CN116233632A - 光电转换设备和装备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光电转换设备和装备。光电转换设备包括像素、处理器和控制器。各个处理器包括第一列电路和第二列电路，第一列电路和第二列电路中的每一个进行将从多个列的相应列中布置的像素输出的一个像素信号转换成数字信号的A/D转换。控制器包括生成器，该生成器被配置为生成在A/D转换中使用的第一信号以及不同于第一信号且在A/D转换中使用的第二信号。该设备还包括选择器，该选择器被配置为在第一信号被供给到第一列电路的时间段中，接收第一信号和第二信号，并且选择第一信号和第二信号其中之一并供给到第二列电路。

Description

光电转换设备和装备

技术领域

本发明涉及光电转换设备和装备。

背景技术

日本特开2011-041091描述了一种固态图像传感器，在该固态图像传感器中，两个比较器并联连接到针对各像素列读出信号的信号线。通过在两个比较器之间改变随时间而变化的参考电平、并且根据像素信号的信号电平切换并使用这两个比较器，可以提高使用像素信号时的自由度。例如，可以维持A/D转换速度，并且可以降低噪声。

另外，日本特开2019-068318描述了设置有选择要输入到比较器的斜坡信号的选择器的布置。描述了通过使用该选择器，将不同的增益施加到像素信号。

本发明的一些实施例提供了在进一步提高针对从像素输出的信号的处理的自由度方面有利的技术。

发明内容

根据一些实施例，提供了一种光电转换设备，包括：多个像素，其被布置成形成多个行和多个列；多个处理电路；以及控制电路，其被配置为控制所述多个处理电路，其中，所述多个处理电路中的各处理电路包括第一列电路和第二列电路，所述第一列电路和所述第二列电路各自进行将从所述多个列的相应列中所布置的像素输出的一个像素信号转换成数字信号的A/D转换，所述控制电路包括生成电路，所述生成电路被配置为生成在所述A/D转换中使用的第一信号、以及在所述A/D转换中使用的与所述第一信号不同的第二信号，以及所述光电转换设备还包括选择电路，所述选择电路被配置为在所述第一信号被供给到所述第一列电路的时间段中，接收所述第一信号和所述第二信号，并且选择所述第一信号和所述第二信号其中之一并供给到所述第二列电路。

通过以下(参考附图)对典型实施例的说明，本发明的更多特征将变得明显。

附图说明

图1是示出根据实施例的光电转换设备的布置示例的图；

图2是示出图1所示的光电转换设备的像素的布置示例的图；

图3是示出图1所示的光电转换设备的多路复用器的布置示例的电路图；

图4是示出图1所示的光电转换设备的操作示例的时序图；

图5是示出图1所示的光电转换设备的操作示例的时序图；

图6是用于说明图1所示的光电转换设备的操作的图；

图7是示出图1所示的光电转换设备的操作示例的时序图；

图8是示出图1所示的光电转换设备的变形例的图；

图9是示出图1所示的光电转换设备的变形例的图；

图10是示出图1所示的光电转换设备的变形例的图；

图11是示出图1所示的光电转换设备的变形例的图；

图12是示出图1所示的光电转换设备的变形例的图；

图13是示出图12所示的光电转换设备的像素的布置示例的图；

图14是示出图12所示的光电转换设备的变形例的图；

图15是示出图1所示的光电转换设备的布置示例的图；以及

图16是示出包含了根据本实施例的光电转换设备的装备的布置示例的图。

具体实施方式

在下文，将参考附图来详细说明实施例。注意，以下实施例并不旨在限制所要求保护的发明的范围。在实施例中描述了多个特征，但没有限制成需要所有这些特征的发明，并且可以适当地组合多个这些特征。此外，在附图中，将相同的附图标记赋予给相同或类似的结构，并且省略了其冗余说明。

参考图1至图15，将说明根据本发明的实施例的光电转换设备。在以下说明的实施例中，将主要说明摄像设备作为光电转换设备的示例。然而，各实施例不限于摄像设备，并且也可应用于光电转换设备的其他示例。光电转换设备的示例是测距设备(用于焦点检测或者使用TOF(飞行时间)的测距等的设备)和测光设备(用于测量入射光量等的设备)。

图1是示出根据本实施例的光电转换设备1的布置示例的图。光电转换设备1包括：像素阵列20，在该像素阵列20中布置有多个像素10以形成多个行和多个列；多个处理电路110，其与多个列分别相对应；以及控制电路50，用于控制多个处理电路110。这里，如图1所示，当表示多个处理电路110中的特定处理电路时，如处理电路110“a”那样，向各附图标记添加后缀。如果不需要区分处理电路，则将处理电路简单地表示为“处理电路110”。这也适用于其他组件。

从像素10输出的像素信号经由与布置在多个列的相应列中的像素10连接的信号线30被输入到与一个信号线30相对应的处理电路110。各信号线30连接到电流源40。由多个处理电路110处理的像素信号经由处理单元95从输出电路100被输出到光电转换设备1(芯片)的外部。

