固态摄像元件的制作方法

1.本技术涉及固态摄像元件。


背景技术：

2.在固态摄像元件中，已经使用了单斜坡型(single-slope type)adc(模数转换器：analog to digital converter)来用于ad(模数：analog to digital)转换。单斜坡型adc包括比较器和计数器。比较器将像素信号与参照信号进行比较，且将它们的比较结果输出到计数器。计数器测量从像素信号与参照信号之间的比较开始到来自比较器的输出发生反转的期间。固态摄像元件基于由计数器测量出的期间来检测像素信号的电平。
3.[引用文献列表]
[0004]
[专利文献]
[0005]
[专利文献1]：日本专利特开第2013-026734号
[0006]
[专利文献2]：日本专利特开第2017-200140号


技术实现要素：

[0007]
[要解决的技术问题]
[0008]
在上述固态摄像元件中，目前正在考虑利用由比较器和像素电路共用的公共电源来降低电力消耗。然而，在这种情况下，比较结果的反转时刻有时会偏离当参照信号与像素信号变得大致相等时的理想时刻。由于这样的反转时刻的误差，就会导致在通过像素信号的ad转换而生成的数字信号中出现误差或非线性，从而导致图像数据的图像质量劣化的问题。
[0009]
此外，在比较器使用单一增益来执行像素信号的ad转换的情况下，当为了减少电力消耗而让计数器的操作频率降低且计数数(number of count)随之减少时，图像数据的暗区域的灰度是粗略的。在这种情况下，图像质量变劣了。另一方面，当让计数器的操作频率提高且计数数随之增多时，图像数据的暗区域的图像质量改善了。然而，计数器的电力消耗就上升了，并且ad转换需要很长时间。如上所述，在使用单一增益进行像素信号的ad转换的情况下，就导致了在图像质量、电力消耗和ad转换时间之间呈现出的权衡折衷关系的问题。
[0010]
本技术是鉴于上述状况而研发出来的。本技术的目的是提供一种在抑制图像质量劣化的同时还能够减少电力消耗和ad转换时间的固态摄像元件。
[0011]
[解决问题的技术方案]
[0012]
根据本发明一个方面的固态摄像元件包括第一比较器和第二比较器。所述第一比较器包括第一输入晶体管和第一输出晶体管。所述第一输入晶体管基于输入到所述第一输入晶体管的源极的来自第一像素的输入电压与输入到所述第一输入晶体管的栅极的第一参照电压之间的第一电压差，从所述第一输入晶体管的漏极输出与所述输入电压对应的第一电压。所述第一输出晶体管基于输入到所述第一输出晶体管的源极的所述输入电压与输
入到所述第一输出晶体管的栅极的所述第一电压之间的第二电压差，从所述第一输出晶体管的漏极输出所述输入电压与所述第一参照电压之间相互比较的比较结果。所述第二比较器包括第二输入晶体管和第二输出晶体管。所述第二输入晶体管基于输入到所述第二输入晶体管的源极的所述输入电压与输入到所述第二输入晶体管的栅极的第二参照电压之间的第三电压差，从所述第二输入晶体管的漏极输出与所述输入电压对应的第二电压。所述第二输出晶体管基于输入到所述第二输出晶体管的源极的所述输入电压与输入到所述第二输出晶体管的栅极的所述第二电压之间的第四电压差，从所述第二输出晶体管的漏极输出所述输入电压与所述第二参照电压之间相互比较的比较结果。
[0013]
所述第一比较器还可以包括：第一电流源，其连接到所述第一输入晶体管的漏极；第一箝位晶体管，其设置在所述第一输入晶体管的源极与漏极之间；第二电流源，其连接到所述第一输出晶体管的漏极；和第二箝位晶体管，其设置在所述第一输出晶体管的源极与漏极之间。所述第二比较器还可以包括：第三电流源，其连接到所述第二输入晶体管的漏极；第三箝位晶体管，其设置在所述第二输入晶体管的源极与漏极之间；第四电流源，其连接到所述第二输出晶体管的漏极；和第四箝位晶体管，其设置在所述第二输出晶体管的源极与漏极之间。而且，在所述第一箝位晶体管至所述第四箝位晶体管每一者中，栅极和漏极可以是彼此短路的。
[0014]
所述第一比较器还可以包括：第一开关，其设置在所述第一输入晶体管的栅极与漏极之间；和第二开关，其设置在所述第一输出晶体管的栅极与漏极之间。所述第二比较器还可以包括：第三开关，其设置在所述第二输入晶体管的栅极与漏极之间；和第四开关，其设置在所述第二输出晶体管的栅极与漏极之间。
[0015]
所述第一参照电压和所述第二参照电压以彼此不同的斜坡随时间变化。所述固态摄像元件还可以包括第一计数器和第二计数器。在所述第一计数器中，接收来自所述第一比较器的比较结果，对从所述第一参照电压的斜坡起始处到从所述第一比较器接收的所述比较结果的反转处的期间进行计数，且基于所述期间的计数值输出第一数字信号。在所述第二计数器中，接收来自所述第二比较器的比较结果，对从所述第二参照电压的斜坡起始处到从所述第二比较器接收的所述比较结果的期间进行计数，且基于所述期间的计数值输出第二数字信号。所述第一计数器和所述第二计数器可以几乎同时操作。
[0016]
所述第二参照电压的斜坡可以比所述第一参照电压的斜坡更陡峭，并且所述第一计数器和所述第二计数器可以通过使用具有基本相同频率的时钟信号分别测量所述第一期间和所述第二期间。
[0017]
所述固态摄像元件还可以包括：选择部，其选择所述第一数字信号或所述第二数字信号以合成图像。
[0018]
所述固态摄像元件还可以包括：像素信号线，其连接于所述第一像素与所述第一比较器之间及所述第一像素与所述第二比较器之间。在所述像素信号线中流过的电流可以是在所述第一电流源至所述第四电流源中流过的电流的总和。
[0019]
当所述输入电压和所述第一参照电压变得大致相等时，所述第一输入晶体管可以从所述第一输入晶体管的漏极输出所述第一电压。所述第一输出晶体管可以输出用于表明所述输入电压和所述第一电压之间的差是否超过所述第一输出晶体管的阈值电压的信号，作为所述输入电压和所述第一参照电压之间相互比较的比较结果。当所述输入电压和所述
第二参照电压变得大致相等时，所述第二输入晶体管可以从所述第二输入晶体管的漏极输出所述第二电压。所述第二输出晶体管可以输出用于表明所述输入电压和所述第二电压之间的差是否超过所述第二输出晶体管的阈值电压的信号，作为所述输入电压和所述第二参照电压之间相互比较的比较结果。
[0020]
所述固态摄像元件还可以包括：第一参照电压供给部，其供给所述第一参照电压；第一自动调零电容器，其设置在所述第一输入晶体管的栅极和所述第一参照电压供给部之间；第一缓冲器，其设置在所述第一参照电压供给部和所述第一自动调零电容器之间；第二参照电压供给部，其供给所述第二参照电压；第二自动调零电容器，其设置在所述第二输入晶体管的栅极和所述第二参照电压供给部之间；和第二缓冲器，其设置在所述第二参照电压供给部和所述第二自动调零电容器之间。
[0021]
所述第一输入晶体管、所述第二输入晶体管、所述第一输出晶体和所述第二输出晶体管每一者都可以是p型晶体管。
[0022]
所述第一箝位晶体管至所述第四箝位晶体管每一者都是使栅极和漏极彼此短路的p型晶体管。所述固态摄像元件还可以包括：第五箝位晶体管至第八箝位晶体管，它们分别与所述第一箝位晶体管至所述第四箝位晶体管并联连接，并且它们每一者都由n型晶体管构成。
[0023]
所述第一电流源至所述第四电流源可以分别包括：第一电流源晶体管至第四电流源晶体管，它们分别设置在所述第一输入晶体管、所述第一输出晶体管、所述第二输入晶体管和所述第二输出晶体管各者的漏极与预定的基准端子之间；第一电容器至第四电容器，它们分别连接于所述第一电流源晶体管至所述第四电流源晶体管各者的栅极与所述基准端子之间；和第一采样保持开关至第四采样保持开关，它们分别连接到所述第一电流源晶体管至所述第四电流源晶体管各者的栅极。
[0024]
所述固态摄像元件还可以包括：第一逻辑门，其连接到所述第一输出晶体管的漏极；和第二逻辑门，其连接到所述第二输出晶体管的漏极。
[0025]
所述固态摄像元件还可以包括：像素信号线，其连接于所述第一像素与所述第一比较器之间及所述第一像素与所述第二比较器之间；和第五电流源，其连接到所述像素信号线。
[0026]
所述固态摄像元件还可以包括：第五电容器，其设置在所述第一输入晶体管的漏极和所述第一输出晶体管的栅极之间；第五开关，其设置在所述第一输出晶体管的栅极与漏极之间；第六电容器，其设置在所述第二输入晶体管的漏极和所述第二输出晶体管的栅极之间；和第六开关，其设置在所述第二输出晶体管的栅极与漏极之间。
[0027]
所述固态摄像元件可以包括：第一缓冲晶体管，其连接于电源与所述第一输出晶体管的源极之间，所述第一缓冲晶体管的栅极连接到所述第一输入晶体管的源极；和第二缓冲晶体管，其连接于所述电源与所述第二输出晶体管的源极之间，所述第二缓冲晶体管的栅极连接到所述第二输入晶体管的源极。
[0028]
所述固态摄像元件还可以包括：公共参照电压供给部，其供给公共参照电压；第一自动调零电容器，其设置在所述第一输入晶体管的栅极和所述公共参照电压供给部之间；分压电容器，其连接于所述第一输入晶体管的栅极和预定的基准端子之间；和第二自动调零电容器，其设置在所述第二输入晶体管的栅极和所述公共参照电压供给部之间。此外，所
述第一自动调零电容器和所述分压电容器可以对所述公共参照电压进行分压，且将分压后的公共参照电压作为所述第一参照电压传送到所述第一输入晶体管的栅极。而且，所述第二自动调零电容器可以将所述公共参照电压作为所述第二参照电压传送到所述第二输入晶体管的栅极。
[0029]
所述选择部可以包括：数字比较器，其将所述第一数字信号和所述第二数字信号中的一者或两者与阈值进行比较；寄存器，其存储所述阈值；和多路复用器，其基于从所述数字比较器接收的比较结果来选择所述第一数字信号或所述第二数字信号，并且将所选择的数字信号作为所述第一像素的像素信号与所述比较结果一起输出。
[0030]
所述第二参照电压的斜坡可以比所述第一参照电压的斜坡更陡峭。在所述第一数字信号和所述第二数字信号中的一者或两者低于所述阈值的情况下，所述多路复用器可以选择所述第一数字信号。在所述第一数字信号和所述第二数字信号中的一者或两者高于所述阈值的情况下，所述多路复用器可以选择所述第二数字信号。此外，所述固态摄像元件还可以包括：计算部，其基于所述第一参照电压的斜坡与所述第二参照电压的斜坡的比率来转换所述第一数字信号。
[0031]
所述固态摄像元件可以包括第三比较器。所述第三比较器包括第三输入晶体管。所述第三输入晶体管基于输入到所述第三输入晶体管的源极的所述输入电压与输入到所述第三输入晶体管的栅极的第三参照电压之间的第五电压差，从所述第三输入晶体管的漏极输出与所述输入电压对应的第五电压。
[0032]
所述第三比较器还包括第三输出晶体管。所述第三输出晶体管基于输入到所述第三输出晶体管的源极的所述输入电压与输入到所述第三输出晶体管的栅极的所述第五电压之间的第六电压差，从所述第三输出晶体管的漏极输出所述输入电压和所述第三参照电压之间相互比较的比较结果。
附图说明
[0033]
图1是示出了根据本技术第一实施方案的摄像装置的一个构造示例的框图。
[0034]
图2是示出了根据本技术第一实施方案的固态摄像元件的一个构造示例的框图。
[0035]
图3是示出了通过把像素阵列部的半导体芯片和周边电路部的半导体芯片层叠起来而形成的固态摄像元件的示例的概念图。
[0036]
图4是示出了根据本技术第一实施方案的像素电路的一个构造示例的电路图。
[0037]
图5是示出了根据本技术第一实施方案的列信号处理部260的一个构造示例的框图。
[0038]
图6是示出了根据本技术第一实施方案的adc1和adc2的一个构造示例的电路图。
[0039]
图7是示出了本技术的电流源的内部构造的一个示例的电路图。
[0040]
图8是呈现了根据本技术第一实施方案的比较器的操作的一个示例的时序图。
[0041]
图9是呈现了根据本技术第一实施方案的比较器的操作的一个示例的时序图。
[0042]
图10是呈现了根据本发明的adc1和adc2各者的输入电压与输出值之间的关系的一个示例的曲线图。
[0043]
图11是示出了根据本技术第二实施方案的adc1和adc2的构造示例的电路图。
[0044]
图12是示出了根据本技术第三实施方案的adc1和adc2的构造示例的电路图。
[0045]
图13是示出了根据本技术第四实施方案的adc1和adc2的构造示例的电路图。
[0046]
图14是示出了根据本技术第五实施方案的adc1和adc2的构造示例的电路图。
[0047]
图15是示出了根据本技术第六实施方案的adc1和adc2的构造示例的电路图。
[0048]
图16是示出了根据本技术第七实施方案的adc1和adc2的构造示例的电路图。
[0049]
图17是示出了根据本技术第八实施方案的adc1和adc2的构造示例的电路图。
[0050]
图18是示出了根据本技术第九实施方案的选择部的构造示例的电路图。
[0051]
图19是示出了根据本技术第十实施方案的固态摄像元件的构造示例的电路图。
[0052]
图20是呈现了根据本发明第十实施方案的adc1、adc2、adcm各者的输入电压与输出值之间的关系的一个示例的曲线图。
[0053]
图21是示出了根据本发明第十一实施方案的adc和周边电路的构造示例的电路图。
[0054]
图22是呈现了根据本发明第十一实施方案的adc的操作示例的时序图。
[0055]
图23是示出了根据本发明第十二实施方案的adc和周边电路的构造示例的电路图。
[0056]
图24是呈现了根据本发明第十二实施方案的adc的操作示例的时序图。
[0057]
图25是示出了根据本发明变形例1的adc1、adc2和周边电路的构造示例的电路图。
[0058]
图26是示出了根据本发明变形例2的adc和周边电路的构造示例的电路图。
[0059]
图27a是示出了本发明的adc1和adc2的布局排列的示意图。
[0060]
图27b是示出了本发明的adc1和adc2的布局排列的示意图。
[0061]
图27c是示出了本发明的adc1和adc2的布局排列的示意图。
[0062]
图28a是示出了本发明的固态摄像元件的布局排列的示意图。
[0063]
图28b是示出了本发明的固态摄像元件的布局排列的示意图。
