固态摄像元件的制作方法

1.本公开涉及一种固态摄像元件。


背景技术：

2.存在这样一种互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器(在下文中，也称为cis)，其通过用比较器对像素信号与线性变化的基准信号进行比较并且对直到基准信号与像素信号交叉的时间进行计数，来对模拟像素信号执行模数(ad)转换。为了扩大比较器的动态范围，cis的ad转换器可以改变像素的灵敏度或转换效率，并且多次对像素电荷执行ad转换。
3.引用文献列表
4.专利文献
5.专利文献1：日本专利申请特开第2017-175345号


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题
7.然而，由于ad转换需要在浮动扩散层的电压稳定之后执行的安定时段，因此在改变同一像素的灵敏度或转换效率的同时，执行多次ad转换需要很长时间。
8.因此，提供了一种能够在短时间内对宽动态范围的像素信号执行ad转换的固态摄像元件。
9.技术问题的解决方案
10.根据本公开的一个方面的固态摄像装置包括：像素部，所述像素部包括将入射光光电转换为像素信号的光电转换元件；ad转换部，所述ad转换部将来自所述像素部的所述像素信号转换为数字信号；第一保持电路，所述第一保持电路设置在所述像素部和所述ad转换部之间并且保持所述像素信号；第二保持电路，所述第二保持电路设置在所述像素部和所述ad转换部之间并且保持所述像素信号；和选择电路，所述选择电路能够将所述第一保持电路和所述第二保持电路中的任一个连接至所述ad转换部，并且选择性地将保持在所述第一保持电路或所述第二保持电路中的所述像素信号传输至所述ad转换部。
11.所述固态摄像装置还包括旁路信号线，所述旁路信号线设置在所述像素部和所述ad转换部之间并且对所述像素信号进行原样传输，并且所述选择电路能够将所述第一保持电路、所述第二保持电路和所述旁路信号线中的任一个连接至所述ad转换部，并且选择性地将保持在所述第一保持电路中的所述像素信号、保持在所述第二保持电路中的所述像素信号或者通过所述旁路信号线传输的所述像素信号传输至所述ad转换部。
12.所述第一保持电路包括：第一电容器，其一端连接至所述像素部，所述第一电容器能够累积所述像素信号；和第一晶体管，其栅极连接至所述第一电容器的另一端，漏极连接至电流源和所述选择电路；并且所述第二保持电路包括：第二电容器，其一端连接至所述像素部，所述第二电容器能够累积所述像素信号；和第二晶体管，其栅极连接至所述第二电容
器的另一端，漏极连接至电流源和所述选择电路。
13.所述第一保持电路包括：设置在所述第一电容器和所述像素部之间的第一开关；
14.连接在所述第一晶体管的漏极和所述第一电容器的所述一端之间的第二开关；和连接在所述第一晶体管的漏极和所述第一电容器的所述另一端之间的第三开关；并且所述第二保持电路包括：设置在所述第二电容器和所述像素部之间的第四开关；连接在所述第二晶体管的漏极和所述第二电容器的所述一端之间的第五开关；和连接在所述第二晶体管的漏极和所述第二电容器的所述另一端之间的第六开关。
15.当从所述像素部将所述像素信号采样到所述第一电容器时，所述第一开关和所述第三开关进入导通状态并且所述第二开关处于非导通状态；当所述第一电容器保持所述像素信号时，所述第一开关和所述第三开关进入非导通状态并且所述第二开关进入导通状态；当从所述像素部将所述像素信号采样到所述第二电容器时，所述第四开关和所述第六开关进入导通状态，并且所述第五开关处于非导通状态；并且当所述第二电容器保持所述像素信号时，所述第四开关和所述第六开关进入非导通状态，并且所述第五开关进入导通状态。
16.所述第一保持电路和所述第二保持电路在不同的时刻对所述像素信号进行采样。
17.在所述第一保持电路保持所述像素信号中的第一像素信号并且所述选择电路将来自所述第一保持电路的所述第一像素信号输出至所述ad转换部的时段期间，所述第二保持电路对所述像素信号中的第二像素信号进行采样；并且在所述第二保持电路保持所述第二像素信号并且所述选择电路将来自所述第二保持电路的所述第二像素信号输出至所述ad转换部的时段期间，所述第一保持电路对所述像素信号中的另一像素信号进行采样。
18.所述第一保持电路包括：第一电容器，其一端连接至所述像素部，另一端连接至基准电压源，所述第一电容器能够累积所述像素信号；第一晶体管，其栅极连接至所述第一电容器的所述一端，源极连接至电流源和所述选择电路；并且所述第二保持电路包括：第二电容器，其一端连接至所述像素部，另一端连接至基准电压源，所述第二电容器能够累积所述像素信号；和第二晶体管，其栅极连接至所述第二电容器的所述一端，源极连接至电流源和所述选择电路。
19.所述第一保持电路包括设置在所述第一电容器的所述一端和所述像素部之间的第一开关；并且所述第二保持电路包括设置在所述第二电容器的所述一端和所述像素部之间的第二开关。
20.当从所述像素部将所述像素信号采样到所述第一电容器时，所述第一开关进入导通状态；当所述第一电容器保持所述像素信号时，所述第一开关进入非导通状态；当从所述像素部将所述像素信号采样到所述第二电容器时，所述第二开关进入导通状态，并且当所述第二电容器保持所述像素信号时，所述第二开关进入非导通状态。
21.所述第一电容器和所述第二电容器在不同的时刻对所述像素信号进行采样。
22.在所述第一保持电路保持所述像素信号中的第一像素信号并且所述选择电路将来自所述第一保持电路的所述第一像素信号输出至所述ad转换部的时段期间，所述第二保持电路对所述像素信号中的第二像素信号进行采样；并且在所述第二保持电路保持所述第二像素信号并且所述选择电路将来自所述第二保持电路的所述第二像素信号输出至所述ad转换部的时段期间，所述第一保持电路对所述像素信号中的另一像素信号进行采样。
23.所述固态摄像装置还包括负电容电路，所述负电容电路连接至第一信号线，所述第一信号线连接在所述像素部与所述第一保持电路和所述第二保持电路之间并且传输所述像素信号，并且所述负电容电路包括：放大器，所述放大器的输入端子连接至所述第一信号线；和电容器，所述电容器连接在所述放大器的所述输入端子和输出端子之间。
24.所述像素部的各像素包括具有不同光接收面积的第一光电转换元件和第二光电转换元件。
25.所述像素部的各像素包括：第一浮动扩散层和第二浮动扩散层，所述第一浮动扩散层和所述第二浮动扩散层中的每个累积来自所述光电转换元件的电荷；放大晶体管，所述放大晶体管基于所述第一浮动扩散层的电位输出所述像素信号；和第七开关，所述第七开关设置在所述第一浮动扩散层和所述第二浮动扩散层之间；当所述第七开关进入非导通状态时，所述放大晶体管基于所述第一浮动扩散层的电位输出所述像素信号，并且当所述第七开关进入导通状态时，所述放大晶体管基于耦合所述第一浮动扩散层和所述第二浮动扩散层的区域的电位输出所述像素信号。
26.所述第一保持电路还包括串联连接在电源和所述第一晶体管的漏极之间的第三晶体管和第八开关，并且所述第二保持电路还包括串联连接在所述电源和所述第二晶体管的漏极之间的第四晶体管和第九开关。
27.所述第三晶体管和所述第八开关与所述电流源并联连接，并且所述第四晶体管和所述第九开关与所述电流源并联连接。
28.所述固态摄像装置还包括压生成电路，所述电压生成电路将预定的第一电压施加至所述第三晶体管和所述第四晶体管的栅极，并且当所述第八开关处于导通状态时，所述第三晶体管将所述第一晶体管的漏极设置为与所述第一电压相对应的箝位电压，并且当所述第九开关处于导通状态时，所述第四晶体管将所述第二晶体管的漏极设置为所述箝位电压。
29.在将由所述第一保持电路保持并且在所述ad转换部中进行比较的所述像素信号与基准信号相等的自动归零操作中，所述第八开关进入导通状态，并且在将由所述第二保持电路保持并且在所述ad转换部中进行比较的所述像素信号与所述基准信号相等的自动归零操作中，所述第九开关进入导通状态。
附图说明
30.图1是示出根据第一实施方案的固态摄像元件的构成例的框图。
31.图2是示出像素部的半导体芯片和处理电路的半导体芯片堆叠的固态摄像元件的示例的概念图。
32.图3是示出布置在像素阵列部中的单位像素的构成例的电路图。
33.图4是水平同步信号和驱动信号的时序图。
34.图5是水平同步信号和驱动信号的时序图。
35.图6是示出根据第一实施方案的像素、sh部和比较器的构成例的电路图。
36.图7是示出在ad转换操作中sh部的操作示例的时序图。
37.图8是示出在根据第一变形例的ad转换操作中sh部的操作示例的时序图。
38.图9是示出在根据第二变形例的ad转换操作中sh部的操作示例的时序图。
39.图10是示出根据第二实施方案的像素、sh部和比较器的构成例的电路图。
40.图11是示出根据第三实施方案的像素、sh部和比较器的构成例的电路图。
41.图12是示出根据第四实施方案的sh部的构成例的电路图。
42.图13是示出根据第五实施方案的sh部的构成例的电路图。
43.图14是示出根据第六实施方案的sh部的构成例的电路图。
44.图15是示出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例的框图。
45.图16是示出摄像部的安装位置的示例的图。
46.图17是示出根据第七实施方案的固态摄像装置的构成例的框图。
47.图18是示出根据第七实施方案的sh部的构成例的电路图。
48.图19是示出根据第七实施方案的通过第一保持电路和比较器检测复位信号的操作示例的时序图。
49.图20是示出输出电压的电压和基准信号之间的关系的时序图。
50.图21是示出根据第八实施方案的像素、sh部和比较器的构成例的电路图。
51.图22是示出根据第八实施方案的通过第一保持电路和第二保持电路以及比较器检测复位信号和数据信号的操作示例的时序图。
52.图23是示出输出电压和基准信号之间的关系的时序图。
53.图24是示出根据第九实施方案的像素、sh部和比较器的构成例的电路图。
54.图25是示出根据第十实施方案的像素、sh部和比较器的构成例的电路图。
55.图26是示出根据第十一实施方案的sh部的构成例的电路图。
具体实施方式
56.在下文中，将参照附图详细说明应用本技术的具体实施方案。附图是示意性的或概念性的，并且各部分的比例等不一定与实际的相同。在说明书和附图中，由相同的附图标记表示与在前参照在前所述的附图说明的元件类似的元件，并且适当地省略其详细说明。
57.(第一实施方案)
58.图1是示出根据第一实施方案的固态摄像装置100的构成例的框图。固态摄像装置100包括像素部101、时序控制电路102、垂直扫描电路103、数模转换装置(dac)104、采样和保持(sh)部125、模数转换装置(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。
59.在像素部101中，单元像素(在下文中，也简称为像素)以矩阵形式布置，各单位像素包括将入射光光电转换为与入射光的光量相对应的电荷量(像素信号)的光电转换元件。稍后将参照图2说明单位像素的具体电路构成。此外，在像素部101中，像素驱动线109沿着图中的左右方向(像素行的像素阵列方向/水平方向)针对各行布线，并且垂直信号线110相对于矩阵中的像素阵列沿着图中的上下方向(像素列的像素阵列方向/垂直方向)针对各列布线。像素驱动线109的一端连接至与行相对应的垂直扫描电路103的输出端。注意，尽管在图1中针对各像素行示出了一条像素驱动线109，但是针对各像素行可以设置两条或更多条像素驱动线109。
60.时序控制电路102包括产生各种时序信号的时序生成器(未图示)。时序控制电路
102基于从外部供给的控制信号等基于由时序生成器生成的各种时序信号来执行垂直扫描电路103、dac 104、adc组105、水平传输扫描电路106等的驱动控制。
61.垂直扫描电路103包括移位寄存器、地址解码器等。尽管这里没有示出具体构成，但是垂直扫描电路103包括读出扫描系统和扫除扫描系统。
62.读出扫描系统以行为单位对从中读出信号的单位像素依次地执行选择性扫描。同时，扫除扫描系统对由读出扫描系统执行读出扫描的读出行在读出扫描之前与快门速度相对应的时间执行扫除扫描，以从读出行的单位像素的光电转换元件扫除(复位)不必要的电荷。不必要的电荷被扫除扫描系统扫除(复位)，从而执行所谓的电子快门操作。这里，电子快门操作是指排出光电转换元件的光学电荷并重新开始曝光(开始累积光学电荷)的操作。通过读出扫描系统的读出操作读出的信号对应于紧接在前的读出操作或电子快门操作之后入射的光量。然后，从紧接在前的读出操作的读出时刻或电子快门操作的扫除时刻到当前读出操作的读出时刻的时段是单位像素的光学电荷累积时间(曝光时间)。
63.从垂直扫描电路103选择性扫描的像素行的单位像素输出的像素信号(模拟信号)经由与列相对应的多条垂直信号线110被供给至sh部125和adc组105。
64.sh部125设置在像素部101和adc组105之间，经由垂直信号线110接收像素信号，并且保持像素信号。sh部125在期望的时刻将所保持的像素信号输出至adc组105的比较器121。
65.作为基准信号生成单元的dac 104生成作为具有线性变化的斜坡波形的信号的基准信号ramp，并且将基准信号ramp供给至adc组105。dac 104经由基准信号线114与多个比较器121共同连接，并且将相同的基准信号ramp供给至多个比较器121。基准信号线114将基准信号ramp传输至多个比较器121。
66.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将来自像素部101的像素信号(模拟信号)转换为数字信号。
67.一个比较器121、一个计数器122和一个锁存电路123分别与像素部101的像素列相对应地设置，并且构成adc。
68.比较器121将通过电容器将从各像素输出的像素信号和基准信号ramp相加而获得的信号的电压与预定的基准电压进行比较，并且将表示比较结果的输出信号供给至计数器122。
69.基于比较器121的输出信号，计数器122对直到像素信号和基准信号ramp之间的电压的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将该计数值供给至锁存电路123。
70.锁存电路123保持从计数器122供给的计数值。此外，锁存电路123通过取与处于信号电平的像素信号相对应的数据信号计数值和与处于复位电平的像素信号相对应的复位信号计数值之间的差来执行相关双采样(cds)。
71.水平传输扫描电路106包括移位寄存器、地址解码器等，并且依次地对adc组105的与像素列相对应的电路部分执行选择性扫描。通过水平传输扫描电路106的选择性扫描，保持在锁存电路123中的数字像素信号经由水平传输线111依次地传输至放大器电路107。
72.放大器电路107放大从锁存电路123供给的数字像素信号，并且将放大的数字像素信号供给至信号处理电路108。
73.信号处理电路108对从放大器电路107供给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校正垂直线缺陷或点缺陷，对信号进行箝位，或者执行诸如并串转换(parallel-to-serial conversion)、压缩、编码、加法、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至后续装置。
74.注意，图1所示的固态摄像装置100可以作为整体构造为一个半导体芯片，或者可以由多个半导体芯片构成。在固态摄像装置100构造为多个半导体芯片的情况下，像素部101和其他处理电路可以形成为单独的半导体芯片511和512，并且可以堆叠半导体芯片511和半导体芯片512。
