DE102014218431A1

DE102014218431A1 - Halbleiterbildgebungsvorrichtung und Bildgebungssystem

Info

Publication number: DE102014218431A1
Application number: DE102014218431.2A
Authority: DE
Inventors: Kazuo c/o CANON KABUSHIKI KAISHA Yamazaki; Tetsuya c/o CANON KABUSHIKI KAISHA Itano; Hiroki c/o CANON KABUSHIKI KAISHA Hiyama
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2034-09-16
Also published as: GB2520142A; US20150077607A1; US20160156868A1; US9288415B2; CN104469202A; US9438841B2; GB2520142B; JP5886806B2; DE102014218431B4; GB201416138D0; JP2015061135A; CN104469202B

Abstract

Eine Halbleiterbildgebungsvorrichtung enthält einen Bildelementabschnitt (102), in dem eine Vielzahl von Bildelementen (101) in einer Matrix angeordnet ist, eine Spaltensignalleitung (103) zur Ausgabe eines Bildelementsignals aus dem Bildelementabschnitt, eine Spaltenverstärkerschaltung (105) zum Invertieren und Verstärken des Bildelementsignals, eine Umgehungsschaltung (106) zum Umgehen der Spaltenverstärkerschaltung (105), einen AD-Umwandler (107) und eine Steuereinheit zur Änderung einer Betriebsart des AD-Umwandlers (107) entsprechend dem Betrieb der Umgehungsschaltung (106).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterbildgebungsvorrichtung mit einer AD-Umwandlungsschaltung und ein Bildgebungssystem.
Beschreibung der verwandten Technik
Manche Halbleiterbildgebungsvorrichtungen, beispielsweise MOS-Bildgebungsvorrichtungen, sind durch eine Bildgebungseinheit und eine Spaltensignalverarbeitungsschaltung aufgebaut, wie es in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-167004 beschrieben ist. Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-167004 beschreibt eine Anordnung, bei der eine Spaltenverstärkerschaltung und eine AD-(Analog-zu-Digital-)Umwandlungsschaltung in der Spaltensignalverarbeitungsschaltung angebracht sind, und eine AD-Umwandlung für jede Spalte durchgeführt wird. Dieses Patentdokument offenbart ein Verfahren zur Verstärkung von Signalen einer Vielzahl von Systemen mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten, deren AD-Umwandlung und dann Kombination zum Vergrößern des dynamischen Bereichs ohne Verschlechterung des S/N-Verhältnisses. Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-147614 beschreibt ein Verfahren zum Einschalten eines Verstärkers zur Durchführung einer hochqualitativen Aufnahme in einem Stehbildaufnahmemodus und zum Ausschalten des Verstärkers in einem Bewegtbildaufnahmemodus für einen Monitor, damit ein Bildelementsignal den Verstärker umgeht, wodurch Strom verringert wird.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-147614 offenbart ein Verfahren zum Umschalten des Eingangsbereichs eines AD-Umwandlers, wenn der Verstärker ein-/ausgeschaltet wird, und insbesondere zum Halbieren der Amplitude eines Rampenverlaufs und eines Zählerbetriebs, wenn der Verstärker aus ist.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die erste Ausgestaltung der Erfindung stellt eine Halbleiterbildgebungsvorrichtung mit einem Bildelementabschnitt, in dem eine Vielzahl von Bildelementen in einer Matrix angeordnet sind, einer Spaltensignalleitung zur Ausgabe eines Bildelementsignals aus dem Bildelementabschnitt, einer Spaltenverstärkerschaltung zum Invertieren und Verstärken des Bildelementsignals, einer Umgehungsschaltung zum Umgehen der Spaltenverstärkerschaltung, einem AD-Umwandler und einer Steuereinheit zum Ändern einer Betriebsart des AD-Umwandlers bereit, wobei der AD-Umwandler eine Rampensignalerzeugungsschaltung zur Erzeugung eines Referenzsignals, einen Vergleicher zum Vergleichen des Referenzsignals und des Bildelementsignals und einen Zähler zum Zählen einer Zeit und Ausgeben eines Zählwerts entsprechend der Zeit enthält, und die Steuereinheit in einer ersten Betriebsart zur Steuerung des AD-Umwandlers zur AD-Umwandlung des Bildelementsignals von der Spaltensignalleitung und Umgehung der Spaltenverstärkerschaltung durch die Umgehungsschaltung eingerichtet ist, in einer zweiten Betriebsart zur Steuerung des AD-Umwandlers zur AD-Umwandlung des durch die Spaltenverstärkerschaltung invertierten und verstärkten Bildelementsignals eingerichtet ist, und zur Änderung einer Steigung eines Rampensignals und/oder eines Zählvorgangs des Zählers zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart eingerichtet ist.
Die zweite Ausgestaltung der Erfindung stellt eine Halbleiterbildgebungsvorrichtung mit einem Bildelementabschnitt, in dem eine Vielzahl von Bildelementen in einer Matrix angeordnet ist, einer Spaltensignalleitung zur Ausgabe eines Bildelementsignals aus dem Bildelementabschnitt, einer Spaltenverstärkerschaltung zum Invertieren und Verstärken des Bildelementsignals von der Spaltensignalleitung, einer Umgehungsschaltung zum Umgehen der Spaltenverstärkerschaltung, einem sukzessiven Näherungs-AD-Umwandler, einer CDS-Verarbeitungseinheit zur Berechnung einer Differenz zwischen einem digitalen Ausgangswert eines Rücksetzpegels von dem AD-Umwandler und einem digitalen Ausgangswert eines durch fotoelektrische Umwandlung von Licht erhaltenen Bildgebungssignals und einer Steuereinheit zur Änderung einer Betriebsart des AD-Umwandlers bereit, wobei die Steuereinheit in einer ersten Betriebsart zur Steuerung des AD-Umwandlers zur AD-Umwandlung des Bildelementsignals von der Spaltensignalleitung und Umgehung der Spaltenverstärkerschaltung durch die Umgehungsschaltung eingerichtet ist, in einer zweiten Betriebsart zur Steuerung des AD-Umwandlers zur AD-Umwandlung eines invertierten und verstärkten Ausgangssignals von der Spaltenverstärkerschaltung eingerichtet ist, und zur Änderung einer Verarbeitung der CDS-Verarbeitungsschaltung zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart eingerichtet ist.
Die dritte Ausgestaltung der Erfindung stellt ein Bildgebungssystem mit der vorstehenden Halbleiterbildgebungsvorrichtung, einem optischen System zur Erzeugung eines Bildes auf der Halbleiterbildgebungsvorrichtung und einer Signalverarbeitungsschaltung zur Verarbeitung eines Ausgangssignals von der Halbleiterbildgebungsvorrichtung bereit.
Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele (unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen) ersichtlich. Jedes nachstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung kann allein oder als Kombination einer Vielzahl der Ausführungsbeispiele oder deren Merkmale bei Bedarf oder dann implementiert werden, wenn die Kombination von Elementen oder Merkmalen individueller Ausführungsbeispiele in einem einzelnen Ausführungsbeispiel von Vorteil ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Blockschaltbild gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 zeigt ein Schaltbild der Schaltungsanordnung eines Bildelementabschnitts,
3 zeigt ein Schaltbild gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
die 4A und 4B zeigen Zeitablaufdiagramme, die ein Beispiel eines Ansteuerverfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen,
5 zeigt ein Schaltbild der Schaltungsanordnung einer Spaltenverstärkerschaltung,
6 zeigt ein Schaltbild gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
die 7A und 7B zeigen Zeitablaufdiagramme, die ein Beispiel eines Ansteuerverfahrens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulichen,
8 zeigt ein Schaltbild gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
die 9A und 9B zeigen Zeitablaufdiagramme, die ein ein Beispiel eines Ansteuerverfahrens gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel darstellen, und
10 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels der Anordnung eines Bildgebungssystems, das eine Bildgebungsvorrichtung verwendet.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die vorliegende Erfindung stellt eine Halbleiterbildgebungsvorrichtung bereit, die AD-(Analog-zu-Digital-)Umwandlungsvorgänge durchführt, die jeweils einem Fall, in dem eine Ausgabe aus einem Verstärker zur Durchführung einer Invertierung und Verstärkung AD-umgewandelt wird, und einem Fall entsprechen, in dem der Verstärker umgangen und eine Ausgabe AD-umgewandelt wird.
In der erfindungsgemäßen Halbleiterbildgebungsvorrichtung ist eine Vielzahl von Bildelementen zur fotoelektrischen Umwandlung von einfallendem Licht in einem Bildelementabschnitt in einer Matrix zweidimensional angeordnet. Rücksetzen und Ladungsakkumulation einer Vielzahl von Bildelementen werden reihenweise durchgeführt. Ausgaben von den Bildelementen werden zu einer pro Spalte angeordneten Spaltensignalleitung ausgegeben. Signale von Bildelementen werden zu einer Spaltensignalleitung pro Reihe ausgelesen. Eine Spaltenverstärkerschaltung, die ein analoges Signal von einem Bildelement verstärkt, und eine Spaltenschaltung, die ein verstärktes Signal hält, sind für jede Spaltensignalleitung angeordnet. Durch die Verstärkung eines Bildelementsignals unter Verwendung der Spaltenverstärkerschaltung wird der Einfluss von in einer nachfolgenden Schaltung erzeugtem Rauschen relativ zu einem Bildelementsignal verringert. Dies ermöglicht eine hochqualitative Aufnahme mit hohem S/N-Verhältnis. Im Allgemeinen kann in einem Halbleiterbildsensor, in dem eine Spaltenverstärkerschaltung und ein AD-Umwandler eingebaut sind, eine Gesamtrauschmenge N_Total wie folgt ausgedrückt werden, wenn die Spaltenverstärkerschaltung ein Bildelementsignal mit einer Verstärkung eines Absolutwerts verstärkt:
mit N_Pix: Weißes Rauschen eines Bildelements,
N_amp(A): in der Spaltenverstärkerschaltung erzeugtes Weißes Rauschen, wenn die Verstärkung der Spaltenverstärkerschaltung A ist, und
N_ADC: in dem AD-Umwandler erzeugtes Weißes Rauschen.
Zur Vereinfachung der Beschreibung ist die Verstärkung der Spaltenverstärkerschaltung einfach A. In Gleichung (1) kann Weißes Rauschen N_amp(A) der Spaltenverstärkerschaltung bei der Verstärkung A im Allgemeinen kleiner als ein Wert A·N_amp(j) entworfen werden der durch Verstärkung von Weißem Rauschen N_amp(1) mit A erhalten wird, wenn die Verstärkung der Spaltenverstärkerschaltung 1 ist. Der Grund dafür ist, dass sich die Hochfrequenz(Höhen-)Abschneidefrequenz verringert, wenn die Spaltenverstärkerschaltung eine große Verstärkung aufweist.
Ist A = 1, kann Gleichung (1) wie folgt geschrieben werden:
Ist die Verstärkung 1, braucht die Spaltenverstärkerschaltung keine Signalverstärkung durchzuführen. Wird dagegen die Spaltenverstärkerschaltung verwendet, wird Weißes Rauschen N_amp(1) zum Gesamtrauschen hinzugefügt, wie es durch Gleichung (2) dargestellt ist, was das Rauschen erhöht. Wenn die Spaltenverstärkerschaltung daher keine Signalverstärkung durchführt, erhöht die Verwendung der Spaltenverstärkerschaltung verglichen mit dem Fehlen der Spaltenverstärkerschaltung das Rauschen.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Nachstehend wird das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. 1 zeigt ein Blockschaltbild des ersten Ausführungsbeispiels. In einem Bildelementabschnitt 102 ist eine Vielzahl von Bildelementen 101 in einer Matrix aus N Reihen × M Spalten angeordnet. Das Bildelement 101 gibt ein Bildgebungssignal beruhend auf einfallendem Licht anhand einer fotoelektrischen Umwandlung aus. 1 zeigt lediglich einige Bildelemente 101. Spaltensignalleitungen 103 geben reihenweise Bildelementsignale von durch eine Reihenauswahleinheit 104 ausgewählten Bildelementen aus. Spaltenverstärkerschaltungen 105 empfangen die Bildelementsignale von den Spaltensignalleitungen 103. Die Spaltenverstärkerschaltungen 105 invertieren und verstärken die eingegebenen Bildelementsignale und geben die resultierenden Signale zu AD-Umwandlungsschaltungen 107 aus. Umgehungsschaltungen 106 sind Schaltungen, die Bildelementsignale von den Spaltensignalleitungen 103 zum Umgehen der Spaltenverstärkerschaltungen 105 veranlassen. Eine Umgehungssteuerschaltung 111 steuert das Umgehen von Bildelementsignalen. Einstellschaltungen 108 werden durch die Umgehungssteuerschaltung 111 zur Steuerung eines AD-Umwandlungsvorgangs gesteuert. Eine Spaltenauswahlschaltung 113 überträgt durch die Einstellschaltungen 108 verarbeitete digitale Signale sequenziell zu einer digitalen Ausgangsleitung 110. Eine Digitalverarbeitungsschaltung 112 verarbeitet die zu der digitalen Ausgangsleitung 110 übertragenen digitalen Signale.