[0064]
图29是示出了车辆控制系统的示意性构造示例的框图，该车辆控制系统作为根据本发明的技术可以适用的移动体控制系统的示例。
[0065]
图30是用于辅助说明摄像部的设置位置的示例的图。
具体实施方式
[0066]
下文中将参照附图来详细说明本技术适用的具体实施方案。附图仅仅是示意图或概念图。各部件的比例等并不一定与实际的比例等是相互一致的。在说明书和附图中，与已经参照附图而述及的那些元件类似的元件将会被赋予相同的附图标记，并且适当地省略这些元件的详细说明。
[0067]
(第一实施方案)
[0068]
[摄像装置的构造示例]
[0069]
图1是示出了根据本技术第一实施方案的摄像装置100的一个构造示例的框图。摄像装置100是用于对被摄体进行摄像且生成被摄体的图像数据的装置，并且包括光学部110、固态摄像元件200和dsp(数字信号处理：digital signal processing)电路120。摄像装置100还包括显示部130、操作部140、总线150、帧存储器160、存储部170和电源部180。假定摄像装置100是安装在智能手机上的相机、或者车载相机等。
[0070]
光学部110聚集来自被摄体的光，且将所聚集的光引导到固态摄像元件200。固态
摄像元件200通过光电转换而生成图像数据。固态摄像元件200将所生成的图像数据经由信号线209提供给dsp电路120。
[0071]
dsp电路120对图像数据执行预定的信号处理。dsp电路120将处理后的图像数据经由总线150输出到帧存储器160等。
[0072]
显示部130用于显示图像数据。例如，假定显示部130是液晶面板或有机el(电致发光：electro luminescence)面板。操作部140根据由用户执行的操作而生成操作信号。
[0073]
总线150是为了光学部110、固态摄像元件200、dsp电路120、显示部130、操作部140、帧存储器160、存储部170和电源部180相互之间的数据交换而设置的公共路径。
[0074]
帧存储器160用于保持图像数据。存储部170用于存储诸如图像数据等各种类型的数据。电源部180向固态摄像元件200、dsp电路120和显示部130等供给电源。
[0075]
[固态摄像元件的构造示例]
[0076]
图2是示出了根据本技术第一实施方案的固态摄像元件200的一个构造示例的框图。固态摄像元件200包括垂直扫描电路210、时序控制部220、dac(数模转换器：digital to analog converter)231和232、像素阵列部240、列信号处理部260、以及水平扫描电路270。
[0077]
多个像素电路250以二维格子状布置在像素阵列部240上。在以下说明中，在预定的水平方向上布置着的像素电路250的集合被称为“行”，而在垂直于行的方向上布置着的像素电路250的集合被称为“列”。
[0078]
垂直扫描电路210对各行依次进行驱动以获得来自像素电路250的输出。
[0079]
时序控制部220与垂直同步信号vsync同步地控制垂直扫描电路210、dac 231和232、列信号处理部260以及水平扫描电路270各者的操作时序。垂直同步信号vsync是用于指示摄像时序并且具有预定频率(例如，60hz)的周期信号。
[0080]
dac 231和232分别通过da(数模：digital to analog)转换来生成第一参照信号和第二参照信号。例如，第一和第二参照信号各者都包括具有锯齿形状的斜坡信号(ramp signal)。dac 231和232分别将第一和第二参照信号提供给列信号处理部260。第一和第二参照信号是让电压能够以彼此不同的斜坡(slope)随时间变化的信号，并且被列信号处理部260使用从而以不同的增益检测像素信号。注意，dac 231和232各者是权利要求中所记载的参照信号供给部的一个示例。
[0081]
像素电路250各者通过光电转换而生成模拟像素信号，且将所生成的模拟像素信号提供给列信号处理部260。
[0082]
列信号处理部260针对像素信号逐列地执行诸如ad转换处理和cds(相关双采样：correlated double sampling)处理等信号处理。列信号处理部260将包括处理后的数字信号的图像数据经由信号线209提供给dsp电路120。
[0083]
水平扫描电路270对列信号处理部260进行控制，使列信号处理部260依次输出数字信号。
[0084]
注意，图2示出的固态摄像元件200可以包括作为整体的一个半导体芯片或可以包括多个半导体芯片。在固态摄像元件200包括多个半导体芯片的情况下，半导体芯片511和512可以单独地被形成得分别设置有像素阵列部240和除像素阵列部240以外的周边电路部15，并且可以把用于形成像素阵列部240的半导体芯片511和用于形成周边电路部15的半导体芯片512层叠起来。
[0085]
例如，图3是示出了通过把用于形成像素阵列部240的半导体芯片511和用于形成周边电路部15的半导体芯片512层叠起来而制成的固态摄像元件200的示例的概念图。如图3所示，固态摄像元件200包括彼此层叠的两个半导体芯片，即半导体芯片511和512。
[0086]
层叠起来的半导体芯片的数量可以是三个以上。半导体芯片511包括形成在半导体基板上的像素阵列部240。半导体芯片512包括形成在另一半导体基板上的周边电路部15。例如，半导体芯片511的像素阵列部240的各个像素和半导体芯片512的周边电路部15的元件可以利用形成在via(导通通路)区域513和via(导通通路)区域514中的诸如tsv(硅贯通通路：through silicon via)等贯通电极彼此电连接。此外，可以以使得用于形成像素阵列部240的半导体芯片511中的配线和用于形成周边电路部15的半导体芯片512中的配线相互接触的方式，将这两个半导体芯片彼此贴合(cu-cu接合)。此外，图2示出的像素阵列部240的一部分和周边电路部15的一部分也可以由一个半导体芯片构成，并且其他部分可以由另一半导体芯片构成。
[0087]
[像素电路的构造示例]
[0088]
图4是示出了根据本技术第一实施方案的像素电路250的一个构造示例的电路图。像素电路250包括光电转换元件251、传输晶体管252、复位晶体管253、浮动扩散层254、放大晶体管255和选择晶体管256。此外，垂直信号线vsl逐列地布线于像素阵列部240上，并且各自在垂直方向上延伸。
[0089]
光电转换元件251对入射光进行光电转换以生成电荷。传输晶体管252根据从垂直扫描电路210接收到的驱动信号trg，将电荷从光电转换元件251传输到浮动扩散层254。
[0090]
复位晶体管253根据从垂直扫描电路210接收到的驱动信号rst，从浮动扩散层254取出电荷并且将其初始化。
[0091]
浮动扩散层254累积电荷并且生成对应于电荷量的电压。放大晶体管255放大浮动扩散层254的电压。
[0092]
选择晶体管256根据从垂直扫描电路210接收到的驱动信号sel，将放大后的电压的信号作为像素信号经由垂直信号线vsl输出到列信号处理部260。
[0093]
注意，像素电路250可以是与该图中所示出的电路不同的电路，只要像素电路250能够通过光电转换而生成像素信号即可。
[0094]
[列信号处理部的构造示例]
[0095]
图5是示出了根据本技术第一实施方案的列信号处理部260的一个构造示例的框图。列信号处理部260包括比较器301和302、计数器261和262、选择部400和锁存器410。图5示出了对应于一条垂直信号线vsl的列信号处理部260的构造。因此，图5示出的列信号处理部260的构造是逐列地设置着的。在列数为n(n为整数)的情况下，配置有n个比较器301、n个比较器302、n个计数器261、n个计数器262、n个选择部400和n个锁存器410。
[0096]
比较器301和比较器302将分别从dac 231和dac 232接收到的第一参照信号和第二参照信号与从相应列接收到的像素信号进行比较。在下文中，假定第一和第二参照信号的电压分别是第一和第二参照电压v
ramp1
和v
ramp2
，并且经由垂直信号线vsl输入的像素信号的电压是输入电压v
vsl
。比较器301和302分别将第一参照电压v
ramp1
和第二参照电压v
ramp2
与输入电压v
vsl
之间相互比较的比较结果comp1和comp2提供给相应列的计数器261和262。
[0097]
此外，在下文中，当像素电路250初始化时的输入电压v
vsl
被称为“复位电平”，并且
当电荷传输到浮动扩散层254时的输入电压v
vsl
被称为“信号电平”。
[0098]
第一计数器261和第二计数器262分别继续计数，以得到直到比较结果comp1和comp2被反转为止的期间的计数值。例如，第一计数器261对从第一参照电压v
rmp1
的斜坡起始处到第一参照电压v
rmp1
与复位电平之间相互比较的比较结果comp1发生反转处的期间进行递减计数(down-count)。此后，第一计数器261进一步对从第一参照电压v
rmp1
的斜坡起始处到第一参照电压v
rmp1
与信号电平之间相互比较的比较结果comp1发生反转处的期间进行递增计数(up-count)。以这种方式，获得了递增计数和递减计数之间的差分的计数值。该差分的计数值对应于复位电平和信号电平之间的差分。第一计数器261把该计数值作为第一数字信号而输出。以这种方式，通过使用第一参照信号而实施了用于获得复位电平和信号电平之间的差分的cds处理。
[0099]
此外，例如，第二计数器262对从第二参照电压v
rmp2
的斜坡起始处到第二参照电压v
rmp2
与复位电平之间相互比较的比较结果comp2发生反转处的期间进行递减计数。此后，第二计数器262进一步对从第二参照电压v
rmp2
的斜坡起始处到第二参照电压v
rmp2
与信号电平之间相互比较的比较结果comp2发生反转处的期间进行递增计数。以这种方式，获得了递增计数和递减计数之间的差分。该差分的计数值对应于复位电平和信号电平之间的差分。第二计数器262把该计数值作为第二数字信号而输出。以这种方式，通过使用第二参照信号而实施了用于获得复位电平和信号电平之间的差分的cds处理。
[0100]
第一计数器261和第二计数器262根据从时序控制部220接收到的相同的时钟信号，分别执行基本同时的计数操作。
[0101]
此后，计数器261和262把分别用于表示通过使用第一和第二参照信号进行cds处理而获得的计数值的第一和第二数字信号分别输出到选择部400。利用比较器301和302以及计数器261和262，实现了用于将模拟像素信号转换为数字信号的ad转换处理。换句话说，比较器301和302以及计数器261和262各者起到了adc的作用。在下文中，在某些情况下，比较器301和计数器261被称为adc1，并且比较器302和计数器262被称为adc2。上面所说明的使用了比较器和计数器的adc一般被称为单斜坡型adc。注意，第一和第二数字信号各者对应于同一个复位电平和同一个信号电平之间的差分。在这种情况下，如稍后所述，第一参照信号的斜坡和第二参照信号的斜坡彼此不同，因此第一和第二数字信号具有不同的数字值。
[0102]
根据本发明，cds处理是通过递增计数和递减计数来实现的。然而，用于实现cds处理的构造不限于这一构造。计数器261和262每一者可以被构造为仅执行递增计数或递减计数。在这种情况下，用于求出差分的cds处理可以由设置于后一级中的电路来实施。
[0103]
选择部400选择从计数器261和262接收到的第一和第二数字信号的任一者，并且针对所选择的第一数字信号或第二数字信号执行必要的计算以便合成图像。例如，假定第一参照电压v
rmp1
的斜坡相对平缓，并且第二参照电压v
rmp2
的斜坡比第一参照电压v
rmp2
的斜坡更陡峭。在这种情况下，当第一和第二参照信号基本同时开始爬斜坡时，第二参照电压v
rmp2
比第一参照电压v
rmp2
更早地与输入电压v
vsl
发生交叉。因此，adc1就被认为会以比adc2更高的增益(更高的分辨率)检测输入电压v
vsl
。
[0104]
另一方面，计数器261、262各者根据从时序控制部220接收到的具有基本相同频率的时钟信号进行操作。因此，adc1使用与adc2相同的灰度(相同的位(bit))来实现输入电压vvsl
的ad转换。
[0105]
如上所述，第一数字信号是具有与第二数字信号的灰度相同的灰度、但是通过以比第二数字信号的增益更高的增益进行ad转换而得到的信号。adc1与adc2的增益比依赖于第一参照电压v
rmp1
与第二参照电压v
rmp2
的斜坡比。例如，假设adc1与adc2的增益比与第一参照电压v
rmp1
与第二参照电压v
rmp2
的斜坡比成比例。在这种情况下，假定第一数字信号的斜坡是第二数字信号的斜坡的八分之一，则adc1的增益是adc2的增益的八倍。因此，adc1能够以是adc2的分辨率的八倍的分辨率检测图像信号。
[0106]
另一方面，用于操作计数器261和262的时钟信号clk是用于计数器261和262的公共时钟信号。在这种情况下，adc1的操作速度基本等于adc2的操作速度。因此，adc1以与adc2的操作速度相同的操作速度进行操作，并且以比adc2的增益更高的增益实现输入电压v
vsl
的ad转换。
[0107]
利用如上所述的把这样的adc1和adc2设置于作为公共信号线的同一垂直信号线vsl上的构造，就允许：在像素信号的输入电压v
vsl
的信号电平较低(图像较暗)的情况下，选择由adc1以较高增益执行输入电压v
vsl
的ad转换而获得的第一数字信号。而在输入电压v
vsl
的信号电平较高(图像较亮)的情况下，选择由adc2以较低增益执行输入电压v
vsl
的ad转换而获得的第二数字信号。如上所述，根据本技术的固态摄像元件200能够基于输入电压v
vsl
的信号电平来选择第一数字信号或第二数字信号，并且输出所选择的数字信号。例如，可以采用仅以高增益(高分辨率)检测图像的暗区域并且以普通增益检测图像的亮区域的使用方法。
[0108]
