復(fù)位狀態(tài)下，電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元被復(fù)位(初始化)到預(yù)定電壓。此外，信號(hào)電平是由處于下述狀態(tài)的電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元所獲取的電壓信號(hào)的電平(電壓)：其中，由光電轉(zhuǎn)換單元所獲取的電荷的一部分或全部被累積在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元中。

在固態(tài)成像設(shè)備51中，在像素131內(nèi)，電壓信號(hào)作為復(fù)位電平被獲取，并且針對(duì)所獲取的電壓信號(hào)基于從參考信號(hào)供應(yīng)單元123供應(yīng)的參考信號(hào)和從計(jì)數(shù)器122供應(yīng)的計(jì)數(shù)信號(hào)執(zhí)行ad轉(zhuǎn)換。然后，當(dāng)使用控制信號(hào)word選擇像素131時(shí)，經(jīng)ad轉(zhuǎn)換的復(fù)位電平通過(guò)讀出電路125被供應(yīng)給信號(hào)處理單元126。

此外，在像素131中，在曝光像素131后，將根據(jù)像素131中累積的電荷的電壓信號(hào)與參考信號(hào)(確定電平)進(jìn)行比較，然后，在適應(yīng)性地改變轉(zhuǎn)換效率后，電壓信號(hào)作為信號(hào)電平被獲取。然后，針對(duì)所獲取的電壓信號(hào)基于從參考信號(hào)供應(yīng)單元123供應(yīng)的參考信號(hào)和從計(jì)數(shù)器122供應(yīng)的計(jì)數(shù)信號(hào)執(zhí)行ad轉(zhuǎn)換，并且當(dāng)使用控制信號(hào)word選擇像素131時(shí)，經(jīng)ad轉(zhuǎn)換的信號(hào)電平通過(guò)讀出電路125被供應(yīng)給信號(hào)處理單元126。

在信號(hào)處理單元126中，基于由讀出電路125所讀取的復(fù)位電平和信號(hào)電平來(lái)計(jì)算像素信號(hào)。

注意，在圖4中所示的固態(tài)成像設(shè)備51中，未示出各種各樣的用于對(duì)像素131中的轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行初始化和對(duì)信號(hào)比較器進(jìn)行控制的驅(qū)動(dòng)器、控制線等。此外，圖4中所示的配置是像素陣列單元121和其外圍電路的安排的示例，但本發(fā)明不限于此。

<像素的配置的示例>

如更詳細(xì)描述的，圖4中所示的像素131例如被配置為如圖5中所示。此外，在圖5中，相同的參考數(shù)字被分配給與圖3中所示情形的部分相對(duì)應(yīng)的部分，并且在適當(dāng)?shù)那闆r下將不呈現(xiàn)其中的描述。

圖5中所示的像素131包括光接收單元161、信號(hào)比較器162、存儲(chǔ)單元163、以及存儲(chǔ)單元164。

在該示例中，光接收單元161接收來(lái)自對(duì)象的光，對(duì)接收到的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并且輸出與所獲取的電荷相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。在此，信號(hào)比較器162例如與圖3中所示的信號(hào)比較器24相對(duì)應(yīng)，并且存儲(chǔ)單元163和存儲(chǔ)單元164分別與圖3中所示的存儲(chǔ)單元25和存儲(chǔ)單元91相對(duì)應(yīng)。此外，光接收單元161和信號(hào)比較器162共享一部分元件。

光接收單元161包括光電轉(zhuǎn)換單元21、轉(zhuǎn)移晶體管171、電荷放電晶體管172、晶體管173、電容器174、晶體管175、電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176、放大晶體管177、以及復(fù)位晶體管178。

轉(zhuǎn)移晶體管171被布置在光電轉(zhuǎn)換單元21和電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176之間，并且例如與圖3中所示的傳輸單元22相對(duì)應(yīng)。例如，當(dāng)供應(yīng)給轉(zhuǎn)移晶體管171的柵電極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)tg1變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，轉(zhuǎn)移晶體管171處于導(dǎo)電狀態(tài)(換言之，on狀態(tài))，并且轉(zhuǎn)移晶體管171將光電轉(zhuǎn)換單元21中所累積的電荷轉(zhuǎn)移到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176。

電荷放電晶體管172被連接到光電轉(zhuǎn)換單元21，并且當(dāng)供應(yīng)給電荷放電晶體管172的柵電極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)ofg變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，將光電轉(zhuǎn)換單元21中所累積的電荷放電到外部。

晶體管173的源極/漏極區(qū)域中的一個(gè)區(qū)域被連接到光電轉(zhuǎn)換單元21和電荷放電晶體管172，并且晶體管173的源極/漏極區(qū)域中的另一區(qū)域被連接到電容器174。為恒定電壓的驅(qū)動(dòng)信號(hào)tg2恒定地被供應(yīng)給晶體管173的柵電極，并且晶體管173用作用于將從光電轉(zhuǎn)換單元21溢出的電荷發(fā)送到電容器174的溢出路徑。

電容器174被連接到晶體管173和晶體管175，并且對(duì)通過(guò)晶體管173從光電轉(zhuǎn)換單元21轉(zhuǎn)移的電荷進(jìn)行累積。換言之，電容器174對(duì)從光電轉(zhuǎn)換單元21溢出的電荷進(jìn)行累積。

晶體管175被布置在電容器174和電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176之間，并且當(dāng)供應(yīng)給晶體管175的柵電極的控制信號(hào)gain處于高電平時(shí)，晶體管175處于on狀態(tài)并且電連接電容器174和電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176。

換言之，在控制信號(hào)gain處于低電平的情形中，形成電容器174和電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176彼此電分離的狀態(tài)。與此相比，在控制信號(hào)gain處于高電平的情形中，形成電容器174和電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176彼此電連接的狀態(tài)，并且電容器174的電荷存儲(chǔ)電容被添加到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176。

電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176包括寄生電容c11并且被連接到轉(zhuǎn)移晶體管171的源極/漏極區(qū)域、晶體管175的源極/漏極區(qū)域、復(fù)位晶體管178的源極/漏極區(qū)域、以及放大晶體管177的柵電極。

電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176是浮動(dòng)傳播區(qū)域，其對(duì)通過(guò)轉(zhuǎn)移晶體管171從光電轉(zhuǎn)換單元21轉(zhuǎn)移的電荷進(jìn)行累積，將所累積的電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并且輸出經(jīng)轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)。

例如，在控制信號(hào)gain處于低電平的情形中，電容器174和電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176彼此電分離，并且電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176的電荷累積電容僅是寄生電容c11。在該狀態(tài)下，電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176中電荷到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換效率為高并且處于高增益狀態(tài)。

與此相比，在控制信號(hào)gain處于高電平的情形中，形成電容器174被電連接到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176的狀態(tài)，并且電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176的電荷累積電容增長(zhǎng)與電容器174相對(duì)應(yīng)的量。在這類(lèi)情形中，改變電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176的電勢(shì)所需的電荷量增加，并且相應(yīng)地，電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176中的轉(zhuǎn)換效率降低并且處于低轉(zhuǎn)換效率(換言之，低增益)狀態(tài)。

在像素131中，電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176與圖3中所示的電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23所對(duì)應(yīng)，并且轉(zhuǎn)換效率隨著電容器174被連接到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176而改變。

放大晶體管177將由電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176所獲取的電壓信號(hào)作為電流信號(hào)輸出。

復(fù)位晶體管178的源極/漏極區(qū)域中的一個(gè)區(qū)域被連接到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176，并且復(fù)位晶體管178的源極/漏極區(qū)域中的另一區(qū)域被連接到放大晶體管177的源極/漏極區(qū)域。

當(dāng)供應(yīng)給復(fù)位晶體管178的柵電極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst處于高電平時(shí)，復(fù)位晶體管178處于on狀態(tài)并且初始化電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176和信號(hào)比較器162。

此外，信號(hào)比較器162將從光接收單元161供應(yīng)的電壓信號(hào)與從參考信號(hào)供應(yīng)單元123供應(yīng)的參考信號(hào)ref進(jìn)行比較，并且向存儲(chǔ)單元163和存儲(chǔ)單元164輸出比較的結(jié)果。

信號(hào)比較器162由被布置在第一階段上的差分放大器181、被布置在第二階段上的正反饋(pfb)電路182、以及被布置在輸出側(cè)的逆變器183來(lái)配置。

在差分放大器181中，作為光接收單元161的一部分的放大晶體管177和復(fù)位晶體管178、晶體管191、晶體管192、晶體管193、晶體管194、晶體管195、以及晶體管196被布置。

晶體管191的一個(gè)源極/漏極區(qū)域接地，并且晶體管191的另一源極/漏極區(qū)域被連接到放大晶體管177和晶體管192。此外，為恒定電壓的電壓信號(hào)vb被供應(yīng)給作為電流源的晶體管191的柵電極。注意，在下文中，應(yīng)用到晶體管191的柵電極的電壓還將稱(chēng)為電壓vb。

晶體管192被布置在晶體管191和放大晶體管177與晶體管193之間，并且參考信號(hào)ref被供應(yīng)給晶體管192的柵電極。此外，放大晶體管177生成與電壓差相對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)，該電壓差是連接到柵電極的電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176中累積的電荷量(換言之，電壓)和供應(yīng)給與放大晶體管177形成對(duì)的晶體管192的柵電極的參考信號(hào)ref的電壓之間的電壓差。因此，與由放大晶體管177生成的電流信號(hào)相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)被輸出到后續(xù)階段的pfb電路182。

晶體管193是由pmos晶體管形成的，并且被布置在晶體管192和晶體管195之間。晶體管193的柵電極接地，并且晶體管193處于恒定on狀態(tài)。

晶體管194是由pmos晶體管形成的。晶體管194的一個(gè)源極/漏極區(qū)域被連接到晶體管196的源極/漏極區(qū)域和pfb電路182的輸入側(cè)，并且晶體管194的另一源極/漏極區(qū)域被連接到放大晶體管177的源極/漏極區(qū)域和復(fù)位晶體管178的源極/漏極區(qū)域。此外，晶體管194的柵電極被連接到pfb電路182的輸出側(cè)，并且晶體管194對(duì)信號(hào)比較器162執(zhí)行功率控制。

晶體管195是由pmos晶體管形成的并且通過(guò)晶體管193被連接到晶體管192。晶體管196是由pmos晶體管形成的并且通過(guò)晶體管194被連接到放大晶體管177和復(fù)位晶體管178。

此外，晶體管195的柵電極和晶體管196的柵電極被連接，并且晶體管195的被布置在晶體管193側(cè)的源極/漏極區(qū)域還被連接到晶體管195的柵電極。在差分放大器181中，電流鏡電路由晶體管195和晶體管196配置。

按這種方式配置的差分放大器181對(duì)由電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176所獲取的電壓信號(hào)與參考信號(hào)ref進(jìn)行比較，并且向pfb電路182輸出比較的結(jié)果。換言之，與由電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176所獲取的電壓信號(hào)和參考信號(hào)ref之間的差異相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)(電流)作為比較的結(jié)果被輸出。

pfb電路182通過(guò)對(duì)從差分放大器181供應(yīng)的比較的結(jié)果應(yīng)用正反饋來(lái)增加信號(hào)比較器162的運(yùn)行速度，并且向逆變器183供應(yīng)比較的結(jié)果。

在pfb電路182中，晶體管197、晶體管198、晶體管199、以及晶體管200被布置。

晶體管197是由pmos晶體管形成的，并且晶體管197的柵電極被連接到晶體管196的被布置在晶體管194側(cè)的源極/漏極區(qū)域。此外，晶體管198是由pmos晶體管形成的，晶體管198的源極/漏極區(qū)域中的一個(gè)區(qū)域被連接到晶體管197的源極/漏極區(qū)域，并且晶體管198的源極/漏極區(qū)域中的另一區(qū)域被連接到晶體管199的柵電極。

用于電連接晶體管197的源極/漏極區(qū)域和晶體管199的柵電極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini2被供應(yīng)給晶體管198的柵電極。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini2處于低電平時(shí)，晶體管198處于on狀態(tài)，并且晶體管197和晶體管199彼此連接。

晶體管199的一個(gè)源極/漏極區(qū)域接地，并且晶體管199的另一源極/漏極區(qū)域被連接到晶體管197的柵電極和晶體管196的被布置在晶體管194側(cè)的源極/漏極區(qū)域。

此外，晶體管194的柵電極和晶體管200被連接到晶體管198的被布置在晶體管199側(cè)的源極/漏極區(qū)域。用于初始化pfb電路182的驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini被供應(yīng)給晶體管200的柵電極，并且當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini處于高電平時(shí)，pfb電路182被復(fù)位。

此外，逆變器183和存儲(chǔ)單元163被連接到晶體管198的被布置在晶體管199側(cè)的源極/漏極區(qū)域。逆變器183將從晶體管198供應(yīng)的電壓信號(hào)(在下文中，也稱(chēng)為電壓信號(hào)pfbo)(換言之，由差分放大器181所執(zhí)行的比較的結(jié)果)進(jìn)行逆變，并且將經(jīng)逆變的電壓信號(hào)供應(yīng)給存儲(chǔ)單元164。

