DE112020001607T5

DE112020001607T5 - Fotodetektionsvorrichtung und elektronische einrichtung

Info

Publication number: DE112020001607T5
Application number: DE112020001607.2T
Authority: DE
Inventors: Youhei Oosako; Yosuke Ueno; Masahiro Segami
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2021-12-09
Also published as: CN113424450A; US11902686B2; JPWO2020203283A1; TW202101970A; WO2020203283A1; US20220150437A1; KR20210143778A

Abstract

Eine Fotodetektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält: ein erstes Pixel, das dafür konfiguriert ist, ein erstes Pixelsignal zu erzeugen; einen Referenzsignalgenerator, der dafür konfiguriert ist, ein Referenzsignal zu erzeugen; und einen ersten Wandler, der eine erste Pufferschaltung und eine erste Vergleichsschaltung enthält und dafür konfiguriert ist, das erste Pixelsignal in einen digitalen Code umzuwandeln, wobei die erste Pufferschaltung dafür konfiguriert ist, ein dem Referenzsignal entsprechendes erstes Signal von einem Ausgangsanschluss abzugeben, und die erste Vergleichsschaltung dafür konfiguriert ist, eine Vergleichsoperation auf der Basis des ersten Pixelsignals und des ersten Signals durchzuführen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Fotodetektionsvorrichtung, die Licht detektieren kann, und eine solch eine Fotodetektionsvorrichtung enthaltende elektronische Einrichtung.
Hintergrund Technik
In einer Fotodetektionsvorrichtung erzeugt häufig ein Pixel ein Pixelsignal, das einer Menge an empfangenem Licht entspricht, und wandelt eine AD-(Analog-Digital) Umwandlungsschaltung das Pixelsignal in einen digitalen Code um. PTL 1 offenbart beispielsweise eine Bildgebungsvorrichtung, die eine AD-Umwandlung auf der Basis eines Signals mit einer Rampenwellenform und eines Pixelsignals durchführt.
Zitatliste
Patentliteratur
PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2007-19682
Zusammenfassung der Erfindung
Im Übrigen ist bei einer Fotodetektionsvorrichtung eine hohe Bildqualität erwünscht und erwartet man eine weitere Verbesserung der Bildqualität.
Es ist wünschenswert, eine Fotodetektionsvorrichtung und eine elektronische Einrichtung bereitzustellen, die es möglich macht, die Bildqualität zu steigern.
Eine Fotodetektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst ein erstes Pixel, einen Referenzsignalgenerator und einen ersten Wandler. Das erste Pixel ist dafür konfiguriert, ein erstes Pixelsignal zu erzeugen. Der Referenzsignalgenerator ist dafür konfiguriert, ein Referenzsignal zu erzeugen. Der erste Wandler enthält eine erste Pufferschaltung und eine erste Vergleichsschaltung und ist dafür konfiguriert, das erste Pixelsignal in einen digitalen Code umzuwandeln. Die erste Pufferschaltung ist dafür konfiguriert, ein dem Referenzsignal entsprechendes erstes Signal von einem Ausgangsanschluss abzugeben, und die erste Vergleichsschaltung ist dafür konfiguriert, auf der Basis des ersten Pixelsignals und des ersten Signals eine Vergleichsoperation durchzuführen.
Eine elektronische Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält die oben beschriebene Fotodetektionsvorrichtung und entspricht beispielsweise einem Smartphone, einer Digitalkamera, einer Video-Kamera, einem Notebook-Personalcomputer oder dergleichen.
In der Fotodetektionsvorrichtung und der elektronischen Einrichtung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erzeugt das erste Pixel das erste Pixelsignal und erzeugt der Referenzsignalgenerator das Referenzsignal. Die erste Pufferschaltung erzeugt das dem Referenzsignal entsprechende erste Signal. Die erste Vergleichsschaltung führt dann die Vergleichsoperation auf der Basis des ersten Pixelsignals und des ersten Signals durch und wandelt das erste Pixelsignal in den digitalen Code um.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Bildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
[2] 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines in 1 veranschaulichten Pixels veranschaulicht.
[3] 3 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer in 1 veranschaulichten Auslesesektion veranschaulicht.
[4A] 4A ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Pufferschaltung und einer Vergleichsschaltung veranschaulicht, die in 3 veranschaulicht sind.
[4B] 4B ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Konfigurationsbeispiel der Pufferschaltung und der Vergleichsschaltung veranschaulicht, die in 3 veranschaulicht sind.
[4C] 4C ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Konfigurationsbeispiel der Pufferschaltung und der Vergleichsschaltung veranschaulicht, die in 3 veranschaulicht sind.
[4D] 4D ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Konfigurationsbeispiel der Pufferschaltung und der Vergleichsschaltung veranschaulicht, die in 3 veranschaulicht sind.
[5] 5 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der in 3 veranschaulichten Auslesesektion veranschaulicht.
[6] 6 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Implementierungsbeispiel der in 1 veranschaulichten Bildgebungsvorrichtung veranschaulicht.
[7] 7 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein anderes Implementierungsbeispiel der in 1 veranschaulichten Bildgebungsvorrichtung veranschaulicht.
[8] 8 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der in 1 veranschaulichten Bildgebungsvorrichtung veranschaulicht.
[9] 9 ist ein Diagramm von Zeitsteuerungswellenformen, das ein Betriebsbeispiel der in 1 Bildgebungsvorrichtung veranschaulicht.
[10A] 10A ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Vergleichsschaltung gemäß einem Modifikationsbeispiel veranschaulicht.
[10B] 10B ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Vergleichsschaltung gemäß einem anderen Modifikationsbeispiel veranschaulicht.
[11A] 11A ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Pufferschaltung gemäß einem Modifikationsbeispiel veranschaulicht.
[11B] 11B ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Pufferschaltung gemäß einem anderen Modifikationsbeispiel veranschaulicht.
[12] 12 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Auslesesektion gemäß einem anderen Modifikationsbeispiel veranschaulicht.
[13] 13 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Konfigurationsbeispiels einer Vielzahl von in 12 veranschaulicht Transistoren.
[14] 14 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Auslesesektion gemäß einem anderen Modifikationsbeispiel veranschaulicht.
[15] 15 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Auslesesektion gemäß einem anderen Modifikationsbeispiel veranschaulicht.
[16] 16 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der in 15 veranschaulichten Auslesesektion veranschaulicht.
[17] 17 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Auslesesektion gemäß einem anderen Modifikationsbeispiel veranschaulicht.
[18] 18 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Auslesesektion gemäß einem anderen Modifikationsbeispiel veranschaulicht.
[19A] 19A ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Vergleichsschaltung gemäß einem anderen Modifikationsbeispiel veranschaulicht.
[19B] 19B ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Vergleichsschaltung gemäß einem anderen Modifikationsbeispiel veranschaulicht.
[20A] 20A ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Vergleichsschaltung gemäß einem anderen Modifikationsbeispiel veranschaulicht.
[20B] 20B ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Vergleichsschaltung gemäß einem anderen Modifikationsbeispiel veranschaulicht.
[21] 21 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Nutzungsbeispiel der Bildgebungsvorrichtung veranschaulicht.
[22] 22 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems veranschaulicht.
[23] 23 ist ein Diagramm zur Unterstützung beim Erläutern eines Beispiels von Installationspositionen einer Sektion zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs und einer Bildgebungssektion.
[24] 24 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Abstandsmessvorrichtung gemäß einem Anwendungsbeispiel veranschaulicht.
[25] 25 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines in 24 veranschaulichten Fotodetektors veranschaulicht.
[26] 26 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines in 25 veranschaulichten Pixels veranschaulicht.
[27] 27 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der in 24 veranschaulichten Abstandsmessvorrichtung veranschaulicht.

Modi zum Ausführen der Erfindung
Im Folgenden werden hier einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Verweis auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Es ist besonders zu erwähnen, dass die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge gegeben wird.

1. Ausführungsform
2. Nutzungsbeispiele einer Bildgebungsvorrichtung
3. Anwendungsbeispiel für einen mobilen Körper
4. Anwendungsbeispiel für eine Abstandsmessvorrichtung

