CN109561264A - 固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备。AD转换部(220)具有进行比较处理的比较器(221)，在该比较处理中，对由光电转换读出部(210)读出的电压信号与参照电压进行比较，输出数字化后的比较结果信号，比较器(221)在读出部(60)的控制下进行第一比较处理和第二比较处理，在该第一比较处理中，输出针对与在蓄积期间从光电二极管(PD1)溢出到浮置扩散层(FD1)的溢出电荷相应的电压信号的数字化后的第一比较结果信号，在该第二比较处理中，输出针对与在蓄积期间后的传输期间传输至浮置扩散层(FD1)的光电二极管(PD1)的蓄积电荷相应的电压信号的数字化后的第二比较结果信号。由此，能够实质上实现宽动态范围化、高帧频化。

Description

固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备
关联申请的引用
本发明包含与2017年9月26日向日本专利局递交的日本专利申请JP2017-185502和JP2017-185504相关的主题，在此引用其完整内容作为参考。
技术领域
本发明涉及固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备。
背景技术
作为使用了对光进行检测而产生电荷的光电转换元件的固体摄像装置(图像传感器)，在实际中使用了CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器。
CMOS图像传感器广泛应用为数码相机、摄影机、监视摄像头、医疗用内窥镜、个人计算机(PC)、便携电话等便携终端装置(移动设备)等各种电子设备的一部分。
CMOS图像传感器按每个像素具有FD放大器，该FD放大器具有光电二极管(光电转换元件)以及浮置扩散层(FD：Floating Diffusion)，对于其读出而言，以选择像素阵列中的某一行并同时将它们向列(column)输出方向读出这样的列并行输出型为主流。
另外，关于列并行输出型CMOS图像传感器的像素信号读出(输出)电路，已提出了各种电路。
其中，最先进的电路之一是按照各列(column)而具备模拟-数字转换器(ADC(Analog digital converter))、并将像素信号作为数字信号取出的电路(例如参照专利文献1、2)。
在该列并行ADC搭载CMOS图像传感器(列AD方式CMOS图像传感器)中，比较器(comparator)进行所谓的RAMP波与像素信号的比较，利用后级的计数器进行数字CDS，由此进行AD转换。
然而，这种MOS图像传感器虽然能够进行信号的高速传输，但存在无法实现全局快门读出这样的缺点。
与此相对，提出了还能够实现全局快门的数字像素(pixel)传感器，按照各像素来配置包含比较器的ADC(进而存储器部)，针对像素阵列部中的全部像素在相同的定时执行曝光开始和曝光结束(例如参照专利文献3、4)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-278135号公报
专利文献2：日本特开2005-295346号公报
专利文献3：US 7164114 B2 FIG.4
专利文献4：US 2010/0181464 A1
发明内容
发明要解决的课题
然而，在上述现有的具备数字像素传感器的CMOS图像传感器中，虽然能够实现全局快门功能，但未实时地利用例如在蓄积期间从光电二极管溢出的电荷，因此，在宽动态范围化、高帧频化方面具有局限性。
另外，在CMOS图像传感器的重要的性能指标中具有随机噪声，作为主要的随机噪声源，已知有像素和AD转换器。
通常，作为随机噪声降低方法，已知有通过增大晶体管尺寸来降低闪烁噪声(flicker noise)、或者在比较器输出中附加电容并降低频带来实现基于CDS的噪声的过滤效果的方法。
但是，在各个方法中存在如下缺点：面积增大；因电容增加而比较器的反转延迟恶化，摄像元件的帧频未提高。
另外，由于按照各像素来配置包含比较器的ADC(进而存储器部)，因此难以最大限度地扩大有效像素区域，难以最大限度地提高单位成本的价值。
本发明的目的在于提供一种能够实质上实现宽动态范围化、高帧频化的固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备。
另外，本发明的目的在于提供一种能够实质上实现宽动态范围化、高帧频化、而且能够实现低噪声化、能够最大限度地扩大有效像素区域、能够最大限度地提高单位成本的价值的固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备。
用于解决课题的方案
本发明的第一观点为固体摄像装置，所述固体摄像装置具有：像素部，其配置有进行光电转换的像素；以及读出部，其从所述像素部的所述像素读出像素信号，所述像素包括：光电转换元件，其在蓄积期间蓄积通过光电转换而生成的电荷；传输元件，其能够在所述蓄积期间后的传输期间对蓄积于所述光电转换元件的电荷进行传输；输出节点，其通过所述传输元件来传输由所述光电转换元件蓄积的电荷；输出缓冲部，其将所述输出节点的电荷转换成与电荷量相应的电压信号，并输出转换后的电压信号；以及比较器，其进行比较处理，在该比较处理中，对由所述输出缓冲部输出的电压信号与参照电压进行比较，输出数字化后的比较结果信号，所述比较器在所述读出部的控制下进行第一比较处理和第二比较处理，在该第一比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间从所述光电转换元件溢出到所述输出节点的溢出电荷相应的所述电压信号的数字化后的第一比较结果信号，在该第二比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间后的所述传输期间传输至所述输出节点的所述光电转换元件的蓄积电荷相应的所述电压信号的数字化后的第二比较结果信号。
本发明的第二观点为固体摄像装置的驱动方法，所述固体摄像装置具有：像素部，其配置有进行光电转换的像素；以及读出部，其从所述像素部的所述像素读出像素信号，所述像素包括：光电转换元件，其在蓄积期间蓄积通过光电转换而生成的电荷；传输元件，其能够在所述蓄积期间后的传输期间对蓄积于所述光电转换元件的电荷进行传输；输出节点，其通过所述传输元件来传输由所述光电转换元件蓄积的电荷；输出缓冲部，其将所述输出节点的电荷转换成与电荷量相应的电压信号，并输出转换后的电压信号；以及比较器，其进行比较处理，在该比较处理中，对由所述输出缓冲部输出的电压信号与参照电压进行比较，输出数字化后的比较结果信号，在所述固体摄像装置的驱动方法中，在读出所述像素的像素信号的情况下，所述比较器在所述读出部的控制下进行第一比较处理和第二比较处理，在该第一比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间从所述光电转换元件溢出到所述输出节点的溢出电荷相应的所述电压信号的数字化后的第一比较结果信号，在该第二比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间后的所述传输期间传输至所述输出节点的所述光电转换元件的蓄积电荷相应的所述电压信号的数字化后的第二比较结果信号。
本发明的第三观点为电子设备，所述电子设备具有：固体摄像装置；以及光学系统，其将被摄体像在所述固体摄像装置中成像，所述固体摄像装置包括：像素部，其配置有进行光电转换的像素；以及读出部，其从所述像素部的所述像素读出像素信号，所述像素包括：光电转换元件，其在蓄积期间蓄积通过光电转换而生成的电荷；传输元件，其能够在所述蓄积期间后的传输期间对蓄积于所述光电转换元件的电荷进行传输；输出节点，其通过所述传输元件来传输由所述光电转换元件蓄积的电荷；输出缓冲部，其将所述输出节点的电荷转换成与电荷量相应的电压信号，并输出转换后的电压信号；以及比较器，其进行比较处理，在该比较处理中，对由所述输出缓冲部输出的电压信号与参照电压进行比较，输出数字化后的比较结果信号，所述比较器在所述读出部的控制下进行第一比较处理和第二比较处理，在该第一比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间从所述光电转换元件溢出到所述输出节点的溢出电荷相应的所述电压信号的数字化后的第一比较结果信号，在该第二比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间后的所述传输期间传输至所述输出节点的所述光电转换元件的蓄积电荷相应的所述电压信号的数字化后的第二比较结果信号。
发明效果
根据本发明，能够实质上实现宽动态范围化、高帧频化。
另外，根据本发明，能够实质上实现宽动态范围化、高帧频化，而且能够实现低噪声化，能够最大限度地扩大有效像素区域，能够最大限度地提高单位成本的价值。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式的固体摄像装置的结构例的框图。
图2是示出本发明的第一实施方式的固体摄像装置的像素部的数字像素阵列的一例的图。
图3是示出本发明的第一实施方式的固体摄像装置的像素的一例的电路图。
图4A以及图4B是示出本发明的第一实施方式的数字像素的主要部分即电荷蓄积传输系统的结构例的简要剖视图以及溢出时的电位图。
图5是用于说明本实施方式的比较器的第一比较处理的图。
图6是用于说明本实施方式的比较器的第一比较处理的图，是用于说明参照电压的另一样式例的图。
图7是示出向本实施方式的比较器输入了各种参照电压的情况下的光时间转换的状态的图。
图8是示出本发明的第一实施方式的数字像素中的光响应覆盖范围的图。
图9是示出本发明的第一实施方式的存储器部以及输出电路的结构例的图。
图10是示出本发明的第一实施方式的固体摄像装置中的帧读出时序的一例的图。
图11是用于对本第一实施方式的固体摄像装置的层叠构造进行说明的示意图。
图12是用于对本第一实施方式的固体摄像装置的层叠构造进行说明的简要剖视图。
图13是用于说明本第一实施方式的固体摄像装置的规定快门模式时的主要是像素部中的读出动作的时序图。
图14是示出用于说明本第一实施方式的固体摄像装置的规定快门模式时的主要是像素部中的读出动作的动作时序以及电位转移的图。
图15是用于对本发明的第二实施方式的固体摄像装置进行说明的图，是示出时间戳ADC模式动作和线性ADC模式动作的选择处理的一例的图。
图16是示出本发明的第三实施方式的固体摄像装置中的帧读出时序的一例的图。
图17是示出向本第三实施方式的比较器输入了参照电压的情况下的光时间转换的状态的图。
图18A以及图18B是示出本第三实施方式中的数字码与基于光转换的电荷量之间的关系的图。
图19是示出本发明的第四实施方式的固体摄像装置的像素的一例的电路图。
