DE112021004025T5

DE112021004025T5 - Festkörperbildgebungsvorrichtung und steuerverfahren derselben

Info

Publication number: DE112021004025T5
Application number: DE112021004025.1T
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Ono; Yorito Sakano; Masaki Sakakibara
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2021-06-15
Publication date: 2023-06-07
Also published as: JP7064537B2; JP2022025515A; WO2022024574A1; US20230300495A1; CN116171579A

Abstract

Die vorleigende Erfindung betrifft eine Festkörperbildgebungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Pixelarrayteil, der aus merheren Einheitspixeln konfiguriert ist, in denen eine elektrische Ladung, die durch eine fotoelektrische Umwandlungseinheit fotoelektrisch umgewandelt wird, in einem vorbestimmten Floating-Diffusion(FD)-Gebiet akkumuliert werden kann; eine Systemsteuereinheit, die den Pixelarrayteil steuert; und einen Pixelsignalauslesemechanismus, der ein Pixelsignal basierend auf der elektrischen Ladung von dem vorbestimmten FD-Gebiet der Einheitspixel unter Steuerung durch die Systemsteuereinheit ausliest. Der Pixelsignalauslesemechanismus kann Folgendes beinhalten: einen AD-Wandler, der einen AD-Umwandlungsprozess mit Bezug auf das Pixelsignal, das ausgelesen wurde, durchführt; und eine Bestimmungseinheit, die, basierend auf einem Pixelsignal, das in einer Bestimmungsphase ausgelesen wird, bestimmt, ob durch die Einheitspixel empfangenes Licht hell oder dunkel ist. Die Bestimmungseinheit steuert, basierend auf dem Ergebnis der Bestimmung, selektiv eine Ausführung oder ein Stoppen des AD-Umwandlungsprozesses, der durch den AD-Wandler auszuführen ist, mit Bezug auf das Pixelsignal, das anschließend auszulesen ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Festkörperbildgebungsvorrichtung und ein Steuerverfahren davon.
HINTERGRUND
Damit eine Festkörperbildgebungsvorrichtung eine gute Bildqualität in einer Umgebung erhält, in der ein Unterschied von Helligkeit/Dunkelheit (Helligkeitsunterschied) von Licht groß ist, ist es erforderlich, einen weiten Dynamikumfang zu haben, und verschiedene Arten von Dynamikumfangserweiterungstechniken wurden herkömmlicherweise vorgeschlagen. Zum Beispiel ist das Zeitunterteilungsverfahren eine Technik zum Erweitern eines Dynamikumfangs durch Bildgebung auf eine zeitlich unterteilte Weise mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten durch jedes Lichtempfangselement und Kombinieren von Pixelsignalen, die in der zeitlichen Unterteilung ausgegeben werden. Außerdem ist das Raumunterteilungsverfahren eine Technik des Erweiterns eines Dynamikumfangs durch Kombinieren von Pixelsignalen, die von Lichtempfangselementen mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten ausgegeben werden.
Zum Beispiel offenbart Patentdokument 1 unten eine Festkörperbildgebungsvorrichtung, die ein Einheitspixel, das einen ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt und einen zweiten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt mit einer niedrigeren Empfindlichkeit als der erste fotoelektrische Umwandlungsabschnitt beinhaltet, derart steuert, dass ein Ansteuerungsabschnitt ein erstes Datensignal basierend auf einer Ladung, die durch den ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt erzeugt wird, ein zweites Datensignal basierend auf einer Kopplung zwischen einer Ladung, die durch den ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt erzeugt wird, und einer Ladung, die durch den zweiten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt erzeugt wird, und ein drittes Datensignal basierend auf einer Ladung, die durch den zweiten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt erzeugt wird, liest.
ZITATLISTE
PATENTDOKUMENT
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2017-175345
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Bei einer Festkörperbildgebungsvorrichtung wird ein von einem Pixel gelesenes Pixelsignal typischerweise durch einen Analog-Digital-Wandler einer Analog-Digital-Umwandlung unterzogen und einer Signalverarbeitung durch einen Digitalsignalprozessor (DSP) unterzogen. Bei der Dynamikumfangserweiterungstechnik der Festkörperbildgebungsvorrichtung, wie in Patentdokument 1 offenbart, werden, nachdem sämtliche Pixelsignale (erstes bis drittes Datensignal) von einem Pixel gelesen wurden, die Pixelsignale kombiniert und verarbeitet. Daher wird die Verarbeitungszeit von dem Blickpunkt der Bildrate begrenzt. Da die AD-Umwandlungsverarbeitung an jedem der gelesenen Pixelsignale durchgeführt wird, gibt es außerdem ein Problem, dass ein Leistungsverbrauch entsprechend zunimmt.
Daher ist ein Ziel der Technologie gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung das Bereitstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung, die zum Beschleunigen einer Verarbeitung und/oder Reduzieren eines Leistungsverbrauchs in der Lage ist, während eine Erweiterung eines Dynamikumfangs erzielt wird.
LÖSUNG DER PROBLEME
Die vorliegende Technologie zum Lösen der zuvor beschriebenen Probleme ist so konfiguriert, dass sie die folgenden die Erfindung spezifizierenden Gegenstände oder technischen Merkmale beinhaltet.
Die vorliegende Technologie gemäß einem gewissen Aspekt ist eine Festkörperbildgebungsvorrichtung, die Folgendes beinhaltet: einen Pixelarrayabschnitt, der mehrere Einheitspixel beinhaltet, die einen fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt beinhalten, der eine fotoelektrische Umwandlung gemäß einer Intensität von empfangenem Licht durchführt, und zum Akkumulieren einer Ladung, die durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt fotoelektrisch umgewandelt wird, in einem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet in der Lage sind; einen Systemsteuerabschnitt, der den Pixelarrayabschnitt steuert; und einen Pixelsignallesemechanismus, der ein Pixelsignal basierend auf der Ladung von dem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet eines Einheitspixels der mehreren Einheitspixel über eine Lesesignalleitung unter Steuerung des Systemsteuerabschnitts liest. Der Pixelsignallesemechanismus kann Folgendes beinhalten: einen AD-Wandler, der eine AD-Umwandlungsverarbeitung an dem gelesenen Pixelsignal durchführt, und einen Bestimmungsabschnitt, der eine Bestimmung von Helligkeit/Dunkelheit von Licht, das durch das Einheitspixel empfangen wird, basierend auf einem Pixelsignal, das von dem Einheitspixel in einer Bestimmungsphase gelesen wird, durchführt. Dann kann der Bestimmungsabschnitt selektiv eine Ausführung oder ein Stoppen der AD-Umwandlungsverarbeitung durch den AD-Wandler an einem Pixelsignal, das anschließend an die Bestimmungsphase gelesen wird, gemäß einem Ergebnis der Bestimmung steuern.
Insbesondere kann der Pixelsignallesemechanismus, gemäß einem Ergebnis der Bestimmung der Helligkeit/Dunkelheit, eine Steuerung derart durchführen, dass das Pixelsignal, das dunklem Licht entspricht, unter Pixelsignalen, die von den mehreren Einheitspixeln gelesen werden, der AD-Umwandlungsverarbeitung in einem Hochempfindlichkeitsmodus unterzogen wird, und eine Steuerung derart durchführen, dass das Pixelsignal, das hellem Licht entspricht, unter den Pixelsignalen, die von den mehreren Einheitspixeln gelesen werden, der AD-Umwandlungsverarbeitung in einem Niederempfindlichkeitsmodus unterzogen wird.
Außerdem ist die vorliegende Technologie gemäß einem anderen Aspekt ein Steuerverfahren einer Festkörperbildgebungsvorrichtung, die einen Pixelarrayabschnitt beinhaltet. Das Steuerverfahren kann Folgendes beinhalten: Durchführen einer Belichtungsverarbeitung an mehreren Einheitspixeln in dem Pixelarrayabschnitt; Lesen eines Pixelsignals basierend auf einer Ladung, die in einem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet in einem Einheitspixel der mehreren Einheitspixel akkumuliert wird, über eine Lesesignalleitung in einer Bestimmungsphase nach der Belichtungsverarbeitung; Durchführen einer Bestimmung von Helligkeit/Dunkelheit von Licht, das durch das Einheitspixel durch die Belichtungsverarbeitung empfangen wird, basierend auf dem gelesenen Pixelsignal; und Durchführen einer AD-Umwandlungsverarbeitung durch einen AD-Wandler an einem Pixelsignal, das anschließend an die Bestimmungsphase gelesen wird. Dann kann das Durchführen der AD-Umwandlungsverarbeitung selektives Steuern einer Ausführung oder eines Stoppens der AD-Umwandlungsverarbeitung gemäß einem Ergebnis der Bestimmung beinhalten.
Außerdem kann das Durchführen der AD-Umwandlungsverarbeitung Folgendes beinhalten: Durchführen der AD-Umwandlungsverarbeitung an dem Pixelsignal, das dunklem Licht entspricht, falls ein Ergebnis der Bestimmung angibt, dass das Einheitspixel das dunkle Licht empfängt; und Durchführen der AD-Umwandlungsverarbeitung an dem Pixelsignal, das hellem Licht entspricht, falls das Ergebnis der Bestimmung angibt, dass das Einheitspixel das helle Licht empfängt.
Zudem ist die vorliegende Technologie gemäß einem anderen Aspekt eine elektrische Vorrichtung, die Folgendes beinhaltet: eine Festkörperbildgebungsvorrichtung; und eine Steuereinheit, die eine Steuerung basierend auf Bilddaten durchführt, die durch die Festkörperbildgebungsvorrichtung erfasst werden. Die Festkörperbildgebungsvorrichtung kann Folgendes beinhalten: einen Pixelarrayabschnitt, der mehrere Einheitspixel beinhaltet, die einen fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt beinhalten, der eine fotoelektrische Umwandlung gemäß einer Intensität von empfangenem Licht durchführt, und zum Akkumulieren einer Ladung, die durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt fotoelektrisch umgewandelt wird, in einem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet in der Lage sind; einen Systemsteuerabschnitt, der den Pixelarrayabschnitt steuert; und einen Pixelsignallesemechanismus, der ein Pixelsignal basierend auf der Ladung von dem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet eines Einheitspixels der mehreren Einheitspixel über eine Lesesignalleitung unter Steuerung des Systemsteuerabschnitts liest. Außerdem kann der Pixelsignallesemechanismus Folgendes beinhalten: einen AD-Wandler, der eine AD-Umwandlungsverarbeitung an dem gesehenen Pixelsignal durchführt, und einen Bestimmungsabschnitt, der eine Bestimmung von Helligkeit/Dunkelheit von Licht, das durch das Einheitspixel empfangen wird, basierend auf einem Pixelsignal, das von dem Einheitspixel in einer Bestimmungsphase gelesen wird, durchführt. Dann kann der Bestimmungsabschnitt selektiv eine Ausführung oder ein Stoppen der AD-Umwandlungsverarbeitung durch den AD-Wandler an einem Pixelsignal, das anschließend an die Bestimmungsphase gelesen wird, gemäß einem Ergebnis der Bestimmung steuern.
Es wird angemerkt, dass in der vorliegenden Schrift und dergleichen ein Mittel nicht nur einfach ein physisches Mittel bedeutet, sondern einen Fall einschließt, in dem eine Funktion des Mittels durch Software implementiert wird. Außerdem kann die Funktion eines Mittels durch zwei oder mehr physische Mittel implementiert werden oder kann die Funktion von zwei oder mehr Mitteln durch ein physisches Mittel implementiert werden. Außerdem verweist ein „System“ auf eine logische Baugruppe aus mehreren Vorrichtungen (oder funktionalen Modulen, die spezielle Funktionen implementieren) und es macht keinen Unterschied, ob sich jede Vorrichtung oder jedes funktionale Modul in einem einzigen Gehäuse befindet oder nicht.
Andere technische Merkmale, Ziele und Effekte oder Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgenden Ausführungsformen verdeutlicht, die unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben sind. Die in der vorliegenden Schrift beschriebenen Effekte sind lediglich Beispiele und sind nicht beschränkt und andere Effekte können bereitgestellt werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine schematische Konfiguration einer Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
2 ist ein Blockdiagramm zum Erklären eines Beispiels für einen Mechanismus in Bezug auf eine Pixelsignalleseverarbeitung in der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines Einheitspixels in einem Pixelarrayabschnitt der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines Basissignalerzeugungsschaltkreises in der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines Pixelsignallesemechanismus in der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
6 ist ein Diagramm zum Erklären eines Beispiels für eine schematische Operation des Pixelsignallesemechanismus in der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für eine Bestimmungsverarbeitung durch den Pixelsignallesemechanismus in der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
8 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, das ein Beispiel für eine Operation von Einheitspixeln in dem Pixelarrayabschnitt der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
9 ist ein Zeitverlaufsdiagramm zum Erklären eines Beispiels für eine Operation des Pixelsignallesemechanismus der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
10 ist ein Zeitverlaufsdiagramm zum Erklären eines Beispiels für eine Operation des Pixelsignallesemechanismus der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
11 ist ein Diagramm zum Erklären eines Beispiels für den Pixelsignallesemechanismus in der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
12 ist ein Diagramm zum Erklären eines Beispiels für den Pixelsignallesemechanismus in der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
13 ist ein Zeitverlaufsdiagramm zum Erklären eines Beispiels für eine Operation des Pixelsignallesemechanismus der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
14A ist ein Zeitverlaufsdiagramm zum Erklären eines Beispiels für eine Operation des Pixelsignallesemechanismus der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
14B ist ein Zeitverlaufsdiagramm zum Erklären eines Beispiels für die Operation des Pixelsignallesemechanismus der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines Einheitspixels in einem Pixelarrayabschnitt der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
16 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines Einheitspixels in einem Pixelarrayabschnitt der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
17 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines Einheitspixels in einem Pixelarrayabschnitt der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
18 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines Einheitspixels in einem Pixelarrayabschnitt der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
19 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines Einheitspixels in einem Pixelarrayabschnitt der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
20 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines Einheitspixels in einem Pixelarrayabschnitt der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
21 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines Einheitspixels in einem Pixelarrayabschnitt der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
22 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines Einheitspixels in einem Pixelarrayabschnitt der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
23 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines Einheitspixels in einem Pixelarrayabschnitt der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
24 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines Einheitspixels in einem Pixelarrayabschnitt der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
25 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines Einheitspixels in einem Pixelarrayabschnitt der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
26 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine schematische Konfiguration eines Fahrzeugsteuersystems darstellt, auf das die Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie angewandt wird.
27 ist ein erklärendes Diagramm, das ein Beispiel für Installationspositionen eines Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionsabschnitts und eines Bildgebungsabschnitts darstellt, auf die die Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie angewandt wird.

WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Jedoch sind die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich Beispiele und sollen nicht verschiedene Modifikationen und Anwendungen von Techniken ausschließen, die nachfolgend nicht explizit beschrieben sind. Die vorliegende Erfindung kann durch Vornehmen verschiedener Modifikationen (zum Beispiel Kombinieren der jeweiligen Ausführungsformen oder dergleichen) implementiert werden, ohne von dem Wesen davon abzuweichen. Außerdem sind in der folgenden Beschreibung der Zeichnungen die gleichen oder ähnliche Teile durch die gleichen oder ähnliche Bezugsziffern bezeichnet. Die Zeichnungen sind schematisch und stimmen nicht zwingend mit tatsächlichen Abmessungen, Verhältnissen und dergleichen überein. Teile mit unterschiedlichen Abmessungsbeziehungen oder -Verhältnissen können zwischen den Zeichnungen enthalten sein. Es wird angemerkt, dass die vorliegende Offenbarung in den folgenden Ausführungsformen beschrieben wird.

1. Erste Ausführungsform
2. Zweite Ausführungsform (Beispiel des Verwendens unterschiedlicher Floating-Diffusion-Gebiete)
3. Dritte Ausführungsform (Modifikation des Basissignalerzeugungsschaltkreises)
4. Vierte Ausführungsform (Beispiel des Verwendens von zwei Systemen von Lesesignalleitungen)
5. Fünfte Ausführungsform (Modifikation des Einheitspixels)
6. Anwendungsbeispiel auf mobilen Körper

[1. Erste Ausführungsform]
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform liest ein Mechanismus (nachfolgend als ein „Pixelsignallesemechanismus“ bezeichnet) in Bezug auf eine Pixelsignalleseverarbeitung in einer Festkörperbildgebungsvorrichtung ein Pixelsignal basierend auf einer Ladungsmenge in einem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet in einer Anfangsphase einer Ausleseperiode eines Pixelsignals nach einer Belichtung(Lichtempfang)-Verarbeitung, bestimmt einen Spannungspegel (Signalpegel) des Pixelsignals und steuert selektiv eine Verarbeitung an einem Pixelsignal, das anschließend gemäß einem Ergebnis der Bestimmung gelesen werden soll. Nachfolgend kann die Anfangsphase der Ausleseperiode des Pixelsignals nach der Belichtungsverarbeitung als eine „Bestimmungsphase“ bezeichnet werden.
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine schematische Konfiguration einer Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. Eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 ist eine Halbleitervorrichtung, die eine Ladungsmenge, die einer Intensität von auf jedem Pixel gebildetem Licht entspricht, in ein elektrisches Signal unter Verwendung eines fotoelektrischen Umwandlungselements, wie etwa einer Fotodiode oder dergleichen, welches jedes Pixel darstellt, umwandelt und das elektrische Signal als Bilddaten ausgibt, und ist als zum Beispiel ein CMOS-Bildsensor konfiguriert. Die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 kann integral als zum Beispiel ein System-auf-Chip (SoC), wie etwa eine CMOS-LSI, konfiguriert sein, aber es können zum Beispiel manche nachfolgend beschriebenen Komponenten als separate LSIs konfiguriert sein.
Wie in der Zeichnung dargestellt, beinhaltet die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 Komponenten, wie etwa zum Beispiel einen Pixelarrayabschnitt 11, einen Vertikalansteuerungsabschnitt 12, einen Spaltenverarbeitungsabschnitt 13, einen Horizontalansteuerungsabschnitt 14, einen Systemsteuerabschnitt 15, einen Signalverarbeitungsabschnitt 16 und einen Datenspeicherungsabschnitt 17.
Der Pixelarrayabschnitt 11 beinhaltet Fotoelektrisches-Umwandlungselement-Gruppen, wie etwa Fotodioden oder dergleichen, die Pixel (entsprechend einem Einheitspixel 110 in 3) darstellen, die in einer horizontalen Richtung (Zeilenrichtung) und einer vertikalen Richtung (Spaltenrichtung) angeordnet sind. Der Pixelarrayabschnitt 11 wandelt eine Ladungsmenge, die der Intensität des auf jedem Pixel gebildeten einfallenden Lichts entspricht, in ein elektrisches Signal um und gibt das elektrische Signal als ein Pixelsignal aus. Der Pixelarrayabschnitt 11 kann zum Beispiel effektive Pixel, die in einem Gebiet angeordnet sind, das zum Empfangen von tatsächlichem Licht in der Lage ist, und Dummy-Pixel beinhalten, die außerhalb des Gebiets angeordnet und durch Metall oder dergleichen abgeschirmt sind. Es wird angemerkt, dass ein optisches Element, wie etwa eine Mikro-On-Chip-Linse oder ein Farbfilter, die/das einfallendes Licht bündelt, auf jedem Pixel des Pixelarrayabschnitts 11 gebildet ist (nicht dargestellt).
Der Vertikalansteuerungsabschnitt 12 beinhaltet ein Schieberegister, einen Adressendecodierer und dergleichen. Der Vertikalansteuerungsabschnitt 12 liefert ein Ansteuerungssignal oder dergleichen an jedes Pixel über mehrere Pixelansteuerungsleitungen 18, wodurch jedes Pixel des Pixelarrayabschnitts 11 zum Beispiel gleichzeitig oder Zeile für Zeile angesteuert wird.
Der Spaltenverarbeitungsabschnitt 13 liest ein Pixelsignal von jedem Pixel über eine Vertikalsignalleitung (VSL) 19 für jede Pixelspalte des Pixelarrayabschnitts 11 und führt eine Rauschentfernungsverarbeitung, Korrelierte-Doppelabtastung(CDS)-Verarbeitung, Analog-Digital(A/D)-Umwandlungsverarbeitung und dergleichen durch. Das durch den Spaltenverarbeitungsabschnitt 13 verarbeitete Pixelsignal wird an den Signalverarbeitungsabschnitt 16 ausgegeben. Wie nachfolgend beschrieben wird, ist der Spaltenverarbeitungsabschnitt 13 der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert, dass er zum selektiven Steuern einer Verarbeitung an einem Signal, das von jedem Pixel gelesen wird, gemäß einem vorbestimmten Bestimmungszustand in der Lage ist. In diesem Fall gibt der Spaltenverarbeitungsabschnitt 13 Informationen, die das Attribut des verarbeiteten Pixelsignals angeben, an den Signalverarbeitungsabschnitt 16 aus. Bei dem vorliegenden Beispiel gibt der Spaltenverarbeitungsabschnitt 13 Attributinformationen (zum Beispiel ein Flag), die angeben, ob das Pixelsignal dunklem Licht (hohe Empfindlichkeit) oder hellem Licht (niedrige Empfindlichkeit) entspricht, an den Signalverarbeitungsabschnitt 16 weiter. In der vorliegenden Offenbarung ist die Vertikalsignalleitung (VSL) ein Beispiel für eine Lesesignalleitung.
