本发明涉及一种图像传感器和摄像设备。
背景技术：
摄像设备的图像传感器的分辨率(像素数)高于该摄像设备的显示单元的分辨率，因此已知如下的技术，即：在提高读出帧频的同时使从图像传感器所读出的用于显示图像的像素数减少。还已知如下的技术，即：通过对来自相邻像素的信号进行近似平均化而非简单地间隔剔除并读出这些像素，来抑制由像素数的减少所引起的图像质量劣化(日本特开2010-98548)。
另外，日本特开2001-223566公开了一种图像传感器，其包括具有像素、电流路径形成块、电流路径和比较单元的比较器。电流路径形成块包括mos晶体管，其中mos晶体管的栅极将各个像素的电荷电压转换单元视为输入。电流路径包括利用栅极供给有参考电压的mos晶体管形成差分对的运算放大器，并且可以基于比较单元的输出来获得与像素信号相对应的数字信号。
根据日本特开2010-98548，在连接至不同放大器晶体管的传输晶体管同时接通的情况下，这些不同放大器晶体管的输出信号被输出至单个垂直信号线，并且多个像素信号被平均化。例如，假定使用根据日本特开2001-223566的配置获得了与垂直信号线中的电压相对应的数字信号。在这种情况下，根据是仅一个像素的信号被输出至垂直信号线还是多个像素的信号被输出并平均化，即使各像素的信号相同，所获得的数字信号也将是不同的。这是因为，在这些相应情形中，比较器中流动的电流的值是不同的。
技术实现要素：
鉴于传统技术的这些问题，构想出了本发明。本发明提供了一种即使在不同数量的晶体管针对各信号线接通的情况下也能够以相同的操作定时进行驱动的图像传感器和摄像设备。
根据本发明的一方面，提供了c1。
根据本发明的另一方面，提供了c13。
根据以下参考附图对典型实施例的描述，本发明的其它特征将变得显而易见。
附图说明
图1是示出根据实施例的摄像设备的结构的框图。
图2是示出根据实施例的图像传感器的结构的框图。
图3是示出根据实施例的图像传感器的驱动方法的定时图。
图4是示出根据实施例的图像传感器的控制结构的框图。
图5是示出根据第一实施例的图像传感器的结构的框图。
图6是示出根据第一实施例的摄像设备的控制的流程图。
图7是示出根据第二实施例的图像传感器的结构的框图。
图8是示出根据第二实施例的图像传感器的驱动方法的定时图。
图9是示出根据第二实施例的摄像设备的控制的流程图。
具体实施方式
现将根据附图来详细说明本发明的典型实施例。以下说明了在数字照相机中应用根据本发明的固态图像传感器的实施例。然而，根据本发明的固态图像传感器不限于摄像设备，并且可以应用于采用固态图像传感器的任何电子装置，包括移动电话(包括智能手机)、媒体播放器、游戏机、个人计算机和仪表板照相机等。
第一实施例
图1是示出根据本发明的实施例的数字照相机100的功能结构的示例的框图。光学摄像系统10包括调焦透镜、光圈/快门(以下简称为“光圈”)等，并且在图像传感器1的图像形成面上形成被摄体图像。诸如调焦透镜和光圈等的移动构件由光学系统驱动电路9驱动。
图像传感器1例如是cmos图像传感器，其中在该cmos图像传感器中，多个像素以二维方式排列。图像传感器1还包括针对各像素列具有ad转换器的并列型或列型ad转换架构，其中该ad转换架构通过光电转换对各像素中所累积的电荷(电压)进行ad转换并输出一个画面大小的数字图像信号。数字图像信号被传输至图像存储器2。
图像处理单元3对被传输至图像存储器2的数字图像信号进行诸如白平衡调整、颜色插值(去马赛克)、降噪、锐度调整、色调校正、缩放和编码等的处理以生成显示或记录用的图像数据。图像处理单元3还根据数字图像信号求出用于自动曝光控制(ae)、自动焦点检测(af)等的各种评价值和信息。例如，图像处理单元3可以求出与数字图像信号的亮度值有关的信息、焦点检测区域内的像素的对比度信息、以及与诸如人物面部等的被摄体区域有关的信息等，但是信息不限于此。图像处理单元3还执行诸如解码和缩放处理等的图像处理，以在显示单元12上显示记录介质7中所记录的图像数据。图像处理单元3可以由至少一个dsp、asic或assp等实现。
