CN116057957A - 固态成像元件、成像装置和用于控制固态成像元件的方法 - Google Patents

固态成像元件、成像装置和用于控制固态成像元件的方法 Download PDF

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古坂拓朗
植野洋介
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明提高了使用比较器的固态成像元件中的图像数据的图像质量。固态成像元件配备有电流源、像素电路、比较电路、控制部和计数器。电流源生成恒定电流。像素电路生成电压高于与电流源的电导相对应的预定的下限电压的像素信号。比较电路以预定的放大率放大像素信号，并将其与预定的参考信号进行比较。当放大率增加时，控制部降低电导。计数器贯穿持续至来自比较电路的比较结果被反转的时间段计数并输出计数值。

Description

固态成像元件、成像装置和用于控制固态成像元件的方法
技术领域
本技术涉及固态成像元件。具体地，本技术涉及使用比较器和计数器执行模数转换的固态成像元件、成像装置和用于固态成像元件的控制方法。
背景技术
在现有技术中，由于单斜率型模数转换器(ADC)简单的结构，单斜率型模数转换器(ADC)已经用于固态成像元件等中的模数(AD)转换。单斜率型ADC通常由比较器和基于比较器的比较结果执行计数的计数器配置。已经提出了例如在比较器中设置p沟道金属氧化物半导体(pMOS)晶体管、电流源和反相器的固态成像元件(例如，参见专利文献1)。参考信号被输入到pMOS晶体管的栅极，像素信号经由垂直信号线被输入到源极，并且电流源连接到漏极。另外，pMOS晶体管和电流源的连接节点处的电压作为像素信号与参考信号的比较的结果经由反相器输出到计数器。
引用列表
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2018/0103222号。
发明内容
本发明要解决的问题
在上述固态成像元件中，与比较器也设置有与像素电路分离的电源的配置相比，通过共享像素电路的电源的比较器，降低了功耗。然而，在上述固态成像元件中，电流源和pMOS晶体管串联连接至垂直信号线，因此像素信号的动态范围可能与它们未连接的情况下相比劣化。此外，由电流源生成的噪声随着电导增大而增大以扩大动态范围。因此，在上述固态成像元件中不可能实现动态范围的扩展和噪声降低两者，并且存在图像数据的图像质量可能由于动态范围的不足和噪声的增加而劣化的问题。
鉴于这种情况做出本技术，并且其目的是提高使用比较器的固态成像元件中的图像数据的图像质量。
问题的解决方案
做出本技术以解决上述问题，并且根据本技术的第一方面，提供了一种固态成像元件，包括：电流源，生成恒定电流；像素电路，根据电流源的电导生成电压高于预定的下限电压的像素信号；比较电路，以预定的放大率放大像素信号并将放大的像素信号与预定的参考信号进行比较；控制部，当放大率的增大时降低电导；以及计数器，在直到比较电路的比较结果被反转的时间段内对计数值进行计数并且输出计数值，以及用于控制固态成像元件的方法。这产生提高图像数据的图像质量的效果。
另外，在第一方面，电流源可以包括多个晶体管和切换多个晶体管的连接模式的开关电路。这产生电流源的电导被控制的效果。
另外，在第一方面，多个晶体管可以包括：第一开关，将第一晶体管和第二晶体管的连接节点连接到预定的接地端子；第二开关，将第二晶体管的源极连接到比较电路；以及第三开关，将第二晶体管的源极连接到接地端子。这产生电导被两级控制的效果。
另外，在第一方面，多个晶体管可以包括串联连接到比较电路的第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，并且开关电路可以包括：第一开关，将第一晶体管和第二晶体管的连接节点连接到预定的接地端子；第二开关，将第二晶体管和第三晶体管的连接节点连接到比较电路；第三开关，将第二晶体管和第三晶体管的连接节点连接到接地端子；第四开关，将第三晶体管和第四晶体管的连接节点连接到比较电路；第五开关，将第三晶体管和第四晶体管的连接节点连接到接地端子；第六开关，将第四晶体管的源极连接到比较电路；以及第七开关，将第四晶体管的源极连接到接地端子。这产生电导被三级控制的效果。
另外，在第一方面，多个晶体管可以包括第一晶体管和第二晶体管，第一晶体管的漏极连接到比较电路，第二晶体管的源极连接到预定的接地端子，开关电路可以包括：第一开关，将第一晶体管的源极连接到接地端子；第二开关，将第一晶体管的源极连接到第二晶体管的漏极；以及第三开关，将第二晶体管的漏极连接到比较电路。这产生抑制浪涌电流的效果。
另外，在第一方面，多个晶体管可以包括：第一晶体管，其漏极连接到比较电路；第二晶体管和第三晶体管；以及第四晶体管，其源极连接到预定的接地端子，并且开关电路可以包括：第一开关，将第一晶体管的源极连接到接地端子；第二开关，将第一晶体管的源极连接到第二晶体管的漏极；第三开关，将第二晶体管的漏极连接到比较电路；第四开关，将第二晶体管的源极连接到接地端子；第五开关，将第二晶体管的源极连接到第三晶体管的漏极；第六开关，将第三晶体管的漏极连接到比较电路；第七开关，将第三晶体管的源极连接到接地端子；第八开关，将第三晶体管的源极连接到第四晶体管的漏极；以及第九开关，将第四晶体管的漏极连接到比较电路。这产生抑制浪涌电流，电导被三级控制的效果。
另外，在第一方面，还可以包括生成恒定参考电流的偏置电路，并且该参考电流被电流源复制。这产生电流量保持恒定的效果。
另外，在第一方面，还可以包括图像处理部，其基于排列计数值的图像数据测量照度，并且控制部可以将放大率控制为与照度对应的值。这产生根据照度控制电导的效果。
另外，在第一方面，像素电路可以经由垂直信号线连接到比较电路，并且比较电路可以插入在垂直信号线与电流源之间。这产生下限电压成为与比较电路和电流源的工作电压对应的值的效果。
另外，在第一方面，像素电路可以经由垂直信号线连接到比较电路，并且比较电路可以连接到垂直信号线。这产生下限电压成为与电流源的工作电压对应的值。
另外，在第一方面，还可以包括：发生器，其生成具有锯齿波形的输出信号；以及源极跟随器晶体管，从源极输出与输出信号对应的信号作为参考信号，并且电流源可以包括：比较器内电流源，连接到比较电路；以及源极跟随器电流源，连接到源极跟随器晶体管的源极。这产生增大参考信号的振幅的控制范围的效果。
另外，根据本技术的第二方面，提供了一种成像装置，包括：电流源，生成恒定电流；像素电路，根据电流源的电导生成电压高于预定的下限电压的像素信号；比较电路，以预定的放大率放大像素信号并将放大的像素信号与预定的参考信号进行比较；控制部，当放大率增大时降低电导；计数器，在直到比较电路的比较结果被反转的时间段内对计数值进行计数并输出计数值；以及存储部，其存储排列有指示计数值的数字信号的图像数据。这产生捕获具有提高的图像质量的图像数据的效果。
另外，根据本技术的第三方面，提供了一种光检测设备，包括：像素，根据入射光输出像素信号；垂直信号线，传输像素信号；比较器，包括晶体管，该晶体管的源极和漏极中的任一个连接至垂直信号线，并且晶体管的栅极接收参考信号；以及电流源，其连接到晶体管的源极和漏极中的另一个，其中，电流源包括：多个晶体管；以及开关电路，其切换多个晶体管的连接模式。这产生提高图像数据的图像质量的效果。
此外，在第三方面，多个晶体管可以包括串联连接至比较电路的第一晶体管和第二晶体管，并且开关电路可以包括：第一开关，将第一晶体管和第二晶体管的连接节点连接至预定的接地端子；第二开关，将第二晶体管的源极连接至比较电路；以及第三开关，将第二晶体管的源极连接至接地端子。这产生电导被两级控制的效果。
此外，在第三方面，多个晶体管可以包括串联连接到比较电路的第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，并且开关电路可以包括：第一开关，将第一晶体管和第二晶体管的连接节点连接到预定的接地端子；第二开关，将第二晶体管和第三晶体管的连接节点连接到比较电路；第三开关，将第二晶体管和第三晶体管的连接节点连接到接地端子；第四开关，将第三晶体管和第四晶体管的连接节点连接到比较电路；第五开关，将第三晶体管和第四晶体管的连接节点连接到接地端子；第六开关，将第四晶体管的源极连接到比较电路；以及第七开关，将第四晶体管的源极连接到接地端子。这产生电导被三级控制的效果。
此外，在第三方面，多个晶体管可以包括：第一晶体管，其漏极连接到比较电路；以及第二晶体管，其源极连接到预定的接地端子，并且开关电路可以包括：第一开关，将第一晶体管的源极连接到接地端子；第二开关，将第一晶体管的源极连接到第二晶体管的漏极；以及第三开关，将第二晶体管的漏极连接到比较电路。这产生抑制浪涌电流的效果。
此外，在第三方面，多个晶体管可以包括：第一晶体管，其漏极连接到比较电路；第二晶体管和第三晶体管；以及第四晶体管，其源极连接到预定的接地端子，并且开关电路可以包括：第一开关，将第一晶体管的源极连接到接地端子；第二开关，将第一晶体管的源极连接到第二晶体管的漏极；第三开关，将第二晶体管的漏极连接到比较电路；第四开关，将第二晶体管的源极连接到接地端子；第五开关，将第二晶体管的源极连接到第三晶体管的漏极；第六开关，将第三晶体管的漏极连接到比较电路；第七开关，将第三晶体管的源极连接到接地端子；第八开关，将第三晶体管的源极连接到第四晶体管的漏极；以及第九开关，将第四晶体管的漏极连接到比较电路。这产生效果抑制浪涌电流，电导被三级控制的效果。
附图说明
图1是示出根据本技术的第一实施例的成像装置的配置示例的框图。
图2是示出根据本技术的第一实施例的固态成像元件的配置示例的框图。
图3是示出根据本技术的第一实施例的像素电路的配置示例的电路图。
图4是示出根据本技术的第一实施例的列ADC的配置示例的框图。
图5是示出根据本技术的第一实施例的参考信号的波形的示例的示图。
图6是示出根据本技术的第一实施例的比较器的配置示例的电路图。
图7是用于说明根据本技术的第一实施例的动态范围的控制的示图。
图8是用于说明根据本技术的第一实施例的电导的控制的示图。
图9是示出根据本技术的第一实施例的比较器内电流源的配置示例的电路图。
图10是示出根据本技术的第一实施例当设置高增益时比较器内电流源的状态的示例的示图。
图11是示出根据本技术的第一实施例的当设置低增益时比较器内电流源的状态的示例的示图。
图12是示出根据本技术的第一实施例的固态成像元件的操作的示例的时序图。