Der Horizontalansteuerungsabschnitt 14 beinhaltet ein Schieberegister, einen Adressendecodierer und dergleichen. Der Horizontalansteuerungsabschnitt 14 wählt sequentiell Pixel aus, die den Pixelspalten des Spaltenverarbeitungsabschnitts 13 entsprechen. Durch das selektive Scannen durch den Horizontalansteuerungsabschnitt 14 werden die Pixelsignale, die der Signalverarbeitung für jedes Pixel in dem Spaltenverarbeitungsabschnitt 13 unterzogen werden, sequentiell an den Signalverarbeitungsabschnitt 16 ausgegeben.
Der Systemsteuerabschnitt 15 beinhaltet einen Timinggenerator, der verschiedene Timingsignale und dergleichen erzeugt. Der Systemsteuerabschnitt 15 führt eine Steuerung zum Ansteuern des Vertikalansteuerungsabschnitts 12, des Spaltenverarbeitungsabschnitt 13 und des Horizontalansteuerungsabschnitts 14 basierend auf zum Beispiel einem durch einen (nicht dargestellten) Timinggenerator erzeugten Timingsignal durch.
Der Signalverarbeitungsabschnitt 16 führt eine Signalverarbeitung, wie etwa eine Arithmetikverarbeitung oder dergleichen, an dem Pixelsignal durch, das von dem Spaltenverarbeitungsabschnitt 13 bereitgestellt wird, während Daten nach Bedarf vorübergehend in dem Datenspeicherungsabschnitt 17 gespeichert werden, und gibt ein Bildsignal basierend auf jedem Pixelsignal aus. Außerdem führt der Signalverarbeitungsabschnitt 16 eine Signalverarbeitung gemäß dem Flag durch, das von dem Spaltenverarbeitungsabschnitt 13 ausgegeben wird. Das heißt, der Signalverarbeitungsabschnitt 16 führt eine Bildverarbeitung, die für den Hochempfindlichkeitsmodus geeignet ist, an dem Pixelsignal, das von dem Spaltenverarbeitungsabschnitt 13 bereitgestellt wird, mit dem Flag, das den später zu beschreibenden Hochempfindlichkeitsmodus angibt, durch und führt eine Bildverarbeitung, die für den Niederempfindlichkeitsmodus geeignet ist, mit dem Flag, das den später zu beschreibenden Niederempfindlichkeitsmodus angibt, durch.
Es wird angemerkt, dass die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1, auf die die vorliegende Technologie angewandt wird, nicht auf die zuvor beschriebene Konfiguration beschränkt ist. Zum Beispiel kann, wie in Patentdokument 1 beschrieben, die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 derart konfiguriert sein, dass der Datenspeicherungsabschnitt 17 in einer anschließenden Stufe des Spaltenverarbeitungsabschnitts 13 angeordnet ist und das Pixelsignal, das von dem Spaltenverarbeitungsabschnitt 13 ausgegeben wird, über den Datenspeicherungsabschnitt 17 an den Signalverarbeitungsabschnitt 16 geliefert wird. Alternativ dazu kann die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 derart konfiguriert sein, dass der Spaltenverarbeitungsabschnitt 13, der Datenspeicherungsabschnitt 17 und der Signalverarbeitungsabschnitt 16, die in einer Kaskade verbunden sind, die jeweiligen Pixelsignale parallel verarbeiten.
2 ist ein Blockdiagramm zum Erklären eines Beispiels für einen Pixelsignallesemechanismus in der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie. In der Zeichnung ist ein Pixelsignallesemechanismus 20 von einem Einheitspixel 110 in einer Pixelspalte beispielhaft dargestellt.
Der Pixelsignallesemechanismus 20 der vorliegenden Ausführungsform liest ein Pixelsignal basierend auf einer Ladungsmenge in einem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet in einer Anfangsphase (Bestimmungsphase) einer Ausleseperiode eines Pixelsignals nach einer Belichtungsverarbeitung und steuert selektiv eine Verarbeitung an einem Pixelsignal, das anschließend gelesen werden soll, gemäß einem Spannungspegel des gelesenen Pixelsignals. Das heißt, dass, wenn das Pixelsignal von dem Einheitspixel 110 gelesen wird, der Pixelsignallesemechanismus 20 bestimmt, ob das Einheitspixel 110 helles Licht (starkes Licht) oder dunkles Licht (schwaches Licht) empfängt, und eine geeignete Verarbeitung (zum Beispiel eine Operation oder ein Stoppen der AD-Umwandlungsverarbeitung) an dem Pixelsignal, das anschließend gelesen wird, als Reaktion auf die Bestimmung durchführt. Infolgedessen kann die Menge an Pixelsignalen, die einer AD-Umwandlungsverarbeitung zu unterziehen sind, reduziert werden und kann ein Leistungsverbrauch, der mit der AD-Umwandlungsverarbeitung assoziiert ist, reduziert werden. Alternativ dazu wird, wie bei einer anderen Ausführungsform beschrieben, nur eines der Pixelsignale, die parallel von jedem der vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiete in dem Einheitspixel 110 gelesen werden, der AD-Umwandlungsverarbeitung unterzogen, wodurch die Bildrate verbessert werden kann, indem die Verarbeitungszeit verkürzt wird. Es wird angemerkt, dass, wie später beschrieben, der Pixelsignallesemechanismus 20 eine AD-Umwandlungsverarbeitung basierend auf einem Pixelsignal in einer Vorladephase (nachfolgend als eine „P-Phase“ bezeichnet) und einem Pixelsignal in einer Datenphase (nachfolgend als eine „D-Phase“ bezeichnet) durchführt.
In der Zeichnung sind als die Konfiguration des Pixelarrayabschnitts 11 ein Einheitspixel 110 als ein effektives Pixel und ein Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 dargestellt. Außerdem sind als eine Konfiguration des Spaltenverarbeitungsabschnittes 13 ein Referenzsignalerzeugungseschaltkreis 131, ein Analog-Digital-Wandler (nachfolgend als ein „AD-Wandler“ bezeichnet) 132, ein Ausgabesteuerschaltkreis 133 und ein Charakteristiksicherstellungsabschnitt 134 dargestellt.
Wie zuvor beschrieben, ist das Einheitspixel 110 ein Schaltkreis (Pixelschaltkreis) in Bezug auf jedes Pixel, das den Pixelarrayabschnitt 11 darstellt. Jedes Einheitspixel 110 ist mit der Pixelansteuerungsleitung 18 für jede Pixelzeile und der Vertikalsignalleitung 19 für jede Pixelspalte verbunden. Bei der vorliegenden Offenbarung wird zum Beispiel jedes Subpixel, wie etwa Rot (R), Grün (G) und Blau (B), als ein Einheitspixel 110 bezeichnet, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Ein Beispiel für eine spezielle Schaltkreiskonfiguration des Einheitspixels 110 wird unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Der Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 erzeugt ein Signal (nachfolgend als ein „Basissignal“ bezeichnet) mit einer Spannung, die als eine Basis zum Bestimmen eines Spannungspegels eines Signals basierend auf einer Ladung dient, die aus einem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet (siehe 3) des Einheitspixel 110 extrahiert wird, und gibt dieses aus. Der Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 ist mit der Pixelansteuerungsleitung 18 für jede Pixelzeile und die Vertikalsignalleitung 19 für jede Pixelspalte verbunden. Als ein Beispiel kann der Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 als ein sogenannter Sunspot-Schaltkreis konfiguriert sein, der zum Ausgeben einer beliebigen Spannung in der Lage ist. Außerdem kann als ein weiteres Beispiel der Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 durch ein Dummy-Einheitspixel implementiert werden, das von Licht abgeschirmt ist. Als noch ein weiteres Beispiel für den Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 kann ein Einheitspixel, in dem das Lesen eines Pixelsignals unmittelbar zuvor bereits durchgeführt wurde und das sich in einem Rücksetzzustand befindet, verwendet werden. Manche Beispiele für eine Schaltkreiskonfiguration des Basissignalerzeugungsschaltkreises 112 werden unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
Der Referenzsignalerzeugungseschaltkreis 131 erzeugt ein Referenzsignal, das für eine AD-Umwandlungsverarbeitung durch den AD-Wandler 132 erforderlich ist, und gibt dieses aus. Das Referenzsignal ist zum Beispiel ein Gradientensignal (RAMPE-Signal), dessen Spannungspegel sich mit der Zeit in einem Gradienten ändert.
Der AD-Wandler 132 wandelt ein Pixelsignal in einem analogen Format, das von dem Einheitspixel 110 ausgegeben wird, in ein Pixelsignal (Pixeldaten) in einem digitalen Format um. Die AD-Wandler 132 sind parallel für die jeweiligen Vertikalsignalleitungen 19 bereitgestellt, die den Pixelspalten entsprechen. Bei der vorliegenden Offenbarung ist der AD-Wandler 132 als ein Single-Slope-AD-Wandler konfiguriert, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Wie später beschrieben, beinhaltet der AD-Wandler 132 zum Beispiel einen Komparator 1322 und einen Zähler 1223. Bei der vorliegenden Offenbarung ist ein Aufwärts/Abwärts-Zähler (nachfolgend als ein „U/D“-Zähler (Up/Down-Zähler) bezeichnet) als der Zähler 1223 dargestellt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt und es kann ein Gray-Code-Zähler verwendet werden. Der AD-Wandler 132 führt Zählen durch den U/D-Zähler 1323 durch, während das von dem Referenzsignalerzeugungseschaltkreis 131 bereitgestellte Referenzsignal mit dem von dem Einheitspixel 110 gelesenen Pixelsignal mit der Zeit durch den Komparator 1322 verglichen wird, und gibt den gezählten Wert aus. Insbesondere führt in der P-Phase, in der sich das Einheitspixel 110 auf dem Rücksetzspannungspegel befindet, der AD-Wandler 132 eine Abwärtszählung durch den U/D-Zähler 1323 durch, um den Zählwert zu halten, und in der D-Phase, in der sich das Einheitspixel 110 auf dem Signalspannungspegel befindet, führt der AD-Wandler eine Aufwärtszählung durch den U/D-Zähler 1323 durch, wodurch der finale Zählwert als ein Pixelsignal in einem digitalen Format an den Signalverarbeitungsabschnitt 16 ausgegeben wird. Daher ist das Pixelsignal in dem digitalen Format zu dieser Zeit eine Differenz zwischen dem D-Phase-Zählwert und dem P-Phase-Zählwert und ist Daten, die einer korrelierten Doppelabtastung (CDS) unterzogen werden.
Außerdem beinhaltet der AD-Wandler 132 der vorliegenden Ausführungsform einen Bestimmungsabschnitt 1321 zum selektiven Steuern einer Verarbeitung an einem Pixelsignal, das von jedem Einheitspixel 110 gelesen wird. Wie nachfolgend beschrieben wird, wird der Bestimmungsabschnitt 1321 durch den Komparator 1322 implementiert, der in dem Bestimmungsmodus arbeitet. In der Bestimmungsphase nach der Belichtungsverarbeitung bestimmt der Bestimmungsabschnitt 1321, ob das gelesene Pixelsignal ein Pixelsignal, das dunklem Licht entspricht, oder ein Pixelsignal, das hellem Licht entspricht, ist. Gemäß einem Ergebnis der Bestimmung durch den Bestimmungsabschnitt 1321 wird der AD-Wandler 132 zum Arbeiten in einem vorbestimmten Operationsmodus (zum Beispiel entweder dem Hochempfindlichkeitsmodus oder dem Niederempfindlichkeitsmodus) gesteuert. Außerdem gibt der Bestimmungsabschnitt 1321 Informationen (zum Beispiel ein Flag), die das Bestimmungsergebnis angeben, zusammen mit dem Pixelsignal nach der AD-Umwandlungsverarbeitung an den Signalverarbeitungsabschnitt 16 aus.
Der Ausgabesteuerschaltkreis 133 schaltet exklusiv die Ausgabe des Referenzsignals gemäß dem Bestimmungsergebnis durch den Bestimmungsabschnitt 1321 um. Das heißt, dass gemäß dem Bestimmungsergebnis durch den Bestimmungsabschnitt 1321 der Ausgabesteuerschaltkreis 133 umschaltet, ob das Referenzsignal an den AD-Wandler 132 in einer Periode ausgegeben wird, in der ein Pixelsignal, das dunklem Licht entspricht, gelesen wird oder das Referenzsignal an den Charakteristiksicherstellungsabschnitt 134 ausgegeben wird, so dass der AD-Wandler 132 nicht in einer Periode arbeitet, in der ein Pixelsignal gelesen wird, das hellem Licht entspricht.
Der Charakteristiksicherstellungsabschnitt 134 stellt die Operationscharakteristik des Referenzsignalerzeugungseschaltkreises 131 sicher. Der Charakteristiksicherstellungsabschnitt 134 beinhaltet zum Beispiel ein kapazitives Element. Das heißt, der Charakteristiksicherstellungsabschnitt 134 ist elektrisch mit dem Referenzsignalerzeugungseschaltkreis 131 verbunden, während die Operation des AD-Wandlers 132 gestoppt ist, und gibt dem Referenzsignalerzeugungseschaltkreis 131 eine vorbestimmte kapazitive Impedanz, wodurch eine Fluktuation der kapazitiven Impedanz bei Betrachtung von dem Referenzsignalerzeugungseschaltkreis 131 verhindert wird.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines Einheitspixels in einem Pixelarrayabschnitt der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
Wie in der Zeichnung dargestellt, beinhaltet das Einheitspixel 110 des vorliegenden Beispiels einen ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a, einen zweiten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101b, einen ersten Transfer-Gate-Abschnitt 1102a bis dritten Transfer-Gate-Abschnitt 1102c, einen Rücksetz-Gate-Abschnitt 1103, einen Ladungsakkumulationsabschnitt 1104, einen ersten Floating-Diffusion-Abschnitt (nachfolgend als ein „erster FD-Abschnitt“ bezeichnet) 1105a, einen zweiten Floating-Diffusion-Abschnitt (nachfolgend als ein „zweiter FD-Abschnitt“ bezeichnet) 1105b, einen Verstärkungstransistor 1106 und einen Auswahltransistor 1107. Bei dem vorliegenden Beispiel ist jeder Transistor in dem Einheitspixel 110 ein NMOS-Transistor, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
Außerdem sind mehrere Ansteuerungsleitungen zum Liefern verschiedener Ansteuerungssignale TGL, FCG, FDG, RST, SEL und dergleichen an das Einheitspixel 110 zum Beispiel für jede Pixelzeile als die Pixelansteuerungsleitungen 18 verdrahtet, die in 1 dargestellt sind. Diese Ansteuerungssignale sind zum Beispiel Pulssignale, die den NMOS-Transistor in einen leitfähigen (Ein-) Zustand bei einem High-Potentialpegel bringen und den NMOS-Transistor in einen nichtleitfähigen (Aus-) Zustand bei einem Low-Potentialpegel bringen.
Der erste fotoelektrische Umwandlungsabschnitt 1101a und der zweite fotoelektrische Umwandlungsabschnitt 1101b sind zum Beispiel pn-Übergang-Fotodioden. Jeder des ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts 1101a und des zweiten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts 1101b erzeugt und akkumuliert eine Ladung, die der Menge an empfangenem Licht entspricht. Bei dem vorliegenden Beispiel ist die Fläche der Lichtempfangsoberfläche des ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts 1101a so konfiguriert, dass sie größer als die Fläche der Lichtempfangsoberfläche des zweiten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts 1101b ist, und dementsprechend ist der erste fotoelektrische Umwandlungsabschnitt 1101a zum Bewältigen einer höheren Empfindlichkeit als der zweite fotoelektrische Umwandlungsabschnitt 1101b konfiguriert. Durch Verwenden zwei solcher Arten von Fotodioden mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten kann die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 einen großen Dynamikumfang des Ausgabespannungspegels des Pixelsignals nutzen.
Der erste Transfer-Gate-Abschnitt 1102a ist ein NMOS-Transistor, der zwischen dem ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a und dem ersten FD-Abschnitt 1105a bereitgestellt ist. Das Ansteuerungssignal TGL wird an die Gate-Elektrode des ersten Transfer-Gate-Abschnitts 1102a angelegt. Das heißt, dass, wenn das Ansteuerungssignal TGL einen High-Potentialpegel erreicht, der erste Transfer-Gate-Abschnitt 1102a in einem leitfähigen Zustand eintritt und die in dem ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a akkumulierte Ladung über den ersten Transfer-Gate-Abschnitt 1102a zu dem ersten FD-Abschnitt 1105a transferiert wird.
Der zweite Transfer-Gate-Abschnitt 1102b ist ein NMOS-Transistor, der zwischen dem Ladungsakkumulationsabschnitt 1104 und dem zweiten FD-Abschnitt 1105b bereitgestellt ist. Das Ansteuerungssignal FCG wird an die Gate-Elektrode des zweiten Transfer-Gate-Abschnitts 1102b angelegt. Wenn das Ansteuerungssignal FCG einen High-Potentialpegel erreicht, tritt der zweite Transfer-Gate-Abschnitt 1102b in einen leitfähigen Zustand ein und werden das Potential des Ladungsakkumulationsabschnitts 1104 und das Potential des zweiten FD-Abschnitts 1105b gekoppelt.
Der dritte Transfer-Gate-Abschnitt 1102c ist ein NMOS-Transistor, der zwischen dem ersten FD-Abschnitt 1105a und dem zweiten FD-Abschnitt 1105b bereitgestellt ist. Das Ansteuerungssignal FDG wird an die Gate-Elektrode des dritten Transfer-Gate-Abschnitts 1102c angelegt. Wenn das Ansteuerungssignal FDG einen High-Potentialpegel erreicht, tritt der dritte Transfer-Gate-Abschnitt 1102c in einen leitfähigen Zustand ein und werden das Potential des ersten FD-Abschnitts 1105a und das Potential des zweiten FD-Abschnitts 1105b gekoppelt.
Der Rücksetz-Gate-Abschnitt 1103 ist ein NMOS-Transistor, der zwischen der Leistungsversorgungsspannung VDD und dem zweiten FD-Abschnitt 1105b bereitgestellt ist. Das Ansteuerungssignal RST wird an die Gate-Elektrode des Rücksetz-Gate-Abschnitts 1103 angelegt. Wenn das Ansteuerungssignal RST einen High-Potentialpegel erreicht, tritt der Rücksetz-Gate-Abschnitt 1103 in einen leitfähigen Zustand ein. Infolgedessen wird gemäß den Potentialpegeln der Ansteuerungssignale FCG und FDG das Potential des Gebiets, in dem der erste FD-Abschnitt 1105a und der zweite FD-Abschnitt 1105b gekoppelt sind, das Potential des Gebiets, in dem der Ladungsakkumulationsabschnitt 1104 und der zweite FD-Abschnitt 1105b gekoppelt sind, oder das Potential des Gebiets, in dem der Ladungsakkumulationsabschnitt 1104, der erste FD-Abschnitt 1105a und der zweite FD-Abschnitt 1105b gekoppelt sind, auf den Pegel der Leistungsversorgungspannung VDD zurückgesetzt.
Der Ladungsakkumulationsabschnitt 1104 beinhaltet einen Kondensator. Der Ladungsakkumulationsabschnitt 1104 kann durch zum Beispiel eine Diffusionsschicht und eine Gate-Elektrode in Silicium (Si) gebildet werden oder kann durch eine Metall/Isolator/Metall(MIM)-Struktur gebildet werden. Eine Elektrode des Ladungsakkumulationsabschnitts 1104 ist mit der Leistungsversorgungsspannung VDD verbunden und die andere Elektrode ist mit der Kathodenelektrode des zweiten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts 1101b und der Drain-Elektrode des zweiten Transfer-Gate-Abschnitts 1102b verbunden. Der Ladungsakkumulationsabschnitt 1104 akkumuliert die Ladung, die durch den zweiten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101b fotoelektrisch umgewandelt wird.
Der erste FD-Abschnitt 1105a ist ein Floating-Diffusion-Gebiet, das zum Halten einer vorbestimmten Ladungsmenge in der Lage ist. Eine Elektrode des ersten FD-Abschnitts 1105a ist installiert und die andere Elektrode ist mit jeder der Drain-Elektrode des ersten Transfer-Gate-Abschnitts 1102a, der Source-Elektrode des dritten Transfer-Gate-Abschnitts 1102c und der Gate-Elektrode des Verstärkungstransistors 1106 verbunden. Die in dem ersten FD-Abschnitt 1105a akkumulierte Ladung wird ausgelesen, indem sie einer Ladung-Spannung-Umwandlung zu einem Spannungssignal unterzogen wird.
