DE112013003699T5

DE112013003699T5 - Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE112013003699T5
Application number: DE201311003699
Authority: DE
Inventors: c/o Hamamatsu Photonics K.K Sugiyama Yukinobu; c/o Hamamatsu Photonics K. K. Abe Tetsuya
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2013-04-04
Publication date: 2015-04-09
Also published as: US20150181144A1; US9451194B2; JP5939923B2; JP2014027535A; WO2014017127A1

Abstract

Eine Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung (1) enthält eine Lichtempfangseinheit (10), eine Reihenauswahleinheit (20), eine Halteeinheit (30), eine Spaltenauswahleinheit (40), eine Leseeinheit (50) und eine Steuereinheit (60). Die Lichtempfangseinheit (10) enthält M×N Pixeleinheiten (P_1,1 bis P_M,N). Die Halteeinheit (30) enthält 2N Halteschaltkreise (H_1,1 und H_2,N). In einem ersten Operationsmodus arbeiten die Halteschaltkreise (H_1,n, und H_2,n) der Halteeinheit (30) parallel, um abwechselnd ein Datenabtasten durchzuführen und abwechselnd eine Datenausgabe durchzuführen. Die Leseeinheit (50) gibt Daten Dout aus gemäß einer Menge eines Lichts, das auf eine Fotodiode der Pixeleinheit (P_m,n) einfällt, auf Grundlage der Daten, die abwechselnd von den Halteschaltkreisen (H_1,n, und H_2,n) der Halteeinheit (30) ausgegeben worden sind).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung.
Hintergrundtechnik
Eine Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung enthält eine Lichtempfangseinheit mit einer Vielzahl von Pixeleinheiten, die eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind, und jede Pixeleinheit hat eine Fotodiode, die eine Ladungsmenge gemäß einer Menge eines einfallenden Lichtes erzeugt. Solch eine Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung kann ein eindimensionales oder zweidimensionales Bild akquirieren. Es ist häufig erforderlich, dass die Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung eine Rauschkomponente aus von jeder Pixeleinheit ausgegebenen Daten entfernt, und eine hochpräzise Bildaufnahme erreicht.
Eine Erfindung, die zum Ermöglichen einer hochpräzisen Bildaufnahme beabsichtigt ist, ist in Patentliteratur 1 offenbart. In der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung der Erfindung, die in dieser Literatur offenbart ist, wird eine Differenz erhalten zwischen Daten nur einer Rauschkomponente, die von einer Pixeleinheit ausgegeben worden ist, und Daten, in denen die Rauschkomponente einer Signalkomponente überlagert ist, die von der Pixeleinheit ausgegeben worden ist, um dadurch Daten der Signalkomponente zu erhalten, von denen die Rauschkomponente entfernt worden ist, und um eine hochpräzise Bildaufnahme durchzuführen.
Zitierungsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2006-129221

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Es kann erforderlich sein, dass die Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung nicht nur eine hochpräzise Bildaufnahme sondern auch eine Hochgeschwindigkeitsbildaufnahme durchführt. Jedoch ist die Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung der in Patentliteratur 1 offenbarten Erfindung beim Durchführen einer Hochgeschwindigkeitsbildaufnahme beschränkt. Ferner kann eine Bereitstellung von zwei Schaltkreisen berücksichtigt werden, die Daten von der Pixeleinheit lesen, um sowohl eine hochpräzise Bildaufnahme als auch eine Hochgeschwindigkeitsbildaufnahme zu ermöglichen, aber in diesem Fall nimmt das Schaltkreisausmaß zu.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um das obige Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung bereitzustellen, die fähig ist, sowohl eine hochpräzise Bildaufnahme als auch eine Hochgeschwindigkeitsbildaufnahme und ein Unterdrücken eines Anstiegs im Schaltkreisausmaß zu erreichen.
Lösung des Problems
Die Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält (1) eine Lichtempfangseinheit mit M×N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_M,N, die in M Reihen in N Spalten angeordnet sind, wobei jede Pixeleinheit P_m,n eine Fotodiode, die eine Ladungsmenge gemäß einer Menge eines einfallenden Lichts erzeugt, und einen Ladungsakkumulationsabschnitt enthält, der die Ladung akkumuliert, und wobei die Lichtempfangseinheit Daten gemäß einer Akkumulationsladungsmenge in dem Ladungsakkumulationsabschnitt ausgibt; (2) eine Halteeinheit mit 2N Halteschaltkreisen H_1,1 bis H_2,N, wobei jeder der Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n Daten abtastet, hält und ausgibt, die von irgendeiner der M Pixeleinheiten P_1,n bis P_M,n ausgegeben worden sind auf einer n-ten Spalte der Lichtempfangseinheit; (3) eine Leseeinheit, die ausgestaltet ist zum Empfangen von Daten, die von beiden oder einem der Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n der Halteeinheit ausgegeben worden sind, und zum Ausgeben von Daten gemäß einer Menge eines Lichts, das auf die Fotodiode der Pixeleinheit P_m,n einfällt, auf Grundlage der empfangenen Daten; und (4) eine Steuereinheit, die ausgestaltet ist zum Steuern einer Operation jeder der Halteeinheit und der Leseeinheit. Hier ist M eine ganze Zahl gleich oder mehr als 1, ist N eine ganze Zahl gleich oder mehr als 2, ist m eine sich von 1 bis M erstreckende ganze Zahl, und ist n eine sich von 1 bis N erstreckende ganze Zahl.
Ferner veranlasst in der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung der vorliegenden Erfindung die Steuereinheit a) in einem ersten Operationsmodus die Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n der Halteeinheit, parallel zu arbeiten, um abwechselnd ein Datenabtasten durchzuführen und abwechselnd eine Datenausgabe durchzuführen, und die Leseeinheit, die Daten auszugeben gemäß einer Menge eines Lichts, das auf die Fotodiode der Pixeleinheit P_m,n einfällt, auf Grundlage der Daten, die abwechselnd von den Halteschaltkreisen H_1,n und H_2,n der Halteeinheit ausgegeben worden sind, und b) veranlasst in einem zweiten Operationsmodus die Pixeleinheit P_m,n der Lichtempfangseinheit, Daten einer Rauschkomponente zu einer ersten Zeit auszugeben und Daten gemäß der Akkumulationsladungsmenge zu einer zweiten Zeit auszugeben, einen der Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n der Halteeinheit, ein Datenabtasten zu der ersten Zeit durchzuführen, und den anderen, ein Datenabtasten zu der zweiten Zeit durchzuführen, und die Leseeinheit, die Daten auszugeben gemäß einer Menge eines Lichts, das auf die Fotodiode der Pixeleinheit P_m,n einfällt, auf Grundlage einer Differenz zwischen den Daten, die von den jeweiligen Halteschaltkreisen H_1,n und H_2,n der Halteeinheit ausgegeben worden sind.
In der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die Steuereinheit, in dem ersten Operationsmodus, für manche von N Spalten der Lichtempfangseinheiten die Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n der Halteeinheit veranlassen, parallel zu arbeiten, um abwechselnd ein Datenabtasten durchzuführen und abwechselnd eine Datenausgabe durchzuführen, und die Leseeinheit veranlassen, die Daten auszugeben gemäß einer Menge eines Lichts, das auf die Fotodiode der Pixeleinheit P_m,n einfällt, auf Grundlage der Daten, die abwechselnd von den Halteschaltkreisen H_1,n und H_2,n der Halteeinheit ausgegeben worden sind.
In der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die Leseeinheit enthalten: (1) einen Verstärker mit einem Invertierungseingangsanschluss, einem Nicht-Invertierungseingangsanschluss, einem Invertierungsausgangsanschluss und einem Nicht-Invertierungsausgangsanschluss, wobei der Verstärker Daten, die von einem der Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n der Halteeinheit ausgegeben worden sind, bei dem Invertierungseingangsanschluss empfängt und Daten, die von dem anderen ausgegeben worden sind, bei dem Nicht-Invertierungseingangsanschluss empfängt; (2) einen ersten Kondensator, der zwischen dem Invertierungseingangsanschluss und dem Nicht-Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers bereitgestellt ist; (3) einen zweiten Kondensator, der zwischen dem Nicht-Invertierungseingangsanschluss und dem Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers bereitgestellt ist; (4) eine erste Initialisierungseinheit, die ausgestaltet ist zum Initialisieren eines Potentials von jedem des Invertierungseingangsanschlusses und des Nicht-Invertierungsausgangsanschlusses des Verstärkers; und (5) eine zweite Initialisierungseinheit, die ausgestaltet ist zum Initialisieren eines Potentials von jedem des Nicht-Invertierungseingangsanschlusses und des Invertierungsausgangsanschlusses des Verstärkers.
