DE102015104862A1 - Fotoelektrische Wandlungsvorrichtung und Bildaufnahmesystem - Google Patents

Fotoelektrische Wandlungsvorrichtung und Bildaufnahmesystem Download PDF

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Abstract

Eine fotoelektrische Wandlungsvorrichtung umfasst einen fotoelektrischen Wandler, einen Transistor mit einem Gate-Anschluss, an den eine Spannung, die durch den fotoelektrischen Wandler erzeugten Ladungen entspricht, zugeführt wird, eine Steuerleitung, die mit einer ersten Hauptelektrode des Transistors verbunden ist, und eine Ausleseeinheit, die konfiguriert ist zum Auslesen eines Signals, das einer Spannung des Gate-Anschlusses entspricht, und eine Spannungssteuereinheit, die konfiguriert ist zum Ändern einer Spannung der Steuerleitung. Die Ausleseeinheit erzeugt ein Digitalsignal, das der Spannung des Gate-Anschlusses entspricht, basierend auf einem Strom, der während einer Periode, in der die Spannungssteuereinheit die Spannung der Steuerleitung ändert, durch eine zweite Hauptelektrode des Transistors fließt.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine fotoelektrische Wandlungsvorrichtung und ein Bildaufnahmesystem.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • Die japanische Patentoffenlegung Nr. 2013-146045 offenbart eine fotoelektrische Wandlungsvorrichtung mit Pixel, die Stromsignale gemäß durch fotoelektrische Wandlung erzeugten Ladungsmengen ausgeben (2 der japanischen Patentoffenlegung Nr. 2013-146045 ). Jedes Pixel umfasst eine Fotodiode und einen Differenzverstärker. Der Differenzverstärker umfasst einen ersten Eingangstransistor und einen zweiten Eingangstransistor. Ein Knoten, an den durch die Fotodiode erzeugte Ladungen übertragen werden, ist mit dem Gate-Anschluss des ersten Eingangstransistors verbunden. Eine Rücksetzspannungsversorgungsleitung VRES ist mit dem zweiten Eingangstransistor verbunden. Der Source-Anschluss des ersten Eingangstransistors ist mit dem Drain-Anschluss des ersten Auswahltransistors über einen Widerstand R1 verbunden. Der Source-Anschluss des zweiten Eingangstransistors ist mit dem Drain-Anschluss des ersten Auswahltransistors über einen Widerstand R2 verbunden. Der Drain-Anschluss des zweiten Eingangstransistors ist mit einem Ausgangsknoten OUT über einen zweiten Auswahltransistors verbunden. Ein Stromsignal, das der durch fotoelektrische Wandlung erzeugten Ladungsmenge entspricht, wird von dem Ausgangsknoten OUT ausgegeben. Bei der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung, die in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 2013-146045 beschrieben ist, wird ein Digitalsignal, das der durch fotoelektrische Wandlung erzeugten Ladungsmenge entspricht, basierend auf dem Stromsignal erzeugt, das von dem Ausgangsknoten OUT von dem Pixel ausgegeben wird.
  • Die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung, die in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 2013-146045 beschrieben ist, enthält den Differenzverstärker in jedem Pixel. Der Schaltungsmaßstab bzw. das Schaltungsausmaß von jedem Pixel erhöht sich und ist nicht für eine Mehrpixelanordnung geeignet.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen eine fotoelektrische Wandlungsvorrichtung bereit, die zum Vereinfachen der Schaltungsanordnung von jedem Pixel und zum Erhalten einer Mehrpixelanordnung geeignet ist.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine fotoelektrische Wandlungsvorrichtung bereit, mit: einem fotoelektrischen Wandler; einem Transistor mit einem Gate-Anschluss, einer ersten Hauptelektrode und einer zweiten Hauptelektrode, wobei eine Spannung, die durch den fotoelektrischen Wandler erzeugten Ladungen entspricht, an den Gate-Anschluss zugeführt wird; einer Steuerleitung, die mit der ersten Hauptelektrode des Transistors verbunden ist; einer Ausleseeinheit, die konfiguriert ist zum Auslesen eines Signals, das einer Spannung des Gate-Anschlusses entspricht; und einer Spannungssteuereinheit, die konfiguriert ist zum Ändern einer Spannung der Steuerleitung, wobei die Ausleseeinheit ein Digitalsignal, das der Spannung des Gate-Anschlusses entspricht, basierend auf einem Strom erzeugt, der während einer Periode, in der die Spannungssteuereinheit die Spannung der Steuerleitung ändert, durch die zweite Hauptelektrode des Transistors fließt.
  • Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockschaltbild, das die Gestaltung einer fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 2 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel der Gestaltung einer Pixelanordnung und einer Spannungssteuereinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 3 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel der Gestaltung eines Komparators in einer Ausleseeinheit zeigt;
  • 4 ist ein Zeitdiagramm, das den Auslesevorgang eines Signals aus einem Pixel in der ersten Zeile und einer bestimmten Spalte gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 5 ist ein Schaltbild, das die Gestaltung einer fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 6 ist ein Blockschaltbild, das die Gestaltung einer fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 7 ist ein Zeitdiagramm, das den Auslesevorgang eines Signals in der ersten Zeile und einer bestimmten Spalte gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 8 ist ein Blockschaltbild, das die Gestaltung eines Bildaufnahmesystems gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 9A und 9B sind Schaltbilder, die die Gestaltung einer Spannungssteuereinheit einer fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel zeigen;
  • 10 ist ein Zeitdiagramm, das den Auslesevorgang eines Signals in der ersten Zeile und einer bestimmten Spalte gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 11 ist ein Schaltbild, das die Gestaltung einer fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 12A und 12B sind Zeitdiagramme zur Erläuterung des Auslesevorgangs der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel;
  • 13 ist ein Schaltbild, das die Gestaltung eines Komparators einer fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 14 ist ein Zeitdiagramm, das den Auslesevorgang eines Signals in der ersten Zeile und einer bestimmen Spalte gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 15 ist ein Schaltbild, das die Gestaltung eines Komparators einer fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung gemäß dem achten Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 16 ist ein Zeitdiagramm, das den Auslesevorgang eines Signals in der ersten Zeile und einer bestimmten Spalte gemäß dem achten Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 17 ist ein Schaltbild, das die Gestaltung eines Komparators einer fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 18 ist ein Zeitdiagramm, das den Auslesevorgang eines Signals in der ersten Zeile und einer bestimmten Spalte gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 19 ist ein Schaltbild, das die Gestaltung eines Komparators einer fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel zeigt; und
  • 20 ist ein Zeitdiagramm, das den Auslesevorgang eines Signals in der ersten Zeile und einer bestimmten Spalte gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen wird nachstehend die vorliegende Erfindung unter Verwendung von beispielhaften Ausführungsbeispielen beschrieben.
  • 1 zeigt die Gestaltung einer fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung 100 kann letztlich als Vorrichtung betrachtet werden, die zumindest ein Pixel bzw. Bildelement 112 umfasst. Typischerweise kann die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung 100 als ein Festkörperbildsensor mit einer bzw. einem Pixelanordnung bzw. -feld 110 eingerichtet sein, in der eine Vielzahl von Pixel 112 eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind. In dem in 1 gezeigten Beispiel sind die Vielzahl von Pixel 112 so angeordnet, dass sie eine Vielzahl von Zeilen und eine Vielzahl von Spalten bilden, nämlich zweidimensional.
  • Die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung 100 umfasst eine Spannungssteuereinheit 130, die eine Steuerspannung V_VL über eine Steuerleitung VL an jedes Pixel 112 zuführt, und eine Ausleseeinheit 120, die ein Signal aus jedem Pixel 112 über eine Abfühl- bzw. Abtastleitung SL ausliest. In diesem Fall ist eine Spannungssteuereinheit 130 für jede Spalte der Pixelanordnung 110 eingerichtet.
  • Die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung 100 umfasst ferner eine Vertikalabtastschaltung (Vertikalauswahleinrichtung) 150 und eine Horizontalabtastschaltung (Horizontalauswahleinrichtung) 140, die beide das Pixel 112 als das Signalausleseziel auswählen. Die Vertikalabtastschaltung 150 wählt eine Auslesezielzeile unter einer Vielzahl von Zeilen in der Pixelanordnung 110 aus, und die Ausleseeinheit 120 liest das Signal von jedem Pixel 112 der ausgewählten Zeile über eine Abfühlleitung SL aus. Die Horizontalabtastschaltung 140 wählt das Pixel 112 der Auslesezielspalte unter den Digitalsignalen der Vielzahl von Spaltenpixel 112 aus, die durch die Ausleseeinheit 120 ausgelesen werden, und gibt das Signal von jedem Pixel 112 an eine Ausgangssignalleitung 160 aus. Im Speziellen wählt die Horizontalabtastschaltung 140 die Auslesezielspalte unter der Vielzahl von Spalten in der Pixelanordnung 110 aus.
  • Jede Spannungssteuereinheit 130 ändert die Spannung V_VL der Steuerleitung VL. Jedes Zeilenpixel 112, das durch die Vertikalabtastschaltung 150 ausgewählt wird, bildet einen Strompfad in der Abfühlleitung SL, wenn sich die Spannung V_VL der Steuerleitung VL auf die Spannung ändert bzw. geändert hat, die der durch fotoelektrische Wandlung erzeugten Ladungsmenge entspricht, wodurch ein Pixelstrom Ipix fließt. Basierend auf dem Pixelstrom Ipix erzeugt die Ausleseeinheit 120 ein Digitalsignal, das der durch fotoelektrische Wandlung erzeugten Ladungsmenge entspricht.
  • Die Ausleseeinheit 120 umfasst Komparatoren bzw. Vergleichseinrichtungen 122, einen Zähler bzw. eine Zähleinrichtung 124 und Speicher 126. Jeder Komparator 122 erfasst, dass der Wert des Pixelstroms Ipix den Wert (Schwellenwert) eines Referenzstroms Iref überschreitet. Der Zähler 124 startet den Zählvorgang zu einem vorbestimmten Zeitpunkt. Die Speicher 126 halten die Zählwerte des Zählers 124 als Digitalsignale, die den Signalen der Pixel 112 entsprechen, gemäß dem Übergang von Vergleichsergebnissignalen comp1, comp2 und comp3 der Komparatoren 122. In diesem Fall sind "1", "2" und "3" der Vergleichsergebnissignale comp1, comp2 und comp3 Bezeichner zur Unterscheidung von Vergleichsergebnissignalen comp der Vielzahl von Komparatoren 122, die der Vielzahl von Spalten der Pixelanordnung 110 entsprechen.
  • 2 zeigt ein Beispiel der Gestaltung der Pixelanordnung 110 und der Spannungssteuereinheiten 130. 3 zeigt ein Beispiel der Gestaltung des Komparators 122 der Ausleseeinheit 120. Die Gestaltung und der Betrieb der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung 100 werden unter Bezugnahme auf 1 bis 3 ausführlich beschrieben.