在此，在由電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176所獲取的電壓信號(hào)高于(大于)參考信號(hào)ref的情形中，低電平的電壓信號(hào)vco從逆變器183中被輸出。另一方面，在由電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176所獲取的電壓信號(hào)低于(小于)參考信號(hào)ref的情形中，高電平的電壓信號(hào)vco從逆變器183中被輸出。

存儲(chǔ)單元163被供應(yīng)有表示來(lái)自晶體管198的比較的結(jié)果的電壓信號(hào)pfbo，存儲(chǔ)與電壓信號(hào)pfbo相對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)gain，并且向晶體管175的柵電極供給控制信號(hào)gain。存儲(chǔ)單元163通過(guò)經(jīng)由使用控制信號(hào)gain導(dǎo)通或斷開(kāi)晶體管175，來(lái)將電容器174連接到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176或?qū)㈦娙萜?74從電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176斷開(kāi)，從而控制轉(zhuǎn)換效率的切換。

此外，存儲(chǔ)單元163向輸出信號(hào)線92輸出表示控制信號(hào)gain的狀態(tài)(換言之，高增益(高轉(zhuǎn)換效率)狀態(tài)或低增益(低轉(zhuǎn)換效率)狀態(tài))的增益確定信號(hào)。

存儲(chǔ)單元163包括開(kāi)關(guān)211、或非門(mén)212、逆變器213、開(kāi)關(guān)214、晶體管215、以及晶體管216。

當(dāng)所供應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)gtr變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，開(kāi)關(guān)211導(dǎo)通并且向或非門(mén)212的輸入端子供應(yīng)從晶體管198供應(yīng)的電壓信號(hào)pfbo。另一方面，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，開(kāi)關(guān)211斷開(kāi)。

或非門(mén)212向開(kāi)關(guān)214和逆變器213供應(yīng)控制信號(hào)gain，該控制信號(hào)gain具有使用輸入控制信號(hào)hgfix和從開(kāi)關(guān)211供應(yīng)的電壓信號(hào)pfbo或從逆變器213供應(yīng)的信號(hào)來(lái)確定的值。換言之，從或非門(mén)212輸出的控制信號(hào)gain通過(guò)開(kāi)關(guān)214被供應(yīng)給晶體管175的柵電極。驅(qū)動(dòng)信號(hào)gtr被供應(yīng)給該開(kāi)關(guān)214。當(dāng)所供應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)gtr處于高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)214斷開(kāi)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)gtr處于低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)214導(dǎo)通。

當(dāng)所供應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)gtr處于低電平時(shí)，逆變器213運(yùn)行，對(duì)從或非門(mén)212供應(yīng)的控制信號(hào)gain進(jìn)行逆變，并且向晶體管215的柵電極和或非門(mén)212供應(yīng)經(jīng)逆變的控制信號(hào)。

因此，在驅(qū)動(dòng)信號(hào)gtr處于高電平的情形中，從開(kāi)關(guān)211供應(yīng)的電壓信號(hào)pfbo被供應(yīng)給或非門(mén)212的輸入端子。另一方面，在驅(qū)動(dòng)信號(hào)gtr處于低電平的情形中，從逆變器213供應(yīng)的經(jīng)逆變的控制信號(hào)被供應(yīng)給或非門(mén)212的輸入端子。

晶體管215根據(jù)從逆變器213供應(yīng)到晶體管215的柵電極的電壓信號(hào)(換言之，經(jīng)逆變的控制信號(hào)gain)來(lái)輸出增益確定信號(hào)。晶體管215的源極/漏極區(qū)域中的一個(gè)區(qū)域接地，并且晶體管215的源極/漏極區(qū)域中的另一區(qū)域被連接到晶體管216的源極/漏極。

根據(jù)從外部供應(yīng)到晶體管216的柵電極的控制信號(hào)word，晶體管216向輸出信號(hào)線92輸出從晶體管215供應(yīng)的增益確定信號(hào)。根據(jù)控制信號(hào)word輸出的增益確定信號(hào)是表示必要變化之后的轉(zhuǎn)換效率的信號(hào)。

存儲(chǔ)單元164是由多個(gè)d鎖存電路形成的，并且根據(jù)從信號(hào)比較器162的逆變器183供應(yīng)的電壓信號(hào)vco來(lái)鎖存(接納)通過(guò)輸出信號(hào)線92從計(jì)數(shù)器122供應(yīng)的計(jì)數(shù)信號(hào)，從而獲取經(jīng)ad轉(zhuǎn)換的復(fù)位電平或信號(hào)電平。此外，存儲(chǔ)單元164在ad轉(zhuǎn)換后通過(guò)輸出信號(hào)線92向讀出電路125輸出所獲取的復(fù)位電平或信號(hào)電平。

對(duì)存儲(chǔ)單元164進(jìn)行配置的每個(gè)d鎖存電路包括晶體管221、晶體管222、以及晶體管223。

逆變器183被連接到晶體管221的柵電極。輸出信號(hào)線92被連接到晶體管221的源極/漏極區(qū)域中的一個(gè)區(qū)域，并且晶體管222的柵電極被連接到晶體管221的源極/漏極區(qū)域中的另一區(qū)域。此外，寄生電容c12存在于晶體管221的源極/漏極區(qū)域與晶體管222的柵電極之間。此外，在區(qū)域中存在空間的情形中，可以在晶體管221的源極/漏極區(qū)域與晶體管222的柵電極之間布置電容器而非寄生電容c12。

當(dāng)從逆變器183供應(yīng)到柵電極的電壓信號(hào)vco處于高電平時(shí)，晶體管221處于on狀態(tài)，并且向寄生電容c12供應(yīng)通過(guò)輸出信號(hào)線92從計(jì)數(shù)器122供應(yīng)的計(jì)數(shù)信號(hào)。

從在每個(gè)d鎖存電路的寄生電容c12中被保持為電荷的計(jì)數(shù)信號(hào)形成的信號(hào)在ad轉(zhuǎn)換后處于復(fù)位電平或信號(hào)電平。換言之，每個(gè)d鎖存電路的寄生電容c12保持與復(fù)位電平或信號(hào)電平中的一位相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。

晶體管222的一個(gè)源極/漏極區(qū)域接地，并且晶體管222的另一源極/漏極區(qū)域被連接到晶體管223的源極/漏極區(qū)域。晶體管222輸出與寄生電容c12中保持的計(jì)數(shù)信號(hào)(電荷)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。晶體管223的源極/漏極區(qū)域中的一個(gè)區(qū)域被連接到輸出信號(hào)線92，并且晶體管223的源極/漏極區(qū)域中的另一區(qū)域被連接到晶體管222的源極/漏極區(qū)域。

晶體管223根據(jù)從外部供應(yīng)到晶體管223的柵電極的控制信號(hào)word輸出從晶體管222供應(yīng)到輸出信號(hào)線92的信號(hào)。

<成像處理的描述>

隨后，將描述圖4中所示的固態(tài)成像設(shè)備51的操作。

當(dāng)成像指示被執(zhí)行時(shí)，固態(tài)成像設(shè)備51通過(guò)驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像設(shè)備51的每個(gè)單元來(lái)執(zhí)行成像處理，并且輸出所獲取的捕獲圖像。在下文中，將參照?qǐng)D6中所示的時(shí)序圖來(lái)描述由固態(tài)成像設(shè)備51所執(zhí)行的成像處理。

注意，在圖6中，水平方向表示時(shí)間，并且垂直方向表示電勢(shì)(電壓)。具體地，在附圖中，信號(hào)等向上凸出的狀態(tài)表示高電平狀態(tài)，并且信號(hào)等向下凸出的狀態(tài)表示低電平狀態(tài)。

在圖6中，折線l11至l19表示驅(qū)動(dòng)信號(hào)ofg、驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst、驅(qū)動(dòng)信號(hào)tg1、驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini、驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini2、控制信號(hào)hgfix、驅(qū)動(dòng)信號(hào)gtr、控制信號(hào)gain、以及參考信號(hào)ref的波形。此外，為虛線的曲線120表示電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176的電壓(在下文中，也稱(chēng)為電壓fd)，換言之，表示由電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176所獲取的電壓信號(hào)。

此外，折線l21至l24分別表示計(jì)數(shù)信號(hào)bitxn、電壓信號(hào)pfbo、電壓信號(hào)vco、以及控制信號(hào)word。計(jì)數(shù)信號(hào)bitxn是從計(jì)數(shù)器122輸出的計(jì)數(shù)信號(hào)。折線125表示輸出信號(hào)線92的電勢(shì)coln，換言之，表示通過(guò)輸出信號(hào)線92讀取的復(fù)位電平或信號(hào)電平。

當(dāng)成像處理被啟動(dòng)時(shí)，首先，在時(shí)間t1處，驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst被設(shè)置為高電平，復(fù)位晶體管178導(dǎo)通，并且電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176和差分放大器181被初始化為預(yù)定電壓。此外，驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini和驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini2被設(shè)置為高電平，晶體管198斷開(kāi)，并且晶體管200導(dǎo)通，從而pfb電路182被初始化。在此時(shí)，晶體管194變?yōu)閛n狀態(tài)。

此外，供應(yīng)給或非門(mén)212的控制信號(hào)hgfix被設(shè)置為高電平狀態(tài)。在控制信號(hào)hgfix處于高電平的狀態(tài)下，控制信號(hào)gain變?yōu)榈碗娖健Ｒ虼?，在像?31中，形成電容器174與電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176電隔離的狀態(tài)，換言之，形成高增益狀態(tài)。

隨后，驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst被設(shè)置為低電平，復(fù)位晶體管178斷開(kāi)，并且相應(yīng)地，差分放大器181的閾值變化被存儲(chǔ)。換言之，參考信號(hào)ref和電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176的電壓fd變得相同，并且每個(gè)差分放大器181的變化的影響消失。

此外，在時(shí)間t2處，在驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini2被設(shè)置為低電平，并且晶體管198導(dǎo)通后，驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini被設(shè)置為低電平，并且初始化被釋放。此外，通過(guò)將供應(yīng)給晶體管192的參考信號(hào)ref的電平升高到預(yù)定電平，參考信號(hào)供應(yīng)單元123為ad轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)做準(zhǔn)備。

此外，在要求曝光調(diào)整的情形中，在驅(qū)動(dòng)信號(hào)ofg被設(shè)置為高電平后，電荷放電晶體管172導(dǎo)通，并且光電轉(zhuǎn)換單元21被初始化，驅(qū)動(dòng)信號(hào)ofg還被設(shè)置為低電平，因而電荷放電晶體管172斷開(kāi)。當(dāng)電荷放電晶體管172斷開(kāi)時(shí)，光電轉(zhuǎn)換單元21(像素131)的曝光，換言之，光電轉(zhuǎn)換單元21中用于獲取捕獲圖像的光電轉(zhuǎn)換和對(duì)電荷的累積被啟動(dòng)。另一方面，在不需要曝光調(diào)整的情形中，驅(qū)動(dòng)信號(hào)ofg未被輸入，并且與一伏(v)時(shí)段相對(duì)應(yīng)的時(shí)間變?yōu)楣怆娹D(zhuǎn)換單元21的曝光時(shí)間。

此外，參考信號(hào)供應(yīng)單元123向晶體管192供應(yīng)作為參考信號(hào)ref的斜坡，并且計(jì)數(shù)器122通過(guò)輸出信號(hào)線92向晶體管221供應(yīng)計(jì)數(shù)信號(hào)bitxn。按這種方式，啟動(dòng)對(duì)處于高增益狀態(tài)的復(fù)位電平的獲取。

緊隨啟動(dòng)對(duì)復(fù)位電平的獲取之后，由于參考信號(hào)ref高于電壓fd(電勢(shì))，電壓信號(hào)vco處于高電平。為此，晶體管221處于on狀態(tài)，并且計(jì)數(shù)信號(hào)bitxn通過(guò)晶體管221被順序地供應(yīng)到寄生電容c12，以便被寫(xiě)入其中。

然后，在時(shí)間t3處，當(dāng)參考信號(hào)ref接近電壓fd，并且晶體管196的源極/漏極區(qū)域的電壓降低時(shí)，晶體管197導(dǎo)通，并且因此，應(yīng)用到晶體管199的柵電極的電壓升高。然后，晶體管199變?yōu)閛n狀態(tài)，并且應(yīng)用到晶體管197的柵電極的電壓降低。因此，正反饋被應(yīng)用，并且信號(hào)比較器162以更高的速度運(yùn)行。

此后，當(dāng)參考信號(hào)ref變得低于電壓fd，并且電壓信號(hào)vco從高電平被逆變到低電平時(shí)，晶體管221斷開(kāi)，并且形成計(jì)數(shù)信號(hào)bitxn不被供應(yīng)給寄生電容c12的狀態(tài)。

在此時(shí)，形成與每個(gè)數(shù)據(jù)鎖存電路(在下文中，稱(chēng)為d鎖存電路)的寄生電容c12中所保持的計(jì)數(shù)信號(hào)bitxn相對(duì)應(yīng)的電荷(電壓)的處于高增益狀態(tài)的經(jīng)ad轉(zhuǎn)換的復(fù)位電平。換言之，電壓fd的作為表示復(fù)位電平的模擬信號(hào)(模擬值)的電壓信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)(數(shù)字值)。

