CN105100652B - 图像拾取装置及其驱动方法、成像***及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了图像拾取装置及其驱动方法、成像***及其驱动方法。提供了用于图像数拾取装置的驱动方法、用于成像***的驱动方法、图像拾取装置和成像***，其根据图像拾取装置中的信号处理电路或设置在该图像拾取装置外部的放大单元的放大因子，改变用于混合由多个像素生成的信号的操作。

Description

图像拾取装置及其驱动方法、成像***及其驱动方法

技术领域

本公开涉及用于图像拾取装置的驱动方法和用于成像***的驱动方法。

背景技术

已知包括多个像素和从多个像素接收信号的垂直信号线的图像拾取装置。

在根据日本专利公开No.2010-259027的图像拾取装置中，多个像素中的每一个具有光电转换单元、累积由该光电转换单生成的电载流子(electric carrier)的浮置扩散(以下称为FD单元)和根据FD单元中的电压输出信号的放大晶体管。多个像素中的每一个还具有在放大晶体管和垂直信号线之间的在导通状态和非导通状态之间切换的选择晶体管。

在根据日本专利公开No.2010-259027的图像拾取装置中，电流源与垂直信号线相连，并且在由选择晶体管导致的导通中，电流被供应至像素中的放大晶体管。放大晶体管具有与连接到选择晶体管的主节点不同的主节点并且接收来自电压源的电压供应。当选择晶体管导通时，电流源、放大晶体管和电压源形成源级跟随器电路。

跨多行和多列布置多个像素。日本专利公开No.2010-259027中公开的图像拾取装置执行第一操作，该第一操作使得多行的像素中的选择晶体管并行导通并且在垂直信号线中混合由多个像素中的放大晶体管输出的信号。日本专利公开No.2010-259027中公开的图像拾取装置还执行第二操作，该第二操作使得每行的像素中的选择晶体管依次导通。因此，像素的放大晶体管输出。

日本专利公开No.2013-211832公开了具有针对多列像素中的每一列设置的列信号处理电路的结构。列信号处理电路向垂直信号线输出通过根据放大因子对从对应像素输出的信号进行放大获得的信号。

随着由多个放大晶体管输出的信号之间的差异变大，作为第一操作的结果而获得的信号的精度降低。在某些成像条件下，将被混合的信号之间的差异可能容易变大。日本专利公开No.2010-259027和日本专利公开No.2013-211832都没有考虑在将被混合的信号之间的差异大的情况下的操作。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种用于图像拾取装置的驱动方法，该图像拾取装置具有多个像素、垂直信号线和信号处理电路，该多个像素具有第一像素和第二像素，第一像素具有第一光电转换单元和第一放大晶体管，第二像素具有第二光电转换单元和第二放大晶体管，该方法包括：由信号处理电路使用第一放大因子和小于第一放大因子的第二放大因子中的一个，放大输出到垂直信号线的信号，如果信号处理电路使用第一放大因子放大输出到垂直信号线的信号，那么执行第一操作；以及如果信号处理电路使用第二放大因子放大输出到垂直信号线的信号，那么在不执行第一操作的情况下执行第二操作。在这种情况下，第一操作包括如下的操作，在该操作中，通过至少部分重叠第一放大晶体管向垂直信号线输出基于由第一光电转换单元产生的电载流子的第一信号的时间段与第二放大晶体管向垂直信号线输出基于由第二光电转换单元产生的电载流子的第二信号的时间段，在垂直信号线中混合第一信号和第二信号，以及第二操作包括如下的操作，在该操作中，通过将信号的数量降低至小于所述多个像素的数量的数量，图像拾取装置输出基于通过对入射光执行光电转换获得的电载流子的多个信号。

根据本发明的另一方面，一种用于图像拾取装置的驱动方法，该图像拾取装置具有多个像素、垂直信号线和信号处理电路，该多个像素具有第一像素和第二像素，第一像素具有第一光电转换单元、第一电容元件、第一浮置扩散和第一放大晶体管，第二像素具有第二光电转换单元、第二电容元件、第二浮置扩散和第二放大晶体管，该方法包括：由信号处理电路使用第一放大因子和小于第一放大因子的第二放大因子中的一个，放大输出到垂直信号线的信号；如果信号处理电路使用第一放大因子放大输出到垂直信号线的信号，那么执行第一操作；以及如果信号处理电路使用第二放大因子放大输出到垂直信号线的信号，那么执行第二操作。在这种情况下，第一操作是如下的操作，在该操作中，由第一光电转换单元生成的电载流子在未被保持在第一电容元件中的情况下，被保持在第一浮置扩散中；由第二光电转换单元生成的电载流子在未被保持在第二电容元件中的情况下，被保持在第二浮置扩散中。通过至少部分重叠第一放大晶体管向垂直信号线输出基于第一浮置扩散的电势的第一信号的时间段和第二放大晶体管向垂直信号线输出基于第二浮置扩散的电势的第二信号的时间段，在垂直信号线中混合第一信号和第二信号。第二操作是如下的操作，在该操作中，由第一光电转换单元生成的电载流子被保持在第一电容元件和第一浮置扩散的第一合成电容中；由第二光电转换单元生成的电载流子被保持在第二电容元件和第二浮置扩散的第二合成电容中。通过至少部分重叠第一放大晶体管向垂直信号线输出基于第一浮置扩散的电势的第一信号的时间段和第二放大晶体管向垂直信号线输出基于第二浮置扩散的电势的第二信号的时间段，在垂直信号线中混合第一信号和第二信号。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于具有图像拾取装置的成像***的驱动方法，该图像拾取装置具有多个像素和垂直信号线，该多个像素具有第一像素和第二像素，第一像素具有第一光电转换单元和第一放大晶体管，第二像素具有第二光电转换单元和第二放大晶体管，以及控制图像拾取装置的控制单元，如果控制单元设置第一灵敏度，那么图像拾取装置执行第一操作，如果控制单元设置低于所述第一灵敏度的第二灵敏度，那么图像拾取装置在不执行第一操作的情况下执行第二操作。在这种情况下，第一操作是如下的操作，在该操作中，通过至少部分重叠第一放大晶体管向垂直信号线输出基于由第一光电转换单元生成的电载流子的第一信号的时间段和第二放大晶体管向垂直信号线输出基于由第二光电转换单元生成的电载流子的第二信号的时间段，在垂直信号线中混合第一信号和第二信号。第二操作是如下的操作，在该操作中，通过应用不同于第一操作的方法将信号的数量降低至小于该多个像素的数量的数量，图像拾取装置输出基于通过对入射光执行光电转换获得的电载流子的信号。

根据本发明的另一方面，用于具有图像拾取装置的成像***的驱动方法，该图像拾取装置具有多个像素和垂直信号线，该多个像素具有第一像素和第二像素，第一像素具有第一光电转换单元和第一放大晶体管，第二像素具有第二光电转换单元和第二放大晶体管，以及被设置在与图像拾取装置的半导体基板不同的半导体基板上的并且放大从图像拾取装置输出的信号的放大单元，该方法包括：由放大单元使用第一放大因子和小于第一放大因子的第二放大因子，放大从图像拾取装置输出的信号；如果该放大单元使用第一放大因子放大从图像拾取装置输出的信号，那么由图像拾取装置执行第一操作；以及如果该放大单元使用第二放大因子放大从图像拾取装置输出的信号，那么由图像拾取装置在不执行第一操作的情况下执行第二操作。在这种情况下，第一操作是如下的操作，在该操作中，通过至少部分重叠第一放大晶体管向垂直信号线输出基于由第一光电转换单元产生的电载流子的第一信号的时间段与第二放大晶体管向垂直信号线输出基于由第二光电转换单元产生的电载流子的第二信号的时间段，在垂直信号线中混合第一信号和第二信号。第二操作是如下的操作，在该操作中，通过按照与第一操作不同的方法将信号的数量降低至小于所述多个像素的数量的数量，图像拾取装置输出基于通过对入射光执行光电转换获得的电载流子的信号。