图20是示出本发明的第五实施方式的固体摄像装置的像素部的数字像素阵列的一例的图。
图21是示出本发明的第五实施方式的固体摄像装置的像素的一例的电路图。
图22是示出本发明的第五实施方式的存储器部以及输出电路的结构例的图。
图23是用于对本发明的第五实施方式的存储器控制部的结构例进行说明的图。
图24是用于说明在时间戳ADC模式时比较器的输出反转了的情况下的存储器控制部的动作的时序图。
图25是用于说明在时间戳ADC模式时比较器的输出未反转的情况下的存储器控制部的动作的时序图。
图26是用于对本第五实施方式的固体摄像装置的层叠构造进行说明的示意图。
图27是用于对本第五实施方式的固体摄像装置的层叠构造进行说明的简要剖视图。
图28是用于对本发明的第六实施方式的存储器控制部的结构例进行说明的图。
图29是用于说明在时间戳ADC模式时比较器的输出反转了的情况下的图28的存储器控制部的动作的时序图。
图30是用于说明在时间戳ADC模式时比较器的输出未反转的情况下的图28的存储器控制部的动作的时序图。
图31是示出本发明的第七实施方式的固体摄像装置的像素的一例的电路图。
图32是示出应用了本发明的实施方式的固体摄像装置的电子设备的结构的一例的图。
具体实施方式
以下，与附图相关联地说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
图1是示出本发明的第一实施方式的固体摄像装置的结构例的框图。
在本实施方式中，固体摄像装置10例如由包含数字像素(Digital Pixel)作为像素的CMOS图像传感器构成。
如图1所示，作为主构成要素，该固体摄像装置10具有作为摄像部的像素部20、垂直扫描电路(行扫描电路)30、输出电路40、以及定时控制电路50。
由这些构成要素中的例如垂直扫描电路30、输出电路40以及定时控制电路50构成像素信号的读出部60。
在本第一实施方式中，固体摄像装置10在像素部20中包括光电转换读出部、AD(模拟数字)转换部以及存储器部作为数字像素，构成为具有全局快门的动作功能的例如层叠型的CMOS图像传感器。
在本第一实施方式的固体摄像装置10中，如之后详述的那样，各数字像素DP具有AD转换功能，AD转换部具有进行比较处理的比较器(comparator)，在该比较处理中，对由光电转换读出部读出的电压信号与参照电压进行比较，输出数字化后的比较结果信号。
而且，比较器在读出部60的控制下进行第一比较处理和第二比较处理，在该第一比较处理中，输出针对与在蓄积期间从光电转换元件溢出到输出节点(浮置扩散层)的溢出电荷相应的电压信号的数字化后的第一比较结果信号，在该第二比较处理中，输出针对与在蓄积期间后的传输期间传输至输出节点的光电转换元件的蓄积电荷相应的电压信号的数字化后的第二比较结果信号。
以下，详细叙述固体摄像装置10的各部分的结构以及功能的概要，尤其是像素部20以及数字像素的结构以及功能、与它们关联的读出处理、以及像素部20与读出部60的层叠构造等。
(像素部20以及数字像素200的结构)
图2是示出本发明的第一实施方式的固体摄像装置10的像素部的数字像素阵列的一例的图。
图3是示出本发明的第一实施方式的固体摄像装置10的像素的一例的电路图。
如图2所示，像素部20中，多个数字像素200排列为N行M列的行列状(矩阵状)。
需要说明的是，在图2中，为了简化附图，示出了将九个数字像素200配置为3行3列的行列状(M＝3、N＝3的矩阵状)的例子。
本第一实施方式的数字像素200构成为包括光电转换读出部(图2中表记为PD)210、AD转换部(图2中表记为ADC)220、以及存储器部(图2中表记为MEM)230。
如之后详述的那样，本第一实施方式的像素部20构成为第一基板110与第二基板120的层叠型的CMOS图像传感器，但在本例中，如图3所示，在第一基板110上形成有光电转换读出部210，在第二基板120上形成有AD转换部220以及存储器部230。
数字像素200的光电转换读出部210构成为包括光电二极管(光电转换元件)和像素内放大器。
具体而言，该光电转换读出部210例如具有作为光电转换元件的光电二极管PD1。
对于该光电二极管PD1，分别各具有一个作为传输元件的传输晶体管TG1-Tr、作为复位元件的复位晶体管RST1-Tr、作为源极跟随元件的源极跟随晶体管SF1-Tr、作为电流源元件的电流晶体管IC1-Tr、作为输出节点ND1的浮置扩散层FD1、以及读出节点ND2。
这样，第一实施方式的数字像素200的光电转换读出部210构成为包括传输晶体管TG1-Tr、复位晶体管RST1-Tr、源极跟随晶体管SF1-Tr以及电流晶体管IC1-Tr这四个晶体管(4Tr)。
而且，在本第一实施方式中，包含源极跟随晶体管SF1-Tr、电流晶体管IC1-Tr以及读出节点ND2在内构成输出缓冲部211。
本第一实施方式的光电转换读出部210的输出缓冲部211的读出节点ND2与AD转换部220的输入部连接。
光电转换读出部210将作为输出节点的浮置扩散层FD1的电荷转换成与电荷量相应的电压信号，将转换后的电压信号VSL向AD转换部220输出。
更具体而言，光电转换读出部210在AD转换部220的第一比较处理期间PCMPR1，输出与在蓄积期间PI从作为光电转换元件的光电二极管PD1溢出到作为输出节点的浮置扩散层FD1的溢出电荷相应的电压信号VSL。
此外，光电转换读出部210在AD转换部220的第二比较处理期间PCMPR2，输出与在蓄积期间PI后的传输期间PT传输至作为输出节点的浮置扩散层FD1的光电二极管PD1的蓄积电荷相应的电压信号VSL。
光电转换读出部210在第二比较处理期间PCMPR2，将作为像素信号的读出复位信号(信号电压)(VRST)以及读出信号(信号电压)(VSIG)向AD转换部220输出。
光电二极管PD1产生并蓄积与入射光量相应的量的信号电荷(这里为电子)。
以下，针对信号电荷为电子且各晶体管为n型晶体管的情况进行说明，但也可以是，信号电荷是空穴(hole)、各晶体管为p型晶体管。
另外，本实施方式在多个光电二极管以及传输晶体管间共用各晶体管的情况下也是有效的。
在各数字像素200中，作为光电二极管(PD)使用埋入型光电二极管(PPD)。
由于在形成光电二极管(PD)的基板表面上存在因悬空键(dangling bond)等缺陷引起的表面能级，因此，通过热能而产生大量的电荷(暗电流)，导致无法读出正确的信号。
在埋入型光电二极管(PPD)中，通过将光电二极管(PD)的电荷蓄积部埋入到基板内，能够降低暗电流向信号的混入。
光电转换读出部210的传输晶体管TG1-Tr连接在光电二极管PD1与浮置扩散层FD1之间，由通过控制线施加于栅极的控制信号TG进行控制。
传输晶体管TG1-Tr在控制信号TG为高(H)电平的传输期间PT被选择而成为导通状态，将由光电二极管PD1光电转换并蓄积后的电荷(电子)传输至浮置扩散层FD1。
需要说明的是，在光电二极管PD1以及浮置扩散层FD1复位成规定的复位电位之后，传输晶体管TG1-Tr成为控制信号TG为低(L)电平的非导通状态，光电二极管PD1成为蓄积期间PI，但此时在入射的光的强度(量)非常高的情况下，超过了饱和电荷量的电荷通过传输晶体管TG1-Tr下的溢出路径作为溢出电荷向浮置扩散层FD1溢出。
复位晶体管RST1-Tr连接在电源电压VDD的电源线Vdd与浮置扩散层FD1之间，由通过控制线施加于栅极的控制信号RST进行控制。
复位晶体管RST1-Tr在控制信号RST为H电平的复位期间被选择而成为导通状态，将浮置扩散层FD1复位成电源电压VDD的电源线Vdd的电位。
对于作为源极跟随元件的源极跟随晶体管SF1-Tr而言，源极与读出节点ND2连接，漏极侧与电源线Vdd连接，栅极与浮置扩散层FD1连接。
在读出节点ND2与基准电位VSS(例如GND)之间连接有作为电流源元件的电流晶体管IC1-Tr的漏极、源极。电流晶体管IC1-Tr的栅极与控制信号VBNPIX的供给线连接。
而且，读出节点ND2与AD转换部220的输入部之间的信号线LSGN1由作为电流源元件的电流晶体管IC1-Tr驱动。
图4A以及图4B是示出本发明的第一实施方式的数字像素的主要部分即电荷蓄积传输系统的结构例的简要剖视图以及溢出时的电位图。
各数字像素单元PXLC形成于具有供光L照射的第一基板面1101侧(例如背面侧)和与该第一基板面1101侧对置的一侧的第二基板面1102侧的基板(本例中为第一基板110)，并由分离层SPL分离。
而且，图4A的数字像素单元PLXC构成为包括形成光电转换读出部210的光电二极管PD1、传输晶体管TG1-Tr、浮置扩散层FD1、复位晶体管RST1-Tr、分离层SPL、以及未图示的滤色器部及微透镜。
(光电二极管的结构)
光电二极管PD1包括以对于具有第一基板面1101侧和与第一基板面1101侧对置的一侧的第二基板面1102侧的半导体基板埋入的方式形成的第一导电型(在本实施方式中n型)半导体层(在本实施方式中n层)2101，且形成为具有接收到的光的光电转换功能以及电荷蓄积功能。
在光电二极管PD1的与基板的法线正交的方向(X方向)上的侧部形成有第二导电型(在本实施方式中p型)分离层SPL。
这样，在本实施方式中，在各数字像素单元PXLC中，使用埋入型光电二极管(PPD)作为光电二极管(PD)。
由于在形成光电二极管(PD)的基板表面上存在因悬空键等缺陷引起的表面能级，因此，通过热能而产生大量的电荷(暗电流)，导致无法读出正确的信号。
在埋入型光电二极管(PPD)中，通过将光电二极管(PD)的电荷蓄积部埋入到基板内，能够降低暗电流向信号的混入。
在图4A的光电二极管PD1中，n层(第一导电型半导体层)2101构成为在基板110的法线方向(图中的正交坐标系的Z方向)上具有双层构造。
在本例中，在第一基板面1101侧形成有n-层2102，在该n-层2102的第二基板面1102侧形成有n层2103，在该n-层2103的第二基板面1102侧形成有p+层2104以及p层2105。
另外，在n-层2102的第一基板面1101侧形成有p+层2106。
p+层2106不仅形成在光电二极管PD1上，还同样形成在分离层SPL以及其他数字像素单元PXLC上。
需要说明的是，在该p+层2106的光入射侧形成有滤色器部，此外，在滤色器部的光入射侧以与光电二极管PD1以及分离层SPL的一部分对应的方式形成有微透镜。
这些结构为一例，也可以是单层构造，还可以是三层、四层以上的层叠构造。
(X方向(列方向)上的分离层的结构)
在图4A的X方向(列方向)上的p型分离层SPL中，在光电二极管PD1的与n-层2102相接的一侧且与基板的法线正交的方向(图中的正交坐标系的X方向)的右侧部，形成有第一p层(第二导电型半导体层)2107。
此外，在p型分离层SPL中，在第一p层2107的X方向的右侧，第二p层(第二导电型半导体层)2108构成为在基板110的法线方向(图中的正交坐标系的Z方向)上具有双层构造。
