本發(fā)明涉及成像元件、增益控制方法、程序和電子設(shè)備，特別地涉及能夠以更低的電力消耗拍攝具有高圖像質(zhì)量或高動(dòng)態(tài)范圍的圖像的成像元件、增益控制方法、程序和電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

常規(guī)地，在例如數(shù)碼照相機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī)等具有成像功能的電子設(shè)備中，例如，使用CCD(Charge Coupled Device：電子耦合器件)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器等固態(tài)成像元件。固態(tài)成像元件包括組合有進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的PD(photodiode：光電二極管)和多個(gè)晶體管的像素，且在從以平面方式布置的多個(gè)像素輸出的像素信號的基礎(chǔ)上構(gòu)建圖像。從像素輸出的像素信號例如由分別為各像素列布置的多個(gè)AD(Analog to Digital：模擬至數(shù)字)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并且被輸出。

例如，在專利文獻(xiàn)1中，公開了包括有AD轉(zhuǎn)換器的固態(tài)成像元件，該AD轉(zhuǎn)換器被構(gòu)造為包括計(jì)數(shù)器和將鋸齒波狀斜坡信號與像素信號進(jìn)行比較的比較器。此外，在專利文獻(xiàn)2中，公開了這樣的固態(tài)成像元件：其中，在被稱為單斜率積分型的AD轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，能夠通過改變供給至比較電路的參考信號的斜率來進(jìn)行增益調(diào)整。

引用列表

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：特開第2005-328135號公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：特開第2007-59991號公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

為了在包括有單斜率積分型AD轉(zhuǎn)換器的固態(tài)成像元件中拍攝具有高圖像質(zhì)量或高動(dòng)態(tài)范圍的圖像，需要擴(kuò)大增益或使斜坡信號的波形具有高振幅。為了實(shí)現(xiàn)寬增益或斜坡信號的波形的高振幅，需要包括這樣的寬范圍：在該范圍內(nèi)，用來產(chǎn)生斜坡信號的電流的量能夠變化；并且，常規(guī)地使用改變每個(gè)恒流源流動(dòng)的電流的量的方法。

然而，在這樣的方法中，難以對電流的量在其中能夠變化的范圍進(jìn)行擴(kuò)展；因此，需要增大電源電壓，這導(dǎo)致增加了電力消耗。因此，已經(jīng)期望能夠在避免這樣的電力消耗的增大的同時(shí)拍攝具有高圖像質(zhì)量或高動(dòng)態(tài)范圍的圖像的固態(tài)成像元件。

本發(fā)明是鑒于以上情況做出的，本發(fā)明能夠以更低的電力消耗拍攝具有高圖像質(zhì)量或高動(dòng)態(tài)范圍的圖像。

技術(shù)問題的解決方案

根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了一種成像元件，其包括：AD轉(zhuǎn)換單元，其被構(gòu)造為對像素輸出的像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；和參考信號產(chǎn)生單元，其被構(gòu)造為產(chǎn)生當(dāng)所述AD轉(zhuǎn)換單元對所述像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)所參考的參考信號。所述參考信號產(chǎn)生單元包括：形成電流鏡電路的預(yù)定對數(shù)的晶體管；和切換單元，被構(gòu)造用來切換與所述電流鏡電路連接的所述晶體管的數(shù)量。

根據(jù)本發(fā)明的方面，提出了一種用于成像元件的增益控制方法或程序，所述成像元件包括：AD轉(zhuǎn)換單元，其被構(gòu)造為對像素輸出的像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；和參考信號產(chǎn)生單元，其被構(gòu)造為產(chǎn)生當(dāng)所述AD轉(zhuǎn)換單元對所述像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)所參考的參考信號，所述參考信號產(chǎn)生單元包括：形成電流鏡電路的預(yù)定對數(shù)的晶體管；和切換單元，其被構(gòu)造用來切換與所述電流鏡電路連接的所述晶體管的數(shù)量，所述增益控制方法或程序包括下述步驟：獲取被攝圖像的亮度；和控制所述切換單元以在基于所述圖像的所述亮度將所述AD轉(zhuǎn)換單元對所述像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)的增益設(shè)置為高增益的時(shí)候，減小與所述電流鏡電路連接的所述晶體管的數(shù)量。