系统控制单元4包括至少一个可编程处理器(以下称为“cpu”)，并且通过例如将rom5中所存储的程序加载到系统存储器14中并且执行这些程序来实现数字照相机100的功能。注意，系统控制单元4所执行的一些处理可以由诸如asic或assp等的硬件来实现。图像处理单元3所执行的至少一些操作可以由构成系统控制单元4的cpu执行软件来实现。后述的图像传感器1的操作由系统控制单元4基于rom5中所存储的驱动方式控制定时发生电路8的操作来实现。
rom5是非易失性存储器，并且可以是至少部分可重写的。rom5存储系统控制单元4所执行的程序、各种设置值、常数、以及诸如gui等的显示数据等。
记录电路6根据预定文件系统将图像处理单元3所生成的记录用的图像数据记录到记录介质7中，其中该记录介质7是存储卡等。记录电路6还读出记录介质7中所记录的图像数据，并将该图像数据供给至图像处理单元3。
定时发生(tg)电路8生成定时信号，所述定时信号用于控制图像传感器1中所包括的垂直扫描电路和水平扫描电路、计数器以及斜坡信号生成电路11的操作和初始化等。
斜坡信号生成电路(ramp)11生成斜坡信号，该斜坡信号具有随时间以恒定速率增加或减少的参考电压。斜坡信号的电压变化率(斜率)可以由定时发生电路8所生成的信号来改变。
显示单元12例如是触摸显示器，并且在系统控制单元4的控制下显示数字信号相机100的信息、实时取景图像、拍摄或重放的图像和gui等。
操作单元13是用户向数字照相机100输入指示所经由的输入装置(诸如按钮、开关和拨盘等)的集合。如果显示单元12是触摸显示器，则触摸面板部分地构成操作单元13。构成操作单元13的输入装置可以以固定或动态的方式被分配特定功能。例如，向快门按钮、操作模式切换拨盘、运动图像记录按钮等分配固定功能。另一方面，根据数字照相机100的操作状态和显示单元12的显示状态等，动态地向方向键(十字键)和主拨盘等分配功能。注意，图1仅示出数字照相机100的一些功能。
图2是示出图像传感器1及其周边电路的结构示例的图。在图像传感器1的像素部分20中以二维方式排列的多个像素中，位于第p行和第q列的像素表示为像素1(p,q)。所有像素都具有相同的结构，但是图2仅示出像素1(0,0)的结构。像素1(0,0)包括光电二极管pd，其中该光电二极管pd是根据从光学摄像系统10进入的光的强度而生成信号电荷的光电转换区域。光电二极管pd所生成的信号电荷经由传输晶体管tx而被施加到放大器晶体管sf的栅极。传输晶体管tx和放大器晶体管sf之间的连接路径用作用于将信号电荷转换为电压的电荷-电压转换单元。复位晶体管res以电源电压vdd对转换单元处的电压(信号电压)进行复位。选择晶体管sel的漏极连接至放大器晶体管sf的源极。图2示意性地示出像素部分20中的八行四列像素，总共32个像素；然而，在一般的现代数字照相机中所使用的图像传感器的像素部分20内排列了数百万至数千万个像素。
垂直扫描电路控制传输晶体管tx、复位晶体管res和选择晶体管sel的操作，以选择要以连接至同一信号线的像素组为单位所读出的像素。垂直扫描电路还可以执行模拟平均化驱动(simulativeaveragingdriving)，该模拟平均化驱动响应于定时发生电路8在系统控制单元4的控制下所生成的定时信号而同时选择多行像素。
选择晶体管sel的源极连接至恒定电流源iss。向参考晶体管ref的栅极施加斜坡信号ramp。选择晶体管sel、参考晶体管ref和电阻r构成比较器。参考晶体管ref和放大器晶体管sf具有相同的特性，诸如阈值电压和增益系数β(β∝栅极宽度/栅极长度)等。