Der zweite FD-Abschnitt 1105b ist auch ein Floating-Diffusion-Gebiet, das zum Halten einer vorbestimmten Ladungsmenge in der Lage ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die in dem zweiten FD-Abschnitt 1105b akkumulierten Ladungen übergelaufene Ladungen unter den Ladungen, die durch den ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a fotoelektrisch umgewandelt werden. Eine Elektrode des zweiten FD-Abschnitts 1105b ist mit der Leistungsversorgung SubFD-VDD verbunden und die andere Elektrode ist mit jeder der Source-Elektrode des zweiten Transfer-Gate-Abschnitts 1102b, der Drain-Elektrode des dritten Transfer-Gate-Abschnitts 1102c und der Source-Elektrode des Rücksetz-Gate-Abschnitts 1103 verbunden. Die in dem zweiten FD-Abschnitt 1105b akkumulierte Ladung wird ausgelesen, indem sie einer Ladung-Spannung-Umwandlung zu einem Spannungssignal unterzogen wird.
Der Verstärkungstransistor 1106 ist ein NMOS-Transistor mit der Gate-Elektrode mit dem ersten FD-Abschnitt 1105a verbunden und der Drain-Elektrode mit der Leistungsversorgungsspannung VDD verbunden. Der Verstärkungstransistor 1106 dient als ein Eingabeabschnitt eines Leseschaltkreises zum Lesen der in dem ersten FD-Abschnitt 1105a gehaltenen Ladung, das heißt ein Source-Folger-Schaltkreis. Das heißt, der Verstärkungstransistor 1106 weist die Source-Elektrode über den Auswahltransistor 1107 mit der Vertikalsignalleitung 19 verbunden auf, wodurch ein Source-Folger-Schaltkreis mit einer Konstantstromquelle 1108 gebildet wird, der mit der Vertikalsignalleitung 19 verbunden ist.
Der Auswahltransistor 1107 ist ein NMOS-Transistor, der zwischen der Source-Elektrode des Verstärkungstransistors 1106 und der Vertikalsignalleitung 19 bereitgestellt ist. Das Ansteuerungssignal SEL wird an die Gate-Elektrode des Auswahltransistors 1107 angelegt. Wenn das Ansteuerungssignal SEL einen High-Potentialpegel erreicht, tritt der Auswahltransistor 1107 in einen leitfähigen Zustand ein und tritt das Einheitspixel 110 in einen ausgewählten Zustand ein. Infolgedessen wird das von dem Verstärkungstransistor 1106 ausgegebene Pixelsignal über den Auswahltransistor 1107 zu der Vertikalsignalleitung 19 ausgelesen.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines Basissignalerzeugungsschaltkreises in der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. Insbesondere ist (a) der Zeichnung ein Schaltbild, das den Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 darstellt, der als ein sogenannter Sunspot-Schaltkreis konfiguriert ist, und ist (a) der Zeichnung ist ein Schaltbild, das den Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 unter Verwendung von Dummy-Pixeln darstellt.
Wie in (a) der Zeichnung dargestellt, ist der Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 als ein Sunspot-Schaltkreis ein Source-Folger-Schaltkreis, der einen Verstärkungstransistor 1121 und einen Auswahltransistor 1122 beinhaltet. Die Drain-Elektrode des Verstärkungstransistors 1121 ist mit der Leistungsversorgungsspannung VDD verbunden und ein Basissignal REF mit einer vorbestimmten Spannung wird in die Gate-Elektrode eingegeben. Außerdem ist die Source-Elektrode des Auswahltransistors 1122 mit der Vertikalsignalleitung 19 verbunden und wird das Auswahlsignal SEL_R in die Gate-Elektrode eingegeben. Mit dieser Konfiguration gibt, wie nachfolgend beschrieben wird, der Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 ein Basissignal zum Initialisieren der Betriebsspannung des Komparators 1322 aus, bevor das Pixelsignal von dem Einheitspixel 110 gelesen wird.
Außerdem ist das in (b) der Zeichnung dargestellte Beispiel ein Basissignalerzeugungsschaltkreis 112, der unter Verwendung von Dummy-Pixeln konfiguriert ist. Das Dummy-Pixel gibt immer ein Dunkelpegelsignal aufgrund einer Abschirmung der Lichtempfangsoberfläche aus. Da das Dummy-Pixel die gleiche Konfiguration wie der Schaltkreis des in 3 dargestellten Einheitspixels 110 aufweist, wird die Beschreibung davon weggelassen. In dem Dummy-Pixel gibt es, da die fotoelektrisch umgewandelte Ladung nicht in den ersten FD-Abschnitt 1105a aufgrund von Überlaufen fließt, keine Potentialfluktuation und ein stabiles Basissignal kann erhalten werden. Da der Pixelarrayabschnitt 11 allgemein mit einem Dummy-Pixel versehen ist, ist es außerdem nicht erforderlich, einen neuen Schaltkreis durch Umleiten des Dummy-Pixels bereitzustellen.
Als ein weiteres Beispiel kann ein spezielles Einheitspixel 110 als der Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 fungieren. Zum Beispiel kann eine Ausgabe (Pixelsignal) von dem Einheitspixel 110 einer angrenzenden oder benachbarten Pixelspalte, in dem ein Lesen eines Pixelsignals bereits unmittelbar zuvor durchgeführt wurde und das sich in einem Rücksetzzustand befindet, als ein Basissignal für das Einheitspixel 110 verwendet werden, von dem ein Lesen durchgeführt werden soll. In diesem Fall ist es, da das zum Lesen des Pixelsignals ausgewählte Einheitspixel 110 und das daran angrenzende (oder sich in der Nähe davon befindende) Einheitspixel 110 in der Nähe der Pixelkoordinaten in dem Pixelarrayabschnitt 11 positioniert sind, möglich, den Abfall der Leistungsversorgungsspannung VDD und den Einfluss des Widerstandswertes der Vertikalsignalleitung 19 zu ignorieren. Es wird angemerkt, dass eine oder mehrere Spalten von den angrenzenden Pixelspalten separiert werden können.
Wie zuvor beschrieben, wird, falls das Dummy-Pixel oder das angrenzende Einheitspixel 110 als der Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 verwendet wird, ein Signal, das gelesen wird, während das Ansteuerungssignal RST, das an den Rücksetz-Gate-Abschnitt 1103 geliefert wird, und das Ansteuerungssignal FDG, das an den dritten Transfer-Gate-Abschnitt 1102c geliefert wird, auf einem High-Potentialpegel festgesetzt sind, als das Basissignal verwendet. Infolgedessen ist es, selbst wenn die fotoelektrisch umgewandelte Ladung in den ersten FD-Abschnitt 1105a aufgrund von Überlaufen fließt, möglich, eine Potentialfluktuation zu vermeiden und ein stabiles Basissignal zu erhalten.
Als ein weiteres Beispiel kann ein Signal, das gelesen wird, nachdem sich das Ansteuerungssignal RST, das an den Rücksetz-Gate-Abschnitt 1103 geliefert wird, und das Ansteuerungssignal FDG, das an den dritten Transfer-Gate-Abschnitt 1102c geliefert wird, von dem High-Potentialpegel auf den Low-Potentialpegel geändert haben, als das Basissignal verwendet werden. Wie zuvor beschrieben, kann das Lesen des Basissignals durch die gleiche Steuerung wie das normale Lesen des Pixelsignals implementiert werden und die Steuerung wird nicht kompliziert. Da das Potential des ersten FD-Abschnitts 1105a und das Potential des zweiten FD-Abschnitts 1105b gekoppelt sind, können die fluktuierenden Potentiale ausgeglichen werden.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines Pixelsignallesemechanismus in der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. Insbesondere stellt die Zeichnung eine Schaltkreiskonfiguration des Spaltenverarbeitungsabschnitts 13 zusätzlich zu den in 3 und 4(a) dargestellten Schaltkreiskonfigurationen dar.
Wie in der Zeichnung dargestellt, beinhaltet der AD-Wandler 132 zum Beispiel einen Komparator 1322, einen U/D-Zähler 1323, einen AZ-Schalter 1324 und einen Flag-Steuerschaltkreis 1325.
Der Komparator 1322 vergleicht das Pixelsignal, das aus dem Einheitspixel 110 gelesen wird, mit dem Referenzsignal, das von dem Referenzsignalerzeugungseschaltkreis 131 ausgegeben wird, und gibt ein Signal (nachfolgend als ein „Vergleichsergebnissignal“ bezeichnet) gemäß dem Vergleichsergebnis aus. Während zum Beispiel der Spannungspegel des Pixelsignals, das von dem Einheitspixel 110 gelesen wird, niedriger als der Spannungspegel des Referenzsignals ist, gibt der Komparator 1322 weiterhin das Vergleichsergebnissignal mit einem Low-Potentialpegel aus und invertiert danach das Vergleichsergebnissignal und gibt dieses mit einem High-Potentialpegel aus, wenn der Spannungspegel des Pixelsignals, das von dem Einheitspixel 110 gelesen wird, höher als der Spannungspegel des Referenzsignals wird. Das Vergleichsergebnissignal basierend auf dem Pixelsignal und dem Referenzsignal wird an den U/D-Zähler 1323 und den Flag-Steuerschaltkreis 1325 ausgegeben.
Es wird angemerkt, dass, wie nachfolgend beschrieben, der Komparator 1322 bei der vorliegenden Ausführungsform auch zum Bestimmen davon, ob das Pixelsignal dunklem Licht oder hellem Licht entspricht, in der Bestimmungsphase verwendet wird.
Der U/D-Zähler 1323 führt Zählen an dem Eingabesignal gemäß einem vorbestimmten Takt für jede Ausleseperiode des Pixelsignals durch und gibt den gezählten Wert aus. Zum Beispiel führt in der P-Phase, in der sich das Einheitspixel 110 auf dem Rücksetzspannungspegel befindet, der U/D-Zähler 1323 eine Abwärtszählung durch, um den Zählwert zu halten, und führt danach in der D-Phase, in der sich das Einheitspixel 110 auf dem Signalspannungspegel befindet, der U/D-Zähler 1323 eine Aufwärtszählung durch, wodurch der finale Zählwert als ein Pixelsignal in einem digitalen Format an den Signalverarbeitungsabschnitt 16 ausgegeben wird. Es wird angemerkt, dass anstelle des U/D-Zählers 1223 ein Gray-Code-Zähler verwendet werden kann.
Der AZ-Schalter 1324 steuert die Bereitstellung eines Autonullsignals AZ zum Initialisieren der Operation des Komparators 1322. Das heißt, der AZ-Schalter 1324 wird in den leitfähigen (Ein-) Zustand in einem Zustand umgeschaltet, in dem das Basissignal von dem Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 ausgegeben wird, wodurch die Ausgabe des Komparators 1322 an seinen Eingang Null wird, und der Komparator 1322 wird gemäß dem Basissignal initialisiert. Falls die Operation und das Stoppen des AD-Wandlers 132 für jede Pixelspalte durchgeführt werden, kann der Leistungsverbrauch in Abhängigkeit von der Anzahl der zu betreibenden AD-Wandler 132 fluktuieren. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform zum Verhindern der Änderung der Bildqualität aufgrund der Fluktuation des Leistungsverbrauchs der Betriebszustand des Komparators 1322 durch Verwenden des Autonullsignals AZ ausgerichtet.
Der Flag-Steuerschaltkreis 1325 hält ein Flag gemäß dem Vergleichsergebnissignal, das von dem Komparator 1322 in der Bestimmungsphase ausgegeben wird. Bei dem vorliegenden Beispiel gibt das Flag entweder den Hochempfindlichkeitsmodus oder den Niederempfindlichkeitsmodus an. Außerdem führt der Flag-Steuerschaltkreis 1325 eine Steuerung zum Umschalten des Ausgabeziels des Ausgabesteuerschaltkreises 133, während das Pixelsignal gelesen wird, anschließend an die Bestimmungsphase gemäß entweder dem Hochempfindlichkeitsmodus oder dem Niederempfindlichkeitsmodus durch. Das heißt, der Pixelsignallesemechanismus 20 arbeitet gemäß dem Flag in dem Hochempfindlichkeitsmodus oder dem Niederempfindlichkeitsmodus. In dem Hochempfindlichkeitsmodus wird ein Pixelsignal, das dunklem Licht entspricht, unter den gelesenen Pixelsignalen einer AD-Umwandlungsverarbeitung unterzogen und in dem Niederempfindlichkeitsmodus wird ein Pixelsignal, das hellem Licht entspricht, unter den gelesenen Pixelsignalen einer AD-Umwandlungsverarbeitung unterzogen.
6 ist ein Diagramm zum Erklären eines Beispiels für eine schematische Operation des Pixelsignallesemechanismus in der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie. Es wird angemerkt, dass ein Beispiel für eine ausführlichere Operation des Pixelsignallesemechanismus 20 unter Bezugnahme auf 8 und 9 beschrieben wird.
Wie in der Zeichnung dargestellt, wird der zuvor beschriebene Pixelsignallesemechanismus 20 zum Arbeiten in dem Bestimmungsmodus in der Anfangsphase der Ausleseperiode des Pixelsignals, das heißt der Bestimmungsphase, gesteuert. Das heißt, in den Bestimmungsmodus liest der Pixelsignallesemechanismus 20 zuerst das Basissignal von dem Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 zur Zeit TJ1 als die P-Phase, initialisiert den Komparator 1322 mit dem Autonullsignal gemäß dem gelesenen Basissignal, liest dann das Pixelsignal SP1 basierend auf der Ladungsmenge in dem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet in dem Einheitspixel 110 zur Zeit TJ2 als die D-Phase und vergleicht den Spannungspegel des gelesenen Pixelsignals mit dem Spannungspegel des Referenzsignals, um zu bestimmen, ob das gelesene Pixelsignal ein Pixelsignal, das dunklem Licht entspricht, oder ein Pixelsignal, das hellem Licht entspricht, ist. Es wird angemerkt, dass bei dem vorliegenden Beispiel das Pixelsignal SP1 einem D-Phase-Pixelsignal SP1L entspricht, das später zu beschreiben ist. Als ein weiteres Beispiel kann das Pixelsignal SP1 ein Pixelsignal basierend auf der Menge an Ladungen sein, die von dem ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a während der Belichtungsperiode überlaufen.
Im Fall des Bestimmens, dass der Spannungspegel des gelesenen Pixelsignals den Spannungspegel des Referenzsignals nicht überschreitet, nimmt der Pixelsignallesemechanismus 20 an, dass die Ladung in dem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet nicht überläuft, und wird zum Arbeiten in dem Hochempfindlichkeitsmodus gesteuert. Im Fall des Bestimmens, dass der Spannungspegel des gelesenen Pixelsignals den Spannungspegel des Referenzsignals überschreitet, nimmt unterdessen der Pixelsignallesemechanismus 20 an, dass die Ladung in dem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet überläuft, und wird zum Arbeiten in dem Niederempfindlichkeitsmodus gesteuert.
In dem Hochempfindlichkeitsmodus führt der Pixelsignallesemechanismus 20 die AD-Umwandlungsverarbeitung basierend auf dem Pixelsignal SP1 durch, das zeitlich sequentiell zu jeder der Zeiten T1 bis T4 gelesenen wird. Das heißt, in dem Hochempfindlichkeitsmodus gibt der Pixelsignallesemechanismus 20 ein Aktivierungssignal an den AD-Wandler 132 in der ersten Halbphase der Ausleseperiode des Pixelsignals und führt die AD-Umwandlungsverarbeitung unter Verwendung der Pixelsignale SP1H und SP1L basierend auf den Ladungen durch, die durch den ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a fotoelektrisch umgewandelt werden. Es wird angemerkt, dass bei dem vorliegenden Beispiel jedes der Pixelsignale SP1H und SP1L ein P-Phase-Signal oder ein D-Phase-Signal beinhaltet.
Unterdessen führt in dem Niederempfindlichkeitsmodus der Pixelsignallesemechanismus 20 die AD-Umwandlungsverarbeitung basierend auf den Pixelsignalen SP1 und SP2 durch, die zeitlich sequentiell zu jeder der Zeiten T5 bis T8 gelesenen werden. Das heißt, in dem Niederempfindlichkeitsmodus gibt der Pixelsignallesemechanismus 20 ein Aktivierungssignal an den AD-Wandler 132 in der letzteren Halbphase der Ausleseperiode des Pixelsignals und führt die AD-Umwandlungsverarbeitung auf Basis des Pixelsignals SP1 basierend auf der Ladung, die durch den ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a fotoelektrisch umgewandelt wird, und des Pixelsignals SP2 basierend auf der Ladung, die durch den zweiten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101b fotoelektrisch umgewandelt wird, durch. Es wird angemerkt, dass bei dem vorliegenden Beispiel das Pixelsignal SP2 ähnlich durch P-Phase- oder D-Phase-Signale konfiguriert ist.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für eine Bestimmungsverarbeitung durch den Pixelsignallesemechanismus in der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
Wie in der Zeichnung dargestellt, wird in dem Pixelsignallesemechanismus 20 das Ansteuerungssignal SEL R an die Gate-Elektrode des Auswahltransistors 1122 des Basissignalerzeugungsschaltkreises 112 angelegt und der Auswahltransistor 1122 tritt in einen leitfähigen Zustand ein, so dass das Basissignal eines vorbestimmten Spannungspegels zu der Vertikalsignalleitung 19 ausgelesen wird (S701).
Während das Basissignal gelesen wird, wird der AZ-Schalter 1324 zum Einschalten gesteuert, um sich in einem leitfähigen Zustand zu befinden, und das Autonullsignal AZ bewirkt, dass der Komparator 1322 eine Ausgabe von Null mit Bezug auf seine Eingabe aufweist. Infolgedessen wird der Komparator 1322 basierend auf dem Basissignal initialisiert (S702). Daher wird der Potentialpegel des AD-Wandlers 132 für jede Pixelspalte ausgerichtet und Variationen der Bildqualität aufgrund von Variationen des Leistungsverbrauchs, die dadurch bewirkt werden, dass der AD-Wandler 132 für jede Pixelspalte arbeitet und stoppt, können unterdrückt werden. Nach der Initialisierung wird der AZ-Schalter 1324 ausgeschaltet, um sich in einem nichtleitfähigen Zustand zu befinden, wird das Anlegen des Ansteuerungssignals SEL_R gestoppt, tritt der Auswahltransistor 1122 in einen nichtleitfähigen Zustand ein und wird das Lesen des Basissignals gestoppt.
Als Nächstes wird das Ansteuerungssignal SEL an die Gate-Elektrode des Auswahltransistors 1107 des Einheitspixels 110 angelegt und wird ein Pixelsignal basierend auf dem Potential eines vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiets (bei dem vorliegenden Beispiel dem ersten FD-Abschnitt 1105a und dem zweiten FD-Abschnitt 1105b) zu der Vertikalsignalleitung 19 ausgelesen (S703). Das heißt, unter den Ladungen, die durch den ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a fotoelektrisch umgewandelt werden, wird ein Pixelsignal basierend auf der Ladung, die aufgrund von Überlaufen in ein vorbestimmtes Floating-Diffusion-Gebiet fließt, ausgelesen.
Anschließend beginnt der Komparator 1322 mit dem Vergleichen des Pixelsignals, das aus dem Einheitspixel 110 gelesen wird, mit dem Referenzsignal, das von dem Referenzsignalerzeugungseschaltkreis 131 ausgegeben wird, und bestimmt, ob der Spannungspegel des Pixelsignals höher als der Spannungspegel des Referenzsignals ist oder nicht (S704). Bei dem vorliegenden Beispiel wird das Gradientensignal als das Referenzsignal verwendet und wird die Spannungswellenform des Referenzsignals so eingestellt, dass der Spannungspegel des Referenzsignals wenigstens bis dahin höher als der Spannungspegel des Pixelsignals ist, bis sich die graduelle Abnahme des Spannungspegels des Referenzsignals gesetzt hat. Der Komparator 1322 gibt ein Vergleichsergebnissignal, das dem Pegel zwischen dem Spannungspegel des Pixelsignals und dem Spannungspegel des Referenzsignals entspricht, an den Flag-Steuerschaltkreis 1325 aus. Es wird angemerkt, dass unmittelbar nach dem Start des Vergleichs der Komparator 1322 ein Vergleichsergebnissignal mit einem Low-Potentialpegel ausgibt.