75.例如，图2是示出像素部101的半导体芯片511和处理电路的半导体芯片512堆叠的固态摄像装置100的示例的概念图。如图2所示，固态摄像装置100包括两个堆叠的半导体芯片511和512。注意，堆叠的半导体芯片的数量可以是三个或更多。
76.半导体芯片511包括形成在半导体基板上的像素部101。半导体芯片512包括形成在另一个半导体基板上的adc组105、逻辑电路516和外围电路517。逻辑电路516包括时序控制电路102、垂直扫描电路103、dac 104、水平传输扫描电路106等。外围电路517包括处理电路108等。
77.半导体芯片511的像素部101的各像素和半导体芯片512的处理电路(105、516和517)的元件可以通过使用例如设置在通孔区域513和514中的硅贯通孔(tsv)等贯通电极等电连接。adc组105可以经由tsv向像素部101发送信号和从像素部101接收信号。此外，两个半导体芯片可以接合(cu-cu接合)，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。此外，尽管未图示，但是像素部101和处理电路(105、516和517)的一部分可以构造为一个半导体芯片511，并且其他组件可以构造为另一半导体芯片512。
78.(单位像素px的电路构成)
79.图3是示出布置在像素阵列部11中的单位像素px的构成例的电路图。
80.单位像素px包括第一光电转换部pd11a、第二光电转换部pd11b、第一至第四传输栅极部t12a至t12d、复位栅极部t13、电荷累积部c14、第一浮动扩散(fd)部fd15a、第二浮动扩散(fd)部fd15、放大晶体管t16和选择晶体管t17。
81.此外，对于单位像素px，多条驱动线作为图1中的像素驱动线109例如针对各像素行进行布线。然后，从图1中的垂直扫描电路103经由多条驱动线供给各种驱动信号tgl、fcg、fdg、tgs、rst和sel。由于单位像素px的各晶体管是nmos晶体管，因此这些驱动信号是在高电平状态(例如，电源电压vdd)下进入激活状态并且在低电平状态(如，负电位)下进入非激活状态的脉冲信号。
82.第一光电转换部pd11a包括例如pn结光电二极管。第一光电转换部pd11a产生并累积与接收到的光的光量相对应的电荷。
83.类似于第一光电转换部pd11a，第二光电转换部pd11b包括例如pn结光电二极管。第二光电转换部pd11b产生并累积与接收到的光的光量相对应的电荷。
84.将第一光电转换部pd11a和第二光电转换部pd11b相比，第一光电转换部pd11a具有比第二光电转换部pd11b更大的光接收表面积，并且具有更高的灵敏度。
85.第一传输栅极部t12a连接在第一光电转换部pd11a和第一fd部fd15a之间。向第一传输栅极部t12a的栅极电极施加驱动信号tgl。在驱动信号tgl进入激活状态时，第一传输
栅极部t12a进入导通状态，并且累积在第一光电转换部pd11a中的电荷经由第一传输栅极部t12a传输至第一fd部fd15a。
86.第二传输栅极部t12b连接在电荷累积部104和第二fd部fd15b之间。向第二传输栅极部t12b的栅极电极施加驱动信号fcg。在驱动信号fcg进入激活状态时，第二传输栅极部t12b进入导通状态，并且电荷累积部104和第二fd部fd15b的电位耦合。
87.第三传输栅极部t12c连接在第一fd部fd15a和第二fd部fd15b之间。向第三传输栅极部t12c的栅极电极施加驱动信号fdg。在驱动信号fdg进入激活状态时，第三传输栅极部t12c进入导通状态，并且第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位耦合。
88.第四传输栅极部t12d连接在第二光电转换部pd11b和电荷累积部c14之间。向第四传输栅极部t12d的栅极电极施加驱动信号tgs。在驱动信号tgs进入激活状态时，第四传输栅极部t12d进入导通状态，并且累积在第二光电转换部pd11b中的电荷经由第四传输栅极部t12d传输至电荷累积部c14。
89.此外，第四传输栅极部t12d的栅极电极下方的区域具有稍深的电位，并且形成溢出路径以将超过第二光电转换部pd11b的饱和电荷量并且从第二光电转换部pd11b溢出的电荷传输至电荷累积部c14。注意，在下文中，将形成在第四传输栅极部t12d的栅极电极下方的区域中的溢出路径简称为第四传输栅部t12d的溢出路径。
90.复位栅极部t13连接在供给电源电压vdd的电源(在下文中，也可以将电源称为vdd)和第二fd部fd15b之间。向复位栅极部t13的栅极电极施加驱动信号rst。在驱动信号rst进入激活状态时，复位栅极部t13进入导通状态。因此，例如，第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位耦合的区域的电位或者电荷累积部c14、第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位耦合的区域的电位被复位为电源电压vdd的电平。
91.电荷累积部c14包括例如电容器，并且电荷累积部c14的相对电极连接在电源vdd之间。电荷累积部c14累积从第二光电转换部pd11b传输的电荷。
92.第一fd部fd15a和第二fd部fd15b将第一光电转换部pd11a或第二光电转换部pd11b中的电荷电荷-电压转换为电压信号，并且输出电压信号。像素px的整个fd部的电容可以通过第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电连接或断开来切换。切换像素px的fd部的电容使得像素px能够输出具有多个电荷-电压转换效率的像素信号。
93.放大晶体管t16具有连接至第一fd部fd15a的栅极电极和连接至电源vdd的漏极电极，并且用作读出保持在第一fd部fd15a中的电荷的读出电路(所谓的源极跟随器电路)的输入单元。即，放大晶体管t16具有经由选择晶体管t17连接至垂直信号线110的源极电极，从而与连接至垂直信号线110的一端的恒定电流源cs18一起构成源极跟随器电路。
94.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110之间。向选择晶体管t17的栅极电极施加驱动信号sel。在驱动信号sel进入激活状态时，选择晶体管t17进入导通状态，并且单位像素px进入被选中状态。因此，从放大晶体管t16输出的像素信号经由选择晶体管t17输出至垂直信号线110。
95.注意，在下文中，使各驱动信号进入激活状态也称为导通各驱动信号，并且使各驱动脉号进入非激活状态也称为截止各驱动信号。此外，在下文中，使各栅极部或各晶体管进入导通状态也称为导通各栅极部或各晶体管，并且使各栅极部或各晶体管进入非导通状态也称为截止各栅极部或各晶体管。
96.(单位像素px的操作)
97.(单位像素px曝光开始时的操作示例)
98.首先，将参照图4的时序图说明单位像素px曝光开始时的操作示例。例如，以预定扫描顺序针对像素阵列部11的每个像素行或者针对每多个像素行执行该处理。注意，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。
99.首先，在时刻t1处，输入水平同步信号xhs，并且开始单位像素px的曝光处理。
100.接下来，在时刻t2处，导通驱动信号rst和fdg，复位栅极部t13和第三传输栅极部t12c被导通。因此，第一fd部fd15a和第二fd部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。
101.接下来，在时刻t3处，导通驱动信号tgl，第一传输栅极部t12a被导通。因此，累积在第一光电转换部pd11a中的电荷经由第一传输栅极部t12a传输至第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位耦合的区域，并且第一光电转换部pd11a被复位。
102.接下来，在时刻t4处，截止驱动信号tgl，第一传输栅极部t12a被截止。因此，开始第一光电转换部pd11a中的电荷累积，并且开始曝光时段。
103.接下来，在时刻t5处，导通驱动信号tgs和fcg，第四传输栅极部t12d和第二传输栅极部t12b被导通。因此，电荷累积部c14、第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位耦合。此外，累积在第二光电转换部pd11b中的电荷经由第四传输栅极部t12d被传输至耦合区域，并且第二光电转换部pd11b和电荷累积部c14被复位。
104.接下来，在时刻t6处，截止驱动信号tgs，第四传输栅极部t12d被截止。因此，开始第二光电转换部pd11b中的电荷累积。
105.接下来，在时刻t7处，截止驱动信号fcg，第二传输栅极部t12b被截止。因此，电荷累积部c14开始累积从第二光电转换部pd11b溢出并且经由第四传输栅极部t12d的溢出路径传输的电荷。
106.接下来，在时刻t8处，截止驱动信号rst和fdg，复位栅极部t13和第三传输栅极部t12c被截止。
107.然后，在时刻t9处，输入水平同步信号xhs。
108.(读出单位像素px时的操作示例)
109.接下来，将参照图5的时序图说明读出单位像素px的像素信号时的操作示例。例如，在执行图4的处理时起的预定时间之后，以预定扫描顺序针对像素阵列部11的每个像素行或者针对每多个像素行执行该处理。注意，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。
110.首先，在时刻t21处，输入水平同步信号xhs，并且开始单位像素px的读出时段。
111.接下来，在时刻t22处，导通驱动信号sel、rst和fdg，选择晶体管t17、复位栅极部t13和第三传输栅极部t12c被导通。因此，单位像素px进入被选中状态。此外，第一fd部fd15a和第二fd部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。
112.接下来，在时刻t23处，截止驱动信号rst，复位栅极部t13被截止。
113.接下来，在时刻t23和时刻t24之间的时刻ta处，基于第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的耦合电位的信号nh2经由放大晶体管t16和选择晶体管t17被输出至垂直信号线110。信号nh2是通过使用第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的耦合区域检测图3中的第一光
电转换部pd11a、fd部fd15a以及fd部fd15b的复位状态而获得的信号。
114.注意，在下文中，也将信号nh2称为高灵敏度复位信号nh2。
115.接下来，在时刻t24处，截止驱动信号fdg，第三传输栅极部t12c被截止。因此，解除了第一fd部fd15a和第二fd部fd15b之间的电位耦合。
116.接下来，在时刻t24和时刻t25之间的时刻tb处，基于第一fd部fd15a的电位的信号nh1经由放大晶体管t16和选择晶体管t17被输出至垂直信号线110。信号nh1是通过使用第一fd部fd15a检测图3的第一光电转换部pd11a和第一fd部fd15a的复位状态而获得的信号。
117.注意，在下文中，也将信号nh1称为高灵敏度复位信号nh1。
118.接下来，在时刻t25处，导通驱动信号tgl，第一传输栅极部t12a被导通。因此，在曝光时段期间在第一光电转换部pd11a中产生并累积的电荷经由第一传输栅极部t12a被传输至第一fd部fd15a。
119.在时刻t25处，开始像素信号的读出，并且曝光时段结束。
120.接下来，在时刻t26处，截止驱动信号tgl，第一传输栅极部t12a被截止。因此，停止了从第一光电转换部pd11a到第一fd部fd15a的电荷传输。
121.接下来，在时刻t26和时刻t27之间的时刻tc处，基于第一fd部fd15a的电位的信号sh1经由放大晶体管t16和选择晶体管t17被输出至垂直信号线110。信号sh1是基于当在曝光时段期间在第一光电转换部pd11a中产生的电荷被累积在第一fd部fd15a中时第一fd部fd15a的电位的信号。
122.注意，在下文中，也将信号sh1称为高灵敏度数据信号sh1。
123.接下来，在时刻t27处，导通驱动信号fdg和tgl，第三传输栅极部t12c和第一传输栅极部t12a被导通。因此，第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位耦合，并且从时刻t25到时刻t26未被传输而保留在第一光电转换部pd11a中的电荷经由第一传输栅极部t12a被传输至耦合区域。注意，在读出高灵敏度数据信号sh1时，用于电荷-电压转换的电容相对于要处理的电荷量较小，因此，即使电荷保留在第一光电转换部pd11a中也没有问题。保留在第一光电转换部pd11a中的电荷只需要在读出高灵敏度数据信号sh2时能够传输即可，并且第一光电转换部pd11a中的电荷不会被浪费。
124.接下来，在时刻t28处，截止驱动信号tgl，第一传输栅极部t12a被截止。因此，停止从第一光电转换部pd11a到第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位耦合的区域的电荷传输。
125.接下来，在时刻t28和时刻t29之间的时刻td处，基于第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位耦合的区域的电位的信号sh2经由放大晶体管t16和选择晶体管t17被输出至垂直信号线110。信号sh2是基于当在曝光时段期间在第一光电转换部pd11a中产生的电荷被累积在第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的耦合区域中时第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的耦合区域的电位的信号。因此，在读出信号sh2时用于电荷-电压转换的电容是第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的总电容，并且大于在时刻tc处读出高灵敏度数据信号sh1时的电容。
126.注意，在下文中，也将信号sh2称为高灵敏度数据信号sh2。
127.接下来，在时刻t29处，导通驱动信号rst，复位栅极部t13被导通。因此，第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位耦合的区域的电位被复位至电源电压vdd的电平。
128.接下来，在时刻t30处，截止驱动信号sel，选择晶体管t17被截止。因此，单位像素px进入非选中状态。
129.接下来，在时刻t31处，截止驱动信号rst，复位栅极部t13被截止。
130.接下来，在时刻t32处，导通驱动信号sel、tgs和fcg，选择晶体管t17、第四传输栅极部t12d和第二传输栅极部t12b被导通。因此，单位像素px进入被选中状态。此外，电荷累积部c14、第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位耦合，并且累积在第二光电转换部pd11b中的电荷被传输至耦合区域。因此，在曝光时段期间累积在第二光电转换部pd11b和电荷累积部c14中的电荷被累积在耦合区域中。
131.接下来，在时刻t33处，截止驱动信号tgs，第四传输栅极部t12d被截止。因此，停止来自第二光电转换部pd11b的电荷传输。