电阻r和参考晶体管ref连接至与像素1(0,0)公共的电源电压vdd，并且参考晶体管ref的源极连接至电流源iss。因此，传送像素1(0,0)的信号电压的放大器晶体管sf与选择晶体管sel形成电流镜像电路。因此，恒定电流源iss所供给的恒定电流是在放大器晶体管sf和选择晶体管sel(第一路径)还是在电阻r和ref(第二路径)中流动取决于像素1(0,0)的信号电压和斜坡信号ramp之间的大小关系。
注意，在像素1(0,0)的信号电压等于斜坡信号ramp的情况下，由恒定电流源iss所供给的电流的一半电流(iss/2)在第一路径和第二路径两者中流动。此时跨电阻r的两端的电压为r·iss/2。如果(电源电压vdd-r·iss/2)被设置为阈值并且作为计数器cnt的使能信号而输入，则从生成斜坡信号ramp时起到与像素1(0,0)的信号电压之间的大小关系反转的瞬时为止的时间可被测量为计数器cnt的值。ad转换电路ad0将计数器值取为像素1(0,0)的电荷电压的数字值。通过以这种方式配置电流镜像电路，可以在不从像素1(0,0)输出模拟像素信号的情况下，使用参考晶体管ref将斜坡信号ramp与模拟像素信号的电压进行比较。特别地，这与在选择了行时立即将来自选定行的像素信号电压输入到比较器相同，从而可以缩短ad转换所需的时间。
尽管具有相对简单的电路结构，但ad转换电路ad0能够设置像素的信号电压并且部分并行地执行ad转换操作，因此可以加速读出。尽管这里说明了来自像素1(0,0)的信号电压的读出，但读出像素1(p,0)的操作与读出像素1(0,0)的操作相同。针对各像素列设置具有与ad转换电路ad0相同的结构的ad转换电路，并且将第q个像素列中所设置的ad转换电路表示为adq。
水平扫描电路在水平方向上顺次选择ad转换电路adq的计数值(数字像素信号)，将这些值传输至水平信号线hl，并且输出一个像素行大小的数字图像信号。
第一驱动模式
图3是针对像素部分20中的给定像素行、与第一驱动模式下的图像传感器1的驱动操作有关的定时图的示例，并且示出自从像素读出信号时起直到执行ad转换并且输出数字图像信号时为止的操作。在第一驱动模式下，针对各垂直信号线的一个选择晶体管接通。
t0～t9表示时刻，其中在时刻t0～t8执行像素信号读出到ad转换，并且在时刻t8～t9水平扫描并输出数字图像信号。
psel(p)、pres(p)和ptx(p)表示被施加至第p行的像素1(p,q)内的选择晶体管sel、复位晶体管res和传输晶体管tx的栅极的电压的hi时间段和lo时间段。各晶体管在被施加至栅极的电压的hi时间段内接通，并且在lo时间段内关断。ramp表示斜坡信号ramp的电压。r和cnt分别表示第q列的ad转换电路adq中所包括的比较器的输出端子处的电压和计数器cnt的值。hsr表示水平扫描电路所生成的水平扫描信号。各信号由系统控制单元4根据驱动方式控制tg8的操作所生成。
首先，在时刻t0～t1，系统控制单元4将pres(p)设置为hi。作为结果，系统控制单元4使复位晶体管res接通，并将电荷-电压转换单元的电压复位至电源电压vdd。电荷-电压转换单元的电压实际上被复位至比电源电压vdd小了复位晶体管res的阈值电压vth(res)的电压vdd-vth(res)。复位后的电压与基准水平n相对应。
在时刻t1，系统控制单元4将pres(p)设置为lo。作为结果，复位晶体管res关断，并且电荷-电压转换单元进入浮置状态。psel(p)是从时刻t0起的hi，因此源极跟随器电路由电源电压vdd、放大器晶体管sf、选择晶体管sel和恒流源iss形成。此时，放大器晶体管sf的栅极电压比斜坡信号ramp高，因此来自恒流源iss的电流iss仅流动至放大器晶体管sf和选择晶体管sel。如此，选择晶体管sel的源极电压可以通过下式1来表示。