Falls der Spannungspegel des Pixelsignals niedriger als der Spannungspegel des Referenzsignals zu dem Zeitpunkt ist, zu dem der Spannungspegel des Referenzsignals minimal wird (Ja in S705), gibt der Komparator 1322 weiterhin das Vergleichsergebnissignal mit dem Low-Potentialpegel aus und der Flag-Steuerschaltkreis 1325 setzt und hält das Flag, das den Hochempfindlichkeitsmodus angibt (S706). Das heißt, dass dies bedeutet, dass die Menge an Ladung, die aufgrund des Überlaufens in das vorbestimmte Floating-Diffusion-Gebiet fließt, klein ist, und das Pixelsignal, das dem dunklen Licht entspricht, wird verarbeitet. Falls andererseits der Spannungspegel des Pixelsignals nicht niedriger als der Spannungspegel des Referenzsignals ist (Nein in S705), setzt und hält, da der Komparator 1322 das Vergleichsergebnissignal invertiert und mit dem High-Potentialpegel ausgibt, der Flag-Steuerschaltkreis 1325 ein Flag, das den Niederempfindlichkeitsmodus angibt (S707). Das heißt, dass dies bedeutet, dass die Menge an Ladungen, die aufgrund des Überlaufens in das vorbestimmte Floating-Diffusion-Gebiet fließen, groß ist, und das Pixelsignal, das dem hellen Licht entspricht, wird verarbeitet.
Dann schaltet in der Ausleseperiode des Pixelsignals der Flag-Steuerschaltkreis 1325 selektiv den Ausgabesteuerschaltkreis 133 gemäß dem gehaltenen Flag, wodurch die Operation und das Stoppen des AD-Wandlers 132 gesteuert werden.
Durch die obige Operation kann der Pixelsignallesemechanismus 20 gemäß dem Ergebnis des Vergleichs zwischen den Spannungspegeln des Basissignals und des Pixelsignals bestimmen, ob das Einheitspixel 110 dunkles Licht oder helles Licht empfängt.
8 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, das ein Beispiel für die Operation des Einheitspixels in dem Pixelarrayabschnitt der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt, und ist insbesondere ein Zeitverlaufsdiagramm, das ein Beispiel für eine Verarbeitung in Bezug auf eine Belichtung (Lichtempfang) durch jedes Einheitspixel 110 darstellt. Die Zeichnung stellt ein Zeitverlaufsdiagramm des Horizontalsynchronisationssignals HSS, der Ansteuerungssignale SEL, RST, FDG, TGL und FCG dar (siehe 3). Unter der Steuerung des Systemsteuerabschnitts 15 wird zum Beispiel die Operation in einer vorbestimmten Scanreihenfolge für jede Pixelzeile oder jede mehrerer Pixelzeilen des Pixelarrayabschnitts 11 durchgeführt.
Wie in der Zeichnung dargestellt, wird zuerst zur Zeit t11 das Horizontalsynchronisationssignal HSS eingegeben und wird eine Verarbeitung in Bezug auf eine Reihe von Belichtungen in dem Einheitspixel 110 gestartet.
Als Nächstes erreichen zur Zeit t12 die Ansteuerungssignale RST und FDG High-Potentialpegel und der Rücksetz-Gate-Abschnitt 1103 und der dritte Transfer-Gate-Abschnitt 1102c treten in leitfähige Zustände ein. Infolgedessen werden der erste FD-Abschnitt 1105a und der zweite FD-Abschnitt 1105b gekoppelt und wird das Potential des gekoppelten Gebiets auf den Pegel der Leistungsversorgungsspannung VDD zurückgesetzt.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t13 das Ansteuerungssignal TGL einen High-Potentialpegel und tritt der erste Transfer-Gate-Abschnitt 1102a in einen leitfähigen Zustand ein. Infolgedessen wird die in dem ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a akkumulierte Ladung über den ersten Transfer-Gate-Abschnitt 1102a zu dem ersten FD-Abschnitt 1105a und dem zweiten FD-Abschnitt 1105b transferiert und wird der erste fotoelektrische Umwandlungsabschnitt 1101a zurückgesetzt.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t14 das Ansteuerungssignal TGL einen Low-Potentialpegel und tritt der erste Transfer-Gate-Abschnitt 1102a in einen nichtleitfähigen Zustand ein. Infolgedessen wird eine Akkumulation von Ladungen in dem ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a gestartet.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t15 das Ansteuerungssignal FCG einen High-Potentialpegel und tritt der zweite Transfer-Gate-Abschnitt 1102b in einen leitfähigen Zustand ein. Infolgedessen werden das Potential des Ladungsakkumulationsabschnitts 1104, das Potential des ersten FD-Abschnitts 1105a und das Potential des zweiten FD-Abschnitts 1105b gekoppelt. Außerdem werden die in dem zweiten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101b akkumulierten Ladungen zu dem gekoppelten Gebiet transferiert und wird das Potential des gekoppelten Gebiets auf den Pegel der Leistungsversorgungsspannung VDD zurückgesetzt.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t16 das Ansteuerungssignal FCG einen Low-Potentialpegel und tritt der zweite Transfer-Gate-Abschnitt 1102b in einen nichtleitfähigen Zustand ein. Infolgedessen startet der Ladungsakkumulationsabschnitt 1104 mit dem Akkumulieren der Ladung, die von dem zweiten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101b transferiert wird.
Als Nächstes erreichen zur Zeit t17 die Ansteuerungssignale RST und FDG Low-Potentialpegel und treten der Rücksetz-Gate-Abschnitt 1103 und der dritte Transfer-Gate-Abschnitt 1102c in nichtleitfähige Zustände ein.
Dann wird zur Zeit t18 das Horizontalsynchronisationssignal HSS eingegeben. Infolgedessen wird eine Verarbeitungsreihe in Bezug auf Belichtungen in dem Einheitspixel 110 abgeschlossen.
Es wird angemerkt, dass in der Verarbeitungsreihe in Bezug auf Belichtungen das Ansteuerungssignal SEL auf dem Low-Potentialpegel verbleibt, da das Pixelsignal nicht gelesen wird.
9 ist ein Zeitverlaufsdiagramm zum Erklären eines Beispiels für die Operation des Pixelsignallesemechanismus der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie und ist insbesondere ein Zeitverlaufsdiagramm, das ein Beispiel für die Pixelsignalleseverarbeitung von dem Einheitspixel 110 darstellt. Die Zeichnung stellt ein Zeitverlaufsdiagramm des Horizontalsynchronisationssignals HSS, der Ansteuerungssignale SEL, RST, FDG, TGL und FCG für das Einheitspixel 110, das Ansteuerungssignal SEL R für den Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 und das Autonullsignal AZ für den Komparator 1322 dar. Die Verarbeitung wird in einer vorbestimmten Scanreihenfolge nach einer vorbestimmten Zeit von dem Zeitpunkt, wenn die in 8 dargestellte Belichtungsverarbeitung durchgeführt wird, zum Beispiel für jede Pixelzeile oder jede mehrerer Pixelzeilen des Pixelarrayabschnitts 11 durchgeführt.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird zuerst zur Zeit t21 das Horizontalsynchronisationssignal HSS eingegeben und beginnt die Ausleseperiode des Einheitspixels 110. Es wird angemerkt, dass bei der vorliegenden Ausführungsform die Anfangsphase der Ausleseperiode die Bestimmungsphase ist.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t22 das Ansteuerungssignal SEL R des Basissignalerzeugungsschaltkreises 112 einen High-Potentialpegel und der Auswahltransistor 1122 tritt in einen leitfähigen Zustand ein. Infolgedessen wird das Basissignal, das an die Gate-Elektrode des Verstärkungstransistors 1121 angelegt wird, über die Vertikalsignalleitung 19 in den Komparator 1322 eingegeben.
Anschließend wird zur Zeit t23 der AZ-Schalter 1324 eingeschaltet und bewirkt das Autonullsignal AZ, dass der Komparator 1322 eine Ausgabe von Null zu seinem Eingang aufweist, wodurch die Initialisierung des Komparators 1322 gestartet wird.
Danach wird zur Zeit t24 der AZ-Schalter 1324 ausgeschaltet und anschließend erreicht zur Zeit t25 das Ansteuerungssignal SEL_R einen Low-Potentialpegel und der Auswahltransistor 1122 tritt in einen nichtleifähigen Zustand ein. Infolgedessen ist die Initialisierung des Komparators 1322 gemäß dem Basissignal abgeschlossen.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t26 das Ansteuerungssignal SEL einen High-Potentialpegel, tritt der Auswahltransistor 1107 in einen leitfähigen Zustand ein, erreicht das Ansteuerungssignal FDG einen High-Potentialpegel und tritt der dritte Transfer-Gate-Abschnitt 1102c in einen leitfähigen Zustand ein. Infolgedessen wird das Pixelsignal SP1 gemäß dem Potential SubFD des zweiten FD-Abschnitts 1105b an die Vertikalsignalleitung 19 ausgegeben. Zu dieser Zeit nimmt der Spannungspegel des Referenzsignals zu dem Komparator 1322 graduell ab und wird ein Vergleich zwischen dem Pixelsignal und dem Referenzsignal durch den Komparator 1322 gestartet.
Bei dem Vergleich durch den Komparator 1322 verbleibt, falls der Spannungspegel des Pixelsignals SP1 niedriger als der Spannungspegel des Referenzsignals zu dem Zeitpunkt (Zeit TJ) ist, wenn der Spannungspegel des Referenzsignals auf den Low-Potentialpegel abgefallen ist, das Vergleichsergebnissignal, das durch den Komparator 1322 ausgegeben wird, auf dem Low-Potentialpegel. Dies liegt darin begründet, dass die Menge einer Ladung, die durch den ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a in der Belichtungsverarbeitung übergelaufen ist, klein ist, und der AD-Wandler 132 verarbeitet ein Pixelsignal, das dunklem Licht entspricht. In diesem Fall hält der Flag-Steuerschaltkreis 1325 ein Flag, das den Hochempfindlichkeitsmodus angibt.
Unterdessen wird, falls der Spannungspegel des Pixelsignals SP1 höher als der Spannungspegel des Referenzsignals ist, das Vergleichsergebnissignal, das von dem Komparator 1322 ausgegeben wird, zu einem High-Potentialpegel invertiert. Dies liegt darin begründet, dass die Menge einer Ladung, die durch den ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a in dem Einheitspixel 110 übergelaufen ist, groß zu einem gewissen Ausmaß oder ausreichend ist, und der AD-Wandler 132 verarbeitet ein Pixelsignal, das hellem Licht entspricht. In diesem Fall hält der Flag-Steuerschaltkreis 1325 ein Flag, das den Niederempfindlichkeitsmodus angibt.
Wie zuvor beschrieben, endet die Bestimmungsphase am Anfang der Pixelsignalausleseperiode durch den Pixelsignallesemechanismus 20. Bei der vorliegenden Ausführungsform gibt, da das Zurücksetzen mit Bezug auf das Potential des speziellen Floating-Diffusion-Gebiets durch das Ansteuerungssignal RST nicht unmittelbar nach der Belichtungsverarbeitung durchgeführt wird, die Ladung, die in dem ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a akkumuliert wird und zu dem ersten Transfer-Gate-Abschnitt 1102a überläuft, den anfänglichen Zustand an.
Als Nächstes wird von der Zeit t27 bis zur Zeit t28 der AZ-Schalter 1324 eingeschaltet und bewirkt das Autonullsignal AZ, dass der Komparator 1322 eine Ausgabe von Null zu seinem Eingang aufweist, wodurch der Komparator 1322 gemäß dem Basissignal initialisiert wird. Daher wird der Potentialpegel des AD-Wandlers 132 für jede Pixelspalte ausgerichtet und Variationen der Bildqualität aufgrund von Variationen des Leistungsverbrauchs, die dadurch bewirkt werden, dass der AD-Wandler 132 für jede Pixelspalte arbeitet und stoppt, können unterdrückt werden.
Als Nächstes wird zur Zeit T1 das Pixelsignal SP1L basierend auf dem Potential SubFD aufgrund der Kopplung zwischen dem ersten FD-Abschnitt 1105a und dem zweiten FD-Abschnitt 1105b über den Verstärkungstransistor 1106 und den Auswahltransistor 1107 an die Vertikalsignalleitung 19 ausgegeben. Es wird angemerkt, dass das Pixelsignal SP1L ein Potentialpegel in einem anfänglichen Zustand unmittelbar nach dem Beginn des Lesens ist und ein P-Phase-Pixelsignal ist.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t29 das Ansteuerungssignal FDG einen Low-Potentialpegel und tritt der dritte Transfer-Gate-Abschnitt 1102c in einen nichtleitfähigen Zustand ein. Infolgedessen wird die Potentialkopplung zwischen dem ersten FD-Abschnitt 1105a und dem zweiten FD-Abschnitt 1105b gelöst.
Als Nächstes wird zur Zeit T2 das Pixelsignal SP1H basierend auf dem Potential FD des ersten FD-Abschnitts 1105a über den Verstärkungstransistor 106 und den Auswahltransistor 1107 an die Vertikalsignalleitung 19 ausgegeben. Es wird angemerkt, dass das Pixelsignal SP1H ein D-Phase-Pixelsignal ist.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t30 das Ansteuerungssignal SEL einen Low-Potentialpegel und tritt der Auswahltransistor 1107 in einen nichtleitfähigen Zustand ein. Infolgedessen wird das Lesen des Pixelsignals von dem Einheitspixel 110 vorübergehend gestoppt.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t31 das Ansteuerungssignal TGL einen High-Potentialpegel und tritt der erste Transfer-Gate-Abschnitt 1102a in einen leitfähigen Zustand ein. Infolgedessen wird die Ladung, die in dem ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a während der Belichtungsperiode erzeugt und akkumuliert wird, über den ersten Transfer-Gate-Abschnitt 102a an den ersten FD-Abschnitt 1105a transferiert.
Anschließend erreicht zur Zeit t32 das Ansteuerungssignal TGL einen Low-Potentialpegel und tritt der erste Transfer-Gate-Abschnitt 1102a in einen nichtleitfähigen Zustand ein. Infolgedessen wird der Transfer der Ladung von dem ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a zu dem ersten FD-Abschnitt 1105a gestoppt und wird eine Vorbereitung zum Lesen des Pixelsignals basierend auf der Ladung des ersten FD-Abschnitts 1105a abgeschlossen.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t33 das Ansteuerungssignal SEL einen High-Potentialpegel und tritt der Auswahltransistor 1107 in einen leitfähigen Zustand ein.
Als Nächstes wird zur Zeit T3 das Pixelsignal SP1H basierend auf dem Potential FD des ersten FD-Abschnitts 1105a über den Verstärkungstransistor 1106 und den Auswahltransistor 1107 an die Vertikalsignalleitung 19 ausgegeben. Das Pixelsignal SP1H ist ein D-Phase-Pixelsignal für das P-Phase-Pixelsignal SPH1, gelesen zur Zeit T2, welches durch den ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a während der Belichtungsperiode erzeugt wird und auf der Ladung basiert, die in dem ersten FD-Abschnitt 1105a akkumuliert wird.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t34 das Ansteuerungssignal SEL einen Low-Potentialpegel, tritt der Auswahltransistor 1107 in einen nichtleitfähigen Zustand ein, erreicht das Ansteuerungssignal FDG einen High-Potentialpegel und tritt der dritte Transfer-Gate-Abschnitt 1102c in einen leitfähigen Zustand ein. Infolgedessen wird das Lesen des Pixelsignals von dem Einheitspixel 110 vorübergehend gestoppt und werden das Potential des ersten FD-Abschnitts 1105a und das Potential des zweiten FD-Abschnitts 1105b gekoppelt.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t35 das Ansteuerungssignal TGL einen High-Potentialpegel und tritt der erste Transfer-Gate-Abschnitt 1102a in einen leitfähigen Zustand ein. Infolgedessen wird die Ladung, die nicht von dem ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a zwischen der Zeit t31 und der Zeit t32 transferiert wurde, über den ersten Transfer-Gate-Abschnitt 102a an das Gebiet transferiert, das mit dem ersten FD-Abschnitt 1105a und dem zweiten FD-Abschnitt 1105b gekoppelt ist.
Anschließend erreicht zur Zeit t36 das Ansteuerungssignal TGL einen Low-Potentialpegel und erreicht der erste Transfer-Gate-Abschnitt 1102a einen Low-Potentialpegel. Infolgedessen wird der Transfer der verbleibenden Ladung von dem ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a zu dem Gebiet, in dem der erste FD-Abschnitt 1105a und der zweite FD-Abschnitt 1105b gekoppelt sind, gestoppt.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t37 das Ansteuerungssignal SEL einen High-Potentialpegel und tritt der Auswahltransistor 1107 in einen leitfähigen Zustand ein.
Als Nächstes wird zur Zeit T4 das Pixelsignal SP1L basierend auf dem Potential-SubFD-Pegel aufgrund der Kopplung zwischen dem ersten FD-Abschnitt 1105a und dem zweiten FD-Abschnitt 1105b über den Verstärkungstransistor 1106 und den Auswahltransistor 1107 an die Vertikalsignalleitung 19 ausgegeben. Das Pixelsignal SP1L ist ein D-Phase-Pixelsignal für das P-Phase-Pixelsignal SP1L, das zur Zeit T1 ausgegeben wird.
Als Nächstes tritt von der Zeit t38 bis zur Zeit t39 der AZ-Schalter 1324 in einen leitfähigen Zustand ein und bewirkt das Autonullsignal AZ, dass der Komparator 1322 eine Ausgabe von Null zu seinem Eingang aufweist, wodurch der Komparator 1322 gemäß dem Basissignal initialisiert wird. Daher wird der Potentialpegel des AD-Wandlers 132 für jede Pixelspalte ausgerichtet und Variationen der Bildqualität aufgrund von Variationen des Leistungsverbrauchs, die dadurch bewirkt werden, dass der AD-Wandler 132 für jede Pixelspalte arbeitet und stoppt, können unterdrückt werden.
Anschließend wird zur Zeit T5 das Pixelsignal SP1 basierend auf dem Potential SubFD aufgrund der Kopplung des ersten FD-Abschnitts 1105a und des zweiten FD-Abschnitts 1105b über den Verstärkungstransistor 1106 und den Auswahltransistor 1107 an die Vertikalsignalleitung 19 ausgegeben. Das Pixelsignal SP1 ist ein D-Phase-Pixelsignal für das nachfolgend beschriebene P-Phase-Pixelsignal SP1, das zur Zeit T6 ausgegeben wird.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t40 das Ansteuerungssignal SEL einen Low-Potentialpegel und tritt der Auswahltransistor 1107 in einen nichtleitfähigen Zustand ein.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t41 das Ansteuerungssignal RST einen High-Potentialpegel und tritt der Rücksetz-Gate-Abschnitt 1103 in einen leitfähigen Zustand ein. Infolgedessen wird das Potential des Gebiets, in dem der erste FD-Abschnitt 1105a und der zweite FD-Abschnitt 1105b gekoppelt sind, auf den Pegel der Leistungsversorgungsspannung VDD zurückgesetzt.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t42 das Ansteuerungssignal RST einen Low-Potentialpegel und tritt der Rücksetz-Gate-Abschnitt 1103 in einen nichtleitfähigen Zustand ein.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t43 das Ansteuerungssignal SEL einen High-Potentialpegel und tritt der Auswahltransistor 1107 in einen leitfähigen Zustand ein.
Anschließend wird zur Zeit T6 das Pixelsignal SP1 basierend auf dem Potential SubFD aufgrund der Kopplung des ersten FD-Abschnitts 1105aD und des zweiten FD-Abschnitts 1105b über den Verstärkungstransistor 1106 und den Auswahltransistor 1107 an die Vertikalsignalleitung 19 ausgegeben. Das Pixelsignal SP1 ist ein P-Phase-Pixelsignal für das D-Phase-Pixelsignal SP1, das zur Zeit T5 ausgegeben wird.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t44 das Ansteuerungssignal FCG einen High-Potentialpegel und tritt der zweite Transfer-Gate-Abschnitt 1102b in einen leitfähigen Zustand ein. Infolgedessen werden das Potential des ersten FD-Abschnitts 1105a, das Potential des zweiten FD-Abschnitts 1105b und das Potential des Ladungsakkumulationsabschnitts 1104 gekoppelt.
Anschließend wird zur Zeit T7 das Pixelsignal SP2 basierend auf dem Potential FC aufgrund der Kopplung des ersten FD-Abschnitts 1105a, des zweiten FD-Abschnitts 1105b und des Ladungsakkumulationsabschnitts 1104 über den Verstärkungstransistor 1106 und den Auswahltransistor 1107 an die Vertikalsignalleitung 19 ausgegeben. Das Pixelsignal SP2 ist ein D-Phase-Pixelsignal, das hellem Licht entspricht, einschließlich Ladungen, die in dem zweiten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101b akkumuliert werden.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t45 das Ansteuerungssignal SEL einen Low-Potentialpegel und tritt der Auswahltransistor 1107 in einen nichtleitfähigen Zustand ein.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t46 das Ansteuerungssignal RST einen High-Potentialpegel und tritt der Rücksetz-Gate-Abschnitt 1103 in einen leitfähigen Zustand ein. Infolgedessen wird das Potential des Gebiets, in dem der erste FD-Abschnitt 1105a, der zweite FD-Abschnitt 1105b und der Ladungsakkumulationsabschnitt 1104 gekoppelt sind, auf den Pegel der Leistungsversorgungsspannung VDD zurückgesetzt.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t47 das Ansteuerungssignal RST einen Low-Potentialpegel und tritt der Rücksetz-Gate-Abschnitt 1103 in einen nichtleitfähigen Zustand ein.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t48 das Ansteuerungssignal SEL einen High-Potentialpegel und tritt der Auswahltransistor 1107 in einen leitfähigen Zustand ein.