图13是示出根据本技术的第二实施例的比较器内电流源的配置示例的电路图。
图14是示出根据本技术的第二实施例的当设置高增益时比较器内电流源的状态的示例的示图。
图15是示出根据本技术的第二实施例的当设置中间增益时比较器内电流源的状态的示例的示图。
图16是示出根据本技术的第二实施例的当设置低增益时比较器内电流源的状态的示例的示图。
图17是示出根据本技术的第三实施例的比较器内电流源的配置示例的电路图。
图18是示出根据本技术的第三实施例的当设置高增益时比较器内电流源的状态的示例的示图。
图19是示出根据本技术的第三实施例的当设置低增益时比较器内电流源的状态的示例的示图。
图20是示出根据本技术的第三实施例的修改示例的比较器内电流源的配置示例的电路图。
图21是示出根据本技术的第三实施例的修改示例的当设置高增益时比较器内电流源的状态的示例的示图。
图22是示出根据本技术的第三实施例的修改示例的当设置中间增益时比较器内电流源的状态的示例的示图。
图23是示出根据本技术的第三实施例的修改示例的当设置低增益时比较器内电流源的状态的示例的示图。
图24是示出根据本技术的第四实施例的比较器控制部的配置示例的电路图。
图25是示出根据本技术的第五实施例的固态成像元件的配置示例的框图。
图26是示出根据本技术的第五实施例的固态成像元件的操作的示例的流程图。
图27是示出根据本技术的第五实施例的光测量处理的示例的流程图。
图28是示出根据本技术的第五实施例的成像处理的示例的流程图。
图29是示出根据本技术的第六实施例的列ADC的配置示例的框图。
图30是示出根据本技术的第七实施例的斜坡生成部的配置示例的电路图。
图31是示出车辆控制系统的示意性配置示例的框图。
图32是示出成像部的安装位置的示例的说明图。
具体实施方式
在下文中，将描述用于执行本技术的模式(在下文中，被称为实施例)。将按照以下顺序给出描述。
1.第一实施例(控制比较器内部的电流源的电导的示例)
2.第二实施例(三级控制比较器内部的电流源的电导的示例)
3.第三实施例(控制比较器内部的电流源的电导并且抑制浪涌电流的示例)
4.第四实施例(控制比较器内部的电流源的电导并且使用电流镜电路的示例)
5.第五实施例(根据照度设置模拟增益并且控制比较器内部的电流源的电导的示例)
6.第六实施例(控制斜坡生成部内部的电流源的电导的示例)
7.第七实施例(控制比较器外部的电流源的电导的示例)
8.移动体的应用示例
<1.第一实施例>
[成像装置的配置示例]
图1是示出根据本技术的第一实施例的成像装置100的配置示例的框图。成像装置100是用于捕获图像数据的设备，并且包括光学部110、固态成像元件200和数字信号处理(DSP)电路120。此外，成像装置100包括显示部130、操作部140、总线150、帧存储器160、存储部170以及电源部180。假设安装在智能电话上的相机、车载相机等作为成像装置100。
光学部110适于收集来自对象的光并且将光引导至固态成像元件200。固态成像元件200适于通过光电转换生成图像数据。固态成像元件200经由信号线209将所生成的图像数据提供至DSP电路120。
DSP电路120适于对图像数据执行预定的信号处理。DSP电路120经由总线150将处理之后的图像数据输出至帧存储器160等。
显示部130适于显示图像数据。例如，假设液晶面板或有机电致发光(EL)面板作为显示部130。操作部140适于响应于用户的操作生成操作信号。
总线150是光学部110、固态成像元件200、DSP电路120、显示部130、操作部140、帧存储器160、存储部170以及电源部180彼此交换数据的公共路径。
帧存储器160适于保存图像数据。存储部170适于存储诸如图像数据的各种数据。电源部180适于向固态成像元件200、DSP电路120、显示部130等提供电源。
[固态成像元件的配置示例]
图2是示出根据本技术的第一实施例的固态成像元件200的配置示例的框图。固态成像元件200包括电路芯片202和层压在电路芯片202上的光接收芯片201。这些芯片例如通过Cu-Cu接合电连接。注意，也可以通过通孔或凸块而不是Cu-Cu接合来建立连接。
光接收芯片201包括布置在其上的像素阵列部250。此外，垂直驱动部210、增益控制部220、斜坡生成部230、比较器控制部240、列ADC 270、水平驱动部280和图像处理部290布置在电路芯片202上。
注意，布置在光接收芯片201和电路芯片202中的每一个上的电路不限于在附图中作为示例示出的配置。例如，还可以在光接收芯片201上布置列像素阵列部250和ADC 270中的比较器(未示出)，并且在电路芯片202上布置其他电路。
在像素阵列部250中，多个像素电路260以二维网格形状排列。在下文中，在预定水平方向上排列的像素电路260的集合将被称为“行”，而在正交于行的方向上排列的像素电路260的集合将被称为“列”。
垂直驱动部210适于按顺序驱动行并且使行将模拟像素信号输出至列ADC 270。
增益控制部220适于基于与垂直同步信号VSYNC同步的设定数据来控制模拟增益。这里，垂直同步信号VSYNC是指示成像定时的预定频率(诸如60Hz)的周期信号。此外，模拟增益是当列ADC 270内部的比较器放大像素信号时的放大率。设定数据是指示模拟增益的设定值的数据。垂直同步信号VSYNC和设定数据由固态成像元件200外部的电路(诸如DSP电路120)生成，并且然后被输入到固态成像元件200。
此外，增益控制部220生成用于控制斜坡生成部230的数字控制信号CTRL，并且将控制信号CTRL提供至斜坡生成部230和比较器控制部240。
斜坡生成部230适于根据控制信号CTRL生成具有锯齿波形的斜坡信号并将斜坡信号作为参考信号提供至列ADC 270。例如，斜坡生成部230由数模转换器(DAC)表示。
这里，当通过设定数据指示的模拟信号较高时，增益控制部220使用控制信号CTRL减小斜坡信号的振幅。
比较器控制部240适于基于控制信号CTRL控制列ADC 270内部的比较器(未示出)的电导。稍后将描述电导的控制的细节。
针对列ADC 270中的每一列，布置ADC(未示出)。每个ADC根据由水平驱动部280执行的控制将对应列的像素信号转换为数字信号并且将该数字信号提供至图像处理部290。
水平驱动部280适于控制列ADC 270并且使列ADC 270按顺序输出数字信号。
图像处理部290适于对数字信号对齐的图像数据执行各种图像处理，诸如去马赛克处理和白平衡处理。图像处理部290经由信号线209将处理之后的图像数据提供至DSP电路120。注意，在固态成像元件200外部的电路(例如，DSP电路120)还可以代替图像处理部290执行图像处理部290的部分或全部处理。
[像素电路的配置示例]
图3是示出根据本技术的第一实施例的像素电路260的配置示例的电路图。像素电路260包括光电转换元件261、转移晶体管262、复位晶体管263、浮动扩散层264、放大晶体管265和选择晶体管266。此外，对于像素阵列部250中的每一列，垂直信号线269沿着垂直方向排列。
光电转换元件261适于对入射光进行光电转换并生成电荷。转移晶体管262适于根据来自垂直驱动部210的驱动信号TRG将电荷从光电转换元件261传输至浮动扩散层264。
复位晶体管263适于根据来自垂直驱动部210的驱动信号RST从浮动扩散层264撤回电荷并且初始化电荷。
浮动扩散层264适于累积电荷并生成与电荷量对应的电压。放大晶体管265适于放大浮动扩散层264的电压。
选择晶体管266适于根据来自垂直驱动部210的驱动信号SEL经由垂直信号线269将放大的电压的信号作为像素信号输出至列ADC 270。
注意，像素电路260不限于在附图中作为示例示出的电路，只要能够通过光电转换生成模拟像素信号即可。
[列ADC的配置示例]
图4是示出了根据本技术的第一实施例的列ADC 270的配置示例的框图。针对列ADC 270中的每一列，布置电容器271、比较器300、计数器272、以及锁存器273。在列的数量是N(N是整数)的情况下，布置N个电容器271、N个比较器300、N个计数器272和N个锁存器273。
比较器300适于将来自斜坡生成部230的参考信号RMP(斜坡信号)与来自对应列的像素信号SIG进行比较。参考信号RMP经由电容器271输入至比较器300，并且像素信号经由垂直信号线269输入。比较器300将参考信号RMP与像素信号SIG进行比较的结果COMP提供至对应列的计数器272。
此外，以下将像素电路260初始化时的像素信号的电平称为“复位电平”，并且以下将电荷转移至浮动扩散层264时的像素信号的电平称为“信号电平”。
计数器272适于在直到比较结果COMP被反转的时间段内对计数值进行计数。计数器272在直到与复位电平的比较的结果COMP反转的时间段内执行递减计数，并且在直到与信号电平的比较的结果COMP反转的时间段内执行递增计数。以这种方式，实现了用于获得复位电平与信号电平之间的差值的相关双采样(CDS)处理。
此外，计数器272使锁存器273保持指示计数值的数字信号。比较器300和计数器272实现用于将模拟像素信号转换为数字信号的AD转换处理。换句话说，比较器300和计数器272用作ADC。以这种方式使用比较器和计数器的ADC通常被称为单斜率型ADC。
注意，虽然通过递增计数和递减计数实现CDS处理，但是本技术不限于此。也可采用计数器272仅执行递增计数或递减计数，并且由随后级的电路执行用于获得差值的CDS处理的配置。
锁存器273适于保持数字信号。锁存器273根据由水平驱动部280执行的控制将所保持的数字信号输出至图像处理部290。
图5是示出根据本技术的第一实施例的参考信号RMP的波形的示例的示图。图中的图a示出了在控制为低增益(即，低于预定边界值的模拟增益)时的参考信号RMP的波形的示例。图中的图b示出在控制为高增益(即，高于边界值的模拟增益)时的参考信号RMP的波形的示例。
如图中的a和b中的示例所示，参考信号RMP在用于对复位电平进行AD转换的定时t1至定时t2的时间段内逐渐降低。此外，参考信号RMP还在用于对信号电平进行AD转换的定时t3至定时t4的时间段内逐渐降低，并且其振幅大于在复位电平的AD转换时段内的振幅。
此外，如图中的a中的示例所示，参考信号RMP的振幅是在控制为低增益的情况下比在控制为高增益的情况下更大的值。此外，如图中的b中的示例所示，参考信号RMP的振幅是在控制为高增益的情况下比在控制为低增益的情况下更小的值。
