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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine photoelektrische Wandlungsvorrichtung und ein Bildaufnahmesystem.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Es ist bekannt, dass ein Analog-Digital-(A/D-)Wandler für jede Spalte einer Bildelementanordnung in einer Festkörperbildaufnahmevorrichtung bereitgestellt ist. Die
japanische Patentoffenlegung Nr. 2009-10787 beschreibt eine Konfiguration, in der ein Signalhalteschalter und eine Signalhaltekapazität, die direkt mit dem A/D-Wandler verbunden sind, dem A/D-Wandler vorgeschaltet sind, der in jeder Spalte der Bildelementanordnung bereitgestellt ist. Gemäß der
japanischen Patentoffenlegung Nr. 2009-10787 werden ein Lesevorgang für ein analoges Signal von einem Bildelement und ein A/D-Wandlungsvorgang von diesem parallel durchgeführt, indem der Signalhalteschalter während einer A/D-Wandlungsperiode für das in dem Signalhalteschalter gehaltene analoge Signal ausgeschaltet wird, so dass ein Lesen mit hoher Geschwindigkeit verwirklicht werden kann.
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Die in der
japanischen Patentoffenlegung Nr. 2009-10787 beschriebene Konfiguration kann jedoch ein festes Störmuster bzw. einen Fliegengittereffekt („Fixed Pattern Noise”) für jede Spalte verursachen. Nachstehend wird ein Grund für diese Störungserzeugung beschrieben.
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13 ist eine Darstellung, die aus
8 der
japanischen Patentoffenlegung Nr. 2009-10787 entnommen ist, und sie veranschaulicht eine Schaltungskonfiguration einer Spannungsvergleichseinheit
252, die in der A/D-Wandlungseinheit umfasst ist. In dieser Schaltung wird, wenn sich eine Größenbeziehung zwischen einem ”Pixelsignal” und ”RAMP”, die Eingangssignalen an die Spannungsvergleichseinheit
252 entsprechen, umkehrt (mit anderen Worten, wenn sich das ”Pixelsignal”, das kleiner ist als ”RAMP”, dahingehend ändert, dass es größer wird als in ”RAMP”, wenn ”RAMP” mit der Zeit kleiner wird), eine Spannung an einem Drain-Anschluss von einem Transistor
314, der einem Ausgang der Spannungsvergleichseinheit
252 entspricht, von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel oder von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel geändert. Diese Änderung beeinflusst über eine Gate-Drain-Kapazität des Transistors
314 auch einen Gate-Anschluss des Transistors
314. Da ein Gate-Anschluss und ein Drain-Anschluss des Transistors
312 mit dem Gate-Anschluss des Transistors
314 verbunden sind, beeinflusst die in dem Drain-Anschluss des Transistors
314 verursachte Änderung weiterhin auch den Gate-Anschluss und den Drain-Anschluss des Transistors
312. Da der Drain-Anschluss des Transistors
312 mit einem Drain-Anschluss eines Transistors
302 verbunden ist, der einen Eingangstransistor der Spannungsvergleichseinheit
252 darstellt, beeinflusst die in dem Drain-Anschluss des Transistors
312 verursachte Änderung außerdem auch einen Gate-Anschluss des Transistors
302. Dementsprechend tritt ein Phänomen auf, dass ein Ausgang der Spannungsvergleichseinheit
252 das einem Spannungseingang entsprechende ”Pixelsignal” beeinflusst.
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Gemäß der in der
japanischen Patentoffenlegung Nr. 2009-10787 beschriebenen Konfiguration ist das ”Pixelsignal” direkt mit der Signalhaltekapazität verbunden und während der A/D-Wandlungsperiode elektrisch von einem Einheitspixel getrennt. Dementsprechend ändert eine vorübergehende Änderung einer Drain-Spannung des Transistors
314, die während der A/D-Wandlungsperiode verursacht wird, auch eine Signalspannung des in der Signalhaltekapazität gehaltenen Signals. Das heißt, dass ein Wert von digitalen Daten, die als Ergebnis der A/D-Wandlung erhalten werden, ein ungenauer Wert sein kann, da die Signalspannung des in der Signalhaltekapazität gehaltenen Signals eine Spannung sein kann, die sich von der ursprünglich gehaltenen Spannung unterscheidet. Zusätzlich variiert ein Einfluss, der durch die Änderung der Drain-Spannung des Transistors
314 auf das ”Pixelsignal” ausgeübt wird, aufgrund von Schwankungen bei der Herstellung der Spannungsvergleichseinheiten
252 für jede Spalte, und dies wird zu einem festen Störmuster bzw. einem Fliegengittereffekt für jede Spalte.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine photoelektrische Wandlungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Bildelementanordnung, in der eine Vielzahl von Bildelementen in einer Matrix angeordnet sind, und Spaltensignalverarbeitungseinheiten, die in Entsprechung zu jeweiligen Spalten der Bildelementanordnung bereitgestellt sind, wobei die Spaltensignalverarbeitungseinheit eine Abtast- und Halteeinheit, die konfiguriert ist zum Halten eines von dem Bildelement ausgegebenen Signals, eine Puffereinheit, die konfiguriert ist zum Puffern des in der Abtast- und Halteeinheit gehaltenen Signals, und eine A/D-Wandlungseinheit umfasst, und die A/D-Wandlungseinheit das Signal, das durch die Abtast- und Halteeinheit gehalten und durch die Puffereinheit gepuffert wird, in ein digitales Signal wandelt.
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Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich. Jedes der nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kann einzeln oder als eine Kombination von einer Vielzahl von den Ausführungsbeispielen oder Merkmalen von diesen implementiert werden, soweit dies angemessen ist, oder wenn die Kombination von Elementen oder Merkmalen von einzelnen Ausführungsbeispielen in einem einzigen Ausführungsbeispiel vorteilhaft ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration einer photoelektrischen Wandlungsvorrichtung veranschaulicht.
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2 ist ein Ersatzschaltbild, das eine Konfiguration eines Bildelements veranschaulicht.
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3 ist ein Zeitdiagramm zum Beschreiben eines Betriebs durch die photoelektrische Wandlungsvorrichtung.
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4 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration einer weiteren photoelektrischen Wandlungsvorrichtung veranschaulicht.
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5 ist ein Ersatzschaltbild, das eine Konfiguration eines invertierenden Verstärkers veranschaulicht.
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6 ist ein Zeitdiagramm zum Beschreiben eines Betriebs durch die photoelektrische Wandlungsvorrichtung.
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7 ist ein Ersatzschaltbild, das eine Konfiguration einer Abtast- und Halteeinheit veranschaulicht.
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8 ist ein Zeitdiagramm zum Beschreiben eines Betriebs durch die photoelektrische Wandlungsvorrichtung.
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9 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration einer weiteren photoelektrischen Wandlungsvorrichtung veranschaulicht.
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10 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration einer weiteren photoelektrischen Wandlungsvorrichtung veranschaulicht.
