CN115885517A - 固态摄像元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种包括具有宽动态范围的AD转换器的固态摄像元件。根据本发明的固态摄像元件包括：像素部，其包括多个像素；像素信号线，其传送所述像素的像素信号；参考信号线，其传送将要与所述像素信号进行比较的参考信号；第一比较器，其基于所述像素信号和所述参考信号之间的电压差来输出与所述像素信号对应的第一输出信号；第二比较器，其基于所述像素信号和所述参考信号之间的电压差来输出与所述像素信号对应的第二输出信号；第一电容器部，其被设置在所述像素信号线或所述参考信号线与所述第一比较器之间，且被设定为第一增益；以及第二电容器部，其被设置在所述像素信号线或所述参考信号线与所述第二比较器之间，且被设定为第二增益。

Description

固态摄像元件

技术领域

本发明涉及一种固态摄像元件。

背景技术

存在一种互补金属氧化物半导体(CMOS：complementary metal oxidesemiconductor)图像传感器，其通过利用比较器对模拟像素信号与线性变化的参考信号进行比较并且计算出直到参考信号横穿像素信号为止的时间，来对像素信号执行模数(AD：analog-to-digital)转换。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开第2018-148541号

专利文献2：日本专利申请特开第2019-165313号

发明内容

本发明要解决的问题

然而，在常规图像传感器的AD转换器中，比较器的动态范围相对较窄，并且难以对宽照度的照射光执行AD转换。

因此，本发明的目的是提供一种包括具有宽动态范围的AD转换器的固态摄像元件。

解决问题的技术方案

根据本发明的一个方面的固态摄像元件包括：像素部，其包括多个像素；像素信号线，其传送所述像素的像素信号；参考信号线，其传送将要与所述像素信号进行比较的参考信号；第一比较器，其基于所述像素信号和所述参考信号之间的电压差而输出与所述像素信号对应的第一输出信号；第二比较器，其基于所述像素信号和所述参考信号之间的电压差而输出与所述像素信号对应的第二输出信号；第一电容器部，其被设置在所述像素信号线或所述参考信号线与所述第一比较器之间，并且被设定为第一增益；和第二电容器部，其被设置在所述像素信号线或所述参考信号线与所述第二比较器之间，并且被设定为第二增益。

所述第一电容器部可以包括：被设置在所述参考信号线和所述第一比较器之间的第一输入电容元件；以及被设置在所述像素信号线和所述第一比较器之间的第二输入电容元件。此外，所述第二电容器部可以包括：被设置在所述参考信号线和所述第二比较器之间的第三输入电容元件；以及被设置在所述像素信号线和所述第二比较器之间的第四输入电容元件。

所述第一输入电容元件和所述第二输入电容元件之间的电容比可以不同于所述第三输入电容元件和所述第四输入电容元件之间的电容比。

所述第一输入电容元件的电容和所述第三输入电容元件的电容可以基本上相等，并且所述第二输入电容元件的电容和所述第四输入电容元件的电容可以互不相同。

所述第一电容器部的增益可以是由所述第一输入电容元件和所述第二输入电容元件之间的电容比决定的，并且所述第二电容器部的增益可以是由所述第三输入电容元件和所述第四输入电容元件之间的电容比决定的。

所述第一输入电容元件和所述第三输入电容元件各者的一端可以共同连接到所述参考信号线，所述第二输入电容元件和所述第四输入电容元件各者的一端可以共同连接到所述像素信号线。所述第一比较器可以包括第一晶体管，所述第一晶体管的栅极与所述第一输入电容元件的另一端及所述第二输入电容元件的另一端共同连接。此外，所述第二比较器可以包括第二晶体管，所述第二晶体管的栅极与所述第三输入电容元件的另一端及所述第四输入电容元件的另一端共同连接。

所述第一比较器还可以包括与所述第一晶体管的一端连接的第一恒定电流源，并且可以从所述第一晶体管和所述第一恒定电流源之间输出所述第一输出信号。此外，所述第二比较器还可以包括与所述第二晶体管的一端连接的第二恒定电流源，并且可以从所述第二晶体管和所述第二恒定电流源之间输出所述第二输出信号。

所述第一比较器还可以包括：第一恒定电流源，它与所述第一晶体管的一端连接；第三晶体管，它的一端连接到所述第一恒定电流源；以及第一镜像电路，它连接到所述第一晶体管的另一端及所述第三晶体管的另一端，并且所述第一比较器可以从所述第三晶体管和所述第一镜像电路之间输出所述第一输出信号。此外，所述第二比较器还可以包括：第二恒定电流源，它与所述第二晶体管的一端连接；第四晶体管，它的一端连接到所述第二恒定电流源；以及第二镜像电路，它连接到所述第二晶体管的另一端及所述第四晶体管的另一端，并且所述第二比较器可以从所述第四晶体管和所述第二镜像电路之间输出所述第二输出信号。

所述第一比较器可以包括所述第一晶体管，所述第一晶体管的栅极连接到所述第一输入电容元件并且一端连接到所述第二输入电容元件，并且所述第二比较器可以包括所述第二晶体管，所述第二晶体管的栅极连接到所述第三输入电容元件并且一端连接到所述第四输入电容元件。

所述第一输入电容元件和所述第三输入电容元件共同连接到所述参考信号线，并且所述第一晶体管的一端和所述第二晶体管的一端可以分别经由所述第二输入电容元件和所述第四输入电容元件接收所述像素信号。

本发明的固态摄像元件还可以包括：参考信号生成器，其将同一个所述参考信号提供给所述第一输入电容元件和所述第三输入电容元件。

本发明的固态摄像元件还可以包括：信号处理电路，其根据照射光朝着所述像素部的照度来选择所述第一输出信号或所述第二输出信号，并且将所述选择的信号作为图像数据而输出。

本发明的固态摄像元件还可以包括：控制器，其根据照射光朝着所述像素部的照度来改变所述像素部的曝光时间。

本发明的固态摄像元件还可以包括：控制器，其根据照射光朝着所述像素部的照度来控制所述参考信号的斜坡。

本发明的固态摄像元件还可以包括：控制器，其根据照射光朝着所述像素部的照度来控制所述第一增益或所述第二增益。

本发明的固态摄像元件还可以包括：信号处理电路，其获取照射光朝着所述像素部的照度；和控制器，其根据所述照度来设定所述第一增益或所述第二增益。这里，所述像素部可以以所设定的所述第一增益或所述第二增益执行摄像，由此生成所述像素信号，并且所述信号处理电路可以转换所述像素信号以生成图像数据。

所述第一输入电容元件和所述第三输入电容元件各者的一端可以共同连接到所述参考信号线。所述第二输入电容元件和所述第四输入电容元件各者的一端可以共同连接到所述像素信号线。所述第一比较器可以包括第一晶体管和第三晶体管，所述第一晶体管的栅极连接到所述第一输入电容元件的另一端，且所述第三晶体管的栅极连接到所述第二输入电容元件的另一端。此外，所述第二比较器可以包括第二晶体管和第四晶体管，所述第二晶体管的栅极连接到所述第三输入电容元件的另一端，且所述第四晶体管的栅极连接到所述第四输入电容元件的另一端。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的固态摄像元件的构造例的框图。

图2是示出其中把像素部的半导体芯片和处理电路的半导体芯片层叠起来的固态摄像元件的示例的概念图。

图3是示出设置于像素部中的像素的构造例的电路图。

图4是示出像素部和ADC组的构造示例的框图。

图5是示出电容器部和比较器的内部构造的示例的图。

图6是示出根据第一实施例的固态摄像元件的操作示例的时序图。

图7是示出像素部和ADC组的构造示例的框图。

图8A是示出根据第二实施例的固态摄像元件的构造例的图。

图8B是示出根据第二实施例的一个变形例的固态摄像元件的构造例的图。

图8C是示出根据第二实施例的另一变形例的固态摄像元件的构造例的图。

图9是示出根据第三实施例的固态摄像元件的构造例的图。

图10是示出根据第三实施例的固态摄像元件的操作示例的时序图。

图11是示出根据第四实施例的固态摄像元件的构造例的图。

图12是示出根据第一实施例的变形例1的固态摄像元件的构造例的图。

图13是示出根据变形例2的固态摄像元件的曝光时间和输入电容增益之间的关系的表格。

图14是示出根据变形例3的固态摄像元件的操作例的时序图。

图15是示出根据变形例3的参考信号和输入电容增益的组合的表格。

图16是示出根据第五实施例的固态摄像元件的构造例的框图。

图17是示出根据第五实施例的ADC组的构造例的框图。

图18是示出输入电容元件的构造例的图。

图19是示出根据第五实施例的固态摄像元件的操作的流程图。

图20是示出作为可以应用本发明技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构造例的框图。

图21是示出摄像部的设置位置的示例的图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图来详细说明应用本技术的具体实施例。附图是示意性或概念性的，并且例如，各部分的比例不一定与现实中的比例相同。在说明书和附图中，与前面参照先前已讨论的附图而说明的那些要素类似的要素被赋予相应的同一个附图标记，并且适当地省略其详细说明。

(第一实施例)

图1是示出根据第一实施例的固态摄像元件100的构造例的框图。固态摄像元件100包括像素部101、时序控制电路102、垂直扫描电路103、数模转换装置(DAC)104、模数转换装置(ADC)组105、水平传输扫描电路106、放大器电路107和信号处理电路108。

在像素部101中，以矩阵形式排列有包括将入射光光电转换成与其光量相对应的电荷量的光电转换元件的单位像素(在下文中，也简称为像素)。稍后将参照图2说明单位像素的具体电路构造。此外，在像素部101中，针对于矩阵形式的像素阵列，针对每行沿图中的左右方向(像素行中的像素排列方向/水平方向)布线有像素驱动线109，并且针对每列沿图中的上下方向(像素列中的像素排列方向/垂直方向)布线有垂直信号线110。像素驱动线109的一端连接到垂直扫描电路103的与各行相对应的输出端。注意，在图1中，尽管示出了针对每像素行各设置有一条像素驱动线109，但是可以在各像素行中设置有两条以上的像素驱动线109。

时序控制电路102包括产生各种时序信号的时序生成器(未示出)。基于从外部提供过来的控制信号等，时序控制电路102根据由时序生成器产生的各种时序信号执行垂直扫描电路103、DAC 104、ADC组105、水平传输扫描电路106等的驱动控制。