在本例中，在第二p层2108中，在第一基板面1101侧形成有p-层2109，在该p-层2109的第二基板面1102侧形成有p层2110。
这些结构为一例，也可以为单层构造，还可以为三层、四层以上的层叠构造。
在p型分离层SPL的第一p层2107以及第二p-层2109的第一基板面1101侧形成有与光电二极管2110同样的p+层2106。
n层2103以延长的方式形成，以使得在p型分离层SPL的第一p层2107的第二基板面1102侧的一部分形成溢出路径OVP。
而且，在n层2103的第二基板面1102侧的p层2105上，隔着栅极绝缘膜而形成有传输晶体管TG1-Tr的栅极电极2111。
此外，在p型分离层SPL的第一p层2107的第二基板面1102侧形成有成为浮置扩散层FD1的n+层2112，与n+层2112邻接地形成有成为复位晶体管RST1-Tr的沟道形成区域的p层2113，与p层2113邻接地形成有n+层2114。
而且，在p层2113上隔着栅极绝缘膜而形成有栅极电极2115。
在这样的构造中，在入射的光的强度(量)非常高的情况下，超过了饱和电荷量的电荷通过传输晶体管TG1-Tr下的溢出路径OVP作为溢出电荷向浮置扩散层FD1溢出。
数字像素200的AD转换部220发挥如下功能：将由光电转换读出部210输出的模拟的电压信号VSL与例如以具有规定的倾斜度的方式变化的斜坡波形或固定电压的参照电压VREF进行比较并转换成数字信号。
如图3所示，AD转换部220构成为包括比较器(COMP)221、计数器(CNT)222、输入侧耦合电容器C221、输出侧的负载电容器C222、以及复位开关SW-RST。
比较器221进行如下的比较处理：向作为第一输入端子的反转输入端子(-)供给从光电转换读出部210的输出缓冲部211输出到信号线LSGN1的电压信号VSL，向作为第二输入端子的非反转输入端子(+)供给参照电压VREF，对电压信号VST与参照电压VREF进行比较，输出数字化后的比较结果信号SCMP。
比较器221在作为第一输入端子的反转输入端子(-)连接有耦合电容器C221，构成为通过对第一基板110侧的光电转换读出部210的输出缓冲部211与第二基板120侧的AD转换部220的比较器221的输入部进行AC耦合，能够实现低噪声化，在低照度时能够实现高SNR。
另外，比较器221在输出端子与作为第一输入端子的反转输入端子(-)之间连接有复位开关SW-RST，在输出端子与基准电位VSS之间连接有负载电容器C222。
基本上，在AD转换部220中，从光电转换读出部210的输出缓冲部211读出到信号线LSGN1的模拟信号(电位VSL)通过比较器221而与参照电压VREF、例如以具有某种倾斜度的线性发生变化的斜率波形即斜坡信号RAMP进行比较。
此时，与比较器221同样按照各列配置的计数器222进行动作，使具有斜坡波形的斜坡信号RAMP与计数器值一边采取一对一的对应一边变化，由此将电压信号VSL转换成数字信号。
基本上，AD转换部220将参照电压VREF(例如斜坡信号RAMP)的变化即电压的变化转换成时间的变化，通过以某一周期(时钟)对该时间进行计数而转换成数字值。
而且，在模拟信号VSL与斜坡信号RAMP(参照电压VREF)相交时，比较器221的输出反转，使计数器222的输入时钟停止，或者将停止了输入的时钟向计数器222输入，将此时的计数器222的值(数据)存储于存储器部230，完成AD转换。
在以上的AD转换期间结束之后，将各数字像素200的存储器部230所存放的数据(信号)从输出电路40向未图示的信号处理电路输出，通过规定的信号处理生成二维图像。
(比较器221中的第一比较处理以及第二比较处理)
本第一实施方式的AD转换部220的比较器221由读出部60进行驱动控制，以使得在像素信号的读出期间进行如下两次比较处理即第一比较处理以及第二比较处理。
在第一比较处理CMPR1中，比较器221在读出部60的控制下，输出针对与在蓄积期间PI从作为光电转换元件的光电二极管PD1溢出到作为输出节点的浮置扩散层FD1的溢出电荷相应的电压信号VSL1的数字化后的第一比较结果信号SCMP1。
需要说明的是，也将该第一比较处理CMPR1的动作称为时间戳ADC模式的动作。
在第二比较处理CMPR2中，比较器221在读出部60的控制下，输出针对与在蓄积期间PI后的传输期间PT传输至作为输出节点的浮置扩散层FD1的光电二极管PD1的蓄积电荷相应的电压信号VSL2(VSIG)的数字化后的第二比较结果信号SCMP2。
实际上，在第二比较处理CMPR2中，在对于与蓄积电荷相应的电压信号VSL2(VSIG)进行的数字化之前，对于与复位时的浮置扩散层FD1的复位电压相应的电压信号VSL2(VRRT)进行数字化。
需要说明的是，也将该第二比较处理CMPR2的动作称为线性ADC模式的动作。
需要说明的是，在本实施方式中，蓄积期间PI基本上是从光电二极管PD1以及浮置扩散层FD1复位成复位电平开始、到将传输晶体管TG1-Tr切换成导通状态而开始传输期间PT为止的期间。
第一比较处理CMPR1的期间PCMPR1是从光电二极管PD1以及浮置扩散层FD1复位成复位电平开始、到开始传输期间PT之前浮置扩散层FD1复位成复位电平为止的期间。
第二比较处理CMPR2的期间PCMPR2是浮置扩散层FD1复位成复位电平之后的期间，是包含传输期间PT后的期间在内的期间。
这里，对第一比较处理CMPR1进一步详细叙述。
图5是用于对本实施方式的比较器221的第一比较处理CMPR1进行说明的图。
在图5中，横轴示出时间，纵轴示出作为输出节点的浮置扩散层FD1的电压电平VFD。
对于浮置扩散层FD1的电压电平VFD而言，在为复位电平时电荷量最少，电压电平VFD成为最高的电平VFDini。
另一方面，在为饱和状态时电荷量多，电压电平VFD成为低的电平VFDsat。
按照这样的条件，将比较器221的参照电压VREF1设定为，固定成即将要成为饱和状态前的非饱和状态时的电平的电压VREFsat，或者设定为，从复位电平时的电压电平VREFrst到达电压电平VREFsat的斜坡电压VREFramp。
当进行第一比较处理CMPR1时，若将这样的参照电压VREF1设定为VREFsat或VREFramp，则如图5所示，越为入射光的强度高的高照度时，电荷量越多，因此比较器221的输出翻转(反转)的时间越快。
在为最高的照度的例子EXP1的情况下，比较器221的输出在时刻t1从第一电平(例如低电平)立即翻转(反转)到第二电平(高电平)。
在为比例子EXP1低的照度的例子EXP2的情况下，比较器221的输出在比时刻t1慢的时刻t2从第一电平(例如低电平)翻转(反转)到第二电平(高电平)。
在为比例子EXP2低的照度的例子EXP3的情况下，比较器221的输出在比时刻t2慢的时刻t3从第一电平(例如低电平)翻转(反转)到第二电平(高电平)。
这样，比较器221在第一比较处理CMPR1中，输出与在蓄积期间PI的规定期间从光电二极管PD1向浮置扩散层FD1溢出的溢出电荷的量相应的时间所对应的第一比较结果信号SCMP1。
更具体而言，比较器221，在第一比较处理CMPR1中，能够应对与光电平之间的比较处理，该光电平是从溢出电荷自光电二极管PD1开始向作为输出节点的浮置扩散层FD1溢出的最大采样时间内的与光电二极管PD1的规定的阈值对应的信号电平到在最小采样时间内获得的信号电平为止的光电平。
如上所述，时间戳ADC模式中的光转换动作(Photo conversion operation)在蓄积期间PI内伴随着光-时间转换(Light to time conversion)而执行。
如图5所示，在非常明亮的光之下，紧随复位活性化期间之后，比较器221的输出状态从第一电平(例如低电平)反转到第二电平(高电平)，该光电平对应于在以下的时间说明的饱和信号(阱电容)。
((FD饱和量×蓄积时间)/采样期间)+PD饱和量
例如假定为，FD饱和：8Ke@150uV/e～FD电容的1.1fF，最小采样时间：15nsec，蓄积时间：3msec。
在该时间戳ADC动作模式中，如上所述，能够覆盖从溢出电荷自光电二极管PD1开始向作为输出节点的浮置扩散层FD1溢出的最大采样时间内的与光电二极管PD1的规定的阈值对应的信号电平到在最小采样时间内得到的信号电平为止的光电平。
图6是用于对本实施方式的比较器221的第一比较处理CMPR1进行说明的图，是用于说明参照电压的另一样式例的图。
参照电压VREF可以为图6中由(1)所示的具有规定的倾斜度而变化的斜坡波形(信号)RAMP或者图6中由(2)所示的固定电压DC，另外，也可以为取图6中由(3)所示的对数(log)或图6中由(4)所示的指数函数的值的电压信号。
即，在本第一实施方式中，比较器221在读出部60的控制下，在第一比较处理CMPR1中，在整个蓄积期间，基本上一边改变参照电压VREF1，一边对与照度相应的输出节点ND1即浮置扩散层FD1的电平进行采样。
例如，比较器221在读出部60的控制下，在第一比较处理CMPR1中，在整个蓄积期间，一边使参照电压VREF1与所希望的特性相应地相对于采样间隔线性地变化，一边对与照度相应的输出节点ND1即浮置扩散层FD1的电平进行采样。
作为该情况下的线性的参照电压VREF，能够例示图6中由(1)所示的具有规定的倾斜度而变化的斜坡波形(信号)RAMP。
例如，比较器221在读出部60的控制下，在第一比较处理CMPR1中，在整个蓄积期间，一边使参照电压VREF1与所希望的特性相应地相对于采样间隔非线性地变化，一边对与照度相应的输出节点ND1即浮置扩散层FD1的电平进行采样。
作为该情况下的非线性的参照电压VREF，能够例示图6中由(3)所示的对数(log)、图6中由(4)所示的取指数函数的值的电压信号。
对于图6中由(3)所示的对数(log)系的采样而言，进行从开始到中间阶段(中途)使采样间隔稀疏(course)、在中间阶段以后使采样间隔稠密(fine)的稀疏-稠密(course-fine)采样。
对于图6中由(4)所示的指数函数系的采样而言，进行在开始时使采样间隔稠密(fine)、在中间阶段的范围内使采样间隔稀疏(course)、在中间阶段以后使采样间隔稠密(fine)的稠密-稀疏(fine-course)采样。
图7是示出向本实施方式的比较器输入了各种参照电压VREF的情况下的光时间转换的状态的图。
在图7中，横轴示出采样时间，纵轴示出溢出信号中的估计信号。
需要说明的是，这里的溢出信号是指在设为使传输晶体管TG1-Tr成为导通状态时不向光电二极管PD1蓄积电荷的条件(非溢出)下估计的信号。
图7示出与基于所应用的光的性质(适应性)的溢出电荷(信号)对应的比较器221反转的采样时间。
在图7中，示出相对于各种各样的固定基准电压DC1、DC2、DC3和斜坡基准电压VRAMP反转的采样时间。这里，使用线性基准斜坡。
当针对以上的饱和溢出电荷进行第一比较处理CMPR1的时间戳ADC模式的动作结束时使浮置扩散层FD1和比较器221复位之后，向针对非饱和电荷进行第二比较处理CMPR2的线性ADC模式的动作移转。
