图像感测设备及其驱动方法

摘要

本发明公开了图像感测设备及其驱动方法。图像感测设备包括像素阵列，在所述像素阵列中布置多个像素以形成多个行和多个列；第一A/D转换器，被配置用于对来自所述像素阵列的信号执行第一模数转换；第二A/D转换器，被配置用于与第一A/D转换器执行的第一模数转换并行地对来自所述像素阵列的所述信号执行第二模数转换；第一输出单元，被配置为输出通过第一A/D转换器执行的第一模数转换获得的第一结果和通过第二A/D转换器执行的第二模数转换获得的第二结果中的一个；以及第二输出单元，被配置为输出指示第一结果和第二结果中的哪一个已被从第一输出单元输出的信息。

权利要求

1.一种图像感测设备，包括：

像素阵列，在所述像素阵列中布置多个像素以形成多个行和多个列；

第一A/D转换器，被配置用于在来自所述像素阵列的模拟信号具有在第一范围内的水平的情况下，使用第一基准信号对该模拟信号执行第一模数转换，以生成用作数字信号输出的第一数字信号；

第二A/D转换器，被配置用于在来自所述像素阵列的模拟信号具有在与第一范围不同的第二范围内的水平的情况下，使用与第一基准信号不同的第二基准信号对该模拟信号执行第二模数转换，以生成用作数字信号输出的第二数字信号，其中所述第一A/D转换器和所述第二A/D转换器被配置用于并行地对于来自所述像素阵列的模拟信号分别执行所述第一模数转换和所述第二模数转换；

第一输出单元，被配置用于选择所述第一数字信号和所述第二数字信号中的一个，并且输出所述第一数字信号和所述第二数字信号中所选的一个作为数字信号输出；以及第二输出单元，被配置用于输出指示所述第一数字信号和所述第二数字信号中的哪一个被从第一输出单元输出的信息。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，

所述第一范围和所述第二范围彼此不重叠。

3.根据权利要求2所述的设备，其中

第一基准信号和第二基准信号是斜坡信号，以及

第二基准信号的斜率与第一基准信号的斜率相同，在所述第一基准信号和所述第二基准信号之间设置有电压差。

4.根据权利要求3所述的设备，进一步包括

信号输出单元，被配置用于输出所述第一基准信号至第一基准信号线；和电容器，所述电容器被充电以保持所述电压差，然后所述电容器被连接在所述第一基准信号线与第二基准信号线之间，所述第二基准信号被提供给所述第二基准信号线。

5.根据权利要求2所述的设备，其中，

第一基准信号和第二基准信号是斜坡信号，以及

第一范围和第二范围具有不同的范围宽度，并且第一基准信号的斜率与第二基准信号的斜率之间的比率依赖于第一范围的范围宽度与第二范围的范围宽度之间的比率。

6.根据权利要求2所述的设备，其中，

第一A/D转换器包含计数器，所述计数器被配置用于执行向上计数操作和向下计数操作中的至少一个并且测量直至来自所述像素阵列的信号与第一基准信号之间的大小关系反转的时间，以及第二A/D转换器包含被配置用于执行向上计数操作和向下计数操作中的至少一个并且测量直至来自所述像素阵列的信号与第二基准信号之间的大小关系反转的时间的计数器。

7.根据权利要求1所述的设备，进一步包含：

第一单元，被配置用于输出恒定信号，所述恒定信号的极性与来自所述像素阵列的信号的极性不同，以及第二单元，被连接到第一单元或者所述像素阵列，并且被配置用于在对来自所述像素阵列的信号进行积分之后对来自第一单元的信号进行积分，其中，第一A/D转换器通过将从第二单元输出的信号与第一基准信号进行比较来执行第一模数转换，第二A/D转换器通过将从第二单元输出的信号与第二基准信号进行比较来执行第二模数转换，第二基准信号与第一基准信号不同，以及第一基准信号用于与落在从第二单元输出的信号的动态范围的第一范围和第二范围之一内的信号进行比较，并且第二基准信号用于与落在第一范围和第二范围中的另一个内的信号进行比较。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，

第一A/D转换器包含第一寄存器、被配置用于基于第一基准信号将第一寄存器的值转换成第一模拟信号的第一D/A转换器、以及被配置用于将来自所述像素阵列的信号与第一模拟信号进行比较的第一比较器，第二A/D转换器包含第二寄存器、被配置用于基于第二基准信号将第二寄存器的值转换成第二模拟信号的第二D/A转换器、以及被配置用于将来自所述像素阵列的信号与第二模拟信号进行比较的第二比较器，以及第一模拟信号用于与落在来自所述像素阵列的信号的动态范围的第一范围和第二范围之一内的信号进行比较，并且第二模拟信号用于与落在第一范围和第二范围中的另一个内的信号进行比较。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，