多个处理电路110中的每一个包括列电路111和列电路112，该列电路111和列电路112处理从多个列的相应列中布置的像素10输出的像素信号。更具体地，列电路111和列电路112中的每一个进行将从相应列中布置的像素10输出的一个像素信号转换成数字信号的A/D转换。在图1所示的布置中，列电路111包括比较器60、存储器70和存储器80，并且列电路112包括比较器61、存储器71和存储器81。计数器90连接到存储器70和71。

控制电路50包括生成电路51a和51b，该生成电路51a和51b分别生成在A/D转换中使用的第一信号和不同于第一信号且在A/D转换中使用的第二信号。控制电路50包括生成用于控制列电路111和列电路112中的信号处理(A/D转换)的第一信号的生成电路51a、以及生成与第一信号不同的(用于控制列电路111和列电路112中的信号处理(A/D转换)的)第二信号的生成电路51b。在图1所示的布置中，控制电路50包括生成第一信号的生成电路51a和生成第二信号的控制电路51b，但本发明不限于此。控制电路50可以包括一个生成电路51，并且生成电路51可以生成第一信号和第二信号。

光电转换设备1包括选择电路200，该选择电路200在第一信号被供给到列电路111的时间段中，接收第一信号和第二信号，并且选择第一信号和第二信号其中之一并将其供给到列电路112。在本实施例中，被布置为选择性地将第一信号或第二信号供给到列电路112的选择电路200是被设置成与多个处理电路110中的每一个相对应的多个多路复用器中的每一个。

图2示出一个像素10的电路布置的示例。像素10包括作为光电转换元件的光电二极管400、传送晶体管410、源极跟随器晶体管430、选择晶体管440和复位晶体管455。复位晶体管455复位用作浮动扩散的节点420的电位。在传送晶体管410接通时，在光电二极管400中生成的电荷被传送到节点420。传送到节点420的电荷通过与节点420相关联的寄生电容被转换成信号电压。该信号电压经由源极跟随器晶体管430和选择晶体管440作为像素信号被输出到信号线30。源极跟随器晶体管430连同图1所示的电流源40一起形成源极跟随器，并且节点420上的信号电压由源极跟随器缓冲并被输出到信号线30。

在图1所示的布置中，第一信号和第二信号分别是具有彼此不同的斜率的斜波RAMP1和RAMP2。比较器60a将输出到信号线30a的像素信号与从生成电路51a输出的斜波RAMP1进行比较。比较器60b将输出到信号线30c的像素信号与从生成电路51a输出的斜波RAMP1进行比较。存储器70a和70b分别在比较器60a和60b的输出被反转的定时捕获计数器90的计数信号。存储器71a和71b分别在比较器61a和61b的输出被反转的定时捕获计数器90的计数信号。因此，从像素10输出的像素信号被A/D转换。在存储器70和71中捕获到的数字信号被传送到存储器80和81，然后由处理单元95进行信号处理，并经由输出电路100被输出到芯片的外部。

这里，本实施例示出多个处理电路110使用共同的计数器90的示例。然而，可以采用如下的布置：供给共同的计数时钟，并且针对与各信号线30相对应的各处理电路110布置计数器。本实施例也可应用于该布置。在这种情况下，多个计数器90是与存储器70和71相对应地布置的。在图1中，未示出与连接到像素阵列20的偶数列中的像素10的信号线30b连接的电路，因为该电路可以具有与连接到信号线30a的电路的布置类似的布置。

在图3中示出用作选择电路200的多路复用器的布置示例。各多路复用器(选择电路200)包括分别接收第一信号和第二信号的输入端子IN1和IN2、以及将第一信号或第二信号供给到相应的列电路112的输出端子OUT。多路复用器(选择电路200)包括开关元件250和开关元件260，以将第一信号或第二信号供给到列电路112。在本实施例中，作为选择电路200所布置的多路复用器使得能够实现来自像素阵列20的像素信号的各种读出方法。以下将参考图4至图7来说明三个类型的读出方法。

首先，参考图4的时序图，将说明在比较器60和比较器61中通过同一增益对从像素10输出到信号线30的像素信号进行A/D转换的操作。在这种情况下，选择电路200向处理电路110的比较器61供给从控制电路50的生成电路51a作为第一信号输出的斜波RAMP1。例如，在图3所示的多路复用器(选择电路200)的开关元件250接通并且开关元件260断开时，将斜波RAMP1从生成电路51a供给到比较器61。此时，控制电路50的生成电路51b可以处于断开(OFF)状态。

在从时刻t0到时刻t1的时间段中，图2所示的控制信号RES被设置为高电平以接通复位晶体管455，并且节点420被复位。根据节点420的复位，信号线30a和30c中的每一个的电位被设置为复位电平。在时刻t1，控制信号RES被设置为低电平以断开复位晶体管455。然后，在时刻t2，生成电路51a开始生成斜波RAMP1。此外，在时刻t2，计数器90开始对计数信号输出进行向上计数。