这里，
vth(sf)表示放大器晶体管sf的阈值电压；
vth(sel)表示选择晶体管sel的阈值电压；以及
β表示增益系数。
注意，如上所述，放大器晶体管sf和选择晶体管sel的增益系数β相同。
在时刻t2，系统控制单元4使斜坡信号生成电路11开始生成斜坡信号ramp，其中在该斜坡信号ramp中，电压每单位时间以恒定速率下降。系统控制单元4还将ad转换电路的计数阈值设置为基准水平n，并且使计数器cnt开始计数操作(基准水平n的ad转换操作)。
在时刻t3斜坡信号ramp的电压等于基准水平n(对电荷-电压转换单元进行复位之后的电压vdd-vth(res))的情况下，电流中的一半电流(即iss/2)还在电阻r和参考晶体管ref中流动。计数器cnt的计数操作也结束。此时的计数值是基准水平n处的ad转换后的数字值。
计数器cnt的计数可以向上计数或向下计数。在时刻t3经过并且斜坡信号ramp的电压进一步下降的情况下，电流iss在电阻r和参考晶体管ref中流动，并且电阻r的两端的电压变为riss。这里，可以以如下方式求出比较器的输出在时刻t3反转时的斜坡信号ramp的电压。首先，由于放大器晶体管sf和选择晶体管sel中流动的电流为iss/2，因此可以以式(1)为基准，通过下式(2)来求出选择晶体管sel的源极电压。
在时刻t3，参考晶体管ref的源极电压也等于选择晶体管sel的源极电压。另外，由于电流iss/2正在参考晶体管ref中流动,因此参考晶体管ref的栅极电压通过下式(3)求出。
时刻t3的参考晶体管ref栅极电压＝
vdd-vth(res)-vth(sel)...(3)
这里，假定参考晶体管ref的阈值电压vth(sel)等于放大器晶体管sf的阈值电压vth(sf)。换言之，式(3)表示当除选择晶体管sel的阈值电压vth(sel)的量以外被施加给放大器晶体管sf的栅极的电压等于ramp电压时ad转换电路中的比较器的输出发生反转。
系统控制单元4在时刻t4～45将ptx(p)设置为hi并且使传输晶体管tx接通。因此，电荷-电压转换单元的电压下降至vdd-vth(res)-vsig(信号水平s)。vsig是读出的像素的信号电压。系统控制单元4还使斜坡信号ramp的电压复位。
在时刻t6，系统控制单元4再次开始生成斜坡信号ramp。系统控制单元4还将阈值设置为信号水平s(vdd-vth(res)-vsig)，并且使计数器cnt开始计数操作。
在通过向下计数求出基准水平n的ad转换值、并且通过从时刻t6起的向上计数来执行计数的情况下，对基准水平n和光信号水平s的和进行向上计数。因此，计数在时刻t7结束时的计数器值与vsig的ad转换值相对应。时刻t7的斜坡信号ramp的电压可以以与式(3)相同的方式通过下式(4)来表示。
时刻t7的斜坡信号电压＝
vdd-vth(res)-vsig-vth(sel)...(4)
系统控制单元4在时刻t8～t9的时间段内生成水平扫描信号，顺次读出ad转换电路adq内的计数器cnt的值(通过对读出的像素的信号电压进行ad转换所获得的数字像素信号)，并且将值传输至水平信号线hl。此时，系统控制单元4可以使psel(p)返回lo以准备下一次行选择。
系统控制单元4使p增加，针对要读出的下一行在时刻t0～t9内以相同的方式驱动图像传感器1，并且从所有行中的像素读出数字像素信号。以上描述了第一驱动模式下的读出操作。
第二驱动模式