132.接下来，在时刻t33和时刻t34之间的时刻te处，基于电荷累积部c14、第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的耦合区域的电位的信号sl经由放大晶体管t16和选择晶体管t17被输出至垂直信号线110。信号sl是基于当在第二光电转换部pd11b中产生并累积在第二光转换部分pd11b和电荷累积部c14中的电荷被累积在耦合区域中时电荷累积部c14、第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的耦合区域的电位的信号。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部c14、第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的总电容。该电容大于在时刻tc处读出高灵敏度数据信号sh1时的电容和在时刻td处读出高灵敏度数据信号sh2时的电容。
133.注意，在下文中，也将信号sl称为低灵敏度数据信号sl。
134.接下来，在时刻t34处，导通驱动信号rst，复位栅极部t13被导通。因此，电荷累积部c14、第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的耦合区域被复位。
135.接下来，在时刻t35处，截止驱动信号sel和fcg，选择晶体管t17和第二传输栅极部t12b被截止。因此，单位像素px进入非选中状态。此外，电荷累积部c14的电位与第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位分离。
136.接下来，在时刻t36处，截止驱动信号rst，复位栅极部t13被截止。
137.接下来，在时刻t37处，导通驱动信号sel和fcg，选择晶体管t17和第二传输栅极部t12b被导通。因此，单位像素px进入被选中状态。此外，电荷累积部c14的电位与第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位耦合。
138.接下来，在时刻t37和时刻t38之间的时刻tf处，基于电荷累积部c14、第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的耦合区域的电位的信号nl经由放大晶体管t16和选择晶体管t17被输出至垂直信号线110。信号nl是基于电荷累积部c14、第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的耦合区域中的在复位状态下的电位的信号。
139.注意，在下文中，也将信号nl称为低灵敏度复位信号nl。
140.接下来，在时刻t38处，截止驱动信号sel、fdg和fcg，选择晶体管t17、第三传输栅极部t12c和第二传输栅极部t12b被截止。因此，单位像素px进入非选中状态。此外，解除了电荷累积部c14、第一fd部fd15a和第二fd部fd15b之间的电位耦合。
141.接下来，在时刻t39处，输入水平同步信号xhs，并且单位像素px的像素信号的读出时段结束。
142.adc组105对来自这样的具有高动态范围(hdr)的像素px的像素信号执行ad转换。
在这种情况下，当读出一个像素信号时，adc组105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和低灵敏度复位信号nl依次地执行ad转换。
143.为了在各个这样的像素中实现hdr，需要在每次像素的转换效率(fd部的电容)或光电转换部的灵敏度(光电转换部的面积)改变时对复位信号和数据信号执行ad转换。一次ad转换主要包括直到fd部的电位稳定为止的时段(安定时段)和用于对像素信号执行ad转换的时段(转换时段)。因此，在执行多次ad转换的情况下，对于每次ad转换交替地重复安定时段和ad转换时段。因此，在具有hdr的像素中，增加了adc组105的ad转换次数，增加了读出时间，并且降低了帧速率。
144.因此，在本技术中，在像素部101和adc组105之间设置了多个sh部125，并且并行地同时执行多个信号的安定时段和ad转换时段。在下文中，将说明sh部125的更详细的构成和操作。
145.(sh部125的构成)
146.图6是示出根据第一实施方案的像素px、一个sh部125和一个比较器121的构成例的电路图。像素px如上所述。注意，图6示出了像素部101中的一个被选中的像素px。此外，图6示出了与针对一列的一条垂直信号线110相对应的sh部125和比较器121的构成。
147.sh部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mux。sh部125的输入经由垂直信号线110连接至像素px，并且其输出连接至adc组105的比较器121的输入。
148.(第一保持电路shc1的构成和功能)
149.第一保持电路shc1设置在像素部101和比较器121之间，并且构造为对像素信号进行采样和保持。第一保持电路shc1包括电容器cp1、晶体管tr1、开关sw1至sw3以及恒定电流源cs1。
150.作为第一电容器的电容器cp1的一端经由开关sw1连接至像素px，并且电容器cpl能够累积像素信号。电容器cp1的另一端连接至晶体管tr1的栅极。
151.作为第一晶体管的晶体管tr1的栅极(节点ng1)连接至电容器cp1的另一端。晶体管tr1的漏极(节点nshc1)连接至恒定电流源cs1和多路复用器mux，并且其源极连接至地(基准电压源)gnd。恒定电流源cs1连接在电源vdd和节点nshc1之间，并且使恒定电流流到晶体管tr1的漏极。晶体管tr1使取决于栅极(节点ng1)的电位的电流在漏极和源极之间流动。因此，晶体管tr1的漏极(节点nshc1)具有与晶体管tr1的栅极(节点ng1)的电位相对应的电位。节点nshc1连接至多路复用器mux，并且节点nshcl的电压被作为第一保持电路shc1的输出信号outshc1输出。
152.开关sw1连接在电容器cp1和像素px之间。开关sw2连接在晶体管tr1的漏极(节点nshc1)和电容器cp1的一端之间。开关sw3连接在晶体管tr1的漏极(节点nshc1)和电容器cp1的另一端之间。
153.在第一保持电路shc1将来自像素px的像素信号采样到电容器cp1时，接通开关sw1和sw3(导通状态)。此时，断开开关sw2(非导通状态)。因此，像素信号被传输至电容器cp1的一端，因此，在晶体管tr1的栅极的相对侧上的电容器节点被设置为与像素信号相对应的电位。另一方面，在电容器cp1保持像素信号时，断开开关sw1和sw3，接通开关sw2。因此，电容
器cpl中累积的像素信号被保持。此时，晶体管tr1进入与像素信号相对应的导通状态(模拟状态)，并且晶体管tr1的漏极(节点nshc1)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outshc1从节点nshc1输出至多路复用器mux。
154.(第二保持电路shc2的构成和功能)
155.类似于第一保持电路shc1，第二保持电路shc2设置在像素部101和比较器121之间，并且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以及恒定电流源cs2。第二保持电路shc2对来自与第一保持电路shc1相同的像素px在不同的时刻处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。
156.作为第二电容器的电容器cp2的一端经由开关sw4连接至像素px，并且电容器cp1能够累积像素信号。电容器cp2的另一端连接至晶体管tr2的栅极。
157.作为第二晶体管的晶体管tr2的栅极(节点ng2)连接至电容器cp2的另一端。晶体管tr2的漏极(节点nshc2)连接至恒定电流源cs2和多路复用器mux，并且其源极连接至地(基准电压源)gnd。恒定电流源cs2连接在电源vdd和节点nshc2之间，并且使恒定电流流到晶体管tr2的漏极。晶体管tr2使取决于栅极(节点ng2)的电位的电流在漏极和源极之间流动。因此，晶体管tr2的漏极(节点nshc2)具有与晶体管tr2栅极(节点ng2)的电位相对应的电位。节点nshc2连接至多路复用器mux，并且节点nshc2的电压被作为第二保持电路shc2的输出信号outshc2输出。
158.开关sw4连接在电容器cp2和像素px之间。开关sw5连接在晶体管tr2的漏极(节点nshc2)和电容器cp2的一端之间。开关sw6连接在晶体管tr2的漏极(节点nshc2)和电容器cp2的另一端之间。
159.在第二保持电路shc2将来自像素px的像素信号采样到电容器cp2时，接通开关sw4和sw6。此时，断开开关sw5。因此，像素信号被传输至电容器cp2的一端，因此，在晶体管tr2的栅极的相对侧的电容器节点被设置为与像素信号相对应的电位。另一方面，在电容器cp2保持像素信号时，断开开关sw4和sw6，接通开关sw5。因此，电容器cp2中累积的像素信号被保持。此时，晶体管tr2的栅极(节点ng2)进入与像素信号相对应的导通状态(模拟状态)，并且晶体管tr2的漏极(节点nshc2)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outshc2从节点nshc2输出至多路复用器mux。
160.如上所述，第一保持电路shc1和第二保持电路shc2中的各者被构造为有源元件。因此，第一保持电路shc1和第二保持电路shc2抵抗地gnd和电源vdd的电压的波动，并且能够消除晶体管tr1和tr2的特性变化。
161.(旁路信号线bp的构成和功能)
162.旁路信号线bp设置在像素px和adc组105的比较器121之间，并且将来自像素px的像素信号经由多路复用器mux原样发送。旁路信号线bp经由多路复用器mux直接输出输出信号outbp，而不通过电容器等保持像素信号。因此，由电容器cp1和cp2以及晶体管tr1和tr2引起的噪声不会混合到像素信号中。即，在不能容忍由保持电路shc1和shc2施加的信号劣化分量的情况下，例如，在需要以高转换效率使暗信号附近的噪声最小化的情况下，可以使用旁路信号线bp。
163.(多路复用器mux)
164.多路复用器mux连接在第一保持电路shc1、第二保持电路shc2和旁路信号线bp与比较器121之间。作为选择电路的多路复用器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中的任一个连接至adc组105的比较器121。因此，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outshc1、保持在第二保持电路shc2中的像素信号outshc2或通过旁路信号线bp传输的像素信号outbp传输至比较器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连接至比较器121。从垂直扫描电路103接收选择信号sel2。选择信号sel2只需要根据像素px的控制信号tgl、tgs、fdg、fcg和sel设置为选择保持电路shc1、保持电路shc2和旁路信号线bp中的一个。多路复用器mux只需要由能够执行上述操作的任何开关电路来构成。
165.(比较器121的构成和功能)
166.比较器121包括输入比较电路121a和输出电路121b。
167.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。
168.电容器cvsl和cref的一端分别连接至sh部125的输出和基准信号线114。电容器cvsl和cref的另一端共同连接至晶体管tp1的栅极。
169.晶体管tn1、tp1和tn2按顺序串联连接在电源vdd和地gnd之间。
170.晶体管tn1的漏极连接至电源vdd，并且其源极连接至晶体管tp1的源极。晶体管tn1用作低压差(ldo)线性稳压器。
171.如上所述，晶体管tp1的栅极共同连接至电容器cvsl和cref的另一端。晶体管tp1的源极连接至晶体管tn1的源极，并且晶体管tp1的漏极连接至晶体管tn2的漏极和晶体管tp2的栅极。当来自sh部125的多路复用器mux的输出信号(outbp、outshc1和outshc2中的任何一个)与来自dac 104的基准信号ramp的相加信号超过阈值电压时，晶体管tp1从导通状态变为非导通状态，并且晶体管tp2的栅极的电压电平从高电平反转到低电平。即，晶体管tp1a用作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。
172.晶体管tp2的栅极连接至晶体管tp1的漏极。晶体管tp2的源极与晶体管tp1的源极共同连接至晶体管tn1的源极。晶体管tp2的漏极连接至晶体管tn2的漏极。当晶体管tp1从导通状态变为非导通状态时，晶体管tp2相反地从非导通状态变为导通状态，并且将晶体管tp2的漏极电压从低电平反转到高电平。
173.晶体管tn2连接在晶体管tp1的漏极和地gnd之间，并且用作用于使恒定电流流过晶体管tp1的恒定电流源。晶体管tn3连接在晶体管tp2的漏极和地gnd之间，并且用作用于使恒定电流流过晶体管tp2的恒定电流源。
174.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sh部125的输出信号之前通过使晶体管tp1的栅极和漏极之间的电位相等来执行自动归零操作。
175.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的栅极共同连接。晶体管tp3和tn5具有在计数时段之外的时段中将输出out121固定为高电平的作用。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之间的节点是输出端子out121。晶体管tp4和tn4的栅极共
同连接至输入比较电路121a的输出(晶体管tp2的漏极)。晶体管tp4和tn4用作反相器电路。
176.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out121通过晶体管tp4和tn4相反地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。这使得能够ad转换。
177.(负电容电路310的构成)
178.负电容电路310包括n型晶体管tn6至tn8、电容器c310和恒定电流源cs310。晶体管tn8的栅极连接至垂直信号线110。晶体管tn8的漏极连接至电源vdd，并且其源极连接至恒定电流源cs310。因此，晶体管tn8和恒定电流源cs310用作源极跟随器，并且其增益小于“1”。
179.电容器c310的一端经由晶体管tn6连接至晶体管tn8的栅极。电容器c310的另一端连接至晶体管tn8的源极。因此，通过将垂直信号线110除以晶体管tn6的增益而获得的相同极性信号出现在晶体管tn6的源极，并且通过将垂直信号线110的波动乘以源极跟随器的增益所获得的信号出现在晶体管tn8的源极侧。因此，在电容器c310的两端，相对于晶体管tn6的源极侧好像相同极性的相对大的增益被施加至晶体管tn8的源极侧。因此，电路310用作负电容电路。
180.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110之间。晶体管tn7用作垂直信号线110的恒定电流源。
181.在垂直信号线110中产生寄生电容。假设将+vs的电压施加至垂直信号线110的寄生电容。