从第一输出单元输出的第一数字信号和第二数字信号中的一个以及从第二输出单元输出的所述信息被输出作为包含所述信息作为1比特头部的数字信号。

10.根据权利要求1所述的设备，其中，

在所述多个像素的所述多个列中的每一列上布置第一A/D转换器，并且在所述多个列中的每一列上布置第二A/D转换器。

11.根据权利要求1所述的设备，进一步包含开关单元，

其中，所述图像感测设备包含第一模式和第二模式作为操作模式，在第一模式中，从所述像素阵列的所述多个列中的每一列读出信号，并且在第二模式中，从所述多个列中的第一组中的每一列读出信号，以及在第一模式中，所述开关单元使第一A/D转换器与所述第一组中的一列相关联，并且使第二A/D转换器与不同于第一组的第二组中的一列相关联，以及在第二模式中，所述开关单元使第一A/D转换器和第二A/D转换器与所述第一组中的一列相关联。

12.根据权利要求1所述的设备，其中，

第一输出单元包含选择器，所述选择器被配置用于基于第一A/D转换器的输出选择第一数字信号和第二数字信号之一。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，

第一输出单元进一步包含锁存器，所述锁存器被配置用于保持第一A/D转换器的输出。

14.一种图像感测系统，包括：

根据权利要求1-13中任一项所述的图像感测设备；以及

处理单元，被配置用于处理所述图像感测设备输出的信号。

15.一种图像感测设备的驱动方法，所述图像感测设备包括像素阵列，在所述像素阵列中布置多个像素以形成多个行和多个列，所述驱动方法包括：对于来自所述像素阵列的模拟信号执行第一模数转换和第二模数转换，在该模拟信号具有在第一范围内的水平的情况下，使用第一基准信号执行第一模数转换以生成用作数字信号输出的第一数字信号，在该模拟信号具有在与第一范围不同的第二范围内的水平的情况下，使用与第一基准信号不同的第二基准信号执行第二模数转换，以生成用作数字信号输出的第二数字信号；以及选择所述第一数字信号和所述第二数字信号中的一个并且输出所述第一数字信号和所述第二数字信号中所选的一个作为数字信号输出，并且输出指示所述第一数字信号和所述第二数字信号中的哪一个被输出的信息。

说明书

图像感测设备及其驱动方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种图像感测设备以及该图像感测设备的驱动方法。

背景技术

[0002] 日本专利特开No.2011-35689公开了一种图像感测设备的布置，其通过将两个A/D转换器与像素阵列的每一列相关联，对于来自像素阵列的每一列的像素信号并行地执行两个信号处理。这两个A/D转换器中的每一个包括比较器和计数器。该两个A/D比较器分别接收具有不同改变范围的斜坡信号（ramp signal），并且将所接收到的斜坡信号与像素信号进行比较。该两个计数器中的每一个测量对应的比较器的比较时间，并且输出测量结果（计数值）。

[0003] 通过上述布置，从一个像素信号获得两个计数值，并且在数据传送之后通过将这两个计数值相加而获得对应于该像素信号的数字信号。根据日本专利特开No.2011-35689，由于一个像素信号被输入两个A/D转换器，并且具有不同改变范围的两个斜坡信号被使用，因此各比较器的比较时间被减半，从而提高图像感测设备的帧率。

[0004] 在日本专利特开No.2011-35689中公开的类型的图像感测设备中，例如，如果计数值由十六进制数表示，则一个A/D转换器用于执行对应于计数值0（0000）到F（1111）之中的计数值0至7之一的模拟信号的比较和测量。另一个A/D转换器用于执行对应于计数值8至F中的一个的模拟信号的比较和测量。

[0005] 如果，例如，对应于计数值3的模拟信号被输入，则从一个A/D转换器获得计数值3，并且从另一A/D转换器获得最大计数值（指示溢出的值0），然后将这些值进行相加。如果对应于计数值B的模拟信号被输入，则从一个A/D转换器获得最大计数值（指示溢出的值8），并且从另一A/D转换器获得计数值B，然后将这些值进行相加。

[0006] 由于这两个数据中的一个是指示溢出的最大计数值，完好输出所获得的两个数据不是必需的。根据在日本专利特开No.2011-35689中描述的数据处理方法，过量的数据被传送。这可能以重的负载驱动总线，当将数据输出至外部IC时尤其如此，由此使得功耗增加。