接着，将使用图4和5来说明第二驱动模式下的图像传感器1自从像素读出信号时起直到执行ad转换并且输出数字图像信号时为止的驱动操作。第二驱动模式是将通过在垂直方向上对多个像素信号进行模拟平均化所获得的平均像素信号进行ad转换并且输出ad转换结果以减少读出像素数量的驱动模式。在第二驱动模式下，针对各垂直信号线的多个(这里为两个)选择晶体管接通。
图4是与图2类似的图，其示意性地示出在垂直方向上分成两行的两个像素的信号通过第二驱动模式的驱动操作模拟平均化并被读出的情况下的控制信号的供给。这里，来自垂直扫描电路21的公共控制信号线连接至作为模拟平均化的对象的像素1(0,0)和1(2,0)，但是该结构可以使得相同的控制信号经由各控制信号线输入至各像素。
由于在本实施例中假定图像传感器1具有bayer阵列滤色器并且对设置有同色的滤色器的像素进行模拟平均化，因此对在水平方向上位于相同位置但是在垂直方向上彼此分开的像素进行模拟平均化。在设置有bayer阵列滤色器的图像传感器中，像素1(2,q)和像素1(0,q)具有同色的滤色器。通过对以这种方式设置有同色滤色器的像素(称为“同色像素”)的像素信号进行模拟平均化，八行的图像信号可以减少至四行，从而加速读出，抑制伪信号的发生，并且提高s/n比。因此尽管在图4中未示出，也对诸如像素1(1,q)和像素1(3,q)、像素1(4,q)和像素1(6,q)、以及像素1(5,q)和像素1(7,q)等的像素的集合执行模拟平均化。
这里，在第二驱动模式下，ad转换电路中的比较器的输出反转时在电阻r和参考晶体管ref中流动的电流iss/2在两个像素之间进行分割，因此针对单个像素的电流降至iss/4。因此，在对作为平均化对象的多个像素的电荷-电压转换单元复位之后，如下式(5)所示，共同地并联连接至像素信号的选择晶体管sel的源极电压变得高于第一驱动模式下的源极电压(式(1))。
此时，参考晶体管ref的源极电压等于选择晶体管sel的源极电压(式(5))。然而，如在第一驱动模式下那样，参考晶体管ref中流动的电流为iss/2。因此，如下式(6)所示，参考晶体管ref的栅极电压升高超过第一驱动模式下比较器的输出反转时的斜坡信号ramp的电压(式(3))。
因此，在本实施例中，当在第二驱动模式下进行读出时，斜坡信号ramp的开始电压与第一驱动模式相比大了该增加量
接着将使用图5和6来说明用于在第二驱动模式下增加斜坡信号ramp的开始电压的斜坡信号生成电路11的结构和控制操作。
图5是示出斜坡信号生成电路11的结构示例的图。恒流源ir经由晶体管开关m0而连接至运算放大器(op-amp)op的一个输入端子，并且电源vddr连接至运算放大器op的剩余输入端子。来自运算放大器op的输出端子的斜坡信号ramp通过电容器cf经历负反馈，并且晶体管开关mf被设置成连接电容器cf的两端。
系统控制单元4可以通过使晶体管开关mf接通并使m0关断，来将斜坡信号ramp的电压复位成电源vddr的电压。系统控制单元4在复位之后使晶体管开关mf关断并使m0接通。由此，恒流源ir所产生的充电电流在电容器cf中流动，并且斜坡信号ramp的电压随着下式(7)所表示的针对时间t的一次函数减小。
vddr-(ir/cf)t...(7)
如上所述，在第二驱动模式下进行读出的情况下，比较器的输出反转时的斜坡信号ramp与第一驱动模式相比变高。如此，增加电源vddr以补偿第二驱动模式下的斜坡信号ramp的上升量，这样使得可以以与第一驱动模式下的定时相同的定时来执行基准水平n和信号水平s的ad转换。引申开来，在第二驱动模式下无需执行偏移校正或增益校正等。