  • Jedes Pixel 112 umfasst, als Grundbestandteile, einen fotoelektrischen Wandler PD wie etwa eine Fotodiode und einen Transistor (Auslesetransistor) M3 mit einem Gate-Anschluss, an den eine Spannung, die den durch den fotoelektrischen Wandler PD erzeugten Ladungen entspricht, zugeführt wird. Jedes Pixel 112 kann einen Ladung-Spannung-Wandler (eine "Floating Diffusion" bzw. ein schwebendes/potentialfreies Diffusionsgebiet) FD umfassen, der mit dem Gate-Anschluss des Transistors M3 und einem Übertragungstransistor M1 verbunden ist, der die durch den fotoelektrischen Wandler PD erzeugten Ladungen an den Ladung-Spannung-Wandler FD überträgt. Jedes Pixel 112 kann ferner einen Rücksetztransistor M2 umfassen, der die Spannung des Ladung-Spannung-Wandlers FD rücksetzt. Jedes Pixel 112 kann ferner einen Auswahltransistor M4 umfassen. Der Auswahltransistor M4 ist in einem Pfad zwischen dem Transistor M3 und der Steuerleitung VL oder in einem Pfad zwischen dem Transistor M3 und der Abfühlleitung SL angeordnet.
  • Der Übertragungstransistor M1 wird eingeschaltet, wenn die Vertikalabtastschaltung 150 ein Übertragungssignal ΦT (ΦT1, ΦT2 oder ΦT3) aktiviert. Der Übertragungstransistor M1 überträgt dann die Ladungen des fotoelektrischen Wandlers PD an den Ladung-Spannung-Wandler FD. In diesem Fall sind "1", "2" und "3" der Übertragungssignale ΦT1, ΦT2 und ΦT3 Bezeichner zur Unterscheidung der Übertragungssignale ΦT, die der Vielzahl von Zeilen der Pixelanordnung 110 entsprechen. Der Rücksetztransistor M2 wird eingeschaltet, wenn das Rücksetzsignal ΦR (ΦR1, ΦR2 oder ΦR3) aktiviert wird, und er setzt die Spannung des Spannung-Ladung-Wandlers FD auf eine Rücksetzspannung zurück, die der Spannung der Rücksetzspannungsleitung VR entspricht. In diesem Fall sind "1", "2" und "3" der Rücksetzsignale ΦR1, ΦR2 und ΦR3 Bezeichner zur Unterscheidung der Rücksetzsignale ΦR, die der Vielzahl von Zeilen der Pixelanordnung 110 entsprechen. Der Auswahltransistor M4 wird eingeschaltet, wenn ein Auswahlsignal SEL (SEL1, SEL2 oder SEL3) aktiviert wird, und er setzt das Pixel 112, das dem Auswahlsignal SEL entspricht, in einen Auswahlzustand. In diesem Fall sind "1", "2" und "3" der Auswahlsignale SEL1, SEL2 und SEL3 Bezeichner zur Unterscheidung der Auswahlsignale SEL, die der Vielzahl von Zeilen der Pixelanordnung 110 entsprechen.
  • Das Pixel 112 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst keinen Differenzverstärker, wie er in der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung, die in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 2013-146045 beschrieben ist, vorliegt. Das Pixel 112 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat einen kleineren Schaltungsmaßstab bzw. ein kleineres Schaltungsausmaß als das Pixel, das in Patentliteratur 1 beschrieben ist, und ist daher für eine Mehrpixelanordnung geeignet.
  • Die Spannung V_VL der Steuerleitung VL wird durch die Spannungssteuereinheit 130 gesteuert. Jede Spannungssteuereinheit 130 steuert die Spannung der Steuerleitung VL, um die Spannung zwischen dem Gate-Anschluss des Transistors M3 und dem Source-Anschluss (der ersten Hauptelektrode) des Transistors M3 zu erhöhen, nämlich in einer Richtung von dem AUS-Zustand zu de EIN-Zustand des Transistors M3. Mit anderen Worten senkt die Spannungssteuereinheit 130 die Spannung V_VL der Steuerleitung VL gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Jede Spannungssteuereinheit 130 umfasst einen Kondensator 132, einen Schalter 136 und eine Stromquelle 134. Der Kondensator 132 umfasst einen ersten Knoten bzw. Verbindungspunkt 137, der mit der Steuerleitung VL verbunden ist, und einen zweiten Knoten bzw. Verbindungspunkt 138, der mit einer vorbestimmten Spannung (in diesem Beispiel einer Massespannung) verbunden ist. Der Schalter 136 ist in einem Pfad zwischen dem ersten Knoten 137 des Kondensators 132 und der ersten Spannungsleitung angeordnet, an der eine erste Spannung VRVL angelegt ist. Der Schalter 136 stellt die Spannung des ersten Knotens 137 des Kondensators 132 und die Spannung V_VL der Steuerleitung VL auf eine Spannung ein, die der ersten Spannung VRVL entspricht, wenn ein Rücksetzsignal ΦRVL aktiviert wird. Die Stromquelle 134 ist zwischen dem ersten Knoten 137 des Kondensators 132 (und der Steuerleitung VL) und der zweiten Spannungsleitung (in diesem Beispiel einer Massespannungsleitung) angeordnet, an der die zweite Spannung (in diesem Fall eine Massespannung) angelegt ist. Wenn das Rücksetzsignal ΦRVL aktiviert wird, werden die in dem Kondensator 132 angesammelten Ladungen durch einen Stromwert Is über die Stromquelle 134 entfernt bzw. freigesetzt, wodurch die Spannung V_VL der Steuerleitung VL linear abfällt.
  • Der Komparator 122 erfasst, dass der Strom Ipix, der durch den Drain-Anschluss (die zweite Hauptelektrode) des Transistors M3 von jedem Pixel 112 fließt, den Wert (Schwellenwert) des Referenzstroms Iref überschreitet. Der Komparator 122 umfasst Transistoren M5 und M6, wie etwa PMOS-Transistoren, die einen Stromspiegel bilden, sowie eine Stromquelle 108, die den Referenzstrom Iref fließen lässt. Der Komparator 122 umfasst einen Invertierer (invertierenden Verstärker) 109 mit einem Eingang, der mit einem Knoten bzw. Verbindungspunkt zwischen dem Drain-Anschluss des Transistors M6 und der Stromquelle 108 verbunden ist. Der Referenzstrom Iref, der von der Stromquelle 108 fließt, bestimmt einen Vergleichsreferenzwert (Schwellenwert) in dem Komparator 122. Der Gate-Anschluss des Transistors (des zweiten Transistors) M5 ist mit dem Drain-Anschluss des Transistors M5, der Abfühlleitung SL und dem Gate-Anschluss des Transistors (des dritten Transistors) M6 verbunden. Der Invertierer (invertierende Verstärker) 109 gibt das Vergleichsergebnissignal comp aus. Die Speicher 126 halten die Zählwerte des Zählers 124 als Digitalsignale, die den Signalen der Pixel 112 entsprechen, gemäß dem Übergang der Vergleichsergebnissignale comp1, comp2 und comp3 der Komparatoren 122. Der Invertierer 109 ist ein Beispiel einer Ausgangsschaltung und kann durch einen anderen invertierenden Verstärker wie etwa einen Verstärker mit geerdetem Source-Anschluss ersetzt werden.
  • Jede Ausleseeinheit 120 erzeugt ein Digitalsignal, das der Spannung des Ladung-Spannung-Wandlers FD von dem Pixel 112 entspricht, in Erwiderung auf einen Zeitpunkt, zu dem der Wert des Pixelstroms Ipix, der durch den Drain-Anschluss (die zweite Hauptelektrode) des Transistors M3 von dem Pixel 112 fließt, den Referenzstrom Iref (Schwellenwert) überschreitet.
  • 4 zeigt den Auslesevorgang eines Signals von dem Pixel 112 in der ersten Zeile und einer bestimmten Spalte gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Dieser Auslesevorgang umfasst einen Rauschpegel-Auslesevorgang N_AD und einen Lichtsignalpegel-Auslesevorgang S_AD. Der Rauschpegel-Auslesevorgang N_AD ist ein Vorgang zum Auslesen eines Signals, das der Spannung des Ladung-Spannung-Wandlers FD entspricht, unmittelbar nachdem der Ladung-Spannung-Wandler FD rückgesetzt ist, als Digitalsignal. Der Lichtsignalpegel-Auslesevorgang S_AD ist ein Vorgang zum Auslesen eines Signals, das der Spannung des Ladung-Spannung-Wandlers FD entspricht, nachdem die Ladungen des fotoelektrischen Wandlers PD an den Ladung-Spannung-Wandler FD übertragen sind, als Digitalsignal.
  • Wenn das Rücksetzsignal ΦR1 für eine vorbestimmte Zeit aktiviert wird, wird der Rücksetztransistor M2 eingeschaltet. Die Spannung des Ladung-Spannung-Wandlers FD wird über den Rücksetztransistors M2 auf eine Rücksetzspannung rückgesetzt, die der Rücksetzspannung VR entspricht. Ein Rücksetzen der Spannung des Ladung-Spannung-Wandlers FD wird abgeschlossen, indem das Rücksetzsignals ΦR1 deaktiviert wird. Gleichzeitig mit dem Rücksetzen der Spannung des Ladung-Spannung-Wandlers FD wird das Rücksetzsignal ΦRVL für eine vorbestimmte Zeit aktiviert, um den Schalter 136 einzuschalten. Die Spannung V_VL der Steuerleitung VL wird über den Schalter 136 auf eine Spannung rückgesetzt, die der Rücksetzspannung VRVL entspricht. Die Spannung am ersten Knoten des Kondensators 132, der mit der Steuerleitung VL verbunden ist, wird ebenfalls auf die Spannung rückgesetzt, die der Rücksetzspannung VRVL entspricht. Ein Rücksetzen der Spannung V_VL der Steuerleitung VL wird abgeschlossen, indem das Rücksetzsignal ΦRVL deaktiviert wird. In diesem Fall wird die Rücksetzspannung VRVL (die Spannung der ersten Spannungsleitung) derart bestimmt, dass die Spannung, die in/auf der Steuerleitung VL durch Einschalten des Schalters 136 eingestellt wird, eine Spannung ist, die den Transistor M3 von dem Pixel 112 nicht einschaltet.
  • Der Rauschpegel-Auslesevorgang N_AD startet durch Deaktivierung des Rücksetzsignals ΦRVL. Durch Deaktivierung des Rücksetzsignals ΦRVL werden die in dem Kondensator 132 angesammelten Ladungen durch den Stromwert Is der Stromquelle 134 entfernt bzw. freigesetzt, wodurch die Spannung V_VL der Steuerleitung VL linear abfällt. Eine Periode, während derer die Spannung V_VL der Steuerleitung VL linear abfällt, ist als eine Periode A bezeichnet. Der Zählvorgang des Zählers 124 startet durch Deaktivierung des Rücksetzsignals ΦRVL. Der Zählvorgang ist in 4 als "Zählung" bezeichnet.
