光电转换装置和图像捕获系统.pdf

本发明涉及光电转换装置和图像捕获系统。在第一灵敏度水平中，模拟-数字转换器通过根据模拟信号的电平选择性地使用具有相互不同的斜率的第一基准信号和第二基准信号中的任一个执行模拟-数字转换，并且，在与第一灵敏度水平不同的第二灵敏度水平中，模拟-数字转换器仅通过使用第三基准信号执行模拟-数字转换。

权利要求书1.  一种能够设定灵敏度水平的光电转换装置，包括：包含多个像素并被配置为输出根据在多个像素中产生的信号的模拟信号的多个模拟信号输出单元；和被设置为与多个模拟信号输出单元对应并被配置为通过比较斜坡信号与从模拟信号输出单元输出的模拟信号执行模拟-数字(AD)转换的多个模拟-数字转换器，其中，在第一灵敏度水平中，多个模拟-数字转换器之中的每一个通过根据模拟信号的电平选择性地使用具有相互不同的斜率的第一斜坡信号和第二斜坡信号之中的任一个执行模拟-数字转换，并且，在与第一灵敏度水平不同的第二灵敏度水平中，模拟-数字转换器之中的每一个仅使用第三斜坡信号作为用于执行模拟-数字转换的斜坡信号。2.  根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，第二灵敏度水平比第一灵敏度水平高，并且，第三斜坡信号的变化速率等于第一斜坡信号的变化速率和第二斜坡信号的变化速率之中的较小的一个，或者低于第一斜坡信号的变化速率和第二斜坡信号的变化速率之中的较小的一个。3.  根据权利要求2所述的光电转换装置，其中，第二灵敏度水平为第一灵敏度水平的n倍，并且，第三斜坡信号的变化速率为第一斜坡信号的变化速率和第二斜坡信号的变化速率之中的较小的一个的1/n倍。4.  根据权利要求2所述的光电转换装置，其中，第二灵敏度水平为第一灵敏度水平的n倍，并且，当第三斜坡信号的变化速率等于第一斜坡信号的变化速率和第二 斜坡信号的变化速率之中的较小的一个时，第一斜坡信号的变化速率和第二斜坡信号的变化速率之中的较小的一个为第一斜坡信号的变化速率和第二斜坡信号的变化速率之中的另一个的1/n倍。5.  根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，第二灵敏度水平比第一灵敏度水平低，并且第三斜坡信号的变化速率等于第一斜坡信号的变化速率和第二斜坡信号的变化速率之中的较大的一个，或者大于第一斜坡信号的变化速率和第二斜坡信号的变化速率之中的较大的一个。6.  根据权利要求5所述的光电转换装置，其中，第二灵敏度水平为第一灵敏度水平的1/n倍，并且，第三斜坡信号的变化速率为第一斜坡信号的变化速率和第二斜坡信号的变化速率之中的较大的一个的n倍。7.  根据权利要求5所述的光电转换装置，其中，第二灵敏度水平为第一灵敏度水平的1/n倍，并且，当第三斜坡信号的变化速率等于第一斜坡信号的变化速率和第二斜坡信号的变化速率之中的较大的一个时，第一斜坡信号的变化速率和第二斜坡信号的变化速率之中的较大的一个为第一斜坡信号的变化速率和第二斜坡信号的变化速率之中的另一个的n倍。8.  根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，在第一灵敏度水平中，当模拟信号的电平小于阈值时，模拟-数字转换器通过使用第一斜坡信号和第二斜坡信号之中的具有较小的变化速率的任一个将模拟信号转换成p位数字信号，并且，当模拟信号的电平大于阈值时，模拟-数字转换器通过使用第一斜坡信号和第二斜坡信号中的具有较大的变化速率的任一个将模拟信号 转换成q位数字信号。9.  根据权利要求8所述的光电转换装置，其中，多个模拟-数字转换器之中的每一个还包含：被配置为计数时钟信号并且输出计数信号的计数器；和被配置为根据模拟信号与斜坡信号之间的大小关系的变化存储计数信号的存储器，并且，与将模拟信号转换成p位数字信号时相比，在将模拟信号转换成q位数字信号时，时钟信号具有较低的频率。10.  根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，多个模拟-数字转换器之中的每一个通过逐次近似方法对模拟信号进行模拟-数字转换，并且通过使用斜坡信号对相当于通过逐次近似方法的模拟-数字转换获得的数字信号的最低有效位的较低次模拟信号进行模拟-数字转换。11.  根据权利要求1所述的光电转换装置，还包括被配置为校正第一斜坡信号和第二斜坡信号的变化速率的误差的校正单元。12.  一种能够设定灵敏度水平的光电转换装置，包括：包含多个像素并被配置为输出根据在多个像素中产生的信号的模拟信号的多个模拟信号输出单元；和被设置为与多个模拟信号输出单元对应并被配置为通过比较斜坡信号与从模拟信号输出单元输出的模拟信号执行模拟-数字转换的多个模拟-数字转换器，其中，在第一灵敏度水平中，多个模拟-数字转换器之中的每一个通过根据模拟信号的电平选择性地使用具有相互不同的斜率的第一斜坡信号和第二斜坡信号之中的任一个执行模拟-数字转换，并且，在与第一灵敏度水平不同的第二灵敏度水平中，多个模拟-数字转 换器之中的每一个通过根据模拟信号的电平选择性地使用具有相互不同的斜率的第三斜坡信号和第四斜坡信号中的任一个执行模拟-数字转换，并且，第四斜坡信号具有与第一斜坡信号的斜率和第二斜坡信号的斜率不同的斜率。13.  根据权利要求12所述的光电转换装置，其中，第二灵敏度水平比第一灵敏度水平高，第三斜坡信号的变化速率为第一斜坡信号或第二斜坡信号的变化速率、或者处于第一斜坡信号的变化速率和第二斜坡信号的变化速率之间，第四斜坡信号的变化速率小于第一斜坡信号的变化速率和第二斜坡信号的变化速率之中的较小的一个。14.  根据权利要求13所述的光电转换装置，其中，第二灵敏度水平为第一灵敏度水平的n倍，并且，第四斜坡信号的变化速率为第一斜坡信号的变化速率和第二斜坡信号的变化速率之中的较小的一个的1/n倍。15.  根据权利要求12所述的光电转换装置，其中，第二灵敏度水平比第一灵敏度水平低，并且，第三斜坡信号的变化速率为第一斜坡信号或第二斜坡信号的变化速率、或者处于第一斜坡信号的变化速率和第二斜坡信号的变化速率之间，第四斜坡信号的变化速率大于第一斜坡信号的变化速率和第二斜坡信号的变化速率之中的较大的一个。16.  