此外，在電壓信號(hào)vco被逆變到低電平的情形中，晶體管194斷開(kāi)，并且因此，電流流經(jīng)差分放大器181的晶體管192側(cè)(晶體管195側(cè))。然后，隨著流經(jīng)pfb電路182(晶體管196側(cè))的電流量增大，根據(jù)電壓vb限制的電流值被限制到根據(jù)電流鏡復(fù)制的量。

換言之，在pfb電路182中，在電壓信號(hào)vco進(jìn)行逆變之前，僅根據(jù)電壓vb確定的電流ib流動(dòng)，并且在電流于逆變時(shí)瞬間增加之后，流經(jīng)pfb電路182的電流被穩(wěn)定到根據(jù)總量為2ib限制的電流。按這種方式，可以實(shí)現(xiàn)下述機(jī)制：盡可能壓縮電流值ib，僅在對(duì)電壓信號(hào)vco進(jìn)行逆變所需的時(shí)間處供應(yīng)電流，并且在此后，壓縮電流。換言之，可以實(shí)現(xiàn)以高速度運(yùn)行而具有低功耗的信號(hào)比較器162。

此外，當(dāng)對(duì)復(fù)位電平的獲取結(jié)束時(shí)，參考信號(hào)ref的電壓在時(shí)間t4處降低到預(yù)定值，并且晶體管192斷開(kāi)。通過(guò)按此執(zhí)行，差分放大器181內(nèi)的穩(wěn)定電流可以被降低。

在時(shí)間t5處，當(dāng)控制信號(hào)word被設(shè)置為高電平，并且以行為單位選擇像素131時(shí)，晶體管223導(dǎo)通，寄生電容c12中所保持的高增益狀態(tài)的復(fù)位電平被讀取。換言之，復(fù)位電平由讀出電路125通過(guò)輸出信號(hào)線92讀取，并且被供應(yīng)給信號(hào)處理單元126。然后，所讀取的復(fù)位電平被存儲(chǔ)在信號(hào)處理單元126內(nèi)布置的幀存儲(chǔ)器中。

注意，如更詳細(xì)描述的，在讀取復(fù)位電平時(shí)，在輸出信號(hào)線92被預(yù)充電到高電平電勢(shì)后，根據(jù)控制信號(hào)word選擇像素行，并且晶體管223導(dǎo)通。然后，根據(jù)寄生電容c12中所保持的電勢(shì)，晶體管222變?yōu)閛n狀態(tài)或被保持為處于off狀態(tài)。然后，根據(jù)狀態(tài)的輸出信號(hào)線92的電勢(shì)由讀出電路125檢測(cè)并且作為復(fù)位電平被讀取。

更具體地，在為高(高電平)的信號(hào)被保持在寄生電容c12中，并且晶體管222導(dǎo)通的情形中，電流流經(jīng)輸出信號(hào)線92，并且輸出信號(hào)線92的電勢(shì)變?yōu)榈碗娖?。相反，在為?低電平)的信號(hào)被保持在寄生電容c12中，并且晶體管222斷開(kāi)的情形中，電流不流經(jīng)輸出信號(hào)線92，并且因此，輸出信號(hào)線92的電勢(shì)被保持為處于高電平。

讀出電路125檢測(cè)輸出信號(hào)線92的電勢(shì)中的這類(lèi)變化，從而讀取復(fù)位電平。

此外，當(dāng)處于選定狀態(tài)的像素131的復(fù)位電平被讀取時(shí)，此后，控制信號(hào)word被設(shè)置為低電平，并且選擇被釋放。垂直驅(qū)動(dòng)電路124通過(guò)使用控制信號(hào)word順序地選擇每個(gè)像素行并且讀取復(fù)位電平。

接下來(lái)，在時(shí)間t6處，驅(qū)動(dòng)信號(hào)tg1被設(shè)置為高電平，因而轉(zhuǎn)移晶體管171導(dǎo)通，并且光電轉(zhuǎn)換單元21中所累積的電荷被轉(zhuǎn)移到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176。

在此時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini和驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini2被設(shè)置為高電平，晶體管198斷開(kāi)，并且晶體管200導(dǎo)通，并且pfb電路182被初始化。此外，參考信號(hào)ref的電平被升高到預(yù)定電平。在此，驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst被保持為處于低電平。

此后，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)tg1被設(shè)置為低電平時(shí)，轉(zhuǎn)移晶體管171斷開(kāi)，并且光電轉(zhuǎn)換單元21(像素131)的曝光時(shí)段結(jié)束，在時(shí)間t7處，驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini2被返回至低電平，并且對(duì)pfb電路182的初始化結(jié)束。此外，驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini也被設(shè)置到低電平，并且晶體管200斷開(kāi)。

按這種方式，在曝光時(shí)段結(jié)束后，當(dāng)形成從光電轉(zhuǎn)換單元21轉(zhuǎn)移的電荷被累積到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176中的狀態(tài)時(shí)，在時(shí)間t8處，參考信號(hào)供應(yīng)單元123將參考信號(hào)ref降低至預(yù)定電平。然后，在信號(hào)比較器162中，將參考信號(hào)ref與電壓fd進(jìn)行比較，并且確定是保持高增益還是將增益改變?yōu)榈驮鲆妗?/p>

換言之，在由光電轉(zhuǎn)換單元21所獲取的信號(hào)量較小，并且電壓fd高于(大于)參考信號(hào)ref的情形中，為高電平的電壓信號(hào)pfbo作為比較的結(jié)果被獲取。在這類(lèi)情形中，高增益被保持。

相反，在由光電轉(zhuǎn)換單元21所獲取的信號(hào)量較大，并且參考信號(hào)ref高于電壓fd的情形中，為低電平的電壓信號(hào)pfbo作為比較的結(jié)果被獲取。在這類(lèi)情形中，執(zhí)行到低增益的切換。

此外，當(dāng)對(duì)參考信號(hào)ref和電壓fd進(jìn)行相互比較時(shí)，在時(shí)間t8處，控制信號(hào)hgfix被設(shè)置為低電平，從而使得根據(jù)比較的結(jié)果的控制信號(hào)gain被輸出。

在時(shí)間t9處，用于輸出根據(jù)比較的結(jié)果的控制信號(hào)gain的驅(qū)動(dòng)信號(hào)gtr被設(shè)置為高電平。因此，開(kāi)關(guān)211導(dǎo)通，并且作為比較的結(jié)果的電壓信號(hào)pfbo從晶體管198被輸入到或非門(mén)212。換言之，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)gtr被設(shè)置為高電平時(shí)，作為比較的結(jié)果的電壓信號(hào)pfbo由或非門(mén)212接收。

或非門(mén)212基于已經(jīng)被輸入的電壓信號(hào)pfbo和控制信號(hào)hgfix來(lái)生成控制信號(hào)gain，并且輸出所生成的控制信號(hào)gain。此外，在該狀態(tài)下，由于開(kāi)關(guān)214斷開(kāi)，從或非門(mén)212輸出的控制信號(hào)gain未被供應(yīng)給晶體管175的柵電極而是僅被供應(yīng)給逆變器213。

按這種方式，當(dāng)關(guān)于電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176的轉(zhuǎn)換效率是否改變的確定被執(zhí)行，并且控制信號(hào)gain被生成時(shí)，此后，驅(qū)動(dòng)信號(hào)gtr被設(shè)置為低電平。

然后，開(kāi)關(guān)211斷開(kāi)，并且或非門(mén)212和pfb電路182彼此電斷開(kāi)。此外，開(kāi)關(guān)214導(dǎo)通，并且從或非門(mén)212輸出的控制信號(hào)gain通過(guò)開(kāi)關(guān)214被供應(yīng)給晶體管175的柵電極。

在此時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)信號(hào)gtr被設(shè)置為低電平，逆變器213也運(yùn)行。換言之，逆變器對(duì)從或非門(mén)212供應(yīng)的控制信號(hào)gain進(jìn)行逆變，并且將經(jīng)逆變的控制信號(hào)gain輸入到異或門(mén)212。在該情形中，輸入到異或門(mén)212的經(jīng)逆變的控制信號(hào)gain具有與在異或門(mén)212從pfb電路182斷開(kāi)前瞬間由異或門(mén)212接收到的電壓信號(hào)pfbo的電平相同的電平，并且因此，從異或門(mén)212輸出的控制信號(hào)gain未改變。

如上所述，當(dāng)關(guān)于是否改變轉(zhuǎn)換效率的確定被執(zhí)行，并且根據(jù)確定的結(jié)果的控制信號(hào)gain被供應(yīng)給晶體管175時(shí)，晶體管175根據(jù)控制信號(hào)gain導(dǎo)通或斷開(kāi)，并且電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176的轉(zhuǎn)換效率被適當(dāng)?shù)馗淖儭?/p>

例如，在電壓fd高于參考信號(hào)ref，并且電壓信號(hào)pfbo處于高電平的情形中，異或門(mén)212輸出低電平的信號(hào)作為控制信號(hào)gain。在這類(lèi)情形中，由于由光電轉(zhuǎn)換單元21所獲取的信號(hào)量較小，因此從光電轉(zhuǎn)換單元21溢出的電荷未被累積在電容器174中。

當(dāng)控制信號(hào)gain處于低電平時(shí)，晶體管175被保持為處于off狀態(tài)，并且因此，晶體管174未被連接到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176，而是電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176的轉(zhuǎn)換效率被保持為高，換言之，被保持為處于高增益狀態(tài)。

與此相反，在參考信號(hào)ref高于電壓fd，并且電壓信號(hào)pfbo處于低電平的情形中，異或門(mén)212輸出高電平的信號(hào)作為控制信號(hào)gain，以使得電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176的轉(zhuǎn)換效率被控制為是改變的。

在這類(lèi)情形中，由于由光電轉(zhuǎn)換單元21所獲取的信號(hào)量較大，因此從光電轉(zhuǎn)換單元21溢出的電荷被累積在電容器174中。換言之，在光電轉(zhuǎn)換單元21中，所生成的超過(guò)光電轉(zhuǎn)換單元21的飽和信號(hào)量的信號(hào)電荷溢出，并且通過(guò)晶體管173被供應(yīng)給電容器174，以便被累積在其中。

通過(guò)按此執(zhí)行，在時(shí)間t6處被讀取到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176中的電荷(信號(hào))變?yōu)榻咏怆娹D(zhuǎn)換單元21的飽和信號(hào)量的信號(hào)，并且低增益被選擇。換言之，控制信號(hào)gain變?yōu)楦唠娖健?/p>

當(dāng)控制信號(hào)gain處于高電平時(shí)，晶體管175變?yōu)閛n狀態(tài)，并且晶體管174被連接到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176，并且電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176的轉(zhuǎn)換效率被改變?yōu)檩^低的轉(zhuǎn)換效率。換言之，狀態(tài)被改變?yōu)榈驮鲆鏍顟B(tài)。

在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176的轉(zhuǎn)換效率被改變，并且電容器174被連接到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176的情形中，電容器174中所累積的電荷還被轉(zhuǎn)換為電壓，并且因此，由光電轉(zhuǎn)換單元21所獲取的電荷(信號(hào))可以被讀取而未被浪費(fèi)。

此外，在該情形中，由于電容器174被添加到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176，當(dāng)轉(zhuǎn)換效率被改變?yōu)榈驮鲆鏁r(shí)，電壓fd被改變。然而，即使在電壓fd變得高于參考信號(hào)ref的情形中，或非門(mén)212和pfb電路182彼此電斷開(kāi)，并且因此，控制信號(hào)gain未被逆變。

在時(shí)間t10處，驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini和驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini2被設(shè)置為高電平，晶體管198斷開(kāi)，并且晶體管200導(dǎo)通，由此pfb電路182被初始化。此外，參考信號(hào)ref的電平還被升高到預(yù)定電平，并且對(duì)斜坡的供應(yīng)被準(zhǔn)備。

此后，驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini2被返回到低電平，晶體管198導(dǎo)通，并且對(duì)pfb電路182的初始化結(jié)束。此外，在時(shí)間t11處，驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini也被設(shè)置為低電平，并且晶體管200也斷開(kāi)。

當(dāng)初始化結(jié)束時(shí)，參考信號(hào)供應(yīng)單元123將斜坡作為參考信號(hào)ref供應(yīng)給晶體管192，并且計(jì)數(shù)器122通過(guò)輸出信號(hào)線92向晶體管221供應(yīng)計(jì)數(shù)信號(hào)bitxn。

因此，對(duì)信號(hào)電平的獲取被啟動(dòng)。在此時(shí)，形成下述狀態(tài)：其中，由光電轉(zhuǎn)換單元21在曝光時(shí)段期間所獲取的電荷被累積在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176或電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176和連接到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176的電容器174中。