发明内容

[0007] 本发明提供了一种在像素信号的信号处理方面有利的技术。

[0008] 本发明的第一方面是一种图像感测设备，包括像素阵列，在像素阵列中布置有多个像素以形成多个行和多个列，第一A/D转换器，被配置为对来自像素阵列的信号执行第一模数转换，第二A/D转换器，被配置为与第一A/D转换器进行的第一模数转换并行地对来自像素阵列的该信号执行第二模数转换，第一输出单元，被配置为输出通过第一A/D转换器执行的第一模数转换所获得的第一结果和通过第二A/D转换器执行的第二模数转换所获得的第二结果之一，以及第二输出单元，被配置为输出指示第一结果和第二结果中的哪一个已被从第一输出单元输出的信息。

[0009] 本发明的第二方面是一种图像感测设备的驱动方法，该图像感测设备包含像素阵列，在像素阵列中布置有多个像素以形成多个行和多个列，该方法包括第一转换步骤，用于对来自像素阵列的信号执行第一模数转换，第二转换步骤，用于与第一转换步骤并行地对来自像素阵列的该信号执行第二模数转换，第一输出步骤，用于输出第一转换步骤中获得的第一结果和第二转换步骤中获得的第二结果之一，以及第二输出步骤，用于输出指示第一结果和第二结果中的哪一个已被在第一输出步骤中输出的信息。

[0010] 参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清楚。

附图说明

[0011] 图1是用于解释根据第一实施例的图像感测设备的布置的示例的电路图；

[0012] 图2是用于解释根据第一实施例的图像感测设备的布置的示例的电路图；

[0013] 图3是用于解释根据第一实施例的图像感测设备的选择器的布置的示例的电路图；

[0014] 图4是用于解释根据第一实施例的图像感测设备的操作的时序图；

[0015] 图5是用于解释根据第一实施例的图像感测设备的另一操作的时序图；

[0016] 图6是用于解释根据第一实施例的图像感测设备的布置的另一示例的电路图；

[0017] 图7是用于解释根据第一实施例的图像感测设备的又另一操作的时序图；

[0018] 图8是用于解释根据第二实施例的图像感测设备的布置的示例的电路图；

[0019] 图9是用于解释根据第二实施例的图像感测设备的操作的时序图；

[0020] 图10是用于解释根据第二实施例的图像感测设备的另一操作的时序图；

[0021] 图11是用于解释根据第三实施例的图像感测设备的布置的示例的电路图；

[0022] 图12是用于解释根据第三实施例的图像感测设备的操作的时序图；

[0023] 图13是用于解释根据第三实施例的图像感测设备的另一操作的时序图；

[0024] 图14是用于解释根据第四实施例的图像感测设备的布置的示例的电路图；

[0025] 图15是用于解释根据第四实施例的图像感测设备的布置的另一示例的电路图；以及

[0026] 图16是用于解释根据第四实施例的布置的另一示例的操作的时序图。

具体实施方式

[0027] （第一实施例）

[0028] 将参照图1到7描述根据第一实施例的图像感测设备I1。图1示出图像感测设备I1的布置。图像感测设备I1包括像素阵列101、A/D转换器201（第一A/D转换器）、A/D转换器202（第二A/D转换器）、输出单元U1（第一输出单元）、和输出单元U2（第二输出单元）。图像感测设备I1还可包含定时发生器118、垂直扫描电路103、水平扫描电路115和信号输出单元108及109。

[0029] 像素阵列101可通过布置多个像素102以形成多个行和多个列来形成。每个像素102仅需要具有已知的布置。例如，每个像素102可包括光电转换单元（例如，光电二极管）以及用于读出与对于入射光由光电转换单元生成的电荷量对应的信号的一个或多个晶体管。
每个晶体管经由对于像素阵列101的相应行布置的信号线104中的对应的一条信号线接收来自垂直扫描电路103的控制信号。这使得可从各像素102经由对应的列信号线105读出信号（像素信号）。

[0030] A/D转换器201和202以及输出单元U1和U2被设置在例如像素阵列101的各列上。A/D转换器201对来自像素阵列101的信号a0（模拟信号）进行模数转换（A/D转换）（第一模数转换）。A/D转换器202可与A/D转换器201并联连接。A/D转换器202与由A/D转换器201执行的A/D转换同时地对来自像素阵列101的信号a0进行A/D转换（第二模数转换）。

[0031] 输出单元U1输出通过A/D转换器201执行的A/D转换获得的数字信号d1（第一结果）和通过A/D转换器202执行的A/D转换获得的数字信号d2（第二结果）之一。输出单元U2输出指示数字信号d1和d2中的哪一个已被从输出单元U1输出的信息di。