根据权利要求13所述的光电转换装置，其中，第二灵敏度水平为第一灵敏度水平的1/n倍，并且，第四斜坡信号的变化速率为第一斜坡信号的变化速率和第二斜坡信号的变化速率之中的较大的一个的n倍。17.  根据权利要求12所述的光电转换装置，其中，在第一灵敏度水平中，当模拟信号的电平小于阈值时，模拟-数字转换器通过使用第一斜坡信号和第二斜坡信号之中的具有较小的变化速率的任一个将模拟信号转换成p位数字信号，并且，当模拟信号的电平大于阈值时，模拟-数字转换器通过使用第一斜坡信号和第二斜坡信号中的具有较大的变化速率的任一个将模拟信号转换成q位数字信号，在第二灵敏度水平中，当模拟信号的电平小于阈值时，模拟-数字转换器通过使用第三斜坡信号和第四斜坡信号之中的具有较小的变化速率的任一个将模拟信号转换成p位数字信号，并且，当模拟信号的电平大于阈值时，模拟-数字转换器通过使用第三斜坡信号和第四斜坡信号之中的具有较大的变化速率的任一个将模拟信号转换成q位数字信号。18.  根据权利要求17所述的光电转换装置，其中，多个模拟-数字转换器之中的每一个还包含：被配置为计数时钟信号并且输出计数信号的计数器；和被配置为根据模拟信号与斜坡信号之间的大小关系的变化存储计数信号的存储器，并且，与在将模拟信号转换成p位数字信号时相比，在将模拟信号转换成q位数字信号时，时钟信号具有较低的频率。19.  根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，对于模拟-数字转换器执行模拟-数字转换的时段，第一斜坡信号和第二斜坡信号之中的具有较小的变化速率的一个的信号电平在比第一斜坡信号和第二斜坡信号之中的另一个的时段长的时段中变化。20.  一种能够设定灵敏度水平的光电转换装置，包括：包含多个像素并被配置为输出根据在多个像素中产生的信号的模拟信号的多个模拟信号输出单元；被设置为与多个模拟信号输出单元对应的多个比较器；和斜坡信号供给单元，其中，在第一灵敏度水平中，斜坡信号供给单元根据输入比较器中的模拟信号的电平在比较器中选择性地输入具有相互不同的斜率的第一斜坡信号和第二斜坡信号之中的任一个，并且，比较器通过比较模拟信号和选择性地输入的第一斜坡信号和第二斜坡信号中的一个执行模拟-数字转换，并且，在第二灵敏度水平中，斜坡信号供给单元仅在比较器中输入第三斜坡信号，并且，比较器通过比较模拟信号与第三斜坡信号执行模拟-数字转换。21.  一种能够设定灵敏度水平的光电转换装置，包括：包含多个像素并被配置为输出根据在多个像素中产生的信号的模拟信号的多个模拟信号输出单元；被设置为与多个模拟信号输出单元对应的多个比较器；和斜坡信号供给单元，其中，在第一灵敏度水平中，斜坡信号供给单元根据输入比较器中的模拟信号的电平在比较器中选择性地输入具有相互不同的斜率的第一斜坡信号和第二斜坡信号之中的任一个，并且，比较器通过比较模拟信号和选择性地输入的第一斜坡信号和第二斜坡信号中的一个执行模拟-数字转换，并且，在与第一灵敏度水平不同的第二灵敏度水平中，斜坡信号供给单元根据输入比较器中的模拟信号的电平在比较器中选择性地输入具有相互不同的斜率的第三斜坡信号和第四斜坡信号中的任一个，并且，比较器通过比较模拟信号和选择性地输入的第三斜坡信号和第四斜坡 信号中的一个执行模拟-数字转换，并且，第四斜坡信号与第一斜坡信号和第二斜坡信号不同。22.  一种图像捕获系统，包括：根据权利要求1～21中的任一项的光电转换装置；被配置为在多个像素中形成图像的光学系统；和被配置为处理从光电转换装置输出的信号并且产生图像数据的视频信号处理单元。23.  根据权利要求22所述的图像捕获系统，还包括：灵敏度选择单元，其中，光电转换装置的灵敏度水平通过灵敏度选择单元被选择。

说明书光电转换装置和图像捕获系统
技术领域
实施例的一个公开的方面涉及光电转换装置和图像捕获系统。特别地，实施例涉及具有AD转换器的光电转换装置和图像捕获系统。
背景技术
已提出了具有AD转换器的图像捕获装置。
日本专利公开No.2009-177797公开了比较信号电平随时间变化的基准信号与模拟信号以获得数字信号的基于斜坡的近似方法的AD转换。还公开了改变基准信号随时间的变化速率可改变AD转换中的增益。
在日本专利公开No.2010-045789中，公开了比较模拟信号与通过将满量程模拟信号的振幅除以2k获得的阈值的图像传感器。在该现有技术中，如果模拟信号大于阈值，那么模拟信号与具有相对大的变化速率的基准信号相比较，以获得MSB侧的n位数字数据。如果模拟信号等于或小于阈值，那么模拟信号与具有相对小的变化速率的基准信号相比较，以获得LSB侧的n位数字数据。
发明内容
在实施例的一个方面中，一种能够设定灵敏度水平的光电转换装置包括：包含多个像素并被配置为输出根据在多个像素中产生的信号的模拟信号的多个模拟信号输出单元；和被设置为与多个模拟信号输出单元对应并被配置为通过比较斜坡信号与从模拟信号输出单元输出的模拟信号执行模拟-数字(AD)转换的多个AD转换器，其中，在第一灵敏度水平中，多个AD转换器之中的每一个通过根据模拟信号的电平选择性地使用具有相互不同的斜率的第一斜坡信号和第二斜坡 信号之中的任一个执行AD转换，并且，在与第一灵敏度水平不同的第二灵敏度水平中，AD转换器之中的每一个仅使用第三斜坡信号作为用于执行AD转换的斜坡信号。
在实施例的另一方面中，一种能够设定灵敏度水平的光电转换装置包括：包含多个像素并被配置为输出根据在多个像素中产生的信号的模拟信号的多个模拟信号输出单元；和被设置为与多个模拟信号输出单元对应并被配置为通过比较斜坡信号与从模拟信号输出单元输出的模拟信号执行AD转换的多个AD转换器，其中，在第一灵敏度水平中，多个AD转换器之中的每一个通过根据模拟信号的大小选择性地使用具有相互不同的斜率的第一斜坡信号和第二斜坡信号之中的任一个执行AD转换，并且，在与第一灵敏度水平不同的第二灵敏度水平中，多个AD转换器之中的每一个通过根据模拟信号的大小选择性地使用具有相互不同的斜率的第三斜坡信号和第四斜坡信号中的任一个执行AD转换，并且，第四斜坡信号具有与第一斜坡信号的斜率和第二斜坡信号的斜率不同的斜率。
