CN117795977A - 摄像装置和包括摄像装置的电子设备 - Google Patents

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CN117795977A CN202280054695.4A CN202280054695A CN117795977A CN 117795977 A CN117795977 A CN 117795977A CN 202280054695 A CN202280054695 A CN 202280054695A CN 117795977 A CN117795977 A CN 117795977A
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长谷川雅子
马上崇
大迫洋平
山下知宪
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Abstract

[问题]提供一种能够增加像素信号的动态范围的摄像装置。[方案]根据本公开的实施方案的摄像装置包括：多个像素，所述多个像素在同一时段期间曝光；和AD转换器，其对从所述多个像素中的每一个像素输出的模拟像素信号进行数字化。进一步地，所述多个像素中的每一个像素包括：光电转换电路，其对入射光进行光电转换；第一源极跟随器电路，其对所述光电转换电路的输出信号进行放大；信号保持电路，其保持所述第一源极跟随器电路的输出信号；以及第二源极跟随器电路，其对从所述信号保持电路读出的信号进行放大并且将其作为所述像素信号输出。此外，向所述信号保持电路供给包括电压电平像斜坡一样变化的斜坡部分的斜坡信号。

Description

摄像装置和包括摄像装置的电子设备
技术领域
本公开涉及一种摄像装置和电子设备。
背景技术
一些摄像装置采用滚动快门方法，在滚动快门方法中针对各像素行分别依次读出由多个像素对入射光进行光电转换生成的信号。在采用滚动快门方法的摄像装置中，在各像素行中各像素的曝光定时是不同的。因此，在被摄像的对象为动态被摄体时，被摄体将在图像中失真。
因此，为了消除被摄体的失真，已经提出了采用同时曝光所有像素的全局快门方法的摄像装置。在采用全局快门方法的一般摄像装置中，同时曝光所有像素，然后临时保持通过光电转换生成的信号。保持的信号被以预定定时依次转换成模拟像素信号并且被读出。
读出的模拟像素信号由AD转换器进行数字化。例如，AD转换器将模拟像素信号与具有三角波的斜坡信号进行比较。在像素信号的电压与斜坡信号的电压一致的时刻，AD转换器的输出电压反转。
引用文献列表
非专利文献
非专利文献1：J-K、Lee，《使用高容量DRAM电容技术的2.1e时间噪声和105dB寄生光灵敏度的背面照射型2.3um像素电压域全局快门CMOS图像传感器》(A 2.1e-TemporalNoise and-105dB Parasitic Light Sensitivity Backside-Illuminated 2.3um-PixelVoltage-Domain Global Shutter CMOS Image Sensor Using High-Capacity DRAMCapacitor Technology)，ISSCC2020
发明内容
技术问题
输入到AD转换器的像素信号的电压电平根据入射光的强度，即用于光电转换的电荷量而变化。当AD转换器将模拟像素信号与具有三角波的斜坡信号进行比较时，AD转换器的反转电压也根据像素信号的电压电平而变化。
然而，AD转换器中允许的反转电压的范围有限，因此，像素信号的电压电平的变化范围，即像素信号的动态范围也受到限制。
因此，本公开提供了一种能够增加像素信号的动态范围的摄像装置和电子设备。
技术问题的解决方案
根据本公开的实施方案的摄像装置包括：多个像素，所述多个像素在同一时段期间曝光；和AD转换器，其对从所述多个像素中的每一个像素输出的模拟像素信号进行数字化。此外，所述多个像素中的每个像素包括光电转换电路，其对入射光进行光电转换；第一源极跟随器电路，其对所述光电转换电路的输出信号进行放大；信号保持电路，其保持所述第一源极跟随器电路的输出信号；以及第二源极跟随器电路，其对从所述信号保持电路读出的信号进行放大并且将其作为所述像素信号输出。此外，向所述信号保持电路供给包括电压电平像斜坡一样变化的斜坡部分的斜坡信号。
所述摄像装置还可以包括信号生成电路，其生成所述斜坡信号并且将所述斜坡信号供给至所述信号保持电路。
所述信号保持电路可以第一电容元件，其保持通过所述光电转换电路的复位而获得的第一信号；和第二电容元件，其保持通过所述光电转换电路的光电转换生成的第二信号，并且
所述信号生成电路可以向所述第一电容元件和所述第二电容元件中的每一个供给所述斜坡信号。
所述信号保持电路还可以包括第一采样晶体管，其与所述第一电容元件串联连接；和第二采样晶体管，其与所述第二电容元件串联连接，并且
当所述第一采样晶体管处于导通状态时，所述第一信号可以保持在所述第一电容元件中，并且当所述第二采样晶体管在与所述第一采样晶体管不同的时刻处于导通状态时，所述第二信号可以保持在所述第二容元件中。
所述第二源极跟随器电路可以在从所述信号保持电路读出所述第二信号之前先读出所述第一信号。
所述第二源极跟随器电路可以在从所述信号保持电路读出所述第一信号之前先读出所述第二信号。
所述信号保持电路还可以包括开关，其设置在所述信号生成电路与输入节点之间，所述第一电容元件的一端和所述第二电容元件的一端共同连接至所述输入节点，并且
在所述第二源极跟随器电路读出保持在所述信号保持电路中的信号的时段期间，所述开关可以处于导通状态。
所述摄像装置还可以包括由所述第二源极跟随器电路和所述AD转换器共享的电流源。
所述信号保持电路还可以包括复位晶体管，其对所述输入节点的电位进行复位。
所述第一源极跟随器电路可以包括放大晶体管，其对所述光电转换电路的输出信号进行放大；选择晶体管，其与所述放大晶体管串联连接；偏置截止开关，其与所述选择晶体管串联连接；以及电流源，其与所述偏置截止开关串联连接，并且
所述偏置截止开关可以在从曝光所述多个像素的时段结束直到在所述第二源极跟随器电路读出保持在所述信号保持电路中的信号的时段开始之前处于截止状态。
所述偏置截止开关在所述第二源极跟随器电路读出保持在所述信号保持电路中的信号的时段期间也可以处于截止状态。
所述第一源极跟随器电路还可以包括设置在所述选择晶体管与所述信号保持电路之间的开关，并且
可以独立于所述选择晶体管来控制所述开关。
所述摄像装置还可以包括第三源极跟随器电路，其对所述斜坡信号进行放大并且将其供给到所述信号保持电路。
所述第三源极跟随器电路可以包括放大晶体管，其对所述斜坡信号进行放大；和选择晶体管，其设置在所述放大晶体管与所述信号保持电路之间，并且
在所述第二源极跟随器电路读出保持在所述信号保持电路中的信号的时段期间，所述选择晶体管可以处于导通状态。
所述斜坡信号可以包括斜坡部分和偏移部分，在所述偏移部分中，所述电压电平像矩形波一样变化。
可以向所述信号保持电路供给所述斜坡部分，并且可以向所述AD转换器供给所述偏移部分。
所述AD转换器可以包括输入晶体管和设置在所述输入晶体管的后级的输出晶体管，
可以向所述输入晶体管的栅极输入所述偏移部分，向所述输入晶体管的源极输入所述像素信号，并且
所述输入晶体管的漏极可以连接至所述输出晶体管的栅极，并且可以向所述输出晶体管的源极输入所述像素信号。
所述光电转换电路、所述第一源极跟随器电路和所述开关可以布置在第一基板上，并且
所述信号保持电路的除了所述开关之外的其余元件以及所述第二源极跟随器电路可以布置在堆叠在所述第一基板上的第二基板上。
所述光电转换电路的一些元件可以布置在第一基板上，
所述光电转换电路的其余元件、所述第一源极跟随器电路和所述开关可以布置在堆叠在所述第一基板上的第二基板上，并且
所述信号保持电路的除了所述开关之外的其余元件以及所述第二源极跟随器电路可以布置在堆叠在所述第一基板和所述第二基板上的第三基板上。
根据本公开实施方案的电子设备包括摄像装置，所述摄像装置包括：多个像素，所述多个像素在同一时段期间曝光；和AD转换器，其对从所述多个像素中的每一个像素输出的模拟像素信号进行数字化。在该摄像装置中，所述多个像素中的每一个像素包括：光电转换电路，其对入射光进行光电转换；第一源极跟随器电路，其对所述光电转换电路的输出信号进行放大；信号保持电路，其保持所述第一源极跟随器电路的输出信号；以及第二源极跟随器电路，其对从所述信号保持电路读出的信号进行放大并且将其作为所述像素信号输出。此外，向所述信号保持电路供给包括电压电平像斜坡一样变化的斜坡部分的斜坡信号。
附图说明
图1是示出根据第一实施方案的摄像装置的构成的框图。
图2是示出根据第一实施方案的像素和AD转换器的电路构成的图。
图3A是示出像素的两层结构的示例的立体图。
图3B是示出像素的三层结构的示例的立体图。
图4是用于说明根据第一实施方案的像素的操作的时序图。
图5A是示出根据比较例的AD转换器的反转电压的电压波形图。
图5B是示出根据第一实施方案的AD转换器的反转电压的电压波形图。
图6是示出根据第二实施方案的摄像装置的像素和AD转换器的电路构成的图。
图7是示出根据第三实施方案的摄像装置的像素和AD转换器的电路构成的图。
图8是示出根据第四实施方案的摄像装置的像素的电路构成的图。
图9是用于说明根据第四实施方案的像素的操作的时序图。
图10是示出根据第五实施方案的摄像装置的像素的电路构成的图。
图11是用于说明根据第五实施方案的像素的操作的时序图。
图12是示出根据第六实施方案的摄像装置的像素的电路构成的图。
图13是用于说明根据第六实施方案的像素的操作的时序图。
图14是示出根据第七实施方案的摄像装置的像素的电路构成的图。
图15是用于说明根据第七实施方案的像素的操作的时序图。
图16是示出根据第八实施方案的摄像装置的像素的电路构成的图。
图17是用于说明根据第八实施方案的像素的操作的时序图。
图18是示出根据第九实施方案的摄像装置的像素的电路构成的图。
图19是示出根据第十实施方案的摄像装置的像素的电路构成的图。
图20是示出根据第十一实施方案的摄像装置的像素的电路构成的图。
图21是示出根据第十二实施方案的摄像装置的像素的电路构成的图。
图22是示出根据第十三实施方案的摄像装置的像素的电路构成的图。
图23是示出根据第十四实施方案的摄像装置的像素的电路构成的图。
图24是示出根据第十五实施方案的电子设备的构成例的框图。
图25是示出车辆控制系统的示意性构成的示例的框图。
图26是示出车外信息检测单元和摄像单元的安装位置的示例的说明图。
具体实施方式
(第一实施方案)
图1是示出根据第一实施方案的摄像装置的构成的框图。