182.在这种情况下，在负电容电路310中，在将用作源极跟随器的晶体管tn8和恒定电流源cs310的增益设置为“0.9”并且从晶体管tn6的源极到漏极的增益设置为“10”时，0.1
×
vs被施加至电容器c310在垂直信号线110侧的端子，并且0.9
×
vs被施加至相对侧的端子。因此，在将垂直信号线110的相对侧的电位(0.9
×
vs)设置为基准时，-0.8
×
vs的电压被施加至电容器c310。因此，+vs被施加至垂直信号线110的寄生电容，并且-0.8
×
vs被施加至电容器c310。因此，与不设置负电容电路310的情况相比，减小了垂直信号线110的配线电容。
183.注意，尽管在本公开中使用了用作源极跟随器的晶体管tn8和恒定电流源cs310，但是只要能够充分减少垂直信号线110的寄生电容的影响，就可以使用能够进行非反相放大的其他构成。
184.(sh部125的操作)
185.图7是示出在ad转换操作中sh部125的操作示例的时序图。图7示出了与图5中的像素px的读出操作相对应的sh部125的操作。注意，在图7的上部，示出了与要读出的信号(nh2、nh1、sh1、sh2、sl和nl)相对应的垂直信号线110的电压vsl和基准信号ramp。图7中的shc1和shc2分别表示第一保持电路shc1和第二保持电路shc2的状态。
186.选择信号sel_bp、sel_shc1和sel_shc2是作为选择信号sel2输入至多路复用器mux的信号。选择信号sel_bp、sel_shc1和sel_shc2是用于选择旁路信号线bp、第一保持电路shc1和第二保持电路shc2中的一个的控制信号，并且多个选择信号sel_bp、sel_shc1和sel_shc2不同时激活(不达到高电平)。
187.选择信号sel_bp是用于选择旁路信号线bp的信号。当选择信号sel_bp达到高电平时，多路复用器mux将传输至旁路信号线bp的像素信号输出至比较器121。选择信号sel_
shc1是用于选择第一保持电路shc1的信号。当选择信号sel_shc1达到高电平时，多路复用器mux将传输至第一保持电路shc1的像素信号输出至比较器121。当选择信号sel_shc2达到高电平时，多路复用器mux将传输至第二保持电路shc2的像素信号输出至比较器121。
188.像素px、sh部125和比较器121按顺序读出高灵敏度复位信号nh2、高灵敏度复位信号nh1、高灵敏度数据信号sh1、高灵敏度数据信号sh2、低灵敏度数据信号sl和低灵敏度复位信号nl作为像素信号。
189.首先，在时刻t21处，输入水平同步信号xhs，并且开始单位像素px的读出时段。此时，如参照图5所述，从像素px读出基于第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的耦合电位的高灵敏度复位信号nh2。
190.从t21到t24，接通第一保持电路shc1的开关sw1和sw3，并且断开开关sw2。因此，第一保持电路shc1对高灵敏度复位信号nh2进行采样。此时，第一保持电路shc1保持采样状态，直到第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位稳定为止。在下文中，也将从像素晶体管操作时直到fd的电位稳定的时段称为安定时段。
191.注意，在t21处，从多路复用器mux输出在先前读出时段中来自第二保持电路shc2的像素信号，并且对像素信号进行ad转换。因此，从t21到t24，选择信号sel_shc2达到高电平。
192.接下来，在时刻t24处，截止图3的第三传输栅极部t12c，并且电断开第一fd部fd15a和第二fd部fd15b。从像素px读出基于第一fd部fd15a的电位的高灵敏度复位信号nh1。
193.此时，选择信号sel_shc2达到低电平，并且选择信号sel_bp达到高电平。因此，从t24到t25，旁路信号线bp选择性地连接至比较器121。高灵敏度复位信号nh1经由旁路信号线bp被传输至比较器121。在adc组105中对高灵敏度复位信号nh1进行ad转换。
194.另一方面，断开第一保持电路shc1的开关sw1和sw3，并且接通开关sw2。因此，第一保持电路shc1保持采样的高灵敏度复位信号nh2。
195.接下来，在时刻t25处，将在曝光时段期间在第一光电转换部pd11a中产生并累积的电荷传输至第一fd部fd15a。高灵敏度数据信号sh1是基于在累积了第一光电转换部pd11a中产生的电荷的状态下的第一fd部fd15a的电位的像素信号。从像素px读出基于第一fd部fd15a的电位的高灵敏度数据信号sh1。因此，如图7所示，垂直信号线110的电压vsl变为与入射光的光量相对应的电压。
196.此时，同样从t25到t27，旁路信号线bp选择性地连接至比较器121。高灵敏度数据信号sh1经由旁路信号线bp被传输至比较器121。在adc组105中对高灵敏度数据信号sh1进行ad转换。注意，第一保持电路shc1继续保持高灵敏度复位信号nh2。
197.接下来，在时刻t27处，再次导通图3的第三传输栅极t12c，并且第一fd部fd15a和第二fd部fd15b连接。因此，在曝光时段期间在第一光电转换部pd11a中产生并累积的电荷被累积在第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的耦合电容中。因此，高灵敏度数据信号sh2是基于当在第一光电转换部pd11a中产生的电荷被累积在第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的耦合电容中时的耦合电容的电位的像素信号。即，从像素px读出高灵敏度数据信号sh2。
198.此时，接通第二保持电路shc2的开关sw4和sw6，并且断开开关sw5。因此，第二保持电路shc2对高灵敏度数据信号sh2进行采样。此时，第二保持电路shc2在直到第一fd部
fd15a和第二fd部fd15b的电位稳定为止的安定时段期间保持采样状态。
199.另一方面，在t27处，选择信号sel_bp达到低电平，并且选择信号sel_shc1达到高电平。因此，多路复用器mux将旁路信号线bp从比较器121断开，并且选择性地将第一保持电路shc1连接至比较器121。当第一保持电路shc1连接至比较器121时，保持在第一保持电路shc1中的高灵敏度复位信号nh2经由多路复用器mux传输至比较器121。因此，在adc组105中对高灵敏度复位信号nh2进行ad转换。
200.接下来，如参照图5的t29所述，第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位被复位为电源电压vdd。
201.接下来，在时刻t32处，在图3的第三传输栅极部t22c保持导通的同时，进一步导通第四传输栅极部t12d和第二传输栅极部t12b。因此，曝光时段期间在第二光电转换部pd11b中产生的电荷被累积在电荷累积部c14、第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的耦合电容中。因此，低灵敏度数据信号sl是基于当在第二光电转换部pd11b中产生的电荷被累积在电荷累积部c14、第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的耦合电容中时的耦合电容的电位的像素信号。即，从像素px读出低灵敏度数据信号sl。
202.此时，接通第一保持电路shc1的开关sw1和sw3，并且断开开关sw2。因此，第一保持电路shc1对低灵敏度数据信号sl进行采样。此外，在直到电荷累积部c14、第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位被稳定的安定时段(t32至t37)期间，第一保持线路shc1保持采样状态。
203.另一方面，断开第二保持电路shc2的开关sw4和sw6，并且接通开关sw5。因此，从t32到t37，第二保持电路shc2保持从t27到t32采样的高灵敏度数据信号sh2。
204.此外，在t32处，选择信号sel_shc1达到低电平，并且选择信号sel_shc2达到高电平。因此，多路复用器mux将第一保持电路sh1与比较器121断开，并且选择性地将第二保持电路shc2连接至比较器121。当第二保持电路shc2连接至比较器121时，保持在第二保持电路shc2中的高灵敏度数据信号sh2经由多路复用器mux被传输至比较器121。因此，在adc组105中对高灵敏度数据信号sh2进行ad转换。
205.接下来，如参照图5的t34所述，电荷累积部c14、第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位被复位为电源电压vdd。
206.接下来，在时刻t37处，在图3中的第三传输栅极部t12c保持导通，并且第四传输栅极部t12d保持截止的同时，导通第二传输栅极部t12b。因此，从像素px读出基于电荷累积部c14、第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的耦合电容的处于复位状态的电位。
207.此时，接通第二保持电路shc2的开关sw4和sw6，并且断开开关sw5。因此，第二保持shc2对低灵敏度复位信号nl进行采样。
208.另一方面，断开第一保持电路shc1的开关sw1和sw3，并且接通开关sw2。因此，从t37到t39，第一保持电路shc1保持从t32到t37采样的低灵敏度数据信号sl。
209.在t37处，选择信号sel_shc2达到低电平，并且选择信号sel_shc1达到高电平。因此，多路复用器mux将第二保持电路sh2与比较器121断开，并且选择性地将第一保持电路shc1连接至比较器121。当第一保持电路shc1连接至比较器121时，保持在第一保持电路sh c1中的低灵敏度数据信号sl经由多路复用器mux被传输至比较器121。因此，在adc组105中对低灵敏度数据信号sl进行ad转换。
210.接下来，如参照图5的t39所述，电荷累积部c14、第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位被复位为电源电压vdd。
211.在时刻t39处，输入水平同步信号xhs，并且单位像素px的像素信号的读出时段结束。
212.注意，在下一个单位像素的读出时段中进行由第二保持电路shc2从t37到t39采样的低灵敏度复位信号nl的ad转换。例如，假定图7中由t21至t24所示的虚线框是下一个单位像素的读出时段，则在下一个单元像素的读出时段期间，断开第二保持电路shc2的开关sw4和sw6，并且接通开关sw5。因此，第二保持电路shc2保持紧接之前采样的低灵敏度复位信号nl。此时，第二保持电路shc2连接至比较器121，并且保持在第二保持电路shc2中的低灵敏度复位信号nl经由多路复用器mux被传输至比较器121。因此，在adc组105中对低灵敏度复位信号nl进行ad转换。
213.然后，通过重复类似的周期(一个水平时段)，adc组105可以对来自像素部101的像素信号执行ad转换。
214.如上所述，根据本公开的固态摄像装置100包括在像素部101和adc组105之间的sh部125。各个sh部125包括旁路信号线bp、第一保持电路shc1、第二保持电路shc2和多路复用器mux。多路复用器mux选择性地将从旁路信号线bp、第一保持电路shc1和第二保持电路shc2输出的像素信号中的任一个输出至adc组105。
215.如图7所示，在多路复用器mux将保持在第一保持电路shc1中的第一像素信号输出至adc组105的时段期间，第二保持电路shc2对作为另一信号的第二像素信号进行采样，并且使第二像素信号安定。相反地，在多路复用器mux将保持在第二保持电路shc2中的第二像素信号输出至adc组105的时段期间，第一保持电路shc1对作为另一信号的第一像素信号进行采样，并且使第一像素信号安定。以这种方式，第一保持电路shc1和第二保持电路shc2交替地重复像素信号的采样(并安定)和保持(并输出)。因此，在第一保持电路shc1和第二保持电路shc2中的一个保持(并输出)像素信号的时段期间，可以并行地对另一像素信号进行采样(并安定)。
216.在不设置sh部125的情况下，依次串行地处理多个像素信号。例如，第一像素信号在经过安定时段之后进行ad变化。在对第一像素信号进行ad转换之后，下一个第二像素信号在经过安定时段之后也进行ad变化。在对第二像素信号进行ad转换之后，下一个第三像素信号在经过安定时段之后也进行ad变化。以这种方式，多个像素信号在安定时段和ad转换时段依次串行重复的同时进行ad转换。因此，对来自一个像素px的多个像素信号执行ad转换需要很长时间。特别地，安定时段通常比ad转换时段长，因此，在对各像素px中的多个像素信号执行ad转换的情况下，帧速率会延长。
217.另一方面，在本公开中，在第一保持电路shc1和第二保持电路shc2中的一个保持(并输出)像素信号的时段期间，另一个可以并行地对另一像素信号进行采样(并安定)。因此，能够并行地同时执行对多个像素信号的ad转换处理，并且能够缩短帧速率。
218.此外，在本公开中，除了第一保持电路shc1和第二保持电路shc2之外，还设置了旁路信号线bp。因此，在不希望第一保持电路shc1和第二保持电路shc2的噪声混合在像素信号中的情况下，复用器mux只需要选择旁路信号线bp并且经由旁路信号线bp将像素信号直接传输至adc组105。因此，固态摄像装置100可以在复位信号和数据信号对噪声敏感并且使
用高转换效率的情况下对复位信号和数字信号执行ad转换，而复位信号和数据信号不受第一保持电路shc1和第二保持电路shc2的噪声影响。
219.注意，为了缩短帧速率，sh部125只需要包括第一保持电路shc1和第二保持电路shc2，并且旁路信号线bp不是必需的。然而，为了获得噪声抑制效果，优选地设置旁路信号线bp。
220.此外，在本公开中，负电容电路310连接至垂直信号线110。因此，可以消除垂直信号线110的寄生电容，并且可以缩短垂直信号线110的电位的安定时段。
221.此外，根据本公开的比较器121只需要具有能够逐个地对像素信号依次地执行ad转换的构成，而不需要具有能够同时执行多个像素信号的ad转换的特殊且复杂的构成。即，根据本公开，尽管使用具有hdr的像素px，但是可以通过设置sh部125来减小adc组105的电路规模。
222.(第一变形例)
223.图8是示出根据第一变形例的ad转换操作中的sh部125的操作示例的时序图。在本变形例中，在时刻t39之后，读出短时间高灵敏度复位信号nh2dol和短时间高灵敏度数据信号sh2dol。短时间高灵敏度复位信号nh2dol和短时高灵敏度数据信号sh2dol分别是通过缩短像素px的曝光时间而获得的高灵敏度复位信号和高灵敏度数据信号。缩短曝光时间使得能够抑制第一光电转换部pd11a的饱和并且进一步扩大动态范围。
224.从t21到t39的操作可以与第一实施方案中的操作相同。
225.然后，使图3中的第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的耦合电容复位。在时刻t39处，图3中的像素px进入与读出高灵敏度复位信号nh2时相同的状态。从像素px读出基于第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的耦合电位的短时间高灵敏度复位信号nh2dol。
226.从t39到t40，接通第一保持电路shc1的开关sw1和sw3，并且断开开关sw2。因此，第一保持电路shc1对短时间高灵敏度复位信号nh2dol进行采样。此时，第一保持电路shc1保持采样状态，直到第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位稳定为止。