锁存器410保持从选择部400接收到的第一数字信号或第二数字信号。锁存器410在水平扫描电路270的控制下，将所保持的第一数字信号或第二数字信号输出到dsp电路120。
[0109]
[比较器的构造示例]
[0110]
图6是示出了根据本技术第一实施方案的adc1和adc2的一个构造示例的电路图。adc1包括比较器301和计数器261。adc2包括比较器302和计数器262。
[0111]
比较器301包括电容器311_1和314_1、输入晶体管312_1、自动调零开关313_1、初始化开关343_1、输出晶体管315_1、电流源320_1和330_1、以及箝位晶体管342_1和344_1。
[0112]
作为第一自动调零电容器的自动调零电容器311_1设置在dac 231和输入晶体管312_1的栅极之间。作为第一参照电压供给部的dac 231生成且输出第一参照信号(斜坡信号)rmp1。作为第二参照电压供给部的dac 232生成且输出第二参照信号(斜坡信号)rmp2。如上所述，参照信号rmp1和rmp2是具有彼此不同的电压坡度的信号。
[0113]
作为第一输入晶体管的输入晶体管312_1的源极连接到垂直信号线vsl。输入电压v
vsl
被输入到该源极。此外，参照电压v
rmp1
经由自动调零电容器311_1被输入到输入晶体管312_1的栅极。基于输入到输入晶体管312_1的源极的输入电压v
vsl
与输入到输入晶体管312_1的栅极的参照电压v
rmp1
之间的电压差(第一电压差)，该输入晶体管312_1从漏极输出对应于输入电压v
vsl
的漏极电压(第一电压)vd1。例如，当输入电压v
vsl
和参照电压v
rmp1
变得彼此基本相等时，输入晶体管312_1进入与自动调零期间的电压状态相同的电压状态，并且从漏极输出对应于输入电压v
vsl
的漏极电压vd1。这里的“彼此基本相等”的状态是指各电压相对于自动调零期间的电压值的变化彼此相等或这些变化之间的差落入预定的容许值以
内。例如，使用p型mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管：metal oxide semiconductor field effect transistor)作为输入晶体管312_1。优选的是，输入晶体管312_1的背栅和源极彼此短路，以减小背栅效应。
[0114]
作为第一开关的自动调零开关313_1被设置在输入晶体管312_1的栅极和漏极之间。自动调零开关313_1根据来自时序控制部220的控制信号，实现输入晶体管312_1的栅极和漏极之间的短路。在检测到复位电平之前，自动调零开关313_1使输入晶体管312_1的栅极处的电压和漏极处的电压相等。
[0115]
作为第二开关的初始化开关343_1被设置在输出晶体管315_1的栅极和漏极之间。初始化开关343_1根据来自时序控制部220的控制信号，实现输出晶体管315_1的栅极和漏极之间的短路。在检测到信号电平之前，初始化开关343_1使输出晶体管315_1的栅极处的电压和漏极处的电压相等以初始化。
[0116]
作为第一电流源的电流源320_1被插入在输入晶体管312_1的漏极和预定的基准端子(例如，接地端子)之间。电流源320_1提供恒定的电流id1_1。电流源320_1由n型mosfet等来实现。稍后将说明电流源320_1的电路构造。
[0117]
电容器314_1被设置在输入晶体管312_1的源极与漏极之间，以去除高频噪声。
[0118]
作为第一输出晶体管的输出晶体管315_1的源极连接到垂直信号线vsl。输入电压v
vsl
被输入到该源极。此外，输出晶体管315_1的栅极连接到输入晶体管312_1的漏极以接收漏极电压vd1的输入。例如，使用p型mosfet作为输出晶体管315_1。另外，优选的是，输出晶体管315_1的背栅和源极彼此短路。
[0119]
基于输入到输出晶体管315_1的源极的输入电压v
vsl
与输入到输出晶体管315_1的栅极的漏极电压vd1之间的电压差(第二电压差)，该输出晶体管315_1从漏极输出上述输入电压v
vsl
与参照电压v
rmp1
之间相互比较的比较结果comp1。例如，输出晶体管315_1从漏极输出用于表明输入电压v
vsl
与漏极电压vd1之间的差是否超过输出晶体管315_1的阈值电压的信号，以作为比较结果comp1。比较结果comp1被提供给计数器261。
[0120]
作为第二电流源的电流源330_1被插入在输出晶体管315_1的漏极和预定的基准端子(例如，接地端子)之间，以提供恒定的电流id2_1。电流源330_1由n型mosfet等来实现。稍后还将说明电流源330_1的电路构造。
[0121]
作为第一箝位晶体管的箝位晶体管342_1被设置在输入晶体管312_1的源极与漏极之间。例如，箝位晶体管342_1是p型mosfet。箝位晶体管342_1的源极连接到垂直信号线vsl(输入晶体管312_1)，而箝位晶体管342_1的栅极和漏极彼此短路并且连接到作为公共连接目的地的输入晶体管312_1的漏极。箝位晶体管342_1被设置用于抑制输入晶体管312_1的漏极电压vd1的过度下降并且维持电流id1_1的供给。
[0122]
在未设置有箝位晶体管342_1的情况下，可能因为在被供给有来自电流源320_1的恒定电流id1_1时输入晶体管312_1的漏极电压vd1发生过度下降，所以电流源320_1的晶体管进入非导通状态。在这种情况下，漏极的电流id1_1的供给就停止了。
[0123]
然而，根据本发明，设置有箝位晶体管342_1。在这种情况下，可以通过将漏极电压vd1限制为等于或高于预定的下限电压的电压来维持电流id1_1的供给。
[0124]
作为第二箝位晶体管的箝位晶体管344_1被设置在输出晶体管315_1的源极与漏极之间。例如，箝位晶体管344_1是p型mosfet。箝位晶体管344_1的源极连接到垂直信号线
vsl(输出晶体管315_1)，而箝位晶体管344_1的栅极和漏极彼此短路并且连接到作为公共连接目的地的输入晶体管312_1的漏极。箝位晶体管344_1被设置用于抑制输出晶体管315_1的漏极电压的过度下降并且维持电流id2_1的供给。
[0125]
在未设置有箝位晶体管344_1的情况下，可能因为在被供给有来自电流源330_1的恒定电流id2_1时输出晶体管315_1的漏极电压发生过度下降，所以电流源330_1的晶体管进入非导通状态。在这种情况下，漏极的电流id2_1的供给就停止了。
[0126]
然而，根据本发明，设置有箝位晶体管344_1。在这种情况下，可以通过将输出晶体管315_1的漏极电压限制为等于或高于预定的下限电压的电压来维持电流id2_1的供给。
[0127]
计数器261通过对从参照信号rmp1的斜坡起始处到比较结果comp1反转处的期间进行测量且执行cds处理来获得第一数字信号，并且将由此获得的第一数字信号输出到选择部400。
[0128]
比较器302包括电容器311_2和314_2、输入晶体管312_2、自动调零开关313_2、初始化开关343_2、输出晶体管315_2、电流源320_2和330_2、以及箝位晶体管342_2和344_2。注意，比较器302的构造和功能类似于比较器301的构造和功能，并且可以通过将附图标记***_1替换为***_2而从关于比较器301的说明中容易地进行理解。在这种情况下，***是附图标记的数字。
[0129]
作为第二输入晶体管的输入晶体管312_2的源极连接到垂直信号线vsl。输入电压v
vsl
被输入到该源极。此外，参照电压v
rmp2
经由作为第二自动调零电容器的自动调零电容器311_2被输入到输入晶体管312_2的栅极。自动调零电容器311_2被设置在dac 232和输入晶体管312_2的栅极之间。基于输入到输入晶体管312_2的源极的输入电压v
vsl
与输入到输入晶体管312_2的栅极的参照电压v
rmp2
之间的电压差(第三电压差)，该输入晶体管312_2从漏极输出对应于输入电压v
vsl
的漏极电压(第二电压)vd2。例如，当输入电压v
vsl
和参照电压v
rmp2
变得彼此基本相等时，输入晶体管312_2进入与自动调零期间的电压状态相同的电压状态，并且从漏极输出对应于输入电压v
vsl
的漏极电压vd2。例如，使用p型mosfet作为输入晶体管312_2。优选的是，输入晶体管312_2的背栅和源极彼此短路，以减小背栅效应。
[0130]
作为第三开关的自动调零开关313_2被设置在输入晶体管312_2的栅极和漏极之间。自动调零开关313_2根据来自时序控制部220的控制信号，实现输入晶体管312_2的栅极和漏极之间的短路。在检测到复位电平之前，自动调零开关313_2使输入晶体管312_2的栅极处的电压和漏极处的电压相等。
[0131]
作为第四开关的初始化开关343_2被设置在输出晶体管315_2的栅极和漏极之间。初始化开关343_2根据来自时序控制部220的控制信号，实现输出晶体管315_2的栅极和漏极之间的短路。在检测到信号电平之前，初始化开关343_2使输出晶体管315_2的栅极处的电压和漏极处的电压相等以初始化。
[0132]
作为第三电流源的电流源320_2被设置在输入晶体管312_2的漏极和预定的基准端子之间。电流源320_2提供恒定的电流id1_2。电流源320_2由n型mosfet等实现。稍后将说明电流源320_2的电路构造。
[0133]
电容器314_2被设置在输入晶体管312_2的源极与漏极之间，以去除高频噪声。
[0134]
作为第二输出晶体管的输出晶体管315_2的源极连接到垂直信号线vsl。输入电压v
vsl
被输入到该源极。此外，输出晶体管315_2的栅极连接到输入晶体管312_2的漏极以接收
漏极电压vd2的输入。例如，使用p型mosfet作为输出晶体管315_2。另外，优选的是，输出晶体管315_2的背栅和源极彼此短路。
[0135]
基于输入到输出晶体管315_2的源极的输入电压v
vsl
与输入到输出晶体管315_2的栅极的漏极电压(第二电压)vd2之间的电压差(第四电压差)，输出晶体管315_2从漏极输出上述输入电压v
vsl
和参照电压v
rmp2
之间相互比较的比较结果comp2。例如，输出晶体管315_2从漏极输出用于表明输入电压v
vsl
与漏极电压vd2之间的差是否超过输出晶体管315_2的阈值电压的信号，以作为比较结果comp2。比较结果comp2被提供给计数器262。
[0136]
作为第四电流源的电流源330_2被设置在输出晶体管315_2的漏极和预定的基准端子之间，以提供恒定的电流id2_2。电流源330_2由n型mosfet等来实现。稍后还将说明电流源330_2的电路构造。
[0137]
注意，在垂直信号线vsl中流动的电流是在第一至第四电流源320_1、320_2、330_1和330_2中流动的电流的总和。此外，在各电流源320_1、320_2、330_1和330_2中流动的电流量几乎相等，以便减少比较器301和302之间的干涉。
[0138]
作为第三箝位晶体管的箝位晶体管342_2被设置在输入晶体管312_2的源极与漏极之间。例如，箝位晶体管342_2是p型mosfet。箝位晶体管342_2的源极连接到垂直信号线vsl(输入晶体管312_2)，而箝位晶体管342_2的栅极和漏极短路并且连接到作为公共连接目的地的输入晶体管312_2的漏极。箝位晶体管342_2被设置用于抑制输入晶体管312_2的漏极电压vd2的过度下降并维持电流id1_2的供给。
[0139]
作为第四箝位晶体管的箝位晶体管344_2被设置在输出晶体管315_2的源极与漏极之间。例如，箝位晶体管344_2是p型mosfet。箝位晶体管344_2的源极连接到垂直信号线vsl(输出晶体管315_2)，而箝位晶体管342_2的栅极和漏极彼此短路并且连接到作为公共连接目的地的输入晶体管312_2的漏极。箝位晶体管344_2被设置用于抑制输出晶体管315_2的漏极电压的过度下降并且维持电流id2_2的供给。
[0140]
计数器262通过对从参照信号rmp2的斜坡起始处到比较结果comp2反转处的期间进行测量且执行cds处理来获得第二数字信号，并且将由此获得的第二数字信号输出到选择部400。
[0141]
[电流源的构造示例]
[0142]
图7是示出了本技术的电流源320_1、330_1、320_2和330_2的内部构造的一个示例的电路图。电流源320_1、330_1、320_2和330_2可使用相同的构造。因此，为了方便起见，图7仅示出了这些电流源中的一者的构造。
[0143]
电流源320_1、330_1、320_2和330_2分别包括：电流源晶体管321_1～321_4、电容器322_1～322_4和开关323_1～323_4。
[0144]
第一电流源晶体管321_1被设置在输入晶体管312_1的漏极和预定的基准端子之间。第二电流源晶体管321_2被设置在输出晶体管315_1的漏极和预定的基准端子之间。第三电流源晶体管321_3被设置在输入晶体管312_2的漏极和预定的基准端子之间。第四电流源晶体管321_4被设置在输出晶体管315_2的漏极和预定的基准端子之间。例如，电流源晶体管321_1至321_4各者由n型mosfet构成。
[0145]
第一至第四电容器322_1至322_4分别连接于电流源晶体管321_1至321_4各者的栅极与基准端子之间。
[0146]
第一至第四采样保持开关323_1至323_4分别连接到电流源晶体管321_1至321_4的栅极。
[0147]
预定的偏压电压(bias voltage)被施加到电流源晶体管321_1至321_4各者的栅极。在初始状态中，这些偏压电压在采样保持开关323_1至323_4被接通的情况下由电容器322_1至322_4采样。此后，偏压电压在采样保持开关323_1至323_4被断开的情况下被保持于电容器322_1至322_4中。采样保持开关323_1至323_4各者仅需要以与自动调零开关313_1的时序相同的时序进入导通状态(参见图8)。
[0148]
根据保持于电容器322_1至322_4中的偏压电压，电流源晶体管321_1至321_4分别提供恒定的电流id1_1、id2_1、id1_2和id2_2。