根据本实施方案的摄像装置1包括像素阵列单元11和像素阵列单元11的外围电路单元。在像素阵列单元11中，包括光接收元件的像素(像素电路)20在行和列方向上(即，以矩阵形式)二维布置。如本文所使用的行方向是指像素行中的像素20布置的方向，并且列方向是指像素列中的像素20布置的方向，其与行方向垂直。像素20根据接收到的光量对入射光进行光电转换以生成并累积电荷。
如图1所示，像素阵列单元11的外围电路单元包括行选择单元12、模数转换单元13、用作信号处理单元的逻辑电路单元14和定时控制单元15。
在像素阵列单元11中，沿着行方向针对各像素行对像素控制线31(311至31m)进行布线。此外，沿着列方向针对各像素列对信号线32(321至32n)进行布线。像素控制线31传输用于在从相应的像素20读出信号时执行驱动的驱动信号。注意，在图1中，像素控制线31图示为一根配线，但是配线的数量不限于一根。像素控制线31的一端连接至行选择单元12的针对相应像素行的输出端。
行选择单元12包括移位寄存器、地址解码器等，并且控制像素行的扫描和像素行的地址以选择像素阵列单元11的像素20。尽管图中未图示行选择单元12的具体构成，但是行选择单元12通常包括两个扫描系统，即，读出扫描系统和扫出扫描系统。
读出扫描系统以行为单位按顺序选择性地扫描像素阵列单元11的像素20，以便从像素20读出信号。从像素20读取的像素信号是模拟信号。扫出扫描系统在读出扫描之前快门速度的时间对由读出扫描系统执行读出扫描的读出行执行扫出扫描。
通过扫出扫描系统的扫出扫描从读出行中的像素20的光电转换元件中扫出不必要的电荷，从而复位光电转换元件。所谓的电子快门操作是在扫出扫描系统中通过扫出(复位)不必要的电荷来执行的。电子快门操作是指丢弃光电转换元件的电荷并且重新开始曝光(开始电荷累积)的操作。
模数转换单元13由分别对应于像素阵列单元11的像素列(例如，针对各个像素列)设置的多个AD转换器130的集合组成。模数转换单元13是将通过信号线321至32n中的每一个输出的模拟像素信号转换为数字像素信号的列并行类型的模数转换单元。
作为信号处理单元的逻辑电路单元14读出由模数转换单元13数字化的像素信号，并且对像素信号执行预定的信号处理。具体地，逻辑电路单元14执行预定的信号处理，例如，诸如垂直线缺陷校正、点缺陷校正、信号箝位、并行串行转换、压缩、编码、加法、平均和间歇操作等数字信号处理。逻辑电路单元14将生成的图像数据作为摄像装置1的输出信号OUT输出到后一级的装置。
定时控制单元15基于从外部给出的同步信号生成各种类型的定时信号、时钟信号、控制信号等。然后，定时控制单元15基于这些生成的信号控制行选择单元12、模数转换单元13和逻辑电路单元14的驱动。
图2是示出根据第一实施方案的像素20和AD转换器130的电路构成的图。
将首先说明像素20的电路构成。像素20包括光电转换电路210、第一源极跟随器电路220、信号保持电路230、第二源极跟随器电路240和信号生成电路250。下面将说明电路。
光电转换电路210包括光电转换元件211、传输晶体管212和第一复位晶体管213。作为光电转换元件211，可以使用诸如雪崩光电二极管等光电二极管。光电转换元件211接收入射光，并且根据接收到的光量累积光电荷。光电转换元件211的阳极连接至低电位侧电源(例如，接地)。光电转换元件211的阴极通过传输晶体管212连接至第一源极跟随器电路220。
传输晶体管212例如由N沟道MOS晶体管构成。从行选择单元12经由相应的像素控制线31向传输晶体管212的栅极输入传输信号TRG。当根据传输信号TRG的电平导通传输晶体管212时，累积在光电转换元件211中的光电荷被传输至浮动扩散部(浮动扩散区域或杂质扩散区域)FD。浮动扩散部FD是传输晶体管212与第一源极跟随器电路220之间的电连接区域，并且用作将由光电转换元件211光电转换的光电荷转换为电压信号的电荷-电压转换单元。
第一复位晶体管213连接在供给电源电压VDD1的正电源与浮动扩散部FD之间。第一复位晶体管213例如由N沟道MOS晶体管构成，并且从行选择单元12经由相应的像素控制线31向第一复位晶体管213的栅极输入第一复位信号RST1。当基于具有高电平的第一复位信号RST1导通第一复位晶体管213时，浮动扩散部FD中的电荷被排出至正电源。因此，浮动扩散部FD被复位。
第一源极跟随器电路220是用于放大保持在浮动扩散部FD中的电压信号的电路，并且包括第一放大晶体管221、第一开关222和第一电流源223。
第一放大晶体管221是用于放大光电转换电路210的输出信号的元件，并且例如由N沟道MOS晶体管构成。第一放大晶体管221的栅极连接至浮动扩散部FD。其漏极连接至供给电源电压VDD1的正电源。其源极连接至第一开关222和第一电流源223中的每一个。第一放大晶体管221对从浮动扩散部FD读出的电压信号进行放大并输出。
第一开关222是用于切换是否将由第一放大晶体管221放大的电压信号传输至信号保持电路230的元件，并且例如由N沟道MOS晶体管构成。从行选择单元12经由相应的像素控制线31向第一开关222的栅极输入第一切换信号SW1。第一开关222的漏极连接至第一放大晶体管221的源极和第一电流源223中的每一个。其源极连接至信号保持电路230。当基于具有高电平的第一切换信号SW1导通第一开关222时，第一放大晶体管221的输出信号被传输至信号保持电路230。
第一电流源223与第一放大晶体管221串联连接，并且基于行选择单元12的控制向第一放大晶体管211供给恒定电流。
在第一源极跟随器电路220中，从第一放大晶体管221依次输出复位信号(第一信号)和数据信号(第二信号)。该复位信号对应于所谓的P相信号，并且表示在导通第一复位晶体管213并且光电转换电路210相应地变为复位状态时的电压电平。另一方面，数据信号对应于所谓的D相信号，并且表示基于通过光电转换元件211执行的光电转换累积在浮动扩散部FD中的电荷量的电压电平。
信号保持电路230是用于保持复位信号的电压和数据信号的电压的电路，并且包括第二开关231、第一电容元件232、第二电容元件233、第一采样晶体管234、第二采样晶体管235和第二复位晶体管236。
第二开关231是用于切换是否向信号保持电路230供给由信号生成电路250生成的斜坡信号RAMP的元件，并且例如由N沟道MOS晶体管构成。从行选择单元12经由相应的像素控制线31向第二开关231的栅极输入第二切换信号SW2。第二开关231的漏极连接至输入节点V1，输入节点V1是第一电容元件232的一端与第二电容元件233的一端之间的连接点。第二开关231的源极连接至信号生成电路250。当基于具有高电平的第二切换信号SW2导通第二开关231时，从信号生成电路250通过第二开关232向第一电容元件232和第二电容元件233传输斜坡信号RAMP。
第一电容元件232是用于保持复位信号的电压的元件。第二电容元件233是用于保持数据信号的电压的元件。第一电容元件232和第二电容元件中的每一个的一端连接至输入节点V1。第一电容元件232的另一端连接至第一采样晶体管234，并且第二电容元件233的另一端连接至第二采样晶体管235。注意，第一电容元件232的电容C1和第二电容元件233的电容C2只需要是能够分别保持复位信号和数据信号的电压的值即可，并且可以具有相同的值或者可以具有不同的值。
第一采样晶体管234是用于设置用于将复位信号保持在第一电容元件232中的定时的元件，并且例如由N沟道MOS晶体管构成。从行选择单元12经由相应的像素控制线31向第一采样晶体管234的栅极输入第一采样和保持信号S1。第一采样晶体管234的漏极连接至第一电容元件232的另一端，并且其源极连接至第二复位晶体管236和第二源极跟随器电路206中的每一个。当基于具有高电平的第一采样和保持信号S1导通第一采样晶体管234时，复位信号被保持在第一电容元件232中。
第二采样晶体管235是用于设置用于将数据信号保持在第二电容元件233中的定时的元件，并且例如由N沟道MOS晶体管构成。从行选择单元12经由相应的像素控制线31向第二采样晶体管235的栅极输入第二采样和保持信号S2。第二采样晶体管235的漏极连接至第二电容元件233的另一端，并且其源极连接至第二复位晶体管236和第二源极跟随器电路206中的每一个。当基于具有高电平的第二采样和保持信号S2导通第二采样晶体管235时，数据信号被保持在第二电容元件233中。
第二复位晶体管236是用于对信号保持电路230的输出节点V2的电位进行复位的元件，并且例如由N沟道MOS晶体管构成。从行选择单元12经由相应的像素控制线31向第二复位晶体管236的栅极输入第二复位信号RST2。第二复位晶体管236的漏极连接至输出恒定电压Vreg的调压器。将恒定电压Vreg设置为低于电源电压VDD1的电位。第二复位晶体管236的源极连接至第一采样晶体管234和第二采样晶体管235中的每一个的源极。当基于具有高电平的第二复位信号RST2导通第二复位晶体管236时，输出节点V2的电位被复位到恒定电压Vreg。
第二源极跟随器电路240是用于选择性地从信号保持电路230读出并放大复位信号或数据信号的电路，并且包括第二放大晶体管241、选择晶体管242和第二电流源243。
第二放大晶体管241是用于放大从信号保持电路230读出的复位信号和数据信号的元件，并且例如由N沟道MOS晶体管构成。第二放大晶体管241的栅极连接至信号保持电路230的输出节点V2。其漏极连接至供给电源电压VDD2的正电源。电源电压VDD2与上述电源电压VDD1的电位相同。第二放大晶体管241的源极连接至选择晶体管242。
选择晶体管242是用于选择是否将由第二放大晶体管241放大的复位信号或数据信号传输至AD转换器130的元件，并且例如由N沟道MOS晶体管构成。从行选择单元12经由相应的像素控制线31向选择晶体管242的栅极输入选择信号SEL。选择晶体管242的漏极连接至第二放大晶体管241的源极，并且其源极连接至第二电流源243。当基于具有高电平的选择信号SEL导通选择晶体管242时，第二放大晶体管241的输出信号，即，模拟像素信号VSL，经由相应的信号线32被传输至AD转换器130。
第二电流源243与选择晶体管242串联连接。第二电流源243基于行选择单元12的控制向第二放大晶体管241和选择晶体管242供给恒定电流。
信号生成电路250包括例如针对每个像素列设置的电流积分型数模转换器(DAC)，并且生成斜坡信号RAMP。斜坡信号RAMP由斜坡部分和偏移部分组成。在斜坡部分中，电压电平像随着时间单调减小或增加的斜坡一样变化。在本实施方案中，斜坡部分中的电压电平随着时间单调地减小。然而，该电压电平可以根据输入节点V1处的复位信号和数据信号的电压波形而单调增加。换言之，根据输入节点V1处的复位信号和数据信号中的电压变化来适当地设置斜坡部分中的电压电平的变化。另一方面，偏移部分具有矩形波，其中偏移电压(offset voltage)和基准电压这两个电压电平交替变化。