图8是示出本发明的第一实施方式的数字像素中的光响应覆盖范围的图。
在图8中，示出估计的光转换覆盖范围，A示出时间戳ADC模式动作下的信号，B示出线性ADC模式动作下的信号。
时间戳ADC模式能够具有针对非常明亮的光的光响应，因此，线性ADC模式能够具有来自暗电平的光响应。例如，能够实现120dB的动态范围性能。
例如，如上所述，光转换范围的饱和信号为900Ke。
线性ADC模式是应用了ADC的通常的读出模式动作，因此，从2e的噪声电平覆盖到8Ke的光电二极管PD1与浮置扩散层FD1的饱和为止。
线性ADC模式的覆盖范围能够利用追加的开关和电容而扩展到30Ke。
图9是示出本发明的第一实施方式的存储器部以及输出电路的结构例的图。
在比较器221中，将通过第一比较处理CMPR1而对与浮置扩散层FD1的溢出电荷相应的电压信号进行了数字化的第一比较结果信号SCMP1、以及通过第二比较处理CMPR2而对光电二极管PD1的蓄积电荷进行了数字化的第二比较结果信号SCMP2建立关联地，作为数字数据存储于n比特、例如12比特的存储器231、232中。
存储器部230由SRAM或DRAM构成，被供给数字转换后的信号，对应于光转换代码，能够由像素阵列周边的输出电路40的外部IO缓冲器41读出。
图10是示出本发明的第一实施方式的固体摄像装置10中的帧读出时序的一例的图。
这里，对固体摄像装置10中的帧读出方式的一例进行说明。
在图10中，TS示出时间戳ADC的处理期间，Lin示出线性ADC的处理期间。
如上所述，溢出电荷在蓄积期间PI中蓄积于浮置扩散层FD1。时间戳ADC模式在蓄积时间PI中进行动作。
实际上，时间戳ADC模式在蓄积期间PI中且在到浮置扩散层FD1被复位为止的期间进行动作。
当时间戳ADC模式的动作结束时，转移至线性ADC模式，读出浮置扩散层FD1的复位时的信号(VRST)并转换数字信号，以使得将数字信号存放于存储器部230。
进而，在蓄积期间PI结束后，在线性ADC模式中，读取与光电二极管PD1的蓄积电荷相应的信号(VSIG)并转换数字信号，以使得将数字信号存放于存储器部230。
所读出的帧的输出是通过来自存储器节点的数字信号数据的读出而执行的，并经由具有这种MIPI数据格式的例如输出电路40的IO缓冲器41(图9)而送至固体摄像装置10(图像传感器)的外部。针对所有像素(pixel)阵列全局性地执行该动作。
另外，在像素部20中，在所有像素同时地使用复位晶体管RST1-Tr与传输晶体管TG1-Tr对光电二极管PD1进行复位，由此，在所有像素同时并行地开始曝光。另外，在规定的曝光期间(蓄积期间PI)结束之后，使用传输晶体管TG1-Tr，通过AD转换部220、存储器部230对来自光电转换读出部210的输出信号进行采样，由此，在所有像素同时并行地结束曝光。由此，电子地实现了完全的快门动作。
垂直扫描电路30根据定时控制电路50的控制，在快门行以及读出行中通过行扫描控制线进行数字像素200的光电转换读出部210的驱动。
垂直扫描电路30根据定时控制电路50的控制，向各数字像素200的比较器221供给依照第一比较处理CMPR1、第二比较处理CMPR2而设定的参照电压VREF1、VREF2。
另外，垂直扫描电路30按照地址信号，输出进行信号的读出的读取行和对蓄积于光电二极管PD的电荷进行复位的快门行的行地址的行选择信号。
输出电路40例如如图9所示那样包括与像素部20的各数字像素200的存储器输出对应而配置的1O缓冲器41，将从各数字像素200读出的数字数据向外部输出。
定时控制电路50生成像素部20、垂直扫描电路30、输出电路40等的信号处理所需的定时信号。
在本第一实施方式中，读出部60例如在全局快门模式时，进行来自数字像素200的像素信号的读出控制。
(固体摄像装置10的层叠构造)
接着，对本第一实施方式的固体摄像装置10的层叠构造进行说明。
图11是用于对本第一实施方式的固体摄像装置10的层叠构造进行说明的示意图。
图12是用于对本第一实施方式的固体摄像装置10的层叠构造进行说明的简要剖视图。
本第一实施方式的固体摄像装置10具有第一基板(上基板)110和第二基板(下基板)120的层叠构造。
固体摄像装置10例如在以晶圆级贴合之后，形成为通过切割而切出的层叠构造的摄像装置。
在本例中，具有将第一基板110与第二基板120层叠而成的构造。
在第一基板110上，以其中央部为中心而形成像素部20的各数字像素200的光电转换读出部210。
在第一基板110的供光L入射的一侧即第一面111侧形成有光电二极管PD，在该光入射侧形成有微透镜MCL、滤色器。
在第一基板110的第二面侧形成有传输晶体管TG1-Tr、复位晶体管RST1-Tr、源极跟随晶体管SF1-Tr、电流晶体管IC1-Tr。
这样，在本第一实施方式中，在第一基板110上，基本上呈行列状形成有数字像素200的光电转换读出部210。
在第二基板120上，呈矩阵状形成有各数字像素200的AD转换部220、存储器部230。
另外，在第二基板120上还可以形成有垂直扫描电路30、输出电路40以及定时控制电路50。
在这样的层叠构造中，第一基板110的各光电转换读出部210的读出节点ND2与第二基板120的各数字像素200的比较器221的反转输入端子(-)例如如图3所示那样分别利用信号线LSGN1、微凸块BMP、通孔(Die-to-Die Via)等而进行电连接。
另外，在本实施方式中，第一基板110的各光电转换读出部210的读出节点ND2与第二基板120的各数字像素200的比较器221的反转输入端子(-)通过耦合电容器C221进行AC耦合。
(固体摄像装置10的读出动作)
以上，对固体摄像装置10的各部分的特征性的结构以及功能进行了说明。
接着，对本第一实施方式的固体摄像装置10的数字像素200的像素信号的读出动作等进行详细叙述。
图13是用于说明本第一实施方式的固体摄像装置的规定快门模式时的主要是像素部中的读出动作的时序图。
图14是示出用于说明本第一实施方式的固体摄像装置的规定快门模式时的主要是像素部中的读出动作的动作时序以及电位转移的图。
首先，当开始读出动作时，如图13以及图14的(A)所示，进行使各数字像素200的光电二极管PD1以及浮置扩散层FD1复位的全局复位。
在全局复位中，在所有像素同时地将复位晶体管RST1-Tr与传输晶体管TG1-Tr保持为规定期间导通状态，使光电二极管PD1以及浮置扩散层FD1复位。然后，在所有像素同时地将复位晶体管RST1-Tr与传输晶体管TG1-Tr切换成非导通状态，在所有像素同时并行地开始曝光、即电荷的蓄积。
然后，如图13以及图14的(B)所示，开始针对溢出电荷的时间戳(TS)ADC模式的动作。
溢出电荷在蓄积期间PI中蓄积于浮置扩散层FD1。时间戳ADC模式在蓄积期间PI中进行动作，具体而言，在蓄积期间PI中且在到浮置扩散层FD1被复位为止的期间进行动作。
在时间戳(TS)ADC模式中，在光电转换读出部210中，与AD转换部220的第一比较处理期间PCMPR1对应地，输出与在蓄积期间PI从光电二极管PD1溢出到作为输出节点的浮置扩散层FD1的溢出电荷相应的电压信号VSL1。
然后，在AD转换部220的比较器221中进行第一比较处理CMPR1。在比较器221中，在读出部60的控制下，输出针对电压信号VSL1的数字化后的第一比较结果信号SCMP1，该电压信号VSL1是与在蓄积期间PI中且在到浮置扩散层FD1被复位为止的期间从光电二极管PD1溢出到作为输出节点的浮置扩散层FD1的溢出电荷相应的信号，与第一比较结果信号SCMP1相应的数字数据被存放在存储器部230的存储器231中。
接着，如图13以及图14的(C)所示，针对溢出电荷的时间戳(TS)ADC模式的动作结束，转移到线性ADC模式，向浮置扩散层FD1的复位期间PR2移转。
在复位期间PR2，将复位晶体管RST1-Tr保持为规定期间导通状态，使浮置扩散层FD1复位。读出浮置扩散层FD1的复位时的信号(VRST)并将数字信号存放于存储器部230的存储器232。
然后，将复位晶体管RST1-Tr切换成非导通状态。在该情况下，蓄积期间PI继续。
接着，如图13以及图14(D)所示，蓄积期间PI结束，向传输期间PT移转。
在传输期间PT，将传输晶体管TG1-Tr保持为规定期间导通状态，将光电二极管PD1的蓄积电荷传输至浮置扩散层FD1。
在线性(Lin)ADC模式中，在光电转换读出部210中，与AD转换部220的第二比较处理期间PCMPR2对应地，输出与在蓄积期间PI结束后从光电二极管PD1传输至作为输出节点的浮置扩散层FD1的蓄积电荷相应的电压信号VSL2。
然后，在AD转换部220的比较器221中进行第二比较处理CMPR2。在比较器221中，在读出部60的控制下，输出针对电压信号VSL2的数字化后的第二比较结果信号SCMP2，该电压信号VSL2是与在蓄积期间PI后从光电二极管PD1传输至作为输出节点的浮置扩散层FD1的蓄积电荷相应的信号，与第二比较结果信号SCMP2相应的数字数据被存放于存储器部230的存储器232。
在存储器部230中读出的信号是通过来自存储器节点的数字信号数据的读出而执行的，并经由具有这种MIPI数据格式的例如输出电路40的IO缓冲器41而送至固体摄像装置10(图像传感器)的外部。针对所有像素(pixel)阵列全局性地执行该动作。
如以上说明的那样，根据本第一实施方式，固体摄像装置10在像素部20中包括光电转换读出部210、AD转换部220以及存储器部230作为数字像素，具有全局快门的动作功能，构成为例如层叠型的CMOS图像传感器。
在本第一实施方式的固体摄像装置10中，各数字像素200具有AD转换功能，AD转换部220具有进行比较处理的比较器221，在该比较处理中，对由光电转换读出部210读出的电压信号与参照电压进行比较，输出数字化后的比较结果信号。
而且，比较器221在读出部60的控制下进行第一比较处理CMPR1和第二比较处理CMPR2，在该第一比较处理CMPR1中，输出针对与在蓄积期间从光电二极管PD1溢出到输出节点(浮置扩散层)FD1的溢出电荷相应的电压信号的数字化后的第一比较结果信号SCMP1，在该第二比较处理CMPR2中，输出针对与在蓄积期间后的传输期间传输至浮动节点FD1(输出节点)的光电二极管PD1的蓄积电荷相应的电压信号的数字化后的第二比较结果信号SCMP2。
因此，根据本第一实施方式的固体摄像装置10，能够实时地利用在蓄积期间从光电二极管溢出的电荷，因此，能够实现宽动态范围化、高帧频化。
另外，根据本发明，能够实质上实现宽动态范围化、高帧频化，且实现低噪声化，并且能够最大限度地扩大有效像素区域且能够最大限度地提高单位成本的价值。
另外，根据本第一实施方式的固体摄像装置10，能够在防止结构的复杂化的同时，防止布局上的面积效率的降低。
另外，本第一实施方式的固体摄像装置10具有第一基板(上基板)110和第二基板(下基板)120的层叠构造。