根据以下参考附图对示例实施例的描述，本发明的进一步特征将变得清楚。

附图说明

图1图示了图像拾取装置的结构的示例。

图2图示了图像拾取装置的结构的示例。

图3图示了图像拾取装置的操作的示例。

图4图示了图像拾取装置的操作的示例。

图5图示了图像拾取装置的结构的示例。

图6图示了图像拾取装置的结构的示例。

图7图示了图像拾取装置的操作的示例。

图8图示了图像拾取装置的结构的示例。

图9图示了图像拾取装置的结构的示例。

图10图示了图像拾取装置的操作的示例。

图11图示了图像拾取装置的结构的示例。

图12A和12B图示了图像拾取装置的操作的示例。

图13图示了成像***的结构的示例。

具体实施方式

以下将参考附图描述根据示例实施例的图像拾取装置。

第一示例实施例

图1图示了根据第一示例实施例的图像拾取装置的结构。

该图像拾取装置包括具有被布置为多行和多列的多个像素10的像素阵列1。该图像拾取装置还包括被配置为逐行地垂直扫描像素10的垂直扫描电路20。该图像拾取装置还包括各自针对像素10的列设置的多条垂直信号线25。该图像拾取装置还具有多个信号处理电路30。虽然多个信号处理电路30中的每一个相应地针对每列的垂直信号线25被设置，但是图1将多列的信号处理电路30图示为一个信号处理电路30块。该图像拾取装置还包括水平扫描电路40。水平扫描电路40水平地扫描每列的信号处理电路30。该图像拾取装置还具有被配置为控制垂直扫描电路20、信号处理电路30和水平扫描电路40的操作的定时生成器50。该图像拾取装置还具有放大器SAMP。该放大器SAMP放大从每一列的信号处理电路30输出的信号，并向图像拾取装置的外部输出放大的信号作为输出信号。

图2图示了与图1中的图像拾取装置的两行和一列的像素10相关联的电路。

每个像素10具有光电转换单元PD、晶体管Ta、晶体管Tb、晶体管Tc、晶体管SF和浮置扩散FD。该光电转换单元PD基于入射光生成电载流子。图1中图示的像素阵列1具有在不同行的像素10的浮置扩散FD之间电气连接的晶体管Td。源级跟随器电路包括晶体管SF、向垂直信号线供应电流的电流源(未示出)和将被馈至晶体管SF的一个主节点的电源电压VDD。像素10中的每一个中设置的晶体管SF是输出基于光电转换单元PD中的电载流子的信号的放大晶体管。

垂直扫描电路20分别向第一行的像素10中的每一个的晶体管Ta、晶体管Tb和晶体管Tc输出信号RESa、信号Txa和信号SELa。垂直扫描电路20还分别向第二行的像素10中的每一个的晶体管Ta、晶体管Tb和晶体管Tc输出信号RESb、信号Txb和信号SELb。

信号处理电路30具有晶体管Tr 100、晶体管Tr 104、晶体管Tr105、晶体管Tr 106、晶体管Tr 107、电容元件C103、电容元件C104和差分放大器电路300。该差分放大器电路300具有电容元件C100、放大器AMP、晶体管Tr 101、晶体管Tr 102、晶体管Tr 103、电容元件C101和电容元件C102。电容元件C102具有比电容元件C101的电容值小的电容值。

水平扫描电路40向信号处理电路30中的晶体管Tr 106和晶体管Tr 107输出信号PH。从定时生成器50向信号处理电路30中的其他晶体管Tr输出信号增益1、信号增益2、信号C0R、信号SW2、信号S11和信号N11。

在根据本示例实施例的图像拾取装置中，设置在图像拾取装置外部的控制单元设置差分放大器电路300的放大因子。更具体地，在本示例实施例的图像拾取装置中，当设置较高的灵敏度(诸如ISO灵敏度)时，第一放大因子被设置为差分放大器电路300的放大因子。当设置低灵敏度时，比第一放大因子小的第二放大因子被设置为差分放大器电路300的放大因子。控制单元可以被设置在图像拾取单元中。

主要将描述图像拾取装置的第一操作。第一操作指的是将由差分放大器电路300执行的、用于通过使用电容元件C100和电容元件C102来使用第一放大因子放大从像素10输出到垂直信号线25的信号的操作。以下将描述的图4中示出的图像拾取装置的第二操作指的是将由差分放大器电路300执行的、用于通过使用电容元件C100和电容元件C101来使用小于第一放大因子的第二放大因子放大从像素10输出到垂直信号线25的信号的操作。

以下将主要参考图3描述将由图2中示出的图像拾取装置执行的第一操作。图3中示出的信号对应于图2中示出的信号。以下将描述的第一操作包括将由多个像素10中的光电转换单元PD生成的电载流子传输到对应的浮置扩散FD。第一操作还包括随后同时接通多个像素10中的晶体管Tc并且在垂直信号线25中混合从多个像素10中的晶体管SF输出的信号。

在时刻t1之前的时间处，垂直扫描电路20、水平扫描电路40和定时生成器50输出图2中示出的各自具有低电平(之后称为L电平)的信号。

在时刻t1处，定时生成器50将信号SW2变为高电平(之后称为H电平)。因此，垂直信号线15和电容元件C100之间的电气路径导通。

在时刻t2处，垂直扫描电路20将信号RESa和信号RESb变为H电平。这重置了针对第一行的像素10的浮置扩散FD和第二行的像素10的浮置扩散FD的电势。

在时刻t3处，垂直扫描电路20将信号Txa和信号Txb变为H电平。这重置了第一行的像素10中的光电转换单元PD中的电载流子和第二行的像素10中的光电转换单元PD中的电载流子。

在时刻t4处，垂直扫描电路20将信号Txa和信号Txb变为L电平。

在时刻t5处，定时生成器50将信号C0R变为H电平。这重置了电容元件C100、电容元件C101和电容元件C102中的电载流子。在时刻t5处，垂直扫描电路20将信号SELa和信号SELb变为H电平。因此，垂直信号线25的电势变得与通过混合从第一行的像素10中的晶体管SF输出的信号与从第二行的像素10中的晶体管SF输出的信号而获得的信号的电势相等。之后，通过混合从第一行的像素10中的晶体管SF输出的信号与从第二行的像素10中的晶体管SF输出的信号而获得的信号将被称为SFNMix信号。从第一行的像素10中的晶体管SF输出的信号是基于浮置扩散FD的重置电势的噪声信号。从第二行的像素10中的晶体管SF输出的信号是基于浮置扩散FD的重置电势的噪声信号。

在时刻t6处，定时生成器50将信号C0R变为L电平。因此，电容元件C100保持SFNMix信号。在时刻t6处，垂直扫描电路20将信号RESa和信号RESb变为L电平。这解除了对针对第一行的像素10的浮置扩散FD的重置和针对第二行的像素10的浮置扩散FD的重置。

在时刻t7处，定时生成器50将信号增益1变为H电平。因此，差分放大器电路300输出通过使用第一放大因子放大经过电容元件C100从垂直信号线25输入的信号而获得的信号。定时生成器50将信号N11变为H电平。这使得差分放大器电路300和电容元件C104之间的电气路径导通。之后，定时生成器50将信号N11变为L电平。因此，电容元件C104保持由差分放大器电路300输出的信号。电容元件C104中保持的信号是主要包含差分放大器电路300的偏移(offset)成分的噪声信号。

在时刻t8处，水平扫描电路20将信号TXa和信号TXb变为H电平。因此，由第一行的像素10中的光电转换单元PD生成的电载流子被传输到针对该像素10的浮置扩散FD。因此，由第二行的像素10中的光电转换单元PD生成的电载流子被传输到针对该像素10的浮置扩散FD。之后，垂直扫描电路20将信号TXa和信号TXb变为L电平。因此，第一行的像素10中的晶体管SF输出基于由第一行的像素10中的光电转换单元PD生成的电载流子的信号。第二行的像素10中的晶体管SF输出基于由第二行的像素10中的光电转换单元PD生成的电载流子的信号。垂直信号线25的电势变得与通过混合从第一行的像素10中的晶体管SF输出的信号与从第二行的像素10中的晶体管SF输出的信号而获得的信号的电势相同。之后，通过混合从第一行的像素10中的晶体管SF输出的信号与从第二行的像素10中的晶体管SF输出的信号而获得的信号将被称为SFSMix信号。差分放大器电路300接收通过从SFSMix信号中减去电容元件C100中保持的SFNMix信号而获得的信号。差分放大器电路300输出通过使用第一放大因子放大SFSMix信号而获得的信号。