Die Leseeinheit kann ferner eine AD-Umwandlungseinheit enthalten, die einen ersten Eingangsanschluss und einen zweiten Eingangsanschluss hat, die Daten, die von einem von dem Nicht-Invertierungsausgangsanschluss und dem Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers ausgegeben worden sind, bei dem ersten Eingangsanschluss empfängt, die Daten, die von dem anderen ausgegeben worden sind, bei dem zweiten Eingangsanschluss empfängt, und einen Digitalwert gemäß einer Differenz zwischen den Daten, die bei dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss eingegeben worden sind, ausgibt. Die Leseeinheit kann ferner eine Ausgangsumschalteinheit enthalten, die eine Verbindung zwischen dem Nicht-Invertierungsausgangsanschluss und dem Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers und dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss der AD-Umwandlungseinheit umschaltet. Die Leseeinheit kann ferner eine Eingangsumschalteinheit enthalten, die eine Verbindung zwischen den Halteschaltkreisen H_1,n und H_2,n der Halteeinheit und dem Invertierungseingangsanschluss und dem Nicht-Invertierungseingangsanschluss des Verstärkers umschaltet.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung der vorliegenden Erfindung kann sowohl eine hochpräzise Bildaufnahme als auch eine Hochgeschwindigkeitsbildaufnahme erreichen und kann einen Anstieg im Schaltkreisausmaß unterdrücken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das eine Ausgestaltung einer Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
2 ist ein Diagramm, das eine Schaltkreisausgestaltung von jeder von einer Pixeleinheit P_m,n, Halteschaltkreisen H_1,n und H_2,n und einer Leseeinheit 50 der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform veranschaulicht.
3 ist ein Diagramm, das eine Schaltkreisausgestaltung einer Reihenauswahleinheit 20 der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform veranschaulicht.
4 ist ein Diagramm, das eine Schaltkreisausgestaltung einer Spaltenauswahleinheit 40 der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform veranschaulicht.
5 ist ein Diagramm, das eine Übersicht einer Operation der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform veranschaulicht.
6 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation (Rolling-Shutter-Schema) in einem ersten Operationsmodus der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform veranschaulicht.
7 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation (Global-Shutter-Schema) in dem ersten Operationsmodus der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform veranschaulicht.
8 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation (Rolling-Shutter-Schema) in einem zweiten Operationsmodus der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform veranschaulicht.
9 ist ein Diagramm, das ein Modifizierungsbeispiel der Schaltkreisausgestaltung der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform veranschaulicht.
Beschreibung der Ausführungsformen
Hier werden im Nachfolgenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden. Ferner sind dieselben Elemente mit denselben Zeichen bei der Beschreibung der Zeichnungen bezeichnet, und eine wiederholte Beschreibung wird weggelassen werden.
1 ist ein Diagramm, das eine Ausgestaltung einer Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform veranschaulicht. Die Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 enthält eine Lichtempfangseinheit 10, eine Reihenauswahleinheit 20, eine Halteeinheit 30, eine Spaltenauswahleinheit 40, eine Leseeinheit 50 und eine Steuereinheit 60.
Die Lichtempfangseinheit 10 enthält M×N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_M,N. Die M×N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_M,N haben eine gemeinsame Ausgestaltung und sind in M Reihen und N Spalten angeordnet. Jede Pixeleinheit P_min befindet sich in einer m-ten Reihe und n-ten Spalte. Hier ist M eine ganze Zahl gleich oder mehr als 1, ist N eine ganze Zahl gleich oder mehr als 2, ist m eine sich von 1 bis M erstreckende ganze Zahl, und n ist eine sich von 1 bis N erstreckende ganze Zahl. Wenn M = 1, sind ferner 1×N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_1,N eindimensional angeordnet. Wenn M ≥ 2, sind die M×N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_M,N zweidimensional angeordnet. Hier wird im Nachfolgenden ein Fall beschrieben werden, in dem M ≥ 2.
Jede Pixeleinheit P_m,n enthält eine Fotodiode, die eine Ladungsmenge gemäß einer Menge eines einfallenden Lichtes erzeugt, und einen Ladungsakkumulationsabschnitt, der die Ladung akkumuliert. Jede Pixeleinheit P_m,n akkumuliert die durch die Fotodiode erzeugte Ladung in dem Ladungsakkumulationsabschnitt und gibt Daten gemäß einer Menge einer akkumulierten Ladung in dem Ladungsakkumulationsabschnitt an eine Lesesignalleitung L_n auf Grundlage vielfältiger Steuersignale aus, die von der Reihenauswahleinheit 20 via eine Steuersignalleitung empfangen worden sind.
Die Reihenauswahleinheit 20 gibt vielfältige Steuersignale zum Steuern einer Operation jeder Pixeleinheit P_m,n der Lichtempfangseinheit 10 aus. Genauer genommen veranlasst die Reihenauswahleinheit 20 jede Pixeleinheit P_m,n, die durch die Fotodiode erzeugte Ladung in dem Ladungsakkumulationsabschnitt zu akkumulieren. Ferner wählt die Reihenauswahleinheit 20 jede Reihe in der Lichtempfangseinheit 10 aus und veranlasst jede Pixeleinheit P_m,n in jeder Reihe, die Daten gemäß der Akkumulationsladungsmenge in dem Ladungsakkumulationsabschnitt an die Lesesignalleitung L_n auszugeben.
Die Halteeinheit 30 enthält 2N Halteschaltkreise H_1,1 bis H_2,N. Die 2N Halteschaltkreise H_1,1 bis H_2,N haben eine gemeinsame Konfiguration. Die Halteschaltkreise H_1,n bis H_2,n sind mit der Lesesignalleitung L_n verbunden und tasten Daten ab und halten diese, die von den jeweiligen Pixeleinheiten P_m,n in der m-ten Reihe in der Lichtempfangseinheit 10, ausgewählt durch die Reihenauswahleinheit 20, an die Lesesignalleitung L_n ausgegeben werden. Der Halteschaltkreis H_1,n gibt die gehaltenen Daten an eine Signalleseleitung Hline1 aus. Der Halteschaltkreis H_2,n gibt die gehaltenen Daten an eine Signalleseleitung Hline2 aus. Operation-Timings der jeweiligen Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n sind voneinander unterschiedlich.
Die Spaltenauswahleinheit 40 gibt vielfältige Steuersignale zum Steuern der Operation der 2N Halteschaltkreise H_1,1 bis H_2,N der Halteeinheit 30 aus. Genauer genommen veranlasst die Spaltenauswahleinheit 40 jeden Halteschaltkreis, ein Datenabtasten zu einer vorbestimmten Zeit durchzuführen und eine Datenausgabe zu einer vorbestimmten Zeit durchzuführen.
Die Leseeinheit 50 empfängt die Daten, die von beiden oder einem der Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n der Halteeinheit 40 ausgegeben worden sind, und gibt Dout gemäß einer Menge eines Lichts, das auf die Fotodiode der Pixeleinheit P_m,n einfällt, auf Grundlage der empfangenen Daten aus.
Die Steuereinheit 60 steuert eine Operation von jeder der Reihenauswahleinheit 20, der Halteeinheit 30, der Spaltenauswahleinheit 40 und der Leseeinheit 50. Die Kontrolleinheit 60 steuert eine Operation der Lichtempfangseinheit 10 durch Steuern der Operation der Reihenauswahleinheit 20 und steuert die Operation der Halteeinheit 30 durch Steuern der Operation der Spaltenauswahleinheit 40.
2 ist eine Diagramm, das eine Schaltkreisausgestaltung von jeder der Pixeleinheit P_m,n, den Halteschaltkreisen H_1,n und H_2,n und der Leseeinheit 50 der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform veranschaulicht. In 2 ist die Pixeleinheit P_m,n in einer m-ten Reihe und einer n-ten Spalte unter den M×N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_M,N in der Lichtempfangseinheit 10 als ein typisches Beispiel gezeigt, und die Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n in der Halteeinheit 30, die mit der Pixeleinheit P_m,n durch die Lesesignalleitung L_n verbunden sind, sind gezeigt.
Jede Pixeleinheit P_m,n ist eine Pixeleinheit in einem APS-(Active Pixel Sensor)Schema und enthält eine Fotodiode PD und fünf MOS-Transistoren T1, T2, T3, T4 und T5. Wie in 2 veranschaulicht, sind der Transistor T1, der Transistor T2 und die Fotodiode PD sequenziell in Reihe geschaltet, wird eine Referenzspannung Vr an einen Drain-Anschluss des Transistors T1 eingegeben, und ein Anodenanschluss der Fotodiode PD ist geerdet. Ein Verbindungsanschluss zwischen dem Transistor T1 und dem Transistor T2 ist mit einem Gate-Anschluss des Transistors T3 via den Transistor T5 verbunden.
Die Referenzspannung Vr wird an einen Drain-Anschluss des Transistors T3 eingegeben. Ein Source-Anschluss des Transistors T3 ist mit einem Drain-Anschluss des Transistors T4 verbunden. Ein Source-Anschluss des Transistors T4 jeder Pixeleinheit P_m,n ist mit der Lesesignalleitung L_n verbunden. Eine Konstantstromquelle ist mit der Lesesignalleitung L_n verbunden.
Ein von der Reihenauswahleinheit 20 ausgegebenes Reset(m) Signal wird an einen Gate-Anschluss des Transistors T1 zum Zurücksetzen jeder Pixeleinheit P_m,n eingegeben. Ein von der Reihenauswahleinheit 20 ausgegebenes Trans(m) Signal wird an einen Gate-Anschluss des Transistors T2 für einen Transfer jeder Pixeleinheit P_m,n eingegeben. Ein von der Reihenauswahleinheit 20 ausgegebenes Hold(m) Signal wird an einen Gate-Anschluss des Transistors T5 zum Halten jeder Pixeleinheit P_m,n eingegeben. Ein von der Reihenauswahleinheit 20 ausgegebenes Address(m) Signal wird an einen Gate-Anschluss des Transistors T4 für eine Ausgangsauswahl jeder Pixeleinheit P_m,n eingegeben. Diese Steuersignale (das Reset(m) Signal, das Trans(m) Signal, das Hold(m) Signal und das Address(m) Signal) werden gemeinsam von der Reihenauswahleinheit 20 an die N Pixeleinheiten P_m,1 bis P_m,N in der m-ten Reihe eingegeben.