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11 ist ein Zeitdiagramm zum Beschreiben eines Betriebs durch die photoelektrische Wandlungsvorrichtung.
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12 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Bildaufnahmesystems veranschaulicht.
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13 veranschaulicht
8 der
japanischen Patentoffenlegung Nr. 2009-10787 .
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Ausführungsbeispiele
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Eine photoelektrische Wandlungsvorrichtung 01 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel umfasst eine Bildelement- bzw. Pixelanordnung 103, in der eine Vielzahl von Bildelementen bzw. Pixel 02 in einer Matrix angeordnet sind, Spaltensignalverarbeitungseinheiten 04, eine Datenausgangseinheit 05 und Laststromquellen 06. Die photoelektrische Wandlungsvorrichtung 01 umfasst ferner eine Vertikalabtasteinheit 07, die Betriebe der Bildelemente bzw. Pixel 02 in Einheiten von Zeilen steuert, eine Horizontalabtasteinheit 08, eine Referenzsignalerzeugungseinheit 09, eine Zähleinheit 10 und eine Steuereinheit 11. Die Bildelemente bzw. Pixel 02 in jeder Spalte sind mit der Spaltensignalverarbeitungseinheit 04 und den Laststromquellen 06 über eine Bildelement- bzw. Pixelausgangsleitung 12 verbunden. Jede der Spaltensignalverarbeitungseinheiten 04 umfasst eine Abtast- und Halteeinheit 13, eine Puffereinheit 14 und eine Analog-Digital-(A/D-)Wandlungseinheit 15.
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Die Steuereinheit 11 empfängt ein Taktsignal ”clk” und Kommunikationsdaten ”DATEN” von außerhalb der Vorrichtung und steuert Betriebe der jeweiligen Blöcke, die in der photoelektrischen Wandlungsvorrichtung 01 umfasst sind.
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Die Abtast- und Halteeinheit 13 umfasst ein Kondensatorelement 16 und einen Schalter 17, und ein auf der Bildelement- bzw. Pixelausgangsleitung 12 erscheinendes Signal wird in dem Kondensatorelement 16 gehalten, wenn der Schalter 17 von EIN auf AUS geschaltet wird. Das Kondensatorelement 16 ist über die Puffereinheit 14 mit der A/D-Wandlungseinheit 15 verbunden.
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Die A/D-Wandlungseinheit 15 umfasst eine Vergleichseinheit 18, einen Schreibspeicher 19, einen Zwischenspeicherübertragungsschalter 20 und einen Lesespeicher 21. Die Vergleichseinheit 18 empfängt ein von der Referenzsignalerzeugungseinheit 09 zugeführtes Referenzsignal und einen Ausgang der Puffereinheit 14 als Eingangssignale, und ein logischer Pegel eines Ausgangs der Vergleichseinheit 18 wird umgekehrt, wenn sich eine Größenbeziehung zwischen diesen Eingangssignalen umkehrt. Wenn sich der logische Pegel des Ausgangs der Vergleichseinheit 18 umkehrt, hält der Schreibspeicher 19 ein von der Zähleinheit 10 zugeführtes Zählsignal. Das in dem Schreibspeicher 19 gehaltene Zählsignal wird über den Zwischenspeicherübertragungsschalter 20 an den Lesespeicher 21 übertragen. Wenn das in dem Lesespeicher 21 gehaltene Signal durch die Horizontalabtasteinheit 08 ausgewählt wird, wird das Signal an die Datenausgangseinheit 05 übertragen. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist jeder des Schreibspeichers 19 und des Lesespeichers 21 eine Konfiguration auf, in der zwei Stücke bzw. Teile digitaler Daten unabhängig gehalten werden können.
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2 ist ein Ersatzschaltbild zum Beschreiben eines Konfigurationsbeispiels des Bildelements bzw. Pixels 02. Das Bildelement bzw. Pixel 02 umfasst eine Photodiode PD als eine photoelektrische Wandlungseinheit, einen Transfertransistor TX, einen Sourcefolgertransistor SF, einen Rücksetztransistor RES und einen Auswahltransistor SEL.
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Mittels einer photoelektrischen Wandlung durch die Photodiode PD erzeugte Ladungen werden über den Transfertransistor TX an einen Gate-Knoten des Sourcefolgertransistors SF übertragen. Wenn der Auswahltransistor SEL eingeschaltet wird, wirkt der Sourcefolgertransistor SF als eine Sourcefolgerschaltung zusammen mit der Laststromquelle 06, und erscheint auf der Bildelement- bzw. Pixelausgangsleitung 12 eine Ausgabe gemäß dem an den Gate-Knoten übertragenen Ladungsbetrag. Wenn der Rücksetztransistor RES eingeschaltet wird, setzt der Rücksetztransistor RES den Gate-Knoten des Sourcefolgertransistors SF auf eine Energieversorgungsspannung zurück.
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Als Nächstes wird durch weitere Bezugnahme auf 3 ein Betrieb der photoelektrischen Wandlungsvorrichtung 01 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf Betriebe mit Bezug auf die Pixel in einer n-ten Zeile (n ist eine Ganzzahl größer oder gleich 1) und einer (n + 1)-ten Zeile in der Pixelanordnung 03. Gemäß 3 bezeichnen Signale RES(n), SEL(n) und TX(n) Signale, die an Gate-Anschlüsse des Rücksetztransistors RES, des Auswahltransistors SEL und des Transfertransistors TX des Pixels in der n-ten Zeile zugeführt werden. Das Gleiche gilt für Signale RES(n + 1), SEL(n + 1), und TX(n + 1). Diese Signale werden von der Vertikalabtasteinheit 07 zugeführt. Ein Signal SH ist ein Signal zum Steuern eines Leitungszustands des Abtast- und Halteschalters 17, und ein Signal MTX ist ein Signal zum Steuern eines Leitungszustands des Zwischenspeicherübertragungsschalters 20. Die folgende Beschreibung wird basierend auf der Annahme gegeben, dass, wenn die jeweiligen Signale auf einem hohen Pegel sind, die entsprechenden Transistoren oder Schalter eingeschaltet sind.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Betriebsbeispiel beschrieben, in dem zumindest zwei von einem Abtast- und Haltevorgang des von dem Pixel 02 ausgegebenen analogen Signals, einem A/D-Wandlungsvorgang und einem Signalausgabevorgang von dem Lesespeicher 21 parallel durchgeführt werden.
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Eine Periode von einer Zeit t0 bis zu einer Zeit t0' entspricht einer Periode, in der das analoge Signal in Bezug auf das Pixel in der n-ten Zeile in dem Kondensatorelement 16 gehalten wird (PIXELLESEPERIODE (n) gemäß 3).
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Zur Zeit t0 wird, da das Signal RES(n) von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel geschaltet wird, der Rücksetztransistor RES des Pixels in der n-ten Zeile ausgeschaltet. Dementsprechend wird ein Rücksetzzustand des Sourcefolgertransistors SF aufgehoben.