Wenn bei dieser Anordnung beispielsweise eine Aufnahme mit geringer Verstärkung wie der Verstärkung = 1 durchgeführt wird, wird gemäß dem Ausführungsbeispiel eine AD-Umwandlung in einer ersten Betriebsart ausgeführt, in der eine AD-Umwandlung ohne Verstärkung eines Bildelementsignals von der Spaltensignalleitung 103 durchgeführt wird. Wird eine Aufnahme mit großer Verstärkung der Spaltenverstärkerschaltung 105 durchgeführt, wird eine AD-Umwandlung in einer zweiten Betriebsart ausgeführt, in der ein durch die Spaltenverstärkerschaltung verstärktes Bildelementsignal AD-umgewandelt wird. Das heißt, ob die Spaltenverstärkerschaltung verwendet wird oder nicht, wird entsprechend der Aufnahmebedingung ausgewählt. Ist die Spaltenverstärkerschaltung allerdings durch eine invertierende Verstärkerschaltung aufgebaut, unterscheidet sich die Polarität eines Signals und des Arbeitspunkts zwischen dem Fall, in dem die Spaltenverstärkerschaltung verwendet wird, und dem Fall, in dem sie nicht verwendet wird. Infolgedessen wird eventuell keine geeignete AD-Umwandlung durchgeführt. Als Gegenmaßnahme ist die Einstellschaltung 108, die den AD-Umwandlungsvorgang steuert, zur Durchführung einer geeigneten AD-Umwandlung in Abhängigkeit davon angeordnet, ob die Spaltenverstärkerschaltung umgangen wird. Eine Einstellschaltung 108 ist in jeder Spalte in 1 enthalten, jedoch kann stattdessen eine einzelne Einstellschaltung in der Digitalverarbeitungsschaltung 112 oder der AD-Umwandlungsschaltung 107 enthalten sein.
Nachstehend wird ein Beispiel der Schaltungsanordnung des Bildelements 101 unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Eine Fotodiode 152 ist ein fotoelektrischer Wandler, der einfallendes Licht durch fotoelektrische Umwandlung in Ladungen umwandelt. Der Sourceanschluss eines Transfertransistors 153 ist mit der Fotodiode 152 elektrisch verbunden, der Gateanschluss ist mit einer Transfersteuerleitung 161 elektrisch verbunden, und der Drainanschluss ist mit einer potentialfreien Diffusionsregion (die nachstehend als FD-Region bezeichnet wird) 154 elektrisch verbunden. Die FD-Region 154 ist eine Region, in der von der Fotodiode 152 über den Transfertransistor 153 übertragene Ladungen gehalten werden. Der Sourceanschluss eines Rücksetztransistors 155 ist mit der FD-Region 154 elektrisch verbunden, der Gateanschluss ist mit einer Rücksetzsteuerleitung 162 elektrisch verbunden, und der Drainanschluss ist mit einer Versorgungsspannung elektrisch verbunden. Der Gateanschluss eines Verstärkertransistors 156 ist mit der FD-Region 154 elektrisch verbunden, der Drainanschluss ist mit der Versorgungsspannung elektrisch verbunden, und der Sourceanschluss ist mit einem Auswahltransistor 157 elektrisch verbunden. Der Gateanschluss des Auswahltransistors 157 ist mit einer Auswahlsteuerleitung 163 elektrisch verbunden, der Sourceanschluss ist mit der Spaltensignalleitung 103 elektrisch verbunden, und der Drainanschluss ist mit dem Sourceanschluss des Verstärkertransistors 156 elektrisch verbunden. Der Verstärkertransistor 156 verstärkt ein Signal beruhend auf in der FD-Region 154 gehaltenen Ladungen und gibt das verstärkte Signal über den Auswahltransistor 157 zu der Spaltensignalleitung 103 aus. Die Rücksetzsteuerleitung 162, die Übertragungssteuerleitung 161 und die Auswahlsteuerleitung 163 sind mit der Reihenauswahleinheit 104 elektrisch verbunden.
Als Nächstes wird der Betrieb der AD-Umwandlungsschaltung 107 unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Für 3 wird die Beschreibung von mit demselben Bezugszeichen wie in 1 bezeichneten Abschnitten nicht wiederholt. Ein Vergleicher 204 vergleicht eine Spannung am positiven Eingangsanschluss mit einem in den negativen Eingangsanschluss eingegebenen Referenzsignal. Der positive Eingangsanschluss empfängt eine Ausgabe von der Spaltenverstärkerschaltung 105 oder ein Bildelementsignal, das durch Umgehung der Spaltenverstärkerschaltung 105 von der Spaltensignalleitung 103 eingegeben wird. Ist die Spannung am positiven Eingangsanschluss (gleich oder) größer als die am negativen Eingangsanschluss, gibt der Vergleicher 204 einen hohen Pegel (der nachstehend als H-Pegel bezeichnet wird) aus. Ist die Spannung am positiven Eingangsanschluss geringer als die am negativen Eingangsanschluss, gibt der Vergleicher 204 einen niedrigen Pegel (der nachstehend als L-Pegel bezeichnet wird) aus. Die Umgehungsschaltung 106 ist eine Schaltung, die ein Bildelementsignal von der Spaltensignalleitung 103 zum Umgehen der Spaltenverstärkerschaltung 105 veranlasst. Wenn ein Ausgangssignal 109 von der Umgehungssteuerschaltung 111 auf dem H-Pegel ist, wird der Schalter der Umgehungsschaltung 106 zum Umgehen der Spaltenverstärkerschaltung 105 und Kurzschließen der Spaltensignalleitung 103 und des positiven Eingangsanschlusses des Vergleichers 204 eingeschaltet. Ist das Ausgangssignal 109 auf dem H-Pegel, geht die Spaltenverstärkerschaltung 105 außerdem beispielsweise in einen inaktiven Zustand über, um keine Ausgabe zu dem positiven Eingangsanschluss des Vergleichers 204 zu übertragen. Ist das Ausgangssignal 109 von der Umgehungssteuerungsschaltung 111 auf dem L-Pegel, ist der Schalter zum Eingeben eines Bildelementsignals von der Spaltensignalleitung 103 nur zu der Spaltenverstärkerschaltung 105 ausgeschaltet.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel enthält die Einstellschaltung 108 eine Rampensignalerzeugungsschaltung 108-1 und eine Signalspeicherschaltung 108-2. Die Ansteuerverfahren und Verarbeitungsverfahren der Rampensignalerzeugungsschaltung 108-1 und der Signalspeicherschaltung 108-2 ändern sich entsprechend einem Signal von der Umgehungssteuerschaltung 111. Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind die Rampensignalerzeugungsschaltung 108-1 und die Signalspeicherschaltung 108-2 Abschnitte, die eine Änderung der Polarität eines Bildelementsignals und eine Verschiebung des Arbeitspunkts kompensieren, die zwischen einem Fall, in dem die Spaltenverstärkerschaltung verwendet wird, und einem Fall auftreten, in dem sie nicht verwendet wird. Die Rampensignalerzeugungsschaltung 108-1 erzeugt ein als Referenzsignal dienendes Rampensignal. Die Rampensignalerzeugungsschaltung 108-1 hat eine Funktion zur Änderung der Polarität der Steigung eines zu erzeugenden Rampensignals hinsichtlich der zeitlichen Änderung. Die Rampensignalerzeugungsschaltung 108-1 ändert die Polarität der Steigung eines Rampensignals entsprechend einem Steuersignal von der Umgehungssteuerschaltung 111. Die ”Polarität der Steigung” des Rampensignals bezüglich der zeitlichen Änderung bedeutet eine Erhöhung oder Verringerung des Signalpegels des Rampensignals bezüglich des Zeitablaufs.