在时刻t9处，定时生成器50将信号S11变为H电平。这使得电容元件C103和差分放大器电路300之间的电气路径导通。之后，定时生成器50将信号S11变为L电平。因此，电容元件C103保持通过由差分放大器电路300使用第一放大因子放大SFSMix信号而获得的信号。

在时刻t10处，定时生成器50将信号SW2变为L电平。这使得像素10和电容元件C100之间的电气路径不导通。水平扫描电路40在时刻t10处将信号PH变为H电平。因此，电容元件C103中保持的使用第一放大因子放大SFSMix信号获得的信号和电容元件C104中保持的噪声信号被传输到放大器SAMP。放大器SAMP将通过放大使用第一放大因子放大SFSMix信号获得的信号和噪声信号之间的差异而获得的信号输出到图像拾取装置的外部。

接下来，将主要参考图4描述将由图2中示出的图像拾取装置执行的第二操作。图4中示出的信号对应于图2中示出的信号。以下将描述的第二操作包括用于通过作为多个浮置扩散FD的电气连接的结果，混合由多个光电转换单元PD生成的电载流子来获得混合的电载流子的操作。第二操作还包括将由像素10中的每一个中的晶体管SF执行的、用于向垂直信号线25输出基于通过电气连接多个浮置扩散FD而获得的混合的电载流子的信号的操作。以下将主要描述与参考图3描述的第一操作的差异。

图4中示出的时刻t1处的操作与图3中示出的时刻t1处的操作相同。

在时刻t2处，定时生成器50将信号SW1变为H电平。因此，图2中示出的针对第一行的像素10的浮置扩散FD和针对第二行的像素10的浮置扩散FD电气连接。

从时刻t3到时刻t6的操作与图3中示出的从时刻t3到时刻t6的操作相同。

在图3中示出的时刻t7处，定时生成器50将信号增益1变为H电平并且将信号增益2变为L电平。另一方面，在图4中示出的时刻t7处，定时生成器50将信号增益1变为L电平并且将信号增益2变为H电平。差分放大器300的放大因子由电容元件C100的电容值与反馈电容的电容值的比值表示。如上所述，电容元件C102的电容值比电容元件C101的电容值小。因此，差分放大器电路300的放大因子被设置为比图3的操作中设置的第一放大因子小的第二放大因子。

图4中示出的从时刻t7到时刻t8的操作与图3中示出的从时刻t7到时刻t8的操作相同。在时刻t8处，垂直扫描电路20将信号TXa和信号TXb变为H电平，从而使得由第一行和第二行的像素10中的光电转换单元PD生成的电载流子在彼此电气连接的浮置扩散FD中混合。电气连接到第一行的像素10中的晶体管SF的浮置扩散FD的输入节点的电势与电气连接到第二行的像素10中的晶体管SF的浮置扩散FD的输入节点的电势相等。第一行和第二行的像素10中的晶体管SF中的每一个经过对应的晶体管Tc向垂直信号线25输出基于由多个浮置扩散FD混合的电载流子的信号。该信号将被称为FDMix信号。差分放大器电路300输出通过使用第二放大因子放大FDMix信号而获得的信号。

在时刻t10处，定时生成器50将信号S11变为H电平。因此，电容元件C103保持由差分放大器电路300通过放大FDMix信号而获得的信号。

在时刻t11处，水平扫描电路40将信号PH变为H电平。因此，电容元件C103中保持的、通过使用第二放大因子放大FDSMix信号而获得的信号以及电容元件C104中保持的噪声信号被输出到放大器SAMP。放大器SAMP将通过放大通过使用第一放大因子放大FDMix信号获得的信号与噪声信号之间的差而获得的信号输出到图像拾取装置的外部。如上所述，第二操作通过将信号的数量降低至小于该多个像素10的总数量的数量，输出基于通过对入射光执行光电转换获得的电载流子并由图像拾取装置输出的信号。

因此，如果差分放大器电路300的放大因子是第一放大因子，那么本示例实施例的图像拾取装置执行第一操作。如果差分放大器电路300的放大因子是小于第一放大因子的第二放大因子，那么本示例实施例的图像拾取装置执行第二操作。

在第一操作中，随着由第一行的像素10中的晶体管SF输出的信号与由第二行的像素10中的晶体管SF输出的信号之间的信号幅度差的增加，来自垂直信号线25的电流不容易被馈至具有较大信号幅度的晶体管SF。当由第一行的像素10中的晶体管SF输出的信号与由第二行的像素10中的晶体管SF输出的信号之间的信号幅度差大于预先确定的值时，电流不被馈至具有大信号幅度的晶体管SF，并且源极跟随器操作停止。这可能阻止从第一行和第二行的像素10输出的信号的高精度混合。因此，通过使用由图像拾取装置输出的信号外部地生成的图像的质量可能劣化。由第一行的像素10中的晶体管SF输出的信号和由第二行的像素10中的晶体管SF输出的信号之间信号幅度的差大于预先确定的值的现象可能在当针对图像拾取单元设置低灵敏度时显著。这是因为与针对图像拾取装置设置高灵敏度相比，针对图像拾取装置设置低灵敏度增加了从来自具有高亮度的对象的光入射的像素10的晶体管SF输出的信号的信号幅度。因此，当差分放大器电路300的放大因子为第二放大因子时，图像拾取装置在不执行第一操作的情况下执行第二操作。

另一方面，在第二操作中，从晶体管SF输出的信号的信噪比趋向于小于第一操作中的垂直信号线25中发生的信号的信噪比。这是因为满足V＝Q/C的关系，其中V是从晶体管SF输出的信号的电压，C是浮置扩散FD的电容值，并且Q是光电转换单元PD中累积的电载流子。电气连接多个浮置扩散FD导致C的值的增加。因此，在固定Q的情况下，V的值随着浮置扩散FD的电容值增加而减小。根据本示例实施例，由于第二操作中浮置扩散FD的电容值大于第一操作中浮置扩散FD的电容值，所以当Q固定时，第二操作中从晶体管SF输出的信号的信号幅度小于第一操作中从晶体管SF输出的信号的信号幅度。另一方面，从晶体管SF输出的噪声信号主要含有晶体管SF的噪声成分。因此，第一操作和第二操作中从晶体管SF输出的噪声信号的信号值可以被认为相等。因此，第二操作中向垂直信号线25输出的信号的信噪比趋向于小于第一操作中向垂直信号线25输出的信号的信噪比。

当如在诸如夜晚成像的小光量的成像场景中设置高灵敏度时，与第二操作相比，第一操作中的像素10可以输出含有较少噪声的信号。因此，当设置高灵敏度时，即，当差分放大器电路300的放大因子为第一放大因子时，在不执行第二操作的情况下执行第一操作。

当差分放大器电路300具有大的放大因子时，执行第一操作。当差分放大器电路300具有小的放大因子时，执行第二操作。因此，图像拾取装置可以在各种成像场景中输出用于获得良好图像的信号。

以下将描述用于在不执行第二操作的情况下执行第一操作的条件。像素10中晶体管SF的输入节点的电势的可能幅度范围的上限和下限之间的差将被称为ΔVFD(V)。ΔVFD是根据图像拾取装置中的信号处理电路30的放大因子变动的值。

以下将描述例如作为信号处理电路30的放大因子的示例的差分放大器电路300的放大因子改变的情况中的ΔVFD。即使当差分放大器电路300的放大因子改变时，从差分放大器电路300输出的信号的可能幅度的范围也基本固定。因此，随着差分放大器电路300的放大因子增大，将被输入到差分放大器电路300的信号的可能幅度范围减小。换言之，随着差分放大器电路300的放大因子增大，从像素10中的晶体管SF输出的信号的可能幅度范围减小。从晶体管SF输出的信号的幅度范围与ΔVFD成比例，ΔVFD是浮置扩散FD的电势的可能幅度范围。因此，随着差分放大器电路300的放大因子增大，ΔVFD的值减小。换言之，随着差分放大器电路300的放大因子增大，具有高亮度的光入射的像素10的浮置扩散区域FD的电势与具有低亮度的浮置扩散区域FD的电势之间的差减小。