Anschließend wird zur Zeit T8 das Pixelsignal SP2 basierend auf dem Potential FC aufgrund der Kopplung des ersten FD-Abschnitts 1105a, des zweiten FD-Abschnitts 1105b und des Ladungsakkumulationsabschnitts 1104 über den Verstärkungstransistor 1106 und den Auswahltransistor 1107 an die Vertikalsignalleitung 19 ausgegeben. Das Pixelsignal SP2 ist ein P-Phase-Pixelsignal für das D-Phase-Pixelsignal SP2, das zur Zeit T7 ausgegeben wird.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t49 das Ansteuerungssignal SEL einen Low-Potentialpegel, tritt der Auswahltransistor 1107 in einen nichtleitfähigen Zustand ein, erreichen die Ansteuerungssignale FCG und FDG Low-Potentialpegel und tritt jeder des zweiten Transfer-Gate-Abschnitts 1102b und des dritten Transfer-Gate-Abschnitts 1102c in einen nichtleitfähigen Zustand ein.
Dann wird zur Zeit t50 das Horizontalsynchronisationssignal HSS eingegeben. Infolgedessen wird eine Pixelsignalleseverarbeitungsreihe in dem Einheitspixel 110 abgeschlossen. Es wird angemerkt, dass das Einheitspixel 110, von dem das Pixelsignal gelesen wurde, in einen Rücksetzzustand eintritt.
Wie zuvor beschrieben, kann der Pixelsignallesemechanismus 20 der vorliegenden Ausführungsform in dem Bestimmungsmodus am Anfang der Ausleseperiode des Pixelsignals nach der Belichtungsverarbeitung arbeiten, das Pixelsignal basierend auf der Ladungsmenge in dem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet lesen, den Spannungspegel des Pixelsignals bestimmen und selektiv die Verarbeitung an dem anschließend zu lesendem Pixelsignal gemäß dem Ergebnis der Bestimmung steuern. Insbesondere arbeitet der Pixelsignallesemechanismus 20 der vorliegenden Ausführungsform in dem Hochempfindlichkeitsmodus, falls der Spannungspegel des Pixelsignals niedriger als der Spannungspegel des Referenzsignals ist, und arbeitet in dem Niederempfindlichkeitsmodus, falls der Spannungspegel des Pixelsignals höher als der Spannungspegel des Referenzsignals ist. Daher ist die Operationszeit des AD-Wandlers 132 in der Ausleseperiode des Pixelsignals im Wesentlichen die Hälfte und ein Leistungsverbrauch kann reduziert werden.
[2. Zweite Ausführungsform]
Die vorliegende Ausführungsform ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform und ist dadurch gekennzeichnet, dass für ein Pixelsignal, das in einer Bestimmungsphase nach einer Belichtung(Lichtempfang)-Verarbeitung gelesen wird, ein Pixelsignal basierend auf einer Ladungsmenge in einem Floating-Diffusion-Gebiet, das von jenem der ersten Ausführungsform verschiedenen ist, gelesen wird, ein Spannungspegel des Pixelsignals bestimmt wird und eine Verarbeitung an einem anschließend zu lesendem Pixelsignal selektiv gemäß einem Ergebnis der Bestimmung gesteuert wird.
Das heißt, der Pixelsignallesemechanismus 20 der vorliegenden Ausführungsform liest das Pixelsignal basierend auf dem Potential SubFD des Gebiets nicht, in dem der erste FD-Abschnitt 1105a und der zweite FD-Abschnitt 1105b gekoppelt sind, sondern liest das Pixelsignal basierend auf dem Potential FD des ersten FD-Abschnitts 1105a.
10 ist ein Zeitverlaufsdiagramm zum Erklären eines Beispiels für eine Operation des Pixelsignallesemechanismus der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie. Es wird angemerkt, dass das in der Zeichnung dargestellte Zeitverlaufsdiagramm gleich dem in 9 dargestellten Zeitverlaufsdiagramm ist, mit der Ausnahme der Operationen zu den Zeiten t26' bis t27' (in der Zeichnung durch eine strichpunktierte Linie angegeben).
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird das Horizontalsynchronisationssignal HSS zur Zeit t21 eingegeben, startet die Ausleseperiode des Einheitspixels 110 und wird der Komparator 1322 gemäß dem Basissignal zu den Zeiten t22 bis t5 initialisiert, wie zuvor beschrieben ist.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t26' das Ansteuerungssignal SEL einen High-Potentialpegel und tritt der Auswahltransistor 1107 in einen leitfähigen Zustand ein. Zu dieser Zeit verbleibt, im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform, das Ansteuerungssignal FDG auf einem Low-Potentialpegel und befindet sich der dritte Transfer-Gate-Abschnitt 1102c in einen nichtleitfähigen Zustand. Daher wird ein Pixelsignal gemäß dem Potential FD des zweiten FD-Abschnitts 1105b an die Vertikalsignalleitung 19 ausgegeben. Infolgedessen wird, wie zuvor beschrieben, ein Vergleich zwischen dem Pixelsignal und dem Referenzsignal durch den Komparator 1322 gestartet.
Bei dem Vergleich durch den Komparator 1322 verbleibt, falls der Spannungspegel des Pixelsignals niedriger als der Spannungspegel des Referenzsignals zu dem Zeitpunkt (Zeit TJ) ist, wenn der Spannungspegel des Referenzsignals auf den Low-Potentialpegel abgefallen ist, das Vergleichsergebnissignal, das durch den Komparator 1322 ausgegeben wird, auf dem Low-Potentialpegel. Dies liegt darin begründet, dass die Menge einer Ladung, die durch den ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a in der Belichtungsverarbeitung übergelaufen ist, klein ist, und der AD-Wandler 132 verarbeitet ein Pixelsignal, das dunklem Licht entspricht. In diesem Fall hält der Flag-Steuerschaltkreis 1325 ein Flag, das den Hochempfindlichkeitsmodus angibt.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t27' das Ansteuerungssignal FDG einen High-Potentialpegel und tritt der dritte Transfer-Gate-Abschnitt 1102c in einen leitfähigen Zustand ein. Infolgedessen werden das Potential des ersten FD-Abschnitts 1105a und das Potential des zweiten FD-Abschnitts 1105b gekoppelt und wird ein Pixelsignal gemäß dem Potential SubFD des gekoppelten Gebiets an die Vertikalsignalleitung 19 ausgegeben. Zu dieser Zeit nimmt der Spannungspegel des Referenzsignals zu dem Komparator 1322 graduell ab und wird ein Vergleich zwischen dem Pixelsignal und dem Referenzsignal durch den Komparator 1322 gestartet.
Außerdem wird von der Zeit t27' bis zur Zeit t28 der AZ-Schalter 1324 eingeschaltet und bewirkt das Autonullsignal AZ, dass der Komparator 1322 eine Ausgabe von Null zu seinem Eingang aufweist, wodurch der Komparator 1322 gemäß dem Basissignal initialisiert wird.
Es wird angemerkt, dass anschließende Operationen in dem Pixelsignallesemechanismus 20 gleich jenen bei der ersten Ausführungsform sind und dementsprechend eine Beschreibung davon weggelassen wird.
Wie zuvor beschrieben, können gemäß der vorliegenden Ausführungsform Vorteile ähnlich jenen der ersten Ausführungsform erhalten werden. Insbesondere ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform, da der Auswahltransistor 1107 in einen leitfähigen Zustand eintritt, während der dritte Transfer-Gate-Abschnitt 1102c in einem nichtleitfähigen Zustand gehalten wird, in der Bestimmungsphase möglich, das Pixelsignal basierend auf der Ladung zu lesen, die durch den ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a fotoelektrisch umgewandelt wurde und in den ersten FD-Abschnitt 1105a übergelaufen ist und in diesem akkumuliert wurde, und ist es möglich, gleichermaßen basierend auf einem solchen Pixelsignal zu bestimmen, ob das Einheitspixel 110 helles Licht oder dunkles Licht empfängt.
[3. Dritte Ausführungsform]
Die vorliegende Ausführungsform ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform und ist gekennzeichnet durch Bestimmen davon, ob ein Einheitspixel helles Licht oder dunkles Licht empfängt, gemäß der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Stroms, der in einem Basissignalerzeugungsschaltkreis fließt. Das heißt, bei der vorliegenden Ausführungsform bewirkt der Pixelsignallesemechanismus, dass Ausgaben von zwei Source-Folger-Schaltkreisen miteinander in einer Bestimmungsphase konkurrieren, und führt die Helligkeit/Dunkelheit-Bestimmung des Lichts, das durch das Einheitspixel empfangen wird, gemäß der Anwesenheit oder der Abwesenheit des Stroms durch, der durch einen Source-Folger-Schaltkreis fließt.
11 ist ein Diagramm zum Erklären eines Beispiels für den Pixelsignallesemechanismus in der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie. Wie in der Zeichnung dargestellt, unterscheidet sich der Pixelsignallesemechanismus 20' der vorliegenden Ausführungsform von dem Pixelsignallesemechanismus 20, der in 2 dargestellt ist, darin, dass der Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 einen Stromdetektionsschaltkreis 1123 beinhaltet. Es wird angemerkt, dass in der Zeichnung die Schaltkreiskonfiguration des Einheitspixels 110 gleich wie jener ist, die in 2 dargestellt ist, und daher weggelassen ist.
Das heißt, dass, wie in der Zeichnung dargestellt, der Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 den Stromdetektionsschaltkreis 1123 beinhaltet, der zwischen der Domänenelektrode des Verstärkungstransistor 1121 und der Leistungsversorgungsspannung VDD bereitgestellt ist. Falls ein Strom durch die Domänenelektrode des Verstärkungstransistors 1121 fließt, gibt der Stromdetektionsschaltkreis 1123 ein Detektionssignal basierend auf dem Strom an den Flag-Steuerschaltkreis 1325 des Spaltenverarbeitungsabschnitts 13 aus.
Außerdem beinhaltet, ähnlich der ersten Ausführungsform, der Pixelsignallesemechanismus 20' einen Source-Folger-Schaltkreis des Verstärkungstransistors 1106 des Einheitspixels 110 und einen Source-Folger-Schaltkreis des Verstärkungstransistors 1121 des Basissignalerzeugungsschaltkreises 112.
Der Pixelsignallesemechanismus 20', der wie zuvor beschrieben konfiguriert ist, arbeitet wie folgt in einer Bestimmungsphase nach einer Belichtungsverarbeitung.
Das heißt, dass, wenn das Ansteuerungssignal SEL an die Gate-Elektrode des Auswahltransistors 1107 des Einheitspixels 110 angelegt wird und das Ansteuerungssignal SEL_R für den Auswahltransistors 1122 des Basissignalerzeugungsschaltkreises 112 angelegt wird, der Auswahltransistor 1107 und der Auswahltransistor 1122 in leitfähige Zustände eintreten. Infolgedessen wird das Pixelsignal von dem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet des Einheitspixels 110 an die Vertikalsignalleitung 19 ausgegeben und wird das Basissignal auch von dem Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 an die Vertikalsignalleitung 19 ausgegeben. Infolgedessen konkurrieren die Spannung des Pixelsignals und die Spannung des Basissignals miteinander, und der Strom fließt nur in dem Source-Folger-Schaltkreis mit der höheren Eingangsspannung. Daher fließt, wenn der Spannungspegel des Pixelsignals höher als der Spannungspegel des Basissignals ist, ein Strom durch das Einheitspixel 110 und fließt kein Strom durch den Basissignalerzeugungsschaltkreis 112. Andererseits fließt, wenn der Spannungspegel des Pixelsignals niedriger als der Spannungspegel des Basissignals ist, ein Strom durch den Basissignalerzeugungsschaltkreis 112. Daher gibt im Fall des Detektierens des Stroms, der basierend auf der Differenz zwischen den Eingangsspannungen der Source-Folger-Schaltkreise fließt, der Stromdetektionsschaltkreis 1123 ein Detektionssignal basierend auf dem Strom an den Flag-Steuerschaltkreis 1325 aus.
Der Flag-Steuerschaltkreis 1325 hält ein Flag gemäß dem Detektionssignal, das von dem Stromdetektionsschaltkreis 1123 ausgegeben wird. Das heißt, dass im Fall des Empfangens des Detektionssignals von dem Stromdetektionsschaltkreis 1123 (das heißt, falls das detektierte Signal einen High-Potentialpegel angibt) der Flag-Steuerschaltkreis 1325 das Flag hält, das den Hochempfindlichkeitsmodus angibt. Währenddessen hält im Fall des Nichtempfangens des Detektionssignals von dem Stromdetektionsschaltkreis 1123 (das heißt, falls das detektierte Signal einen Low-Potentialpegel angibt) der Flag-Steuerschaltkreis 1325 das Flag, das den Niederempfindlichkeitsmodus angibt. Der Flag-Steuerschaltkreis 1325 führt eine Steuerung zum Umschalten des Ausgabeziels des Ausgabesteuerschaltkreises 133 gemäß entweder dem Hochempfindlichkeitsmodus oder dem Niederempfindlichkeitsmodus durch.
Wie zuvor beschrieben, werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform Vorteile ähnlich jenen der ersten Ausführungsform erhalten. Außerdem ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, den Potentialpegel des Pixelsignals durch Verwenden der Charakteristik durch die Kombination der zwei Source-Folger-Schaltkreise einfach zu bestimmen.
[4. Vierte Ausführungsform]
Die vorliegende Ausführungsform ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform und ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Pixelsignallesemechanismus, der dazu konfiguriert ist, zum parallelen Lesen unterschiedlicher Pixelsignale von einem Einheitspixel über zwei Systeme von Vertikalsignalleitungen (VSL) in der Lage zu sein, eine Verarbeitung nur an einem Pixelsignal, das von einer Vertikalsignalleitung gelesen wird, gemäß einem Bestimmungsergebnis in einer Bestimmungsphase durchgeführt wird.
12 ist ein Diagramm zum Erklären eines Beispiels für den Pixelsignallesemechanismus in der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie. Wie in der Zeichnung dargestellt, beinhaltet in einem Pixelsignallesemechanismus 200 ein Einheitspixel 110` zwei Source-Folger-Schaltkreise, die mit zwei Vertikalsignalleitungen 19A bzw. 19B verbunden sind. Das heißt, das Einheitspixel 110', das in der Zeichnung dargestellt ist, unterscheidet sich von dem Einheitspixel 110, das in 3 dargestellt ist, darin, dass ein Verstärkungstransistor 1106B und ein Auswahltransistor 1107B bereitgestellt sind und der dritte Transfer-Gate-Abschnitt durch Zweistufen-Transfer-Gate-Abschnitte 1102c und 1102c' konfiguriert ist. Es wird angemerkt, dass bei der vorliegenden Offenbarung die Vertikalsignalleitungen 19A und 19B ein Aspekt einer ersten Lesesignalleitung bzw. einer zweiten Lesesignalleitung sind.
Insbesondere sind ein Verstärkungstransistor, der durch eine Bezugsziffer 1106A bezeichnet ist, und ein Auswahltransistor, der durch eine Bezugsziffer 1107A bezeichnet ist, gleich dem Verstärkungstransistor 1106 bzw. dem Auswahltransistor 1107, die in 3 dargestellt sind. Daher dient der Verstärkungstransistor 1106A als ein Eingangsabschnitt des ersten Source-Folger-Schaltkreises zum Lesen der Ladung, die in dem ersten FD-Abschnitt 1105a gehalten wird, und die Source-Elektrode ist über den Auswahltransistor 1107A mit der Vertikalsignalleitung 19A verbunden, wodurch der erste Source-Folger-Schaltkreis mit der Konstantstromquelle 1108 gebildet wird, die mit der Vertikalsignalleitung 19 verbunden ist.
Unterdessen ist der Verstärkungstransistor 1106B ein NMOS-Transistor, der mit der Source-Elektrode mit der Drain-Elektrode des Auswahltransistors 1107B verbunden, der Gate-Elektrode mit dem zweiten FD-Abschnitt 1105b verbunden und der Drain-Elektrode mit der Leistungsversorgungsspannung VDD verbunden bereitgestellt ist. Daher dient der Verstärkungstransistor 1106B als ein Eingangsabschnitt des zweiten Source-Folger-Schaltkreises zum Lesen der Ladung, die in dem zweiten FD-Abschnitt 1105b gehalten wird, und die Source-Elektrode ist über den Auswahltransistor 1107B mit der Vertikalsignalleitung 19B verbunden, wodurch der erste Source-Folger-Schaltkreis mit der Konstantstromquelle 1108 gebildet wird, die mit der Vertikalsignalleitung 19 verbunden ist.
Der Eingabesteuerabschnitt 210 wählt exklusiv eine der Vertikalsignalleitungen 19A oder 19B gemäß dem Bestimmungsergebnis durch den Bestimmungsabschnitt 1321 (bei dem vorliegenden Beispiel dem Vergleichsergebnis durch den Komparator 1322) aus. Das heißt, dass in der Bestimmungsphase der Eingabesteuerabschnitt 210 die Vertikalsignalleitung 19B auswählt, so dass zum Beispiel das von der Vertikalsignalleitung 19B gelesene Pixelsignal mit dem Referenzsignal verglichen wird. Zudem wählt der Eingabesteuerabschnitt 210 eine der Vertikalsignalleitungen 19A oder 19B zum Lesen des Pixelsignals in einer Periode aus, in der das Pixelsignal gemäß einem Ergebnis des Vergleichs ausgelesen wird.
13 ist ein Zeitverlaufsdiagramm zum Erklären eines Beispiels für die Operation des Pixelsignallesemechanismus der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie. Insbesondere ist die Zeichnung ein Zeitverlaufsdiagramm, das ein Beispiel für die Pixelsignalleseverarbeitung des Einheitspixels 110' von der Vertikalsignalleitung 19B in der Bestimmungsphase darstellt. Es wird angemerkt, dass die in der Zeichnung dargestellte Verarbeitung im Wesentlichen gleich der in 10 dargestellten Bestimmungsphase ist, mit der Ausnahme, dass das Pixelsignal unter Verwendung der Vertikalsignalleitung 19B ausgelesen wird, aber unterscheidet sich von der in 9 dargestellten Verarbeitung darin, dass das Ansteuerungssignal FDG2 zu dem dritten Transfer-Gate-Abschnitt 1102c 1102c' zusätzlich zu dem Ansteuerungssignal FDG1 zu dem dritten Transfer-Gate-Abschnitt 1102c gesteuert wird.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird zuerst zur Zeit t21 das Horizontalsynchronisationssignal HSS eingegeben und beginnt die Ausleseperiode des Einheitspixels 110. Zu dieser Zeit wählt der Eingabesteuerabschnitt 210 die Vertikalsignalleitung 19B unter der Steuerung des Flag-Steuerschaltkreises 1325 aus. Infolgedessen wird die Vertikalsignalleitung 19B über die Vertikalsignalleitung 19 mit dem Komparator 1322 verbunden.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t22 das Ansteuerungssignal SEL_R des Basissignalerzeugungsschaltkreises 112 einen High-Potentialpegel und der Auswahltransistor 1122 tritt in einen leitfähigen Zustand ein. Infolgedessen wird das Basissignal, das an die Gate-Elektrode des Verstärkungstransistors 1121 angelegt wird, über die Vertikalsignalleitung 19B in den Komparator 1322 eingegeben.
Anschließend wird zur Zeit t23 der AZ-Schalter 1324 eingeschaltet und bewirkt das Autonullsignal AZ, dass der Komparator 1322 eine Ausgabe von Null zu seinem Eingang aufweist, wodurch die Initialisierung des Komparators 1322 gestartet wird.
Danach wird zur Zeit t24 der AZ-Schalter 1324 ausgeschaltet und anschließend erreicht zur Zeit t25 das Ansteuerungssignal SEL_R einen Low-Potentialpegel und der Auswahltransistor 1122 tritt in einen nichtleifähigen Zustand ein. Infolgedessen ist die Initialisierung des Komparators 1322 gemäß dem Basissignal abgeschlossen.
