CN117678237A

CN117678237A - 摄像装置和电子设备

Info

Publication number: CN117678237A
Application number: CN202280050193.4A
Authority: CN
Inventors: 松浦浩二
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2021-08-26
Filing date: 2022-03-29
Publication date: 2024-03-08
Also published as: US20240340555A1; DE112022004142T5; JPWO2023026565A1; WO2023026565A1

Abstract

[问题]为了在光电转换的宽动态范围的同时提高帧速率并降低功耗。[解决方案]一种摄像装置，包括：第一光电转换单元；向第一信号线输出与由第一光电转换单元光电转换的电荷相对应的第一像素信号的第一读出电路；具有比第一光电转换单元更小的光接收面积的第二光电转换单元；向第二信号线输出与由第二光电转换单元光电转换的电荷相对应的第二像素信号的第二读出电路；基于将第二像素信号与参考信号进行比较的结果来选择第一像素信号或第二像素信号的像素信号选择器；以及模数转换器，通过将由像素信号选择器选择的像素信号与电位电平随时间变化的参考信号进行比较，将像素信号转换为数字像素信号。

Description

摄像装置和电子设备

技术领域

本公开涉及一种摄像装置和电子设备。

背景技术

已知一种互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器(在下文中，也被称为CIS)，其以比较器将模拟像素信号与线性变化的参考信号进行比较并且对时间进行计数直到参考信号与像素信号交叉的方式对像素信号执行模数(AD)转换。

存在各种类型的CIS，并且已经提出了用于光电转换的具有宽动态范围的CIS，其中每个像素包括具有不同的光接收面积的多个光电转换元件，并且以多种方式切换像素的灵敏度和电荷-电压转换效率来执行AD转换(参见专利文献1)。

[引文列表]

[专利文献]

[专利文献1]：JP 2017-175345A

发明内容

[技术问题]

典型的AD转换以像素列为单位执行，并且需要在一个水平线(horizontal line)时段内读出在行(线(line))方向上配置的像素。存在如下问题：对于如上所述在切换灵敏度和转换效率的同时读出每个像素，需要花时间来读出，从而不可能增加帧速率。另外，每次切换灵敏度或转换效率时，都需要改变垂直信号线上的像素信号，从而增加功耗。

因此，本公开提供了一种摄像装置和电子设备，其可以增加帧速率并降低功耗以及具有用于光电转换的宽动态范围。

[问题的解决方案]

为了解决上述问题，提供了根据本公开的摄像装置，包括：

第一光电转换单元；

第一读出电路，其向第一信号线输出与由所述第一光电转换单元光电转换的电荷相对应的第一像素信号；

第二光电转换单元，其具有比所述第一光电转换单元更小的光接收面积；

第二读出电路，其向第二信号线输出与由所述第二光电转换单元光电转换的电荷相对应的第二像素信号；

像素信号选择器，其基于将所述第二像素信号与参考信号进行比较的结果来选择所述第一像素信号或所述第二像素信号；和

模数转换器，其通过将由所述像素信号选择器选择的像素信号与电位电平随时间变化的参考信号进行比较来将所述像素信号转换为数字像素信号。

可以包括在第一方向和第二方向上配置的多个像素，

从在所述第二方向上配置的两个以上像素中的每个像素输出的所述第一像素信号和所述第二像素信号可以分别被输出到公共的所述第一信号线和公共的所述第二信号线，

所述模数转换器可以针对由在所述第二方向上配置的两个以上像素构成的每个像素列配置，

所述多个像素中的每个像素可以包括所述第一光电转换单元、所述第一读出电路、所述第二光电转换单元和所述第二读出电路，并且

所述像素信号选择器可以针对在所述第二方向上配置的每个所述像素列设置。

所述模数转换器可以包括：

比较器，其将由所述像素信号选择器选择的像素信号与所述参考信号进行比较，和

计数器，其执行计数操作直到所述比较器检测到所述像素信号和所述参考信号之间一致为止，并且

所述模数转换器基于所述计数器的计数值生成与由所述像素信号选择器选择的像素信号相对应的所述数字像素信号。

所述比较器可以基于由所述像素信号选择器选择的像素信号与所述参考信号之间的比较来判定摄像开始时的照度是否等于或大于预定的参考电平，并且

所述像素信号选择器可以在当摄像开始时的照度等于或大于所述参考电平时，选择所述第二像素信号，并且当所述照度小于所述参考电平时，选择所述第一像素信号。

可以包括第一浮动扩散区域，其累积由所述第一光电转换单元光电转换的电荷；和

第二浮动扩散区域，其累积由所述第二光电转换单元光电转换的电荷，

所述像素信号选择器可以基于由所述比较器将与由所述第二光电转换单元光电转换并累积在所述第二浮动扩散区域中的电荷相对应的所述第二像素信号与所述参考信号进行比较的结果来选择所述第一像素信号或所述第二像素信号。

所述比较器可以在摄像开始时执行第一比较处理，所述第一比较处理将与所述第二浮动扩散区域中的电荷已经被排出的状态下的所述第二浮动扩散区域的电位相对应的所述第二像素信号与所述参考信号进行比较，然后执行第二比较处理，所述第二比较处理将与由所述第二光电转换单元光电转换并累积在所述第二浮动扩散区域中的电荷相对应的所述第二像素信号与所述参考信号进行比较，并且

所述像素信号选择器可以基于所述第二比较处理的结果来选择所述第一像素信号或所述第二像素信号。

所述比较器可以通过所述第二比较处理来判定摄像开始时的照度是否等于或大于所述参考电平，并且

所述像素信号选择器可以在所述照度等于或大于所述参考电平时选择所述第二像素信号，并且在所述照度小于所述参考电平时选择所述第一像素信号。

当在所述第二比较处理中判定所述照度等于或大于所述参考电平时，所述比较器可以执行第三比较处理，所述第三比较处理将与由所述第二光电转换单元光电转换并累积在所述第二浮动扩散区域中的电荷相对应的所述第二像素信号与所述参考信号进行比较，然后执行第四比较处理，所述第四比较处理将与所述第二浮动扩散区域中的电荷已经被排出的状态下的所述第二浮动扩散区域的电位相对应的所述第二像素信号与所述参考信号进行比较。

所述第一读出电路可以具有可变的电荷-电压转换效率，并且

当在所述第二比较处理中判定所述照度小于所述参考电平时，所述比较器可以执行第五比较处理，所述第五比较处理将与所述第一浮动扩散区域中的电荷已经被排出的状态下的所述第一浮动扩散区域的电位相对应的所述第一像素信号与所述参考信号进行比较，然后执行第六比较处理，所述第六比较处理具有比在所述第五比较处理中更高的电荷-电位转换效率并且将与所述第一浮动扩散区域中的电荷已经被排出的状态下的所述第一浮动扩散区域的电位相对应的所述第一像素信号与所述参考信号进行比较，然后执行第七比较处理，所述第七比较处理具有与在所述第六比较处理中相同的电荷-电位转换效率并且将与由所述第一光电转换单元光电转换的电荷相对应的所述第一像素信号与所述参考信号进行比较，然后执行第八比较处理，所述第八比较处理具有与在所述第五比较处理中相同的电荷-电位转换效率并且将与由所述第一光电转换单元光电转换的电荷相对应的所述第一像素信号与所述参考信号进行比较。

所述比较器可以包括：

第一差分晶体管对，当在所述第二比较处理中判定所述照度小于所述参考电平时，所述第一差分晶体管对将由所述像素信号选择器选择的像素信号与所述参考信号进行比较，和

第二差分晶体管对，当执行所述第一比较处理时以及当在所述第二比较处理中判定所述照度等于或大于所述参考电平时，所述第二差分晶体管对将由所述像素信号选择器选择的像素信号与所述参考信号进行比较。

所述第一差分晶体管对可以包括第一晶体管和第二晶体管，

所述第二差分晶体管对可以包括第三晶体管和第四晶体管，并且

所述比较器可以包括：

第一开关和第一电容器，其串联连接在所述第一晶体管的栅极和所述像素信号选择器的输出节点之间，

第二开关和第二电容器，其串联连接在所述第二晶体管的栅极和所述参考信号的输入节点之间，

第三开关和第三电容器，其串联连接在所述第三晶体管的栅极和所述像素信号选择器的输出节点之间，

第四开关和第四电容器，其串联连接在所述第四晶体管的栅极和所述参考信号的输入节点之间，

第五开关，其切换是否使所述第一晶体管的栅极和漏极短路，

第六开关，其切换是否使所述第二晶体管的栅极和漏极短路，

第七开关，其切换是否使所述第三晶体管的栅极和漏极短路，和

第八开关，其切换是否使所述第四晶体管的栅极和漏极短路。

在每个像素的摄像开始时，所述比较器可以断开所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关，并且导通所述第五开关和所述第六开关，并且暂时导通所述第七开关和所述第八开关然后断开，以在所述第三电容器中累积与由所述像素信号选择器选择的所述第二像素信号相对应的电荷，并且在所述第四电容器中累积与所述参考信号相对应的电荷。

可以包括采样保持电路，所述采样保持电路包括：第一保持电路和第二保持电路，其交替地保持由所述像素信号选择器选择的像素信号，和采样保持选择器，其交替地选择并输出由所述第一保持电路和所述第二保持电路保持的像素信号，并且

所述模数转换器可以将所述采样保持电路的输出信号转换为所述数字像素信号。

在所述第一保持电路和所述第二保持电路中的一个将所保持的像素信号输入到所述模数转换器的时段，所述第一保持电路和所述第二保持电路中的另一个可以保持由所述像素信号选择器选择的像素信号。

所述模数转换器可以包括：

比较器，其将所述采样保持电路的输出信号与所述参考信号进行比较，和

计数器，其执行计数操作直到所述比较器检测到所述输出信号和所述参考信号之间一致为止，并且

所述比较器可以基于所述采样保持电路的输出信号与所述参考信号之间的比较来判定摄像开始时的照度是否等于或大于预定的参考电平，并且

在摄像开始时，所述第一保持电路可以保持与所述第二浮动扩散区域中的电荷已经被排出的状态下的所述第二浮动扩散区域的电位相对应的所述第二像素信号，然后将所保持的第二像素信号输入到所述比较器，

所述第二保持电路可以与所述第一保持电路将所述第二像素信号输入到所述比较器的定时同步地保持与由所述第二光电转换单元光电转换并累积在所述第二浮动扩散区域中的电荷相对应的所述第二像素信号，然后将所保持的第二像素信号输入到所述比较器，并且

所述像素信号选择器可以基于由所述比较器将从所述第二保持电路输出的所述第二像素信号与所述参考信号进行比较的结果来选择所述第一像素信号或所述第二像素信号。

所述采样保持电路可以被构造为在不保持由所述像素信号选择器选择的至少一个或一些像素信号的情况下输出所述至少一个或者一些像素信号，并且

当所述比较器判定所述第二像素信号小于所述参考信号时，所述采样保持电路可以在不保持由所述像素信号选择器选择的至少一个或者一些像素信号的情况下将所述至少一个或者一些像素信号输入到所述比较器。

提供了根据本公开的电子设备，包括：

摄像装置，其输出与通过摄像获得的像素信号相对应的数字像素信号；和

信号处理单元，其基于所述数字像素信号执行信号处理，

其中，所述摄像装置包括：

第一光电转换单元；

附图说明

图1是示出根据本公开第一实施方案的摄像装置的示意性构成的框图。

图2是示出其中像素阵列单元的半导体芯片和处理电路的半导体芯片彼此堆叠的摄像装置的示例的概念图。

图3是示出具有高动态范围的像素的基本构成的电路图。

图4是图3的像素曝光开始时的时序图。

图5是图3中的像素信号读出时的时序图。

图6是根据第一实施方案的摄像装置的主要单元的电路图。

图7示出了第一光电转换单元和第二光电转换单元的排出时段和曝光开始定时。

图8示出了照度和垂直信号线的电位电平之间的关系。

图9是根据第一实施方案的摄像装置的时序图。

图10是其中在两个电路块之间共享复位晶体管的作为比较例的像素PX的电路图。

图11是图10的时序图。

图12是示出根据第二实施方案的摄像装置的主要单元的构成的电路图。

图13是图12的摄像装置的时序图。

图14是图13的变形例的时序图。

图15是根据第一实施方案或第二实施方案的摄像装置中内置的半导体芯片的截面图。

图16是根据第一实施方案和第二实施方案的摄像装置的光入射面侧的平面布局。

图17是变形例的平面布局。

图18是车辆控制系统的总体构成的示例的框图。

图19是示出安装有车外信息检测单元和摄像单元的位置的示例的说明图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图说明摄像装置和电子设备的实施方案。尽管下面将主要说明摄像装置和电子设备的主要组件，但摄像装置和电子设备可以包括未示出或说明的组件和功能。以下说明并不排除未示出或未提及的组件或功能。