接下来，将说明AD转换器130的电路构成。AD转换器130是用于将像素信号VSL与基准电压之间的比较结果作为数字像素信号输出的电路。该AD转换器130包括一对电容元件131和132、构成一对N沟道MOS晶体管的输入晶体管133和输出晶体管134、一对开关135和136、构成一对P沟道MOS晶体管的晶体管137和138以及第三电流源139。
在AD转换器130中，通过电容元件131向输入晶体管133的栅极输入像素信号VSL。另一方面，通过电容元件132向输出晶体管134的栅极输入作为基准电压的接地电压REF_GND。当开关135和136处于导通状态时，输入晶体管133和输出晶体管134的栅极电位被复位，并且AD转换器130相应地变为自动归零状态。输入晶体管133和输出晶体管134的源极共同连接至第三电流源139。
晶体管137和138用作电流镜像电路，其执行电流控制，使得相同的电流流过输入晶体管133和输出晶体管134。晶体管137和138的栅极彼此连接。晶体管137和138的源极共同连接至供给电压VDDCM的电源。晶体管137的漏极连接至输入晶体管133的漏极，并且晶体管138的漏极连接至输出晶体管134的漏极。在如上所述构造的AD转换器130中，当像素信号VSL的电压与接地电压REF_GND一致，换言之，交叉时，表示比较结果的比较电压VCO反转。
现在将参照图3A和图3B说明像素20的堆叠结构。
图3A是示出像素20的两层结构的示例的立体图。在图3A中，像素20被分布成布置在第一基板301和第二基板302上。第一基板301和第二基板是诸如硅基板等半导体基板。在图3A中，第二基板302放置在第一基板301下方，并且两个基板彼此接合。
在图3A所示的两层结构中，例如，在第一基板301上，布置有光电转换元件211、传输晶体管212、第一复位晶体管213、第一放大晶体管221、第一开关222和第二开关231。通过这种布置，在第二基板302上，布置有第一电流源223、信号保持电路230的除了第二开关231之外的电路元件以及第二源极跟随器电路240。注意，AD转换器130可以布置在第二基板302上。
可替换地，光电转换元件211、传输晶体管212、第一复位晶体管213、第一源极跟随器电路220和第二开关231可以布置在第一基板301上，并且信号保持电路230的除第二开关231之外的电路元件以及第二源极跟随器电路240可以布置在第二基板302上。通过这种布置，AD转换器130也可以布置在第二基板302上。
图3B是示出像素20的三层结构的示例的立体图。在图3B中，像素20被分布成布置在第一基板301、第二基板302和第三基板303上。第三半导体基板3与第一基板301和第二基板一样，是诸如硅基板等半导体基板。在图3B中，第三基板303放置在底层，并且三个基板被接合。
在图3B所示的三层结构中，例如，在第一基板301上，布置有光电转换元件211和传输晶体管212。通过这种布置，在第二基板302上布置有第一放大晶体管221、第一源极跟随器电路220和第二开关231。另外，在第三基板303上，布置有信号保持电路230的除了第二开关231之外的电路元件以及第二源极跟随器电路240。通过这种布置，AD转换器130可以布置在第三基板303上。
注意，像素20的堆叠结构不限于图3A所示的两层结构或图3B所示的三层结构。例如，可以使用第一基板301和第二基板302来实现第一电容元件232和第二电容元件233。在这种情况下，对于它们中的每一个，在第一基板301和第二基板302上布置彼此面对的一对导体。可以通过调节相应的导体对之间的距离来设置第一电容元件232和第二电容元件233中的每一个的电容。
图4是用于说明根据第一实施方案的像素20的操作的时序图。图4示出第一复位信号RST1、传输信号TRG、第二复位信号RST2、第一采样和保持信号S1、第二采样和保持信号S2、选择信号SEL、输入节点V1、第一切换信号SW1、第二切换信号SW2、斜坡信号RAMP、输出节点V2和比较电压VCO的波形。注意，对于输出节点V2，示出了两个电压波形，一个针对斜坡信号RAMP，并且另一个针对无斜坡信号RAMP。
首先，在时刻T0到时刻T1的时段期间，行选择单元12向所有像素20供给均具有高电平的第一复位信号RST1和传输信号TRG。因此，在每个像素20中，基于第一复位信号RST1导通第一复位晶体管213，并且基于传输信号TRG导通传输晶体管212。因此，复位了所有的像素20，并且相应地，开始了在相同的时段曝光所有像素行的全局开关时段(下文中称为GS时段)。
在时刻T0处，行选择单元12还向所有像素20供给具有高电平的第二复位信号RST2。因此，在每个像素20中，导通了第二复位晶体管236，并且相应地，第一电容元件232和第二电容元件233的电压被复位为恒定电压Vreg。此外，在时刻T0处，第一采样晶体管234基于具有高电平的第一采样和保持信号S1处于导通状态，同时第二采样晶体管235基于具有低电平的第二采样和保持信号S2处于截止状态。此外，在时刻T0处，第一开关222基于具有高电平的第一切换信号SW1处于导通状态，并且第二开关231基于具有低电平的第二切换信号SW2处于截止状态。
在GS时段的中间的时刻T2处，基于具有高电平的第一复位信号RST1再次导通第一复位晶体管213。此时，传输信号TRG处于低电平，因此，传输晶体管212处于截止状态。接着，在第一采样和保持信号S1从高电平变为低电平的时刻T3处，由第一电容元件232采样并保持复位信号的电压电平。
接着，在基于具有高电平的传输信号TRG再次导通传输晶体管212的时刻T4处，第二采样和保持信号S2从低电平变为高电平。因此，第二采样晶体管235从截止状态变为导通状态。
接着，在第二采样和保持信号S2从高电平变为低电平的时刻T5处，对与通过光电转换元件211光电转换的电荷量相对应的数据信号的电压电平进行采样并将其保持在第二电容元件233中。
在GS时段结束的时刻T6处，第一切换信号SW1从高电平变为低电平，因此，第一开关222从导通状态变为截止状态。
然后，在时刻T7处，开始读出保持在信号保持电路230中的复位信号和数据信号的读出时段。在读出时段期间，选择信号SEL处于高电平，因此，选择晶体管242保持导通状态。换言之，在读出时段期间，复位信号和数据信号处于可以将其传输至AD转换器130的状态。
此外，在时刻T7处，第二切换信号SW2从截止状态变为导通状态，因此，向第一电容元件232和第二电容元件233供给斜坡信号RAMP。因此，在复位信号和数据信号中的每一个上叠加了斜坡信号RAMP。
接着，在时刻T7到时刻T8的时段期间，将具有高电平的第二复位信号RST2输入至第二复位晶体管236的栅极，因此导通了第二复位晶体管236，并且输出节点V2的电位被复位到恒定电压Vreg。
接着，在时刻T9到时刻T10的P相时段期间，第一采样和保持信号S1处于高电平。因此，导通了第一采样晶体管234，使得通过第二源极跟随器电路240读出其上叠加了斜坡信号RAMP的复位信号。该复位信号被第二源极跟随器电路240放大，并且作为像素信号VSL被传输至AD转换器130。在P相时段中，当像素信号VSL的电压与AD转换器130的接地电压REF_GND一致时，比较电压VCO从高电平变为低电平。
接着，在时刻T11到时刻T2的D相时段期间，第一采样和保持信号S1变为hello电平，同时第二采样和保持信号S2变为高电平。因此，导通了第二采样晶体管235，使得通过第二源极跟随器电路240读出其上叠加了斜坡信号RAMP的数据信号。该数据信号也被第二源极跟随器电路240放大，并且作为像素信号VSL被传输至AD转换器130。在D相时段中，当像素信号VSL的电压与AD转换器130的基准电压REF_GND一致时，比较电压VCO从高电平变为低电平。因此，AD转换器130输出具有与像素信号VSL的电压电平相对应的脉冲宽度(具体地，与信号电平的振幅相对应的脉冲宽度)的数据信号作为比较结果。
注意，本实施方案的第二源极跟随器电路240在从信号保持电路230读出数据信号之前先从信号保持电路230读出复位信号，但是第二源极跟随器电路240也可以以相反的顺序读出信号。例如，第二切换信号SW2可以在时刻T9到时刻T10的时段期间保持在高电平，并且第一切换信号SW1可以在时刻T11到时刻T12的时段期间保持在高电平。在这种情况下，第二源极跟随器电路240可以在从信号保持电路230读出复位信号之前先从信号保持电路230读出数据信号。
图5A是示出根据比较例的AD转换器的反转电压的电压波形图。图5B是示出根据第一实施方案的AD转换器130的反转电压的电压波形图。
在图5A中，将像素信号VSL与斜坡信号RAMP进行比较。因此，AD转换器的反转电压也根据像素信号VSL的电压电平而变化。因此，AD转换器所需的反转电压范围DR1也变大。
另一方面，在根据本实施方案的AD转换器130中，第一电容元件232和第二电容元件233用作斜坡信号RAMP的输入电容器，使得斜坡信号RAMP叠加在像素信号VSL上。另外，如图5B所示，根据本实施方案的AD转换器130将其上叠加了斜坡信号RAMP的像素信号VSL与基准电压进行比较。因此，无论像素信号VSL的电压电平如何，使比较电压VCO反转的电压大致恒定。因此，可以使AD转换器130所需的反转电压范围DR2小于根据比较例的反转电压范围DR1。另外，与在没有叠加斜坡信号RAMP的像素信号VSL与基准电压进行比较的条件下，与AD转换器130所需的反转电压范围DR3(参照图4)相比，可以使反转电压范围DR2更小。这使得能够在不受AD转换器130限制的情况下增加像素信号VSL的动态范围。
(第二实施方案)
图6是示出根据第二实施方案的摄像装置的像素20a和AD转换器130a的电路构成的图。与上述第一实施方案中的构成元件类似的构成元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其详细说明。
如图6所示，在本实施方案中，像素20a包括光电转换电路210a、第一源极跟随器电路220a、信号保持电路230a、第二源极跟随器电路240a和信号生成电路250a。每个电路的电路构成与第一实施方案中的相同，因此，将省略其说明。另一方面，AD转换器130a的电路构成与第一实施方案中的不同。因此，将说明AD转换器130a的电路构成。
AD转换器130a包括电容元件131、由N沟道MOS晶体管构成的输入晶体管133a、由P沟道MOS晶体管构成的输出晶体管134a、开关135和第三电流源139。
从行选择单元12经由相应的像素控制线31向输入晶体管133a的栅极输入偏置信号Vbias。偏置信号Vbias的电压设置为用于导通输入晶体管133a的电压。输入晶体管133a的漏极连接至供给电压VDDCM的电源，并且其源极连接至输出晶体管134a的源极。