在时刻t3，由于输入到比较器60和61的斜波RAMP1与从像素10输出到信号线30a和30c中的每一个的像素信号变得彼此相等，因此比较器60和61的输出被反转。计数器90测量比较器60和61的输出被反转所需的时间，并且这些时间分别被保持在存储器70和71中。因此，进行复位电平的A/D转换。A/D转换的结果被发送到存储器80和81，然后被发送到处理单元95。在时刻t4，由生成电路51a生成的斜波RAMP1被复位。

在从时刻t5到时刻t6的时间段中，图2所示的控制信号TX被设置为高电平以接通传送晶体管410，并且与入射到光电二极管400的光相对应的电荷从光电二极管400被传送到节点420。节点420的电位根据电荷的量而下降。因此，信号线30a和30c中的每一个的电位下降。从时刻t7起，生成电路51a再次开始生成斜波RAMP1。在时刻t8，比较器60和61的输出被反转。计数器90测量比较器60和61的输出被反转所需的时间，并且这些时间分别被保持在存储器70和71中。因此，进行光信号电平的A/D转换。A/D转换的结果被发送到存储器80和81，然后被发送到处理单元95。在处理单元95中，可以取光信号电平的A/D转换的结果与复位电平的A/D转换的结果之间的差，以进行所谓的数字CDS(相关双采样)处理。此外，可以通过对从存储器70a获取到的数据和从存储器71a获取到的数据求平均以及对从存储器70b获取到的数据和从存储器71b获取到的数据求平均来降低噪声。另外，通过断开生成电路51b，可以减少光电转换设备1中的电力消耗。

接着，参考图5，将说明在两个比较器60和61中通过不同增益对从像素输出到信号线30的信号进行A/D转换的操作。在这种情况下，选择电路200将从控制电路50的生成电路51b作为第二信号输出的斜波RAMP2供给到处理电路110的比较器61。例如，在图3所示的多路复用器(选择电路200)的开关元件260接通并且开关元件250断开时，将斜波RAMP2从生成电路51b供给到比较器61。

以下将主要说明与上述的图4所示的情况不同的部分。如图5所示，随时间而变化的斜波RAMP1的斜率小于斜波RAMP2的斜率。由此，可以在比较器60和比较器61中通过不同的增益进行A/D转换。在时刻t3，由于输入到比较器60的斜波RAMP1与信号线30a和30c中的每一个的处于复位电平的像素信号变得彼此相等，因此比较器60的输出被反转。另外，由于输入到比较器61的斜波RAMP2与信号线30a和30c中的每一个的处于复位电平的像素信号变得彼此相等，因此比较器61的输出被反转。计数器90测量比较器60和61的输出被反转所需的时间，并且这些时间分别被保持在存储器70和71中。因此，进行复位电平的A/D转换。A/D转换的结果被发送到存储器80和81，然后被发送到处理单元95。

在从时刻t5到时刻t6的时间段中，图2所示的控制信号TX被设置为高电平以接通传送晶体管410，并且与入射到光电二极管400的光相对应的电荷从光电二极管400被传送到节点420。节点420的电位根据电荷的量而下降。因此，信号线30a和30c中的每一个的电位下降。这里，将采用如下情况作为示例并进行说明：从连接到信号线30a的像素10输出的像素信号与从连接到信号线30c的像素10输出的像素信号相比具有更小的信号幅度和更低的亮度。

在时刻t8，由于输入到比较器61a的斜波RAMP2与信号线30a的处于光信号电平的像素信号变得彼此相等，因此比较器61a的输出被反转。另外，在时刻t9，由于输入到比较器60a的斜波RAMP1与信号线30a的像素信号变得彼此相等，因此比较器60a的输出被反转。此外，由于输入到比较器61b的斜波RAMP2和信号线30c的处于光信号电平的像素信号变得彼此相等，因此比较器61b的输出被反转。计数器90测量比较器60和61的输出被反转所需的时间，并且这些时间分别被保存在存储器70和71中。因此，进行光信号电平的A/D转换。另一方面，即使在时刻t10，输入到比较器60b的斜波RAMP1与信号线30c的像素信号也没有变得彼此相等，因此比较器60b的输出不被反转。

因此，存储器70b保持处于例如保持值“0”的状态。A/D转换的结果被发送到存储器80和81，然后被发送到处理单元95。然后，在处理单元95中，可以取光信号电平的A/D转换的结果与复位电平的A/D转换的结果之间的差以进行所谓的数字CDS处理。从存储器70a获得输出到信号线30a的像素信号的高增益A/D转换信号，并且从存储器71a获得输出到信号线30a的像素信号的低增益A/D转换信号。另外，从存储器71b获得输出到信号线30c的像素信号的低增益A/D转换信号。另一方面，由于处于光信号电平的像素信号的A/D转换的结果为“0”，因此存储器70b中的信号被认为是无效的。因此，该信号不用于随后的信号处理。