在像素信号的电平固定的情况下，直到比较器300的比较结果被反转的时间延长，并且计数器272的计数值随着参考信号RMP的振幅减小而增大。以这种方式，随着参考信号RMP的振幅减小，进一步发生像素信号在包括比较器300和计数器272的ADC中被放大的效果。像素信号的放大率对应于上述模拟增益。
在环境光的照度高的情况下，信号电平与复位电平的比率增大，并且因此由DSP电路120等生成指示低增益的设定数据以便抑制白点。另一方面，在环境光的照度低的情况下，由DSP电路120等生成指示高增益的设定数据以便提高灵敏度。以这种方式，随着照度越高，设置越低的模拟增益。
[比较器的配置示例]
图6是示出根据本技术的第一实施例的比较器300的配置示例的电路图。比较器300包括比较电路310和比较器内电流源320和350。
比较电路310适于将来自像素电路260的像素信号SIG与来自斜坡生成部230的参考信号RMP进行比较并且将比较结果COMP提供至计数器272。此外，如上所述，利用根据参考信号RMP的振幅的模拟增益放大像素信号SIG。
比较电路310包括输入晶体管311、自动调零开关312、电容器313、钳位晶体管314和输出晶体管315。
输入晶体管311的源极连接至垂直信号线269，并且像素信号SIG被输入至源极。此外，参考信号RMP经由电容器271被输入到输入晶体管311的栅极。当输入至源极的像素信号的电压和输入至栅极的参考信号的电压大致彼此一致时，输入晶体管311进入与在自动调零时的电压状态相同的电压状态，并且从漏极输出与这些电压对应的漏极电压。这里，“大致一致”是指自调零时间段内的电压值的每次变化完全一致或者其之间的差值在预定的允许值内。例如，使用pMOS晶体管作为输入晶体管311。
此外，期望输入晶体管311的背栅极和源极被短路以抑制背栅效应。
自动调零开关312适于根据来自比较器控制部240的控制信号AZSW引起输入晶体管311的栅极与漏极之间的短路。
电容器313插入在输入晶体管311的源极与漏极之间。
钳位晶体管314插入在输入晶体管311的源极与漏极之间。pMOS晶体管用作钳位晶体管314，并且其栅极与漏极短路。此外，期望钳位晶体管314的背栅极和源极短路。当输入晶体管311处于非导通状态时，钳位晶体管314可抑制漏极电压的降低。
输出晶体管315的源极连接至垂直信号线269，并且像素信号SIG被输入至源极。此外，输出晶体管315的栅极连接到输入晶体管311的漏极，漏极电压输入到栅极。例如，使用pMOS晶体管作为输出晶体管315。此外，期望输出晶体管315的背栅极和源极短路。
输出晶体管315从漏极输出指示输入到源极的像素信号SIG的电压与输入到栅极的漏极电压之间的差值是否超过预定的阈值电压的信号作为比较结果COMP。比较结果COMP被提供给计数器272。
这里，当像素信号SIG和参考信号RMP大致彼此一致时，输入晶体管311的漏极电压根据像素信号SIG的电平而变化。因此，漏极电压反转的定时可能偏离像素信号SIG和参考信号RMP大致彼此一致的理想定时。
然而，通过图中的连接，输入晶体管311的漏极与源极之间的电压被输入为输出晶体管315的栅极与源极之间的电压。因为输入晶体管的漏极电压的变化量等于像素信号SIG的电压的变化量，所以来自输出晶体管315的比较结果COMP在像素信号SIG和参考信号RMP大致彼此一致的理想定时反转。因此，可以通过添加输出晶体管315抑制反转定时的误差。
比较器内电流源320被插入在输入晶体管311的漏极与预定的参考端子(诸如接地端子)之间并且生成恒定电流。比较器内电流源350被插入在输出晶体管315的漏极与预定的参考端子(诸如接地端子)之间并且生成恒定电流。此外，比较器控制部240使用开关信号CSW控制比较器内电流源320和350的电导。这些电导大致相同。
注意，尽管钳位晶体管314和输出晶体管315设置在比较电路310中，但是也可采用不设置它们中的至少一个的配置。在不设置输出晶体管315的情况下，不需要比较器内电流源350。此外，尽管比较器控制部240控制比较器内电流源320和350两者的电导，但是也可能仅控制它们中的一个的电导并且将另一电导保持为固定值。
图7是用于说明根据本技术的第一实施例的动态范围的控制的示图。
在像素电路260中的放大晶体管265和选择晶体管266中的每一个处于导通状态时的漏极与源极之间的电压的总和被定义为“像素Tr工作电压”。垂直信号线269的电压(即，像素信号SIG)的上限是比电源电压VDD低像素Tr工作电压的值。
此外，当比较电路310中的输入晶体管311处于导通状态时的漏极与源极之间的电压被定义为“pMOS工作电压”。假定当输出晶体管315处于导通状态时的漏极与源极之间的电压与输入晶体管311的电压大致相同。输入晶体管311与比较器内电流源320的连接节点与接地电位VSS之间的电压被定义为“电流源工作电压”。像素信号SIG的下限是pMOS工作电压和电流源工作电压的总和。像素信号SIG的上限与下限之间的比率将被称为“VSL动态范围”。
这里，垂直信号线269和比较器外部的电流源的连接节点连接到使用差分放大器电路的典型比较器中的比较器的输入端。因此，在使用差分放大器电路的情况下，像素信号SIG的下限是电流源工作电压。
然而，比较电路310被插入在垂直信号线269与比较器300中的比较器内电流源320等之间。因此，与使用差分放大器的情况相比，像素信号SIG的下限变得更高并且VSL动态范围变得更窄，对应于pMOS工作电压的量。
由于电流源工作电压与比较器内电流源320和350的电导成反比，所以仅需要增加电导以扩展VSL动态范围。然而，随机电报信号(RTS)噪声与电导成比例地增加。这里，RTS噪声是由在MOS晶体管的栅极氧化膜的界面状态中电子的随机捕获和释放引起的噪声，并且根据栅极宽度和栅极长度而变化。如果调节栅极宽度和栅极长度使得电导增大，则RTS噪声增大。
RTS噪声的等级需要等于或小于预定的目标值，并且该值由与随机噪声的等级的比率定义。在低增益的情况下，随机噪声增大，并且因此RTS噪声的目标值被缓和至比在高增益的情况下更大的值。另一方面，在高增益的情况下，随机噪声减小，并且因此RTS噪声的目标值被设置为比在低增益的情况下低的值。
另外，虽然当环境光的照度高时设置低增益，但是信号电平与复位电平的比率随着照度增大而增大，因此需要扩大VSL动态范围。另一方面，虽然当环境光的照度低时设置高增益，但是信号电平与复位电平的比率随着照度降低而降低，并且VSL动态范围可能相对窄。
考虑到以上事项，在通过设定数据设置低增益的情况下，与高增益时相比，比较器控制部240增大比较器内电流源320和350的电导。因此，可以扩展VSL动态范围。虽然RTS噪声由于电导的增大而增大，但是如上所述，在低增益的情况下RTS噪声的目标值被缓和，并且因此没有问题出现。
另一方面，在通过设定数据设置高增益的情况下，与在低增益时的电导相比，比较器控制部240降低比较器内电流源320和350的电导。因此，可以降低RTS噪声。虽然VSL动态范围由于电导的降低而变窄，但是如上所述，在低增益时照度低，并且信号电平相对于复位电平的比率低，因此不会出现问题。
简言之，比较器内电流源320和350生成恒定电流。像素电路260生成像素信号SIG，并且其下限电压是根据电导的值。比较电路310以模拟增益放大像素信号SIG并且将放大的像素信号SIG与参考信号RMP进行比较。随着模拟增益的增大，比较器控制部240降低比较器内电流源320和350的电导。计数器272在直到比较结果COMP被反转的时间段内对计数值进行计数并且输出计数值。
可以通过电导的控制在低增益时扩大VSL动态范围并且在高增益时降低RTS噪声。因此，可以提高图像数据的图像质量。
注意，比较器控制部240是权利要求中描述的控制部的示例。此外，比较器内电流源320和350是权利要求中描述的电流源的示例。
注意，尽管比较器控制部240使用模拟增益的相同边界值来切换比较器内电流源320和350中的每一个的电导，但是本技术不限于此。当在比较器内电流源320与比较器内电流源350之间执行切换时，也可以使用模拟增益的不同边界值。
图8是用于说明根据本技术的第一实施例的电导的控制的示图。在环境光的照度高于预定值的情况下，由DSP电路120等设置等于或低于边界值的低增益。在这种情况下，比较器控制部240使比较器内电流源320等的电导大于高增益情况下的电导。响应于电导的增大，VSL动态范围变宽，RTS噪声的等级增大。
另一方面，在环境光的照度等于或小于预定值的情况下，由DSP电路120等设置超过边界值的高增益。在这种情况下，比较器控制部240将比较器内电流源320等的电导设置为低于低增益时的电导。响应于电导的减小，VSL动态范围变窄，RTS噪声的级别减小。
[比较器内电流源]
图9是示出根据本技术的第一实施例的比较器内电流源320的配置示例的电路图。比较器内电流源320包括电流源晶体管321和322以及开关电路330。例如使用n沟道型MOS(nMOS)晶体管作为这些电流源晶体管321和322。
开关电路330适于根据来自比较器控制部240的开关信号CSW切换电流源晶体管321和322的连接模式。开关信号CSW是包括开关信号CSW1、CSW2和CSW3的信号。开关电路330包括开关331、332和333。例如使用nMOS晶体管作为这些开关。与电流源晶体管321和322相比，用作这些开关的nMOS晶体管的尺寸(栅极宽度和栅极长度)可以更小。因此，开关的布置对比较器内电流源320的安装面积具有较小的影响。
电流源晶体管321和322串联连接至比较电路310，并且将预定的偏置电压Vb施加至其栅极。注意，电流源晶体管321和322是权利要求中描述的第一晶体管和第二晶体管的示例。
开关331适于根据开关信号CSW1断开和闭合电流源晶体管321和322的连接节点与接地端子之间的路径。开关332适于根据开关信号CSW2断开和闭合电流源晶体管322的源极与比较电路310之间的路径。开关333适于根据开关信号CSW3断开和闭合电流源晶体管322的源极与接地端子之间的路径。针对开关信号CSW1、CSW2和CSW3中的每一个设置逻辑值“0”或“1”。例如，当逻辑值是“0”时，对应的开关被控制为断开状态，并且当逻辑值是“1”时，对应的开关被控制为闭合状态。
注意，比较器内电流源350的配置与比较器内电流源320的配置相似。
图10是示出根据本技术的第一实施例的当设置高增益时比较器内电流源320的状态的示例的示图。在附图中，a示出了当设置高增益时的开关的状态的示例。在附图中，b示出了当设置高增益时的连接模式的示例。