緊隨在啟動(dòng)對(duì)信號(hào)電平的獲取之后，參考信號(hào)ref高于(大于)電壓fd，并且因此，電壓信號(hào)vco處于高電平。為此，晶體管221處于on狀態(tài)，并且計(jì)數(shù)信號(hào)bitxn通過(guò)晶體管221被順序地供應(yīng)到寄生電容c12。

此后，例如在時(shí)間t12處，當(dāng)參考信號(hào)ref低于(小于)電壓fd，并且電壓信號(hào)vco從高電平被逆變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，晶體管221斷開(kāi)，并且形成計(jì)數(shù)信號(hào)bitxn不被供應(yīng)給寄生電容c12的狀態(tài)。在此時(shí)，與每個(gè)d鎖存電路的寄生電容c12中所保持的計(jì)數(shù)信號(hào)bitxn相對(duì)應(yīng)的電荷(電壓)處于經(jīng)ad轉(zhuǎn)換的信號(hào)電平。換言之，電壓fd的作為表示信號(hào)電平的模擬信號(hào)(模擬值)的電壓信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)(數(shù)字值)。

此外，當(dāng)對(duì)信號(hào)電平的獲取結(jié)束時(shí)，與在對(duì)復(fù)位電平進(jìn)行獲取時(shí)類(lèi)似，在時(shí)間t13處，參考信號(hào)ref的電壓被降低到預(yù)定值，并且晶體管192斷開(kāi)。

然后，在時(shí)間t14處，當(dāng)控制信號(hào)word被設(shè)置為高電平，并且以行為單位選擇像素131時(shí)，與在讀取復(fù)位電平時(shí)類(lèi)似，晶體管223導(dǎo)通，并且寄生電容c12中所保持的信號(hào)電平被讀取。

換言之，信號(hào)電平由讀出電路125通過(guò)輸出信號(hào)線92讀取，并且被供應(yīng)給信號(hào)處理單元126。然后，所讀取的信號(hào)電平被存儲(chǔ)在信號(hào)處理單元126內(nèi)的幀存儲(chǔ)器中。

此外，在讀取信號(hào)電平時(shí)，同時(shí)讀取增益確定信號(hào)。與對(duì)信號(hào)電平的讀取類(lèi)似，對(duì)增益確定信號(hào)的讀取在輸出信號(hào)線92被預(yù)充電到高電平電勢(shì)后被執(zhí)行。

換言之，當(dāng)晶體管216根據(jù)控制信號(hào)word導(dǎo)通時(shí)，晶體管215根據(jù)作為逆變器213的輸出的經(jīng)逆變的控制信號(hào)gain變?yōu)閛n狀態(tài)或被保持為處于off狀態(tài)。讀出電路125通過(guò)檢測(cè)根據(jù)晶體管215的on/off狀態(tài)確定的輸出信號(hào)線92的電勢(shì)來(lái)讀取增益確定信號(hào)，并且將所讀取的增益確定信號(hào)供應(yīng)給信號(hào)處理單元126。

在增益確定信號(hào)是表示高增益的信號(hào)的情形中，信號(hào)處理單元126從幀存儲(chǔ)器中讀取復(fù)位電平和信號(hào)電平，并且獲取復(fù)位電平和信號(hào)電平之間的差值，并且將所獲取的值設(shè)置為作為數(shù)字信號(hào)的像素信號(hào)(相關(guān)雙采樣(cds)的信號(hào))的值。此外，所計(jì)算的像素信號(hào)的值被供應(yīng)給幀存儲(chǔ)器以便被存儲(chǔ)在其中。

與此相比，在增益確定信號(hào)是表示低增益的信號(hào)的情形中，信號(hào)處理單元126從幀存儲(chǔ)器中讀取復(fù)位電平和信號(hào)電平，丟棄復(fù)位電平，并且將信號(hào)電平寫(xiě)回到幀存儲(chǔ)器中。

垂直驅(qū)動(dòng)電路124通過(guò)使用控制信號(hào)word順序地選擇每個(gè)像素行，并且讀取信號(hào)電平和增益確定信號(hào)。

接下來(lái)，為了獲取處于低增益狀態(tài)的復(fù)位電平，驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst在時(shí)間t15處被設(shè)置為高電平，復(fù)位晶體管178導(dǎo)通，并且電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176和差分放大器181被初始化為預(yù)定電壓。此外，驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini和驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini2被設(shè)置為高電平，晶體管198斷開(kāi)，并且晶體管200導(dǎo)通，由此pfb電路182被初始化。

此后，通過(guò)將驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst和驅(qū)動(dòng)信號(hào)ini2返回到低電平來(lái)釋放初始化，并且驅(qū)動(dòng)信號(hào)在時(shí)間t16被返回到低電平。此外，在此時(shí)，參考信號(hào)ref的電平被升高到預(yù)定電平，并且對(duì)斜坡的供應(yīng)被準(zhǔn)備。

在該狀態(tài)下，當(dāng)增益確定信號(hào)是表示低增益的信號(hào)時(shí)，電容器174處于被保持為連接到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176的狀態(tài)，換言之，處于低增益狀態(tài)。

隨后，參考信號(hào)供應(yīng)單元123將斜坡作為參考信號(hào)ref供應(yīng)給晶體管192，并且計(jì)數(shù)器122通過(guò)輸出信號(hào)線92向晶體管221供應(yīng)計(jì)數(shù)信號(hào)bitxn。因此，對(duì)處于低增益狀態(tài)的復(fù)位電平的獲取被啟動(dòng)。在對(duì)低增益的復(fù)位電平進(jìn)行獲取時(shí)，與對(duì)高增益的復(fù)位電平進(jìn)行獲取時(shí)的操作類(lèi)似的操作被執(zhí)行。

換言之，緊隨在啟動(dòng)對(duì)復(fù)位電平的獲取之后，由于參考信號(hào)ref高于(大于)電壓fd，并且電壓信號(hào)vco處于高電平，因此計(jì)數(shù)信號(hào)bitxn被供應(yīng)到寄生電容c12。

此后，在t17處，當(dāng)參考信號(hào)ref低于(小于)電壓fd，并且電壓信號(hào)vco從高電平被逆變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，晶體管221斷開(kāi)，并且形成計(jì)數(shù)信號(hào)bitxn不被供應(yīng)給寄生電容c12的狀態(tài)。在此時(shí)，與每個(gè)d鎖存電路的寄生電容c12中所保持的計(jì)數(shù)信號(hào)bitxn相對(duì)應(yīng)的電荷(電壓)變?yōu)樘幱诘驮鲆娴慕?jīng)ad轉(zhuǎn)換的復(fù)位電平。換言之，電壓fd的作為表示復(fù)位電平的模擬信號(hào)(模擬值)的電壓信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)(數(shù)字值)。

此外，當(dāng)對(duì)復(fù)位電平的獲取結(jié)束時(shí)，參考信號(hào)ref的電壓被降低到預(yù)定值，并且晶體管192斷開(kāi)。

然后，當(dāng)控制信號(hào)word在時(shí)間t18處被設(shè)置為高電平，并且以行為單位選擇像素131時(shí)，與在讀取高增益的復(fù)位電平時(shí)類(lèi)似，晶體管223導(dǎo)通，并且寄生電容c12中所保持的復(fù)位電平被讀取。

換言之，復(fù)位電平由讀出電路125通過(guò)輸出信號(hào)線92讀取，并且被供應(yīng)給信號(hào)處理單元126。然后，所讀取的信號(hào)電平被存儲(chǔ)在信號(hào)處理單元126內(nèi)的幀存儲(chǔ)器中。

在于時(shí)間t14處被讀取的增益確定信號(hào)是表示低增益的信號(hào)的情形中，信號(hào)處理單元126從幀存儲(chǔ)器中讀取復(fù)位電平和信號(hào)電平，獲取復(fù)位電平和信號(hào)電平之間的差值，并且將所獲取的值設(shè)置為像素信號(hào)(雙數(shù)據(jù)采樣(dds)的信號(hào))的值。然后，信號(hào)處理單元126通過(guò)輸入/輸出單元127向外部輸出作為所獲取的數(shù)字信號(hào)的像素信號(hào)的值。

與此相比，在增益確定信號(hào)是表示高增益的信號(hào)的情形中，信號(hào)處理單元126通過(guò)輸入/輸出單元127向外部輸出已經(jīng)被存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器中的像素信號(hào)的值。

垂直驅(qū)動(dòng)電路124通過(guò)使用控制信號(hào)word順序地選擇每個(gè)像素行并且讀取復(fù)位電平。

按這種方式，當(dāng)所有像素行都被選擇，并且像素陣列單元121的所有像素的像素信號(hào)都被獲取時(shí)，從像素的這類(lèi)像素信號(hào)形成的捕獲圖像的圖像信號(hào)被獲取。當(dāng)作為靜止圖像的捕獲圖像或與作為活動(dòng)圖像的一幀相對(duì)應(yīng)的捕獲圖像被獲取時(shí)，圖像處理結(jié)束。此外，在所捕獲的圖像是活動(dòng)圖像的情形中，在與一幀相對(duì)應(yīng)的捕獲圖像被獲取后，對(duì)下一幀的成像被啟動(dòng)。

如上所述，固態(tài)成像設(shè)備51針對(duì)每個(gè)像素131對(duì)參考信號(hào)ref與電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元176的電壓fd進(jìn)行比較，并且根據(jù)比較的結(jié)果在曝光時(shí)段之后且在對(duì)信號(hào)電平的獲取之前適應(yīng)性地改變像素131的轉(zhuǎn)換效率。

按這種方式，可以根據(jù)高增益(低亮度)或低增益(高亮度)來(lái)為每個(gè)像素131設(shè)置最佳轉(zhuǎn)換效率，并且可以獲取曝光不足和曝光過(guò)度被抑制的高質(zhì)量的捕獲圖像。此外，通過(guò)適應(yīng)性地改變轉(zhuǎn)換效率，對(duì)信號(hào)電平的獲取和讀取的次數(shù)可以被設(shè)置為一，并且因此，所捕獲的圖像可以更快地被獲取。

此外，由于固態(tài)成像設(shè)備51還通過(guò)使用用于改變轉(zhuǎn)換效率的信號(hào)比較器162針對(duì)每個(gè)像素131執(zhí)行ad轉(zhuǎn)換，因此ad轉(zhuǎn)換可以同時(shí)在所有像素131中被執(zhí)行，并且可以實(shí)現(xiàn)全局快門(mén)功能。

此外，在圖5中所示的像素131中，盡管已經(jīng)描述了轉(zhuǎn)換效率的切換具有低增益和高增益這兩個(gè)模式(兩個(gè)階段)的示例，但此外在三個(gè)或更多個(gè)模式中執(zhí)行切換的情形中，可以通過(guò)與兩個(gè)模式的情形的驅(qū)動(dòng)操作類(lèi)似的驅(qū)動(dòng)操作來(lái)獲取捕獲圖像的圖像信號(hào)。

在這類(lèi)情形中，可以被配置為使得通過(guò)將最高增益(高轉(zhuǎn)換效率)的狀態(tài)運(yùn)行為初始值，使用cds獲取像素信號(hào)，并且針對(duì)其它低增益使用dds獲取像素信號(hào)。在使用cds獲取像素信號(hào)時(shí)，ktc噪聲(復(fù)位噪聲)可以被消除，并且在使用dds獲取像素信號(hào)時(shí)，信號(hào)量是充足的，并且ktc可以被忽略。cds和dds之間的切換(換言之，上述的確定電平)例如優(yōu)選地是32db或更多db的s/n比率所存在的位置。

<第一實(shí)施例的經(jīng)修改的示例2>

<像素的配置的示例>

此外，在圖2中所示的像素61中，表示由電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23所獲取的復(fù)位電平和信號(hào)電平的模擬信號(hào)、以及作為數(shù)字信號(hào)的增益確定信號(hào)可以被配置為被輸出到外部。

在這類(lèi)情形中，固態(tài)成像設(shè)備51的像素例如被配置為如圖7中所示。注意，在圖7中，相同的參考數(shù)字被分配給與圖2中所示情形的部分相對(duì)應(yīng)的部分，并且在適當(dāng)?shù)那闆r下將不呈現(xiàn)其中的描述。

在圖7中所示的示例中，像素261包括光電轉(zhuǎn)換單元21、傳輸單元22、電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23、信號(hào)比較器24、存儲(chǔ)單元25、以及輸出電路271。

在圖7中所示的示例中，垂直信號(hào)線272被連接到輸出電路271，并且未在圖中示出的電流源被連接到該垂直信號(hào)線272以便對(duì)源極跟隨器進(jìn)行配置。

當(dāng)根據(jù)從外部供應(yīng)的控制信號(hào)sel選擇輸出電路271時(shí)，輸出電路271將與從電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23供應(yīng)的電壓信號(hào)相對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)(模擬值)作為表示復(fù)位電平或信號(hào)電平的信號(hào)輸出到垂直信號(hào)線272。

在此，針對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)換效率對(duì)信號(hào)電平的模擬值的輸出和對(duì)復(fù)位電平的模擬值的輸出例如可以使用與參照?qǐng)D6所述的情形的驅(qū)動(dòng)和定時(shí)類(lèi)似的驅(qū)動(dòng)和定時(shí)來(lái)被執(zhí)行。