将从电流源(未示出)供应到垂直信号线25的电流的值将被称为I(μA)。第一行的像素10中的晶体管SF的沟道宽度和长度以及第二行的像素10中的晶体管SF的沟道宽度和长度将被分别称为W和L。这里假设第一行的像素10中的晶体管SF的W/L与第二行的像素10中的晶体管SF的W/L相等。由下式(1)给出评估指数Z。

Z＝I/{(W/L)×ΔVFD²} (1)

随着差分放大器电路300的放大因子增大，因为ΔVFD减小，所以评估指数Z的值增大。本示例实施例的图像拾取装置可以在不执行第二操作的情况下使用信号处理电路30的放大因子执行第一操作，其中评估指数Z大于或等于2.5。当信号处理电路30使用第一放大因子放大信号时，本示例实施例的图像拾取装置具有大于或等于2.5的评估指数Z的值。

根据本示例实施例，第一行和第二行的像素10中的晶体管T在第二操作中均被接通，第一行和第二行中的一行中的晶体管Tc可以被接通。然而，当第一行和第二行的像素10中的晶体管Tc均被接通时，晶体管SF的沟道宽度和沟道长度可以有效地增大。当第一行和第二行的晶体管Tc均被接通时，与第一行和第二行中的一行的晶体管Tc被接通的情况相比，存在SFMix信号中含有的1/f噪声可以被降低的效果。

根据本示例实施例，像素10中的每一个具有晶体管Tc。作为替代地，像素10中的每一个可以不具有晶体管Tc，而是晶体管SF可以被电气连接到垂直信号线25。在这种情况下，电压VDD1或不同于电压VDD1的电压VDD2被选择性地供应到晶体管Ta的主节点。在向垂直信号线25输出信号的行的像素10中，电压VDD1重置晶体管SF的输入节点，从而使得晶体管SF执行源极跟随器操作。另一方面，电源电压VDD2重置其他未被选择的行的像素10中的晶体管SF的输入节点，从而使得晶体管SF截止。图像拾取装置可以通过使用电压VDD1重置多行的像素10中的晶体管SF的输入节点来执行第一操作。

第二示例实施例

以下将描述根据第二实施例的图像拾取装置，着重于其与第一示例实施例的差别。本示例实施例的第一操作与第一示例实施例的第一操作相同。本示例实施例的第二操作与第一示例实施例的第二操作不同。

图5示出了根据本示例实施例的图像拾取装置的结构。在图5中，与图2中的附图标记相同的附图标记指的是与图2中示出的部分具有相同功能的相同部分。图5中示出的图像拾取装置包括四行的像素10。虽然根据第一示例实施例的图2中示出的图像拾取装置具有电气连接多个像素10的浮置扩散FD的晶体管Td，但是本示例实施例的图像拾取装置不具有晶体管Td。

与第一示例实施例类似，如果差分放大器电路300的放大因子是第一放大因子，那么本示例实施例的图像拾取装置执行第一操作，如果差分放大器电路300的放大因子是比第一放大因子小的第二放大因子，那么本示例实施例的图像拾取装置执行第二操作。与图5中示出的图像拾取装置中的第一行和第二行的像素10相关联的第一操作与第一示例实施例的图像拾取装置的第一操作相同。与第三行和第四行的像素10相关联的第一操作还是根据第一示例实施例的与第一行和第二行的像素10相关的第一操作。

接下来将描述根据本示例实施例的图像拾取装置的第二操作。根据本示例实施例的第二操作是允许部分行的像素10输出信号并且禁止其他行的像素10输出信号的中间剔除(thinning-out)操作。换言之，允许第一行和第三行的像素10依次输出信号，而禁止第二行和第四行的像素10输出信号。因此，图像拾取装置中的第二操作在一个帧时间段期间输出基于第一行和第三行的像素10的信号，而不输出基于第二行和第四行的像素10的信号。

如第一示例实施例地，在差分放大器电路300使用第二放大因子放大信号时执行的第一操作可能导致以下问题。即，当由具有高亮度的光入射的像素10输出的信号和由具有低亮度的光入射的像素10输出的信号之间的差大于预先定义的值时，来自这些像素10的信号经常可能不被高精确度地混合。另一方面，从具有小的亮度差异的像素10输出的信号可以被高精确度地混合。这导致了具有其中多个像素10的信号被高精确度地混合的区域以及其中这些信号未被高精确度地混合的区域的由图像拾取装置输出的信号所生成的图像。因此，图像质量可能降低。另一方面，本示例实施例的图像拾取装置执行第二操作，从而使得来自部分像素10的信号被用于整个作为结果的图像。因此，图像质量的劣化可以被避免。

另一方面，与第一示例实施例类似，当差分放大器电路300使用第一放大因子放大信号时，本示例实施例的图像拾取装置也执行第一操作。因此，可以获得与第一示例实施例的效果相同的效果。

在根据本示例实施例的第二操作中，垂直扫描电路20选择部分行的像素10，从而使得图像拾取装置输出比多个像素10的数量小的数量的信号。根据另一示例，水平扫描电路40可以使得所有列的信号处理电路30的部分信号处理电路30向放大器SAMP输出信号。第二操作可以包括如下操作的组合：将由垂直扫描电路20执行的用于选择部分行的操作，以及将由水平扫描电路40执行的用于选择部分信号处理电路30的操作。

第三示例实施例

将描述根据第三示例实施例的图像拾取装置，着重于其与第一示例实施例的差别。

图6示出了根据本示例实施例的图像拾取装置的结构。在图6中，与图2中的附图标记相同的附图标记指的是与图2中示出的部分具有相同功能的相同部分。虽然根据第一示例实施例的图2中示出的图像拾取装置具有电气连接多个像素10的浮置扩散FD的晶体管Td，但是本示例实施例的图像拾取装置不具有晶体管Td。

本示例实施例的信号处理电路30还包括电容元件C103、电容元件C106、晶体管Tr108、晶体管Tr 109、晶体管Tr 110和晶体管Tr111。使用从定时生成器50分别输出的信号S12、信号N12、信号SW3和信号SW4控制晶体管Tr 108、晶体管Tr 109、晶体管Tr 110和晶体管Tr 111。

同样根据本示例实施例，当差分放大器电路300的放大因子是第一放大因子时，图像拾取装置执行第一操作。如果差分放大器电路300的放大因子是小于第一放大因子的第二放大因子时，图像拾取装置执行第二操作。

在由根据本示例实施例的图像拾取装置执行的第一操作中，信号S12、信号N12、信号SW3和信号SW4总是具有L电平。信号的操作第一示例实施例的第一操作相同。

将描述本示例实施例的图像拾取装置的第二操作。

图7示出了图6中示出的图像拾取装置的操作。

在时刻t1处，定时生成器50输出均具有L电平的信号S12、信号N12、信号SW3和信号SW4。在时刻t1处，定时生成器50将信号SW2变为H电平。因此，像素10和差分放大器电路300之间的电气路径导通。

在时刻t2处，垂直扫描电路20将信号RESa变为H电平。这重置了第一行的像素10中的浮置扩散FD的电势。

在时刻t3处，垂直扫描电路20将信号TXa变为H电平。这重置了第一行的像素10中的光电转换单元PD中的电载流子。之后，垂直扫描电路20在时刻t4处将信号TXa变为L电平。

在时刻t5处，定时生成器50将信号C0R变为H电平。这重置了差分放大器电路300中的电容元件C100、电容元件C101和电容元件C102中的电载流子。在时刻t5处，垂直扫描电路20将信号SELa变为H电平。因此，第一行的像素10中的晶体管SF经过晶体管Tc向垂直信号线25输出信号。