在实施例的又一方面中，一种能够设定灵敏度水平的光电转换装置包括：包含多个像素并被配置为输出根据在多个像素中产生的信号的模拟信号的多个模拟信号输出单元；被设置为与多个模拟信号输出单元对应的多个比较器；和斜坡信号供给单元，其中，在第一灵敏度水平中，斜坡信号供给单元根据输入比较器中的模拟信号的大小在比较器中选择性地输入具有相互不同的斜率的第一斜坡信号和第二斜坡信号之中的任一个，并且，比较器通过比较模拟信号和选择性地输入的第一斜坡信号和第二斜坡信号中的一个执行AD转换，并且，在第二灵敏度水平中，斜坡信号供给单元仅在比较器中输入第三斜坡信号，并且，比较器通过比较模拟信号与第三斜坡信号执行AD转换。
在实施例的又一方面中，能够设定灵敏度水平的光电转换装置包括：包含多个像素并被配置为输出根据在多个像素中产生的信号的模拟信号的多个模拟信号输出单元；被设置为与多个模拟信号输出单元对应的多个比较器；和斜坡信号供给单元，其中，在第一灵敏度水平 中，斜坡信号供给单元根据输入比较器中的模拟信号的大小在比较器中选择性地输入具有相互不同的斜率的第一斜坡信号和第二斜坡信号之中的任一个，并且，比较器通过比较模拟信号和选择性地输入的第一斜坡信号和第二斜坡信号中的一个执行AD转换，并且，在与第一灵敏度水平不同的第二灵敏度水平中，斜坡信号供给单元根据输入比较器中的模拟信号的大小在比较器中选择性地输入具有相互不同的斜率的第三斜坡信号和第四斜坡信号中的任一个，并且，比较器通过比较模拟信号和选择性地输入的第三斜坡信号和第四斜坡信号中的一个执行AD转换，并且，第四斜坡信号与第一斜坡信号和第二斜坡信号不同。
从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
附图说明
图1是示出通过AD转换器比较的模拟信号与基准信号之间的关系的示图。
图2是示出光电转换装置的示例性构成的示图。
图3是示出像素的示例性构成的示图。
图4是用于解释动作的定时图。
图5是示出模拟信号的信号振幅与数字数据之间的关系的示图。
图6是示出数字信号处理器(DSP)的示例性构成的详细示图。
图7A～7C是示出斜坡信号的时间变化的示图。
图8是示出基准信号随时间的变化的示图。
图9A和图9B是示出根据本实施例的基准信号随时间的变化的示图。
图10是示出基准信号随时间的变化的示图。
图11是示出光电转换装置的示例性构成的示图。
图12是示出列信号处理单元的示例性构成的详细示图。
图13A～13B是用于解释图像捕获系统的动作序列的示图。
图14是用于解释动作的示图。
图15是用于解释动作的示图。
图16是示出光电转换装置的示例性构成的示图。
图17是示出放大器电路的示例性构成的示图。
图18A和图18B是示出成像灵敏度、放大器电路的放大因子和斜坡信号之间的关系的示图。
图19是示出图像捕获系统的示例性构成的示图。
具体实施方式
典型的图像捕获装置具有可根据成像条件切换的多个灵敏度水平。本发明的发明人发现，如果通过使用在以上的日本专利公开No.2009-177797和No.2010-045789中描述的技术切换灵敏度水平，那么存在能够被AD转换的信号的动态范围可变窄的可能性。
本公开减少切换灵敏度水平时的动态范围的变窄。
为了有利于理解实施例，描述以上的日本专利公开No.2009-177797和No.2010-045789的光电转换装置中在切换灵敏度水平时可导致的问题。
为了改变光电转换装置中的灵敏度水平，可以改变关于信号的放大因子。在基于斜坡的近似方法的AD转换中，基准信号可在执行AD转换的AD转换时段中采取的信号电平的范围变为AD转换器的动态范围。如在日本专利公开No.2009-177797中描述的那样，当通过改变基准信号的变化速率即关于时间的斜率改变关于信号的放大因子时，当使得放大因子变大即使得基准信号的变化速率变小时，AD转换器的动态范围变窄。换句话说，当灵敏度水平被设定为越高时，AD转换器的动态范围变得越窄。
并且，在日本专利公开No.2010-045789描述的构成中，如果基准信号的斜率改变以改变光电转换装置的灵敏度水平，那么，与日本专利公开No.2009-177797同样，当灵敏度水平被设定为越高时，AD转换器的动态范围变得越窄。
鉴于以上的问题，在以下描述的实施例中，关于多个灵敏度水平之中的至少一个灵敏度水平，根据AD转换的模拟信号的大小从具有不同的斜率的多个基准信号选择基准信号。关于其它的灵敏度水平，与模拟信号的大小无关地通过使用一个基准信号执行AD转换，或者，根据模拟信号的大小选择与在上述的一个灵敏度水平中使用的多个基准信号不同的组合的多个基准信号。
以下，描述本公开的各种实施例。
第一实施例
图1是示出通过AD转换器比较的模拟信号与基准信号之间的关系的示图。在横轴上表示时间，在纵轴上表示信号电平。画出作为基准信号的斜坡信号H和斜坡信号L。斜坡信号H的最大值是VH。具有0～VH的信号电平的模拟信号可通过使用斜坡信号H被AD转换。斜坡信号L的信号电平的最大值是低于VH的VL。因此，当模拟信号的信号电平比VL高时，该信号不能被AD转换。这意味着，当使用斜坡信号L时，与使用斜坡信号H的情况相比，AD转换器的动态范围变窄。如果模拟信号比VL小，那么使用斜坡信号L，并且，如果模拟信号比VL大，那么使用斜坡信号H。因此，可在对相对低亮度的信号保持高分辨率的同时扩展AD转换器的动态范围。
图2是示出根据本实施例的光电转换装置的示例性构成的示图。光电转换装置1可选择性地设定多个灵敏度水平，并且具有像素阵列10、行选择单元15、列信号处理单元20、基准信号产生单元30、计数器40、列选择单元50、数字信号处理器(DSP)60和输出单元70。
像素阵列10包含矩阵状布置的多个像素11。在图2中，在两个行和两个列中布置像素11。在本实施例中，像素阵列10用作模拟信号输出单元。
列信号处理单元20被设置为与像素阵列10的列对应，并且具有比较单元22和存储器单元24。比较单元22具有比较器221和选择电路222。从像素阵列10输出的信号在比较器221的输入端子的相应的一个中被输入。从基准信号产生单元30输出的信号通过选择电路222 在比较器221的输入端子中的另一个中被输入。基准信号产生单元30输出用作阈值的信号和信号电平随时间改变的基准信号。选择电路222具有用作斜坡信号供给单元的功能，选择从基准信号产生单元30输出的任意信号，并且向比较器221的输入端子中的另一个供给选择的信号。