垂直扫描电路103包括移位寄存器和地址解码器等。在本实施例中，虽然未示出具体构造，但垂直扫描电路103包括读出扫描系统和扫出扫描系统。

读出扫描系统针对要从其读出信号的单位像素以行为单位依次执行选择性扫描。另一方面，针对将要由读出扫描系统进行读出扫描的读出行，扫出扫描系统以比该读出扫描提前一个与快门速度相对应的时间量来执行扫出扫描，利用该扫出扫描，就从读出行的单位像素的光电转换元件中扫出了无用电荷(复位)。通过由扫出扫描系统执行的对无用电荷的扫出(复位)，来执行所谓的电子快门操作。这里所谓的电子快门操作是指丢弃光电转换元件的光电荷并重新开始曝光(即，重新开始光电荷的累积)的操作。通过由读出扫描系统执行的读出操作而被读取出来的信号对应于在上一次读出操作或电子快门操作之后入射的光量。而且，在上一次读出操作的读出定时或电子快门操作的扫出定时与本次读出操作的读出定时之间的时间段是单位像素中光电荷的累积时间(曝光时间)。

从由垂直扫描电路103选择性扫描的像素行中的各单位像素输出的像素信号VSL经由与各列相对应的多条垂直信号线110提供给ADC组105。

作为参考信号生成器的DAC 104生成线性变化的斜坡波形的信号即参考信号RAMP，并将参考信号RAMP提供给ADC组105。DAC 104经由参考信号线114共同连接到多个比较器121，并将同一参考信号RAMP提供给多个比较器121。参考信号线114将参考信号RAMP传送到多个比较器121。

ADC组105包括多个比较器121、多个计数器122和多个锁存电路123。注意，虽然在图1中仅示出了一个ADC组105，但是如图2或图3所示，ADC组105可被划分为多个ADC组105a和105b。稍后将说明ADC组105a和105b的构造。

比较器121、计数器122和锁存电路123分别与像素部101的像素列对应地设置着，由此构成ADC。

比较器121把通过将从各像素输出的像素信号VSL和参考信号RAMP经由电容而相加从而获得的信号的电压与预定的基准电压进行比较，并且将表示比较结果的输出信号提供给计数器122。

基于来自比较器121的输出信号，计数器122对通过将像素信号VSL和参考信号RAMP经由电容而相加从而获得的信号超过预定的基准电压为止的时间进行计数，从而将模拟像素信号转换成由计数值表示的数字像素信号。计数器122将计数值提供给锁存电路123。

锁存电路123保持从计数器122提供过来的计数值。此外，锁存电路123通过取得跟信号电平的像素信号对应的D相计数值与跟复位电平的像素信号对应的P相计数值之间的差分，来执行相关双采样(CDS：correlated double sampling)。

水平传输扫描电路106包括移位寄存器和地址解码器等，并且依次选择性地扫描与ADC组105的像素列对应的电路部分。通过由水平传输扫描电路106执行的选择性扫描，保持于锁存电路123中的数字像素信号经由水平传输线111依次传输到放大器电路107。

放大器电路107放大从锁存电路123提供过来的数字像素信号，并且将放大的数字像素信号提供给信号处理电路108。

信号处理电路108对从放大器电路107提供过来的数字像素信号执行预定的信号处理，以生成二维图像数据。例如，信号处理电路108执行竖线缺陷和点缺陷的修正或者信号的钳位，或者执行诸如并行-串行转换、压缩、编码、加法、平均和间歇操作等数字信号处理。信号处理电路108将所生成的图像数据输出到后段的装置。

注意，图1所示的固态摄像元件100可以作为整体而被构造为一个半导体芯片，或者可以由多个半导体芯片构成。在固态摄像元件100被构造为多个半导体芯片的情况下，像素部101和除其之外的处理电路可以分别被形成为单独的半导体芯片511和512，并且半导体芯片511和半导体芯片512可以层叠起来。

例如，图2是示出其中把像素部101的半导体芯片511和处理电路的半导体芯片512层叠起来的固态摄像元件100的示例的概念图。如图2所示，固态摄像元件100包括层叠起来的两个半导体芯片511和512。注意，层叠着的半导体芯片的个数可以是三个以上。

半导体芯片511包括形成于半导体基板上的像素部101。半导体芯片512包括形成于另一半导体基板上的ADC组105a和105b、逻辑电路516以及周边电路517。ADC组105被划分成多个部分(105a、105b)，并且例如，被设定为具有不同的增益。逻辑电路516包括时序控制电路102、垂直扫描电路103、DAC 104、水平传输扫描电路106等。周边电路517包括信号处理电路108等。

例如，半导体芯片511的像素部101的各像素和半导体芯片512的处理电路(105a、105b、516、517)的元件可以使用诸如设置于通路区域513和514中的TSV(贯通硅的垂直互连通路：Through Silicon VIA)等贯通电极来实现电连接。ADC组105a和105b可以经由TSV与像素部101进行信号的收发。此外，可以以使得半导体芯片511的配线和半导体芯片512的配线相互接触的方式将这两个半导体芯片贴合(Cu-Cu接合)。另外，虽然未示出，但是像素部101和处理电路(105a、105b、516、517)的一部分可以被构造为一个半导体芯片511，并且其他配置可以被构造为另一个半导体芯片512。

图3是示出设置于像素部101中的像素150的构造例的电路图。例如，像素150包括作为光电转换元件的光电二极管151，并且还包括对应于光电二极管151而设置的传输晶体管152、放大晶体管154、选择晶体管155和复位晶体管156这四个晶体管作为能动元件。

光电二极管151将入射光光电转换成与其光量相对应的量的电荷(在本例中为电子)。

传输晶体管152连接在光电二极管151和浮动扩散部(FD：floating diffusion)153之间。当传输晶体管152被从垂直扫描电路103提供过来的驱动信号TX导通时，传输晶体管152将累积于光电二极管151中的电荷传输到FD 153。

放大晶体管154的栅极连接到FD 153。放大晶体管154经由选择晶体管155连接到垂直信号线110，并且与像素部101外部的恒定电流源157一起形成源极随耦器。当选择晶体管155被从垂直扫描电路103提供过来的驱动信号SEL导通时，放大晶体管154放大FD 153的电位并且将表示与该电位对应的电压的像素信号输出到垂直信号线110。然后，从各个像素150输出的像素信号经由垂直信号线110提供给ADC组105的各个比较器121。

复位晶体管156连接在电源VDD和FD 153之间。当复位晶体管156被从垂直扫描电路103提供过来的驱动信号RST导通时，FD 153的电位被复位为电源VDD的电位。

图4是示出像素部101和ADC组105a和105b的构造示例的框图。像素部101中所包括的多个像素150的各像素列经由垂直信号线110连接到ADC组105a和105b两者。垂直信号线110是对应于含有多个像素150的每一像素列而设置着的，并且从该像素列中的所选择像素150传送出同一个像素信号VSL。注意，尽管图4针对垂直信号线110仅示出了一个像素150，但是如图5所示，垂直信号线110是由该像素列中的多个像素150共用的。

ADC组105a包括对应于各个像素列而设置着的多个电容器部120a和多个比较器121a。电容器部120a连接到垂直信号线110，并且将来自像素150的像素信号VSL传送到比较器121a。此时，电容器部120a的电容是可以变更的，以便设定像素信号VSL的输入电容增益。比较器121a经由电容器部120a接收像素信号VSL，并且将像素信号VSL和参考信号RAMP之间的比较结果输出到图1中的计数器122。

ADC组105b包括对应于各个像素列而设置着的多个电容器部120b和多个比较器121b。电容器部120b连接到垂直信号线110，并且将来自像素150的像素信号VSL传送到比较器121b。此时，电容器部120b的电容是可以变更的，以便设定像素信号VSL的输入电容增益。比较器121b经由电容器部120b接收像素信号VSL，并且将像素信号VSL和参考信号RAMP之间的比较结果输出到图1中的计数器122。

电容器部120a和120b具有互不相同的输入电容增益。例如，电容器部120a具有相对较低的输入电容增益，并且电容器部120b具有相对较高的输入电容增益。输入电容增益是像素信号VSL相对于参考信号RAMP的传达率。在输入电容增益变高的情况下，像素信号VSL的传达率变大，并且固态摄像元件100即使在低照度的照射光的情况下也可以准确地检测到。在输入电容增益变低的情况下，像素信号VSL的传达率变小，并且固态摄像元件100可以在较短时间内检测到高照度的照射光。输入电容增益可以通过变更用于传送像素信号VSL的电容元件和用于传送参考信号RAMP的电容元件之间的电容比来予以控制。

电容器部120a由于具有相对较低的输入电容增益因而用来检测高照度的照射光。电容器部120b由于具有相对较高的输入电容增益因而用来低照度的照射光。

如上所述，各个像素150经由对应的垂直信号线110连接到具有互不相同的输入电容增益的多个ADC组105a和105b。

图5是示出电容器部120a和120b以及比较器121a和121b的内部构造的示例的图。

作为第一电容器部的电容器部120a被设置在垂直信号线110或参考信号线114与比较器121a之间，并且被设定为作为第一增益的低增益(LG)。电容器部120a包括输入电容元件Crmpa和输入电容元件Cvsla。作为第一输入电容元件的输入电容元件Crmpa被设置在参考信号线114和比较器121a的晶体管Tp1a的栅极之间。作为第二输入电容元件的输入电容元件Cvsla被设置在垂直信号线110和比较器121a之间。

也就是说，输入电容元件Crmpa的一端和输入电容元件Cvsla的一端分别连接到垂直信号线110和参考信号线114。输入电容元件Crmpa的另一端和输入电容元件Cvsla的另一端共同连接到晶体管Tp1a的栅极。

作为第二电容器部的电容器部120b被设置在垂直信号线110或参考信号线114与比较器121b之间，并且被设定为作为第二增益的高增益(HG)。第二增益高于第一增益。电容器部120b包括输入电容元件Crmpb和输入电容元件Cvslb。作为第三输入电容元件的输入电容元件Crmpb被设置在参考信号线114和比较器121b的晶体管Tp1b的栅极之间。作为第四输入电容元件的输入电容元件Cvslb被设置在垂直信号线110和比较器121b之间。

也就是说，输入电容元件Crmpb的一端和输入电容元件Cvslb的一端分别连接到垂直信号线110和参考信号线114。输入电容元件Crmpb的另一端和输入电容元件Cvslb的另一端共同连接到晶体管Tp1b的栅极。

进而，电容器部120a和120b共用对应的参考信号线114，并且共用对应的垂直信号线110。因此，输入电容元件Crmpa的一端和输入电容元件Crmpb的一端共同连接到参考信号线114。输入电容元件Cvsla的一端和输入电容元件Cvslb的一端借助于垂直信号线110共同连接到垂直信号线110。