根據(jù)本發(fā)明的方面，提出一種包括有成像元件的電子設(shè)備，所述成像元件包括：AD轉(zhuǎn)換單元，其被構(gòu)造為對像素輸出的像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；和參考信號產(chǎn)生單元，被構(gòu)造為產(chǎn)生當(dāng)所述AD轉(zhuǎn)換單元對所述像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)所參考的參考信號，所述參考信號產(chǎn)生單元包括：形成電流鏡電路的預(yù)定對數(shù)的晶體管；和切換單元，被構(gòu)造用來切換與所述電流鏡電路連接的所述晶體管的數(shù)量。

在本發(fā)明的方面，成像元件包括：AD轉(zhuǎn)換單元，其被構(gòu)造為對像素輸出的像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；和參考信號產(chǎn)生單元，其被構(gòu)造為產(chǎn)生當(dāng)所述AD轉(zhuǎn)換單元對所述像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)所參考的參考信號，且所述參考信號產(chǎn)生單元包括：形成電流鏡電路的預(yù)定對數(shù)的晶體管；和切換單元，被構(gòu)造用來切換與所述電流鏡電路連接的所述晶體管的數(shù)量。獲取被攝圖像的亮度，且控制所述切換單元以在基于所述圖像的所述亮度將所述AD轉(zhuǎn)換單元對所述像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)的增益設(shè)置為高增益的時(shí)候，減小與所述電流鏡電路連接的所述晶體管的數(shù)量。

本發(fā)明的有益效果

根據(jù)本發(fā)明的方面，能夠以更低的電力消耗拍攝具有高圖像質(zhì)量或高動(dòng)態(tài)范圍的圖像。

附圖說明

圖1是示出了應(yīng)用本發(fā)明的成像器件的實(shí)施例的構(gòu)造例的框圖。

圖2示出了成像元件的構(gòu)造例。

圖3示出了列信號處理電路中包括的列處理單元的構(gòu)造例。

圖4說明了斜坡信號的坡度與像素信號的增益之間的關(guān)系。

圖5示出了斜坡信號產(chǎn)生電路的構(gòu)造例。

圖6示出了斜坡信號產(chǎn)生電路的構(gòu)造例。

圖7是說明了列處理單元的增益模式的切換處理的流程圖。

圖8示出了斜坡信號產(chǎn)生電路的變型例。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖來詳細(xì)地說明應(yīng)用本發(fā)明的具體實(shí)施例。

圖1是示出了作為應(yīng)用了本發(fā)明的電子設(shè)備的示例的成像裝置的實(shí)施例的構(gòu)造的示例的框圖。

如圖1所示，成像裝置11被構(gòu)造為包括光學(xué)系統(tǒng)12、成像元件13、信號處理電路14、自動(dòng)曝光處理電路15、顯示單元16和存儲(chǔ)單元17。成像裝置11例如是能夠拍攝靜態(tài)圖像和動(dòng)態(tài)圖像的電子設(shè)備，例如數(shù)碼照相機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī)。

光學(xué)系統(tǒng)12被構(gòu)造為包括一個(gè)或多個(gè)透鏡，并且將來自被攝體的圖像光(入射光)引導(dǎo)到成像元件13以在成像元件13的受光面上形成圖像。

成像元件13包括以矩陣構(gòu)造布置在用于接收光學(xué)系統(tǒng)12收集的光的受光面上的多個(gè)像素，并且將根據(jù)各像素接收的光量的像素信號供給到信號處理電路14。下文將參照圖2來說明成像元件13的構(gòu)造。

信號處理電路14對成像元件13供給來的像素信號進(jìn)行諸如白平衡校正和伽馬(gamma)校正等各種信號處理以基于像素信號來構(gòu)建圖像(圖像數(shù)據(jù))，并且將圖像供給到自動(dòng)曝光處理電路15、顯示單元16和存儲(chǔ)單元17。

自動(dòng)曝光處理電路15進(jìn)行自動(dòng)曝光處理，其中，檢測由成像元件13拍攝的圖像的亮度且自動(dòng)調(diào)整該圖像的亮度，以獲得以用戶使用例如未被示出的輸入單元輸入的曝光值為依據(jù)的適當(dāng)亮度。例如，自動(dòng)曝光處理電路15求得成像元件13輸出的所有像素信號的平均值以檢測圖像的亮度(以下，被適當(dāng)?shù)胤Q為傳感器輸出電平)，并且將該傳感器輸出電平供給到成像元件13。因此，在成像元件13中，依據(jù)傳感器輸出電平來調(diào)整圖像的亮度。

