幅的10比特AD转换的分辨率为62.5mV/1024 ^ 0.0612mV。0.0612mV的分辨率相对于像素系统噪声203的0.2mV的值足够地小。作为界线的62.5mV的信号可以作为大振幅信号或者小振幅信号被处理。
[0032]图3是示出根据本实施例的斜坡信号的图。图3示出表示斜坡信号的时间变化的斜度。第一斜坡信号(第一参考信号)VH被用于图2中的62.5mV及更高的信号振幅。第二斜坡信号(第二参考信号)VL被用于小于62.5mV的信号。第二斜坡信号具有比第一斜坡信号VH小的斜度(时间相关的变化率)。斜坡信号VH和VL的斜度比为16。利用16的斜度比，分辨率增大四比特。两个AD转换电路采用10比特转换和相同的最大转换时间。因此，计数器时钟具有相同的时钟频率。利用8的斜度比，分辨率增大三比特。在图2中，用于小振幅信号的AD转换的分辨率足够地小于系统噪声。因此，分辨率可以为九比特。在该情况下，计数器的最大时钟频率fmax被分配给10比特AD转换，以便减少转换时间。因此，9比特AD转换电路的计数器时钟为l/2Xfmax。基于像素的饱和电荷的数量、系统噪声和为成像装置100所需的分辨率来确定AD转换电路的分辨率和斜坡信号的斜度比。具有不同的斜度的斜坡信号VH和VL的斜度比可以为二的倍数。计数器单元40可以使用具有相同的频率的计数器时钟来对斜坡信号VH和VL计数。作为替代，计数可以根据具有不同频率的计数器时钟。
[0033]图4为示出根据本发明第一实施例的比较电路30-1与输入和输出电路的连接的AD转换单元的框图。具有与图1中的模块相同作用的模块被分配有相同的符号。省略了描述。AD转换单元可以以高速将光电转换的模拟信号转换成数字信号。
[0034]接下来，为了便于描述本实施例，描述了没有AD转换器的成像设备的操作和配置的示例。图11为示出成像装置中的像素单元210和放大电路220-1的配置的示例的图，其中省略了比较器单元30、计数器单元40和存储单元50。在放大电路220-1之后设置⑶S电路119。像素单元210包括以多个列和多个行的方式布置的像素210-1。在图11中，从左边数来奇数列处的像素输出的信号由布置在像素单元210下方的读取电路读取。另一方面，从左边数来偶数列处的像素输出的信号由布置在像素单元210上方的读取电路(未示出)读取。因此，读取电路被交替地布置。因此，用于两列像素单元210的面积可以被用于读取电路的布局。
[0035]图12为一个像素210-1的电路图。由传送脉冲PTX驱动传送开关102。由复位脉冲PRES驱动复位开关103。由行选择脉冲PSEL驱动行选择开关105。图示PTX代表PTX1?η (η为行数)。图示PRES代表PRES1?η。图示PSEL代表PSEL1?η。
[0036]图13是示出了图11中示出的成像装置的工作的示例的时序图。在下文中，参考图11?13，描述成像装置的操作的示例。在读取操作之前，成像装置暴露于光持续设定的曝光时间。光载流子被蓄积在光电二极管101中。在下面的描述中，从垂直扫描电路215输出的PRES1、ΡΤΧ1和PSEL1选择要被驱动的行。
[0037]首先，像素复位脉冲PRES从高电平变为低电平，以便解除放大器M0SFET 104的栅极电极的复位。在这时候，与复位的解除对应的电位被保持在与栅极电极连接的浮置扩散区域FD中。随后，在行选择脉冲PSEL变为高电平时，与浮置扩散区域FD的电位对应的输出通过由放大器M0SFET 104和恒流源107形成的源极跟随器电路出现在垂直输出线V-1处。在该状态下，箝位脉冲PC0R被激活到高电平。因此，箝位开关109导通，可变放大器131变为电压跟随器状态，并且箝位电容器108的列放大器侧的电极具有基本上和电压VREF—致的电压。随后，箝位脉冲PC0R被从高电平去激活到低电平，并且垂直输出线V-1上的输出被箝位。
[0038]接下来，蓄积脉冲ΡΤΝ被激活到高电平，并且放大电路220-1的偏移(offset)信号经由传送栅极110η被存储在保持电容器112η中。随后，传送脉冲ΡΤΧ被激活到高电平。因此，传送开关102变为高电平持续一定的时间，并且蓄积在光电二极管101中的光载流子被传送到放大器M0SFET 104的栅极电极。在这里，传送的电荷为电子。假设传送的电荷的量的绝对值为Q并且浮置扩散区域FD的电容为CFD，则栅极电位减少Q/CFD。垂直输出线V-1的电位因此改变。假设源极跟随器增益为Gsf，根据公式(1)来表示由从光电二极管101到浮置扩散单元FD的电荷的传送引起的垂直输出线V-1的电位Vvl的变化量AVvl。