[0149]
接下来，将说明比较器301和302的操作。
[0150]
图8是呈现了根据本技术第一实施方案的比较器301的操作的一个示例的时序图。
[0151]
在ad转换即将开始之前的时刻t0处，自动调零开关313_1以预定的自动调零期间进入导通状态。以这种方式，输入晶体管312_1的栅极和漏极彼此短路，从而将比较器301初始化(实现比较器301的自动调零)。
[0152]
接下来，dac 231从时刻t2开始让参照电压v
rmp1
降低，并且让参照电压v
rmp1
以预定的斜坡在恒定的时间段内逐渐降低。同时，假定输入电压v
vsl
的复位电平(p相电平)是v
vslp
。
[0153]
随后，假定参照电压v
rmp1
和复位电平v
vslp
在时刻t3处变得彼此基本相等。假定在时刻t3处输入晶体管312_1的漏极电压vd1是vdp。进一步地，假定低于vdp的电平是低电平，并且等于或高于vdp的电平是高电平。在这种情况下，在时刻t3处输入晶体管312_1的漏极电压vd1从低电平反转为高电平。结果，输出晶体管315_1的栅极电压(vd1)就从低电平变为高电平，并且比较结果comp1反转。
[0154]
然后，dac 231将参照电压v
rmp1
初始化，而且，在信号电平的ad转换之前的时刻t4，初始化开关343_1以预定的时间段进入导通状态。以这种方式，输出晶体管315_1的栅极和漏极彼此短路，从而将输出晶体管315_1初始化。
[0155]
接下来，dac 231从时刻t5开始让参照电压v
rmp1
降低，并且让参照电压v
rmp1
以预定的斜坡在恒定的时间段内逐渐降低。同时，电荷传输到图4中的浮动扩散层254。结果，输入电压v
vsl
变成信号电平(d相电平)v
vsld
。假定信号电平v
vsld
比复位电平v
vslp
低δv。
[0156]
随后，假定参照电压v
rmp1
和信号电平v
vsld
在时刻t6处变得彼此基本相等。假定在时刻t6处输入晶体管312_1的漏极电压vd1是vdd，此时的漏极电压vdd具有比漏极电压vdp低δv的值。具体地，时刻t6的漏极电压vdd依赖于此时的输入电压(信号电平v
vsld
)，并且随着信号电平v
vsld
的减小，漏极电压vdd的值越小。输入晶体管312_1的漏极电压vdd是比复位电平转换时的漏极电压vdp低δv的电压。
[0157]
因此，如果漏极电压vd1被用作比较结果comp1，则漏极电压vd1的反转时刻是在时刻t6之后的时刻t7。时刻t7偏离了参照电压v
rmp1
和信号电平v
vsld
变得彼此基本相等时的理想时刻t6。在这种情况下，adc1就会导致线性误差或偏移的产生。该误差会引起图像质量劣化。换句话说，如果在其中未设置有输出晶体管315_1的构造中从输入晶体管312_1的漏极输出比较结果comp1，则图像质量可能会劣化。
[0158]
相对照地，根据本发明，在输入晶体管312_1的后一级中设置有输出晶体管315_1，并且输入晶体管312_1的源极和漏极连接到输出晶体管315_1的源极和栅极。通过这种连
接，输入晶体管312_1的漏极-源极间电压被输入作为输出晶体管315_1的栅极-源极间电压。
[0159]
在参照电压v
rmp1
和输入电压v
vsl
变得彼此基本相等的时刻t3和时刻t6，输入电压v
vsl
的电压降低量δv等于漏极电压vd1的电压降低量。因此，输入晶体管312_1的漏极-源极间电压在时刻t3处具有与在时刻t6处相同的值。具体地，输入晶体管312_1的漏极-源极间电压在时刻t3处及在时刻t6处都与自动调零期间的电压相等。由于输入晶体管312_1的漏极-源极间电压等于输出晶体管315_1的栅极-源极间电压，因此，输出晶体管315_1的漏极电压在时刻t3处和在时刻t6处反转。
[0160]
如上所述，根据本发明的比较器301具有包括输入晶体管312_1和输出晶体管315_1的双级构造。在这种情况下，比较结果comp1的反转时刻是在参照电压v
rmp1
和信号电平v
vsld
变得彼此基本相等时的理想时刻t3和t6处。因此，抑制了反转时刻的误差。结果，与漏极电压vd1被用作比较结果comp1的情况相比，根据本发明的固态摄像元件200能够减小线性误差和偏移，从而进一步实现图像质量的提高。
[0161]
图9是呈现了根据本技术第一实施方案的比较器302的操作的一个示例的时序图。注意，除了参照信号rmp2具有与参照信号rmp1的电压坡度不同的电压坡度之外，比较器302的操作与比较器301的操作大体上相同。此外，比较器302与比较器301同时操作。
[0162]
在时刻t0处，自动调零开关313_2以预定的自动调零期间进入导通状态。以这种方式，输入晶体管312_2的栅极和漏极彼此短路，从而将比较器302初始化(实现比较器302的自动调零)。
[0163]
接下来，dac 232从时刻t2开始让参照电压v
rmp2
降低，并且让参照电压v
rmp2
以预定的斜坡在恒定的时间段内逐渐降低。参照电压v
rmp2
的电压坡度比图8中的参照电压v
rmp1
的电压坡度更陡峭。
[0164]
随后，假定参照电压v
rmp2
和复位电平v
vslp
在时刻t3_2处变得彼此基本相等。时刻t3_2早于时刻t3。在这种情况下，在时刻t3_2处输入晶体管312_2的漏极电压vd2从低电平反转为高电平，并且输出晶体管315_2的栅极电压(比较结果comp2)反转。
[0165]
然后，dac 232将参照电压v
rmp2
初始化，并且在时刻t4处，初始化开关343_2以预定的时间段进入导通状态。以这种方式，输出晶体管315_2的栅极和漏极彼此短路，从而将输出晶体管315_2初始化。
[0166]
接下来，dac 232从时刻t5开始让参照电压v
rmp2
降低，并且让参照电压v
rmp2
以预定的斜坡在恒定的时间段内逐渐降低。同时，电荷传输到图4中的浮动扩散层254。结果，输入电压v
vsl
变成信号电平(d相电平)v
vsld
。
[0167]
随后，假定参照电压v
rmp2
和信号电平v
vsld
在时刻t6_2处变得彼此基本相等。时刻t6_2早于时刻t6。假定在时刻t6_2处输入晶体管312_2的漏极电压vd2是vdd，此时的漏极电压vdd具有比漏极电压vdp低δv的值。具体地，时刻t6_2的漏极电压vdd依赖于此时的输入电压(信号电平v
vsld
)，并且随着信号电平v
vsld
的减小，漏极电压vdd的值越小。输入晶体管312_2的漏极电压vdd比复位电平转换时的漏极电压vdp低δv。
[0168]
如果漏极电压vd2被用作比较结果comp2，则漏极电压vd2的反转是在时刻t6_2之后的时刻t7_2处。时刻t7_2偏离了参照电压v
rmp2
和信号电平v
vsld
变得彼此基本相等时的理想时刻t6_2。在这种情况下，adc2就会导致线性误差或偏移的产生。该误差会引起图像质量
劣化。
[0169]
相对照地，根据本发明，在输入晶体管312_2的后一级中设置有输出晶体管315_2，并且输入晶体管312_2的源极和漏极连接到输出晶体管315_2的源极和栅极。通过这种连接，输入晶体管312_2的漏极-源极间电压被输入作为输出晶体管315_2的栅极-源极间电压。
[0170]
在参照电压v
rmp2
和输入电压v
vsl
变得彼此基本相等的时刻t3_2和时刻t6_2处，输入电压v
vsl
的电压降低量δv等于漏极电压vd2的电压降低量。因此，输入晶体管312_2的漏极-源极间电压在时刻t3_2处具有与在时刻t6_2处相同的值。具体地，输入晶体管312_2的漏极-源极间电压在时刻t3_2处及在时刻t6_2处都与自动调零期间的电压相等。由于输入晶体管312_2的漏极-源极间电压等于输出晶体管315_2的栅极-源极间电压，因此，输出晶体管315_2的漏极电压在时刻t3_2处和在时刻t6_2处反转。
[0171]
如上所述，根据本发明的比较器302具有包括输入晶体管312_2和输出晶体管315_2的双级构造。在这种情况下，比较结果comp2的反转时刻是在参照电压v
rmp2
和信号电平v
vsld
变得彼此基本相等时的理想时刻t3_2和时刻t6_2处。因此，抑制了反转时刻的误差。结果，与漏极电压vd2被用作比较结果comp2的情况相比，根据本发明的固态摄像元件200能够减少线性误差和偏移，从而进一步实现图像质量的提高。
[0172]
此外，根据本发明，针对一条垂直信号线vsl而设置有多个具有不同增益的adc1和adc2。该构造可以从一个像素信号以不同增益进行ad转换从而生成第一和第二数字信号。选择部400可以从第一和第二数字信号之中选择出以适当增益进行了ad转换的数字信号。
[0173]
图10是呈现了根据本发明的adc1和adc2的输入电压v
vsl
与输出值(第一和第二数字信号)之间的关系的一个示例的曲线图。该曲线图的横轴表示输入到adc1和adc2的输入电压v
vsl
(模拟值)。纵轴表示从adc1和adc2分别输出的第一和第二数字信号(数字值)。
[0174]
参考图10来说明通过与一条垂直信号线vsl对应地设置有两个具有不同增益的比较器301和302而产生的效果。
[0175]
通常，如果通过让adc的增益降低来使计数器的计数数随之减少，那么ad转换所需的时间长度和电力消耗通常会降低。然而，在这种情况下，图像的分辨率下降，并且在ad转换之后获得的像素数据的灰度变大(变得粗略)了。这样的像素数据的灰度粗略度在包含较大噪声量的亮图像区域中不明显，但在包含较小噪声量的暗图像区域中变得显著。因此，像素数据的灰度之间的亮度差会出现在暗图像区域中的画面上。
[0176]
另一方面，如果通过让adc的增益增加来使计数器的计数数随之增多，那么图像的分辨率提高了。因此，在ad转换之后获得的像素数据的灰度变小(变得精细)了。在这种情况下，即使在暗图像区域中，像素数据的灰度之间的亮度差也不明显。结果，就可以获得劣化较少的像素数据。然而，ad转换所需的时间长度变长了，并且电力消耗大了。换句话说，图像质量与ad转换所需的时间长度或电力消耗之间存在权衡折衷关系。
[0177]
相对照地，根据本发明，在时钟信号clk的频率以一定程度增大的状态下，adc1以相对较高的增益将像素信号进行ad转换以生成第一数字信号d1，adc2以相对较低的增益将像素信号进行ad转换以生成第二数字信号d2。
[0178]
另外，在图像较暗且输入电压v
vsl
低于阈值v
vsl_th
的情况下，选择部400选择以高增益进行了ad转换而得到的第一数字信号d1。在图像较亮且输入电压v
vsl
等于或高于阈值vvsl_th
的情况下，选择部400选择以低增益进行了ad转换而得到的第二数字信号d2。
[0179]
选择部400将所选择的数字信号d1或d2输出到锁存器410，以通过锁存器410来锁存所选择的数字信号d1或d2。此后，dsp电路120对所选择的数字信号执行计算处理以生成图像数据。
[0180]
在第一数字信号d1被选择的情况下，dsp电路120以使得第一数字信号d1的增益与第二数字信号d2的增益匹配的方式，对关于第一数字信号d1的数据进行转换(压缩)。例如，在adc1的增益是adc2的增益的八倍的情况下，即，在参照信号rmp1的斜坡是参照信号rmp2的斜坡的八分之一的情况下，dsp电路120将第一数字信号d1的灰度压缩到八分之一。结果，压缩后而得到的第一数字信号(在下文中，称为压缩数字信号)d1c的增益与第二数字信号d2的增益相等。因此，就能够形成一个图像。
[0181]
这里，在第一数字信号d1和第二数字信号d2的灰度以11位进行ad转换的情况下，通过将第一数字信号d1的灰度降低到八分之一而获得的压缩数字信号d1c相当于以14位的灰度进行ad转换而得到的信号。具体地，用于暗图像区域的压缩数字信号d1c是具有相对较小(精细)灰度的图像数据，而用于相对较亮图像区域的第二数字信号d2是具有相对较大(粗略)灰度的图像数据。
[0182]
如前面所说明的，根据本发明，在降低时钟信号clk的频率的同时，adc1以相对较高增益对像素信号进行ad转换从而生成第一数字信号d1。此后，dsp电路120对第一数字信号d1的灰度进行压缩，以生成压缩数字信号d1c并且形成图像。第二数字信号d2的灰度可以不需要转换。
[0183]
以这种方式，ad转换所需的时间长度能够被缩短，电力消耗能够被减少，并且暗图像区域的图像质量劣化也能够被抑制。换句话说，根据本发明的固态摄像元件200可以消除图像质量与ad转换所需的时间长度或电力消耗之间的权衡折衷关系。
[0184]
此外，可以通过在选择部400处任意地设定输入电压v
vsl
的阈值，来变更ad转换的增益的切换点。
[0185]
注意，可以以使得第一使数字信号d1的增益和第二数字信号d2的增益匹配的方式，对第二数字信号d2的灰度进行转换或者对第一数字信号d1和第二数字信号d2两者的灰度进行转换。
[0186]
根据本发明，参照信号rmp1和rmp2是分别具有下降斜坡的信号。然而，参照信号rmp1和rmp2可以是分别具有上升斜坡的信号。在参照信号rmp1和rmp2各者具有上升斜坡的情况下，复位电平就变成低于信号电平。因此，在参照电压电路具有向gnd侧的电阻供给电流的电流源的情况下，复位电平越低，用于生成参照电压的电流就可以越小。因此，可以减少参照信号rmp1和rmp2中所包含的噪声。针对参照信号rmp1和rmp2，信号电平与复位电平之间的关系变得相反。因此，在复位电平中或在暗图像区域中噪声变小了。另一方面，在参照信号rmp1和rmp2分别具有上升斜坡的情况下，针对于高的输入电压v
vsl
而言，稳定(建立)时间(settling time)变长了。因此，参照信号rmp1和rmp2各者可以是具有下降斜坡的信号或具有上升斜坡的信号。
[0187]
(第二实施方案)
[0188]
图11是示出了根据本技术第二实施方案的adc1和adc2的构造示例的电路图。根据第二实施方案，adc1和adc2还包括箝位晶体管345_1、347_1、345_2和347_2。作为第五箝位