顯示單元16例如由液晶面板或有機(jī)電致發(fā)光(EL)面板等形成，并且顯示從信號處理電路14供給來的圖像。

存儲(chǔ)單元17例如由安裝于成像裝置11中的非易失性存儲(chǔ)器或可附接至成像裝置11且可從成像裝置11拆卸的可移除媒介形成，并且存儲(chǔ)信號處理電路14供給來的圖像(圖像數(shù)據(jù))。

在如此構(gòu)造的成像裝置11中，由成像元件13拍攝的圖像顯示在顯示單元16上；且當(dāng)對未被示出的快門按鈕進(jìn)行操控時(shí)，在此時(shí)拍攝的圖像被存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元17中。自動(dòng)曝光處理電路15控制成像元件13拍攝的圖像的亮度。

接著，在圖2中，示出了成像元件13的構(gòu)造的示例。

如圖2所示，成像元件13被構(gòu)造為包括像素區(qū)域21、垂直驅(qū)動(dòng)電路22、列信號處理電路23、水平驅(qū)動(dòng)電路24、輸出電路25、斜坡信號產(chǎn)生電路26和控制電路27。

像素區(qū)域21是對圖1的光學(xué)系統(tǒng)12收集的光進(jìn)行接收的受光面。多個(gè)像素31以矩陣構(gòu)造布置于像素區(qū)域21中，每個(gè)像素31經(jīng)由以行為單位設(shè)置的水平信號線32連接至垂直驅(qū)動(dòng)電路22且經(jīng)由以列為單位設(shè)置的垂直信號線33連接至列信號處理電路23。多個(gè)像素31分別輸出處于依據(jù)自身接收的光量的電平的像素信號，且像素區(qū)域21內(nèi)形成的被攝體的圖像由所述像素信號構(gòu)成。

垂直驅(qū)動(dòng)電路22經(jīng)由水平信號線32將驅(qū)動(dòng)信號供給到像素31，該驅(qū)動(dòng)信號用于以像素區(qū)域21內(nèi)布置的多個(gè)像素31的行為單位驅(qū)動(dòng)(傳輸、選擇、復(fù)位等)每個(gè)像素31。

列信號處理電路23經(jīng)由垂直信號線33對從多個(gè)像素31輸出的像素信號進(jìn)行CDS(Correlated Double Sampling：相關(guān)雙采樣)處理，從而進(jìn)行像素信號的AD轉(zhuǎn)換且去除復(fù)位噪聲。例如，列信號處理電路23被構(gòu)造為包括以像素31的列數(shù)為依據(jù)的多個(gè)列處理單元41(見下文說明的圖3)，并且能夠并行地以像素31的列為單位進(jìn)行CDS處理。

水平驅(qū)動(dòng)電路24將驅(qū)動(dòng)信號供給到列信號處理電路23，該驅(qū)動(dòng)信號用于以像素區(qū)域21內(nèi)布置的多個(gè)像素31的列為單位地使像素信號從列信號處理電路23輸出到數(shù)據(jù)輸出信號線34。

輸出電路25對在依據(jù)水平驅(qū)動(dòng)電路24的驅(qū)動(dòng)信號的時(shí)序處從列信號處理電路23經(jīng)由數(shù)據(jù)輸出信號線34供給來的像素信號進(jìn)行放大，并且將放大的像素信號輸出到后面階段的信號處理電路14(圖1)。

斜坡信號產(chǎn)生電路26產(chǎn)生作為當(dāng)列信號處理電路23對像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)進(jìn)行參考的參考信號的斜坡信號，所述斜坡信號的電壓隨著時(shí)間推移以固定梯度下降(斜坡電壓)，并且斜坡信號產(chǎn)生電路將斜坡信號供給到列信號處理電路23。