  • Die Periode A endet, wenn die Spannung V_VL der Steuerleitung VL auf eine Spannung abfällt, auf der die Spannung zwischen dem Gate-Anschluss und dem Source-Anschluss des Transistors M3 von dem Pixel 112 der Auslesezielzeile den Schwellenwert des Transistors M3 überschreitet, und sie wechselt in eine Periode B. Die Spannung V_VL ändert sich während der Periode A linear und während der Periode B nichtlinear. Wenn die Spannung V_VL der Steuerleitung VL auf eine Spannung abfällt, auf der die Spannung zwischen dem Gate-Anschluss und dem Source-Anschluss des Transistors M3 von dem Pixel 112, dass das Ausleseziel darstellt, den Schwellenwert des Transistors M3 überschreitet, wird der Transistor M3 eingeschaltet, sodass der Pixelstrom Ipix zu fließen beginnt. Der Pixelstrom Ipix fließt über den Transistor M3 und den Auswahltransistor M4 an die Steuerleitung VL. Der Wert des Stroms, der durch die Steuerleitung VL fließen kann, ist auf den Stromwert Is durch die Stromquelle 134 beschränkt. Dementsprechend wird der Entladungsstrom von dem Kondensator 132 klein, da der Pixelstrom Ipix fließt. Daher ändert sich der Spannungsabfall der Spannung V_VL der Steuerleitung VL nichtlinear.
  • Nachdem der Pixelstrom Ipix zu fließen beginnt, wenn der Wert des Pixelstroms Ipix dem Wert (Schwellenwert) des Referenzstroms Iref überschreitet, erfasst der Komparator 122 der Ausleseeinheit 120 dies. Das heißt, dass das Vergleichsergebnissignal comp aktiviert (invertiert) wird und der Zählwert des Zählers 124 dementsprechend als ein Digitalsignal, das den Rauschpegel darstellt, in dem Rauschpegelhaltespeicher des Speichers 126 gehalten wird. Das heißt, dass die Ausleseeinheit 120 ein Digitalsignal für eine Zeit von dem Zeitpunkt, zu dem der Schalter 136 nach Aufladung des Kondensators 132 ausgeschaltet wird, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem der Wert des Pixelstroms Ipix, der durch den Drain-Anschluss des Transistors M3 von dem Pixel 112 fließt, den Wert des Referenzstroms Iref überschreitet, erzeugt.
  • Der Rauschpegel-Auslesevorgang N_AD wird eine hinreichende Zeit nach der Deaktivierung des Rücksetzsignals ΦRVL abgeschlossen. Daraufhin wird das Übertragungssignal ΦT1 für eine vorbestimmte Zeit aktiviert und wird das Rücksetzsignal ΦRVL für eine vorbestimmte Zeit aktiviert. Die Periode B wird durch Aktivierung des Rücksetzsignals ΦRVL abgeschlossen. Wenn das Übertragungssignal ΦT1 aktiviert wird, werden die Ladungen des fotoelektrischen Wandlers PD an den Ladung-Spannung-Wandler FD übertragen, wodurch die Spannung des Ladung-Spannung-Wandlers PD geändert wird. Wenn das Rücksetzsignal ΦRVL für eine vorbestimmte Zeit aktiviert wird, wird der Schalter 136 eingeschaltet, um die Spannung V_VL der Steuerleitung VL über den Schalter 136 auf eine Spannung rückzusetzen, die der Rücksetzspannung VRVL entspricht. Ein Rücksetzen der Spannung V_VL der Steuerleitung VL wird durch Deaktivierung des Rücksetzsignals ΦRVL abgeschlossen.
  • Der Lichtsignalpegel-Auslesepegel S_AD startet durch Deaktivierung des Rücksetzsignals ΦRVL. Durch die Deaktivierung des Rücksetzsignals ΦRVL werden die in dem Kondensator 132 angesammelten Ladungen durch den Stromwert Is durch die Stromquelle 134 entfernt bzw. freigesetzt, sodass die Spannung V_VL der Steuerleitung VL linear abfällt. Der nachfolgende Vorgang ist grundsätzlich gleich dem Rauschpegel-Auslesevorgang N_AD, aber die Auslesezeit ist länger als diejenige des Auslesevorgangs N_AD.
  • Wenn die Spannung V_VL der Steuerleitung VL auf eine Spannung abfällt, auf der die Spannung zwischen dem Gate-Anschluss und dem Source-Anschluss des Transistors M3 von dem Pixel 112, das die Auslesezielzeile darstellt, den Schwellenwert des Transistors M3 überschreitet, wird der Transistor M3 eingeschaltet, sodass der Pixelstrom Ipix zu fließen beginnt. Nachdem der Pixelstrom Ipix zu fließen beginnt, wenn der Wert des Pixelstroms Ipix den Wert (Schwellenwert) des Referenzstroms Iref überschreitet, erfasst der Komparator 122 der Ausleseeinheit 120 dies. Das heißt, dass das Vergleichsergebnissignal comp aktiviert (invertiert) wird und dementsprechend der Zählwert des Zählers 124 in dem Lichtsignalpegelhaltespeicher des Speichers 126 als ein Digitalsignal gehalten wird, das den Lichtsignalpegel darstellt. Das heißt, dass die Ausleseeinheit 120 ein Digitalsignal für eine Zeit von einem Zeitpunkt, zu dem der Schalter 136 nach Aufladung des Kondensators 132 eingeschaltet wird, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem der Wert des Pixelstroms Ipix, der durch den Drain-Anschluss des Transistors M3 von dem Pixel 112 fließt, den Wert des Referenzstroms Iref überschreitet, erzeugt.
  • Das den Rauschpegel darstellende Digitalsignal und das den Lichtsignalpegel darstellende Digitalsignal, die in dem Speicher 126 gehalten werden, werden in Erwiderung auf einen Befehl von der Horizontalabtastschaltung 140 an die Ausgangssignalleitung 160 ausgegeben. Das den Rauschpegel darstellende Digitalsignal und das den Lichtsignalpegel darstellende Digitalsignal können von der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung 100 ausgegeben werden, oder es kann eine Differenz zwischen diesen von der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung 100 ausgegeben werden.
  • Es ist zu beachten, dass der Kondensator 132 nicht auf einen Kondensator beschränkt sein muss, der zu der Steuerleitung VL hinzugefügt ist, sondern eine parasitäre Kapazität der Steuerleitung VL sein kann.
  • Das Merkmal der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird im Vergleich zu einer gewöhnlichen bzw. herkömmlichen fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung mit einem A/D-Wandler beschrieben. Bei der gewöhnlichen bzw. herkömmlichen fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung wird ein Pixelsignal in Form eines Spannungssignals an eine Spaltensignalleitung über einen in dem Pixel angeordneten Verstärkungstransistor ausgegeben. Dieses Pixelsignal wird durch einen Spaltenverstärker verstärkt und durch den A/D-Wandler in ein Digitalsignal gewandelt. Gemäß diesem Verfahren muss eine A/D-Wandlung durch den A/D-Wandler gestartet werden, nachdem die Spannung der Spaltensignalleitung stabilisiert bzw. beruhigt ist und die Ausgabe von dem in jeder Spalte der Pixelanordnung 110 angeordneten Spaltenverstärker stabilisiert bzw. beruhigt ist.
  • Demgegenüber führt die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus dem Gesichtspunkt, dass das Signal, das der Spannung des Ladung-Spannung-Wandlers FD entspricht, als ein Digitalsignal ausgegeben wird, eine breite A/D-Wandlung durch. Bei der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird jedoch nicht die Spannung des Ladung-Spannung-Wandlers FD als ein analoges Spannungssignal ausgelesen und wird nicht das analoge Spannungssignal in das Digitalsignal gewandelt. Die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel startet die breite A/D-Wandlung zu der gleichen Zeit wie der Beginn des Abfalls der Spannung V_VL der Steuerleitung VL. Die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel muss nicht auf eine Stabilisierung bzw. Beruhigung der Spannung der Signalleitung warten. Daher ist die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hinsichtlich einer Hochgeschwindigkeitssignalauslesung aus dem Pixel 112 vorteilhaft.
  • 5 zeigt ein Beispiel der Gestaltung von einer Pixelanordnung 110 und Spannungssteuereinheiten 130 bei einer fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung 100 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Elemente, die bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nicht beschrieben werden, stimmen mit dem ersten Ausführungsbeispiel überein. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Auswahltransistor M4 weggelassen. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Pixel 112 durch eine Rücksetzspannung zum Rücksetzen eines Ladung-Spannung-Wandlers FD ausgewählt. Im Speziellen wird die Spannung des Ladung-Spannung-Wandlers FD von dem Pixel 112, das die Auswahlzielzeile darstellt, auf eine erste Spannung rückgesetzt, die für eine Signalauslesung tauglich ist. Andererseits wird die Spannung des Ladung-Spannung-Wandlers FD von dem Pixel 112, das eine unausgewählte Zielzeile darstellt, auf eine zweite Spannung rückgesetzt, die niedriger ist als die erste Spannung und niedriger ist als die Untergrenze des Ablenk- bzw. Durchlaufbereichs der Spannung einer Steuerleitung VL durch die entsprechende Spannungssteuereinheit 130.
  • 6 zeigt die Gestaltung einer fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung 100' gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Elemente, die bei dem dritten Ausführungsbeispiel nicht beschrieben werden, stimmen mit dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel überein. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich die Gestaltung einer Ausleseeinheit 120 von derjenigen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels, und ist jeder Zähler 128 für eine jeweilige Spalte eingerichtet bzw. angeordnet. Das heißt, dass die Ausleseeinheit 120 einen Komparator 122, einen Zähler 128 und einen Speicher 126 für jede Spalte der Pixelanordnung 110 umfasst. Die Zähler 128 stoppen die Zählvorgänge durch den Übergang von Vergleichsergebnissignalen comp von den entsprechenden Komparatoren 122. Jeder Speicher 126 enthält den Zählwert des entsprechenden Zählers 128.