Wenn das Reset(m) Signal, das Trans(m) Signal und das Hold(m) Signal bei einem hohen Pegel sind, wird ein Sperrschichtkapazitätsabschnitt (Engl.: junction capacitance portion) der Fotodiode PD entladen, und ein mit dem Gate-Anschluss des Transistors T3 verbundener Diffusionsbereich (Ladungsakkumulationsabschnitt) wird entladen. Wenn das Trans(m) Signal bei einem niedrigen Pegel ist, wird die durch die Fotodiode PD erzeugte Ladung in dem Sperrschichtkapazitätsabschnitt akkumuliert. Wenn das Reset(m) Signal bei einem niedrigen Pegel ist, und das Trans(m) Signal und das Hold(m) Signal bei einem hohen Pegel sind, wird die in dem Sperrschichtkapazitätsabschnitt der Fotodiode PD akkumulierte Ladung an den mit dem Gate-Anschluss des Transistors T3 verbundenen Diffusionsbereich (Ladungsakkumulationsabschnitt) transferiert und dort akkumuliert.
Wenn das Address(m) Signal bei einem hohen Pegel ist, werden Daten (Daten einer Signalkomponente, denen eine Rauschkomponente überlagert ist) gemäß einer Ladungsmenge, die in dem mit dem Gate-Anschluss des Transistors T3 verbundenen Diffusionsbereich (Ladungsakkumulationsabschnitt) akkumuliert worden ist, an die Lesesignalleitung L_n via den Transistor T4 ausgegeben. Das heißt, dass der Transistor T4 als ein Schalter zum Ausgeben der Daten gemäß der Menge einer akkumulierten Ladung in dem Ladungsakkumulationsabschnitt an die Lesesignalleitung L_n dient. Wenn der Ladungsakkumulationsabschnitt in einem Entladungszustand ist, werden ferner Daten nur der Rauschkomponente an die Lesesignalleitung L_n via den Transistor T4 ausgegeben.
Der Halteschaltkreis H_1,n enthält ein Kapazitätselement C₃ und vier Schalter SW₃₁ bis SW₃₄. In dem Halteschaltkreis H_1,n ist ein Anschluss des Kapazitätselementes C₃ mit der Lesesignalleitung L_n via den Schalter SW₃₁ verbunden, und eine Referenzspannung Vref1 wird via den Schalter SW₃₂ eingegeben. Der andere Anschluss des Kapazitätselementes C₃ ist mit der Lesesignalleitung Hline1 via den Schalter SW₃₃ verbunden, und eine Referenzspannung Vref2 wird via den Schalter SW₃₄ eingegeben. Die Schalter SW₃₁ und SW₃₉ werden gemäß einem Pegel des Set1 Signals, das von der Steuereinheit 60 ausgegeben worden ist, geöffnet oder geschlossen. Der Schalter SW₃₂ wird geöffnet oder geschlossen gemäß einem Pegel eines Hshift b1(n) Signals, das von der Spaltenauswahleinheit 40 ausgegeben worden ist. Der Schalter SW₃₃ wird geöffnet oder geschlossen gemäß einem Pegel eines Hshift a1(n) Signals, das von der Spaltenauswahleinheit 40 ausgegeben worden ist. Das Set1 Signal wird gemeinsam an die N Halteschaltkreise H_1,1 bis H_1,N eingegeben.
Wenn die Schalter SW₃₂ und SW₃₃ bei niedrigen Pegeln des Hshift a1(n) Signals und des Hshift b1(n) Signals geöffnet sind/werden, falls das Set1 Signal von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel zu einer vorbestimmten Zeit wechselt, und die Schalter SW₃₁ und SW₃₄ von einem geschlossenen Zustand zu einem geöffneten Zustand wechseln, akkumuliert der Halteschaltkreis H_1,n die Ladungsmenge gemäß den Daten, die an die Lesesignalleitung L_n ausgegeben worden sind, zu dieser Zeit in dem Kapazitätselement C₃ und führt ein Datenabtasten durch. Danach, wenn das Hshift a1(n) Signal zu einem hohen Pegel dreht, und der Schalter SW₃₃ zu einem geschlossenen Zustand dreht, und das Hshift b1(n) Signal zu einem hohen Pegel dreht, und der Schalter SW₃₂ zu einem geschlossenen Zustand dreht, gibt der Halteschaltkreis H_1,n die in dem Kapazitätselement C3 gehaltenen Daten an die Lesesignalleitung Hline1 aus.
Der Halteschaltkreis H_2,n enthält außerdem ein Kapazitätselement C₃ und vier Schalter SW₃₁ bis SW₃₄. In dem Halteschaltkreis H_2,n ist ein Anschluss des Kapazitätselementes C₃ mit der Lesesignalleitung L_n via den Schalter SW₃₁ verbunden, und die Referenzspannung Vref1 wird via den Schalter SW₃₂ eingegeben. Der andere Anschluss des Kapazitätselementes C₃ ist mit der Lesesignalleitung Hline2 via den Schalter SW₃₃ verbunden, und die Referenzspannung Vref2 wird via den Schalter SW₃₄ eingegeben. Die Schalter SW₃₁ und SW₃₄ werden geöffnet oder geschlossen gemäß dem Pegel des von der Steuereinheit 60 ausgegebenen Set2 Signals. Der Schalter SW₃₂ wird geöffnet oder geschlossen gemäß einem Pegel eines von der Spaltenauswahleinheit 40 ausgegebenen Hshift b2(n) Signals. Der Schalter SW₃₃ wird geöffnet oder geschlossen gemäß einem Pegel eines von der Spaltenauswahleinheit 40 ausgegebenen Hshift a2(n) Signals. Das Set2 Signal wird gemeinsam an die N Halteschaltkreise H_2,1 bis H_2,N eingegeben.
Wenn die Schalter SW₃₂ und SW₃₃ geöffnet sind/werden bei niedrigen Pegeln des Hshift a2(n) Signals und des Hshift b2(n) Signals, falls das Set2 Signal von dem hohen Pegel zu dem niedrigen Pegel zu einer vorbestimmten Zeit wechselt, und die Schalter SW₃₁ und SW₃₄ von einem geschlossenen Zustand zu einem geöffneten Zustand wechseln, akkumuliert der Halteschaltkreis H_2,n die Ladungsmenge gemäß den Daten, die an die Lesesignalleitung L_n ausgegeben worden sind, zu dieser Zeit in dem Kapazitätselement C₃, und führt ein Datenabtasten durch. Danach, wenn das Hshift a2(n) Signal zu einem hohen Pegel dreht, und der Schalter SW₃₃ zu einem geschlossenen Zustand dreht, und das Hshift b2(n) Signal zu einem hohen Pegel dreht, und der Schalter SW₃₂ zu einem geschlossenen Zustand dreht, gibt der Halteschaltkreis H_2,n die in dem Kapazitätselement C₃ gehaltenen Daten an die Lesesignalleitung Hline2 aus.
Die Leseeinheit 50 enthält einen Volldifferenzialverstärker A₅, Kapazitätselemente C₅₁ und C₅₂, Schalter SW₅₁ bis SW₅₄, Schalter SW₅₅ bis SW₅₈ und eine AD-Umwandlungseinheit 51.
Der Verstärker A₅ hat einen Invertierungseingangsanschluss, einen Nicht-Invertierungseingangsanschluss, einen Invertierungsaungangsanschluss und einen Nicht-Invertierungsausgangsanschluss. Das Kapazitätselement C₅₁ ist zwischen dem Invertierungseingangsanschluss und dem Nicht-Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers A₅ bereitgestellt. Das Kapazitätselement C₅₂ ist zwischen dem Nicht-Invertierungseingangsanschluss und dem Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers A₅ bereitgestellt. Kapazitätswerte der Kapazitätselemente C₅₁ und C₅₂ sind gleich zueinander. Der Verstärker A₅ empfängt Daten, die von dem Halteschaltkreis H_1,n an die Lesesignalleitung Hline1 ausgegeben worden sind, bei dem Invertierungseingangsanschluss und empfängt Daten, die von dem Halteschaltkreis H_2,n an die Lesesignalleitung Hline2 ausgegeben worden sind, bei dem Nicht-Invertierungseingangsanschluss.
Das Referenzpotential Vref2 wird an den Invertierungseingangsanschluss des Verstärkers A₅ via den Schalter SW₅₁ eingegeben. Das Referenzpotential Vref2 wird an den Nicht-Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers A₅ via den Schalter SW₅₂ eingegeben. Das Referenzpotential Vref2 wird an den Nicht-Invertierungseingangsanschluss des Verstärkers A₅ via den Schalter SW₅₃ eingegeben. Das Referenzpotential Vref2 wird an den Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers A₅ via den Schalter SW₅₄ eingegeben. Wenn ein von der Steuereinheit 60 gegebenes Freset Signal bei einem hohen Pegel ist, sind/werden die Schalter SW₅₁ und SW₅₂ geschlossen, und jeweilige Potentiale des Invertierungseingangsanschlusses und des Nicht-Invertierungsausgangsanschlusses des Verstärkers A₅ können initialisiert werden. Wenn das von der Steuereinheit 60 gegebene Freset Signal bei einem hohen Pegel ist, sind/werden die Schalter SW₅₃ und SW₅₄ geschlossen, und jeweilige Potentiale des Nicht-Invertierungseingangsanschlusses und des Invertierungsausgangsanschlusses des Verstärkers A₅ können initialisiert werden.