Als Nächstes erreicht zur Zeit t26 das Ansteuerungssignal SEL_B einen High-Potentialpegel und tritt der Auswahltransistor 1107B in einen leitfähigen Zustand ein. Bei dem vorliegenden Beispiel verbleiben die Potentialpegel der Ansteuerungssignale FDG1 und FDG2 auf Low-Potentialpegeln. Infolgedessen wird ein Pixelsignal gemäß dem Potential FD des ersten FD-Abschnitts 1105a an die Vertikalsignalleitung 19B ausgegeben. Zu dieser Zeit nimmt der Spannungspegel des Referenzsignals zu dem Komparator 1322 graduell ab und wird ein Vergleich zwischen dem Pixelsignal und dem Referenzsignal durch den Komparator 1322 gestartet.
Bei dem Vergleich durch den Komparator 1322 verbleibt, falls der Spannungspegel des Pixelsignals niedriger als der Spannungspegel des Referenzsignals zu dem Zeitpunkt (Zeit TJ) ist, wenn der Spannungspegel des Referenzsignals auf den Low-Potentialpegel abgefallen ist, das Vergleichsergebnissignal, das durch den Komparator 1322 ausgegeben wird, auf dem Low-Potentialpegel. Dies liegt darin begründet, dass die Menge einer Ladung, die durch den ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a in der Belichtungsverarbeitung übergelaufen ist, klein ist, und der AD-Wandler 132 verarbeitet ein Pixelsignal, das dunklem Licht entspricht. In diesem Fall hält der Flag-Steuerschaltkreis 1325 ein Flag, das den Hochempfindlichkeitsmodus angibt, und steuert den Eingabesteuerabschnitt 210 zum Auswählen der Vertikalsignalleitung 19A.
Unterdessen wird, falls der Spannungspegel des Pixelsignals höher als der Spannungspegel des Referenzsignals ist, das Vergleichsergebnissignal, das von dem Komparator 1322 ausgegeben wird, zu einem High-Potentialpegel invertiert. Dies liegt darin begründet, dass die Menge einer Ladung, die durch den ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a in dem Einheitspixel 110 übergelaufen ist, groß zu einem gewissen Ausmaß oder ausreichend ist, und der AD-Wandler 132 verarbeitet ein Pixelsignal, das hellem Licht entspricht. In diesem Fall hält der Flag-Steuerschaltkreis 1325 ein Flag, das den Niederempfindlichkeitsmodus angibt.
Wie zuvor beschrieben, endet die Bestimmungsphase am Anfang der Pixelsignalausleseperiode durch den Pixelsignallesemechanismus 20. Bei der vorliegenden Ausführungsform gibt, da das Zurücksetzen mit Bezug auf das Potential der speziellen Floating-Diffusion durch das Ansteuerungssignal RST nicht unmittelbar nach der Belichtungsverarbeitung durchgeführt wird, die Ladung, die in dem ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a akkumuliert wird und zu dem ersten Transfer-Gate-Abschnitt 1102a überläuft, den anfänglichen Zustand an. Außerdem wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Helligkeit/Dunkelheit-Bestimmung des Lichts, das durch das Einheitspixel 110 empfangen wird, auf Basis des Pixelsignals basierend auf der Ladung durchgeführt, die in dem ersten FD-Abschnitt 1105b akkumuliert wird, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Wie zuvor beschrieben, kann die Helligkeit/Dunkelheit-Bestimmung des Lichts, das durch das Einheitspixel 110 empfangen wird, auf Basis des Pixelsignals basierend auf der Ladung durchgeführt werden, die in dem ersten FD-Abschnitt 1105a akkumuliert wird.
14A und 14B sind Zeitverlaufsdiagramme zum Erklären eines Beispiels für die Operation des Pixelsignallesemechanismus der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie. Bei der vorliegenden Ausführungsform führt der Pixelsignallesemechanismus 200 die Pixelsignalleseverarbeitung, die dem dunklen Licht entspricht, und die Pixelsignalleseverarbeitung (Steuerung zur Ansteuerung), die dem hellen Licht entspricht, parallel gemäß den Zeitverlaufsdiagrammen aus A der Zeichnung und B der Zeichnung durch. Bei A der Zeichnung und B der Zeichnung sind der Einfachheit halber Zeitverlaufsdiagramme dargestellt, nachdem das Pixelsignal SP1 zur Zeit TJ der in 13 dargestellten Bestimmungsphase gelesen wurden. Es wird angemerkt, dass die AD-Umwandlungsverarbeitung nur an dem Pixelsignal durchgeführt wird, das durch das Bestimmungsergebnis ausgewählt wird.
Das heißt, dass A der Zeichnung ein Zeitverlaufsdiagramm ist, das ein Beispiel für die Pixelsignalleseverarbeitung von dem Einheitspixel 110' zu der Vertikalsignalleitung 19A nach der Bestimmungsphase darstellt. A der Zeichnung stellt ein Zeitverlaufsdiagramm des Horizontalsynchronisationssignals HSS, der Ansteuerungssignale SEL_A, FDG1, FDG2 und TGL für das Einheitspixel 110, das Ansteuerungssignal SEL_R für den Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 und das Autonullsignal AZ für den Komparator 1322 dar. Die in A der Zeichnung dargestellte Pixelsignalleseverarbeitung ist im Wesentlichen gleich der in 10 dargestellten Verarbeitung, aber unterscheidet sich von der in 9 dargestellten Verarbeitung darin, dass das Ansteuerungssignal FDG2 angelegt wird, bevor das Pixelsignal SP1L zur Zeit T1 gelesen wird.
Das heißt, dass in einem Zustand, in dem das Ansteuerungssignal FDG1 auf einem High-Potentialpegel ist, die Ansteuerungssignale FDG1 und FDG2 High-Potentialpegel von der Zeit t27 zur Zeit t31 erreichen, und die dritten Transfer-Gate-Abschnitte 1102c und 1102c' treten in leitfähige Zustände ein. Infolgedessen wird das Potential des Gebiets gekoppelt, in dem der erste FD-Abschnitt 1105a und der zweite FD-Abschnitt 1105b gekoppelt sind.
Als Nächstes wird von der Zeit t29 bis zur Zeit t30 der AZ-Schalter 1324 eingeschaltet und bewirkt das Autonullsignal AZ, dass der Komparator 1322 eine Ausgabe von Null zu seinem Eingang aufweist, wodurch der Komparator 1322 gemäß dem Basissignal initialisiert wird.
Es wird angemerkt, dass die Operation von der Zeit T1 zur Zeit t40 gleich der Verarbeitung von der Zeit T1 zur Zeit t34 ist, die in 10 dargestellt ist, und dementsprechend wird die Beschreibung davon weggelassen.
Wie zuvor beschrieben, steuert der Pixelsignallesemechanismus 200 eine Ansteuerung des Einheitspixels 110 derart, dass die Pixelsignale SP1H und SP1L, die hellem Licht entsprechen, zu der Vertikalsignalleitung 19A zwischen Zeiten t30 und t40 ausgelesen werden.
Indessen ist B der Zeichnung ein Zeitverlaufsdiagramm, das ein Beispiel für die Pixelsignalleseverarbeitung von dem Einheitspixel 110' zu der Vertikalsignalleitung 19B nach der Bestimmungsphase darstellt. A der Zeichnung stellt ein Zeitverlaufsdiagramm des Horizontalsynchronisationssignals HSS, der Ansteuerungssignale SEL_B, RST und FCG für das Einheitspixel 110, das Ansteuerungssignal SEL_R für den Basissignalerzeugungsschaltkreis 112 und das Autonullsignal AZ für den Komparator 1322 dar. Die in B der Zeichnung dargestellte Pixelsignalleseverarbeitung ist gleich der Verarbeitung von der Zeit t35 bis zur Zeit t49, welche in 9 dargestellt ist, und wird zur gleichzeitig parallel mit der in A der Zeichnung dargestellten Pixelsignalleseverarbeitung durchgeführt. Daher steuert der Pixelsignallesemechanismus 200 eine Ansteuerung des Einheitspixels 110 derart, dass die Pixelsignale SP1L und SP2, die dunklem Licht entsprechen, zu der Vertikalsignalleitung 19A während der Periode von der Zeit t29 bis zur Zeit t40 ausgelesen werden.
Wie zuvor beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform, da der Pixelsignallesemechanismus 200 die zwei Systeme der Vertikalsignalleitungen 19A und 19B beinhaltet, möglich, jedes des Pixelsignals, das dem Hochempfindlichkeitsmodus entspricht, und des Pixelsignals, das dem Niederempfindlichkeitsmodus entspricht, parallel zu lesen. Außerdem ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform, da der Pixelsignallesemechanismus 200 ein Pixelsignal gemäß dem Bestimmungsergebnis in der Bestimmungsphase nach der Belichtungsverarbeitung auswählt und die AD-Umwandlungsverarbeitung an dem ausgewählten Pixelsignal durchführt, möglich, die Bildrate durch Verkürzen der Verarbeitungszeit zu verbessern und den Leistungsverbrauch zu reduzieren.
[5. Fünfte Ausführungsform]
Die vorliegende Ausführungsform ist eine Modifikation der zuvor beschriebenen Ausführungsformen und stellt verschiedene Modifikationen der Schaltkreiskonfiguration des Einheitspixels 110 in dem Pixelarrayabschnitt 11 der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 dar. Die Schaltkreiskonfiguration des Einheitspixels kann davon abhängen, ob die Breite des Dynamikumfangs herausgestellt wird, um die Bildqualität herauszustellen, ob die Anzahl an Transistoren verringert wird, oder dergleichen, wenn die Kosten beim Gestalten der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 betrachtet werden. Nachfolgend werden verschiedene Modifikationen des in 3 dargestellten Einheitspixels 110 und dergleichen beschrieben, aber solche Modifikationen können von einem ähnlichen Blickpunkt auch auf die Schaltkreiskonfiguration des in 12 dargestellten Einheitspixels 110' angewandt werden. Selbst wenn Einheitspixel mit solchen verschiedenen Schaltkreiskonfigurationen verwendet werden, ist es möglich, Helligkeit/Dunkelheit von empfangenem Licht in der Bestimmungsphase zu bestimmen.
Zuerst stellen, ähnlich den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, 15 bis 19 Schaltkreiskonfigurationen verschiedener Einheitspixel dar, die so konfiguriert sind, dass sie zwei Arten von Fotodioden mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten beinhalten.
Insbesondere unterscheidet sich das in 15 dargestellte Einheitspixel 110A von dem in 3 dargestellten Einheitspixel 110 darin, dass der zweite Transfer-Gate-Abschnitt 1102b nicht bereitgestellt (weggelassen) ist. Daher werden das Potential des Ladungsakkumulationsabschnitts 1104 und das Potential des zweiten FD-Abschnitts 1105b immer gekoppelt.
Das in 16 dargestellte Einheitspixel 110B unterscheidet sich von dem in 3 dargestellten Einheitspixel 110 darin, dass der erste Transfer-Gate-Abschnitt 1102a nicht bereitgestellt ist. Daher werden das Potential des ersten FD-Abschnitts 1105a und das Potential des zweiten FD-Abschnitts 1105b immer gekoppelt.
Ein in 17 dargestelltes Einheitspixel 110C unterscheidet sich von dem in 3 dargestellten Einheitspixel 110 darin, dass ein vierter Transfer-Gate-Abschnitt 1102d zwischen dem Ladungsakkumulationsabschnitt 1104 und dem zweiten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101b bereitgestellt ist. Wenn das Ansteuerungssignal TGS an die Gate-Elektrode des vierten Transfer-Gate-Abschnitts 1102d angelegt wird, tritt der vierte Transfer-Gate-Abschnitt 1102d in einen leitfähigen Zustand ein. Infolgedessen wird die Ladung, die durch den zweiten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101b fotoelektrisch umgewandelt wird, zu dem Ladungsakkumulationsabschnitt 1104 transferiert und in diesem akkumuliert.
Das in 18 dargestellte Einheitspixel 110D unterscheidet sich von dem in 17 dargestellten Einheitspixel 110C darin, dass der zweite Transfer-Gate-Abschnitt 1102b nicht bereitgestellt ist. Daher werden das Potential des Ladungsakkumulationsabschnitts 1104 und das Potential des zweiten FD-Abschnitts 1105b immer gekoppelt. Außerdem wird die Ladung, die durch den zweiten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101b fotoelektrisch umgewandelt wird, durch das Anlegen des Ansteuerungssignals TGS an die Gate-Elektrode des vierten Transfer-Gate-Abschnitts 1102d zu dem Ladungsakkumulationsabschnitt 1104 transferiert und in diesem akkumuliert.
Das in 19 dargestellte Einheitspixel 110E unterscheidet sich von dem in 17 dargestellten Einheitspixel 110C darin, dass der erste Transfer-Gate-Abschnitt 1102a nicht bereitgestellt ist. Daher werden das Potential des ersten FD-Abschnitts 1105a und das Potential des zweiten FD-Abschnitts 1105b immer gekoppelt.
Als Nächstes werden die in 20 bis 25 dargestellten Einheitspixel 110F bis 110K beschrieben. 20 bis 25 stellen Schaltkreiskonfigurationen verschiedener Einheitspixel dar, die durch Verwenden nur einer einzigen Fotodiode konfiguriert sind. Selbst mit einer solchen Konfiguration, die nur eine einzige Fotodiode verwendet, wird die Ladung, die von der Fotodiode überläuft, durch Leitungssteuerung des Transfer-Gate extrahiert und akkumuliert, wodurch der Dynamikumfang erweitert werden kann. Eine Festkörperbildgebungsvorrichtung einer Art, die gleichzeitig ein hohes S/N-Verhältnis und eine hohe Sättigungssignalmenge für jedes Pixel unter Verwendung einer solchen einzigen Fotodiode sicherstellt, wird als ein LOFIC-Bildsensor (LOFIC: Lateral Overflow Integration Capacitor - Lateralüberlaufintegrationskondensator) bezeichnet.
Das heißt, das in 20 dargestellte Einheitspixel 110F unterscheidet sich von dem in 3 dargestellten Einheitspixel 110 darin, dass der zweite fotoelektrische Umwandlungsabschnitt 1101b nicht bereitgestellt ist. Bei dem in 20 dargestellten Einheitspixel 110F wird durch Anlegen des Ansteuerungssignals FDG an die Gate-Elektrode des ersten Transfer-Gate-Abschnitts 1102a und Anlegen des Ansteuerungssignals FCG an die Gate-Elektrode des zweiten Transfer-Gate-Abschnitts 1102b die Ladung, die durch den ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a fotoelektrisch umgewandelt und akkumuliert wird, zu dem Ladungsakkumulationsabschnitt 1104 transferiert und in diesem akkumuliert.
Das in 21 dargestellte Einheitspixel 110G unterscheidet sich von dem in 20 dargestellten Einheitspixel 110 darin, dass der zweite Transfer-Gate-Abschnitt 1102b nicht bereitgestellt ist. Daher werden das Potential des Ladungsakkumulationsabschnitts 1104 und das Potential des zweiten FD-Abschnitts 1105b immer gekoppelt.
Das in 22 dargestellte Einheitspixel 110H unterscheidet sich von dem in 20 dargestellten Einheitspixel 110 darin, dass der erste Transfer-Gate-Abschnitt 1102a nicht bereitgestellt ist. Daher werden das Potential des ersten FD-Abschnitts 1105a und das Potential des zweiten FD-Abschnitts 1105b immer gekoppelt.
Ein in 23 dargestelltes Einheitspixel 110I unterscheidet sich von dem in 20 dargestellten Einheitspixel 110 darin, dass ein fünfter Transfer-Gate-Abschnitt 1101e zwischen dem ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt 1101a und dem Ladungsakkumulationsabschnitt 1104 bereitgestellt ist. Das heißt, der fünfte Transfer-Gate-Abschnitt 1101e ist mit der Source-Elektrode mit der Kathodenelektrode des ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts 1101a verbunden und der Drain-Elektrode mit dem Ladungsakkumulationsabschnitt 1104 verbunden bereitgestellt.
Das in 24 dargestellte Einheitspixel 110J unterscheidet sich von dem in 23 dargestellten Einheitspixel 110I darin, dass der zweite Transfer-Gate-Abschnitt 1102b nicht bereitgestellt ist.
Das in 25 dargestellte Einheitspixel 110K unterscheidet sich von dem in 23 dargestellten Einheitspixel 110I darin, dass der erste Transfer-Gate-Abschnitt 1102a nicht bereitgestellt ist.
Bei der vorliegenden Technologie kann, selbst wenn die Einheitspixel 110A bis 110K mit verschiedenen Schaltkreiskonfigurationen, wie in 15 bis 25 dargestellt, angewandt werden, gleichermaßen in der Bestimmungsphase nach der Belichtungsverarbeitung das Pixelsignal basierend auf der Ladung des vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiets gelesen werden und kann die Helligkeit/Dunkelheit des empfangenen Lichts basierend auf dem gelesenen Pixelsignal bestimmt werden.
[6. Anwendungsbeispiel auf mobilen Körper]
Die Technologie gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) kann auf verschiedene Produkte angewandt werden. Zum Beispiel kann die vorliegende Technologie als eine Vorrichtung (elektrische Vorrichtung) implementiert werden, die an einem beliebigen Typ von mobilem Körper montiert wird, wie etwa einem Automobil, einem Elektrofahrzeug, einem Hybridelektrofahrzeug, einem Motorrad, einem Fahrrad, einer Personal-Mobility-Vorrichtung, einem Flugzeug, einer Drohne, einem Schiff, einem Roboter und dergleichen. Bei dem folgenden Beispiel wird die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Technologie als ein Bildgebungsabschnitt oder ein Teil davon beschrieben.
26 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine schematische Konfiguration eines Fahrzeugsteuersystems als ein Beispiel für ein Mobilkörpersteuersystem darstellt, auf das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewandt werden kann.
Das Fahrzeugsteuersystem 12000 beinhaltet mehrere elektronische Steuereinheiten, die über ein Kommunikationsnetz 12001 miteinander verbunden sind. Bei dem in 26 dargestellten Beispiel beinhaltet das Fahrzeugsteuersystem 12000 eine Antriebssystemsteuereinheit 12010, eine Karosseriesystemsteuereinheit 12020, eine Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030, eine Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 und eine integrierte Steuereinheit 12050. Außerdem sind ein Mikrocomputer 12051, ein Ton/Bild-Ausgabeabschnitt 12052 und eine Fahrzeugmontiertes-Netz-Schnittstelle (SST) 12053 als eine funktionale Konfiguration der integrierten Steuereinheit 12050 dargestellt.
Die Antriebssystemsteuereinheit 12010 steuert die Operation von Vorrichtungen bezüglich des Antriebssystems des Fahrzeugs gemäß verschiedenen Arten von Programmen. Zum Beispiel fungiert die Antriebssystemsteuereinheit 12010 als eine Steuervorrichtung für eine Antriebskrafterzeugungsvorrichtung zum Erzeugen der Antriebskraft des Fahrzeugs, wie etwa einen Verbrennungsmotor, einen Antriebsmotor oder dergleichen, einen Antriebskraftübertragungsmechanismus zum Übertragen der Antriebskraft auf die Räder, einen Lenkmechanismus zum Anpassen des Lenkwinkels des Fahrzeugs, eine Bremsvorrichtung zum Erzeugen der Bremskraft des Fahrzeugs und dergleichen.
Die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 steuert die Operation verschiedener Arten von Vorrichtungen, die für eine Fahrzeugkarosserie bereitgestellt sind, gemäß verschiedenen Arten von Programmen. Zum Beispiel fungiert die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 als eine Steuervorrichtung für ein schlüsselloses Zugangssystem, ein intelligentes Schlüsselsystem, eine elektrische Fensterhebervorrichtung oder verschiedene Arten von Leuchten, wie etwa einen Frontscheinwerfer, ein Rückfahrlicht, ein Bremslicht, einen Fahrtrichtungsanzeiger, einen Nebelscheinwerfer oder dergleichen. In diesem Fall können Funkwellen, die von einer Mobilvorrichtung als eine Alternative zu einem Schlüssel übertragen werden, oder Signale verschiedener Arten von Schaltern in die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 eingegeben werden. Die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 empfängt diese Eingabefunkwellen oder Signale und steuert eine Türverriegelungsvorrichtung, die elektrische Fensterhebervorrichtung, die Leuchten oder dergleichen des Fahrzeugs.
Die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 detektiert Informationen über den Außenbereich des Fahrzeugs, einschließlich des Fahrzeugsteuersystems 12000. Zum Beispiel ist die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 mit einem Bildgebungsabschnitt 12031 verbunden. Die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 bewirkt, dass der Bildgebungsabschnitt 12031 ein Bild des Außenbereichs des Fahrzeugs aufnimmt, und empfängt das aufgenommene Bild. Basierend auf dem empfangenen Bild kann die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 eine Verarbeitung zum Detektieren eines Objekts, wie etwa eines Menschen, eines Fahrzeugs, eines Hindernisses, eines Schildes, eines Symbols auf einer Straßenoberfläche oder dergleichen, oder eine Verarbeitung zum Detektieren einer Entfernung dazu durchführen.