在本实施例中，尽管输入电容元件Crmpa和Crmpb的电容基本上彼此相等，但是输入电容元件Cvsla和Cvslb的电容互不相同。因此，输入电容元件Crmpa和输入电容元件Cvsla之间的电容比(电容器部120a的输入电容增益Ga)与输入电容元件Crmpb和输入电容元件Cvslb之间的电容比(电容器部120b的输入电容增益Gb)不同。电容器部120a的输入电容增益Ga由输入电容元件Cvsla相对于输入电容元件Crmpa的电容比(例如，Cvsla/(Cvsla+Crmpa))来决定。电容器部120b的输入电容增益Gb由输入电容元件Cvslb相对于输入电容元件Crmpb的电容比(例如，Cvslb/(Cvslb+Crmpb))来决定。

在本实施例中，例如，由于输入电容元件Cvslb大于输入电容元件Cvsla，因此电容器部120b的输入电容增益Gb被设定为大于电容器部120a的输入电容增益Ga。

输入电容元件Crmpa、Crmpb、Cvsla和Cvslb是可变电容元件。例如，输入电容元件Crmpa、Crmpb、Cvsla和Cvslb可通过微调并联或串联地连接着的同一电容的元件的个数来予以调节，或者可利用开关(未示出)等进行变更来予以调节。输入电容元件Crmpa、Crmpb、Cvsla和Cvslb的微调或切换仅需要在制造或发货固态摄像元件100时执行即可。可供替代地，如参照图18所说明的那样，输入电容元件Crmpa、Crmpb、Cvsla和Cvslb的切换可以通过基于照射光的照度对开关SWc1和SWc2进行切换来予以执行。

作为第一比较器的比较器121a是这样的单极型放大器：其连接到电容器部120a，并且基于像素信号VSL和参考信号RAMP之间的电压差输出(经过放大后的)与像素信号VSL对应的输出信号OUTa。

比较器121a包括n型晶体管Tn1a、p型晶体管Tp1a和n型晶体管Tn2a。晶体管Tn1a、Tp1a和Tn2a按该顺序串联地连接在电源Vdd和接地GND之间。

晶体管Tn1a的漏极连接到电源Vdd，并且其源极连接到晶体管Tp1a的源极。晶体管Tn1a起到低压差(LDO：low dropout)线性稳压器的作用。

如上所述，作为第一晶体管的晶体管Tp1a的栅极共同连接到输入电容元件Crmpa的另一端和输入电容元件Cvsla的另一端。晶体管Tp1a的源极连接到晶体管Tn1a的源极，并且晶体管Tp1a的漏极连接到输出端子和晶体管Tn2a的漏极。当来自电容器部120a的像素信号VSL与来自DAC 104的参考信号RAMP的相加信号超过基准电压时，晶体管Tp1a从导通状态变为非导通状态，并且使输出信号OUTa的电平反转。也就是说，晶体管Tp1a起到对像素信号VSL的电平进行放大和检测的放大器的作用。

晶体管Tn2a起到用于使恒定电流流过晶体管Tp1a的恒定电流源的作用。

AZ开关SW1a连接在晶体管Tp1a的栅极和输出端子Touta之间，并且在检测像素信号VSL之前，通过使晶体管Tp1a的栅极和输出端子Touta二者的电位相等来执行自动归零操作。

利用这种构造，比较器121a从晶体管Tp1a和Tn2a之间的输出部输出作为第一输出信号的输出信号OUTa。

作为第二比较器的比较器121b连接到电容器部120b，并且基于像素信号VSL和参考信号RAMP之间的电压差而输出与像素信号VSL的输出信号OUTb。

比较器121b包括n型晶体管Tn1b、p型晶体管Tp1b和n型晶体管Tn2b。晶体管Tn1b、Tp1b和Tn2b按该顺序串联地连接在电源Vdd和接地GND之间。

晶体管Tn1b的漏极连接到电源Vdd，并且源极连接到晶体管Tp1b的源极。晶体管Tn1b与晶体管Tn1a类似地起到LDO线性稳压器的作用。

如上所述，作为第二晶体管的晶体管Tp1b的栅极共同连接到输入电容元件Crmpb的另一端和输入电容元件Cvslb的另一端。晶体管Tp1b的源极连接到晶体管Tn1b的源极，并且晶体管Tp1b的漏极连接到输出端子和晶体管Tn2b的漏极。当来自电容器部120b的像素信号VSL与来自DAC 104的参考信号RAMP的相加信号超过基准电压时，晶体管Tp1b从导通状态变为非导通状态，并且使输出信号OUTb的电平反转。也就是说，晶体管Tp1b起到对像素信号VSL的电平进行放大和检测的放大器的作用。

晶体管Tn2b起到用于使恒定电流流过晶体管Tp1b的恒定电流源的作用。

AZ开关SW1b连接在晶体管Tp1b的栅极和输出端子Toutb之间，并且在检测像素信号VSL之前，通过使晶体管Tp1b的栅极和输出端子Toutb二者的电位相等来执行自动归零操作。

利用这种构造，比较器121b从晶体管Tp1b和Tn2b之间的输出部输出作为第二输出信号的输出信号OUTb。

注意，电流源CS1a和CS1b连接到垂直信号线110，并且被构造为使恒定电流流过垂直信号线110。

比较器121b的构造与比较器121a的构造相同。也就是说，晶体管Tn1a和Tn1b具有相同的构造，晶体管Tp1a和Tp1b具有相同的构造，并且晶体管Tn2a和Tn2b具有相同的构造。藉此，ADC组105a的增益Ga和ADC组105b的增益Gb基本上由输入电容元件Cvsla相对于输入电容元件Crmpa的电容比和输入电容元件Cvslb相对于输入电容元件Crmpb的电容比之间的差异来决定。因此，ADC组105a将像素信号VSL和参考信号RAMP之间的比较结果在低增益下作为输出信号OUTa输出。ADC组105b将像素信号VSL和参考信号RAMP之间的比较结果在高增益下作为输出信号OUTb输出。结果，固态摄像元件100可以检测从低照度到高照度的宽动态范围(高动态范围(HDR：High Dynamic Range))的照射光。此外，通过使比较器121a和121b的构造相同，使得比较器121a和121b可以在同一过程中同时形成，并且可以将制造成本抑制为较低。

接下来，将说明根据本实施例的固态摄像元件100的操作。

图6是示出根据第一实施例的固态摄像元件100的操作示例的时序图。横轴表示时间。纵轴表示AZ开关SW1a和SW1b的驱动信号、像素信号VSL、参考信号RAMP、晶体管Tp1a和Tp1b的栅极电压以及输出信号OUTa和OUTb的电压电平(信号电平)。注意，假定在信号检测期间晶体管Tn1a和Tn1b是常时导通的。此外，假定晶体管Tn2a和Tn2b使恒定电流流入晶体管Tp1a和Tp1b。

在时间t1，作为读出对象的像素150的FD 153被复位，并且像素信号VSL被设定为复位电平。此时，参考信号RAMP被设定为预定的复位电平。

在时间t2，AZ开关SW1a和SW1b的驱动信号被设定为高电平，并且执行比较器121a和121b的自动归零操作。具体地，AZ开关SW1a被导通，晶体管Tp1a的栅极和输出部Touta被连接，并且比较器121a的输入和输出被短路。结果，晶体管Tp1a的栅极电压和输出信号OUTa的电压收敛到跟输出信号OUTa的高电平和低电平之间的中间相接近的电压。所述收敛的电压成为比较器121a的基准电压。因此，此后，当AZ开关SW1a断开时，若晶体管Tp1a的栅极电压(比较器121a的输入电压)上升到基准电压之上，则输出信号OUTa的电压下降并变为低电平。另一方面，若晶体管Tp1a的栅极电压(比较器121a的输入电压)下降到低于基准电压，则输出信号OUTa的电压升高并变为高电平。

类似于AZ开关SW1a，AZ开关SW1b也对比较器121b执行自动归零操作。也就是说，AZ开关SW1b被导通，晶体管Tp1b的栅极和输出部Toutb被连接，并且比较器121b的输入和输出被短路。结果，晶体管Tp1b的栅极电压和输出信号OUTb的电压收敛到跟输出信号OUTb的高电平和低电平之间的中间相接近的电压。所述收敛的电压成为比较器121b的基准电压。因此，此后，当AZ开关SW1b断开时，若晶体管Tp1b的栅极电压(比较器121b的输入电压)上升到基准电压之上，则输出信号OUTb的电压下降并变为低电平。另一方面，若晶体管Tp1b的栅极电压(比较器121b的输入电压)下降到低于基准电压，则输出信号OUTb的电压升高并变为高电平。

在时间t3，AZ开关SW1a和SW1b的驱动信号被设定为低电平，AZ开关SW1a和SW1b断开，并且比较器121a和121b的自动归零操作结束。晶体管Tp1a和Tp1b的电压以及输出信号OUTa和OUTb的电压保持基准电压的状态不变。由于比较器121a和121b的构造相同，因此比较器121a和121b的基准电压成为基本上相同。

在时间t4，参考信号RAMP的电压从复位电平下降预定值。结果，晶体管Tp1a和Tp1b的栅极电压下降至低于基准电压，并且输出信号OUTa和OUTb变为高电平。

在时间t5，参考信号RAMP的电压电平线性地增加。与之相符地，晶体管Tp1a和Tp1b的栅极电压也线性地增加。此外，图1中的计数器122开始计数。

在时间点t5-1，当晶体管Tp1a和Tp1b的栅极电压超过基准电压时，输出信号OUTa和OUTb的电压被反转为低电平。当输出信号OUTa和OUTb被反转为低电平时，计数器122的计数值作为P相(复位电平)的像素信号VSL的值而被保持在图1的锁存电路123中。存电路123锁存输出信号OUTa和OUTb两者。

在时间t6，参考信号RAMP的电压再次被设定为复位电压。结果，晶体管Tp1a和Tp1b的栅极电压返回到基准电压，并且输出信号OUTa和OUTb变得基本上等于基准电压。

在时间t7，像素150的传输晶体管152被导通，并且在曝光期间内累积到光电二极管151中的电荷被传输到FD 153。结果，像素信号VSL变为信号电平，并且晶体管Tp1a和Tp1b的栅极电压从基准电压下降与信号电平相对应的值。结果，输出信号OUTa和OUTb变为高电平。然而，在像素信号VSL的信号电平较小的情况下，输出信号OUTa和OUTb被保持在基本上接近基准电压的值。