Die AD-Umwandlungseinheit 51 hat einen ersten Eingangsanschluss 51 ₁ und einen zweiten Eingangsanschluss 51 ₂ und gibt einen Digitalwert Dout gemäß einer Differenz zwischen Daten, die an den ersten Eingangsanschluss 51 ₁ eingegeben worden sind, und Daten, die an den zweiten Eingangsanschluss 51 ₂ eingegeben worden sind, aus.
Der Schalter SW₅₅ ist zwischen dem Nicht-Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers A₅ und dem ersten Eingangsanschluss 51 ₁ der AD-Umwandlungseinheit 51 bereitgestellt. Der Schalter SW₅₆ ist zwischen dem Nicht-Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers A₅ und dem zweiten Eingangsanschluss 51 ₂ der AD-Umwandlungseinheit 51 bereitgestellt. Der Schalter SW₅₇ ist zwischen dem Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers A₅ und dem ersten Eingangsanschluss 51 ₁ der AD-Umwandlungseinheit 51 bereitgestellt. Der Schalter SW₅₈ ist zwischen dem Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers A₅ und dem zweiten Eingangsanschluss 51 ₂ der AD-Umwandlungseinheit 51 bereitgestellt.
Wenn das von der Steuereinheit 60 gegebene S1 Signal bei einem hohen Pegel ist, sind/werden die Schalter SW₅₅ und SW₅₈ geschlossen. Wenn das von der Steuereinheit 60 gegebene S2 Signal bei einem hohen Pegel ist, sind/werden die Schalter SW₅₆ und SW₅₇ geschlossen. Wenn eines von dem S1 Signal und dem S2 Signal bei einem hohen Pegel ist, ist das andere bei einem niedrigen Pegel, und wenn einer der Schalter SW₅₅ und SW₅₈ und der Schalter SW₅₆ und SW₅₇ in einem geschlossenen Zustand ist, ist der andere in einem geöffneten Zustand. Die Schalter SW55 bis SW58 bilden eine Ausgangsumschalteinheit, die eine Verbindung zwischen dem Nicht-Invertierungsausgangsanschluss und dem Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers A₅ und dem ersten Eingangsanschluss 51 ₁ und dem zweiten Eingangsanschluss 51 ₂ der AD-Umwandlungseinheit 51 umschaltet.
3 ist ein Diagramm, das eine Schaltkreisausgestaltung der Reihenauswahleinheit 20 der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform veranschaulicht. Die Reihenauswahleinheit 20 empfängt das Reihenauswahlsignal, das Reset Signal, das Trans Signal, das Hold Signal und das Address Signal, die von der Steuereinheit 60 ausgegeben worden sind. Das Reihenauswahlsignal ist ein Signal zum Auswählen der Reihe, auf der die Ladungsakkumulationsoperation, die Datenausgabeoperation und dergleichen durchgeführt werden sollen, unter den M Reihen der Lichtempfangseinheit 10. Der Decodierer 21 gibt jeweilige Signale vshift(1) bis vshift(M) aus, die Pegel haben, die auf Grundlage des Eingangsreihe-Auswahlsignals gesetzt sind. Wenn die durch das Eingangsreihe-Auswahlsignal ausgewählte Reihe die m-te Reihe ist, ist das vshift(m) Signal selektiv bei einem hohen Pegel.
In der Reihenauswahleinheit 20 sind M Sätze von NAND-Schaltkreisen 22 bis 25 und INV-Schaltkreisen 26 bis 29 bereitgestellt, aber nur der Satz, an den das vshift(m) Signal eingegeben wird, ist in 3 veranschaulicht. Der NAND-Schaltkreis 22 und der INV-Schaltkreis 26 geben ein Reset(m) Signal aus, das ein logisches Produkt des vshift(m) Signals und des Reset Signals ist. Der NAND-Schaltkreis 23 und der INV-Schaltkreis 27 geben ein Trans(m) Signal aus, das ein logisches Produkt des vshift(m) Signals und des Trans Signals ist. Der NAND-Schaltkreis 24 und der INV-Schaltkreis 28 geben ein Hold(m) Signal aus, das ein logisches Produkt des vshift(m) Signals und des Hold Signals ist. Der NAND-Schaltkreis 25 und der INV-Schaltkreis 29 geben ein Address(m) Signal aus, das ein logisches Produkt des vshift(m) Signals und des Address Signals ist.
4 ist ein Diagramm, das eine Schaltkreisausgestaltung der Spaltenauswahleinheit 40 der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform veranschaulicht. Die Spaltenauswahleinheit 40 empfängt das Spaltenauswahlsignal, das Hshift a1 Signal, das Hshift b1 Signal, das Hshift a2 Signal und das Hshift b2 Signal, die von der Steuereinheit 60 ausgegeben worden sind. Das Spaltenauswahlsignal ist ein Signal zum Auswählen einer Spalte, auf der eine Datenausgabe durchgeführt werden soll, unter den N Spalten der Halteeinheit 30. Ein Decodierer 41 gibt die jeweiligen Signale hshift(1) bis hshift(N) aus, die Pegel haben, die auf Grundlage des Eingangsspalte-Auswahlsignals gesetzt sind. Wenn die durch das Eingangsspalte-Auswahlsignal ausgewählte Spalte eine n-te Spalte ist, ist das hshift(n) Signal selektiv bei einem hohen Pegel.
In der Spaltenauswahleinheit 40 sind N Sätze von NAND-Schaltkreisen 42 bis 45 und INV-Schaltkreisen 46 bis 49 bereitgestellt, aber nur der Satz, an den das hshift(n) Signal eingegeben wird, ist in 4 veranschaulicht. Der NAND-Schaltkreis 42 und der INV-Schaltkreis 46 geben ein Hshift a1(n) Signal aus, das ein logisches Produkt des hshift(n) Signals und des Hshift a1 Signals ist. Der NAND-Schaltkreis 43 und der INV-Schaltkreis 47 geben ein Hshift b1(n) Signal aus, das ein logisches Produkt des hshift(n) Signals und des Hshift b1 Signals ist. Der NAND-Schaltkreis 44 und der INV-Schaltkreis 48 geben ein Hshift a2(n) Signal aus, das ein logisches Produkt des hshift(n) Signals und des Hshift a2 Signals ist. Der NAND-Schaltkreis 45 und der INV-Schaltkreis 49 geben ein Hshift b2(n) Signal aus, das ein logisches Produkt des hshift(n) Signals und des Hshift b2 Signals ist.
5 ist ein Diagramm, das eine Übersicht der Operation der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform veranschaulicht. Die Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 hat wenigstens einen ersten Operationsmodus und einen zweiten Operationsmodus, in denen Aspekte der Steuerung durch die Steuereinheit 60 sich voneinander unterscheiden. In 5 verweist ”Transfer” auf ein Abtasten der Daten, die von der Pixeleinheit P_m,n ausgegeben worden sind, auf einer gewissen Reihe der Lichtempfangseinheit 10, mit Verwendung des Halteschaltkreises H_1,n oder H_2,n der Halteeinheit 30. ”Lesen” verweist auf ein Lesen der Daten, die durch den Halteschaltkreis H_1,n, oder H_2,n der Halteeinheit 30 gehalten sind, als die Daten Dout mit Verwendung der Leseeinheit 50.
In dem in 5(a) veranschaulichten ersten Operationsmodus arbeiten die Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n der Halteeinheit 30 parallel, um abwechselnd ein Datenabtasten durchzuführen und abwechselnd Daten auszugeben. Das heißt, dass eine Periode, in der einer der Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n das Datenabtasten durchführt, und eine Periode, in der der andere die Datenausgabe durchführt, wenigstens teilweise überlappen. Gemäß davon, welcher der Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n die Datenausgabe durchführt, ist irgendeines von dem S1 Signal und dem S2 Signal bei einem hohen Pegel und einer der Schalter SW₅₅ und SW₅₈ und der Schalter SW₅₆ und SW₅₇ tritt in einen geschlossenen Zustand ein. Außerdem gibt die Leseeinheit 50 die Daten Dout aus gemäß der Menge des Lichts, das auf die Fotodiode der Pixeleinheit P_m,n einfällt, auf Grundlage der Daten, die abwechselnd von den Halteschaltkreisen H_1,n und H_2,n der Halteeinheit 30 ausgegeben worden sind.
Wie in 5(a) veranschaulicht, wenn angenommen wird, dass eine ganze Zahl von 1 bis N/2 k ist, werden Daten jeder Pixeleinheit P_2k-1,n auf der (2k – 1)-ten Reihe durch den Halteschaltkreis H_1,n abgetastet, und die durch den Halteschaltkreis H_1,n gehaltenen Daten werden als die Daten Dout durch die Leseeinheit 50 während einer Periode T_2k-1 gelesen. Während einer Periode T_2k werden Daten jeder Pixeleinheit P_2k,n auf der 2k-ten Reihe durch den Halteschaltkreis H_2,n abgetastet, und die durch den Halteschaltkreis H_2,n gehaltenen Daten werden als die Daten Dout durch die Leseeinheit 50 gelesen. Eine Periode einer Datenausgabe durch den Halteschaltkreis H_1,n während der Periode T_2k-1 und eine Periode des Datenabtastens durch den Halteschaltkreis H_2,n während der Periode T_2k überlappen wenigstens teilweise. Eine Periode einer Datenausgabe durch den Halteschaltkreis H_2,n während der Periode T_2k und eine Periode eines Datenabtastens durch den Halteschaltkreis H_1,n während der Periode T_2k+1 überlappen wenigstens teilweise.