(第一实施方案)

图1是示出根据本公开第一实施方案的摄像装置100的示意性构成的框图。摄像装置100包括像素阵列单元101、定时控制电路102、垂直扫描电路103、数模转换器(DAC)104、模数转换器(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。

在像素阵列单元101中，包括将入射光光电转换为与光量相对应的电荷量(像素信号)的光电转换元件的单位像素(在下文中，也被简称为像素)以矩阵状排列。稍后将参照图2说明单位像素的具体电路构成。在像素阵列单元101中，沿着图中的左右方向(像素行的像素排列方向/水平方向)针对以矩阵状排列的像素的每行对像素驱动线109进行布线，并且沿着图中的上下方向(像素列的像素排列方向/垂直方向)针对每列对垂直信号线VSL进行布线。像素驱动线109的一端连接到与垂直扫描电路103的每行相对应的输出端子。尽管图1示出了针对每像素行的一条像素驱动线109，但可以针对每像素行设置两条以上的像素驱动线路109。

定时控制电路102包括生成各种定时信号的定时发生器(未示出)。响应于从外部给出的控制信号等，定时控制电路102基于由定时发生器生成的各种定时信号来控制垂直扫描电路103、DAC 104、ADC组105、水平传输扫描电路106等的驱动。

垂直扫描电路103由移位寄存器、地址解码器等构成。尽管未示出垂直扫描电路103的具体构成，但垂直扫描电路103包括读出扫描系统和扫出扫描系统。

读出扫描系统按顺序逐行选择性地扫描将要从中读出信号的单位像素。另一方面，扫出扫描系统对将要由读出扫描系统选择性地扫描的读出行执行扫出扫描，该扫出扫描在读出扫描之前的快门速度时间从读出行的单位像素的光电转换元件扫出(复位)不必要的电荷。所谓的电子快门操作是通过由扫出扫描系统扫出(复位)不必要的电荷来执行的。这里使用的电子快门操作是指丢弃光电转换元件的光电荷并开始新的曝光(开始光电荷的累积)的操作。通过读出扫描系统的读出操作读出的信号对应于在前一次读出操作或电子快门操作之后入射的光量。从前一次读出操作的读出定时或电子快门操作的扫出定时到当前读出操作的读出定时的时段是单位像素的光电荷累积时间(曝光时间)。

从由垂直扫描电路103选择性地扫描的像素行中的单位像素输出的像素信号(模拟信号)通过与各个列相对应的多条垂直信号线VSL被提供给ADC组105。

DAC 104生成作为线性变化的斜坡波形信号的参考信号RAMP，并将参考信号RAMP提供给ADC组105。DAC 104通过参考信号线114共同连接到多个比较器121，并将相同的参考信号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。ADC组105将来自像素阵列单元101的像素信号(模拟信号)转换为数字信号。

比较器121、计数器122和锁存电路123针对像素阵列单元101的每个像素列设置，并构成ADC 105a。针对列方向上的每个像素列设置有ADC 105a。

比较器121将通过电容器将从每个像素输出的像素信号与参考信号RAMP相加而获得的信号的电压与预定的参考电压进行比较，并将指示比较结果的输出信号提供给计数器122。

计数器122基于比较器121的输出信号对直到像素信号和参考信号RAMP之间的电压大小关系反转为止的时间进行计数。因此，模拟像素信号被转换为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提供的计数值。锁存电路123还通过获得与具有信号电平的像素信号相对应的数据信号的计数值和与具有复位电平的像素信号相对应的复位信号的计数值之间的差来执行相关双采样(CDS)。

水平传输扫描电路106由移位寄存器、地址解码器等构成，并按顺序选择性地扫描与ADC组105的各个像素列相对应的电路部分。通过水平传输扫描电路106的该选择性扫描，保持在锁存电路123中的数字像素信号按顺序通过水平传输线111传输到放大器电路107。

放大器电路107放大从锁存电路123提供的数字像素信号，并将得到的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对垂直线缺陷或点缺陷执行校正，或者执行信号箝位，并且还执行诸如并行-串行转换、压缩、编码、相加、平均和间歇操作等数字信号处理。信号处理电路108将生成的图像数据输出到后级装置。

注意，图1所示的摄像装置100可以作为整体被构造为单个半导体芯片，或者可以被构造为多个半导体芯片。对于被构造为多个半导体芯片的摄像装置100，像素阵列单元101和其他处理电路可以分别形成为单独的半导体芯片511和512，其中半导体芯片511和512彼此堆叠。

例如，图2是示出其中像素阵列单元101的半导体芯片511和处理电路的半导体芯片512彼此堆叠的摄像装置100的示例的概念图。如图2所示，摄像装置100由两个堆叠的半导体芯片511和512构成。注意，半导体芯片的堆叠层的数量可以是三层以上。

半导体芯片511包括形成在半导体基板上的像素阵列单元101。半导体芯片512包括形成在另一半导体基板上的ADC组105、逻辑电路516和周边电路517。逻辑电路516包括定时控制电路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的像素阵列单元101的像素和半导体芯片512的处理电路(105、516、517)的元件可以使用设置在通孔区域513和514中的诸如硅通孔(TSV：throughsilicon via)等贯通电极彼此电气连接。ADC组105可以通过TSV向像素阵列单元101发送信号以及从像素阵列单元101接收信号。两个半导体芯片可以接合在一起，使得半导体芯片511的配线和半导体芯片512的配线彼此接触(Cu-Cu接合)。尽管未示出，但像素阵列单元101和处理电路(105、516、517)的一部分可以被构造为一个半导体芯片511，并且其他组件可以被构造为另一半导体芯片512。

图1中像素单元中的每个像素输出具有高动态范围的像素信号(在下文中，也被称为HDR)。在说明根据第一实施方案的像素的具体构成之前，将说明高动态范围像素的基本构成。

(高动态范围像素的基本构成)

图3是示出高动态范围像素的基本构成的电路图。图3的像素PX被构造为包括第一光电转换单元PD11a、第二光电转换单元PD11b、第一至第四传输栅极单元T12a至T12d、复位晶体管T13、电荷累积单元C14、第一浮动扩散区域FD15a、第二浮动扩散区域单元FD15b、放大晶体管T16和选择晶体管T17。

图3的多个像素PX在行方向和列方向上配置，并且针对在行方向上配置的每一行像素设置图1中的像素驱动线109。从图1中的垂直扫描电路103通过多条驱动线来提供各种驱动信号TGL、FCG、FDG、TGS、RST和SEL。

例如，第一光电转换单元PD11a由PN结光电二极管构成。第一光电转换单元PD11a生成并累积与所接收的光量相对应的电荷。例如，与第一光电转换单元PD11a一样，第二光电转换单元PD11b由PN结光电二极管构成。第二光电转换单元PD11b生成并累积与所接收的光量相对应的电荷。

将第一光电转换单元PD11a和第二光电转换单元PD11b进行比较，第一光电转换单元PD11a具有比第二光电转换单元PD11b更大的光接收表面积和更高的灵敏度。

第一传输栅极单元T12a连接在第一光电转换单元PD11a和第一浮动扩散区域FD15a之间。驱动信号TGL被施加到第一传输栅极单元T12a的栅电极。当驱动信号TGL有效时，第一传输栅极单元T12a导通，并且累积在第一光电转换单元PD11a中的电荷通过第一传输栅极单元T12a传输到第一浮动扩散区域FD15a。

第二传输栅极单元T12b连接在电荷累积单元104和第二浮动扩散区域FD15b之间。驱动信号FCG被施加到第二传输栅极单元T12b的栅电极。当驱动信号FCG有效时，第二传输栅极单元T12b导通，并且电荷累积单元单元104和第二浮动扩散区域FD15b的电位耦合。

转换效率切换晶体管T12c连接在第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b之间。驱动信号FDG被施加到转换效率切换晶体管T12c的栅电极。当驱动信号FDG有效时，转换效率切换晶体管T12c导通，并且第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b的电位耦合。

第四传输栅极单元T12d连接在第二光电转换单元PD11b和电荷累积单元C14之间。驱动信号TGS被施加到第四传输栅极单元T12d的栅电极。当驱动信号TGS有效时，第四传输栅极单元T12d导通，并且累积在第二光电转换单元PD11b中的电荷通过第四传输栅极单元T12d传输到电荷累积单元C14。

第四传输栅极单元T12d的栅电极的下部具有稍深的电位，其中形成溢出路径，以将超过第二光电转换单元PD11b的饱和电荷量的电荷传输到电荷累积单元C14，并且相应地从第二光电转换单元PD11b溢出。在下文中，形成在第四传输栅极单元T12d的栅电极的下部的溢出路径将被简称为第四传输栅极单元T12d的溢出路径。

复位晶体管T13连接在提供电源电压VDD的电源(在下文中，电源也可以被称为VDD)和第二浮动扩散区域FD15b之间。驱动信号RST被施加到复位晶体管T13的栅电极。当驱动信号RST有效时，复位晶体管T13导通。结果，例如，第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b的电位耦合的区域的电位或者电荷累积单元C14、第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b的电位耦合的区域的电位被复位为电源电压VDD的电平。

例如，电荷累积单元C14由电容器制成，并且电荷累积单元C14的对向电极连接到电源VDD。电荷累积单元C14累积从第二光电转换单元PD11b传输的电荷。

第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b对第一光电转换单元PD11a或第二光电转换单元PD11b中的电荷进行电荷-电压转换，以生成电压信号并输出电压信号。通过电气联接或切断第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b，可以切换像素PX的整个浮动扩散区域的电容。通过切换像素PX的浮动扩散区域的电容，像素PX能够以多个电荷-电压转换效率输出像素信号。

放大晶体管T16的栅电极连接到第一浮动扩散区域FD15a并且其漏极电极连接到电源VDD，放大晶体管T16用作读出保持在第一浮动扩散区域FD15a中的电荷的读出电路，所谓的源极跟随器电路的输入部。换句话说，放大晶体管T16构成源极跟随器电路，该源极跟随器电路具有恒流源CS18，该恒流源CS18连接到垂直信号线VSL的一端，该放大晶体管T16的源极电极通过选择晶体管T17连接到垂直信号线VSL。

选择晶体管T17连接在放大晶体管T16的源极电极和垂直信号线VSL之间。驱动信号SEL被施加到选择晶体管T17的栅电极。当驱动信号SEL有效时，选择晶体管T17导通，并且图3的像素PX被选择。因此，从放大晶体管T16输出的像素信号通过选择晶体管T17输出到垂直信号线VSL。

在下文中，有效的驱动信号也被称为导通的驱动信号，并且无效的驱动信号也被称为截止的驱动信号。另外，在下文中，导通的栅极单元或晶体管也被称为导通的栅极单元或晶体管，并且非导通的栅极单元或晶体管也被称为截止的栅极单元或晶体管。

(图3的像素PX在曝光开始时的操作示例)

首先，将参照图4的时序图说明图3的像素PX在曝光开始时的操作示例。例如，该处理按预定的扫描顺序针对像素阵列单元101的每个像素行或者针对每两个以上的像素行执行。图4示出了水平同步信号XHS和驱动信号SEL、RST、FDG、TGL、TGS和FCG的时序图。

首先，在时刻t1，输入水平同步信号XHS，并且相应地开始图3的像素PX的曝光处理。

接下来，在时刻t2，导通驱动信号RST和FDG，并且相应地导通复位晶体管T13和转换效率切换晶体管T12c。结果，第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b的电位耦合，并且耦合区域的电位被复位为电源电压VDD的电平。