通过电容元件131向输出晶体管134a的栅极输入像素信号VSL。输出晶体管134a的源极连接至输入晶体管133a的源极，并且其漏极连接至第三电流源139。开关135设置在输出晶体管134a的栅极与漏极之间。当开关135处于导通状态时，输出晶体管134a的栅极电位被复位，并且AD转换器130a相应地变为自动归零状态。
在如上所述构成的AD转换器130a中，将像素信号VSL与偏置信号Vbias进行比较。因此，当像素信号VSL的电压变为高于偏置信号Vbias的电压或低于偏置信号Vbias的电压时，比较电压VCO反转。
与第一实施方案类似，在上述本实施方案中，当第二源极跟随器电路240a读出像素信号VSL时，信号生成电路250a将斜坡信号RAMP供给至信号保持电路230a。因此，其上叠加了斜坡信号RAMP的像素信号VSL被输入至AD转换器130a。因此，在AD转换器130a中，无论像素信号VSL的电压电平如何，使比较电压VCO反转的电压大致恒定。因此，能够在不受AD转换器130限制的情况下增加像素信号VSL的动态范围。
(第三实施方案)
图7是示出根据第三实施方案的摄像装置的像素20b和AD转换器130b的电路构成的图。与上述第一实施方案中的构成元件类似的构成元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其详细说明。
如图7所示，在本实施方案中，像素20b包括光电转换电路210b、第一源极跟随器电路220b、信号保持电路230b、第二源极跟随器电路240b和信号生成电路250b。每个电路的电路构成与第一实施方案中的相同，因此，将省略其说明。另一方面，AD转换器130b的电路构成与第一实施方案中的不同。因此，将说明AD转换器130b的电路构成。
AD转换器130b包括电容元件131、由P沟道MOS晶体管构成的输入晶体管133b、由P通道MOS晶体管构成的输出晶体管134b、开关135和第三电流源139。
通过电容元件131向输入晶体管133b的栅极输入接地电压REF_GND。输入晶体管133b的源极连接至第二源极跟随器电路240的选择晶体管242的源极，并且其漏极连接至第二源极跟随器电路240的第二电流源243。换言之，输入晶体管133b设置在选择晶体管242与第二电流源243之间。
开关135设置在输入晶体管133b的栅极与漏极之间。当开关135处于导通状态时，输入晶体管133b的栅极电位被复位，并且AD转换器130b相应地变为自动归零状态。
输出晶体管134b的栅极连接至输入晶体管133b的漏极。输出晶体管134b的源极和输入晶体管133b的源极共同连接至第二源极跟随器电路240的选择晶体管242的源极。输出晶体管134b的漏极连接至第三电流源139。输出晶体管134b的漏极电压对应于表示输入至源极的像素信号VSL与输入至栅极的输入晶体管133b的漏极电压Vd之间的差是否超过预定阈值电压的比较电压VCO。
在如上所述构造的AD转换器130b中，输入晶体管133b将像素信号VSL和接地电压REF_GND进行比较。因此，漏极电压Vd在像素信号VSL的电压几乎与接地电压REF_GND一致的时刻反转。相应地，比较电压VCO也被反转。
与第一实施方案类似，在本实施方案中，在读出时段期间，从信号生成电路250向第一电容元件232和第二电容元件233供给斜坡信号RAMP。因此，无论像素信号VSL的电压电平如何，都能够使比较电压VCO的反转范围更小。因此，能够增加像素信号VSL的动态范围。
在本实施方案的AD转换器130b中，输出晶体管134b设置在输入晶体管133b的后级，并且输入晶体管133b的源极和漏极连接至输出晶体管134b的源极和栅极。利用这种连接，将输入晶体管133b的漏极-源极电压作为输出晶体管134b的栅极-源极电压输入。
关于像素信号VSL的电压，数据信号的电压电平低于复位信号的电压水平。该像素信号VSL的电压降的量与输入晶体管133b的漏极电压Vd的电压降的量相同。由于输入晶体管133b的漏极-源极电压对应于输出晶体管134b的栅极-源极电压，因此比较电压VCO的反转时刻是像素信号VSL的电压与接地电压REF_GND基本上一致的理想时刻。这防止了反转时刻的误差，使得能够减少线性误差和偏移并且提高图像质量。
(第四实施方案)
图8是示出根据第四实施方案的摄像装置的像素20c的电路构成的图。与上述第一实施方案中的构成元件类似的构成元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其详细说明。注意，图8还示出AD转换器130c，但是该AD转换器130c的构成可以是上述实施方案所述的AD转换器130至130b中的任一个。
在本实施方案中，如图8所示，像素20c包括光电转换电路210c、第一源极跟随器电路220c、信号保持电路230c、第二源极跟随器电路240c和信号生成电路250c。像素20c的除了信号保持电路230c之外的电路的构成与第一实施方案中的相同，因此，将省略其说明。下面将说明根据本实施方案的信号保持电路230c。
如图8所示，除了第一实施方案所述的信号保持电路230的构成元件之外，信号保持电路230c还包括第三复位晶体管238。第三复位晶体管238是用于对输入节点V1的电位进行复位的元件，并且例如由N沟道MOS晶体管构成。
从行选择单元12经由相应的像素控制线31向第三复位晶体管238的栅极输入第三复位信号RSTa。第三复位晶体管238的漏极连接至供给电压VDD3的电源，并且其源极连接至输入节点V1。电压VDD3比电源电压VDD1电位的更低。
图9是用于说明根据第四实施方案的像素的操作的时序图。这里，将仅说明与第一实施方案不同的点，即，仅说明与第三复位信号RSTa相关的操作，并且由于其他操作与第一实施方案相同，因此将省略其说明。
首先，在曝光所有像素20c的GS时段期间，在与第一复位信号RST1相同的时刻向第三复位晶体管238的栅极供给具有高电平的第三复位信号RSTa。具体地，第三复位信号RSTa在时刻T0和时刻T2从低电平变为高电平。当基于具有高电平的第三复位信号RSTa导通第三复位晶体管238时，输入节点V1的电位被复位到电压VDD3。
接下来，在从信号保持电路230读出复位信号和数据信号的读出时段期间，第三复位信号RSTa与第一复位信号RST1一样始终处于高电平。具体地，在时刻T7到时刻T12的时段期间，第三复位信号RSTa始终处于高电平。因此，在读出时段期间，输入节点V1的电位保持在电压VDD3。
与第一实施方案类似，在本实施方案中，在读出时段期间，从信号生成电路250向第一电容元件232和第二电容元件233供给斜坡信号RAMP。因此，无论像素信号VSL的电压电平如何，都能够使比较电压VCO的反转范围更小。因此，能够增加像素信号VSL的动态范围。
在第一实施方案中，输入节点V1的复位电位是由第一源极跟随器电路220限定的电压电平(电源电压VDD1-放大晶体管的栅极-源极电压)。另一方面，在本实施方案中，将输入节点V1的复位电位设置为与由第一源极跟随器电路220限定的电压电平不同的电压电平(电压VDD3)。因此，通过根据外部输入等将电压VDD3设置为任意值，可以将输入节点V1的复位电压设置为任意值，从而能够主动地控制复位操作。
(第五实施方案)
图10是示出根据第五实施方案的摄像装置的像素20d的电路构成的图。与上述第一实施方案中的构成元件类似的构成元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其详细说明。注意，图10还示出了AD转换器130d，但是该AD转换器130d的构成可以是上述实施方案所述的AD转换器130至130b中的任何一个。
在本实施方案中，如图10所示，像素20d包括光电转换电路210d、第一源极跟随器电路220d、信号保持电路230d、第二源极跟随器电路240d和信号生成电路250250d。像素20d的除了第一源极跟随器电路220d之外的电路构成与第一实施方案中的相同，因此，将省略其说明。下面将说明根据本实施方案的第一源极跟随器电路220d。
如图10所示，第一源极跟随器电路220d包括第一放大晶体管221、第一选择晶体管224、偏置截止开关225和第一电流源223，并且这些元件串联连接。
第一选择晶体管224是用于切换是否将第一放大晶体管221的输出信号传输至信号保持电路230的元件，并且例如由N沟道MOS晶体管构成。从行选择单元12经由相应的像素控制线31向第一选择晶体管224的栅极输入第一选择信号SEL1。第一选择晶体管224的漏极连接至第一放大晶体管221的源极，并且其源极连接至信号保持电路230d和偏置截止开关225。第一选择晶体管224设置在第一放大晶体管221与信号保持电路230d之间。因此，当基于具有高电平的第一选择信号SEL1导通第一选择晶体管224时，第一放大晶体管221的输出信号被传输至信号保持电路230。相反，当基于具有低电平的第一选择信号SEL1截止第一选择晶体管224时，第一放大晶体管221的输出信号不被传输至信号保持电路230d。
偏置截止开关225是用于降低第一源极跟随器电路220d的功耗的元件，并且例如由N沟道MOS晶体管构成。从行选择单元12经由相应的像素控制线31向偏置截止开关225的栅极输入偏置截止信号SW0。偏置截止开关225的漏极连接至第一开关222的源极，并且源极连接至第一电流源223。偏置截止开关225设置在第一开关与第一电流源223之间。因此，当基于具有高电平的偏置截止信号SW0导通偏置截止开关225时，从第一电流源223供给电流。相反地，当基于具有低电平的偏置截止信号SW0截止偏置截止开关225时，来自第一电流源223的电流供给被截止。
图11是用于说明根据第五实施方案的像素20d的操作的时序图。为了简化说明，图11仅示出第一复位信号RST1、传输信号TRG、第二复位信号RST2、偏置截止信号SW0、第一选择信号SEL1和输入节点V1的波形。第一采样和保持信号S1、第二采样保持信号S2、选择信号SEL、第二切换信号SW2、斜坡信号RAMP、输出节点V2和比较电压VCO的波形未在图11中示出。这里，仅说明与第一实施方案不同的点，即，仅说明与第一选择信号SEL1和偏置截止信号SW0有关的操作，并且由于其他操作与第一实施方案相同，因此将省略其说明。
首先，在曝光所有像素20d的GS时段中，向第一选择晶体管224的栅极恒定地供给具有高电平的第一选择信号SEL1。因此，在时刻T1到时刻T6的时段期间，第一选择晶体管224始终处于导通状态，使得能够将第一放大晶体管221的输出信号传输至信号保持电路230。
在GS时段期间，将具有高电平的偏置截止信号SW0恒定地供给至偏置截止开关225的栅极。因此，偏置截止开关225也始终处于导通状态，并且从第一电流源223供给的电流流过第一源极跟随器电路220d。