In dem in 5(b) gezeigten zweiten Operationsmodus gibt die Pixeleinheit P_m,n der Lichtempfangseinheit 10 Daten einer Rauschkomponente zu einer ersten Zeit aus und gibt die Daten gemäß der Akkumulationsladungsmenge zu einer zweiten Zeit aus. Einer der Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n der Halteeinheit 30 führt ein Datenabtasten zu der ersten Zeit aus, und der andere führt ein Datenabtasten zu der zweiten Zeit aus. Eines von dem S1 Signal und dem S2 Signal verbleibt bei einem hohen Pegel, das andere verbleibt bei einem niedrigen Pegel, einer der Schalter SW₅₅ und SW₅₈ und der Schalter SW₅₆ und SW₅₇ verbleibt in einen geschlossenen Zustand und der andere verbleibt in einem geöffneten Zustand. Außerdem gibt die Leseeinheit 50 die Daten Dout gemäß der Menge des Lichts aus, das auf die Fotodiode der Pixeleinheit P_m,n einfällt, auf Grundlage einer Differenz zwischen den Daten, die von den jeweiligen Halteschaltkreisen H_1,n und H_2,n der Halteeinheit 30 ausgegeben worden sind.
Wie in 5(b) veranschaulicht, werden während einer Periode T_m die Daten der Rauschkomponente jeder Pixeleinheit P_m,n in der m-ten Reihe durch den Halteschaltkreis H_1,n zu der ersten Zeit abgetastet, werden die Daten gemäß der Akkumulationsladungsmenge jeder Pixeleinheit P_m,n in der m-ten Reihe durch den Halteschaltkreis H_2,n zu der zweiten Zeit abgetastet, und dann wird die Differenz zwischen den Daten, die durch die jeweiligen Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n gehalten sind, als die Daten Dout von der Leseeinheit 50 gelesen. Ein Datenabtasten und eine Datenausgabe werden während einer Periode T_m+1 durchgeführt, im Anschluss an das Datenabtasten und die Datenausgabe während der Periode T_m.
Ferner sind sowohl in dem ersten Operationsmodus als auch dem zweiten Operationsmodus das Rolling-Shutter-Schema und das Global-Shutter-Schema beide möglich. In dem Rolling-Shutter-Schema (bzw. Rollender-Verschluss-Schema) wird die Ladungsakkumulationsperiode jeder Reihe der Lichtempfangseinheit 10 um eine konstante Zeitperiode verschoben. In dem Global-Shutter-Schema (bzw. Globaler-Verschluss-Schema) ist die Ladungsakkumulationsperiode gemeinsam unter all den Reihen der Lichtempfangseinheit 10.
Hier werden im Nachfolgenden Details der Operation der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform mit Verweis auf 6 bis 8 beschrieben werden. 6 veranschaulicht eine Operation (Rolling-Shutter-Schema) in dem ersten Operationsmodus. 7 veranschaulicht eine Operation (Global-Shutter-Schema) in dem ersten Operationsmodus. 8 veranschaulicht eine Operation (Rolling-Shutter-Schema) in dem zweiten Operationsmodus. Das Trans Signal, das Reset Signal, das Hold Signal und das Address Signal, die zur Steuerung der Operation der Pixeleinheit P_m,n verwendet werden, das Set1 Signal, das Hshift a1 Signal und das Hshift b1 Signal, die zur Steuerung der Operation des Halteschaltkreises H_1,n verwendet werden, das Set2 Signal, das Hshift a2 Signal und das Hshift b2 Signal, die zur Steuerung der Operation des Halteschaltkreises H_2,n verwendet werden, das Freset Signal, das S1 Signal und das S2 Signal, die zur Steuerung der Operation der Leseeinheit 50 verwendet werden, und die von der Leseeinheit 50 ausgegebenen Daten Dout sind sequenziell in 6 bis 8 veranschaulicht.
6 ist ein Zeitablaufdiagramm, das die Operation (Rolling-Shutter-Schema) in dem ersten Operationsmodus der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform veranschaulicht.
Eine Periode T₁ enthält eine Periode von Zeit t₁₁ bis Zeit t₃₁. Daten von jeder Pixeleinheit P_1,n in der ersten Reihe werden durch den Halteschaltkreis H_1,n während einer Periode von Zeit t₁₁ bis Zeit t₁₆ in der obigen Periode abgetastet, und die durch jeden Haltschaltkreis H_1,n gehaltenen Daten werden als die Daten Dout durch die Leseeinheit 50 während einer Periode von Zeit t₂₁ bis Zeit t₃₁ gelesen. In diesem Fall geben Ausgabedaten Dout eine Menge eines Lichtes an, das auf die Fotodioden PD der N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_1,N in der ersten Reihe einfällt.
Eine Periode T₂ enthält eine Periode von Zeit t₂₁ bis Zeit t₄₁. Daten von jeder Pixeleinheit P_2,n in der zweiten Reihe werden durch den Halteschaltkreis H_2,n während einer Periode von Zeit t₂₁ bis Zeit t₂₆ in der obigen Periode abgetastet, und die durch jeden Haltschaltkreis H_2,n gehaltenen Daten werden als die Daten Dout durch die Leseeinheit 50 während einer Periode von Zeit t₃₁ bis Zeit t₄₁ gelesen. In diesem Fall geben die Ausgabedaten Dout die Menge des Lichtes an, das auf die Fotodioden PD der N Pixeleinheiten P_2,1 bis P_2,N in der zweiten Reihe einfällt.
Dieselbe Operation wird für jede nachfolgende Reihe wiederholt, und die Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n arbeiten parallel, um abwechselnd ein Datenabtasten durchzuführen und abwechselnd eine Datenausgabe durchzuführen. Die Operation während jeder Periode T_m ist gemeinsam mit der Ausnahme, dass die Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n abwechselnd verwendet werden. Hier wird im Nachfolgenden die Operation in der Periode T₁ beschrieben werden.
Das Address(1) Signal wechselt zu einem hohen Pegel zur Zeit t₁₁, das Trans(1) Signal und das Set1 Signal wechseln zu einem hohen Pegel zur Zeit t₁₂, und das Set1 Signal wechselt zu einem niedrigen Pegel zur Zeit t₁₃. Während dieser Zeit verbleibt das Reset(1) Signal bei einem niedrigen Pegel, und das Hold(1) Signal verbleibt bei einem hohen Pegel. In jeder der Pixeleinheiten P_1,1 bis P_1,N in der ersten Reihe wird deshalb die in dem Sperrschichtkapazitätsabschnitt der Fotodiode PD akkumulierte Ladung an den Diffusionsbereich (Ladungsakkumulationsabschnitt) transferiert und darin gespeichert, der mit dem Gate-Anschluss des Transistors T3 verbunden ist, nach Zeit t₁₂. Daten gemäß einer Menge einer akkumulierten Ladung werden an die Lesesignalleitung L_n via den Transistor T4 ausgegeben und an den Halteschaltkreis H_1,n eingegeben. Auch in dem Halteschaltkreis H_1,n wechseln die Schalter SW₃₁ und SW₃₄ zu einem geöffneten Zustand, und die an die Lesesignalleitung L_n ausgegebenen Daten werden abgetastet und gehalten zur Zeit t₁₃, bei der das Set1 Signal zu dem niedrigen Pegel wechselt.
Nachdem das Datenabtasten durch den Halteschaltkreis H_1,n durchgeführt wird, wechselt das Reset(1) Signal zu einem hohen Pegel zur Zeit t₁₄, wechselt das Trans(1) Signal zu einem niedrigen Pegel zur Zeit t₁₅, und das Reset(1) Signal und das Address(1) Signal wechseln zu einem niedrigen Pegel zur Zeit t₁₆. Während einer Periode, in der das Trans(1) Signal, das Reset(1) Signal und das Hold(1) Signal bei einem hohen Pegel sind, wird der Sperrschichtkapazitätsabschnitt der Fotodiode PD entladen, und der mit dem Gate-Anschluss des Transistors T3 verbundene Diffusionsbereich (Ladungsakkumulationsabschnitt) wird auch entladen in jeder der N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_1,N in der ersten Reihe. Danach sind das Trans(1) Signal und das Reset(1) Signal bei einem niedrigen Pegel, und die in der Fotodiode PD gemäß dem Lichteinfall erzeugte Ladung wird in dem Sperrschichtkapazitätsabschnitt der Fotodiode PD akkumuliert, bis das nächste Lesen durchgeführt wird.