以下将说明在处理单元95中进一步进行信号处理的示例。如以上已说明的，对于供给到信号线30a的低亮度像素信号，获得低增益A/D转换信号和高增益A/D转换信号这两者。另一方面，对于供给到信号线30c的高亮度像素信号，仅获得低增益A/D转换信号。对于低亮度像素信号，使用高增益A/D转换信号来抑制输入换算噪声。因此，可以使用高增益A/D转换信号。另一方面，对于高亮度像素信号，由于仅获得低增益A/D转换信号，因此使用在列电路112b中获得的A/D转换信号。图6示出这种情况下的照度和输出之间的关系。

可以看出，在使用利用斜波RAMP1的高增益A/D转换信号的低亮度侧和使用利用斜波RAMP2的低增益A/D转换信号的高亮度侧之间增益改变。在这种情况下，在处理单元95中，可以进行在使用利用斜波RAMP1的高增益A/D转换信号的低亮度侧通过数字增益来减小增益的处理，以使增益一致并将这两个信号合成。在低亮度侧，由于如上所述获得了低增益A/D转换信号和高增益A/D转换信号这两者，因此可以对边界部分附近的照度进行使用这两个信号的处理。也就是说，高增益A/D转换信号可以用于低亮度，低增益A/D转换信号和高增益A/D转换信号可以用于中间亮度，并且低增益A/D转换信号可以用于高亮度。这样，可以获得抑制高亮度和低亮度之间的边界部分附近的线性误差的效果。

如以上已说明的，由于高增益A/D转换信号用于低亮度，因此低增益A/D转换信号被浪费。因此，如图7所示，可以以低增益和高增益对供给到信号线30c的像素信号进行A/D转换，但可以通过将斜波RAMP1供给到列电路111a和112a的比较器60a和61a这两者来在比较器60a和61a这两者中以高增益对供给到信号线30a的低亮度像素信号进行A/D转换。也就是说，可以针对各列改变选择电路200的操作。这样，可以通过对从信号线30a获得的两个高增益A/D转换信号进行平均来进一步降低噪声。在这种情况下，如图7所示，在供给到信号线30a的像素信号的A/D转换中仅使用斜波RAMP1。

例如，在连接到信号线30a的像素10的感光度低、使得从信号线30a恒定地输出与低亮度相对应的信号的情况下，可以进行如图7所示的操作。此外，例如，光电转换设备1可以包括监视信号线30的信号幅度的电路，并且可以根据从像素10供给到信号线30的像素信号的幅度来针对各信号线30改变选择电路200的操作。在这种情况下，例如，在进行处于复位电平的像素信号的A/D转换时，可以在两个比较器60和61中进行通过高增益的A/D转换，并且在进行处于光信号电平的像素信号的A/D转换时，可以根据入射到像素10的光的亮度来进行通过合适增益的A/D转换。

如以上已说明的，在通过同一增益使用两个比较器60和61进行供给到信号线30的像素信号的A/D转换时，可以断开生成斜波的生成电路51a和51b其中之一。因此，可以进行省电读出操作。另外，可以使用两个比较器60和61通过不同的增益对供给到信号线30的像素信号进行A/D转换。此外，例如，可以进行如下的操作：通过同一增益使用比较器60a和61a对供给到信号线30a的像素信号进行A/D转换，并且通过不同的增益使用比较器60b和61b对供给到信号线30c的像素信号进行A/D转换。以这种方式，光电转换设备1可以支持各种读出方法，使得可以增加针对从像素10输出的信号的处理的自由度。

在图1所示的布置中，多个选择电路200是与多个处理电路110相对应地布置的，但本发明不限于此。如图8所示，选择电路200可以布置在生成电路51a和51b与列电路111和112之间。也就是说，控制电路50可以包括例如多路复用器作为选择电路200。选择电路200包括分别接收第一信号(斜波RAMP1)和第二信号(斜波RAMP2)的输入端子、以及将第一信号或第二信号供给到多个处理电路110中布置的多个列电路112的输出端子。然而，图8所示的布置不能进行上述的三个类型的读出方法中的、如参考图7所述的针对各列改变选择电路200的操作的方法。此外，在图8所示的布置中，由于选择电路200中的开关元件250和260中的每一个的导通电阻用作比较器60和61的共同阻抗分量，因此导通电阻可能导致比较器60和61之间的干扰。因此，作为选择电路200的布置，图1所示的布置在自由度和电路操作方面比图8所示的布置更合适。

在图1所示的布置中，采用比较器60和61中的A/D转换的增益控制作为示例来说明针对从像素输出的信号的处理的自由度的提高，但本发明不限于此。如图9所示，使用可变增益放大器还可以增加来自像素10的像素信号的各种读出方法的数量。