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Wenn das Signal SEL(n) zu einer Zeit t1 auf den hohen Pegel schaltet, wird der Auswahltransistor SEL des Pixels in der n-ten Zeile eingeschaltet, und erscheint auf der Pixelausgangsleitung 12 ein Signal, das der Rücksetzung des Gate-Knotens des Sourcefolgertransistors SF des Pixels in der n-ten Zeile entspricht. Diese Ausgabe enthält eine Störung bzw. ein Rauschen, die bzw. das erzeugt wird, wenn der Rücksetztransistor RES ausgeschaltet wird, und eine Störung bzw. ein Rauschen, die bzw. das sich von dem Sourcefolgertransistor SF herleitet. Nachstehend wird diese Ausgabe hierin als N-Signal bezeichnet.
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Während einer Periode bis zu einer Zeit t2 wird ein Horizontalübertragungsvorgang durchgeführt, in dem ein digitales Signal in Bezug auf das N-Signal des Pixels in der (n – 1)-ten Zeile von dem Lesespeicher 21 an die Datenausgangseinheit 05 übertragen wird. Gemäß 3 wird der Horizontalübertragungsvorgang zu einer Zeit vor der Zeit t0 gestartet, aber kann der Horizontalübertragungsvorgang abhängig von Bedingungen, wie etwa der Anzahl der Lesespeicher 21 oder einer Arbeits-/Betriebsfrequenz der Horizontalabtasteinheit 08, zur Zeit t0 oder später gestartet werden.
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Eine Periode bis zu einer Zeit t3 ist eine Periode, in der eine Signalkomponente des Pixels in der (n – 1)-ten Zeile, die in dem Kondensatorelement 16 gehalten wird, in ein digitales Signal gewandelt wird (eine Periode SAD(n – 1) gemäß 3). Während dieser Periode wird das Kondensatorelement 16 durch den Schalter 17 elektrisch von der Pixelausgangsleitung 12 abgeschnitten. In Erwiderung auf die zeitlich variierende Größenbeziehung zwischen dem Referenzsignal und dem Ausgang der Puffereinheit 14 veranlasst die Vergleichseinheit 18 den Schreibspeicher 19, einen Zählwert der Zähleinheit 10 zu dieser Zeit zu halten, wenn sich die Größenbeziehung zwischen diesen umkehrt. Gemäß 3 wird die Periode SAD(n – 1) zu einer Zeit vor der Zeit t0 gestartet, aber kann die Periode SAD(n – 1) abhängig von Bedingungen, wie etwa einer Auflösung der A/D-Wandlungseinheit 15 oder der Arbeits-/Betriebsfrequenz, zu der Zeit t0 oder später gestartet werden.
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Zu einer Zeit t4 schaltet das Signal MTX auf den hohen Pegel, und es werden zwei digitale Signale, die in dem Schreibspeicher 19 während einer Periode NAD(n – 1) und der Periode SAD(n – 1) gehalten werden, an den Lesespeicher 21 übertragen.
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Von einer Zeit t5 bis zu einer Zeit t2' wird der Horizontalübertragungsvorgang durchgeführt, in dem das digitale Signal, das durch die A/D-Wandlung während der Periode SAD(n – 1) erhalten wird, von dem Lesespeicher 21 ausgegeben wird.
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Von einer Zeit t6 an wird das N-Signal mit Bezug auf das Pixel in der n-ten Zeile, das an die Pixelausgangsleitung 12 ausgegeben wird, in dem Kondensatorelement 16 gehalten, da das Signal SH temporär auf den hohen Pegel schaltet.
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Während einer Periode von einer Zeit t7 bis zu einer Zeit t9 wird ein Vorgang des Wandelns des N-Signals in der n-ten Zeile in ein digitales Signal durchgeführt (eine Periode NAD(n) gemäß 3). Während der Periode NAD(n) befindet sich das Kondensatorelement 16 in einem Zustand, in dem es elektrisch von der Pixelausgangsleitung 12 abgeschnitten ist, da sich das Signal SH auf dem niedrigen Pegel befindet.
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Von einer Zeit t8 an werden, da das Signal TX(n) temporär auf den hohen Pegel schaltet, die zu dieser Zeit in der Photodiode PD des Pixels in der n-ten Zeile angesammelten Ladungen an den Gate-Knoten des Sourcefolgertransistors SF übertragen. Ein Potential auf der Pixelausgangsleitung 12 schwankt gemäß dem übertragenen Ladungsbetrag. Ein Signal, das äquivalent zu einer Summe eines Signals gemäß dem Ladungsbetrag, der durch die photoelektrische Wandlung in der Photodiode PD erzeugt wird, und des N-Signals ist, das von dem Pixel 02 zur Zeit t1 ausgegeben wird, wird zu dieser Zeit an die Pixelausgangsleitung 12 ausgegeben. Nachstehend wird dieses Signal hierin als (S + N)-Signal bezeichnet.
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Von einer Zeit t10 an wird das (S + N)-Signal in Bezug auf das Pixel in der n-ten Zeile, das an die Pixelausgangsleitung 12 ausgegeben wird, in dem Kondensatorelement 16 gehalten, da das Signal SH temporär auf den hohen Pegel schaltet.
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Von einer Zeit t11 bis zu einer Zeit t3' wird ein Vorgang des Wandelns des (S + N)-Signals in Bezug auf das Pixel in der n-ten Zeile in ein digitales Signal durchgeführt (eine Periode SAD(n) gemäß 3). Während der Periode SAD(n) befindet sich das Kondensatorelement 16 in einem Zustand, in dem es von elektrisch von der Pixelausgangsleitung 12 abgeschnitten ist, da sich das Signal SH auf dem niedrigen Pegel befindet.
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Zu einer Zeit t12 schaltet das Signal SEL(n) auf den niedrigen Pegel und wird der Auswahltransistor SEL des Pixels in der n-ten Zeile ausgeschaltet.
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Zu einer Zeit t13 schaltet das Signal RES(n) auf den hohen Pegel und bewirkt es, dass sich der Gate-Knoten des Sourcefolgertransistors SF des Pixels in der n-ten Zeile in einem Rücksetzzustand befindet.
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Ein Betrieb während einer Pixelleseperiode (n + 1), die zu der Zeit t0' startet, ist ähnlich zu dem Betrieb während der Pixelleseperiode (n), und daher wird eine Beschreibung davon ausgelassen.
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Die digitalen Signale, die während der Periode NAD(n) und der Periode SAD(n) erhalten werden, werden einer Differenzverarbeitung durch die Datenausgangseinheit 05 oder eine Signalverarbeitungseinheit, die nicht veranschaulicht ist und der Datenausgangseinheit 05 nachgeschaltet ist, unterzogen. Dementsprechend wird eine Verarbeitung einer korrelierten Doppelabtastung (CDS: ”Correlated Double Sampling”) zum Reduzieren des N-Signals durchgeführt.