227.另一方面，断开第二保持电路shc2的开关sw4和sw6，并且接通开关sw5。因此，第二保持电路shc2保持从t37到t39采样的低灵敏度复位信号nl。
228.此时，选择信号sel_shc1达到低电平，并且选择信号sel_shc2达到高电平。因此，多路复用器mux将第一保持电路shc1与比较器121断开，并且选择性地将第二保持电路shc2连接至比较器121。当第二保持电路shc2连接至比较器121时，保持在第二保持电路shc2中的低灵敏度复位信号nl经由多路复用器mux被传输至比较器121。因此，在adc组105中对低灵敏度复位信号nl进行ad转换。
229.接下来，在时刻t40处，图3中的像素px进入与读出高灵敏度数据信号sh2时相同的状态。因此，在曝光时段期间在第一光电转换部pd11a中产生并累积的电荷被累积在第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的耦合电容中。该曝光时段比高灵敏度数据信号sh2的曝光时段短。同时，从像素px读出基于第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位的短时间高灵敏度数据信号sh2dol。
230.此时，接通第二保持电路shc2的开关sw4和sw6，并且断开开关sw5。因此，第二保持电路shc2对短时间高灵敏度数据信号sh2dol进行采样。此时，在直到第一fd部fd15a和第二fd部fd15b的电位稳定为止安定时段期间，第二保持电路shc2保持采样状态。
231.另一方面，在t40处，选择信号sel_shc2达到低电平，并且选择信号sel_shc1达到高电平。因此，多路复用器mux将第二保持电路shc2与比较器121断开，并且选择性地将第一保持电路shc1连接至比较器121。当第一保持电路shc1连接至比较器121时，保持在第一保持电路shc1中的短时间高灵敏度复位信号nh2dol经由多路复用器mux被传输至比较器121。因此，在adc组105中对短时间高灵敏度复位信号nh2dol进行ad转换。
232.注意，在下一个单位像素的读出时段中，对由第二保持电路shc2从t40到t41采样的短时间高灵敏度数据信号sh2dol进行ad转换。例如，如图8的t21至t24所示，在下一个单位像素的读出时段中，断开第二保持电路shc2的开关sw4和sw6，并且接通开关sw5。因此，第二保持电路shc2保持紧接之前采样的短时间高灵敏度数据信号sh2dol。此时，第二保持电路shc2连接至比较器121，并且保持在第二保持电路shc2中的短时间高灵敏度数据信号sh2dol经由多路复用器mux被传输至比较器121。因此，在adc组105中对短时间高灵敏度数据信号sh2dol进行ad转换。
233.如上所述，对其中不仅像素px的灵敏度和转换效率改变了，而且曝光时间也改变了的多个像素信号执行ad转换，使得进一步扩大了像素px的动态范围。
234.本变形例的构成和其他操作可以与第一实施方案的构成和操作相同。因此，本变形例能够获得与第一实施方案类似的效果。
235.(第二变形例)
236.图9是示出根据第二变形例的ad转换操作中的sh部125的操作示例的时序图。在第二变形例中，省略了旁路信号线bp，第一保持电路shc1和第二保持电路shc2互补地操作，并且像素信号重复地被交替地采样和保持。即，在第一保持电路shc1和第二保持电路shc2中的一个保持(并输出)像素信号的时段期间，另一个可以并行地对另一像素信号进行采样(并安定)。因此，可以并行地同时执行对多个像素信号的ad转换处理，并且能够缩短帧速率。
237.第二变形例的构成和其他操作与第一实施方案的类似。因此，第二变形例也能够获得与第一实施方案类似的效果。此外，第二变形例可以与第一变形例组合。
238.(第二实施方案)
239.图10是示出根据第二实施方案的像素px、sh部125和比较器121的构成例的电路图。在第二实施方案中，比较器121的构成与第一实施方案的不同。第二实施方案的其他构成可以与第一实施方案的类似。
240.在第二实施方案中，输入比较电路121a包括p型晶体管tp2、tp11和tp12，n型晶体管tn3、tn11和tn12，电容器cvsl和cref，az开关swaz1和swaz2，以及恒定电流源cs121a。
241.电容器cvsl和cref的一端分别连接至sh部125的输出和基准信号线114。电容器cvsl和cref的另一端分别连接至晶体管tn11和tn12的栅极。
242.晶体管tn11、tn12、tp11和tp12以及恒定电流源cs121a构成差分电路，并且输出来自sh部125的像素信号(outbp、outshc1或outshc2)与基准信号ramp之间的电压差。晶体管tp11和tp12构成电流镜像电路，并且使与预定镜像比(mirror ratio)相对应的电流分别流过晶体管tn11和tn12。晶体管tn11和tn12分别在栅极接收像素信号和基准信号，并且从节点n121a输出电压差。恒定电流源cs121a将流过晶体管tn11和tn12的总电流保持在预定值。
243.az开关swaz1连接在晶体管tn11的栅极和漏极之间，并且在检测sh部125的输出信
号之前通过使晶体管tn11的栅极和漏极之间的电位相等来执行自动归零操作。
244.az开关swaz2连接在晶体管tn12的栅极和漏极之间，并且在检测sh部125的输出信号之前通过使晶体管tn12的栅极和漏极之间的电位相等来执行自动归零操作。
245.晶体管tp2用作放大器，其在栅极处接收来自节点n121a的电压差，放大该电压差，并且将该电压差输出至输出电路121b。晶体管tn3用作确定流过晶体管tp2的电流的恒定电流源。电容器c121a连接在电源vdd和节点n121a之间，并且通过减小比较器121的工作频带来抑制噪声。
246.输出电路121b包括p型晶体管tp4和n型晶体管tn4。晶体管tp4和tn4用作反相器电路，将来自输入比较电路121a的输出电压电平反转，并且输出来自比较器121的输出端子out121的反转的输出电压水平。如上所述，可以将常规差分放大器电路用于比较器121的构成。
247.第二实施方案的其他构成和操作可以与第一实施方案的类似。因此，第二实施方案能够获得与第一实施方案类似的效果。
248.(第三实施方案)
249.图11是示出根据第三实施方案的像素px、sh部125和比较器121的构成例的电路图。在第三实施方案中，比较器121的构成与第一实施方案的不同。第三实施方案的其他构成可以与第一实施方案的类似。
250.比较器121a包括p型晶体管tp2、tp11和tp12，n型晶体管tn3、tn11和tn12，电容器cvsl、cref和c1a，az开关swaz1和swaz2，以及恒定电流源cs121a。
251.电容器cvsl和cref的一端分别连接至sh部125的输出和基准信号线114。电容器cvsl和cref的另一端共同连接至晶体管tp11的栅极。当像素信号vsl和基准信号ramp的相加信号的电压电平超过基准电压时，晶体管tp11在导通状态与非导通状态之间切换。
252.晶体管tn11、tn12、tp11和tp12以及恒定电流源cs121a构成差分电路。当晶体管tp11在导通状态与非导通状态之间切换时，晶体管tp12与晶体管tp11类似地使预定电流流动，使得晶体管tp12和晶体管tn12之间的节点n121a的电压电平反转。即，当像素信号和基准信号的相加信号的电压电平超过基准电压时，比较器121a将节点n121a的电压电平反转。晶体管tn11和tn12构成电流镜像电路，并且使与预定镜像比相对应的电流分别流过晶体管tp11和tp12。恒定电流源cs121a将流过晶体管tp11和tp12的总电流保持在预定值。
253.电容器c1a连接在晶体管tp12的栅极和预定电压源之间，并且将晶体管tp12的栅极电压设置为自动归零电位。
254.az开关swaz1连接在晶体管tp11的栅极和漏极之间，并且在检测sh部125的输出信号之前通过使晶体管tp11的栅极和漏极之间的电位相等来执行自动归零操作。
255.az开关swaz2连接在晶体管tp12的栅极和漏极之间，并且在检测sh部125的输出信号之前通过使晶体管tp12的栅极和漏极之间的电位相等来执行自动归零操作。
256.晶体管tn3用作放大器，其在栅极处接收节点n121a的电位，放大其电压电平，并且将放大的电压电平输出至输出电路121b。晶体管tp2用作确定流过晶体管tn3的电流的恒定电流源。
257.输出电路121b包括p型晶体管tp3至tp5以及n型晶体管tn4至tn6。晶体管tp4和tn4用作反相器电路，并且晶体管tp5和tn6也用作反相器电路。晶体管tp3和tn5的栅极被共同
连接，并且在计数时处于低电平，但是输出端子out121在未计数时被固定为高电平。因此，输出电路121b通过两个反相器电路将来自输入比较电路121a的输出信号反转两次，并且输出该反转的信号。
258.当输入比较电路121a的输出的电压电平被反转时，比较器121的输出端子out121的电压电平经由晶体管tp4和tn4以及晶体管tp5和tn6被反转。输出端子out121的反转用于停止计数器122的操作。这使得能够ad转换。
259.第三实施方案的其他构成和操作可以与第一实施方案的类似。因此，第三实施方案能够获得与第一实施方案类似的效果。
260.(第四实施方案)
261.图12是示出根据第四实施方案的sh部125的构成例的电路图。第四实施方案与其他实施方案的不同之处在于sh部125的构成。第四实施方案除了sh部125之外的构成可以与其他实施方案的类似。因此，在图12中，仅示出了sh部125的构成，并且省略了对其他构成的图示。
262.(第一保持电路shc1的构成和功能)
263.第一保持电路shc1包括电容器cp1、晶体管tr1、开关sw1和恒定电流源cs1。
264.电容器cp1的一端经由开关sw1连接至像素px，并且电容器cpl能够累积像素信号。此外，电容器cp1的一端连接至晶体管tr1的栅极。电容器cp1的另一端连接至地gnd。
265.晶体管tr1的栅极连接至电容器cp1的一端。晶体管tr1的漏极连接至电源vdd，并且其源极(节点nshc1)连接至恒定电流源cs1和多路复用器mux。恒定电流源cs1连接在晶体管tr1的源极(节点nshc1)和地gnd之间，并且使恒定电流流过晶体管tr1。晶体管tr1使取决于栅极(节点ng1)的电位的电流在漏极和源极之间流动。因此，晶体管tr1的源极(节点nshc1)具有与晶体管tr1的栅极(节点ng1)的电位相对应的电位。节点nshc1连接至多路复用器mux，并且节点nshc1的电压被作为第一保持电路shc1的输出信号outshc1输出。晶体管tr1用作源极跟随器电路。
266.开关sw1连接在电容器cp1的一端(节点ng1)和像素px之间。当第一保持电路shc1将像素信号从像素px采样到电容器cp1时，接通开关sw1。因此，像素信号被累积在电容器cpl中，因此，晶体管tr1的栅极(节点ng1)被设置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，断开开关sw1。因此，像素信号被累积并保持在电容器cpl中。此时，晶体管tr1进入与像素信号相对应的导通状态，并且晶体管tr1的漏极(节点nshc1)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outshc1从节点nshc1输出至多路复用器mux。
267.(第二保持电路shc2的构成和功能)
268.第二保持电路shc2的构成可以与第一保持电路shc1的构成相同。相对于第四实施方案的第一保持电路shc1的说明，只需要用电容器cp2替换电容器cp1，用晶体管tr2替换晶体管tr1，用开关sw2替换开关sw1，用恒定电流源cs2替换恒定电流源cs1，用节点ng2替换节点ng1，并且用节点nshc2替换节点nshc1。
269.当第二保持电路shc2将像素信号从像素px采样到电容器cp2时，接通开关sw2。因此，像素信号被累积在电容器cp2中，因此，晶体管tr2的栅极(节点ng2)被设置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，断开开关sw2。因此，像素信号被
累积并保持在电容器cp2中。此时，晶体管tr2进入与像素信号相对应的导通状态，并且晶体管tr2的漏极(节点nshc2)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outshc2从节点nshc2输出至多路复用器mux。电容器cp1和cp2在不同的时刻对像素信号进行采样并保持。
270.如上所述，即使第一保持电路shc1和第二保持电路shc2由无源元件构成，第一保持电路shc1和第二保持电路shc2也能够执行本公开的操作。因此，能够减小sh部125的电路规模和布局区域。
271.(第五实施方案)
272.图13是示出根据第五实施方案的sh部125的构成例的电路图。第五实施方案与其他实施方案的不同之处在于sh部125的构成。第五实施方案除了sh部125之外的构成可以与其他实施方案的类似。因此，在图13中，仅示出了sh部125的构成，并且省略了对其他构成的图示。
273.(第一保持电路shc1的构成和功能)
274.第一保持电路shc1包括电容器cp1和开关sw1。电容器cp1的一端经由开关sw1连接至像素px，并且电容器cpl能够累积像素信号。此外，作为节点nshc1的电容器cp1的一端连接至多路复用器mux。电容器cp1的另一端连接至地gnd。
275.开关sw1连接在节点nshc1和像素px之间。当第一保持电路shc1将像素信号从像素px采样到电容器cp1时，接通开关sw1。因此，像素信号被累积在电容器cpl中，因此，节点nshc1被设置为像素信号的电位。另一方面，当电容器cp1保持像素信号时，断开开关sw1。因此，像素信号被累积并保持在电容器cpl中。此时，节点nshc1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outshc1从节点nshc1输出至多路复用器mux。
276.(第二保持电路shc2的构成和功能)
277.第二保持电路shc2的构成可以与第一保持电路shc1的构成相同。相对于第五实施方案的第一保持电路shc1的说明，只需要用电容器cp2替换电容器cp1，用开关sw2替换开关sw1，并且用节点nshc2替换节点nshc1。
278.当第二保持电路shc2将像素信号从像素px采样到电容器cp2时，接通开关sw2。因此，像素信号被累积在电容器cp2中，因此，节点nshc2被设置为像素信号的电位。另一方面，当电容器cp2保持像素信号时，断开开关sw2。因此，像素信号被累积并保持在电容器cp2中。此时，节点nshc2保持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outshc2从节点nshc2输出至多路复用器mux。
279.如上所述，第一保持电路shc1和第二保持电路shc2可以由无源元件构成，并且可以省略源极跟随器电路。因此，能够进一步减小sh部125的电路规模和布局区域。
280.(第六实施方案)
281.图14是示出根据第六实施方案的像素px的构成例的电路图。第六实施方案与其他实施方案的不同之处在于像素px的构成。第六实施方案除了像素px之外的构成可以与其他实施方案类似。因此，在图14中，仅示出了像素px的构成，并且省略了对其他构成的图示。
282.在第六实施方案中，各像素px仅包括一个光电转换部pd，并且灵敏度是恒定的。然而，像素px包括电容器cpx，并且可以改变浮动扩散fd的电容。因此，像素px能够改变像素信