Die Signalspeicherschaltung 108-2 ist eine Speicherschaltung, die einen von einem Zähler 202 zu dem Zeitpunkt ausgegebenen Zählwert 203 einfängt und speichert, wenn eine Ausgabe aus dem Vergleicher 204 invertiert wird. Die Signalspeicherschaltung 108-2 ändert den Zeitpunkt zum Halten des Zählwerts 203 entsprechend einem Steuersignal von der Umgehungssteuerschaltung 111 beruhend darauf, ob eine Ausgabe von dem Vergleicher 204 von dem H-Pegel in den L-Pegel invertiert wird, oder ob sie von dem L-Pegel in den H-Pegel invertiert wird. Ein Verfahren zur Ansteuerung der Halbleiterbildgebungsvorrichtung, das in den 2 und 3 veranschaulicht ist, wird unter Bezugnahme auf die in den 4A und 4B gezeigten Zeitablaufdiagramme beschrieben. Bei der Beschreibung der Schaltung von 2 sind die Sourceelektrode und die Drainelektrode eines MOS-Transistors elektrisch verbunden, wenn der H-Pegel an der Gateelektrode anliegt, und sind elektrisch getrennt, wenn der L-Pegel an der Gateelektrode anliegt. Wird ein MOS-Transistor eines Typs verwendet, bei dem die Sourceelektrode und die Drainelektrode elektrisch verbunden sind, kann, wenn ein L-Pegelimpuls an die Gateelektrode angelegt wird, der gleiche Betrieb wie in dem Ausführungsbeispiel durchgeführt werden, indem der H- und der L-Pegel der in den 4A und 4B gezeigten Impulse umgekehrt wird.
4A zeigt ein Zeitablaufdiagramm, wenn die Spaltenverstärkerschaltung umgangen wird. 4B zeigt ein Zeitablaufdiagramm, wenn die Spaltenverstärkerschaltung zur Verstärkung eines Signals verwendet wird. In den 4A und 4B stellen PSEL, PTX und PRES jeweils die Zustände der Auswahlsteuerleitung 163, der Übertragungssteuerleitung 161 und der Rücksetzsteuerleitung 162 dar. Eine Arbeitsweise des Verfahrens der Ansteuerung der Halbleiterbildgebungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel wird sequenziell ab der Zeit t0 unter Bezugnahme auf die Zeitablaufdiagramme in den 4A und 4B näher beschrieben.
Zuerst wird ein Beispiel unter Bezugnahme auf 4A beschrieben, wenn ein Signal von einem Bildelement die Spaltenverstärkerschaltung 105 umgeht. 5 zeigt ein Schaltbild der Spaltenverstärkerschaltung 105. Für eine Gegenüberstellung ist auch die Umgehungsschaltung 106 dargestellt. Die Spaltenverstärkerschaltung 105 ist durch eine invertierende Verstärkungsschaltung mit an Masse angeschlossenem Sourceanschluss aufgebaut. Die Spaltenverstärkerschaltung 105 invertiert und verstärkt ein in einen Eingangsanschluss 502 eingegebenes Signal und gibt das resultierende Signal aus einem Ausgangsanschluss 503 aus. Zur Zeit t0 ändert sich ein Ausgangssignal V109 aus der Umgehungssteuerschaltung 111 in den H-Pegel zum Trennen (Ausschalten) eines MOS-Transistors, der mit einem Verstärker-MOS-Transistor mit mit Masse verbundenem Sourceanschluss in Reihe geschaltet ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Schalter der Umgehungsschaltung 106 eingeschaltet. Ein Bildelementsignal von der Spaltensignalleitung 103 erscheint von dem Eingangsanschluss 502 an dem Ausgangsanschluss 503, und wird in den positiven Eingangsanschluss des Vergleichers 204 eingegeben. Ein Schalter PC0R ist ein Schalter zum Rücksetzen eines kapazitiven Elements. In dem Zeitverlauf des in 4A gezeigten Zeitablaufdiagramms bleibt der Schalter PC0R von der Zeit t0 bis zur Zeit t2 EIN, und bleibt in einer nachfolgenden Periode AUS (nicht gezeigt). Das Ausschalten des Schalters PC0R nach der Zeit t1 und vor der Zeit t2 kann ausreichen.
Zur Zeit t0 ändert sich die Auswahlsteuerleitung PSEL zum Auswählen einer einem Auslesen unterzogenen Reihe in dem Bildelementabschnitt auf den H-Pegel zum Einschalten des Auswahltransistors 157 und Auswählen einer Auslesereihe. Auch die Rücksetzsteuerleitung ändert sich in den H-Pegel zum Einschalten des Rücksetztransistors 155 und Rücksetzen der FD-Region 154. Als Nächstes ändert sich die Rücksetzsteuerleitung zur Zeit t1 von dem H-Pegel in den L-Pegel zum Ausschalten des Rücksetztransistors 155 und Halten der FD-Region 154 auf dem Rücksetzpegel. Im Ansprechen darauf ändert sich eine Spannung V103 der Spaltensignalleitung 103 zur Zeit t1 in den Rücksetzpegel. Ein Ausgangssignal aus der Spaltensignalleitung 103 wird zur Zeit t2 stabilisiert, und so beginnt eine AD-Umwandlung des Rücksetzpegels ab der Zeit t2.
Zu dieser Zeit ist die Ausgangsspannung V109 des Ausgangssignals 109 von der Umgehungssteuerschaltung 111 in 4A auf dem H-Pegel, und die Spaltenverstärkerschaltung wird umgangen. Daher ändert sich eine Spannung V204+ des positiven Eingangsanschlusses des Vergleichers 204 in den Rücksetzpegel V103. Entsprechend einem Signal von der Umgehungssteuerschaltung 111 hat die Steigung eines durch die Rampensignalerzeugungsschaltung 108-1 erzeugten Rampensignals in 4A eine negative Polarität, mit der sich eine Spannung V204– ab der Zeit t2 über die Zeit verringert. Gleichzeitig zur Erzeugung eines Rampensignals beginnt der Zähler 202 das Zählen, und ein Zählerwert D203 ändert sich. Eine zeitliche Änderung des Zählerwerts ist schematisch als D203 dargestellt. Wenn sich das Größenverhältnis zwischen der Spannung V204– und der Spannung V204+ zur Zeit t3 umkehrt, wird ein Ausgangssignal V204o von dem Vergleicher invertiert, und die Signalspeicherschaltung 108-2 hält einen Zählerwert zu dieser Zeit. Der gehaltene Wert ist das AD-Umwandlungsergebnis des Rücksetzpegels. Die AD-Umwandlung des Rücksetzpegels endet an t4, und das Rampensignal ändert sich in einen Anfangswert.