在GS时段结束的时刻T6处，第一选择信号SEL1和偏置截止信号SW0从高电平变为低电平。相应地，第一选择晶体管224和偏置截止开关225从导通状态变为截止状态。
接下来，就在从信号保持电路230d读出复位信号和数据信号的读出时段开始时的时刻T7之前，将偏置截止信号SW0从低电平变为高电平。之后，偏置截止信号SW0保持高电平直到读出时段结束的时刻T12。另一方面，第一选择信号SEL1在读出时段期间保持低电平。
与第一实施方案类似，根据上述本实施方案，在读出时段期间，从信号生成电路250向第一电容元件232和第二电容元件233供给斜坡信号RAMP。因此，无论像素信号VSL的电压电平如何，都能够使比较电压VCO的反转范围更小。因此，能够增加像素信号VSL的动态范围。
在本实施方案中，设置在第一电流源223的电流供给路径中的偏置截止开关225，使得能够临时截止来自第一电流源223的电流供给。因此，能够降低第一源极跟随器电路220d的功耗。在本实施方案中，偏置截止信号SW0在GS时段与读出时段之间处于低电平。然而，即使在读出时段期间，偏置截止信号SW0也可以始终处于低电平。在这种情况下，由于在读出时段期间截止来自第一电流源223的电流供给，因此能够进一步降低第一源极跟随器电路220d的功耗。
(第六实施方案)
图12是示出根据第六实施方案的摄像装置的像素20e的电路构成的图。与上述第一实施方案中的构成元件类似的构成元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其详细说明。注意，图12还示出了AD转换器130e，但是该AD转换器130e的构成可以是上述实施方案所述的AD转换器130至130b中的任一个。
在本实施方案中，如图12所示，像素20e包括光电转换电路210e、第一源极跟随器电路220e、信号保持电路230e、第二源极跟随器电路240e和信号生成电路250e。像素20e的除了第一源极跟随器电路220e之外的电路构成与第一实施方案中的相同，因此，将省略其说明。下面将说明根据本实施方案的第一源极跟随器电路220e。
如图12所示，除了第一实施方案所述的第一源极跟随器电路220的构成元件之外，第一源极随动器电路220e还包括第五实施方案所述的第一选择晶体管224和偏置截止开关225。
图13是用于说明根据第六实施方案的像素20e的操作的时序图。为了简化说明，图13仅示出第一复位信号RST1、传输信号TRG、第二复位信号RST2、偏置截止信号SW0、第一选择信号SEL1、第一切换信号SW1和输入节点V1的波形。第一采样和保持信号S1、第二采样和保持信号S2、选择信号SEL、第二切换信号SW2、斜坡信号RAMP、输出节点V2和比较电压VCO的波形未在图13中示出。这里，将仅说明与第一实施方案不同的点，即，仅说明与第一选择信号SEL1和偏置截止信号SW0有关的操作，并且由于其他操作与第一实施方案相同，因此将省略其说明。
首先，在曝光所有像素20e的GS时段中，将具有高电平的第一选择信号SEL1恒定地供给至第一选择晶体管224的栅极。在GS时段期间，也将第一切换信号SW1恒定地供给至第一开关222的栅极。因此，在时刻T1到时刻T6的时段期间，第一选择晶体管224和第一开关222始终处于导通状态，使得能够将第一放大晶体管221的输出信号传输至信号保持电路230e。
在GS时段期间，向偏置截止开关225的栅极恒定地供给具有高电平的偏置截止信号SW0。因此，偏置截止开关225也始终处于导通状态，并且从第一电流源223供给的电流流过第一源极跟随器电路220a。
在GS时段结束的时刻T6处，第一选择信号SEL1保持高电平，同时第一切换信号SW1和偏置截止信号SW0从高电平变为低电平。相应地，第一开关222和偏置截止开关225从导通状态变为截止状态。
接下来，就在从信号保持电路230e读出复位信号和数据信号的读出时段开始时的时刻T7之前，将偏置截止信号SW0从低电平变为高电平。之后，偏置截止信号SW0保持高电平直到读出时段结束的时刻T12。在读出时段期间，第一选择信号SEL1保持高电平，同时第一切换信号SW1保持低电平。
与第一实施方案类似，根据上述本实施方案，在读出时段期间，将从信号生成电路250向第一电容元件232和第二电容元件233供给斜坡信号RAMP。因此，无论像素信号VSL的电压电平如何，都能够使比较电压VCO的反转范围更小。因此，能够增加像素信号VSL的动态范围。
在本实施方案中，第一选择晶体管224和第一开关222布置在从第一放大晶体管221到信号保持电路230e的信号传输电路中，并且这些元件被独立地控制。这使得能够对像素选择控制线以及采样和保持脉冲控制线进行单独布线，从而通过在单独的配线层上仅布置采样和保持脉冲控线，能够优化采样和保持脉冲以利用适当的负载来驱动。
在本实施方案中，与在第五实施方案中一样，设置在第一电流源223的电流供给路径中的偏置截止开关225，使得能够临时截止来自第一电流源223的电流供给。因此，能够降低第一源极跟随器电路220e的功耗。注意，即使在读出时段期间，偏置截止信号SW0也可以始终处于低电平。在这种情况下，由于在读出时段期间截止来自第一电流源223的电流供给，因此能够进一步降低第一源极跟随器电路220e的功耗。
(第七实施方案)
图14是示出根据第七实施方案的摄像装置的像素20f的电路构成的图。与上述第一实施方案中的构成元件类似的构成元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其详细说明。注意，图14还示出了AD转换器130f，但是该AD转换器130f的构成可以是上述实施方案所述的AD转换器130至130b中的任何一个。
在本实施方案中，如图14所示，像素20f包括光电转换电路210f、第一源极跟随器电路220f、信号保持电路230f、第二源极跟随器电路240f和信号生成电路250f。在像素20e中，如第五实施方案中所述，第一源极跟随器电路220f包括第一选择晶体管224和偏置截止开关225而不是第一开关222。注意，第一源极跟随器电路220f可以具有其他实施方案所述的电路构成。第二源极跟随器电路240f不包括第二开关231。
根据本实施方案的像素20f还包括设置在信号生成电路250与信号保持电路230之间的第三源极跟随器电路260。第三源极跟随器电路260包括放大晶体管261和串联连接至放大晶体管261的第三选择晶体管262。
放大晶体管261是用于放大由信号生成电路250生成的斜坡信号RAMP的元件，并且例如由N沟道MOS晶体管构成。向放大晶体管261的栅极输入斜坡信号RAMP。放大晶体管261的漏极连接至供给电源电压VDD1的正电源，并且其源极连接至第三选择晶体管262。
第三选择晶体管262设置在放大晶体管261与信号保持电路230f之间，并且例如由N沟道MOS晶体管构成。从行选择单元12经由相应的像素控制线31向第三选择晶体管262的栅极输入第三选择信号SEL3。第三选择晶体管262的漏极连接至放大晶体管261的源极，并且其源极连接至信号保持电路230的输入节点V1。当基于具有高电平的第三选择信号SEL3导通第三选择晶体管262时，经由信号保持电路230的输入节点V1向第一电容元件232和第二电容元件233中的每一个供给由放大晶体管261放大的斜坡信号RAMP。
图15是用于说明根据第七实施方案的像素20f的操作的时序图。这里，将仅说明与第一实施方案和第五实施方案不同的点，即与第三选择信号SEL3相关的操作，并且由于其他操作与第一实施方案相同，因此将省略其说明。
首先，在曝光所有像素20f的GS时段中，向第三选择晶体管262的栅极恒定地供给具有低电平的第三选择信号SEL3。因此，在时刻T1至时刻T6的时段期间，第三选择晶体管262始终处于截止状态，使得不向信号保持电路230传输由放大晶体管261放大的斜坡信号RAMP。
接下来，在从信号保持电路230f读出复位信号和数据信号的读出时段开始时的时刻T7处，将第三选择信号SEL3从低电平变为高电平。相应地，第三选择晶体管262从截止状态变为导通状态，使得由放大晶体管261放大的斜坡信号RAMP被传输至信号保持电路230。之后，第三选择信号SEL3保持高电平直到读出时段结束的时刻T12。
与第一实施方案类似，根据上述本实施方案，在读出时段期间，从信号生成电路250向第一电容元件232和第二电容元件233供给斜坡信号RAMP。因此，无论像素信号VSL的电压电平如何，都能够使比较电压VCO的反转范围更小。因此，能够增加像素信号VSL的动态范围。
根据本实施方案，在读出时段期间，向信号保持电路230f供给由放大晶体管261放大的斜坡信号RAMP。因此，能够提高驱动功率。
(第八实施方案)
图16是示出根据第八实施方案的摄像装置的像素20g的电路构成的图。与上述第一实施方案中的构成元件类似的构成元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其详细说明。像素20g包括光电转换电路210g、第一源极跟随器电路220g、信号保持电路230g、第二源极跟随器电路240g和信号生成电路250g。
在本实施方案中，信号生成电路250g生成第一斜坡信号RAMP1和第二斜坡信号RAMP2。第一斜坡信号RAMP1对应于第一实施方案所述的斜坡信号RAMP的斜坡部分。另一方面，第二斜坡信号RAMP2对应于斜坡信号RAMP的偏移部分。换言之，在本实施方案中，信号生成电路250将第一实施方案所述的斜坡信号RAMP分为第一斜坡信号RAMP1和第二斜坡信号RAMP2。通过第二开关231向第一电容元件232和第二电容元件233供给第一斜坡信号RAMP1。向AD转换器130g供给第二斜坡信号RAMP2。
与图7所示的AD转换器130b类似，AD转换器130g与第二源极跟随器电路240g共享第二电流源243。另一方面，AD转换器130g与AD转换器130b的不同之处在于，通过电容元件131向输入晶体管133b的栅极输入第二斜坡信号RAMP2。
在根据第一实施方案的像素20中，斜坡信号RAMP在斜坡部分之前具有偏移，以确保比较电压VCO在AD转换器130中被反转并且具有线性。因此，斜坡信号RAMP由斜坡部分和偏移部分组成。然而，如果由于信号线32的大时间常数的影响，偏移部分中的阶跃在信号线32中变得迟缓，则将需要等待阶跃的稳定。当复位信号的稳定时段ts1和数据信号的稳定时段ts2更长时，AD转换器130中的模数转换所需的总时间也相应地增加。因此，帧速率降低，并且作为随时间平均的功耗的平均功耗增加。
因此，在根据本实施方案的像素20中，对于由斜坡部分和偏移部分组成的斜坡信号RAMP，偏移部分与斜坡信号RAMP分离，并且通过电容元件131被供给至输入晶体管133b的栅极。