如图中的示例所示，当设置高增益时，比较器控制部240使开关331和332进入断开状态并且使开关333进入闭合状态。以这种方式，电流源晶体管322的源极连接到接地端子。因此，如图中的b中的示例所示，电流源晶体管321和322串联连接至比较电路310。
电流源晶体管321和322的栅极宽度被定义为W0，并且其栅极长度被定义为0.5L0。此外，每个跨导被定义为2gm0，并且工作电压被定义为0.5Vdsat。串联连接时的栅极宽度的有效值保持为W0，并且栅极长度的有效值变为L0。组合电导与(栅极宽度)/(栅极长度)成比例，因此变成gm0，gm0是电流源晶体管由于串联连接单独电导的一半。此外，由于电导变为一半，所以电流源工作电压变为Vdsat，Vdsat是单独的电流源晶体管的工作电压的两倍。
注意，电流源晶体管321和322的尺寸(即，栅极宽度、栅极长度)相同，但也可以不同。此外，只要可以切换电流源晶体管的连接配置，比较器内电流源320的电路配置不限于在附图中示出的示例。
图11是示出根据本技术的第一实施例的当设置低增益时比较器内电流源320的状态的示例的示图。在附图中，a示出了当设置低增益时的开关的状态的示例。在附图中，b示出当设置低增益时的连接模式的示例。
如图中的示例所示，当设置低增益时，比较器控制部240使开关331和332进入闭合状态并使开关333进入断开状态。以这种方式，电流源晶体管321和322的连接节点连接到接地端子，而电流源晶体管322的源极连接到比较电路310。因此，如图中的b中的示例所示，电流源晶体管321和322与比较电路310并联连接。
并联连接时的栅极宽度的有效值为2W0，并且栅极长度的有效值变为0.5L0。由于并联连接，组合电导为2gm0，其与电流源晶体管单独情况下的电导相同。此外，电流源工作电压是0.5Vdsat，其与电流源晶体管单独的工作电压相同。
这里，为了防止电流量在切换之前和之后变化，优选在并联连接的情况和串联连接的情况下施加不同的偏置电压Vb。在串联连接的情况下，例如，两倍于并联连接的情况下的电压的电压施加为偏置电压Vb。
如图10和图11所示，比较器控制部240通过切换比较器内电流源320中的电流源晶体管321和322的连接模式来控制比较器内电流源320的电导。
这里，在比较器内电流源320中仅设置一个电流源晶体管的配置被假定为比较示例。为了根据高增益设定VSL动态范围，电流源晶体管的跨导必须被设定为2gm0。此外，为了在将跨导设置为2gm0的同时在低增益时实现RTS噪声的目标值，需要将栅极面积设置为2×W0×L0。为了满足这些条件，例如，栅极宽度被调整到2·21/2W0，并且栅极长度被调整到(1/2)·21/2L0。
另一方面，在连接模式被切换的配置中，如上所述，电流源晶体管321和322的栅极面积之和可以是W0×L0，并且与比较示例相比，可以减小安装面积。
[固态成像元件的操作示例]
图12是示出根据本技术的第一实施例的固态成像元件200的操作的示例的时序图。
与垂直同步信号VSYNC同步地捕获图像数据(帧)。然后，根据每个帧的照度设置模拟增益。例如，在从垂直同步信号VSYNC下降的定时T1到作为下一次下降的定时的定时T3的帧周期中，从增益控制部220输出用于设定高增益的控制信号CTRL。在定时T3之后，增益被切换到低增益。
此外，在帧周期中从定时T1至T2的周期被设置为垂直消隐周期VBK。在经过该周期之后的定时T2至T3的像素读取周期中，针对每行对像素信号进行AD转换。
在垂直消隐周期VBK中，比较器控制部240使用开关信号CSW切换连接模式。由于在定时T1设置高增益，所以比较器控制部240将开关信号CSW1和CSW2设置为逻辑值“0”，将开关信号CSW3设置为逻辑值“1”，并且将比较器内电流源320等内部的连接模式切换为串联连接。此外，由于在定时T3设置低增益，所以比较器控制部240将开关信号CSW1和CSW2设置为逻辑值“1”，将开关信号CSW3设置为逻辑值“0”，并且将比较器内电流源320等内部的连接模式切换为并联连接。
如上所述，根据本技术的第一实施例，在模拟增益(放大率)高的情况下，比较器控制部240降低比较器内电流源320的电导，并且因此可以抑制RTS噪声。此外，在模拟增益低的情况下，比较器控制部240增大比较器内电流源320的电导，并且因此可以扩大动态范围。换句话说，可以通过当模拟增益低时VSL动态范围的扩展和当模拟增益高时RTS噪声的抑制来提高图像数据的图像质量。
<2.第二实施例>
虽然在上述第一实施例中，比较器控制部240以两级控制比较器内电流源320等的电导，但是可以存在以下情况：在两级控制中缺少电流源工作电压的调整范围。根据第二实施例的比较器控制部240与第一实施例中的比较器控制部的不同之处在于比较器内电流源320等的电导被三级控制。
图13是示出根据本技术的第二实施例的比较器内电流源320的配置示例的电路图。第二实施例中的比较器内电流源320与第一实施例中的比较器内电流源的不同之处在于比较器内电流源320进一步包括电流源晶体管323和324，并且开关334至337进一步包括在开关电路330中。例如使用nMOS晶体管作为电流源晶体管323和324。
电流源晶体管323和324串联连接至电流源晶体管322。此外，向电流源晶体管323和324的栅极施加偏置电压Vb。注意，电流源晶体管323和324是权利要求中描述的第三晶体管和第四晶体管的示例。
开关334适于根据来自垂直驱动部210的开关信号CSW4断开和闭合电流源晶体管323和324的连接节点与比较电路310之间的路径。开关335适于根据来自垂直驱动部210的开关信号CSW5断开和闭合电流源晶体管323和324的连接节点与接地端子之间的路径。
开关336适于根据来自垂直驱动部210的开关信号CSW6断开和闭合电流源晶体管324的源极与比较电路310之间的路径。开关337适于根据来自垂直驱动部210的开关信号CSW7断开和闭合电流源晶体管324的源极与接地端子之间的路径。
注意，比较器内电流源350的配置与比较器内电流源320的配置相似。
图14是示出根据本技术的第二实施例的当设置高增益时比较器内电流源320的状态的示例的示图。
如图中的示例所示，当设置高增益时，比较器控制部240使开关337进入闭合状态并且使剩余的开关进入断开状态。以这种方式，电流源晶体管324的源极连接到接地端子。因此，电流源晶体管321至324串联连接到比较电路310。如果将单独的电流源晶体管的栅极宽度定义为W0，将栅极长度定义为0.25L0，则图中的栅极宽度的有效值为W0，栅极长度的有效值为L0。电导与单独的电流源晶体管的电导相同，并且电流源工作电压为Vdsat。
图15是示出根据本技术的第二实施例的当设置中间增益时比较器内电流源320的状态的示例的示图。这里，中间增益是高增益与低增益之间的增益。
如图中的示例所示，当设置中间增益时，比较器控制部240使开关333和336进入闭合状态并且使剩余的开关进入断开状态。以这种方式，电流源晶体管322和323的连接节点连接到接地端子，并且电流源晶体管324的源极连接到比较电路310。因此，串联连接电流源晶体管321和322的电路和串联连接电流源晶体管323和324的电路并联连接。图中的栅极宽度的有效值为2W0，栅极长度的有效值为0.5L0。电导是单独的电流源晶体管的电导的两倍，并且电流源工作电压是0.5Vdsat。
图16是示出根据本技术的第二实施例的当设置低增益时比较器内电流源320的状态的示例的示图。
如图中的示例所示，当设置低增益时，比较器控制部240使开关331、332、335和336进入闭合状态并且使剩余的开关进入断开状态。以这种方式，电流源晶体管321和322的连接节点以及电流源晶体管323和324的连接节点连接到接地端子。此外，电流源晶体管322和323的连接节点与电流源晶体管324的源极连接到比较电路310。因此，电流源晶体管321至324并联连接。图中的栅极宽度的有效值为4W0，栅极长度的有效值为0.25L0。电导是单独的电流源晶体管的电导的四倍，并且电流源工作电压是0.25Vdsat。
如图14至图16所示，比较器控制部240可通过连接模式的切换以三级控制比较器内电流源320的电导。因此与以两级执行控制的情况相比，能够扩大电流源动作电压的调整范围。通过根据模拟增益设置适当的电流源工作电压，可以在确保必要的VSL动态范围的同时最大程度地降低噪声。例如，当模拟增益是6分贝(dB)时的VSL动态范围仅被要求是当模拟增益是0分贝(dB)时的VSL动态范围的一半，并且可以通过将减少的量切换到电流源工作电压来进一步降低噪声。
注意，电流源晶体管321至324的尺寸(即，栅极宽度和栅极长度)相同，但也可以不同。可以通过具有不同尺寸的晶体管的组合来微调电流源工作电压。另外，电流源动作电压被三级控制，但也可通过添加电流源晶体管和开关被4级或4级以上控制。
如上所述，根据本技术的第二实施例，电流源晶体管的数量增加到四个，比较器控制部240切换其连接模式，并且因此可以以三级控制电流源工作电压。因此，与以两级控制电流源工作电压的情况相比，可以将VSL动态范围和RTS噪声控制为更适当的值。
<3.第三实施例>
在上述第一实施例中，开关332和332将电流源晶体管322的源极的连接目的地切换到电源侧或接地侧。在该配置中，电流源晶体管322的漏极和源极的连接目的地在切换时从电源侧和接地侧反转到接地侧和电源侧，因此，存在浪涌电流可经由晶体管流动的担忧。第三实施例中的比较器内电流源320与第一实施例中的比较器内电流源的不同之处在于抑制浪涌电流。
图17是示出根据本技术的第三实施例的比较器内电流源320的配置示例的电路图。在第三实施例中的比较器内电流源320中，类似于第一实施例，电流源晶体管321的漏极连接到比较电路310，并且电流源晶体管322的源极连接到接地端子。
然而，第三实施例中的开关331断开和闭合电流源晶体管321的源极与接地端子之间的路径。此外，第三实施例中的开关332断开和闭合电流源晶体管321的源极与电流源晶体管322的漏极之间的路径。此外，第三实施例中的开关333断开和闭合电流源晶体管322的漏极与比较电路310之间的路径。
注意，比较器内电流源350的配置与比较器内电流源320的配置类似。
图18是示出根据本技术的第三实施例的当设置高增益时比较器内电流源320的状态的示例的示图。