[0032] 水平扫描电路115进行控制以读出各列的输出单元U1和U2的输出（数据），并且经由总线117依次水平传送数据，由此将数据输出至外部电路（例如，用于执行数据处理的处理单元）（未示出）。定时发生器118将包含时钟信号的基准信号或控制信号供给上述模块中的每一个，该模块然后根据其布置来执行操作。

[0033] 图2示出了图像感测设备I1的一部分的布置的详细示例，该部分包括与像素阵列101的一列对应的A/D转换器201和202以及输出单元U1和U2。A/D转换器201包括例如比较器
203和计数器207。A/D转换器201通过使用比较器203和计数器207将来自像素阵列101的信号a0与斜坡信号Vref1（第一基准信号）进行比较以执行A/D转换。例如，斜坡信号Vref1可被从信号输出单元108供给A/D转换器201。计数器207使用例如来自定时发生器118的时钟信号CLK，测量直至来自像素阵列101的信号a0和斜坡信号Vref1之间的大小关系反转时的时间。计数器207执行向上计数（count up）操作和向下计数（count down）操作中的至少一个。

[0034] 类似于A/D转换器201，A/D转换器202将来自像素阵列101的信号a0与不同于斜坡信号Vref1的斜坡信号Vref2（第二基准信号）进行比较。例如，斜坡信号Vref2可被从信号输出单元109供给到A/D转换器202。斜坡信号Vref1和Vref2具有例如相同的斜率，并且斜坡信号Vref2包括相对于斜坡信号Vref1的偏差分量。如上所述，来自像素阵列101的信号a0同时经受两次A/D转换处理，由此获得数字信号d1和d2。

[0035] 输出单元U1输出数字信号d1和d2中的一个。输出单元U2输出信息di，该信息di指示数字信号d1和d2中的哪一个已被从输出单元U1输出。输出单元U1可由例如选择器214和缓冲器Buf1形成。输出单元U2可由例如锁存器212和缓冲器Buf2形成。缓冲器Buf1和Buf2中的每一个可经由信号线116从水平扫描电路115接收用于水平传送的控制信号。锁存器212保持来自比较器203的输出。基于锁存器212保持的信息，选择器214选择并输出数字信号d1和d2中的一个。例如，选择器214仅需要基于预定控制信号输出两个输入信号中的一个，并且如图3所示，可由诸如AND电路和反相器的逻辑电路形成。来自输出单元U1和U2中的每一个的信号可经由缓冲器被输出到例如总线117。

[0036] 下文将参照图4和5描述图像感测设备I1中的读出像素信号的过程。图像感测设备I1在第一时段T1期间执行第一信号读出操作，并且在第二时段T2期间执行第二信号读出操作。在第一时段T1期间，紧接在像素102的状态被初始化（复位）之后的信号（在下文要被称为N分量）可被读出。在第二时段T2期间，在自初始化以来经过了预定时间之后可从像素102读出信号（在下文要被称为S分量）。此后，这两个信号之间的差经受A/D转换。应指出S分量依赖于在像素102中生成的电荷量，即入射在像素102上的光量。因此，例如，入射光量越大，N和S分量之间的差越大，并且反之亦然。还应指出，用于读出像素信号的方法不限于此实施例中作为示例说明的电路布置。例如，根据相关双采样（CDS）方法的电路布置可被采用。如果在像素阵列101和A/D转换器201及202之间设置CDS电路，则通过将CDS电路的输入单元进行复位而获得的信号可在第一时段T1期间作为N分量被读出。此外，经由CDS电路从像素102输出的信号可在第二时段T2期间作为S分量被读出。

[0037] 图4是示出当入射到像素102上的光量小时、即亮度水平低（处于低亮度）时的图像感测设备I1的操作的时序图。在第一时段T1期间，定时发生器118输出用于A/D转换N分量信号的使能信号，由此执行第一比较操作。在第一时段T1期间，A/D转换器201比较N分量信号和斜坡信号Vref1。在此比较操作中，计数器207执行向下计数操作。当这两个信号之间的大小关系反转时（例如，当比较器203的输出从低水平改变为高水平时），计数器207的向下计数操作停止。类似于A/D转换器201，A/D转换器202将N分量信号与斜坡信号Vref2进行比较。

[0038] 在第二时段T2期间，定时发生器118输出用于A/D转换S分量信号的使能信号，由此执行第二比较操作。在第二时段T2期间，A/D转换器201比较S分量信号和斜坡信号Vref1。在此比较操作中，计数器207执行向上计数操作。当这两个信号之间的大小关系反转时，计数器207的向上计数操作停止。基于第一时段T1期间的向下计数操作的结果和第二时段T2期间的向上计数操作的结果，相对于计数器207的初始值的改变可被获得作为要被取得的数字信号。