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Wie es vorstehend beschrieben ist, wird das Kondensatorelement 16 während der A/D-Wandlungsperiode elektrisch von der Pixelanordnung 03 abgeschnitten, und wird das in dem Kondensatorelement 16 gehaltene Signal in einem Zustand, in dem das Signal gehalten wird, über die Puffereinheit 14 an die A/D-Wandlungseinheit 15 zugeführt. Da sich die Puffereinheit 14 in einem Zustand des Antreibens bzw. -steuerns eines Eingangsknotens der Vergleichseinheit 18 befindet, ist es möglich, ein Phänomen zu unterbinden, dass eine vorübergehende Änderung des Ausgangs der Vergleichseinheit 18 den Eingang der Vergleichseinheit 18 zum Schwanken bringt, und ist es möglich, das feste Störmuster bzw. den Fliegengittereffekt zu reduzieren, das bzw. der in der herkömmlichen Konfiguration hätte erzeugt werden können. Insbesondere wird ein Kondensatorelement verwendet, in dem eine Referenzspannung (GND bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) an einen von Knoten zugeführt wird, und ist es daher möglich, das feste Störmuster bzw. den Fliegengittereffekt im Vergleich zu einem Fall weiter zu unterbinden, indem das Kondensatorelement, das mit dem Signalpfad in Reihe geschaltet ist, für die Abtast- und Halteeinheit 13 verwendet wird.
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Wie es vorstehend beschrieben ist, ist es gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zusätzlich möglich, ein Lesen mit einer hohen Geschwindigkeit zu verwirklichen, da der A/D-Wandlungsvorgang und der Horizontalübertragungsvorgang während einer Periode, in der das analoge Signal von dem Pixel in einer bestimmten Zeile ausgelesen wird, parallel durchgeführt werden.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das feste Störmuster bzw. der Fliegengittereffekt reduziert, und ist es weiterhin möglich, ein Lesen mit hoher Geschwindigkeit zu verwirklichen.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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4 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration einer photoelektrischen Wandlungsvorrichtung 01' gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Der Unterschied gegenüber 1 besteht darin, dass ein Spaltenverstärker 22 zwischen dem Pixel 02 und der Spaltensignalverarbeitungseinheit 04 bereitgestellt ist.
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Für den Spaltenverstärker 22 kann zum Beispiel ein Verstärker verwendet werden, der einen Verstärkungsfaktor einstellen kann, der 1X überschreitet. 5 ist ein Ersatzschaltbild einer invertierenden Verstärkerschaltung unter Verwendung eines Differenzverstärkers als ein Beispiel der Konfiguration des Spaltenverstärkers 22. Für den Differenzverstärker kann zum Beispiel ein Operationsverstärker verwendet werden.
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Die invertierende Verstärkerschaltung gemäß 5 umfasst einen Differenzverstärker OP, eine Eingangskapazität Cin, eine Rückkopplungskapazität Cf und einen Rückkopplungsschalter CR. Der Differenzverstärker OP empfängt eine Referenzspannung VCR an einem nichtinvertierenden bzw. Nichtinvertierungseingangsanschluss, und ein Knoten der Eingangskapazität Cin, ein Knoten der Rückkopplungskapazität Cf und ein Knoten des Rückkopplungsschalters CR sind mit dem invertierenden bzw. Invertierungseingangsanschluss verbunden. Der andere Knoten der Eingangskapazität Cin ist mit dem Pixel 02 und der Laststromquelle 06 über die Pixelausgangsleitung 12 verbunden. Der andere Knoten der Rückkopplungskapazität Cf und der andere Knoten des Rückkopplungsschalters CR sind beide mit einem Ausgangsanschluss des Differenzverstärkers OP verbunden. Ein Ausgang des Spaltenverstärkers 22 ist mit dem Schalter 17 verbunden. Gemäß dieser Konfiguration wird der Amplitudenfaktor des Spaltenverstärkers 22 durch ein Verhältnis eines Kapazitätswerts der Eingangskapazität Cin zu einem Kapazitätswert der Rückkopplungskapazität Cf bestimmt. Außerdem kann gemäß der veranschaulichten Konfiguration auch eine CDS-Verarbeitung zum Reduzieren der bzw. des in dem Pixel 02 erzeugten Störung bzw. Rauschens durchgeführt werden.
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6 ist ein Zeitdiagramm zum Beschreiben eines Betriebs gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Der Unterschied gegenüber dem gemäß 3 beschriebenen Betrieb besteht darin, dass ein Signal CR zum Steuern des Rückkopplungsschalters CR hinzugefügt ist und eine Richtung einer Änderung des Pegels des Referenzsignals entsprechend der Verwendung eines invertierenden Verstärkers für den Spaltenverstärker 22 umgekehrt ist. Der Betrieb gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird beschrieben, indem sich hauptsächlich auf den Unterschied gegenüber dem gemäß 3 beschriebenen Betrieb konzentriert wird.
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Gemäß 6 schaltet das Signal CR von einer Zeit t14, die zwischen der Zeit t1 und der Zeit t3 liegt, temporär auf den hohen Pegel. Dementsprechend arbeitet der Spaltenverstärker 22 als ein Spannungsfolger und wird auch das N-Signal des Pixels in der n-ten Zeile, das auf der Pixelausgangsleitung 12 zu dieser Zeit erscheint, in der Eingangskapazität gehalten. Das in dem Kondensatorelement durch den Betrieb beginnend mit der Zeit t6 gehaltene Signal ist nicht das N-Signal des Pixels, sondern ist ein Signal, das äquivalent zu einem Versatz bzw. Offset des Spaltenverstärkers 22 ist.
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Daher wird eine Versatz- bzw. Offsetkomponente des Spaltenverstärkers 22 während der Periode NAD(n) in ein digitales Signal gewandelt.
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Nachdem das Signal CR auf den niedrigen Pegel schaltet, gibt der Spaltenverstärker 22, wenn das (S + N)-Signal des Pixels in der n-ten Zeile auf der Pixelausgangsleitung 12 erscheint, ein Signal aus, in dem ein Schwankungsbetrag basierend auf dem als eine Referenz eingestellten N-Signal, das heißt eine zu dem S-Signal äquivalente Komponente, verstärkt ist. Als Folge hiervon wird das Signal, das in dem Kondensatorelement 16 durch den Betrieb beginnend mit der Zeit t10 gehalten wird, zu einem Signal, das durch Überlagerung des Signals, für das das S-Signal des Pixels in der n-ten Zeile verstärkt ist, auf die Versatz- bzw. Offsetkomponente des Spaltenverstärkers erhalten wird. Dieses Signal wird während der Periode SAD(n) in ein digitales Signal gewandelt.