号的转换效率。此外，能够改变像素px的曝光时间。
283.因此，在第六实施方案的像素px中，不能获得图8中的低灵敏度数据信号sl和低灵敏度复位信号nl。然而，可以获得作为其他信号的高灵敏度复位信号nh1和nh2、高灵敏度数据信号sh1和sh2、短时间高灵敏度复位信号nh2dol和短时间高灵敏度数据信号sh2dol。因此，即使在第六实施方案的像素px中，也可以扩大动态范围。
284.(移动体的应用示例)
285.根据本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以实现为安装在诸如汽车、电动汽车、混合动力电动汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船舶、机器人等任意类型的移动体上的装置。
286.图15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配置示例的框图。
287.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15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，微型计算机12051、声音图像输出部12052和车载网络接口(i/f)12053被示出为综合控制单元12050的功能构成。
288.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：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装置；用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构；用于调整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。
289.车身系统控制单元12020根据各种程序控制设置到车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置或诸如车头灯、车尾灯、刹车灯、转向信号灯或雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，从作为钥匙的替代的便携式装置传输过来的无线电波或各种开关的信号能够输入至车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动窗装置和灯等。
290.车外信息检测单元12030检测关于具有车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与摄像部12031连接。车外信息检测单元12030使摄像部12031对车辆外部的图像进行成像，并且接收所拍摄的图像。在接收的图像的基础上，车外信息检测单元12030可以对诸如人、车辆、障碍物、标记或路面上的符号等物体执行检测处理或距这些物体的距离的检测处理。
291.摄像部12031是光学传感器，其用于接收光并且输出与接收的光的光量对应的电信号。摄像部12031可以输出电信号作为图像，或可以输出电信号作为关于测量距离的信息。此外，摄像部12031接收的光可以是可见光，或可以是诸如红外线等不可见光。
292.车内信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040与检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部12041连接。驾驶员状态检测部12041例如包括对驾驶员进行成像的相机。在从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息的基础上，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的集中程度，或可以判断驾驶员是否正在打瞌睡。
293.微型计算机12051可以在关于车辆内部或外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的)的基础上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可以执行旨在实现先进驾驶员辅助系统(adas：advanced driver assistance system)的功能的协同控制，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、车辆速度维持行驶、车辆碰撞警告或车辆偏离车道警告等。
294.此外，微型计算机12051可以执行旨在用于自动驾驶的协同控制，其在关于车辆内部或外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的)的基础上通过控制驱动力产生装置、转向机构或制动装置等使车辆自主行驶，而不依赖于驾驶员的操作等。
295.此外，微型计算机12051可以在关于车辆外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030获得的)的基础上向车身系统控制单元12030输出控制命令。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车头灯以从远光灯变为近光灯来执行旨在防止眩光的协同控制。
296.声音图像输出部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或听觉上将信息通知车辆的乘客或车辆的外部。在图15的示例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表面板12063被示出为输出装置。例如，显示部12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。
297.图16是示出了摄像部12031的安装位置的示例的图。
298.在图16中，摄像部12031包括摄像部12101、12102、12103、12104和12105。
299.摄像部12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置以及车辆内部挡风玻璃的上部上的位置。设置到前鼻上的摄像部12101和设置到车辆内部挡风玻璃的上部上的摄像部12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置到侧视镜上的摄像部12102和12103主要获得车辆12100的侧面的图像。设置到后保险杠或后门上的摄像部12104主要获得车辆12100的后方的图像。设置到车辆内部挡风玻璃的上部上的摄像部12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志或车道等。
300.注意，图16示出了摄像部12101至12104的拍摄范围的示例。摄像范围12111表示设置到前鼻上的摄像部12101的摄像范围。摄像范围12112和12113分别表示设置到侧视镜上的摄像部12102和12103的摄像范围。摄像范围12114表示设置到后保险杠或后门上的摄像部12104的摄像范围。例如，通过叠加由摄像部12101至12104拍摄的图像数据，获得从上方观看到的车辆12100的俯瞰图像。
301.摄像部12101至12104中的至少一者可以具有获得距离信息的功能。例如，摄像部12101至12104中的至少一者可以是由多个摄像元件构成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。
302.例如，微型计算机12051可以在从摄像部12101至12104获得的距离信息的基础上确定到摄像范围12111到12114内的每个三维物体的距离和距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而提取最近的三维物体作为前方车辆，特别地，该三维物体存在于车辆12100的行驶路径上并且以预定速度(例如，等于或大于0千米/小时)在与车辆12100基本相同的方向上行驶。此外，微型计算机12051可以预先设定在前方车辆前方要保持的车间距
离，并且执行自动制动控制(包括跟车停止控制)或自动加速控制(包括跟车启动控制)等。因此，可以执行旨在用于自动驾驶的协同控制，其使得车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作等。
303.例如，微型计算机12051可以在从摄像部12101至12104获得的距离信息的基础上将关于三维物体的三维物体数据分类为两轮车辆、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维物体的三维物体数据，提取分类后的三维物体数据，并使用所提取的三维物体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识别的障碍物以及车辆12100的驾驶员难以在视觉上识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定表示与每个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或者避让转向。微型计算机12051由此可以辅助驱动以避免碰撞。
304.摄像部12101至12104中的至少一者可以是检测红外线的红外摄像机。例如，微型计算机12051可以通过确定摄像部12101至12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过在作为红外摄像机的摄像部12101至12104的拍摄图像中提取特征点的程序以及通过对表示物体轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理来确定是否是行人的程序来执行对行人的这种识别。当微型计算机12051确定摄像部12101至12104的拍摄图像中存在行人并且因此识别出行人时，声音图像输出部12052控制显示部12062，使得用于强调的方形轮廓线以叠加在识别出的行人上的方式显示。声音图像输出部12052还可以控制显示部12062，使得表示行人的图标等显示在期望的位置处。
305.上面已经说明了可以应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。根据本公开的技术可以应用到例如本说明书所述的组件中的摄像部12031等。
306.通常，车载cis需要例如120db或更大的动态范围，这对应于从阳光到星光的范围。在这种情况下，在各像素px中设置多个光电二极管，改变像素信号的转换效率，或者改变曝光时间，从而扩大像素px的动态范围。然而，为了获得hdr中的像素信号，需要对来自一个像素px的多个像素信号执行ad转换。将根据上述实施方案的固态摄像装置100应用到摄像部12031等使得能够以短的帧速率从具有hdr的这样的像素px读出像素信号。
307.(第七实施方案)
308.图17是示出根据第七实施方案的固态摄像装置100的构成例的框图。第七实施方案的固态摄像装置100还包括箝位电压生成电路400。箝位电压生成电路400针对多列的sh部125共同设置，并且向多个sh部125施加预定的第一电压vgcl(参照图18)。
309.图18是示出根据第七实施方案的一个sh部125的构成例的电路图。注意，在图18中，示出了sh部125的第一保持电路shc1的内部构成，并且没有示出第二保持电路shc2和多路复用器mux的构成。第二保持电路shc2的内部构成可以与第一保持电路shc1的内部构成类似。
310.根据第七实施方案的第一保持电路shc1还包括箝位晶体管tncl和箝位开关swcl。根据第七实施方案的第一保持电路shc1除了这些部分之外的构成可以与根据第一实施方案的第一保持电路shc1的构成类似。
311.箝位晶体管tncl和箝位开关swcl串联连接在电源vdd和节点nshc1之间，并且与恒
定电流源cs1并联连接。箝位晶体管tncl例如是n型晶体管。箝位晶体管tncl的漏极经由箝位开关swcl连接至电源vdd。箝位晶体管tncl的源极连接至节点nshc1。箝位晶体管tncl的栅极连接至图17的箝位电压生成电路400，并且从箝位电压生成电路400接收预定的第一电压vgcl。
312.箝位开关swcl由来自时序控制电路102的箝位使能信号cl_en控制为接通和断开。当箝位开关swcl进入接通状态时，箝位晶体管tncl连接在电源vdd和节点nshc1之间。因此，箝位晶体管tncl构成源极跟随器电路，并且节点nshc1的电压被设置(箝位)为与第一电压vgcl相对应的箝位电压vclamp。例如，当箝位晶体管tncl的阈值电压为vtcl时，节点nshc1的箝位电压vclamp被设置(箝位)为vgcl-vtcl。
313.设置箝位晶体管tncl的原因如下。
314.在诸如太阳等高亮度光入射在像素px上的情况下，即使当图3的第一传输栅极部t12a处于非导通状态时，在第一光电转换部pd11a中也会产生大量电荷，并且第一fd部fd15a溢出电荷。在这种情况下，垂直信号线110的像素信号vsl处于超出最小值和最大值中的一者的超范围状态，复位信号和数据信号变得相等，因此图像变黑。
315.为了抑制图像的这种变黑，在高亮度光入射时，在比较器121的自动归零时段中，像素信号vsl被箝位在预定的箝位电压vclamp。箝位电压vclamp是在高亮度光引起的超范围状态下的复位信号和像素信号vsl之间的电压。此外，箝位电压vclamp被预先设置为使得在检测复位信号时的基准信号ramp不与因高亮度光导致的超范围状态下的像素信号vsl交叉。因此，在高亮度光入射时的自动归零时段中，基准信号ramp被箝位为基本上等于箝位电压vclamp。然后，像通常一样检测复位信号和数据信号。此时，在像素信号vsl处于超出最小值(或最大值)的超范围状态的情况下，基准信号ramp不与像素信号vsl交叉，并且不能被检测到。以这种方式，在不能检测到复位信号的情况下，信号处理电路108确定诸如太阳等高亮度光入射在像素px上，并且将图像设置为白色等(全编码)。因此，可以抑制图像中诸如太阳等高亮度光的变黑。注意，在本实施方案中，将假定当高亮度光入射时像素信号vsl进入超出最小值的超范围状态进行说明。
316.在第七实施方案中，在第一保持电路shc1采样并保持像素信号vsl之后，比较器121执行自动归零操作。为了在自动归零操作中将基准信号ramp箝位到预定电压，在第一保持电路shc1的输出和比较器121的输入之间的节点nshc1处设置箝位晶体管tncl和箝位开关swcl。因此，箝位晶体管tncl和箝位开关swcl可以将第一保持电路shc1的输出信号outshc1箝位到箝位电压vclamp(vclamp＝vgcl-vtcl)。因此，即使由第一保持电路shc1采样的像素信号由于高亮度光而处于超范围状态，箝位晶体管tncl和箝位开关swcl也将输出信号outshc1箝位到箝位电压vclamp，使得基准信号ramp不与像素信号vsl交叉。因此，信号处理电路108能够确定诸如太阳等高亮度光入射在像素px上，并且能够抑制图像中高亮度光的变黑。
317.图19是示出根据第七实施方案的第一保持电路shc1和比较器121检测复位信号的操作示例的时序图。
318.首先，在t1处，信号sample和信号az_sh达到高电平，并且接通开关sw1和sw3。信号cl保持在低电平，并且开关sw2保持在断开状态。因此，第一保持电路shc1对像素信号vsl进行采样。采样周期为t1到t2。