Dann ändert sich PTX an t5 in den H-Pegel zum Einschalten des Transfertransistors 153 und Übertragen von in der Photodiode 152 erzeugten Ladungen zu der FD-Region 154. Zur Zeit t6, zu der sich der Signalpegel stabilisiert hat, ändert sich PTX in den L-Pegel zum Beenden der Übertragung. Dann werden übertragene Ladungen in ein Bildgebungssignal umgewandelt, und das Bildgebungssignal wird zu der Spaltensignalleitung 103 ausgegeben. Daher ändert sich eine Spannung V204+ des positiven Eingangsanschlusses des Vergleichers 204 in den Bildgebungssignalpegel V103. Zur Zeit t7 beginnt die AD-Umwandlung des Bildgebungssignals. Zur Zeit t8 wird ein Ausgangssignal von dem Vergleicher 204 invertiert, und der Zählerwert D203 zu dieser Zeit wird als das AD-Umwandlungsergebnis des Signalpegels in der Signalspeicherschaltung 108-2 gehalten. Eine Differenz A (die am rechten Ende von D203 in 4A gezeigt ist) zwischen dem gehaltenen Wert des Rücksetzpegels und dem gehaltenen Wert des Bildgebungssignals dient als AD-Umwandlungsergebnis, das einer CDS-(korrelierte Doppelabtastung)Verarbeitung unterzogen wurde. Diese Differenzverarbeitung kann durch die Signalspeicherschaltung 108-2 oder die Digitalverarbeitungsschaltung 112 durchgeführt werden. Da ein Rampensignal mit einer negativen Steigung hinsichtlich des Rücksetzpegels erzeugt wird, kann der Rücksetzpegel innerhalb kurzer Zeit AD-umgewandelt werden. Die für die AD-Umwandlung des Rücksetzpegels aufgewendete Zeit ist kürzer als die für eine AD-Umwandlung des Bildgebungssignals aufgebrachte Zeit. Somit kann die Rampensignalerzeugungszeit verkürzt werden, wenn der Rücksetzpegel AD-umgewandelt wird.
Als Nächstes wird ein Beispiel unter Bezugnahme auf 4B beschrieben, bei dem ein Ausgangssignal aus der Spaltenverstärkerschaltung AD-umgewandelt wird. Es wird angemerkt, dass die Beschreibung desselben Betriebs wie in 4A nicht wiederholt wird. In diesem Fall ist das Ausgangssignal 109 von der Umgehungssteuerschaltung 111 auf dem L-Pegel, der Schalter der Umgehungsschaltung 106 ist ausgeschaltet, und die Spaltenverstärkerschaltung 105 arbeitet zum Invertieren und Verstärken eines Bildelementsignals von der Spaltensignalleitung 103. Die Polarität des aus der Spaltenverstärkerschaltung ausgegebenen invertierten/verstärkten Signals ist der in 4A entgegengesetzt. Die Umgehungssteuerschaltung 111 steuert die Rampensignalerzeugungsschaltung 108-1 zur Erzeugung eines Rampensignals mit einer Steigung, die der im Fall von 4A entgegengesetzt ist.
Die Rampensignalerzeugungsschaltung 108-1 beginnt mit der Erzeugung eines Rampensignals, dessen Polarität der Steigung sich ab der Zeit t2 zeitlich in positiver Richtung ändert. Das erzeugte Rampensignal wird in den negativen Eingangsanschluss des Vergleichers 204 eingegeben. Zu dieser Zeit wird eine durch die Spaltenverstärkerschaltung 105 verstärkte Rücksetzpegelspannung in den positiven Eingangsanschluss des Vergleichers 204 eingegeben. Zur Zeit t3 wird ein Ausgangssignal aus dem Vergleicher 204 zu dem Zeitpunkt invertiert, wenn sich das Größenverhältnis zwischen der Eingangsspannung V204– und der Eingangsspannung V204+ zur Zeit t3 umkehrt. Die Signalspeicherschaltung 108-2 hält einen Zählerwert zu dieser Zeit als den Rücksetzpegel. Danach wird ein durch Verstärken eines Bildgebungssignals durch die Spaltenverstärkerschaltung 105 erhaltenes Ausgangssignal gleichermaßen AD-umgewandelt. Die Signalspeicherschaltung 108-2 hält einen Zählerwert zu dem Zeitpunkt von t8.
Wie vorstehend beschrieben wird in 4A ein Zählerwert gehalten, wenn ein Vergleicherausgangssignal V204o von dem H-Pegel in den L-Pegel invertiert wird. Dagegen wird bei der Zeitgebung in 4B ein Zählerwert gehalten, wenn ein Vergleicherausgangssignal V204o von dem L-Pegel in den H-Pegel invertiert wird. In 4B kann ein AD-Umwandlungsausgangssignal, das einer CDS-Verarbeitung unterzogen wurde, als Differenz B (die am rechten Ende von D203 in 4B gezeigt ist) zwischen dem AD-Umwandlungsergebnis des Rücksetzpegels und dem AD-Umwandlungsergebnis des Bildgebungssignals erhalten werden. Wie es aus den 4A und 4B ersichtlich ist, ist ein Signal B, das durch AD-Umwandlung eines durch die Spaltenverstärkerschaltung 105 verstärkten Signals erhalten wird, bei dem Ausführungsbeispiel beinahe zweimal so groß wie ein Signal A, das ohne Verstärkung AD-gewandelt wurde. Der Grund dafür ist, dass ein Signal von einem Bildelement mit der Verstärkung der Spaltenverstärkerschaltung 105 verstärkt wird. Der Verstärkungsfaktor ist nicht auf zwei beschränkt. Bei dem Ausführungsbeispiel steuert die Einstellschaltung 108 entsprechend dem Ausgangssignal 109 von der Umgehungssteuerschaltung 111 die Polarität der Steigung des Rampensignals und das Signalspeichern, wenn das Ausgangssignal des Vergleichers 204 sich von dem H-Pegel in den L-Pegel ändert, oder wenn es sich von dem L-Pegel in den H-Pegel ändert. Die Steuerung durch die Einstellschaltung 108 beruhend auf dem Ausgangssignal 109 von der Umgehungssteuerschaltung 111 ist nicht darauf beschränkt.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Polarität eines Eingangssignals in den Vergleicher 204 in Abhängigkeit davon umgekehrt, ob die Spaltenverstärkerschaltung umgangen wird. Die Polarität des Rampensignals wird geändert, um die Verarbeitungsleistung bei der Durchführung einer CDS-Verarbeitung zu erhöhen. Bei dem Ausführungsbeispiel wird eine Verlängerung der für die AD-Umwandlung des Rücksetzpegels erforderlichen Zeit durch Schalten einer zeitlichen Änderung der Polarität der Steigung des Rampensignals zwischen der positiven Richtung und der negativen Richtung durch die Rampensignalerzeugungsschaltung 108-1 unterdrückt.