存儲(chǔ)單元25存儲(chǔ)從信號(hào)比較器24供應(yīng)的比較的結(jié)果中獲取的控制信號(hào)gain，并且還存儲(chǔ)使用控制信號(hào)gain獲取的增益確定信號(hào)。此外，存儲(chǔ)單元25被連接到輸出信號(hào)線273,。因此，當(dāng)根據(jù)從外部供應(yīng)的控制信號(hào)sel選擇存儲(chǔ)單元25時(shí)，存儲(chǔ)單元25將所存儲(chǔ)的增益確定信號(hào)輸出到輸出信號(hào)線273。在此時(shí)輸出的增益確定信號(hào)是表示在必要的轉(zhuǎn)換后的轉(zhuǎn)換效率的信號(hào)。

<固態(tài)成像設(shè)備的配置的示例>

此外，包括圖7中所示的像素261的固態(tài)成像設(shè)備51例如可以具有圖8中所示的配置。注意，在圖8中，相同的參考數(shù)字被分配給與圖7或圖4中所示情形的部分相對(duì)應(yīng)的部分，并且在適當(dāng)?shù)那闆r下將不呈現(xiàn)其中的描述。

在圖8中所示的固態(tài)成像設(shè)備51中，像素陣列單元301、參考信號(hào)供應(yīng)單元123、垂直驅(qū)動(dòng)電路302、列處理單元303、信號(hào)處理單元304、以及輸入/輸出單元127被布置在一個(gè)芯片上。

在像素陣列單元301中，多個(gè)如圖7中所示的像素261被安排。注意，在圖8中，盡管在像素陣列單元301中僅示出了一個(gè)像素261，但是實(shí)際上布置有多個(gè)像素261。

像素陣列單元301中所布置的每個(gè)像素261使用垂直信號(hào)線272和輸出信號(hào)線273被連接到列處理單元303，并且例如，圖中在垂直方向(換言之，在列方向(垂直方向)上)對(duì)準(zhǔn)的多個(gè)像素261被連接到一個(gè)垂直信號(hào)線272或一個(gè)輸出信號(hào)線273。

此外，圖中在水平方向(換言之，行方向(水平方向))對(duì)準(zhǔn)的多個(gè)像素261通過(guò)控制線(在水平方向是長(zhǎng)的)被連接到參考信號(hào)供應(yīng)單元123。此外，在行方向?qū)?zhǔn)的多個(gè)像素261還通過(guò)另一控制線(在水平方向是長(zhǎng)的)被連接到垂直驅(qū)動(dòng)電路302。

參考信號(hào)供應(yīng)單元123向每個(gè)像素261的信號(hào)比較器24供應(yīng)參考信號(hào)ref。在該示例中，由于在信號(hào)比較器24中未執(zhí)行ad轉(zhuǎn)換，因此僅確定電平的參考信號(hào)ref在必要時(shí)被供應(yīng)給信號(hào)比較器24。換言之，對(duì)斜坡的供應(yīng)未被執(zhí)行。

通過(guò)經(jīng)由控制線向像素261的輸出電路271和存儲(chǔ)單元25供應(yīng)控制信號(hào)sel，垂直驅(qū)動(dòng)電路302以行為單位選擇像素261。

列處理單元303執(zhí)行對(duì)作為通過(guò)垂直信號(hào)線272從像素261的輸出電路271供應(yīng)的模擬信號(hào)的復(fù)位電平和信號(hào)電平的ad轉(zhuǎn)換。

此外，列處理單元303基于通過(guò)輸出信號(hào)線273從像素261的存儲(chǔ)單元25供應(yīng)的增益確定信號(hào)，獲取已經(jīng)對(duì)其執(zhí)行ad轉(zhuǎn)換的復(fù)位電平和信號(hào)電平之間的差值，使用cds或dds計(jì)算作為數(shù)字信號(hào)的像素信號(hào)，并且將所計(jì)算的像素信號(hào)供應(yīng)給信號(hào)處理單元304。

信號(hào)處理單元304針對(duì)由從列處理單元303供應(yīng)的每個(gè)像素261的像素信號(hào)形成的捕獲圖像的圖像信號(hào)，例如執(zhí)行各種圖像處理，例如黑電平調(diào)整、馬賽克等，并且將產(chǎn)生的信號(hào)供應(yīng)給輸入/輸出單元127。

在固態(tài)成像設(shè)備51具有圖8中所示的配置，并且使用被布置在像素261外部的列處理單元303來(lái)執(zhí)行對(duì)復(fù)位電平和信號(hào)電平的ad轉(zhuǎn)換的情形中，ad轉(zhuǎn)換無(wú)法針對(duì)所有像素261一起被執(zhí)行。為此，并非使用全局快門(mén)而是使用滾動(dòng)快門(mén)來(lái)執(zhí)行成像。

注意，作為對(duì)列處理單元303進(jìn)行配置的ad轉(zhuǎn)換電路，盡管單一斜坡型的電路具有較小的區(qū)域并且能夠使得列處理單元303的尺寸減小，但除此之外，可以使用各種電路，例如循環(huán)型、兩級(jí)循環(huán)型、流水線型、順序比較型等的電路。此外，在像素261中，可以被配置為使得信號(hào)比較器24的輸入和輸出的短電路被形成為運(yùn)算放大器的配置，以便被形成為具有整體增益的緩沖器，并且具有整體增益的緩沖器替代配置源極跟隨器電路的輸出電路271被使用。

<第一實(shí)施例的經(jīng)修改的示例3>

<像素的配置的示例>

此外，通過(guò)布置用于保持圖7中所示的模擬讀取的像素配置中的電荷的模擬存儲(chǔ)器，可以實(shí)現(xiàn)全局快門(mén)功能。

例如，在圖5中所示的像素131的情形中，通過(guò)使用所有像素131中的每個(gè)像素131內(nèi)的信號(hào)比較器162來(lái)同時(shí)執(zhí)行ad轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)全局快門(mén)功能。

然而，在列處理單元303從如圖7中所示的像素261的情形中的像素261中讀取表示復(fù)位電平或信號(hào)電平的模擬信號(hào)的情形中，像素行被順序掃描(選擇)，并且因此可以實(shí)現(xiàn)全局快門(mén)功能。

因此，通過(guò)布置用于保持像素261內(nèi)的電荷的模擬存儲(chǔ)器，并且將來(lái)自所有像素261的信號(hào)同時(shí)傳輸?shù)侥M存儲(chǔ)器，可以實(shí)現(xiàn)全局快門(mén)功能以及轉(zhuǎn)換效率中的適應(yīng)性變化。

在這類(lèi)情形中，圖8中所示的固態(tài)成像設(shè)備51的像素261例如被配置為如圖9中所示。注意，在圖9中，相同的參考數(shù)字被分配給與圖7中所示情形的部分相對(duì)應(yīng)的部分，并且在適當(dāng)?shù)那闆r下將不呈現(xiàn)其中的描述。

圖9中所示的像素261包括光電轉(zhuǎn)換單元21、傳輸單元22、電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23、信號(hào)比較器24、存儲(chǔ)單元25、輸出電路271、以及存儲(chǔ)單元331。

在圖9中所示的像素261的配置中，存儲(chǔ)單元331被布置在傳輸單元22和電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23之間，這不同于圖7中所示的像素261的配置，并且配置在其他方面與圖7中所示的像素261的配置相同。

存儲(chǔ)單元331是模擬存儲(chǔ)器，臨時(shí)保持通過(guò)傳輸單元22從光電轉(zhuǎn)換單元21供應(yīng)的電荷，并且將所保持的電荷供應(yīng)給電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23。按這種方式，通過(guò)布置臨時(shí)保持光電轉(zhuǎn)換單元21和電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23之間的電荷的存儲(chǔ)單元331，可以實(shí)現(xiàn)全局快門(mén)功能以及轉(zhuǎn)換效率中的適應(yīng)性變化。

<第二實(shí)施例>

<固態(tài)成像設(shè)備的配置的示例>

注意，盡管上面已經(jīng)描述了用于改變電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元的轉(zhuǎn)換效率的信號(hào)比較器被布置在像素內(nèi)的示例，但是信號(hào)比較器可以被布置在像素外部。

在這類(lèi)情形中，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像設(shè)備中，例如如圖10中所示，信號(hào)比較器被布置在像素外部的列處理單元中。注意，在圖10中，相同的參考數(shù)字被分配給與圖1中所示情形的部分相對(duì)應(yīng)的部分，并且在適當(dāng)?shù)那闆r下將不呈現(xiàn)其中的描述。

圖10中所示的固態(tài)成像設(shè)備361包括像素371和列處理單元372。在此，圖中被布置于在垂直方向布置的虛線的左側(cè)的元件表示被布置在像素371內(nèi)的元件，并且圖中被布置于在垂直方向布置的虛線的右側(cè)的元件表示被布置在列處理單元372內(nèi)的元件。注意，如更詳細(xì)描述的，在固態(tài)成像設(shè)備361中，多個(gè)像素371被布置。

在像素371中，光電轉(zhuǎn)換單元21、傳輸單元22、電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23、以及對(duì)源極跟隨器電路381進(jìn)行配置的電路的一部分被布置。此外，在列處理單元372中，對(duì)源極跟隨器電路381進(jìn)行配置的電路的一部分、信號(hào)比較器24、以及存儲(chǔ)單元25被布置。

在固態(tài)成像設(shè)備361中，通過(guò)使用源極跟隨器電路381，對(duì)由電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23所獲取的電壓信號(hào)的源極跟隨器讀取被執(zhí)行，并且所讀取的電壓信號(hào)被供應(yīng)給信號(hào)比較器24。

當(dāng)作為參考信號(hào)ref的斜坡被供應(yīng)時(shí)，信號(hào)比較器24對(duì)參考信號(hào)ref與從源極跟隨器電路381供應(yīng)的電壓信號(hào)進(jìn)行比較，換言之，對(duì)表示復(fù)位電平或信號(hào)電平的模擬信號(hào)與參考信號(hào)ref進(jìn)行比較。然后，基于比較的結(jié)果，ad轉(zhuǎn)換被執(zhí)行。

此外，在確定電平的參考信號(hào)ref被供應(yīng)的情形中，信號(hào)比較器24對(duì)從源極跟隨器電路381供應(yīng)的電壓信號(hào)與參考信號(hào)ref進(jìn)行比較。然后，基于比較的結(jié)果，轉(zhuǎn)換效率被適應(yīng)性地切換。

按這種方式，在固態(tài)成像設(shè)備361中，用于ad轉(zhuǎn)換的信號(hào)比較器24被使用，并且對(duì)轉(zhuǎn)換效率的切換在像素371外部被控制。

<固態(tài)成像設(shè)備的具體配置的示例>

隨后，如參照?qǐng)D10所述，將描述固態(tài)成像設(shè)備361的更具體的實(shí)施例，其中，信號(hào)比較器24被布置在像素371外部的列處理單元372中。

圖11是示出固態(tài)成像設(shè)備361的具體配置的示例的圖示。此外，在圖11中，相同的參考數(shù)字被分配給與圖10中所示情形的部分相對(duì)應(yīng)的部分，并且在適當(dāng)?shù)那闆r下將不呈現(xiàn)其中的描述。

在圖11中，圖中在水平方向布置的虛線的上側(cè)和下側(cè)分別是像素371和列處理單元372。

在像素371中，光電轉(zhuǎn)換單元21、轉(zhuǎn)移晶體管411、電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412、晶體管413、電容器414、以及復(fù)位晶體管415被布置在半導(dǎo)體基板上的p型阱401中。

光電轉(zhuǎn)換單元21是由被布置在p型阱401內(nèi)部的p+型半導(dǎo)體區(qū)域416和n-型半導(dǎo)體區(qū)域417形成的，執(zhí)行對(duì)入射光的光電轉(zhuǎn)換，并且對(duì)作為光電轉(zhuǎn)換的結(jié)果所獲取的電荷進(jìn)行累積。此外，當(dāng)供應(yīng)給柵電極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)trg變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，被布置在光電轉(zhuǎn)換單元21和電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412之間的轉(zhuǎn)移晶體管411處于導(dǎo)電狀態(tài)(on狀態(tài))，并且將光電轉(zhuǎn)換單元21中所累積的電荷轉(zhuǎn)移到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412。轉(zhuǎn)移晶體管411與圖10中所示的傳輸單元22相對(duì)應(yīng)。

電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412是由被布置在p型阱401內(nèi)部的n+型半導(dǎo)體區(qū)域形成的浮動(dòng)傳播區(qū)域，對(duì)通過(guò)轉(zhuǎn)移晶體管411從光電轉(zhuǎn)換單元21供應(yīng)的電荷進(jìn)行累積，并且將所累積的電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。放大晶體管418的柵電極被連接到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412。

此外，放大晶體管418具有被連接到具有預(yù)定電壓vdd的電源的漏極，并且是源極跟隨器電路的輸入單元，源極跟隨器電路讀取在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412中所累積的電荷(電壓信號(hào))。換言之，放大晶體管418具有通過(guò)選擇晶體管419被連接到垂直信號(hào)線420的源極，從而配置被連接到垂直信號(hào)線420的一端的恒定電流源和源極跟隨器電路。按這種方式配置的源極跟隨器電路與圖10中所示的源極跟隨器電路381相對(duì)應(yīng)。