319.在fd部的电荷由于高亮度光而溢出的情况下，像素信号vsl处于例如超出作为最小值的电压vlim_l的超范围状态，。此时，输出信号outshc1和节点ng的电压也变为电压vlim_l。
320.在t2处，当使信号sample和信号az_sh达到低电平时，断开开关sw1和sw3，并且采样时段结束。
321.在t3处，信号cl达到高电平，并且接通开关sw2。因此，节点nshc1和ng的输出电压outshc1保持在电压vlim_l。
322.在t4处，执行比较器121的自动归零操作。信号az_cm达到高电平，并且接通比较器121的开关swaz。大致同时，箝位使能信号cl_en达到高电平，并且接通箝位开关swcl。因此，输出电压outshc1被设置为箝位电压vclamp(vclamp＝vgcl-vtcl)。在比较器121的自动归零操作中，输出电压outshc1被设置为预定的箝位电压vclamp，使得复位电压vrst增大箝位电压vsclamp。因此，整个基准信号ramp的电压也增加了。因此，能够防止基准信号ramp与被高亮度光降低到作为最小值的电压vlim_l的输出电压outshc1交叉。
323.例如，图20是示出输出电压outshc1的电压与基准信号ramp1和ramp2之间的关系的时序图。基准信号ramp1表示在不存在箝位电压vclamp(vclamp＝0)的情况下的基准信号。基准信号ramp2表示在存在箝位电压vclamp(vclamp不为0)的情况下的基准信号。
324.在从t4到t5的自动归零操作中，基准信号ramp1不被箝位电压vclamp箝位(vclamp＝0)，因此被设置为电压vlim_l的电平。因此，从复位信号sp的检测开始t6到基准信号ramp1与输出信号outshc1交叉的时间点t6_1的t6到t6_1之间的时间，基本上等于从数据信号sd1的检测开始t6_2到基准信号ram p1与输出信号outshc1交叉的时间点t6_3的t6_2到t6_3之间的时间。即，复位信号sp和数据信号sd基本上相等。在这种情况下，通过cds处理使图像变黑。
325.另一方面，基准信号ramp2表示在存在箝位电压vclamp(vclamp不为0)的情况下的基准信号。
326.在这种情况下，在从t4到t5的自动归零操作中，基准信号ramp2被箝位在预定的箝位电压vclamp(vclamp不为0)，并且被设置为电压vlim_l+vclamp的电平。因此，在从t6到t6_2的复位信号sp的检测时段中，基准信号ramp2不与输出信号outshc1交叉。即，没有检测到复位信号sp。信号处理电路108在未检测到复位信号sp的条件下对像素信号进行全编码。因此，能够抑制由于高亮度光导致的图像变黑。注意，尽管数据信号sd2作为从t6_3到t6_4(即，从检测开始t6_2到基准信号ramp2与输出信号outshc1交叉的时间点t6_4)的时间被检测，但是在像素信号的全编码的条件下可以使用或者不使用数据信号sd2。
327.因此，信号处理电路108能够确定高亮度光入射在像素px上，并且能够抑制图像中高亮度光的变黑。即，根据第七实施方案，即使设置sh部125时，也能够抑制由于高亮度光引起的图像变黑。
328.注意，尽管在第七实施方案中基准信号ramp向下倾斜，但是基准信号ramp可以向上倾斜。此外，可以颠倒复位信号sp和数据信号sd的检测顺序。
329.(第八实施方案)
330.图21是示出根据第八实施方案的像素px、sh部125和比较器121的构成例的电路图。第八实施方案是将根据第七实施方案的sh部125应用到第一实施方案的第一保持电路
shc1和第二保持电路shc2中的各者的实施方案。第一保持电路shc1和第二保持电路shc2中的各者具有与第七实施方案的第一保持电路shc1类似的构造。比较器121具有与第一实施方案的比较器121相同的构成。为了方便起见，第一保持电路shc1的箝位开关swcl和箝位晶体管tncl分别被称为箝位开关swcl1和箝位晶体管tncl1。第二保持电路shc2的箝位开关swcl和箝位晶体管tncl分别被称为箝位开关swcl2和箝位晶体管tncl2。
331.第一保持电路shc1还包括串联连接在电源vdd和晶体管tr1的漏极之间的箝位晶体管tncl1和箝位开关swcl1。箝位晶体管tncl1和箝位开关swcl1与恒定电流源cs1并联连接。第二保持电路shc2还包括串联连接在电源vdd和晶体管tr2的漏极之间的箝位晶体管tncl2和箝位开关swcl2。箝位晶体管tncl2和箝位开关swcl2与恒定电流源cs2并联连接。
332.此外，如上所述，尽管根据第八实施方案的第一保持电路shc1和第二保持电路shc2在操作时序上彼此不同，但是第一保持电路shc1和第二保持电路shc2中的各者基本上与第七实施方案的第一保持电路shc1类似地操作。根据第八实施方案的比较器121的操作可以与第一实施方案的比较器121的操作类似。因此，根据第八实施方案，能够获得第一实施方案和第七实施方案的效果。
333.图22是示出根据第八实施方案的第一保持电路shc1和第二保持电路shc2以及比较器121检测复位信号sp和数据信号sd的操作示例的时序图。注意，在本实施方案中，基准信号ramp具有向上的倾斜。此外，在图22的上部，示出了第一保持电路shc1的信号sw1至sw3以及swcl1，并且在下部，示出了第二保持电路shc2的信号sw4至sw6以及swcl2。
334.首先，在t11处，接通开关sw1和sw3。开关sw2保持在断开状态。因此，第一保持电路shc1开始对像素信号vsl进行采样。
335.在fd部中的电荷由于高亮度光而溢出的情况下，像素信号vsl处于例如超出作为最小值的电压vlim_l的超范围状态，。此时，输出信号outshc1和节点ng1的电压也变为电压vlim_l。
336.在t12处，断开开关sw1和sw3，并且像素信号vsl的采样时段结束。
337.在t13处，接通第二保持电路shc2的开关sw4和sw6。开关sw5保持在断开状态。因此，第二保持电路shc2开始对像素信号vsl进行采样。
338.在t14处，接通第一保持电路shc1的开关sw2，并且第一保持电路shc1保持输出信号outshc1。此时，输出信号outshc1被保持在电压vlim_l。此外，选择信号sel_shc1被选择性地激活，并且多路复用器mux将第一保持电路shc1的输出信号outshc1输出至比较器121。
339.在t15处，接通箝位开关swcl1和自动归零开关swaz。因此，执行比较器121的自动归零操作，并且晶体管tncl1将晶体管tr1的漏极设置为与第一电压vgcl相对应的箝位电压vclamp。因此，第一保持电路shc1的输出信号outshc1被箝位电压vclamp箝位。在输出信号outshc1被箝位到电压(vlim_l+vclamp)的状态下，执行比较器121的自动归零操作。稍后将说明本实施方案的自动归零操作。
340.在t16处，断开箝位开关swcl1和自动归零开关swaz。因此，比较器121的自动归零操作和箝位操作结束。因此，输出信号outshc1返回至电压vlim_l。
341.从t16到t17，第一保持电路shc1将输出信号outshc1保持在电压vlim_l，并且比较器121试图检测电压vlim_l作为复位信号sp。然而，在从t15到t16的自动归零操作中，输出信号outshc1被设置为箝位电压vclamp。因此，如稍后将参照图23所述，因高亮度光而导致
在超范围状态下的电压vlim_l不与箝位的基准信号ramp交叉，并且未检测到复位信号sp。信号处理电路108基于需要检测复位信号sp的事实来确定高亮度光入射。
342.在t17处，断开开关sw2以解除第一保持电路shc1对输出信号outshc1的保持状态，并且断开开关sw4以结束第二保持电路shc2的采样时段。
343.在t18处，接通第二保持电路shc2的开关sw5，并且第二保持电路shc2保持输出信号outshc2。此时，输出信号outshc2被保持在电压vlim_l。此外，选择性地激活选择信号sel_shc2，并且多路复用器mux将第二保持电路shc1的输出信号outshc2输出至比较器121。
344.从t18到t19，第二保持电路shc2将输出信号outshc2保持在电压vlim_l，并且比较器121检测电压vlim_l作为数据信号sd。
345.图23是示出输出电压outshc1与栅极信号gate1和gate2之间关系的时序图。栅极信号gate1表示在没有施加箝位电压vclamp(vclamp＝0)的情况下晶体管tp1的栅极信号(比较器输入：比较基准信号)。栅极信号gate2表示在施加箝位电压vclamp(vclamp不为0)的情况下晶体管tp1的栅极信号(比较器输入：比较基准信号)。因此，栅极信号gate1和gate2中的各者都是基准信号ramp和输入至电容器cvsl的信号的电容相加信号。注意，在本实施方案中，基准信号ramp具有向上的倾斜，并且栅极信号gate1和gate2类似地具有向上的倾斜。
346.在从t14到t15的自动归零操作中，栅极信号gate1不被箝位电压vclamp(vclamp＝0)箝位，因此被设置为电压vlim_l的电平。因此，从复位信号sp的检测开始t16_1到栅极信号gate1与输出信号outshc1交叉的反转基准点t16_2的时间t16_1到t16_2，基本上等于从数据信号sd1的检测开始t18到栅极信号gate1与输出信号outshc1交叉的时刻t18_1的时间t18到t18_1。即，复位信号sp和数据信号sd基本上相等。在这种情况下，通过cds处理使图像变黑。
347.另一方面，栅极信号gate2表示在存在箝位电压vclamp(vclamp不为0)的情况下晶体管tp1的栅极信号。
348.在这种情况下，在从t14到t15的自动归零操作中，栅极信号gate2被箝位在预定的箝位电压vclamp(vclamp不为0)，并且被设置为电压vlim_l-vclamp的电平。因此，在从t16_1到t17的复位信号sp的检测时段中，栅极信号gate2不与输出信号outshc1交叉。即，没有检测到复位信号sp。信号处理电路108在未检测到复位信号sp的条件下对像素信号进行全编码。因此，能够抑制由于高亮度光引起的图像变黑。注意，尽管数据信号sd2被检测为从t18到t18_2的时间，即从检测开始t18到栅极信号gate2与输出信号outshc1交叉的时间点t18_2，但是在像素信号的全编码的条件下可以使用或者不使用数据信号sd2。
349.因此，信号处理电路108可以确定高亮度光入射在像素px上，并且能够抑制图像中高亮度光的变黑。即，根据第八实施方案，即使在第一保持电路shc1保持复位信号sp并且第二保持电路shc2保持数据信号sd的情况下，也能够抑制由于高亮度光引起的图像的变黑。
350.注意，在第八实施方案中，可以颠倒复位信号sp和数据信号sd的检测顺序。在这种情况下，在自动归零操作中，当接通第二保持电路shc2的箝位开关swcl2时，箝位晶体管tncl2可以将晶体管tr2的漏极设置为箝位电压vclamp。在这种情况下，当检测到来自箝位晶体管tncl2的输出信号outshc2时，对基准信号ramp进行箝位。
351.第八实施方案可以应用到高灵敏度复位信号nh2、高灵敏度复位信号nh1、高灵敏
度数据信号sh1、高灵敏度数据信号sh2、低灵敏度数据信号sl和低灵敏度复位信号nl中的各者的读出，因此，在第八实施方案中，能够抑制这些信号的图像由于高亮度光而变黑。
352.(第九实施方案)
353.图24是示出根据第九实施方案的像素px、sh部125和比较器121的构成例的电路图。第九实施方案是将根据第七实施方案的sh部125应用到第二实施方案的实施方案。第一保持电路shc1和第二保持电路shc2中的各者具有与第七实施方案的第一保持电路shc1相同的构成。比较器121具有与第二实施方案的比较器121相同的构成。
354.尽管根据第九实施方案的第一保持电路shc1和第二保持电路shc2的操作在操作时序上彼此不同，但是第一保持电路shc1和第二保持shc2中的各者基本上与第七实施方案的第一保持电路shc1类似地操作。根据第九实施方案的比较器121的操作与第二实施方案的比较器121的操作类似。因此，根据第九实施方案，能够获得第二实施方案和第七实施方案的效果。
355.(第十实施方案)
356.图25是示出根据第十实施方案的像素px、sh部125和比较器121的构成例的电路图。第十实施方案是将根据第七实施方案的sh部125应用到第三实施方案的实施方案。第一保持电路shc1和第二保持电路shc2中的各者具有与第七实施方案的第一保持电路shc1相同的构成。比较器121具有与第三实施方案的比较器121相同的构成。
357.尽管根据第十实施方案的第一保持电路shc1和第二保持电路shc2的操作在操作时序上彼此不同，但是各个操作基本上与第七实施方案的第一保持电路shc1的类似。根据第十实施方案的比较器121的操作可以与第三实施方案的比较器122的操作类似。因此，根据第十实施方案，能够获得第三实施方案和第七实施方案的效果。
358.(第十一实施方案)
359.图26是示出根据第十一实施方案的sh部125的构成例的电路图。第十一实施方案是将根据第七实施方案的sh部125应用于第四实施方案的实施方案。
360.根据第十一实施方案的sh部125的各个操作基本上与第七实施方案的sh部125的操作类似。因此，根据第十一实施方案，能够获得第四实施方案和第七实施方案的效果。
361.注意，本技术可以具有以下构成。
362.(1)一种固态摄像装置，包括：
363.像素部，所述像素部包括将入射光光电转换为像素信号的光电转换元件；
364.ad转换部，所述ad转换部将来自所述像素部的所述像素信号转换为数字信号；
365.第一保持电路，所述第一保持电路设置在所述像素部和所述ad转换部之间并且保持所述像素信号；
366.第二保持电路，所述第二保持电路设置在所述像素部和所述ad转换部之间并且保持所述像素信号；和
367.选择电路，所述选择电路能够将所述第一保持电路和所述第二保持电路中的任一个连接至所述ad转换部，并且选择性地将保持在所述第一保持电路或所述第二保持电路中的所述像素信号传输至所述ad转换部。
368.(2)根据(1)所述的固态摄像装置，还包括：
369.旁路信号线，所述旁路信号线设置在所述像素部和所述ad转换部之间并且对所述
像素信号进行原样传输，其中，
370.所述选择电路能够将所述第一保持电路、所述第二保持电路和所述旁路信号线中的任一个连接至所述ad转换部，并且选择性地将保持在所述第一保持电路中的所述像素信号、保持在所述第二保持电路中的所述像素信号或者通过所述旁路信号线传输的所述像素信号传输至所述ad转换部。
371.(3)根据(1)或(2)所述的固态摄像装置，其中，
372.所述第一保持电路包括：
373.第一电容器，其一端连接至所述像素部，所述第一电容器能够累积所述像素信号；和
374.第一晶体管，其栅极连接至所述第一电容器的另一端，漏极连接至电流源和所述选择电路；并且
375.所述第二保持电路包括：
376.第二电容器，其一端连接至所述像素部，所述第二电容器能够累积所述像素信号；和
377.第二晶体管，其栅极连接至所述第二电容器的另一端，漏极连接至电流源和所述选择电路。
378.(4)根据(3)所述的固态摄像装置，其中，
379.所述第一保持电路包括：
380.设置在所述第一电容器和所述像素部之间的第一开关；
381.连接在所述第一晶体管的漏极和所述第一电容器的所述一端之间的第二开关；和
382.连接在所述第一晶体管的漏极和所述第一电容器的所述另一端之间的第三开关；并且
383.所述第二保持电路包括：