[0039] 此外，在第二时段T2期间，类似于A/D转换器201，A/D转换器202可比较S分量信号与斜坡信号Vref2。如上所述，斜坡信号Vref1和Vref2具有例如相同斜率，并且斜坡信号Vref2包含相对于斜坡信号Vref1的偏差分量。在其中亮度水平低的此示例中，在第一时段T1之后，A/D转换器202的比较器204的比较结果仍为反转（在此示例中，比较器204的输出仍为高水平）。即，在A/D转换器202中，来自像素阵列的信号a0超过如下范围，在该范围中通过比较器204进行比较是可能的，因此可省略计数器208的向上计数操作。

[0040] 在其中亮度水平低的此示例中，锁存器212保持从A/D转换器201的比较器203输出的高水平“1”。基于此信息，选择器214选择并输出数字信号d1。

[0041] 类似于图4，图5是示出当入射到像素102上的光量大时、即亮度水平高（处于高亮度）时的图像感测设备I1的操作的时序图。在第一时段T1期间的操作与图4中所示的操作相同，因而其描述将被省略。由于在亮度水平高的此示例中，在第二时段T2期间S分量大，因此在第一时段T1之后，A/D转换器201的比较器203的比较结果未反转（在此示例中仍为低电平）。另一方面，在第一时段T1之后，A/D转换器202的比较器204的比较结果反转（在此示例中，从低水平改变到高水平）。在亮度水平高的此示例中，因此，锁存器212保持低水平“0”，基于该水平“0”，选择器214选择并且输出数字信号d2。

[0042] 通过图像感测设备I1的布置，斜坡信号Vref1可被用于例如与落在来自像素阵列101的信号a0的动态范围的第一范围R1和第二范围R2之一（例如，范围R1）内的信号进行比较。此外，斜坡信号Vref2可被用于与落在范围R1和R2中的另一个（例如，范围R2）内的信号进行比较。通过使用这两个基准信号来对于从像素阵列101读出的一个模拟信号（像素信号a0）并行执行两个A/D转换处理，获得两个数字信号（数字信号d1和d2）。

[0043] 输出单元U1输出这两个数字信号之一，并且输出单元U2输出指示这两个数字信号中的哪一个已被从输出单元U1输出的信息（信息di）。图像感测设备I1仅需要将输出单元U1和U2的输出（数字信号）发送至外部模块作为例如包含信息di作为1比特头部的数字信号。也就是说，图像感测设备I1生成添加1比特信息作为头部的数字信号。这减小了由作为图像感测设备I1的输出目的地的外部模块（例如，上述处理单元）处理的数字信号的数据量，并且例如可省略诸如两个数字信号的加法处理的数据处理。如上所述，根据此实施例，有助于用于图像感测设备I1获得的信号的信号处理，因此这在例如提高图像处理速度并且减小功耗方面是有利的。

[0044] 尽管在上述实施例中已经描述了信号输出单元108和109分别输出斜坡信号Vref1和Vref2的布置，但是本发明并不局限于此。例如，如图6所示，图像感测设备I1a包含电容器1301和信号输出单元108X，并且可通过使用开关1302切换电容器1301与信号输出单元108X之间的连接关系来生成两个斜坡信号。更具体而言，信号输出单元108X在对电容器1301充电之后输出具有斜坡波形的信号。图像感测设备I1a可使用该信号作为斜坡信号Vref1，并且使用包含通过充电生成的电容器的电压作为相对于斜坡信号Vref1的偏差分量的信号作为斜坡信号Vref2。

[0045] 在上述实施例中，已经解释了使用具有相同斜率的斜坡信号Vref1和Vref2执行两个A/D转换处理的布置。但是，还可使用具有不同斜率的斜坡信号Vref1和Vref2执行两个A/D转换处理。例如，以下情况也是足够的，即范围R1和R2具有不同的范围宽度，并且斜坡信号Vref1和斜坡信号Vref2的斜率之间的比率依赖于范围R1和R2的范围宽度之间的比率。此外，如图7中作为示例说明的，范围R1和R2可相互重叠，只要它们不背离本发明的精神和范围即可。

[0046] （第二实施例）

[0047] 将参照图8至10描述根据第二实施例的图像感测设备I2。根据此实施例的用于执行A/D转换的布置与第一实施例不同。如图8作为示例说明的，图像感测设备I2可包含恒压源602（第一单元）和积分电路601（第二单元）。恒压源602仅需要输出例如具有与来自像素阵列101的信号a0（例如，正电压）的极性不同的极性的恒定信号（例如，负电压）。