In der Leseeinheit 50 ist das S1 Signal bei einem hohen Pegel, und das S2 Signal ist bei einem niedrigen Pegel zwischen Zeit t₂₁ und Zeit t₃₁. Auch in dieser Periode sind in den N Halteschaltkreisen H_1,1 bis H_1,N Hshift al(n) und Hshift b1(n) sequenziell bei einem hohen Pegel, und die durch jeden Halteschaltkreis H_1,n gehaltenen Daten werden sequenziell an die Lesesignalleitung Hline1 ausgegeben und an die Leseeinheit 50 eingegeben. Nachdem das Freset Signal bei einem hohen Pegel ist, und die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse des Verstärkers A₅ initialisiert sind, werden in der Leseeinheit 50 die von jedem Halteschaltkreis H_1,n an die Lesesignalleitung Hline1 ausgegebenen Daten an den Invertierungseingangsanschluss des Verstärkers A₅ eingegeben, und ausgegebene Daten gemäß den eingegebenen Daten werden von dem Nicht-Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers A₅ während einer Periode ausgegeben, wenn das Freset Signal bei einem niedrigen Pegel ist. Auch in der AD-Umwandlungseinheit 51 werden die von dem Nicht-Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers A₅ ausgegebenen Daten AD-umgewandelt und als die Daten Dout ausgegeben.
7 ist ein Zeitablaufdiagramm, das die Operation (Global-Shutter-Schema) in dem ersten Operationsmodus der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform veranschaulicht.
Eine Periode T₁ enthält eine Periode von Zeit t₁₁ bis Zeit t₃₁. Daten jeder Pixeleinheit P_1,n in der ersten Reihe werden durch den Halteschaltkreis H_1,n während einer Periode von Zeit t₁₁ bis Zeit t₁₆ in der obigen Periode abgetastet, und die durch jeden Halteschaltkreis H_1,n gehaltenen Daten werden als die Daten Dout durch die Leseeinheit 50 während einer Periode von Zeit t₂₁ bis Zeit t₃₁ gelesen. In diesem Fall geben die Ausgabedaten Dout die Menge eines Lichtes an, das auf die Fotodioden PD der N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_1,N in der ersten Reihe einfällt.
Eine Periode T₂ enthält eine Periode von Zeit t₂₁ bis Zeit t₄₁. Daten jeder Pixeleinheit P_2,n in der zweiten Reihe werden durch den Halteschaltkreis H_2,n abgetastet während einer Periode von Zeit t₂₁ bis Zeit t₂₆ in der obigen Periode, und die durch jeden Haltschaltkreis H_2,n gehaltenen Daten werden als die Daten Dout durch die Leseeinheit 50 während einer Periode von Zeit t₃₁ bis Zeit t₄₁ gelesen. In diesem Fall geben die Ausgabedaten Dout die Menge eines Lichtes an, das auf die Fotodioden PD der N Pixeleinheiten P_2,1 bis P_2,N in der zweiten Reihe einfällt.
Dieselbe Operation wird für jede nachfolgende Reihe wiederholt, und die Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n arbeiten parallel, um abwechselnd ein Datenabtasten durchzuführen und abwechselnd eine Datenausgabe durchzuführen. Die Operation während jeder Periode T_m ist gemeinsam mit der Ausnahme, dass die Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n abwechselnd verwendet werden. In dem Fall des Global-Shutter-Schemas wird in sämtlichen der M×N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_M,N die in dem Sperrschichtkapazitätsabschnitt der Fotodiode PD akkumulierte Ladung an den Diffusionsbereich (Ladungsakkumulationsabschnitt) transferiert und darin akkumuliert, der mit dem Gate-Anschluss des Transistors T3 verbunden ist, während einer Periode T₀ (von Zeit t₀₁ bis Zeit t₁₁) vor der Periode T₁. Eine Operation während der Perioden T₀ und T₁ wird beschrieben werden.
Jedes Signal von Hold(1) bis Hold(M) wechselt zu einem hohen Pegel zur Zeit t₀₁, jedes Signal von Reset(1) bis Reset(M) wechselt zu einem niedrigen Pegel zur Zeit t₀₂, jedes Signal von Trans(1) bis Trans(M) wechselt zu einem hohen Pegel zur Zeit t₀₃, jedes Signal von Hold(1) bis Hold(M) wechselt zu einem niedrigen Pegel zur Zeit t₀₄, und jedes Signal von Reset(1) bis Reset(M) wechselt zu einem hohen Pegel zur Zeit t₁₁. Da jedes Signal von Reset(1) bis Reset(M) bei einem niedrigen Pegel ist, und jedes Signal von Trans(1) bis Trans(M) und jedes Signal von Hold(1) bis Hold (M) bei einem hohen Pegel zwischen Zeit t₀₃ und Zeit t₀₄ ist, wird die in dem Sperrschichtkapazitätsabschnitt der Fotodiode PD akkumulierte Ladung an den Diffusionsbereich (Ladungsakkumulationsabschnitt) transferiert und darin akkumuliert, der mit dem Gate-Anschluss des Transistors T3 verbunden ist, in sämtlichen der M×N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_M,N.
Danach, da jedes Signal von Trans(1) bis Trans(M) und jedes Signal von Reset(1) bis Reset(M) bei einem hohen Pegel zwischen Zeit t₁₁ und Zeit t₂₁ sind, wird der Sperrschichtkapazitätsabschnitt der Fotodiode PD in sämtlichen der M×N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_M,N entladen, und der mit dem Gate-Anschluss des Transistors T3 verbundene Diffusionsbereich (Ladungsakkumulationsabschnitt) wird entladen. Danach ist jedes Signal von Trans(1) bis Trans(M) bei einem niedrigen Pegel, und die in der Fotodiode PD gemäß einem Lichteinfall in sämtlichen der M×N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_M,N erzeugte Ladung wird in dem Sperrschichtkapazitätsabschnitt der Fotodiode PD akkumuliert, bis das nächste Lesen durchgeführt wird.
Das Address(1) Signal wechselt zu einem hohen Pegel zur Zeit t₁₁, das Set1 Signal wechselt zu einem hohen Pegel zur Zeit t₁₂, das Set1 Signal wechselt zu einem niedrigen Pegel zur Zeit t₁₃, und das Address(1) Signal wechselt zu einem niedrigen Pegel zur Zeit t₁₆. Während das Address(1) Signal bei einem hohen Pegel ist, werden die Daten gemäß der Ladungsmenge, die in dem Diffusionsbereich (Ladungsakkumulationsabschnitt) akkumuliert ist, der mit dem Gate-Anschluss des Transistors T3 verbunden ist, in jeder der N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_1,N in der ersten Reihe, an die Lesesignalleitung L_n via den Transistor T4 ausgegeben und an den Halteschaltkreis H_1,n eingegeben. Außerdem wechseln in dem Halteschaltkreis H_1,n die Schalter SW₃₁ und SW₃₄ zu einem geöffneten Zustand, und die an die Lesesignalleitung L_n ausgegebenen Daten werden abgetastet und zur Zeit t₁₃ gehalten, bei der das Set1 Signal zu einem niedrigen Pegel wechselt.
In der Leseeinheit 50 ist das S1 Signal bei einem hohen Pegel, und das S2 Signal ist bei einem niedrigen Pegel zwischen Zeit t₂₁ und Zeit t₃₁. Außerdem sind während dieser Periode in den N Halteschaltkreisen H_1,1 bis H_1,N Hshift a1(n) und Hshift b1(n) sequenziell bei einem hohen Pegel, und durch jeden Halteschaltkreis H_1,n gehaltene Daten werden sequenziell an die Lesesignalleitung Hline1 ausgegeben und an die Leseeinheit 50 eingegeben. In der Leseeinheit 50 ist das Freset Signal bei einem hohen Pegel, und die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse des Verstärkers A₅ werden initialisiert, und dann werden während einer Periode, in der das Freset Signal bei einem niedrigen Pegel ist, von jedem Halteschaltkreis H_1,n an die Lesesignalleitung Hline1 ausgegebene Daten an den Invertierungseingangsanschluss des Verstärkers A₅ eingegeben, und Ausgabedaten gemäß den Eingabedaten werden von dem Nicht-Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers A₅ ausgegeben. Außerdem werden in der AD-Umwandlungseinheit 51 von dem Nicht-Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers A₅ ausgegebene Daten AD-umgewandelt und als die Daten Dout ausgegeben.
8 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation (Rolling-Shutter-Schema) in dem zweiten Operationsmodus der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform veranschaulicht.
Während einer Periode T₁ werden Daten jeder Pixeleinheit P_1,n in der ersten Reihe durch die Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n abgetastet und Daten gemäß einer Differenz zwischen den durch die Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n gehaltenen Daten werden als die Daten Dout durch die Leseeinheit 50 gelesen. In diesem Fall geben die Ausgabedaten Dout eine Menge eines Lichtes an, das auf die Fotodioden PD der N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_1,N in der ersten Reihe einfällt.
Während einer der Periode T₁ folgenden Periode T₂ werden Daten jeder Pixeleinheit P_2,n in der zweiten Reihe durch die Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n abgetastet, und Daten gemäß einer Differenz zwischen den durch die Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n gehaltenen Daten werden als die Daten Dout durch die Leseeinheit 50 gelesen. In diesem Fall geben die Ausgabedaten Dout die Menge eines Lichtes an, das auf die Fotodioden PD der N Pixeleinheiten P_2,1 bis P_2,N in der zweiten Reihe einfällt.
Dieselbe Operation wird für jede nachfolgende Reihe wiederholt. Eine Operation während jeder Periode T_m ist gemeinsam. Hier wird im Nachfolgenden eine Operation während der Periode T₁ beschrieben werden.