  • 7 zeigt den Auslesevorgang eines Signals von einem Pixel 112 in der ersten Zeile und einer bestimmten Spalte gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Elemente, die im Wesentlichen denjenigen des ersten bis dritten Ausführungsbeispiels entsprechen, werden nicht beschrieben. Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel umfasst jede Spannungssteuereinheit 130 eine variable Spannungsquelle, und steuert sie eine Spannung VL_V einer Steuerleitung VL durch die variable Spannungsquelle. Im Speziellen senkt die Spannungssteuereinheit 130 die Spannung VL_L der Steuerleitung VL in Erwiderung auf eine Deaktivierung eines Rücksetzsignals ΦRVL linear. Ein Strom Ipix, der durch einen Transistor M3 fließt, beginnt zu fließen, wenn der Transistor M3 eingeschaltet wird, und erhöht sich, bis die Änderung der Spannung VL_L der Steuerleitung VL endet. Auf diese Art und Weise ist ein Beispiel der Spannungssteuereinheit 130 zum linearen Ändern der Spannung VL_L der Steuerleitung VL ein Puffer wie etwa ein Spannungsfolger. Zum Beispiel, Bezug nehmend auf 2, wird die Spannung an dem Knoten bzw. Verbundungspunkt, der mit einer Konstantstromquelle und einem ersten Knoten 137 eines Kondensators 132 verbunden ist, über den Spannungsfolger an die Spannungsleitung VL zugeführt.
  • Es ist zu beachten, dass die Spannung der Steuerleitung VL in einer Richtung von dem EIN-Zustand zu dem AUS-Zustand des Transistors M3 gesteuert werden kann. Auf diese Art und Weise wird, wenn die Spannung der Steuerleitung VL in der Richtung von dem EIN-Zustand zu dem AUS-Zustand des Transistors M3 gesteuert wird, ein Zustand, in dem der Wert des Pixelstroms Ipix kleiner wird als der Wert eines Referenzstroms Iref, als ein Zustand ausgedrückt werden, in dem der Pixelstrom Ipix den Schwellenwert überschreitet.
  • Bei jedem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel können sich eine Vielzahl von Pixel von Bildpunkten den Transistor M3 teilen. Im Speziellen können die Vielzahl von fotoelektrischen Wandlern über unterschiedliche Übertragungstransistoren mit einer gemeinsamen "Floating Diffusion" verbunden sein.
  • Unter Bezugnahme auf 9A wird eine fotoelektrische Wandlungsvorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel darin, dass eine Spannungssteuereinheit 130 durch eine Spannungssteuereinheit 230 ersetzt ist. Elemente, die im Wesentlichen denjenigen eines anderen Ausführungsbeispiels entsprechen, werden nicht beschrieben.
  • Die Spannungssteuereinheit 230 ändert eine Spannung V_VL einer Steuerleitung VL. Die Spannungssteuereinheit 230 umfasst einen variablen Kondensator 232, einen Schalter 136 und eine variable Stromquelle 234. Der variable Kondensator 232 und die variable Stromquelle 234 bilden eine Verstärkungssteuereinheit 240. Die Verstärkungssteuereinheit 240 kann den Kapazitätswert des variablen Kondensators 232 und einen Stromwert Is gemäß einem (nicht gezeigten) Steuersignal bestimmen.
  • Wenn der Kapazitätswert des variablen Kondensators 232 groß eingestellt wird, kann die Änderungsrate bzw. -geschwindigkeit (Neigung) der Spannung V_VL der Steuerleitung VL während einer Periode A erhöht werden. Wenn der Kapazitätswert des variablen Kondensators 232 klein eingestellt wird, kann die Änderungsrate bzw. -geschwindigkeit (Neigung) der Spannung V_VL der Steuerleitung VL während der Periode A verringert werden. Wenn der Stromwert Is groß eingestellt wird, erhöht sich während der Periode A in 4 der Entladungsstrom von dem variablen Kondensator 232, sodass die Änderungsrate bzw. -geschwindigkeit (Neigung) der Spannung V_VL der Steuerleitung VL erhöht wird. Wenn der Stromwert Is klein eingestellt wird, kann die Änderungsrate bzw. -geschwindigkeit (Neigung) der Spannung V_VL der Steuerleitung VL während der Periode A verringert werden.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, kann die Verstärkungssteuereinheit 240 die Änderungsrate bzw. -geschwindigkeit (Neigung) der Spannung V_VL der Steuerleitung VL während der Periode A erhöhen/verringern. Wie es nachstehend beschrieben wird, kann eine A/D-Wandlungsverstärkung (nämlich die Verstärkung der Auslesung durch eine Ausleseeinheit 120) umgeschaltet werden. In diesem Beispiel werden sowohl der Kapazitätswert des variablen Kondensators 232 als auch der Stromwert Is der variablen Stromquelle 234 variabel eingestellt. Es kann jedoch einer des Kapazitätswerts und des Stromwerts variabel eingestellt werden, um die A/D-Wandlungsverstärkung zu ändern.
  • Unter Bezugnahme auf 10 wird die A/D-Wandlungsverstärkungsumschaltung bei der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel beschrieben. 10 zeigt drei unterschiedliche Verstärkungen G1, G2 und G3. In diesem Fall ist die A/D-Wandlungsverstärkung wie in 4 als G2 definiert, ist eine Verstärkung, die eingestellt ist, wenn die Neigung der Steuerleitung VL größer ist als diejenige der Verstärkung G2, als die Verstärkung G1 definiert, und ist eine Verstärkung, die eingestellt ist, wenn die Neigung kleiner ist als diejenige der Verstärkung G2, als die Verstärkung G3 definiert. Wie es vorstehend beschrieben ist, kann zumindest einer des Kapazitätswerts des variablen Kondensators 232 und des Stromwerts Is geändert werden, um die A/D-Wandlungsverstärkung zu bestimmen. Die Rücksetzspannung eines Ladung-Spannung-Wandlers FD und die Ladungsmenge, die von dem fotoelektrischen Wandler PD durch Aktivierung des Übertragungssignals ΦT an den Ladung-Spannung-Wandler FD übertragen wird, werden für alle A/D-Wandlungsverstärkungen unverändert gehalten.
  • Ein Rücksetzsignal ΦR1 wird für eine vorbestimmte Zeit aktiviert, um einen Rücksetztransistor M2 einzuschalten. Die Spannung des Ladung-Spannung-Wandlers FD wird über den Rücksetztransistor M2 auf eine Rücksetzspannung rückgesetzt, die der Rücksetzspannung VR entspricht. Ein Rücksetzen der Spannung des Spannung-Ladung-Wandlers FD wird durch Deaktivierung des Rücksetzsignals ΦR1 abgeschlossen. Gleichzeitig mit der Rücksetzung der Spannung des Ladung-Spannung-Wandlers FD wird das Rücksetzsignal ΦRVL für eine vorbestimmte Zeit aktiviert, um den Schalter 136 einzuschalten. Die Spannung V_VL der Steuerleitung VL wird über den Schalter 136 auf eine Spannung rückgesetzt, die der Rücksetzspannung VRVL entspricht. Die Spannung an dem ersten Knoten 137 des variablen Kondensators 232, der mit der Steuerleitung VL verbunden ist, wird auch auf die Spannung rückgesetzt, die der Rücksetzspannung VRVL entspricht. Ein Rücksetzen der Spannung V_VL der Steuerleitung VL wird durch Deaktivierung des Rücksetzsignals ΦRVL abgeschlossen. In diesem Fall wird die Rücksetzspannung VRVL (die Spannung der ersten Spannungsleitung) derart bestimmt, dass die Spannung, die in/auf der Steuerleitung VL durch Einschalten des Schalters 136 eingestellt wird, eine Spannung ist, die einen Transistor M3 von dem Pixel 112 nicht einschaltet.
  • Ein Rauschpegel-Auslesevorgang N_AD startet durch Deaktivierung des Rücksetzsignals ΦRVL. Die Spannung V_VL der Steuerleitung VL fällt gemäß der Neigung ab, die der Einstellung der A/D-Wandlungsverstärkung G1, G2 oder G3 entspricht. Selbst wenn eine der A/D-Wandlungsverstärkungen G1, G2 und G3 ausgewählt ist, wird der Transistor M3 eingeschaltet, wenn die Spannung V_VL der Steuerleitung VL zu einer Spannung VL_N wird, da die Spannung des Ladung-Spannung-Wandlers FD unverändert gehalten wird. Der Pixelstrom Ipix beginnt zu fließen. Da die Neigung der A/D-Wandlungsverstärkung G1 die größte ist, beginnt der Pixelstrom Ipix zum frühesten Zeitpunkt zu fließen. In dem Fall der niedrigsten A/D-Wandlungsverstärkung G3 beginnt der Pixelstrom Ipix zum spätestens Zeitpunkt zu fließen. Ipix@G1, comp@G1 und Zählung@G1 stellen Ipix, comp und Zählung dar, wenn die A/D-Wandlungsverstärkung G1 ist. I-pix@G2, comp@G2 und Zählung@G2 stellen Ipix, comp und Zählung dar, wenn die A/D-Wandlungsverstärkung G2 ist. In ähnlicher Weise stellen Ipix@G3, comp@G3 und Zählung@G3 Ipix, comp und Zählung dar, wenn die A/D-Wandlungsverstärkung G3 ist.
  • In einem Lichtsignalpegel-Auslesevorgang S_AD beginnt, in ähnlicher Weise, der Pixelstrom Ipix zu einem Zeitpunkt zu fließen, zu der die Spannung V_VL der Steuerleitung VL zu VL_S wird. In ähnlicher Weise beginnt der Pixelstrom Ipix für die A/D-Wandlungsverstärkung G1 zum frühesten Zeitpunkt zu fließen; und für die A/D-Wandlungsverstärkung G3 zum spätesten Zeitpunkt. Ein Vergleichsergebnissignal comp wird für jede Zeit und jede Verstärkung zu einem Zeitpunkt invertiert, zu dem der Wert des Pixelstroms Ipix den Wert eines Referenzstroms Iref überschreitet. Ein Digitalwert, der den Zählwert zu diesem Zeitpunkt darstellt, wird in dem Speicher 126 gehalten.
  • Den Zählwert für die A/D-Wandlungsverstärkung G1 zum frühesten Zeitpunkt zu halten bedeutet, den geringsten Wert des Digitalsignals für die A/D-Wandlungsverstärkung G1. Den Zählwert für die A/D-Wandlungsverstärkung G3 zum spätesten Zeitpunkt zu halten bedeutet den größten Wert des Digitalsignals für die A/D-Wandlungsverstärkung G3. Wenn die A/D-Wandlungsverstärkung als (Wert von Digitalsignal)/(Spannungspegel in Ladung-Spannung-Wandler) definiert ist, ist die Beziehung zwischen der A/D-Wandlungsverstärkung und der Neigung einer Spannung V_BL der Steuerleitung VL gegeben durch: G1 (Verstärkung: niedrig, Neigung: groß) < G2 (Verstärkung: mittel, Neigung: mittel) < G3 (Verstärkung: hoch, Neigung: klein)
  • Das heißt, dass die Verstärkungssteuereinheit 240 eine Funktion zum Umschalten der A/D-Wandlungsverstärkungen durch die Ausleseeinheit 120 bereitstellt.