[0048] 积分电路601可使用开关603连接到像素阵列101（其列信号线105）和恒压源602中的一个。在将来自像素阵列101的信号a0进行积分之后，积分电路601将来自恒压源602的信号进行积分。

[0049] A/D转换器201通过将来自积分电路601的输出信号i0与基准信号Vref1（第一基准信号）进行比较来执行A/D转换（第一模数转换）。另一方面，A/D转换器202通过将来自积分电路601的输出信号i0与不同于基准信号Vref1的基准信号Vref2（第二基准信号）进行比较来执行A/D转换（第二模数转换）。在此实施例中，作为均具有斜坡波形的信号的替代，均具有矩形波形的信号可被用作来自信号输出单元108和109的基准信号Vref1和Vref2。

[0050] 基准信号Vref1和Vref2的矩形波形具有不同的值。基准信号Vref2包含相对于基准信号Vref1的偏差分量。基准信号Vref1可用于与落在来自积分电路601的输出信号i0的动态范围的范围R1和R2之一（例如，范围R1）内的信号进行比较。基准信号Vref2可用于与落在范围R1和R2中的另一个（例如，范围R2）内的信号进行比较。

[0051] 类似于第一实施例，下文将参照图9和10描述图像感测设备I2的从像素阵列101读出信号的过程。

[0052] 图9是示出当亮度水平低时的图像感测设备I2的操作的时序图。类似于第一实施例，在第一时段T1期间执行第一比较操作。更具体而言，在此实施例中，在第一时段T1的时期（term）t11期间，积分电路601通过开关603连接到列信号线105，并且像素阵列101的N分量信号被输入积分电路601，由此使得积分电路601的输出i0升高。此后，在时期t12期间，积分电路601通过开关603连接到恒压源602，并且积分电路601的输出i0下落，这是因为来自恒压源602的信号具有与像素阵列101的N分量信号的极性相反的极性。A/D转换器201将积分电路601的输出i0与基准信号Vref1进行比较。当积分电路601的输出i0与基准信号Vref1之间的大小关系反转时（例如，当比较器203的输出从低水平变为高水平时），停止计数器207执行的向下计数操作。A/D转换器202还执行与A/D转换器201的操作类似的操作。

[0053] 在第二时段T2期间，执行第二比较操作。更具体而言，在第二时段T2的时期t21期间，积分电路601通过开关603连接到列信号线105，并且像素阵列101的S分量信号输入积分电路601，由此使得积分电路601的输出i0升高。此后，在时期t22期间，积分电路601通过开关603连接到恒压源602，并且积分电路601的输出i0下降。在A/D转换器201中，当积分电路601的输出i0与基准信号Vref1之间的大小关系反转并且比较器203的输出从低水平变为高水平时，计数器207执行的向下计数操作停止。

[0054] 在第二时段T2期间，类似于A/D转换器201，A/D转换器202可将积分电路601的输出i0与基准信号Vref2进行比较。如上所述，基准信号Vref2包含相对于基准信号Vref1的偏差分量。在其中亮度水平低的此示例中，在第一时段T1之后，A/D转换器202的比较器204的比较结果仍为反转（在此示例中，比较器204的输出仍为高水平），并且计数器208无需执行向上计数操作。

[0055] 类似于第一实施例，因此，在亮度水平低的此示例中，锁存器212保持高水平“1”，基于高水平“1”，选择器214选择且输出数字信号d1。

[0056] 图10是示出当亮度水平高时的图像感测设备I2的操作的时序图。第一时段T1期间的操作与图9中所示的操作相同，并且其描述将被省略。由于在亮度水平高的此示例中在第二时段T2期间S分量大，因此在第一时段T1之后，A/D转换器201的比较器203的比较结果未反转（在此示例中仍为低电平）。另一方面，在第一时段T1之后，A/D转换器202的比较器204的比较结果反转（在此示例中，从低水平改变到高水平）。在亮度水平高的此示例中，因此，锁存器212保持低水平“0”，基于低水平“0”，选择器214选择且输出数字信号d2。

[0057] 上文已经描述了与第一实施例不同的根据此实施例的执行A/D转换的布置。根据此实施例的布置，也可获得与第一实施例相同的效果。

[0058] （第三实施例）

[0059] 将参照图11至13描述根据第三实施例的图像感测设备I3。如图11所示，根据此实施例的用于执行A/D转换的布置与第一实施例或第二实施例不同。图像感测设备I3可包含A/D转换器201、寄存器901（第一寄存器）、D/A转换器903（第一D/A转换器）和比较器203（第一比较器）。D/A转换器903使用基准信号Vref1作为基准电位将寄存器901的值转换成模拟信号a1（第一模拟信号）。比较器203比较来自像素阵列101的信号a0与模拟信号a1。