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Ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Differenz zwischen dem digitalen Signal, das während der Periode NAD(n) erhalten wird, und dem digitalen Signal, das während der Periode SAD(n) erhalten wird, durch die Datenausgangseinheit 05 oder die Signalverarbeitungseinheit, die der Datenausgangseinheit 05 nachgeschaltet ist, erhalten. Dementsprechend kann das digitale Signal erhalten werden, in dem die Versatz- bzw. Offsetkomponente des Spaltenverstärkers reduziert ist.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Spaltenverstärker 22 der Abtast- und Halteeinheit 13 vorgeschaltet und wird das Signal durch den Spaltenverstärker 22 verstärkt. Dementsprechend ist es möglich, ein Signal-Rausch-(S/N-)Verhältnis des erhaltenen Signals zu verbessern. Wenn der Amplitudenfaktor des Spannungsverstärkers 22 höher ist, ist es möglich, einen Einfluss der Störungs- bzw. Rauschkomponente weiter zu reduzieren, die sich aus einer Ladungsinjektion herleitet, die verursacht wird, wenn ein Abtasten und Halten des Signals durch die Abtast- und Halteeinheit 13 durchgeführt werden.
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In einem Fall, in dem der Spaltenverstärker 22 als ein Verstärker aufgebaut ist, bei dem der Amplitudenfaktor variabel ist, kann der Amplitudenfaktor des Spannungsverstärkers 22 auf Grundlage von Bildaufnahmebedingungen oder einer Empfindlichkeit, die abhängig von einem Bildaufnahmesystem eingestellt ist, geändert werden.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, wird das feste Störungsmuster bzw. der Fliegengittereffekt reduziert, und ist es weiterhin möglich, ein Lesen mit hoher Geschwindigkeit zu verwirklichen. Außerdem kann das S/N-Verhältnis des Signals im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel verbessert werden.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Bei den jeweiligen Ausführungsbeispielen, die vorstehend beschrieben sind, wurde die Konfiguration beschrieben, in der die Abtast- und Halteeinheit 13 mit einem Paar des Kondensatorelements 16 und des Schalters 17 versehen ist. Die Abtast- und Halteeinheit 13 kann jedoch andere Konfigurationen annehmen.
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7 veranschaulicht eine Konfiguration der Abtast- und Halteeinheit 13 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die Abtast- und Halteeinheit 13 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst eine Abtast- und Halteschaltung zweier Systeme bzw. doppelter Anordnung. Ein Kondensatorelement C_N ist ein Kondensatorelement, das konfiguriert ist, das N-Signal oder die Versatz- bzw. Offsetkomponente des Spaltenverstärkers 22 zu halten, wie es in den jeweiligen Ausführungsbeispielen vorstehend beschrieben ist. Andererseits ist ein Kondensatorelement C_S ein Kondensatorelement, das konfiguriert ist, das (S + N)-Signal und das Signal zu halten, das durch Überlagerung des verstärkten S-Signals auf der Versatz- bzw. Offsetkomponente des Spaltenverstärkers 22 erhalten wird, wie es in den jeweiligen Ausführungsbeispielen vorstehend beschrieben ist. Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, während der Periode, in der die A/D-Wandlung des Signals durchgeführt wird, das in einem der zwei Kondensatorelemente gehalten wird, die für die Abtast- und Halteeinheit 13 bereitgestellt sind, das andere Kondensatorelement zu veranlassen, die Ausgabe des Spannungsverstärkers 22 zu halten. Auch kann in einem Fall, in dem die Abtast- und Halteeinheit mit drei oder mehr Kondensatorelementen versehen ist, können der Vorgang des Wandelns des in einem Kondensatorelement gehaltenen Signals in ein digitales Signal und der Vorgang des Veranlassens eines anderen der Kondensatorelemente zum Halten des von dem Pixel ausgegebenen Signals parallel durchgeführt werden.
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8 ist ein Zeitdiagramm zum Beschreiben eines Betriebs gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Hierin wird als ein Bespiel ein Fall beschrieben, in dem die Abtast- und Halteeinheit 13 der photoelektrischen Wandlungsvorrichtung 01', die in dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, durch die in 7 veranschaulichte Konfiguration ersetzt ist. Signale SH_N, AD_N, SH_S und AD_S gemäß 8 sind Signale zum Steuern der jeweiligen Schalter mit den gleichen Bezugszeichen, die in 7 veranschaulicht sind, und der entsprechende Schalter ist eingeschaltet, wenn sich das Signal auf dem hohen Pegel befindet. Beginnend mit der Zeit t0 startet die Pixelleseperiode in der n-ten Zeile. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Zeit t0 eine Zeitvorgabe innerhalb der Signalausgabeperiode (n – 2) in Bezug auf das Pixel in der (n – 2)-ten Zeile und innerhalb der A/D-Wandlungsperiode SAD(n – 1) in Bezug auf das Pixel in der (n – 1)-ten Zeile. Während der Periode SAD(n – 1) befindet sich das Signal AD_S auf dem hohen Pegel, so dass die A/D-Wandlung des in dem Kondensatorelement C_S gehaltenen Signals durchgeführt wird. Zunächst wird, da das Signal RES(n) von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel geschaltet wird, der Rücksetztransistor RES des Pixels in der n-ten Zeile ausgeschaltet. Dementsprechend wird der Rücksetzzustand des Sourcefolgertransistors SF aufgehoben.
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Wenn das Signal SEL(n) zur Zeit t1 auf den hohen Pegel schaltet, wird der Auswahltransistor SEL des Pixels in der n-ten Zeile eingeschaltet und erscheint auf der Pixelausgangsleitung 12 ein Signal, das der Rücksetzung des Gate-Knotens des Sourcefolgertransistors SF des Pixels in der n-ten Zeile entspricht. Diese Ausgabe enthält die Störung bzw. das Rauschen, die bzw. das erzeugt wird, wenn der Rücksetztransistor RES ausgeschaltet wird, und die Störung bzw. das Rauschen, die bzw. das sich von dem Sourcefolgertransistor SF herleitet. Nachstehend wird diese Ausgabe hierin als N-Signal bezeichnet.
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Zur Zeit t2 wird, wenn das Signal CR auf den hohen Pegel schaltet, der Rückkopplungsschalter CR des Spaltenverstärkers 22 eingeschaltet, so dass beide Knoten der Rückkopplungskapazität Cf rückgesetzt werden. Daraufhin kann, wenn das Signal CR auf den niedrigen Pegel schaltet, der zu dieser Zeit auf der Pixelausgangsleitung 12 erscheinende Pegel in der Eingangskapazität Cin festgehalten bzw. -geklemmt werden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das vorstehend beschriebene N-Signal festgehalten bzw. -geklemmt.
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Zur Zeit t3 endet die Signalausgabeperiode in Bezug auf das Pixel in der (n – 2)-ten Zeile.
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Zur Zeit t4 endet die A/D-Wandlungsperiode SAD(n – 1) in Bezug auf das Pixel in der (n – 1)-ten Zeile. Damit einhergehend schaltet das Signal A/D_S auf den niedrigen Pegel und wird ein Schalter AD_S ausgeschaltet.
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Zur Zeit t5 werden, wenn das Signal MTX auf den hohen Pegel schaltet, die in dem Schreibspeicher 19 bis zu dieser Zeit gehaltenen digitalen Signale über den Zwischenspeicherübertragungsschalter 20 an den Lesespeicher 21 übertragen. Im Speziellen werden das digitale Signal, das während der Periode NAD(n – 1), die nicht veranschaulicht ist, erhalten wird, und das digitale Signal, das während der Periode SAD(n – 1) erhalten wird, übertragen.