384.设置在所述第二电容器和所述像素部之间的第四开关；
385.连接在所述第二晶体管的漏极和所述第二电容器的所述一端之间的第五开关；和
386.连接在所述第二晶体管的漏极和所述第二电容器的所述另一端之间的第六开关。
387.(5)根据(4)所述的固态摄像装置，其中，
388.当从所述像素部将所述像素信号采样到所述第一电容器时，所述第一开关和所述第三开关进入导通状态并且所述第二开关处于非导通状态，
389.当所述第一电容器保持所述像素信号时，所述第一开关和所述第三开关进入非导通状态并且所述第二开关进入导通状态，
390.当从所述像素部将所述像素信号采样到所述第二电容器时，所述第四开关和所述第六开关进入导通状态，并且所述第五开关处于非导通状态，并且
391.当所述第二电容器保持所述像素信号时，所述第四开关和所述第六开关进入非导通状态，并且所述第五开关进入导通状态。
392.(6)根据(5)所述的固态摄像装置，其中，所述第一保持电路和所述第二保持电路在不同的时刻对所述像素信号进行采样。
393.(7)根据(5)或(6)所述的固态摄像装置，其中，
394.在所述第一保持电路保持所述像素信号中的第一像素信号并且所述选择电路将
来自所述第一保持电路的所述第一像素信号输出至所述ad转换部的时段期间，所述第二保持电路对所述像素信号中的第二像素信号进行采样，并且
395.在所述第二保持电路保持所述第二像素信号并且所述选择电路将来自所述第二保持电路的所述第二像素信号输出至所述ad转换部的时段期间，所述第一保持电路对所述像素信号中的另一像素信号进行采样。
396.(8)根据(1)或(2)所述的固态摄像装置，其中，
397.所述第一保持电路包括：
398.第一电容器，其一端连接至所述像素部，另一端连接至基准电压源，所述第一电容器能够累积所述像素信号；
399.第一晶体管，其栅极连接至所述第一电容器的所述一端，源极连接至电流源和所述选择电路；并且
400.所述第二保持电路包括：
401.第二电容器，其一端连接至所述像素部，另一端连接至基准电压源，所述第二电容器能够累积所述像素信号；和
402.第二晶体管，其栅极连接至所述第二电容器的所述一端，源极连接至电流源和所述选择电路。
403.(9)根据(8)所述的固态摄像装置，其中，
404.所述第一保持电路包括设置在所述第一电容器的所述一端和所述像素部之间的第一开关；并且
405.所述第二保持电路包括设置在所述第二电容器的所述一端和所述像素部之间的第二开关。
406.(10)根据(9)所述的固态摄像装置，其中，
407.当从所述像素部将所述像素信号采样到所述第一电容器时，所述第一开关进入导通状态，
408.当所述第一电容器保持所述像素信号时，所述第一开关进入非导通状态，
409.当从所述像素部将所述像素信号采样到所述第二电容器时，所述第二开关进入导通状态，并且
410.当所述第二电容器保持所述像素信号时，所述第二开关进入非导通状态。
411.(11)根据(10)所述的固态摄像装置，其中，所述第一电容器和所述第二电容器在不同的时刻对所述像素信号进行采样。
412.(12)根据(10)或(11)所述的固态摄像装置，其中，
413.在所述第一保持电路保持所述像素信号中的第一像素信号并且所述选择电路将来自所述第一保持电路的所述第一像素信号输出至所述ad转换部的时段期间，所述第二保持电路对所述像素信号中的第二像素信号进行采样，并且
414.在所述第二保持电路保持所述第二像素信号并且所述选择电路将来自所述第二保持电路的所述第二像素信号输出至所述ad转换部的时段期间，所述第一保持电路对所述像素信号中的另一像素信号进行采样。
415.(13)根据(1)至(12)中任一项所述的固态摄像装置，还包括：
416.负电容电路，所述负电容电路连接至第一信号线，所述第一信号线连接在所述像
素部与所述第一保持电路和所述第二保持电路之间并且传输所述像素信号，其中，
417.所述负电容电路包括：
418.放大器，所述放大器的输入端子连接至所述第一信号线；和
419.电容器，所述电容器连接在所述放大器的所述输入端子和输出端子之间。
420.(14)根据(1)至(13)中任一项所述的固态摄像装置，其中，所述像素部的各像素包括具有不同光接收面积的第一光电转换元件和第二光电转换元件。
421.(15)根据(1)至(14)中任一项所述的固态摄像装置，其中，
422.所述像素部的各像素包括：
423.第一浮动扩散层和第二浮动扩散层，所述第一浮动扩散层和所述第二浮动扩散层中的每个累积来自所述光电转换元件的电荷；
424.放大晶体管，所述放大晶体管基于所述第一浮动扩散层的电位输出所述像素信号；和
425.第七开关，所述第七开关设置在所述第一浮动扩散层和所述第二浮动扩散层之间；
426.当所述第七开关进入非导通状态时，所述放大晶体管基于所述第一浮动扩散层的电位输出所述像素信号，并且
427.当所述第七开关进入导通状态时，所述放大晶体管基于耦合所述第一浮动扩散层和所述第二浮动扩散层的区域的电位输出所述像素信号。
428.(16)根据(3)至(7)中任一项所述的固态摄像装置，其中，
429.所述第一保持电路还包括：
430.串联连接在电源和所述第一晶体管的漏极之间的第三晶体管和第八开关，并且
431.所述第二保持电路还包括：
432.串联连接在所述电源和所述第二晶体管的漏极之间的第四晶体管和第九开关。
433.(17)根据(16)所述的固态摄像装置，其中，
434.所述第三晶体管和所述第八开关与所述电流源并联连接，并且
435.所述第四晶体管和所述第九开关与所述电流源并联连接。
436.(18)根据(16)或(17)所述的固态摄像装置，还包括：
437.电压生成电路，所述电压生成电路将预定的第一电压施加至所述第三晶体管和所述第四晶体管的栅极，其中，
438.当所述第八开关处于导通状态时，所述第三晶体管将所述第一晶体管的漏极设置为与所述第一电压相对应的箝位电压，并且
439.当所述第九开关处于导通状态时，所述第四晶体管将所述第二晶体管的漏极设置为所述箝位电压。
440.(19)根据(16)至(18)中任一项所述的固态摄像装置，其中，
441.在将由所述第一保持电路保持并且在所述ad转换部中进行比较的所述像素信号与基准信号相等的自动归零操作中，所述第八开关进入导通状态，并且
442.在将由所述第二保持电路保持并且在所述ad转换部中进行比较的所述像素信号与所述基准信号相等的自动归零操作中，所述第九开关进入导通状态。
443.注意，本公开不限于上述实施方案，并且在不偏离本公开的主旨的情况下可以进
行各种变形。此外，本说明书中所述的效果仅仅是示例并且不是限制性的，并且可以提供其他效果。
444.附图标记列表
445.px像素
446.125sh部
447.121比较器
448.shc1第一保持电路
449.shc2第二保持电路
450.bp旁路信号线
451.mux多路复用器
452.cp1、cp2电容器
453.tr1、tr2晶体管
454.sw1至sw6开关
455.cs1、cs2恒定电流源

技术特征：
1.一种固态摄像装置，包括：像素部，所述像素部包括将入射光光电转换为像素信号的光电转换元件；ad转换部，所述ad转换部将来自所述像素部的所述像素信号转换为数字信号；第一保持电路，所述第一保持电路设置在所述像素部和所述ad转换部之间并且保持所述像素信号；第二保持电路，所述第二保持电路设置在所述像素部和所述ad转换部之间并且保持所述像素信号；和选择电路，所述选择电路能够将所述第一保持电路和所述第二保持电路中的任一个连接至所述ad转换部，并且选择性地将保持在所述第一保持电路或所述第二保持电路中的所述像素信号传输至所述ad转换部。2.根据权利要求1所述的固态摄像装置，还包括：旁路信号线，所述旁路信号线设置在所述像素部和所述ad转换部之间并且对所述像素信号进行原样传输，其中，所述选择电路能够将所述第一保持电路、所述第二保持电路和所述旁路信号线中的任一个连接至所述ad转换部，并且选择性地将保持在所述第一保持电路中的所述像素信号、保持在所述第二保持电路中的所述像素信号或者通过所述旁路信号线传输的所述像素信号传输至所述ad转换部。3.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中，所述第一保持电路包括：第一电容器，其一端连接至所述像素部，所述第一电容器能够累积所述像素信号；和第一晶体管，其栅极连接至所述第一电容器的另一端，漏极连接至电流源和所述选择电路；并且所述第二保持电路包括：第二电容器，其一端连接至所述像素部，所述第二电容器能够累积所述像素信号；和第二晶体管，其栅极连接至所述第二电容器的另一端，漏极连接至电流源和所述选择电路。4.根据权利要求3所述的固态摄像装置，其中，所述第一保持电路包括：设置在所述第一电容器和所述像素部之间的第一开关；连接在所述第一晶体管的漏极和所述第一电容器的所述一端之间的第二开关；和连接在所述第一晶体管的漏极和所述第一电容器的所述另一端之间的第三开关；并且所述第二保持电路包括：设置在所述第二电容器和所述像素部之间的第四开关；连接在所述第二晶体管的漏极和所述第二电容器的所述一端之间的第五开关；和连接在所述第二晶体管的漏极和所述第二电容器的所述另一端之间的第六开关。5.根据权利要求4所述的固态摄像装置，其中，当从所述像素部将所述像素信号采样到所述第一电容器时，所述第一开关和所述第三开关进入导通状态并且所述第二开关处于非导通状态，当所述第一电容器保持所述像素信号时，所述第一开关和所述第三开关进入非导通状
态并且所述第二开关进入导通状态，当从所述像素部将所述像素信号采样到所述第二电容器时，所述第四开关和所述第六开关进入导通状态，并且所述第五开关处于非导通状态，并且当所述第二电容器保持所述像素信号时，所述第四开关和所述第六开关进入非导通状态，并且所述第五开关进入导通状态。6.根据权利要求5所述的固态摄像装置，其中，所述第一保持电路和所述第二保持电路在不同的时刻对所述像素信号进行采样。7.根据权利要求5所述的固态摄像装置，其中，在所述第一保持电路保持所述像素信号中的第一像素信号并且所述选择电路将来自所述第一保持电路的所述第一像素信号输出至所述ad转换部的时段期间，所述第二保持电路对所述像素信号中的第二像素信号进行采样，并且在所述第二保持电路保持所述第二像素信号并且所述选择电路将来自所述第二保持电路的所述第二像素信号输出至所述ad转换部的时段期间，所述第一保持电路对所述像素信号中的另一像素信号进行采样。8.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中，所述第一保持电路包括：第一电容器，其一端连接至所述像素部，另一端连接至基准电压源，所述第一电容器能够累积所述像素信号；第一晶体管，其栅极连接至所述第一电容器的所述一端，源极连接至电流源和所述选择电路；并且所述第二保持电路包括：第二电容器，其一端连接至所述像素部，另一端连接至基准电压源，所述第二电容器能够累积所述像素信号；和第二晶体管，其栅极连接至所述第二电容器的所述一端，源极连接至电流源和所述选择电路。9.根据权利要求8所述的固态摄像装置，其中，所述第一保持电路包括设置在所述第一电容器的所述一端和所述像素部之间的第一开关；并且所述第二保持电路包括设置在所述第二电容器的所述一端和所述像素部之间的第二开关。10.根据权利要求9所述的固态摄像装置，其中，当从所述像素部将所述像素信号采样到所述第一电容器时，所述第一开关进入导通状态，当所述第一电容器保持所述像素信号时，所述第一开关进入非导通状态，当从所述像素部将所述像素信号采样到所述第二电容器时，所述第二开关进入导通状态，并且当所述第二电容器保持所述像素信号时，所述第二开关进入非导通状态。11.根据权利要求10所述的固态摄像装置，其中，所述第一电容器和所述第二电容器在不同的时刻对所述像素信号进行采样。
12.根据权利要求10所述的固态摄像装置，其中，在所述第一保持电路保持所述像素信号中的第一像素信号并且所述选择电路将来自所述第一保持电路的所述第一像素信号输出至所述ad转换部的时段期间，所述第二保持电路对所述像素信号中的第二像素信号进行采样，并且在所述第二保持电路保持所述第二像素信号并且所述选择电路将来自所述第二保持电路的所述第二像素信号输出至所述ad转换部的时段期间，所述第一保持电路对所述像素信号中的另一像素信号进行采样。13.根据权利要求1所述的固态摄像装置，还包括：负电容电路，所述负电容电路连接至第一信号线，所述第一信号线连接在所述像素部与所述第一保持电路和所述第二保持电路之间并且传输所述像素信号，其中，所述负电容电路包括：放大器，所述放大器的输入端子连接至所述第一信号线；和电容器，所述电容器连接在所述放大器的所述输入端子和输出端子之间。14.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中，所述像素部的各像素包括具有不同光接收面积的第一光电转换元件和第二光电转换元件。15.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中，所述像素部的各像素包括：第一浮动扩散层和第二浮动扩散层，所述第一浮动扩散层和所述第二浮动扩散层中的每个累积来自所述光电转换元件的电荷；放大晶体管，所述放大晶体管基于所述第一浮动扩散层的电位输出所述像素信号；和第七开关，所述第七开关设置在所述第一浮动扩散层和所述第二浮动扩散层之间；当所述第七开关进入非导通状态时，所述放大晶体管基于所述第一浮动扩散层的电位输出所述像素信号，并且当所述第七开关进入导通状态时，所述放大晶体管基于耦合所述第一浮动扩散层和所述第二浮动扩散层的区域的电位输出所述像素信号。16.根据权利要求3所述的固态摄像装置，其中，所述第一保持电路还包括：串联连接在电源和所述第一晶体管的漏极之间的第三晶体管和第八开关，并且所述第二保持电路还包括：串联连接在所述电源和所述第二晶体管的漏极之间的第四晶体管和第九开关。17.根据权利要求16所述的固态摄像装置，其中，所述第三晶体管和所述第八开关与所述电流源并联连接，并且所述第四晶体管和所述第九开关与所述电流源并联连接。18.根据权利要求16所述的固态摄像装置，还包括：电压生成电路，所述电压生成电路将预定的第一电压施加至所述第三晶体管和所述第四晶体管的栅极，其中，当所述第八开关处于导通状态时，所述第三晶体管将所述第一晶体管的漏极设置为与所述第一电压相对应的箝位电压，或者当所述第九开关处于导通状态时，所述第四晶体管将所述第二晶体管的漏极设置为所
述箝位电压。19.根据权利要求16所述的固态摄像装置，其中，在将由所述第一保持电路保持并且在所述ad转换部中进行比较的所述像素信号与比较基准信号相等的自动归零操作中，所述第八开关进入导通状态，并且在将由所述第二保持电路保持并且在所述ad转换部中进行比较的所述像素信号与所述比较基准信号相等的自动归零操作中，所述第九开关进入导通状态。

技术总结
[问题]提供了一种能够在短时间内对具有宽动态范围的像素信号执行AD转换的固态摄像装置。[方案]根据本公开的固态摄像装置设置有：像素部，所述像素部包括将入射光光电转换为像素信号的光电转换元件；AD转换部，所述AD转换部用于将来自所述像素部的所述像素信号转换为数字信号；设置在所述像素部和所述AD转换部之间以保持像素信号的第一保持电路；设置在所述像素部和所述AD转换部之间以保持像素信号的第二保持电路；和选择电路，所述选择电路能够将所述第一保持电路和所述第二保持电路中的一个连接至所述AD转换部以选择性地将保持在所述第一保持电路或所述第二保持电路中的所述像素信号传输至所述AD转换部。中的所述像素信号传输至所述AD转换部。中的所述像素信号传输至所述AD转换部。


技术研发人员：松浦浩二
受保护的技术使用者：索尼半导体解决方案公司
技术研发日：2022.01.20
技术公布日：2023/9/23