  • 9B zeigt ein Beispiel der detaillierten Gestaltung der Verstärkungssteuereinheit 240. In dem in 9B gezeigten Beispiel ist der variable Kondensator 232 aus einer Parallelschaltung einer Vielzahl von Einheiten gebildet. Jede Einheit ist aus einer Reihenschaltung eines Kondensators und eines Auswahlschalters gebildet. Eine Steuerung des Zustands (EIN oder AUS) des Auswahlschalters macht es möglich, den Kapazitätswert des variablen Kondensators 232 zu bestimmen. Im Speziellen kann durch Steuerung des Zustands (EIN oder AUS) des Auswahlschalters der Kondensator, der für eine Spannungssteuerung der Steuerleitung VL verwendet wird, aus einer Vielzahl von Kondensatoren ausgewählt werden.
  • Wenn der Kondensator von jeder Einheit aus einem Bauelement gebildet wird, das eine Siliziumdiffusionsschicht verwendet, wie etwa ein MOS-Kondensator, wird eine parasitäre Kapazität zwischen der Diffusionsschicht und der Wanne in einer von zwei Elektroden 237 und 238 des Kondensators erzeugt. Wenn jeder Kondensator zwischen dem Schalter und der Steuerleitung VL angeordnet ist, sind die parasitären Kapazitäten von allen Kondensatoren, ungeachtet von EIN oder AUS des Schalters, stets zu der Steuerleitung VL hinzugefügt. In diesem Fall kann eine gewünschte Verstärkung nicht erhalten werden, wenn die A/D-Wandlungsverstärkung durch die Verstärkungssteuereinheit 240 eingestellt wird. Wie in dem in 9B gezeigten Beispiel ist der Schalter zwischen dem Kondensator und der Steuerleitung VL eingefügt, um die parasitäre Kapazität des Kondensators, mit dem der AUS-Schalter verbunden ist, von der Steuerleitung VL zu trennen. Mit dieser Gestaltung kann eine durch die parasitäre Kapazität verursachte Fehlerkomponente minimiert werden und kann eine genauere A/D-Wandlungsverstärkungseinstellung durchgeführt werden.
  • Unter Bezugnahme auf 11 wird eine fotoelektrische Wandlungsvorrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zur Einfachheit der Beschreibung zeigt 11 repräsentativ einen Komparator 122 und eine Spannungssteuereinheit 330 für eine bestimmte Spalte, sowie ein Pixel 112 für die bestimmte Spalte. Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel ist die Spannungssteuereinheit 130 durch die Spannungssteuereinheit 330 ersetzt.
  • Die Spannungssteuereinheit 330 unterscheidet sich von der Spannungssteuereinheit 130 darin, dass eine zweite Elektrode 138 eines Kondensators 132 mit einer dritten Spannungsleitung (in diesem Beispiel einer Energieversorgungsspannungsleitung, die eine Energieversorgungsspannung VDD zuführt) verbunden ist. Die Spannung der dritten Spannungsleitung ist gleich der Energieversorgungsspannung VDD, die den Source-Anschlüssen von Transistoren M5 und M6 des Komparators 122 zuzuführen ist. Die in 11 gezeigte Spannungssteuereinheit e30 hat keine Funktion zum Ändern der A/D-Wandlungsverstärkung. Wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel kann die Spannungssteuereinheit 330 jedoch eine Funktion zum Ändern der A/D-Wandlungsverstärkung aufweisen.
  • 12A zeigt, als ein Vergleichsbeispiel, einen Betrieb einer Gestaltung, in der die zweite Elektrode 138 des Kondensators 132 mit der zweiten Spannungsleitung (einer Massespannungsleitung) verbunden ist, wie es bei dem ersten bis fünften Ausführungsbeispiel der Fall ist. 12B zeigt einen Betrieb einer Gestaltung des sechsten Ausführungsbeispiels, nämlich der Gestaltung, in der die zweite Elektrode 138 mit der dritten Spannungsleitung (in diesem Beispiel der Energieversorgungsspannungsleitung, die die Energieversorgungsspannung VDD zuführt) verbunden ist.
  • Ein Strom Icap fließt von dem Kondensator 132, und ein Strom Is fließt durch den Schalter 136. Der Strom Icap ist positiv, wenn er von der zweiten Elektrode 138 des Kondensators 132 zu einer ersten Elektrode 137 fließt. Da der Grundbetrieb der Signalverlaufsformen in einem Rauschpegel-Auslesevorgang N_AD gleich ist wie in einem Lichtsignalpegel-Auslesevorgang S_AD, wird nur der Vorgang S_AD veranschaulicht.
  • Bezug nehmend auf 12A ist ein Strom Ivdd, der von der dritten Spannungsleitung zugeführt wird, gleich der Summe von einem Pixelstrom Ipix und einem Referenzstrom Iref. Der Strom Icap ist der Entladungsstrom von dem Kondensator 132 nach Deaktivierung von ΦRVL und wird von der zweiten Spannungsleitung (Massespannungsleitung) über die zweite Elektrode 138 zugeführt. Ein Strom Ignd, der in die zweite Spannungsleitung fließt, wird erhalten durch Subtraktion von Icap von der Summe von dem Stromquellenstrom Is und Iref. Wie es aus 12A ersichtlich ist, ist es ersichtlich, dass Ivdd und Ignd während der Periode von S_AD, in der eine A/D-Wandlung durchgeführt wird, in starkem Maße schwanken. Da die zweite Spannungsleitung und die dritte Spannungsleitung entsprechende Impedanzen aufweisen, verursachen die Stromschwankungen dieser Spannungsleitungen Schwankungen der Massespannung und der Energieversorgungsspannung. Die Schaltungsanordnung von einer Spalte ist in 11 veranschaulicht. Wenn die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung jedoch eine Vielzahl von Spalten umfasst, erzeugen die Schwankungen der Massespannung und der Energieversorgungsspannungen, die durch andere Spalten als die Spalte selbst verursacht werden, die eine A/D-Wandlung durchführt, eine Rauschkomponente.
  • In dem Beispiel von 12B wird Ivdd zu der Summe von Ipix, Iref und Icap, und wird Ignd zu der Summe von Is und Iref, da die zweite Elektrode 138 des Kondensators 132 mit der dritten Spannungsleitung verbunden ist. Da Icap und Ipix entgegengesetzte Phasen haben, kann ihre Summe die Stromschwankung auslöschen bzw. aufheben, wodurch die Ivdd-Schwankung unterbunden wird. Da Ignd nicht mit Icap korreliert ist, der eine große Schwankung aufweist, kann auch die Ignd-Schwankung unterbunden werden. Dementsprechend können bei der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung mit einer Vielzahl von Spalten die Schwankungen der Massespannung und der Energieversorgungsspannung, die durch die Betriebe von anderen Spalten als der Spalte selbst während der A/D-Wandlungsperiode verursacht werden, unterbunden werden. Im Vergleich zu dem Fall, in dem die zweite Elektrode 138 des Kondensators 132 mit der zweiten Spannungsleitung verbunden ist, kann eine durch das Rauschen verursachte Bildqualitätsverschlechterung reduziert werden.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, ist die zweite Elektrode 138 des Kondensators 132, der mit einer Steuerleitung VL verbunden ist, mit der dritten Spannungsleitung verbunden, die mit Transistoren M5 und M6 des Komparators 122 verbunden ist, wodurch die durch das Rauschen verursachte Bildqualitätsverschlechterung reduziert wird.
  • Unter Bezugnahme auf 13 wird eine fotoelektrische Wandlungsvorrichtung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dem siebten Ausführungsbeispiel ist der Komparator 122 des ersten bis sechsten Ausführungsbeispiels durch einen Komparator 222 ersetzt. Der Komparator 122 weist eine Gestaltung auf, in der ein Nebenschlusspfad 250 zu der Gestaltung des Komparators 122 hinzugefügt ist. Der Nebenschlusspfad 250 ist parallel zu einem Transistor M6 angeordnet, um einen Pfad zwischen dem Source-Anschluss und dem Drain-Anschluss des Transistors M6 zu umgehen. Der Nebenschlusspfad 250 wird aus einem NMOS-Transistor M7 gebildet, mit dem Gate-Anschluss, an dem eine vorbestimmte Spannung VG angelegt ist, dem Drain-Anschluss, der mit einer dritten Spannungsleitung (in diesem Beispiel einer Energieversorgungsspannungsleitung, an die eine Energieversorgungsspannung VDD zugeführt wird) verbunden ist, und dem Source-Anschluss, der mit einer Stromquelle 108 (Eingangsknoten comp1) verbunden ist. Ein Invertierer 109 hat den Eingangsknoten comp1 und einen Ausgangsknoten comp2.
  • Der Betrieb der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 14 beschrieben, wobei sich von dem in 4 gezeigten Betrieb unterscheidende Punkte in den Mittelpunkt gestellt werden. Ein Strom Imir fließt durch den Transistor M6. Ein Strom Ibp fließt durch den Transistor M7 (den Nebenschlusspfad 250). Ein Referenzstrom Iref fließt durch die Stromquelle 108.
  • Während einer Periode A eines Auslesevorgangs N_AD fällt eine Spannung V_VL einer Steuerleitung VL linear ab. Da ein Transistor M3 von einem Pixel 112 in einer Auslesezielzeile AUS ist, fließt jedoch kein Pixelstrom Ipix. Ein Transistor M5 und der Transistor M6 bilden einen Stromspiegel. Dementsprechend fließt der Strom Imir nicht während der Periode A. Wenn die vorbestimmte Spannung Vg derart eingestellt wird, dass der Transistor M7 eingeschaltet wird, fließt der Referenzstrom Iref der Stromquelle 108 über den Transistor M7. Zu dieser Zeit ist die Spannung des Knotens comp1 eine Spannung, die durch Subtraktion einer Schwellenspannung VT7 des Transistors M7 von nahezu der vorbestimmten Spannung VG erhalten wird. Es ist bevorzugt, dass die vorbestimmte Spannung VG derart eingestellt wird, dass eine Spannung VG-VT7 höher ist als die Massespannung und niedriger ist als der Invertierungsschwellenwert des Invertierers 109.
  • Wenn die Spannung V_VL der Steuerleitung VL fortwährend abfällt, wird ein Transistor M3 bald eingeschaltet, sodass der Pixelstrom Ipix zu fließen beginnt. Der Strom Imir, der einem Größenverhältnis der Transistoren M5 und M6 entspricht, fließt über den Transistor M6. Die Transistoren M6 und M7 sind mit der Stromquelle 108 verbunden, und die Summe von Strömen, die durch die Transistoren M6 und M7 fließen, ist Iref. Der Strom Ibp verringert sich sukzessive, und die Spannung des Knotens comp1 steigt. Der Pixelstrom Ipix erhöht sich, und der Strom Ibp wird zu einem Zeitpunkt Null, zu dem der Strom Imir gleich dem Referenzstrom Iref wird. Daraufhin wird der Strom Imir vorübergehend höher als der Referenzstrom Iref, sodass die parasitäre Kapazität des Knotens comp1 mit den Ladungen aufgeladen wird, die der Differenz zwischen Imir und Iref entsprechen, wodurch die Spannung des Knotens comp1 erhöht wird. Wenn die Spannung des Knotens comp1 steigt, wird die Spannung zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss des Transistors M6 niedrig. Der Strom Imir verringert sich sukzessive und wird ausgeglichen bzw. ausbalanciert, sodass er gleich dem gleichen Wert wie derjenige des Referenzstroms Iref ist.