当如在附图中作为示例示出的设置高增益时，比较器控制部240使开关331和333进入断开状态并使开关332进入闭合状态。以这种方式，电流源晶体管321的源极与电流源晶体管322的漏极连接。因此，电流源晶体管321和322串联连接到比较电路310。此外，电流源动作电压与第一实施例类似地成为Vdsat。
图19是示出根据本技术的第三实施例的当设置低增益时的比较器内电流源320的状态的示例的示图。
当如在附图中作为示例示出的设置低增益时，比较器控制部240使开关332进入断开状态并使开关331和333进入闭合状态。以这种方式，电流源晶体管321的源极与接地端子连接，电流源晶体管322的漏极与比较电路310连接。因此，电流源晶体管321和322与比较电路310并联连接。此外，与第一实施例类似，电流源动作电压变为0.5Vdsat。
如图18和图19中的示例所示，电流源晶体管322的漏极和源极的连接目的地在切换时固定到电源侧和接地侧，因此漏极和源极的连接目的地在切换时不从电源侧和接地侧反转到接地侧和电源侧。因此，可以抑制浪涌电流经由晶体管的流动。这同样适用于电流源晶体管321。
以这种方式，根据本技术的第三实施例，电流源晶体管322的漏极和源极的连接目的地被固定到电源侧和接地侧，并且因此在切换时漏极和源极的连接目的地不会从电源侧和接地侧反转到接地侧和电源侧。因此，可以抑制浪涌电流经由电流源晶体管322的流动。
[修改示例]
虽然在上述第三实施例中，比较器控制部240以两级控制比较器内电流源320等的电导，但是可以存在以下情况：在两级控制中缺少电流源工作电压的调整范围。根据第三实施例的修改示例的比较器控制部240与第三实施例的比较器控制部的不同之处在于比较器内电流源320等的电导被三级控制。
图20是示出根据本技术的第三实施例的修改示例的比较器内电流源320的配置示例的电路图。第三实施例的修改示例中的比较器内电流源320与第一实施例中的比较器内电流源的不同之处在于比较器内电流源320进一步包括电流源晶体管323和324，并且开关334至339进一步包括在开关电路330中。
在第三实施例的修改示例中，电流源晶体管321和322与开关331至333的连接配置与第三实施例中的相似。
开关334适于根据开关信号CSW4断开和闭合电流源晶体管322的源极与接地端子之间的路径。开关335适于根据开关信号CSW5断开和闭合电流源晶体管322的源极与电流源晶体管323的漏极之间的路径。开关336适于根据开关信号CSW6断开和闭合电流源晶体管323的漏极与比较电路310之间的路径。
开关337适于根据开关信号CSW7断开和闭合电流源晶体管323的源极与接地端子之间的路径。开关338适于根据来自垂直驱动部210的开关信号CSW8断开和闭合电流源晶体管323的源极与电流源晶体管324的漏极之间的路径。开关339适于根据来自垂直驱动部210的开关信号CSW9断开和闭合电流源晶体管324的漏极与比较电路310之间的路径。电流源晶体管324的源极连接到接地端子。
注意，比较器内电流源350的配置与比较器内电流源320的配置相似。
图21是示出根据本技术的第三实施例的修改示例的当设置高增益时比较器内电流源320的状态的示例的示图。
如图中的示例所示，当设置高增益时，比较器控制部240使开关332、335和338进入闭合状态并且使剩余的开关进入断开状态。以这种方式，电流源晶体管321的源极与电流源晶体管322的漏极连接，电流源晶体管322的源极与电流源晶体管323的漏极连接。此外，电流源晶体管323的源极与电流源晶体管324的漏极连接。因此，电流源晶体管321至324串联连接到比较电路310。
图22是示出根据本技术的第三实施例的修改示例的当设置中间增益时比较器内电流源320的状态的示例的示图。
如图中的示例所示，当设置中间增益时，比较器控制部240使开关332、334、336和338进入闭合状态并且使剩余的开关进入断开状态。以这种方式，电流源晶体管321的源极与电流源晶体管322的漏极连接，电流源晶体管322的源极与接地端子连接。此外，电流源晶体管323的漏极连接到比较电路310，并且电流源晶体管323的源极连接到电流源晶体管324的漏极。因此，串联连接电流源晶体管321和322的电路和串联连接电流源晶体管323和324的电路并联连接。
图23是示出根据本技术的第三实施例的修改示例的当设置低增益时比较器内电流源320的状态的示例的示图。
如图中的示例所示，当设置低增益时，比较器控制部240使开关331、333、334、336、337和339进入闭合状态并且使剩余的开关进入断开状态。以这种方式，电流源晶体管321、322和323的源极连接到接地端子，电流源晶体管322、323和324的漏极连接到比较电路310。因此，电流源晶体管321至324并联连接。
如图21至图23所示，比较器控制部240可通过连接模式的切换以三级控制比较器内电流源320的电导。因此与以两级执行控制的情况相比，能够扩大电流源动作电压的调整范围。此外，电流源晶体管321至324的漏极和源极的连接目的地在切换时被固定在电源侧和地侧，因此可以抑制浪涌电流。
如上所述，根据本技术的第三实施例的修改示例，电流源晶体管的数量增加到四个，其连接模式由比较器控制部240切换，并且因此可以以三级控制电流源工作电压。因此，与以两级控制电流源工作电压的情况相比，可以将VSL动态范围和RTS噪声控制为更适当的值。
<4.第四实施例>
在上述第一实施例中，具有施加恒定偏置电压Vb的栅极的电流源晶体管321和电流源晶体管322设置在比较器内电流源320中。然而，存在以下担忧：如果在该配置中偏置电压Vb是固定值，则在切换连接模式时比较器内电流源320的电流量可以变化。第四实施例中的固态成像元件200与第一实施例中的固态成像元件的不同之处在于使用电流镜电路将电流量保持恒定。
图24是示出根据本技术的第四实施例的比较器控制部240的配置示例的电路图。第四实施例中的比较器控制部240包括开关电路241和偏置电路242。
开关电路241适于基于来自增益控制部220的控制信号CTRL使用开关信号CSW1至CSW3来控制比较器内电流源320和350的电导。此外，开关信号CSW1至CSW3也被提供至偏置电路242。
偏置电路242包括电流源243、电流源晶体管244和245以及开关246至248。例如使用nMOS晶体管作为电流源晶体管244和245。
电流源243适于提供恒定的参考信号。电流源晶体管244和245串联连接到电流源243。此外，电流源晶体管244和245的栅极连接到电流源243和电流源晶体管244的连接节点。此外，电流源晶体管244和245的栅极的电压作为偏置电压Vb被提供至每一列的比较器内电流源320和比较器内电流源350。
开关246适于根据开关信号CSW1断开和闭合电流源晶体管244和245的连接节点与接地端子之间的路径。开关247适于根据开关信号CSW2断开和闭合电流源晶体管245的源极与电流源243之间的路径。开关248适于根据开关信号CSW3断开和闭合电流源晶体管245的源极与接地端子之间的路径。
通过上述配置，包括偏置电路242和比较器内电流源320和350的电路用作电流镜电路。在电流镜电路中，偏置电路242中的参考电流被比较器内电流源320和350复制。以这种方式，可以在切换之前和之后将比较器内电流源320和350中的电流量保持恒定。
注意，也可以将第二实施例和第三实施例以及第三实施例的修改示例应用于第四实施例。在这种情况下，仅需要根据第二实施例或第三实施例或第三实施例的修改示例中的比较器内电流源320的电路改变偏置电路242的电路配置即可。
如上所述，根据本技术的第四实施例，通过比较器内电流源320等复制偏置电路242中的恒定参考电流，偏置电路242作为电流镜电路操作，并且因此可以在切换之前和之后将比较器内电流源320和350中的电流量保持为恒定。
<5.第五实施例>
虽然在上述第一实施例中，在固态成像元件200外部的电路根据照度设置模拟增益，但是在该配置中，外部电路中的处理量增加。第五实施例中的成像装置100与第一实施例中的成像装置100的不同之处在于固态成像元件200本身根据照度设置模拟增益。
图25是示出根据本技术的第五实施例的固态成像元件200的配置示例的框图。第五实施例中的固态成像元件200与第一实施例中的固态成像元件的不同之处在于固态成像元件200包括控制部221和寄存器222而不是增益控制部220和比较器控制部240。
此外，第五实施例中的图像处理部290与第一实施例中的图像处理部的不同之处在于根据图像数据测量照度。图像处理部290使用图像数据中的像素信号的统计值(诸如平均值和中值)、模式等作为照度来执行算术运算。图像处理部290将指示照度的照度数据提供给控制部221。
寄存器222用于存储与多个照度范围中的每一个相关联的设定数据。照度范围例如包括高于预定值的高照度范围和等于或小于预定值的低照度范围。此外，设定数据包括用于控制斜坡生成部230的控制信号CTRL和开关信号CSW。用于生成具有大振幅的参考信号(换句话说，用于设置低增益)的控制信号CTRL和用于建立并联连接的开关信号CSW与高照度的范围相关联。另一方面，用于生成具有小振幅的参考信号(换句话说，用于设置高增益)的控制信号CTRL和用于建立串联连接的开关信号CSW与低照度的范围相关联。
控制部221适于基于照度数据控制斜坡生成部230和每一列的比较器300。控制部221根据来自寄存器222的照度读取控制信号CTRL和开关信号CSW，将控制信号CTRL提供到斜坡生成部230，并且将开关信号CSW提供到每一列的比较器300。通过控制信号将模拟增益控制为与照度对应的值。此外，通过开关信号CSW将电导控制为与模拟增益对应的值。
注意，也可以将第二实施例、第三实施例和第四实施例以及第三实施例的修改示例应用于第五实施例。在应用第二实施例的情况下，与三个照度范围中的每一个相关联地将设定数据保持在寄存器222中。
图26是示出根据本技术的第五实施例的固态成像元件200的操作的示例的流程图。例如，当执行用于捕获图像数据的预定应用时开始操作。
首先，固态成像元件200基于图像数据执行用于测量环境光的照度的光测量处理(步骤S910)。然后，固态成像元件200根据所测量的照度控制比较器内电流源320和350中的每一个的电导(步骤S920)。固态成像元件200对图像数据执行成像处理(步骤S930)。在步骤S930之后，固态成像元件200结束用于成像的操作。
注意，当连续捕获多个图像数据时，与垂直同步信号同步地重复执行步骤S910至S930。