接下来，在时刻t3，导通驱动信号TGL，并且相应地导通第一传输栅极单元T12a。结果，累积在第一光电转换单元PD11a中的电荷通过第一传输栅极单元T12a传输到第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b的电位耦合的区域，并且因此，第一光电转换单位PD11a被复位。

接下来，在时刻t4，截止驱动信号TGL，并且相应地截止第一传输栅极单元T12a。结果，开始在第一光电转换单元PD11a中累积电荷，并且相应地开始曝光时段。

接下来，在时刻t5，导通驱动信号TGS和FCG，并且相应地导通第四传输栅极单元T12d和第二传输栅极单元T12b。结果，电荷累积单元C14、第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b的电位耦合。另外，累积在第二光电转换单元PD11b中的电荷通过第四传输栅极单元T12d传输到耦合区域，并且因此，第二光电转换单元PD11b和电荷累积单元C14被复位。

接下来，在时刻t6，截止驱动信号TGS，并且相应地截止第四传输栅极单元T12d。结果，开始在第二光电转换单元PD11b中累积电荷。

接下来，在时刻t7，截止驱动信号FCG，并且相应地截止第二传输栅极单元T12b。结果，电荷累积单元C14开始累积从第二光电转换单元PD11b溢出，然后通过第四传输栅极单元T12d的溢出路径传输的电荷。

接下来，在时刻t8，截止驱动信号RST和FDG，并且相应地截止复位晶体管T13和转换效率切换晶体管T12c。

然后，在时刻t9，输入水平同步信号XHS。

(图3的像素PX在读出时的操作示例)

接下来，将参照图5中的时序图来说明图3的像素PX在读出像素信号时的操作示例。例如，该处理从图4的处理起预定时间段之后按预定的扫描顺序针对像素阵列单元101的每个像素行或者针对每两个以上的像素行执行。图5示出了水平同步信号XHS和驱动信号SEL、RST、FDG、TGL、TGS和FCG的时序图。

首先，在时刻t21，输入水平同步信号XHS，并且相应地开始图3的像素PX的读出时段。

接下来，在时刻t22，导通驱动信号SEL、RST和FDG，并且导通选择晶体管T17、复位晶体管T13和转换效率切换晶体管T12c。结果，图3的像素PX被选择。另外，第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b的电位耦合，并且耦合区域的电位被复位为电源电压VDD的电平。

接下来，在时刻t23，截止驱动信号RST，并且相应地截止复位晶体管T13。

接下来，在时刻t23和时刻t24之间的时刻ta，基于耦合的第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b的电位的信号NH2通过放大晶体管T16和选择晶体管T17输出到垂直信号线VSL。信号NH2是通过使用第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b耦合的区域来检测图3中的第一光电转换单元PD11a以及浮动扩散区域FD15a和FD15b的复位状态而获得的信号。

在下文中，信号NH2也将被称为高灵敏度复位信号NH2。

接下来，在时刻t24，截止驱动信号FDG，并且截止转换效率切换晶体管T12c。结果，第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b之间的电位耦合被消除。

接下来，在时刻t24和时刻t25之间的时刻tb，基于第一浮动扩散区域FD15a的电位的信号NH1通过放大晶体管T16和选择晶体管T17输出到垂直信号线VSL。信号NH1是通过使用第一浮动扩散区域FD15a来检测图3中的第一光电转换单元PD11a和第一浮动扩散区域FD15a的复位状态而获得的信号。

在下文中，信号NH1也将被称为高灵敏度复位信号NH1。

接下来，在时刻t25，导通驱动信号TGL，并且相应地导通第一传输栅极单元T12a。结果，在曝光时段期间在第一光电转换单元PD11a中生成并累积的电荷通过第一传输栅极单元T12a传输到第一浮动扩散区域FD15a。

在该时刻t25，开始像素信号的读出，并且相应地结束曝光时段。

接下来，在时刻t26，截止驱动信号TGL，并且相应地截止第一传输栅极单元T12a。结果，电荷从第一光电转换单元PD11a至第一浮动扩散区域FD15a的传输被停止。

接下来，在时刻t26和时刻t27之间的时刻tc，基于第一浮动扩散区域FD15a的电位的信号SH1通过放大晶体管T16和选择晶体管T17输出到垂直信号线VSL。信号SH1是基于当在曝光时段期间在第一光电转换单元PD11a中生成的电荷被累积在第一浮动扩散区域FD15a中时第一浮动扩散区域FD15a的电位的信号。

在下文中，信号SH1也将被称为高灵敏度数据信号SH1。

接下来，在时刻t27，导通驱动信号FDG和TGL，并且相应地导通转换效率切换晶体管T12c和第一传输栅极单元T12a。结果，第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b的电位耦合，并且在时刻t25到时刻t26的时段未被完全传输而残留在第一光电转换单元PD11a中的电荷通过第一传输栅极单元T12a传输到耦合区域。注意，在读出高灵敏度数据信号SH1时，即使因为用于电荷-电压转换的电容相对于将要处理的电荷量较小，在第一光电转换单元PD11a中残留了电荷也没有问题，。残留在第一光电转换单元PD11a中的电荷只需要在读出高灵敏度数据信号SH2时被传输，并且第一光电转换单位PD11a内的电荷不是无用的。

接下来，在时刻t28，截止驱动信号TGL，并且相应地截止第一传输栅极单元T12a。结果，电荷从第一光电转换单元PD11a至第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b的电位耦合的区域的传输被停止。

接下来，在时刻t28和时刻t29之间的时刻td，基于第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b耦合的区域的电位的信号SH2通过放大晶体管T16和选择晶体管T17输出到垂直信号线VSL。信号SH2是在曝光时段期间当在第一光电转换单元PD11a中生成的电荷被累积在第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b耦合的区域中时，基于第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区FD15b耦合的区域的电位的信号。因此，在读出信号SH2时用于电荷-电压转换的电容是第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b的组合电容，其大于在时刻tc读出高灵敏度数据信号SH1时的电容。

在下文中，信号SH2也将被称为高灵敏度数据信号SH2。

接下来，在时刻t29，导通驱动信号RST，并且相应地导通复位晶体管T13。结果，第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b耦合的区域的电位被复位为电源电压VDD的电平。

接下来，在时刻t30，截止驱动信号SEL，并且相应地截止选择晶体管T17。结果，图3的像素PX变为未被选择。

接下来，在时刻t31，截止驱动信号RST，并且相应地截止复位晶体管T13。

接下来，在时刻t32，导通驱动信号SEL、TGS和FCG，并且相应地导通选择晶体管T17、第四传输栅极单元T12d和第二传输栅极单元T12b。结果，图3的像素PX被选择。另外，电荷累积单元C14、第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b的电位耦合，并且累积在第二光电转换单元PD11b中的电荷被传输到耦合区域。结果，在曝光时段期间累积在第二光电转换单元PD11b和电荷累积单元C14中的电荷被累积在耦合区域中。

接下来，在时刻t33，截止驱动信号TGS，并且相应地截止第四传输栅极单元T12d。结果，来自第二光电转换单元PD11b的电荷的传输被停止。

接下来，在时刻t33和时刻t34之间的时刻te，基于电荷累积单元C14、第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b耦合的区域的电位的信号SL通过放大晶体管T16和选择晶体管T17被输出到垂直信号线VSL。信号SL是当由第二光电转换单元PD11b生成并累积在第二光电转换单元PD11b和电荷累积单元C14中的电荷累积在耦合区域中时，基于电荷累积单元C14、第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b耦合的区域的电位的信号。因此，在读出信号SL时用于电荷-电压转换的电容是电荷累积单元C14、第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b的组合电容。该电容大于在时刻tc读出高灵敏度数据信号SH1时以及在时刻td读出高灵敏度数据信号SH2时的电容。

在下文中，信号SL也将被称为低灵敏度数据信号SL。

接下来，在时刻t34，导通驱动信号RST，并且相应地导通复位晶体管T13。结果，电荷累积单元C14、第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b耦合的区域被复位。

接下来，在时刻t35，截止驱动信号SEL和FCG，并且相应地截止选择晶体管T17和第二传输栅极单元T12b。结果，图3的像素PX变为未被选择。另外，电荷累积单元C14的电位与第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b的电位分离。

接下来，在时刻t36，截止驱动信号RST，并且相应地截止复位晶体管T13。

接下来，在时刻t37，导通驱动信号SEL和FCG，并且相应地导通选择晶体管T17和第二传输栅极单元T12b。结果，图3的像素PX被选择。另外，电荷累积单元C14的电位与第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b的电位耦合。

接下来，在时刻t37和时刻t38之间的时刻tf，基于电荷累积单元C14、第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b耦合的区域的电位的信号NL通过放大晶体管T16和选择晶体管T17输出到垂直信号线VSL。该信号NL是基于电荷累积单元C14、第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b的耦合区域的复位电位的信号。

在下文中，信号NL也将被称为低灵敏度复位信号NL。

接下来，在时刻t38，截止驱动信号SEL、FDG和FCG，并且相应地截止选择晶体管T17、转换效率切换晶体管T12c和第二传输栅极单元T12b。结果，图3的像素PX变为未被选择。另外，电荷累积单元C14、第一浮动扩散区域FD15a和第二浮动扩散区域FD15b之间的电位耦合被消除。

接下来，在时刻t39，输入水平同步信号XHS，并且相应地结束图3的像素PX的像素信号的读出时段。

ADC组105对来自图3所示的高动态范围像素PX的像素信号执行AD转换。在这种情况下，对于一个像素信号的读出，ADC组105按顺序对高灵敏度复位信号NH2、高灵敏度复位信号NH1和NL、高灵敏度数据信号SH1和SH2、低灵敏度数据信号SL以及低灵敏度复位信号NL执行AD转换。这些AD转换需要在一个水平线时段内执行，这可以防止帧速率增加。另外，传送像素信号的垂直信号线的电位频繁变化，这可以是增加功耗的因素。

因此，根据下述第一实施方案和第二实施方案的摄像装置100具有如下特征：即使当以多种方式切换灵敏度和转换效率时，也不会阻止帧速率的增加，并且也不会增加功耗。

(摄像装置100的主要单元的构成)

图6是根据第一实施方案的摄像装置100的主要单元的电路图。尽管图6中仅示出了一个像素，但实际上在行和列方向上配置有多个像素，以构成图1的像素阵列单元。

如图6所示，针对在列方向上配置的每列像素配置有VSL选择器(像素信号选择器)11、VSL升压电路(VSL boost circuit)12和ADC 105a。ADC 105a包括比较器121、计数器122、锁存器13和多个信号选择器(第一至第四信号选择器)14至17。锁存器13与图1的锁存电路123分开设置，稍后将进行说明。

每个像素PX包括第一光电转换单元PD11a、第二光电转换单元PD11b、第一至第四传输栅极单元T12a至T12d、复位晶体管T13a和T13b、电荷累积单元C14、第一浮动扩散区域FD15a、第二浮动扩散区域FD15b、放大晶体管T16a和T16b以及选择晶体管T17a和T17b。

图6中的像素PX与图3的像素PX的不同之处在于，其具有两条垂直信号线VSL_A和VSL_B、两个复位晶体管T13a和T13b、两个放大晶体管T16a和T16b以及两个选择晶体管T17a和T17b。

作为两条垂直信号线VSL_A和VSL_B中的一条的VSL_B传送与由具有较大光接收面积的第一光电转换单元PD11a光电转换的电荷相对应的第一像素信号，并且另一条VSL_A传送与由具有较小光接收面积的第二光电转换单元PD11b光电转换的电荷相对应的第二像素信号。

放大晶体管T16a的栅极连接到第一浮动扩散区域FD15a，放大晶体管T16a的源极连接到选择晶体管T17a的漏极，并且选择晶体管T17b的源极连接到垂直信号线VSL_B。

放大晶体管T16b的栅极连接到第二浮动扩散区域FD15b，放大晶体管T16b的源极连接到选择晶体管T17b的漏极，并且选择晶体管T17b的源极连接到垂直信号线VSL_A。

VSL选择器11选择两条垂直信号线VSL_B和VSL_A上的第一像素信号或第二像素信号，并将所选择的信号输出到垂直信号线VSL。VSL选择器11基于保持ADC 105a中的比较器121的输出信号的锁存器13的输出信号来选择第一像素信号或第二像素信号。