控制電路27控制成像元件13內(nèi)的各模塊的驅(qū)動(dòng)。例如，控制電路27依據(jù)各模塊的驅(qū)動(dòng)周期來產(chǎn)生時(shí)鐘信號，并且將時(shí)鐘信號供給到各模塊。在成像器件11中，傳感器輸出電平從圖1的自動(dòng)曝光處理電路15供給到控制電路27?？刂齐娐?7起到增益控制單元51(見后面所述的圖5和圖6)的作用，其在傳感器輸出電平的基礎(chǔ)上控制列信號處理電路23對像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)的增益。

接著，在圖3中，示出了列信號處理電路23中包含的列處理單元41的構(gòu)造例。

如上所述，列信號處理電路23被構(gòu)造為包括多個(gè)列處理單元41，且圖3示出了多個(gè)列處理單元41中的一個(gè)。多個(gè)列處理單元41被類似地構(gòu)造，且省略它們的圖示。

如圖3所示，列處理單元41被構(gòu)造為包括比較器42、計(jì)數(shù)器43、電阻44、電容器45、46和開關(guān)47，并且對從像素輸出的像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。

比較器42的正號側(cè)的輸入端子經(jīng)由電容器45連接至斜坡信號產(chǎn)生電路26，且電容器45與斜坡信號產(chǎn)生電路26之間的連接點(diǎn)經(jīng)由電阻44接地。因此，以斜坡信號產(chǎn)生電路26輸出的斜坡信號為依據(jù)的電勢被施加于比較器42的正號側(cè)的輸入端子。另一方面，比較器42的負(fù)號側(cè)的輸入端子經(jīng)由電容器46連接至圖2的垂直信號線33，且以像素31輸出的模擬像素信號為依據(jù)的電勢被施加于比較器42的負(fù)號側(cè)的輸入端子。

比較器42的輸出端子連接至計(jì)數(shù)器43的輸入，且計(jì)數(shù)器43的輸出端子經(jīng)由開關(guān)47連接至數(shù)據(jù)輸出信號線34。開關(guān)47依據(jù)水平驅(qū)動(dòng)電路24輸出的驅(qū)動(dòng)信號進(jìn)行斷開和接通。

比較器42判斷輸入至正號側(cè)的輸入端子的輸入信號與輸入至負(fù)號側(cè)的輸入端子的輸入信號之間的大小，并且輸出表明判斷結(jié)果的輸出信號VCO。換言之，比較器42判斷施加于正號側(cè)的輸入端子的斜坡信號的電勢與從像素31輸出的且施加至負(fù)號側(cè)的輸入端子的模擬像素信號的電勢之間的大小關(guān)系。例如，比較器42在斜坡信號大于模擬像素信號的情況下輸出高電平的輸出信號VCO且在斜坡信號等于或小于模擬像素信號的情況下輸出低電平的輸出信號VCO。

例如，計(jì)數(shù)器43從斜坡信號產(chǎn)生電路26供給來的斜坡信號的電勢開始以固定坡度下降時(shí)的時(shí)刻起計(jì)算預(yù)定數(shù)量的時(shí)鐘直至從比較器42輸出的輸出信號VCO從高電平切換到低電平時(shí)的時(shí)刻。因此，計(jì)數(shù)器43計(jì)算的計(jì)數(shù)值是以輸入到比較器42的像素信號的電勢為依據(jù)的值，且因此從像素31輸出的模擬像素信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。

在輸出布置有預(yù)定列處理單元41的列的像素信號的時(shí)候，開關(guān)47依據(jù)從水平驅(qū)動(dòng)電路24輸出的驅(qū)動(dòng)信號而閉合，且計(jì)數(shù)器43的輸出端子連接至數(shù)據(jù)輸出信號線34。因此，列處理單元41中轉(zhuǎn)換成數(shù)字值的像素信號被輸出至數(shù)據(jù)輸出信號線34。

列處理單元41以這種方式而構(gòu)成；比較器42將電勢以固定坡度下降的斜坡信號與模擬像素信號進(jìn)行比較，且像素信號基于比較結(jié)果而被AD轉(zhuǎn)換。因此，能夠通過斜坡信號的坡度來改變對像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)的增益；例如，當(dāng)斜坡信號的坡度緩和的時(shí)候，放大因數(shù)大(高增益)；且當(dāng)斜坡信號的坡度陡峭的時(shí)候，放大因數(shù)小(低增益)。

