DE69937754T2

DE69937754T2 - Festkörperbildwandler

Info

Publication number: DE69937754T2
Application number: DE69937754T
Authority: DE
Inventors: S. Mizuno; H. Hamamatsu Photonics K.K. YAMAKAWA
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2019-07-08
Also published as: US20010008422A1; EP1154483A4; US6977682B2; DE69937754D1; JP2000032342A; EP1154483A1; JP4098884B2; WO2000002434A1; EP1154483B1; AU4649699A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Festkörperbildwandler des MOS-Typs, der zweidimensionale Lichtbilder aufnehmen kann.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Im Haupteinsatzbereich von Festkörperbildwandlern, die in verschiedenen Bereichen wie etwa Heimvideo benutzt werden, sind jene des Typs mit ladungsgekoppelter Schaltung (CCD), die eine hohe Empfindlichkeit und ausgezeichnete, wie etwa geräuscharme, Charakteristiken aufweist. In bestimmten Bereichen sind jedoch Festkörperbildwandler des MOS-Typs eingesetzt worden, die eine ausgezeichnete Wirksamkeit des Übertragens von elektrischen Ladungen aufweisen, welche bei einfallendem Licht erzeugt werden.
Unter den Festbildwandlern des MOS-Typs sind jene, die zweidimensionale Lichtbilder aufnehmen können, herkömmlich in einem System benutzt worden, bei dem mehrere Fotodetektoren, die zweidimensional auf einem Halbleiterchip angeordnet sind, mit ihren getrennten Verstärkern und A/D-Wandlern bereitgestellt sind, wobei jeweilige Stromsignale, die von den einzelnen Fotodetektoren ausgegeben werden, von den Verstärkern verstärkt werden, damit sich Spannungssignale ergeben, wobei die resultierenden Spannungssignale von den A/D-Wandlern in digitale Signale umgewandelt werden und so erhaltene digitale Signale ausgegeben werden. In den letzten Jahren gab es jedoch vorgeschlagene Versuche, wobei Verstärker und A/D-Wandler auf demselben Chip mit einem Fotodetektorarray befestigt werden, wobei das Schaltungsanordnungssystem geändert wird, um die Größe der Vorrichtung zu reduzieren, während gleichzeitig der Vorteil des MOS-Typs daraus gezogen wird.
Zum Beispiel ist der Festkörperbildwandler, der in der Japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. HEI 9-51476 offenbart ist, einer, bei dem die Integrationsschaltungen und dergleichen auf demselben Chip mit einem Fotodetektorarray befestigt sind, damit sie den jeweiligen Spalten des Fotodetektorarrays entsprechen, und wobei die Integrationsschaltungen und dergleichen die Stromsignale, die aus den Fotodetektoren ausgegeben werden, verstärken und A/D-wandeln. Eine derartige Konfiguration versucht, die Zunahme des Ausmaßes der auf dem Chip befestigten Schaltung, die Zunahme des Chipbereichs und die Zunahme des Stromverbrauchs des Chips zu unterdrücken.
JP 09 051476 beschreibt einen Festkörperbildwandler, umfassend mehrere Fotodetektoren und einen Signalverarbeitungsteilabschnitt, umfassend eine Integrationsschaltung mit einem variablen Kondensatorteilabschnitt, einen Vergleicher und einen Leistungsregelungsteilabschnitt. Nachdem ein Integrationsvorgang gestartet wurde, werden in einem Fotodetektor gespeicherte Ladungen entladen. Ein Wert eines Integrationsvorgangs von der Integrationsschaltung wird mit einem Bezugswert vom Vergleicher verglichen. Als Reaktion auf den Vergleich stellt der Kapazitätsregelungsteilabschnitt dem variablen Kondensatorteilabschnitt ein Kapazitätsbefehlssignal bereit. Es bildet sich ein Rückführkreis, der aus der Integrationsschaltung, dem Vergleicher und dem Leistungsregelungsteilabschnitt besteht. Wenn der Wert des Integrationssignals dem Bezugswert entspricht, gibt der Leistungsregelungsteilabschnitt ein Signal aus, das mit dem Kapazitätsbefehlssignal übereinstimmt. Dieses Signal wird sequenziell durch einen horizontalen Ausleseteilabschnitt abgelesen.