例如，当锁存器13的输出信号处于高电平时，VSL选择器11选择垂直信号线VSL_B上的第一像素信号，并且当锁存器13的输出信号处于低电平时，选择垂直信号线VSL_A上的第二像素信号。如稍后说明的，当摄像开始时的照度小于参考电平时，锁存器13的输出信号变为高电平，并且当摄像开始时的照度等于或大于参考电平时，锁存器13的输出信号变成低电平。在本实施方案中，当照度等于或大于参考电平时，以低灵敏度执行多次AD转换，并且当照度小于参考电平时，在切换电荷-电压转换效率的同时以高灵敏度执行多次AD转换。

在本说明书中，用于将第一像素信号输出到垂直信号线VSL_B的放大晶体管T16a、选择晶体管T17a等被统称为第一读出电路，并且用于将第二像素信号输出到垂直信号线VSL_A的放大晶体管T16b、选择晶体管T17b等被统称为第二读出电路。

由VSL选择器11选择的像素信号通过垂直信号线VSL输入到ADC 105a。VSL升压电路12连接到垂直信号线VSL。VSL升压电路12被设置为快速地稳定垂直信号线VSL的电位。

VSL升压电路12包括n型晶体管Tn6至Tn8、电容器C310和恒流源CS310。晶体管Tn8的栅极连接到垂直信号线VSL。晶体管Tn8的漏极连接到电源VDD，并且其源极连接到恒流源CS310。结果，晶体管Tn8和恒流源CS310充当增益小于“1”的源极跟随器。

电容器C310的一端通过晶体管Tn6连接到晶体管Tn8的栅极。电容器C310的另一端连接到晶体管Tn8的源极。结果，通过将垂直信号线VSL的像素信号除以晶体管Tn6的增益而获得的同极性信号出现在晶体管Tn6的源极，并且通过将垂直信息线VSL的像素信号的波动(fluctuation)乘以源极跟随器的增益而获得的信号出现在晶体管Tn8侧的源极。结果，会看出在电容器C310的两端，与晶体管Tn6的源极侧相比相对较大的同极性增益被施加到晶体管Tn8的源极侧。因此，VSL升压电路12用作负电容电路。

晶体管Tn7连接在电容器C310的一端和地GND之间。晶体管Tn6连接在电容器C310的一端和垂直信号线VSL之间。晶体管Tn7充当垂直信号线VSL的恒流源。

寄生电容器出现在垂直信号线VSL中。现在假定+Vs的电压被施加到垂直信号线VSL的寄生电容器。在这种情况下，在负电容电路310中，当充当源极跟随器的晶体管Tn8和恒流源CS310的增益为“0.9”，并且当从晶体管Tn6的源极到漏极的增益为“10”时，0.1×Vs被施加到电容器C310在垂直信号线VSL侧的端子，并且0.9×Vs被施加到相反侧的端子。因此，以垂直信号线VSL的相反侧的电位(0.9×Vs)为基准，-0.8×Vs的电压被施加到电容器C310。结果，+Vs被施加到垂直信号线VSL的寄生电容器，并且-0.8×Vs被施加到电容器C310，因此与没有负电容电路310的情况相比，减小了垂直信号线VSL的线电容。

设置VSL升压电路12使得能够快速地稳定垂直信号线VSL的电位，因此缩短了稳定时间。

尽管在本公开中使用了充当源极跟随器的晶体管Tn8和恒流源Cs310，但也可以使用可以执行非反相放大(non-inverting amplification)的其他构成，只要它们可以充分减小垂直信号线110的寄生电容器的影响即可。

ADC 105a中的比较器121包括第一差分晶体管对18、第二差分晶体管对19、第一开关Sw11至第八开关Sw18、第一电容器C11至第四电容器C14、电流镜电路20、电流源21、电容器C15和输出电路22。

当照度被判定为小于参考电平时，第一差分晶体管对18和19交替地将由VSL选择器11选择的像素信号与参考信号进行比较。例如，参考信号是电压电平随时间连续变化的斜坡波信号，并且由图1中的DAC 104生成。由VSL选择器11选择的像素信号和参考信号被交替地输入到第一差分晶体管对18和19中的任一个，以执行比较操作。

第二差分晶体管对19在摄像开始时以及当摄像开始时的照度被判定为等于或大于参考电平时将由VSL选择器11选择的像素信号与参考信号进行比较。

以这种方式，当照度被判定为小于参考电平时，第一差分晶体管对18和19交替地对VSL选择器11选择的像素信号与参考信号执行比较操作。

第一差分晶体管对18包括第一晶体管T21和第二晶体管T22。第二差分晶体管对19包括第三晶体管T23和第四晶体管T24。第一至第四晶体管T21至T24是NMOS晶体管。

第一开关Sw11和第一电容器C11串联连接在第一晶体管T21的栅极和垂直信号线VSL之间。第二开关Sw12和第二电容器C12串联连接在第二晶体管T22的栅极和参考信号的输入节点之间。参考信号的输入节点等效于图1中DAC 104的输出节点。

第三开关Sw13和第三电容器C13串联连接在第三晶体管T23的栅极和垂直信号线VSL之间。第四开关Sw14和第四电容器C14串联连接在第四晶体管T24的栅极和参考信号的输入节点之间。

第五开关Sw15连接在第一晶体管T21的栅极和漏极之间，以切换是否使第一晶体管T21的栅极和漏极短路。第六开关Sw16连接在第二晶体管T22的栅极和漏极之间，以切换是否使第二晶体管T22的栅极和漏极短路。

第七开关Sw17连接在第三晶体管T23的栅极和漏极之间，以切换是否使第三晶体管T23的栅极和漏极短路。第八开关Sw18连接在第四晶体管T24的栅极和漏极之间，以切换是否使第四晶体管T24的栅极和漏极短路。

输入到第一至第四信号选择器14至17的信号sel1_A、sel1_B、sel2_A、sel2_B、AZ1_A、AZ1_B、AZ2_A和AZ2_B是所有列共用的信号。

第一信号选择器14基于锁存器13的输出信号生成信号sel1，以导通或断开第一开关Sw11和第二开关Sw12。当锁存器13的输出信号处于低电平时，第一信号选择器14将信号sel1设定为sel1_A。sel1_A是低电平信号。因此，当锁存器13的输出信号处于低电平时，第一开关Sw11和第二开关Sw12都被断开。当锁存器13的输出信号处于高电平时，第一信号选择器14将信号sel1设定为sel1_B。sel1_B是交替地重复高电平和低电平的信号。因此，第一开关Sw11和第二开关Sw12被交替地导通和断开。

第二信号选择器15基于锁存器13的输出信号生成信号sel2，以导通或断开第三开关Sw13和第四开关Sw14。当锁存器13的输出信号处于低电平时，第二信号选择器15将信号sel2设定为sel2_A。sel2_A是高电平信号。因此，当锁存器13的输出信号处于低电平时，第三开关Sw13和第四开关Sw14都被导通，因此，第三电容器C13的一端连接到垂直信号线VSL，并且第四电容器C14的一端连接到参考信号的输入节点。当锁存器13的输出信号处于高电平时，第二信号选择器15将信号sel2设定为sel2_B。sel2_B是交替地重复高电平和低电平的信号。因此，第三开关Sw13和第四开关Sw14被交替地导通和断开。

第三信号选择器16基于锁存器13的输出信号生成信号AZ1，以导通或断开第五开关Sw15和第六开关Sw16。当锁存器13的输出信号处于低电平时，第三信号选择器16将信号AZ1设定为AZ1_A。AZ1_A是低电平信号。因此，当锁存器13的输出信号处于低电平时，第五开关Sw15和第六开关Sw16都被断开。当锁存器13的输出信号处于高电平时，第三信号选择器16将信号AZ1设定为AZ1_B。AZ1_B是在一个水平线时段内输出一次的脉冲信号。当AZ1_B是脉冲信号的输出时，第五开关Sw15和第六开关Sw16被导通。

第四信号选择器17基于锁存器13的输出信号生成信号AZ2，以导通或断开第七开关Sw17和第八开关Sw18。当锁存器13的输出信号处于低电平时，第四信号选择器17将信号AZ2设定为AZ2_A。AZ2_A是在一个水平线时段内输出两次的脉冲信号。当AZ2_A是脉冲信号的输出时，第七开关Sw17和第八开关Sw18被导通。当锁存器13的输出信号处于高电平时，第四信号选择器17将信号AZ2设定为AZ2_B。AZ2_B是在一个水平线时段内输出两次的脉冲信号。当AZ2_B是脉冲信号的输出时，第七开关Sw17和第八开关Sw18被导通。

比较器121中的输出电路22包括第七至第十晶体管T27至T30、开关Sw19和电容器C16。第七晶体管T27和第九晶体管T29是PMOS晶体管，并且第八晶体管T28和第十晶体管T30是NMOS晶体管。

第七晶体管T27和第八晶体管T28以串叠方式(in cascode)连接在电源节点和接地节点之间。第七晶体管T27的栅极连接到第一晶体管T21和第三晶体管T23的漏极。电容器C15连接在第七晶体管T27的栅极和电源节点之间。开关Sw19连接在第八晶体管T28的漏极和栅极之间。电容器C16连接在第八晶体管T28的栅极和接地节点之间。

第九晶体管T29和第十晶体管T30形成反相器，该反相器使第七晶体管T27和第八晶体管T28之间的连接节点的逻辑反相并输出所得到的逻辑。该反相器的输出信号被输入到计数器122和锁存器13。锁存器13在预定时刻保持反相器的输出信号。

图6的摄像装置100在摄像开始时使用第一光电转换单元PD11b来测量照度，并且例如，当测量的照度等于或大于参考电平时，以低灵敏度执行多次AD转换，并且当测量的照度小于参考电平时，在切换电荷-电压转换效率的同时以高灵敏度执行多次AD转换。例如，参考电平可以是在照度的可变范围的中央附近的照度或者除此以外的照度。

在本实施方案中，具有较小光接收面积的第一光电转换单元PD11a用于测量摄像开始时的照度。图7示出了第一光电转换单元PD11a和第二光电转换单元PD11b的排出时段和曝光开始定时。累积来自具有较大光接收面积的第一光电转换单元PD11a的电荷的第一浮动扩散区域FD15a在驱动信号TGL为高时的时段(时刻t1至t2)排出电荷，然后开始曝光。另一方面，累积来自具有较小光接收面积的第二光电转换单元PD11b的电荷的第二浮动扩散区域FD15b在驱动信号TGS为高时的时段(时刻t3至t4)排出电荷，然后开始曝光。在第一光电转换单元PD11a中先于第二光电转换单元PD11b开始曝光。然而，第一光电转换单元PD11a容易被光电转换的电荷饱和，从而存在不能精确地测量照度的可能性。

图8示出了照度和垂直信号线的电位电平之间的关系。图8示出了以高灵敏度和高转换效率(在下文中，有时被称为SP1H)、高灵敏度和低转换效率(在下文中，有时被称为SP1L)、低灵敏度和无电容(在下文中，被称为SP2H)以及低灵敏度和由电容(在下文中，被称为SP2L)执行光电转换和AD转换的情况。如图所示，对于使用具有较大光接收面积的第一光电转换单元PD11a的SP1H和SP1L，即使照度不那么高，垂直信号线的电位也会饱和。另一方面，对于使用具有较小光接收面积的第二光电转换单元PD11b的SP2H和SP2L，即使照度高，垂直信号线的电位也不会饱和。

从图8中可以看出，通过使用具有较小光接收面积的第二光电转换单元PD11b，电位饱和的可能性较小，并且可以以更高的精度判定照度。因此，在本实施方案中，在开始各像素PX的摄像之前，通过使用第二光电转换单元PD11b来判定照度是否等于或大于参考电平。当照度等于或大于参考电平时，第二光电转换单元PD11b被连续用于以低灵敏度执行多次AD转换，并且当照度小于参考电平时，第一光电转换单元PD11a用于在以高灵敏度切换转换效率的同时执行多次AD转换。