Anhand des Verhältnisses zwischen den Gleichungen (1) und (2) kann der Einfluss von Rauschen, wenn die Verstärkung beinahe 1 ist, durch Umgehen der Spaltenverstärkerschaltung und digitales Erhalten einer Verstärkung reduziert werden. Ist die Verstärkung der Spaltenverstärkerschaltung beispielsweise 4,4 oder 2,2, wird ein Spaltenverstärker verwendet. Ist die Verstärkung auf 1,1 eingestellt, wird der Spaltenverstärker zur Durchführung einer AD-Umwandlung umgangen, und die Verstärkung von 1,1 wird digital erhalten. Eine Änderung des AD-Umwandlungsvorgangs wird bei dem Ausführungsbeispiel durch die Einstellschaltung 108 pro Spalte durchgeführt, kann aber durch die Digitalverarbeitungsschaltung 112 durchgeführt werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
6 zeigt ein Beispielschaltbild gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die 7A und 7B sind Zeitablaufdiagramme gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. In den 6, 7A und 7B bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in den 3, 4A und 4B gemeinsame Abschnitte, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt. Eine Rampensignalerzeugungsschaltung 301 erzeugt ein Rampensignal. In der Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels wird die Polarität der Steigung des Rampensignals nicht verändert. Das zweite Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf die 6, 7A und 7B beschrieben. Ein Taktgenerator 302 erzeugt einen Takt, und der erzeugte Takt wird einer Einstellschaltung 108 zugeführt. Die Einstellschaltung 108 enthält einen Aufwärts/Abwärtszähler. Die Zählvorgänge des Aufwärts/Abwärtszählers werden synchron mit der Steuerung einer Umgehungssteuerschaltung 111 geändert. Der Betrieb eines Zählers in einer Periode von t2 bis t3 und einer Periode von t7 bis t8 wird in Abhängigkeit davon verändert, ob durch den Aufwärts-/Abwärtszähler zum Zählen ein Aufwärtszählen oder Abwärtszählen durchgeführt wird. Die Periode von t2 bis t3 ist eine Periode, in der eine AD-Umwandlung des Rücksetzpegels durchgeführt wird. Die Periode von t7 bis t8 ist eine Periode, in der eine AD-Umwandlung des Bildgebungssignals durchgeführt wird.
Nachstehend wird zuerst ein Betrieb unter Bezugnahme auf 7A beschrieben, wenn eine Spaltenverstärkerschaltung 105 umgangen wird. Zuerst führt der Aufwärts-/Abwärtszähler eine AD-Umwandlung des Rücksetzpegels durch. Der Aufwärts-/Abwärtszähler startet ein Aufwärtszählen zur Zeit t2 und stoppt das Zählen zum Zeitpunkt t3, wenn ein Rampensignal V204– einen Rücksetzpegel V204+ überschreitet und ein Vergleicher 204 ein invertiertes Ausgangssignal ausgibt. Dann wird eine AD-Umwandlung des Bildgebungssignals ab der Zeit t7 durchgeführt. Der Aufwärts-/Abwärtszähler ändert das Aufwärtszählen in ein Abwärtszählen zur Durchführung des Zählens und stoppt das Zählen zur Zeit t8. Infolgedessen reflektiert ein durch den Aufwärts-/Abwärtszähler erhaltener Zählwert A (der am rechten Ende von D203 in 7A gezeigt ist) die Differenz zwischen dem Bildgebungssignal und dem Rücksetzpegel. Das heißt, der Zählwert des Aufwärts-/Abwärtszählers reflektiert das Ergebnis der AD-Umwandlung des Bildgebungssignals, das einer CDS-Verarbeitung unterzogen wurde.
Als Nächstes wird ein Fall unter Bezugnahme auf 7B beschrieben, bei dem die Spaltenverstärkerschaltung 105 ein Bildelementsignal verstärkt. Bei dem Ausführungsbeispiel wird zuerst der Rücksetzpegel durch Abwärtszählen (von t2 bis t3) AD-umgewandelt. Danach wird ein durch die Spaltenverstärkerschaltung verstärktes Bildelementsignal hochgezählt (von t7 bis t8). Durch eine derartige Steuerung des Aufwärtszählens und Abwärtszählens des Aufwärts-/Abwärtszählers wird der Einfluss des Invertierens und Verstärkens des Bildelementsignals durch die Spaltenverstärkerschaltung berücksichtigt. Daher kann ein das Ergebnis der CDS-Verarbeitung reflektierendes AD-Umwandlungsergebnis als Zählwert B (der an dem rechten Ende von D203 in 7B gezeigt ist) erhalten werden. Bei dem Ausführungsbeispiel wird eine AD-Umwandlung durch Steuerung der Zählrichtung des Aufwärts-/Abwärtszählers ohne Änderung der Polarität der Steigung des Rampensignals durchgeführt. Allerdings können eine Änderung der Polarität der Steigung des Rampensignals und eine Änderung der Zählrichtung des Aufwärts-/Abwärtszählers entsprechend einer Umgehungssteuerung der Spaltenverstärkerschaltung kombiniert werden. Beispielsweise kann eine Verlängerung der für eine AD-Umwandlung des Rücksetzpegels erforderlichen Zeit durch Ändern der Steigung des Rampensignals ins Negative und Durchführen einer AD-Umwandlung wie in 4A gezeigt unterdrückt werden. In diesem Fall zählt der Aufwärts-/Abwärtszähler zuerst den Rücksetzpegel durch Herunterzählen, und zählt dann den Signalpegel durch Aufwärtszählen, wodurch ein AD-Umwandlungsergebnis als Zählwert erhalten wird. Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Reihenfolge des Aufwärtszählens und Abwärtszählens des Aufwärts-/Abwärtszählers zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart geändert.