在时刻t6处，垂直扫描电路20将信号RESa变为L电平。这解除了对第一行的像素10中的浮置扩散FD的重置。在时刻t6处，定时生成器50将信号C0R变为L电平。

在时刻t7处，定时生成器50将信号N11变为H电平。这接通了晶体管Tr105。之后，定时生成器50将信号N11变为L电平。因此，电容元件C104保持从差分放大器电路300输出的信号。电容元件C104中保持的信号是主要含有差分放大器电路300的偏移成分的噪声信号。

在时刻t8处，垂直扫描电路20将信号TXa变为H电平。之后，垂直扫描电路20将信号TXa变为L电平。因此，由第一行的像素10中的光电转换单元PD生成的电载流子被传输到浮置扩散FD。第一行的像素10中的晶体管SF经过晶体管Tc向垂直信号线25输出基于浮置扩散FD中保持的电载流子的信号。该信号将被称为FDS信号。差分放大器300输出通过使用第二放大因子放大FDS信号获得的信号。

在时刻t9处，定时生成器50将信号S11变为H电平。这使得电容元件C103和差分放大器电路300之间的电气路径导通。之后，定时生成器50将信号S11变为L电平。因此，电容元件C103保持通过由差分放大器电路300使用第二放大因子放大FDS信号获得的信号。

之后，定时生成器50和垂直扫描电路20执行与来自第二行的像素10的FDS信号和主要含有差分放大器电路300的偏移成分的噪声信号相关的操作。除了电容元件C105保持FDS信号以及电容元件C106保持主要含有差分放大器电路300的偏移成分的噪声信号之外，这些操作与和第一行的像素10相关的操作相同。

在时刻t10处，定时生成器50将信号SW3变为H电平。因此，晶体管Tr 110接通，并且从第一行的像素10输出的并保持在电容元件C103中的FDS信号与从第二行的像素10输出的并保持在电容元件C105中的FDS信号混合。在相同时刻处，定时生成器50将信号SW4变为H电平。因此，晶体管Tr 111接通，并且电容元件C104中保持的噪声信号和电容元件C106中保持的噪声信号混合。

在时刻t11处，水平扫描电路40将信号PH变为H电平。因此，来自第一行的像素10和第二行的像素10的混合的FDS信号以及混合的噪声信号被输出到放大器SAMP。

根据本示例实施例的第一操作与第一示例实施例的第一操作相同。换言之，第一操作是如下的操作，其在垂直信号线25中混合从晶体管SF输出的基于由第一光电转换单元PD生成的电载流子的信号和从晶体管SF输出的基于由第二光电转换单元PD生成的电载流子的信号。在本示例实施例的第二操作中，作为信号处理电路30中的第一电容元件的电容元件C103保持基于由第一光电转换单元PD生成的电载流子的信号。作为信号处理电路30中的第二电容元件的电容元件C105保持基于由第二光电转换单元PD生成的电载流子的信号。用于混合由第一电容元件和第二电容元件保持的信号的操作对应于本示例实施例的第二操作。

根据本示例实施例，当差分放大器电路300的放大因子是第一放大因子时，图像拾取装置在不执行第二操作的情况下执行第一操作。当差分放大器电路300的放大因子是小于第一放大因子的第二放大因子时，图像拾取装置在不执行第一操作的情况下执行第二操作。

因此，本示例实施例的图像拾取装置可以实现与第一示例实施例的效果相同的效果。

第四示例实施例

将描述根据第四示例实施例的图像拾取装置，着重于其与第一示例实施例的差别。该示例实施例与第一示例实施例的差别在于，将由本图像拾取装置执行的第二操作是混合基于从第一行的像素10输出的信号的数字信号和基于从第二行的像素10输出的信号的数字信号的操作。

图8示出了根据本示例实施例的图像拾取装置的结构。在图8中，与图1中的附图标记相同的附图标记指的是与图1中示出的部分具有相同功能的相同部分。根据本示例实施例的图像拾取装置包括将从信号处理电路30输出的信号转换为数字信号的AD转换单元60和保持从AD转换单元60输出的数字信号的存储器70。根据本示例实施例的图像拾取装置还包括处理从存储器70输出的数字信号的数字信号处理单元80和接收从数字信号处理单元80输出的数字信号的水平扫描电路90。信号处理电路30的结构是从图2中示出的结构中省略晶体管Tr 104、晶体管Tr 105、电容元件C103、电容元件C104、晶体管Tr 106和晶体管Tr107的结构。换言之，差分放大器电路300具有电气连接到AD转换单元60的输入节点的输出节点。

针对每列中的每个信号处理电路30，在每列中设置存储器70和数字信号处理单元80。

每个像素10的结构与图6中示出的结构相同。

根据本示例实施例，与第一示例实施例类似，当差分放大器电路300的放大因子是第一放大因子时，执行第一操作。因此，通过由差分放大器电路300使用第一放大因子放大SFMix信号获得的信号被输出到AD转换单元60。AD转换单元60将从差分放大器电路300输出的信号转换为数字信号。该数字信号将被称为数字SFMix信号。存储器70保持从AD转换单元60输出的数字SFMix信号。数字信号处理单元80保持从存储器70输出的数字SFMix信号。水平扫描电路90使得每列的数字信号处理单元80输出由数字信号处理单元80保持的数字SFMix信号。

另一方面，当差分放大器电路300的放大因子是小于第一放大因子的第二放大因子时，执行第二操作。将描述本示例实施例的第二操作。信号处理电路30使用第二放大因子放大从第一行的像素10输出的基于由像素10中的光电转换单元PD生成的电载流子的信号，并且将它们输出到AD转换单元60。之后，从差分放大器电路300输出的该信号将被称为放大的SF1信号。信号处理电路30使用第二放大因子放大从第二行的像素10输出的基于由像素10中的光电转换单元PD生成的电载流子的信号，并且将它们输出到AD转换单元60。之后，从差分放大器电路300输出的该信号将被称为放大的SF2信号。AD转换单元60将放大的SF1信号和放大的SF2信号转换为数字信号。存储器70保持基于放大的SF1信号的数字信号和基于放大的SF2信号的数字信号。数字信号处理单元80混合存储器70中保持的基于放大的SF1信号的数字信号和基于放大的SF2信号的数字信号。

水平扫描电路90使得每一列的数字信号处理单元80依次输出由该列的数字信号处理单元80保持的混合的数字信号。

因此，本示例实施例的图像拾取装置可以获得与第一示例实施例的效果相同的效果。

第一操作和第二操作中的一个或二者可以包括用于由AD转换单元60将噪声信号转换为数字信号的操作。在这种情况下，数字信号处理单元80可以执行用于从基于由光电转换单元PD生成的电载流子的数字信号中减去基于噪声信号的数字信号的操作。

AD转换单元60可以应用斜坡型AD转换，其测量从具有根据时间改变的电平的参考信号和模拟信号之间的比较的开始到比较结果改变的时间段。AD转换单元60可以应用逐渐逼近型、快速型、流水线型、ΔΣ(delta sigma)型、二重积分型或其他AD转换。

第五示例实施例

将描述根据第五示例实施例的图像拾取装置，着重于其与第一示例实施例的差别。本示例实施例的图像拾取装置与第一示例实施例的差别在于像素10的结构。

图9示出了本示例实施例的图像拾取装置中的像素10、垂直扫描电路20和定时生成器50。在图9中，与图2中的附图标记相同的附图标记指的是与图2中示出的部分具有相同功能的相同部分。本示例实施例的图像拾取装置与第一示例实施例的图像拾取装置的差别在于，每个像素10具有晶体管Te和电容元件Cad。由从定时生成器50输出的信号Ad 1和信号Ad 2控制第一行和第二行的像素10中的晶体管Te。本示例实施例的信号处理电路30具有与第一示例实施例的信号处理电路30的结构相同的结构。