图9是根据第一实施方案的摄像装置100的时序图。如上所述，在摄像开始时，使用第二光电转换单元PD11b测量照度，并且当照度等于或大于参考电平(在下文中，被称为高照度)时，在一个水平线时段内按SP2H(数据获取时段)、SP2L(数据获取时段)以及SP2L(复位时段)的顺序执行多次AD转换处理。当照度小于参考电平时(在下文中，被称为低照度)，在一个水平线时段内按SP1L(复位时段)、SP1H(复位时段、数据获取时段)和SP1L(数据获取时段)的顺序执行多次AD转换处理。图9的上半部分示出了所判定的高照度的时序图，并且下半部分示出了所判定的低照度的时序图。在本说明书所附的附图中，SP2H(数据获取时段)被表示为SP2H(D相)，SP2L(数据获取时段)被表示为SP2L(D相)，并且SP2L(复位时段)被表示为SP2L(P相)，SP1L(复位时段)被表示为SP1L(P相)，SP1H(复位时段、数据获取时段)被表示为SP1H，并且SP1L(数据获取时段)被表示为SP1L(D相)。

在本说明书中，SP2H(复位时段)被称为第一比较处理，SP2H(数据获取时段)被称为第二比较处理，SP2L(数据获取时段)被称为第三比较处理、SP2L(复位时段)被称为第四比较处理、SP1L(复位时段)被称为第五比较处理，SP1H(复位时段)被称为第六比较处理，SP1H(数据获取时段)被称为第七比较处理，并且SP1L(数据获取时段)被称为第八比较处理。

首先，在时刻t1，导通复位晶体管T13，并且相应地将第二浮动扩散区域FD15b中的电荷排出到电源节点。在时刻t2之后，第二光电转换单元PD12b开始光电转换。然而，由于传输晶体管T12d直到时刻t5才导通，因此第二浮动扩散区域FD15b保持复位电位直至时刻t5。在开始摄像的初始状态下，VSL选择器11被设定为选择垂直信号线VSL_A上的第二像素信号。

在时刻t1之后，导通第三开关Sw13和第四开关Sw14。在时刻t1至时刻t3的时段，导通第七开关Sw17和第八开关Sw18，因此，第三晶体管T23的栅极和漏极短路，并且第四晶体管T24的栅极和漏极短路，从而执行自动归零操作以排出第三电容器C13和第四电容器C14中的累积电荷。

在时刻t4，与第二浮动扩散区域FD15b的电位相对应的第二像素信号与参考信号交叉。结果，比较器121的输出信号转变为低电平。计数器122对直到比较器121的输出信号转变为低电平为止的时间进行计数。计数器122的计数值表示SP2H的复位电平。

此后，当传输晶体管T12d在时刻t5导通时，由第二光电转换单元PD11b光电转换的电荷通过传输晶体管T12d累积在第二浮动扩散区域FD15b中。因此，垂直信号线VSL_A上的第二像素信号的信号电平开始降低。在时刻t5，VSL选择器11已经选择了第二像素信号，并且第二像素信号被输入到比较器121。

在时刻t6，当第二像素信号与参考信号交叉时，比较器121的输出信号转变为低电平。当比较器121的输出信号在时刻t6转变为低电平时，锁存器13保持比较器121的输出信号。当第二像素信号小于参考信号时，比较器121的输出在时刻t6转变为低电平，指示高照度。

以这种方式，可以基于与由第二光电转换单元PD11b光电转换的电荷相对应的第二像素信号是否与参考信号交叉来判定照度。当第二像素信号与参考信号交叉时，判定照度高，并且当第二像素信号不与参考信号交叉时，判定照度低。

在时刻t6，当第二像素信号与参考信号交叉时，锁存器13的保持信号变为低电平。由于锁存器13的保持信号即使在初始状态下也处于低电平，因此VSL选择器11的选择对象不会改变，并且第一至第四信号选择器14至17的选择对象也不会改变。具体地，VSL选择器11继续选择垂直信号线VSL_B。另外，第一信号选择器14选择sel1_A作为信号sel1，第二信号选择器15选择sel2_A作为信号sel2，第三信号选择器16选择AZ1_A作为信号sel3，并且第四信号选择器17选择AZ2_A作为信号sel4。

在时刻t7到时刻t9的时段，执行用于SP2H数据获取时段的AD转换操作。在时刻t8，当第二像素信号与参考信号交叉时，比较器121的输出转变为低电平。因此，直到比较器121的输出转变为低电平为止的计数器122的计数值指示SP2H数据(像素信号)电平。

当第四信号选择器17的信号AZ2在时刻t9变为高电平时，导通第七开关Sw17和第八开关Sw18，并且相应地排出累积在第三电容器C13和第四电容器C14中的电荷。此后，当第二像素信号在时刻t11与参考信号交叉时，比较器121的输出信号转变为低电平，因此，直到比较器121的输出信号转变为低电平为止的由计数器122进行计数的计数值指示SP2L数据(像素信号)电平。

此后，在时刻t12，驱动信号RST2被输入到复位晶体管T13的栅极，并且相应地导通复位晶体管T13。结果，第二浮动扩散区域FD15b中累积的电荷被排出到电源节点。此后，当第二像素信号在时刻t13与参考信号交叉时，比较器121的输出信号转变为低电平，因此，直到比较器121的输出信号转变为低电平为止的由计数器122进行计数的计数值指示SP2L复位电平。

另一方面，如果判定照度小于参考电平，则执行图9的下半部分中的时序图所示的操作。图9的下半部分中的时序图中从时刻t1至时刻t7的时序与上半部分中的时序图相同，并且执行使用第二光电转换单元PD11b的照度判定。在时刻t8之后，执行使用第一光电转换单元PD11b的曝光处理。

即使在时刻t7，当第二像素信号不与参考信号交叉时，也判定照度小于参考电平，VSL选择器11选择垂直信号线VSL_B，第二信号选择器15选择sel2_B作为信号sel2，第三信号选择器16选择AZ1_B作为信号sel3，并且第四信号选择器17选择AZ2_B作为信号sel4。

在时刻t7之后，由VSL选择器11选择与第一浮动扩散区域FD15a的电位相对应的第一像素信号，并将其输入到比较器121。当第一像素信号在时刻t8与参考信号交叉时，比较器121的输出信号转变为低电平，因此，直到比较器121的输出信号转变为低电平为止的由计数器122进行计数的计数值指示SP1L复位电平。

在时刻t9，信号FDG转变为低电平，并且电荷-电压转换效率变高直到时刻t12。当传输晶体管T12a在时刻t11导通时，由第一光电转换单元PD11a光电转换的电荷通过传输晶体管T12a累积在第一浮动扩散区域FD15a中，并且第一像素信号相应地开始减小。当第一像素信号在时刻t12与参考信号交叉时，比较器121的输出信号转变为低电平，并且因此，直到比较器121的输出信号转变为低电平为止的由计数器122进行计数的计数值指示SP1H数据(像素信号)电平。

此后，在时刻t13，信号FDG转变为高电平，并且在时刻t13之后，电荷-电压转换效率降低。另外，在时刻t13，导通传输晶体管T12a，并且由第一光电转换单元PD11a光电转换的电荷相应地通过传输晶体管T12a累积在第一浮动扩散区域FD15a中。结果，从VSL选择器11输入到比较器121的第一像素信号的信号电平变化。在时刻14，当第一像素信号与参考信号交叉时，比较器121的输出信号转变为低电平，因此，直到比较器121的输出信号转变为低电平为止的由计数器122进行计数的计数值指示SP1L数据(像素信号)电平。

在图6中，单独设置有包括连接到像素PX中的第一光电转换单元PD11a的传输晶体管T12a、转换效率切换晶体管T12c、复位晶体管T13a、放大晶体管T16a、选择晶体管T17a和垂直信号线VSL_B的电路块；以及包括连接到第二光电转换单元PD11b的传输晶体管T12d、传输晶体管T12b、复位晶体管T13、放大晶体管T16b、选择晶体管T17b和垂直信号线VSL_A的电路块。在这些电路块之间不发送和接收信号。

相比之下，图10是其中由两个电路块共享复位晶体管T13a的根据比较例的像素PX的电路图。

图11是图10的时序图。当照度等于或大于参考电平时，执行使用第二光电转换单元PD11b的AD转换处理。然而，如图11所示，有必要在时刻t7将与低灵敏度侧的操作无关的信号FDG降低到低电平。当照度小于参考电平时，需要在时刻t7导通由两个电路块共享的复位晶体管T13a。另外，当照度小于参考电平时，需要在时刻t7断开原本不相关的传输晶体管T12c。

以这种方式，由像素PX中的两个电路块共享一个信号路径需要将照度判定结果反馈到像素控制信号。为了避免这种情况，如图6所示，期望在像素PX内设置两个独立的电路块。

以这种方式，根据第一实施方案的摄像装置100判定具有较小光接收面积的第二光电转换单元PD11b处的照度是否等于或大于参考电平，如果判定照度等于或大于参考电平，则按顺序执行多次低灵敏度的AD转换(用于SP2H数据(像素信号)电平、SP2L数据(像素信号)电平和SP2L复位电平的AD转换)，并且如果判定照度小于参考电平，则在切换电荷-电压转换效率的同时，按顺序执行多次高灵敏度的AD转换(用于SP1L复位电平、SP1H和SP1L数据(像素信号)电平的AD转换)。在本实施方案中，仅执行与测量照度相对应的AD转换处理，从而可以提高帧速率，并且不必频繁地切换垂直信号线上的信号，从而可以降低功耗。

此外，根据第一实施方案的ADC 105a包括比较器121，该比较器121包括第一差分晶体管对18和第二差分晶体管对19。由于根据照度判定结果切换第一差分晶体管对18和第二差分晶体管对19以用于比较操作，因此能够在不浪费时间的情况下在两种类型的比较操作之间快速切换。

(第二实施方案)

在第二实施方案中，在ADC 105a的前一级设置采样保持电路，以并行地保持具有不同灵敏度和转换效率的多个像素信号，并且根据照度判定结果切换采样保持电路中保持的像素信号。

图12是示出根据第二实施方案的摄像装置100的主要单元的构成的电路图。图12的摄像装置100包括采样保持电路(SH)125，该采样保持电路125位于从VSL选择器11输出的垂直信号线VSL和ADC 105a之间。VSL升压电路12连接到垂直信号线VSL。VSL升压电路12的内部构成与图6中的VSL升压电路12相同，因此将省略其详细说明。

采样保持电路125包括第一保持电路SHC1、第二保持电路SHC2、旁路信号线BP和多路复用器(采样保持选择器)MUX。从VSL选择器11输出的垂直信号线VSL连接到第一保持电路SHC1和第二保持电路SHC2的输入节点，并且还直接连接到旁路信号线BP。

(第一保持电路SHC1的构成和功能)

第一保持电路SHC1被构造为对由VSL选择器11选择的像素信号进行采样并保持。第一保持电路SHC1包括电容器Cp1、晶体管Tr1、开关Sw1至Sw3和恒流源Cs1。

电容器Cp1的一端通过开关Sw1连接到垂直信号线VSL，以累积像素信号。电容器Cp1的另一端连接到晶体管Tr1的栅极。

晶体管Tr1的栅极连接到电容器Cp1的另一端。晶体管Tr1的漏极连接到恒流源Cs1和多路复用器MUX，并且其源极连接到地(参考电压源)GND。恒流源Cs1连接在电源VDD和晶体管Tr1的漏极之间，以使恒定电流流过晶体管Tr1的漏极。晶体管Tr1使取决于栅极电位的电流在漏极和源极之间流动。结果，晶体管Tr1的漏极具有与晶体管Tr1的栅极的电位相对应的电位。晶体管Tr1的漏极连接到多路复用器MUX，并且晶体管Tr1的漏极电压作为第一保持电路SHC1的输出信号被输出。

开关Sw1连接在电容器Cp1和垂直信号线VSL之间。开关Sw2连接在晶体管Tr1的漏极和电容器Cp1的一端之间。开关Sw3连接在晶体管Tr1的漏极和电容器Cp1的另一端之间。