  • Während einer Periode, in der die Spannung des Knotens comp1 steigt, wird die Spannung des Knotens comp2 invertiert, wenn die Spannung des Knotens comp1 den Invertierungsschwellenwert des Invertierers 109 überschreitet, und wird eine Zählwertzählung zu dieser Zeit in einem Speicher 126 gehalten. Daraufhin wird der Auslesevorgang N_AD abgeschlossen und wird ein Rücksetzsignal ΦRVL aktiviert, wodurch der Transistor M3 ausgeschaltet wird. Der Strom Ipix hört auf zu fließen. Zu dieser Zeit fließt auch Imir nicht. Stattdessen liefert der Strom Ibp den Strom der Stromquelle 108 und kehrt die Spannung des Knotens comp1 auf VG-VT7 zurück. Nachfolgend ist der Betrieb eines Auslesevorgangs S_AD gleich demjenigen wie bei N_AD, und eine Beschreibung daher wird ausgelassen.
  • Der Strom Ibp fließt über den Nebenschlusspfad 250 (den Transistor M7) während einer Periode, in der der Pixelstrom Ipix nicht fließt, sodass der durch die Massespannungsleitung fließende Strom konstant gemacht wird. Wenn die Spannung des Knotens comp1 auf der Niederspannungsseite auf VG-VT7 eingestellt wird, die höher ist als die Massespannung, wird die Amplitude der Spannungsänderung an dem Knoten comp1 begrenzt. Bei einer fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung mit einer Vielzahl von Spalten und einem Zwischenspaltenabstand, der kleiner ist als mehrere µ, wird die Spalte selbst durch Signale großer Amplitude der verbleibenden Spalten negativ beeinträchtigt, die durch Übersprechen verursacht werden. Dies kann zu Rauschen werden, sodass eine Bildqualitätsverschlechterung verursacht wird. Im Speziellen wird die Amplitude der Spannungsänderung an dem Knoten comp1 begrenzt, um eine Bildqualitätsverschlechterung zu unterbinden.
  • 14 zeigt gepunktete Signalverlaufsformen eines Referenzstroms Iref (nämlich eines Stroms Ignd, der in der Massespannungsleitung fließt) in Abwesenheit des Nebenschlusspfads 250 und die Spannung an dem Knoten comp1. Die Ströme, die durch die Massespannungsleitung während der Perioden der Auslesevorgänge N_AD und S_AD fließen, die AD-Wandlungsvorgänge durchführen, schwanken infolge der Abwesenheit des Nebenschlusspfads 205. Da die Massespannungsleitung die entsprechende Impedanz aufweist, verursacht die Stromschwankung die Schwankung der Massespannung. Wenn jedoch die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung eine Vielzahl von Spalten umfasst, erzeugt die Schwankung der Massespannung, die durch andere Spalten als die Spalte selbst verursacht wird, die eine A/D-Wandlung durchführt, eine Rauschkomponente. Dies verursacht eine Bildqualitätsverschlechterung. Im Speziellen wird die Schwankung des durch die Massespannungsleitung fließenden Stroms durch den Nebenschlusspfad unterbunden, wodurch die Bildqualitätsverschlechterung unterbunden wird.
  • Unter Bezugnahme auf 15 wird eine fotoelektrische Wandlungsvorrichtung gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dem achten Ausführungsbeispiel wird der Komparator 122 des ersten bis sechsten Ausführungsbeispiels durch einen Komparator 322 ersetzt. Der Komparator 322 hat eine Gestaltung, die durch Hinzufügung eines Amplitudenbegrenzers bzw. einer Amplitudenbegrenzungseinrichtung 350 zu der Gestaltung des Komparators 122 erhalten wird. Der Amplitudenbegrenzer 350 begrenzt die Amplitude der Spannung an einem Knoten comp1. Der Amplitudenbegrenzer 350 ist zum Beispiel aus einem NMOS-Transistor M8 gebildet, mit dem Gate-Anschluss, an dem eine Spannung VG2 angelegt ist, dem Drain-Anschluss, der mit dem Drain-Anschluss eines Transistors M6 verbunden ist, und dem Source-Anschluss, der mit einer Stromquelle 108 verbunden ist.
  • Als Nächstes wird der Betrieb der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung gemäß dem achten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 16 beschrieben, wobei sich von dem in 4 gezeigten Betrieb unterscheidende Punkte in den Mittelpunkt gestellt werden. Der Betrieb von dem Zeitpunkt, zu dem ein Auslesevorgang N_AD startet, um einen Transistor M3 von einem Pixel 112 in der Auslesezielzeile einzuschalten, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Pixelstrom Ipix zu fließen beginnt, ist gleich wie in 4. Jedoch, wenn der Pixelstrom Ipix fließt, fließt ein Strom Imir, der dem Größenverhältnis eines Transistors M5 und des Transistors M6 entspricht. Dementsprechend steigt sukzessive die Spannung des Knotens comp1 an. Wenn der Schwellenwert des Transistors M8 als VT8 definiert ist, wird die Spannung des Knotens comp1 ungefähr zu VG2-VT8, wodurch die Spannung des Knotens comp1 auf der Hochspannungsseite unterdrückt wird. Das heißt, dass die Amplitude der Spannung an dem Knoten comp1 begrenzt wird. Bei einer fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung mit einer Vielzahl von Spalten und einem Zwischenspaltenabstand, der kleiner ist als mehrere µ, wird die Spalte selbst durch Signale großer Amplitude der verbleiben Spalten negativ beeinträchtigt, die durch das Übersprechen verursacht werden. Dies kann zu Rauschen werden, sodass eine Bildqualitätsverschlechterung verursacht wird. Im Speziellen wird die Amplitude der Spannungsänderung an dem Knoten comp1 begrenzt, sodass eine Bildqualitätsverschlechterung unterbunden wird. Die Spannung VG2 wird derart eingestellt, dass VG2-VT8 höher ist als der Invertierungsschwellenwert des Invertierers 109, um einen Invertierer 109 zu invertieren.
  • In dem in 15 gezeigten Beispiel kann, obwohl die Spannung VG2 an dem Gate-Anschluss des Transistors M1 angelegt ist, eine Freigabe- bzw. Aktivierungssignalleitung zur Steuerung des Komparators 322 in den Betriebs- oder Nichtbetriebszustand mit dem Gate-Anschluss des Transistors M8 verbunden sein. Wenn das Freigabe- bzw. Aktivierungssignal aktiv (auf hohem Pegel) ist, wird der Komparator 322 betrieben. Wenn das Freigabe- bzw. Aktivierungssignal inaktiv (auf niedrigem Pegel) ist, wird der Strompfad des Komparators 322 abgeschnitten. Der Komparator 322 ist in den Nichtbetriebszustand gesetzt, um den Energieverbrauch zu unterbinden.
  • Unter Bezugnahme auf 17 wird eine fotoelektrische Wandlungsvorrichtung gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dem neunten Ausführungsbeispiel wird der Komparator 122 des ersten bis sechsten Ausführungsbeispiels durch einen Komparator 422 ersetzt. Der Komparator 422 hat eine Gestaltung, in der der Nebenschlusspfad 250 des siebten Ausführungsbeispiels und der Amplitudenbegrenzer 350 des achten Ausführungsbeispiels enthalten sind.
  • 18 zeigt den Betrieb der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel. Da die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung den Nebenschlusspfad 250 und den Amplitudenbegrenzer 350 umfasst, wird ein durch die Massespannungsleitung fließender Strom Ignd konstant eingestellt und wird gleichzeitig die Amplitude der Spannung an einem Knoten comp1 auf VG2-VT8 bis VG-VT7 begrenzt. Im Speziellen können bei einer fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung mit einer Vielzahl von Spalten eine durch eine Massespannungsschwankung verursachte Bildqualitätsverschlechterung und eine durch das Übersprechen eines Signals mit großer Amplitude verursachte Bildqualitätsverschlechterung unterbunden werden.
  • Unter Bezugnahme auf 19 wird eine fotoelektrische Wandlungsvorrichtung gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dem zehnten Ausführungsbeispiel wird der Komparator 122 des ersten bis sechsten Ausführungsbeispiels durch einen Komparator 522 ersetzt. Der Komparator 522 hat eine Gestaltung, in der eine Blind- bzw. Leerlaufstromquelle 501 zum Fließenlassen eines Blind- bzw. Leerlaufstroms Iidl zu dem Komparator 122 hinzugefügt ist.
  • Der Betrieb der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 20 beschrieben, wobei sich von dem in 4 gezeigten Betrieb unterscheidende Punkte in den Mittelpunkt gestellt werden. Ein Rücksetzsignal ΦRVL wird aktiviert, um einen Transistor M3 auszuschalten. Ein Strom Ipix hört auf zu fließen, und ein durch einen Transistor M5 fließender Strom ist nur der Blind- bzw. Leerlaufstrom Iidl. In diesem Zustand steigt die Spannung der Abfühlleitung SL, da die parasitäre Kapazität der Abführleitung SL mit dem Blind- bzw. Leerlaufstrom Iidl aufgeladen wird. Wenn die Gate-Source-Spannung des Transistors M5 als Vgs definiert ist, wird die Spannung der Abfühlleitung SL auf VDD-Vgs stabilisiert bzw. beruhigt. Ein Strom mit einer Amplitude, die durch Multiplikation des Blind- bzw. Leerlaufstroms Iidl mit dem Größenverhältnis M (=(Gatebreite von M6)/(Gatebreite von M5)) erhalten wird, fließt an einen Transistor M6. Bei den Ausführungsbeispielen sind die Gatelänge des Transistors M5 und die Gatelänge des Transistors M6 gleich zueinander. Die Spannungen einer Steuerleitung VL und der Abfühlleitung SL werden stabilisiert bzw. beruhigt. Zu der gleichen Zeit wird das Rücksetzsignal ΦRVL nach dem Abschluss des Pixelrücksetzvorgangs oder des Übertragungsvorgangs inaktiv gemacht, wodurch der A/D-Wandlungsvorgang gestartet wird. Da die nachfolgenden Vorgänge gleich denjenigen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind, wird eine ausführliche Beschreibung von diesen ausgelassen.