<1. Ausführungsform>
[Konfigurationsbeispiel]
1 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel einer Bildgebungsvorrichtung 1, für die eine Fotodetektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform verwendet wird. Die Bildgebungsvorrichtung 1 enthält ein Pixel-Array 11, eine Ansteuersektion 12, einen Referenzsignalgenerator 13, eine Auslesesektion 20, einen Signalprozessor 14 und einen Bildgebungs-Controller 15.
Das Pixel-Array 11 enthält eine Vielzahl von in einer Matrix angeordneten Pixeln P. Die Pixel P sind jeweils dafür konfiguriert, eine einer Menge an empfangenem Licht entsprechende Pixelspannung Vpix zu erzeugen.
2 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel des Pixels P. Das Pixel-Array 11 enthält eine Vielzahl von Steuerungsleitungen TGL, eine Vielzahl von Steuerungsleitungen RSTL, eine Vielzahl von Steuerungsleitungen SELL und eine Vielzahl von Signalleitungen VSL. Die Steuerungsleitungen TGL erstrecken sich jeweils in einer horizontalen Richtung (einer lateralen Richtung in 2) und weisen ein mit der Ansteuersektion 12 gekoppeltes Ende auf. Die Steuerungsleitungen TGL werden durch die Ansteuersektion 12 mit einem Steuerungssignal STG versorgt. Die Steuerleitungen RSTL erstrecken sich jeweils in der horizontalen Richtung und weisen ein mit der Ansteuersektion 12 gekoppeltes Ende auf. Die Steuerungsleitungen RSTL werden durch die Ansteuersektion 12 mit einem Steuerungssignal SRST versorgt. Die Steuerungsleitungen SELL erstrecken sich jeweils in der horizontalen Richtung und weisen ein mit der Ansteuersektion 12 gekoppeltes Ende auf. Die Steuerungsleitungen SELL werden mit einem Steuerungssignal SSEL durch die Ansteuersektion 12 versorgt. Die Signalleitungen VSL erstrecken sich in einer vertikalen Richtung (einer longitudinalen Richtung in 2) und weisen ein mit der Auslesesektion 20 gekoppeltes Ende auf. Die Signalleitungen VSL übertragen jeweils ein durch das Pixel erzeugtes Signal SIG zur Auslesesektion 20. Eine Reihe einer Vielzahl von Pixeln P, die in der horizontalen Richtung (der lateralen Richtung in 1 und 2) nebeneinander angeordnet sind, bildet eine Pixelzeile L.
Die Pixel P enthalten jeweils eine Fotodiode PD, einen Transistor TG, ein Floating-Diffusionsgebiet FD und Transistoren RST, AMP und SEL. Die Transistoren TG, RST, AMP und SEL in diesem Beispiel sind MOS-(Metall-Oxid-Halbleiter-) Transistoren vom N-Typ.
Die Fotodiode PD ist ein fotoelektrischer Wandler, der elektrische Ladungen in einer der Menge an empfangenem Licht entsprechenden Menge erzeugt und die elektrischen Ladungen darin akkumuliert. Die Fotodiode PD weist eine geerdete Anode und eine mit einer Source des Transistors TG gekoppelte Kathode auf.
Der Transistor TG weist ein mit der Steuerungsleitung TGL gekoppeltes Gate, die mit der Kathode der Fotodiode PD gekoppelte Source und einen mit dem Floating-Diffusionsgebiet FD gekoppelten Drain auf.
Das Floating-Diffusionsgebiet FD ist dafür konfiguriert, über den Transistor TG von der Fotodiode PD übertragene elektrische Ladungen zu akkumulieren. Das Floating-Diffusionsgebiet FD ist beispielsweise unter Verwendung einer an einer vorderen Oberfläche eines Halbleitersubstrats ausgebildeten Diffusionsschicht konfiguriert. In 2 ist das Floating-Diffusionsgebiet FD mittels des Symbols eines Kondensators veranschaulicht.
Der Transistor RST weist ein mit der Steuerungsleitung RSTL gekoppeltes Gate, einen mit einer Stromversorgungsspannung VDD versorgten Drain und eine mit dem Floating-Diffusionsgebiet FD gekoppelte Source auf.
Der Transistor AMP weist ein mit dem Floating-Diffusionsgebiet FD gekoppeltes Gate, einen mit der Stromversorgungsspannung VDD versorgten Drain und eine mit einem Drain des Transistors SEL gekoppelte Source auf.
Der Transistor SEL weist ein mit der Steuerungsleitung SELL gekoppeltes Gate, den mit der Source des Transistors AMP gekoppelten Drain und eine mit der Signalleitung VSL gekoppelte Source auf.
Bei dieser Konfiguration wird im Pixel P der Transistor SEL auf Basis des der Steuerungsleitung SELL bereitgestellten Steuerungssignals SSEL eingeschaltet, wodurch das Pixel P mit der Signalleitung VSL elektrisch gekoppelt wird. Dies bewirkt, dass der Transistor AMP mit einer (später zu beschreibenden) Konstantstromquelle CS der Ausleseschaltung 20 gekoppelt wird und als sogenannter Sourcefolger arbeitet. Das Pixel P gibt dann an die Signalleitung VSL das Signal SIG ab, das eine einer Spannung beim Floating-Diffusionsgebiet FD entsprechende Spannung enthält. Konkret gibt, wie später beschrieben wird, das Pixel P eine Rücksetzspannung Vreset in einer P-Phase-Periode TP von zwei Perioden (der P-Phase-Periode TP und einer D-Phase-Periode TD) ab, in der die Auslesesektion 20 eine AD-Umwandlung durchführt, und gibt ein der Menge an empfangenem Licht entsprechende Pixelspannung Vpix in der D-Phase-Periode TD ab. Das Pixel P gibt das Signal SIG einschließlich der Rücksetzspannung Vreset und der Pixelspannung Vpix an die Signalleitung VSL ab.
Die Ansteuersektion 12 (1) ist dafür konfiguriert, die Vielzahl von Pixeln P im Pixel-Array 11 in Einheiten von Pixelzeilen L auf der Basis einer Anweisung vom Bildgebungs-Controller 15 sequentiell anzusteuern. Konkret stellt die Ansteuersektion 12 jedes einer Vielzahl von Steuerungssignalen einer entsprechenden der Vielzahl von Steuerungsleitungen TGL im Pixel-Array 11 bereit, stellt jedes einer Vielzahl von Steuerungssignalen SRST einer entsprechenden der Vielzahl von Steuerungsleitungen RSTL bereit und stellt jedes einer Vielzahl von Steuerungssignalen SSEL einer entsprechenden der Vielzahl von Steuerungsleitungen SELL bereit, wodurch die Vielzahl von Pixeln P im Pixel-Array 11 in Einheiten von Pixelzeilen L angesteuert wird.
Der Referenzsignalgenerator 13 ist dafür konfiguriert, ein Referenzsignal RAMP auf der Basis einer Anweisung vom Bildgebungs-Controller 15 zu erzeugen. Das Referenzsignal RAMP hat eine sogenannte Rampenwellenform, in der ein Spannungspegel mit dem Zeitverlauf in den zwei Perioden (der P-Phase-Periode TP und der D-Phase-Periode TD), worin die Auslesesektion 20 eine AD-Umwandlung durchführt, allmählich geändert wird. Der Referenzsignalgenerator 13 versorgt die Auslesesektion 20 mit dem Referenzsignal RAMP.
Die Auslesesektion 20 ist dafür konfiguriert, ein Bildsignal DATA0 auf der Basis einer Anweisung vom Bildgebungs-Controller 15 zu erzeugen, indem auf der Basis der über die Signalleitungen VSL vom Pixel-Array 11 bereitgestellten Signale SIG eine AD-Umwandlung durchgeführt wird.
3 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel der Auslesesektion 20. Es ist besonders zu erwähnen, dass 3 zusätzlich zur Auslesesektion 20 den Referenzsignalgenerator 13, den Signalprozessor 14 und den Bildgebungs-Controller 15 veranschaulicht. Die Auslesesektion 20 enthält eine Vielzahl von Konstantstromquellen CS (Konstantstromquellen CS[0], CS[1], CS[2], CS[3],...), eine Vielzahl von AD-Wandlern ADC (AD-Wandler ADC[0], ADC[1], ADC[2], ADC[3],...) und eine Übertragungs-Scansektion 29.
Die Vielzahl von Konstantstromquellen CS ist in Verbindung mit der Vielzahl von Signalleitungen VSL vorgesehen. Konkret ist die 0. Konstantstromquelle CS[0] in Verbindung mit einer 0. Signalleitung VSL[0] vorgesehen, ist die erste Konstantstromquelle CS[1] in Verbindung mit einer ersten Signalleitung VSL[1] vorgesehen, ist die zweite Konstantstromquelle CS[2] in Verbindung mit einer zweiten Signalleitung VSL[2] vorgesehen und ist die dritte Konstantstromquelle CS[3] in Verbindung mit einer dritten Signalleitung VSL[3] vorgesehen. Das Gleiche gilt für vierte und folgende Konstantstromquellen CS. Die Konstantstromquellen CS weisen jeweils ein mit einer entsprechenden Signalleitung VSL gekoppeltes Ende und ein geerdetes Ende anderes auf. Jede der Vielzahl von Konstantstromquellen CS ist dafür konfiguriert, einen vorbestimmten Strom einer entsprechenden Signalleitung VSL zu liefern.
Die Vielzahl von AD-Wandlern ADC ist in Verbindung mit der Vielzahl von Signalleitungen VSL vorgesehen. Konkret ist der 0. AD-Wandler-ADC[0] in Verbindung mit der 0. Signalleitung VSL[0] vorgesehen, ist der erste AD-Wandler-ADC[1] in Verbindung mit der ersten Signalleitung VSL[1] vorgesehen, ist der zweite AD-Wandler-ADC[2] in Verbindung mit der zweiten Signalleitung VSL[2] vorgesehen und ist der dritte AD-Wandler-ADC[3] in Verbindung mit der dritten Signalleitung VSL[3] vorgesehen. Das Gleiche gilt für vierte und folgende AD-Wandler ADC. Jeder der Vielzahl von AD-Wandlers ADC ist dafür konfiguriert, eine Spannung des Signals SIG in einen digitalen Code CODE umzuwandeln, indem eine AD-Umwandlung auf der Basis des vom Pixel-Array 11 bereitgestellten Signals SIG durchgeführt wird. Die AD-Wandler ADC enthalten jeweils eine Pufferschaltung 21, eine Vergleichsschaltung 22, einen Zähler 23 und ein Latch 24.
Die Pufferschaltung 21 ist dafür konfiguriert, auf der Basis des Referenzsignals RAMP ein Referenzsignal RAMP1 zu erzeugen.
Die Vergleichsschaltung 22 ist dafür konfiguriert, ein Signal CMP0 zu erzeugen, indem eine Vergleichsoperation auf der Basis des von der Pufferschaltung 21 bereitgestellten Referenzsignals RAMP1 und des über die Signalleitung VLS vom Pixel P bereitgestellten Signals SIG durchgeführt wird. Die Vergleichsschaltung 22 stellt einen Arbeitspunkt auf der Basis von vom Bildgebungs-Controller 15 bereitgestellten Steuerungssignalen AZSW und AZN bereit und führt danach eine Vergleichsoperation durch.
4A veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel der Pufferschaltung 21 und der Vergleichsschaltung 22. Die Pufferschaltung 21 wird mit einer Stromversorgungsspannung VDD1, einer Erdungsspannung VSS1 und einer Vorspannung VB1 versorgt. Die Vergleichsschaltung 22 wird mit einer Stromversorgungsspannung VDD2, einer Erdungsspannung VSS2 und einer Vorspannung VB2 versorgt. In diesem Beispiel ist die Stromversorgungsspannung VDD1 eine höhere Spannung als die Stromversorgungsspannung VDD2. Es ist besonders zu erwähnen, dass dies nicht einschränkend ist und die Stromversorgungsspannung VDD1 die gleiche Spannung wie die Stromversorgungsspannung VDD2 beispielsweise sein kann.
Die Pufferschaltung 21 enthält Transistoren MP1 und MP2. Die Transistoren MP1 und MP2 sind MOS-Transistoren vom P-Typ. Der Transistor MP1 weist ein mit dem Referenzsignal RAMP versorgtes Gate, einen mit der Erdungsspannung VSS1 versorgten Drain und eine mit einem Drain des Transistors MP2 und der Vergleichsschaltung 22 gekoppelte Source auf. Der Transistor MP2 weist ein mit der Vorspannung VB1 versorgtes Gate, den mit der Source des Transistors MP1 und der Vergleichsschaltung 22 gekoppelten Drain und eine mit der Stromversorgungsspannung VDD1 versorgte Source auf. Der Transistor MP2 arbeitet als Konstantstromquelle. Obgleich nicht veranschaulicht werden in diesem Beispiel Back-Gates der Transistoren MP1 und MP2 mit der Stromversorgungsspannung VDD1 versorgt. Mit dieser Konfiguration arbeitet die Pufferschaltung 21 als sogenannter Sourcefolger, wodurch das Referenzsignal RAMP1 auf der Basis des Referenzsignals RAMP erzeugt wird.
Die Vergleichsschaltung 22 enthält Kondensatoren C1 und C2, Transistoren MP11, MN11, MP12 und MN12, Schalter SW1 und SW2 und einen Kondensator C3. Die Transistoren MP11 und MP12 sind MOS-Transistoren vom P-Typ, und die Transistoren MN11 und MN12 sind MOS-Transistoren vom N-Typ.
Die Kondensatoren C1 und C2 weisen jeweils ein Ende (einen Anschluss T1) und ein anderes Ende (einen Anschluss T2) auf. Der Kondensator C1 weist das mit der Pufferschaltung 21 gekoppelte eine Ende und das mit dem anderen Ende des Kondensators C2, einem Gate des Transistors MP11 und einem Ende des Schalters SW1 gekoppelte andere Ende auf. Das eine Ende des Kondensators C1 wird mit dem von der Pufferschaltung 21 erzeugten Referenzsignal RAMP1 versorgt. Der Kondensator C2 weist das mit der Signalleitung VSL gekoppelte eine Ende und das mit dem anderen Ende des Kondensators C1, dem Gate des Transistors MP11 und dem einen Ende des Schalters SW1 gekoppelte andere Ende auf. Das eine Ende des Kondensators C2 wird mit dem vom Pixel P erzeugten Pixelsignal SIG versorgt.
Der Transistor MP11 weist das mit den anderen Enden der Kondensatoren C1 und C2 und dem einen Ende des Schalters SW1 gekoppelte Gate, einen mit einem Drain des Transistors MN11, einem Gate des Transistors MP12 und einem anderen Ende des Schalters SW1 gekoppelten Drain und die mit der Stromversorgungsspannung VDD2 versorgte Source auf. Der Transistor MN11 weist ein mit der Vorspannung VB2 versorgtes Gate, den mit dem Drain des Transistors MP11, dem Gate des Transistors MP12 und dem anderen Ende des Schalters SW1 gekoppelten Drain und eine mit der Erdungsspannung VSS2 versorgte Source auf. Der Transistor MN11 ist eine Last des Transistors MP11 und arbeitet als Konstantstromquelle. Der Schalter SW1 ist dafür konfiguriert, auf der Basis des Steuerungssignals AZSW ein- und ausgeschaltet zu werden, und weist das mit den anderen Enden der Kondensatoren C1 und C2 und dem Gate des Transistors MP11 gekoppelte eine Ende und das mit den Drains der Transistoren MP11 und MN11 und dem Gate des Transistors MP12 gekoppelte andere Ende auf. Die Transistoren MP11 und MN11 und der Schalter SW1 sind in einer Anfangsstufenschaltung 101 der Vergleichsschaltung 22 enthalten.
Der Transistor MP12 weist das mit den Drains der Transistoren MP11 und MN11 und dem anderen Ende des Schalters SW1 gekoppelte Gate, einen mit einem Drain des Transistors MN12 und einem Ende des Schalters SW2 gekoppelten Drain und eine mit der Stromversorgungsspannung VDD2 versorgte Source auf. Der Transistor MN12 weist ein mit einem Ende des Kondensators C3 und einem anderen Ende des Schalters SW2 gekoppeltes Gate, den mit dem Drain des Transistors MP12 und dem einen Ende des Schalters SW2 gekoppelten Drain und eine mit der Erdungsspannung VSS2 gekoppelte Source auf. Der Schalter SW2 ist dafür konfiguriert, auf der Basis des Steuerungssignals AZN ein- und ausgeschaltet zu werden, und weist das mit den Drains der Transistoren MP12 und MN12 gekoppelte eine Ende und das mit dem Gate des Transistors MN12 und dem einen Ende des Kondensators C3 gekoppelte andere Ende auf. Der Kondensator C3 weist das mit dem Gate des Transistor MN12 und dem anderen Ende des Schalters SW2 gekoppelte eine Ende und ein mit der Erdungsspannung VSS2 versorgtes anderes Ende auf. Es ist besonders zu erwähnen, dass der Kondensator C3 beispielsweise konfiguriert werden kann, indem ein MOS-Kondensator oder dergleichen verwendet wird, oder konfiguriert werden kann, indem eine parasitäre Kapazität beim Gate des Transistors MN12, eine parasitäre Kapazität beim Schalter SW2, eine parasitäre Kapazität bei einer Verdrahtungsleitung oder dergleichen verwendet wird. Die Transistoren MP12 und MN12, der Schalter SW2 und der Kondensator C3 sind in einer Nachstufenschaltung 102 der Vergleichsschaltung 22 enthalten.
Mit dieser Konfiguration führt die Vergleichsschaltung 22 eine Vergleichsoperation auf der Basis des Signals SIG und des Referenzsignals RAMP1 durch. Konkret wird in der Vergleichsschaltung 22, wie später beschrieben wird, der Arbeitspunkt eingestellt, indem die Schalter SW1 und SW2 eingeschaltet werden. Dann führt die Vergleichsschaltung 22 eine Vergleichsoperation auf der Basis des Referenzsignals RAMP1 und der Rücksetzspannung Vreset durch, die im Signal SIG in der P-Phase-Periode TP enthalten ist, und führt eine Vergleichsoperation auf der Basis des Referenzsignals RAMP1 und der Pixelspannung Vpix durch, die im Signal SIG in der D-Phase-Periode enthalten ist.
Es ist besonders zu erwähnen, dass in diesem Beispiel die Pufferschaltung 21 unter Verwendung von zwei MOS-Transistoren wie in 4A veranschaulicht konfiguriert ist, dies aber nicht einschränkend ist. Wie bei einer in 4B veranschaulichten Pufferschaltung 21A kann die Pufferschaltung 21 unter Verwendung von zwei MOS-Transistoren vom N-Typ konfiguriert werden. Die Pufferschaltung 21A enthält zwei Transistoren MN1 und MN2. Die Transistoren MN1 und MN2 sind MOS-Transistoren vom N-Typ. Der Transistor MN1 weist ein mit dem Referenzsignal RAMP versorgtes Gate, einen mit der Stromversorgungsspannung VDD1 versorgten Drain und eine mit einem Drain des Transistors MN2 und der Vergleichsschaltung 22 gekoppelte Source auf. Der Transistor MN2 weist ein mit einer Vorspannung VB3 versorgtes Gate, den mit der Source des Transistors MN1 und der Vergleichsschaltung 22 gekoppelten Drain und eine mit der Erdungsspannung VSS1 versorgte Source auf. Obgleich nicht veranschaulicht, werden in diesem Beispiel Back-Gates der Transistoren MN1 und MN2 mit der Erdungsspannung VSS1 versorgt.
Außerdem ist in diesem Beispiel die Vergleichsschaltung 22 wie in 4A veranschaulicht konfiguriert; dies ist aber nicht einschränkend. Die Vergleichsschaltung 22 kann wie eine in 4C veranschaulichte Vergleichsschaltung 22A konfiguriert sein. Die Vergleichsschaltung 22A enthält Kondensatoren C4 und C5, Transistoren MN13, MP13, MN14 und MP14, Schalter SW3 und SW4 und einen Kondensator C6. Die Transistoren MP13 und MP14 sind MOS-Transistoren vom P-Typ, und die Transistoren MN13 und MN14 sind MOS-Transistoren vom N-Typ.
Die Kondensatoren C4 und C5 weisen jeweils ein Ende und ein anderes Ende auf. Der Kondensator C4 weist das mit der Pufferschaltung 21 gekoppelte eine Ende und das mit dem anderen Ende des Kondensators C5, einem Gate des Transistors MN13 und einem Ende des Schalters SW3 gekoppelte andere Ende auf. Das eine Ende des Kondensators C4 wird mit dem von der Pufferschaltung 21 erzeugten Referenzsignal RAMP1 versorgt. Der Kondensator C5 weist das mit der Signalleitung VSL gekoppelte eine Ende und das mit dem anderen Ende des Kondensators C4, dem Gate des Transistors MN13 und dem einen Ende des Schalters SW3 gekoppelte andere Ende auf. Das eine Ende des Kondensators C5 wird mit dem vom Pixel P erzeugten Pixelsignal SIG versorgt.
Der Transistor MN13 weist das mit den anderen Enden der Kondensatoren C4 und C5 und dem einen Ende des Schalters SW3 gekoppelte Gate und einen mit einem Drain des Transistors MP13, einem Gate des Transistors MN14 und einem anderen Ende des Schalters SW3 gekoppelten Drain und eine mit der Erdungsspannung VSS2 versorgte Source auf. Der Transistor MP13 weist ein mit einer Vorspannung VB4 versorgtes Gate, den mit dem Drain des Transistors MN13, dem Gate des Transistors MN14 und dem anderen Ende des Schalters SW3 gekoppelten Drain und eine mit der Stromversorgungsspannung VDD2 versorgte Source auf. Der Transistor MP13 ist eine Last des Transistors MN13 und arbeitet als Konstantstromquelle. Der Schalter SW3 ist dafür konfiguriert, auf der Basis des Steuerungssignals AZSW ein- und ausgeschaltet zu werden, und weist das mit den anderen Enden der Kondensatoren C4 und C5 und dem Gate des Transistors MP13 gekoppelte eine Ende und das mit den Drains der Transistoren MN13 und MP13 und dem Gate des Transistors MN14 gekoppelte andere Ende auf.
Der Transistor MN14 weist das mit den Drains der Transistoren MN13 und MP13 und dem anderen Ende des Schalters SW3 gekoppelte Gate, einen mit einem Drain des Transistors MP14 und einem Ende des Schalters SW14 gekoppelten Drain und eine mit der Erdungsspannung VSS2 versorgte Source auf. Der Transistor MP14 weist ein mit einem Ende des Kondensators C6 und einem anderen Ende des Schalters SW4 gekoppeltes Gate, den mit dem Drain des Transistors MN14 und dem einen Ende des Schalters SW4 gekoppelten Drain und eine mit der Stromversorgungsspannung VDD2 versorgte Source auf. Der Schalter SW4 ist dafür konfiguriert, auf der Basis des Steuerungssignals AZN ein- und ausgeschaltet zu werden, weist das mit den Drains der Transistoren MN14 und MP14 gekoppelte eine Ende und das mit dem Gate des Transistors MP14 und dem einen Ende des Kondensators C6 gekoppelte andere Ende auf. Der Kondensator C6 weist das mit dem Gate des Transistors MP14 und dem anderen Ende des Schalters SW4 gekoppelte eine Ende und ein mit der Stromversorgungsspannung VDD2 versorgtes anderes Ende auf.
Außerdem können, wie in 4D veranschaulicht ist, die in 4B veranschaulichte Pufferschaltung 21A und die in 4C veranschaulichte Vergleichsschaltung 22A kombiniert werden.
5 veranschaulicht ein Kopplungsbeispiel des Referenzsignalgenerators 13, der Pufferschaltung 21 und der Vergleichsschaltung 22. Es ist besonders zu erwähnen, dass in dieser Zeichnung der Transistor MP2 der Pufferschaltung 21 und der Transistor MN11 der Vergleichsschaltung 22 mittels des Symbols einer Konstantstromquelle veranschaulicht sind und die Nachstufenschaltung 102 (die Transistoren MP12 und MN12, der Schalter SW2 und der Kondensator C3) der Vergleichsschaltung 22 mittels des Symbols einer Verstärkerschaltung veranschaulicht sind.
Wie in 5 veranschaulicht ist, erzeugt der Referenzsignalgenerator 13 das Referenzsignal RAMP und stellt das erzeugte Referenzsignal RAMP einer Vielzahl von Pufferschaltungen 21 bereit. Jede der Vielzahl von Pufferschaltungen 21 erzeugt das Referenzsignal RAMP1 auf der Basis des Referenzsignals RAMP und stellt das erzeugte Referenzsignal RAMP1 der dieser Pufferschaltung 21 entsprechenden Vergleichsschaltung 22 bereit. Die Vergleichsschaltung 22 führt eine Vergleichsoperation auf der Basis des Referenzsignals RAMP1 und des über eine entsprechende der Signalleitungen VSL bereitgestellten Signals SIG durch, um das Signal CMPO zu erzeugen.
Der Zähler 34 (3) ist dafür konfiguriert, eine Zähloperation auf der Basis des von der Vergleichsschaltung 22 bereitgestellten Signals CMPO und des vom Bildgebungs-Controller 15 bereitgestellten Steuerungssignals CTL durchzuführen. Bei der Zähloperation werden Impulse eines vom Bildgebungs-Controller 15 bereitgestellten Taktsignals CLK gezählt.
Das Latch 24 ist dafür konfiguriert, den digitalen Code CODE auf der Basis eines vom Zähler 23 erhaltenen Zählwerts zu erzeugen und den digitalen Code CODE zu halten. Konkret erzeugt das Latch 24 den digitalen Code CODE entsprechend einer Differenz (CNTD - CNTP) zwischen einem vom Zähler 23 in der P-Phase-Periode TP erhaltenen Zählwert CNTP und einem vom Zähler 23 in der D-Phase-Periode TD erhaltenen Zählwert CNTD. Das Latch 24 gibt dann den digitalen Code CODE auf der Basis eines von der Übertragungs-Scansektion 29 bereitgestellten Steuerungssignals an eine Busverdrahtungsleitung BUS aus.
Die Übertragungs-Scansektion 29 ist dafür konfiguriert, auf der Basis eines vom Bildgebungs-Controller 15 bereitgestellten Steuerungssignals CTL2 eine Steuerung durchzuführen, um zu veranlassen, dass die Latches 24 der Vielzahl von AD-Wandlern ADC die digitalen Codes CODE sequentiell an die Busverdrahtungsleitung BUS ausgeben. Die Auslesesektion 20 überträgt sequentiell an den Signalprozessor 14 eine Vielzahl von von der Vielzahl von AD-Wandlern ADC bereitgestellten digitalen Codes CODE als Bildsignal DATA0 unter Verwendung der Busverdrahtungsleitung BUS.
Der Signalprozessor 14 (1) ist dafür konfiguriert, ein Bildsignal DATA auf der Basis einer Anweisung vom Bildgebungs-Controller 15 zu erzeugen, indem eine vorbestimmte Signalverarbeitung an dem Bildsignal DATA0 durchgeführt wird, und das Bildsignal DATA abzugeben.
Der Bildgebungs-Controller 15 ist dafür konfiguriert, der Ansteuersektion 12, dem Referenzsignalgenerator 13, der Auslesesektion 20 und dem Signalprozessor 14 ein Steuerungssignal bereitzustellen und Operationen dieser Schaltungen zu steuern, wodurch ein Betrieb der Bildgebungsvorrichtung 1 gesteuert wird. Konkret stellt der Bildgebungs-Controller 15 der Ansteuersektion 12 ein Steuerungssignal bereit, wodurch eine Steuerung durchgeführt wird, um die Ansteuersektion 12 zu veranlassen, die Vielzahl von Pixeln P in dem Pixel-Array 11 in Einheiten der Pixelzeilen L sequentiell anzusteuern. Außerdem stellt der Bildgebungs-Controller 15 ein Steuerungssignal dem Referenzsignalgenerator 13 bereit, wodurch eine Steuerung durchgeführt wird, um den Referenzsignalgenerator 13 zu veranlassen, das Referenzsignal RAMP zu erzeugen. Außerdem stellt der Bildgebungs-Controller 15 Stromversorgungsspannungen VDD1 und VDD2, die Erdungsspannungen VSS1 und VSS2 und die Vorspannungen VB1 und VB2 der Auslesesektion 20 bereit und stellt die Steuerungssignale AZSW, AZN, CTL und CTL2 und das Taktsignal CLK der Auslesesektion 20 bereit, um eine Steuerung durchzuführen, um die Auslesesektion 20 zu veranlassen, das Bildsignal DATA0 zu erzeugen, indem eine AD-Umwandlung auf der Basis des Signals SIG durchgeführt wird. Darüber hinaus steuert der Bildgebungs-Controller 15 den Betrieb des Signalprozessors 14, indem dem Signalprozessor 14 ein Steuerungssignal bereitgestellt wird.