计数器40通过计数例如从未示出的定时控制单元供给的时钟信号输出计数信号。
存储器单元24具有标记存储器241、S存储器242和N存储器243。标记存储器241存储后面描述的标记信号。S存储器242和N存储器243根据比较器221的输出即根据模拟信号与基准信号之间的大小关系的变化存储从计数器40供给的计数信号。
列选择单元50选择存储器单元24。存储于选择的存储器单元24中的信号然后被传送到DSP 60。
DSP 60根据标记信号校正信号。DSP 60可执行存储于S存储器242中的信号与存储于N存储器243中的信号之间的差值处理。
输出单元70输出从DSP 60输出的信号。输出单元70可具有缓冲功能。
定时产生单元80供给关于光电转换装置1的动作的信号。
图3示出根据本实施例的像素11的示例性构成。像素11具有光电二极管PD、放大晶体管SF、传送晶体管TX、复位晶体管RES和选择晶体管SEL。分别通过信号信号和信号在电连接状态与非电连接状态之间切换传送晶体管TX、复位晶体管RES和选择晶体管SEL。向光电二极管PD的阳极提供接地电势。光电二极管PD的阴极通过传送晶体管TX与浮置扩散单元FD连接。放大晶体管SF的栅极与浮置扩散单元FD连接，并且还通过复位晶体管RES与电源SVDD连接。放大晶体管SF的主节点中的一个与电源SVDD连接。放大晶体管SF的主节点中的另一个通过选择晶体管SEL与输出节点PIXOUT连接。当选择晶体管SEL处于电连接状态时，放大晶体管SF与电流源IR一起构成源跟随器电路。
图4是用于解释根据本实施例的AD转换动作的定时图。图4关于某个列示出在比较器221的输入端子中的另一个中输入的斜坡信号VRAMP、从像素11输出的信号即比较器221的输入端子中的一个的信号电平Va、以及从比较器221提供给选择电路222的信号S。
时段Tad是AD转换模拟信号的时段。信号在时段Tad中处于低电平(以下，称为“L电平”)上。因此，选择电路222处于可提供从基准信号产生单元30供给的基准信号之中的关于时间的斜率相对小的基准信号的状态中。
在像素11中，当通过复位晶体管RES复位放大晶体管SF的栅极时，像素11输出基本信号。基本信号包含伴随复位的噪声分量。在像素11的输出在基本信号中稳定化之后，斜坡信号R在时段Td中被供给到比较器221。时段Td是AD转换基本信号的时段。斜坡信号R的信号电平开始随时间以第一斜率改变，同时，计数器40开始计数。当斜坡信号R在从时段Td的开始起经过时间Tr之后超过基本信号时，比较器221的输出改变，由此，从计数器40输出的计数信号存储于N存储器243中。
在时段Td结束之后，当在像素11的光电二极管PD中蓄积的电荷通过传送晶体管TX被传送到放大晶体管SF的栅极时，像素11输出有效信号。有效信号为在基本信号上重叠与在光电二极管PD中蓄积的电荷量相当的分量的信号。
时段Tj是进行确定的时段。在时段Tj中，向比较器221提供作为阈值的比较电压VREF。比较器221在时段Tj中比较有效信号与比较电压VREF。如果有效信号大于比较电压VREF，那么比较器221使得选择电路222输出H电平信号并且在标记存储器241中存储指示有效信号大于比较电压VREF的标记信号。如果有效信号小于比较电压VREF，那么比较器221使得选择电路222输出L电平信号并且在标记存储器241中存储指示有效信号小于比较电压VREF的标记信号。
时段Tu是AD转换有效信号的时段。在时段Tu中，供给到比较 器221的基准信号的斜率根据选择电路222的输出而不同。如果选择电路222的输出处于H电平，即，如果有效信号大于比较电压VREF，那么关于时间的斜率相对大的斜坡信号H被供给到比较器221。在图4中由实线示出这种情况。如果选择电路222的输出处于L电平，即，如果有效信号小于比较电压VREF，那么关于时间的斜率相对小的斜坡信号L被供给到比较器221。在图4中由点线示出这种情况。作为第二基准信号的斜坡信号H的信号电平开始随时间以第二斜率改变，同时，计数器40开始计数。当斜坡信号H在从时段Tu的开始起经过时间Ts之后超过基本信号时，比较器221的输出改变，由此，从计数器40输出的计数信号存储于S存储器242中。以下，斜坡信号L也被称为第一斜坡信号，并且，斜坡信号H也被称为第二斜坡信号。在本实施例中，当通过使用斜坡信号H执行有效信号的AD转换时，计数器40的动作频率被设定为在通过使用作为第一基准信号的斜坡信号L执行有效信号的AD转换的情况下的动作频率的1/2。通过该构成，如果模拟信号比阈值大，那么模拟信号被转换成位数小于模拟信号比阈值小的情况下的位数的数字信号。因此，可以减少功耗。当使用斜坡信号L时，获得p位数字信号。当使用斜坡信号H时，获得比p位小的q位数字信号。
图5是示出模拟信号的信号振幅与数字数据之间的关系的示图。在横轴上表示模拟信号的振幅。模拟信号的振幅与进入光电二极管的光量对应。在纵轴上表示AD转换之后的数字信号的值。这里，假定D1＝2047(＝1011-1)是数字值的满量程。
在图5中，如果模拟信号处于到VL的范围中，那么模拟信号通过使用斜坡信号L被转换成10位(＝210＝1024阶段)数字信号。如果模拟信号超过VL，那么模拟信号通过使用斜坡信号H被转换成数字信号。这里，在本实施例中，计数器40的动作频率减小到使用斜坡信号L的情况下的动作频率的1/2。另外，由于斜坡信号H关于时间的斜率为斜坡信号L关于时间的斜率的两倍大，因此，VL～VH的范围中的数字信号关于模拟信号的斜率是模拟信号为0～VL的范围中的 1/4。因此，通过用斜坡信号H转换模拟信号获得的数字信号是D8(＝255＝(1024/4)-1)～D4(＝511＝(2048/4)-1)。该值与当VL～VH的范围中的模拟信号通过使用斜坡信号L被AD转换时获得的数字信号的值的1/4对应。当要基于获得的数字信号形成图像时，1023-255＝768被加算到Dh的信号上，因此，在图像中，信号被视为与Dh′对应的信号。通过对由DI和Dh′示出特性的信号执行伽马处理，获得由Do示出的特性。