图17是用于说明根据第八实施方案的摄像装置的操作的时序图。这里，仅说明与第一实施方案不同的点，即，仅说明与第一斜坡信号RAMP1和第二斜坡信号RAMP2相关的操作，并且由于其他操作与第一实施方案相同，因此将省略其说明。
首先，在曝光所有像素20g的GS时段期间，第二切换信号SW2处于低电平，相应地，第二开关231处于截止状态。因此，不向第一电容元件232和第二电容元件233供给第一斜坡信号RAMP1。在GS时段期间，信号生成电路250不向输入晶体管133b的栅极供给第二斜坡信号RAMP2。
接下来，就在从信号保持电路230g读出复位信号和数据信号的读出时段开始时的时刻T7之前，将第二切换信号SW2从低电平变为高电平，并且相应地，第二开关231从截止状态变为导通状态。因此，第一斜坡信号RAMP1被供给至第一电容元件232和第二电容元件233。同时，信号生成电路250向输入晶体管133b的栅极供给第二斜坡信号RAMP2。
在本实施方案中，尽管作为斜坡部分的第一斜坡信号RAMP1叠加在像素信号VSL上，但是偏移部分中的阶跃没有叠加在像素信号VSL上。因此，信号线32上的波形不会由于信号线32的大时间常数的影响而变得迟缓，结果是不需要等待阶跃的稳定。作为P沟道MOS晶体管的输入晶体管113b的栅极-源极电压是通过从第一斜坡信号RAMP1的电压VRAMP1中减去第二斜坡信号RAMP2的电压VRAMP2而获得的值。由于该减法值与第一实施方案所述的斜坡信号RAMP的电压相同，因此在电路操作方面能够获得与第一实施方案的输出相同的输出。
根据上述本实施方案，将与斜坡信号RAMP的斜坡部分相对应的第一斜坡信号RAMP1供给至第一电容元件232和第二电容元件233，并且叠加在像素信号VSL上。因此，无论像素信号VSL的电平如何，比较电压VCO的反转电位都能够保持恒定。因此，能够增加像素信号VSL的动态范围。
另外，在本实施方案中，与斜坡信号RAMP的偏移部分相对应的第二斜坡信号RAMP2不受信号线32的时间常数的影响，从而能够缩短复位信号的稳定时段ts1和数据信号的稳定时段ts2。这使得能够抑制帧速率的降低和功耗的增加。
(第九实施方案)
图18是示出根据第九实施方案的摄像装置的像素20h的电路构成的图。与上述第一实施方案中的构成元件类似的构成元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其详细说明。在本实施方案中，像素20h包括光电转换电路210h、第一源极跟随器电路220h、信号保持电路230h、第二源极跟随器电路240h、信号生成电路250h和切换晶体管270。注意，图18还示出了AD转换器130h，但是该AD转换器130h的构成可以是上述实施方案所述的AD转换器130至130b中的任何一个。
光电转换电路210h包括光电转换元件211、传输晶体管212、第一复位晶体管213和双转换增益晶体管214。换言之，除了第一实施方案所述的光电转换电路210的构成元件之外，光电转换电路210h还包括双转换增益晶体管214。
双转换增益晶体管214设置在第一复位晶体管213与浮动扩散部FD之间，并且例如由N沟道MOS晶体管构成。从行选择单元12经由相应的像素控制线31向双转换增益晶体管214的栅极输入双转换增益控制信号DCG。双转换增益晶体管214的漏极连接至第一复位晶体管213的源极，并且其源极连接至浮动扩散部FD。
第一源极跟随器电路220h具有与第一实施方案所述的第一源极跟随器电路220相同的电路构成。注意，在第一源极跟随器电路220h中，第一电流源223由N沟道MOS晶体管构成。
信号保持电路230h包括第一电容元件232、第二电容元件233和第二复位晶体管236。第一电容元件232和第二电容元件233中的每一个的一端共同连接至输入节点V1。第一电容元件232的另一端连接至信号生成电路250h，并且第二电容元件233的另一端连接至输出节点V2。第二复位晶体管236的布置与第一实施方案中的相同，因此将省略其说明。
第二源极跟随器电路240h包括第二放大晶体管241和选择晶体管242。每个晶体管的布置与第一实施方案中的相同，因此将省略其说明。
信号生成电路250h生成并输出由斜坡部分和偏移部分组成的斜坡信号RAMP。斜坡信号RAMP被供给至第一电容元件232，并且还通过第一电容元件232被供给至第二电容元件233。
切换晶体管270例如由设置在第一放大晶体管221与AD转换器130h之间的N沟道MOS晶体管构成。从行选择单元12经由相应的像素控制线31向切换晶体管270的栅极输入选择信号SEL2。切换晶体管270的漏极连接至第一放大晶体管221的源极，并且其源极连接至AD转换器130h。当基于具有高电平的选择信号SEL2导通切换晶体管270时，由第一放大晶体管221放大的信号被直接传输至AD转换器130h，而不经过信号保持电路230h和第二源极跟随器电路240h。
在如上所述构成的像素20h中，当第二源极跟随器电路240h按顺序读出保持在信号保持电路230h中的复位信号和数据信号时，信号生成电路250h将斜坡信号RAMP供给至信号保持电路230h。因此，在像素信号VSL上叠加了斜坡信号RAMP。因此，能够增加像素信号VSL的动态范围。
(第十实施方案)
图19是示出根据第十实施方案的摄像装置的像素20i的电路构成的图。与上述第一实施方案中的构成元件类似的构成元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其详细说明。在本实施方案中，像素20i包括光电转换电路210i、第一源极跟随器电路220i、信号保持电路230i、第二源极跟随器电路240i和信号生成电路250i。注意，图19还示出了AD转换器130i，但是该AD转换器130i的构成可以是上述实施方案所述的AD转换器130至130b中的任一个。
在像素20i中，光电转换电路210i、第一源极跟随器电路220i和信号生成电路250i的构成与第一实施方案中的构成相同，因此将省略其说明。信号保持电路230i和第二源极跟随器电路240i与上述第九实施方案中的相同，因此，将省略其它说明。
在如上所述构造的像素20i中，当第二源极跟随器电路240i按顺序读出保持在信号保持电路230i中的复位信号和数据信号时，信号生成电路250i将斜坡信号RAMP供给至信号保持电路230i。因此，在像素信号VSL上叠加了斜坡信号RAMP。因此，能够增加像素信号VSL的动态范围。
(第十一实施方案)
图20是示出根据第十一实施方案的摄像装置的像素20j的电路构成的图。与上述第一实施方案中的构成元件类似的构成元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其说明。在本实施方案中，像素20j包括光电转换电路210j、第一源极跟随器电路220j、信号保持电路230j、第二源极跟随器电路240j和信号生成电路250j。光电转换电路210j、第一源极跟随器电路220j和信号生成电路250j的构成与第一实施方案中的构成相同，因此将省略其说明。注意，图20还示出了AD转换器130j，但是该AD转换器130j的构成可以是上述实施方案所述的AD转换器130至130b中的任一个。
信号保持电路230j包括第一电容元件232、第二电容元件233、采样晶体管237a和采样晶体管237b。第一电容元件232的一端通过采样晶体管237a连接至输入节点V1，并且第二电容元件233的一端通过采样晶体管237b连接至输入结点V1。第一电容元件232和第二电容元件233中的每一个的另一端连接至信号生成电路250j。
采样晶体管237a设置在输入节点V1与第一电容元件232的一端之间，并且例如由N沟道MOS晶体管构成。从行选择单元12经由相应的像素控制线31向采样晶体管237a的栅极输入采样和保持信号Φ1。采样晶体管237a的漏极连接至输入节点V1，并且其源极连接至第一电容元件232的一端。当基于具有高电平的采样和保持信号Φ1导通采样晶体管237a时，复位信号的电压被保持在第一电容元件232中。
采样晶体管237b设置在输入节点V1与第二电容元件233的一端之间，并且例如由N沟道MOS晶体管构成。从行选择单元12经由相应的像素控制线31向采样晶体管237b的栅极输入采样和保持信号Φ2。采样晶体管237b的漏极连接至输入节点V1，并且其源极连接至第二电容元件233的一端。当基于具有高电平的采样和保持信号Φ2导通采样晶体管237b时，数据信号的电压被保持在第二电容元件233中。
第二源极跟随器电路240j包括第二放大晶体管241a、传输晶体管242a、第二放大晶体管241b和传输晶体管242b。第二放大晶体管241a对保持在第一电容元件232中的复位信号进行放大。传输晶体管242a根据经由相应的像素控制线31从行选择单元12输入的选择信号SELa的电平而导通或截止。
第二放大晶体管241b对保持在第二电容元件233中的数据信号进行放大。传输晶体管242b根据经由相应的像素控制线31从行选择单元12输入的选择信号SELb的电平而导通或截止。
在如上所述构成的像素20j中，在曝光所有像素20j的GS时段期间，按顺序导通采样晶体管237a和采样晶体管237b。因此，复位信号和数据信号按顺序保持在第一电容元件232和第二电容元件233中。
在从信号保持电路230j读出复位信号和数据信号的读出时段期间，信号生成电路250j向第一电容元件232和第二电容元件233中的每一个供给斜坡信号RAMP。因此，按顺序向AD转换器130j输入作为其上叠加了斜坡信号RAMP的放大的复位信号的像素信号VSL1和作为其上叠加了斜坡信号RAMP的放大的数据信号的像素信号VSL2。由于斜坡信号RAMP叠加在像素信号VSL1和像素信号VSL2中的每一个上，因此能够增加像素信号VSL的动态范围。
(第十二实施方案)
图21是示出根据第十二实施方案的摄像装置的像素20k的电路构成的图。与上述第一实施方案中的构成元件类似的构成元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其说明。在本实施方案中，像素20k包括光电转换电路210k、第一源极跟随器电路220k、信号保持电路230k、第二源极跟随器电路240k和信号生成电路250k。注意，图21还示出了AD转换器130k，但是该AD转换器130k的构成可以是上述实施方案所述的AD转换器130至130b中的任一个。
像素20k的除了信号保持电路230k之外的电路构成与第一实施方案中的相同，因此将省略其说明。下面将说明信号保持电路230k。信号保持电路230k包括第一电容元件232、第二电容元件233和采样晶体管239。