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Beginnend mit dem Zeitpunkt t6 startet die Horizontalabtasteinheit 08 ein Abtasten des Lesespeichers 21 und startet die Signalausgabeperiode in Bezug auf das Pixel in der (n – 1)-ten Zeile.
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Beginnend mit der Zeit t7 wird, wenn das Signal SH_N temporär auf den hohen Pegel schaltet, die Ausgabe des Spaltenverstärkers 22 in dem Kondensatorelement C_N gehalten. Die zu dieser Zeit gehaltene Ausgabe ist ein Signal, das der Rücksetzung des Spaltenverstärkers 22 entspricht, und das Signal weist den Versatz bzw. Offset des Spaltenverstärkers 22 als Hauptkomponente auf.
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Beginnend mit der Zeit t8 werden, da das Signal TX(n) temporär auf den hohen Pegel schaltet, die in der Photodiode PD angesammelten Ladungen an den Gate-Knoten des Sourcefolgertransistors SF übertragen.
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Zu der gleichen Zeit t8 schaltet auch das Signal AD_N auf den hohen Pegel, so dass das in dem Kondensatorelement C_N gehaltene Signal über die Puffereinheit 14 an die A/D-Wandlungseinheit 15 zugeführt wird. Eine Periode von der Zeit t8 bis zu der Zeit t9 ist die A/D-Wandlungsperiode NAD(n) in Bezug auf das Pixel in der n-ten Zeile. Das digitale Signal, das während dieser Periode erhalten wird, entspricht dem Signal mit dem Versatz bzw. Offset des Spaltenverstärkers 22 als die Hauptkomponente, das durch den Betrieb beginnend mit der Zeit t7 erhalten wird.
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Beginnend mit der Zeit t10 schaltet das Signal SH_S temporär auf den hohen Pegel, so dass das von dem Spaltenverstärker 22 zu dieser Zeit ausgegebene Signal in dem Kondensatorelement C_S gehalten wird. Im Speziellen ist das Signal ein Signal, das durch Überlagerung des Signals, das dem Ladungsbetrag entspricht, der durch den Betrieb beginnend mit der Zeit t8 an den Gate-Knoten des Sourcefolgertransistors SF übertragen und durch den Spaltenverstärker 22 verstärkt wird, auf das Signal, das durch den Betrieb beginnend mit der Zeit t7 erhalten wird, erhalten wird.
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Zur Zeit t11 startet die A/D-Wandlungsperiode SAD(n) in Bezug auf das Pixel in der n-ten Zeile, wenn das Signal AD_S auf den hohen Pegel schaltet.
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Zur Zeit t12 schaltet das Signal SEL(n) auf den niedrigen Pegel und wird der Auswahltransistor SEL des Pixels in der n-ten Zeile ausgeschaltet.
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Zu einer Zeit t18 schaltet das Signal RES(n) auf den hohen Pegel und befindet sich der Gate-Knoten des Sourcefolgertransistors SF des Pixels in der n-ten Zeile in einem Rücksetzzustand.
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Der Betrieb während der Pixelleseperiode (n + 1), die beginnend mit der Zeit t0' startet, ist ähnlich zu dem Betrieb während der Pixelleseperiode (n), und eine Beschreibung davon wird daher ausgelassen.
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Die digitalen Signale, die während der Periode NAD(n) und der Periode SAD(n) erhalten werden, werden einer Differenzverarbeitung durch die Datenausgabeeinheit 05 oder die Signalverarbeitungseinheit, die nicht veranschaulicht ist und der Datenausgangseinheit 05 nachgeschaltet ist, unterzogen. Dementsprechend wird die Verarbeitung einer korrelierten Doppelabtastung (CDS: ”Correlated Double Sampling”) zum Reduzieren des N-Signals durchgeführt.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es möglich, während der Periode, in der die A/D-Wandlung des Signals durchgeführt wird, das in einem der zwei Kondensatorelemente gehalten wird, die für die Abtast- und Halteeinheit 13 bereitgestellt sind, das andere Kondensatorelement zu veranlassen, die Ausgabe des Spaltenverstärkers 22 zu halten. Dementsprechend kann der Betrieb mit einer noch höheren Geschwindigkeit im Vergleich zu dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel durchgeführt werden.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde der Fall beschrieben, in dem das Signal TX(n) oder TX(n + 1) zu der gleichen Zeit wie das Signal A/D_N wechselt, aber die Zeitsteuerung bzw. -abstimmung ist nicht auf diese Zeitsteuerung bzw. -abstimmung beschränkt.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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9 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration einer photoelektrischen Wandlungsvorrichtung 01'' gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Der Unterschied gegenüber 4 besteht darin, dass Referenzsignalpuffereinheiten 23 hinzugefügt sind. Nachstehend wird hierin eine Beschreibung gegeben, während sich hauptsächlich auf den Unterschied gegenüber 4 konzentriert wird.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das von der Referenzsignalerzeugungseinheit 09 zugeführte Referenzsignal über die Referenzsignalpuffereinheit 23, die in jeder Spalte bereitgestellt ist, an die Vergleichseinheit 18 zugeführt. Die Referenzsignalpuffereinheit 23 wirkt ähnlich wie die Puffereinheit 14 und unterdrückt Einflüsse der Schwankung der Ausgabe der Vergleichseinheit 18 auf eine Referenzsignalzuführungsleitung 24. Da die Referenzsignalzuführungsleitung 24 für die Vergleichseinheiten 18 in jeweiligen Spalten gemeinsam bereitgestellt ist, ist es möglich, den Einfluss der Schwankung der Ausgabe der Vergleichseinheit 18 auf andere Spalten durch Bereitstellung der Referenzsignalpuffereinheiten 23 zu unterbinden.
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Mit der Konfiguration gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Puffer an beiden Eingängen der Vergleichseinheit 18 bereitgestellt und ist es daher möglich, den Einfluss der Schwankung der Ausgabe der Vergleichseinheit 18 auf beide Eingänge zu unterbinden, so dass die Vergleichseinheit 18 einen noch genaueren Vergleichsvorgang durchführen kann. Wenn die Puffereinheit 14 und die Referenzsignalpuffereinheit 23 so eingerichtet sind, dass sie das gleiche Schaltungsformat aufweisen, kann ein Gewinn bzw. eine Verstärkung mit Bezug auf das in der Abtast- und Halteeinheit 13 gehaltene Signal mit einem Gewinn bzw. mit einer Verstärkung mit Bezug auf das Referenzsignal angepasst bzw. abgeglichen werden.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, wird das feste Störungsmuster bzw. der Fliegengittereffekt reduziert, und ist es weiterhin möglich, ein Lesen mit hoher Geschwindigkeit zu verwirklichen. Außerdem kann das S/N-Verhältnis des Signals im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel verbessert werden.