向着运算放大器op的电源vddr输入根据驱动模式而不同的结构可以通过各种方法来实现。例如，在一种结构中，根据数字照相机100的主电源pwr的输出电压，使用分压电路div针对各驱动模式生成不同的电源vddr，并且将系统控制单元4对开关sw进行切换所选择的电源vddr输入至运算放大器op。在第二驱动模式下，如果针对要进行模拟平均化的像素的数量存在多个选项，则可以使用分压电路div针对各像素数生成电源vddr。如式(6)所示，模拟平均化(相加读出)时发生的斜坡信号ramp的增加量是预先已知的，因此具有适当电压值的电源vddr可以由分压电路div生成。系统控制单元4根据图像传感器1的驱动模式(或者要进行模拟平均化(相加)的像素数)来改变使斜坡信号生成电路11复位时所使用的电源vddr。第一驱动模式可被认为是要进行模拟平均化的像素数为1的模式。
图6是根据本实施例的与利用数字照相机100拍摄图像时的斜坡信号生成电路11的控制有关的流程图。
在s601，系统控制单元4选择图像传感器1的驱动模式。这里，假定选择第一驱动模式或第二驱动模式，其中在第一驱动模式下，在垂直方向上采用一次一行的方式顺次地执行读出，在第二驱动模式下，在垂直方向上采用一次两行的方式在进行模拟平均化(相加)的同时执行读出。注意，还可以提供三种或更多种驱动模式，包括对三行或更多行进行模拟平均化的驱动模式。
另外注意，系统控制单元4可以根据摄像的目的或所设置的摄像模式等，来选择驱动模式。例如，系统控制单元4可以在拍摄图像以供实时取景显示的情况下选择第二驱动模式，并且可以在拍摄图像以供记录的情况下选择第一驱动模式。另外，系统控制单元4可以在拍摄静止图像的情况下选择第一驱动模式，并且在拍摄运动图像的情况下选择第二驱动模式。另外，系统控制单元4可以在要记录的像素数为第一数量的情况下选择第一驱动模式，并且可以在要记录的像素数为低于第一数量的第二数量的情况下选择第二驱动模式。另外，系统控制单元4可以在需要降低噪声的拍摄条件或拍摄模式下选择第二驱动模式，并且可以在其它拍摄条件或拍摄模式下选择第一驱动模式。这些仅仅是示例，并且系统控制单元4可以例如在参考rom5中所储存的表示预定条件和驱动模式之间的关系的信息时选择驱动模式。驱动模式信息可以包括在用于控制定时发生电路8的操作的上述驱动方式中。
在s602，系统控制单元4判断所选择的驱动模式是否是第一驱动模式。如果驱动模式是第一驱动模式，则处理进入s604，而如果驱动模式不是第一驱动模式(即，如果驱动模式是第二驱动模式)，则处理进入s603。
在s603，系统控制单元4选择用于第二驱动模式的电源vddr。具体地，系统控制单元4切换图5所示的开关sw，以选择并输出用于第二驱动模式的电源vddr。用于第二驱动模式的电源vddr的电压比用于第一驱动模式的电源vddr的电压高
在s604，系统控制单元4选择用于第一驱动模式的电源vddr。
此后，系统控制单元4执行摄像操作(以及在需要的情况下执行记录操作和显示操作等)。摄像操作(曝光控制、焦点调节、曝光、图像信号读出以及用于不同目的的图像数据的生成)、记录操作和/或显示操作可以是与一般数字照相机所执行的操作相同的操作，因此将省略其详细说明。
在s605，系统控制单元4判断是否检测到用于结束拍摄模式下的操作的指示，诸如改变为重放模式的指示或断电指示等。如果判断为检测到了这种指示，则处理结束，而如果判断为尚未检测到这种指示，则处理返回s601。
例如，如果在第二驱动模式下拍摄实时取景图像(运动图像)的情况下作出拍摄静止图像的指示，则系统控制单元4切换至第一驱动模式并且拍摄静止图像。然后，在拍摄静止图像的处理结束并且照相机返回待机状态的情况下，系统控制单元4再一次切换至第二驱动模式并且恢复拍摄实时取景图像。
假定：随着进行模拟平均化的像素数的增加，斜坡信号ramp的开始电压(电源ddr的增加水平)将更高。该增加水平取决于恒流源所供给的电流iss的大小，因此该增加水平可以通过减少电流iss来控制。另外，可以根据进行模拟平均化的像素数的最大值来准备电源vddr的增加水平，并且如果进行模拟平均化的像素数小于最大值，则可以增加恒流源所供给的电流iss。