第一电容元件232的一端通过采样晶体管239连接至输入节点V1，并且其另一端连接至信号生成电路250k。第二电容元件233的一端直接连接至输入节点V1，并且其另一端连接至信号生成电路250k。采样晶体管239设置在第一电容元件232的一端与第二电容元件233的一端之间，并且例如由N沟道MOS晶体管构成。经由相应的像素控制线31向采样晶体管239的栅极输入采样和保持信号Φ3。采样晶体管239的漏极连接至输入节点V1，并且其源极连接至输出节点V2。
在如上所述构成的像素20k中，当在曝光所有像素20k的GS时段期间基于具有高电平的采样和保持信号Φ3导通采样晶体管239时，复位信号的电压被保持在第一电容元件232中。之后，当采样和保持信号Φ3从高电平变为低电平，并且采样晶体管239从导通状态变为截止状态时，数据信号的电压被保持在第二电容元件233中。
在从信号保持电路230k读出复位信号和数据信号的读出时段期间，第二源极跟随器电路240k在采样晶体管239处于截止状态的情况下从第一电容元件232读出复位信号。之后，当采样晶体管239从截止状态变为导通状态时，第二源极跟随器电路240k从第二电容元件233读出数据信号。在读出时段期间，信号生成电路250k向第一电容元件232和第二电容元件233中的每一个供给斜坡信号RAMP。因此，向AD转换器130j输入其上叠加了斜坡信号RAMP的像素信号VSL。由于斜坡信号RAMP叠加在像素信号VSL上，因此能够增加像素信号VSL的动态范围。
(第十三实施方案)
图22是示出根据第十三实施方案的摄像装置的像素20l的电路构成的图。与上述第一实施方案中的构成元件类似的构成元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其说明。在本实施方案中，像素20l包括光电转换电路210l、第一源极跟随器电路220l、信号保持电路230l、第二源极跟随器电路240l和信号生成电路250l。注意，图21还示出了AD转换器130l，但是该AD转换器1301的构成可以是上述实施方案所述的AD转换器130至130b中的任一个。
根据本实施方案的像素20l与图21所示的根据第十二实施方案的像素20k的不同之处在于信号保持电路230l的构成。在根据第十二实施方案的信号保持电路230k中，第一电容元件232和第二电容元件233两者的另一端连接至信号生成电路250k。另一方面，在根据本实施方案的信号保持电路230l中，只有第一电容元件232的另一端连接至信号生成电路250l，并且第二电容元件233的另一端接地。
在如上所述构成的像素20l中，与在第十二实施方案中一样，在所有像素20l被曝光的GS时段期间，在采样晶体管239处于导通状态的情况下复位信号被保持在第一电容元件232中，并且在采样晶体管239处于截止状态的情况下数据信号被保持在第二电容元件233中。
类似于第十二实施方案，在从信号保持电路230l读出复位信号和数据信号的读出时段期间，第二源极跟随器电路240l在采样晶体管239处于截止状态的情况下读出复位信号，然后在采样晶体管239处于导通状态的情况下读出数据信号。在本实施方案中，当第二源极跟随器电路240l读出数据信号时，通过第一电容元件232从信号生成电路250l输出斜坡信号RAMP。因此，通过调整从信号生成电路250l输出斜坡信号RAMP的时刻，能够将斜坡信号RAMP叠加在数据信号上。因此，能够增加像素信号VSL的动态范围。
(第十四实施方案)
图23是示出根据第十四实施方案的摄像装置的像素20m的电路构成的图。与上述第一实施方案中的构成元件类似的构成元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其详细说明。在本实施方案中，像素20m包括光电转换电路210m、第一源极跟随器电路220m、信号保持电路230m、第二源极跟随器电路240m、信号生成电路250m和切换晶体管280。注意，图21还示出了AD转换器130m，但是该AD转换器130m的构成可以是上述实施方案所述的AD转换器130至130b中的任一个。
在根据本实施方案的像素20m中，除了信号保持电路230l和切换晶体管280之外的电路构成与第一实施方案中的相同，因此，将省略其说明，并且下面将说明信号保持电路230l和切换晶体管280。
根据本实施方案的信号保持电路230m包括第一电容元件232、第二电容元件233、第二复位晶体管236和采样晶体管239。第一电容元件232是用于箝位(固定)由第一放大晶体管221放大的信号的电压电平的元件，并且其一端连接至输入节点V1，并且另一端连接至采样晶体管239。第二电容元件233是用于保持和累积由采样晶体管239采样和保持的模拟信号的元件，其一端连接至输出节点V2，并且另一端连接至信号生成电路250m。
采样晶体管239是用于对第一电容元件232的另一端的电压电平进行采样和保持并且将该电压电平存储在第二电容元件233中的晶体管，并且例如由N沟道MOS晶体管构成。从行选择单元12经由相应的像素控制线31向采样晶体管239的栅极输入采样和保持信号Φ3。采样晶体管239的漏极连接至第一电容元件232的另一端，并且其源极连接至输出节点V2。
第二复位晶体管236是用于复位第二电容元件233的晶体管。第二复位晶体管236的操作由来自行选择单元12的第二复位信号RST2控制。复位第二电容元件233是对存储在第二电容元件233中的电荷量的控制，以将第二电容器元件233的电位设置为基准电位。
在如上所述构成的像素20m中，在曝光所有像素20l的GS时段期间，在不同时刻将复位信号和数据信号的电压保持在第二电容元件233中。
在以不同定时从信号保持电路230l读出复位信号和数据信号的读出时段期间，信号生成电路250向第二电容元件233供给斜坡信号RAMP。因此，在复位信号和数据信号中的每一个上叠加了斜坡信号RAMP。因此，能够增加像素信号VSL的动态范围。
(第十五实施方案)
图24是示出根据第十五实施方案的电子设备的构成例的框图。
如图24所示，根据本示例的电子设备100包括具有透镜组等的摄像光学系统101、摄像单元102、数字信号处理器(DSP)电路103、帧存储器104、显示装置105、记录装置106、操作系统107和电源系统108。DSP电路103、帧存储器104、显示装置105、记录装置106、操作系统107和电源系统108经由总线109彼此连接。
摄像光学系统101捕获来自被摄体的入射光(图像光)，并且在摄像单元102的成像面上形成图像。摄像单元102针对每个像素将通过光学系统101在成像面上形成图像的入射光量转换为电信号，并且将该电信号作为像素信号输出。DSP电路103执行通常的相机信号处理，例如，白平衡处理、去马赛克(demosaicing)或伽马(gamma)校正。
帧存储器104用于在DSP电路103的信号处理过程中适当地存储数据。显示装置105由诸如液晶显示装置或有机电致发光(EL)显示装置等面板显示装置构成，并且显示由摄像单元102拍摄的运动图像或静止图像。记录装置106将由摄像单元102拍摄的运动图像或静止图像记录在诸如便携式半导体存储器、光盘或硬盘驱动器(HDD)等记录介质上。
操作系统107响应于用户操作发出针对摄像单元102的各种功能的操作命令。电源系统108适当地将用作DSP电路103、帧存储器104、显示装置105、记录装置106和操作系统107的操作电源的各种电源供给至这些供给目标。
在如上所述构成的电子设备100中，根据上述实施方案的摄像装置可以用作摄像单元102。利用该摄像装置，能够增加摄像单元102的动态范围，从而能够提高图像质量。
<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25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25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的功能构成，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检测上面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可以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25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26是示出了摄像单元12031的安装位置的示例的图。
在图26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26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1211212113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物体数据分类为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人、电线杆及其他三维物体并提取这些三位物体，并且可以将提取的三维物体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。例如，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，摄像装置1可以应用于摄像单元12031。通过应用根据本公开的技术，能够获得更高质量的拍摄图像，从而能够提高安全性。
本技术可以具有以下构成。
(1)一种摄像装置，包括：
多个像素，所述多个像素在同一时段期间曝光；和
AD转换器，其对从所述多个像素中的每一个像素输出的模拟像素信号进行数字化，
其中所述多个像素中的每一个像素包括：
光电转换电路，其对入射光进行光电转换；
第一源极跟随器电路，其对所述光电转换电路的输出信号进行放大；
信号保持电路，其保持所述第一源极跟随器电路的输出信号；以及
第二源极跟随器电路，其对从所述信号保持电路读出的信号进行放大并且将其作为所述像素信号输出；并且
向所述信号保持电路供给包括电压电平像斜坡一样变化的斜坡部分的斜坡信号。
(2)根据(1)所述的摄像装置，还包括信号生成电路，其生成所述斜坡信号并且将所述斜坡信号供给至所述信号保持电路。
(3)根据(1)或(2)所述的摄像装置，其中
所述信号保持电路包括第一电容元件，其保持通过所述光电转换电路的复位而获得的第一信号；和第二电容元件，其保持通过所述光电转换电路的光电转换生成的第二信号，并且
所述信号生成电路向所述第一电容元件和所述第二电容元件中的每一个供给所述斜坡信号。
(4)根据(3)所述的摄像装置，其中
所述信号保持电路还包括第一采样晶体管，其与所述第一电容元件串联连接；和第二采样晶体管，其与所述第二电容元件串联连接；并且
当所述第一采样晶体管处于导通状态时，所述第一信号保持在所述第一电容元件中，并且当所述第二采样晶体管在与所述第一采样晶体管不同的时刻处于导通状态时，所述第二信号保持在所述第二容元件中。