Als Nächstes wird eine Implementierung der Bildgebungsvorrichtung 1 beschrieben. In der Bildgebungsvorrichtung 1 kann beispielsweise jeder von in 1 veranschaulichten Blöcken in einem Halbleitersubstrat ausgebildet sein oder kann in einer Vielzahl von Halbleitersubstraten ausgebildet sein.
6 veranschaulicht ein Implementierungsbeispiel der Bildgebungsvorrichtung 1 in einem Fall, in dem die Blöcke in einem Halbleitersubstrat 200 ausgebildet sind. Im Halbleitersubstrat 200 ist das Pixel-Array 11 angeordnet und ist die Ansteuersektion 12 links vom Pixel-Array 11 angeordnet. Außerdem ist die Auslesesektion 20 unterhalb des Pixel-Arrays 11 angeordnet. In der Auslesesektion 20 sind eine Konstantstromquellensektion 201, die die Vielzahl von Konstantstromquellen CS enthält, eine Vergleichsschaltungssektion 202, die die Vielzahl von Pufferschaltungen 21 und der Vielzahl von Vergleichsschaltungen 22 enthält, eine Zählersektion 203, die eine Vielzahl von Zählern 23 enthält, eine Latch-Sektion 204, die eine Vielzahl von Latches 24 enthält, und eine Übertragungs-Scansektion 29 in dieser Reihenfolge von oben aus angeordnet. Der Referenzsignalgenerator 13 und der Bildgebungs-Controller 15 sind links von der Auslesesektion 20 angeordnet. Außerdem ist der Signalprozessor 14 rechts von dem Pixel-Array 11 und der Auslesesektion 20 angeordnet.
7 veranschaulicht ein Implementierungsbeispiel der Bildgebungsvorrichtung 1 in einem Fall, in dem die Blöcke in zwei Halbleitersubstraten 211 und 212 ausgebildet sind. Beispielsweise ist das Pixel-Array 11 im Halbleitersubstrat 211 angeordnet und sind die Auslesesektion 20, die Ansteuersektion 12, der Referenzsignalgenerator 13, der Signalprozessor 14 und der Bildgebungs-Controller 15 im Halbleitersubstrat 212 angeordnet. Die Halbleitersubstrate 211 und 212 sind einander überlagert. Die Vielzahl von Signalleitungen VSL, die im Halbleitersubstrat 211 angeordnet sind, ist dann mit der im Halbleitersubstrat 212 angeordneten Auslesesektion 20 über beispielsweise eine TSV (Silizium-Durchkontaktierung) elektrisch gekoppelt, und die Vielzahl von Steuerungsleitungen TGL, die Vielzahl von Steuerungsleitungen RSTL und die Vielzahl von Steuerungsleitungen SELL, die im Halbleitersubstrat 211 angeordnet sind, sind über beispielsweise eine TSV mit der im Halbleitersubstrat 212 angeordneten Ansteuersektion 12 elektrisch gekoppelt. Die Auslesesektion 20 ist im Halbleitersubstrat 212 angeordnet, und die Ansteuersektion 12, der Referenzsignalgenerator 13 und der Bildgebungs-Controller 15 sind links von der Auslesesektion 20 angeordnet, und der Signalprozessor 14 ist rechts von der Auslesesektion 20 angeordnet. In der Auslesesektion 20 sind die Konstantstromquellensektion 201, die die Vielzahl von Konstantstromquellen CS enthält, die Vergleichsschaltungssektion 202, die die Vielzahl von Pufferschaltungen 21 und die Vielzahl von Vergleichsschaltungen 22 enthält, die Zählersektion 203, die die Vielzahl von Zählern 23 enthält, die Latch-Sektion 204, die die Vielzahl von Latches 24 enthält, und die Übertragungs-Scansektion 29 in dieser Reihenfolge von oben angeordnet.
Falls die Blöcke in zwei Halbelitersubstraten 211 und 212 auf solch eine Weise ausgebildet sind (7), ermöglicht ein Anordnen des Pixel-Arrays 11 vorwiegend im Halbleitersubstrat 211, das Halbleitersubstrat 211 unter Verwendung eines für Pixel spezifischen Halbleiterherstellungsprozesses herzustellen. Das heißt, das Halbleitersubstrat 211 enthält keine Schaltung, sondern das Pixel-Array 11; daher beeinflusst beispielsweise selbst in einem Fall, in dem ein spezifischer Herstellungsprozess genutzt wird, um Pixel zu bilden, der Herstellungsprozess andere Schaltungen als das Pixel-Array 11 nicht. Dementsprechend ist es in der Bildgebungsvorrichtung 1 möglich, den zur Ausbildung von Pixeln spezifischen Prozess der Halbleiterherstellung zu nutzen, was ermöglicht, Bildgebungscharakteristiken in der Bildgebungsvorrichtung 1 zu steigern.
Das Pixel P entspricht hier einem spezifischen Beispiel eines „ersten Pixels“ in der vorliegenden Offenbarung. Der AD-Wandler ADC entspricht einem spezifischen Beispiel eines „ersten Wandlers“ in der vorliegenden Offenbarung. In der vorliegenden Offenbarung entspricht die Pufferschaltung 21 einem spezifischen Beispiel einer „ersten Pufferschaltung“. Die Vergleichsschaltung 22 entspricht in der vorliegenden Offenbarung einem spezifischen Beispiel einer „ersten Vergleichsschaltung“. Der Transistor MP11 entspricht einem spezifischen Beispiel eines „ersten Transistors“ in der vorliegenden Offenbarung. In der vorliegenden Offenbarung entspricht der Kondensator C1 einem spezifischen Beispiel eines „ersten Kondensators“. Der Kondensator C2 entspricht in der vorliegenden Offenbarung einem spezifischen Beispiel eines „zweiten Kondensators“. Der Schalter SW1 entspricht einem spezifischen Beispiel eines „ersten Schalters“ in der vorliegenden Offenbarung. Der Transistor MN11 entspricht in der vorliegenden Offenbarung einem spezifischen Beispiel eines „ersten Lasttransistors“. Der Transistor MP12 entspricht in der vorliegenden Offenbarung einem spezifischen Beispiel eines „zweiten Transistors“. Der Transistor MN12 entspricht in der vorliegenden Offenbarung einem spezifischen Beispiel eines „dritten Transistors“. Der Schalter SW2 entspricht einem spezifischen Beispiel eines „zweiten Schalters“ in der vorliegenden Offenbarung. Der Transistor MP1 entspricht in der vorliegenden Offenbarung einem spezifischen Beispiel eines „ersten Puffertransistors“. Der Transistor MP2 entspricht in der vorliegenden Offenbarung einem spezifischen Beispiel einer „ersten Stromquelle“.
[Operationen und Arbeitsweise]
Als Nächstes werden eine Operation bzw. eines Betriebs und Arbeitsweisen der Bildgebungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
(Überblick über eine allgemeine Operation bzw. einen allgemeinen Betrieb)
Zunächst wird mit Verweis auf 1 ein Überblick über den allgemeinen Betrieb der Bildgebungsvorrichtung 1 beschrieben. Die Ansteuersektion 12 steuert sequentiell die Vielzahl von Pixeln P1 im Pixel-Array 11 in Einheiten der Pixelzeilen L auf der Basis einer Anweisung vom Bildgebungs-Controller 15 an. Die Pixel P geben jeweils die Rücksetzspannung Vreset als das Signal SIG in der P-Phase-Periode TP ab und geben die Pixelspannung Vpix entsprechend der Menge an empfangenem Licht als das Signal SIG in der D-Phase-Periode TD ab. Der Referenzsignalgenerator 13 erzeugt das Referenzsignal RAMP auf der Basis einer Anweisung vom Bildgebungs-Controller 15. Die Auslesesektion 20 erzeugt das Bildgebungssignal DATAO auf der Basis einer Anweisung vom Bildgebungs-Controller 15, indem eine AD-Umwandlung auf der Basis des vom Pixel-Array 11 über die Signalleitung VSL bereitgestellten Signals SIG durchgeführt wird. Der Signalprozessor 14 erzeugt das Bildgebungssignal DATA auf der Basis einer Anweisung vom Bildgebungs-Controller 15, indem eine vorbestimmte Signalverarbeitung an dem Bildgebungssignal DATAO durchgeführt wird. Der Bildgebungs-Controller 15 stellt ein Steuerungssignal der Ansteuersektion 12, dem Referenzsignalgenerator 13, der Auslesesektion 20 und dem Signalprozessor 14 bereit und steuert Operationen dieser Schaltungen, wodurch der Betrieb der Bildgebungsvorrichtung 1 gesteuert wird.
(Detaillierter Betrieb)
In der Bildgebungsvorrichtung 1 akkumuliert die Vielzahl von Pixeln P jeweils elektrische Ladungen entsprechend der Menge an empfangenem Licht und gibt die der Menge an empfangenem Licht entsprechende Pixelspannung Vpix als das Signal SIG ab. Danach führt die Auslesesektion 20 auf der Basis des Signals SIG eine AD-Umwandlung durch. Dieser Betrieb wird unten im Detail beschrieben.
8 veranschaulicht ein Beispiel eines Betriebs bzw. einer Operation zum Scannen der Vielzahl von Pixeln P im Pixel-Array 11.
Die Bildgebungsvorrichtung 1 führt eine Ansteuerung D1 zum Belichtungsstart am Pixel-Array 11 der Reihenfolge nach von oben in der vertikalen Richtung in einer Periode von einem Zeitpunkt t0 bis zu einem Zeitpunkt t1 durch. Konkret erzeugt die Ansteuersektion 12 beispielsweise die Steuerungssignale STG und SRST, wodurch die Pixelzeilen L sequentiell ausgewählt werden und die Transistoren TG und RST in den Pixeln P in einer Zeit mit einer vorbestimmten Länge sequentiell eingeschaltet werden. Dies setzt eine Spannung des Floating-Diffusionsgebietes FD und eine Spannung der Kathode der Fotodiode PD auf die Stromversorgungsspannung VDD in jedem der Pixel P. Danach werden die Transistoren TG und RST abgeschaltet, was die Fotodiode PD veranlasst, eine Akkumulierung elektrischer Ladungen gemäß der Menge an empfangenem Licht zu starten. Somit startet in der Vielzahl von Pixeln P eine Belichtungsperiode T sequentiell.
Die Bildgebungsvorrichtung 1 führt eine Auslese-Ansteuerung D2 am Pixel-Array 11 in der Reihenfolge von oben in der vertikalen Richtung in einer Periode von einem Zeitpunkt t2 bis zu einem Zeitpunkt t3 durch. Konkret wählt die Ansteuersektion 12 sequentiell die Pixelzeile L aus, indem die Steuerungssignale STG und SRST wie später beschrieben erzeugt werden. Dies veranlasst, dass die Pixel P die Rücksetzspannung Vreset als das Signal SIG in der P-Phase-Periode TP abgeben und die Pixelspannung Vpix als das Signal SIG in der D-Phase-Periode TD abgeben. Die Auslesesektion 20 erzeugt den digitalen Code CODE, indem eine AD-Umwandlung auf der Basis des Signals SIG durchgeführt wird.
Die Bildgebungsvorrichtung 1 wiederholt solch eine Ansteuerung D1 zum Belichtungsstart und solch eine Auslese-Ansteuerung D2. Somit erhält die Bildgebungsvorrichtung 1 aufgenommene Bilder.
Als Nächstes wird die Auslese-Ansteuerung D2 im Detail beschrieben. Im Folgenden wird mit Fokus auf ein bestimmtes Pixel (ein Pixel P1) der Vielzahl von Pixeln P eine detaillierte Beschreibung von Operationen des Pixels P1 und des AD-Wandlers ADC (eines AD-Wandlers ADC1), der mit dem Pixel P1 gekoppelt ist, gegeben.
9 veranschaulicht ein Operationsbeispiel der Auslese-Ansteuerung D2 in dem Pixel P1 von Interesse, wobei (A) eine Wellenform des Steuerungssignals SSEL angibt, (B) eine Wellenform des Steuerungssignals SRST angibt, (C) eine Wellenform des Steuerungssignals STG angibt, (D) eine Wellenform des Signals SIG angibt, (E) eine Wellenform des Steuerungssignals AZSW angibt, (F) eine Wellenform des Referenzsignals RAMP angibt, (G) eine Wellenform einer Gatespannung Vg des Transistors MP11 in der Vergleichsschaltung 22 des AD-Wandlers ADC1 angibt und (H) eine Wellenform des Signals CMPO im AD-Wandler ADC1 angibt. Eine Wellenform des Steuerungssignals AZN ist der Wellenform des Steuerungssignals AZSW ähnlich.
In der Bildgebungsvorrichtung 1 gibt in einer bestimmten horizontalen Periode (H) zunächst das Pixel P1 die Rücksetzspannung Vreset ab, indem eine Reset- bzw. Rücksetzoperation durchgeführt wird, und führt der AD-Wandler ADC1 eine AD-Umwandlung auf der Basis der Rücksetzspannung Vreset in der P-Phase-Periode TP durch. Das Pixel P1 führt dann danach eine Operation zur Übertragung elektrischer Ladungen durch, wodurch die Pixelspannung Vpix abgegeben wird, und der AD-Wandler ADC1 führt eine AD-Umwandlung auf der Basis der Pixelspannung Vpix in der D-Phase-Periode TD durch. Diese Operation wird unten im Detail beschrieben.
Zunächst ändert zu einem Zeitpunkt t11 bei Beginn der horizontalen Periode H die Ansteuersektion 12 die Spannung des Steuerungssignals SSEL von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel ( (A) von 9). Dies schaltet den Transistor SEL im Pixel P1 ein, und das Pixel P1 wird mit der Signalleitung VSL elektrisch gekoppelt. Außerdem ändert zum Zeitpunkt t11 die Ansteuersektion 12 die Spannung des Steuerungssignals SRST vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel ((B) von 9). Dies schaltet den Transistor RST im Pixel P1 ein und setzt die Spannung des Floating-Diffusionsgebiets FD auf die Stromversorgungsspannung VDD (eine Rücksetzoperation) . Das Pixel P1 gibt eine Spannung (die Rücksetzspannung Vreset) entsprechend der Spannung des Floating-Diffusionsgebiets FD zu dieser Zeit ab. Folglich wird die Spannung des Signals SIG auf die Rücksetzspannung Vreset geändert ((D) von 9).
Außerdem ändert zum Zeitpunkt t11 der Referenzsignalgenerator 13 das Referenzsignal RAMP auf eine Spannung V1 ((F) von 9). Außerdem ändert zum Zeitpunkt t11 der Bildgebungs-Controller 15 die Spannungen der Steuerungssignale AZSW und AZN vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel ( (E) von 9) . Dies schaltet sowohl die Schalter SW1 als auch SW2 in der Vergleichsschaltung 22 des AD-Wandlers ADC1 ein. Das Einschalten des Schalters SW1 ändert die Gatespannung Vg des Transistors MP11 auf die gleiche Spannung (eine Spannung V2) wie eine Drainspannung des Transistors MP11 ((G) von 9), um die Spannungen der Kondensatoren C1 und C2 einzustellen. Außerdem ändert ein Einschalten des Schalters SW2 eine Gatespannung des Transistors MN12 auf die gleiche Spannung wie eine Drainspannung des Transistors MN12, um die Spannung des Kondensators C3 einzustellen. Dies ändert die Spannung des Signals CMPO auf eine Spannung V3 ((H) von 9). Somit führt die Vergleichsschaltung 22 eine Operation zur Einstellung des Arbeitspunktes durch.
Als Nächstes ändert zu einem Zeitpunkt t12 die Ansteuersektion 12 die Spannung des Steuerungssignals SRST vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel ( (B) von 9). Dies schaltet den Transistor RST im Pixel P1 aus.
Zu einem Zeitpunkt t13 ändert als Nächstes der Bildgebungs-Controller 15 die Spannungen der Steuerungssignale AZSW und AZN vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel ( (E) von 9). Dies schaltet die beiden Schalter SW1 und SW2 in der Vergleichsschaltung 22 des AD-Wandlers ADC1 aus, und die Operation zur Einstellung des Arbeitspunktes endet. Von diesem Punkt an arbeitet die Vergleichsschaltung 22, um die Gatespannung Vg mit der Spannung V2 zu vergleichen.
Als Nächstes verringert zu einem Zeitpunkt t14 der Referenzsignalgenerator 13 die Spannung des Referenzsignals RAMP von der Spannung V1 auf eine Spannung V4 ( (F) von 9). Dies ändert die Gatespannung Vg des Transistors MP11 auf eine niedrigere Spannung als die Spannung V2 ((G) von 9) in der Vergleichsschaltung 22 des AD-Wandlers ADC1, was die Spannung des Signals CMPO verringert ((H) von 9). Mit anderen Worten vergleicht die Vergleichsschaltung 22 die Gatespannung Vg mit der Spannung V2 und ist die Gatespannung Vg niedriger als die Spannung V2, wodurch die Spannung des Signals CMPO auf den niedrigen Pegel geändert wird.
In einer Periode von einem Zeitpunkt t15 bis zu einem Zeitpunkt t17 (der P-Phase-Periode TP) führt als Nächstes der AD-Wandler ADC1 eine AD-Umwandlung auf der Basis der Rücksetzspannung Vreset durch. Konkret beginnt zunächst zum Zeitpunkt t15 der Referenzsignalgenerator 13 damit, die Spannung des Referenzsignals RAMP von der Spannung V4 mit einer vorbestimmten Änderungsrate zu erhöhen ((F) von 9). Dementsprechend beginnt in der Vergleichsschaltung 22 des AD-Wandlers ADC1 die Gatespannung Vg des Transistors MP11 anzusteigen ((G) von 9). Außerdem beginnt zum Zeitpunkt t15 der Bildgebungs-Controller 15 die Erzeugung des Taktsignals CLK. Der Zähler 23 des AD-Wandlers ADC1 führt die Zähloperation durch, um Impulse des Taktsignals CLK zu zählen.
Zu einem Zeitpunkt t16 überschreitet dann die Gatespannung Vg die Spannung V2 ( (G) von 9). Dementsprechend ändert die Vergleichsschaltung 22 des AD-Wandlers ADC1 die Spannung des Signals CMPO vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel ( (H) von 9). Das heißt, die Vergleichsschaltung 22 vergleicht die Gatespannung Vg mit der Spannung V2, und die Gatespannung Vg übersteigt die Spannung V2, wodurch die Spannung des Signals CMPO vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel geändert wird. Der Zähler 23 des AD-Wandlers ADC1 stoppt die Zähloperation auf der Basis dieses Übergangs des Signals CMPO. Zu dieser Zeit ist der Zählwert des Zählers 23 CNTP. Das Latch 24 des AD-Wandlers ADC1 speichert bzw. hält diesen Zählwert CNTP als Zählwert in der P-Phase-Periode TP. Der Zähler 23 wird dann zurückgesetzt.
Zum Zeitpunkt t17 stellt als Nächstes der Referenzsignalgenerator 13 die Spannung des Referenzsignals RAMP auf die Spannung V1 am Ende der P-Phase-Periode TP ein. Außerdem stoppt der Bildgebungs-Controller 15 die Erzeugung des Taktsignals CLK zum Zeitpunkt t17.
Zum Zeitpunkt t17 ändert dann die Ansteuersektion 12 die Spannung des Steuerungssignals STG vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel ( (C) von 9). Dies schaltet den Transistor TG im Pixel P1 ein, und in der Fotodiode PD erzeugte elektrische Ladungen werden zum Floating-Diffusionsgebiet FD übertragen (eine Operation zur Übertragung elektrischer Ladungen). Das Pixel P1 gibt dann eine Spannung (die Pixelspannung Vpix) entsprechend der Spannung des Floating-Diffusionsgebiets FD zu dieser Zeit ab. Folglich wird die Spannung des Signals SIG auf die Pixelspannung Vpix geändert ((D) von 9). 9 veranschaulicht zwei Pixelspannungen Vpix (Pixelspannungen Vpix1 und Vpix2), die voneinander verschieden sind, als ein Beispiel. Die Spannung des Signals SIG wird auf solch eine Weise verringert, welche die Gatespannung Vg des Transistors MP11 in der Vergleichsschaltung 22 des AD-Wandlers ADC1 verringert ((G) von 9). Die Gatespannung Vg wird um eine der Pixelspannung Vpix entsprechende Spannung geändert. Die Gatespannung Vg wird auf solch eine Weise verringert, welche die Spannung des Signals CMPO verringert ( (H) von 9). Das heißt, die Vergleichsschaltung 22 vergleicht die Gatespannung Vg mit der Spannung V2, und die Gatespannung Vg ist niedriger als die Spannung V2, wodurch die Spannung des Signals CMPO auf den niedrigen Pegel geändert wird.
Als Nächstes ändert zu einem Zeitpunkt t18 die Ansteuersektion 12 die Spannung des Steuerungssignals STG vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel ( (C) von 9). Dies schaltet den Transistor TG im Pixel P1 aus.
Zu einem Zeitpunkt t19 verringert als Nächstes der Referenzsignalgenerator 13 die Spannung des Referenzsignals RAMP von der Spannung V1 auf die Spannung V4 ((F) von 9). Dies verringert die Gatespannung Vg des Transistors MP11 in der Vergleichsschaltung 22 des AD-Wandlers ADC1 ((G) von 9).
In einer Periode von einem Zeitpunkt t20 bis zu einem Zeitpunkt t23 (der D-Phase-Periode TD) führt als Nächstes der AD-Wandler ADC1 eine AD-Umwandlung auf der Basis der Pixelspannung Vpix durch. Konkret beginnt zunächst zum Zeitpunkt t20 der Referenzsignalgenerator 13, die Spannung des Referenzsignals RAMP von der Spannung V4 mit einer vorbestimmten Änderungsrate zu erhöhen ((F) von 9). Dementsprechend beginnt in der Vergleichsschaltung 22 des AD-Wandlers ADC1 die Gatespannung Vg des Transistors MP11 anzusteigen ((G) von 9). Darüber hinaus beginnt zum Zeitpunkt t20 der Bildgebungs-Controller 15 eine Erzeugung des Taktsignals CLK. Der Zähler 23 des AD-Wandlers ADC1 führt eine Zähloperation durch, um Impulse des Taktsignals CLK zu zählen.
Falls die Pixelspannung Vpix die Spannung Vpix1 ist, übersteigt die Gatespannung Vg die Spannung V2 zum Zeitpunkt t21 ( (G) von 9). Dementsprechend ändert die Vergleichsschaltung 22 des AD-Wandlers ADC1 die Spannung des Signals CMPO vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel ( (H) von 9). Das heißt, die Vergleichsschaltung 22 vergleicht die Gatespannung Vg mit der Spannung V2, und die Gatespannung Vg übersteigt die Spannung V2, wodurch die Spannung des Signals CMPO vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel geändert wird.
Falls die Pixelspannung Vpix die Spannung Vpix2 ist, übersteigt außerdem die Gatespannung Vg die Spannung V2 zu einem Zeitpunkt t22 ((G) von 9). Dementsprechend ändert die Vergleichsschaltung 22 des AD-Wandlers ADC1 die Spannung des Signals CMPO vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel ( (H) von 9).
Der Zähler 23 des AD-Wandlers ADC1 stoppt die Zähloperation basierend auf diesem Übergang des Signals CMPO. Zu dieser Zeit ist der Zählwert des Zählers 23 CNTD. Das Latch 24 des AD-Wandlers ADC1 hält den Zählwert CNTD als Zählwert in der D-Phase-Periode TD. Danach wird der Zähler 23 zurückgesetzt.
Zu einem Zeitpunkt t24 stellt als Nächstes der Referenzsignalgenerator 13 die Spannung des Referenzsignals RAMP auf die Spannung V1 am Ende der D-Phase-Periode TD ein ((F) von 9). Außerdem stoppt der Bildgebungs-Controller 15 die Erzeugung des Taktsignals CLK zum Zeitpunkt t23. Die Ansteuersektion 12 ändert dann die Spannung des Steuerungssignals SSEL vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel zum Zeitpunkt t23 ((A) von 9). Dies schaltet den Transistor SEL im Pixel P1 aus, was das Pixel P1 von der Signalleitung SGL elektrisch trennt.
Das Latch 24 des AD-Wandlers ADC1 erzeugt dann den digitalen Code CODE, der einer Differenz (CNTD - CNTP) zwischen dem vom Zähler 23 in der P-Phase-Periode TP erhaltenen Zählwert CNTP und dem vom Zähler 23 in der D-Phase-Periode TD erhaltenen Zählwert CNTD entspricht.
Wie oben beschrieben wurde, wird in der Bildgebungsvorrichtung 1 die Zähloperation auf der Basis der Rücksetzspannung Vreset in der P-Phase-Periode durchgeführt, um den Zählwert CNTP zu erhalten, und wird die Zähloperation auf der Basis der Pixelspannung Vpix in der D-Phase-Periode TD durchgeführt, um den Zählwert CNTD zu erhalten. In der Bildgebungsvorrichtung 1 wird dann der digitale Code CODE erzeugt, der einer Differenz (CNTD - CNTP) zwischen den Zählwerten CNTP und CNTD entspricht. In der Bildgebungsvorrichtung 1 wird solch eine korrelierte Doppelabtastung durchgeführt, was ermöglicht, eine in der Pixelspannung Vpix enthaltene Rauschkomponente zu entfernen. Infolgedessen ist es möglich, eine Bildqualität eines aufgenommenen Bildes zu verbessern.
Wie oben beschrieben wurde, enthält in der Bildgebungsvorrichtung 100 jeder der Vielzahl von AD-Wandlern ADC die Pufferschaltung 21. Dies macht es möglich, eine Interferenz unter der Vielzahl von AD-Wandlern ADC zu unterdrücken. Das heißt beispielsweise in einem Fall, in dem die Pufferschaltung 21 nicht in jedem der Vielzahl von AD-Wandlern ADC vorgesehen ist, kann bei einem Übergang des Signals CMPO durch die Vergleichsschaltung 22 in einem bestimmten AD-Wandler ADC Rauschen im Referenzsignal RAMP erzeugt werden. Das Rauschen kann in diesem Fall Operationen der anderen AD-Wandler ADC beeinflussen. In der Bildgebungsvorrichtung 1 ist die Pufferschaltung 21 in jedem der Vielzahl von AD-Wandlern ADC vorgesehen, was ermöglicht, eine Wahrscheinlichkeit zu reduzieren, dass Rauschen im Referenzsignal RAMP erzeugt wird. Dies macht es möglich, eine Wahrscheinlichkeit zu reduzieren, dass die Operation eines bestimmten AD-Wandlers ADC Operationen anderer AD-Wandler ADC beeinflusst. Dies ermöglicht, beispielsweise eine Wahrscheinlichkeit zu reduzieren, dass in einem aufgenommenen Bild in der Bildgebungsvorrichtung 1 Schlieren- bzw. Streifenbildung auftritt. Infolgedessen ist es möglich, die Bildqualität eines aufgenommenen Bildes in der Bildgebungsvorrichtung 1 zu verbessern.
Außerdem kombiniert in der Bildgebungsvorrichtung 1 die Vergleichsschaltung 22 die Spannung des Signals SIG und die Spannung des Referenzsignals RAMP1 unter Verwendung der Kondensatoren C1 und C2 und führt eine Vergleichsoperation auf der Basis einer so kombinierten Spannung durch. Dementsprechend wird in der Bildgebungsvorrichtung 1 beispielsweise in der Pufferschaltung 21A erzeugtes Rauschen durch die Kondensatoren C1 und C2 spannungsgeteilt, was ermöglicht, eine Rauschkomponente zu reduzieren. Dies macht es möglich, einen Einfluss des in der Pufferschaltung 21A erzeugten Rauschens auf die Vergleichsoperation zu unterdrücken. Infolgedessen ist es möglich, eine Wahrscheinlichkeit einer Reduzierung der Bildqualität eines aufgenommenen Bildes in der Bildgebungsvorrichtung 1 zu reduzieren.
[Effekte]
Wie oben beschrieben wurde, enthält in der vorliegenden Ausführungsform jeder der Vielzahl von AD-Wandlern die Pufferschaltung, was ermöglicht, eine Bildqualität eines aufgenommenen Bildes zu verbessern.
In der vorliegenden Ausführungsform werden in der Vergleichsschaltung die Spannung des Signals des SIG und die Spannung des Referenzsignals RAMP1 unter Verwendung der Kondensatoren C1 und C2 kombiniert und wird die Vergleichsoperation auf der Basis einer so kombinierten Spannung durchgeführt, was ermöglicht, eine Wahrscheinlichkeit einer Reduzierung der Bildqualität eines aufgenommenen Bildes zu reduzieren.
[Modifikationsbeispiel 1]