[0060] 类似于A/D转换器201，A/D转换器202可包括寄存器902（第二寄存器）、D/A转换器904（第二D/A转换器）和比较器204（第二比较器）。D/A转换器904使用基准信号Vref2作为基准电位将寄存器902的值转换成模拟信号a2（第二模拟信号）。比较器204比较来自像素阵列
101的信号a0与模拟信号a2。

[0061] 模拟信号a2包含相对于模拟信号a1的偏差分量。模拟信号a1可用于与落在来自像素阵列101的信号a0的动态范围的范围R1和R2之一（例如，范围R1）内的信号进行比较。此外，模拟信号a2可被用于与落在范围R1和R2中的另一个（例如，范围R2）内的信号进行比较。

[0062] 类似于第一和第二实施例，下文将参照图12和13描述图像感测设备I3的从像素阵列101读出信号a0的过程。

[0063] 图12是示出当亮度水平低时的图像感测设备I3的操作的时序图。在第一时段T1期间执行第一比较操作。更具体而言，在第一时段T1期间，在依次改变寄存器901的值的同时，A/D转换器201将来自像素阵列101的信号a0与模拟信号a1进行比较。在第一时段T1的时期t11期间，比较器203比较在寄存器901被设定为“4”（二进制数0100）时D/A转换器903的输出（即模拟信号a1）与信号a0。结果，比较器203的输出从低水平变为高水平。

[0064] 此后，在时期t12期间，寄存器901被设定为“2”（二进制数0010），并且比较器203比较模拟信号a1和信号a0。由于模拟信号a1和信号a0之间的大小关系未反转，因此比较器203的输出仍为高水平。此外，在时期t13期间，寄存器901被设定为“1”（二进制数0001），并且比较器203比较模拟信号a1和信号a0。模拟信号a1和信号a0之间的大小关系反转，并且比较器203的输出从高水平变为低水平。如上所述，寄存器901的值“1”（二进制数0001）可作为第一比较操作的结果被获得，并且被保持在例如寄存器（未示出）中。A/D转换器202还可执行与A/D转换器201相似的操作。

[0065] 在第二时段T2期间，执行第二比较操作。在第二时段T2的时期t21期间，寄存器901被设定为“8”（二进制数1000），并且比较器203比较模拟信号a1与信号a0。结果，比较器203的输出从低水平变为高水平。此后，在时期t22期间，寄存器901被设定为“4”（二进制数0100），并且比较器203的输出从高水平变为低水平。在时期t23期间，寄存器901被设定为“6”（二进制数0110），并且比较器203的输出从低水平变为高水平。此外，在时期t24期间，寄存器901被设定为“5”（二进制数0101），并且比较器203的输出仍为高水平。寄存器901的四个比特的值被输入四输入AND电路907的相应输入端子。在亮度水平低的此示例中，寄存器
901的值为“0101”，因此“0”被输入锁存器212。

[0066] 应指出，在第二时段T2期间，类似于A/D转换器201，A/D转换器202可比较模拟信号a2与信号a0。如上所述，模拟信号a2包括相对于模拟信号a1的偏差分量。在亮度水平低的此示例中，比较器204的输出也处于高水平。

[0067] 这样，作为第二比较操作的结果，获得寄存器901的值“5”（二进制值0101）。在亮度水平低的此示例中，锁存器212保持从四输入AND电路907输出的“0”。基于该输出，选择器214选择并且输出A/D转换器201中的第一比较操作与第二比较操作之间的差作为要被获取的数字信号d1。

[0068] 图13是示出当亮度水平高时的图像感测设备I3的操作的时序图。在第一时段T1期间的操作与图12中所示的操作相同，并且其描述将被省略。另一方面，在亮度水平高的此示例中，在第二时段T2期间，模拟信号a1和信号a0之间的比较由与上文所述的过程类似的、但是S分量大的过程执行。因此，在第一时段T1之后，比较器203的比较结果没有反转（仍为低水平）。结果，寄存器901的值改变直至“F”（二进制数1111）。在亮度水平高的此示例中，由于寄存器901的值为“1111”，因而“1”被输入锁存器212。

[0069] 另一方面，A/D转换器202的比较器204的比较结果在第一时段T1之后反转，并且模拟信号a2和信号a0之间的比较由与上文所述的过程类似的过程执行。作为第二比较操作的结果，获得寄存器902的值“3”（二进制值0011）。在亮度水平高的此示例中，锁存器212保持从四输入AND电路907输出的“1”。基于该输出，选择器214选择并且输出A/D转换器202中的第一比较操作与第二比较操作之间的差作为要被获取的数字信号d2。