因此，在本第一实施方式中，基本上仅利用NMOS系的元件来形成第一基板110侧，以及利用像素阵列最大限度地扩大有效像素区域，由此，能够最大限度地提高单位成本的价值。
(第二实施方式)
图15是用于对本发明的第二实施方式的固体摄像装置进行说明的图，是示出时间戳ADC模式动作与线性ADC模式动作的选择处理的一例的图。
本第二实施方式的固体摄像装置10A与上述第一实施方式的固体摄像装置10的不同之处如下。
在第一实施方式的固体摄像装置10中，连续地进行时间戳(TS)ADC模式动作和线性(Lin)ADC模式动作。
与此相对，在本第二实施方式的固体摄像装置10A中，能够根据照度而选择性地进行时间戳(TS)ADC模式动作和线性(Lin)ADC模式动作。
在图15的例子中，在为通常的照度的情况下(ST1)，连续地进行时间戳ADC模式动作和线性ADC模式动作(ST2)。
在不为通常的照度而为非常(极其)高的照度的情况下(ST1，ST3)，电荷从光电二极管PD1向浮置扩散层FD1溢出的概率高，因此，仅进行时间戳ADC模式动作(ST4)，
在不为通常的照度也不为非常(极其)高的照度而为非常(极其)低的照度的情况下(ST1，ST3，ST5)，电荷从光电二极管PD1向浮置扩散层FD1溢出的概率非常低，因此，仅进行线性ADC模式动作(ST6)。
根据本第二实施方式，能够获得与上述第一实施方式的效果同样的效果，此外还能够实现读出处理的高速化、低消耗功率化。
(第三实施方式)
图16是示出本发明的第三实施方式的固体摄像装置10B中的帧读出时序的一例的图。在图16中，TS示出时间戳ADC。
图17是示出向本第三实施方式的比较器输入了参照电压的情况下的光时间转换的状态的图。
在图17中，示出翻转时序的时间示例(斜坡参照电压)，横轴示出采样时间，纵轴示出溢出信号中的估计信号。需要说明的是，这里的溢出信号是指在设为使传输晶体管TG1-Tr成为导通状态时不向光电二极管PD1蓄积电荷的条件(非溢出)下估计的信号。
图17示出与基于所应用的光的性质(适应性)的非溢出电荷(信号)对应的比较器221反转的采样时间。
图18A以及图18B是示出本第三实施方式中的数字码与基于光转换的电荷量之间的关系的图。图18A示出使用了线性的斜坡信号的情况下的特性，图18B示出使用了对数信号的情况下的特性。在图18A以及图18B中示出：针对256码的15n采样(3usec蓄积时间)；关于线性斜坡参照电压的150uV/e(10mV-800mV)。
在本第三实施方式中，读出部60对比较器221以如下方式进行控制：即便在蓄积期间不从光电二极管PD1向作为输出节点的浮置扩散层FD1溢出电荷的情况下，也通过第一比较处理CMPR1，输出针对与电荷相应的电压信号VSL的数字化后的第一比较结果信号SCMP1。
在本第三实施方式中，能够实现良好的转换处理，能够根据情况而实现86dB的动态范围性能。
(第四实施方式)
图19是示出本发明的第四实施方式的固体摄像装置的像素的结构例的图。
本第四实施方式的固体摄像装置10C与上述第一实施方式的固体摄像装置10的不同之处如下。
在本第四实施方式的固体摄像装置10C中，作为电流源的电流晶体管IC1-Tr未配置在第一基板110侧，而配置在例如第二基板120侧的AD转换部220C的输入侧。
根据本第四实施方式，能够获得与上述第一实施方式的效果同样的效果。
(第五实施方式的像素部20D以及数字像素200D的结构)
图20是示出本发明的第五实施方式的固体摄像装置10D的像素部的数字像素阵列的一例的图。
图21是示出本发明的第五实施方式的固体摄像装置10D的像素的一例的电路图。
本第五实施方式的固体摄像装置10D的像素200D构成为包括光电转换读出部(图2、图20中表记为PD)210、AD转换部(图2、图20中表记为ADC)220、存储器部(图2、图20中表记为MEM)230D、以及存储器控制部(图20中表记为MCT)240。
如图21所示，本第五实施方式的像素部20D构成为第一基板110和第二基板120的层叠型的CMOS图像传感器，但在本例中，如图3所示，在第一基板110形成有光电转换读出部210，在第二基板120形成有AD转换部220、存储器部230D以及存储器控制部240。
在本第五实施方式的固体摄像装置10D的像素200D中设置了存储器控制部240的原因如下。
如上所述，作为对AD转换处理后的数据进行存储的存储器部230，需要使用8比特或12比特等n比特的存储器，但例如在两个阶段等多个阶段进行像素信号的读出的情况下，需要使用总计2n比特等的电容。
另外，在考虑了数字CDS的情况下，需要使用更大的4n比特等的电容。因此，需要与AD转换处理相应的存储器的有效的存取。
对此，在本第五实施方式的固体摄像装置10D中，在像素200D中设置有存储器控制部240，以使得能够实质上实现宽动态范围化、高帧频化，且能够进行存储器的有效的存取，并且实现低噪声化，能够最大限度地扩大有效像素区域，能够最大限度地提高单位成本的价值。
存储器控制部240根据比较器221的比较结果信号的状态(在本实施方式中为电平)来控制向存储器部240的存取。
而且，存储器控制部240根据第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的状态，来控制是否向存储器部230D写入与第二比较处理CMPR2中的第二比较结果信号SCMP2相应的数据。
具体而言，存储器控制部240在第一比较处理期间PCMPR1、第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的电平从第一电平变化到第二电平的情况下，禁止向存储器部230D写入与第二比较处理CMPR2中的第二比较结果信号SCMP2相应的数据。
另一方面，存储器控制部240在第一比较处理期间PCMPR1、第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMPR1的电平保持为第一电平而未变化的情况下，允许向存储器部230D写入与第二比较处理CMPR2中的第二比较结果信号SCMP2相应的数据。
在本第五实施方式的固体摄像装置10D的像素200D中，光电转换读出部210、AD转换部220与上述第一实施方式相同，因此，省略其详细说明。
以下，对像素200D中的存储器部230D以及存储器控制部240的结构、功能进行说明。
(存储器部230D的结构)
图22是示出本发明的第五实施方式的存储器部以及输出电路的结构例的图。
在比较器221中，将通过第一比较处理CMPR1对与浮置扩散层FD1的溢出电荷相应的电压信号进行了数字化的第一比较结果信号SCMP1、以及通过第二比较处理CMPR2对光电二极管PD1的蓄积电荷进行了数字化的第二比较结果信号SCMP2建立关联地作为数字数据存储于n比特存储器231。
存储器部230的能够对n比特的数据进行采样保持的存储器231由SRAM或DRAM等构成，例如被供给数字转换后的信号，对应于光转换代码，能够由像素阵列周边的输出电路40的外部IO缓冲器41读出。
存储器231根据比较器221的比较结果信号的状态(在本实施方式中为电平)，通过存储器控制部240的输出信号B来控制是否进行存储器存取、具体而言，是否进行写入(改写)。
存储器231在与第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1相应的信号B以第一电平(低电平)被供给时，禁止写入(改写)，在该信号B以第二电平(高电平)被供给时，允许写入(改写)。
需要说明的是，作为本第五实施方式的固体摄像装置10D中的帧读出时序，能够将与图10建立关联地说明的第一实施方式的固体摄像装置10中的帧读出方式作为一例进行例示。
因此，在此省略了帧读出的说明。
(存储器控制部240的结构以及功能)
本第五实施方式的固体摄像装置10D还具有存储器控制部240，该存储器控制部240根据比较器221的比较结果信号的状态(在本实施方式中为电平)而控制向存储器部230D的存取。
存储器控制部240根据第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的状态(输出电平)，来控制是否向存储器部230D写入与第二比较处理CMPR2中的第二比较结果信号SCMP2相应的数据。
具体而言，存储器控制部240在第一比较处理期间PCMPR1、第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的电平从第一电平(例如低电平)变化到第二电平(高电平)的情况下，禁止向存储器部230D写入与第二比较处理CMPR2中的第二比较结果信号SCMP2相应的数据。
另一方面，存储器控制部240在第一比较处理期间CMPR1、第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的电平保持为第一电平(低电平)而未变化的情况下，允许向存储器部230D写入与第二比较处理CMPR2中的第二比较结果信号SCMP2相应的数据。
在此，以下进一步叙述设置了存储器控制部240的原因。
在时间戳ADC模式时，在第一比较处理期间PCMPR1，第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的电平从第一电平(例如低电平)变化到第二电平(高电平)的意义如下。
即，在该情况下，非常(极其)高的照度(明亮)的光照射到光电二极管PD1，光电转换后的电荷从光电二极管PD1作为溢出电荷向浮置扩散层FD1溢出，因此，意味着无需后续的线性ADC模式的读出信号。
对此，在该情况下，存储器控制部240禁止向存储器部230D写入(改写)与第二比较处理CMPR2中的第二比较结果信号SCMP2相应的数据。
另一方面，在时间戳ADC模式时，在第一比较处理期间PCMPR1，第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的电平未从第一电平(例如低电平)变化到第二电平(高电平)的意义如下。
即，在该情况下，昏暗的低照度到中等亮度的通常照度的光照射到光电二极管PD1，光电转换后的电荷从光电二极管PD1作为溢出电荷向浮置扩散层FD1溢出的概率非常低，因此，意味着需要后续的线性ADC模式的读出信号。
对此，在该情况下，存储器控制部240允许向存储器部230D写入(改写)与第二比较处理CMPR2中的第二比较结果信号SCMP2相应的数据。
图23是用于对本发明的第五实施方式的存储器控制部240的结构例进行说明的图。
图24是用于说明在时间戳ADC模式时比较器的输出反转了的情况下的存储器控制部的动作的时序图。
图25是用于说明在时间戳ADC模式时比较器的输出未反转的情况下的存储器控制部的动作的时序图。
图23的存储器控制部240构成为包括标志位存储器单元(Flag)241以及作为栅极电路的NOR电路242。