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind zum Beispiel vier Transistoren MP11, MN11, MP12 und MN12 in der Vergleichsschaltung 22 (4A) vorgesehen; aber dies nicht einschränkend. Beispielsweise kann wie bei einer in 10A veranschaulichten Vergleichsschaltung 22B ferner ein Transistor MN15 vorgesehen werden. Der Transistor MN15 ist ein MOS-Transistor vom N-Typ und weist ein mit dem Signal CMPO versorgtes Gate, einen mit der Stromversorgungsspannung VDD2 versorgten Drain und eine mit den Drains der Transistoren MP11 und MN11, dem Gate des Transistors MP12 und dem anderen Ende des Schalters SW1 gekoppelte Source auf. Der Transistor MN15 führt auf der Basis der Spannung des Signals CMPO eine Steuerung durch, um zu verhindern, dass die Drainspannung des Transistors MN11, der als Konstantstromquelle arbeitet, zu niedrig wird. Dies macht es beispielsweise möglich, eine Konstantstromeigenschaft im Transistor MN11 aufrechtzuerhalten und eine Interferenz unter der Vielzahl von AD-Wandlern ADC zu unterdrücken.
In diesem Beispiel wird das vorliegende Modifikationsbeispiel für die Vergleichsschaltung 22 (4A) verwendet; das vorliegende Modifikationsbeispiel kann aber beispielsweise für die Vergleichsschaltung 22A (4C) verwendet werden. Konkret kann beispielsweise wie bei einer in 10B veranschaulichten Vergleichsschaltung 22C ein Transistor MP15 vorgesehen werden. Der Transistor MP15 ist ein MOS-Transistor vom P-Typ und weist ein mit dem Signal CMPO versorgtes Gate, einen mit der Erdungsspannung VSS2 versorgten Drain und eine mit den Drains der Transistoren MN13 und MP13, dem Gate des Transistors MN14 und dem anderen Ende des Schalters SW3 verbundene Source auf. Der Transistor MP15 führt auf der Basis der Spannung des Signals CMPO eine Steuerung durch, um zu verhindern, dass die Drainspannung des Transistors MP13, der als Konstantstromquelle arbeitet, zu hoch wird. Dies macht es beispielsweise möglich, die Konstantstromeigenschaft im Transistor MP13 aufrechtzuerhalten und eine Interferenz unter der Vielzahl von AD-Wandlern ADC zu unterdrücken.
[Modifikationsbeispiel 2]
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Back-Gate des Transistors MP1 der Pufferschaltung 21 mit der Stromversorgungsspannung VDD1 versorgt; aber dies ist nicht einschränkend. Stattdessen kann wie bei einer in 11A veranschaulichten Pufferschaltung 21B das Back-Gate des Transistors MP1 mit der Source dieses Transistors MP1 gekoppelt sein. Dies macht es möglich, einen Absolutwert der Gate-Source-Spannung Vgs des Transistors MP1 zu verringern, was beispielsweise ermöglicht, die Stromversorgungsspannung VDD1 weiter zu verringern und den Stromverbrauch zu reduzieren. Außerdem ist es möglich, eine Verstärkung der Pufferschaltung 21B, die als Sourcerfolger arbeitet, auf nahe 0 dB zu bringen, und somit ist es möglich, die Linearität zu verbessern.
In diesem Beispiel wird das vorliegende Modifikationsbeispiel für die Pufferschaltung 21 (4A) verwendet; das vorliegende Modifikationsbeispiel kann aber beispielsweise für die Pufferschaltung 21A (4B) verwendet werden. Wie bei einer in 11B veranschaulichten Pufferschaltung 21C kann konkret das Back-Gate des Transistors MN1 mit der Source dieses Transistors MN1 gekoppelt sein. Dies macht es möglich, die Gate-Source-Spannung Vgs des Transistors MN1 zu verringern, was beispielsweise ermöglicht, die Stromversorgungsspannung VDD1 weiter zu verringern und den Stromverbrauch zu reduzieren. Außerdem ist es möglich, eine Verstärkung der Pufferschaltung 21C, die als Sourcefolger arbeitet, auf nahe 0 dB zu bringen, und ist es möglich, die Linearität zu verbessern.
[Modifikationsbeispiel 3]
Darüber hinaus können die Back-Gates der Transistoren MP1 in den Pufferschaltungen der Vielzahl von AD-Wandlern ADC miteinander gekoppelt sein. Das vorliegende Modifikationsbeispiel wird mit Verweis auf einige Beispiele unten beschrieben.
12 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel einer Auslesesektion 20D in einer Bildgebungsvorrichtung 1D gemäß dem vorliegenden Modifikationsbeispiel. Die Auslesesektion 20D enthält eine Vielzahl von Pufferschaltungen 21D und einen Spannungsgenerator 16D. Die Back-Gates der Transistoren MP1 der Vielzahl von Pufferschaltungen 21D sind miteinander gekoppelt. Die Back-Gates dieser Transistoren MP1 werden mit der Gleichstromspannung VDC versorgt.
13 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel der Transistoren MP1 der Vielzahl von Pufferschaltungen 21D. In diesem Beispiel ist eine N-Wanne 221N in einem Halbleitersubstrat 200P vom P-Typ ausgebildet. Die Transistoren MP1 der Vielzahl von Pufferschaltungen 21D ist in der N-Wanne 221N ausgebildet. Dies bewirkt, dass die Back-Gates dieser Transistoren MP1 über die N-Wanne 221N miteinander elektrisch gekoppelt sind.
Der Spannungsgenerator 16D ist dafür konfiguriert, die Gleichstromspannung VDC zu erzeugen. Die Spannung VDC wird auf eine Spannung gesetzt, die bewirkt, dass dass ein von der Source des Transistors MP1 und der N-Wanne 221N gebildeter PN-Übergang in Sperrrichtung vorgespannt wird.
Somit wird in der Bildgebungsvorrichtung 1D die Spannung VDC den Back-Gates der Vielzahl von Transistoren MN1 bereitgestellt. Eine geeignete Einstellung der Spannung VDC macht es möglich, den Absolutwert der Gate-Source-Spannung Vgs des Transistors MP1 zu verringern, was beispielsweise ermöglicht, die Stromversorgungsspannung VDD1 weiter zu verringern und den Stromverbrauch zu reduzieren. Außerdem ist in der Bildgebungsvorrichtung 1D die Vielzahl von Transistoren MP1 in einer N-Wanne 221N vorgesehen, was beispielsweise ermöglicht, die Fläche eines Wannenkontakts im Vergleich mit einem Fall zu reduzieren, in dem jeder der Vielzahl der Transistoren MP1 in einer entsprechenden einer Vielzahl von N-Wannen vorgesehen ist. Dementsprechend ist es möglich, eine Layout-Fläche zu reduzieren.
14 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel einer Auslesesektion 20E in einer anderen Bildgebungsvorrichtung 1E gemäß dem vorliegenden Modifikationsbeispiel. Die Auslesesektion 20E enthält eine Pufferschaltung 17E und eine Vielzahl von Pufferschaltungen 21D. Die Pufferschaltung 17E ist dafür konfiguriert, ein Referenzsignal RAMP2 auf der Basis des Referenzsignals RAMP zu erzeugen. Die Back-Gates der Transistoren MP1 der Vielzahl von Pufferschaltungen 21D sind miteinander gekoppelt. Die Back-Gates dieser Transistoren MP1 werden mit dem Referenzsignal RAMP2 versorgt. Der Spannungspegel des Referenzsignals RAMP2 wird auf einen Spannungspegel gesetzt, der bewirkt, dass ein von der Source des Transistors MP1 und der N-Wanne 221N gebildeter PN-Übergang in Sperrrichtung vorgespannt wird. Hier entspricht die Pufferschaltung 17E in der vorliegenden Offenbarung einem spezifischen Beispiel eines „Signalgenerators“. Das Referenzsignal RAMP2 entspricht in der vorliegenden Offenbarung einem spezifischen Beispiel eines „Hilfs-Referenzsignals“.
Somit wird in der Bildgebungsvorrichtung 1E das Back-Gate des Transistors MP1 mit dem Referenzsignal RAMP2 versorgt, das dem Referenzsignal RAMP entspricht. Eine geeignete Einstellung des Spannungspegels des Referenzsignals RAMP2 macht es möglich, den Absolutwert der Gate-Source-Spannung Vgs des Transistors MP1 wie bei der Bildgebungsvorrichtung 1D zu verringern, was beispielsweise ermöglicht, die Stromversorgungsspannung VDD1 weiter zu verringern und den Stromverbrauch zu reduzieren.
[Modifikationsbeispiel 4]
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist in jedem der Vielzahl von AD-Wandlern ADC der Ausgangsanschluss der Pufferschaltung 21 mit der Vergleichsschaltung 22 gekoppelt; aber dies ist nicht einschränkend. Stattdessen können beispielsweise die Ausgangsanschlüsse der Pufferschaltungen 21 von zwei oder mehr AD-Wandlern ADC miteinander gekoppelt sein, und diese Ausgangsanschlüsse können mit den Vergleichsschaltungen 22 der zwei oder mehr AD-Wandler ADC gekoppelt sein. Das vorliegende Modifikationsbeispiel wird unten im Detil beschrieben.
15 und 16 veranschaulichen ein Konfigurationsbeispiel einer Auslesesektion 20F in einer Bildgebungsvorrichtung 1F gemäß dem vorliegenden Modifikationsbeispiel. Die Auslesesektion 20F enthält eine Vielzahl von AD-Wandlern ADC. In diesem Beispiel sind die Ausgangsanschlüsse der Pufferschaltungen 21 in zwei AD-Wandlern ADC miteinander gekoppelt. Konkret sind der Ausgangsanschluss der Pufferschaltung 21 des 0. AD-Wandlers ADC[0] und der Ausgangsanschluss der Pufferschaltung 21 des ersten AD-Wandlers ADC[1] miteinander gekoppelt. Somit erzeugen diese zwei Pufferschaltungen 21 das Referenzsignal RAMP1. Die Vergleichsschaltung 22 des 0. AD-Wandlers ADC[0] und die Vergleichsschaltung 22 des ersten AD-Wandlers ADC[1] führen eine Operation auf der Basis des Referenzsignals RAMP1 durch. Außerdem sind der Ausgangsanschluss der Pufferschaltung 21 des zweiten AD-Wandlers ADC[2] und der Ausgangsanschluss der Pufferschaltung 21 des dritten AD-Wandlers ADC[3] miteinander gekoppelt. Folglich erzeugen diese zwei Pufferschaltungen 21 des Referenzsignal RAMP1. Die Vergleichsschaltung 22 des zweiten AD-Wandlers ADC[2] und die Vergleichsschaltung 22 des dritten AD-Wandlers ADC[3] führen auf der Basis des Referenzsignals RAMP1 eine Operation durch. Das Gleiche gilt für vierte und folgende AD-Wandler. Somit erzeugen zwei Pufferschaltungen 21 das Referenzsignal RAMP1, was ermöglicht, eine Ausgangsimpedanz einer Schaltung zu verringern, die das Referenzsignal RAMP1 erzeugt, und ermöglicht, im Referenzsignal RAMP1 enthaltenes Schaltungsrauschen im Vergleich mit der oben beschriebenen Ausführungsform auf 1/√2 zu reduzieren.
Es ist besonders zu erwähnen, dass in diesem Beispiel die Ausgangsanschlüsse der Pufferschaltungen 21 in zwei AD-Wandlern ADC miteinander gekoppelt sind, dies aber nicht einschränkend ist. Stattdessen können die Ausgangsanschlüsse der Pufferschaltungen 21 in drei oder mehr AD-Wandlern ADC miteinander gekoppelt sein. Falls beispielsweise die Ausgangsanschlüsse der Pufferschaltungen 21 in N AD-Wandlern ADC miteinander gekoppelt sind, ist es möglich, im Referenzsignal RAMP1 enthaltenes Schaltungsrauschen auf 1/√N zu reduzieren.
[Modifikationsbeispiel 5]
Außerdem kann ein variabler Widerstand zwischen den Ausgangsanschlüssen der Pufferschaltungen 21 in zwei einander benachbarten AD-Wandlern ADC einer Vielzahl von AD-Wandlern ADC vorgesehen sein. Das vorliegende Modifikationsbeispiel wird unten im Detail beschrieben.
17 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel einer Auslesesektion 20G in einer Bildgebungsvorrichtung 1G gemäß dem vorliegenden Modifikationsbeispiel. Die Auslesesektion 20G enthält eine Vielzahl von Transistoren 19G und einen Spannungsgenerator 18G. Der Transistor 19G ist ein MOS-Transistor vom N-Typ und ist zwischen den Ausgangsanschlüssen der Pufferschaltungen 21 von je zwei einander benachbarten AD-Wandlern ADC der Vielzahl von AD-Wandlern ADC vorgesehen. Der Transistor 19G weist eine mit dem Ausgangsanschluss einer bestimmten Pufferschaltung 21 gekoppelte Source, einen mit dem Ausgangsanschluss der der bestimmten Pufferschaltung 21 benachbarten Pufferschaltung 21 gekoppelten Drain und eine mit einer Steuerungsspannung Vctrl versorgtes Gate auf. Ein Drain-Source-Widerstandswert im Transistor 19G wird in Abhängigkeit von der Steuerungsspannung Vctrl geändert. Das heißt, der Transistor 19G fungiert als variabler Widerstand. Der Spannungsgenerator 18G ist dafür konfiguriert, die Steuerungsspannung Vctrl zu erzeugen.
Mit dieser Konfiguration wird beispielsweise in einem Fall, in dem der Widerstandswert des Transistors 19G erhöht wird, ein Widerstandswert zwischen den Ausgangsanschlüssen einer Vielzahl von Pufferschaltungen 21 erhöht, was ermöglicht, beispielsweise eine Wahrscheinlichkeit zu reduzieren, dass Streifenbildung in einem aufgenommenen Bild auftritt, wie beim Fall der Auslesesektion 20 (5) gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform. Infolgedessen ist es möglich, die Bildqualität des aufgenommenen Bildes zu verbessern. Außerdem wird in einem Fall, in dem der Widerstandswert des Transistors 19G verringert wird, der Widerstandswert zwischen den Ausgangsanschlüssen der Vielzahl von Pufferschaltungen 21 verringert, was ermöglicht, eine Ausgangsimpedanz zu verringern, und ermöglicht, in dem Referenzsignal RAMP1 enthaltenes Schaltungsrauschen zu reduzieren, wie beim Fall der Auslesesektion 20F (16) gemäß dem Modifikationsbeispiel 4.
Es ist besonders zu erwähnen, dass in diesem Beispiel der variable Widerstand unter Verwendung eines MOS-Transistors vom N-Typ konfiguriert ist, dies aber nicht einschränkend ist. Stattdessen kann der variable Widerstand beispielsweise unter Verwendung eines MOS-Transistors vom P-Typ konfiguriert werden.
Außerdem ist in diesem Beispiel die gesamte Vielzahl an AD-Wandlern ADC über den Transistor 19G miteinander gekoppelt; aber dies ist nicht einschränkend. Stattdessen kann beispielsweise die Vielzahl von AD-Wandlern ADC in eine Vielzahl von Gruppen unterteilt sein, die zwei oder mehr AD-Wandler ACC enthalten, und die zur gleichen Gruppe gehörenden AD-Wandler ADC können über den Widerstand 19G miteinander gekoppelt sein. Außerdem kann eine Vielzahl geradzahlig nummerierter AD-Wandler ADC über den Transistor 19G miteinander gekoppelt sein und kann eine Vielzahl ungeradzahlig nummerierter AD-Wandler ADC über den Transistor 19G miteinander gekoppelt sein. Konkret können zum Beispiel der 0. AD-Wandler ADC[0] und der zweite AD-Wandler ADC[2] über den Transistor 19G (einen Transistor 19G1) miteinander gekoppelt sein und können der zweite AD-Wandler ADC[2] und der vierte AD-Wandler ADC[4] über den Transistor 19G (einen Transistor 19G2) miteinander gekoppelt sein. Desgleichen können der erste AD-Wandler ADC[1] und der dritte AD-Wandler ADC[3] über den Transistor 19G (einen Transistor 19G3) miteinander gekoppelt sein und können der dritte AD-Wandler ADC[3] und der fünfte AD-Wandler ADC[5] über den Transistor 19G (einen Transistor 19G4) miteinander gekoppelt sein.
Außerdem ist in diesem Beispiel ein Spannungsgenerator 18G vorgesehen, und der Spannungsgenerator 18G steuert Widerstandswerte all der Transistoren 19G; aber dies ist nicht einschränkend. Stattdessen kann beispielsweise eine Vielzahl von Spannungsgeneratoren vorgesehen werden, und die Vielzahl von Spannungsgeneratoren kann Widerstandswerte der voneinander verschiedenen Transistoren 19G steuern.
[Modifikationsbeispiel 6]
Wie bei einer in 18 veranschaulichten Auslesesektion 20H können außerdem die Ausgangsanschlüsse der Pufferschaltungen 21 von zwei AD-Wandlern ADC, die einander nicht benachbart sind, miteinander gekoppelt sein. In diesem Beispiel sind ein n-ter AD-Wandler ADC[n], ein (n+2)-ter AD-Wandler ADC[n+2], ein (n+3)-ter AD-Wandler ADC[n+3] und ein (n+5)-ter AD-Wandler ADC[n+5] in einer Gruppe (einer ersten Gruppe) enthalten und sind die Ausgangsanschlüsse der Pufferschaltungen 21 einer Vielzahl von AD-Wandlern ADC, die zu dieser ersten Gruppe gehören, miteinander gekoppelt. Außerdem sind ein (n+4)-ter AD-Wandler ADC[n+4], ein (n+6)-ter AD-Wandler ADC[n+6], ein (n+7)-ter AD-Wandler ADC[n+7] und ein (n+9)-ter AD-Wandler ADC[n+9] in einer anderen Gruppe (einer zweiten Gruppe) enthalten und sind die Ausgangsanschlüsse der Pufferschaltungen 21 einer Vielzahl von AD-Wandlern ADC, die zu dieser zweiten Gruppe gehören, miteinander gekoppelt. Das heißt, die Pufferschaltung 21 des AD-Wandlers ADC ADC[n+4], der zwischen dem AD-Wandler ADC[n+3] und dem AD-Wandler ADC[n+5] angeordnet ist, deren Pufferschaltungen 21 miteinander gekoppelt sind, ist nicht mit diesen Pufferschaltungen 21 gekoppelt. Eine Interferenz tritt unter der Vielzahl von zur ersten Gruppe gehörenden AD-Wandlern ADC auf, und ähnlich tritt eine Interferenz unter der Vielzahl von zur zweiten Gruppe gehörenden AD-Wandlern ADC auf. Der Grad einer Interferenz unter der Vielzahl von zur ersten Gruppe gehörenden AD-Wandlern ADC ist verschieden vom Grad einer Interferenz unter der Vielzahl von zur zweiten Gruppe gehörenden AD-Wandlern ADC. Dementsprechend ermöglicht ein Anordnen der zur zweiten Gruppe gehörenden AD-Wandler ADC zwischen der Vielzahl von AD-Wandlern ADC, die zur ersten Gruppe gehören, eine Grenze eines Bildes basierend auf einer Differenz im Grad der Interferenz unscharf zu machen.
[Modifikationsbeispiel 7]
In der oben beschriebenen Ausführungsform enthält, wie in 4A veranschaulicht ist, die Vergleichsschaltung 22 eine Schaltung vom Einzelend-Typ; dies ist aber nicht einschränkend. Stattdessen kann beispielsweise die Vergleichsschaltung eine Schaltung vom differentiellen Typ enthalten. Vergleichsschaltungen 32A und 32B gemäß dem vorliegenden Modifikationsbeispiel werden unten im Detail beschrieben.
19A veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel der Vergleichsschaltung 32A. Die Anfangsstufenschaltung 101 der Vergleichsschaltung 32A enthält Transistoren MP21 bis MP23, Schalter SW21 und SW22 und Transistoren MN21 und MN22. Die Transistoren MP21 bis MP23 sind MOS-Transistoren vom P-Typ, und die Transistoren MN21 und MN22 sind MOS-Transistoren vom N-Typ.
Kondensatoren C21 und C22 weisen jeweils ein Ende und ein anderes Ende auf. Der Kondensator C21 weist das mit dem Referenzsignal RAMP1 versorgte eine Ende und das mit dem anderen Ende des Kondensators C22, einem Gate des Transistors MP21 und einem Ende des Schalters SW21 gekoppelte andere Ende auf. Der Kondensator C22 weist das mit dem Signal SIG versorgte eine Ende und das mit dem anderen Ende des Kondensators C21, dem Gate des Transistors MP21 und dem einen Ende des Schalters SW21 gekoppelte andere Ende auf. Ein Kondensator C23 weist ein mit der Gleichstromspannung VREF versorgtes Ende und ein mit einem Gate des Transistors MP22 und einem Ende des Schalters SW22 gekoppeltes anderes Ende auf.
Der Transistor MP21 weist das mit den anderen Enden der Kondensatoren C21 und C22 und dem einen Ende des Schalters SW21 gekoppelte Gate, einen mit einem Drain des Transistors MN21, Gates der Transistoren MN21 und MN22 und einem anderen Ende des Schalters SW21 gekoppelten Drain und eine mit einer Source des Transistors MP22 und einem Drain des Transistors MP23 gekoppelte Source auf. Der Transistor MP22 weist das mit dem anderen Ende des Kondensators C23 und dem einen Ende des Schalters SW22 gekoppelte Gate, einen mit einem Drain des Transistors MN22, einem anderen Ende des Schalters SW22 und dem Eingangsanschluss der Nachstufenschaltung 102 gekoppelten Drain und die mit der Source des Transistors MP21 und dem Drain des Transistors MP23 gekoppelte Source auf. Der Transistor MP23 weist ein mit der Vorspannung VB4 versorgtes Gate, den mit den Sources der Transistoren MP21 und MP22 gekoppelten Drain und eine mit der Stromversorgungsspannung VDD2 versorgte Source auf. Der Transistor MP23 arbeitet als Gleichstromquelle, und die Transistoren MP21 und MP22 arbeiten als differentielles Paar.
Der Schalter SW21 ist dafür konfiguriert, auf der Basis des Steuerungssignals AZSW ein- und ausgeschaltet zu werden. Der Schalter SW21 weist das mit den anderen Enden der Kondensatoren C21 und C22 und dem Gate des Transistors MP21 gekoppelte eine Ende und das mit den Drains der Transistoren MP21 und MN21 und den Gates der Transistoren MN21 und MN22 gekoppelte andere Ende auf. Der Schalter SW22 ist dafür konfiguriert, auf der Basis des Steuerungssignals AZSW ein- und ausgeschaltet zu werden. Der Schalter SW22 weist das mit dem anderen Ende des Kondensators C23 und dem Gate des Transistors MP22 gekoppelte eine Ende und das mit den Drains der Transistoren MP22 und MN22 und dem Eingangsanschluss der Nachstufenschaltung 102 gekoppelte andere Ende auf.
Der Transistor MN21 weist das mit dem Gate des Transistors MN22, den Drains der Transistoren MN21 und MP21 und dem anderen Ende des Schalters SW21 gekoppelte Gate, den mit den Gates der Transistoren MN21 und MN22, dem Drain des Transistors MP21 und dem anderen Ende des Schalters SW21 gekoppelten Drain und eine mit der Erdungsspannung VSS2 versorgte Source auf. Der Transistor MN22 weist das mit dem Gate des Transistors MN21, den Drains der Transistoren MN21 und MP21 und dem anderen Ende des Schalters SW21 gekoppelte Gate, den mit der Nachstufenschaltung 102, dem Drain des Transistors MP22 und dem anderen Ende des Schalters SW22 gekoppelten Drain und eine mit der Erdungsspannung VSS2 versorgte Source auf. Die Transistoren MN21 und MN22 arbeiten als Lasten der Transistoren MP21 und MP22, die ein differentielles Paar sind.
Hier entspricht die Vergleichsschaltung 32A in der vorliegenden Offenbarung einem spezifischen Beispiel einer „ersten Vergleichsschaltung“. Der Transistor MP21 entspricht in der vorliegenden Offenbarung einem spezifischen Beispiel eines „ersten Transistors“. Der Transistor MP22 entspricht in der vorliegenden Offenbarung einem spezifischen Beispiel eines „fünften Transistors“. Der Transistor MP23 ist entspricht in der vorliegenden Offenbarung einem spezifischen Beispiel einer „Stromquelle“. In der vorliegenden Offenbarung entspricht der Kondensator C21 einem spezifischen Beispiel eines „ersten Kondensators“. Der Kondensator C22 entspricht einem spezifischen Beispiel eines „zweiten Kondensators“ in der vorliegenden Offenbarung. Der Kondensator C23 entspricht in der vorliegenden Offenbarung einem spezifischen Beispiel eines „dritten Kondensators“. Der Schalter SW21 entspricht in der vorliegenden Offenbarung einem spezifischen Beispiel eines „ersten Schalters“. In der vorliegenden Offenbarung entspricht der Schalter SW22 einem spezifischen Beispiel eines „dritten Schalters“. Der Transistor MN21 entspricht in der vorliegenden Offenbarung einem spezifischen Beispiel eines „ersten Lasttransistors“. Der Transistor MN22 entspricht einem spezifischen Beispiel eines „zweiten Lasttransistors“ in der vorliegenden Offenbarung.
19B veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel der Vergleichsschaltung 32B. Die Anfangsstufenschaltung 101 der Vergleichsschaltung 32B enthält Transistoren MN24 bis MN26, Schalter SW24 und SW25 und Transistoren MP24 und MP25. Die Transistoren MN24 bis MN26 sind MOS-Transistoren vom N-Typ, und die Transistoren MP24 und MP25 sind MOS-Transistoren vom P-Typ. Die Kondensatoren C24 bis C26 der Vergleichsschaltung 32B entsprechen jeweils den Kondensatoren C21 bis C23 der Vergleichsschaltung 32A. Die Transistoren MN24 bis MN26 der Vergleichsschaltung 32B entsprechen jeweils den Transistoren MP21 bis MP23 der Vergleichsschaltung 32A. Die Schalter SW24 und SW25 der Vergleichsschaltung 32B entsprechen jeweils den Schaltern SW21 und SW22 der Vergleichsschaltung 32A. Die Transistoren MP24 und MP25 der Vergleichsschaltung 32B entsprechen jeweils den Transistoren MN21 und MN22 der Vergleichsschaltung 32A.
[Modifikationsbeispiel 8]
In der oben beschriebenen Ausführungsform kombiniert, wie beispielsweise in 4A veranschaulicht ist, die Vergleichsschaltung 22 die Spannung des Signals SIG und die Spannung des Referenzsignals RAMP1 unter Verwendung der Kondensatoren C1 und C2 und führt eine Vergleichsoperation auf der Basis einer so kombinierten Spannung durch; aber dies ist nicht einschränkend. Vergleichsschaltungen 42A und 42B gemäß dem vorliegenden Modifikationsbeispiel sind unten im Detail beschrieben.
20A veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel der Vergleichsschaltung 42A. Die Vergleichsschaltung 42A enthält Kondensatoren C31 und C32. Der Kondensator C31 weist ein mit dem Referenzsignal RAMP1 versorgtes Ende und ein mit dem Gate des Transistors MP21 und dem einen Ende des Schalters SW21 gekoppeltes anderes Ende auf. Der Kondensator C32 weist ein mit dem Signal SIG versorgtes Ende und ein mit dem Gate des Transistors MP22 und dem einen Ende des Schalters SW22 gekoppeltes anderes Ende auf. Der Kondensator C31 entspricht hier in der vorliegenden Offenbarung einem spezifischen Beispiel eines „ersten Kondensators“. Der Kondensator C32 entspricht einem spezifischen Beispiel eines „zweiten Kondensators“ in der vorliegenden Offenbarung.
20B veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel der Vergleichsschaltung 42B. Die Vergleichsschaltung 42B enthält Kondensatoren C34 und C35. Der Kondensator C34 weist ein mit dem Referenzsignal RAMP1 versorgtes Ende und ein mit einem Gate des Transistors MN24 und einem Ende des Schalters SW24 gekoppeltes anderes Ende auf. Der Kondensator C35 weist ein mit dem Signal SIG versorgtes Ende und ein mit einem Gate des Transistors MN25 und einem Ende des Schalters SW25 gekoppeltes anderes Ende auf.
[Andere Modifikationsbeispiele]
Außerdem können zwei oder mehr dieser Modifikationsbeispiele kombiniert werden.
<2. Nutzungsbeispiele einer Bildgebungsvorrichtung>
21 veranschaulicht Nutzungsbeispiele der Bildgebungsvorrichtung gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform. Beispielsweise ist die oben beschriebene Bildgebungsvorrichtung 1 in einer Vielzahl von Fällen zum Erfassen von Licht wie etwa sichtbarem Licht, Infrarotlicht und Ultraviolettlicht und Röntgenstrahlen wie folgt verwendbar.