Der Bildgebungsabschnitt 12031 ist ein optischer Sensor, der Licht empfängt und der ein elektrisches Signal ausgibt, das einer empfangenen Lichtmenge des Lichts entspricht. Der Bildgebungsabschnitt 12031 kann das elektrische Signal als ein Bild ausgeben oder kann das elektrische Signal als Informationen über eine gemessene Entfernung ausgeben. Außerdem kann das durch den Bildgebungsabschnitt 12031 empfangene Licht sichtbares Licht sein oder kann nichtsichtbares Licht, wie etwa Infrarotstrahlen oder dergleichen, sein.
Die Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 detektiert Informationen über den Innenbereich des Fahrzeugs. Die Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 ist zum Beispiel mit einem Fahrerzustandsdetektionsabschnitt 12041 verbunden, der den Zustand eines Fahrers detektiert. Der Fahrerzustandsdetektionsabschnitt 12041 beinhaltet zum Beispiel eine Kamera, die den Fahrer aufnimmt. Basierend auf Detektionsinformationen, die von dem Fahrerzustandsdetektionsabschnitt 12041 eingegeben werden, kann die Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 einen Müdigkeitsgrad des Fahrers oder einen Konzentrationsgrad des Fahrers berechnen oder kann bestimmen, ob der Fahrer döst.
Der Mikrocomputer 12051 kann einen Steuersollwert für die Antriebskrafterzeugungsvorrichtung, den Lenkmechanismus oder die Bremsvorrichtung basierend auf den Informationen über den Innenbereich oder den Außenbereich des Fahrzeugs berechnen, wobei diese Informationen durch die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 oder die Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 erhalten werden, und einen Steuerbefehl an die Antriebssystemsteuereinheit 12010 ausgeben. Zum Beispiel kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung durchführen, die Funktionen eines Fahrerassistenzsystems (ADAS: Advanced Driver Assistance System) implementieren soll, wobei diese Funktionen eine Kollisionsvermeidung oder Aufprallabschwächung für das Fahrzeug, eine Folgefahrt basierend auf einer Folgeentfernung, eine Fahrt mit Geschwindigkeitsbeibehaltung, eine Warnung bezüglich einer Kollision des Fahrzeugs, eine Warnung, dass das Fahrzeug eine Spur verlässt, oder dergleichen beinhalten.
Außerdem kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung durchführen, die für automatisiertes Fahren beabsichtigt ist, was das Fahrzeug automatisiert ohne Abhängigkeit von der Bedienung des Fahrers oder dergleichen fahren lässt, indem die Antriebskrafterzeugungsvorrichtung, der Lenkmechanismus, die Bremsvorrichtung oder dergleichen basierend auf den Informationen über den Außenbereich oder den Innenbereich des Fahrzeugs gesteuert werden, wobei diese Informationen durch die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 oder die Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 erhalten werden.
Außerdem kann der Mikrocomputer 12051 einen Steuerbefehl an die Karosseriesystemsteuerungseinheit 12020 basierend auf den Informationen über den Außenbereich des Fahrzeugs ausgeben, wobei diese Informationen durch die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 erhalten werden. Zum Beispiel kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung durchführen, die ein Blenden verhindern soll, indem der Frontscheinwerfer so gesteuert wird, dass zum Beispiel von einem Fernlicht auf ein Abblendlicht gemäß der Position eines vorausfahrenden Fahrzeugs oder eines entgegenkommenden Fahrzeugs gewechselt wird, welche durch die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 detektiert wird.
Der Ton/Bild-Ausgabeabschnitt 12052 überträgt ein Ausgabesignal von Ton und/oder Bild an eine Ausgabevorrichtung, die zum visuellen oder akustischen Mitteilen von Informationen an einen Insassen des Fahrzeugs oder den Außenbereich des Fahrzeugs in der Lage ist. Bei dem Beispiel aus 26 sind ein Audiolautsprecher 12061, ein Anzeigeabschnitt 12062 und ein Armaturenbrett 12063 als die Ausgabevorrichtung dargestellt. Der Anzeigeabschnitt 12062 kann zum Beispiel eine Onboard-Anzeige und/oder eine Head-Up-Anzeige beinhalten.
27 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Installationsposition des Bildgebungsabschnitts 12031 darstellt.
In 27 beinhaltet das Fahrzeug 12100 Bildgebungsabschnitte 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 als den Bildgebungsabschnitt 12031.
Die Bildgebungsabschnitte 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 sind zum Beispiel an Positionen an einer Frontnase, Seitenspiegeln, einer hinteren Stoßstange und einer Hecktüre des Fahrzeugs 12100 sowie einer Position auf einem oberen Teil einer Windschutzscheibe innerhalb des Innenraums des Fahrzeugs angeordnet. Der an der Frontnase bereitgestellte Bildgebungsabschnitt 12101 und der an dem oberen Teil der Windschutzscheibe innerhalb des Innenraums des Fahrzeugs bereitgestellte Bildgebungsabschnitt 12105 erhalten hauptsächlich ein Bild der Vorderseite des Fahrzeugs 12100. Die an den Seitenspiegeln bereitgestellten Bildgebungsabschnitte 12102 und 12103 erhalten hauptsächlich ein Bild der Seiten des Fahrzeugs 12100. Der an der hinteren Stoßstange oder der Hecktüre bereitgestellte Bildgebungsabschnitt 12104 erhält hauptsächlich ein Bild der Rückseite des Fahrzeugs 12100. Die vorderen Bilder, die durch die Bildgebungsabschnitte 12101 und 12105 erfasst werden, werden hauptsächlich zum Detektieren eines vorausfahrenden Fahrzeugs, eines Fußgängers, eines Hindernisses, eines Signals, eines Verkehrsschildes, einer Fahrspur oder dergleichen verwendet.
Übrigens stellt 27 ein Beispiel für Fotografierbereiche der Bildgebungsabschnitte 12101 bis 12104 dar. Ein Bildgebungsbereich 12111 repräsentiert den Bildgebungsbereich des an der Frontnase bereitgestellten Bildgebungsabschnitts 12101. Bildgebungsbereiche 12112 und 12113 repräsentieren die Bildgebungsbereiche der an den Seitenspiegeln bereitgestellten Bildgebungsabschnitte 12102 bzw. 12103. Ein Bildgebungsbereich 12114 repräsentiert den Bildgebungsbereich des an der hinteren Stoßstange oder der Hecktüre bereitgestellten Bildgebungsabschnitts 12104. Ein Vogelperspektivenbild des Fahrzeugs 12100 wie bei Betrachtung von oberhalb wird zum Beispiel durch Überlagern von Bilddaten erhalten, die durch die Bildgebungsabschnitte 12101 bis 12104 erhalten werden.
Wenigstens einer der Bildgebungsabschnitte 12101 bis 12104 kann eine Funktion zum Erhalten von Entfernungsinformationen haben. Zum Beispiel kann wenigstens einer der Bildgebungsabschnitte 12101 bis 12104 eine Stereokamera sein, die aus mehreren Bildgebungselementen besteht, oder kann ein Bildgebungselement mit Pixeln zur Phasendifferenzdetektion sein.
Zum Beispiel kann der Mikrocomputer 12051 eine Entfernung zu jedem dreidimensionalen Objekt innerhalb der Bildgebungsbereiche 12111 bis 12114 und eine zeitliche Änderung der Entfernung (relative Geschwindigkeit mit Bezug auf das Fahrzeug 12100) basierend auf den von den Bildgebungsabschnitten 12101 bis 12104 erhaltenen Entfernungsinformationen bestimmen und dadurch als ein vorausfahrendes Fahrzeug insbesondere ein nächstes dreidimensionales Objekt extrahieren, das in einem Bewegungspfad des Fahrzeugs 12100 vorhanden ist und das sich in im Wesentlichen derselben Richtung wie das Fahrzeug 12100 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (zum Beispiel gleich oder größer als 0 km/h) bewegt. Ferner kann der Mikrocomputer 12051 eine Folgeentfernung, die zu einem vorausfahrenden Fahrzeug vorweg einzuhalten ist, im Voraus einstellen und eine automatische Bremssteuerung (einschließlich Folgestoppsteuerung), eine automatische Beschleunigungssteuerung (einschließlich Folgestartsteuerung) und dergleichen durchführen. Es ist dementsprechend möglich, eine kooperative Steuerung durchzuführen, die für eine automatisierte Fahrt beabsichtigt ist, die es ermöglicht, dass das Fahrzeug automatisiert ohne Abhängigkeit von der Bedienung des Fahrers oder dergleichen fährt.
Zum Beispiel kann der Mikrocomputer 12051 Dreidimensionales-Objekt-Daten über dreidimensionale Objekte in Dreidimensionales-Objekt-Daten eines zweirädrigen Fahrzeugs, eines Fahrzeugs mit Standardgröße, eines Fahrzeugs mit großer Größe, eines Fußgängers, eines Strommasten und anderer dreidimensionaler Objekte basierend auf den von den Bildgebungsabschnitten 12101 bis 12104 erhaltenen Entfernungsinformationen klassifizieren, die klassifizierten Dreidimensionales-Objekt-Daten extrahieren und die extrahierten Dreidimensionales-Objekt-Daten zur automatischen Vermeidung eines Hindernisses verwenden. Zum Beispiel identifiziert der Mikrocomputer 12051 Hindernisse um das Fahrzeug 12100 herum als Hindernisse, die der Fahrer des Fahrzeugs 12100 visuell erkennen kann, und Hindernisse, die für den Fahrer des Fahrzeugs 12100 schwer visuell zu erkennen sind. Dann bestimmt der Mikrocomputer 12051 ein Kollisionsrisiko, das ein Risiko einer Kollision mit jedem Hindernis angibt. In einer Situation, in der das Kollisionsrisiko gleich oder höher als ein eingestellter Wert ist und dementsprechend eine Möglichkeit einer Kollision besteht, gibt der Mikrocomputer 12051 eine Warnung an den Fahrer über den Audiolautsprecher 12061 oder den Anzeigeabschnitt 12062 aus und führt eine erzwungene Verlangsamung oder Ausweichlenkung über die Antriebssystemsteuereinheit 12010 durch. Der Mikrocomputer 12051 kann dadurch das Fahren zum Vermeiden einer Kollision unterstützen.
Wenigstens einer der Bildgebungsabschnitte 12101 bis 12104 kann eine Infrarotkamera sein, die Infrarotstrahlen detektiert. Der Mikrocomputer 12051 kann zum Beispiel einen Fußgänger erkennen, indem er bestimmt, ob es einen Fußgänger in aufgenommenen Bildern der Bildgebungsabschnitte 12101 bis 12104 gibt oder nicht. Eine solche Erkennung eines Fußgängers wird zum Beispiel durch eine Prozedur zum Extrahieren charakteristischer Punkte in den aufgenommenen Bildern der Bildgebungsabschnitte 12101 bis 12104 als Infrarotkameras und eine Prozedur zum Bestimmen, ob es einen Fußgänger gibt oder nicht, indem eine Musterabgleichverarbeitung an einer Reihe charakteristischer Punkte durchgeführt wird, die den Umriss des Objekts repräsentieren, durchgeführt werden. Wenn der Mikrocomputer 12051 bestimmt, dass es einen Fußgänger in den aufgenommenen Bildern der Bildgebungsabschnitte 12101 bis 12104 gibt, und dementsprechend den Fußgänger erkennt, steuert der Ton/Bild-Ausgabeabschnitt 12052 den Anzeigeabschnitt 12062 derart, dass eine quadratische Umrisslinie zur Hervorhebung so angezeigt wird, dass sie auf dem erkannten Fußgänger überlagert wird. Der Ton/Bild-Ausgabeabschnitt 12052 kann auch den Anzeigeabschnitt 12062 derart steuern, dass ein Symbol oder dergleichen, das den Fußgänger repräsentiert, an einer gewünschten Position angezeigt wird.
Ein Beispiel für das Fahrzeugsteuersystem, auf das die vorliegende Technologie angewandt werden kann, wurde zuvor beschrieben. Die vorliegende Technologie kann auf den Bildgebungsabschnitt 12031 und dergleichen unter den zuvor beschriebenen Konfigurationen angewandt werden. Insbesondere kann die in 1 dargestellte Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 auf den Bildgebungsabschnitt 12031 angewandt werden. Durch Anwenden der Technologie gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf den Bildgebungsabschnitt 12031 ist es möglich, eine gute Bildqualität zu erhalten und eine Erschöpfung eines Fahrers zu reduzieren, indem ein Dynamikumfang erweitert wird, während ein Leistungsverbrauch reduziert wird.
Jede der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist ein Beispiel zum Erklären der vorliegenden Technologie und es ist nicht beabsichtigt, die vorliegende Technologie nur auf diese Ausführungsformen zu beschränken. Die vorliegende Technologie kann in verschiedenen Formen implementiert werden, ohne von dem Wesen davon abzuweichen.
Zum Beispiel können bei den in der vorliegenden Schrift offenbarten Verfahren Schritte, Vorgänge oder Funktionen parallel oder in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden, solange es keine Inkonsistenz bezüglich der Ergebnisse gibt. Die beschriebenen Schritte, Vorgänge und Funktionen sind lediglich als Beispiele bereitgestellt und manche der Schritte, Vorgänge und Funktionen können weggelassen werden, ohne von dem Wesen der Erfindung abzuweichen, oder können miteinander gekoppelt werden, um eine(n) zu bilden, oder es können andere Schritte, Vorgänge oder Funktionen hinzugefügt werden.
Obwohl verschiedene Ausführungsformen in der vorliegenden Schrift offenbart sind, können außerdem gewisse Merkmale (technische Gegenstände) bei einer Ausführungsform hinzugefügt oder mit gewissen Merkmalen bei anderen Ausführungsformen ersetzt werden, während sie geeignet modifiziert werden, und solche Formen sind ebenfalls in dem Wesen der vorliegenden Erfindung enthalten.
Außerdem kann die vorliegende Technologie so konfiguriert sein, dass sie die folgenden technischen Gegenstände beinhaltet.

(1) Eine Festkörperbildgebungsvorrichtung, die Folgendes beinhaltet:
- einen Pixelarrayabschnitt, der einen fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt beinhaltet, der eine fotoelektrische Umwandlung gemäß einer Intensität von empfangenem Licht durchführt, wobei der Pixelarrayabschnitt mehrere Einheitspixel beinhaltet, die zum Akkumulieren von Ladung, die durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt fotoelektrisch umgewandelt wird, in einem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet in der Lage sind;
- einen Systemsteuerabschnitt, der den Pixelarrayabschnitt steuert; und
- einen Pixelsignallesemechanismus, der ein Pixelsignal basierend auf der Ladung von dem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet eines Einheitspixels der mehreren Einheitspixel über eine Lesesignalleitung unter Steuerung des Systemsteuerabschnitts liest,
- wobei der Pixelsignallesemechanismus Folgendes beinhaltet:
  - einen AD-Wandler, der eine AD-Umwandlungsverarbeitung an dem gelesenen Pixelsignal durchführt; und
  - einen Bestimmungsabschnitt, der eine Bestimmung von Helligkeit/Dunkelheit von Licht, das durch das Einheitspixel empfangen wird, basierend auf dem Pixelsignal, das von dem Einheitspixel in einer Bestimmungsphase gelesen wird, durchführt, und
  - wobei der Bestimmungsabschnitt selektiv eine Ausführung oder ein Stoppen der AD-Umwandlungsverarbeitung durch den AD-Wandler an einem Pixelsignal, das anschließend an die Bestimmungsphase gelesen wird, gemäß einem Ergebnis der Bestimmung steuert.
(2) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (1), wobei der Pixelsignallesemechanismus einen Basissignalerzeugungsschaltkreis beinhaltet, der ein Basissignal zum Durchführen der Bestimmung der Helligkeit/Dunkelheit des Lichts, das durch das Einheitspixel empfangen wird, in der Bestimmungsphase erzeugt.
(3) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (1) oder (2), wobei der AD-Wandler einen Komparator beinhaltet, der einen Vergleich von zwei Eingabesignalen durchführt und ein Vergleichsergebnissignal gemäß einem Ergebnis des Vergleichs ausgibt, und der Komparator gemäß einem Signalpegel des Basissignals initialisiert wird.
(4) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (3), die ferner Folgendes beinhaltet:
- einen Referenzsignalerzeugungsschaltkreis, der ein Referenzsignal erzeugt,
- wobei der Komparator das Referenzsignal, das von dem Referenzsignalerzeugungsschaltkreis bereitgestellt wird, mit dem gelesenen Pixelsignal in der Bestimmungsphase vergleicht und das Vergleichsergebnissignal ausgibt.
(5) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (4), wobei der Bestimmungsabschnitt einen Flag-Steuerschaltkreis beinhaltet, der ein Flag, das einen Operationsmodus angibt, gemäß dem Vergleichsergebnissignal setzt und hält, welches von dem Komparator ausgegeben wird, und der Flag-Steuerschaltkreis selektiv eine Steuerung derart durchführt, dass das Pixelsignal, das anschließend an die Bestimmungsphase gelesen wird, der AD-Umwandlungsverarbeitung durch den AD-Wandler gemäß dem Operationsmodus unterzogen wird, der durch das Flag angegeben wird.
(6) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (5), wobei der Flag-Steuerschaltkreis das Flag auf einen Hochempfindlichkeitsmodus basierend auf dem Vergleichsergebnissignal setzt, das durch den Komparator angegeben wird, falls ein Spannungspegel des Pixelsignals niedriger als ein Spannungspegel des Referenzsignals ist, und das Flag auf einen Niederempfindlichkeitsmodus basierend auf dem Vergleichsergebnissignal setzt, das durch den Komparator angegeben wird, falls der Spannungspegel des Pixelsignals höher als der Spannungspegel des Referenzsignals ist.
(7) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (5) oder (6), wobei der Flag-Steuerschaltkreis zu Folgendem konfiguriert ist:
- Durchführen einer Steuerung derart, dass das Pixelsignal, das dunklem Licht entspricht, unter Pixelsignalen, die von den mehreren Einheitspixeln gelesen werden, der AD-Umwandlungsverarbeitung unterzogen wird, falls das Flag den Hochempfindlichkeitsmodus angibt; und
- Durchführen einer Steuerung derart, dass das Pixelsignal, das hellem Licht entspricht, unter den Pixelsignalen, die von den mehreren Einheitspixeln gelesen werden, der AD-Umwandlungsverarbeitung unterzogen wird, falls das Flag den Niederempfindlichkeitsmodus angibt.
(8) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (7), die ferner Folgendes beinhaltet:
- einen Signalverarbeitungsabschnitt, der eine Bildverarbeitung an dem Pixelsignal durchführt, das der AD-Umwandlungsverarbeitung durch den AD-Wandler unterzogen wird,
- wobei der Flag-Steuerschaltkreis das Flag, das dem Pixelsignal entspricht, das der AD-Umwandlungsverarbeitung unterzogen wird, an den Signalverarbeitungsabschnitt ausgibt.
(9) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (8), wobei der Basissignalerzeugungsschaltkreis ein Source-Folger-Schaltkreis ist, der ein Basissignal mit einem konstanten Spannungspegel ausgibt.
(10) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (8), wobei der Basissignalerzeugungsschaltkreis ein Source-Folger-Schaltkreis ist, der ein Dummy-Pixel ist, das in dem Pixelarrayabschnitt bereitgestellt ist, und ein Basissignal mit einem konstanten Spannungspegel ausgibt.
(11) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (9), wobei der Basissignalerzeugungsschaltkreis einen Stromdetektionsschaltkreis beinhaltet, der einen Strom detektiert, der durch den Source-Folger-Schaltkreis fließt, und der Bestimmungsabschnitt die Bestimmung der Helligkeit/Dunkelheit gemäß einem Detektionssignal durchführt, das von dem Stromdetektionsschaltkreis ausgegeben wird.
(12) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (8), wobei die Festkörperbildgebungsvorrichtung bewirkt, dass unter den mehreren Einheitspixeln ein Einheitspixel, dessen Pixelsignal bereits gelesen wurde und das sich in einem Rücksetzzustand befindet, als der Basissignalerzeugungsschaltkreis fungiert, wobei das Einheitspixel an ein Einheitspixel angrenzt oder nahe diesem ist, von welchem das Pixelsignal gelesen werden soll.
(13) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (12), wobei das Basissignal ein Pixelsignal ist, das von dem Einheitspixel in dem Rücksetzzustand gelesen wird.
(14) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (13), wobei das Einheitspixel Folgendes beinhaltet:
- einen ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt, der empfangendes Licht gemäß einer ersten Empfindlichkeit fotoelektrisch umwandelt; und
- einen ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt, der empfangendes Licht gemäß einer zweiten Empfindlichkeit, die niedriger als die erste Empfindlichkeit ist, fotoelektrisch umwandelt, und
- wobei der Pixelsignallesemechanismus das Pixelsignal basierend auf der Ladung liest, die durch den ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt fotoelektrisch umgewandelt wird und durch Überlaufen in der Bestimmungsphase in das vorbestimmte Floating-Diffusion-Gebiet fließt.