本示例实施例的第一操作可以与第一示例实施例的第一操作相同。信号Ad 1和信号Ad 2在针对第一操作的时间段期间具有L电平。

接下来将描述本示例实施例的第二操作。图10示出了根据本示例实施例的图像拾取装置的第二操作。除了与信号Ad 1和信号Ad 2相关的操作之外，根据本示例实施例的图像拾取装置的第二操作与第一示例实施例的图像拾取装置的第二操作相同。在本示例实施例的图像拾取装置中，在从当信号Txa和信号Txb变为H电平的时间到当信号SELa和信号SELb变为L电平的时间的时间段期间，定时生成器50将信号Ad 1和信号Ad 2变为H电平。因此，由第一行的像素10中的光电转换单元PD生成的电载流子被传输到电容元件Cad和浮置扩散FD的合成电容。因此，晶体管SF可以输出具有比当信号Ad 1具有L电平时发生的信号幅度小的信号幅度的信号。因此，第二行的像素10中的晶体管SF可以输出具有比当信号Ad 2具有L电平时发生的信号幅度小的信号幅度的信号。因此，这导致了与信号Ad 1和信号Ad 2均具有L电平的情况相比，从第一行的像素10中的晶体管SF输出的信号和从第二行的像素10中的晶体管SF输出的信号之间较小的差异。因此，与根据第一示例实施例的图像拾取装置相比，可能不容易发生由于从第一行和第二行的像素10中的晶体管SF输出的信号之间的大差异导致的一个晶体管SF的源极跟随器操作。与第一示例实施例的图像拾取装置相比，这允许了从第一行的像素10和第二行的像素10中的晶体管SF输出的信号的容易混合。

与第一示例实施例类似，同样根据本示例实施例，评估指数Z可以被用于确定将执行第一操作和第二操作中的哪一个。在这种情况下，如果信号处理电路30的放大因子导致大于或等于2.5的评估指数Z，那么可以执行第一操作。

第六示例实施例

将描述根据第六示例实施例的图像拾取装置，着重于其与第四示例实施例的差别。

图11示出了根据本示例实施例的图像拾取装置的结构。在图11中，与图8中的附图标记相同的附图标记指的是具有与图8中示出的部分相同功能的相同部分。本示例实施例的图像拾取装置与第四示例实施例的差别在于信号处理电路35的结构。信号处理电路35具有比较单元41、存储器75、参考信号供应单元45和计数器46。针对像素10的每列设置比较单元41和存储器75。参考信号供应单元45向每列的比较单元41供应具有根据时间改变的电势的参考信号。比较单元41输出指示输出到垂直信号线25的信号和输出到存储器75的参考信号之间的比较结果的比较结果信号。计数器46向每列的存储器75供应指示计数时钟的计数信号。存储器75保持基于比较结果信号的信号值的计数信号。数字信号处理单元85处理存储器75中保持的数字信号。针对每列的存储器75设置数字信号处理单元85。水平扫描电路95使得列的数字信号处理单元85依次输出由数字信号处理单元85处理的数字信号。

图12A示出了由图11中示出的图像拾取装置执行的操作。从参考信号供应单元45输出图12A中示出的参考信号RAMP。参考信号RAMP展示了在从时刻t6到时刻t7的时间段中和在从时刻t9到时刻t10的时间段中电势根据时间的变化。参考信号RAMP在本示例实施例中的第一操作中展示了由实线指示的电势的变化并且在本示例实施例的第二操作中展示了由虚线指示的电势的变化。由实线指示的参考信号RAMP具有比由虚线指示的参考信号RAMP的斜率小的斜率。因此，当使用由实线指示的参考信号RAMP和由虚线指示的参考信号RAMP转换具有一个信号值的模拟信号时，使用由实线指示的参考信号RAMP生成的数字信号具有较大的信号值。因此，用于使用由实线指示的参考信号RAMP的AD转换的放大因子大于用于使用由虚线指示的参考信号RAMP的AD转换的放大因子。本示例实施例的图像拾取装置针对第一灵敏度执行第一操作，并且针对第二灵敏度执行第二操作。

在从时刻t5到时刻t7的时间段期间，垂直信号线25接收通过混合从第一行的像素10输出的噪声信号和从第二行的像素10输出的噪声信号获得的信号。该信号将被称为混合噪声信号。信号处理电路35使用由实线指示的参考信号RAMP来将输出到垂直信号线25的混合噪声信号转换为数字信号。存储器75保持基于混合噪声信号的数字信号。

在从时刻t9到时刻t10的时间段期间，SFMix信号被输出到垂直信号线25。信号处理电路35使用由实线指示的参考信号RAMP来将输出到垂直信号线25的SFMix信号转换为数字信号。存储器75保持基于该SFMix信号的数字信号。

数字信号处理单元85生成指示基于SFMix信号的数字信号和基于混合噪声信号的数字信号之间的差异的数字信号。

图12B示出了本示例实施例的第二操作。在从时刻t8到时刻t9的时间段期间，第一行的像素10输出噪声信号。信号处理电路35使用由虚线指示的参考信号RAMP来将噪声信号转换为数字信号。存储器75保持基于该噪声信号的数字信号。该数字信号将被称为数字N1信号。在从时刻t10到时刻t11的时间段期间，第一行的像素10输出基于光电转换单元PD中累积的电载流子的信号。信号处理电路35使用由虚线指示的参考信号RAMP来将该信号转换为数字信号。存储器75保持基于第一行的像素10中的光电转换单元PD中的电载流子的数字信号。该数字信号将被称为数字S1信号。

在从时刻t16到时刻t17的时间段期间，第二行的像素10输出噪声信号。信号处理电路35使用由虚线指示的参考信号RAMP来将该噪声信号转换为数字信号。存储器75保持基于该噪声信号的数字信号。该数字信号将被称为N2信号。在从时刻t19到时刻t20的时间段期间，第二行的像素10输出基于光电转换单元PD中累积的电载流子的信号。信号处理电路35使用由虚线指示的参考信号RAMP来将该信号转换为数字信号。存储器75保持基于第二行的像素10中的光电转换单元PD中的电载流子的数字信号。该数字信号将被称为数字S2信号。

数字信号处理单元85混合数字N1信号和数字N2信号。数字信号处理单元85混合数字S1信号和数字S2信号。该混合操作可以是用于将数字信号相加的处理或是用于获得数字信号之间平均数的处理。

如果AD转换的放大因子为大，即，如果参考信号RAMP的斜率为小，那么本示例实施例的图像拾取装置执行第一操作。如果AD转换的放大因子为小，即，如果参考信号RAMP的斜率为大，那么根据本示例实施例的图像拾取装置执行第二操作。因此，本示例实施例的图像拾取装置可以实现与第一示例实施例相同的效果。

根据本示例实施例，第二操作对应于将由数字信号处理单元85执行的用于混合基于由多行的像素10中的光电转换单元PD生成的电载流子的数字信号的操作。如第一示例实施例中地，备选的第二操作可以通过使用多行的像素10中的浮置扩散FD混合电载流子。

另一备选第二操作可以输出来自部分行的像素10的信号，如第二示例实施例中地。

作为替代地，本示例实施例的图像拾取装置中的像素10可以具有与根据第五示例实施例的像素10的结构相同的结构，并且第一操作可以将由光电转换单元PD生成的电载流子传输到电容元件Cad和浮置扩散FD。因此，可以获得与根据第五示例实施例的图像拾取装置的效果相同的效果。

第七示例实施例

图13示出了根据第七示例实施例的成像***。

根据本示例实施例的成像***包括图像拾取装置101、将光引导至图像拾取装置的光学***100和放大从图像拾取装置101输出的信号的放大单元102。该成像***还包括输出信号处理单元104，该输出信号处理单元104将从放大单元102输出的信号转换为数字信号并且通过使用该数字信号来生成图像。该成像***还包括显示从输出信号处理单元104输出的图像的显示单元105，以及记录从输出信号处理单元104输出的图像的记录单元106。成像***还包括模式切换单元107，该模式切换单元107将图像拾取装置的操作在第一操作和第二操作之间切换，以及设置放大单元102的放大因子的放大因子设置单元108。该成像***还包括整体地控制该成像***的整体控制单元109。图像拾取装置101和放大单元102被设置在彼此不同的半导体基板上。