晶体管的箝位晶体管345_1并联连接到箝位晶体管342_1，并且预定的偏压电压被施加到箝位晶体管345_1的栅极。作为第六箝位晶体管的箝位晶体管347_1并联连接到箝位晶体管344_1，并且预定的偏压电压被施加到箝位晶体管347_1的栅极。作为第七箝位晶体管的箝位晶体管345_2并联连接到箝位晶体管342_2，并且预定的偏压电压被施加到箝位晶体管345_2的栅极。作为第八箝位晶体管的箝位晶体管347_2并联连接到箝位晶体管344_2，并且预定的偏压电压被施加到箝位晶体管347_2的栅极。
[0189]
箝位晶体管345_1、347_1、345_2和347_2各者都由n型mosfet构成。
[0190]
偏压电压被施加到箝位晶体管345_1、347_1、345_2和347_2各者的栅极。因此，与垂直信号线vsl的输入电压v
vsl
无关地约束了漏极电压vd1和vd2的下限。以这种方式，能够更可靠地预防漏极电流id1和id2的供给停止。根据第二实施方案，与输入电压v
vsl
无关地利用偏压电压来约束漏极电压vd的下限。因此，可以抑制动态范围的减小或噪声的增大。
[0191]
注意，在没有出现关于动态范围或噪声的问题的情况下，箝位晶体管345_1、347_1、345_2和347_2的栅极可以连接到它们各自的漏极。在这种情况下，漏极电压vd1和vd2的下限电压与输入电压v
vsl
是联动的。因此，抑制了输出晶体管315_1和315_2各者的栅极-源极间电压的最大振幅对信号电平的依赖性，并且由此能够实现线性误差和增益误差的减小。
[0192]
第二实施方案的其他构造可以类似于第一实施方案的相应构造。因此，第二实施方案可以提供与第一实施方案的有益效果类似的有益效果。
[0193]
(第三实施方案)
[0194]
图12是示出了根据本技术第三实施方案的adc1和adc2的构造示例的电路图。第三实施方案与第一实施方案的不同之处在于，adc1还包括nor门(或非门)350_1和反相器351_1，并且adc2还包括nor门350_2和反相器351_2。
[0195]
作为第一逻辑门的nor门350_1连接到输出晶体管315_1的漏极，以将来自输出晶体管315_1的输出和控制信号xen_1这二者的nor(或非逻辑结果)输出到反相器351_1。反相器351_1将nor门350_1的输出反转，且将反转后的输出作为比较结果comp1输出到计数器261。
[0196]
作为第二逻辑门的nor门350_2连接到输出晶体管315_2的漏极，以将来自输出晶体管315_2的输出和控制信号xen_2这二者的nor(或非逻辑结果)输出到反相器351_2。反相器351_2将nor门350_2的输出反转，且将反转后的输出作为比较结果comp2输出到计数器262。
[0197]
根据上面所说明的构造，比较结果comp1、comp2的电压可以被调整到其他逻辑电路的电源电压电平。此外，对于自动调零期间、复位电平的ad转换期间及信号电平的ad转换期间，nor门350_1和350_2各自的输出的逻辑是固定的。以这种方式，即使当输出晶体管315_1的漏极电压是中间电压时，也可以停止贯通电流(through-current)流入到第三级的nor门350中。
[0198]
第三实施方案可以提供与第一实施方案的有益效果类似的有益效果。此外，第三实施方案可以与第二实施方案组合。注意，在adc1和adc2每一者中，可以以多级的方式连接更多的逻辑门。
[0199]
(第四实施方案)
[0200]
图13是示出了根据本技术第四实施方案的adc1和adc2的构造示例的电路图。根据第四实施方案的固态摄像元件200与第一实施方案的不同之处在于，额外设置了vsl电流源353。
[0201]
作为第五电流源的vsl电流源353连接于垂直信号线vsl和基准端子之间。电流id1_1、id2_1、id1_2和id2_2的电流量各者可以减少从vsl电流源353提供给垂直信号线vsl的电流量。
[0202]
第四实施方案的其他构造可以类似于第一实施方案的相应构造。以这种方式，第四实施方案可以提供与第一实施方案的有益效果类似的有益效果。此外，第四实施方案可以与第二或第三实施方案组合。以这种方式，第四实施方案可以提供第二或第三实施方案的有益效果。
[0203]
(第五实施方案)
[0204]
图14是示出了根据本技术第五实施方案的adc1和adc2的构造示例的电路图。根据第五实施方案的adc1和adc2与第一实施方案的adc1和adc2的不同之处在于，它们还分别设置有缓冲器355_1和355_2。
[0205]
第一缓冲器355_1设置在dac 231和自动调零电容器311_1之间。缓冲器355_1可以与每条垂直信号线vsl对应地布置着，或者可以与多条垂直信号线vsl对应地布置着。
[0206]
第二缓冲器355_1设置在dac 232和自动调零电容器311_2之间。缓冲器355_2可以与每条垂直信号线vsl对应地布置着，或者可以与多条垂直信号线vsl对应地布置着。
[0207]
缓冲器355_1和355_2可以分别使得adc1和adc2的负荷对于dac 231和232而言是隐藏的。此外，可以抑制来自adc1和adc2各者的电压反冲(voltage kickback)对于被布置成隔着参照信号传输线与adc1或adc2相邻的垂直信号线vsl的干涉。
[0208]
第五实施方案的其他构造可以类似于第一实施方案的相应构造。以这种方式，第五实施方案可以提供与第一实施方案的有益效果类似的有益效果。此外，第五实施方案可以与第二至第四实施方案中的任一者组合。以这种方式，第五实施方案可以提供与第二至第四实施方案中的任一者的有益效果类似的有益效果。
[0209]
(第六实施方案)
[0210]
图15是示出了根据本技术第六实施方案的adc1和adc2的构造示例的电路图。根据第六实施方案的adc1和adc2与第一实施方案的adc1和adc2的不同之处在于，它们分别还设置有电容器348_1和348_2以及自动调零开关349_1和349_2。
[0211]
作为第五电容器的电容器348_1设置在输入晶体管312_1的漏极和输出晶体管315_1的栅极之间。作为第五开关的自动调零开关349_1设置在输出晶体管315_1的栅极和漏极之间。自动调零开关349_1根据来自时序控制部220的控制信号实现输出晶体管315_1的栅极和漏极之间的短路。
[0212]
此外，初始化开关343_1根据来自时序控制部220的另一控制信号打开和关闭输入晶体管312_1的漏极和输出晶体管315_1的漏极之间的路径。
[0213]
作为第六电容器的电容器348_2设置在输入晶体管312_2的漏极和输出晶体管315_2的栅极之间。作为第六开关的自动调零开关349_2设置在输出晶体管315_2的栅极和漏极之间。自动调零开关349_2根据来自时序控制部220的控制信号实现输出晶体管315_2的栅极和漏极之间的短路。
[0214]
此外，初始化开关343_2根据来自时序控制部220的另一控制信号打开和关闭输入晶体管312_2的漏极和输出晶体管315_2的漏极之间的路径。
[0215]
根据第六实施方案，自动调零开关349_1和349_2分别被添加到输出晶体管315_1和315_2。因此，即使在电流源320_1、330_1、320_2和330_2单独产生电流id1_1、id2_1、id1_2和id2_2的情况下，也可以抑制这些电流值的差异。
[0216]
第六实施方案的其他构造可以类似于第一实施方案的相应构造。以这种方式，第六实施方案可以提供与第一实施方案的有益效果类似的有益效果。此外，第六实施方案可以与第二至第五实施方案中的任一者组合。以这种方式，第六实施方案可以提供与第二至第五实施方案中的任一者的有益效果类似的有益效果。
[0217]
(第七实施方案)
[0218]
图16是示出了根据本技术第七实施方案的adc1和adc2的构造示例的电路图。根据第七实施方案的adc1和adc2与第一实施方案的adc1和adc2的不同之处在于，它们分别还设置有缓冲晶体管317_1和317_2。
[0219]
作为第一缓冲晶体管的缓冲晶体管317_1连接于电源和输出晶体管315_1的源极之间。缓冲晶体管317_1的栅极连接到输入晶体管312_1的源极。
[0220]
作为第二缓冲晶体管的缓冲晶体管317_2连接于电源和输出晶体管315_2的源极之间。缓冲晶体管317_2的栅极连接到输入晶体管312_2的源极。在输出晶体管315_1和315_2的漏极电压(comp1和comp2)的反转期间，缓冲晶体管317_1和317_2可以抑制电压反冲朝着垂直信号线vsl的传播。
[0221]
第七实施方案的其他构造可以类似于第一实施方案的相应构造。以这种方式，第七实施方案可以提供与第一实施方案的有益效果类似的有益效果。此外，第七实施方案可以与第二至第六实施方案中的任一者组合。以这种方式，第七实施方案可以提供与第二至第六实施方案中的任一者的有益效果类似的有益效果。
[0222]
(第八实施方案)
[0223]
图17是示出了根据本技术第八实施方案的adc1和adc2的构造示例的电路图。根据第八实施方案的adc1和adc2共用作为公共参照电压供给部的dac 232。省掉了dac1。adc1接收通过对参照信号rmp2的电压进行分压而生成的参照信号rmp1的输入。adc1还包括自动调零电容器311_1和分压电容器354，以便利用参照信号rmp2生成参照信号rmp1。
[0224]
自动调零电容器311_1设置在dac 232的输出和输入晶体管312_1的栅极之间。分压电容器354连接于输入晶体管312_1的栅极和基准端子之间。
[0225]
自动调零电容器311_1和分压电容器354将公共参照信号rmp2的电压分压以生成参照信号rmp1，且将参照信号rmp1输入到输入晶体管312_1的栅极。此时的分压比是由自动调零电容器311_1与分压电容器354的电容比决定的。例如，假定自动调零电容器311_1的电容c311与分压电容354的电容c354的比值(c311/c354)是1/7，那么参照电压v
rmp1
的斜坡变为参照电压v
rmp2
的斜坡的八分之一。换句话说，adc1的增益g1与adc2的增益g2的比值(g1/g2)变为8。
[0226]
根据第八实施方案，允许省掉dac 231。因此，可以减小adc1的电路规模，并且可以降低电力消耗。
[0227]
第八实施方案的其他构造可以类似于第一实施方案的相应构造。以这种方式，第
八实施方案可以提供与第一实施方案的有益效果类似的有益效果。此外，第八实施方案可以与第二至第七实施方案中的任一者组合。以这种方式，第八实施方案能够提供与第二至第七实施方案中的任一者的有益效果类似的有益效果。
[0228]
(第九实施方案)
[0229]
图18是示出了根据本技术第九实施方案的选择部400的构造示例的电路图。选择部400包括数字比较器401、寄存器402和多路复用器403。
[0230]
数字比较器401将第一个和第二数字信号d1和d2中的一者或两者与阈值进行比较，以判断输入电压v
vsl
的大小。输入电压v
vsl
的大小表明图像的亮度。因此，在第一数字信号d1或第二数字信号d2低于阈值的情况下，可以判断为图像比预定的亮度暗。在第一数字信号d1或第二数字信号d2等于或高于阈值的情况下，可以判断为图像比预定的亮度亮。
[0231]
判断结果作为标识flg被输出到多路复用器403。例如，标识flg可以是一位(one-bit)数据。例如，在第一数字信号d1或第二数字信号d2低于阈值的情况下，数字比较器401只需将标识flg设定为“1(高电平)”。在第一数字信号d1或第二数字信号d2等于或高于阈值的情况下，数字比较器401只需将标识flg设定为“0(低电平)”。以这种方式，多路复用器403可以根据图像的亮度来选择第一数字信号d1或第二数字信号d2。
[0232]
图18中，数字比较器401的一个输入端连接到计数器262的输出端以接收第二数字信号d2的输入。然而，数字比较器401也可以接收第一数字信号d1的输入，且将第一数字信号d1与另一阈值进行比较以判断图像亮度。数字比较器401的另一输入端连接到寄存器402以接收预定阈值的输入。
[0233]
寄存器402存储着第一数字信号d1或第二数字信号d2的阈值。寄存器402将阈值提供到数字比较器401的所述另一输入端。
[0234]
多路复用器403被构造为接收来自计数器261和262的第一和第二数字信号d1和d2，并且基于标识flg来选择第一和第二数字信号d1和d2中的一者。例如，在标识flg为“1”的情况下，多路复用器403选择并输出第一数字信号d1。在标识flg为“0”的情况下，多路复用器403选择并输出第二数字信号d2。多路复用器403还将标识flg与数字信号d1或d2一起输出。以这种方式，就使得布置于多路复用器403之后的dsp电路120能够得知在所选择的数字信号(d1或d2)的ad转换期间的增益。在选择了第一数字信号d1的情况下，dsp电路120只需基于参照电压v
rmp1
与参照电压v
rmp2
的斜坡比(adc1与adc2的增益比)来转换第一数字信号d1，以合成图像数据。
[0235]
如上所述，选择部400能够根据图像亮度从已经以不同增益进行了ad转换而得到的多个数字信号中选择性地输出一个数字信号。此外，选择部400能够通过设定阈值来将ad转换的增益改变为任意增益。第九实施方案的其他构造可以类似于第一实施方案的相应构造。以这种方式，第九实施方案可以提供与第一实施方案的有益效果类似的有益效果。此外，第九实施方案可以与第二至第八实施方案中的任一者组合。以这种方式，第九实施方案可以提供与第二至第八实施方案中的任一者的有益效果类似的有益效果。
[0236]
(第十实施方案)
[0237]
图19是示出了根据本技术第十实施方案的固态摄像元件的构造示例的电路图。根据第十实施方案的固态摄像元件200除了包括adc1和adc2之外，还包括作为ad转换器的adcm。adcm具有与adc1和adc2的构造相同的构造。然而，要接收到的参照信号rmpm的参照电
压v
rmpm
的斜坡不同于参照电压v
rmp1
和v
rmp2
的斜坡。参照电压v
rmpm
的斜坡比参照电压v
rmp1
的斜坡更陡峭，但比参照电压v
rmp2
的斜坡更平缓。换句话说，adcm的增益低于adc1的增益，但高于adc2的增益。