  • Der Blind- bzw. Leerlaufstrom Iidl muss ein Stromwert sein, der den folgenden Ausdruck erfüllt: Iidl < Iref/M
  • 20 zeigt, dass die Spannungsverlaufsform der Abfühlleitung SL und eine Stromverlaufsform Im5, die durch den Transistor M5 fließt, in Abwesenheit der Blind- bzw. Leerlaufstromquelle 501 durch gepunktete Linien angedeutet sind. Wenn das Rücksetzsignal ΦRVL in Abwesenheit der Blind- bzw. Leerlaufstromquelle 501 aktiviert wird, wird ein durch die Gate-Source-Spannung Vgs des Transistors M5 bestimmter Strom an den Transistor M5 zugeführt, um die parasitäre Kapazität der Abfühlleitung SL aufzuladen. Die Spannung der Abfühlleitung SL steigt entsprechend. Einhergehend mit dem Anstieg der Abfühlleitung SL verringert sich die Gate-Source-Spannung. Aus diesem Grund verringert sich auch der an den Transistor M5 zugeführte Strom, sodass die Anstiegsrate der Spannung der Abfühlleitung SL gesenkt wird. Wenn Vgs niedriger wird als die Schwellenspannung des Transistors M5, fällt die Spannung des Transistors M5 in den Bereich unterhalb des Schwellenwerts, sodass die an den Transistor M5 zugeführte Strommenge exponentiell verringert wird. Es braucht eine lange Zeit zur Stabilisierung bzw. Beruhigung der Abfühlleitung SL, da der Strom des Transistors M5 abgeschnitten wird und die Spannung der Abfühlleitung SL VDD erreichen muss.
  • Wenn der A/D-Wandlungsvorgang in einem Zustand gestartet wird, in dem die Abfühlleitung SL nicht ausreichend stabilisiert bzw. beruhigt ist, kann sich die Source-Drain-Spannung des Transistors M3 in dem anfänglichen Zustand von jedem A/D-Wandlungsvorgang ändern. Aus diesem Grund werfen die A/D-Wandlungsergebnisse Probleme auf, wie etwa Linearitätsverschlechterung und Zuwächse in festem Störmuster bzw. Fliegengittereffekt und statistischem/weißen bzw. Zufallsrauschen, wodurch eine Bildqualitätsverschlechterung verursacht wird. Um eine gute Bildqualität zu erhalten, muss eine Zeit zur hinreichenden Stabilisierung bzw. Beruhigung der Abfühlleitung SL gewährleistet werden.
  • Im Speziellen wird bei dem zehnten Ausführungsbeispiel eine Blind- bzw. Leerlaufstromquelle 501 hinzugefügt, um die Stabilisierungs- bzw. Beruhigungszeit der Abfühlleitung SL zu verkürzen, wodurch die Auslesezeit der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung verkürzt wird.
  • 8 zeigt die Gestaltung eines Bildaufnahmesystems gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Bildaufnahmesystem 800 umfasst zum Beispiel eine optische Einheit 810, ein Bildaufnahmeelement 1, einen Videosignalprozessor 830, eine Aufzeichnungs-/Kommunikationseinheit 840, eine Zeitsteuereinheit 850, eine Systemsteuereinheit 860 und eine Wiedergabe-/Anzeigeeinheit 870. Ein Bildsensor 820 umfasst das Bildaufnahmeelement 1 und den Videosignalprozessor 830. Das Bildaufnahmeelement 1 ist ein Festkörperbildsensor, der durch die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung 100, 100' oder 100'' dargestellt wird, die bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen beschrieben ist.
  • Die optische Einheit 810, die als ein optisches System wie etwa eine Linse bzw. ein Objektiv dient, fokussiert Licht von einem Objekt auf einer Pixeleinheit 10 von dem Bildaufnahmeelement 1, in der eine Vielzahl von Pixel zweidimensional angeordnet sind, wodurch ein Objektbild ausgebildet wird. Zu einem Zeitpunkt basierend auf einem Signal von der Zeitsteuereinheit 850 gibt das Bildaufnahmeelement 1 ein Signal aus, das dem auf der Pixeleinheit 10 fokussierten Licht entspricht. Das von der Bildaufnahmeeinheit 1 ausgegebene Signal wird an den Videosignalprozessor 830 eingegeben. Der Videosignalprozessor 830 führt eine Signalverarbeitung gemäß einem Verfahren durch, das durch ein Programm oder dergleichen bestimmt ist. Das durch Verarbeitung in dem Videosignalprozessor 830 erhaltene Signal wird als Bilddaten an die Aufzeichnungs-/Kommunikationseinheit 840 gesendet. Die Aufzeichnungs-/Kommunikationseinheit 840 sendet ein Signal zur Ausbildung eines Bilds an die Wiedergabe-/Anzeigeeinheit 870. die Wiedergabe-/Anzeigeeinheit 870 gibt ein Bewegt- oder Stehbild wieder und zeigt dieses an. Die Aufzeichnungs-/Kommunikationseinheit 840 empfängt ein Signal von dem Videosignalprozessor 830 zur Kommunikation mit der Systemsteuereinheit 860 und zeichnet das Signal zur Ausbildung eines Bilds auf einem (nicht gezeigten) Aufzeichnungsmedium auf.
  • Die Systemsteuereinheit 860 steuert umfassend den Betrieb des Bildaufnahmesystems, und sie steuert eine Ansteuerung der optischen Einheit 810, der Zeitsteuereinheit 850, der Aufzeichnungs-/Kommunikationseinheit 840 und der Wiedergabe-/Anzeigeeinheit 870. Die Systemsteuereinheit 860 umfasst zum Beispiel ein (nicht gezeigtes) Speicherbauelement als das Aufzeichnungsmedium. Programme und dergleichen, die zur Steuerung des Betriebs des Bildaufnahmesystems notwendig sind, sind auf der Speichereinheit aufgezeichnet. Die Systemsteuereinheit 860 liefert ein Signal zum Umschalten eines Ansteuermodus zum Beispiel gemäß einer Benutzerbedienung an das Bildaufnahmesystem. Die detaillierten Beispiele sind eine Änderung einer auszulesenden Zeile, eine Änderung einer rückzusetzenden Zeile, eine Änderung eines Blick- bzw. Sichtwinkels für einen elektronischen Zoom und eine Umschaltung des Blick- bzw. Sichtwinkels für eine elektronische Schwingungsunterdrückung. Die Zeitsteuereinheit 850 steuert die Ansteuerzeiten des Bildaufnahmeelements 1 und des Videosignalprozessors 830 basierend auf der Systemsteuereinheit 860.
  • Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten beispielhaften Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Dem Umfang der folgenden Patentansprüche ist die breiteste Auslegung zuzugestehen, um alle derartigen Modifikationen und äquivalente Strukturen und Funktionen zu umfassen.
  • Eine fotoelektrische Wandlungsvorrichtung umfasst einen fotoelektrischen Wandler, einen Transistor mit einem Gate-Anschluss, an den eine Spannung, die durch den fotoelektrischen Wandler erzeugten Ladungen entspricht, zugeführt wird, eine Steuerleitung, die mit einer ersten Hauptelektrode des Transistors verbunden ist, und eine Ausleseeinheit, die konfiguriert ist zum Auslesen eines Signals, das einer Spannung des Gate-Anschlusses entspricht, und eine Spannungssteuereinheit, die konfiguriert ist zum Ändern einer Spannung der Steuerleitung. Die Ausleseeinheit erzeugt ein Digitalsignal, das der Spannung des Gate-Anschlusses entspricht, basierend auf einem Strom, der während einer Periode, in der die Spannungssteuereinheit die Spannung der Steuerleitung ändert, durch eine zweite Hauptelektrode des Transistors fließt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2013-146045 [0002, 0002, 0002, 0003, 0036]

Claims (29)

  1. Fotoelektrische Wandlungsvorrichtung, mit: einem fotoelektrischen Wandler; einem Transistor mit einem Gate-Anschluss, einer ersten Hauptelektrode und einer zweiten Hauptelektrode, wobei eine Spannung, die durch den fotoelektrischen Wandler erzeugten Ladungen entspricht, an den Gate-Anschluss zugeführt wird; einer Steuerleitung, die mit der ersten Hauptelektrode des Transistors verbunden ist; einer Ausleseeinheit, die konfiguriert ist zum Auslesen eines Signals, das einer Spannung des Gate-Anschlusses entspricht; und einer Spannungssteuereinheit, die konfiguriert ist zum Ändern einer Spannung der Steuerleitung, wobei die Ausleseeinheit ein Digitalsignal, das der Spannung des Gate-Anschlusses entspricht, basierend auf einen Strom erzeugt, der während einer Periode, in der die Spannungssteuereinheit die Spannung der Steuerleitung ändert, durch die zweite Hauptelektrode des Transistors fließt.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei während der Periode die Spannungssteuereinheit die Spannung der Steuerleitung in einer Richtung ändert, durch die eine Spannung zwischen dem Gate-Anschluss und der ersten Hauptelektrode steigt.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Ausleseeinheit das Digitalsignal in Erwiderung auf einem Zeitpunkt erzeugt, zu dem ein Wert eines durch die zweite Hauptelektrode fließenden Stroms einen Schwellenwert überschreitet.
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Ausleseeinheit umfasst: einen Komparator, der konfiguriert ist zum Erfassen, dass der Wert des durch die zweite Hauptelektrode des Transistors fließenden Stroms den Schwellenwert überschreitet; und einen Zähler, und wobei ein Wert des Digitalsignals gemäß einem Zählwert des Zählers in Erwiderung auf eine Erfassung durch den Komparator bestimmt wird.
  5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spannungssteuereinheit umfasst: einen Schalter, der in einem Pfad zwischen der Steuerleitung und einer ersten Spannungsleitung angeordnet ist; und eine Stromquelle, die in einem Pfad zwischen der Steuerleitung und einer zweiten Spannungsleitung angeordnet ist.
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Spannungssteuereinheit ferner einen Kondensator umfasst, der mit der Steuerleitung verbunden ist.
  7. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Steuerleitung eine parasitäre Kapazität aufweist.
  8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Spannungssteuereinheit umfasst: einen Kondensator mit einem ersten Knoten, der mit der Steuerleitung verbunden ist; einen Schalter, der in einem Pfad zwischen einer ersten Spannungsleitung und dem ersten Knoten des Kondensators angeordnet ist; und eine Stromquelle, die in einem Pfad zwischen einer zweiten Spannungsleitung und dem ersten Knoten des Kondensators angeordnet ist, und wobei, nachdem der Kondensator gemäß einer von der ersten Spannungsleitung zugeführten Spannung durch Einschaltung des Schalters aufgeladen ist, die Ausleseeinheit das Digitalsignal gemäß einer Zeit von einem Zeitpunkt, zu dem der Schalter ausgeschaltet wird, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Wert eines durch die zweite Hauptelektrode des Transistors fließenden Stroms einen Schwellenwert überschreitet, erzeugt.