在时间t8，类似于时间t4，参考信号RAMP的电压从复位电平下降预定值。结果，晶体管Tp1a和Tp1b的栅极电压从信号电平进一步下降。

在时间t9，类似于时间t5，参考信号RAMP的电压电平线性地增加。与之相符地，晶体管Tp1a和Tp1b的栅极电压也线性地增加。此外，计数器122开始计数。

从时间t9-1到时间t9-3，当晶体管Tp1a和Tp1b的栅极电压超过基准电压时，输出信号OUTa和OUTb被反转为低电平。例如，在照射光的照度较低且像素信号VSL较小的情况下，如线L1所示，晶体管Tp1a和Tp1b的栅极电压的电平在像素信号VSL中几乎不会降低。在这种情况下，在相对较早的时间t9-1，晶体管Tp1a和Tp1b的栅极电压超过基准电压，并且输出信号OUTa和OUTb被反转为低电平。在照射光的照度为中等且像素信号VSL为中等的情况下，如线L2所示，在t9-2，晶体管Tp1a和Tp1b的栅极电压超过基准电压，并且输出信号OUTa和OUTb被反转为低电平。在照射光的照度较高且像素信号VSL较高的情况下，如线L3所示，在相对较晚的时间t9-3，晶体管Tp1a和Tp1b的栅极电压超过基准电压，并且输出信号OUTa和OUTb被反转为低电平。如上所述，从参考信号RAMP的开始增加到输出信号OUTa和OUTb的反转为止的期间是根据照射光的照度而有所变化的。

当输出信号OUTa和OUTb被反转为低电平时，计数器122的计数值作为D相(复位电平)的像素信号VSL的值而而被保持在图1的锁存电路123中。锁存电路123锁存输出信号OUTa和OUTb两者。锁存电路123通过取得D相像素信号VSL和在时间t5与时间t6之间读取的P相像素信号VSL之间的差值来执行CDS。以这种方式，执行像素信号VSL的AD转换。AD转换是在ADC组105a和105b各者中被执行的，并且是针对在互不相同的输入电容增益下检测出来的像素信号VSL而被执行的。来自ADC组105a的数字图像数据和来自ADC组105b的数字图像数据被传送到信号处理电路108。

由于从参考信号RAMP的开始增加到输出信号OUTa和OUTb的反转为止的期间根据照射光的照度而有所变化，因此来自ADC组105a和105b的数字图像数据也具有基于照射光的照度的值。

此后，信号处理电路108通过使用输出信号OUTa和OUTb中的任一者或两者来选择或生成像素信号，并且生成图像数据。此时，信号处理电路108可以根据照射光的照度来选择输出信号OUTa和OUTb。

在时间t10，类似于时间t6，参考信号RAMP的电压被设定为复位电压。结果，晶体管Tp1a和Tp1b的栅极电压返回到基准电压，并且输出信号OUTa变得基本上等于基准电压。此后，在时间t11之后，重复与时间t1至t10的操作类似的操作。

根据本实施例，在固态摄像元件100中，对应于各像素列的ADC组被划分为具有不同增益的多个ADC组105a和105b。ADC组105a和105b各者的增益分别由电容器部120a和120b的输入电容增益Ga和Gb来设定。结果，信号处理电路108可以使用通过在多个增益下检测像素信号而产生的输出信号OUTa和OUTb中的任一者或两者来选择或生成像素信号，并且生成图像数据。此时，信号处理电路108可以根据照射光的照度(光强度)来选择输出信号OUTa和OUTb。例如，在照射光的照度相对较高的情况下，信号处理电路108选择由ADC组105a以低增益检测到的输出信号OUTa，并生成图像数据。在照射光的照度相对较低的情况下，信号处理电路108选择由ADC组105b以高增益检测到的输出信号OUTb，并生成图像数据。结果，固态摄像元件100即使在低照度的照射光下也可以以高灵敏度(精细灰度)执行摄像，并且即使在高照度的照射光下也可以在不饱和的情况下在短时间内(低电力消耗)执行摄像。也就是说，根据本实施例的固态摄像元件100可以根据照射光的照度以宽动态范围(HDR)执行摄像。

此外，在根据本实施例的固态摄像元件100中，如图2所示，对应于各像素列的ADC组被划分为多个ADC组105a和105b且并联地连接着。ADC组105a和105b被设置在逻辑电路516及周边电路517的两侧，并且彼此间隔开。在具有不同增益的多个ADC彼此相邻的情况下，来自多个ADC的输出信号可能会由于邻近效应而相互影响。与此对照地，由于根据本实施例的ADC组105a和105b彼此间隔开，因此即使各ADC组具有不同的增益也可以抑制相互影响。这允许固态摄像元件100生成准确的图像数据。

根据本实施例，ADC组105a和105b的增益分别由电容器部120a的输入电容元件Crmpa和Cvsla之间的电容比以及电容器部120b的输入电容元件Crmpb和Cvslb之间的电容比来设定。因此，针对ADC组105a和105b，像素信号VSL及参考信号RAMP可以是相同的或为ADC组105a和105b所共用的。例如，如图7所示，DAC 104被设置为由ADC组105a和105b共用，并且仅需经由参考信号线114将同一个参考信号RAMP提供给ADC组105a和105b即可。即使设置有多个ADC组105a和105b，由于DAC 104可以被共用，因此固态摄像元件100的整体尺寸可以被抑制为较小。当然，如果不需要考虑固态摄像元件100的尺寸，则DAC 104可以对应于多个ADC组105a和105b中的各者来设置而成。

此外，在本实施例中，比较器121a和121b由单极型放大器构成。因此，与在第二实施例中那样使用差动型放大器的情况相比，根据第一实施例的固态摄像元件100可以将电流消耗基本上减半并降低电力消耗。

另外，比较器121a和121b的输入电压成为像素信号VSL和参考信号RAMP的相加信号。在像素信号VSL和参考信号RAMP具有相反极性的情况下，比较器121a和121b的输入电压变为像素信号VSL和参考信号RAMP之间的差分电压，并且振幅变小。结果，可以降低比较器121a和121b的电压波动，并且可以降低电源Vdd的电压。结果，可以降低固态摄像元件100的电力消耗。

(第二实施例)

图8A是示出根据第二实施例的固态摄像元件100的构造例的图。第二实施例与第一实施例的不同之处在于比较器121a和121b的构造。包括电容器部120a和120b的其他构造可以类似于第一实施例的相应构造。

比较器121a是这样的差动电路：其连接到电容器部120a，并且基于像素信号VSL和参考信号RAMP之间的电压差而输出与像素信号VSL相对应的输出信号OUTa。

比较器121a包括p型晶体管Tp2a至Tp4a、电流镜电路CMa、AZ开关SW2a和SW3a、以及电容元件C1a。

晶体管Tp2a的源极连接到电源Vdd，并且其漏极共同连接到晶体管Tp3a和Tp4a的源极。

作为第一晶体管的晶体管Tp3a的栅极共同连接到输入电容元件Crmpa的另一端和输入电容元件Cvsla的另一端。晶体管Tp3a的源极连接到晶体管Tp2a的漏极，并且晶体管Tp3a的漏极连接到电流镜电路CMa。

作为第三晶体管的晶体管Tp4a的栅极经由电容元件C1a连接到接地GND。晶体管Tp4a的源极与晶体管Tp3a的源极共同连接到晶体管Tp2a的漏极。晶体管Tp4a的漏极连接到电流镜电路CMa和输出部Touta。

作为第一镜像电路的电流镜电路CMa连接在晶体管Tp3a和Tp4a的漏极与接地GND之间，并且被构造为使基本上相等的电流流过晶体管Tp3a和Tp4a。更具体地，电流镜电路CMa包括：连接在晶体管Tp3a和接地GND之间的n型晶体管Tn3a；以及连接在晶体管Tp4a和接地GND之间的n型晶体管Tn4a。晶体管Tn3a和Tn4a的栅极共同连接到晶体管Tn3a的漏极。

AZ开关SW2a连接在晶体管Tp3a的栅极和漏极之间，并且在检测像素信号VSL之前，通过使晶体管Tp3a的栅极和漏极二者的电位相等来执行自动归零操作。

AZ开关SW3a连接在晶体管Tp4a的栅极和漏极之间，并且在检测像素信号VSL之前，通过使晶体管Tp4a的栅极和漏极二者的电位相等来执行自动归零操作。

当像素信号VSL和参考信号RAMP的相加信号的电压电平超过基准电压时，晶体管Tp3a从导通状态变为非导通状态。电流镜电路CMa使通过将流过晶体管Tp3a的电流乘以预定的镜像比而获得的电流流向晶体管Tp4a。晶体管Tp4a根据流经晶体管Tp3a的电流而产生输出信号OUTa的电压电平。在晶体管Tp3a从导通状态变为非导通状态时，晶体管Tp4a与晶体管Tn3a类似地使预定的电流流动，由此使得输出信号OUTa从低电平反转为高电平。也就是说，类似于第一实施例，当像素信号VSL和参考信号RAMP的相加信号的电压电平超过基准电压时，比较器121a使输出信号OUTa的电平反转。

比较器121b是这样的差动电路：其连接到电容器部120b，并且基于像素信号VSL和参考信号RAMP之间的电压差而输出与像素信号VSL相对应的输出信号OUTb。

比较器121b包括p型晶体管Tp2b至Tp4b、电流镜电路CMb、AZ开关SW2b和SW3b、以及电容元件C1b。

晶体管Tp2b的源极连接到电源Vdd，并且其漏极共同连接到晶体管Tp3b和Tp4b的源极。

作为第二晶体管的晶体管Tp3b的栅极共同连接到输入电容元件Crmpb的另一端和输入电容元件Cvslb的另一端。晶体管Tp3b的源极连接到晶体管Tp2b的漏极，并且晶体管Tp3b的漏极连接到电流镜电路CMb。

作为第四晶体管的晶体管Tp4b的栅极经由电容元件C1b连接到接地GND。晶体管Tp4b的源极与晶体管Tp3b的源极共同连接到晶体管Tp2b的漏极。晶体管Tp4b的漏极连接到电流镜电路CMb和输出部Toutb。

作为第二镜像电路的电流镜电路CMb连接在晶体管Tp3b和Tp4b的漏极与接地GND之间，并且被构造为使基本上相等的电流流过晶体管Tp3b和Tp4b。更具体地，电流镜电路CMb包括：连接在晶体管Tp3b和接地GND之间的n型晶体管Tn3b；以及连接在晶体管Tp4b和接地GND之间的n型晶体管Tn4b。晶体管Tn3b和Tn4b的栅极共同连接到晶体管Tn3b的漏极。