在日本专利公开No.2010-045789描述的技术中，当通过使用具有相对大的斜率的基准信号AD转换模拟信号时，获得位数与通过使用具有相对小的斜率的基准信号AD转换模拟信号的情况下的位数相同的数字信号。因此，该情况被应用于图5，VL～VH的范围中的模拟信号被转换成数据D2(1023)～数据D1(2047)的范围中的10位数据。但是，如果在该范围中获得10位数据，则认为功耗大。
在本实施例中，通过低功耗，低亮度分量被转换成10位数据且高亮度分量被转换成压缩信号。由于低亮度分量的亮度的变化对人眼来说是高度可见的，因此低亮度分量在图像中是重要的。另一方面，由于高亮度分量的亮度的变化与低亮度分量相比对人眼来说不是高度可见的，因此高亮度分量的压缩不容易导致问题。
根据本实施例，如上面描述的那样，可以减少功耗。
以上，描述了模拟信号比阈值大的情况和模拟信号比阈值小的情况，并且，为了有利于理解，没有描述模拟信号等于阈值的情况。如果模拟信号等于阈值，那么只需要任意地执行用于模拟信号大于阈值的情况的处理或用于模拟信号小于阈值的情况的处理。
在图4中，描述作为基准信号的三个斜坡信号R、L和H。这些信号之中，斜坡信号R和斜坡信号L被用于转换低振幅的模拟信号，并因此可具有相同的时间变化速率。如果斜坡信号R和斜坡信号L具有相同的时间变化速率，那么可减少供给基准信号的导线的数量。作为替代方案，各列的选择电路222可具有用于改变斜坡信号的时间变化速率的电路，并且各选择电路可产生斜坡信号R、L和H。在这种 情况下，可进一步减少从基准信号产生单元30与各列的选择电路222连接的导线的数量。斜坡信号H关于以第一斜率变化的斜坡信号R和L以比第一斜率大的第二斜率变化。
通过使用斜坡信号R转换的基本信号的主分量是噪声，因此，其信号电平不高。于是，斜坡信号R可采取的最大值可被设定为比斜坡信号L可采取的最大值低。因此，基本信号被AD转换的时段Td的长度可缩短。
作为用于确定有效信号的信号电平的阈值的比较电压VREF可以是供给的固定电压，或者可通过在斜坡信号的信号电平到达阈值时停止斜坡信号的时间变化而生成。比较电压VREF可等于斜坡信号L可采取的最大值VL，但希望比较电压VREF小于斜坡信号L可采取的最大值VL。这是由于，各比较器221具有偏移，因此，除非比较电压VREF被设定为充分地比VL高，否则存在偏移妨碍正确的确定的可能。因此，考虑各比较器221的偏移变化，希望将比较电压VREF设定为充分地低于斜坡信号L的最大值VL的信号电平。
以上，参照图5描述了将数字信号Dh转换成Dh′并且执行伽马处理。例如，在DSP 60中执行这些处理。特别地，当从标记存储器241输出的标记信号指示模拟信号被确定为超过阈值时，数字信号Dh的电平偏移到Dh′。
在图6中示出DSP 60的详细示例性构成。图6是图2的部分示图，其中，示出比较单元22、标记存储器241、S存储器242、N存储器243、列选择单元50、DSP 60和输出电路70。
DSP 60有增益比/斜率比误差校正单元62、斜率比误差检测单元64和差值处理单元66。增益比/斜率比误差校正单元62根据从标记存储器241输出的标记信号FG识别在从S存储器242输出的信号的AD转换中使用了哪个斜坡信号。根据识别结果，增益比/斜率比误差校正单元62校正从S存储器242输出的信号。然后，通过使用斜坡信号L获得的数字信号L-DATA和通过使用斜坡信号H获得的数字信号H-DATA变为选择性可用状态。该动作与图5中的将信号Dh转换成 信号Dh′对应。
斜率比误差检测单元64检测斜坡信号L的时间变化速率与斜坡信号H的时间变化速率之间的比，即，斜率比。在本实施例中，斜坡信号H的时间变化速率为斜坡信号L的时间变化速率的两倍。但是，该比值未必被应用于实际的情形。然后，斜率比误差检测单元64检测两个斜坡信号之间的斜率比，即，时间变化速率的比，并且，根据检测结果，增益比/斜率比误差校正单元62执行校正。差值处理单元66在从增益比/斜率比误差校正单元62输出的L′-DATA或H′-DATA与从N存储器243输出的N-DATA之间执行差值处理。
难以将斜坡信号L与斜坡信号H之间的斜率比制造为设计值。时间变化速率的误差在作为斜坡信号L与斜坡信号H的使用边界的信号电平VL附近导致信号段差。时间变化速率的误差可被测量并然后通过后面描述的DSP被校正。但是，由于使用斜坡信号H的AD转换压缩高亮度信号并且信号段差不在图像中导致任何问题，因此这种校正不总是必须的。
在斜坡信号L和斜坡信号L8中，在信号电平V8附近产生的段差在图像信号中是明显的，因此，当校正斜率比误差时，不损害图像质量。在后面描述斜率比误差的测量。
下面，描述在图像捕获系统中设定的成像灵敏度水平与在各成像灵敏度水平中使用的斜坡信号的组合。
图7A是示出根据本实施例的斜坡信号的时间变化的示图。图7A示出四个斜坡信号H、M、L1和L2。斜坡信号M、L1和L2可采取的最大值分别为VM＝(VH/2)、VL1＝(VH/4)和VL2＝(VH/8)，使得斜坡信号H可采取的最大值为VH。斜坡信号H、M和L1在时间T1达到它们的最大值，而斜坡信号L2在时间T2＝2·T1达到最大值VL2。
图7B是示出在图像捕获系统中设定的成像灵敏度水平和在各成像灵敏度水平中使用的斜坡信号的示图。沿列表示作为成像灵敏度水平的四个ISO速度100、200、400和800。沿行表示斜坡信号的类型。 带有“○”的单元表示使用斜坡信号。特别地，在ISO速度100下，不管模拟信号的电平如何，都只使用斜坡信号H；在ISO速度200下，使用斜坡信号H和M；在ISO速度400下，使用斜坡信号M和L1；并且，在ISO速度800中，使用斜坡信号M和L2。
由于当捕获高亮度被照体时ISO速度一般被降低，因此，在ISO速度100下仅使用斜坡信号H，使得高亮度信号也可被AD转换。另一方面，由于当被照体的亮度变低时ISO速度被设定为较高，因此，在ISO速度200或更高的情况下，使用两种类型的斜坡信号。当有效信号通过使用两种类型的斜坡信号被AD转换时，使用高时间变化速率的斜坡信号的情况下的计数器40的动作频率被设定为比使用低时间变化速率的斜坡信号的情况下的动作频率低。因此，与上述的实施例中的每一个同样，可在扩展动态范围的同时减少功耗。在较高的ISO速度下，可仅通过使用一个斜坡信号执行AD转换。这意味着，在图7B的例子中，在ISO速度800下，不管模拟信号的电平如何，模拟信号都可仅通过使用斜坡信号L2被AD转换。