当第一保持电路SHC1在电容器Cp1处对由VSL选择器11选择的像素信号进行采样时，开关Sw1和Sw3导通(变为导通)。同时，开关Sw2断开(变为不导通)。结果，像素信号被传送到电容器Cp1的一端，因此，晶体管Tr1的栅极的相反侧的电容器节点被设定为与像素信号相对应的电位。另一方面，当电容器Cp1保持像素信号时，开关Sw1和Sw3断开，并且开关Sw2导通。结果，电容器Cpl中累积的像素信号被保持。同时，晶体管Tr1根据像素信号变为导通(模拟状态)，并且晶体管Tr1的漏极保持在与像素信号相对应的电位。因此，第一保持电路SHC1将与像素信号相对应的输出信号从晶体管Tr1的漏极输出到多路复用器MUX。

(第二保持电路SHC2的构成和功能)

与第一保持电路SHC1一样，第二保持电路SHC2设置在像素阵列单元101和比较器121之间，并且被构造为对像素信号进行采样和保持。第二保持电路SHC2包括电容器Cp2、晶体管Tr2、开关Sw4至Sw6和恒流源Cs2。第二保持电路SHC2在不同的时刻对来自与第一保持电路SHC1相同的垂直信号线VSL的像素信号进行采样。因此，第一保持电路SHC1和第二保持电路SHC2可以对来自同一像素PX的具有不同灵敏度或转换效率的多个像素信号进行采样和保持。

电容器Cp2的一端通过开关Sw4连接到垂直信号线VSL，以累积像素信号。电容器Cp2的另一端连接到晶体管Tr2的栅极。

晶体管Tr2的栅极连接到电容器Cp2的另一端。晶体管Tr2的漏极连接到恒流源Cs2和多路复用器MUX，并且其源极连接到地(参考电压源)GND。恒流源Cs2连接在电源VDD和晶体管Tr2的漏极之间，以使恒定电流流过晶体管Tr2的漏极。晶体管Tr2使取决于栅极电位的电流在漏极和源极之间流动。结果，晶体管Tr2的漏极具有与晶体管Tr2的栅极的电位相对应的电位。晶体管Tr2的漏极连接到多路复用器MUX，并且晶体管Tr2的漏极电压作为第二保持电路SHC2的输出信号被输出。

开关Sw4连接在电容器Cp2和垂直信号线VSL之间。开关Sw5连接在晶体管Tr2的漏极和电容器Cp2的一端之间。开关Sw6连接在晶体管Tr2的漏极和电容器Cp2的另一端之间。

当第二保持电路SHC2在电容器Cp2处对由VSL选择器11选择的像素信号进行采样时，开关Sw4和Sw6导通。同时，开关Sw5断开。结果，像素信号被传送到电容器Cp2的一端，因此，晶体管Tr2的栅极的相反侧的电容器节点被设定为与像素信号相对应的电位。另一方面，当电容器Cp2保持像素信号时，开关Sw4和Sw6断开，开关Sw5导通。结果，电容器Cp2中累积的像素信号被保持。同时，晶体管Tr2的栅极根据像素信号变为导通(模拟状态)，并且晶体管Tr2的漏极保持在与像素信号相对应的电位。因此，第二保持电路SHC2将与像素信号相对应的输出信号输出到多路复用器MUX。

以这种方式，第一保持电路SHC1和第二保持电路SHC2分别被构造为有源元件。结果，第一保持电路SHC1和第二保持电路SHC2抵抗地GND和电源VDD的电压波动，并且可以消除晶体管Tr1和Tr2的特性变化。

(旁路信号线BP的构成和功能)

旁路信号线BP设置在垂直信号线VSL和ADC组105的比较器121之间，并且通过多路复用器MUX原样发送由VSL选择器11选择的像素信号。旁路信号线BP不通过电容器等保持像素信号而通过多路复用器MUX直接输出输出信号OUTbp。因此，由电容器Cp1和Cp2以及晶体管Tr1和Tr2引起的噪声不会出现在像素信号上。换句话说，旁路信号线BP可以用于不能允许由保持电路SHC1和SHC2引起的信号劣化分量的情况，例如，期望以高转换效率使暗信号附近的噪声最小化的情况。

(多路复用器MUX)

多路复用器MUX连接在比较器121与第一保持电路SHC1和第二保持电路SHC2以及旁路信号线BP之间。多路复用器MUX可以选择性地将第一保持电路SHC1、第二保持电路SHC2和旁路信号线BP中的一个连接到ADC组105的比较器121。结果，多路复用器MUX可以选择性地将保持在第一保持电路SHC1中的像素信号、保持在第二保持电路SHC2中的像素信号或者通过旁路信号线BP传送过来的像素信号传送到比较器121。多路复用器MUX基于选择信号SEL2选择保持电路SHC1、保持电路SHC2或旁路信号线BP连接到比较器121。从垂直扫描电路103接收选择信号SEL2。选择信号SEL2可以被设定为根据像素PX的控制信号TGL、TGS、FDG、FCG和SEL来选择保持电路SHC1、保持电路SHC2或旁路信号线BP。多路复用器MUX可以由能够执行上述操作的任何开关电路构成。

(比较器121的构成和功能)

比较器121包括输入比较电路121a和输出电路121b。

输入比较电路121a包括p型晶体管Tp1和Tp2、n型晶体管Tn1至Tn3、电容器Cvsl和Cref以及AZ开关SwAZ。

电容器Cvsl和Cref的一端分别连接到采样保持电路125的输出和参考信号线114。电容器Cvsl和Cref的另一端共同连接到晶体管Tp1的栅极。

晶体管Tn1、Tp1和Tn2按该顺序串联连接在电源VDD和地GND之间。

晶体管Tn1的漏极连接到电源VDD，并且其源极连接到晶体管Tp1的源极。晶体管Tn1充当低压差(LDO：low dropout)线性稳压器。

如上所述，晶体管Tp1的栅极共同连接到电容器Cvsl和Cref的另一端。晶体管Tp1的源极连接到晶体管Tn1的源极，并且晶体管Tp1的漏极连接到晶体管Tn2的漏极和晶体管Tp2的栅极。当其中来自采样保持电路125的多路复用器MUX的输出信号和来自DAC 104的参考信号RAMP相加的信号超过阈值电压时，晶体管Tp1从导通变为不导通，并且相应地将晶体管Tp2的栅极的电压电平从高电平反转为低电平。也就是说，晶体管Tp1a充当放大并检测来自多路复用器MUX的输出信号的电平的放大器。

晶体管Tp2的栅极连接到晶体管Tp1的漏极。晶体管Tp2的源极和晶体管Tp1的源极共同连接到晶体管Tn1的源极。晶体管Tp2的漏极连接到晶体管Tn2的漏极。当晶体管Tp1从导通变为不导通时，晶体管Tp2从不导通变为导通，即反转，并将晶体管Tp2的漏极电压从低电平反转为高电平。

晶体管Tn2连接在晶体管Tp1的漏极和地GND之间，并且充当恒流源以使恒定电流流过晶体管Tp1。晶体管Tn3连接在晶体管Tp2的漏极和地GND之间，并且充当恒流源以使恒定电流流过晶体管Tp2。

AZ开关SwAZ连接在晶体管Tp1的栅极和晶体管Tp2的栅极之间，并且在检测到采样保持电路125的输出信号之前执行自动归零操作，以使晶体管Tp1栅极和漏极之间的电位相等。

输出电路121b包括p型晶体管Tp3和Tp4以及n型晶体管Tn4和Tn5。晶体管Tp3连接在电源VDD和比较器121的输出端子OUT121之间。晶体管Tn5连接在晶体管Tn4的源极和地GND之间。晶体管Tp3和Tn5的栅极共同地彼此连接。晶体管Tp3和Tn5具有在除计数时段以外的时段将输出OUT121固定在高电平的作用。晶体管Tp4和Tn4串联连接在电源VDD和晶体管Tn5的漏极之间。晶体管Tp4和晶体管Tn4之间的节点用作输出端子OUT121。晶体管Tp4和Tn4的栅极共同连接到输入比较电路121a的输出(晶体管Tp2的漏极)。晶体管Tp4和Tn4充当反相器电路。

当晶体管Tp2的漏极电压从低电平反转为高电平时，比较器121的输出端子OUT通过晶体管Tp4和Tn4从高电平反转为低电平。输出端子OUT121的电压电平的反转用于停止计数器122的操作。结果，可以进行AD转换。

图13是图12的摄像装置100的时序图。与图7类似，图13的上半部分示出了高照度的时序，并且下半部分示出了低照度的时序。

在开始摄像时，VSL选择器11选择垂直信号线VSL_A上的第二像素信号，并将第二像素信号输出到垂直信号线VSL。在时刻t1，第一保持电路SHC1中的开关Sw1和Sw3导通，并且开关Sw2断开。结果，第一保持回路SHC1对第二像素信号进行采样。将要采样的第二像素信号处于SP2H复位电平。此时，第一保持电路SHC1维持采样，直到第二浮动扩散区域FD15b的电位稳定为止。第一保持电路SHC1维持采样的时段是稳定(settling)时段。另一方面，在时刻t1，第二保持电路SHC2中的开关Sw4至Sw6断开。因此，第二保持电路SHC2在时刻t1不对第一像素信号执行稳定操作。

在时刻t3，第一保持电路SHC1中的开关Sw1和Sw3断开，并且开关Sw2导通。结果，采样的第二像素信号被发送到用于AD转换的ADC 105a，以生成SP2H复位电平的数据。

此外，在时刻t3，第二保持电路SHC2中的开关Sw4和Sw6导通，并且开关Sw5截止。结果，第二保持电路SHC2对第二像素信号进行采样。将要采样的第二像素信号处于SP2H数据(像素信号)电平。

在时刻t4，第二保持电路SHC2中的开关Sw4和Sw6断开，并且开关Sw5导通。结果，采样的第二像素信号被发送到用于AD转换的ADC 105a，以生成SP2H数据(像素信号)电平的数据。

另一方面，比较器121基于SP2H数据(像素信号)电平来判定照度。图13的上半部分示出了比较器121判定照度高的情况下的时序。如果判定照度高，则VSL选择器11继续选择第二像素信号而不改变选择对象。在时刻t5，第一保持电路SHC1接通开关Sw1和Sw3，并且断开开关Sw2。结果，第一保持电路SHC1对第二像素信号进行采样。采样的第二像素信号处于SP2L数据(像素信号)电平。此外，如在时刻t4时一样，第二保持电路SHC2继续导通开关Sw4和Sw6，并且断开开关Sw5。结果，ADC 105a生成SP2H数据(像素信号)电平的数据。

此后，在时刻t6，第一保持电路SHC1断开开关Sw1和Sw3，并且导通开关Sw2。结果，由第一保持电路SHC1采样的第二像素信号被发送到用于AD转换的ADC 105a，以生成SP2L数据(像素信号)电平的数据。另一方面，第二保持电路SHC2导通开关Sw4和Sw6，并且断开开关Sw5。结果，第二保持电路SHC2对第二像素信号进行采样。将要采样的第二像素信号处于SP2L复位电平。

此后，在时刻t7，第一保持电路SHC1断开开关Sw1至Sw3。另外，第二保持电路SHC2断开开关Sw4和Sw6，并且导通开关Sw5。结果，由第二保持电路SHC2采样的第二像素信号被发送到用于AD转换的ADC 105a，以生成SP2L复位电平的数据。

另一方面，如果比较器121在时刻t4至时刻t5的时段判定照度低，则执行根据图13的下半部分所示的时序的操作。如果判定照度低，则比较器121的输出信号保持在高电平，因此，锁存器13的输出信号变为高电平。因此，VSL选择器11将选择切换到第一像素信号，并将第一像素信号输出到垂直信号线VSL。

在时刻t5，第一保持电路SHC1导通开关Sw1和Sw3，并且断开开关Sw2。结果，第一保持电路SHC1对第一像素信号进行采样。采样的第一像素信号处于SP1L复位电平。另一方面，第二保持电路SHC2在时刻t5断开开关Sw4至Sw6。

在时刻t6，第一保持电路SHC1断开开关Sw1和Sw3，并且导通开关Sw2。结果，由第一保持电路SHC1采样的第一像素信号被发送到用于AD转换的ADC 105a，以生成SP1L复位电平的数据。另外，第二保持电路SHC2导通开关Sw4和Sw6，并且断开开关Sw5。结果，第二保持电路SHC2对第一像素信号进行采样。采样的第一像素信号处于SP1H复位电平。