另外，可以假定：随着像素信号的电压范围的增加，当比较器的输出反转时，利用模拟平均化等效增加驱动性能的放大器晶体管sf中流动的电流将不是iss/2。在这种情况下，在模拟平均化读出期间除斜坡信号ramp的初始电压外还改变斜坡信号生成电路11的恒流源ir所供给的电流的值以减小斜坡信号的斜率(变化率)也是有效的。
注意，参考晶体管ref可被配置在像素部分20外，因此存在大小增大以确保性能的情况。晶体管的增益系数β取决于栅极宽度和栅极长度之间的比率，因此在参考晶体管ref的大小增大的情况下，参考晶体管ref的增益系数β可以不与配置在同一像素部分内的放大器晶体管sf的增益系数β相同。在这种情况下，假定参考晶体管ref的增益系数是α，则当恒定电流iss按比率β:α分割时，斜坡信号ramp的电压变成与(输入至放大器晶体管sf的栅极的像素信号的电压-晶体管的阈值电压)相同。因此在第一驱动模式下，ad转换电路中的比较器的阈值设置如下：
vdd-αriss/(α+β)...(8)
在本实施例中，在使用由连接电流镜像电路中的像素的垂直信号线构成的晶体管以通过比较垂直信号线的电压和具有恒定变化率的参考电压来对像素信号进行ad转换的情况下，参考电压的开始电压根据进行了模拟平均化的像素数而改变。因此，在对多个像素的信号进行模拟平均化的情况下以及在不执行这种模拟平均化的情况下，可以在相同定时执行ad转换。另外，在进行模拟平均化的情况下，无需另外执行偏移校正或增益校正等。
第二实施例
接着将说明本发明的第二实施例。如第一实施例中所述，与不执行模拟平均化的情况相比，在执行模拟平均化的情况下，使比较器的输出反转的斜坡信号ramp的电压更高。这是因为，在对两个像素进行模拟平均化的情况下，连接至垂直信号线的放大器晶体管sf和选择晶体管sel的等效栅极宽度变成2倍，从而提高了驱动能力。
根据第一实施例，在执行模拟平均化时(在斜坡信号恒定减少的情况下)增加斜坡信号ramp的初始电压，这使得能够以与不执行模拟平均化的情况下的定时相同的定时进行操作。与此相对，在本实施例中，通过在执行模拟平均化时提高参考晶体管ref的驱动能力，来实现与第一实施例相同的效果。
图7是示出根据本实施例的图像传感器1中的ad转换电路ad0的结构示例的图。该结构与第一实施例(图2)中所述的结构的不同之处在于添加了第二参考晶体管refadd和晶体管开关swadd。可以利用控制信号vadd来控制晶体管开关swadd的接通和关断。如果晶体管开关swadd接通，则第二参考晶体管refadd与参考晶体管ref并联地电气连接。第二参考晶体管refadd具有与参考晶体管ref相同的阈值电压和增益系数β等。注意，在对两个或更多个像素进行模拟平均化的情况下，可以针对要进行模拟平均化的各像素数添加一组参考晶体管和晶体管开关。
另外，图7示出如下结构，其中在该结构中，使具有与参考晶体管ref相同的阈值电压和增益系数β的晶体管的数量增加，并且通过添加晶体管开关swadd而使参考晶体管侧(电流镜像电路的比较器侧)的驱动能力增加。然而，该结构可以使得：例如提供了通过具有更宽的栅极宽度等而相比于参考晶体管ref而言具有更高驱动能力的参考晶体管，并且选择并使用具有基于要进行模拟平均化的像素数的驱动能力的单个参考晶体管。例如，该结构可以使得：第二参考晶体管refadd的栅极宽度是参考晶体管ref的栅极宽度的两倍，并且在第二驱动模式下执行切换以使得使用第二参考晶体管refadd而不使用(无效)参考晶体管ref。
图8是根据本实施例的在第二驱动模式下驱动图像传感器1的情况的定时图的示例。图3所示的根据第一实施例的定时图针对第一驱动模式和第二驱动模式是相同的；然而，图8仅示出针对第二驱动模式的定时图。