現(xiàn)在將參照圖4來說明斜坡信號的坡度與像素信號的增益之間的關(guān)系。

在圖4的上側(cè)，示出了斜坡信號和像素信號的電勢變化；且在圖4的下側(cè)，示出了比較器42輸出的輸出信號VCO從高電平切換到低電平時(shí)的時(shí)刻。

如圖4所示，當(dāng)如虛線所示，斜坡信號的坡度相對于一定電平的模擬(含有一些噪聲)像素信號是陡峭的時(shí)候，輸出信號VCO從高電平切換到低電平時(shí)的時(shí)刻早。因此，計(jì)數(shù)器43計(jì)算的計(jì)數(shù)值小，且在對像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的時(shí)候，增益是低增益。

另一方面，當(dāng)如實(shí)線所示，斜坡信號的坡度相對于一定電平的模擬像素信號是緩和的時(shí)候，輸出信號VCO從高電平切換到低電平時(shí)的時(shí)刻晚。因此，計(jì)數(shù)器43計(jì)算的計(jì)數(shù)值大，且在對像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的時(shí)候，增益是高增益。

因此，在成像器件11中，能夠通過改變斜坡信號產(chǎn)生電路26產(chǎn)生的斜坡信號的坡度來改變對像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)的增益。

為了產(chǎn)生這樣的斜坡信號，需要使從斜坡信號產(chǎn)生電路26輸出的電流的量可變。因此，常規(guī)地，使用其中改變每個(gè)恒流源流動(dòng)的電流的量的構(gòu)造以使電流的量可變，且不管流動(dòng)的電流的量如何，恒流源都需要一直在飽和區(qū)內(nèi)工作。因此，為了實(shí)現(xiàn)寬增益范圍且使斜坡信號的最大振幅為高振幅，需要增大電源電壓，因此增大了電力消耗。

與此相比，在成像器件11中，使用這樣的構(gòu)造：不僅每個(gè)恒流源流動(dòng)的電流的量是變化的而且恒流源本身的數(shù)量也是可變的。因此，斜坡信號產(chǎn)生電路26被構(gòu)造為能夠?qū)ζ渲须娏鞯牧磕軌蜃兓姆秶M(jìn)行擴(kuò)展以實(shí)現(xiàn)更寬的增益范圍，并且能夠使斜坡信號的最大振幅為高振幅。

接著，參照圖5和圖6來說明斜坡信號產(chǎn)生電路26的構(gòu)造例。在圖5中，示出了低增益時(shí)的斜坡信號產(chǎn)生電路26；且在圖6中，示出了高增益時(shí)的斜坡信號產(chǎn)生電路26。

如圖5和圖6所示，斜坡信號產(chǎn)生電路26被構(gòu)造為包括輸入側(cè)晶體管61-1和61-2、輸出側(cè)晶體管62-1和62-2、開關(guān)63和64以及電流源晶體管65。開關(guān)63、開關(guān)64和電流源晶體管65由起到控制電路27作用而被包括的增益控制單元51控制。

在斜坡信號產(chǎn)生電路26中，兩個(gè)輸入側(cè)晶體管61-1、61-2和兩個(gè)輸出側(cè)晶體管62-1、62-2進(jìn)行配對以形成電流鏡電路。按照增益控制單元51的控制，數(shù)量上與流經(jīng)電流源晶體管65的參考電流相等的輸出電流通過電阻44，且因此從斜坡信號產(chǎn)生電路26中輸出斜坡信號。

在斜坡信號產(chǎn)生電路26中，輸入側(cè)晶體管61-1依據(jù)開關(guān)63的斷開和接通而被連接至電流鏡電路，且輸出側(cè)晶體管62-1依據(jù)開關(guān)64的斷開和閉合而被連接至電流鏡電路。

也即是，如圖5所示，在低增益時(shí)，增益控制單元51進(jìn)行控制以閉合開關(guān)63和開關(guān)64，輸入側(cè)晶體管61-1和輸出側(cè)晶體管62-1被連接至電流鏡電路。因此，增加與電流鏡電路連接的晶體管的數(shù)量以增加輸出電流，因此使斜坡信號具有陡峭的坡度；因此，如參照圖4所述，能夠使列處理單元41對像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)的增益為低增益。