- Vorrichtungen, die Bilder zur Betrachtung schießen, wie etwa Digitalkameras und mobile Vorrichtungen mit Kamerafunktion
- Vorrichtungen zur Nutzung im Verkehr wie etwa bordeigene Sensoren, die Bilder des vorderen Bereichs, hinteren Bereichs, der seitlichen Umgebung, des Innenraums und so weiter eines Automobils für ein sicheres Fahren wie etwa einen automatischen Stopp und zur Erkennung eines Zustands des Fahrers schießen, Überwachungskameras, die fahrende Fahrzeuge und Straßen überwachen, und Abstandsmesssensoren, die einen Abstand zwischen Fahrzeugen und dergleichen messen
- Vorrichtungen zur Verwendung für elektrische Haushaltsgeräte wie etwa Fernsehgeräte, Kühlschränke und Klimaanlagen, um Bilder einer Geste eines Nutzers zu schießen und die Geräte entsprechend der Geste zu betreiben

- Vorrichtungen zur Nutzung für medizinische Behandlungen und im Gesundheitswesen wie etwa Endoskope und Vorrichtungen, die Bilder von Blutgefäßen aufnehmen, indem Infrarotlicht empfangen wird
- Vorrichtungen zur Nutzung im Sicherheitsbereich wie etwa Überwachungskameras zur Verbrechensvorbeugung und Kameras zur individuellen Authentifizierung
- Vorrichtungen zur Nutzung bei der Schönheitspflege wie etwa Hautmessvorrichtungen, die Bilder einer Haut aufnehmen, und Mikroskope, die Bilder der Kopfhaut aufnehmen
- Vorrichtungen zur Nutzung im Sport wie etwa Action-Kameras und tragbare Kameras für Sportanwendungen, etc.
- Vorrichtungen zur Nutzung im landwirtschaftlichen Bereich wie etwa Kameras zum Überwachen von Feldern und Feldfrüchten.