選擇晶體管419被連接在放大晶體管418的源極和垂直信號(hào)線420之間。當(dāng)供應(yīng)給柵電極的控制信號(hào)sel變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，選擇晶體管419處于on狀態(tài)(換言之，導(dǎo)電狀態(tài))，并且通過(guò)垂直信號(hào)線420向列處理單元372供應(yīng)從放大晶體管418輸出的電壓信號(hào)。

放大晶體管418和選擇晶體管419被布置在像素371內(nèi)。

晶體管413是由被布置在p型阱401內(nèi)部的電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412和電容器414之間的p-型半導(dǎo)體區(qū)域或n-型半導(dǎo)體區(qū)域以及被連接到晶體管421的柵電極形成的。當(dāng)供應(yīng)給柵電極的控制信號(hào)增益變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，晶體管413處于導(dǎo)電狀態(tài)(on狀態(tài))并且電連接電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412和電容器414。

電容器414是由n+型半導(dǎo)體區(qū)域形成的，并且當(dāng)被電連接到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)移到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412的電荷的一部分進(jìn)行累積。此外，電容器414在供應(yīng)給復(fù)位晶體管415的柵電極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst變?yōu)楦唠娖綍r(shí)被初始化，并且復(fù)位晶體管415導(dǎo)通。

在圖11中所示的示例中，電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412與圖10中所示的電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元23相對(duì)應(yīng)，并且電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412的轉(zhuǎn)換效率隨著電容器414被連接到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412而改變。

晶體管421被布置在像素371內(nèi)。當(dāng)供應(yīng)給柵電極的控制信號(hào)sel變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，晶體管421處于on狀態(tài)(換言之，導(dǎo)電狀態(tài))，并且通過(guò)控制線422向晶體管413供應(yīng)從列處理單元372供應(yīng)的控制信號(hào)gain。

此外，列處理單元372包括電容器423、晶體管424、信號(hào)比較器24、以及d-ff電路425。

電容器423被布置在垂直信號(hào)線420和信號(hào)比較器24的輸入側(cè)端子之間，并且切斷從垂直信號(hào)線420供應(yīng)到信號(hào)比較器24的電壓信號(hào)的dc分量。晶體管424被連接到信號(hào)比較器24的輸入端子和輸出端子，并且當(dāng)供應(yīng)給晶體管424的柵電極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)az變?yōu)楦唠娖綍r(shí)處于on狀態(tài)(導(dǎo)電狀態(tài))。當(dāng)晶體管424導(dǎo)通時(shí)，由信號(hào)比較器24獲取自動(dòng)歸零，即用作參考的電壓電平。

d-ff電路425是被布置在信號(hào)比較器24的輸出端子和控制線422之間的d-型觸發(fā)器電路，并且與圖10中所示的存儲(chǔ)單元25相對(duì)應(yīng)。d-ff電路425的輸入端子d被連接到信號(hào)比較器24，并且d-ff電路425的輸出端子q被連接到控制線422。

d-ff電路425根據(jù)從外部供應(yīng)的采樣脈沖fdg來(lái)鎖存(獲取)從信號(hào)比較器24供應(yīng)的電壓信號(hào)vco，并且將經(jīng)鎖存的電壓信號(hào)作為控制信號(hào)gain輸出到控制線422。此外，當(dāng)高電平的實(shí)施設(shè)置信號(hào)hfix被供應(yīng)給d-ff電路425的輸入端子s時(shí)，從d-ff電路425輸出的控制信號(hào)gain被固定為高電平，并且當(dāng)高電平的初始化信號(hào)ini被供應(yīng)給d-ff電路425的輸入端子r時(shí)，從d-ff電路425輸出的控制信號(hào)gain被初始化為低電平。

此外，未在圖中示出的遞增-遞減計(jì)數(shù)器被連接到信號(hào)比較器24。遞增-遞減計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到從信號(hào)比較器24供應(yīng)的電壓信號(hào)vco被逆變?yōu)橹?，并且從?jì)數(shù)的結(jié)果中獲取像素信號(hào)的數(shù)字值。

接下來(lái)，將描述圖11中所示的固態(tài)成像設(shè)備361的操作。

首先，高電平的初始化信號(hào)ini被供應(yīng)給d-ff電路425的輸入端子r，并且控制信號(hào)gain被固定為低電平。

此外，控制信號(hào)sel被設(shè)置為高電平，并且晶體管421和選擇晶體管419變?yōu)閛n狀態(tài)。由于控制信號(hào)gain處于低電平，因此晶體管413處于off狀態(tài)。電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412和電容器414彼此電隔離。換言之，形成高增益狀態(tài)。

接下來(lái)，在這類(lèi)狀態(tài)下，供應(yīng)給晶體管424的驅(qū)動(dòng)信號(hào)az被設(shè)置為高電平，并且自動(dòng)歸零被獲取。然后，作為參考信號(hào)ref的斜坡被供應(yīng)給信號(hào)比較器24，并且復(fù)位電平被獲取。換言之，在從信號(hào)比較器24供應(yīng)的電壓信號(hào)vco被逆變之前的時(shí)間由未在圖中示出的遞增-遞減計(jì)數(shù)器進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)，并且被存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中。按這種方式所獲取的計(jì)數(shù)的結(jié)果是高增益的復(fù)位電平的數(shù)字值。

此后，高電平的實(shí)施設(shè)置信號(hào)hfix被供應(yīng)給d-ff電路425的輸入端子s，并且控制信號(hào)gain被固定為高電平。然后，晶體管413變?yōu)閛n狀態(tài)，并且電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412和電容器414彼此電連接。換言之，形成低增益狀態(tài)。

在該狀態(tài)下，作為參考信號(hào)ref的斜坡被供應(yīng)給信號(hào)比較器24，并且復(fù)位電平被獲取。換言之，在未在圖中示出的遞增-遞減計(jì)數(shù)器中，與在獲取高增益的復(fù)位電平時(shí)的情形類(lèi)似，低增益的復(fù)位電平被獲取并且被存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中。

隨后，再次，高電平的初始化信號(hào)ini被供應(yīng)給d-ff電路425的輸入端子r，并且控制信號(hào)gain被設(shè)置為低電平。因此，晶體管413變?yōu)閛ff狀態(tài)，并且電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412和電容器414彼此電斷開(kāi)。換言之，從低增益狀態(tài)形成高增益狀態(tài)。

然后，高電平的驅(qū)動(dòng)信號(hào)trg被供應(yīng)給轉(zhuǎn)移晶體管411，轉(zhuǎn)移晶體管411變?yōu)閛n，并且目前為止由光電轉(zhuǎn)換單元21所獲取的電荷被轉(zhuǎn)移到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412。

此外，緊隨在將電荷從光電轉(zhuǎn)換單元21轉(zhuǎn)移到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412之后，更詳細(xì)地，在轉(zhuǎn)移期間，參考信號(hào)ref的電壓被設(shè)置為確定電平，并且，在對(duì)與轉(zhuǎn)移到光電轉(zhuǎn)換單元21的電荷相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)的讀取期間，換言之，在對(duì)由垂直信號(hào)線420所讀取的電壓信號(hào)的安置期間，脈沖形狀的采樣脈沖fdg被輸入到d-ff電路425。

然后，在信號(hào)比較器24中，在安置期間被設(shè)置為確定電平的參考信號(hào)ref和由電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412所獲取的且通過(guò)垂直信號(hào)線420被讀取的電壓信號(hào)被互相比較，并且表示比較的結(jié)果的電壓信號(hào)vco由d-ff電路425接收。

在此時(shí)，在輸入采樣脈沖fdg時(shí)輸出的像素(換言之，由電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412所獲取的電壓信號(hào))高于(信號(hào)量小于)確定電平的情形中，電壓信號(hào)vcp變?yōu)榈碗娖?。在該情形中，由于從d-ff電路425輸出的控制信號(hào)gain也處于低電平，因此電容器414和電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412被保持為彼此斷開(kāi)，換言之，高增益狀態(tài)被保持。

與此相比，在輸入采樣脈沖fdg時(shí)由電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412所獲取的電壓信號(hào)低于(信號(hào)量大于)預(yù)定電平的情形中，電壓信號(hào)vcp變?yōu)楦唠娖健Ｔ谠撉樾沃?，由于從d-ff電路425輸出的控制信號(hào)gain變?yōu)楦唠娖?，因此電容?14和電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412彼此連接，并且由處于低增益狀態(tài)的電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412所獲取的電壓信號(hào)被讀取。換言之，在對(duì)信號(hào)電平的讀取期間，換言之，在對(duì)信號(hào)電平的讀取完成之前，增益從高增益被切換到低增益。

按這種方式，在適當(dāng)?shù)那闆r下，在增益(轉(zhuǎn)換效率)改變，并且由電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412所獲取的電壓信號(hào)被讀取的情形中，此后，與獲取復(fù)位電平時(shí)的情形類(lèi)似，信號(hào)電平被獲取。

換言之，在未在圖中示出的遞增-遞減計(jì)數(shù)器中，根據(jù)控制信號(hào)gain所指定的復(fù)位電平從內(nèi)部存儲(chǔ)器中被讀取并且被設(shè)置在計(jì)數(shù)器中。更具體地，當(dāng)控制信號(hào)gain處于高電平時(shí)，低增益的復(fù)位電平被讀取。另一方面，當(dāng)控制信號(hào)gain處于低電平時(shí)，高增益的復(fù)位電平被讀取。

然后，作為參考信號(hào)ref的斜坡被供應(yīng)給信號(hào)比較器24，并且在未在圖中示出的遞增-遞減計(jì)數(shù)器中，通過(guò)使用復(fù)位電平被設(shè)置到的計(jì)數(shù)器，對(duì)從信號(hào)比較器24供應(yīng)的電壓信號(hào)vco進(jìn)行逆變之前的時(shí)間被遞增計(jì)數(shù)。按這種方式所獲取的計(jì)數(shù)的結(jié)果是根據(jù)復(fù)位電平和信號(hào)電平之間的差值所獲取的像素信號(hào)的數(shù)字值。換言之，在該示例中，對(duì)像素信號(hào)的計(jì)算還與對(duì)信號(hào)電平的讀取同時(shí)被執(zhí)行。

如上所述，還通過(guò)在啟動(dòng)讀取信號(hào)電平時(shí)同時(shí)適應(yīng)性地改變轉(zhuǎn)換效率，高質(zhì)量捕獲圖像可以更快地被獲取。

<第二實(shí)施例的經(jīng)修改的示例1>

<固態(tài)成像設(shè)備的配置的示例>

此外，圖11中所示的固態(tài)成像設(shè)備361的配置假定對(duì)由垂直信號(hào)線420所讀取的電壓信號(hào)的安置是在輸入采樣脈沖fdg之后的情形，存在其它情形。因此，通過(guò)也考慮這類(lèi)情形，d-ff電路425的部分可以被配置在兩個(gè)階段中，并且接納數(shù)據(jù)(電壓信號(hào))的時(shí)序和反映設(shè)置的時(shí)序可以被配置為是可控制的。

在接納數(shù)據(jù)的時(shí)序和反映設(shè)置的時(shí)序被配置為是可控制的情形中，固態(tài)成像設(shè)備361例如被配置為如圖12中所示。此外，在圖12中，相同的參考數(shù)字被分配給與圖11中所示情形的部分相對(duì)應(yīng)的部分，并且在適當(dāng)?shù)那闆r下將不呈現(xiàn)其中的描述。

在圖12中所示的固態(tài)成像設(shè)備361中，像素371的部分的配置與圖11中所示的固態(tài)成像設(shè)備361的像素371的部分的配置相同。

此外，在圖12中所示的固態(tài)成像設(shè)備361的列處理單元372的配置中，替代圖11中所示的固態(tài)成像設(shè)備361的列處理單元372的d-ff電路425，d-ff電路461和d-ff電路462被布置，這不同于圖11中所示的列處理單元372。此外，在圖12中所示的列處理單元372中，還布置有圖11中省略的遞增-遞減計(jì)數(shù)器463。

d-ff電路461是被布置在信號(hào)比較器24和d-ff電路462之間的d型觸發(fā)器電路。d-ff電路461的輸入端子d被連接到信號(hào)比較器24的輸出端子，并且d-ff電路461的輸出端子q被連接到d-ff電路462的輸入端子d。d-ff電路461根據(jù)從外部供應(yīng)的采樣脈沖fdg來(lái)鎖存(獲取)從信號(hào)比較器24供應(yīng)的電壓信號(hào)vco。

d-ff電路462是被布置在d-ff電路461和控制線422之間的d型觸發(fā)器電路，并且d-ff電路462的輸出端子q被連接到控制線422。d-ff電路462根據(jù)由d-ff電路461在像素371上所鎖存的電壓信號(hào)vco反映設(shè)置。換言之，d-ff電路462根據(jù)從外部供應(yīng)的采樣脈沖fdg’來(lái)鎖存從d-ff電路461供應(yīng)的電壓信號(hào)vco，并且將經(jīng)鎖存的電壓信號(hào)作為控制信號(hào)gain輸出到控制線422。