在图9所示的布置中，控制电路50包括增益控制电路301a和301b。多个处理电路110的每一个中的用于处理从相应列中布置的像素10输出的像素信号的列电路111和列电路112分别包括可变增益放大器350和可变增益放大器351。可变增益放大器350和351中的每一个可以包括反相放大器320、输入电容330和反馈电容340。可变增益放大器350和351根据从增益控制电路301a供给的第一信号和从增益控制电路301b供给的第二信号，以彼此不同的放大因子放大供给到信号线30的像素信号。同样在这种情况下，通过切换如图3所示的多路复用器(选择电路200)的输入端子和输出端子之间的开关元件250和260，可以进行供给到信号线30a和30c中的每一个的像素信号的通过同一增益的读出操作、通过供给到信号线30a和30c中的每一个的像素信号的通过不同增益的读出操作、以及在针对信号线30a和30c中的每一个在同一增益和不同增益之间切换的情况下的像素信号的读出操作。

在参考图1至图9的说明中，说明了选择电路200连接到处理电路110中所布置的列电路112、并且控制电路50选择性地将第一信号或第二信号供给到列电路112，但本发明不限于此。可以采用如下的布置：输入第一信号和第二信号，并且选择第一信号和第二信号其中之一并将其供给到列电路111。也就是说，将第一信号或第二信号供给到列电路111的选择电路210可以与选择电路200分开布置。例如，如图10所示，选择电路210是被设置为与多个处理电路110中的每一个相对应的多个多路复用器中的每一个，各多路复用器包括分别接收第一信号和第二信号的输入端子IN1和IN2、以及将第一信号或第二信号供给到相应的列电路111的输出端子OUT。在图10中，未示出列电路111和112中的布置在比较器60和61的处理单元95侧的部分。

在布置了选择电路210的情况下，也可以将斜波RAMP2从生成电路51b供给到比较器60。这使得能够实现像素信号的更多种读出方法。另外，当在比较器60和61中通过同一增益进行A/D转换时，通过将第一信号(斜波RAMP1)或第二信号(斜波RAMP2)经由选择电路200和210供给到比较器60和61这两者，斜波RAMP1和RAMP2的阻抗变得基本相同，使得可以减少读出像素信号时的特性差异。

可替代地，如图11所示，控制电路50还可以包括开关元件220，该开关元件220使生成电路51a的输出和生成电路51b的输出短路。利用该布置，在从生成电路51a和生成电路51b供给具有相同斜率的斜波RAMP(使用相同的斜率信号作为斜波RAMP1和斜波RAMP2)的情况下，接通开关元件220以使生成电路51a的输出和生成电路51b的输出短路。这样，可以使用两个信号线来发送斜波RAMP，并且可以减小斜坡信号线的阻抗。

接着，将参考图12来说明图1所示的光电转换设备1的变形例。在图1所示的布置中，列电路111和列电路112并联连接到与像素阵列20的多个列的一个相应列中布置的像素10连接的信号线30。另一方面，在图12所示的布置中，针对布置有像素10的一个列布置两个信号线30和31。利用该布置，除上述的三个类型的读出方法之外，还可以同时读出两行中的像素10的像素信号。此外，由于包括选择电路200，因此例如，在从两行中的像素10同时读出像素信号时，可以使用由单个生成电路51a生成的斜波RAMP1对像素信号进行A/D转换。这样，可以抑制在读出的像素信号所来自的两行之间产生特性差异。

在图12所示的布置中，配置成使得：列电路111连接到与像素阵列20的多个列的一个相应列中布置的像素连接的信号线30，并且列电路112选择性地连接到信号线30或者与连接到信号线30的像素10中的一部分像素10连接的信号线31。因此，光电转换设备1包括诸如与处理电路110相对应地设置的多个多路复用器等的选择电路500。选择电路500包括分别连接到信号线30和31的输入端子、以及将输出到信号线30的像素信号或输出到信号线31的像素信号供给到相应的列电路112的输出端子。

可以配置成使得：列电路112连接到与像素阵列20的多个列的一个相应列中布置的像素10连接的信号线30，并且列电路111选择性地连接到信号线30或者与连接到信号线30的像素10中的一部分像素10连接的信号线31。也就是说，可以配置成使得：列电路111和列电路112中的一个列电路连接到与像素阵列20的多个列的一个相应列中布置的像素10连接的信号线30，并且列电路111和列电路112中的另一列电路选择性地连接到信号线30或者与连接到信号线30的像素10中的一部分像素10连接的信号线31。可替代地，可以配置成使得：将列电路111和列电路112这两者选择性地连接到信号线30或者与连接到信号线30的像素10中的一部分像素10连接的信号线31。

图13示出图12所示的布置中的像素10的电路的示例。与图2所示的像素10的布置相比，像素10还包括选择晶体管441。利用该布置，可以将像素信号从像素10输出到信号线30和31这两者。在图12所示的布置中，选择晶体管440按各行交替地连接到信号线30和信号线31。另一方面，选择晶体管441在所有行中都单独连接到信号线30。在本实施例中，在从像素阵列20的像素10读出一行的像素信号时，使用选择晶体管441将像素信号输出到信号线30。在从像素阵列20的像素10读出两行的像素信号时，使用选择晶体管440和441将两行的像素信号同时输出到信号线30和31。