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Als Nächstes wird ein Ausführungsbeispiel eines sukzessiven Näherungs-AD-Umwandlers unter Bezugnahme auf die 8, 9A und 9B beschrieben. In den 8, 9A und 9B bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in den 3, 4A und 4B gemeinsame Abschnitte, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt. Es wird auch eine Beschreibung von Abschnitten mit denselben Funktionen wie jenen in den anderen Ausführungsbeispielen nicht wiederholt. Der sukzessive Näherungs-AD-Umwandler enthält Vergleicher 204 und Binärgewichtkondensatoren, wobei Kapazitätswerte C bis 8C jeweils mit dem negativen Eingangsanschluss des entsprechenden Vergleichers 204 verbunden sind. Der andere Anschluss jedes Binärgewichtkondensators, Kapazitätswert C bis 8C, ist mit einem Schalter verbunden, der zwischen Masse und REF-Spannung umschaltet. Der Schalter wird durch eine Steuereinrichtung gesteuert. Die Binärgewichtkondensatoren, Kapazitätswert C bis 8C, die Schalter und die Vergleicher 204 bilden den sukzessiven Näherungs-AD-Umwandler. Das Ausgangssignal jedes Vergleichers 204 ist mit einer entsprechenden Einstellschaltung 108 verbunden. Der Vergleicher 204 vergleicht eine Spannung am positiven Eingangsanschluss mit einer Spannung am negativen Eingangsanschluss. Der Vergleicher 204 gibt einen H-Pegel, wenn die Spannung am positiven Eingangsanschluss größer als die am negativen Eingangsanschluss ist, und einen L-Pegel aus, wenn die Spannung am positiven Eingangsanschluss geringer als die am negativen Eingangsanschluss ist. Zuerst wird ein Fall unter Bezugnahme auf 9A beschrieben, in dem eine Spaltenverstärkerschaltung 105 umgangen wird. Zur Zeit t1 bis zur Zeit t5 wird eine AD-Umwandlung des Rücksetzpegels durchgeführt. Jedes Mal, wenn der Schalter den Binärgewichtkondensator auswählt, vergleicht der sukzessive Näherungs-AD-Umwandler Spannungen an den Eingangsanschlüssen des Vergleichers 204 und speichert das erhaltene Vergleichsergebnis in der Einstellschaltung 108. Ein Bildgebungssignal wird ab der Zeit t6 übertragen. Nachdem der Pegel des Bildgebungssignals stabilisiert ist, startet die AD-Umwandlung des Bildgebungssignals, und die AD-Umwandlung wird von t7 bis t11 durchgeführt. Die Differenz zwischen dem AD-Umwandlungsergebnis des Bildgebungssignals und dem AD-Umwandlungsergebnis des Rücksetzpegels wird berechnet, wodurch ein AD-Umwandlungsergebnis nach CDS-Verarbeitung erhalten wird. Der digitale Ausgabewert des AD-Umwandlungsergebnisses des Rücksetzpegels bei der Zeitgebung in 9A wird 1110 = 14, und der digitale Ausgabewert des AD-Umwandlungsergebnisses des Bildgebungssignals wird 1100 = 12. Die CDS-Verarbeitungseinheit der Einstellschaltung 108 führt eine Differenzverarbeitung durch, wobei 14 – 12 = 2 als AD-Umwandlungsausgabe des Bildgebungssignals erhalten wird. Dagegen wird im Fall von 9B, in dem eine Ausgabe von der Spaltenverstärkerschaltung 105 AD-umgewandelt wird, der digitale Ausgabewert der AD-Umwandlung des Rücksetzpegels 0001 = 1, und der digitale Ausgabewert der AD-Umwandlung des Signalpegels wird 0101 = 5. Die CDS-Verarbeitungseinheit führt eine Differenzverarbeitung zwischen dem Rücksetzpegel und dem Signalpegel durch, wobei 5 – 1 = 4 als das AD-Umwandlungsausgabeergebnis erhalten wird.
Beruhend auf einem Ausgangssignal von der Umgehungssteuerschaltung 111 ändert die Einstellschaltung 108 die Differenzverarbeitung der AD-Umwandlungsverarbeitungsschaltung zum Subtrahieren des Signalpegels von dem Rücksetzpegel oder zum Subtrahieren des Rücksetzpegels von dem Signalpegel. Eine Änderung der Differenzverarbeitung wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch die Einstellschaltung 108 durchgeführt, kann aber durch eine Digitalverarbeitungsschaltung 112 durchgeführt werden.
Das Ausführungsbeispiel wendet ferner den sukzessiven Näherungs-AD-Umwandler an, das AD-Umwandlungsverfahren ist aber nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann ein Hybridverfahren aus zwei AD-Umwandlungsverfahren angewendet werden, die einen ΣΔ-AD-Umwandler und einen zyklischen Vergleichs-AD-Umwandler verwenden. Bei der Durchführung sowohl einer AD-Umwandlung des Rücksetzpegels als auch einer AD-Umwandlung des Signalpegels zur Berechnung einer Differenz kann die Differenzverarbeitung daher durch Ändern der Verarbeitung nach der AD-Umwandlung oder des AD-Umwandlungsverfahrens in Abhängigkeit vom Vorhandensein/Fehlen einer Umgehung der Spaltenverstärkerschaltung geeignet durchgeführt werden.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
10 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels der Anordnung eines Bildgebungssystems gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein Bildgebungssystem 800 enthält beispielsweise eine Optikeinheit 810, eine Bildgebungsvorrichtung 100, eine Signalverarbeitungseinheit 830, eine Aufzeichnungs-/Kommunikationseinheit 840, eine Zeitsteuereinheit 850, eine Systemsteuereinheit 860 und eine Wiedergabe-/Anzeigeeinheit 870. Eine Bildgebungseinheit 820 enthält die Bildgebungsvorrichtung 100 und eine Videosignalverarbeitungseinheit 830. Als Bildgebungsvorrichtung 100 wird die in jedem der vorstehenden Ausführungsbeispiele jeweils beschriebene Bildgebungsvorrichtung verwendet.
Die als optisches System, wie ein Objektiv, dienende Optikeinheit 810 bildet ein Bild durch Umformen von von einem Objekt kommendem Licht in ein Bild auf einem Bildelementabschnitt 102 der Bildgebungsvorrichtung 100, in der eine Vielzahl von Bildelementen zweidimensional angeordnet sind. Zu einem auf einem Signal von der Zeitsteuereinheit 850 beruhenden Zeitpunkt gibt die Bildgebungsvorrichtung 100 ein Signal aus, das dem in ein Bild auf dem Bildelementabschnitt 102 umgebildeten Licht entspricht. Das aus der Bildgebungsvorrichtung 100 ausgegebene Signal wird in die Signalverarbeitungseinheit 830 eingegeben, und die Signalverarbeitungseinheit 830 führt eine Signalverarbeitung entsprechend einem durch ein Programm oder dergleichen definierten Verfahren durch. Das durch Verarbeitung durch die Signalverarbeitungseinheit 830 erhaltene Signal wird als Bilddaten zu der Aufzeichnungs-/Kommunikationseinheit 840 gesendet. Die Aufzeichnungs-/Kommunikationseinheit 840 sendet ein Signal zur Erzeugung eines Bildes zu der Wiedergabe-/Anzeigeeinheit 870 und veranlasst die Wiedergabe-/Anzeigeeinheit 870 zur Wiedergabe und Anzeige eines Bewegtbildes oder Stehbildes. Die Aufzeichnungs-/Kommunikationseinheit 840 kommuniziert auch mit der Systemsteuereinheit 860 im Ansprechen auf ein von der Videosignalverarbeitungseinheit 830 empfangenes Signal. Außerdem führt die Aufzeichnungs-/Kommunikationseinheit 840 einen Betrieb zur Aufzeichnung eines Signals zur Erzeugung eines Bildes auf einem (nicht gezeigten) Aufzeichnungsmedium durch.