图27是示出根据本技术的第五实施例的光测量处理的示例的流程图。垂直驱动部210选择要读取的行(步骤S911)并曝光该行(步骤S912)。列ADC 270对读取行执行AD转换(步骤S913)并且根据由水平驱动部280执行的控制输出行数据(步骤S914)。垂直驱动部210确定读取行是否是最后一行(步骤S915)。在读取行不是最后一行的情况下(步骤S915：否)，垂直驱动部210重复步骤S911和以下步骤。
另一方面，在读取行是最后一行的情况下(步骤S915：是)，图像处理部290基于图像数据生成照度数据并且将照度数据输出至控制部221(步骤S916)。在步骤S916之后，固态成像元件200结束光测量处理。
图28是示出根据本技术的第五实施例的成像处理的示例的流程图。垂直驱动部210选择要读取的行(步骤S931)并暴露该行(步骤S932)。列ADC 270对读取行执行AD转换(步骤S933)并且根据由水平驱动部280执行的控制输出行数据(步骤S934)。垂直驱动部210确定读取行是否是最后一行(步骤S935)。在读取行不是最后一行的情况下(步骤S935：否)，垂直驱动部210重复步骤S931和以下步骤。
另一方面，在读取行是最后一行的情况下(步骤S935：是)，图像处理部290通过处理行数据生成图像数据并且输出图像数据(步骤S936)。在步骤S936之后，固态成像元件200结束光测量处理。
如上所述，根据本技术的第五实施例，图像处理部290测量照度，控制部221根据照度来控制模拟增益，并且因此固态成像元件200外部的电路不需要根据照度来控制模拟增益。因此，可以减少由固态成像元件200外部的电路执行的处理量。
<6.第六实施例>
在上述第一实施例中，比较器控制部240控制比较器内电流源320和350的电导以扩展VSL动态范围。然而，在使用包括差分放大器电路的比较器的情况下，不能在不控制比较器外部的电流源的电导的情况下扩大VSL动态范围。根据第六实施例的固态成像元件200与第一实施例中的固态成像元件的不同之处在于控制比较器外部的电流源的电导。
图29是示出根据本技术的第六实施例的列ADC 270的配置示例的框图。第六实施例中的列ADC 270与第一实施例中的列ADC 270的不同之处在于列ADC 270包括比较器400而不是比较器300。
比较器400适于将经由电容器271输入的参考信号RMP与经由电容器274输入的像素信号SIG进行比较。比较器400将比较结果COMP提供至计数器272。在比较器400内部设置差分放大器电路(未示出)，代替在图6中作为示例示出的电路。注意，差分放大器电路是权利要求中所描述的比较电路的示例。
此外，负载MOS电流源255连接到每个垂直信号线269。负载MOS电流源255的电路配置类似于第一实施例中的比较器内电流源320的电路配置。
第六实施例中的比较器控制部240根据模拟增益控制负载MOS电流源255的电导。在模拟增益高的情况下，比较器控制部240通过降低负载MOS电流源255的电导来抑制RTS噪声。此外，在模拟增益低的情况下，比较器控制部240通过增大负载MOS电流源255的电导来扩展VSL动态范围。因此，可以提高图像数据的图像质量。
如上所述，根据本技术的第六实施例，比较器控制部240根据模拟增益控制负载MOS电流源255的电导，并且因此在使用包括差分放大器电路的比较器400的情况下可以提高图像质量。
<7.第七实施例>
虽然在前述第六实施例中通过DAC在斜坡生成部230中生成参考信号，但是仅使用DAC可能存在振幅控制范围不足的情况。第七实施例中的固态成像元件200与第六实施例中的固态成像元件200的不同之处在于进一步控制斜坡生成部230中的电流源的电导。
图30是示出根据本技术的第七实施例的斜坡生成部230的配置示例的电路图。斜坡生成部230包括斜坡信号发生器231、源极跟随器电流源232以及源极跟随器晶体管233。例如，pMOS晶体管用作源极跟随器晶体管233。
斜坡信号发生器231适于根据控制信号CTRL生成锯齿波形的输出信号Vout。例如，DAC用作斜坡信号发生器231。斜坡信号发生器231将所生成的输出信号Vout提供至源极跟随器晶体管233的栅极。
源极跟随器电流源232和源极跟随器晶体管233在电源端子与接地端子之间彼此串联连接。
源极跟随器晶体管233适于将与输出信号Vout对应的信号作为参考信号RMP从源极输出至列ADC 270。
源极跟随器电流源232适于生成恒定电流。源极跟随器电流源232的这种电路配置与根据第一实施例的比较器内电流源320的电路配置相似。
此外，根据第七实施例的比较器控制部240根据模拟增益控制源极跟随器电流源232的电导。在低增益的情况下，比较器控制部240在源极跟随电流源232中建立电流源晶体管的并联连接以增加电导。另一方面，在高增益的情况下，比较器控制部240在源极跟随电流源232中建立电流源晶体管的串联连接以减少电导。可以通过由源极跟随器电流源232实现的电导控制来增加振幅控制范围。
注意，尽管第七实施例已应用于第六实施例中的列ADC 270，但是本技术不限于该配置，并且还可以将第七实施例应用于第一实施例中的列ADC 270。此外，也可以将第二实施例至第五实施例或第三实施例的修改示例应用于第七实施例。
如上所述，根据本技术的第七实施例，比较器控制部240进一步控制源极跟随器电流源232的电导，并且因此可以增大参考信号RMP的振幅控制范围。
<8.移动体的应用示例>
根据本公开的技术(本技术)可应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可实现为安装在任何类型的移动体(诸如汽车、电动车辆、混合电动车辆、摩托车、自行车、个人移动体、飞机、无人机、船舶或机器人)上的设备。
图31是示出作为可应用根据本公开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配置示例的框图。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图31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以及集成控制单元12050。另外，作为集成控制单元12050的功能配置，例示了微型计算机12051、声音/图像输出部12052、车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的设备的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作用于生成车辆的驱动力的驱动力产生设备(诸如内燃机、驱动马达等)、用于将驱动力传递到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、用于生成车辆的制动力的制动设备等的控制设备。
车身系统控制单元12020根据各种程序来控制设置在车身上的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020用作用于无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗设备或诸如前照灯、倒车灯、制动灯、转向信号、雾灯等的各种灯的控制设备。在这种情况下，从作为钥匙的替代物的移动设备发送的无线电波或各种开关的信号可以被输入到车身系统控制单元12020。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设备、电动车窗设备、灯等。
车外信息检测单元12030检测包括车辆控制系统12000的车辆外部的信息。例如，车外信息检测单元12030连接有成像部12031。车外信息检测单元12030使成像部12031对车辆外部的图像进行成像，并接收所成像的图像。基于所接收的图像，车外信息检测单元12030可以执行检测诸如人、车辆、障碍物、标志、路面上的文字等的对象的处理、或者检测其距离的处理等。
成像部12031是接收光并且输出对应于接收到的光的光量的电信号的光学传感器。成像部12031可以输出电信号作为图像，或者可以输出电信号作为关于测量距离的信息。此外，成像部12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等的不可见光。
车内信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。车内信息检测单元12040例如与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部12041连接。驾驶员状态检测部12041例如包括对驾驶员进行成像的相机。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可以计算驾驶员的疲劳度或驾驶员的集中度，或者可以确定驾驶员是否打瞌睡。
微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆内部或外部的信息来计算驱动力生成设备、转向机构或制动设备的控制目标值，并且向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能的协同控制，该功能包括用于车辆的防碰撞或减震、基于跟随距离的跟随驾驶、维持驾驶的车辆速度、车辆碰撞的警告、车辆与车道的偏离的警告等。
另外，微型计算机12051通过基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆外部或内部的信息来控制驱动力生成设备、转向机构、制动设备等，可以执行用于自动驾驶的协同控制，这使得车辆不依赖于驾驶员的操作等而自动行驶。
另外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的关于车辆外部的信息，将控制命令输出到车身系统控制单元12020。例如，微型计算机12051可以通过根据由车外信息检测单元12030检测的前方车辆或对面车辆的位置，控制前照灯以从远光改变到近光，来执行旨在防止眩光的协同控制。
声音/图像输出部12052将声音和图像中的至少一个的输出信号发送到输出设备，该输出设备能够视觉地或听觉地将信息通知给车辆的乘员或车辆外部。在图31的示例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063被示出为输出设备。例如，显示部12062可包括板上显示器和平视显示器中的至少一个。
图32是示出成像部12031的安装位置的示例的示图。