因此，图8与图3(第一驱动模式)的不同之处在于：第p行和第p+2行中的psel、pres和ptx的同时控制变得很清楚，并且控制信号vadd固体在hi以维持晶体管开关swadd接通。如果控制信号vadd在第二驱动模式下没有被设置为hi，则在电流镜像电路的两条路径中，位于放大器晶体管sf和选择晶体管sel侧的路径将具有更高的驱动能力。因此，针对参考水平n，比较器的输出在比时刻t3早的时刻反转，而针对信号水平s，比较器的输出在比时刻t7早的时刻反转。
因此，需要针对第二驱动模式准备各列的偏移校正值，该偏移校正值用于校正通过在对参考水平n进行ad转换时进行向下计数以及在对信号水平s进行ad转换时进行向上计数所执行的相关双采样的残差。还需要针对第二驱动模式准备斜坡信号ramp的略微非线性所用的增益校正值。
然而，使控制信号vadd固定至hi(使晶体管开关swadd维持接通并且使第二参考晶体管refadd有效)，这使得可以平衡电流镜像电路的两个路径中的驱动能力。如此，比较器的输出可以以与第一驱动模式相同的方式在时刻t3和时刻t7反转，因此无需准备用于第二驱动模式的校正值。
除控制信号vadd以外，该结构基本上与第一实施例相同，因此将省略重复说明。
图9是根据本实施例的与利用数字照相机100拍摄图像时的斜坡信号生成电路11的控制有关的流程图。与第一实施例中相同的处理被给予与图6相同的附图标记，因此将省略重复说明。
在s602，系统控制单元4判断所选择的驱动模式是否是第一驱动模式。如果驱动模式是第一驱动模式，则处理进入s904，而如果驱动模式不是第一驱动模式(即，如果驱动模式是第二驱动模式)，则处理进入s903。
在s903，系统控制单元4使控制信号vadd固定在hi。由此，第二参考晶体管refadd有效，并且形成ad转换电路中的比较器的晶体管的驱动能力得到提高(与垂直信号线侧的晶体管的驱动能力平衡)。
在s904，系统控制单元4使控制信号vadd固定在lo。因此，第二参考晶体管refadd无效，并且根据仅使用参考晶体管ref的第一驱动模式来执行驱动操作。
根据本实施例，作为调整斜坡信号ramp的初始电压的代替，可以通过提高电流镜像电路的比较器侧的晶体管的驱动能力以实现与垂直信号线侧的晶体管的驱动能力的平衡，来实现与第一实施例相同的效果。注意，“电流镜像电路的比较器侧”与“ad转换电路的参考晶体管侧”具有相同的含义。
其它实施例
尽管目前为止描述了本发明的典型实施例，但本发明不限于这些实施例。可以在不偏离本发明的本质精神的情况下作出各种变形和修改。例如，可以使用硅通孔(tsv)等来实现如下的分层结构，其中在该分层结构中，形成ad转换电路的板与形成像素部分20的板电气连接。
另外，尽管已经描述了本发明适用于具有针对共享垂直信号线的各列所设置的ad转换电路的结构的实施例，但本发明不限于此。例如，本发明还可以适用于针对具有多个行和列的各二维像素部分设置ad转换电路的结构。具体地，在这种情况下，可以通过如下的结构来实现相同的效果，其中在该结构中，放大器晶体管sf的输出在像素部分内是共通的，并且设置了与共通的放大器晶体管sf相对应的镜像晶体管。
尽管与上述实施例中的图像传感器分开设置了定时发生电路(tg)和斜坡信号生成电路(ramp)，但这些电路可以是包括在图像传感器内的元件。
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(cpu)、微处理单元(mpu)读出并执行程序的方法。
虽然已经参考典型实施例描述了本发明，但应当理解，本发明不限于所公开的典型实施例。以下权利要求书的范围应被给予最广泛的理解，以便包含所有这样的修改以及等同结构和功能。