在时刻t7，第一保持电路SHC1导通开关Sw1和Sw3，并且断开开关Sw2。结果，第一保持电路SHC1对第一像素信号进行采样。采样的第一像素信号是SP1H数据(像素信号)电平。另外，第二保持电路SHC2断开开关Sw4和Sw6，并且导通开关Sw5。结果，由第二保持电路SHC2采样的第二像素信号被发送到用于AD转换的ADC 105a，以生成SP1H复位电平的数据。

在时刻t8，第一保持电路SHC1断开开关Sw1和Sw3，并且导通开关Sw2。结果，由第一保持电路SHC1采样的第一像素信号被发送到用于AD转换的ADC 105a，以生成SP1H数据(像素信号)电平的数据。另外，第二保持电路SHC2导通开关Sw4和Sw6，并且断开开关Sw5。结果，第二保持电路SHC2对第一像素信号进行采样。采样的第一像素信号处于SP1L数据(像素信号)电平。

在时刻t9，第一保持电路SHC1断开开关Sw1至Sw3。另外，第二保持电路SHC2断开开关Sw4和Sw6，并且导通开关Sw5。结果，由第二保持电路SHC2采样的第二像素信号被发送到用于AD转换的ADC 105a，以生成SP1L数据(像素信号)电平的数据。

如果如图12所示，像素信号被保持在采样保持电路125中，并且对保持之后的像素信号执行AD转换，则AD转换后的数字像素数据可能会受到电容器和晶体管引起的噪声和偏移的影响。因此，像素信号中的至少一个或一些可以在不经过采样保持电路125的情况下被发送到ADC 105a。

图14是根据图13的变形例的时序图。图14的上半部分示出了照度被判定为高的情况下的时序，并且下半部分示出了照度被判定为低的情况下的时序。图14的上半部分的时序与图13的上半部分中的时序相同，因此将省略其说明。

如果比较器121判定在时刻t4至时刻t5的时段照度低，则VSL选择器11将选择切换到第一像素信号，并将第一像素信号输出到垂直信号线VSL。在时刻t5，第一保持电路SHC1导通开关Sw1和Sw3，并且断开开关Sw2，以对第一像素信号进行采样。采样的第一像素信号处于SP1L复位电平。另外，第二保持电路SHC2在时刻t5至时刻t10的时段断开开关Sw4至Sw6。

在时刻t6，在像素PX内生成的第一像素信号通过VSL选择器11被直接发送到ADC105a。该第一像素信号对应于SP1H复位电平。由于稳定像素PX内的第一浮动扩散区域FD15a的电位需要时间，因此在时刻t6至时刻t7的时段，第一像素信号被连续地发送到ADC 105a。时刻t6至时刻t7的时段是第一像素信号的稳定时段。在时刻t7，ADC 105a对第一像素信号执行AD转换，以生成SP1H复位电平的数据。

在时刻t8，在像素PX内生成的第一像素信号通过VSL选择器11被直接发送到ADC105a。该第一像素信号对应于SP1H的数据(像素信号)电平。由于稳定像素PX内的第一浮动扩散区域FD15a的电位需要时间，因此在时刻t8至时刻t9的时段，第一像素信号被连续地发送到ADC 105a。时刻t8至时刻t9的时段是第一像素信号的稳定时段。在时刻t9，ADC 105a对第一像素信号执行AD转换，以生成SP1H数据(像素信号)电平的数据。

在时刻t10，第一保持电路SHC1断开开关Sw1和Sw3，并且导通开关Sw2。结果，在时刻t5由第一保持电路SHC1采样的第一像素信号被发送到用于AD转换的ADC 105a，以生成SP1L复位电平的数据。另外，第二保持电路SHC2导通开关Sw4和Sw6，并且断开开关Sw5。结果，第二保持电路SHC2对第一像素信号进行采样。采样的第一像素信号处于SP1L数据(像素信号)电平。

在时刻t11，第一保持电路SHC1断开开关Sw1至Sw3。另外，第二保持电路SHC2断开开关Sw4和Sw6，并且导通开关Sw5。结果，由第二保持电路SHC2采样的第二像素信号被发送到用于AD转换的ADC 105a，以生成SP1L数据(像素信号)电平的数据。

以这种方式，在图12的摄像装置100中，采样保持电路125中的第一保持电路SHC1和第二保持电路SHC2交替地对像素信号进行采样，并且在第一保持电路SHC1和第二保持电路SHC2中的一个执行像素信号的稳定的同时，另一个向ADC 105a发送已经执行了稳定的像素信号。结果，可以在不会由于像素信号的稳定时间而受到速率限制的情况下执行AD转换。与图6的摄像装置100一样，图12的摄像装置使用具有较小光接收面积的第一光电转换单元PD11a来判定照度，并多次执行AD转换以匹配所判定的照度，从而可以提高帧速率。另外，不需要频繁地切换垂直信号线VSL上的像素信号，从而可以降低功耗。

(摄像装置100的截面结构)

根据第一或第二实施方案的摄像装置100可以用一个半导体芯片来实现。图15是根据第一或第二实施方案的摄像装置100中内置的半导体芯片30的截面图。图15的半导体芯片30大致包括三个半导体部分(在下文中，被称为第一至第三半导体部分31至33)。第一至第三半导体部分31至33按顺序堆叠，并且每个半导体部分可以由多个半导体层形成。

在光入射面侧的第一半导体部分31中，对于每个像素PX配置具有较大光接收面积的第一光电转换单元PD11a和具有较小光接收面积的第二光电转换单元PD11b。读出电路的一部分可以配置在第一半导体部分31中。片上透镜34配置在第一光电转换单元PD11a和第二光电转换单元PD11b的光入射面侧上方。遮光层37配置在第一光电转换单元PD11a和第二光电转换单元PD11b之间。

每个像素PX的读出电路的至少一部分(例如，放大晶体管、选择晶体管等)被配置在第二半导体部分32中。ADC组105等被配置在第三半导体部分33中。

例如，第一半导体部分31和第二半导体部分32堆叠在第一基板35上。例如，第三半导体部分33形成在第二基板36上。第一基板35和第二基板36使用Cu-Cu连接38、通孔、凸块等接合在一起。

(摄像装置100的平面布局)

图16是根据第一和第二实施方案的摄像装置100的光入射面侧的平面布局。如图16所示，第一片上透镜151配置在矩形第一光电转换单元PD11a上方。像素间遮光单元181被配置为围绕第一光电转换单元PD11a。像素间遮光单元181的外形是八边形的，并且在相邻的像素间遮光单元之间存在间隙。矩形第二光电转换单元PD11b配置在该间隙中。第二片上透镜152配置在第二光电转换单元PD11b上方。

图16是平面布局的示例，并且布局不限于此。图17是一个变形例的平面布局。图16中的像素间遮光单元的形状几乎是正八边形的，而图17中的形状是通过切割矩形的四个角而形成的八边形。此外，用于第二光电转换单元PD11b的像素间遮光单元是正方形而非八边形。

＜移动体的应用＞

本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开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、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船舶和机器人等任何类型的移动体上的装置。

图18是示出了作为可以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构成示例的框图。

车辆控制系统12000包括通过通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图18示出的示例中，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。此外，作为综合控制单元12050的功能配置，示出了微型计算机12051、声音和图像输出单元12052和车载网络接口(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装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作以下装置的控制装置：如内燃机或驱动电机等用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置；用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构；调整车辆的转向角的转向机构；产生车辆的制动力的制动装置等。

车身系统控制单元12020根据各种程序控制安装在车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020充当以下装置的控制装置：无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置以及如前照灯、后照灯、刹车灯、转向信号灯和雾灯等各种灯。在这种情况下，可以将从替代钥匙的便携式设备发送的无线电波或各种开关的信号输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些无线电波或信号的输入，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检测安装了车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，摄像单元12031连接到车外信息检测单元12030上。车外信息检测单元12030使得摄像单元12031拍摄车辆外部的图像，并且接收拍摄到的图像。车外信息检测单元12030可以基于接收到的图像对人、车辆、障碍物、标志或路面上的字符等执行物体检测处理或距离检测处理。

摄像单元12031是接收光并且输出与接收光的光量相对应的电信号的光学传感器。摄像单元12031可以输出电信号作为图像，或者可以输出电信号作为距离测量信息。此外，由摄像单元12031接收到的光可以是可见光或可以是如红外光等的不可见光。

车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。例如，检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测单元12041连接到车内信息检测单元12040。例如，驾驶员状态检测单元12041包括拍摄驾驶员的相机，并且车内信息检测单元12040可以基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息计算驾驶员的疲劳程度或集中程度，或可以判定驾驶员是否在打瞌睡。

微型计算机12051基于车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆内部和外部的信息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可以执行协同控制以实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能，该功能包括车辆的碰撞避免或撞击减轻、基于车间距离的跟车行驶、车速保持行驶、车辆的碰撞警告和车辆的车道偏离警告等。

此外，微型计算机12051基于车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆周围的信息控制驱动力产生装置、转向机构或制动装置等，从而执行旨在实现车辆不依赖驾驶员的操作的自主行驶的自动驾驶等的协同控制。

此外，微型计算机12051可以基于车外信息检测单元12030获得的车辆外部的信息向车身系统控制单元12030输出控制指令。例如，微型计算机12051可以根据车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置通过控制前照灯例如将远光灯切换为近光灯等来执行防止眩光的协同控制。

声音和图像输出单元12052将声音和图像中的至少一种的输出信号传输到输出装置，该输出装置能够在视觉上和听觉上向车辆的乘客或车辆的外部通知信息。在图18的示例中，作为输出装置，示出了音频扬声器12061、显示单元12062和仪表面板12063。例如，显示单元12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。

图19是示出了摄像单元12031的安装位置的示例的图。

在图19中，摄像单元12031包括摄像单元12101、12102、12103、12104和12105。

例如，摄像单元12101、12102、12103、12104和12105设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠或后门以及车内挡风玻璃的上部等位置。设置在前鼻上的摄像单元12101和设置在车内挡风玻璃的上部的摄像单元12105主要获取车辆12100的前方图像。设置在侧视镜上的摄像单元12102和12103主要获取车辆12100的侧面的图像。设置在后保险杠或后门上的摄像单元12104主要获取车辆12100的后方区域的图像。设置在车内挡风玻璃的上部的摄像单元12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志或车道等。

图19示出了摄像单元12101到12104的摄像范围的示例。摄像范围12111表示设置在前鼻上的摄像单元12101的摄像范围，摄像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜上的摄像单元12102和12103的摄像范围，以及摄像范围12114表示设置在后保险杠或后门上的摄像单元12104的摄像范围。例如，通过叠加摄像单元12101到12104拍摄的图像数据可以获得从上方观察到的车辆12100的俯瞰图像。

摄像单元12101到12104中至少一个可以具有获得距离信息的功能。例如，摄像单元12101到12104中的至少一个可以是由多个摄像元件构成的立体相机，或可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。

例如，微型计算机12051通过基于从摄像单元12101到12104获得的距离信息获得到摄像范围12111到12114中的每个三维物体的距离以及距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)来将在车辆12100的行驶路径上以预定的速度(例如，等于或大于0km/h)在与车辆12100大致相同的方向上行驶的特别是最接近的三维物体提取为前方车辆。此外，微型计算机12051可以预先设定与前方车辆之间要保持的车间距离，并且执行自动制动控制(包括跟车停止控制)和自动加速控制(包括跟车启动控制)等。因此，可以执行旨在实现车辆不需要驾驶员执行操作的自主行驶的自动驾驶等的协同控制。

例如，微型计算机12051基于从摄像单元12101到12104获得的距离信息可以将关于三维物体的三维数据分类并提取为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人和如电线杆等其他三维物体，并且可以将这些三维数据用于自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物区分为由车辆12100的驾驶员视觉上可以识别的障碍物和由驾驶员视觉上无法识别的障碍物。然后，微型计算机12051判定表示与每一个障碍物碰撞的风险的碰撞风险，并且在碰撞风险为设定值或高于设定值并且存在碰撞可能的情况下，微型计算机12051可以通过经由音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告或者通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或避让转向来执行碰撞避免的驾驶辅助。