这里，ISO速度200被称为第一灵敏度水平，ISO速度100被称为第二灵敏度水平。在作为第一灵敏度水平的ISO速度200下，选择性地使用斜坡信号H和斜坡信号M。如参照图4和其它附图描述的那样，根据模拟信号和阈值的比较结果确定在AD转换中使用斜坡信号H和斜坡信号M中的哪一个。在作为第二灵敏度水平的ISO速度100下，不管模拟信号的电平如何，都只使用斜坡信号H。因此，由于可在这两种灵敏度水平中获得到作为斜坡信号H可采取的最大值的VH的动态范围，因此，在切换光电转换装置的灵敏度水平时，动态范围不变窄。
类似地，如果ISO速度400被称为第一灵敏度水平且ISO速度100被称为第二灵敏度水平，那么，在第一灵敏度水平中获得0～VM的信号电平范围中的动态范围，并且，在第二灵敏度水平中获得0～VH的信号电平范围中的动态范围。在本实施例中，描述了不在第一灵敏度水平中使用斜坡信号H的例子。这是由于，在使用高灵敏度水平的 条件下不太可能输入高电平模拟信号，因此不使用斜坡信号H不会导致任何问题。作为替代方案，可以准备用于与模拟信号比较的多个阈值，并且，可对斜坡信号H、M和L1使用不同的阈值。
根据本实施例的光电转换装置可对任意的两个灵敏度水平执行以下a)处理和b)处理。a)在灵敏度水平之中的一个下，仅通过使用一个斜坡信号执行AD转换，并且，在灵敏度水平之中的另一个下，根据模拟信号的电平通过使用两个斜坡信号中的一个执行AD转换。b)在两种灵敏度水平中，均根据模拟信号的电平通过使用两个斜坡信号中的一个执行AD转换。
在a)中，在灵敏度水平之中的一个下使用的斜坡信号可具有与在灵敏度水平之中的另一个下使用的斜坡信号的斜率相同的斜率，或者可具有与在灵敏度水平之中的另一个下使用的斜坡信号不同的斜率。在b)中，在两种灵敏度水平中，使用的两个斜坡信号可以是具有不同的斜率的斜坡信号的组合，或者斜坡信号中的一些可具有相同的斜率。
描述作为在灵敏度水平之中的一个下使用的斜坡信号的第三基准信号的斜率。在第一灵敏度水平为第二灵敏度水平的n倍(或1/n倍)高的情况下，只需要第三基准信号的斜率被设定为作为在灵敏度水平之中的另一个下使用的斜坡信号的第一或第二基准信号的斜率的1/n倍(或n倍)大。特别是当n是由2k表达的值时，信号的处理变得简单。
与后面描述的第二实施例同样，图7C是示出要通过缩短斜坡信号的变化时段而不改变计数器40的动作频率来减少功耗的情况下的斜坡信号的时间变化的示图。
例如，在ISO速度200下，如果有效信号超过VM，那么使用斜坡信号HH，并且，如果有效信号小于VM，那么使用斜坡信号MM。并且，例如，在ISO速度400下，如果有效信号处于VL1～VM的范围中，那么使用斜坡信号MM，并且，如果有效信号小于VL1，那么使用斜坡信号LL。
根据本实施例，通过根据成像灵敏度水平改变使用的斜坡信号的斜率或者使用的斜坡信号的变化时段的长度，可以减少切换光电转换装置的灵敏度水平时的动态范围的变窄。
第二实施例
图8是示出根据本实施例的基准信号随时间的变化的示图。
在本实施例中，在通过在图4的时段Tu中使用斜坡信号H执行AD转换的情况下，使得计数器40在与通过使用斜坡信号L执行AD转换的情况相同的动作频率下计数。使得斜坡信号H在时段T3(＝T1/2)中达到其最大值VH，该时段T3为斜坡信号L达到最大值VL的时段的一半。
根据本实施例，通过使用斜坡信号H执行AD转换的时段可缩短，并因此可节省用于缩短时段中的比较单元的驱动电流的电力。因此，可以减少功耗。在计数器被设置在各列中的构成中，可通过减小计数器的频率减少功耗。
并且，可通过减少后面描述的图17的列放大器电路210中的消耗电流减少功耗。
第三实施例
图9A是示出根据本实施例的基准信号随时间的变化的示图。以下，主要描述与第一实施例的不同。
在第一实施例中，描述了根据有效信号的信号电平选择性地执行使用斜坡信号L的AD转换和在使计数器40在比使用斜坡信号L的情况低的频率下动作的同时使用斜坡信号H的AD转换。本实施例与第一实施例的不同在于，在本实施例中，通过对在第一实施例中通过使用斜坡信号L转换的信号范围(0～V8，V8比VL低)中的信号使用时间变化速率比斜坡信号L的时间变化速率还低的斜坡信号L8转换有效信号。
在本实施例中，通过对0～V8＝VH/8的范围中的有效信号使用时间变化速率为斜坡信号L的1/4的斜坡信号L8执行AD转换。此时，计数器40的动作频率与使用斜坡信号L的情况相同。
斜坡信号H的最大值为VH且VL为VL＝VH/2。即，VL＝VH·(1/2h)，这里，h＝1。V8为V8＝VH/8＝{VH·(1/2h)}·(1/2j)＝VL·(1/2j)，这里，j＝2。这里，描述可通过AD转换器转换的模拟信号的最大值为VH的情况。
因此，当假定计数器40输出p位计数信号时，如果通过使用斜坡信号L8转换有效信号，那么获得p位数字信号。并且，当通过使用斜坡信号L来AD转换有效信号时，获得p位数字信号。通过使用斜坡信号L8获得的数字信号被视为LSB侧的p位，并且，通过使用斜坡信号L获得的数字信号被视为MSB侧的p位。因此，将MSB侧的p位数字信号乘以2j等同于以(p+j)位的分辨率执行0～VL的范围中的有效信号的AD转换。即，可通过高分辨率AD转换具有低信号电平的范围中的信号。
当通过使用斜坡信号H执行AD转换时，执行比p位小的q位的AD转换。
根据本实施例的动作在斜坡信号VRAMP和选择电路222的输出S上与图4所示的动作不同。仅在图9B中示出斜坡信号VRAMP。
在确定时段Tj中，基准信号产生单元30输出比第一比较电压VREF低的第二比较电压VREF2。比较器221比较有效信号与作为第二阈值的第二比较电压VREF2。如果确定有效信号比第二比较电压VREF2小，那么使得选择电路222在AD转换时段Tu中向比较器221供给斜坡信号L8。在标记存储器241中存储指示有效信号比第二比较电压VREF2小的信号。