根据第一到第六示例实施例的任一结构可被应用为本示例实施例的图像拾取装置101的结构。以下将描述应用第一示例实施例的图像拾取装置的示例。

整体控制单元109向放大因子设置单元108输出用于设置放大单元102的放大因子的控制信号。在这种情况下，例如，整体控制单元109可以向放大因子设置单元108输出用于设置第一放大因子和小于第一放大因子的第二放大因子中的一个的控制信号。整体控制单元109向模式切换单元107输出用于设置图像拾取装置101的操作模式的控制信号。

将描述如下的情况，其中整体控制单元109向放大因子设置单元108输出限定放大单元102的放大因子为第一放大因子的控制信号。基于该控制信号，放大因子设置单元108针对放大单元102设置第一放大因子。整体控制单元109向模式切换单元107输出限定将由图像拾取装置101执行的操作为第一操作的控制信号。基于该控制信号，模式切换单元107设置将由图像拾取装置101执行的操作为第一操作。

将描述如下的情况，其中另一方面，整体控制单元109向放大因子设置单元108输出其中放大单元102的放大因子为第二放大因子的控制信号。基于该控制信号，放大因子设置单元108针对放大单元102设置第二放大因子。整体控制单元109向模式切换单元107输出限定将由图像拾取装置101执行的操作为第二操作的控制信号。基于该控制信号，模式切换单元107设置将由图像拾取装置101执行的操作为第二操作。

因此，如果放大单元102的放大因子为第一放大因子，那么图像拾取装置101执行第一操作。如果放大单元102的放大因子为小于第一放大因子的第二放大因子，那么图像拾取装置101执行第二操作。同样在根据本示例实施例的成像***中，可以获得与由第一示例实施例的图像拾取装置实现的效果相同的效果。

设置在图像拾取装置101内的差分放大器电路300的放大因子可以与放大单元102的放大因子联锁(interlock)。

根据本示例实施例，已经描述了其中输出信号处理单元104具有AD转换功能的示例。作为替代地，放大单元102可以具有AD转换功能。在这种情况下，放大因子设置单元108设置用于AD转换的放大因子为第一放大因子和第二放大因子中的一个。同样在这种情况下，如果设置了第一放大因子，那么整体控制单元109向模式切换单元107输出设置将由图像拾取装置101执行的操作为第一操作的控制信号。如果设置了第二放大因子，那么整体控制单元109向模式切换单元107输出设置将由图像拾取装置101执行的操作为第二操作的控制信号。同样在该示例中，可以实现与第六示例实施例的效果相同的效果。

本发明可以提供与以往的图像拾取装置相比具有高功能性的图像拾取装置。

虽然已经参考了示例实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例实施例。所附权利要求应当被给予最宽泛的解释，从而包含所有这种修改和等同结构及功能。

Claims (19)

1.一种用于图像拾取装置的驱动方法，所述图像拾取装置具有：

多个像素、垂直信号线和信号处理电路，

所述多个像素具有第一像素和第二像素，

第一像素具有第一光电转换单元和第一放大晶体管，

第二像素具有第二光电转换单元和第二放大晶体管，

其特征在于，所述方法包括：

由所述信号处理电路使用第一放大因子和小于第一放大因子的第二放大因子中的一个，放大输出到垂直信号线的信号，

如果所述信号处理电路使用第一放大因子放大输出到垂直信号线的信号，那么执行第一操作；以及

如果所述信号处理电路使用第二放大因子放大输出到垂直信号线的信号，那么在不执行第一操作的情况下执行第二操作，

其中所述第一操作包括如下的操作，在该操作中，通过至少部分重叠第一放大晶体管向垂直信号线输出基于由第一光电转换单元产生的电载流子的第一信号的时间段与第二放大晶体管向垂直信号线输出基于由第二光电转换单元产生的电载流子的第二信号的时间段，在垂直信号线中混合第一信号和第二信号；以及

所述第二操作包括如下的操作，在该操作中，通过将要由图像拾取装置输出的信号的数量降低至小于所述多个像素的数量的数量，图像拾取装置输出基于通过对入射光执行光电转换获得的电载流子的多个信号。

2.根据权利要求1所述的用于图像拾取装置的驱动方法，其中所述第二操作包括如下操作，在该操作中，由第一光电转换单元和第二光电转换单元生成的电载流子被混合，并且第一放大晶体管和第二放大晶体管中的至少一个向垂直信号线输出基于混合的电载流子的第三信号。

3.根据权利要求2所述的用于图像拾取装置的驱动方法，其中

所述第一像素具有保持电载流子的第一浮置扩散；

所述第二像素具有保持电载流子的第二浮置扩散；

所述第一信号是基于保持由第一光电转换单元生成的电载流子的第一浮置扩散的电势而从第一放大晶体管输出的信号；

所述第二信号是基于保持由第二光电转换单元生成的电载流子的第二浮置扩散的电势而从第二放大晶体管输出的信号；

所述混合的电载流子是通过在第一浮置扩散和第二浮置扩散中保持由第一光电转换单元生成的电载流子和由第二光电转换单元生成的电载流子而生成的电载流子。

4.根据权利要求1所述的用于图像拾取装置的驱动方法，其中所述第二操作是用于在一个帧时间段中或者向垂直信号线输出来自第一放大晶体管的第一信号或者向垂直信号线输出来自第二放大晶体管的第二信号的操作。

5.根据权利要求1所述的用于图像拾取装置的驱动方法，其中所述第二操作是用于分别执行向垂直信号线输出来自第一放大晶体管的第一信号和向垂直信号线输出来自第二放大晶体管的第二信号并且随后混合基于所述第一信号的信号和基于所述第二信号的信号的操作。

6.根据权利要求5所述的用于图像拾取装置的驱动方法，其中

所述信号处理电路具有AD转换单元，所述AD转换单元将输出到垂直信号线的信号AD转换成数字信号；以及

用于混合第一信号和第二信号的操作包括混合通过对第一信号执行AD转换获得的数字信号和通过对第二信号执行AD转换获得的数字信号。

7.根据权利要求1所述的用于图像拾取装置的驱动方法，其中所述信号处理电路具有AD转换单元，所述AD转换单元使用第一放大因子和第二放大因子将模拟信号转换为数字信号。

8.根据权利要求1所述的用于图像拾取装置的驱动方法，其中

所述信号处理电路具有差分放大器电路；以及

所述差分放大器电路使用第一放大因子和第二放大因子，放大输出到垂直信号线的信号。

9.一种用于图像拾取装置的驱动方法，所述图像拾取装置具有：

多个像素、垂直信号线和信号处理电路，

所述多个像素具有第一像素和第二像素；

所述第一像素具有第一光电转换单元、第一电容元件、第一浮置扩散和第一放大晶体管，

所述第二像素具有第二光电转换单元、第二电容元件、第二浮置扩散和第二放大晶体管，

其特征在于，所述方法包括：

由所述信号处理电路使用第一放大因子和小于第一放大因子的第二放大因子中的一个，放大输出到垂直信号线的信号；

如果所述信号处理电路使用第一放大因子放大输出到垂直信号线的信号，那么执行第一操作；以及

如果所述信号处理电路使用第二放大因子放大输出到垂直信号线的信号，那么在不执行第一操作的情况下执行第二操作，

其中所述第一操作是如下的操作，在该操作中，

由第一光电转换单元生成的电载流子在未被保持在第一电容元件中的情况下，被保持在第一浮置扩散中；

由第二光电转换单元生成的电载流子在未被保持在第二电容元件中的情况下，被保持在第二浮置扩散中；以及

通过至少部分重叠第一放大晶体管向垂直信号线输出基于第一浮置扩散的电势的第一信号的时间段与第二放大晶体管向垂直信号线输出基于第二浮置扩散的电势的第二信号的时间段，在垂直信号线中混合第一信号和第二信号；以及

所述第二操作是如下的操作，在该操作中，

由第一光电转换单元生成的电载流子被保持在第一电容元件和第一浮置扩散的第一合成电容中；

由第二光电转换单元生成的电载流子被保持在第二电容元件和第二浮置扩散的第二合成电容中；以及

通过至少部分重叠第一放大晶体管向垂直信号线输出基于第一浮置扩散的电势的第一信号的时间段和第二放大晶体管向垂直信号线输出基于第二浮置扩散的电势的第二信号的时间段，在垂直信号线中混合第一信号和第二信号。