在读出一行的像素信号的情况下，使用选择电路500将信号线30连接到比较器61。在这种情况下，可以进行与上述读出方法类似的三个类型的读出方法。在读出两行的像素信号的情况下，使用选择电路500将信号线31连接到比较器61。在这种情况下，可以同时读出两行中的像素10的像素信号。另外，由于布置了选择电路200，因此可以在比较器60和61中使用同一斜波RAMP1的情况下读出两行的像素信号。这样，可以抑制在同时读出的像素信号所来自的两行的信号之间产生诸如行之间的差异等的特性差异。

图14示出图12所示的光电转换设备1的变形例。以下将主要说明与图12所示的布置的不同之处。在图14所示的布置中，针对布置有像素10的一列布置四个信号线30、31、32和33。另外，与多个处理电路110中的每一个相对应地布置诸如多路复用器等的选择电路501。多个处理电路110中的每一个还包括处理像素信号的列电路113和列电路114。利用该布置，可以同时读出四行的像素信号。控制电路50的选择电路200连接到比较器61和比较器63。利用该布置，可以减小处理电路110的面积。在图14中，未示出列电路111至114中的布置在比较器60至63的处理单元95侧的部分。

在图14中所示的布置中，配置成使得：列电路111连接到与像素阵列20的多个列的一个相应列中布置的像素连接的信号线30，并且列电路112选择性地连接到信号线30或者与连接到信号线30的像素10中的一部分像素10连接的信号线31。选择电路500包括分别连接到信号线30和31的输入端子、以及将输出到信号线30的像素信号或输出到信号线31的像素信号供给到相应的列电路112的输出端子。

可以配置成使得：列电路112连接到与像素阵列20的多个列的一个相应列中布置的像素10连接的信号线30，并且列电路111选择性地连接到信号线30或者与连接到信号线30的像素10中的一部分像素10连接的信号线31。也就是说，可以配置成使得：列电路111和列电路112中的一个列电路连接到与像素阵列20的多个列的一个相应列中布置的像素10连接的信号线30，并且列电路111和列电路112中的另一列电路选择性地连接到信号线30或者与连接到信号线30的像素10中的一部分像素10连接的信号线31。可替代地，可以配置成使得：将列电路111和列电路112这两者选择性地连接到信号线30或者与连接到信号线30的像素10中的一部分像素10连接的信号线31。

此外，在图14所示的布置中，配置成使得：列电路113连接到与像素阵列20的多个列的一个相应列中布置的像素连接的信号线32，并且列电路114选择性地连接到信号线32或者与连接到信号线32的像素10中的一部分像素10连接的信号线33。如以上已说明的，选择电路501是与各处理电路110相对应地布置的。选择电路501包括分别连接到信号线32和33的输入端子、以及将输出到信号线32的像素信号或输出到信号线33的像素信号供给到相应的列电路114的输出端子。

可以配置成使得：列电路114连接到与像素阵列20的多个列的一个相应列中布置的像素10连接的信号线32，并且列电路113选择性地连接到信号线32或者与连接到信号线32的像素10中的一部分像素10连接的信号线33。也就是说，可以配置成使得：列电路113和列电路114中的一个列电路连接到与像素阵列20的多个列的一个相应列中布置的像素10连接的信号线32，并且列电路113和列电路114中的另一列电路选择性地连接到信号线32或者与连接到信号线32的像素10中的一部分像素10连接的信号线33。可替代地，可以配置成使得：将列电路113和列电路114这两者选择性地连接到信号线32或者与连接到信号线32的像素10中的一部分像素10连接的信号线33。

在图14中，在同时读出四行的像素信号时，使用选择电路500将信号线31连接到比较器61，并且使用选择电路501将信号线33连接到比较器63。这样，可以通过比较器60至63同时读出从像素10输出到信号线30至33的像素信号。另外，由于布置了选择电路200，因此可以在比较器60至63中使用同一斜波RAMP1的情况下读出四行的像素信号。这样，可以抑制在同时读出的像素信号所来自的四行的信号之间产生诸如行之间的差异等的特性差异。此外，由于比较器61和比较器63共用选择电路200，因此可以减小处理电路110的电路规模(例如，其面积)。

多个像素10可以包括用于检测不同颜色的像素。例如，多个像素10可以包括用于检测红色光的像素、用于检测蓝色光的像素和用于检测绿色光的像素。在这种情况下，比较器61和比较器63可以用于读出从相同颜色的像素10输出的像素信号。由于比较器61和比较器63共用选择电路200，因此可以防止不同颜色之间的串扰的发生。