  9. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerleitung eine parasitäre Kapazität aufweist, die Spannungssteuereinheit umfasst: einen Schalter, der in einem Pfad zwischen der Steuerleitung und einer ersten Spannungsleitung angeordnet ist; und eine Stromquelle, die in einem Pfad zwischen der Steuerleitung und einer zweiten Spannungsleitung angeordnet ist, und wobei, nachdem die parasitäre Kapazität gemäß einer von der ersten Spannungsleitung zugeführten Spannung durch Einschaltung des Schalters aufgeladen ist, die Ausleseeinheit das Digitalsignal gemäß einer Zeit von einem Zeitpunkt, zu dem der Schalter ausgeschaltet wird, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Wert eines durch die zweite Hauptelektrode des Transistors fließenden Stroms einen Schwellenwert überschreitet, erzeugt.
  10. Vorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei der Gate-Anschluss des Transistors mit einem Ladung-Spannung-Wandler verbunden ist, die Vorrichtung ferner einen Übertragungstransistor, der zum Übertragen von durch den fotoelektrischen Wandler erzeugten Ladungen an den Ladung-Spannung-Wandler konfiguriert ist, und einen Rücksetztransistor, der zum Rücksetzen einer Spannung des Ladung-Spannung-Wandlers konfiguriert ist, aufweist, und wobei, nachdem ein Rücksetzen der Spannung des Ladung-Spannung-Wandlers durch den Rücksetztransistor abgeschlossen ist und ein Einstellen der Spannung der Steuerleitung durch den Schalter abgeschlossen ist, die Ausleseeinheit, als ein einen Rauschpegel bezeichnendes Signal, ein Digitalsignal, das der Spannung des Gate-Anschlusses entspricht, in Erwiderung auf einen Zeitpunkt erzeugt, zu dem ein Wert eines durch die zweite Hauptelektrode des Transistors fließenden Stroms den Schwellenwert überschreitet, und dann nachdem der Übertragungstransistor die Ladungen von dem fotoelektrischen Wandler an den Ladung-Spannung-Wandler überträgt und ein Einstellen der Spannung der Steuerleitung durch den Schalter abgeschlossen ist, die Ausleseeinheit, als ein einen Lichtsignalpegel bezeichnendes Signal, ein Digitalsignal, das der Spannung des Gate-Anschlusses entspricht, in Erwiderung auf einen Zeitpunkt erzeugt, zu der der Wert des durch die zweite Hauptelektrode des Transistors fließenden Stroms den Schwellenwert überschreitet.
  11. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die Spannung der ersten Spannungsleitung so bestimmt ist, dass die Spannung, die in der Steuerleitung durch Einschaltung des Schalters eingestellt wird, eine Spannung ist, die den Transistor nicht einschaltet.
  12. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner mit einem Auswahltransistor, der in einem Pfad zwischen der Steuerleitung und der ersten Hauptelektrode des Transistors angeordnet ist.
  13. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner mit einer Vielzahl von fotoelektrischen Wandlern, die den fotoelektrischen Wandler umfassen, und einer Vielzahl von Transistoren, die den Transistor umfassen, wobei die Steuerleitung mit ersten Hauptelektroden der Vielzahl von Transistoren verbunden ist, und die Ausleseeinheit mit zweiten Hauptelektroden der Vielzahl von Transistoren verbunden ist.
  14. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Spannungssteuereinheit eine Funktion zum Umschalten einer Ausleseverstärkung der Ausleseeinheit durch Umschalten einer Rate einer Spannungsänderung der Steuerleitung während der Periode aufweist.
  15. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spannungssteuereinheit umfasst: einen Schalter, der in einem Pfad zwischen einer ersten Spannungsleitung und der Steuerleitung angeordnet ist; und eine variable Stromquelle, die in einem Pfad zwischen einer zweiten Spannungsleitung und der Steuerleitung angeordnet ist, und wobei eine Rate einer Spannungsänderung der Steuerleitung während der Periode durch Umschalten eines Werts eines Stroms der variablen Stromquelle umgeschaltet wird, wodurch eine Ausleseverstärkung der Ausleseeinheit umgeschaltet wird.
  16. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spannungssteuereinheit umfasst: einen Schalter, der in einem Pfad zwischen der Steuerleitung und einer ersten Spannungsleitung angeordnet ist; eine Stromquelle, die in einem Pfad zwischen der Steuerleitung und einer zweiten Spannungsleitung angeordnet ist; einen variablen Kondensator, der mit der Steuerleitung verbunden ist, und wobei eine Rate einer Spannungsänderung der Steuerleitung während der Periode durch Umschalten eines Kapazitätswerts des variablen Kondensators umgeschaltet wird, wodurch eine Ausleseverstärkung der Ausleseeinheit umgeschaltet wird.
  17. Vorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei der variable Kondensator eine Vielzahl von Kondensatoren und eine Vielzahl von Auswahlschaltern umfasst, die konfiguriert sind zum Auswählen eines zur Spannungssteuerung der Steuerleitung verwendeten Kondensators aus der Vielzahl von Kondensatoren.
  18. Vorrichtung gemäß Anspruch 17, wobei die Vielzahl von Schaltern in Pfaden zwischen der Steuerleitung und der Vielzahl von Kondensatoren angeordnet sind.
  19. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spannungssteuereinheit umfasst: einen Schalter, der in einem Pfad zwischen der Steuerleitung und einer ersten Spannungsleitung angeordnet ist; eine variable Stromquelle, die in einem Pfad zwischen der Steuerleitung und einer zweiten Spannungsleitung angeordnet ist; und einen variablen Kondensator, der mit der Steuerleitung verbunden ist, und wobei eine Rate einer Spannungsänderung der Steuerleitung während der Periode durch Umschaltung eines Werts eines Stroms von der variablen Stromquelle und Umschaltung eines Kapazitätswerts des variablen Kondensators umgeschaltet wird, wodurch die Ausleseverstärkung der Ausleseeinheit umgeschaltet wird.
  20. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spannungssteuereinheit umfasst: einen Kondensator mit einem ersten Knoten, der mit der Steuerleitung verbunden ist, und einem zweiten Knoten; einen Schalter, der in einem Pfad zwischen einer ersten Spannungsleitung und dem ersten Knoten des Kondensators angeordnet ist; und eine Stromquelle, die in einem Pfad zwischen einer zweiten Spannungsleitung und dem ersten Knoten des Kondensators angeordnet ist, wobei eine Energieversorgungsspannung an den zweiten Knoten des Kondensators zugeführt wird, wobei die Energieversorgungsspannung an die Ausleseeinheit zugeführt wird, um die Ausleseeinheit zu betreiben, und wobei, nachdem der Schalter eingeschaltet wird, um den Kondensator mit der Energieversorgungsspannung aufzuladen, die Ausleseeinheit das Digitalsignal gemäß einer Zeit von einem Zeitpunkt, zu dem der Schalter ausgeschaltet wird, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Wert eines durch die zweite Hauptelektrode des Transistors fließenden Stroms einen Schwellenwert überschreitet, erzeugt.
  21. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die zweite Hauptelektrode des Transistors mit einer Abfühlleitung verbunden ist, und der Komparator umfasst: einen zweiten Transistor mit einem Gate-Anschluss und einem Drain-Anschluss, der mit der Abfühlleitung verbunden ist; einen dritten Transistor mit einem Gate-Anschluss, der mit dem Gate-Anschluss des zweiten Transistors verbunden ist, und konfiguriert ist zum Ausbilden eines Stromspiegels zusammen mit dem zweiten Transistor; eine Stromquelle, die mit einem Drain-Anschluss des dritten Transistors verbunden ist, und konfiguriert ist zum Bestimmen des Schwellenwerts; und eine Ausgangsschaltung, die konfiguriert ist zum Ausgeben eines Signals, das einer Spannung eines Knotens zwischen dem Drain-Anschluss des dritten Transistors und der Stromquelle entspricht.
  22. Vorrichtung gemäß Anspruch 21, wobei der Komparator ferner einen Nebenschlusspfad umfasst, der konfiguriert ist zum Umgehen eines Pfads zwischen einem Source-Anschluss und einem Drain-Anschluss des dritten Transistors.
  23. Vorrichtung gemäß Anspruch 22, wobei die Ausgangsschaltung einen invertierenden Verstärker mit einem Eingang umfasst, der mit dem Knoten verbunden ist, und der Nebenschlusspfad aus einem NMOS-Transistor mit einem Gate-Anschluss gebildet ist, an dem eine vorbestimmte Spannung angelegt ist, und eine Differenz zwischen der vorbestimmten Spannung und einer Schwellenspannung des NMOS-Transistors einen positiven Wert aufweist, der kleiner ist als ein Invertierungsschwellenwert des invertierenden Verstärkers.
  24. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die zweite Hauptelektrode des Transistors mit einer Abfühlleitung verbunden ist, der Komparator umfasst: einen zweiten Transistor mit einem Gate-Anschluss und einem Drain-Anschluss, der mit der Abfühlleitung verbunden ist; einen dritten Transistor, der konfiguriert ist zum Ausbilden eines Stromspiegels zusammen mit dem zweiten Transistor, und der einen Gate-Anschluss aufweist, der mit dem Gate-Anschluss des zweiten Transistors verbunden ist; eine Stromquelle, die konfiguriert ist zum Bestimmen des Schwellenwerts; einen Amplitudenbegrenzer, der zwischen der Stromquelle und einem Drain-Anschluss des dritten Transistors angeordnet ist; und eine Ausgangsschaltung, die konfiguriert ist zum Ausgeben eines Signals, das einer Knotenspannung zwischen dem Amplitudenbegrenzer und der Stromquelle entspricht, und wobei der Amplitudenbegrenzer eine Amplitude der Knotenspannung begrenzt.
  25. Vorrichtung gemäß Anspruch 24, wobei die Ausgangsschaltung einen invertierenden Verstärker mit einem Eingang umfasst, der mit dem Knoten verbunden ist, und der Amplitudenbegrenzer aus einem NMOS-Transistor gebildet ist, und eine Differenz zwischen einer Spannung eines Gate-Anschlusses des NMOS-Transistors und einer Schwellenspannung des NMOS-Transistors größer ist als ein Invertierungsschwellenwert des invertierenden Verstärkers.
  26. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 21 bis 25, wobei der Komparator eine Blindstromquelle umfasst, die mit der Abfühlleitung verbunden ist.
  27. Vorrichtung gemäß Anspruch 26, wobei, wenn M ein Größenverhältnis des dritten Transistors zu dem zweiten Transistor ist und Iref ein Stromwert einer Stromquelle ist, die zum Bestimmen des Schwellenwerts konfiguriert ist, ein Stromwert der Blindstromquelle kleiner ist als Iref/M.
  28. Vorrichtung gemäß Anspruch 25, wobei ein Freigabesignal zur Steuerung des Komparators in einen Betriebs- oder Nichtbetriebszustand an einen Gate-Anschluss des NMOS-Transistors zugeführt wird.
  29. Bildaufnahmesystem mit: einer fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 28, und einem Prozessor, der konfiguriert ist zum Verarbeiten eines Signals von der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung.
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