随后，基准信号产生单元30输出第一比较电压VREF。作为通过比较器221的有效信号与比较电压VREF之间的比较的结果，如果确定有效信号比第二比较电压VREF2大且比第一比较电压VREF小，那么使得选择电路222在AD转换时段Tu中向比较器221供给斜坡信号L。在标记存储器241中存储指示有效信号比第一比较电压VREF小的信号。如果确定有效信号比第一比较电压VREF大，那么，使得选择电路222在AD转换时段Tu中向比较器221供给斜坡信号VH。 在标记存储器241中存储指示有效信号比第一比较电压VREF大的信号。
在AD转换时段Tu中获得的AD转换结果存储于S存储器242中，并且通过DSP经受存储于N存储器243中的信号之间的差值处理，或者经受诸如偏移校正、增益校正和伽马处理的信号处理。
在本实施例中，当模拟信号小于比第一阈值VREF低的第二阈值时，模拟信号与斜坡信号L8比较以获得p位数字信号。
并且，在本实施例中，希望第二比较电压VREF2被设定为比斜坡信号L2的最大值小。
在本实施例中，作为信号电平比VL低的低亮度信号的模拟信号的位数可增加到(p+j)位。并且，当通过使用斜坡信号VH AD转换电平比信号电平VL大的有效信号时，通过与通过使用斜坡信号VL执行AD转换的情况相比降低计数器40的动作频率，可在动态范围不变的情况下减少功耗。
进一步描述斜率比误差。
图10示出斜坡信号H关于理想斜率具有误差的情况下的斜坡信号的波形。在图10中不包含图4的定时图所示的确定时段Tj。
在图10中，假定用于AD转换基本信号的斜坡信号L关于时间具有斜率k。时段T1是AD转换基本信号所需要的时段。
在理想情况下用于AD转换有效信号的斜坡信号H′具有a·k的时间变化速率。斜坡信号H的实际时间变化速率包含相对于理想值的误差β，并且，这里的时间变化速率为a·β·k。如果通过使用理想斜坡信号H′来AD转换有效信号，那么AD转换所需要的时间为T2'+T3'。如果通过使用实际斜坡信号H来AD转换有效信号，那么AD转换所需要的时间为T2+T3。
由于斜坡信号L与斜坡信号H′之间的斜率比为a，因此T1为T1＝a-T2'。当执行有效信号与基本信号之间的差值处理时，获得a·(T2'+T3')-T1＝a·T3'。但是，当在通过使用实际斜坡信号H获得的有效信号与基本信号之间执行差值处理时，获得a(T2+T3)-T1＝ a·(T2-T2'+T3')，并且，与使用理想斜坡信号H'的情况相比，产生误差。如果斜率比误差β是事先已知的，那么可通过将(T2+T3)除以β以获得{a·(T2+T3)/β}-T1＝a·T3'执行校正。
描述用于检测斜率比误差β的方法。首先，通过获得通过比较斜坡信号L和斜坡信号H的相同电平的有效信号获得的数字信号之间的比，获得a·β。然后，将a·β除以作为设定的斜率比的a，以获得斜率比误差β。
由此获得的斜率比误差β存储于斜率比误差检测单元64中并且可被用于信号校正。可在制造时检测斜率比误差。作为替代方案，可在图像捕获动作之前检测例如反映图像捕获时的温度条件的影响的斜率比误差。
第四实施例
在上述的实施例中，在基于斜坡的近似方法中通过与斜坡信号相比，AD转换有效信号。在本实施例中，描述使用组合逐次近似方法和基于斜坡的近似方法的混合AD转换系统的AD转换器的例子。
图11是根据本实施例的光电转换装置的示例性构成。图11所示的光电转换装置在列信号处理单元的构成以及基准信号产生单元的构成上与图2所示的光电转换装置不同。其它的构成与图2所示的构成相同，并且在图11中没有被示出。
除了斜坡信号产生单元104以外，本实施例中的基准信号产生单元30具有基准电压产生单元103。
本实施例中的列信号处理单元20具有开关/电容器组106、比较器107、控制电路108、计数器109和存储器110。
图12详细示出列信号处理单元20的构成。开关/电容器组106包含逐次近似电容单元SA和输入电容Cin。来自像素阵列10的输出通过输入电容Cin被供给到比较器107的非反相输入端子。
在逐次近似电容单元SA中，电容值1C、1C、2C和4C的电容元件在逐次近似电容单元SA中被并联连接。因此，对基准电压VRF的二进制加权是可能的。在本实施例中，实现2位逐次近似。与电容 值1C、2C和4C的电容元件中的每一个串联连接的开关将相应的电容元件选择性地连接到基准电压VRF和接地电势GND。与电容值1C的电容元件串联连接的开关向相应的电容元件选择性地供给作为斜坡信号L的VRMPL和作为斜坡信号H的VRMPH。
比较器107具有可被复位到接地电势GND的输入端子，并且具有与控制电路108连接的输出端子。
计数器109在控制电路108的控制下动作。
图13A是用于解释图像捕获系统的成像灵敏度水平为ISO速度100的情况下的动作序列的示图。图13A示出从逐次近似部分SA供给到比较器107的信号。首先，电压VRF/2和电压VRF/4与有效信号比较以AD转换有效信号的高次的2位。该动作被称为第一处理。然后，与在第一处理中获得的数字信号的最低有效位对应的低次模拟信号与斜坡信号VRMPH比较以AD转换低次的8位。这种情况下的AD转换范围为0～VRF。
图13B是用于解释图像捕获系统的成像灵敏度水平为ISO速度200的情况下的动作序列的示图。图13B与图13A的不同在于，用于比较的信号基准电压在逐次近似动作中为VRF/4和VRF/8并且使用斜坡信号VRMPL。但是，如果执行这种处理，那么ISO速度200下的AD转换范围变为ISO速度100下的一半。
下面描述根据本实施例的动作。
图14是用于解释有效信号在ISO速度200下为比VRF/2小的低亮度信号(A_IN<VRF/2)的情况下的动作的定时图。当信号S0～S1处于H电平时，各相应的开关向相应的电容元件供给基准电压VRF。当信号S0～S1处于低电平时，各相应的开关供给接地电势GND。
在时段T1～T3中，通过2位逐次近似方法AD转换有效信号。在时段T1中，确定有效信号是大于还是小于电压VRF/2，并且，在时段T2和T3中，根据确定结果，确定在与有效信号比较时使用的电压。在图14中，作为数字代码，获得“10”。由于从时段T1中的确定结果示出A_IN<VRF/2，因此控制电路108控制开关，使得斜坡信号 VRMPL被供给到电容值1C的电容元件。因此，在时段T4中，通过使用时间变化速率相对低的斜坡信号VRMPL AD转换8个位。
图15是用于解释成像灵敏度水平类似地为ISO速度200但有效信号为超过VRF/2的高亮度信号(A_IN>VRF/2)的情况下的动作的定时图。