此外，當(dāng)高電平的實(shí)施設(shè)置信號(hào)lgfix被供應(yīng)給d-ff電路462的輸入端子s時(shí)，從d-ff電路462輸出的控制信號(hào)gain被固定為高電平，并且當(dāng)高電平的初始化信號(hào)ini被供應(yīng)給d-ff電路462的輸入端子r時(shí)，從d-ff電路462輸出的控制信號(hào)gain被初始化為低電平。

遞增-遞減計(jì)數(shù)器463被連接到信號(hào)比較器24和控制線422，并且基于從控制線422供應(yīng)的控制信號(hào)gain和從信號(hào)比較器24供應(yīng)的電壓信號(hào)vco來(lái)生成像素信號(hào)，并且輸出所生成的像素信號(hào)。

<成像處理的描述>

接下來(lái)，將描述圖12中所示的固態(tài)成像設(shè)備361的操作。

當(dāng)成像指示被做出時(shí)，固態(tài)成像設(shè)備361執(zhí)行成像處理并且輸出所獲取的捕獲圖像。在下文中，將參照?qǐng)D13中所示的時(shí)序圖來(lái)描述由固態(tài)成像設(shè)備361所執(zhí)行的成像處理。

此外，在圖13中，水平方向表示時(shí)間，并且垂直方向表示電勢(shì)(電壓)。具體地，在附圖中，信號(hào)等向上凸出的狀態(tài)表示高電平狀態(tài)，并且信號(hào)等向下凸出的狀態(tài)表示低電平狀態(tài)。

在圖13中，折線l51至l60表示驅(qū)動(dòng)信號(hào)sel、驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst、初始化信號(hào)ini、實(shí)施設(shè)置信號(hào)lgfix、控制信號(hào)gain、驅(qū)動(dòng)信號(hào)az、驅(qū)動(dòng)信號(hào)trg、采樣脈沖fdg、采樣脈沖fdg’、以及參考信號(hào)ref的波形。此外，為虛線的曲線161表示供應(yīng)給信號(hào)比較器24的被布置在電容器423側(cè)的輸入端子的信號(hào)的電壓(在下文中，也稱(chēng)為電壓vslin)。該電壓vslin通過(guò)經(jīng)由源極跟隨器電路讀取電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412的電壓并且經(jīng)由使用電容器423切斷dc分量來(lái)被獲取。

此外，折線l62和l63分別表示在遞增-遞減計(jì)數(shù)器463內(nèi)部執(zhí)行的計(jì)數(shù)和電壓信號(hào)vco的表現(xiàn)。

首先，在時(shí)間t21處，控制信號(hào)sel被設(shè)置為高電平，像素371被選擇，并且形成晶體管421和選擇晶體管419導(dǎo)通的狀態(tài)。

此外，實(shí)施設(shè)置信號(hào)lgfix被設(shè)置為高電平，從d-ff電路462輸出的控制信號(hào)gain被固定為高電平，并且形成電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412和電容器414彼此電連接的狀態(tài)(換言之，低增益狀態(tài))。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst被設(shè)置為高電平，并且電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412和電容器414被初始化為預(yù)定電壓，并且驅(qū)動(dòng)信號(hào)az變?yōu)楦唠娖健?/p>

此后，在實(shí)施設(shè)置信號(hào)lgfix被設(shè)置為低電平后，在時(shí)間t22處，初始化信號(hào)ini被設(shè)置為高電平，從d-ff電路462輸出的控制信號(hào)gain被固定為低電平，并且電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412和電容器414彼此電斷開(kāi)。換言之，高增益狀態(tài)被形成。然后，初始化信號(hào)ini被返回到低電平。

在時(shí)間t23處，驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst被返回到低電平，電容器414的初始化被釋放，并且隨后，在時(shí)間t24處，驅(qū)動(dòng)信號(hào)az從高電平狀態(tài)被返回到低電平。按這種方式，自動(dòng)歸零被信號(hào)比較器24獲取。換言之，信號(hào)比較器24被初始化。

隨后，在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412被設(shè)置為高增益的狀態(tài)下，復(fù)位電平被獲取。

換言之，信號(hào)比較器24對(duì)通過(guò)垂直信號(hào)線420從電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412所讀取的電壓vslin與被供應(yīng)為參考信號(hào)ref的斜坡進(jìn)行比較，并且將作為其結(jié)果所獲取的電壓信號(hào)vco供應(yīng)給d-ff電路461和遞增-遞減計(jì)數(shù)器463。

當(dāng)對(duì)復(fù)位電平的獲取被啟動(dòng)時(shí)，遞增-遞減計(jì)數(shù)器463開(kāi)始對(duì)時(shí)間進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)。然后，在時(shí)間t25處，當(dāng)電壓信號(hào)vco從高電平被逆變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，遞增-遞減計(jì)數(shù)器463結(jié)束計(jì)數(shù)并且將該時(shí)間點(diǎn)處的計(jì)數(shù)的結(jié)果作為復(fù)位電平存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中。因此，高增益的復(fù)位電平的數(shù)字值被獲取。

此外，在時(shí)間t26處，實(shí)施設(shè)置信號(hào)lgfix被設(shè)置為高電平，并且控制信號(hào)gain被固定為高電平，并且在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412和電容器414彼此電連接的低增益狀態(tài)被形成后，實(shí)施設(shè)置信號(hào)lgfix被返回至低電平。

在這類(lèi)低增益狀態(tài)下，與在獲取高增益的復(fù)位電平時(shí)的情形類(lèi)似，低增益的復(fù)位電平被獲取。

換言之，信號(hào)比較器24對(duì)所讀取的電壓vslin與被供應(yīng)為參考信號(hào)ref的斜坡進(jìn)行比較，并且將作為其結(jié)果所獲取的電壓信號(hào)vco供應(yīng)給d-ff電路461和遞增-遞減計(jì)數(shù)器463。

當(dāng)對(duì)復(fù)位電平的獲取被啟動(dòng)時(shí)，遞增-遞減計(jì)數(shù)器啟動(dòng)對(duì)時(shí)間的遞減計(jì)數(shù)，在時(shí)間t27處，當(dāng)電壓信號(hào)vco從高電平被逆變?yōu)榈碗娖綍r(shí)結(jié)束計(jì)數(shù)，并且將該時(shí)間點(diǎn)處的計(jì)數(shù)的結(jié)果作為復(fù)位電平存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中。因此，低增益的復(fù)位電平的數(shù)字值被獲取。

此外，在此，盡管在獲取高增益的復(fù)位電平之后獲取低增益的復(fù)位電平，但是可以在獲取低增益的復(fù)位電平之后，獲取高增益的復(fù)位電平。

當(dāng)復(fù)位電平被獲取時(shí)，在時(shí)間t28處，初始化信號(hào)ini被設(shè)置為高電平，控制信號(hào)gain被初始化為低電平，并且電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412和電容器414彼此電斷開(kāi)。換言之，高增益狀態(tài)被形成。然后，初始化信號(hào)ini被返回到低電平。在此時(shí)，供應(yīng)給信號(hào)比較器24的參考信號(hào)ref被改變?yōu)橛糜诖_定轉(zhuǎn)換效率的確定電平。

按這種方式，當(dāng)高增益狀態(tài)被形成時(shí)，在時(shí)間t29處，驅(qū)動(dòng)信號(hào)trg被設(shè)置為高電平，轉(zhuǎn)移晶體管414導(dǎo)通，并且由光電轉(zhuǎn)換單元21所獲取的電荷到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412的轉(zhuǎn)移被啟動(dòng)。

然后，信號(hào)比較器24對(duì)被供應(yīng)為參考信號(hào)ref的確定電平與電壓vslin進(jìn)行比較，并且輸出表示比較的結(jié)果的電壓信號(hào)vco。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)trg被返回到低電平，并且像素371的曝光時(shí)段結(jié)束，并且高電平的采樣脈沖fdg在時(shí)間t30處被輸入到d-ff電路461，并且從信號(hào)比較器24供應(yīng)的電壓信號(hào)vco由d-ff電路461讀取。

然后，采樣脈沖fdg被設(shè)置為低電平，并且在時(shí)間t31處，高電平的采樣脈沖fdg’被供應(yīng)給d-ff電路462。按這種方式，d-ff電路462讀取從d-ff電路461輸出的電壓信號(hào)vco，并且將電壓信號(hào)vco作為控制信號(hào)gain直接輸出到控制線422。

然后，當(dāng)由光電轉(zhuǎn)換單元21所獲取的信號(hào)量較小，并且電壓信號(hào)vco處于低電平時(shí)，低電平的控制信號(hào)gain被輸出，并且晶體管413被保持為斷開(kāi)。換言之，電容器414被保持為處于與電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412隔離的高增益狀態(tài)。

與此相比，當(dāng)由光電轉(zhuǎn)換單元21所獲取的信號(hào)量較大，并且電壓信號(hào)vco處于高電平時(shí)，高電平的控制信號(hào)gain被輸出，晶體管413導(dǎo)通，并且電容器414被連接到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412。換言之，低增益狀態(tài)被形成。

按這種方式，在增益(換言之，電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412的轉(zhuǎn)換效率)在讀取與由光電轉(zhuǎn)換單元21所獲取的電荷相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)(電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412的電壓)時(shí)被適應(yīng)性改變的情形中，供應(yīng)給信號(hào)比較器24的電壓vslin據(jù)此進(jìn)行改變。

在轉(zhuǎn)換效率在必要時(shí)被改變的情形中，采樣脈沖fdg’被設(shè)置為低電平，并且參考信號(hào)ref被升高到預(yù)定電平。

隨后，在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412根據(jù)由信號(hào)比較器24所執(zhí)行的比較的結(jié)果處于高增益和低增益之一的狀態(tài)的狀態(tài)下，信號(hào)電平被獲取。在該狀態(tài)下，在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412中或在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412和電容器414中，由光電轉(zhuǎn)換單元21在曝光時(shí)段期間所獲取的電荷被累積。

遞增-遞減計(jì)數(shù)器463首先從內(nèi)部存儲(chǔ)器中讀取根據(jù)通過(guò)控制線422從d-ff電路462供應(yīng)的控制信號(hào)gain所指定的復(fù)位電平，并且將所讀取的復(fù)位電平設(shè)置在計(jì)數(shù)器中。換言之，當(dāng)控制信號(hào)gain處于高電平時(shí)，低增益的復(fù)位電平被讀取。另一方面，當(dāng)控制信號(hào)處于低電平時(shí)，高增益的復(fù)位電平被讀取。

此外，信號(hào)比較器24對(duì)通過(guò)垂直信號(hào)線420從電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元412中讀取的電壓vslin與被供應(yīng)為參考信號(hào)ref的斜坡進(jìn)行比較，并且將作為其結(jié)果所獲取的電壓信號(hào)vco供應(yīng)給d-ff電路461和遞增-遞減計(jì)數(shù)器463。

當(dāng)對(duì)信號(hào)電平的獲取被啟動(dòng)時(shí)，遞增-遞減計(jì)數(shù)器通過(guò)使用復(fù)位電平被設(shè)置到的計(jì)數(shù)器來(lái)啟動(dòng)對(duì)時(shí)間的遞增計(jì)數(shù)。然后，在時(shí)間t32處，當(dāng)電壓信號(hào)vco從高電平被逆變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，遞增-遞減計(jì)數(shù)器463結(jié)束計(jì)數(shù)。按這種方式，在獲取信號(hào)電平的同時(shí)，信號(hào)電平和復(fù)位電平之間的減法(換言之，對(duì)cds或dds的計(jì)算)被執(zhí)行，由此，像素信號(hào)的數(shù)字值被獲取。

按這種方式，當(dāng)對(duì)信號(hào)電平的獲取被完成時(shí)由遞增-遞減計(jì)數(shù)器463所獲取的計(jì)數(shù)的結(jié)果是像素信號(hào)的數(shù)字值，并且遞增-遞減計(jì)數(shù)器463將所獲取的像素信號(hào)輸出到之后的階段，并且成像處理結(jié)果。

如上所示，固態(tài)成像設(shè)備361針對(duì)每個(gè)像素371對(duì)參考信號(hào)ref與電壓vslin進(jìn)行比較，并且根據(jù)在獲取信號(hào)電平時(shí)的比較的結(jié)果來(lái)適應(yīng)性地改變像素371的轉(zhuǎn)換效率。

按這種方式，可以根據(jù)高增益(低亮度)或低增益(高亮度)來(lái)為每個(gè)像素371設(shè)置最佳轉(zhuǎn)換效率，并且可以獲取抑制曝光不足和曝光過(guò)度的高質(zhì)量捕獲圖像。此外，通過(guò)適應(yīng)性地改變轉(zhuǎn)換效率，獲取信號(hào)電平的次數(shù)變?yōu)閮H一次，并且所捕獲的圖像可以更快地被獲取。