[0238]
adcm的比较器303包括作为第三输入晶体管的输入晶体管312_m和作为第三输出晶体管的输出晶体管315_m。基于输入到输入晶体管312_m的源极的输入电压v
vsl
与输入到输入晶体管312_m的栅极的参照电压v
rmpm
之间的电压差，该输入晶体管312_m输出与输入电压对应的漏极电压。
[0239]
基于输入到输出晶体管315_m的源极的输入电压v
vsl
与输入到输出晶体管315_m的栅极的输入晶体管312_m的漏极电压之间的电压差，输出晶体管315_m从漏极输出输入电压v
vsl
与参照电压v
rmpm
之间相互比较的比较结果compm。
[0240]
计数器263对从参照电压v
rmpm
的斜坡起始处到比较结果compm的反转处的期间进行计数，并输出中间数字信号dm。以这种方式，adcm能够输出以adc1的增益和adc2的增益之间的中间增益进行了ad转换的中间数字信号dm。
[0241]
在仅使用具有高增益的adc1和具有低增益的adc2来实现ad转换的情况下，如果adc1与adc2的增益比(g1/g2)过大，则可能在与第一和第二数字信号相对应的图像区域的边界处产生失真(在下文中，也称为伪影(artifact))。
[0242]
为了解决这种问题，第十实施方案还设置了具有处于adc1的增益和adc2的增益之间的中间增益的adcm。通过使用具有不同增益的三个比较器adc1、adcm和adc2，就可以抑制在图像区域之间的接缝处产生的伪影。
[0243]
第十实施方案中的选择部400从三个数字信号d1、d2和dm中选择一个数字信号。例如，寄存器402存储着彼此不同的多个阈值。数字比较器401将数字信号d1、d2和dm中的至少一个数字信号与多个阈值进行比较，并输出作为比较结果的标识flg1和flg2(两位(two-bit)数据)。例如，在数字信号低于全部的多个阈值的情况下，数字比较器401将flg1设定为“0”并将flg2设定为“0”。例如，在数字信号等于或高于所述多个阈值的情况下，数字比较器401将flg1设定为“1”并将flg2设定为“1”。例如，在数字信号为多个阈值之间的中间值的情况下，数字比较器401将flg1设定为“0”并将flg2设定为“1”。
[0244]
多路复用器403被构造为接收来自adc1、adc2和adcm的数字信号d1、d2和dm，并且基于标识flg1和flg2来选择数字信号d1、d2和dm中的一者。例如，在标识flg1和flg2都为“0”的情况下，多路复用器403选择并输出以高增益进行了转换的数字信号d1。在标识flg1和flg2都为“1”的情况下，多路复用器403选择并输出以低增益进行了转换的数字信号d2。在标识flg1和标识flg2分别为“0”和“1”的情况下，多路复用器403选择并输出以中间增益进行了转换的数字信号dm。多路复用器403还将关于标识flg1和flg2的二位数据与数字信号d1、d2和dm一起输出。以这种方式，就使得dsp电路120能够得知在所选择的数字信号(d1、d2或dm)的ad转换期间的增益。dsp电路120基于参照电压v
rmp1
、v
rmp2
和v
rmpm
的斜坡比(adc1、adc2和adcm的增益比)来转换所选择的数字信号，以合成图像数据。
[0245]
图20是呈现了根据第十实施方案的adc1、adc2、adcm的输入电压v
vsl
和输出值(数字信号d1、d2、dm)之间的关系的一个示例的曲线图。该曲线图的横轴表示输入电压v
vsl
。纵轴表示数字信号d1、d2和dm。
[0246]
根据第十实施方案，数字比较器401将数字信号d2与第一阈值dt1及第二阈值dt2
进行比较以决定标识flg1和flg2。然而，数字比较器401可以通过使用数字信号d1、d2和dm中的任一者来决定标识flg1和flg2。数字比较器401可以通过使用数字信号d1、d2和dm中的任两者或全部来决定标识flg1和flg2。
[0247]
在暗的图像中，在数字信号d2低于第一阈值dt1的情况下，数字比较器401分别输出作为标识flg1和标识flg2的“0”和“0”。在这种情况下，多路复用器403选择以高增益进行了转换的数字信号d1。dsp电路120以使得数字信号d1的增益与数字信号d2的增益匹配的方式，基于adc1与adc2的增益比来对关于数字信号d1的数据进行转换(压缩)。已经参照图10说明了该转换处理过程。
[0248]
在具有中间亮度的图像中，在数字信号d2位于第一阈值dt1和第二阈值dt2之间的情况下，数字比较器401分别输出作为标识flg1和标识flg2的“0”和“1”。在这种情况下，多路复用器403选择以中间增益进行了转换的数字信号dm。dsp电路120以使得数字信号dm的增益与数字信号d2的增益匹配的方式，基于adcm与adc2的增益比来对关于数字信号dm的数据进行转换(压缩)。同样已经参照图10说明了该转换处理过程。
[0249]
在亮的图像中，在数字信号d2等于或高于第二阈值dt2的情况下，数字比较器401分别输出作为标识flg1和标识flg2的“1”和“1”。在这种情况下，多路复用器403选择以低增益进行了转换的数字信号d2。dsp电路120不需要对数字信号d2进行压缩。
[0250]
藉此，数字信号d1、d2和dm的增益彼此匹配。因此，使得dsp电路120能够形成一个图像。
[0251]
注意，dsp电路120以数字信号d2为基准对数字信号d1和dm执行基于增益比的转换。然而，dsp电路120可以以数字信号d1或dm为基准来转换其他两个数字信号。此外，标识flg1和flg2与所选择的数字信号之间的对应关系不限于上述实施方案中所说明的对应关系，并且可以根据需要而变更为不同的设定。
[0252]
如上所述，第十实施方案还设置有具有处于adc1的增益和adc2的增益之间的中间增益的adcm。因此，可以减少图像区域的接缝处的伪影。第十实施方案的其他构造可以类似于第一实施方案的相应构造。因此，第十实施方案可以提供与第一实施方案的有益效果类似的有益效果。此外，第十实施方案可以与第二至第八实施方案中的任一者组合。以这种方式，第十实施方式可以提供与第二至第八实施方式中的任一者的有益效果类似的有益效果。
[0253]
(第十一实施方案)
[0254]
图21是示出了根据本发明第十一实施方案的adc及其周边电路的构造示例的电路图。根据第十一实施方案，根据从比较器506接收到的标识flg，多路复用器501选择性地将参照信号rmp1或参照信号rmp2提供给adc。比较器506基于输入电压v
vsl
(模拟值)的电压电平预先决定标识flg。因此，比较器506能够在adc即将对像素信号的d相进行ad转换之前立即决定参照信号(adc的增益)。于是，在第十一实施方案中只需要配备一个adc。
[0255]
然而，当对像素信号的p相进行ad转换时，因为d相的电平是未知的，所以使用具有高增益的参照信号rmp1对p相进行ad转换。注意，p相是表示复位电平的像素信号，且p相数字信号是通过p相的ad转换而获得的数字信号。d相是表示信号电平的像素信号，且d相数字信号是通过d相的ad转换而获得的数字信号。
[0256]
根据第十一实施方案的固态摄像元件200包括一个adc、多路复用器501、p相锁存
器502、d相锁存器503、计算部504、多路复用器505、比较器506、cds电路507和寄存器508。
[0257]
多路复用器501从dac 231接收参照信号rmp1，从dac 232接收参照信号rmp2，并且基于标识flg将参照信号rmp1或参照信号rmp2提供给adc。
[0258]
adc可以具有与第一实施方案的adc1或adc2的构造相同的构造。如上所述，在p相的ad转换时，adc使用具有高增益的参照信号rmp1执行ad转换。在随后执行的d相的ad转换时，已经基于输入电压v
vsl
的信号电平决定了标识flg。因此，adc通过使用基于标识flg而决定的参照信号rmp1或rmp2来执行d相的ad转换。
[0259]
p相锁存器502锁存由adc进行ad转换而得到的p相数字信号。d相锁存器503锁存由adc进行ad转换而得到的d相数字信号。
[0260]
计算部504接收来自p相锁存器502的p相数字信号，并且将p相数字信号乘以或除以存储于寄存器508中的预定值。存储于寄存器508中的预定值是与adc的增益对应的值。例如，如在第一实施方案中那样，在使用参照信号rmp1的adc的增益是使用参照信号rmp2的adc的增益的八倍的情况下，寄存器508就存储着作为预定值的8或八分之一。在这种情况下，寄存器508将8或八分之一输出到计算部504。计算部504将p相数字信号乘以八分之一，或者将p相数字信号除以8。具体地，计算部504根据adc的增益来对p相数字信号进行转换(压缩)。
[0261]
多路复用器505从计算部504接收转换后的p相数字信号，并从p相锁存器502接收未经转换的p相数字信号。此后，多路复用器505基于标识flg来选择转换后的p相数字信号或未经转换的p相数字信号，且将所选择的信号输出到cds电路507。
[0262]
cds电路507接收来自多路复用器505的p相数字信号dp且接收d相数字信号dd，并且对接收到的信号执行cds处理。cds电路507将经过cds处理后的数字信号与标识flg一起输出。
[0263]
图22是呈现了根据第十一实施方案的adc的操作示例的时序图。图22给出了输入电压v
vsl
的电压电平和标识flg。标识flg对应于参照信号rmp1和rmp2各者。注意，未在图中示出参照信号rmp1和rmp2的电压电平。
[0264]
例如，p相的ad转换在时刻t1处开始。此时，信号电平(d相电平)是未知的。因此，选择具有高增益的参照信号rmp1。换句话说，比较器506将标识flg设定为“0”。
[0265]
ad转换后的p相数字信号由p相锁存器502锁存。计算部504对该p相数字信号进行运算且进行增益转换。多路复用器505从计算部504接收转换后的p相数字信号，并且从p相锁存器502接收未经转换的p相数字信号。
[0266]
在从t2到t4的期间，信号电平(d相)被传送到垂直信号线vsl。在该期间进行信号电平判定。例如，在信号电平为v
vsl_1
的情况下，该信号电平在时刻t3处变得低于阈值dth。在这种情况下，比较器506将阈值dth与信号电平v
vsl
进行比较，且将标识flg设定为“1”。结果，图像被判断为亮的图像，并且多路复用器501选择具有低增益的参照信号rmp2。另一方面，在信号电平为v
vsl_2
的情况下，该信号电平在从t2到t4的期间高于阈值dth。在这种情况下，比较器506将阈值dth与信号电平v
vsl
进行比较，且将标识flg设定为“0”。结果，图像被判断为暗的图像，并且多路复用器501选择具有高增益的参照信号rmp1。
[0267]
在时刻t4及之后，adc通过使用由多路复用器501选择的参照信号rmp1或rmp2来执行d相的ad转换。
[0268]
另一方面，在决定了标识flg之后，多路复用器505根据标识flg来输出转换后的p相数字信号或未经转换的p相数字信号。例如，在标识flg为“1”的情况下，为了使p相的增益与d相的增益(低增益)匹配，多路复用器505把转换(压缩)后的p相数字信号输出到cds电路507。在标识flg为“0”的情况下，为了使p相的增益与d相的增益(高增益)匹配，多路复用器505把未经转换的p相数字信号输出到cds电路507。以这种方式，cds电路507能够适当地执行cds处理。
[0269]
经过cds处理后的数字信号可以被转换以便与其他像素数据的增益匹配。以这种方式，可以将数字信号合成为一个图像。
[0270]
如上所述，根据第十一实施方案，标识flg是基于d相的输入电压v
vsl
(模拟值)的电压电平而被预先决定的。另外，参照信号是在adc即将对像素信号的d相进行ad转换之前被立即决定的。以这种方式，固态摄像元件200能够通过使用一个adc来生成以不同增益进行ad转换的数字信号。
[0271]
(第十二实施方案)
[0272]
图23是示出了根据本发明第十二实施方案的adc及其周边电路的构造示例的电路图。根据第十二实施方案，省掉了比较器506，并且设置有锁存器509。锁存器509设置在比较器304的输出端与多路复用器501和505之间以及比较器304的输出端与cds电路507的输出端之间。第十二实施方案的其他构造可以类似于第十一实施方案的相应构造。
[0273]
锁存器509将比较器304的比较结果comp4在电平判定期间锁存，且将锁存的比较结果comp4作为标识flg输出到多路复用器501和505且输出到cds电路507的输出端。
[0274]
图24是呈现了根据第十二实施方案的adc的操作示例的时序图。为方便起见，图24把参照信号rmp1叠加地示出于输入电压v
vsl
的电压电平上。此外，图24除了示出了标识flg之外还示出了比较结果comp4和锁存时序信号slt。
[0275]
例如，p相的ad转换在时刻t1处开始。p相的ad转换处理可以类似于第十一实施方案的相应处理。
[0276]
在从t2到t5的期间，信号电平(d相)被传送到垂直信号线vsl。在该期间进行信号电平判定。这里，根据第十二实施方案，没有设定阈值dth。锁存器509通过利用由比较器304获得的比较结果comp4的反转来设定标识flg。换句话说，根据第十二实施方案，使用参照信号rmp1作为阈值来判定信号电平。例如，在信号电平为v
vsl_1
的情况下，信号电平v
vsl_1
在时刻t3处变得低于参照信号rmp1。结果，由比较器304获得的比较结果comp4被反转并且变为“1(高电平)”。在时刻t4处，锁存器509将比较结果comp4锁存，由此标识flg变为“1”。结果，图像被判断为亮的图像，并且多路复用器501选择具有低增益的参照信号rmp2。
[0277]
另一方面，在信号电平为v
vsl_2
的情况下，信号电平v
vsl_2
在从t2到t5的期间高于参照信号rmp1。结果，由比较器304获得的比较结果comp4不被反转并且维持为“0(低电平)”。在时刻t4处，锁存器509将比较结果comp4锁存，由此标识flg变为“0”。结果，图像被判断为暗的图像，并且多路复用器501选择具有高增益的参照信号rmp1。