(5)根据(3)或(4)所述的摄像装置，其中所述第二源极跟随器电路在从所述信号保持电路读出所述第二信号之前先读出所述第一信号。
(6)根据(3)或(4)所述的摄像装置，其中所述第二源极跟随器电路在从所述信号保持电路读出所述第一信号之前先读出所述第二信号。
(7)根据(3)至(6)中任一项所述的摄像装置，其中
所述信号保持电路还包括开关，其设置在所述信号生成电路与输入节点之间，所述第一电容元件的一端和所述第二电容元件的一端共同连接至所述输入节点，并且
在所述第二源极跟随器电路读出保持在所述信号保持电路中的信号的时段期间，所述开关处于导通状态。
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的摄像装置，还包括由所述第二源极跟随器电路和所述AD转换器共享的电流源。
(9)根据(7)所述的摄像装置，其中所述信号保持电路还包括复位晶体管，其对所述输入节点的电位进行复位。
(10)根据(1)至(8)中任一项所述的摄像装置，其中
所述第一源极跟随器电路包括放大晶体管，其对所述光电转换电路的输出信号进行放大；选择晶体管，其与所述放大晶体管串联连接；偏置截止开关，其与所述选择晶体管串联连接；以及电流源，其与所述偏置截止开关串联连接，并且
所述偏置截止开关在从曝光所述多个像素的时段结束直到在所述第二源极跟随器电路读出保持在所述信号保持电路中的信号的时段开始之前处于截止状态。
(11)根据(10)所述的摄像装置，其中所述偏置截止开关在所述第二源极跟随器电路读出保持在所述信号保持电路中的信号的时段期间也处于截止状态。
(12)根据(10)或(11)所述的摄像装置，其中
所述第一源极跟随器电路还包括设置在所述选择晶体管与所述信号保持电路之间的开关，并且
独立于所述选择晶体管来控制所述开关。
(13)根据(1)至(8)中任一项所述的摄像装置，还包括第三源极跟随器电路，其对所述斜坡信号进行放大并且将其供给到所述信号保持电路。
(14)根据(13)所述的摄像装置，其中
所述第三源极跟随器电路包括放大晶体管，其对所述斜坡信号进行放大；和选择晶体管，其设置在所述放大晶体管与所述信号保持电路之间，并且
在所述第二源极跟随器电路读出保持在所述信号保持电路中的信号的时段期间，所述选择晶体管处于导通状态。
(15)根据(1)至(14)中任一项所述的摄像装置，其中所述斜坡信号包括斜坡部分和偏移部分，在所述偏移部分中，所述电压电平像矩形波一样变化。
(16)根据(15)所述的摄像装置，其中向所述信号保持电路供给所述斜坡部分，并且向所述AD转换器供给所述偏移部分。
(17)根据(16)所述的摄像装置，其中
所述AD转换器包括输入晶体管和设置在所述输入晶体管的后级的输出晶体管，
向所述输入晶体管的栅极输入所述偏移部分，向所述输入晶体管的源极输入所述像素信号，并且
所述输入晶体管的漏极连接至所述输出晶体管的栅极，并且向所述输出晶体管的源极输入所述像素信号。
(18)根据(7)所述的摄像装置，其中
所述光电转换电路、所述第一源极跟随器电路和所述开关布置在第一基板上，并且
所述信号保持电路的除了所述开关之外的其余元件以及所述第二源极跟随器电路布置在堆叠在所述第一基板上的第二基板上。
(19)根据(7)所述的摄像装置，其中
所述光电转换电路的一些元件布置在第一基板上，
所述光电转换电路的其余元件、所述第一源极跟随器电路和所述开关布置在堆叠在所述第一基板上的第二基板上，并且
所述信号保持电路的除了所述开关之外的其余元件以及所述第二源极跟随器电路布置在堆叠在所述第一基板和所述第二基片上的第三基板上。
(20)一种电子设备，包括摄像装置，所述摄像装置包括：多个像素，所述多个像素在同一时段期间曝光；和AD转换器，其对从所述多个像素中的每一个像素输出的模拟像素信号进行数字化，其中所述多个像素中的每一个像素包括：光电转换电路，其对入射光进行光电转换；第一源极跟随器电路，其对所述光电转换电路的输出信号进行放大；信号保持电路，其保持所述第一源极跟随器电路的输出信号；以及第二源极跟随器电路，其对从所述信号保持电路读出的信号进行放大并且将其作为所述像素信号输出；并且向所述信号保持电路供给包括电压电平像斜坡一样变化的斜坡部分的斜坡信号。
附图标记列表
1 摄像装置
20～20m 像素
100 电子设备
130～130m AD转换器
133b 输入晶体管
134b 输出晶体管
210～210m 光电转换电路
220～220m 第一源极跟随器电路
221 第一放大晶体管
222 第一开关
223 第一电流源
224 第一选择晶体管
225 偏置截止开关
230～230m 信号保持电路
231 第二开关
232 第一电容元件
233 第二电容元件
234 第一采样晶体管
235 第二采样晶体管
238 第三复位晶体管
240～240m 第二源极跟随器电路
243 第二电流源
250～250m 信号生成电路
260 第三源极跟随器电路
261 放大晶体管
262 第三选择晶体管
301 第一基板
302 第二基板
303 第三基板

Claims (20)

1.一种摄像装置，包括：
多个像素，所述多个像素在同一时段期间曝光；和
AD转换器，其对从所述多个像素中的每一个像素输出的模拟像素信号进行数字化，
其中所述多个像素中的每一个像素包括：
光电转换电路，其对入射光进行光电转换；
第一源极跟随器电路，其对所述光电转换电路的输出信号进行放大；
信号保持电路，其保持所述第一源极跟随器电路的输出信号；以及
第二源极跟随器电路，其对从所述信号保持电路读出的信号进行放大并且将其作为所述像素信号输出；并且
向所述信号保持电路供给包括电压电平像斜坡一样变化的斜坡部分的斜坡信号。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，还包括信号生成电路，其生成所述斜坡信号并且将所述斜坡信号供给至所述信号保持电路。
3.根据权利要求2所述的摄像装置，其中
所述信号保持电路包括第一电容元件，其保持通过所述光电转换电路的复位而获得的第一信号；和第二电容元件，其保持通过所述光电转换电路的光电转换生成的第二信号，并且
所述信号生成电路向所述第一电容元件和所述第二电容元件中的每一个供给所述斜坡信号。
4.根据权利要求3所述的摄像装置，其中
所述信号保持电路还包括第一采样晶体管，其与所述第一电容元件串联连接；和第二采样晶体管，其与所述第二电容元件串联连接；并且
当所述第一采样晶体管处于导通状态时，所述第一信号保持在所述第一电容元件中，并且当所述第二采样晶体管在与所述第一采样晶体管不同的时刻处于导通状态时，所述第二信号保持在所述第二容元件中。
5.根据权利要求3所述的摄像装置，其中所述第二源极跟随器电路在从所述信号保持电路读出所述第二信号之前先读出所述第一信号。
6.根据权利要求3所述的摄像装置，其中所述第二源极跟随器电路在从所述信号保持电路读出所述第一信号之前先读出所述第二信号。
7.根据权利要求3所述的摄像装置，其中
所述信号保持电路还包括开关，其设置在所述信号生成电路与输入节点之间，所述第一电容元件的一端和所述第二电容元件的一端共同连接至所述输入节点，并且
在所述第二源极跟随器电路读出保持在所述信号保持电路中的信号的时段期间，所述开关处于导通状态。
8.根据权利要求1所述的摄像装置，还包括由所述第二源极跟随器电路和所述AD转换器共享的电流源。
9.根据权利要求7所述的摄像装置，其中所述信号保持电路还包括复位晶体管，其对所述输入节点的电位进行复位。
10.根据权利要求1所述的摄像装置，其中
所述第一源极跟随器电路包括放大晶体管，其对所述光电转换电路的输出信号进行放大；选择晶体管，其与所述放大晶体管串联连接；偏置截止开关，其与所述选择晶体管串联连接；以及电流源，其与所述偏置截止开关串联连接，并且
所述偏置截止开关在从曝光所述多个像素的时段结束直到在所述第二源极跟随器电路读出保持在所述信号保持电路中的信号的时段开始之前处于截止状态。
11.根据权利要求10所述的摄像装置，其中所述偏置截止开关在所述第二源极跟随器电路读出保持在所述信号保持电路中的信号的时段期间也处于截止状态。
12.根据权利要求10所述的摄像装置，其中
所述第一源极跟随器电路还包括设置在所述选择晶体管与所述信号保持电路之间的开关，并且
独立于所述选择晶体管来控制所述开关。
13.根据权利要求1所述的摄像装置，还包括第三源极跟随器电路，其对所述斜坡信号进行放大并且将其供给到所述信号保持电路。
14.根据权利要求13所述的摄像装置，其中
所述第三源极跟随器电路包括放大晶体管，其对所述斜坡信号进行放大；和选择晶体管，其设置在所述放大晶体管与所述信号保持电路之间，并且
在所述第二源极跟随器电路读出保持在所述信号保持电路中的信号的时段期间，所述选择晶体管处于导通状态。
15.根据权利要求1所述的摄像装置，其中所述斜坡信号包括斜坡部分和偏移部分，在所述偏移部分中，所述电压电平像矩形波一样变化。
16.根据权利要求15所述的摄像装置，其中向所述信号保持电路供给所述斜坡部分，并且向所述AD转换器供给所述偏移部分。
17.根据权利要求16所述的摄像装置，其中
所述AD转换器包括输入晶体管和设置在所述输入晶体管的后级的输出晶体管，
向所述输入晶体管的栅极输入所述偏移部分，向所述输入晶体管的源极输入所述像素信号，并且
所述输入晶体管的漏极连接至所述输出晶体管的栅极，并且向所述输出晶体管的源极输入所述像素信号。
18.根据权利要求7所述的摄像装置，其中
所述光电转换电路、所述第一源极跟随器电路和所述开关布置在第一基板上，并且
所述信号保持电路的除了所述开关之外的其余元件以及所述第二源极跟随器电路布置在堆叠在所述第一基板上的第二基板上。
19.根据权利要求7所述的摄像装置，其中
所述光电转换电路的一些元件布置在第一基板上，
所述光电转换电路的其余元件、所述第一源极跟随器电路和所述开关布置在堆叠在所述第一基板上的第二基板上，并且
所述信号保持电路的除了所述开关之外的其余元件以及所述第二源极跟随器电路布置在堆叠在所述第一基板和所述第二基片上的第三基板上。
20.一种电子设备，包括摄像装置，所述摄像装置包括：多个像素，所述多个像素在同一时段期间曝光；和AD转换器，其对从所述多个像素中的每一个像素输出的模拟像素信号进行数字化，其中所述多个像素中的每一个像素包括：光电转换电路，其对入射光进行光电转换；第一源极跟随器电路，其对所述光电转换电路的输出信号进行放大；信号保持电路，其保持所述第一源极跟随器电路的输出信号；以及第二源极跟随器电路，其对从所述信号保持电路读出的信号进行放大并且将其作为所述像素信号输出；并且向所述信号保持电路供给包括电压电平像斜坡一样变化的斜坡部分的斜坡信号。
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