在图32中，成像部12031包括成像部12101、12102、12103、12104和12105。
成像部12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置以及车辆内部挡风玻璃的上部的位置上。设置在前鼻的成像部12101和设置在车辆内部挡风玻璃的上部的成像部12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置在侧视镜的成像部12102和12103主要获得车辆12100的侧面的图像。设置到后保险杠或后门的成像部12104主要获得车辆12100的后方的图像。设置在车辆内部挡风玻璃的上部的成像部12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志、车道等。
顺便提及，图32示出了成像部12101至12104的成像范围的示例。成像范围12111表示设置到前鼻的成像部12101的成像范围。成像范围12112和12113分别表示设置到侧视镜的成像部12102和12103的成像范围。成像范围12114表示设置到后保险杠或后门的成像部12104的成像范围。例如，通过叠加由成像部12101至12104成像的图像数据来获得从上方观看的车辆12100的鸟瞰图像。
成像部12101至12104中的至少一个可具有获得距离信息的功能。例如，成像部12101至12104中的至少一个可以是由多个成像元件构成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的成像元件。
例如，微型计算机12051可以基于从成像部12101至12104获得的距离信息确定在成像范围12111至12114内到每个三维对象的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，并且由此提取最近的三维对象作为前方车辆，该最近的三维对象具体地存在于车辆12100的行驶路径上并且以预定速度(例如，等于或大于0km/h)在与车辆12100大致相同的方向上行驶。另外，微型计算机12051可以预先设定跟随距离以保持在前行车辆的前方，并且执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随起动控制)等。因此，可以进行不依赖于驾驶员的操作等而使车辆自动行驶的自动驾驶用的协同控制。
例如，微型计算机12051可以基于从成像部12101至12104获得的距离信息将与三维对象有关的三维对象数据分类为二轮车、标准车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维对象的三维对象数据，提取分类的三维对象数据，并且将所提取的三维对象数据用于自动躲避障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定指示与每个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并且经由驱动系统控制单元12010执行强制减速或躲避转向。微型计算机12051可由此辅助驾驶以避免碰撞。
成像部12101至12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。微型计算机12051例如可以通过确定在成像部12101至12104的成像图像中是否存在行人来识别行人。行人的这种识别例如通过提取作为红外相机的成像部12101至12104的成像图像中的特征点的过程以及通过对指示对象的轮廓的一系列特征点执行模式匹配处理来确定是否是行人的过程来执行。当微型计算机12051确定在成像部12101至12104的成像图像中存在行人并因此识别出行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062，使得用于强调的方形轮廓线被显示为叠加在识别出的行人上。声音/图像输出部12052还可控制显示部12062，使得在期望位置处显示指示行人的图标等。
上面已经描述了可以应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。根据本公开的技术可应用于上述配置之中的成像部12031。具体地，图1中的成像装置100可应用于成像部12031。通过将根据本公开的技术应用于成像部12031可以获得更容易看到的捕获图像，并且由此减少驾驶员的疲劳。
注意，上述实施例示出了用于实现本技术的示例，并且实施例中的每一个事项与权利要求中的发明特定事项具有对应关系。类似地，权利要求中的每个发明特定事项与本技术的实施例中具有相同名称的事项具有对应关系。然而，本技术不限于实施例并且可以在不脱离其主旨的情况下通过对实施例进行各种修改来实现。
注意，本说明书中描述的效果仅作为示例示出并且不限于此，并且可存在其他效果。
注意，本技术还可配置如下。
(1)一种固态成像元件，包括：
电流源，生成恒定电流；
像素电路，根据电流源的电导生成电压高于预定的下限电压的像素信号；
比较电路，以预定的放大率放大像素信号并将放大的像素信号与预定的参考信号进行比较；
控制部，当放大率增大时降低电导；以及
计数器，在直到比较电路的比较结果被反转的时间段内对计数值进行计数并且输出计数值。
(2)根据(1)的固态成像元件，其中，电流源包括：
多个晶体管；以及
开关电路，切换多个晶体管的连接模式。
(3)根据(2)的固态成像元件，
其中，多个晶体管包括串联连接至比较电路的第一晶体管和第二晶体管，并且
开关电路包括：
第一开关，将第一晶体管和第二晶体管的连接节点连接至预定的接地端子；
第二开关，将第二晶体管的源极连接至比较电路；以及
第三开关，将第二晶体管的源极连接至接地端子。
(4)根据(2)的固态成像元件，
其中，多个晶体管包括串联连接至比较电路的第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，并且
开关电路包括：
第一开关，将第一晶体管和第二晶体管的连接节点连接至预定的接地端子；
第二开关，将第二晶体管和第三晶体管的连接节点连接至比较电路；
第三开关，将第二晶体管和第三晶体管的连接节点连接至接地端子；
第四开关，将第三晶体管和第四晶体管的连接节点连接至比较电路；
第五开关，将第三晶体管和第四晶体管的连接节点连接至接地端子；
第六开关，将第四晶体管的源极连接至比较电路；以及
第七开关，将第四晶体管的源极连接到接地端子。
(5)根据(2)的固态成像元件，
其中，多个晶体管包括：
第一晶体管，其漏极连接至比较电路；以及
第二晶体管，其源极连接至预定的接地端子；并且
开关电路包括：
第一开关，将第一晶体管的源极连接至接地端子；
第二开关，将第一晶体管的源极连接至第二晶体管的漏极；以及
第三开关，将第二晶体管的漏极连接至比较电路。
(6)根据(2)的固态成像元件，
其中，多个晶体管包括：
第一晶体管，其漏极连接至比较电路；
第二晶体管和第三晶体管；以及
第四晶体管，其源极连接至预定的接地端子；并且
开关电路包括：
第一开关，将第一晶体管的源极连接至接地端子；
第二开关，将第一晶体管的源极连接到第二晶体管的漏极；
第三开关，将第二晶体管的漏极连接至比较电路；
第四开关，将第二晶体管的源极连接至接地端子；
第五开关，将第二晶体管的源极连接至第三晶体管的漏极；
第六开关，将第三晶体管的漏极连接至比较电路；
第七开关，将第三晶体管的源极连接至接地端子；
第八开关，将第三晶体管的源极连接至第四晶体管的漏极；以及
第九开关，将第四晶体管的漏极连接到比较电路。
(7)根据(1)至(6)中任一项的固态成像元件，进一步包括：
偏置电路，生成恒定参考电流，
其中，参考电流被电流源复制。
(8)根据(1)至(7)中任一项的固态成像元件，进一步包括：
图像处理部，基于排列计数值的图像数据测量照度，
其中，控制部将放大率控制为与照度对应的值。
(9)根据(1)至(8)中任一项的固态成像元件，
其中，像素电路经由垂直信号线连接至比较电路，并且
比较电路插入在垂直信号线与电流源之间。
(10)根据(1)至(8)中任一项的固态成像元件，
其中，像素电路经由垂直信号线连接至比较电路，并且
电流源连接到垂直信号线。
(11)根据(1)至(10)中任一项的固态成像元件，进一步包括：
发生器，其生成具有锯齿波形的输出信号；以及
源极跟随器晶体管，从源极输出与输出信号对应的信号作为参考信号，
其中，电流源包括：
比较器内电流源，连接至比较电路；以及
源极跟随器电流源，连接至源极跟随器晶体管的源极。
(12)一种成像装置，包括：
电流源，生成恒定电流；
像素电路，根据电流源的电导生成电压高于预定的下限电压的像素信号；
比较电路，以预定的放大率放大像素信号并将放大的像素信号与预定的参考信号进行比较；
控制部，当放大率增大时降低电导；
计数器，在直到比较电路的比较结果被反转的时间段内对计数值进行计数并输出计数值；以及
存储部，其存储排列有指示计数值的数字信号的图像数据。
(13)一种用于控制固态成像元件的方法，包括：
像素信号生成过程，通过像素电路根据生成恒定电流的电流源的电导生成电压高于预定的下限电压的像素信号；
比较过程，以预定的放大率放大像素信号并且将放大的像素信号与预定的参考信号进行比较；
控制过程，当放大率增大时降低电导；以及
计数过程，在直到比较电路的比较结果被反转的时间段内对计数值进行计数并且输出计数值。
(14)一种光检测设备，包括：
像素，根据入射光输出像素信号；
垂直信号线，传输像素信号；
比较器，包括晶体管，该晶体管的源极和漏极中的任一个连接至垂直信号线，并且晶体管的栅极接收参考信号；以及
电流源，连接至晶体管的源极和漏极中的另一个，
其中，电流源包括：
多个晶体管，以及
开关电路，切换多个晶体管的连接模式。
(15)根据(14)的固态成像元件，
其中，多个晶体管包括串联连接至比较电路的第一晶体管和第二晶体管，并且
开关电路包括：
第一开关，将第一晶体管和第二晶体管的连接节点连接至预定的接地端子；
第二开关，将第二晶体管的源极连接至比较电路；以及
第三开关，将第二晶体管的源极连接至接地端子。
(16)根据(14)的固态成像元件，
其中，多个晶体管包括串联连接至比较电路的第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，并且
开关电路包括：
第一开关，将第一晶体管和第二晶体管的连接节点连接至预定的接地端子；