AZ开关SW2b连接在晶体管Tp3b的栅极和漏极之间，并且在检测像素信号VSL之前，通过使晶体管Tp3b的栅极和漏极二者的电位相等来执行自动归零操作。

AZ开关SW3b连接在晶体管Tp4b的栅极和漏极之间，并且在检测像素信号VSL之前，通过使晶体管Tp4b的栅极和漏极二者的电位相等来执行自动归零操作。

当像素信号VSL和参考信号RAMP的相加信号的电压电平超过基准电压时，晶体管Tp3b从导通状态变为非导通状态。电流镜电路CMb使通过将流过晶体管Tp3b的电流乘以预定的镜像比而获得的电流流向晶体管Tp4b。晶体管Tp4b根据流经晶体管Tp3b的电流而产生输出信号OUTb的电压电平。结果，在晶体管Tp3b从导通状态变为非导通状态时，晶体管Tp4b与晶体管Tn3b类似地使预定的电流流动，由此使得输出信号OUTb从低电平反转为高电平。也就是说，类似于第一实施例，当像素信号VSL和参考信号RAMP的相加信号的电压电平超过基准电压时，比较器121b使输出信号OUTb的电平反转。

第二实施例的其他构造和操作可以与第一实施例的相应构造和操作相同。因此，虽然第二实施例比第一实施例的电力消耗更多，但是可以获得第一实施例的除此之外的其他效果。

(变形例)

图8B是示出根据第二实施例的变形例的固态摄像元件100的构造例的图。在本变形例中，比较器121a和121b起到像素信号VSL和参考信号RAMP之间的差动电路的作用。输入电容元件Cvsla的另一端未连接到晶体管Tp3a的栅极，而是连接到晶体管Tp4a的栅极。输入电容元件Cvslb的另一端未连接到晶体管Tp3b的栅极，而是连接到晶体管Tp4b的栅极。

输入电容元件Cgnda和Cgndb分别连接在晶体管Tp3a和Tp3b的栅极与接地GND之间。输入电容元件Cgnda和Cgndb是可变电容元件。可以使用类似于输入电容元件Crmpa和Crmp的可变电容元件。在本变形例中，通过使输入电容元件Cgnda和Cgndb的电容互不相同来分别设定输入电容元件增益Ga和Gb。

比较器121a放大像素信号VSL和参考信号RAMP之间的差，并且把放大的差作为输出信号OUTa而输出。比较器121b放大像素信号VSL和参考信号RAMP之间的差，并且把放大的差作为输出信号OUTb而输出。此时，电容器部120a的输入电容增益Ga是由输入电容元件Crmpa和Cgnda的电容比决定的。电容器部120b的输入电容增益Gb是由输入电容元件Crmpb和Cgndb的电容比决定的。

本变形例的操作可以与第二实施例的操作相同。因此，该变形例可以获得与第二实施例的效果相同的效果。

(变形例)

图8C是示出根据第二实施例的另一变形例的固态摄像元件100的构造例的图。在本变形例中，输入电容元件Cgnda和Cgndb分别连接在晶体管Tp4a和Tp4b的栅极与接地GND之间。同样地，在本变形例中，通过使输入电容元件Cgnda和Cgndb的电容互不相同来分别设定输入电容元件增益Ga和Gb。电容器部120a的输入电容增益Ga是由输入电容元件Cvsla和Cgnda的电容比决定的。电容器部120b的输入电容增益Gb是由输入电容元件Cvslb和Cgndb的电容比决定的。本变形例的其他构造可以类似于图8B的变形例的构造例。本变形例的操作可以与第二实施例的操作相同。因此，该变形例也可以获得与第二实施例的效果相同的效果。

(第三实施例)

图9是示出根据第三实施例的固态摄像元件100的构造例的图。第三实施例与第一实施例的不同之处在于比较器121a和121b以及垂直信号线110的构造。包括电容器部120a和120b的其他构造可以类似于第一实施例的相应构造。

在第三实施例中，恒定电流源CS1a连接到各垂直信号线110。当检测像素信号时，恒定电流源CS1a使预定的恒定电流流过垂直信号线110，并且在垂直信号线110中生成像素信号VSL。

比较器121a包括n型晶体管Tn5a、p型晶体管Tp5a、恒定电流源CS2a以及AZ开关SW4a和SW5a。

晶体管Tn5a的栅极连接到输入电容元件Cvsla的另一端。晶体管Tn5a的漏极连接到电源Vdd，并且其源极连接到晶体管Tp5a的源极。晶体管Tn5a生成与像素信号VSL对应的电压电平的信号，并且将该信号传送到晶体管Tp5a的源极。

作为第一晶体管的晶体管Tp5a的栅极连接到输入电容元件Crmpa的另一端。晶体管Tp5a的源极连接到晶体管Tn5a的源极，并且其漏极连接到恒定电流源CS2a和输出部Touta。晶体管Tp5a成为基于源极电压和栅极电压之间的电压差Vgs的导通状态。

例如，在第三实施例中，当检测像素信号VSL时，使参考信号RAMP的电压电平从高于像素信号VSL的电平线性地降低。结果，当参考信号RAMP低于像素信号VSL时，晶体管Tp5a从非导通状态变为导通状态。恒定电流源CS2a使恒定电流流过晶体管Tn5a和Tp5a。因此，当晶体管Tp5a处于非导通状态时，输出信号OUTa成为低电平，并且当晶体管Tp5a处于导通状态时，输出信号OUTa成为高电平。也就是说，当参考信号RAMP低于像素信号VSL时，输出信号OUTa从低电平反转为高电平。如上所述，在第三实施例中，晶体管Tp5a可以生成通过将像素信号VSL和参考信号RAMP之间的差分电压放大而获得的输出信号OUTa。

输入电容元件Cgnda和Cgndb分别连接在晶体管Tp5a和Tp5b的栅极与接地GND之间。输入电容元件Cgnda和Cgndb是可变电容元件。可以使用类似于输入电容元件Crmpa和Crmp的可变电容元件。在第三实施例中，通过使输入电容元件Cgnda和Cgndb的电容互不相同来分别设定输入电容元件增益Ga和Gb。

AZ开关SW4a连接在晶体管Tn5a的栅极和漏极之间，并且在检测像素信号VSL之前，通过使晶体管Tn5a的栅极和漏极二者的电位相等来执行自动归零操作。

AZ开关SW5a连接在晶体管Tp5a的栅极和漏极之间，并且在检测像素信号VSL之前，通过使晶体管Tp5a的栅极和漏极二者的电位相等来执行自动归零操作。

比较器121b包括n型晶体管Tn5b、p型晶体管Tp5b、恒定电流源CS2b以及AZ开关SW4b和SW5b。

晶体管Tn5b的栅极连接到输入电容元件Cvslb的另一端。晶体管Tn5b的漏极连接到电源Vdd，并且其源极连接到晶体管Tp5b的源极。晶体管Tn5b生成与像素信号VSL对应的电压电平的信号，并且将该信号传送到晶体管Tp5b的源极。

作为第二晶体管的晶体管Tp5b的栅极连接到输入电容元件Crmpb的另一端。晶体管Tp5b的源极连接到晶体管Tn5b的源极，并且其漏极连接到恒定电流源CS2b和输出部Toutb。晶体管Tp5b成为基于源极电压和栅极电压之间的电压差Vgs的导通状态。

结果，当参考信号RAMP低于像素信号VSL时，晶体管Tp5b从非导通状态变为导通状态。恒定电流源CS2b使恒定电流流过晶体管Tn5b和Tp5b。因此，当晶体管Tp5b处于非导通状态时，输出信号OUTb成为低电平，而当晶体管Tp5b处于导通状态时，输出信号OUTb成为高电平。也就是说，当参考信号RAMP低于像素信号VSL时，输出信号OUTb从低电平反转为高电平。如上所述，晶体管Tp5b可以生成通过将像素信号VSL和参考信号RAMP之间的差分电压放大而获得的输出信号OUTb。

AZ开关SW4b连接在晶体管Tn5b的栅极和漏极之间，并且在检测像素信号VSL之前，通过使晶体管Tn5b的栅极和漏极二者的电位相等来执行自动归零操作。

AZ开关SW5b连接在晶体管Tp5b的栅极和漏极之间，并且在检测像素信号VSL之前，通过使晶体管Tp5b的栅极和漏极二者的电位相等来执行自动归零操作。

图10是示出根据第三实施例的固态摄像元件100的操作示例的时序图。在第三实施例中，参考信号RAMP从高于像素信号VSL的电平线性地降低。也就是说，该参考信号RAMP可以通过使第一实施例的参考信号RAMP的极性反转来获得。因此，当参考信号RAMP低于像素信号VSL时，输出信号OUTa和OUTb被反转。由于第三实施例的其他操作可以类似于第一实施例的相应操作，因此将省略其详细说明。注意，AZ开关SW4a、SW4b、SW5a和SW5b的操作可以与第一实施例的AZ开关SW1a和SW1b的操作相同。

第三实施例与第一实施例类似地具有电容器部120a和102b，并且可以获得与第一实施例的效果相同的效果。

(第四实施例)

图11是示出根据第四实施例的固态摄像元件100的构造例的图。第四实施例与第三实施例的不同之处在于：省略了输入电容元件Cvsla和Cvslb、恒定电流源CS1a、晶体管Tn5a和Tn5b以及AZ开关SW4a和SW4b，并且增加了输入电容元件Cgnda和Cgndb。晶体管Tp5a的栅极连接到输入电容元件Crmpa的一端，并且经由输入电容元件Crmpa接收参考信号RAMP。此外，晶体管Tp5a的栅极连接到输入电容元件Cgnda的一端，并且经由输入电容元件Cgnda连接到接地GND。晶体管Tp5a的源极连接到垂直信号线110，并且接收像素信号VSL。晶体管Tp5b的栅极连接到输入电容元件Crmpb的一端，并且经由输入电容元件Crmpb接收参考信号RAMP。此外，晶体管Tp5b的栅极连接到输入电容元件Cgndb的一端，并且经由输入电容元件Cgndb连接到接地GND。晶体管Tp5b的源极连接到垂直信号线110，并且接收像素信号VSL。晶体管Tp5a和Tp5b在它们的栅极处经由输入电容元件Crmpa和Crmpb接收同一个参考信号RAMP。此外，晶体管Tp5a和Tp5b接收来自垂直信号线110的同一个像素信号VSL。

输入电容元件Crmpa的一端和输入电容元件Crmpb的一端共同连接到参考信号线114，并且它们的另一端分别连接到晶体管Tp5a和Tp5b的栅极。晶体管Tp5a和Tp5b的源极共同连接到垂直信号线110。输入电容元件Cgnda的一端和输入电容元件Cgndb的一端连接到晶体管Tp5a和Tp5b的栅极，并且它们的另一端连接到接地GND。

输入电容元件Cgnda和Cgndb可以是类似于输入电容元件Crmpa和Crmpb的可变电容元件。在第四实施例中，通过使输入电容元件Cgnda和Cgndb的电容互不相同来分别设定输入电容元件增益Ga和Gb。例如，输入电容增益Ga由输入电容元件Cgnda相对于输入电容元件Crmpa的电容比(例如，Cgnda/(Cgnda+Crmpa))来决定的。输入电容增益Gb由输入电容元件Cgndb相对于输入电容元件Crmpb的电容比(例如，Cgndb/(Cgndb+Crmpb))来决定的。