此外，如圖6所示，在高增益時(shí)，增益控制單元51進(jìn)行控制以斷開開關(guān)63和開關(guān)64，輸入側(cè)晶體管61-1和輸出側(cè)晶體管62-1不被連接至電流鏡電路。因此，減小與電流鏡電路連接的晶體管的數(shù)量以減小輸出電流，因此使斜坡信號具有緩和的坡度；因此，如參照圖4所述，能夠使列處理單元41對像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)的增益為高增益。

因此，在成像元件13中，增益控制單元51能夠?qū)⒘刑幚韱卧?1的增益模式切換為低增益模式或高增益模式。

也即是，當(dāng)基于由進(jìn)行自動(dòng)曝光處理的自動(dòng)曝光處理電路15獲得的傳感器輸出電平，增益控制單元51將列處理單元41對像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)的增益設(shè)置為低增益時(shí)，增益控制單元51將開關(guān)63和開關(guān)64設(shè)置為接通以將輸入側(cè)晶體管61-1和輸出側(cè)晶體管62-1連接至電流鏡電路。通過這樣增加電流鏡電路中包含的晶體管的數(shù)量，防止了過大的差動(dòng)電壓，且實(shí)現(xiàn)斜坡信號的最大振幅(其是斜坡信號產(chǎn)生電路26的動(dòng)態(tài)范圍)。

另一方面，當(dāng)基于由進(jìn)行自動(dòng)曝光處理的自動(dòng)曝光處理電路15獲得的傳感器輸出電平，增益控制單元51將列處理單元41對像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)的增益設(shè)置為高增益時(shí)，增益控制單元51減小與電流鏡電路連接的晶體管的數(shù)量；因此，防止了過小的差動(dòng)電壓，且擴(kuò)展了其中電流的量能夠變化的范圍。

接著，圖7是說明了增益控制單元51控制的列處理單元41的增益模式的切換處理的流程圖。

例如，當(dāng)在成像器件11中開始動(dòng)態(tài)圖像的拍攝且拍攝預(yù)定數(shù)量幀的圖像時(shí)，處理開始。在步驟S11中，在圖1的自動(dòng)曝光處理電路15中進(jìn)行自動(dòng)曝光處理以檢測出傳感器輸出電平，且增益控制單元51從自動(dòng)曝光處理電路15中獲取傳感器輸出電平。

在步驟S12中，增益控制單元51判斷步驟S11中獲取的傳感器輸出電平是否等于或小于第一閾值A(chǔ)。在增益控制單元51確定傳感器輸出電平等于或小于第一閾值A(chǔ)的情況下，處理進(jìn)入步驟S13。

在步驟S13中，增益控制單元51將列處理單元41的增益模式設(shè)置為低增益模式。即，增益控制單元51輸出將開關(guān)63和64設(shè)置為接通的驅(qū)動(dòng)信號以將輸入側(cè)晶體管61-1和輸出側(cè)晶體管62-1連接至形成斜坡信號產(chǎn)生電路26的電流鏡電路。因此，斜坡信號產(chǎn)生電路26輸出斜坡信號時(shí)的電流的量增大，并且使斜坡信號具有陡峭的坡度；因此，使列處理單元41對像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)的增益為低增益。在步驟S13的處理后，處理結(jié)束。

另一方面，在步驟S12中，在增益控制單元51確定傳感器輸出電平不是等于或小于第一閾值A(chǔ)(而是大于第一閾值A(chǔ))的情況下，處理進(jìn)入步驟S14。

在步驟S14中，增益控制單元51判斷步驟S11中獲取的傳感器輸出電平是否等于或小于第二閾值B。在增益控制單元51確定傳感器輸出電平等于或小于第二閾值B的情況下，處理進(jìn)入步驟S15。

在步驟S15中，增益控制單元51將列處理單元41的增益模式設(shè)置為第一高增益模式。即，增益控制單元51控制電流源晶體管65以減小參考電流。因此，借助于形成斜坡信號產(chǎn)生電路26的電流鏡電路而流經(jīng)電阻44的輸出電流被減小，并且使斜坡信號具有緩和的坡度；因此，使列處理單元41對像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)的增益為高增益。在步驟S15的處理后，處理結(jié)束。