摄像单元12101到12104中的至少一个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单元12101到12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过提取在作为红外相机的摄像单元12101到12104的拍摄图像中的特征点的过程和通过对表示物体轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理并且判断是否是行人的过程进行这种行人的识别。例如，当微型计算机12051判定在摄像单元12101到12104的拍摄图像中存在行人并且识别出行人时，声音和图像输出单元12052控制显示单元12062，使得用于强调的方形轮廓线叠加并且显示所识别出的行人。此外，声音和图像输出单元12052可以控制显示单元12062在期望的位置显示表示行人等的图标。

上面，已经说明了能够应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。根据本公开的技术能够应用于上述构造中的摄像单元12031等。具体地，本公开的摄像装置100可以应用于摄像单元12031。通过将根据本公开的技术应用于摄像单元12031，可以获得更清晰的所拍摄的图像，这能够减轻驾驶员的疲劳。

本技术可以具有以下构成。

(1)一种摄像装置，包括：

第一光电转换单元；

(2)根据(1)所述的摄像装置，包括在第一方向和第二方向上配置的多个像素，

其中，从在所述第二方向上配置的两个以上像素中的每个像素输出的所述第一像素信号和所述第二像素信号分别被输出到公共的所述第一信号线和公共的所述第二信号线，

所述模数转换器针对由在所述第二方向上配置的两个以上像素构成的每个像素列配置，

所述多个像素中的每个像素包括所述第一光电转换单元、所述第一读出电路、所述第二光电转换单元和所述第二读出电路，并且

所述像素信号选择器针对在所述第二方向上配置的每个所述像素列设置。

(3)根据(1)或(2)所述的摄像装置，其中，

所述模数转换器包括：

(4)根据(3)所述的摄像装置，其中，

所述比较器基于由所述像素信号选择器选择的像素信号与所述参考信号之间的比较来判定摄像开始时的照度是否等于或大于预定的参考电平，并且

所述像素信号选择器在当摄像开始时的照度等于或大于所述参考电平时，选择所述第二像素信号，并且当所述照度小于所述参考电平时，选择所述第一像素信号。

(5)根据(4)所述的摄像装置，包括：

第一浮动扩散区域，其累积由所述第一光电转换单元光电转换的电荷；和

第二浮动扩散区域，其累积由所述第二光电转换单元光电转换的电荷，并且

其中，所述像素信号选择器基于由所述比较器将与由所述第二光电转换单元光电转换并累积在所述第二浮动扩散区域中的电荷相对应的所述第二像素信号与所述参考信号进行比较的结果来选择所述第一像素信号或所述第二像素信号。

(6)根据(5)所述的摄像装置，其中，

所述比较器在摄像开始时执行第一比较处理，所述第一比较处理将与所述第二浮动扩散区域中的电荷已经被排出的状态下的所述第二浮动扩散区域的电位相对应的所述第二像素信号与所述参考信号进行比较，然后执行第二比较处理，所述第二比较处理将与由所述第二光电转换单元光电转换并累积在所述第二浮动扩散区域中的电荷相对应的所述第二像素信号与所述参考信号进行比较，并且

所述像素信号选择器基于所述第二比较处理的结果来选择所述第一像素信号或所述第二像素信号。

(7)根据(6)所述的摄像装置，其中，

所述比较器通过所述第二比较处理来判定摄像开始时的照度是否等于或大于所述参考电平，并且

所述像素信号选择器在所述照度等于或大于所述参考电平时选择所述第二像素信号，并且在所述照度小于所述参考电平时选择所述第一像素信号。

(8)根据(7)所述的摄像装置，其中，当在所述第二比较处理中判定所述照度等于或大于所述参考电平时，所述比较器执行第三比较处理，所述第三比较处理将与由所述第二光电转换单元光电转换并累积在所述第二浮动扩散区域中的电荷相对应的所述第二像素信号与所述参考信号进行比较，然后执行第四比较处理，所述第四比较处理将与所述第二浮动扩散区域中的电荷已经被排出的状态下的所述第二浮动扩散区域的电位相对应的所述第二像素信号与所述参考信号进行比较。

(9)根据(7)或(8)所述的摄像装置，其中，

所述第一读出电路具有可变的电荷-电压转换效率，并且

当在所述第二比较处理中判定所述照度小于所述参考电平时，所述比较器执行第五比较处理，所述第五比较处理将与所述第一浮动扩散区域中的电荷已经被排出的状态下的所述第一浮动扩散区域的电位相对应的所述第一像素信号与所述参考信号进行比较，然后执行第六比较处理，所述第六比较处理具有比在所述第五比较处理中更高的电荷-电位转换效率并且将与所述第一浮动扩散区域中的电荷已经被排出的状态下的所述第一浮动扩散区域的电位相对应的所述第一像素信号与所述参考信号进行比较，然后执行第七比较处理，所述第七比较处理具有与在所述第六比较处理中相同的电荷-电位转换效率并且将与由所述第一光电转换单元光电转换的电荷相对应的所述第一像素信号与所述参考信号进行比较，然后执行第八比较处理，所述第八比较处理具有与在所述第五比较处理中相同的电荷-电位转换效率并且将与由所述第一光电转换单元光电转换的电荷相对应的所述第一像素信号与所述参考信号进行比较。

(10)根据(6)至(9)中任一项所述的摄像装置，其中，所述比较器包括：

(11)根据(10)所述的摄像装置，其中，

所述第一差分晶体管对包括第一晶体管和第二晶体管，

所述第二差分晶体管对包括第三晶体管和第四晶体管，并且

所述比较器包括：

(12)根据(11)所述的摄像装置，其中，在每个像素的摄像开始时，所述比较器断开所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关，并且导通所述第五开关和所述第六开关，并且暂时导通所述第七开关和所述第八开关然后断开，以在所述第三电容器中累积与由所述像素信号选择器选择的所述第二像素信号相对应的电荷，并且在所述第四电容器中累积与所述参考信号相对应的电荷。

(13)根据(1)或(2)所述的摄像装置，包括采样保持电路，所述采样保持电路包括：

第一保持电路和第二保持电路，其交替地保持由所述像素信号选择器选择的像素信号，和

采样保持选择器，其交替地选择并输出由所述第一保持电路和所述第二保持电路保持的像素信号，并且

所述模数转换器将所述采样保持电路的输出信号转换为所述数字像素信号。

(14)根据(13)所述的摄像装置，其中，在所述第一保持电路和所述第二保持电路中的一个将所保持的像素信号输入到所述模数转换器的时段，所述第一保持电路和所述第二保持电路中的另一个保持由所述像素信号选择器选择的像素信号。

(15)根据(13)或(14)所述的摄像装置，其中，

所述模数转换器包括：

(16)根据(15)所述的摄像装置，其中，

所述比较器基于所述采样保持电路的输出信号与所述参考信号之间的比较来判定摄像开始时的照度是否等于或大于预定的参考电平，并且

(17)根据(16)所述的摄像装置，包括：

(18)根据(17)所述的摄像装置，其中，

在摄像开始时，所述第一保持电路保持与所述第二浮动扩散区域中的电荷已经被排出的状态下的所述第二浮动扩散区域的电位相对应的所述第二像素信号，然后将所保持的第二像素信号输入到所述比较器，

所述第二保持电路与所述第一保持电路将所述第二像素信号输入到所述比较器的定时同步地保持与由所述第二光电转换单元光电转换并累积在所述第二浮动扩散区域中的电荷相对应的所述第二像素信号，然后将所保持的第二像素信号输入到所述比较器，并且

所述像素信号选择器基于由所述比较器将从所述第二保持电路输出的所述第二像素信号与所述参考信号进行比较的结果来选择所述第一像素信号或所述第二像素信号。

(19)根据(16)所述的摄像装置，其中，

所述采样保持电路被构造为在不保持由所述像素信号选择器选择的至少一个或一些像素信号的情况下输出所述至少一个或者一些像素信号，并且

当所述比较器判定所述第二像素信号小于所述参考信号时，所述采样保持电路在不保持由所述像素信号选择器选择的至少一个或者一些像素信号的情况下将所述至少一个或者一些像素信号输入到所述比较器。

(20)一种电子设备，包括：

信号处理单元，其基于所述数字像素信号执行信号处理，

其中，所述摄像装置包括：

第一光电转换单元；

本公开的各方面不限于上述各个实施方案，并且包括本领域技术人员能够实现的各种变形，并且本公开的效果也不限于上述细节。换句话说，可以在不偏离可以从权利要求及其等同物中定义的细节得到的本公开的概念构思和精神的情况下进行各种添加、变形和部分删除。

[附图标记列表]

1 固态摄像装置

11 VSL选择器

12 VSL升压电路

13 锁存器

14 第一信号选择器

15 第二信号选择器

16 第四信号选择器

16 第三信号选择器

17 第四信号选择器

18 第一差分晶体管对

19 第二差分晶体管对

20 电流镜电路

21 电流源

22 输出电路

30 半导体芯片

31 第一半导体部分

32 第二半导体部分

33 第三半导体部分

34 片上透镜

35 第一基板

36 第二基板

37 遮光层

38 Cu-Cu连接

100 摄像装置

101 像素阵列单元

102 定时控制电路

103 垂直扫描电路

104 电荷累积单元

105 ADC组

106 水平传输扫描电路

107 放大器电路

108 信号处理电路

109 像素驱动线

110 垂直信号线

111 水平传输线

114 参考信号线

121 比较器

121a 输入比较电路

121b 输出电路

122 计数器

123 锁存电路

125 采样保持电路

151 第一片上透镜

152 第二片上透镜

181 像素间遮光单元

310 负电容电路

511 半导体芯片

512 半导体芯片

513 通孔区域

514 通孔区域

516 逻辑电路

517 周边电路

Claims

1.一种摄像装置，包括：

第一光电转换单元；

2.根据权利要求1所述的摄像装置，包括在第一方向和第二方向上配置的多个像素，

3.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，

所述模数转换器包括：

4.根据权利要求3所述的摄像装置，其中，

5.根据权利要求4所述的摄像装置，包括：

6.根据权利要求5所述的摄像装置，其中，

7.根据权利要求6所述的摄像装置，其中，

8.根据权利要求7所述的摄像装置，其中，当在所述第二比较处理中判定所述照度等于或大于所述参考电平时，所述比较器执行第三比较处理，所述第三比较处理将与由所述第二光电转换单元光电转换并累积在所述第二浮动扩散区域中的电荷相对应的所述第二像素信号与所述参考信号进行比较，然后执行第四比较处理，所述第四比较处理将与所述第二浮动扩散区域中的电荷已经被排出的状态下的所述第二浮动扩散区域的电位相对应的所述第二像素信号与所述参考信号进行比较。

9.根据权利要求7所述的摄像装置，其中，

所述第一读出电路具有可变的电荷-电压转换效率，并且

10.根据权利要求6所述的摄像装置，其中，所述比较器包括：

11.根据权利要求10所述的摄像装置，其中，

所述第一差分晶体管对包括第一晶体管和第二晶体管，

所述第二差分晶体管对包括第三晶体管和第四晶体管，并且

所述比较器包括：

12.根据权利要求11所述的摄像装置，其中，在每个像素的摄像开始时，所述比较器断开所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关，并且导通所述第五开关和所述第六开关，并且暂时导通所述第七开关和所述第八开关然后断开，以在所述第三电容器中累积与由所述像素信号选择器选择的所述第二像素信号相对应的电荷，并且在所述第四电容器中累积与所述参考信号相对应的电荷。

13.根据权利要求1所述的摄像装置，包括采样保持电路，所述采样保持电路包括：

14.根据权利要求13所述的摄像装置，其中，在所述第一保持电路和所述第二保持电路中的一个将所保持的像素信号输入到所述模数转换器的时段，所述第一保持电路和所述第二保持电路中的另一个保持由所述像素信号选择器选择的像素信号。

15.根据权利要求13所述的摄像装置，其中，

所述模数转换器包括：

16.根据权利要求15所述的摄像装置，其中，

17.根据权利要求16所述的摄像装置，包括：

18.根据权利要求17所述的摄像装置，其中，

19.根据权利要求16所述的摄像装置，其中，

20.一种电子设备，包括：

信号处理单元，其基于所述数字像素信号执行信号处理，

其中，所述摄像装置包括：

第一光电转换单元；