[0070] 上文已经说明了与第一或第二实施例中的布置不同的根据此实施例执行A/D转换的布置。根据此实施例的布置，也可获得与第一和第二实施例中的效果相同的效果。

[0071] （第四实施例）

[0072] 将参照图14至16描述根据第四实施例的图像感测设备I4。在第一到第三实施例中，已经说明了如下布置：在像素阵列101的多个列中的每一个上设置两个A/D转换器（A/D转换器201和202）。但是，在此实施例中，根据操作模式改变布置。

[0073] 在图像感测设备I4中，可在像素阵列101的每一列上布置一个A/D转换器。如图14所示，例如，在第L1（L1是奇数）列上布置A/D转换器201，并且在第L2（L2是偶数）列上布置A/D转换器202。换句话说，第L1列是第一组（奇数列）中的一列并且第L2列是第二组（偶数列）中的一列。

[0074] 图像感测设备I4可包括例如第一模式和第二模式作为操作模式。在第一模式中，从像素阵列101的多个列中的每一个读出信号，由此执行所谓的全读出操作。在第二模式中，从例如像素阵列101的多个列中的第一组（此示例中的奇数列）中的每个像素读出信号，由此执行所谓的稀疏读出操作。图像感测设备I4包括例如根据操作模式在A/D转换器201和A/D转换器202之间切换连接关系的开关单元1401和1402。

[0075] 在第一模式中，例如，开关单元1401和1402切换A/D转换器201和202之间的连接关系，以使得A/D转换器201A/D转换来自第L1列的信号，并且A/D转换器202A/D转换来自第L2列的信号。另一方面，在第二模式中，开关单元1401和1402切换该连接关系，以使得A/D转换器201和202对于来自第L1列的信号并行执行A/D转换处理。

[0076] 根据此实施例，在第一模式中，图像感测设备I4操作各列上设置的A/D转换器以对应于用于该列的像素信号读出操作。另一方面，在第二模式中，图像感测设备I4使各列上设置的、从其省略了像素信号读出操作的A/D转换器与各列上设置的、从其执行像素信号读出操作的A/D转换器同步地操作。因此，在第二模式中，图像感测设备I4实现与第一到第三实施例相同的效果。应指出，尽管已经描述了如下布置：在第二模式中从奇数列中的每一像素读出像素信号，但是可从偶数列中的每一像素读出像素信号。

[0077] 第二模式中的稀疏读出操作可被配置为从像素阵列101每三列地读出信号。例如，可形成图15中作为示例说明的图像感测设备I4a。在第二模式中，图像感测设备I4a从每三列（每第三列）中的每个像素读出像素信号。在此示例中，像素阵列101的三个列（第L1、L2和L3列）将作为示例被说明。假定m表示整数。在此情况中，A/D转换器201被布置在第L1列（L1=3m-2）上。A/D转换器202被布置在第L2列（L2=3m-1）上。A/D转换器1503被布置在第L3列（L3=
3m）上。

[0078] 例如，在第一模式中，开关单元1401和1402切换这三个A/D转换器之间的连接关系，使得这三个A/D转换器分别对来自像素阵列101的对应的三个列的信号进行A/D转换。更具体而言，开关单元1401和1402切换连接关系，使得A/D转换器201对来自第L1列的信号进行A/D转换，A/D转换器202对来自第L2列的信号进行A/D转换，并且A/D转换器1503对来自第L3列的信号进行A/D转换。

[0079] 另一方面，在第二模式中，开关单元1401和1402切换该连接关系，使得A/D转换器201、202和1503对于来自第L1列的信号并行执行A/D转换处理。类似于上述实施例中的每一个，图16是示出当亮度水平高时的图像感测设备I4a的操作的时序图。

[0080] 尽管上文已经描述了四个实施例，但是本发明并不局限于该实施例，并且在需要时可根据目的、状态、应用、功能以及其它规定被改变。其它实施例也可实现本发明。

[0081] （图像感测系统）

[0082] 在上述实施例中的每一个中已经描述了由照相机等表示的图像感测系统中包含的图像感测设备。该图像感测系统在概念上不仅包含其主要目的是拍照的装置，并且还包括附加地具有拍照功能的装置（例如，个人计算机或便携式终端）。图像感测系统可包括已经在上述实施例中作为示例说明的根据本发明的图像感测设备，以及用于处理从该图像感测设备输出的信号的处理单元。该处理单元可包括例如A/D转换器，以及用于处理从该A/D转换器输出的数字数据的处理器。

[0083] 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。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的变更方式以及等同的结构和功能。