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Fünftes Ausführungsbeispiel
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10 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration einer photoelektrischen Wandlungsvorrichtung 01''' gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
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Der Unterschied gegenüber 1 besteht darin, dass Schalter 25 zusätzlich als Verbindungsabschnitte zum gegenseitigen Verbinden der Kondensatorelemente 16 bereitgestellt sind, die für die Spaltensignalverarbeitungseinheiten 04 in unterschiedlichen Spalten bereitgestellt sind. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Konfiguration angenommen, in der benachbarte Kondensatorelemente 16 in drei Spalten miteinander verbunden werden. Durch Einschalten des Schalters 25 können Signale basierend auf einer Vielzahl von Pixel gemittelt werden. Die Anzahl von gegenseitig verbundenen Kondensatorelementen ist nicht auf drei beschränkt, und die Anzahl wird beliebig gewählt, solange Kondensatorelemente, die für Signalverarbeitungseinheiten in einigen Spalten unter den Signalverarbeitungseinheiten in einer Vielzahl von Spalten bereitgestellt sind, gegenseitig kurzgeschlossen werden können. Zusätzlich sind zu verbindende Kondensatorelemente nicht auf die Kondensatorelemente in benachbarten Spalten beschränkt, und können die Schalter 25 so bereitgestellt sein, dass die Kondensatorelemente 16 in jeder zweiten Spalte miteinander verbunden werden. Zum Beispiel können im Fall einer photoelektrischen Wandlungsvorrichtung, die mit einem Bayer-Farbfilter versehen ist, Signale basierend auf Pixel gemittelt werden, die mit Farbfiltern mit einer gleichen Farbe versehen sind.
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11 ist ein Zeitdiagramm zum Beschreiben eines Betriebs gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Der Unterschied gegenüber 3 besteht darin, dass ein Signal ADD zum Steuern eines Schaltens eines Leitungszustands des Schalters 25 hinzugefügt ist. Nachstehend wird hierin eine Beschreibung gegeben, während sich auf den Unterschied gegenüber dem Betrieb gemäß dem in 3 veranschaulichten Zeitdiagramm konzentriert wird.
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Mit der Zeit t6 wird das Signal ADD auf den niedrigen Pegel geschaltet und werden die Kondensatorelemente 16, die bis zu dieser Zeit gegenseitig kurzgeschlossen waren, voneinander getrennt.
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Während einer Periode zwischen der Zeit t7 und der Zeit t8, wenn das Signal ADD auf den hohen Pegel schaltet, wird der Schalter 25 eingeschaltet und werden die Kondensatorelemente 16 in den benachbarten drei Spalten mit einem gemeinsamen Knoten verbunden. Dementsprechend werden die N-Signale basierend auf den drei Pixel gemittelt. Die A/D-Wandlung des gemittelten N-Signals wird während der Periode NAD(n) durchgeführt.
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Daraufhin wird während einer Periode zwischen der Zeit t9 und der Zeit t10 der Schalter 25 ausgeschaltet, indem das Signal ADD auf den niedrigen Pegel geschaltet wird.
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Daraufhin wird, nachdem das Signal SH, das beginnend mit der Zeit t10 auf den hohlen Pegel geschaltet war, auf den niedrigen Pegel schaltet, das Signal ADD während einer Periode bis zur Zeit t11 erneut auf den hohen Pegel geschaltet. Dementsprechend werden S-Signale basierend auf den drei Pixel gemittelt. Die A/D-Wandlung des gemittelten S-Signals wird während der Periode SAD(n) durchgeführt.
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Daraufhin schaltet das Signal ADD von der Zeit t4 bis zu der Zeit t7 während der Pixelleseperiode (n + 1) auf den niedrigen Pegel.
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Durch den Betrieb gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Datenmenge, die während der Signalausgabeperiode ausgegeben wird, im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel verringert werden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können, da Signale in drei Spalten gemittelt werden, Daten von nur einer der drei benachbarten Spalten an die Datenausgangseinheit 05 ausgegeben werden. Im Hinblick auf die Spaltensignalverarbeitungseinheiten 04 in den Spalten, von denen Daten nicht ausgegeben werden, können außerdem die Puffereinheit 14 und die A/D-Wandlungseinheit 15 in einen Energiesparzustand geschalten werden.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, wird das feste Störmuster bzw. der Fliegengittereffekt reduziert, und ist es weiter möglich, ein Lesen mit hoher Geschwindigkeit zu verwirklichen. Außerdem kann das S/N-Verhältnis des Signals im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel verbessert werden.
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Sechstes Ausführungsbeispiel
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12 veranschaulicht eine Konfiguration eines Bildaufnahmesystems gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Das Bildaufnahmesystem 800 umfasst zum Beispiel eine optische Einheit 810, ein Bildaufnahmeelement 100, eine Videosignalverarbeitungsschaltungseinheit 830, eine Aufzeichnungs- und Kommunikationseinheit 840, eine Zeitsteuerungsschaltungseinheit 850, eine Systemsteuereinheit 860 und eine Wiedergabe- und Anzeigeeinheit 870. Eine Bildaufnahmevorrichtung 820 umfasst das Bildaufnahmeelement 100 und die Videosignalverarbeitungsschaltungseinheit 830. Die photoelektrische Wandlungsvorrichtung gemäß irgendeinem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele wird für/als das Bildaufnahmeelement 100 verwendet.
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Die optische Einheit 810, die als ein optisches System wie etwa eine Linse bzw. ein Objektiv wirkt, fokussiert Licht von einem Objekt auf eine Bildelement- bzw. Pixelanordnung 03, in der eine Vielzahl von Bildelementen bzw. Pixel des Bildaufnahmeelements 100 zweidimensional angeordnet sind, und bildet ein Bild des Objekts aus. Das Bildaufnahmeelement 100 gibt ein Signal gemäß dem auf der Bildelement- bzw. Pixelanordnung 03 fokussierten Licht mit einer Zeitsteuerung basierend auf einem Signal von der Zeitsteuerungsschaltungseinheit 850 aus. Das von dem Bildaufnahmeelement 100 ausgegebene Signal wird an die als eine Videosignalverarbeitungseinheit wirkende Videosignalverarbeitungsschaltungseinheit 830 eingegeben, und die Videosignalverarbeitungsschaltungseinheit 830 führt eine Signalverarbeitung gemäß einem durch ein Programm oder dergleichen eingestellten Verfahren durch. Ein durch die Verarbeitung in der Videosignalverarbeitungsschaltungseinheit 830 erhaltenes Signal wird als Bilddaten an die Aufzeichnungs- und Kommunikationseinheit 840 übertragen. Die Aufzeichnungs- und Kommunikationseinheit 840 überträgt das Signal zum Ausbilden des Bilds an die Wiedergabe- und Anzeigeeinheit 870 und veranlasst die Wiedergabe- und Anzeigeeinheit 870 zum Wiedergeben und Anzeigen eines Bewegtbilds oder eines Stehbilds. Die Aufzeichnungs- und Kommunikationseinheit 840 empfängt weiterhin das Signal von der Videosignalverarbeitungsschaltungseinheit 830, um eine Kommunikation mit der Systemsteuereinheit 860 durchzuführen, und führt auch einen Betrieb zum Aufzeichnen des Signals zum Ausbilden des Bilds in einem Aufzeichnungsmedium durch, das nicht veranschaulicht ist.