光电转换设备1的形式不限于上述实施例。例如，像素10不限于图2所示的布置。例如，可以使用能够切换节点420的电容的布置。此外，在像素10中，多个光电二极管400可以共用节点420。像素10可以具有多个光电二极管400布置在一个微透镜下方并且可以检测相位差的布置。比较器60至63中的每一个可以包括自调零操作所用的电容、以及开关等。

例如，如图15所示，光电转换设备1可以包括至少部分地彼此堆叠的基板1001和基板1002。在这种情况下，可以在基板1001中布置包括多个像素10的像素阵列20，并且可以在基板1002中布置多个处理电路110。可以在基板1002中布置控制电路50。在基板1001和基板1002堆叠的情况下，如图15的箭头所示，光可以从基板1001侧入射。通过使用基板1001和基板1002的堆叠布置，例如，可以抑制像素10和相应的处理电路110之间的布线长度变长，使得可以减小布线图案的寄生电容。因此，可以提高光电转换设备1的处理能力。另外，通过使用基板1001和基板1002的堆叠布置，例如，可以抑制光电转换设备1的芯片面积。此外，光电转换设备1可以包括三个或多于三个基板。在这种情况下，例如，可以在与基板1001和1002不同的基板中布置诸如处理单元95和输出电路100等的组件。

以上说明了使用斜波进行A/D转换的形式(所谓的斜率型A/D转换)，但本发明也可应用于另一A/D转换格式。例如，本发明可应用于逐次逼近型A/D转换。在这种情况下，生成电路51a和51b中的每一个可以输出基准信号来代替斜波。此时，可以在由生成电路51a输出的基准信号和由生成电路51b输出的基准信号之间设置电位差(偏移)。各列电路111包括基准信号被输入到的电容元件组，并且从电容元件组输出的信号代替斜波被输入到比较器60和61。利用该布置，可以进行逐次逼近型A/D转换操作。

此外，在本实施例中，说明了使用多个生成电路来输出多个斜波的形式，但一个生成电路可以生成多个斜波。作为该形式，例如，可以通过在发送斜波RAMP1的布线图案和发送斜波RAMP2的布线图案之间改变电容值来在斜波RAMP1和斜波RAMP2之间改变斜率。作为改变电容值的方法，例如，将电容元件连接到发送斜波RAMP1的布线图案和发送斜波RAMP2的布线图案中的一个布线图案。没有电容元件连接到这些布线图案中的另一布线图案。

以下将说明根据上述实施例的光电转换设备1的应用示例。图16是包含了光电转换设备1的电子装备EQP的示意图。装备EQP也可以称为电子装备。图16示出作为电子装备EQP的示例的照相机。这里的照相机的概念不仅包括主要目的是摄像的设备，而且还包括辅助地具有摄像功能的设备(例如，个人计算机或诸如智能电话等的移动终端)。

光电转换设备1可以是具有包括像素阵列20的堆叠结构的半导体芯片。如图16所示，光电转换设备1包含在半导体封装PKG中。半导体封装PKG可以包括固定有光电转换设备1的基体、面向光电转换设备1的诸如玻璃等的盖、以及用于将基体中布置的端子连接到光电转换设备1中布置的端子的诸如接合线或凸块等的导电性连接构件。装备EQP还可以包括光学系统OPT、控制装置CTRL、处理装置PRCS、显示装置DSPL和存储装置MMRY中的至少一个。

光学系统OPT是用于在光电转换设备1上形成图像的系统，并且例如可以是透镜、快门和反射镜。控制装置CTRL是用于控制光电转换设备1的操作的装置，并且例如可以是诸如ASIC等的半导体装置。处理装置PRCS用作处理从光电转换设备1输出的信号的信号处理单元，并且例如可以是诸如CPU或ASIC等的半导体装置。显示装置DSPL可以是显示由光电转换设备1获得的图像数据的EL显示装置或液晶显示装置。存储装置MMRY是用于存储由光电转换设备1获得的图像数据的磁装置或半导体装置。存储装置MMR可以是诸如SRAM或DRAM等的易失性存储器或者诸如闪速存储器或硬盘驱动器等的非易失性存储器。机械装置MCHN包括诸如马达或引擎等的移动或推进单元。照相机中的机械装置MCHN可以驱动光学系统OPT的组件以进行变焦、调焦和快门操作。在装备EQP中，将从光电转换设备1输出的图像数据显示在显示装置DSPl上，或者通过装备EQP中所包括的通信装置(未示出)发送到外部装置。因此，装备EQP还可以包括存储装置MMRY和处理装置PRCS。

包含了光电转换设备1的照相机也可应用作为监控照相机或者诸如汽车、列车、轮船、飞机或工业机器人等的运输装备中安装的机载照相机。另外，包含了光电转换设备1的照相机不限于运输装备，而是还可应用于诸如智能运输系统(ITS)等的广泛地使用物体识别的装备。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改以及等同结构和功能。

Claims (15)