10.根据权利要求9所述的用于图像拾取装置的驱动方法，其中所述信号处理电路具有AD转换单元，所述AD转换单元使用第一放大因子和第二放大因子，将模拟信号转换为数字信号。

11.根据权利要求1到10中任一个所述的用于图像拾取装置的驱动方法，其中

由下式表示的评估指数Z的值等于或大于2.5

Z＝I/{(W/L)×ΔVFD²}

其中L是第一放大晶体管和第二放大晶体管中的每一个的沟道长度，W是第一放大晶体管和第二放大晶体管中的每一个的沟道宽度，I(μA)是供应到垂直信号线的电流的值，并且ΔVFD(V)是第一放大晶体管的输入节点的电势和第二放大晶体管的输入节点的电势的第一放大因子的可能的范围的上限与下限之间的差。

12.一种用于具有图像拾取装置的成像***的驱动方法，所述图像拾取装置具有：

多个像素和垂直信号线，

所述多个像素具有第一像素和第二像素，

所述第一像素具有第一光电转换单元和第一放大晶体管，

所述第二像素具有第二光电转换单元和第二放大晶体管，以及

控制所述图像拾取装置的控制单元，所述方法特征在于，

如果所述控制单元设置第一灵敏度，那么所述图像拾取装置执行第一操作，

如果所述控制单元设置低于所述第一灵敏度的第二灵敏度，那么所述图像拾取装置在不执行第一操作的情况下执行第二操作，其中

所述第一操作是如下的操作，在该操作中，通过至少部分重叠第一放大晶体管向垂直信号线输出基于由第一光电转换单元生成的电载流子的第一信号的时间段和第二放大晶体管向垂直信号线输出基于由第二光电转换单元生成的电载流子的第二信号的时间段，在垂直信号线中混合第一信号和第二信号；以及

所述第二操作是如下的操作，在该操作中，通过应用不同于第一操作的方法将要由图像拾取装置输出的信号的数量降低至小于所述多个像素的数量的数量，所述图像拾取装置输出基于通过对入射光执行光电转换获得的电载流子的信号。

13.根据权利要求12所述的用于具有图像拾取装置的成像***的驱动方法，其中

由下式表示的评估指数Z的值等于或大于2.5

Z＝I/{(W/L)×ΔVFD²}

其中L是第一放大晶体管和第二放大晶体管中的每一个的沟道长度，W是第一放大晶体管和第二放大晶体管中的每一个的沟道宽度，I(μA)是供应到垂直信号线的电流的值，并且ΔVFD(V)是第一放大晶体管的输入节点的电势和第二放大晶体管的输入节点的电势的第一灵敏度的可能的范围的上限与下限之间的差。

14.一种用于具有图像拾取装置的成像***的驱动方法，所述图像拾取装置具有：

多个像素和垂直信号线，

所述多个像素具有第一像素和第二像素，

所述第一像素具有第一光电转换单元和第一放大晶体管，

所述第二像素具有第二光电转换单元和第二放大晶体管，以及

被设置在与图像拾取装置的半导体基板不同的半导体基板上的并且放大从图像拾取装置输出的信号的放大单元，

其特征在于，所述方法包括：

由所述放大单元使用第一放大因子和小于第一放大因子的第二放大因子，放大从图像拾取装置输出的信号；

如果所述放大单元使用第一放大因子放大从图像拾取装置输出的信号，那么由图像拾取装置执行第一操作；以及

如果所述放大单元使用第二放大因子放大从图像拾取装置输出的信号，那么由图像拾取装置在不执行第一操作的情况下执行第二操作，

其中所述第一操作是如下的操作，在该操作中，通过至少部分重叠第一放大晶体管向垂直信号线输出基于由第一光电转换单元产生的电载流子的第一信号的时间段与第二放大晶体管向垂直信号线输出基于由第二光电转换单元产生的电载流子的第二信号的时间段，在垂直信号线中混合第一信号和第二信号；以及

所述第二操作是如下的操作，在该操作中，通过按照与第一操作不同的方法将要由图像拾取装置输出的信号的数量降低至小于所述多个像素的数量的数量，所述图像拾取装置输出基于通过对入射光执行光电转换获得的电载流子的信号。

15.根据权利要求14所述的用于具有图像拾取装置的成像***的驱动方法，其中所述放大单元具有将从图像拾取装置输出的信号转换为数字信号的AD转换单元，并且所述放大单元使用第一放大因子和第二放大因子将从图像拾取装置输出的信号转换为数字信号。

16.根据权利要求14所述的用于具有图像拾取装置的成像***的驱动方法，其中

由下式表示的评估指数Z的值等于或大于2.5

Z＝I/{(W/L)×ΔVFD²}

其中L是第一放大晶体管和第二放大晶体管中的每一个的沟道长度，W是第一放大晶体管和第二放大晶体管中的每一个的沟道宽度，I(μA)是供应到垂直信号线的电流的值，并且ΔVFD(V)是第一放大晶体管的输入节点的电势和第二放大晶体管的输入节点的电势的第一灵敏度的可能的范围的上限与下限之间的差。

17.一种图像拾取装置，其特征在于，包括：

多个像素、垂直信号线、信号处理电路和控制单元，

所述多个像素具有第一像素和第二像素，

所述第一像素具有第一光电转换单元和第一放大晶体管，

所述第二像素具有第二光电转换单元和第二放大晶体管，

所述信号处理电路使用第一放大因子和小于第一放大因子的第二放大因子中的一个，放大输出到垂直信号线的信号，

如果所述信号处理单元使用第一放大因子放大输出到垂直信号线的信号，那么所述控制单元使得第一像素和第二像素执行第一操作，

如果所述信号处理单元使用第二放大因子放大输出到垂直信号线的信号，那么所述控制单元在不使得第一像素和第二像素执行第一操作的情况下，使得第一像素和第二像素执行第二操作，

其中所述第一操作是如下的操作，在该操作中，通过至少部分重叠第一放大晶体管向垂直信号线输出基于由第一光电转换单元产生的电载流子的第一信号的时间段与第二放大晶体管向垂直信号线输出基于由第二光电转换单元产生的电载流子的第二信号的时间段，在垂直信号线中混合第一信号和第二信号；以及

所述第二操作是如下的操作，在该操作中，通过将要由图像拾取装置输出的信号的数量降低至小于所述多个像素的数量的数量，所述图像拾取装置输出基于通过对入射光执行光电转换获得的电载流子的信号。

18.一种成像***，所述成像***包含根据权利要求17所述的图像拾取装置，以及通过处理从所述图像拾取装置输出的信号来生成图像的信号处理单元。

19.一种包含图像拾取装置的成像***，其特征在于，所述图像拾取装置具有多个像素、垂直信号线、信号处理电路和控制所述图像拾取装置的控制单元，

所述多个像素具有第一像素和第二像素，

所述第一像素具有第一光电转换单元和第一放大晶体管，

所述第二像素具有第二光电转换单元和第二放大晶体管，

所述信号处理电路使用第一放大因子和小于第一放大因子的第二放大因子中的一个，放大输出到垂直信号线的信号，

如果所述信号处理电路使用第一放大因子放大输出到垂直信号线的信号，那么所述控制单元使得第一像素和第二像素执行第一操作，

如果所述信号处理电路使用第二放大因子放大输出到垂直信号线的信号，那么所述控制单元在不使得第一像素和第二像素执行第一操作的情况下，使得第一像素和第二像素执行第二操作，

其中所述第一操作是如下的操作，在该操作中，通过至少部分重叠第一放大晶体管向垂直信号线输出基于由第一光电转换单元产生的电载流子的第一信号的时间段与第二放大晶体管向垂直信号线输出基于由第二光电转换单元产生的电载流子的第二信号的时间段，在垂直信号线中混合第一信号和第二信号；以及

所述第二操作是如下的操作，在该操作中，通过将要由图像拾取装置输出的信号的数量降低至小于所述多个像素的数量的数量，所述图像拾取装置输出基于通过对入射光执行光电转换获得的电载流子的信号。