Die Systemsteuereinheit 860 führt eine zentrale Steuerung des Betriebs des Bildgebungssystems durch und steuert die Ansteuerung der Optikeinheit 810, Zeitsteuereinheit 850, Aufzeichnungs-/Kommunikationseinheit 840 und Wiedergabe-/Anzeigeeinheit 870. Die Systemsteuereinheit 860 enthält eine (nicht gezeigte) Speichereinrichtung, die beispielsweise als Aufzeichnungsmedium dient, auf dem ein Programm oder dergleichen aufgezeichnet ist, das zur Steuerung des Betriebs des Bildgebungssystems erforderlich ist. Die Systemsteuereinheit 860 führt dem Bildgebungssystem beispielsweise gemäß einer Benutzerbedienung ein Signal zum Umschalten des Ansteuermodus zu. Beispiele sind die Änderung einer Auslesereihe oder einer rückzusetzenden Reihe, eine Änderung des Bildwinkels zusammen mit einem elektronischen Zoom, und eine Verschiebung des Bildwinkels zusammen mit einer elektronischen Bildstabilisierung. Die Zeitsteuereinheit 850 steuert die Ansteuerzeiten der Bildgebungsvorrichtung 100 und Signalverarbeitungseinheit 830 unter der Steuerung der Systemsteuereinheit 860.
Weitere Ausführungsbeispiele
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Dem Schutzbereich der folgenden Patentansprüche soll die breiteste Interpretation zum Umfassen all solcher Modifikationen und äquivalenten Strukturen und Funktionen zukommen.
Eine Halbleiterbildgebungsvorrichtung enthält einen Bildelementabschnitt, in dem eine Vielzahl von Bildelementen in einer Matrix angeordnet ist, eine Spaltensignalleitung zur Ausgabe eines Bildelementsignals aus dem Bildelementabschnitt, eine Spaltenverstärkerschaltung zum Invertieren und Verstärken des Bildelementsignals, eine Umgehungsschaltung zum Umgehen der Spaltenverstärkerschaltung, einen AD-Umwandler und eine Steuereinheit zur Änderung einer Betriebsart des AD-Umwandlers entsprechend dem Betrieb der Umgehungsschaltung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2008-167004 [0002]
JP 2010-147614 [0002, 0003]

Claims

Halbleiterbildgebungsvorrichtung mit einem Bildelementabschnitt, in dem eine Vielzahl von Bildelementen in einer Matrix angeordnet ist, einer Spaltensignalleitung zur Ausgabe eines Bildelementsignals aus dem Bildelementabschnitt, einer Spaltenverstärkerschaltung zum Invertieren und Verstärken des Bildelementsignals, einer Umgehungsschaltung zum Umgehen der Spaltenverstärkerschaltung, einem AD-Umwandler und einer Steuereinheit zur Änderung einer Betriebsart des AD-Umwandlers, wobei der AD-Umwandler eine Rampensignalerzeugungsschaltung zur Erzeugung eines Referenzsignals, einen Vergleicher zum Vergleichen des Referenzsignals und des Bildelementsignals und einen Zähler zum Zählen einer Zeit und Ausgeben eines Zählwerts entsprechend der Zeit enthält, und wobei die Steuereinheit in einer ersten Betriebsart zur Steuerung des AD-Umwandlers zur AD-Umwandlung des Bildelementsignals von der Spaltensignalleitung und zum Umgehen der Spaltenverstärkerschaltung durch die Umgehungsschaltung eingerichtet ist, in einer zweiten Betriebsart zur Steuerung des AD-Umwandlers zur AD-Umwandlung des durch die Spaltenverstärkerschaltung invertierten und verstärkten Bildelementsignals eingerichtet ist, und zur Änderung einer Steigung eines Referenzsignals oder eines Zählvorgangs des Zählers zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Polarität der Steigung des Referenzsignals geändert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Zählvorgang des Zählers ein Aufwärtszählen und ein Abwärtszählen enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der AD-Umwandler zur AD-Umwandlung eines Signals eines Rücksetzpegels beruhend auf dem Bildelement und eines durch fotoelektrische Umwandlung von Licht erhaltenen Bildgebungssignals eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei bei der AD-Umwandlung des Signals des Rücksetzpegels und des Bildgebungssignals eine Polarität der Steigung des Rampensignals geändert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei bei der AD-Umwandlung des Signals des Rücksetzpegels und des Bildgebungssignals eine Reihenfolge zur Durchführung eines Aufwärtszählens und Abwärtszählens des Zählers geändert wird.
Halbleiterbildgebungsvorrichtung mit einem Bildelementabschnitt, in dem eine Vielzahl von Bildelementen in einer Matrix angeordnet ist, einer Spaltensignalleitung zur Ausgabe eines Bildelementsignals aus dem Bildelementabschnitt, einer Spaltenverstärkerschaltung zum Invertieren und Verstärken des Bildelementsignals von der Spaltensignalleitung, einer Umgehungsschaltung zum Umgehen der Spaltenverstärkerschaltung, einem sukzessiven Näherungs-AD-Umwandler, einer CDS-Verarbeitungseinheit zur Berechnung einer Differenz zwischen einem digitalen Ausgangswert eines Rücksetzpegels aus dem AD-Umwandler und einem digitalen Ausgangswert eines durch fotoelektrische Umwandlung von Licht erhaltenen Bildgebungssignals und einer Steuereinheit zur Änderung einer Betriebsart des AD-Umwandlers, wobei die Steuereinheit in einer ersten Betriebsart zur Steuerung des AD-Umwandlers zur AD-Umwandlung des Bildelementsignals von der Spaltensignalleitung und Umgehung der Spaltenverstärkerschaltung durch die Umgehungsschaltung eingerichtet ist, in einer zweiten Betriebsart zur Steuerung des AD-Umwandlers zur AD-Umwandlung eines invertierten und verstärkten Ausgangssignals von der Spaltenverstärkerschaltung eingerichtet ist, und zur Änderung einer Verarbeitung der CDS-Verarbeitungseinheit zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuereinheit zur Steuerung der Umgehungsschaltung zur Veranlassung des Bildelementsignals von der Spaltensignalleitung zur Umgehung der Spaltenverstärkerschaltung eingerichtet ist.
Bildgebungssystem mit einer Halbleiterbildgebungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, einem optischen System zur Erzeugung eines Bildes auf der Halbleiterbildgebungsvorrichtung und einer Signalverarbeitungsschaltung zur Verarbeitung eines Ausgangssignals von der Halbleiterbildgebungsvorrichtung.