[0278]
如上所述，可以设置有锁存器509来代替比较器506，并且可以通过利用由比较器304获得的比较结果comp4来判定信号电平。
[0279]
第十二实施方案的其他构造和操作可以类似于第十一实施方案的相应构造和操作。以这种方式，第十二实施方案可以提供与第十一实施方案的有益效果相同的有益效果。
[0280]
(变形例1)
[0281]
图25是示出了根据本发明变形例1的adc1、adc2及其周边电路的构造示例的电路图。在本变形例中，adc1和adc2分别与垂直信号线vsl1和vsl2对应地设置着。开关sw1设置在垂直信号线vsl1和vsl2之间。开关sw1的切换由时序控制部220执行。
[0282]
在开关sw1接通的状态下，adc 1和adc2被允许对垂直信号线vsl1和vsl2之中的任一者上的像素信号以上述实施方案所说明的方式执行ad转换。在这种情况下，可以产生上述实施方案的有益效果。
[0283]
另一方面，在开关sw1断开的状态下，adc 1和adc2分别对垂直信号线vsl1和vsl2上的像素信号执行ad转换。在这种情况下，adc1和adc2各者分别使用一个增益来执行ad转换。因此，在暗的图像区域中图像质量下降，但可以实现两个像素的同时ad转换。
[0284]
(变形例2)
[0285]
图26是示出了根据本发明变形例2的adc及其周边电路的构造示例的电路图。在本变形例中，adc1_1和adc2_1与一条垂直信号线vsl1对应地设置着。同样地，adc1_2和adc2_2与一条垂直信号线vsl2对应地设置着。在adc1_1的输入端和adc2_1的输入端之间设置有开关sw1。在adc1_2的输入端和adc2_2的输入端之间也设置有开关sw1。此外，在adc2_1的输入端和相邻的垂直信号线vsl2之间设置有开关sw2。开关sw1的切换和sw2的切换由时序控制部220执行。
[0286]
根据本变形例，加法电路add1设置在adc1_1的输出端和adc2_1的输出端之间。加法电路add1可以将从adc1_1接收的数字信号和从adc2_1接收的数字信号以预定的权重相加。加法电路add2设置在adc1_2的输出端和adc2_2的输出端之间。加法电路add2可以将从adc1_2接收的数字信号和从adc2_2接收的数字信号以预定的权重相加。
[0287]
在开关sw1接通和开关sw2断开的状态下，adc1_1和adc2_1被允许对垂直信号线vsl1上的像素信号以上述实施方案所说明的方式执行ad转换。adc1_2和adc2_2被允许对垂直信号线vsl2上的像素信号以上述实施方案所说明的方式执行ad转换。在这种情况下，可以得到上述实施方案的有益效果。
[0288]
另一方面，在开关sw1断开和开关sw2接通的状态下，adc1_1和adc2_1被允许分别对从垂直信号线vsl1和vsl2接收的两个像素的像素信号执行ad转换，并且实现加权加法。权重的设定可以利用参照信号rmp1和rmp2的斜坡(adc1的增益和adc2的增益)来予以执行。通过改变adc1的增益和adc2的增益，可以针对第一和第二数字信号各者设定任何权重。
[0289]
另外，当adc1_1和adc2_1分别执行从垂直信号线vsl1和vsl2接收的两个像素的像素信号的ad转换并且实现加权相加时，与adc1_1及adc2_1相邻的adc1_2及adc2_2是处于断开状态的。
[0290]
(布局排列)
[0291]
图27a至图27c各者是示出了本发明的adc1和adc2的布局排列的示意图。图27a至图27c中的adc1和adc2的各个构成要素可以彼此互换。
[0292]
图27a中的adc1和adc2被排列成使得它们各自的构成要素针对各增益而集中。adc1和adc2沿垂直信号线vsl的延伸方向d
vsl
在纵向方向上排列着。以这种方式，可以容易地界定adc1和adc2的布局排列。此外，因为adc1和adc2沿着延伸方向d
vsl
排列着，因此，能够减小邻接的像素列之间的间隔(节距)。
[0293]
图27b中的adc1和adc2在使得它们各自的构成要素针对各增益而集中的这一点上，与图27a的排列方式类似地排列着。然而，图27b中的adc1和adc2在与垂直信号线vsl的延伸方向d
vsl
基本正交的横向方向上排列着。以这种方式，可以容易地界定adc1和adc2的布局排列。在足够地提供了邻接的像素列之间的间隔的情况下，可以采用图27b中示出的布局。
[0294]
图27c中的adc1和adc2在使得它们各自的构成要素沿着垂直信号线vsl的延伸方向d
vsl
在纵向方向上排列着的这一点上，与图27a的排列方式类似地排列着。然而，图27c中的adc1和adc2被布置成使得：adc1和adc2的同种类型的构成要素交替布置着。例如，adc1的输入晶体管312_1和adc2的输入晶体管312_2被布置为彼此相邻。adc1的输出晶体管315_1和adc2的输出晶体管315_2被布置为彼此相邻。其他构成要素同样地被布置为使得同种类型的构成要素彼此相邻地布置着。通过如上所述将同种类型的构成要素彼此相邻布置着，提高了构成要素(半导体元件)之间的特性匹配，并且有利于掩模设计、工艺等。
[0295]
图28a和图28b各者是示出了本发明的固态摄像元件200的布局排列的示意图。在图28a中，含有adc1和adc2的周边电路被布置于像素阵列部240的在垂直信号线vsl的延伸方向d
vsl
上的两侧处。在这种情况下，针对一个像素列设置有多条垂直信号线vsl1和vsl2。该像素列上的像素连接到多条垂直信号线vsl1和vsl2中的一条。垂直信号线vsl1连接到布置于一侧处的adc1和adc2，而垂直信号线vsl2连接到布置于另一侧处的adc1和adc2。在这种布置中，可以对该像素列上的两个像素信号同时进行ad转换。
[0296]
在图28b中，含有adc1和adc2的周边电路被布置于像素阵列部240的在垂直信号线vsl的延伸方向d
vsl
上的一侧处。在这种情况下，针对一个像素列设置有一条垂直信号线vsl。根据该布置，该像素列上的像素信号是逐个像素信号进行ad转换的。然而，周边电路的布局面积变小了。
[0297]
上述的布局排列仅是作为示例而呈现的。本发明的固态摄像元件200的布置不限于这些示例。
[0298]
《移动体的应用例》
[0299]
根据本发明的技术(本技术)适用于各种类型的产品。例如，根据本发明的技术可以被实现为要安装在诸如汽车、电动汽车、混合动力汽车、摩托车、自行车、个人机动载具、飞机、无人飞行器、船舶或机器人等任何类型的移动体上的装置。
[0300]
图29是示出了车辆控制系统的示意性构造示例的框图，该车辆控制系统作为根据本发明的技术可以适用的移动体控制系统的示例。
[0301]
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图29所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。此外，作为综合控制单元12050的功能构造，示出了微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络接口(i/f：interface)12053。
[0302]
驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动系统有关的设备的操作。例如，驱动系统控制单元12010可以作为如下各种设备的控制装置而发挥作用：诸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设备；用于向车轮传递驱动力的驱动力传递机构；用于调节车辆的转向角的转向机构；以及用于产生车辆的制动力的制动装
置等。
[0303]
车身系统控制单元12020根据各种程序来控制安装在车身上的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020可以作为如下各种设备的控制装置而发挥作用：无钥匙进入系统；智能钥匙系统；电动窗装置；或者诸如前照灯、倒车灯、刹车灯、转向灯或雾灯等各种灯。在这种情况下，代替钥匙的从便携式装置发送的无线电波或来自各种开关的信号可以输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收无线电波或信号的输入，并且控制车辆的门锁装置、电动窗装置、灯等。
[0304]
车外信息检测单元12030检测关于安装有车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，摄像部12031连接到车外信息检测单元12030。车外信息检测单元12030致使摄像部12031摄取车辆外部的图像，并且接收所摄取图像。基于所接收到的图像，车外信息检测单元12030可以进行针对诸如人、汽车、障碍物、交通标志、道路上的文字等物体的物体检测处理或距离检测处理。
[0305]
摄像部12031是能够接收光并且输出与所接收的光的光量相对应的电信号的光学传感器。摄像部12031可以把电信号作为图像而输出，或者可以把电信号作为测距信息而输出。另外，由摄像部12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等非可见光。
[0306]
车内信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。例如，用于检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部12041连接到车内信息检测单元12040。例如，驾驶员状态检测部12041包括对驾驶员进行摄像的相机。基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或专注程度，或者可以判断驾驶员是否在打瞌睡。
[0307]
基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆内部和外部的信息，微型计算机12051可以计算驱动力产生设备、转向机构或制动装置的控制目标值，并且可以向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶辅助系统(adas：advanced driver assistance system)的功能的协调控制，该adas的功能包括：车辆的碰撞规避或撞击缓和、基于车间距离的跟随行驶、车辆定速行驶、车辆碰撞警告、车辆偏离车道警告等。
[0308]
另外，基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆外部或内部的信息，微型计算机12051可以通过控制驱动力产生设备、转向机构、制动装置等，来执行旨在实现例如使车辆不依赖于驾驶员的操作控制而自主行驶的自动行驶等的协调控制。
[0309]
此外，基于由车外信息检测单元12030获取的关于车辆外部的信息，微型计算机12051可以将控制命令输出到车身系统控制单元12020。例如，基于由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或迎面来车的位置，微型计算机12051可以控制前照灯，来执行旨在实现诸如将远光切换为近光等防止眩光的协调控制。
[0310]
声音/图像输出部12052将声音和图像中的至少一者的输出信号传送到能够在视觉上或听觉上将信息通知给车辆乘员或车辆外部的输出装置。在图29的示例中，作为输出装置，示出了音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063。例如，显示部12062可以包括板载显示器和平视显示器中的至少一种。
[0311]
图30是示出了摄像部12031的设置位置的示例的图。
[0312]
在图30中，摄像部12031包括摄像部12101、12102、12103、12104和12105。
[0313]
摄像部12101、12102、12103、12104和12105设置在例如车辆12100的诸如车头、侧视镜、后保险杠和后备箱门以及车厢内挡风玻璃上部等各位置处。设置在车头处的摄像部12101和设置在车厢内挡风玻璃上部处的摄像部12105主要获得车辆12100的前方图像。设置在侧视镜处的摄像部12102和12103主要获得车辆12100的侧方图像。设置在后保险杠或后备箱门处的摄像部12104主要获得车辆12100的后方图像。设置在车厢内挡风玻璃上部处的摄像部12105主要用来检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号、交通标志、车道等。
[0314]
顺便提及，图30示出了摄像部12101～12104的摄像范围的示例。摄像范围12111表示设置在车头处的摄像部12101的摄像范围。摄像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜处的摄像部12102和12103的摄像范围。摄像范围12114表示设置在后保险杠或后备箱门处的摄像部12104的摄像范围。例如，通过叠加由摄像部12101～12104摄取到的图像数据，可以获得车辆12100的从上方看到的鸟瞰图像。
[0315]
摄像部12101～12104中的至少一者可以具有获取距离信息的功能。例如，摄像部12101～12104中的至少一者可以是包括多个摄像元件的立体相机，或者可以是具有相位差检测用的像素的摄像元件。
[0316]
例如，基于从摄像部12101～12104获得的距离信息，微型计算机12051可以求出距摄像范围12111～12114内的各立体物的距离和该距离随时间的变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而提取如下的立体物作为前方车辆：该立体物尤其是在车辆12100的行驶路线上离得最近的立体物，并且该立体物在与车辆12100大致相同的方向上以预定速度(例如，0km/h以上)行驶。此外，微型计算机12051可以设定应当与前方车辆的近前要预先确保的车间距离，并且可以进行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随启动控制)等。因此，可以进行旨在实现使车辆不依赖于驾驶员的操作而自主行驶的自动驾驶等的协调控制。