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Die Systemsteuereinheit 860 ist konfiguriert, den Betrieb des Bildaufnahmesystems zu steuern, und sie steuert eine Ansteuerung der optischen Einheit 810, der Zeitsteuerungsschaltungseinheit 850, der Aufzeichnungs- und Kommunikationseinheit 840 und der Wiedergabe- und Anzeigeeinheit 870. Zusätzlich ist die Systemsteuereinheit 860 zum Beispiel mit einer (nicht veranschaulichten) Speichervorrichtung wie etwa einem Aufzeichnungsmedium versehen, und ist das zum Steuern des Betriebs des Bildaufnahmesystems zu verwendende Programm oder dergleichen in dieser Speichervorrichtung aufgezeichnet. Die Systemsteuereinheit 860 führt an das Bildaufnahmesystem auch ein Signal zum Umschalten eines Ansteuerungsmodus zum Beispiel gemäß einer Bedienung durch einen Benutzer zu. Einige Beispiele von Ansteuerungsmodi umfassen eine Änderung einer Lesezeile oder einer zurückzusetzenden Zeile, eine Änderung eines Feld- bzw. Bildwinkels begleitet von einem elektronischen Zoomen, sowie eine Verlagerung bzw. Veränderung des Feld- bzw. Bildwinkels basierend auf einer elektronischen Bildstabilisierungsfunktion. Die Zeitsteuerungsschaltungseinheit 850 steuert Ansteuerungszeitvorgaben des Bildaufnahmeelements 100 und der Videosignalverarbeitungsschaltungseinheit 830 auf Grundlage der durch die Systemsteuereinheit 860 durchgeführten Steuerung.
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Sonstiges
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind als Beispiele zur Ausführung der vorliegenden Erfindung bestimmt und nicht auf diese Konfigurationen beschränkt.
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Zum Beispiel kann eine Spannungsfolgerschaltung oder eine Sourcefolgerschaltung als eine spezielle Konfiguration der Puffereinheit 14 angewandt werden, und ist es auch möglich, den invertierenden Verstärker, wie er in 5 veranschaulicht ist, einen Verstärker, der einen Verstärkungsfaktor größer 1 einstellen kann, und weiterhin einen Verstärker, bei dem der Amplitudenfaktor variabel ist, zu verwenden. Durch Anwendung des Verstärkers mit der in 5 veranschaulichten Konfiguration auf die Puffereinheit 14 ist es möglich, die Wirkung des Unterdrückens des festen Störmusters bzw. des Fliegengittereffekt zu steigern. Dies ist deshalb so, da selbst dann, wenn sich der Einfluss der Änderung der Ausgabe der Vergleichseinheit 18 über die Rückkopplungskapazität Cf bis zu der Eingangskapazität Cin ausbreitet, dieser Einfluss unterbunden werden kann, da eine Ausgangsimpedanz des Differenzverstärkers OP gering ist und auch das Signal in dem Kondensatorelement gehalten wird, von dem ein Ende mit einer festen Spannung versorgt wird.
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Zusätzlich ist es möglich, den Einfluss zu reduzieren, wenn sich die Ausgabe der Vergleichseinheit 18 ändert, indem eine Leitung zum Zuführen der festen Spannung an einen Knoten des in der Abtast- und Halteeinheit 13 umfassten Kondensatorelements getrennt von einer Leitung zum Zuführen der festen Spannung an eine in der Nähe des Kondensatorelements angeordnete Schaltung eingerichtet wird. Im Speziellen werden GND des Kondensatorelements und GND der Vergleichseinheit 18 durch voneinander unterschiedliche Leitungen zugeführt.
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Das in der Abtast- und Halteeinheit 13 umfasste Kondensatorelement kann auch in einem anderen Wannenbereich auf einem gleichen Halbleitersubstrat ausgebildet sein, wo in der Nähe des Kondensatorelements angeordnete Schaltungen in einem bestimmten Wannenbereich ausgebildet werden. Im Speziellen werden das Kondensatorelement und die Vergleichseinheit 18 in voneinander unterschiedlichen Wannenbereichen ausgebildet. Dementsprechend ist es möglich, den Einfluss zu reduzieren, wenn sich die Ausgabe der Vergleichseinheit 18 ändert. Zusätzlich kann das in der Abtast- und Halteeinheit 13 umfasste Kondensatorelement auf dem gleichen Halbleitersubstrat in einem Wannenbereich ausgebildet werden, der sich von dem Bereich unterscheidet, wo die Bildelement- bzw. Pixelanordnung und der Spaltenverstärker ausgebildet werden. Mit dieser Konfiguration kann eine Störungs- bzw. Rauschbelastung von dem Bildelement bzw. Pixel und dem Spaltenverstärker während der Periode unterbunden werden, in der das Kondensatorelement das Signal hält.
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Außerdem kann die Zähleinheit 10 derart konfiguriert sein, dass die Zähleinheit 10 an jeder der Vielzahl von Vergleichseinheiten 18 einzeln bereitgestellt ist. In diesem Fall wirkt jede Zähleinheit auch als der Schreibspeicher 19 gemäß 4. Außerdem kann in einem Fall, in dem die Zähleinheiten 10 an den jeweiligen Vergleichseinheiten 18 einzeln bereitgestellt sind, die Zähleinheit 10 eine Konfiguration annehmen, bei der ein Hochzählbetrieb, in dem sich ein Zählwert erhöht, und ein Herunterzählbetrieb, in dem sich ein Zählwert verringert, umgeschaltet werden können. Gemäß dieser Konfiguration kann durch Umschaltung der Betriebe zwischen der Periode NAD(n) und der Periode SAD(n) das digitale Signal, in dem die Rauschkomponente reduziert ist, in den jeweiligen Zähleinheiten gehalten werden.
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Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Dem Umfang der folgenden Patentansprüche ist die breiteste Auslegung zuzugestehen, um so alle derartigen Modifikationen und äquivalente Strukturen und Funktionen zu umfassen.
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Spaltensignalverarbeitungseinheiten sind in Entsprechung zu jeweiligen Spalten einer Bildelementanordnung (03) bereitgestellt. Die Spaltensignalverarbeitungseinheit umfasst eine Abtast- und Halteeinheit (13), die konfiguriert ist zum Halten eines von einem Bildelement ausgegebenen analogen Signals, eine Puffereinheit (14), die konfiguriert ist zum Puffern des in der Abtast- und Halteeinheit (13) gehaltenen Signals, und eine A/D-Wandlungseinheit (15). Die A/D-Wandlungseinheit 15 wandelt das Signal, das durch die Abtast- und Halteeinheit gehalten und durch die Puffereinheit gepuffert wird, in ein digitales Signal.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2009-10787 [0002, 0002, 0003, 0004, 0005, 0020]