第二开关，将第二晶体管和第三晶体管的连接节点连接至比较电路；
第三开关，将第二晶体管和第三晶体管的连接节点连接至接地端子；
第四开关，将第三晶体管和第四晶体管的连接节点连接至比较电路；
第五开关，将第三晶体管和第四晶体管的连接节点连接至接地端子；
第六开关，将第四晶体管的源极连接至比较电路；以及
第七开关，将第四晶体管的源极连接到接地端子。
(17)根据(14)的固态成像元件，
其中，多个晶体管包括：
第一晶体管，其漏极连接至比较电路；以及
第二晶体管，其源极连接至预定的接地端子；并且
开关电路包括：
第一开关，将第一晶体管的源极连接至接地端子；
第二开关，将第一晶体管的源极连接至第二晶体管的漏极；以及
第三开关，将第二晶体管的漏极连接至比较电路。
(18)根据(14)的固态成像元件，
其中，多个晶体管包括：
第一晶体管，其漏极连接至比较电路；
第二晶体管和第三晶体管；以及
第四晶体管，其源极连接至预定的接地端子；并且
开关电路包括：
第一开关，将第一晶体管的源极连接至接地端子；
第二开关，将第一晶体管的源极连接到第二晶体管的漏极；
第三开关，将第二晶体管的漏极连接至比较电路；
第四开关，将第二晶体管的源极连接至接地端子；
第五开关，将第二晶体管的源极连接至第三晶体管的漏极；
第六开关，将第三晶体管的漏极连接至比较电路；
第七开关，将第三晶体管的源极连接至接地端子；
第八开关，将第三晶体管的源极连接至第四晶体管的漏极；以及
第九开关，将第四晶体管的漏极连接到比较电路。
参考标记列表
100 成像装置
110 光学部
120 DSP电路
130 显示部
140 操作部
150 总线
160 帧存储器
170 存储部
180 电源部
200 固态成像元件
201 光接收芯片
202 电路芯片
210 垂直驱动部
220 增益控制部
221 控制部
222 寄存器
230 斜坡生成部
231 斜坡信号发生器
232 源极跟随器电流源
233 源极跟随器晶体管
240 比较器控制部
241 开关电路
242 偏置电路
243 电流源
244、245、321至324 电流源晶体管
246至248、331至339 开关
250 像素阵列部
255 负载MOS电流源
260 像素电路
261 光电转换元件
262 转移晶体管
263 复位晶体管
264 浮动扩散层
265 放大晶体管
266 选择晶体管
270 列ADC
271、274、313 电容器
272 计数器
273 锁存器
280 水平驱动部
290 图像处理部
300、400 比较器
310 比较电路
311 输入晶体管
312 自动调零开关
314 钳位晶体管
315 输出晶体管
320、350 比较器内电流源
330 开关电路
12031 成像部。

Claims (18)

1.一种固态成像元件，包括：
电流源，生成恒定电流；
像素电路，根据所述电流源的电导生成电压高于预定的下限电压的像素信号；
比较电路，以预定的放大率放大所述像素信号并将放大的像素信号与预定的参考信号进行比较；
控制部，当所述放大率增大时降低所述电导；以及
计数器，在直到所述比较电路的比较结果被反转的时间段内对计数值进行计数并且输出所述计数值。
2.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，所述电流源包括：
多个晶体管；以及
开关电路，切换所述多个晶体管的连接模式。
3.根据权利要求2所述的固态成像元件，
其中，所述多个晶体管包括串联连接至所述比较电路的第一晶体管和第二晶体管，
所述开关电路包括：
第一开关，将所述第一晶体管和所述第二晶体管的连接节点连接至预定的接地端子；
第二开关，将所述第二晶体管的源极连接至所述比较电路；以及
第三开关，将所述第二晶体管的源极连接至所述接地端子。
4.根据权利要求2所述的固态成像元件，
其中，所述多个晶体管包括串联连接至所述比较电路的第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，并且
所述开关电路包括：
第一开关，将所述第一晶体管和所述第二晶体管的连接节点连接至预定的接地端子；
第二开关，将所述第二晶体管和所述第三晶体管的连接节点连接至所述比较电路；
第三开关，将所述第二晶体管和所述第三晶体管的连接节点连接至所述接地端子；
第四开关，将所述第三晶体管和所述第四晶体管的连接节点连接至所述比较电路；
第五开关，将所述第三晶体管和所述第四晶体管的连接节点连接至所述接地端子；
第六开关，将所述第四晶体管的源极连接至所述比较电路；以及
第七开关，将所述第四晶体管的源极连接至所述接地端子。
5.根据权利要求2所述的固态成像元件，
其中，所述多个晶体管包括：
第一晶体管，所述第一晶体管的漏极连接至所述比较电路；以及
第二晶体管，所述第二晶体管的源极连接至预定的接地端子；并且
所述开关电路包括：
第一开关，将所述第一晶体管的源极连接至所述接地端子；
第二开关，将所述第一晶体管的源极连接至所述第二晶体管的漏极；以及
第三开关，将所述第二晶体管的漏极连接至所述比较电路。
6.根据权利要求2所述的固态成像元件，
其中，所述多个晶体管包括：
第一晶体管，所述第一晶体管的漏极连接至所述比较电路；
第二晶体管和第三晶体管；以及
第四晶体管，所述第四晶体管的源极连接至预定的接地端子；并且
所述开关电路包括：
第一开关，将所述第一晶体管的源极连接至所述接地端子；
第二开关，将所述第一晶体管的源极连接至所述第二晶体管的漏极；
第三开关，将所述第二晶体管的漏极连接至所述比较电路；
第四开关，将所述第二晶体管的源极连接至所述接地端子；
第五开关，将所述第二晶体管的源极连接至所述第三晶体管的漏极；
第六开关，将所述第三晶体管的漏极连接至所述比较电路；
第七开关，将所述第三晶体管的源极连接至所述接地端子；
第八开关，将所述第三晶体管的源极连接至所述第四晶体管的漏极；以及
第九开关，将所述第四晶体管的漏极连接至所述比较电路。
7.根据权利要求1所述的固态成像元件，进一步包括：
偏置电路，生成恒定参考电流，
其中，所述参考电流被所述电流源复制。
8.根据权利要求1所述的固态成像元件，进一步包括：
图像处理部，基于排列所述计数值的图像数据测量照度，
其中，所述控制部将所述放大率控制为与所述照度对应的值。
9.根据权利要求1所述的固态成像元件，
其中，所述像素电路经由垂直信号线连接至所述比较电路，并且
所述比较电路插入所述垂直信号线与所述电流源之间。
10.根据权利要求1所述的固态成像元件，
其中，所述像素电路经由垂直信号线连接至所述比较电路，并且
所述电流源连接至所述垂直信号线。
11.根据权利要求1所述的固态成像元件，进一步包括：
发生器，生成具有锯齿波形的输出信号；以及
源极跟随器晶体管，从源极输出与所述输出信号对应的信号作为所述参考信号，
其中，所述电流源包括：
比较器内电流源，连接至所述比较电路；以及
源极跟随器电流源，连接至所述源极跟随器晶体管的源极。
12.一种成像装置，包括：
电流源，生成恒定电流；
像素电路，根据所述电流源的电导生成电压高于预定的下限电压的像素信号；
比较电路，以预定的放大率放大所述像素信号并将放大的像素信号与预定的参考信号进行比较；
控制部，当所述放大率增大时降低所述电导；
计数器，在直到所述比较电路的比较结果被反转的时间段内对计数值进行计数并输出所述计数值；以及
存储部，存储排列有指示所述计数值的数字信号的图像数据。
13.一种用于控制固态成像元件的方法，包括：
像素信号生成过程，通过像素电路根据生成恒定电流的电流源的电导生成电压高于预定的下限电压的像素信号；
比较过程，以预定的放大率放大所述像素信号并且将放大的像素信号与预定的参考信号进行比较；
控制过程，当所述放大率增大时降低所述电导；以及
计数过程，在直到比较电路的比较结果被反转的时间段内对计数值进行计数并且输出所述计数值。
14.一种光检测设备，包括：
像素，根据入射光输出像素信号；
垂直信号线，传输所述像素信号；
比较器，包括晶体管，所述晶体管的源极和漏极中的任一个连接至所述垂直信号线，并且所述晶体管的栅极接收参考信号；以及
电流源，连接至所述晶体管的所述源极和所述漏极中的另一个，
其中，所述电流源包括：
多个晶体管；以及
开关电路，切换所述多个晶体管的连接模式。
15.根据权利要求14所述的固态成像元件，
其中，所述多个晶体管包括串联连接至比较电路的第一晶体管和第二晶体管，
所述开关电路包括：
第一开关，将所述第一晶体管和所述第二晶体管的连接节点连接至预定的接地端子；
第二开关，将所述第二晶体管的源极连接至所述比较电路；以及
第三开关，将所述第二晶体管的源极连接至所述接地端子。
16.根据权利要求14所述的固态成像元件，
其中，所述多个晶体管包括串联连接至比较电路的第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，并且
所述开关电路包括：
第一开关，将所述第一晶体管和所述第二晶体管的连接节点连接至预定的接地端子；
第二开关，将所述第二晶体管和所述第三晶体管的连接节点连接至所述比较电路；
第三开关，将所述第二晶体管和所述第三晶体管的连接节点连接至所述接地端子；
第四开关，将所述第三晶体管和所述第四晶体管的连接节点连接至所述比较电路；
第五开关，将所述第三晶体管和所述第四晶体管的连接节点连接至所述接地端子；
第六开关，将所述第四晶体管的源极连接至所述比较电路；以及
第七开关，将所述第四晶体管的源极连接至所述接地端子。
17.根据权利要求14所述的固态成像元件，
其中，所述多个晶体管包括：
第一晶体管，所述第一晶体管的漏极连接至比较电路；以及
第二晶体管，所述第二晶体管的源极连接至预定的接地端子；并且
所述开关电路包括：
第一开关，将所述第一晶体管的源极连接至所述接地端子；
第二开关，将所述第一晶体管的源极连接至所述第二晶体管的漏极；以及
第三开关，将所述第二晶体管的漏极连接至所述比较电路。
18.根据权利要求14所述的固态成像元件，
其中，所述多个晶体管包括：
第一晶体管，所述第一晶体管的漏极连接至比较电路；
第二晶体管和第三晶体管；以及
第四晶体管，所述第四晶体管的源极连接至预定的接地端子；并且
所述开关电路包括：
第一开关，将所述第一晶体管的源极连接至所述接地端子；
第二开关，将所述第一晶体管的源极连接至所述第二晶体管的漏极；
第三开关，将所述第二晶体管的漏极连接至所述比较电路；
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