[0317]
例如，基于从摄像部12101～12104获得的距离信息，微型计算机12051可以将关于立体物的立体物数据为诸如两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人和电线杆等其他立体物的立体物数据，提取分类后的立体物数据，并利用所提取的数据来自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以在视觉上辨认出来的障碍物和难以在视觉上辨认出来的障碍物。微型计算机12051判断用于表示与各障碍物发生碰撞的危险度的碰撞风险，并且在碰撞风险等于或超过设定值且因此表示有碰撞可能性的情况下，微型计算机12051可以经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶者输出警告，或者经由驱动系统控制单元12010实施强制减速或回避转向。藉此，微型计算机12051可以提供用于避免碰撞的驾驶辅助。
[0318]
摄像部12101～12104中的至少一者可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过判定在摄像部12101～12104的所摄取图像中是否存在行人来识别出行人。例如，对行人的这种识别是通过如下步骤来进行的：从作为红外相机的摄像部12101～12104的所摄取图像中提取特征点的步骤；以及对表示物体轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理以判定是否为行人的步骤。当微型计算机12051判定在摄像部12101～12104的所摄取图像中存在有行人并且由此识别出行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062，使其把用于表示强调的矩形轮廓线叠加地显示在所识别出的行人上。此外，声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062，使其把用于表示行人的图标等显示在所期望的位置处。
[0319]
上面已经说明了根据本发明的技术可适用的车辆控制系统的示例。根据本发明的技术可应用于上面所说明的构造中的摄像部12031。具体地，图1中的摄像装置100可适用于摄像部12031。通过将本发明的技术应用于摄像部12031可以获得更易于观看的拍摄图像。因此，可以减少驾驶员的疲劳。
[0320]
注意，本发明不限于上述实施方案，并且可以在不脱离本发明主题的保护范围的情况下以各种方式进行变形。此外，本发明能够带来的有益效果不限于本说明书中仅作为示例说明的有益效果。也可以提供其他的有益效果。
[0321]
本技术还可以具有以下构造。
[0322]
(1)固态摄像元件，包括：
[0323]
第一比较器，其包括：
[0324]
第一输入晶体管，其基于输入到所述第一输入晶体管的源极的来自第一像素的输入电压与输入到所述第一输入晶体管的栅极的第一参照电压之间的第一电压差，从所述第一输入晶体管的漏极输出与所述输入电压对应的第一电压；和
[0325]
第一输出晶体管，其基于输入到所述第一输出晶体管的源极的所述输入电压与输入到所述第一输出晶体管的栅极的所述第一电压之间的第二电压差，从所述第一输出晶体管的漏极输出所述输入电压与所述第一参照电压之间相互比较的比较结果，以及
[0326]
第二比较器，其包括：
[0327]
第二输入晶体管，其基于输入到所述第二输入晶体管的源极的所述输入电压与输入到所述第二输入晶体管的栅极的第二参照电压之间的第三电压差，从所述第二输入晶体管的漏极输出与所述输入电压对应的第二电压；和
[0328]
第二输出晶体管，其基于输入到所述第二输出晶体管的源极的所述输入电压与输入到所述第二输出晶体管的栅极的所述第二电压之间的第四电压差，从所述第二输出晶体管的漏极输出所述输入电压与所述第二参照电压之间相互比较的比较结果。
[0329]
(2)根据(1)所述的固态摄像元件，其中，
[0330]
所述第一比较器还包括：
[0331]
第一电流源，其连接到所述第一输入晶体管的漏极；
[0332]
第一箝位晶体管，其设置在所述第一输入晶体管的源极与漏极之间；
[0333]
第二电流源，其连接到所述第一输出晶体管的漏极；和
[0334]
第二箝位晶体管，其设置在所述第一输出晶体管的源极与漏极之间，
[0335]
所述第二比较器还包括：
[0336]
第三电流源，其连接到所述第二输入晶体管的漏极；
[0337]
第三箝位晶体管，其设置在所述第二输入晶体管的源极与漏极之间；
[0338]
第四电流源，其连接到所述第二输出晶体管的漏极；和
[0339]
第四箝位晶体管，其设置在所述第二输出晶体管的源极与漏极之间，
[0340]
并且，在所述第一箝位晶体管至所述第四箝位晶体管每一者中，栅极和漏极是彼此短路的。
[0341]
(3)根据(1)或(2)所述的固态摄像元件，其中，
[0342]
所述第一比较器还包括：
[0343]
第一开关，其设置在所述第一输入晶体管的栅极与漏极之间；和
[0344]
第二开关，其设置在所述第一输出晶体管的栅极与漏极之间，并且，所述第二比较器还包括：
[0345]
第三开关，其设置在所述第二输入晶体管的栅极与漏极之间；和
[0346]
第四开关，其设置在所述第二输出晶体管的栅极与漏极之间。
[0347]
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的固态摄像元件，其中，
[0348]
所述第一参照电压和所述第二参照电压以彼此不同的斜坡随时间变化，
[0349]
所述固态摄像元件还包括：
[0350]
第一计数器，其接收来自所述第一比较器的比较结果，对从所述第一参照电压的斜坡起始处到从所述第一比较器接收的所述比较结果的反转处的期间进行计数，且基于所述期间的计数值输出第一数字信号；和
[0351]
第二计数器，其接收来自所述第二比较器的比较结果，对从所述第二参照电压的斜坡起始处到从所述第二比较器接收的所述比较结果的期间进行计数，且基于所述期间的计数值输出第二数字信号，并且
[0352]
所述第一计数器和所述第二计数器几乎同时操作。
[0353]
(5)根据(4)所述的固态摄像元件，其中，
[0354]
所述第二参照电压的斜坡比所述第一参照电压的斜坡更陡峭，并且
[0355]
所述第一计数器和所述第二计数器通过使用具有基本相同频率的时钟信号分别测量所述第一期间和所述第二期间。
[0356]
(6)根据(4)或(5)所述的固态摄像元件，还包括：
[0357]
选择部，其选择所述第一数字信号或所述第二数字信号以合成图像。
[0358]
(7)根据(2)所述的固态摄像元件，还包括：
[0359]
像素信号线，其连接于所述第一像素与所述第一比较器之间及所述第一像素与所述第二比较器之间，
[0360]
其中，在所述像素信号线中流过的电流是在所述第一电流源至所述第四电流源中流过的电流的总和。
[0361]
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的固态摄像元件，其中，
[0362]
当所述输入电压和所述第一参照电压变得大致相等时，所述第一输入晶体管从所述第一输入晶体管的漏极输出所述第一电压，
[0363]
所述第一输出晶体管输出用于表明所述输入电压和所述第一电压之间的差是否超过所述第一输出晶体管的阈值电压的信号，作为所述输入电压和所述第一参照电压之间相互比较的比较结果，
[0364]
当所述输入电压和所述第二参照电压变得大致相等时，所述第二输入晶体管从所述第二输入晶体管的漏极输出所述第二电压，并且
[0365]
所述第二输出晶体管输出用于表明所述输入电压和所述第二电压之间的差是否超过所述第二输出晶体管的阈值电压的信号，作为所述输入电压和所述第二参照电压之间相互比较的比较结果。
[0366]
(9)根据(1)至(8)中任一项所述的固态摄像元件，还包括：
[0367]
第一参照电压供给部，其供给所述第一参照电压；
[0368]
第一自动调零电容器，其设置在所述第一输入晶体管的栅极和所述第一参照电压
供给部之间；
[0369]
第一缓冲器，其设置在所述第一参照电压供给部和所述第一自动调零电容器之间；
[0370]
第二参照电压供给部，其供给所述第二参照电压；
[0371]
第二自动调零电容器，其设置在所述第二输入晶体管的栅极和所述第二参照电压供给部之间；和
[0372]
第二缓冲器，其设置在所述第二参照电压供给部和所述第二自动调零电容器之间。
[0373]
(10)根据(1)至(9)中任一项所述的固态摄像元件，其中，
[0374]
所述第一输入晶体管、所述第二输入晶体管、所述第一输出晶体和所述第二输出晶体管每一者都是p型晶体管。
[0375]
(11)根据(2)所述的固态摄像元件，其中，
[0376]
所述第一箝位晶体管至所述第四箝位晶体管每一者都是使栅极和漏极彼此短路的p型晶体管，并且
[0377]
所述固态摄像元件还包括：第五箝位晶体管至第八箝位晶体管，它们分别与所述第一箝位晶体管至所述第四箝位晶体管并联连接，并且它们每一者都由n型晶体管构成。
[0378]
(12)根据(2)所述的固态摄像元件，其中，
[0379]
所述第一电流源至所述第四电流源分别包括：
[0380]
第一电流源晶体管至第四电流源晶体管，它们分别设置在所述第一输入晶体管、所述第一输出晶体管、所述第二输入晶体管和所述第二输出晶体管各者的漏极与预定的基准端子之间；
[0381]
第一电容器至第四电容器，它们分别连接于所述第一电流源晶体管至所述第四电流源晶体管各者的栅极与所述基准端子之间；和
[0382]
第一采样保持开关至第四采样保持开关，它们分别连接到所述第一电流源晶体管至所述第四电流源晶体管各者的栅极。
[0383]
(13)根据(1)至(12)中任一项所述的固态摄像元件，还包括：
[0384]
第一逻辑门，其连接到所述第一输出晶体管的漏极；和
[0385]
第二逻辑门，其连接到所述第二输出晶体管的漏极。
[0386]
(14)根据(1)至(13)中任一项所述的固态摄像元件，还包括：
[0387]
像素信号线，其连接于所述第一像素与所述第一比较器之间及所述第一像素与所述第二比较器之间；和
[0388]
第五电流源，其连接到所述像素信号线。
[0389]
(15)根据(1)至(14)中任一项所述的固态摄像元件，还包括：
[0390]
第五电容器，其设置在所述第一输入晶体管的漏极和所述第一输出晶体管的栅极之间；
[0391]
第五开关，其设置在所述第一输出晶体管的栅极与漏极之间；
[0392]
第六电容器，其设置在所述第二输入晶体管的漏极和所述第二输出晶体管的栅极之间；和
[0393]
第六开关，其设置在所述第二输出晶体管的栅极与漏极之间。
[0394]
(16)根据(1)至(15)中任一项所述的固态摄像元件，还包括：
[0395]
第一缓冲晶体管，其连接于电源与所述第一输出晶体管的源极之间，所述第一缓冲晶体管的栅极连接到所述第一输入晶体管的源极；和
[0396]
第二缓冲晶体管，其连接于所述电源与所述第二输出晶体管的源极之间，所述第二缓冲晶体管的栅极连接到所述第二输入晶体管的源极。
[0397]
(17)根据(1)至(16)中任一项所述的固态摄像元件，还包括：
[0398]
公共参照电压供给部，其供给公共参照电压；
[0399]
第一自动调零电容器，其设置在所述第一输入晶体管的栅极和所述公共参照电压供给部之间；
[0400]
分压电容器，其连接于所述第一输入晶体管的栅极和预定的基准端子之间；和
[0401]
第二自动调零电容器，其设置在所述第二输入晶体管的栅极和所述公共参照电压供给部之间，
[0402]
其中，所述第一自动调零电容器和所述分压电容器对所述公共参照电压进行分压，且将分压后的公共参照电压作为所述第一参照电压传送到所述第一输入晶体管的栅极，并且
[0403]
所述第二自动调零电容器将所述公共参照电压作为所述第二参照电压传送到所述第二输入晶体管的栅极。
[0404]
(18)根据(6)所述的固态摄像元件，其中，
[0405]
所述选择部包括：
[0406]
数字比较器，其将所述第一数字信号和所述第二数字信号中的一者或两者与阈值进行比较；
[0407]
寄存器，其存储所述阈值；和
[0408]
多路复用器，其基于从所述数字比较器接收的比较结果来选择所述第一数字信号或所述第二数字信号，并且将所选择的数字信号作为所述第一像素的像素信号与所述比较结果一起输出。
[0409]
(19)根据(18)所述的固态摄像元件，其中，
[0410]
所述第二参照电压的斜坡比所述第一参照电压的斜坡更陡峭，
[0411]
在所述第一数字信号和所述第二数字信号中的一者或两者低于所述阈值的情况下，所述多路复用器选择所述第一数字信号，
[0412]
在所述第一数字信号和所述第二数字信号中的一者或两者高于所述阈值的情况下，所述多路复用器选择所述第二数字信号，并且
[0413]
所述固态摄像元件还包括：计算部，其基于所述第一参照电压的斜坡与所述第二参照电压的斜坡的比率来转换所述第一数字信号。
[0414]
(20)根据(1)至(19)中任一项所述的固态摄像元件，还包括：
[0415]
第三比较器，其包括：
[0416]
第三输入晶体管，其基于输入到所述第三输入晶体管的源极的所述输入电压与输入到所述第三输入晶体管的栅极的第三参照电压之间的第五电压差，从所述第三输入晶体管的漏极输出与所述输入电压对应的第五电压；和
[0417]
第三输出晶体管，其基于输入到所述第三输出晶体管的源极的所述输入电压与输
入到所述第三输出晶体管的栅极的所述第五电压之间的第六电压差，从所述第三输出晶体管的漏极输出所述输入电压和所述第三参照电压之间相互比较的比较结果。