使电流流过垂直信号线110的电流源、以及使电流流过比较器Tp5a和Tp5b的恒定电流被共用化为恒定电流源CS2a和CS2b。因此，恒定电流源CS2a和CS2b使恒定电流流过垂直信号线110，并且使恒定电流分别流过比较器Tp5a和Tp5b。结果，根据第四实施例的固态摄像元件100的电力消耗小于根据第三实施例的固态摄像元件的电力消耗。

另外，像素信号VSL直接输入到晶体管Tp5a而未经过图9中的晶体管Tn5a。像素信号VSL直接输入到晶体管Tp5b而未经过图9中的晶体管Tn5b。以这种方式，由于省略了恒定电流源CS1a、晶体管Tn5a和Tn5b以及AZ开关SW4a和SW4b，因此第四实施例中的ADC组105a和105b的布局面积小于第三实施例中的布局面积。

第四实施例的其他构造可以类似于第三实施例的相应构造。此外，第四实施例的操作可以类似于第三实施例的操作。因此，第四实施例也可以获得与第三实施例的效果相同的效果。

(变形例1)

图12是示出根据第一实施例的变形例1的固态摄像元件100的构造例的图。在第一实施例中，针对各像素列，两个ADC组105a和105b并联地连接着。与此对照地，在变形例1中，针对各像素列，三个以上的ADC组105a、105b、105c……并联地连接着。ADC组105a、105b、105c……分别具有不同的输入电容增益的电容器部120a、120b、120c……。如上所述，在固态摄像元件100中，三个以上的ADC组105a、105b、105c……可以与各像素列对应地设置。结果，可以进一步增加可检测的照射光的动态范围。

(变形例2)

图13是示出根据变形例2的固态摄像元件100的曝光时间和输入电容增益之间的关系的表格。在上述实施例中，尽管像素部101的曝光时间可以相同，但是曝光时间也可以根据照射光的照度而改变。曝光时间可以通过时序控制电路102来改变。例如，固态摄像元件100能够使像素部101的曝光时间在相对较长的第一曝光时间和相对较短的第二曝光时间之间进行选择。在这种情况下，ADC组105a和105b分别以输入电容增益Ga和Gb来检测第一和第二曝光时间的像素信号VSL。因此，获得总共四种类型的第一至第四图像数据。也就是说，第一图像数据是通过以相对较低的输入电容增益Ga检测在相对较长的第一曝光时间中获得的像素信号VSL而获得的图像数据。第二图像数据是通过以相对较低的输入电容增益Ga检测在相对较短的第二次曝光时间中获得的像素信号VSL而获得的图像数据。第三图像数据是通过以相对较高的输入电容增益Gb检测在相对较长的第一曝光时间中获得的像素信号VSL而获得的图像数据。第四图像数据是通过以相对较高的输入电容增益Gb检测在相对较短的第二曝光时间中获得的像素信号VSL而获得的图像数据。

信号处理电路108从这四个图像数据中选择合适的图像数据，或者将四个图像数据中的多个图像数据组合以生成一个图像数据。例如，在照射光的照度较低(暗)的情况下，信号处理电路108仅需选择具有较长的曝光时间和较高的增益的第三图像数据。例如，在照射光的照度较高(亮)的情况下，信号处理电路108仅需选择具有较短的曝光时间和较低的增益的第二图像数据。

如上所述，在变形例2中，通过曝光时间和输入电容增益的组合，可由固态摄像元件100检测到的像素信号的动态范围变宽了。

(变形例3)

图14是示出根据变形例3的固态摄像元件100的操作例的时序图。图15是示出根据变形例3的参考信号和输入电容增益的组合的表格。

在上述实施例中，虽然参考信号RAMP的电压电平以大约相等的斜坡线性地增加或降低，但是可以切换参考信号RAMP的斜坡。例如，图14示出了图10的t9至t10的参考信号RAMP。参考信号RAMPa以相对较小的斜坡线性地降低，并且参考信号RAMPb以相对较大的斜坡线性地降低。

参考信号RAMPa和RAMPb在DAC 104中被切换。其中像素信号VSL的电压电平高于阈值的低照度的照射光可以借助于参考信号RAMPa以高灵敏度被检测。另一方面，其中像素信号VSL的电压电平低于阈值的高照度的照射光可以借助于参考信号RAMPb在相对较短的时间内(以低电力消耗)被检测。

如图15所示，在变形例3中，参考信号RAMPa和RAMPb与根据本实施例的输入电容增益Ga和Gb组合。也就是说，ADC组105a和105b使用参考信号RAMPa或RAMPb来检测具有输入电容增益Ga和Gb的像素信号VSL。因此，在变形例3中，类似于变形例2，获得总共四种类型的第一至第四图像数据。也就是说，第一图像数据是通过使用参考信号RAMPa以相对较低的输入电容增益Ga检测像素信号VSL而获得的图像数据。第二图像数据是通过使用参考信号RAMPb以相对较低的输入电容增益Ga检测像素信号VSL而获得的图像数据。第三图像数据是通过使用参考信号RAMPa以相对较高的输入电容增益Gb检测像素信号VSL而获得的图像数据。第四图像数据是通过使用参考信号RAMPb相对较高的输入电容增益Gb检测像素信号VSL而获得的图像数据。

信号处理电路108从这四个图像数据中选择合适的图像数据，或者将四个图像数据中的多个图像数据组合以生成一个图像数据。例如，在照射光的照度较低(暗)的情况下，信号处理电路108仅需使用具有较小斜坡的参考信号RAMPa来选择以高增益Gb检测的第三图像数据。例如，在照射光的照度较高(亮)的情况下，信号处理电路108仅需使用具有较大斜坡的参考信号RAMPb来选择以低增益Ga检测的第二图像数据。

如上所述，在变形例3中，通过参考信号和输入电容增益的组合，可由固态摄像元件100检测到的像素信号的动态范围变宽了。

变形例1至3可适用于第一至第五实施例中的任何一个。此外，变形例1至3可以彼此组合。例如，通过组合变形例2和3，由固态摄像元件100可检测的像素信号的动态范围可以通过曝光时间、参考信号和输入电容增益的组合而进一步变宽。

(第五实施例)

图16是示出根据第五实施例的固态摄像元件100的构造例的框图。图17是示出根据第五实施例的ADC组105a和105b的构造例的框图。根据第五实施例的固态摄像元件100根据照射光的照度切换或控制ADC组105a和105b的增益。为此，固态摄像元件100还包括控制器130和寄存器140。

在摄像之前，信号处理电路108基于从放大器电路107提供过来的像素信号检测照射至像素部101的入射光的照度。信号处理电路108通过使用像素部101的全部或部分像素信号来获取照度。由于照度不需要像图像数据那样高的分辨率，因此不需要执行CDS，并且参考信号RAMP的斜坡可以是陡的。因此，可以在短时间内检测照度。信号处理电路108可以基于来自预定像素的像素信号的统计值(例如，平均值、中值、最频值)来计算照度数据。统计值可以通过任何线性或非线性运算进行内插。注意，照度检测和计算可以在固态摄像元件100外部执行。

控制器130获得来自信号处理电路108的照度数据，并且基于来自寄存器140的设定数据来改变DAC 104和/或电容器部120a和120b的设定。例如，在照度低于阈值的情况下，控制器130增加电容器部120a和120b的输入电容元件Cvsla和Cvslb的电容以增加输入电容增益。在照度等于或大于阈值的情况下，控制器130减小电容器部120a和120b的输入电容元件Cvsla和Cvslb的电容，并且减小输入电容增益。注意，控制器130和寄存器140可以被设置在固态摄像元件100的内部或外部。

图18是示出输入电容元件Cvsla和Cvslb的构造例示例的图。输入电容元件Cvsla和Cvslb是包括经由开关SWc1和SWc2并联地连接着的多个电容元件Ce的可变电容元件。来自控制器130的SW控制信号将开关SWc1和SWc2控制为导通或关断，以控制并联地连接着的电容元件Ce的个数。结果，可以改变输入电容元件Cvsla和Cvslb的电容。注意，开关SWc1和SWc2的个数以及电容元件Ce的个数没有特别限制。此外，图18的构造例可以应用于输入电容元件Crmpa和Crmpb。

再次参照图17。寄存器140预先存储照度的阈值，并且将该阈值作为设定数据传送到控制器130。寄存器140可以存储多个阈值。结果，控制器130可以控制图18中的多个开关SWc1和SWc2，以阶段性地控制输入电容元件Cvsla和Cvslb的电容。例如，在照度低于第一阈值的情况下，控制器130可以导通开关SWc1，并且当照度进一步低于第二阈值(<第一阈值)时，控制器130可以进一步导通开关SWc2。

在控制器130设定电容器部120a和120b的输入电容增益之后，像素部101以设定的输入电容增益执行摄像，并且信号处理电路108转换像素信号并输出图像数据。

图19是示出根据第五实施例的固态摄像元件100的操作的流程图。固态摄像元件100针对每一帧测量到像素部101的照射光的照度，然后执行摄像。

在特定帧的摄像中，首先，垂直扫描电路103设定像素部101的读取行(S100)。接下来，基于由像素部101的像素行检测到的照射光，输出像素信号(S110)。接下来，ADC组105a和105b对像素信号执行AD转换(S120)。接下来，锁存电路123将AD转换后的照度数据输出到信号处理电路108(S130)。执行步骤S100至S130，直到像素部101的最末行(S140中的否)。

当信号处理电路108获取直到像素部101的最末行的照度数据(S140中的是)时，信号处理电路108生成整个帧的照度数据(S150)，并且将照度数据输出到控制器130(S160)。接下来，基于来自寄存器140的设定数据，控制器130确定照度，并且针对各像素行设定和输出与照度相对应的SW控制信号或DAC控制信号。电容器部120a和120b的输入电容增益由SW控制信号来控制。可选择地，来自DAC 104的参考信号RAMP的斜坡由DAC控制信号来控制。

接下来，固态摄像元件100开始帧的摄像。

步骤S180至S220类似于步骤S100到S140。

接下来，信号处理电路108生成整个帧的图像数据(S230)，并且将图像数据输出到固态摄像元件100的外部(S240)。结果，可以根据照射光的照度以合适的输入电容增益或参考信号RAMP生成图像数据。

如上所述，通过重复针对每一帧的照度测量和摄像，固态摄像元件100可以针对每一帧以最佳增益执行摄像。照度测量不必在每一帧中执行，并且例如，可以每隔几帧执行一次。

在使用像素部101执行照度的测量和摄像的情况下，控制器130可以在用于测量照度的测量模式和用于对图像成像的摄像模式之间切换电容器部120a和120b的输入电容增益。例如，在测量模式下，由于在短时间内以低灵敏度检测像素信号就足够了，因此控制器130可以减小输入电容增益。可选择地，在测量模式中，信号处理电路108可以选择使用低增益获得的输出信号OUTa。