在这种情况下，在通过逐次近似方法AD转换2个位之后，通过使用时间变化速率相对高的斜坡信号VRMPH来AD转换7个位。当AD转换7个位时，如在以上的各实施例中描述的那样，可例如通过改变计数器109的动作频率或者改变斜坡信号指示时间变化的时段，在扩展动态范围的同时减少功耗。并且，在图13B的情况下不能被AD转换的VRF/2～VRF的范围中的有效信号也可被AD转换。
第五实施例
在上述的各实施例中，通过降低斜坡信号的时间变化速率增加对于信号的增益。但是，实际上，存在由比较器或基准信号产生单元导致的噪声，因此，如果斜坡信号的时间变化速率低，那么有效信号与噪声之间的判别可能变得不可能。
从而，在本实施例中，在模拟信号处理单元中设置放大器以减少噪声的影响。
图16是示出根据本实施例的光电转换装置的示例性构成的示图。图16与图2的不同在于，在像素阵列10的各列中设置放大器电路210。
在图17中详细示出放大器电路210的构成。放大器电路210具有差动放大器211、输入电容C0、反馈电容C1、反馈电容C2、开关SW1、SW2和SW3和向差动放大器211供给电流的电流源I。电流源I是可在I1与I2之间切换供给到差动放大器211的电流的可变电流源。这里，假定I2＝I1/2。开关SW1～SW4由定时产生单元80控制。放大器电路210的放大因子基于差动放大器211的反馈路径上的活动反馈电容的电容值与输入电容C0的电容值之间的比被确定。放大器电路210可通过已知的方法作为箝位电路动作，因此，通过从有效信号减少基本信号获得的信号可被放大。
通常，当光电转换装置的ISO速度改变时，放大器电路的放大因子也被切换。在这种情况下，动态范围变窄。在本实施例中，通过将基于ISO速度的放大因子的范围设定得小并且改变斜坡信号的时间变化速率，扩展动态范围。
图18A是示出本实施例中的ISO速度、放大器电路的放大因子(即，放大器增益)和斜坡信号之间的关系的表格。在本实施例中，在ISO速度为100、200和400的情况下，放大器增益固定于1倍，并且，用于AD转换的斜坡信号的组合改变。类似地，在ISO速度为800和1600的情况下，放大器增益固定为两倍，并且，用于AD转换的斜坡信号的组合改变。由于斜坡信号的组合与参照图7描述的情况相同，因此省略其描述。
图18B示出对光电转换装置的入射光量与对应于入射光量的信号电平之间的关系。当ISO速度为100、200和400时，放大器增益为G1＝1，因此，可接受0～L1的入射光量。当ISO速度为800和1600时，放大器增益为G2＝2，因此，可接受0～L2(＝L1/2)的入射光量。
当ISO速度为100时，仅通过使用斜坡信号H执行AD转换。当ISO速度为200时，通过使用斜坡信号M来AD转换0～V2的范围中的信号，并且，通过使用斜坡信号H来AD转换V2～V1的范围中的信号。类似地，当ISO速度为400时，通过使用斜坡信号L来AD转换0～V4的范围中的信号，并且，通过使用斜坡信号H来AD转换V4～V1的范围中的信号。
并且，在本实施例中，可在扩展动态范围的同时减少功耗。
可根据图像捕获系统的动作模式改变放大器电路中的消耗电流。特别地，在运动图像捕获模式中，向差动放大器供给电流I2以减少放大器电路的驱动能力，并且，在静止图像捕获模式中，向差动放大器供给电流I1。
第六实施例
图19是示出根据本实施例的图像捕获系统的示例性构成的示图。图像捕获系统800具有例如光学单元810、图像捕获元件100、视频信 号处理单元830、记录/通信单元840、定时控制单元850、系统控制单元860和再现/显示单元870。图像捕获装置820具有图像捕获元件100和视频信号处理单元830。在前面的实施例中描述的光电转换装置被用作图像捕获元件100。
作为例如诸如透镜的光学系统的光学单元810在二维阵列状布置多个像素的像素阵列10中将来自被照体的光束成像，并且在图像捕获元件100中形成被照体的图像。图像捕获元件100在基于来自定时控制单元850的信号的定时根据在像素阵列10中成像的光输出信号。从图像捕获元件100输出的信号被输入到作为视频信号处理单元的视频信号处理单元830中，并且，视频信号处理单元830根据例如由程序限定的方法执行信号处理。通过视频信号处理单元830中的处理获得的信号作为图像数据被发送到记录/通信单元840。记录/通信单元840将用于形成图像的信号发送到再现/显示单元870，并且使得再现/显示单元870再现和显示运动图像和静止图像。响应来自视频信号处理单元830的信号，记录/通信单元840与系统控制单元860通信，并且在未示出的记录介质上记录用于形成图像的信号。
系统控制单元860总体控制图像捕获系统的动作，并且控制光学单元810、定时控制单元850、记录/通信单元840、以及再现/显示单元870的驱动。系统控制单元860具有未示出的存储装置，该存储装置例如为记录介质。控制图像捕获系统的动作所需要的程序等被记录于存储装置中。系统控制单元860向图像捕获系统供给用于根据例如用户操作切换驱动模式和灵敏度水平的信号。特定的例子包括开始读取的线的变化、进行复位的线的变化、作为电子变焦的结果的视角的变化和作为电子图像稳定化的结果的视角的偏移。当图像捕获系统的灵敏度水平根据用户输入被切换时，图像捕获元件100的灵敏度水平也根据所述切换被切换。即，系统控制单元860具有作为选择图像捕获系统800的灵敏度水平的灵敏度选择单元的功能，并且，图像捕获元件100的灵敏度水平根据选择的灵敏度水平被切换。
定时控制单元850在系统控制单元860的控制下控制图像捕获元 件100的驱动定时和视频信号处理单元830的驱动定时。定时控制单元850可用作设定图像捕获元件100的成像灵敏度水平的灵敏度设定单元。
其它实施例
以上的实施例中的每一个出于实现的目被解释并且可在不背离本公开的技术思想的情况下被修改，并且，多个实施例的要素可被组合。
例如，在以上的实施例中的每一个中描述了信号电平以关于时间的斜率的形状变化的斜坡信号，但是，斜坡信号可关于时间以台阶状变化。
有利的效果
根据本公开，可减小切换灵敏度水平时的动态范围的变窄。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。