注意，上面所述的固態(tài)成像設(shè)備的配置僅僅是示例，并且固態(tài)成像設(shè)備可以具有任意配置，只要轉(zhuǎn)換效率可以通過(guò)針對(duì)固態(tài)成像設(shè)備的每個(gè)像素對(duì)信號(hào)量與參考信號(hào)進(jìn)行比較而適應(yīng)性地被改變。

例如，配置不限于信號(hào)比較器被布置在像素內(nèi)的示例，而是信號(hào)比較器可以由被布置在像素外部的列處理單元中的電路的一部分以及被布置在像素內(nèi)的電路的一部分來(lái)配置。

作為這樣的示例，例如，盡管通用圖像傳感器的像素的源極跟隨器電路通過(guò)使用選擇線將像素的輸出線連接到被布置在列處理單元中的電流源來(lái)被配置，還可以考慮具有與其類(lèi)似的配置的信號(hào)比較器。此外，由于源極跟隨器電路和信號(hào)比較器的作用(換言之，其中的操作時(shí)序)彼此不同，因此通過(guò)改變要連接到的電路配置，可以包括源極跟隨器電路和信號(hào)比較器這二者的功能。

<成像裝置的配置的示例>

此外，本發(fā)明可以被應(yīng)用到整體電子裝置，每個(gè)電子裝置使用光電轉(zhuǎn)換單元中的固態(tài)成像設(shè)備，例如成像裝置，如數(shù)字靜物照相機(jī)或視頻攝像機(jī)、具有成像功能的移動(dòng)終端設(shè)備、以及使用圖像讀取單元中的固態(tài)成像設(shè)備的復(fù)印機(jī)。固態(tài)成像設(shè)備可以具有被形成為一個(gè)芯片的形式或具有成像功能的模塊設(shè)備的形式，其中成像單元和信號(hào)處理單元或光學(xué)系統(tǒng)被封裝在一起。

圖14是示出作為根據(jù)本發(fā)明的電子裝置的成像裝置的配置的示例的圖示。

圖14中所示的成像裝置511包括由鏡頭組等形成的光學(xué)單元521、固態(tài)成像設(shè)備(成像設(shè)備)522、以及作為照相機(jī)信號(hào)處理電路的數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)電路523。此外，成像裝置511包括幀存儲(chǔ)器524、顯示單元525、存儲(chǔ)單元526、操作單元527、以及電源單元528。dsp電路523、幀存儲(chǔ)器524、顯示單元525、存儲(chǔ)單元526、操作單元527、以及電源單元528通過(guò)總線529互連。

光學(xué)單元521接納來(lái)自對(duì)象的入射光(圖像光)并且在固態(tài)成像設(shè)備522的成像面上形成圖像。固態(tài)成像設(shè)備522將通過(guò)光學(xué)單元521被形成為成像面上的圖像的入射光的光量轉(zhuǎn)換為以像素為單位的電信號(hào)，并且將電信號(hào)作為像素信號(hào)輸出。該固態(tài)成像設(shè)備522與上面所述的固態(tài)成像設(shè)備11等相對(duì)應(yīng)。

顯示單元525例如是由面板型顯示器設(shè)備(例如液晶面板或有機(jī)電發(fā)光(el)面板)形成的，并且顯示由固態(tài)成像設(shè)備522所捕獲的活動(dòng)圖像或靜止圖像。存儲(chǔ)單元526將由固態(tài)成像設(shè)備522所捕獲的活動(dòng)圖像或靜止圖像存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)上，存儲(chǔ)介質(zhì)例如為視頻磁帶或數(shù)字通用光盤(pán)(dvd)。

操作單元527在用戶(hù)的操作下發(fā)出針對(duì)成像裝置511中所包括的各種功能的操作指示。電源單元518適當(dāng)?shù)叵蜻@類(lèi)供應(yīng)目標(biāo)供應(yīng)各種電源，其是dsp電路523、幀存儲(chǔ)器524、顯示單元525、存儲(chǔ)單元526、以及操作單元527的操作電源。

此外，在上面所述的實(shí)施例中，本發(fā)明被應(yīng)用到以矩陣模式安排像素的cmos圖像傳感器的情形已經(jīng)作為示例被描述，其中，像素各自檢測(cè)與作為物理量的可見(jiàn)光的光量相對(duì)應(yīng)的信號(hào)電荷。然而，本發(fā)明不限于對(duì)cmos圖像傳感器的應(yīng)用而是可以被應(yīng)用到整體固態(tài)成像設(shè)備。

本發(fā)明的實(shí)施例不限于上面所述的實(shí)施例，而是可以在不脫離本發(fā)明的概念的范圍內(nèi)做出各種變化。

此外，本發(fā)明可以采用下面的配置。

[1]

一種成像設(shè)備，包括：

光電轉(zhuǎn)換單元，該光電轉(zhuǎn)換單元對(duì)入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換；

電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元，該電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元利用預(yù)定轉(zhuǎn)換效率將通過(guò)光電轉(zhuǎn)換所獲取的電荷的一部分或全部轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；以及

信號(hào)比較單元，該信號(hào)比較單元對(duì)電壓信號(hào)與具有預(yù)定電壓的參考信號(hào)進(jìn)行比較，

其中，轉(zhuǎn)換效率根據(jù)由信號(hào)比較單元所執(zhí)行的比較的結(jié)果被改變。

[2]

根據(jù)[1]的成像設(shè)備，

其中，成像設(shè)備包括多個(gè)像素，并且

每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換單元和電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元。

[3]

根據(jù)[1]或[2]的成像設(shè)備，還包括存儲(chǔ)單元，該存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)基于比較的結(jié)果所確定的控制信號(hào)，并且基于所存儲(chǔ)的控制信號(hào)來(lái)改變轉(zhuǎn)換效率。

[4]

根據(jù)[3]的成像設(shè)備，還包括電容器，該電容器對(duì)光電轉(zhuǎn)換單元中溢出的電荷進(jìn)行累積，

其中，存儲(chǔ)單元基于控制信號(hào)通過(guò)將電容器連接到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元來(lái)改變轉(zhuǎn)換效率。

[5]

根據(jù)[3]或[4]的成像設(shè)備，

其中，信號(hào)比較單元在光電轉(zhuǎn)換單元的曝光之后，在從光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)移的電荷被累積在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元中的狀態(tài)下，對(duì)電壓信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較，并且

存儲(chǔ)單元在曝光之后，在與電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元中累積的電荷相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)作為信號(hào)電平被獲取之前改變轉(zhuǎn)換效率。

[6]

根據(jù)[5]的成像設(shè)備，還包括接納單元，該接納單元基于電壓信號(hào)和斜坡形狀的參考信號(hào)之間的比較的結(jié)果來(lái)獲取信號(hào)電平的數(shù)字值，

其中，信號(hào)比較單元在轉(zhuǎn)換效率被改變之后，在從光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)移的電荷被累積在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元中的狀態(tài)下，對(duì)電壓信號(hào)與斜坡形狀的參考信號(hào)進(jìn)行比較。

[7]

根據(jù)[6]的成像設(shè)備，其中，接納單元基于比較的結(jié)果通過(guò)接納從外部供應(yīng)的計(jì)數(shù)信號(hào)來(lái)獲取信號(hào)電平的數(shù)字值。

[8]

根據(jù)[6]或[7]的成像設(shè)備，

其中，信號(hào)比較單元，在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元被復(fù)位到預(yù)定電壓的復(fù)位狀態(tài)下，對(duì)電壓信號(hào)與斜坡形狀的參考信號(hào)進(jìn)行比較，并且

接納單元還基于復(fù)位狀態(tài)下的比較的結(jié)果來(lái)獲取復(fù)位電平的數(shù)字值。

[9]

根據(jù)[8]的成像設(shè)備，

其中，接納單元輸出信號(hào)電平的數(shù)字值和針對(duì)多個(gè)互不相同的轉(zhuǎn)換效率所獲取的復(fù)位電平的數(shù)字值，并且

存儲(chǔ)單元輸出表示根據(jù)控制信號(hào)確定的變化之后的轉(zhuǎn)換效率的確定信號(hào)。

[10]

根據(jù)[1]-[9]中任一項(xiàng)的成像設(shè)備，

其中，成像設(shè)備包括多個(gè)像素，并且

每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換單元、電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元、以及信號(hào)比較單元。

[11]

根據(jù)[3]-[9]中任一項(xiàng)的成像設(shè)備，

其中，成像設(shè)備包括多個(gè)像素，并且

每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換單元、電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元、信號(hào)比較單元、以及存儲(chǔ)單元。

[12]

根據(jù)[3]的成像設(shè)備，

其中，成像設(shè)備包括多個(gè)像素，并且

每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換單元、電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元、信號(hào)比較單元、以及存儲(chǔ)單元，輸出處于從光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)移的電荷被累積在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元中的狀態(tài)的電壓信號(hào)的模擬值，并且輸出針對(duì)多個(gè)互不相同的轉(zhuǎn)換效率中的每個(gè)轉(zhuǎn)換效率所獲取的處于電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元被復(fù)位到預(yù)定電壓的復(fù)位狀態(tài)的電壓信號(hào)的模擬值，并且

存儲(chǔ)單元輸出表示根據(jù)控制信號(hào)確定的變化之后的轉(zhuǎn)換效率的確定信號(hào)。

[13]

根據(jù)[12]的成像設(shè)備，還包括電荷保持單元，該電荷保持單元被布置在光電轉(zhuǎn)換單元和電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元之間，并且將從光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)移的電荷保持到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元。

[14]

根據(jù)[3]的成像設(shè)備，

其中，信號(hào)比較單元緊隨在將電荷從光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)移到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元之后對(duì)電壓信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較，并且

存儲(chǔ)單元在將電荷轉(zhuǎn)移到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元之后，在與電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元中累積的電荷相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)作為信號(hào)電平被獲取之前改變轉(zhuǎn)換效率。

[15]

根據(jù)[14]的成像設(shè)備，其中，存儲(chǔ)單元基于控制信號(hào)通過(guò)將電容器連接到電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元來(lái)改變轉(zhuǎn)換效率。

[16]

根據(jù)[3]、[14]或[15]中任一項(xiàng)的成像設(shè)備，其中，信號(hào)比較單元和存儲(chǔ)單元被布置在成像設(shè)備的像素外部。

[17]

根據(jù)[16]的成像設(shè)備，還包括像素信號(hào)計(jì)算單元，該像素信號(hào)計(jì)算單元在轉(zhuǎn)換效率被改變之后，通過(guò)基于在從光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)移的電荷被累積在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元中的狀態(tài)下對(duì)電壓信號(hào)與斜坡形狀的參考信號(hào)進(jìn)行比較所獲取的比較的結(jié)果獲取信號(hào)電平、以及在電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元被復(fù)位到預(yù)定電壓的復(fù)位狀態(tài)下對(duì)電壓信號(hào)與斜坡形狀的參考信號(hào)進(jìn)行比較所獲取的比較的結(jié)果來(lái)獲取復(fù)位電平來(lái)計(jì)算由信號(hào)電平和復(fù)位電平所形成的像素信號(hào)。

[18]

根據(jù)[17]的成像設(shè)備，其中，像素信號(hào)計(jì)算單元通過(guò)使用信號(hào)電平和根據(jù)控制信號(hào)在針對(duì)多個(gè)互不相同的轉(zhuǎn)換效率所獲取的復(fù)位電平中指定的復(fù)位電平來(lái)計(jì)算像素信號(hào)。

[19]

一種驅(qū)動(dòng)成像設(shè)備的方法，該成像設(shè)備包括：光電轉(zhuǎn)換單元，該光電轉(zhuǎn)換單元對(duì)入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換；電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元，該電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元利用預(yù)定轉(zhuǎn)換效率將通過(guò)光電轉(zhuǎn)換所獲取的電荷的一部分或全部轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；以及信號(hào)比較單元，該信號(hào)比較單元對(duì)電壓信號(hào)與具有預(yù)定電壓的參考信號(hào)進(jìn)行比較，該方法包括：

通過(guò)使用電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元來(lái)將從光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)移的電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；

通過(guò)使用信號(hào)比較單元來(lái)對(duì)電壓信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較；以及

根據(jù)使用信號(hào)比較單元的比較的結(jié)果來(lái)改變轉(zhuǎn)換效率。

[20]

一種電子裝置，包括：

光電轉(zhuǎn)換單元，該光電轉(zhuǎn)換單元對(duì)入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換；

電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元，該電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元利用預(yù)定轉(zhuǎn)換效率將通過(guò)光電轉(zhuǎn)換所獲取的電荷的一部分或全部轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；以及

信號(hào)比較單元，該信號(hào)比較單元對(duì)電壓信號(hào)與具有預(yù)定電壓的參考信號(hào)進(jìn)行比較，

其中，轉(zhuǎn)換效率根據(jù)由信號(hào)比較單元所執(zhí)行的比較的結(jié)果被改變。

參考標(biāo)記列表

11固態(tài)成像設(shè)備

21光電轉(zhuǎn)換單元

22傳輸單元

23電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元

24信號(hào)比較器

25存儲(chǔ)單元

161光接收單元

162信號(hào)比較器

163存儲(chǔ)單元

164存儲(chǔ)單元。