[0039]Δ Vvl = -Q.Gsf/CFD...(1)
[0040]电位变化Δ Vvl由包括运算放大器120、箝位电容器108和反馈电容器121的可变放大器131电压放大。根据公式(2)表不可变放大器131的输出Vet。
[0041]Vet = VREF+Q.(Gsf/CFD).(CO/Cf)...(2)
[0042]在这里，箝位电容器108具有电容C0。灵敏度切换脉冲xl、x2和x4被激活时选择的反馈电容器121a、121b和121c具有电容Cf。例如，CO = lpF。在选择反馈电容器121a时，Cf = lpFo在选择反馈电容器121b时，Cf = 0.5pFo在选择反馈电容器121c时，Cf =
0.25pF0被表示为-CO/Cf的电压增益为-1倍、-2倍和-4倍。也就是说，在向运算放大器120施加负反馈的系统中，对于反馈电容器121a到121c中的任一个的选择改变由Cf和C0的分压比确定的反馈比，由此使得能够切换电压增益。电压增益的负号表示电路为反相放大电路。在传送脉冲PTX变为低电平之后，蓄积脉冲PTS变为高电平。在那时来自放大电路220-1的输出的电平经由传送栅极110s被蓄积在保持电容器112s中。
[0043]随后，由水平扫描电路65产生的扫描脉冲C0LSEL1和C0LSEL2、……使列选择开关114s和114η顺序地导通。在保持电容器112s中蓄积的信号根据列的顺序被输出到水平输出线116s。在保持电容器112η中蓄积的信号以列的顺序被输出到水平输出线116η。列的信号对被顺序地输出到水平输出线116s和116η。差分处理器118输出向水平输出线116s和116η输出的信号对的差。因此，包括在保持在保持电容器112s中的信号内的噪声成分可以被减少。
[0044]图5为示出本实施例的驱动成像装置100的方法的时序图，并且特别地是图4中的AD转换单元的时序图。在下文中，参考图4和图5，描述AD转换操作。在图5中，时间Tad是从像素读取的模拟信号Va的N信号和S信号的AD转换时间。时间Tdata是AD转换的数据传送时间。在时间Tad中，时间Td是来自像素的N信号AD转换时间，并且斜坡信号VR是用于其的比较信号。时间Tj是用于S信号的信号电平确定时间。比较信号VREF是用于其的比较信号。时间Tu是S信号AD转换时间。斜坡信号VH(或者斜坡信号VL)是用于其的比较信号。放大电路20-1的输出信号Va主要获取示出的N和S信号电平，并且被引导到比较电路30-1的输入端子中。作为用于信号Va的比较信号的斜坡信号VRAMP被输入到比较电路30-1的另一个输入端子中。在比较器单元30之前设置⑶S电路的情况下，在下面的描述中N信号与由图13中的信号PTN采样的信号对应。另一方面，在没有CDS电路的情况下，该信号与响应于浮置扩散单元的复位而输出到垂直信号线的信号对应。同样地，在比较器单元30之前设置CDS电路的情况下，在下面的描述中S信号与由图13中的信号PTS采样的信号对应。另一方面，在没有CDS电路的情况下，该信号与响应于光电二极管中引起的电荷到浮置扩散单元的传送而输出到垂直信号线的信号对应。
[0045]斜坡信号产生电路25在定时产生电路70的控制信号CNT2的控制之下产生斜坡信号VH/比较信号VREF和斜坡信号VL/斜坡信号VR。斜坡信号VH用于具有大的斜度的较高位的比特。斜坡信号VL用于具有小斜度的较低位的比特。比较信号VREF为用于确定S信号电平的参考比较信号。斜坡信号VR用于与N信号比较。这四个斜坡信号由选择电路30-2在定时产生电路70的控制信号CNT1的控制之下选择，并且输入到比较电路30-1中。定时产生电路70通过控制信号CNT2控制斜坡信号产生电路25。
[0046]比较电路30-1在N信号AD转换时间Td中将N信号与斜坡信号VR进行比较。在时间Tr中，斜坡信号VR开始变化并且与N信号的大小关系反转。计数器电路40-1在时间Tr中计数。存储电路50-1保持该计数值作为N信号数据。斜坡信号VR具有与斜坡信号VL相同的斜度。根据相同的斜度，可以获得具有高分辨率的N信号AD转换的数据。接下来，在S信号电平确定时间Tj中，比较电路30-1将S信号的信号电平与比较信号VREF互相进行比较。根据示出的示例，在S信号电平确定时间Tj中