<3. Anwendungsbeispiel für einen mobilen Körper>
Die Technologie (die vorliegende Technologie) gemäß der vorliegenden Offenbarung ist für verschiedene Produkte verwendbar. Beispielsweise kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung als eine Vorrichtung realisiert werden, die an einem beliebigen Typ eines mobilen Körpers wie etwa einem Automobil, einem Elektrofahrzeug, einem Hybrid-Elektrofahrzeug, einem Motorrad, einem Fahrrad, einer Vorrichtung für persönliche Mobilität, einem Flugzeug, einer Drohne, einem Schiff und einem Roboter montiert wird.
22 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems als ein Beispiel eines Systems zur Steuerung mobiler Körper veranschaulicht, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
Das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 umfasst eine Vielzahl elektronischer Steuerungseinheiten, die über ein Kommunikationsnetzwerk 12001 miteinander verbunden sind. In dem in 22 dargestellten Beispiel umfasst das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 eine Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010, eine Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020, eine Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs, eine Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs und eine integrierte Steuerungseinheit 12050. Außerdem sind als eine funktionale Konfiguration der integrierten Steuerungseinheit 12050 ein Mikrocomputer 12051, eine Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 und eine IF (Schnittstelle) 12053 des im Fahrzeug montierten Netzwerks veranschaulicht.
Die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 steuert gemäß verschiedenen Arten von Programmen die Operation von Vorrichtungen in Bezug auf das Antriebssystem des Fahrzeugs. Beispielsweise dient die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 als Steuerungsvorrichtung für eine Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung zur Erzeugung einer Antriebskraft des Fahrzeugs wie etwa einen Verbrennungsmotor, einen Antriebsmotor oder dergleichen, einen Antriebskraft-Übertragungsmechanismus, um die Antriebskraft auf Räder zu übertragen, einen Lenkmechanismus, um den Lenkwinkel des Fahrzeugs einzustellen, eine Bremsvorrichtung, die die Bremskraft des Fahrzeugs erzeugt, und dergleichen.
Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 steuert die Operation verschiedener Arten von Vorrichtungen, die an einer Fahrzeugkarosserie vorgesehen sind, gemäß verschiedenen Arten von Programmen. Beispielsweise dient die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 als Steuerungsvorrichtung für ein schlüsselloses Zugangssystem, ein System für intelligente Schlüssel, eine automatische Fenstervorrichtung oder verschiedene Arten von Leuchten wie etwa einen Frontscheinwerfer, einen Heckscheinwerfer, eine Bremsleuchte, ein Fahrtrichtungssignal, eine Nebelleuchte oder dergleichen. In diesem Fall können Funkwellen, die von einer mobilen Vorrichtung als Alternative zu einem Schlüssel gesendet werden, oder Signale verschiedener Arten von Schaltern in die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 eingespeist werden. Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 empfängt diese eingespeisten Funkwellen oder Signale und steuert eine Türverriegelungsvorrichtung, die automatische Fenstervorrichtung, die Leuchten oder dergleichen des Fahrzeugs.
Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs detektiert Information über die äußere Umgebung des das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 enthaltenden Fahrzeugs. Beispielsweise ist die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs mit einer Bildgebungssektion 12031 verbunden. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs veranlasst die Bildgebungssektion 12031, ein Bild der äußeren Umgebung des Fahrzeugs aufzunehmen, und empfängt das aufgenommene Bild. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs kann auf der Basis des empfangenen Bildes eine Verarbeitung zum Detektieren eines Objekts wie etwa einer Person, eines Wagens, eines Hindernisses, eines Verkehrsschilds, eines Zeichens auf einer Straßenoberfläche oder dergleichen oder eine Verarbeitung zum Detektieren eines Abstands dazu ausführen.
Die Bildgebungssektion 12031 ist ein optischer Sensor, der Licht empfängt und der entsprechend einer empfangenem Lichtmenge des Lichts ein elektrisches Signal abgibt. Die Bildgebungssektion 12031 kann auch das elektrische Signal als Bild ausgeben oder kann das elektrische Signal als Information über einen gemessenen Abstand abgeben. Außerdem kann das von der Bildgebungssektion 12031 empfangene Licht sichtbares Licht sein oder kann unsichtbares Licht wie etwa Infrarotstrahlen oder dergleichen sein.
Die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs detektiert Information über das Innere bzw. aus dem Inneren des Fahrzeugs. Die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs ist zum Beispiel mit einer Sektion 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands verbunden, die den Zustand eines Fahrers detektiert. Die Sektion 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands umfasst zum Beispiel eine Kamera, die den Fahrer aufnimmt. Die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs kann auf der Basis einer von der Sektion 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands eingegebenen Detektionsinformation einen Ermüdungsgrad des Fahrers oder einen Konzentrationsgrad des Fahrers berechnen oder kann bestimmen, ob der Fahrer eindöst.
Der Mikrocomputer 12051 kann einen Steuerungszielwert für die Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, den Lenkmechanismus oder die Bremsvorrichtung auf der Basis der Information über das Innere oder die äußere Umgebung des Fahrzeugs berechnen, welche Information durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs erhalten wird, und kann einen Steuerungsbefehl an die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 ausgeben. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung durchführen, die dazu gedacht ist, Funktionen eines fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystems (ADAS) zu realisieren, dessen Funktionen eine Vermeidung einer Kollision oder Aufprallabschwächung für das Fahrzeug, eine Nachfolgefahrt basierend auf einem Folgeabstand, eine Fahrt bei konstanter Geschwindigkeit, eine Warnung vor einer Kollision des Fahrzeugs, eine Warnung vor einer Spurabweichung des Fahrzeugs oder dergleichen einschließen.
Außerdem kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung ausführen, die für automatisches Fahren gedacht ist, was das Fahrzeug, ohne von einem Eingriff des Fahrers oder dergleichen abhängig zu sein, autonom fahren lässt, indem die Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, der Lenkmechanismus, die Bremsvorrichtung oder dergleichen auf der Basis der Information über die äußere Umgebung oder das Innere des Fahrzeugs gesteuert werden, welche Information durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs erhalten wird.
Der Mikrocomputer 12051 kann außerdem einen Steuerungsbefehl an die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 auf der Basis der Information über die äußere Umgebung des Fahrzeugs ausgeben, welche Information durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs erhalten wird. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung ausführen, die dazu gedacht ist, eine Blendung zu verhindern, indem die Frontleuchte gemäß der Position eines vorausfahrenden Fahrzeugs oder eines entgegenkommenden Fahrzeugs, das durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs detektiert wird, gesteuert wird, um von Fernlicht auf Abblendlicht umzuschalten.
Die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 überträgt ein Ausgangssignal eines Tons und/oder eines Bildes an eine Ausgabevorrichtung, die eine Information einem Insassen des Fahrzeugs oder der äußeren Umgebung des Fahrzeugs optisch oder akustisch übermitteln kann. Im Beispiel von 22 sind als die Ausgabevorrichtung ein Lautsprecher 12061, eine Anzeigesektion 12062 und ein Armaturenbrett 12063 angegeben. Die Anzeigesektion 12062 kann beispielsweise eine im Fahrzeug montierte Anzeige und/oder ein Head-Up-Display umfassen.
23 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Installationsposition der Bildgebungssektion 12031 veranschaulicht.
In 23 umfasst die Bildgebungssektion 12031 Bildgebungssektionen 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105.
Die Bildgebungssektionen 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 sind beispielsweise an Positionen an einer Frontpartie, von Seitenspiegeln, einer hinteren Stoßstange und einer Hecktür, des Fahrzeugs 12100 sowie einer Position an einem oberen Teil einer Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs angeordnet. Die an der Frontpartie vorgesehene Bildgebungssektion 12101 und die am oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs vorgesehene Bildgebungssektion 12105 erhalten vorwiegend ein Bild vor dem Fahrzeug 12100. Die an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungssektionen 12102 und 12103 erhalten vorwiegend ein Bild von den Seiten des Fahrzeugs 12100. Die an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehene Bildgebungssektion 12104 erhält vorwiegend ein Bild hinter dem Fahrzeug 12100. Die am oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren vorgesehene Bildgebungssektion 12105 wird vorwiegend genutzt, um ein vorausfahrendes Fahrzeug, einen Fußgänger, ein Hindernis, eine Verkehrsampel, ein Verkehrszeichen, eine Fahrspur oder dergleichen zu detektieren.
Man beachte, dass 23 ein Beispiel von Fotografierbereichen der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 veranschaulicht. Ein Abbildungsbereich 12111 repräsentiert den Abbildungsbereich der an der Frontpartie vorgesehenen Bildgebungssektion 12101. Abbildungsbereiche 12112 und 12113 repräsentieren die Abbildungsbereiche der an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungssektionen 12102 bzw. 12103. Ein Abbildungsbereich 12114 repräsentiert den Abbildungsbereich der an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehenen Bildgebungssektion 12104. Beispielsweise wird ein Bild aus der Vogelperspektive, wie es von oben gesehen wird, erhalten, indem durch die Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 abgebildete Bilddaten aufeinander gelegt werden.
Zumindest eine der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 kann eine Funktion zum Erhalten einer Abstandsinformation aufweisen. Beispielsweise kann zumindest eine der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 eine Stereokamera sein, die aus einer Vielzahl von Bildgebungselementen aufgebaut ist, oder kann ein Bildgebungselement sein, das Pixel für eine Detektion von Phasendifferenzen enthält.
Der Mikrocomputer 12051 kann beispielsweise einen Abstand zu jedem dreidimensionalen Objekt innerhalb der Abbildungsbereiche 12111 bis 12114 und eine zeitliche Änderung des Abstands (Relativgeschwindigkeit in Bezug auf das Fahrzeug 12100) auf der Basis der von den Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 erhaltenen Abstandsinformation bestimmen und dadurch insbesondere als ein vorausfahrendes Fahrzeug ein nächstgelegenes dreidimensionales Objekt extrahieren, das sich auf einem Fahrweg des Fahrzeugs 12100 befindet und das mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (zum Beispiel gleich 0 km/h oder höher) in im Wesentlichen der gleichen Richtung wie das Fahrzeug 12100 fährt. Ferner kann der Mikrocomputer 12051 einen beizubehaltenden Folgeabstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug vorher festlegen und eine automatische Bremssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Stopp-Steuerung), eine automatische Beschleunigungssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Start-Steuerung) oder dergleichen durchführen. Folglich ist es möglich, eine kooperative Steuerung auszuführen, die für automatisches Fahren gedacht ist, was das Fahrzeug, ohne vom Eingriff des Fahrers oder dergleichen abhängig zu sein, autonom fahren lässt.
Der Mikrocomputer 12051 kann zum Beispiel dreidimensionale Objektdaten über dreidimensionale Objekte in dreidimensionale Objektdaten eines zweirädrigen Fahrzeugs, eines Fahrzeugs üblicher Größe, eines großen Fahrzeugs, eines Fußgängers, eines Telefonmasten und andere dreidimensionale Objekte auf der Basis der Abstandsinformation klassifizieren, die von den Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 erhalten werden, die klassifizierten dreidimensionalen Objektdaten extrahieren und die extrahierten dreidimensionalen Objektdaten zum automatischen Ausweichen eines Hindernisses nutzen. Beispielsweise identifiziert der Mikrocomputer 12051 Hindernisse um das Fahrzeug 12100 als Hindernisse, die der Fahrer des Fahrzeugs 12100 optisch erkennen kann, und Hindernisse, die für den Fahrer des Fahrzeugs 12100 optisch schwer zu erkennen sind. Der Mikrocomputer 12051 bestimmt dann ein Kollisionsrisiko, das ein Risiko einer Kollision mit jedem Hindernis angibt. In einer Situation, in der das Kollisionsrisiko gleich einem eingestellten Wert oder größer ist und somit eine Möglichkeit einer Kollision besteht, gibt der Mikrocomputer 12051 über den Lautsprecher 12061 oder die Anzeigesektion 12062 eine Warnung an den Fahrer aus und führt über die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 eine erzwungene Abbremsung oder Ausweichlenkbewegung durch. Der Mikrocomputer 12051 kann dadurch beim Fahren unterstützen, um eine Kollision zu vermeiden.
Zumindest eine der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 kann eine Infrarotkamera sein, die Infrarotstrahlen detektiert. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 einen Fußgänger erkennen, indem bestimmt wird, ob sich in fotografierten Bildern der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 ein Fußgänger befindet. Eine solche Erkennung eines Fußgängers wird beispielsweise mittels einer Prozedur zum Extrahieren charakteristischer Punkte in den fotografierten Bildern der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 als Infrarotkameras und einer Prozedur, um zu bestimmen, ob es der Fußgänger ist, indem eine Verarbeitung zum Musterabgleich an einer Reihe charakteristischer Punkte durchgeführt wird, die die Kontur des Objekts angeben. Wenn der Mikrocomputer 12051 bestimmt, dass es in den fotografierten Bildern der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 einen Fußgänger gibt, und somit den Fußgänger erkennt, steuert die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 die Anzeigesektion 12062, so dass eine quadratische Konturlinie zur Hervorhebung so angezeigt wird, dass sie dem erkannten Fußgänger überlagert wird. Die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 kann auch die Anzeigesektion 12062 so steuern, dass ein Symbol oder dergleichen, das den Fußgänger repräsentiert, an einer gewünschten Position angezeigt wird.
Oben wurde ein Beispiel des Fahrzeugsteuerungssystems beschrieben, für das die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann. Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann unter den oben beschriebenen Komponenten für die Bildgebungssektion 12031 verwendet werden. Dies macht es möglich, die Bildqualität eines aufgenommenen Bildes im Fahrzeugsteuerungssystem 12000 zu steigern. Dies erlaubt dem Fahrzeugsteuerungssystem 12000, die Genauigkeit einer Kollisionsvermeidung oder Aufprallabschwächung für Fahrzeuge, einer Funktion für eine Nachfolgefahrt basierend auf einem Folgeabstand, einer Funktion zum Fahren unter Beibehaltung der Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Funktion zur Warnung vor einer Kollision, einer Funktion zur Warnung vor einer Spurabweichung des Fahrzeugs und dergleichen zu steigern.
<4. Anwendungsbeispiel für eine Abstandsmessvorrichtung>
Als Nächstes wird ein Beispiel in einem Fall, in dem die vorliegende Technologie für eine Abstandsmessvorrichtung verwendet wird, im Detail beschrieben.
24 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel einer Abstandsmessvorrichtung 900 gemäß dem vorliegenden Anwendungsbeispiel. Die Abstandsmessvorrichtung 900 ist dafür konfiguriert, einen Abstand zu einem Messobjekt OBJ mittels eines indirekten Verfahrens zu messen. Die Abstandsmessvorrichtung 900 enthält eine lichtemittierende Sektion 901, ein optisches System 902, einen Fotodetektor 910 und einen Controller 903.
Die lichtemittierende Sektion 901 ist dafür konfiguriert, einen optischen Impuls L0 in Richtung des Messobjekts OBJ zu emittieren. Die lichtemittierende Sektion 901 emittiert den optischen Impuls L0 auf der Basis einer Anweisung vom Controller 903, indem sie einen lichtemittierenden Betrieb durchführt wird, bei dem Lichtemission und Nicht-Lichtemission abwechselnd wiederholt werden. Die lichtemittierende Sektion 901 enthält z. B. eine Lichtquelle, die Infrarotlicht emittiert. Die Lichtquelle ist unter Verwendung beispielsweise einer Laserlichtquelle, einer LED (lichtemittierenden Diode) oder dergleichen konfiguriert.
Das optische System 902 enthält eine Linse, die ein Bild auf einer Lichtempfangsfläche S des Fotodetektors 910 erzeugt. Ein optischer Impuls (ein reflektierter optischer Impuls L1), der von der lichtemittierenden Sektion 901 emittiert und von dem Messobjekt OBJ reflektiert wird, tritt in das optische System 902 ein.
Der Fotodetektor 910 ist dafür konfiguriert, ein Abstandsbild PIC auf der Basis einer Anweisung vom Controller 903 durch Detektieren von Licht zu erzeugen. Jeder einer Vielzahl von Pixelwerten, die im Abstandsbild PIC enthalten sind, gibt einen Wert über einen Abstand D zum Messobjekt OBJ an. Danach gibt der Fotodetektor 910 das erzeugte Entfernungsbild PIC als das Bildsignal DATA aus.
Der Controller 903 ist dafür konfiguriert, der lichtemittierende Sektion 901 und den Fotodetektor 910 ein Steuerungssignal bereitzustellen und Operationen der lichtemittierenden Sektion 901 und des Fotodetektors 910 zu steuern, wodurch ein Betrieb der Abstandsmessvorrichtung 900 gesteuert wird.
36 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel des Fotodetektors 910. Der Fotodetektor 910 enthält ein Pixel-Array 911, eine Ansteuersektion 912, einen Referenzsignalgenerator 913, eine Auslesesektion 919, einen Signalprozessor 914 und einen Bildgebungs-Controller 915. Beispielsweise können das Pixel-Array 911, die Ansteuersektion 912, der Referenzsignalgenerator 913, die Auslesesektion 919, der Signalprozessor 914 und der Bildgebungs-Controller 915 in einem Halbleitersubstrat ausgebildet sein. Außerdem kann das Pixel-Array 911 in einem Halbleitersubstrat ausgebildet sein, und die Ansteuersektion 912, der Referenzsignalgenerator 913, die Auslesesektion 919, der Signalprozessor 914 und der Bildgebungs-Controller 915 können in einem anderen Halbleitersubstrat ausgebildet sein. Diese zwei Halbleitersubstrate können einander überlagert werden.
Das Pixel-Array 911 enthält eine Vielzahl von in einer Matrix angeordneten Pixeln 920. Die Pixel 920 sind jeweils dafür konfiguriert, die einer Menge an empfangenem Licht entsprechende Pixelspannung Vpix zu erzeugen.
26 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel des Pixels 920. Das Pixel-Array 911 enthält eine Vielzahl von Steuerungsleitungen 931A, eine Vielzahl von Steuerungsleitungen 931B, eine Vielzahl von Steuerungsleitungen 932A, eine Vielzahl von Steuerungsleitungen 932A, eine Vielzahl von Steuerungsleitungen 933, eine Vielzahl von Signalleitungen 939A und eine Vielzahl von Signalleitungen 939B.
Die Pixel 920 enthalten jeweils eine Fotodiode 921, Floating-Diffusionsgebiete 923A und 923B und Transistoren 922A, 922B, 924A, 924B, 925A, 925B, 926A und 926B. Auf eine die Fotodiode 921, das Floating-Diffusionsgebiet 923A und die Transistoren 922A, 924A, 925A und 926A enthaltende Schaltung wird auch als Tap A verwiesen. Außerdem wird auf eine die Fotodiode 921, das Floating-Diffusionsgebiet 923B und die Transistoren 922B, 924B, 925B 926B enthaltende Schaltung auch als Tap B verwiesen.
[01753 Im Tap A weist der Transistor 922A ein mit der Steuerungsleitung 931A gekoppeltes Gate, eine mit der Fotodiode 921 gekoppelte Source und einen mit dem Floating-Diffusionsgebiet 923A gekoppelten Drain auf. Das Floating-Diffusionsgebiet 923A ist dafür konfiguriert, von der Fotodiode 921 über den Transistor 922A bereitgestellte elektrische Ladungen zu akkumulieren. Der Transistor 924A weist ein mit der Steuerungsleitung 932A gekoppeltes Gate, einen mit der Stromversorgungsspannung VDD versorgten Drain und eine mit dem Floating-Diffusionsgebiet 923A gekoppelte Source auf. Der Transistor 925A weist ein mit dem Floating-Diffusionsgebiet 923A gekoppeltes Gate, einen mit der Stromversorgungsspannung VDD versorgten Drain und eine mit einem Drain des Transistors 926A gekoppelte Source auf. Der Transistor 926A weist ein mit der Steuerungsleitung 933 gekoppeltes Gate, den mit der Source des Transistors 925A gekoppelten Drain und eine mit der Signalleitung 939A gekoppelte Source auf. Das Tap A wurde oben als ein Beispiel beschrieben, das Gleiche gilt für das Tap B.
Mit dieser Konfiguration wird in jedem der Pixel 920 der Transistor 924A eingeschaltet, um das Floating-Diffusionsgebiet 923A zurückzusetzen, und wird der Transistor 924B eingeschaltet, um das Floating-Diffusionsgebiet 923B zurückzusetzen. Dann wird einer der Transistoren 922A und 922B abwechselnd eingeschaltet, um durch die Fotodiode 921 erzeugte elektrische Ladungen in dem Floating-Diffusionsgebiet 923A und dem Floating-Diffusionsgebiet 923B selektiv zu akkumulieren. Die Transistoren 926A und 926B werden dann eingeschaltet, um zu veranlassen, dass das Pixel 920 an die Signalleitung 939A ein Pixelsignal abgibt, das einer Menge an im Floating-Diffusionsgebiet 923A akkumulierten elektrischen Ladungen entspricht, und an die Signalleitung 939B ein Pixelsignal abzugeben, das einer Menge an im Floating-Diffusionsgebiet 923B akkumulierten elektrischen Ladungen entspricht.
Die Ansteuersektion 912 (25) ist dafür konfiguriert, die Vielzahl von Pixeln 920 im Pixel-Array 911 in Einheiten der Pixelzeilen L auf der Basis einer Anweisung vom Bildgebungs-Controller 915 sequentiell anzusteuern. Der Referenzsignalgenerator 913 ist dafür konfiguriert, das Referenzsignal RAMP auf der Basis einer Anweisung vom Bildgebungs-Controller 915 zu erzeugen. Die Auslesesektion 919 ist dafür konfiguriert, das Bildsignal DATA0 auf der Basis einer Anweisung vom Bildgebungs-Controller 915 zu erzeugen, indem eine AD-Umwandlung auf der Basis der über die Signalleitungen 939A und 939B vom Pixel-Array 911 bereitgestellten Pixelsignale durchgeführt wird. Der Signalprozessor 914 ist dafür konfiguriert, das Abstandsbild PIC auf der Basis einer Anweisung vom Bildgebungs-Controller 915 zu erzeugen, indem eine vorbestimmte Signalverarbeitung an dem Bildsignal DATA0 durchgeführt wird, und das das Abstandsbild PIC enthaltende Bildsignal DATA abzugeben. Der Bildgebungs-Controller 915 ist dafür konfiguriert, der Ansteuersektion 912, dem Referenzsignalgenerator 913, der Auslesesektion 919 und dem Signalprozessor 914 ein Steuerungssignal bereitzustellen und Operationen dieser Schaltungen zu steuern, wodurch ein Betrieb des Fotodetektors 910 gesteuert wird.
27 veranschaulicht ein Betriebsbeispiel der Abstandsmessvorrichtung 900. (A) von 38 gibt eine Wellenform des optischen Impulses L0 an, der von der lichtemittierenden Sektion 901 abgegeben werden soll, und (B) von 38 gibt eine Wellenform des reflektierten optischen Impulses L1 an, der vom Fotodetektor 910 detektiert werden soll.
Die lichtemittierende Sektion 901 emittiert den optischen Impuls L0 mit einer in Impulswellenform mit einem Tastverhältnis von 50 % auf der Basis einer Anweisung vom Controller 903 ((A) von 38). Der optische Impuls L0 läuft in Richtung des Messobjekts OBJ. Der optische Impuls L0 wird dann vom Messobjekt OBJ reflektiert, und der reflektierte optische Impuls L1, der so reflektiert wurde, läuft in Richtung des Fotodetektors 910. Das Pixel 920 dieses Fotodetektors 910 detektiert dann den reflektierten optischen Impuls L1 ((B) von 38). Der vom Pixel 920 detektierte reflektierte optische Impuls L1 hat eine Wellenform, die in Bezug auf die Wellenform des in (A) von 38 veranschaulichten optischen Impulses L0 um eine Verzögerungszeit DL verzögert ist. Die Verzögerungszeit DL ist eine Zeit, in der Licht in der Reihenfolge der lichtemittierenden Sektion 901, des Messobjekts OBJ und des Fotodetektors 910 läuft, und entspricht der Lichtlaufzeit. Die Lichtlaufzeit entspricht einem Abstand zwischen der Abstandsmessvorrichtung 900 und dem Messobjekt OBJ.
Beim indirekten Verfahren akkumuliert das Floating-Diffusionsgebiet 923A des Pixels 920 elektrische Signalladungen Q1 entsprechend einer Lichtmenge, die von der Fotodiode 921 in einer Periode 941 empfangen wird, in der die lichtemittierende Sektion 901 Licht emittiert, und das Floating-Diffusionsgebiet 923B des Pixel 920 akkumuliert elektrische Signalladungen Q2 entsprechend der Menge an Licht, die von der Fotodiode 921 in einer Periode 942 empfangen wird, in der die lichtemittierende Sektion 901 Licht nicht emittiert. Danach bestimmt der Signalprozessor 914 ein Verhältnis elektrischer Ladungen zwischen den elektrischen Signalladungen Q1 und den elektrischen Signalladungen Q2. Die Fotodiode 921 detektiert Licht in den Perioden 951 und 952; daher ist der Betrag elektrischer Ladungen der elektrischen Signalladungen Q1 proportional der Länge der Periode 951 und ist der Betrag elektrischer Ladungen der elektrischen Signalladungen Q2 proportional der Länge der Periode 952. Falls die Verzögerungszeit DL kurz ist, werden die elektrischen Signalladungen Q1 erhöht und werden die elektrischen Signalladungen Q2 verringert. Falls die Verzögerungszeit DL lang ist, werden die elektrischen Signalladungen Q1 verringert und werden die elektrischen Signalladungen Q2 erhöht. Somit wird das Verhältnis elektrischer Ladungen zwischen den elektrischen Signalladungen Q1 und den elektrischen Signalladungen Q2 in Abhängigkeit von der Verzögerungszeit DL verändert. Beim indirekten Verfahren ermöglicht ein Bestimmen des Verhältnisses elektrischer Ladungen beispielsweise, die Verzögerungszeit DL mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Infolgedessen ist es möglich, einen Abstand zum Messobjekt OBJ mit hoher Genauigkeit zu messen. Die vorliegende Technologie ist für die Auslesesektion 919 verwendbar. Dies macht es möglich, eine Bildqualität eines Abstandsbildes zu steigern.
Obgleich die vorliegende Technologie unter Bezugnahme auf einige Ausführungsformen, die Modifikationsbeispiele und deren spezifische Anwendungsbeispiele oben beschrieben wurde, ist die vorliegende Technologie nicht auf diese Ausführungsform und dergleichen beschränkt und kann auf eine Vielzahl von Weisen modifiziert werden.
Beispielsweise ist in der oben beschriebenen Ausführungsform das Pixel P wie in 2 veranschaulicht konfiguriert; aber dies ist nicht einschränkend. Es ist möglich, Pixel mit verschiedenen Konfigurationen zu verwenden.
Es ist besonders zu erwähnen, dass die hierin beschriebenen Effekte nur veranschaulichend und nicht einschränkend sind und andere Effekte geliefert werden können.
Es ist besonders zu erwähnen, dass die vorliegende Technologie die folgenden Konfigurationen aufweisen kann. Gemäß der vorliegenden Technologie mit den folgenden Konfigurationen ist es möglich, die Bildqualität zu verbessern.
(1)
Eine Fotodetektionsvorrichtung, aufweisend:

ein erstes Pixel, das dafür konfiguriert ist, ein erstes Pixelsignal zu erzeugen;
einen Referenzsignalgenerator, der dafür konfiguriert ist, ein Referenzsignal zu erzeugen; und
einen ersten Wandler, der eine erste Pufferschaltung und eine erste Vergleichsschaltung enthält und dafür konfiguriert ist, das erste Pixelsignal in einen digitalen Code umzuwandeln, wobei die erste Pufferschaltung dafür konfiguriert ist, ein dem Referenzsignal entsprechendes erstes Signal von einem Ausgangsanschluss abzugeben, und die erste Vergleichsschaltung dafür konfiguriert ist, eine Vergleichsoperation auf der Basis des ersten Pixelsignals und des ersten Signals durchzuführen.

(2)
Die Fotodetektionsvorrichtung gemäß (1), worin

das erste Pixel dafür konfiguriert ist, das erste Pixelsignal von einem Ausgangsanschluss abzugeben, und
die erste Vergleichsschaltung
einen ersten Transistor, der ein Gate und einen Drain aufweist,
einen ersten Kondensator, der einen mit dem Ausgangsanschluss der ersten Pufferschaltung gekoppelten ersten Anschluss und einen mit dem Gate des ersten Transistors gekoppelten zweiten Anschluss aufweist,
einen zweiten Kondensator, der einen mit dem Ausgangsanschluss des ersten Pixels gekoppelten ersten Anschluss und einen mit dem Gate des ersten Transistors gekoppelten zweiten Anschluss aufweist,
einen ersten Schalter, der dafür konfiguriert ist, das Gate des ersten Transistors und den Drain des ersten Transistors miteinander zu koppeln, indem er eingeschaltet wird, und
eine Lastschaltung enthält, die mit dem Drain des ersten Transistors gekoppelt ist.