控制器130可以与开关SWc1和SWc2一起或可以代替开关SWc1和SWc2来控制DAC104。例如，控制器130通过DAC控制信号来改变参考信号RAMP的斜坡。结果，可以根据照射光的照度来改变参考信号RAMP的斜坡，并且可以执行与上述变形例3相同的操作。

此外，在第一至第四实施例中，信号处理电路108选择输出信号OUTa和OUTb。在这种情况下，信号处理电路108可以根据检测到的照度选择输出信号OUTa和OUTb。

根据本发明的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本发明的技术可以被实现为安装在诸如汽车、电动汽车、混合动力汽车、自动二轮车、自行车、个人机动载具、飞机、无人飞行器、船舶、机器人等任何类型的移动体上的装置。

图20是示出作为可以应用根据本发明的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构造例的框图。

车辆控制系统12000包括经由通信网络12001相互连接的多个电子控制单元。在图20所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。另外，作为综合控制单元12050的功能构造，示出了微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络I/F(接口)12053。

驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动系统有关的设备的操作。例如，驱动系统控制单元12010起到诸如下列等各种设备的控制装置的作用：诸如内燃机、驱动马达等用于产生车辆驱动力的驱动力产生装置；用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构；用于调节车辆的转向角的转向机构；以及用于产生车辆制动力的制动装置。

车身系统控制单元12020根据各种程序来控制设置于车身的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020起到诸如下列等各种设备的控制装置的作用：无钥匙进入系统；智能钥匙系统；电动车窗装置；或者诸如前照灯、倒车灯、刹车灯、转向灯、雾灯等各种灯。在这种情况下，可以向车身系统控制单元12020输入从代替钥匙的便携装置发出的无线电波或各种开关的信号。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、灯等。

车外信息检测单元12030检测包括车辆控制系统12000的车辆的外部有关的信息。例如，车外信息检测单元12030连接有摄像部12031。车外信息检测单元12030使摄像部12031摄取车辆外部的图像，并接收所摄取的图像。基于接收到的图像，车外信息检测单元12030可以执行检测诸如人、车、障碍物、标志、路面上的文字等物体的处理或检测距其距离的处理。根据本发明的固态摄像元件100可以设置在摄像部12031中。

摄像部12031是接收光的光学传感器，并且其输出与接收到的光的光量相对应的电气信号。摄像部12031可以将电气信号作为图像输出，或者可以将电气信号作为测距信息输出。另外，由摄像部12031接收的光可以是可见光或者可以是诸如红外线等非可见光。根据本发明的固态摄像元件100可以是摄像部12031，或者可以与摄像部12031单独设置。

车内信息检测单元12040检测车辆内部有关的信息。例如，车内信息检测单元12040连接有检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部12041。例如，驾驶员状态检测部12041包括对驾驶员进行摄像的相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算出驾驶员的疲劳程度或驾驶员的专注程度，或者可以判别出驾驶员是否在打瞌睡。

基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆内部或外部有关的信息，微型计算机12051可以计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且向驱动系统控制单元12010输出控制指令。例如，微型计算机12051可以执行用于实现高级驾驶员辅助系统(ADAS：advanced driver assistance system)的功能的协调控制，该ADAS的功能包括车辆碰撞规避或冲击减缓、基于车间距离的追随行驶、车辆定速行驶、车辆碰撞警告、车辆偏离车道警告等。

另外，基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆周围有关的信息，微型计算机12051可以通过控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等来执行旨在使车辆无需驾驶员的操作就能自主行驶的自动驾驶的协调控制。

另外，基于由车外信息检测单元12030获得的车辆外部有关的信息，微型计算机12051可以将控制指令输出到车身系统控制单元12020。例如，根据由车外信息检测单元12030检测到的前车或迎面来车的位置，微型计算机12051可以执行例如旨在通过控制前照灯使其从远光切换为近光来防眩的协调控制。

声音/图像输出部12052将声音和图像中至少一者的输出信号发送到能够在视觉上或听觉上把信息通知给车辆乘客或车辆外部的输出装置。作为输出装置，示出了音频扬声器12061、显示部12062和仪表面板12063。例如，显示部12062可以包括板载显示器和平视显示器中的至少一者。

图21是示出摄像部12031的设置位置的示例的图。

在图21中，车辆12100包括作为摄像部12031的摄像部12101、12102、12103、12104和12105。

摄像部12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后备箱门的位置以及车厢内挡风玻璃的上部的位置处。设置在前鼻的摄像部12101和设置在车厢内挡风玻璃的上部的摄像部12105主要获取车辆12100前方的图像。设置在侧视镜的摄像部12102和12103主要获取车辆12100侧方的图像。设置在后保险杠或后备箱门的摄像部12104主要获取车辆12100后方的图像。由摄像部12101和12105获取到的前方图像主要用来检测前方车辆、行人、障碍物、信号灯、交通标志、车道等。

顺便提及，图21示出了摄像部12101至12104的拍摄范围的示例。摄像范围12111表示设置于前鼻的摄像部12101的摄像范围。摄像范围12112和12113分别表示设置于侧视镜的摄像部12102和12103的摄像范围。摄像范围12114表示设置于后保险杠或后备箱门的摄像部12104的摄像范围。例如，通过把由摄像部12101至12104摄取的图像数据叠加，获得车辆12100的从上方观看的俯瞰图像。

摄像部12101至12104中的至少一者可以具有获取距离信息的功能。例如，摄像部12101至12104中的至少一者可以是由多个摄像器件构成的立体相机，或者可以是具有相位差检测用像素的摄像器件。

例如，基于由摄像部12101至12104获得的距离信息，微型计算机12051可以确定与摄像范围12111至12114内的各立体物相距的距离以及该距离随时间的变化(相对于车辆12100的相对速度)，并且从而将如下立体物作为前车提取出来：其尤其作为存在于车辆12100的行驶路径上并且在与车辆12100基本上相同的方向上以预定速度(例如，0km/h以上)行驶的最接近的立体物。此外，微型计算机12051可以预先设定在前车的前方将要确保的车间距离，并且执行自动制动控制(包括追随停止控制)、自动加速控制(包括追随启动控制)等。因此，能够执行旨在使车辆无需驾驶员的操作就能够自主行驶的自动驾驶的协调控制。

例如，基于由摄像部12101至12104获得的距离信息，微型计算机12051可以将立体物的立体物数据分类为两轮车、普通汽车、大型车辆、行人、电线杆和其他立体物等的立体物数据，提取分类的立体物数据，并且使用所提取的立体物数据来自动规避障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物区分为车辆12100的驾驶员可以在视觉上识别的障碍物和难以为车辆12100的驾驶员在视觉上识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定用于表示与各障碍物发生碰撞的风险的碰撞风险。在其中碰撞风险等于或大于设定值并且存在发生碰撞的可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员发出警告，并且经由驱动系统控制单元12010执行强制减速或规避转向。微型计算机12051因此可以辅助规避碰撞的驾驶。

摄像部12101至12104中的至少一者可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过判定在摄像部12101至12104的所摄取图像中是否存在行人来识别行人。这种对行人的识别例如是通过如下的过程来执行的：从作为红外相机的摄像部12101至12104的所摄取图像中提取特征点的过程；以及通过对表示物体轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理来判别该物体是否为行人的过程。当微型计算机12051判定在摄像部12101至12104的所摄取图像中存在行人，并且由此识别出该行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062使其显示出用于强调的方形轮廓线以被叠加在识别出来的行人上。声音/图像输出部12052可以控制显示部12062使其在期望位置处显示出用于表示行人的图标等。

如上所述，根据本发明的技术可以应用于例如车外信息检测单元12030。具体地，上述摄像部12031可以被安装在车外信息检测单元12030上。通过将根据本发明的技术应用于摄像部12031，可以在宽亮度动态范围的环境中获得准确的距离信息，并且可以提高车辆12100的功能性和安全性。

注意，本技术可以具有如下所述的技术方案。

(1)一种固态摄像元件，包括：

像素部，其包括多个像素；

像素信号线，其传送所述像素的像素信号；

参考信号线，其传送将要与所述像素信号进行比较的参考信号；

第一比较器，其基于所述像素信号和所述参考信号之间的电压差而输出与所述像素信号对应的第一输出信号；

第二比较器，其基于所述像素信号和所述参考信号之间的电压差而输出与所述像素信号对应的第二输出信号；

第一电容器部，其被设置在所述像素信号线或所述参考信号线与所述第一比较器之间，并且被设定为第一增益；和

第二电容器部，其被设置在所述像素信号线或所述参考信号线与所述第二比较器之间，并且被设定为第二增益。

(2)根据(1)所述的固态摄像元件，其中，

所述第一电容器部包括：被设置在所述参考信号线和所述第一比较器之间的第一输入电容元件；以及被设置在所述像素信号线和所述第一比较器之间的第二输入电容元件，并且

所述第二电容器部包括：被设置在所述参考信号线和所述第二比较器之间的第三输入电容元件；以及被设置在所述像素信号线和所述第二比较器之间的第四输入电容元件。

(3)根据(2)所述的固态摄像元件，其中，

所述第一输入电容元件和所述第二输入电容元件之间的电容比不同于所述第三输入电容元件和所述第四输入电容元件之间的电容比。

(4)根据(2)或(3)所述的固态摄像元件，其中，

所述第一输入电容元件的电容和所述第三输入电容元件的电容基本上相等，并且所述第二输入电容元件的电容和所述第四输入电容元件的电容互不相同。

(5)根据(3)或(4)所述的固态摄像元件，其中，

所述第一电容器部的增益是由所述第一输入电容元件和所述第二输入电容元件之间的电容比决定的，并且

所述第二电容器部的增益是由所述第三输入电容元件和所述第四输入电容元件之间的电容比决定的。

(6)根据(2)至(5)中任一项所述的固态摄像元件，其中，

所述第一输入电容元件和所述第三输入电容元件各者的一端共同连接到所述参考信号线，

所述第二输入电容元件和所述第四输入电容元件各者的一端共同连接到所述像素信号线，

所述第一比较器包括第一晶体管，所述第一晶体管的栅极与所述第一输入电容元件的另一端及所述第二输入电容元件的另一端共同连接，并且

所述第二比较器包括第二晶体管，所述第二晶体管的栅极与所述第三输入电容元件的另一端及所述第四输入电容元件的另一端共同连接。

(7)根据(6)所述的固态摄像元件，其中，

所述第一比较器还包括与所述第一晶体管的一端连接的第一恒定电流源，且所述第一比较器从所述第一晶体管和所述第一恒定电流源之间输出所述第一输出信号，并且

所述第二比较器还包括与所述第二晶体管的一端连接的第二恒定电流源，且所述第二比较器从所述第二晶体管和所述第二恒定电流源之间输出第二输出信号。

(8)根据(6)所述的固态摄像元件，其中，

所述第一比较器还包括：第一恒定电流源，它与所述第一晶体管的一端连接；第三晶体管，它的一端连接到所述第一恒定电流源；以及第一镜像电路，它连接到所述第一晶体管的另一端及所述第三晶体管的另一端，且所述第一比较器从所述第三晶体管和所述第一镜像电路之间输出所述第一输出信号，并且