标志位存储器单元241被供给标志采样信号FLG_SAMP、第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1。
标志位存储器单元241在第一比较处理期间PCMPR1结束后被供给了标志采样信号FLG_SAMP时，若第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的电平从第一电平(低电平)变化到第二电平(高电平)，则将信号A设定为第二电平(高电平)向NOR电路242输出。
标志位存储器单元241在第一比较处理期间PCMPR1结束后被供给了标志采样信号FLG_SAMP时，若第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的电平未从第一电平(低电平)变化到第二电平(高电平)，则将信号A设定为第一电平(低电平)向NOR电路242输出。
NOR电路242被供给标志位存储器单元241的输出信号A以及第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1。
NOR电路242在第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的电平从第一电平(低电平)变化到第二电平(高电平)的状态下以第二电平(高电平)被输入信号A时，将信号B设定为第一电平(低电平)向存储器部230D输出，禁止写入(改写)。
NOR电路242在第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的电平未从第一电平(低电平)变化到第二电平(高电平)的状态下以第一电平(低电平)被输入信号A时，将信号B设定为第二电平(高电平)向存储器部230D输出，允许写入(改写)。
标志位存储器单元241是ADC存储器231的一部分，因此，没有布局上的负担，面积效率好。
另外，NOR电路242作为最小尺寸能够由四个晶体管(4T)构成，因此，面积上的负担可以为最小限度。
而且，通过设置本存储器控制部240，尽管进行两个阶段的比较处理，但ADC存储器为一个即可。
在存储器控制部240中，如图24所示，在第一比较处理期间PCMPR1结束后被供给了标志采样信号FLG_SAMP时，若第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的电平从第一电平(低电平)变化到第二电平(高电平)，则将标志位存储器单元241的输出信号A以第二电平(高电平)向NOR电路242输入。与此相应地，从NOR电路242将信号B设定为第一电平(低电平)向存储器部230D输出，写入(改写)被禁止。
在存储器控制部240中，如图25所示，在第一比较处理期间PCMPR1结束后被供给了标志采样信号FLG_SAMP时，若第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的电平保持为第一电平(低电平)而未变化，则将标志位存储器单元241的输出信号A以第一电平(低电平)向NOR电路242输入。与此相应地，从NOR电路242将信号B设定为第二电平(高电平)向存储器部230D输出，写入(改写)被允许。
需要说明的是，标志位存储器单元241以及NOR电路242在线性ADC模式的第二比较处理期间PCMPR2结束后，通过清除信号FLGCLR清除到初始状态。
(固体摄像装置10D的层叠构造)
接着，对本第五实施方式的固体摄像装置10D的层叠构造进行说明。
图26是用于对本第五实施方式的固体摄像装置10D的层叠构造进行说明的示意图。
图27是用于对本第五实施方式的固体摄像装置10D的层叠构造进行说明的简要剖视图。
本第五实施方式的固体摄像装置10D与上述第一实施方式的固体摄像装置10同样地，具有第一基板(上基板)110和第二基板(下基板)120的层叠构造。
固体摄像装置10D例如在以晶圆级贴合之后，形成为通过切割而切出的层叠构造的摄像装置。
在本例中，具有将第一基板110与第二基板120层叠而成的构造。
在第一基板110上，以其中央部为中心而形成有像素部20的各数字像素200D的光电转换读出部210。
在第一基板110的供光L入射的一侧即第一面111侧形成有光电二极管PD，在该光入射侧形成有微透镜MCL、滤色器。
在第一基板110的第二面侧形成有传输晶体管TG1-Tr、复位晶体管RST1-Tr、源极跟随晶体管SF1-Tr、电流晶体管IC1-Tr。
这样，在本第一实施方式中，在第一基板110上，基本上呈行列状形成有数字像素200D的光电转换读出部210。
在第二基板120上，呈矩阵状形成有各数字像素200D的AD转换部220、存储器部230、存储器控制部240。
另外，在第二基板120上还可以形成有垂直扫描电路30、输出电路40以及定时控制电路50。
在这样的层叠构造中，第一基板110的各光电转换读出部210的读出节点ND2与第二基板120的各数字像素200D的比较器221的反转输入端子(-)例如如图21所示那样分别利用信号线LSGN1、微凸块BMP、通孔(Die-to-DieVia)等而进行电连接。
另外，在本实施方式中，第一基板110的各光电转换读出部210的读出节点ND2与第二基板120的各数字像素200D的比较器221的反转输入端子(-)通过耦合电容器C221进行AC耦合。
(固体摄像装置10D的读出动作)
接着，对本第五实施方式的固体摄像装置10D的数字像素200D的像素信号的读出动作等进行详细叙述。
需要说明的是，基本的读出动作的定时、动作时序以及电位转移与同图13以及图14建立关联地说明的第一实施方式的固体摄像措置10相同。
因此，在这里的说明中，图13用作用于说明本第五实施方式的固体摄像装置10D的规定快门模式时的主要是像素部中的读出动作的时序图，图14用作示出用于说明本第五实施方式的固体摄像装置10D的规定快门模式时的主要是像素部中的读出动作的动作时序以及电位转移的图。
首先，每当开始读出动作时，如图13以及图14的(A)所示，进行将各数字像素200D的光电二极管PD1以及浮置扩散层FD1复位的全局复位。
在全局复位中，在所有像素同时地将复位晶体管RST1-Tr与传输晶体管TG1-Tr保持为规定期间导通状态，使光电二极管PD1以及浮置扩散层FD1复位。而且，在所有像素同时地将复位晶体管RST1-Tr与传输晶体管TG1-Tr切换成非导通状态，在所有像素同时并行地开始曝光、即电荷的蓄积。
然后，如图13以及图14的(B)所示，开始针对溢出电荷的时间戳(TS)ADC模式的动作。
溢出电荷在蓄积期间PI中蓄积于浮置扩散层FD1。时间戳ADC模式在蓄积时间PI中进行动作，具体而言，在蓄积期间PI中且在到浮置扩散层FD1被复位为止的期间进行动作。
在时间戳(TS)ADC模式中，在光电转换读出部210中，与AD转换部220的第一比较处理期间PCMPR1对应地，输出与在蓄积期间PI从光电二极管PD1溢出到作为输出节点的浮置扩散层FD1的溢出电荷相应的电压信号VSL1。
然后，在AD转换部220的比较器221中进行第一比较处理CMPR1。在比较器221中，在读出部60的控制下，输出针对电压信号VSL1的数字化后的第一比较结果信号SCMP1，该电压信号VSL1是与在蓄积期间PI中且在到浮置扩散层FD1被复位为止的期间从光电二极管PD1溢出到作为输出节点的浮置扩散层FD1的溢出电荷相应的信号，将与第一比较结果信号SCMP1相应的数字数据存放于存储器部230D。
接着，如图13以及图14的(C)所示，针对溢出电荷的时间戳(TS)ADC模式的动作结束，转移到线性ADC模式，向浮置扩散层FD1的复位期间PR2移转。
在复位期间PR2，将复位晶体管RST1-Tr保持为规定期间导通状态，使浮置扩散层FD1复位。读出浮置扩散层FD1的复位时的信号(VRST)并将数字信号存放于存储器部230D。
然后，将复位晶体管RST1-Tr切换成非导通状态。在该情况下，蓄积期间PI继续。
接着，如图13以及图14的(D)所示，蓄积期间PI结束，向传输期间PT移转。
在传输期间PT，将传输晶体管TG1-Tr保持为规定期间导通状态，将光电二极管PD1的蓄积电荷传输至浮置扩散层FD1。
在线性(Lin)ADC模式中，在光电转换读出部210中，与AD转换部220的第二比较处理期间PCMPR2对应地，输出与在蓄积期间PI结束后从光电二极管PD1传输至作为输出节点的浮置扩散层FD1的蓄积电荷相应的电压信号VSL2。
然后，在AD转换部220的比较器221中进行第二比较处理CMPR2。在比较器221中，在读出部60的控制下，输出针对电压信号VSL2的数字化后的第二比较结果信号SCMP2，该电压信号VSL2是与在蓄积期间PI后从光电二极管PD1传输至作为输出节点的浮置扩散层FD1的蓄积电荷相应的信号，将与第二比较结果信号SCMP2相应的数字数据存放于存储器部230D。
在上述处理中，由存储器控制部240根据第一比较处理PCMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的状态(输出电平)，来控制是否向存储器部230D写入与第二比较处理CMPR2中的第二比较结果信号SCMP2相应的数据。
具体而言，在存储器控制部240中，在第一比较处理期间PCMPR1、第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的电平从第一电平(例如低电平)变化到第二电平(高电平)的情况下，禁止向存储器部230D写入与第二比较处理CMPR2中的第二比较结果信号SCMP2相应的数据。
另一方面，在存储器控制部240中，在第一比较处理期间PCMPR1、第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的电平保持为第一电平(低电平)而未变化的情况下，允许向存储器部230D写入与第二比较处理CMPR2中的第二比较结果信号SCMP2相应的数据。
在存储器部230D中读出的信号是通过来自存储器节点的数字信号数据的读出而执行的，并经由具有这种MIPI数据格式的例如输出电路40的IO缓冲器41而送至固体摄像装置10(图像传感器)的外部。针对所有像素(pixel)阵列全局性地执行该动作。
如以上说明的那样，根据本第五实施方式，固体摄像装置10D在像素部20中包括光电转换读出部210、AD转换部220、存储器部230D以及存储器控制部240作为数字像素，具有全局快门的动作功能，构成为例如层叠型的CMOS图像传感器。
在本第五实施方式的固体摄像装置10D中，各数字像素200D具有AD转换功能，AD转换部220具有进行比较处理的比较器221，在该比较处理中，对由光电转换读出部210读出的电压信号与参照电压进行比较，输出数字化后的比较结果信号。