(3)
Die Fotodetektionsvorrichtung gemäß (2), worin
der erste Transistor eine Source aufweist, die mit einem ersten Stromversorgungsknoten gekoppelt ist, und
die Lastschaltung einen ersten Lasttransistor enthält, der ein mit einer vorbestimmten Spannung versorgtes Gate, einen mit dem Drain des ersten Transistors gekoppelten Drain und eine mit einem zweiten Stromversorgungsknoten gekoppelte Source aufweist.
(4)
Die Fotodetektionsvorrichtung gemäß (3), worin eine Stromversorgungsspannung, die der ersten Pufferschaltung bereitgestellt werden soll, höher ist als eine Stromversorgungsspannung beim ersten Stromversorgungsknoten.
(5)
Die Fotodetektionsvorrichtung gemäß (3), worin eine Stromversorgungsspannung, die der ersten Pufferschaltung bereitgestellt werden soll, gleich einer Stromversorgungsspannung beim ersten Stromversorgungsknoten ist.
(6)
Die Fotodetektionsvorrichtung gemäß einem von (3) bis (5), worin
die Vergleichsschaltung ferner
einen zweiten Transistor, der ein mit dem Drain des ersten Transistors gekoppeltes Gate, einen Drain und eine mit dem ersten Stromversorgungsknoten gekoppelte Source aufweist,
einen dritten Transistor, der ein Gate, einen mit dem Drain des zweiten Transistors gekoppelten Drain und eine mit dem zweiten Stromversorgungsknoten gekoppelte Source aufweist, und
einen zweiten Schalter enthält, der dafür konfiguriert ist, das Gate des dritten Transistors und den Drain des dritten Transistors miteinander zu koppeln, indem er eingeschaltet wird.
(7)
Die Fotodetektionsvorrichtung gemäß (6), worin die erste Vergleichsschaltung ferner einen vierten Transistor enthält, der ein mit dem Drain des zweiten Transistors gekoppeltes Gate, einen mit dem ersten Stromversorgungsknoten gekoppelten Drain und eine mit dem Drain des ersten Transistors gekoppelte Source aufweist.
(8)
Die Fotodetektionsvorrichtung gemäß (2), worin
der erste Transistor eine Source aufweist,
die erste Vergleichsschaltung ferner
einen fünften Transistor, der ein Gate, einen Drain und eine Source aufweist,
einen dritten Kondensator, der mit dem Gate des fünften Transistors gekoppelt ist,
eine Stromquelle, die mit der Source des ersten Transistors und der Source des fünften Transistors gekoppelt ist, und
einen dritten Schalter enthält, der dafür konfiguriert ist, das Gate des fünften Transistors und den Drain des fünften Transistors miteinander zu koppeln, indem er eingeschaltet wird, und
die Lastschaltung zusätzlich zum Drain des ersten Transistors auch mit dem Drain des fünften Transistors gekoppelt ist.
(9)
Die Fotodetektionsvorrichtung gemäß (1), worin
das erste Pixel dafür konfiguriert ist, das erste Pixelsignal von einem Ausgangsanschluss abzugeben, und
die erste Vergleichsschaltung
einen ersten Transistor, der ein Gate, einen Drain und eine Source aufweist,
einen fünften Transistor, der ein Gate, einen Drain und eine Source aufweist,
eine Stromquelle, die mit der Source des ersten Transistors und der Source des fünften Transistors gekoppelt ist,
einen ersten Kondensator, der einen mit dem Ausgangsanschluss der ersten Pufferschaltung gekoppelten ersten Anschluss und einen mit dem Gate des ersten Transistors gekoppelten zweiten Anschluss aufweist,
einen zweiten Kondensator, der einen mit dem Ausgangsanschluss des ersten Pixels gekoppelten ersten Anschluss und einen mit dem Gate des fünften Transistors gekoppelten zweiten Anschluss aufweist,
einen ersten Schalter, der dafür konfiguriert ist, das Gate des ersten Transistors und den Drain des ersten Transistors miteinander zu koppeln, indem der eingeschaltet wird,
einen dritten Schalter, der dafür konfiguriert ist, das Gate des fünften Transistors und den Drain des fünften Transistors miteinander zu koppeln, indem er eingeschaltet wird, und
eine Lastschaltung enthält, die mit dem Drain des ersten Transistors und dem Drain des fünften Transistors gekoppelt ist.
(10)
Die Fotodetektionsvorrichtung gemäß (8) oder (9), worin die Lastschaltung
einen ersten Lasttransistor, der ein Gate und einen mit dem Drain des ersten Transistors gekoppelten Drain aufweist, und
einen zweiten Lasttransistor enthält, der ein mit dem Gate des ersten Lasttransistors gekoppeltes Gate und einen mit dem Drain des fünften Transistors gekoppelten Drain aufweist.
(11)
Die Fotodetektionsvorrichtung gemäß einem von (1) bis (10), worin
der Referenzsignalgenerator dafür konfiguriert ist, das Referenzsignal von einem Ausgangsanschluss abzugeben, und
die erste Pufferschaltung
einen ersten Puffertransistor, der ein mit dem Ausgangsanschluss des Referenzsignalgenerators gekoppeltes Gate und eine mit dem Ausgangsanschluss der ersten Pufferschaltung gekoppelte Source aufweist, und
eine erste Stromquelle enthält, die mit der Source des ersten Puffertransistors gekoppelt ist.
(12)
Die Fotodetektionsvorrichtung gemäß (11), worin der erste Puffertransistor ferner ein Back-Gate aufweist, das mit der Source des ersten Puffertransistors gekoppelt ist.
(13)
Die Fotodetektionsvorrichtung gemäß (11), ferner aufweisend einen Spannungsgenerator, der dafür konfiguriert ist, von einem Ausgangsanschluss eine vorbestimmte Spannung abzugeben, worin
der erste Puffertransistor ferner ein mit dem Ausgangsanschluss des Spannungsgenerators gekoppeltes Back-Gate aufweist.
(14)
Die Fotodetektionsvorrichtung gemäß (11), ferner aufweisend einen Signalgenerator, der dafür konfiguriert ist, ein Hilfs-Referenzsignal auf der Basis des Referenzsignals zu erzeugen, und dafür konfiguriert ist, das Hilfs-Referenzsignal von einem Ausgangsanschluss abzugeben, worin
der erste Puffertransistor ferner ein mit dem Ausgangsanschluss des Signalgenerators gekoppeltes Back-Gate aufweist.
(15)
Die Fotodetektionsvorrichtung gemäß einem von (1) bis (14), ferner aufweisend:

ein zweites Pixel, das dafür konfiguriert ist, ein zweites Pixelsignal zu erzeugen; und
einen zweiten Wandler, der eine zweite Pufferschaltung und eine zweite Vergleichsschaltung enthält und dafür konfiguriert ist, das zweite Pixelsignal in einen digitalen Code umzuwandeln, wobei die zweite Pufferschaltung dafür konfiguriert ist, ein dem Referenzsignal entsprechendes zweites Signal von einem Ausgangsanschluss abzugeben, und die zweite Vergleichsschaltung dafür konfiguriert ist, auf der Basis des zweiten Pixelsignals und des zweiten Signals die Vergleichsoperation durchzuführen.

(16)
Die Fotodetektionsvorrichtung gemäß (15), worin der Ausgangsanschluss der zweiten Pufferschaltung mit dem Ausgangsanschluss der ersten Pufferschaltung gekoppelt ist.
(17)
Die Fotodetektionsvorrichtung gemäß (16), ferner aufweisend:

ein drittes Pixel, das dafür konfiguriert ist, ein drittes Pixelsignal zu erzeugen; und
einen dritten Wandler, der eine dritte Pufferschaltung und eine dritte Vergleichsschaltung enthält und dafür konfiguriert ist, das dritte Pixelsignal in einen digitalen Code umzuwandeln, wobei die dritte Pufferschaltung dafür konfiguriert ist, ein dem Referenzsignal entsprechendes drittes Signal von einem Ausgangsanschluss abzugeben, und die dritte Vergleichsschaltung dafür konfiguriert ist, die Vergleichsoperation auf der Basis des Pixelsignals und des dritten Signals durchzuführen, worin
der Ausgangsanschluss der dritten Pufferschaltung vom Ausgangsanschluss der ersten Pufferschaltung elektrisch isoliert ist und vom Ausgangsanschluss der zweiten Pufferschaltung elektrisch isoliert ist und
der dritte Wandler zwischen dem ersten Wandler und dem zweiten Wandler vorgesehen ist.

(18)
Die Fotodetektionsvorrichtung gemäß (15), ferner aufweisend einen variablen Widerstand, der einen mit dem Ausgangsanschluss der ersten Pufferschaltung gekoppelten ersten Anschluss und einen mit dem Ausgangsanschluss der zweiten Pufferschaltung gekoppelten zweiten Anschluss aufweist.
(19)
Eine elektronische Einrichtung, aufweisend:

eine Fotodetektionsvorrichtung; und
einen Prozessor, der einen Betrieb der Fotodetektionsvorrichtung steuert,
wobei die Fotodetektionsvorrichtung
ein erstes Pixel, das dafür konfiguriert ist, ein erstes Pixelsignal zu erzeugen,
einen Referenzsignalgenerator, der dafür konfiguriert ist, ein Referenzsignal zu erzeugen, und
einen ersten Wandler enthält, der eine erste Pufferschaltung und eine erste Vergleichsschaltung enthält und dafür konfiguriert ist, das erste Pixelsignal in einen digitalen Code umzuwandeln, wobei die erste Pufferschaltung dafür konfiguriert ist, ein dem Referenzsignal entsprechendes erstes Signal von einem Ausgangsanschluss abzugeben, und die erste Vergleichsschaltung dafür konfiguriert ist, eine Vergleichsoperation auf der Basis des ersten Pixelsignals und des ersten Signals durchzuführen.

Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der am 29. März 2019 beim Japanischen Patentamt eingereichten japanischen Prioritäts-Patentanmeldung JP2019-065376 , deren gesamte Inhalte durch Verweis hierin einbezogen sind.
Es sollte sich für den Fachmann verstehen, dass in Abhängigkeit von Entwurfsanforderungen und anderen Faktoren verschiedene Modifikationen, Kombinationen, Teilkombinationen und Änderungen vorkommen können, sofern sie innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche oder deren Äquivalente liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 200719682 [0003]
JP 2019065376 [0180]

Claims

Fotodetektionsvorrichtung, aufweisend: ein erstes Pixel, das dafür konfiguriert ist, ein erstes Pixelsignal zu erzeugen; einen Referenzsignalgenerator, der dafür konfiguriert ist, ein Referenzsignal zu erzeugen; und einen ersten Wandler, der eine erste Pufferschaltung und eine erste Vergleichsschaltung enthält und dafür konfiguriert ist, das erste Pixelsignal in einen digitalen Code umzuwandeln, wobei die erste Pufferschaltung dafür konfiguriert ist, ein dem Referenzsignal entsprechendes erstes Signal von einem Ausgangsanschluss abzugeben, und die erste Vergleichsschaltung dafür konfiguriert ist, eine Vergleichsoperation auf Basis des ersten Pixelsignals und des ersten Signals durchzuführen.
Fotodetektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Pixel dafür konfiguriert ist, das erste Pixelsignal von einem Ausgangsanschluss abzugeben, und die erste Vergleichsschaltung einen ersten Transistor, der ein Gate und einen Drain aufweist, einen ersten Kondensator, der einen mit dem Ausgangsanschluss der ersten Pufferschaltung gekoppelten ersten Anschluss und einen mit dem Gate des ersten Transistors gekoppelten zweiten Anschluss aufweist, einen zweiten Kondensator, der einen mit dem Ausgangsanschluss des ersten Pixels gekoppelten ersten Anschluss und einen mit dem Gate des ersten Transistors gekoppelten zweiten Anschluss aufweist, einen ersten Schalter, der dafür konfiguriert ist, das Gate des ersten Transistors und den Drain des ersten Transistors miteinander zu koppeln, indem er eingeschaltet wird, und eine Lastschaltung enthält, die mit dem Drain des ersten Transistors gekoppelt ist.
Fotodetektionsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der erste Transistor eine Source aufweist, die mit einem ersten Stromversorgungsknoten gekoppelt ist, und die Lastschaltung einen ersten Lasttransistor enthält, der ein mit einer vorbestimmten Spannung versorgtes Gate, einen mit dem Drain des ersten Transistors gekoppelten Drain und eine mit einem zweiten Stromversorgungsknoten gekoppelte Source aufweist.
Fotodetektionsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine Stromversorgungsspannung, die der ersten Pufferschaltung bereitgestellt werden soll, höher ist als eine Stromversorgungsspannung beim ersten Stromversorgungsknoten.
Fotodetektionsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine Stromversorgungsspannung, die der ersten Pufferschaltung bereitgestellt werden soll, gleich einer Stromversorgungsspannung beim ersten Stromversorgungsknoten ist.
Fotodetektionsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die erste Vergleichsschaltung ferner einen zweiten Transistor, der ein mit dem Drain des ersten Transistors gekoppeltes Gate, einen Drain und eine mit dem ersten Stromversorgungsknoten gekoppelte Source aufweist, einen dritten Transistor, der ein Gate, einen mit dem Drain des zweiten Transistors gekoppelten Drain und eine mit dem zweiten Stromversorgungsknoten gekoppelte Source aufweist, und einen zweiten Schalter enthält, der dafür konfiguriert ist, das Gate des dritten Transistors und den Drain des dritten Transistors miteinander zu koppeln, indem er eingeschaltet wird.
Fotodetektionsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die erste Vergleichsschaltung ferner einen vierten Transistor enthält, der ein mit dem Drain des zweiten Transistors gekoppeltes Gate, einen mit dem ersten Stromversorgungsknoten gekoppelten Drain und eine mit dem Drain des ersten Transistors gekoppelte Source aufweist.
Fotodetektionsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der erste Transistor eine Source aufweist, die erste Vergleichsschaltung ferner einen fünften Transistor, der ein Gate, einen Drain und eine Source aufweist, einen dritten Kondensator, der mit dem Gate des fünften Transistors gekoppelt ist, eine Stromquelle, die mit der Source des ersten Transistors und der Source des fünften Transistors gekoppelt ist, und einen dritten Schalter enthält, der dafür konfiguriert ist, das Gate des fünften Transistors und den Drain des fünften Transistors miteinander zu koppeln, indem er eingeschaltet wird, und die Lastschaltung zusätzlich zum Drain des ersten Transistors auch mit dem Drain des fünften Transistors gekoppelt ist.
Fotodetektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Pixel dafür konfiguriert ist, das erste Pixelsignal von einem Ausgangsanschluss abzugeben, und die erste Vergleichsschaltung einen ersten Transistor, der ein Gate, einen Drain und eine Source aufweist, einen fünften Transistor, der ein Gate, einen Drain und eine Source aufweist, eine Stromquelle, die mit der Source des ersten Transistors und der Source des fünften Transistors gekoppelt ist, einen ersten Kondensator, der einen mit dem Ausgangsanschluss der ersten Pufferschaltung gekoppelten ersten Anschluss und einen mit dem Gate des ersten Transistors gekoppelten zweiten Anschluss aufweist, einen zweiten Kondensator, der einen mit dem Ausgangsanschluss des ersten Pixels gekoppelten ersten Anschluss und einen mit dem Gate des fünften Transistors gekoppelten zweiten Anschluss aufweist, einen ersten Schalter, der dafür konfiguriert ist, das Gate des ersten Transistors und den Drain des ersten Transistors miteinander zu koppeln, indem der eingeschaltet wird, einen dritten Schalter, der dafür konfiguriert ist, das Gate des fünften Transistors und den Drain des fünften Transistors miteinander zu koppeln, indem er eingeschaltet wird, und eine Lastschaltung enthält, die mit dem Drain des ersten Transistors und dem Drain des fünften Transistors gekoppelt ist.
Fotodetektionsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Lastschaltung einen ersten Lasttransistor, der ein Gate und einen mit dem Drain des ersten Transistors gekoppelten Drain aufweist, und einen zweiten Lasttransistor enthält, der ein mit dem Gate des ersten Lasttransistors gekoppeltes Gate und einen mit dem Drain des fünften Transistors gekoppelten Drain aufweist.
Fotodetektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Referenzsignalgenerator dafür konfiguriert ist, das Referenzsignal von einem Ausgangsanschluss abzugeben, und die erste Pufferschaltung einen ersten Puffertransistor, der ein mit dem Ausgangsanschluss des Referenzsignalgenerators gekoppeltes Gate und eine mit dem Ausgangsanschluss der ersten Pufferschaltung gekoppelte Source aufweist, und eine erste Stromquelle enthält, die mit der Source des ersten Puffertransistors gekoppelt ist.
Fotodetektionsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der erste Puffertransistor ferner ein Back-Gate aufweist, das mit der Source des ersten Puffertransistors gekoppelt ist.
Fotodetektionsvorrichtung nach Anspruch 11, ferner aufweisend einen Spannungsgenerator, der dafür konfiguriert ist, von einem Ausgangsanschluss eine vorbestimmte Spannung abzugeben, wobei der erste Puffertransistor ferner ein mit dem Ausgangsanschluss des Spannungsgenerators gekoppeltes Back-Gate aufweist.
Fotodetektionsvorrichtung nach Anspruch 11, ferner aufweisend einen Signalgenerator, der dafür konfiguriert ist, ein Hilfs-Referenzsignal auf Basis des Referenzsignals zu erzeugen, und dafür konfiguriert ist, das Hilfs-Referenzsignal von einem Ausgangsanschluss abzugeben, wobei der erste Puffertransistor ferner ein mit dem Ausgangsanschluss des Signalgenerators gekoppeltes Back-Gate aufweist.
Fotodetektionsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein zweites Pixel, das dafür konfiguriert ist, ein zweites Pixelsignal zu erzeugen; und einen zweiten Wandler, der eine zweite Pufferschaltung und eine zweite Vergleichsschaltung enthält und dafür konfiguriert ist, das zweite Pixelsignal in einen digitalen Code umzuwandeln, wobei die zweite Pufferschaltung dafür konfiguriert ist, ein dem Referenzsignal entsprechendes zweites Signal von einem Ausgangsanschluss abzugeben, und die zweite Vergleichsschaltung dafür konfiguriert ist, auf Basis des zweiten Pixelsignals und des zweiten Signals die Vergleichsoperation durchzuführen.
Fotodetektionsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Ausgangsanschluss der zweiten Pufferschaltung mit dem Ausgangsanschluss der ersten Pufferschaltung gekoppelt ist.
Fotodetektionsvorrichtung nach Anspruch 16, ferner aufweisend: ein drittes Pixel, das dafür konfiguriert ist, ein drittes Pixelsignal zu erzeugen; und einen dritten Wandler, der eine dritte Pufferschaltung und eine dritte Vergleichsschaltung enthält und dafür konfiguriert ist, das dritte Pixelsignal in einen digitalen Code umzuwandeln, wobei die dritte Pufferschaltung dafür konfiguriert ist, ein dem Referenzsignal entsprechendes drittes Signal von einem Ausgangsanschluss abzugeben, und die dritte Vergleichsschaltung dafür konfiguriert ist, die Vergleichsoperation auf Basis des Pixelsignals und des dritten Signals durchzuführen, wobei der Ausgangsanschluss der dritten Pufferschaltung vom Ausgangsanschluss der ersten Pufferschaltung elektrisch isoliert ist und vom Ausgangsanschluss der zweiten Pufferschaltung elektrisch isoliert ist und der dritte Wandler zwischen dem ersten Wandler und dem zweiten Wandler vorgesehen ist.
Fotodetektionsvorrichtung nach Anspruch 15, ferner aufweisend einen variablen Widerstand, der einen mit dem Ausgangsanschluss der ersten Pufferschaltung gekoppelten ersten Anschluss und einen mit dem Ausgangsanschluss der zweiten Pufferschaltung gekoppelten zweiten Anschluss aufweist.
Elektronische Einrichtung, aufweisend: eine Fotodetektionsvorrichtung; und einen Prozessor, der einen Betrieb der Fotodetektionsvorrichtung steuert, wobei die Fotodetektionsvorrichtung ein erstes Pixel, das dafür konfiguriert ist, ein erstes Pixelsignal zu erzeugen, einen Referenzsignalgenerator, der dafür konfiguriert ist, ein Referenzsignal zu erzeugen, und einen ersten Wandler enthält, der eine erste Pufferschaltung und eine erste Vergleichsschaltung enthält und dafür konfiguriert ist, das erste Pixelsignal in einen digitalen Code umzuwandeln, wobei die erste Pufferschaltung dafür konfiguriert ist, ein dem Referenzsignal entsprechendes erstes Signal von einem Ausgangsanschluss abzugeben, und die erste Vergleichsschaltung dafür konfiguriert ist, eine Vergleichsoperation auf der Basis des ersten Pixelsignals und des ersten Signals durchzuführen.