(15) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (14), wobei der AD-Wandler ferner einen Zähler beinhaltet, der Zählen an einem eingegebenen Signal gemäß einem vorbestimmten Takt durchführt und einen gezählten Wert ausgibt, und der Zähler einen Wert, der für das Vergleichsergebnissignal gezählt wird, das von dem Komparator ausgegeben wird, als Pixeldaten in einem digitalen Format in einer Ausleseperiode eines Pixelsignals nach der Bestimmungsphase ausgibt.
(16) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (15), wobei der Pixelsignallesemechanismus ferner einen Charakteristiksicherstellungsabschnitt beinhaltet, der eine Operationscharakteristik des Referenzsignalerzeugungsschaltkreises sicherstellt, und der Flag-Steuerschaltkreis bewirkt, dass der Referenzsignalerzeugungsschaltkreis mit dem Charakteristiksicherstellungsabschnitt verbunden wird, während die AD-Umwandlungsverarbeitung durch den AD-Wandler gestoppt ist.
(17) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (16), wobei der Pixelsignallesemechanismus das Pixelsignal von dem Einheitspixel für jede wenigstens einer Pixelspalte des Pixelarrayabschnitts liest.
(18) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (17), wobei mehrere AD-Wandler in parallel entsprechend jeder Pixelspalte des Pixelarrayabschnitts bereitgestellt sind.
(19) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (18), wobei der Pixelsignallesemechanismus sequentiell das Pixelsignal einschließlich eines Vorladephasenpixelsignals und eines Datenphasenpixelsignals in zeitlicher Reihenfolge aus dem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet des Einheitspixels liest.
(20) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (19), wobei der Pixelsignallesemechanismus eine erste Lesesignalleitung, die ein Pixelsignal von einem ersten Floating-Diffusion-Gebiet liest, und eine zweite Lesesignalleitung, die ein Pixelsignal von einem zweiten Floating-Diffusion-Gebiet liest, beinhaltet, und der Bestimmungsabschnitt die Bestimmung der Helligkeit/Dunkelheit basierend auf dem Pixelsignal, das von der zweiten Lesesignalleitung gelesen wird, in der Bestimmungsphase durchführt.
(21) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (20), wobei der Pixelsignallesemechanismus exklusiv eine der ersten Lesesignalleitung oder der zweiten Lesesignalleitung gemäß einem Ergebnis der Bestimmung auswählt, die durch den Bestimmungsabschnitt erfolgt, und eine Steuerung derart durchführt, dass die AD-Umwandlungsverarbeitung durch den AD-Wandler an einem Pixelsignal durchgeführt wird, das aus einer ausgewählten Lesesignalleitung gelesen wird.
(22) Ein Steuerverfahren einer Festkörperbildgebungsvorrichtung, die einen Pixelarrayabschnitt beinhaltet, wobei das Steuerverfahren Folgendes beinhaltet:
- Durchführen einer Belichtungsverarbeitung an mehreren Einheitspixeln in dem Pixelarrayabschnitt;
- Lesen eines Pixelsignals basierend auf einer Ladung, die in einem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet in einem Einheitspixel der mehreren Einheitspixel akkumuliert wird, über eine Lesesignalleitung in einer Bestimmungsphase nach der Belichtungsverarbeitung;
- Durchführen einer Bestimmung von Helligkeit/Dunkelheit von Licht, das durch das Einheitspixel durch die Belichtungsverarbeitung empfangen wird, basierend auf dem gelesenen Pixelsignal; und
- Durchführen einer AD-Umwandlungsverarbeitung an einem Pixelsignal, das anschließend an die Bestimmungsphase gelesen wird, durch einen AD-Wandler,
- wobei das Durchführen der AD-Umwandlungsverarbeitung selektives Steuern einer Ausführung oder eines Stoppens der AD-Umwandlungsverarbeitung gemäß einem Ergebnis der Bestimmung beinhaltet.
(23) Das Steuerverfahren nach (22), wobei das Durchführen der AD-Umwandlungsverarbeitung Folgendes beinhaltet:
- Durchführen der AD-Umwandlungsverarbeitung an dem Pixelsignal, das dunklem Licht entspricht, falls ein Ergebnis der Bestimmung angibt, dass das Einheitspixel das dunkle Licht empfängt; und
- Durchführen der AD-Umwandlungsverarbeitung an dem Pixelsignal, das hellem Licht entspricht, falls das Ergebnis der Bestimmung angibt, dass das Einheitspixel das helle Licht empfängt.
(24) Eine elektrische Vorrichtung, die Folgendes beinhaltet:
- eine Festkörperbildgebungsvorrichtung; und
- eine Steuereinheit, die eine Steuerung basierend auf Bilddaten durchführt, die durch die Festkörperbildgebungsvorrichtung erfasst werden,
- wobei die Festkörperbildgebungsvorrichtung Folgendes beinhaltet:
  - einen Pixelarrayabschnitt, der einen fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt beinhaltet, der eine fotoelektrische Umwandlung gemäß einer Intensität von empfangenem Licht durchführt, wobei der Pixelarrayabschnitt mehrere Einheitspixel beinhaltet, die zum Akkumulieren von Ladung, die durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt fotoelektrisch umgewandelt wird, in einem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet in der Lage sind;
  - einen Systemsteuerabschnitt, der den Pixelarrayabschnitt steuert; und
  - einen Pixelsignallesemechanismus, der ein Pixelsignal basierend auf der Ladung von dem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet eines Einheitspixels der mehreren Einheitspixel über eine Lesesignalleitung unter Steuerung des Systemsteuerabschnitts liest,
  - wobei der Pixelsignallesemechanismus Folgendes beinhaltet:
    - einen AD-Wandler, der eine AD-Umwandlungsverarbeitung an dem gelesenen Pixelsignal durchführt; und
    - einen Bestimmungsabschnitt, der eine Bestimmung von Helligkeit/Dunkelheit von Licht, das durch das Einheitspixel empfangen wird, basierend auf dem Pixelsignal, das von dem Einheitspixel in einer Bestimmungsphase gelesen wird, durchführt, und
    - wobei der Bestimmungsabschnitt selektiv eine Ausführung oder ein Stoppen der AD-Umwandlungsverarbeitung durch den AD-Wandler an einem Pixelsignal, das anschließend an die Bestimmungsphase gelesen wird, gemäß einem Ergebnis der Bestimmung steuert.

Bezugszeichenliste

1: Festkörperbildgebungsvorrichtung
11: Pixelarrayabschnitt
110: Einheitspixel (Pixelschaltkreis)
1101a: Erster fotoelektrischer Umwandlungsabschnitt
1101b: Zweiter fotoelektrischer Umwandlungsabschnitt
1102a: Erster Transfer-Gate-Abschnitt
1102b: Zweiter Transfer-Gate-Abschnitt
1102c, 1102c': Dritter Transfer-Gate-Abschnitt
1102d: Vierter Transfer-Gate-Abschnitt
1102e: Fünfter Transfer-Gate-Abschnitt
1103: Rücksetz-Gate-Abschnitt
1104: Ladungsakkumulationsabschnitt
1105a: Erster Floating-Diffusion-Abschnitt
1105b: Zweiter Floating-Diffusion-Abschnitt
1106, 1106A, 1106B: Verstärkungstransistor
1107, 1107A, 1107B: Auswahltransistor
1108: Konstantstromquelle
112: Basissignalerzeugungsschaltkreis
1121: Verstärkungstransistor
1122: Auswahltransistor
1123: Stromdetektionsschaltkreis
12: Vertikalansteuerungsabschnitt
13: Spaltenverarbeitungsabschnitt
131: Referenzsignalerzeugungseschaltkreis
132: AD-Wandler
1321: Bestimmungsabschnitt
1322: Komparator
1323: Aufwärts/Abwärts(U/D)-Zähler
1324: AZ-Schalter
1325: Flag-Steuerschaltkreis
133: Ausgabesteuerschaltkreis
134: Charakteristiksicherstellungsabschnitt
14: Horizontalansteuerungsabschnitt
15: Systemsteuerabschnitt
16: Signalverarbeitungsabschnitt
17: Datenspeicherungsabschnitt
18: Pixelansteuerungsleitung
19, 19A, 19B: Vertikalsignalleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017175345 [0004]

Claims

Festkörperbildgebungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Pixelarrayabschnitt, der einen fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt beinhaltet, der eine fotoelektrische Umwandlung gemäß einer Intensität von empfangenem Licht durchführt, wobei der Pixelarrayabschnitt mehrere Einheitspixel beinhaltet, die zum Akkumulieren von Ladung, die durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt fotoelektrisch umgewandelt wird, in einem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet in der Lage sind; einen Systemsteuerabschnitt, der den Pixelarrayabschnitt steuert; und einen Pixelsignallesemechanismus, der ein Pixelsignal basierend auf der Ladung von dem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet eines Einheitspixels der mehreren Einheitspixel über eine Lesesignalleitung unter Steuerung des Systemsteuerabschnitts liest, wobei der Pixelsignallesemechanismus Folgendes beinhaltet: einen AD-Wandler, der eine AD-Umwandlungsverarbeitung an dem gelesenen Pixelsignal durchführt; und einen Bestimmungsabschnitt, der eine Bestimmung von Helligkeit/Dunkelheit von Licht, das durch das Einheitspixel empfangen wird, basierend auf dem Pixelsignal, das von dem Einheitspixel in einer Bestimmungsphase gelesen wird, durchführt, und wobei der Bestimmungsabschnitt selektiv eine Ausführung oder ein Stoppen der AD-Umwandlungsverarbeitung durch den AD-Wandler an einem Pixelsignal, das anschließend an die Bestimmungsphase gelesen wird, gemäß einem Ergebnis der Bestimmung steuert.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Pixelsignallesemechanismus einen Basissignalerzeugungsschaltkreis beinhaltet, der ein Basissignal zum Durchführen der Bestimmung der Helligkeit/Dunkelheit des Lichts, das durch das Einheitspixel empfangen wird, in der Bestimmungsphase erzeugt.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der AD-Wandler einen Komparator beinhaltet, der einen Vergleich von zwei Eingabesignalen durchführt und ein Vergleichsergebnissignal gemäß einem Ergebnis des Vergleichs ausgibt, und der Komparator gemäß einem Signalpegel des Basissignals initialisiert wird.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 3, die ferner Folgendes umfasst: einen Referenzsignalerzeugungsschaltkreis, der ein Referenzsignal erzeugt, wobei der Komparator das Referenzsignal, das von dem Referenzsignalerzeugungsschaltkreis bereitgestellt wird, mit dem gelesenen Pixelsignal in der Bestimmungsphase vergleicht und das Vergleichsergebnissignal ausgibt.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Bestimmungsabschnitt einen Flag-Steuerschaltkreis beinhaltet, der ein Flag, das einen Operationsmodus angibt, gemäß dem Vergleichsergebnissignal setzt und hält, welches von dem Komparator ausgegeben wird, und der Flag-Steuerschaltkreis selektiv eine Steuerung derart durchführt, dass das Pixelsignal, das anschließend an die Bestimmungsphase gelesen wird, der AD-Umwandlungsverarbeitung durch den AD-Wandler gemäß dem Operationsmodus unterzogen wird, der durch das Flag angegeben wird.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Flag-Steuerschaltkreis das Flag auf einen Hochempfindlichkeitsmodus basierend auf dem Vergleichsergebnissignal setzt, das durch den Komparator angegeben wird, falls ein Spannungspegel des Pixelsignals niedriger als ein Spannungspegel des Referenzsignals ist, und das Flag auf einen Niederempfindlichkeitsmodus basierend auf dem Vergleichsergebnissignal setzt, das durch den Komparator angegeben wird, falls der Spannungspegel des Pixelsignals höher als der Spannungspegel des Referenzsignals ist.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Flag-Steuerschaltkreis zu Folgendem konfiguriert ist: Durchführen einer Steuerung derart, dass das Pixelsignal, das dunklem Licht entspricht, unter Pixelsignalen, die von den mehreren Einheitspixeln gelesen werden, der AD-Umwandlungsverarbeitung unterzogen wird, falls das Flag den Hochempfindlichkeitsmodus angibt; und Durchführen einer Steuerung derart, dass das Pixelsignal, das hellem Licht entspricht, unter den Pixelsignalen, die von den mehreren Einheitspixeln gelesen werden, der AD-Umwandlungsverarbeitung unterzogen wird, falls das Flag den Niederempfindlichkeitsmodus angibt.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 5, die ferner Folgendes umfasst: einen Signalverarbeitungsabschnitt, der eine Bildverarbeitung an dem Pixelsignal durchführt, das der AD-Umwandlungsverarbeitung durch den AD-Wandler unterzogen wird, wobei der Flag-Steuerschaltkreis das Flag, das dem Pixelsignal entspricht, das der AD-Umwandlungsverarbeitung unterzogen wird, an den Signalverarbeitungsabschnitt ausgibt.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Basissignalerzeugungsschaltkreis ein Source-Folger-Schaltkreis ist, der ein Basissignal mit einem konstanten Spannungspegel ausgibt.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Basissignalerzeugungsschaltkreis ein Source-Folger-Schaltkreis ist, der ein Dummy-Pixel ist, das in dem Pixelarrayabschnitt bereitgestellt ist, und ein Basissignal mit einem konstanten Spannungspegel ausgibt.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Basissignalerzeugungsschaltkreis einen Stromdetektionsschaltkreis beinhaltet, der einen Strom detektiert, der durch den Source-Folger-Schaltkreis fließt, und der Bestimmungsabschnitt die Bestimmung der Helligkeit/Dunkelheit gemäß einem Detektionssignal durchführt, das von dem Stromdetektionsschaltkreis ausgegeben wird.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Festkörperbildgebungsvorrichtung bewirkt, dass unter den mehreren Einheitspixeln ein Einheitspixel, dessen Pixelsignal bereits gelesen wurde und das sich in einem Rücksetzzustand befindet, als der Basissignalerzeugungsschaltkreis fungiert, wobei das Einheitspixel an ein Einheitspixel angrenzt oder nahe diesem ist, von welchem das Pixelsignal gelesen werden soll.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Basissignal ein Pixelsignal ist, das von dem Einheitspixel in dem Rücksetzzustand gelesen wird.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Einheitspixel Folgendes beinhaltet: einen ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt, der empfangendes Licht gemäß einer ersten Empfindlichkeit fotoelektrisch umwandelt; und einen ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt, der empfangendes Licht gemäß einer zweiten Empfindlichkeit, die niedriger als die erste Empfindlichkeit ist, fotoelektrisch umwandelt, und wobei der Pixelsignallesemechanismus das Pixelsignal basierend auf der Ladung liest, die durch den ersten fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt fotoelektrisch umgewandelt wird und durch Überlaufen in der Bestimmungsphase in das vorbestimmte Floating-Diffusion-Gebiet fließt.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der AD-Wandler ferner einen Zähler beinhaltet, der Zählen an einem eingegebenen Signal gemäß einem vorbestimmten Takt durchführt und einen gezählten Wert ausgibt, und der Zähler einen Wert, der für das Vergleichsergebnissignal gezählt wird, das von dem Komparator ausgegeben wird, als Pixeldaten in einem digitalen Format in einer Ausleseperiode eines Pixelsignals nach der Bestimmungsphase ausgibt.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Pixelsignallesemechanismus ferner einen Charakteristiksicherstellungsabschnitt beinhaltet, der eine Operationscharakteristik des Referenzsignalerzeugungsschaltkreises sicherstellt, und der Flag-Steuerschaltkreis bewirkt, dass der Referenzsignalerzeugungsschaltkreis mit dem Charakteristiksicherstellungsabschnitt verbunden wird, während die AD-Umwandlungsverarbeitung durch den AD-Wandler gestoppt ist.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Pixelsignallesemechanismus das Pixelsignal von dem Einheitspixel für jede wenigstens einer Pixelspalte des Pixelarrayabschnitts liest.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei mehrere AD-Wandler parallel entsprechend jeder Pixelspalte des Pixelarrayabschnitts bereitgestellt sind.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Pixelsignallesemechanismus sequentiell das Pixelsignal einschließlich eines Vorladephasenpixelsignals und eines Datenphasenpixelsignals in zeitlicher Reihenfolge aus dem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet des Einheitspixels liest.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Pixelsignallesemechanismus eine erste Lesesignalleitung, die ein Pixelsignal von einem ersten Floating-Diffusion-Gebiet liest, und eine zweite Lesesignalleitung, die ein Pixelsignal von einem zweiten Floating-Diffusion-Gebiet liest, beinhaltet, und der Bestimmungsabschnitt die Bestimmung der Helligkeit/Dunkelheit basierend auf dem Pixelsignal, das von der zweiten Lesesignalleitung gelesen wird, in der Bestimmungsphase durchführt.
Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 20, wobei der Pixelsignallesemechanismus exklusiv eine der ersten Lesesignalleitung oder der zweiten Lesesignalleitung gemäß einem Ergebnis der Bestimmung auswählt, die durch den Bestimmungsabschnitt erfolgt, und eine Steuerung derart durchführt, dass die AD-Umwandlungsverarbeitung durch den AD-Wandler an einem Pixelsignal durchgeführt wird, das aus einer ausgewählten Lesesignalleitung gelesen wird.
Steuerverfahren einer Festkörperbildgebungsvorrichtung, die einen Pixelarrayabschnitt beinhaltet, wobei das Steuerverfahren Folgendes umfasst: Durchführen einer Belichtungsverarbeitung an mehreren Einheitspixeln in dem Pixelarrayabschnitt; Lesen eines Pixelsignals basierend auf einer Ladung, die in einem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet in einem Einheitspixel der mehreren Einheitspixel akkumuliert wird, über eine Lesesignalleitung in einer Bestimmungsphase nach der Belichtungsverarbeitung; Durchführen einer Bestimmung von Helligkeit/Dunkelheit von Licht, das durch das Einheitspixel durch die Belichtungsverarbeitung empfangen wird, basierend auf dem gelesenen Pixelsignal; und Durchführen einer AD-Umwandlungsverarbeitung an einem Pixelsignal, das anschließend an die Bestimmungsphase gelesen wird, durch einen AD-Wandler, wobei das Durchführen der AD-Umwandlungsverarbeitung selektives Steuern einer Ausführung oder eines Stoppens der AD-Umwandlungsverarbeitung gemäß einem Ergebnis der Bestimmung beinhaltet.
Steuerverfahren nach Anspruch 22, wobei das Durchführen der AD-Umwandlungsverarbeitung Folgendes beinhaltet: Durchführen der AD-Umwandlungsverarbeitung an dem Pixelsignal, das dunklem Licht entspricht, falls ein Ergebnis der Bestimmung angibt, dass das Einheitspixel das dunkle Licht empfängt; und Durchführen der AD-Umwandlungsverarbeitung an dem Pixelsignal, das hellem Licht entspricht, falls das Ergebnis der Bestimmung angibt, dass das Einheitspixel das helle Licht empfängt.
Elektrische Vorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Festkörperbildgebungsvorrichtung; und eine Steuereinheit, die eine Steuerung basierend auf Bilddaten durchführt, die durch die Festkörperbildgebungsvorrichtung erfasst werden, wobei die Festkörperbildgebungsvorrichtung Folgendes beinhaltet: einen Pixelarrayabschnitt, der einen fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt beinhaltet, der eine fotoelektrische Umwandlung gemäß einer Intensität von empfangenem Licht durchführt, wobei der Pixelarrayabschnitt mehrere Einheitspixel beinhaltet, die zum Akkumulieren von Ladung, die durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt fotoelektrisch umgewandelt wird, in einem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet in der Lage sind; einen Systemsteuerabschnitt, der den Pixelarrayabschnitt steuert; und einen Pixelsignallesemechanismus, der ein Pixelsignal basierend auf der Ladung von dem vorbestimmten Floating-Diffusion-Gebiet eines Einheitspixels der mehreren Einheitspixel über eine Lesesignalleitung unter Steuerung des Systemsteuerabschnitts liest, wobei der Pixelsignallesemechanismus Folgendes beinhaltet: einen AD-Wandler, der eine AD-Umwandlungsverarbeitung an dem gelesenen Pixelsignal durchführt; und einen Bestimmungsabschnitt, der eine Bestimmung von Helligkeit/Dunkelheit von Licht, das durch das Einheitspixel empfangen wird, basierend auf dem Pixelsignal, das von dem Einheitspixel in einer Bestimmungsphase gelesen wird, durchführt, und wobei der Bestimmungsabschnitt selektiv eine Ausführung oder ein Stoppen der AD-Umwandlungsverarbeitung durch den AD-Wandler an einem Pixelsignal, das anschließend an die Bestimmungsphase gelesen wird, gemäß einem Ergebnis der Bestimmung steuert.