而且，比较器221在读出部60的控制下进行第一比较处理CMPR1和第二比较处理CMPR2，在该第一比较处理CMPR1中，输出针对与在蓄积期间从光电二极管PD1溢出到输出节点(浮置扩散层)FD1的溢出电荷相应的电压信号的数字化后的第一比较结果信号SCMP1，在第二比较处理CMPR2中，输出针对与在蓄积期间后的传输期间传输至浮动节点FD1(输出节点)的光电二极管PD1的蓄积电荷相应的电压信号的数字化后的第二比较结果信号SCMP2。
此外，固体摄像装置10具有存储器控制部240，该存储器控制部240根据比较器221的比较结果信号的状态(在本实施方式中为电平)控制向存储器部的存取。
而且，存储器控制部240根据第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的状态(输出电平)，来控制是否向存储器部230D写入与第二比较处理CMPR2中的第二比较结果信号SCMP2相应的数据。
具体而言，存储器控制部240在第一比较处理期间PCMPR1、第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的电平从第一电平(例如低电平)变化到第二电平(高电平)的情况下，禁止向存储器部230D写入与第二比较处理CMPR2中的第二比较结果信号SCMP2相应的数据。
另一方面，存储器控制部240在第一比较处理期间PCMPR1、第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的电平保持为第一电平(低电平)而未变化的情况下，允许向存储器部230D写入与第二比较处理CMPR2中的第二比较结果信号SCMP2相应的数据。
因此，根据本第五实施方式的固体摄像装置10D，能够实时地利用在蓄积期间从光电二极管溢出的电荷，因此，能够实现宽动态范围化、高帧频化，而且能够进行存储器的有效的存取。
另外，根据本第五实施方式，能够实质上实现宽动态范围化、高帧频化，且能够进行存储器的有效的存取，并且实现低噪声化，能够最大限度地扩大有效像素区域，能够最大限度地提高单位成本的价值。
另外，根据本第五实施方式的固体摄像装置10D，能够在防止结构的复杂化的同时，防止布局上的面积效率的降低。
另外，本第五实施方式的固体摄像装置10D具有第一基板(上基板)110和第二基板(下基板)120的层叠构造。
因此，在本第一实施方式中，基本上仅利用NMOS系的元件形成第一基板110侧、以及利用像素阵列最大限度地扩大有效像素区域，由此，能够最大限度地提高单位成本的价值。
(第六实施方式)
图28是用于对本发明的第六实施方式的固体摄像装置10E的存储器控制部240E的结构例进行说明的图。
图29是用于说明在时间戳ADC模式时比较器的输出反转了的情况下的图28的存储器控制部的动作的时序图。
图30是用于说明在时间戳ADC模式时比较器的输出未反转的情况下的图28的存储器控制部的动作的时序图。
本第六实施方式的具有作为存储器评价部的功能的存储器控制部240E包括CMOS的缓冲器BF1以及通过信号WL来控制缓冲器BF1与存储器部230的电连接的开关SW-WL，该CMOS的缓冲器BF1包括例如在电源电位VDD与基准电位VSS之间串联连接的对应于n比特、在该例中对应于8比特的八个p沟道MOS(PMOS)PT0～PT7、PMOS晶体管PT8以及n沟道MOS(NMOS)NT1。
PMOS晶体管PT0～PT7的栅极与存储器部230的存储器231的各比特单元BC0～BC7连接。
而且，PMOS晶体管PT8以及NMOS晶体管NT1的栅极与作为采样信号的控制信号EVATSADCB的供给线连接，信号OUT(与图23的NOR电路的信号B相当的信号)从漏极彼此的连接节点经由开关SW-WL向存储器231输出。
在图28的存储器控制部240中，如上所述，通过信号WL来控制存储器控制部240的缓冲器BF1与存储器部230的电连接。
在图28的存储器控制部240中，通过将控制信号EVATSADCB设为低(L)电平来实施评价。
若全部的ADC数据存储器(比特单元BC0～BC7)为低电平，则Flag存储器231经由电源电位VDD切换成高电平。
该信号在作为ADC State的LIN_ADC状态信号为高电平时为有效的，防止ADC数据存储器被锁定。
若至少一个比特单元BC0～BC7的输出为高电平，则电源电位VDD未被连接，因此，Flag存储器231保持低电平。在该情况下，在LIN_ADC状态时保护ADC数据存储器。
需要说明的是，原理上，将作为存储器评价部的存储器控制部的晶体管与信号的极性全部反转了的NMOS版也是有效的。
在本第六实施方式的存储器控制部240E中，如图29所示，在第一比较处理期间PCMPR1、第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的电平从第一电平(例如低电平)变化到第二电平(高电平)的情况下，即，在比较器221翻转了时，ADC数据存储器保持此时的值。
将控制信号EVA_TS_ADC_B设为低电平来实施评价。若ADC数据存储器为0以外，则信号OUT保持低电平。
在LIN ADC期间、信号OUT为低电平的情况下，保护ADC数据存储器。
在时间戳(Time Stamp)ADC时，与信号OUT的状态无关地更新ADC数据存储器。
另一方面，在存储器控制部240E中，如图30所示，在第一比较处理期间PCMPR1、第一比较处理CMPR1中的第一比较结果信号SCMP1的电平保持为第一电平(低电平)而未变化的情况下，即，在比较器221未翻转时，成为如下的处理。
将控制信号EVA_TS_ADC_B设为低电平来实施评价。若ADC数据存储器为0，则信号OUT保持高电平。
在LIN ADC期间、信号OUT为高电平的情况下，改写ADC数据存储器。
在时间戳ADC时，与信号OUT的状态无关地更新ADC数据存储器。
根据本第六实施方式，能够获得与上述第五实施方式的效果同样的效果，此外，能够实现读出处理的高速化、低消耗功率化。
(第七实施方式)
图31是示出本发明的第七实施方式的固体摄像装置的像素的结构例的图。
本第七实施方式的固体摄像装置10F与上述第五实施方式的固体摄像装置10D的不同之处如下。
在本第七实施方式的固体摄像装置10F中，作为电流源的电流晶体管IC1-Tr不配置在第一基板110侧，而配置在例如第二基板120侧的AD转换部220的输入侧。
根据本第七实施方式，能够获得与上述第五实施方式的效果同样的效果。
以上说明的固体摄像装置10、10A、10B、10C、10D、10E、10F能够在数码相机、摄影机、便携终端、或监视用相机、医疗用内窥镜用相机等电子设备中作为摄像器件而应用。
图32是示出搭载有应用了本发明的实施方式的固体摄像装置的相机系统的电子设备的结构的一例的图。
如图32所示，本电子设备300具有本实施方式的固体摄像装置10、10A、10B、10C、10D、10E、10F能够应用的CMOS图像传感器310。
此外，电子设备300具有向该CMOS图像传感器310的像素区域引导入射光(使被摄体像成像)的光学系统(透镜等)320。
电子设备300具有对CMOS图像传感器310的输出信号进行处理的信号处理电路(PRC)330。
信号处理电路330对CMOS图像传感器310的输出信号实施规定的信号处理。
由信号处理电路330处理后的图像信号以动画的形式显现在由液晶显示器等构成的监视器中，或者也能够向打印机输出，另外，还能够采用向存储卡等记录介质直接记录等的各种方式。
如上所述，通过搭载上述的固体摄像装置10、10A、10B、10C、10D、10E、10F作为CMOS图像传感器310，能够提供高性能、小型、低成本的相机系统。
而且，能够实现在相机的设置要件中存在安装尺寸、可连接电缆根数、电缆长度、设置高度等限制的用途中使用的例如监视用相机、医疗用内窥镜用相机等电子设备。

Claims (27)

1.一种固体摄像装置，具有：
像素部，其配置有进行光电转换的像素；以及
读出部，其从所述像素部的所述像素读出像素信号，
所述像素包括：
光电转换元件，其在蓄积期间蓄积通过光电转换而生成的电荷；
传输元件，其能够在所述蓄积期间后的传输期间对蓄积于所述光电转换元件的电荷进行传输；
输出节点，其通过所述传输元件来传输由所述光电转换元件蓄积的电荷；
输出缓冲部，其将所述输出节点的电荷转换成与电荷量相应的电压信号，并输出转换后的电压信号；以及
比较器，其进行比较处理，在该比较处理中，对由所述输出缓冲部输出的电压信号与参照电压进行比较，输出数字化后的比较结果信号，
所述比较器在所述读出部的控制下进行第一比较处理和第二比较处理，
在该第一比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间从所述光电转换元件溢出到所述输出节点的溢出电荷相应的所述电压信号的数字化后的第一比较结果信号，
在该第二比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间后的所述传输期间传输至所述输出节点的所述光电转换元件的蓄积电荷相应的所述电压信号的数字化后的第二比较结果信号。
2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
所述比较器在所述第一比较处理中输出与所述溢出电荷的量相应的时间所对应的所述第一比较结果信号。
3.根据权利要求2所述的固体摄像装置，其中，
所述比较器在所述第一比较处理中能够应对光电平，
该光电平是从所述溢出电荷自所述光电转换元件开始向所述输出节点溢出的最大采样时间内的所述光电转换元件的信号电平到在最小采样时间获得的信号电平为止的光电平。
4.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
所述蓄积期间是从所述光电转换元件以及所述输出节点复位成复位电平开始、到将所述传输元件切换成导通状态而开始所述传输期间为止的期间，
所述第一比较处理的期间是从所述光电转换元件以及所述输出节点复位成复位电平开始、到开始所述传输期间之前所述输出节点复位成复位电平为止的期间，
所述第二比较处理的期间是所述输出节点复位成复位电平后的期间，是包含所述传输期间后的期间在内的期间。
5.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
所述读出部进行控制，使得根据照度选择性地进行所述第一比较处理和所述第二比较处理。
6.根据权利要求5所述的固体摄像装置，其中，
所述读出部进行控制，使得在通常的照度的情况下，进行所述第一比较处理和所述第二比较处理。
7.根据权利要求5所述的固体摄像装置，其中，
所述读出部进行控制，使得在比通常的照度高的照度的情况下，进行所述第一比较处理。
8.根据权利要求5所述的固体摄像装置，其中，
所述读出部进行控制，使得在比通常的照度低的照度的情况下，进行所述第二比较处理。
9.根据权利要求5所述的固体摄像装置，其中，
所述读出部在整个蓄积期间改变所述参照电压并且对与照度相应的所述输出节点的电平进行采样。