Das Trans(1) Signal wechselt zu einem niedrigen Pegel, und das Address(1) Signal wechselt zu einem hohen Pegel zur Zeit t₁₀₁. Das Reset(1) Signal wechselt zu einem hohen Pegel zur Zeit t₁₀₂, das Setl Signal wechselt zu einem hohen Pegel zur Zeit t₁₀₃, das Reset(1) Signal wechselt zu einem niedrigen Pegel zur Zeit t₁₀₄, und das Set1 Signal wechselt zu einem niedrigen Pegel zur Zeit t₁₀₅. Während dieser Zeit verbleibt das Hold(1) Signal bei einem hohen Pegel. In jeder der N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_1,N in der ersten Reihe ist der mit dem Gate-Anschluss des Transistors T3 verbundene Diffusionsbereich (Ladungsakkumulationsabschnitt) in einem Anfangszustand zur Zeit t₁₀₅, bei der das Set1 Signal zu einem niedrigen Pegel wechselt, und die an die Lesesignalleitung L_n via den Transistor T4 ausgegebenen Daten sind nur eine Rauschkomponente. In dem Halteschaltkreis H_1,n wechseln die Schalter SW₃₁ und SW₃₄ zu einem geöffneten Zustand, und die Daten nur der Rauschkomponente, ausgegeben an die Lesesignalleitung L_n, werden abgetastet und zu dieser Zeit t₁₀₅ gehalten.
Danach wechselt das Trans(1) Signal zu einem hohen Pegel zur Zeit t₁₀₆, das Set2 Signal wechselt zu einem hohen Pegel zur Zeit t₁₀₇, das Trans(1) Signal wechselt zu einem niedrigen Pegel zur Zeit t₁₀₈, und das Set2 Signal wechselt zu einem niedrigen Pegel zur Zeit t₁₀₉. Während dieser Zeit verbleibt das Hold(1) Signal bei einem hohen Pegel. In jeder der N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_1,N in der ersten Reihe wird die in dem Sperrschichtkapazitätsabschnitt der Fotodiode PD akkumulierte Ladung an den Diffusionsbereich (Ladungsakkumulationsabschnitt) transferiert und darin akkumuliert, der mit dem Gate-Anschluss des Transistors T3 verbunden ist, während das Trans(1) Signal bei einem hohen Pegel ist. Die Daten gemäß einer Menge einer akkumulierten Ladung werden an die Lesesignalleitung L_n via den Transistor T4 ausgegeben. In dem Halteschaltkreis H_2,n wechseln die Schalter SW₃₁ und SW₃₄ zu einem geöffneten Zustand, und die an die Lesesignalleitung L_n ausgegebenen Daten werden abgetastet und zur Zeit t₁₀₉ gehalten, bei der das Set2 Signal zu dem niedrigen Pegel wechselt. Diese Daten sind Daten, in denen eine Rauschkomponente eine Signalkomponente überlappt.
Das trans(1) Signal und das Reset(1) Signal sind bei einem hohen Pegel, der Sperrschichtkapazitätsabschnitt der Fotodiode PD wird entladen und der Diffusionsbereich (Ladungsakkumulationsabschnitt), der mit dem Gate-Anschluss des Transistors T3 verbunden ist, in jeder der N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_1,N in der ersten Reihe wird zwischen Zeit t₁₁₀ und Zeit t₁₁₁ entladen. Danach sind das Trans(1) Signal und das Reset(1) Signal bei einem niedrigen Pegel, und in jeder der N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_1,N in der ersten Reihe wird die in der Fotodiode PD gemäß dem Lichteinfall erzeugte Ladung in dem Sperrschichtkapazitätsabschnitt der Fotodiode PD akkumuliert, bis das nächste Lesen durchgeführt wird.
In der Leseeinheit 50 ist das S1 Signal bei einem hohen Pegel, und das S2 Signal ist bei einem niedrigen Pegel zwischen Zeit t₁₀₉ und Zeit t₂₀₁. Auch während dieser Periode sind Hshift a1(n) und Hshift b1(n) in den N Halteschaltkreisen H_1,1 bis H_1,N sequenziell bei einem hohen Pegel, und durch jeden Halteschaltkreis H_1,n gehaltene Daten (Rauschkomponente) werden sequenziell an die Lesesignalleitung Hline1 ausgegeben und an die Leseeinheit 50 eingegeben. Parallel dazu sind ferner Hshift a2(n) und Hshift b2(n) in den N Halteschaltkreisen H_2,1 und H_2,N sequenziell bei einem hohen Pegel, und durch jeden Halteschaltkreis H_2,n gehaltene Daten (Signalkomponente + Rauschkomponente) werden sequenziell an die Lesesignalleitung Hline2 ausgegeben und an die Leseeinheit 50 eingegeben.
In der Leseeinheit 50, nachdem das Freset Signal bei einem hohen Pegel ist, und die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse des Verstärkers A₅ initialisiert sind, werden von jedem Halteschaltkreis H_1,n an die Lesesignalleitung Hline1 ausgegebene Daten (Rauschkomponente) an den Invertierungseingangsanschluss des Verstärkers A₅ eingegeben, werden von dem entsprechenden Haltschaltkreis H_2,n an die Lesesignalleitung Hline2 ausgegebene Daten (Signalkomponente + Rauschkomponente) an den Nicht-Invertierungseingangsanschluss des Verstärkers A₅ eingegeben, und werden Ausgabedaten gemäß der Differenz zwischen den zwei Elementen von Eingabedaten als ein Differenzialsignal von dem Invertierungsausgangsanschluss und dem Nicht-Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers A₅ während einer Periode ausgegeben, in der das Freset Signal bei einem niedrigen Pegel ist. Auch in der AD-Umwandlungseinheit 51 werden die von dem Verstärkers A₅ ausgegebenen Daten AD-umgewandelt und werden als die Daten Dout ausgegeben.
Wie oben beschrieben, arbeiten die Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n der Halteeinheit 30 in der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform parallel, um abwechselnd ein Datenabtasten durchzuführen, und abwechselnd eine Datenausgabe durchzuführen, in dem ersten Operationsmodus. Ferner gibt die Leseeinheit 50 die Daten Dout gemäß der Menge eines Lichtes aus, das auf die Fotodiode PD der Pixeleinheit P_m,n einfällt, auf Grundlage der Daten, die abwechselnd von den Halteschaltkreisen H_1,n und H_2,n der Halteeinheit 30 ausgegeben worden sind. Deshalb ist es möglich, eine Hochgeschwindigkeitsbildaufnahme in dem ersten Operationsmodus zu erzielen.
Ferner gibt die Pixeleinheit P_m,n der Lichtempfangseinheit 10 in der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform die Daten der Rauschkomponente zu einer ersten Zeit aus, und gibt die Daten gemäß einer Akkumulationsladungsmenge zu einer zweiten Zeit in dem zweiten Operationsmodus aus. Einer der Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n der Halteeinheit 30 führt ein Datenabtasten zu der ersten Zeit durch, und der andere führt ein Datenabtasten zu der zweiten Zeit durch. Außerdem gibt die Leseeinheit 50 die Daten Dout gemäß einer Menge eines Lichtes aus, das auf die Fotodiode PD der Pixeleinheit P_m,n einfällt, auf Grundlage der Differenz zwischen den von den jeweiligen Halteschaltkreisen H_1,n und H_2,n der Halteeinheit 30 ausgegebenen Daten. Deshalb ist es möglich, eine hochpräzise Bildaufnahme in dem zweiten Operationsmodus zu erreichen.
Die Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung 1 dieser Ausführungsform kann die Operation in jedem von dem ersten Operationsmodus (Hochgeschwindigkeitsbildaufnahme) und dem zweiten Operationsmodus (hochpräzise Bildaufnahme) mit Verwendung einer gemeinsamen Ausgestaltung realisieren, und kann somit einen Anstieg im Schaltkreisausmaß unterdrücken.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und vielfältige Modifizierungen können auf die Ausführungsformen angewendet werden. Beispielsweise kann eine Leseeinheit 50A anstelle der Leseeinheit 50 bereitgestellt sein, wie in einem in 9 veranschaulichten Modifizierungsbeispiel. Die in 2 veranschaulichte Leseeinheit 50 enthält die Schalter SW₅₅ bis SW₅₈ als eine Ausgangsumschalteinheit, die eine Verbindung zwischen dem Nicht-Invertierungsausgangsanschluss und dem Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers A₅ und dem ersten Eingangsanschluss 51 ₁ und dem zweiten Eingangsanschluss 51 ₂ der AD-Umwandlungseinheit 51 umschaltet. Andererseits enthält die in 9 veranschaulichte Leseeinheit 50A Schalter SW₅₅ bis SW₅₈ als eine Eingangsumschalteinheit, die eine Verbindung zwischen den Halteschaktreisen H_1,n und H_2,n der Halteeinheit 30 und dem Invertierungseingangsanschluss und dem Nicht-Invertierungseingangsanschluss des Verstärkers A₅ umschaltet.
Da jedoch in der in 9 veranschaulichten Leseeinheit 50A die Eingangsumschalteinheit auf der Eingangsseite des Verstärkers A₅ bereitgestellt ist, nimmt eine parasitäre Kapazität und ein parasitärer Widerstand zu, und dies ist beim Beschleunigen der Operation nachteilig. Von dem Blickpunkt des Beschleunigens der Operation kann die Ausgangsumschalteinheit auf der Ausgangsseite des Verstärkers A₅ bereitgestellt sein, wie in der in 2 veranschaulichten Leseeinheit 50.