所述第二比较器还包括：第二恒定电流源，它与所述第二晶体管的一端连接；第四晶体管，它的一端连接到所述第二恒定电流源；以及第二镜像电路，它连接到所述第二晶体管的另一端及所述第四晶体管的另一端，且所述第二比较器从所述第四晶体管和所述第二镜像电路之间输出所述第二输出信号。

(9)根据(2)所述的固态摄像元件，其中，

所述第一比较器还包括所述第一晶体管，其栅极连接到所述第一输入电容元件并且一端连接到所述第二输入电容元件，并且

所述第二比较器还包括所述第二晶体管，其栅极连接到所述第三输入电容元件并且一端连接到所述第四输入电容元件。

(10)根据(9)所述的固态摄像元件，其中，

所述第一输入电容元件和所述第三输入电容元件共同连接到所述参考信号线，并且

所述第一晶体管的一端及所述第二晶体管的一端分别经由所述第二输入电容元件和所述第四输入电容元件接收所述像素信号。

(11)根据(2)至(10)中任一项所述的固态摄像元件，还包括：

参考信号生成器，其将同一个所述参考信号提供给所述第一输入电容元件和所述第三输入电容元件。

(12)根据(1)至(10)中任一项所述的固态摄像元件，还包括：

信号处理电路，其根据照射光朝着所述像素部的照度来选择所述第一输出信号或所述第二输出信号，并且将所述选择的信号作为图像数据而输出。

(13)根据(1)至(12)中任一项所述的固态摄像元件，还包括：

控制器，其根据照射光朝着所述像素部的照度来改变所述像素部的曝光时间。

(14)根据(1)至(13)中任一项所述的固态摄像元件，还包括：

控制器，其根据照射光朝着所述像素部的照度来控制所述参考信号的斜坡。

(15)根据(1)至(14)中任一项所述的固态摄像元件，还包括：

控制器，其根据照射光朝着所述像素部的照度来控制所述第一增益或所述第二增益。

(16)根据(1)至(10)中任一项所述的固态摄像元件，还包括：

信号处理电路(108)，其获取照射光朝着所述像素部的照度；和

控制器(130)，其根据所述照度来设定所述第一增益或所述第二增益，

其中，所述像素部以所设定的所述第一增益或所述第二增益执行摄像，由此生成所述像素信号，并且

所述信号处理电路转换所述像素信号以生成图像数据。

(17)根据(2)至(5)中任一项所述的固态摄像元件，其中，

所述第一输入电容元件和所述第三输入电容元件各者的一端共同连接到所述参考信号线，

所述第二输入电容元件和所述第四输入电容元件各者的一端共同连接到所述像素信号线，

所述第一比较器包括第一晶体管和第三晶体管，所述第一晶体管的栅极连接到所述第一输入电容元件的另一端，且所述第三晶体管的栅极连接到所述第二输入电容元件的另一端，并且

所述第二比较器包括第二晶体管和第四晶体管，所述第二晶体管的栅极连接到所述第三输入电容元件的另一端，且所述第四晶体管的栅极连接到所述第四输入电容元件的另一端。

本发明不限于上述这些实施例，并且可以在不背离本发明的主旨的情况下进行各种变形。本说明书中所记载的效果仅仅是示例而非限制性的，并且可以发挥其他效果。

附图标记列表

101：像素部

150：像素

105a、105b：ADC组

110：垂直信号线

120a、120b：电容器部

121a、121b：比较器

Crmpa、Cvsla、Crmpb、Cvslb：输入电容元件

Tp1a至Tp5a、Tp1b至Tp5b、Tn1a至Tn5a、Tn1b至Tn5b：晶体管

Claims (17)

1.一种固态摄像元件，包括：

像素部，其包括多个像素；

像素信号线，其传送所述像素的像素信号；

参考信号线，其传送将要与所述像素信号进行比较的参考信号；

第一比较器，其基于所述像素信号和所述参考信号之间的电压差而输出与所述像素信号对应的第一输出信号；

第二比较器，其基于所述像素信号和所述参考信号之间的电压差而输出与所述像素信号对应的第二输出信号；

第一电容器部，其被设置在所述像素信号线或所述参考信号线与所述第一比较器之间，并且被设定为第一增益；和

第二电容器部，其被设置在所述像素信号线或所述参考信号线与所述第二比较器之间，并且被设定为第二增益。

2.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，

所述第一电容器部包括：被设置在所述参考信号线和所述第一比较器之间的第一输入电容元件；以及被设置在所述像素信号线和所述第一比较器之间的第二输入电容元件，并且

所述第二电容器部包括：被设置在所述参考信号线和所述第二比较器之间的第三输入电容元件；以及被设置在所述像素信号线和所述第二比较器之间的第四输入电容元件。

3.根据权利要求2所述的固态摄像元件，其中，

所述第一输入电容元件和所述第二输入电容元件之间的电容比不同于所述第三输入电容元件和所述第四输入电容元件之间的电容比。

4.根据权利要求2所述的固态摄像元件，其中，

所述第一输入电容元件的电容和所述第三输入电容元件的电容基本上相等，并且所述第二输入电容元件的电容和所述第四输入电容元件的电容互不相同。

5.根据权利要求3所述的固态摄像元件，其中，

所述第一电容器部的增益是由所述第一输入电容元件和所述第二输入电容元件之间的电容比决定的，并且

所述第二电容器部的增益是由所述第三输入电容元件和所述第四输入电容元件之间的电容比决定的。

6.根据权利要求2所述的固态摄像元件，其中，

所述第一输入电容元件和所述第三输入电容元件各者的一端共同连接到所述参考信号线，

所述第二输入电容元件和所述第四输入电容元件各者的一端共同连接到所述像素信号线，

所述第一比较器包括第一晶体管，所述第一晶体管的栅极与所述第一输入电容元件的另一端及所述第二输入电容元件的另一端共同连接，并且

所述第二比较器包括第二晶体管，所述第二晶体管的栅极与所述第三输入电容元件的另一端及所述第四输入电容元件的另一端共同连接。

7.根据权利要求6所述的固态摄像元件，其中，

所述第一比较器还包括与所述第一晶体管的一端连接的第一恒定电流源，且所述第一比较器从所述第一晶体管和所述第一恒定电流源之间输出所述第一输出信号，并且

所述第二比较器还包括与所述第二晶体管的一端连接的第二恒定电流源，且所述第二比较器从所述第二晶体管和所述第二恒定电流源之间输出所述第二输出信号。

8.根据权利要求6所述的固态摄像元件，其中，

所述第一比较器还包括：第一恒定电流源，它与所述第一晶体管的一端连接；第三晶体管，它的一端连接到所述第一恒定电流源；以及第一镜像电路，它连接到所述第一晶体管的另一端及所述第三晶体管的另一端，且所述第一比较器从所述第三晶体管和所述第一镜像电路之间输出所述第一输出信号，并且

所述第二比较器还包括：第二恒定电流源，它与所述第二晶体管的一端连接；第四晶体管，它的一端连接到所述第二恒定电流源；以及第二镜像电路，它连接到所述第一晶体管的另一端及所述第四晶体管的另一端，且所述第二比较器从所述第四晶体管和所述第二镜像电路之间输出所述第二输出信号。

9.根据权利要求2所述的固态摄像元件，其中，

所述第一比较器还包括：第一晶体管，所述第一晶体管的栅极连接到所述第一输入电容元件的一端及所述第二输入电容元件的一端，且所述第一晶体管的一端连接到所述像素信号线，并且

所述第二比较器还包括：第二晶体管，所述第二晶体管的栅极连接到所述第三输入电容元件的一端及所述第四输入电容元件的一端，且所述第二晶体管的一端连接到所述像素信号线。

10.根据权利要求9所述的固态摄像元件，其中，

所述第一输入电容元件的另一端及所述第三输入电容元件的另一端共同连接到所述参考信号线，

所述第二输入电容元件的另一端及所述第四输入电容元件的另一端是接地的，并且

所述第一晶体管的一端及所述第二晶体管的一端接收来自所述像素信号线的同一个所述像素信号。

11.根据权利要求2所述的固态摄像元件，还包括：

参考信号生成器，其向所述第一输入电容元件和所述第三输入电容元件提供同一个所述参考信号。

12.根据权利要求1所述的固态摄像元件，还包括：

信号处理电路，其根据照射光朝着所述像素部的照度来选择所述第一输出信号或所述第二输出信号，并且将所述选择的信号作为图像数据而输出。

13.根据权利要求1所述的固态摄像元件，还包括：

控制器，其根据照射光朝着所述像素部的照度来改变所述像素部的曝光时间。

14.根据权利要求1所述的固态摄像元件，还包括：

控制器，其根据照射光朝着所述像素部的照度来控制所述参考信号的斜坡。

15.根据权利要求1所述的固态摄像元件，还包括：

控制器，其根据照射光朝着所述像素部的照度来控制所述第一增益或所述第二增益。

16.根据权利要求1所述的固态摄像元件，还包括：

信号处理电路，其获取照射光朝着所述像素部的照度；和

控制器，其根据所述照度来设定所述第一增益或所述第二增益，

其中，所述像素部以所设定的所述第一增益或所述第二增益执行摄像，由此生成所述像素信号，并且

所述信号处理电路转换所述像素信号以生成图像数据。

17.根据权利要求2所述的固态摄像元件，其中，

所述第一输入电容元件和所述第三输入电容元件各者的一端共同连接到所述参考信号线，

所述第二输入电容元件和所述第四输入电容元件各者的一端共同连接到所述像素信号线，

所述第一比较器包括第一晶体管和第三晶体管，所述第一晶体管的栅极连接到所述第一输入电容元件的另一端，且所述第三晶体管的栅极连接到所述第二输入电容元件的另一端，并且

所述第二比较器包括第二晶体管和第四晶体管，所述第二晶体管的栅极连接到所述第三输入电容元件的另一端，且所述第四晶体管的栅极连接到所述第四输入电容元件的另一端。

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