10.根据权利要求9所述的固体摄像装置，其中，
所述读出部在整个蓄积期间使所述参照电压与所希望的特性相应地相对于采样间隔线性地变化。
11.根据权利要求9所述的固体摄像装置，其中，
所述读出部在整个蓄积期间使所述参照电压与所希望的特性相应地相对于采样间隔非线性地变化。
12.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
所述读出部对所述比较器进行控制，使得即便在所述蓄积期间不从所述光电转换元件向所述输出节点溢出的情况下，也通过所述第一比较处理，输出针对与电荷相应的所述电压信号的数字化后的第一比较结果信号。
13.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
所述像素包括：
作为所述输出节点的浮置扩散层；以及
复位元件，其在复位期间将所述浮置扩散层复位成规定的电位，
所述输出缓冲部包括：
源极跟随元件，其将所述浮置扩散层的电荷转换成与电荷量相应的电压信号，并输出转换后的信号；以及
电流源，其与所述源极跟随元件的源极连接。
14.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
所述比较器向第一输入端子供给由所述输出缓冲部输出的所述电压信号，向第二输入端子供给所述参照电压，
在向所述第一输入端子供给所述电压信号的供给线上连接有耦合电容器。
15.根据权利要求14所述的固体摄像装置，其中，
所述比较器在输出端子与所述第一输入端子之间连接有复位开关，在所述输出端子侧连接有负载电容器。
16.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
所述固体摄像装置包括第一基板和第二基板，
所述像素包括对与所述比较器的比较结果信号相应的数据进行存储的存储器部，
所述第一基板和所述第二基板具有通过连接部连接的层叠构造，
在所述第一基板上至少形成有所述像素的所述光电转换元件、所述传输元件、所述输出节点以及输出缓冲部，
在所述第二基板上至少形成有所述比较器、所述存储器部以及所述读出部的至少一部分。
17.根据权利要求16所述的固体摄像装置，其中，
所述像素包括：
作为所述输出节点的浮置扩散层；以及
复位元件，其在复位期间将所述浮置扩散层复位成规定的电位，
所述输出缓冲部包括：
源极跟随元件，其将所述浮置扩散层的电荷转换成与电荷量相应的电压信号，并输出转换后的信号；以及
电流源，其与所述源极跟随元件的源极连接，
所述浮置扩散层、所述复位元件以及所述源极跟随元件形成在所述第一基板上，
所述电流源形成在所述第一基板或者所述第二基板上。
18.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
所述像素包括：
存储器部，其能够存储与所述比较器的比较结果信号相应的数据；以及
存储器控制部，其根据所述比较器的比较结果信号的状态来控制向所述存储器部的存取，
所述比较器在所述读出部的控制下能够进行第一比较处理和第二比较处理，
在该第一比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间从所述光电转换元件溢出到所述输出节点的溢出电荷相应的所述电压信号的数字化后的第一比较结果信号，
在该第二比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间后的所述传输期间传输至所述输出节点的所述光电转换元件的蓄积电荷相应的所述电压信号的数字化后的第二比较结果信号，
所述存储器控制部根据所述第一比较处理中的所述第一比较结果信号的状态，来控制是否向所述存储器部写入与所述第二比较处理中的所述第二比较结果信号相应的数据。
19.根据权利要求18所述的固体摄像装置，其中，
所述存储器控制部在所述第一比较处理期间所述第一比较处理中的所述第一比较结果信号的电平从第一电平变化到第二电平的情况下，禁止向所述存储器部写入与所述第二比较处理中的所述第二比较结果信号相应的数据。
20.根据权利要求18所述的固体摄像装置，其中，
所述存储器控制部在所述第一比较处理期间、所述第一比较处理中的所述第一比较结果信号的电平保持为第一电平而未变化的情况下，允许向所述存储器部写入与所述第二比较处理中的所述第二比较结果信号相应的数据。
21.根据权利要求18所述的固体摄像装置，其中，
在以第一电平向所述存储器部供给与所述第一比较处理中的所述第一比较结果信号相应的信号时，所述存储器部被禁止写入，在以第二电平向所述存储器部供给与所述第一比较处理中的所述第一比较结果信号相应的信号时，所述存储器部被允许写入，
所述存储器控制部在所述第一比较处理期间、所述第一比较处理中的所述第一比较结果信号的电平从第一电平变化到第二电平的情况下，禁止向所述存储器部写入与所述第二比较处理中的所述第二比较结果信号相应的数据，在所述第一比较处理中的所述第一比较结果信号的电平保持为第一电平而未变化的情况下，允许向所述存储器部写入与所述第二比较处理中的所述第二比较结果信号相应的数据，
所述存储器控制部在所述第一比较处理期间结束后被供给了采样信号时，若所述第一比较处理中的所述第一比较结果信号的电平从第一电平变化到第二电平，则向所述存储器部以第一电平供给与所述第一比较结果信号相应的信号，
所述存储器控制部在所述第一比较处理期间结束后被供给了采样信号时，若所述第一比较处理中的所述第一比较结果信号的电平保持为第一电平而未变化，则向所述存储器部以第二电平供给与所述第一比较结果信号相应的信号。
22.根据权利要求18所述的固体摄像装置，其中，
所述固体摄像装置包括第一基板和第二基板，
所述第一基板和所述第二基板具有通过连接部连接的层叠构造，
在所述第一基板上至少形成有所述像素的所述光电转换元件、所述传输元件、所述输出节点以及输出缓冲部，
在所述第二基板上至少形成有所述比较器、所述存储器部、所述存储器控制部以及所述读出部的至少一部分。
23.根据权利要求22所述的固体摄像装置，其中，
所述像素包括：
作为所述输出节点的浮置扩散层；以及
复位元件，其在复位期间将所述浮置扩散层复位成规定的电位，
所述输出缓冲部包括：
源极跟随元件，其将所述浮置扩散层的电荷转换成与电荷量相应的电压信号，并输出转换后的信号；以及
电流源，其与所述源极跟随元件的源极连接，
所述浮置扩散层、所述复位元件以及所述源极跟随元件形成在所述第一基板上，
所述电流源形成在所述第一基板或者所述第二基板上。
24.一种固体摄像装置的驱动方法，所述固体摄像装置具有：
像素部，其配置有进行光电转换的像素；以及
读出部，其从所述像素部的所述像素读出像素信号，
所述像素包括：
光电转换元件，其在蓄积期间蓄积通过光电转换而生成的电荷；
传输元件，其能够在所述蓄积期间后的传输期间对蓄积于所述光电转换元件的电荷进行传输；
输出节点，其通过所述传输元件来传输由所述光电转换元件蓄积的电荷；
输出缓冲部，其将所述输出节点的电荷转换成与电荷量相应的电压信号，并输出转换后的电压信号；以及
比较器，其进行比较处理，在该比较处理中，对由所述输出缓冲部输出的电压信号与参照电压进行比较，输出数字化后的比较结果信号，
在所述固体摄像装置的驱动方法中，
在读出所述像素的像素信号的情况下，在所述比较器中，在所述读出部的控制下进行第一比较处理和第二比较处理，
在该第一比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间从所述光电转换元件溢出到所述输出节点的溢出电荷相应的所述电压信号的数字化后的第一比较结果信号，
在该第二比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间后的所述传输期间传输至所述输出节点的所述光电转换元件的蓄积电荷相应的所述电压信号的数字化后的第二比较结果信号。
25.根据权利要求24所述的固体摄像装置的驱动方法，其中，
所述像素包括对与所述比较器的比较结果信号相应的数据进行存储的存储器部，
在读出所述像素的像素信号的情况下，在所述比较器中，在所述读出部的控制下，能够进行第一比较处理和第二比较处理，
在该第一比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间从所述光电转换元件溢出到所述输出节点的溢出电荷相应的所述电压信号的数字化后的第一比较结果信号，
在该第二比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间后的所述传输期间传输至所述输出节点的所述光电转换元件的蓄积电荷相应的所述电压信号的数字化后的第二比较结果信号，
根据所述第一比较处理中的所述第一比较结果信号的状态，来控制是否向所述存储器部写入与所述第二比较处理中的所述第二比较结果信号相应的数据，根据所述比较器的比较结果信号的状态，来控制向所述存储器部的存取。
26.一种电子设备，具有：
固体摄像装置；以及
光学系统，其将被摄体像在所述固体摄像装置中成像，
所述固体摄像装置包括：
像素部，其配置有进行光电转换的像素；以及
读出部，其从所述像素部的所述像素读出像素信号，
所述像素包括：
光电转换元件，其在蓄积期间蓄积通过光电转换而生成的电荷；
传输元件，其能够在所述蓄积期间后的传输期间对蓄积于所述光电转换元件的电荷进行传输；
输出节点，其通过所述传输元件来传输由所述光电转换元件蓄积的电荷；
输出缓冲部，其将所述输出节点的电荷转换成与电荷量相应的电压信号，并输出转换后的电压信号；以及
比较器，其进行比较处理，在该比较处理中，对由所述输出缓冲部输出的电压信号与参照电压进行比较，输出数字化后的比较结果信号，
所述比较器在所述读出部的控制下进行第一比较处理和第二比较处理，
在该第一比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间从所述光电转换元件溢出到所述输出节点的溢出电荷相应的所述电压信号的数字化后的第一比较结果信号，
在该第二比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间后的所述传输期间传输至所述输出节点的所述光电转换元件的蓄积电荷相应的所述电压信号的数字化后的第二比较结果信号。
27.根据权利要求26所述的电子设备，其中，
所述像素包括：
存储器部，其能够存储与所述比较器的比较结果信号相应的数据；以及
存储器控制部，其根据所述比较器的比较结果信号的状态来控制向所述存储器部的存取，
所述比较器在所述读出部的控制下能够进行第一比较处理和第二比较处理，
在该第一比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间从所述光电转换元件溢出到所述输出节点的溢出电荷相应的所述电压信号的数字化后的第一比较结果信号，
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