Ferner kann eine ±-Vorzeichen-Verarbeitung auf den Digitaldaten Dout, die von der AD-Umwandlungseinheit 51 ausgegeben worden sind, in dem ersten Operationsmodus durchgeführt werden, ohne die Ausgangsumschalteinheit und die Eingangsumschalteinheit beide bereitzustellen.
Effekte einer Beschleunigung der Bildaufnahme sind beträchtlich, wenn es eine kleine Anzahl von Pixeln in einer Reihenrichtung gibt, und sind beträchtlich, wenn es eine kleine Anzahl von Spalten von Lesepixeln gibt. Da eine Operation zum Abtasten der Ausgabedaten von jeder Pixeleinheit der Lichtempfangseinheit 10 mit Verwendung der Halteeinheit 30 auf jeder Reihe durchgeführt wird, heißt das, dass eine zu dieser Zeit erforderliche Zeit nicht von der Anzahl von Pixel in einer Spaltenrichtung abhängt. Im Gegensatz ist eine Operation zum Ausgeben, von der Leseeinheit 50, der Ausgabedaten von der Halteeinheit 30 im Wesentlichen proportional zu der Anzahl von Pixel in einer Spaltenrichtung. Deshalb arbeiten in dem ersten Operationsmodus, für manche der N Spalten der Lichtempfangseinheit 10, die Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n der Halteeinheit 30 parallel, um abwechselnd ein Datenabtasten durchzuführen und abwechselnd eine Datenausgabe durchzuführen, und die Leseeinheit 50 gibt die Daten Dout gemäß der Menge des Lichtes aus, das auf die Fotodiode der Pixeleinheit P_m,n einfällt, auf Grundlage der Daten, die abwechselnd von den Halteschaltkreisen H_1,n und H_2,n der Halteeinheit 30 ausgegeben worden sind, wodurch eine Bildaufnahme mit größerer Geschwindigkeit erreicht wird.
In dem ersten Operationsmodus können die Daten der Pixeleinheit für manche der M Reihen der Lichtempfangseinheit 10 gelesen werden. Ferner können in dem zweiten Operationsmodus die Daten der Pixeleinheit für manche der M Reihen der Lichtempfangseinheit 10 oder für manche der N Spalten der Lichtempfangseinheit 10 gelesen werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf einen Fall anwendbar, in dem M ≥ 2 (d. h., die M×N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_M,N sind zweidimensional angeordnet), sondern auch auf einen Fall, in dem M = 1 (d. h., die 1×N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_1,N sind eindimensional angeordnet).
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist anwendbar für eine Verwendung der Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung, die fähig ist zum Erreichen sowohl einer hochpräzisen Bildaufnahme als auch einer Hochgeschwindigkeitsbildaufnahme, und zum Unterdrücken eines Anstiegs im Schaltkreisausmaß.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung
10: Lichtempfangseinheit
20: Reihenauswahleinheit
30: Halteeinheit
40: Spaltenauswahleinheit
50: Leseeinheit
60: Steuereinheit
P_1,1 bis P_M,N: Pixeleinheit
H_1,1 bis H_2,N: Halteschaltkreis

Claims

Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung mit: einer Lichtempfangseinheit mit M×N Pixeleinheiten P_1,1 bis P_M,N, die in M Reihen in N Spalten angeordnet sind, wobei jede Pixeleinheit P_m,n eine Fotodiode, die eine Ladungsmenge gemäß einer Menge eines einfallenden Lichts erzeugt, und einen Ladungsakkumulationsabschnitt enthält, der die Ladung akkumuliert, und wobei die Lichtempfangseinheit Daten gemäß einer Akkumulationsladungsmenge in dem Ladungsakkumulationsabschnitt ausgibt; einer Halteeinheit mit 2N Halteschaltkreisen H_1,1 bis H_2,N, wobei jeder der Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n Daten abtastet, hält und ausgibt, die von irgendeiner der M Pixeleinheiten P_1,n bis P_M,n ausgegeben worden sind auf einer n-ten Spalte der Lichtempfangseinheit; einer Leseeinheit, die ausgestaltet ist zum Empfangen von Daten, die von beiden oder einem der Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n der Halteeinheit ausgegeben worden sind, und zum Ausgeben von Daten gemäß einer Menge eines Lichts, das auf die Fotodiode der Pixeleinheit P_m,n einfällt, auf Grundlage der empfangenen Daten; und einer Steuereinheit, die ausgestaltet ist zum Steuern einer Operation jeder der Halteeinheit und der Leseeinheit, wobei die Steuereinheit in einem ersten Operationsmodus die Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n der Halteeinheit veranlasst, parallel zu arbeiten, um abwechselnd ein Datenabtasten durchzuführen und abwechselnd eine Datenausgabe durchzuführen, und die Leseeinheit veranlasst, die Daten auszugeben gemäß einer Menge eines Lichts, das auf die Fotodiode der Pixeleinheit P_m,n einfällt, auf Grundlage der Daten, die abwechselnd von den Halteschaltkreisen H_1,n und H_2,n der Halteeinheit ausgegeben worden sind, und in einem zweiten Operationsmodus die Pixeleinheit P_m,n der Lichtempfangseinheit veranlasst, Daten einer Rauschkomponente zu einer ersten Zeit auszugeben und Daten gemäß der Akkumulationsladungsmenge zu einer zweiten Zeit auszugeben, einen der Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n der Halteeinheit veranlasst, ein Datenabtasten zu der ersten Zeit durchzuführen, und den anderen veranlasst, ein Datenabtasten zu der zweiten Zeit durchzuführen, und die Leseeinheit veranlasst, die Daten auszugeben gemäß einer Menge eines Lichts, das auf die Fotodiode der Pixeleinheit P_m,n einfällt, auf Grundlage einer Differenz zwischen den Daten, die von den jeweiligen Halteschaltkreisen H_1,n und H_2,n der Halteeinheit ausgegeben worden sind (wobei M eine ganze Zahl gleich oder mehr als 1 ist, N eine ganze Zahl gleich oder mehr als 2 ist, m eine sich von 1 bis M erstreckende ganze Zahl ist, und n eine sich von 1 bis N erstreckende ganze Zahl ist).
Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei, für manche von N Spalten der Lichtempfangseinheiten, die Steuereinheit in dem ersten Operationsmodus die Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n der Halteeinheit veranlasst, parallel zu arbeiten, um abwechselnd ein Datenabtasten durchzuführen und abwechselnd eine Datenausgabe durchzuführen, und die Leseeinheit veranlasst, die Daten auszugeben gemäß einer Menge eines Lichts, das auf die Fotodiode der Pixeleinheit P_m,n einfällt, auf Grundlage der Daten, die abwechselnd von den Halteschaltkreisen H_1,n und H_2,n der Halteeinheit ausgegeben worden sind.
Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Leseeinheit enthält: einen Verstärker mit einem Invertierungseingangsanschluss, einem Nicht-Invertierungseingangsanschluss, einem Invertierungsausgangsanschluss und einem Nicht-Invertierungsausgangsanschluss, wobei der Verstärker Daten, die von einem der Halteschaltkreise H_1,n und H_2,n der Halteeinheit ausgegeben worden sind, bei dem Invertierungseingangsanschluss empfängt und Daten, die von dem anderen ausgegeben worden sind, bei dem Nicht-Invertierungseingangsanschluss empfängt; einen ersten Kondensator, der zwischen dem Invertierungseingangsanschluss und dem Nicht-Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers bereitgestellt ist; einen zweiten Kondensator, der zwischen dem Nicht-Invertierungseingangsanschluss und dem Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers bereitgestellt ist; eine erste Initialisierungseinheit, die ausgestaltet ist zum Initialisieren eines Potentials von jedem des Invertierungseingangsanschlusses und des Nicht-Invertierungsausgangsanschlusses des Verstärkers; und eine zweite Initialisierungseinheit, die ausgestaltet ist zum Initialisieren eines Potentials von jedem des Nicht-Invertierungseingangsanschlusses und des Invertierungsausgangsanschlusses des Verstärkers.
Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Leseeinheit ferner eine AD-Umwandlungseinheit enthält, die einen ersten Eingangsanschluss und einen zweiten Eingangsanschluss hat, die Daten, die von einem von dem Nicht-Invertierungsausgangsanschluss und dem Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers ausgegeben worden sind, bei dem ersten Eingangsanschluss empfängt, die Daten, die von dem anderen ausgegeben worden sind, bei dem zweiten Eingangsanschluss empfängt, und einen Digitalwert gemäß einer Differenz zwischen den Daten, die bei dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss eingegeben worden sind, ausgibt.
Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Leseeinheit ferner eine Ausgangsumschalteinheit enthält, die eine Verbindung zwischen dem Nicht-Invertierungsausgangsanschluss und dem Invertierungsausgangsanschluss des Verstärkers und dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss der AD-Umwandlungseinheit umschaltet.
Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Leseeinheit ferner eine Eingangsumschalteinheit enthält, die eine Verbindung zwischen den Halteschaltkreisen H_1,n und H_2,n der Halteeinheit und dem Invertierungseingangsanschluss und dem Nicht-Invertierungseingangsanschluss des Verstärkers umschaltet.