另一方面，在步驟S14中，在增益控制單元51確定傳感器輸出電平不是等于或小于第二閾值B(而是大于第二閾值B)的情況下，處理進(jìn)入步驟S16。

在步驟S16中，增益控制單元51將列處理單元41的增益模式設(shè)置為第二高增益模式(比步驟S15中的第一高增益模式更高的增益)。即，增益控制單元51控制電流源晶體管65以減小參考電流，并且還輸出將開關(guān)63和64設(shè)置為斷開的驅(qū)動(dòng)信號。因此，能夠減小與形成斜坡信號產(chǎn)生電路26的電流鏡電路連接的晶體管的數(shù)量，且因此能夠進(jìn)一步減小借助于形成斜坡信號產(chǎn)生電路26的電流鏡電路而流經(jīng)電阻44的輸出電流。因此，使斜坡信號具有比在第一高增益模式下的坡度更緩和的坡度，且因此使列處理單元41對像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)的增益為更高的增益。在步驟S16的處理后，處理結(jié)束。

因此，在成像元件13中，增益控制單元51控制與形成斜坡信號產(chǎn)生電路26的電流鏡電路連接的晶體管的數(shù)量且控制流經(jīng)電流源晶體管65的參考電流；因而，能夠切換列處理單元41對像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)的增益。因此，在成像元件13中，能夠在不增大電源電壓的情況下擴(kuò)展增益范圍和動(dòng)態(tài)范圍(該動(dòng)態(tài)范圍是斜坡信號的波形的最大振幅)。因此，在成像器件11中，能夠以更低的電力消耗拍攝具有高圖像質(zhì)量或高動(dòng)態(tài)范圍的圖像。

接著，圖8示出了斜坡信號產(chǎn)生電路的變型例。

如圖8所示，在斜坡信號產(chǎn)生電路26A中，電流鏡電路由N個(gè)輸入側(cè)晶體管61-1至61-1和N個(gè)輸出側(cè)晶體管62-1至62-N組成。與電流鏡電路連接的晶體管的數(shù)量通過N-1個(gè)開關(guān)63-1至63-(N-1)和N-1個(gè)開關(guān)64-1至64-(N-1)來切換。

在如此構(gòu)造的斜坡信號產(chǎn)生電路26A中，能夠更細(xì)微地切換列處理單元41對像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)的增益。即，在圖5的斜坡信號產(chǎn)生電路26中，在高增益與低增益這兩個(gè)級別之間進(jìn)行切換，而在斜坡信號產(chǎn)生電路26A中，增益能夠在N個(gè)級別之間進(jìn)行切換。

不一定需要與流程圖所述的順序一致地以時(shí)間序列的方式進(jìn)行參照上述流程圖所述的各處理，而且也可以包括并行地或單獨(dú)地執(zhí)行的處理(例如，并行處理或基于對象的處理)。程序可以是由一個(gè)CPU執(zhí)行的程序或由多個(gè)CPU分布地執(zhí)行的程序。

除了可以用于像圖1所示那樣的成像器件以外，應(yīng)用了本發(fā)明的固態(tài)成像元件還可以用于具有成像功能的各種電子設(shè)備，例如具有成像功能的移動(dòng)電話和所謂的智能手機(jī)。

此外，本發(fā)明也可以被構(gòu)造如下。

(1)

一種成像元件，其包括：

AD轉(zhuǎn)換單元，所述AD轉(zhuǎn)換單元被構(gòu)造為對像素輸出的像素信號進(jìn)行AD(模數(shù))轉(zhuǎn)換；和

參考信號產(chǎn)生單元，所述參考信號產(chǎn)生單元被構(gòu)造為產(chǎn)生當(dāng)在所述AD轉(zhuǎn)換單元中對所述像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)所參考的參考信號，

其中，所述參考信號產(chǎn)生單元包括：

形成電流鏡電路的預(yù)定對數(shù)的晶體管，和

切換單元，所述切換單元被構(gòu)造用來切換與所述電流鏡電路連接的所述晶體管的數(shù)量。

(2)

根據(jù)(1)所述的成像元件，還包括：

控制單元，所述控制單元被構(gòu)造為獲取被攝圖像的亮度，并且控制所述切換單元以在基于所述圖像的所述亮度將所述AD轉(zhuǎn)換單元對所述像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)的增益設(shè)置為高增益的時(shí)候，減小與所述電流鏡電路連接的所述晶體管的數(shù)量。