1.一种光电转换设备，包括：

多个像素，其被布置成形成多个行和多个列；

多个处理电路；以及

控制电路，其被配置为控制所述多个处理电路，

其中，所述多个处理电路中的各处理电路包括第一列电路和第二列电路，所述第一列电路和所述第二列电路各自进行将从所述多个列的相应列中所布置的像素输出的一个像素信号转换成数字信号的A/D转换，

所述控制电路包括生成电路，所述生成电路被配置为生成在所述A/D转换中使用的第一信号、以及在所述A/D转换中使用的与所述第一信号不同的第二信号，以及

所述光电转换设备还包括选择电路，所述选择电路被配置为在所述第一信号被供给到所述第一列电路的时间段中，接收所述第一信号和所述第二信号，并且选择所述第一信号和所述第二信号其中之一并供给到所述第二列电路。

2.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，

所述选择电路是被设置成与所述多个处理电路中的各处理电路相对应的多个多路复用器中的各多路复用器，以及

所述多个多路复用器中的各多路复用器包括被配置为分别接收所述第一信号和所述第二信号的输入端子、以及被配置为将所述第一信号和所述第二信号其中之一供给到相应的第二列电路的输出端子。

3.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，

所述控制电路包括多路复用器作为所述选择电路，以及

所述多路复用器包括被配置为分别接收所述第一信号和所述第二信号的输入端子、以及被配置为将所述第一信号和所述第二信号其中之一供给到多个所述第二列电路的输出端子，各个所述第二列电路布置在所述多个处理电路中的各处理电路中。

4.根据权利要求1所述的光电转换设备，还包括：

与所述选择电路不同的另一选择电路，其被配置为接收所述第一信号和所述第二信号，并且选择所述第一信号和所述第二信号其中之一并供给到所述第一列电路。

5.根据权利要求4所述的光电转换设备，其中，

所述另一选择电路是被设置成与所述多个处理电路中的各处理电路相对应的多个多路复用器中的各多路复用器，各多路复用器包括被配置为分别接收所述第一信号和所述第二信号的输入端子、以及被配置为将所述第一信号和所述第二信号其中之一供给到相应的第一列电路的输出端子。

6.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，

所述生成电路包括被配置为生成所述第一信号的第一生成电路、以及被配置为生成所述第二信号的第二生成电路。

7.根据权利要求6所述的光电转换设备，其中，

所述控制电路还包括开关元件，所述开关元件被配置为使所述第一生成电路的输出和所述第二生成电路的输出短路。

8.根据权利要求6所述的光电转换设备，其中，

所述第一信号和所述第二信号是具有彼此不同的斜率的斜波，以及

所述第一列电路和所述第二列电路各自包括比较器，所述比较器被配置为将所述像素信号和所述斜波进行比较。

9.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，

所述第一列电路和所述第二列电路各自包括可变增益放大器，以及

所述可变增益放大器被配置为根据所述第一信号和所述第二信号来以彼此不同的放大因子放大所述像素信号。

10.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，

所述第一列电路和所述第二列电路并联连接到与所述多个列的一个相应列中所布置的像素相连接的信号线。

11.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，

所述第一列电路和所述第二列电路中的一个列电路连接到与所述多个列的一个相应列中所布置的像素相连接的第一信号线，以及

所述第一列电路和所述第二列电路中的另一列电路选择性地连接到所述第一信号线和与连接到所述第一信号线的像素中的一部分像素相连接的第二信号线其中之一。

12.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，

所述多个处理电路中的各处理电路还包括第三列电路和第四列电路，所述第三列电路和所述第四列电路各自进行将所述像素信号转换成数字信号的A/D转换，

在所述第一信号被供给到所述第三列电路的时间段中，所述选择电路选择所述第一信号和所述第二信号其中之一并供给到所述第四列电路，

所述第一列电路和所述第二列电路中的一个列电路连接到与所述多个列的一个相应列中所布置的像素相连接的第一信号线，

所述第一列电路和所述第二列电路中的另一电路选择性地连接到所述第一信号线和与连接到所述第一信号线的像素中的一部分像素相连接的第二信号线其中之一，

所述第三列电路和所述第四列电路中的一个列电路连接到第三信号线，所述第三信号线连接到与连接到所述第一信号线的像素相同的像素，以及

所述第三列电路和所述第四列电路中的另一列电路选择性地连接到所述第三信号线和与连接到所述第三信号线的像素中的一部分像素相连接的第四信号线其中之一。

13.根据权利要求1所述的光电转换设备，还包括：

至少部分地彼此堆叠的第一基板和第二基板，

其中，所述多个像素布置在所述第一基板中，以及

所述多个处理电路布置在所述第二基板中。

14.根据权利要求13所述的光电转换设备，其中，

所述控制电路布置在所述第二基板中。

15.一种装备，包括：

根据权利要求1至14中任一项所述的光电转换设备；以及

信号处理器，其被配置为处理从所述光电转换设备输出的信号。

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