(3)

根據(jù)(1)或(2)所述的成像元件，其中，所述控制單元控制所述切換單元以減小與所述電流鏡電路連接的所述晶體管的數(shù)量并且還減小所述電流鏡電路的參考電流。

(4)

一種用于成像元件的增益控制方法，

所述成像元件包括：

AD轉(zhuǎn)換單元，所述AD轉(zhuǎn)換單元被構(gòu)造為對像素輸出的像素信號進(jìn)行AD(模數(shù))轉(zhuǎn)換，和

參考信號產(chǎn)生單元，所述參考信號產(chǎn)生單元被構(gòu)造為產(chǎn)生當(dāng)所述AD轉(zhuǎn)換單元對所述像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)所參考的參考信號，

所述參考信號產(chǎn)生單元包括：

形成電流鏡電路的預(yù)定對數(shù)的晶體管，和

切換單元，所述切換單元被構(gòu)造用來切換與所述電流鏡電路連接的所述晶體管的數(shù)量，

所述增益控制方法包括如下步驟：

獲取被攝圖像的亮度；和

控制所述切換單元以在基于所述圖像的所述亮度將所述AD轉(zhuǎn)換單元對所述像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)的增益設(shè)置為高增益的時(shí)候，減小與所述電流鏡電路連接的所述晶體管的數(shù)量。

(5)

一種使計(jì)算機(jī)執(zhí)行對成像元件進(jìn)行控制的程序，

所述成像元件包括：

AD轉(zhuǎn)換單元，所述AD轉(zhuǎn)換單元被構(gòu)造為對像素輸出的像素信號進(jìn)行AD(模數(shù))轉(zhuǎn)換，和

參考信號產(chǎn)生單元，所述參考信號產(chǎn)生單元被構(gòu)造為產(chǎn)生當(dāng)所述AD轉(zhuǎn)換單元對所述像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)所參考的參考信號，

所述參考信號產(chǎn)生單元包括：

形成電流鏡電路的預(yù)定對數(shù)的晶體管，和

切換單元，所述切換單元被構(gòu)造用來切換與所述電流鏡電路連接的所述晶體管的數(shù)量，

所述程序被構(gòu)造用來使計(jì)算機(jī)執(zhí)行包括如下步驟的處理：

獲取被攝圖像的亮度；和

控制所述切換單元以在基于所述圖像的所述亮度將所述AD轉(zhuǎn)換單元對所述像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)的增益設(shè)置為高增益的時(shí)候，減小與所述電流鏡電路連接的所述晶體管的數(shù)量。

(6)

一種包括有成像元件的電子設(shè)備，

所述成像元件包括：

AD轉(zhuǎn)換單元，所述AD轉(zhuǎn)換單元被構(gòu)造為對像素輸出的像素信號進(jìn)行AD(模數(shù))轉(zhuǎn)換；和

參考信號產(chǎn)生單元，所述參考信號產(chǎn)生單元被構(gòu)造為產(chǎn)生當(dāng)在所述AD轉(zhuǎn)換單元中對所述像素信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)所參考的參考信號，

其中，所述參考信號產(chǎn)生單元包括：

形成電流鏡電路的預(yù)定對數(shù)的晶體管，和

切換單元，所述切換單元被構(gòu)造用來切換與所述電流鏡電路連接的所述晶體管的數(shù)量。

本發(fā)明的實(shí)施例不限于上述的實(shí)施例，并且不偏離本發(fā)明主旨的各種變更也是可能的。

附圖標(biāo)記列表

11 成像器件

12 光學(xué)系統(tǒng)

13 成像元件

14 信號處理電路

15 自動(dòng)曝光處理電路

16 顯示單元

17 存儲(chǔ)單元

21 像素區(qū)

22 垂直驅(qū)動(dòng)電路

23 列信號處理電路

24 水平驅(qū)動(dòng)電路

25 輸出電路

26 斜坡信號產(chǎn)生電路

27 控制電路

31 像素

32 水平信號線

33 垂直信號線

34 數(shù)據(jù)輸出信號線

41 列處理單元

42 比較器

43 計(jì)數(shù)器

44 電阻

45、46 電容器

47 開關(guān)

51 增益控制單元