JP 10 028240 beschreibt einen Festkörperbildaufnahmewandler des Verstärkertyps zur Eliminierung von Geräusch mit festem Muster. Die Vorrichtung umfasst ein Speicherelement zum Speichern von Korrektursignalen zum Korrigieren des Geräusches mit festem Muster.
JP 09 046597 beschreibt einen Festkörperbildaufnahmewandler und ein Antriebsverfahren dafür, wobei Geräusch mit festem Muster unter Benutzung von Lastkondensatoren eliminiert wird.
JP 4154282 beschreibt einen Festkörperbildaufnahmewandler, der derart angeordnet ist, dass er Geräusch reduziert und eine numerische Apertur verbessert, indem ein Geräuschentfernungsmittel für jede vertikale Linie installiert wird.
JP 4290081 beschreibt einen Festkörperbildaufnahmewandler, der derart angeordnet ist, dass er die Schaltgeschwindigkeit bei horizontalen Abtastvorgängen beschleunigt, indem eine Pufferfunktion und eine horizontale Gatterschaltung in einem FET eines Sourcefolgers einbezogen wird und indem ein Ausgangskreis mit niedriger Impedanz bereitgestellt wird.
JP 2268063 beschreibt einen fotoelektrischen Wandler, der derart angeordnet ist, dass er eine Pegelminderung in einem Auslesesignal verhindert und den Kreisaufbau des Auslesesystems vereinfacht, indem Vielfachladungsspeicherelemente mit einem Ladungsspeichermittel und einem Schaltmittel zu einer gemeinsamen Signalleitung in Reihe geschaltet werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Das herkömmliche Beispiel, das oben erwähnt wurde, ist jedoch insofern problematisch, als dass der Rauschabstand nach der Verstärkung nicht günstig ist, da er keine Signalverarbeitung durchführt, um das Geräusch zu eliminieren, das nach der Umwandlung erfolgt, bei der die Stromsignale von den Integrationsschaltungen und dergleichen integriert werden, damit sich Spannungssignale ergeben. Des Weiteren besteht die Wahrscheinlichkeit, da gegen die Offsetschwankungen, die Verstärkern eigen sind, welche konstituierende Kreise der Integrationsschaltungen sind, keine Gegenmaßnahmen genommen werden, dass im Ergebnis der A/D-Wandlung geringe Offsetfehler auftreten.
Um diese oben erwähnten Probleme zu überwinden, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Festkörperbildwandler bereitzustellen, der einen ausgezeichneten Geräuschabstand aufweist, keine Offsetfehler ergibt, selbst wenn seine Verstärker Offsetschwankungen aufweisen, und ein kleines Kreisausmaß aufweist.
Nach der Erfindung wird ein Festkörperbildwandler nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Der Festkörperbildwandler nach der vorliegenden Erfindung umfasst: (1) einen Fotodetektor, umfassend eine fotoelektrische Umwandlungsvorrichtung zur Umwandlung eines eingehenden optischen Signals in ein Stromsignal und einen Schalter zur Ausgabe des Stromsignals an ein Ausgabeterminal; (2) eine Integrationsschaltung zur Eingabe und Integration des Stromsignals, das von dem Ausgabeterminal des Fotodetektors ausgegeben wird, um ein Spannungssignal an ein Ausgabeterminal davon auszugeben; und (3) eine Signalverarbeitungseinheit zur Verarbeitung des Spannungssignals von der Integrationsschaltung; wobei die Signalverarbeitungseinheit umfasst: (3a) eine Integrationsschaltung mit variabler Kapazität mit einem Kondensator zur Eingabe des aus dem Ausgabeterminal der Integrationsschaltung ausgegebenen Spannungssignals, einen Verstärker zur Eingabe des aus dem Kondensator ausgegebenen Spannungssignals in ein Eingabeterminal, einen Teil mit variabler Kapazität, der zwischen dem Eingabe- und Ausgabeterminal des Verstärkers befindlich ist, und der einen variablen Kapazitätswert aufweist, und einen Rücksetzschalter, der zwischen dem Eingabe- und Ausgabeterminal des Verstärkers befindlich ist, wobei die Integrationsschaltung mit variabler Kapazität aus dem Ausgabeterminal des Verstärkers ein integriertes Signal ausgibt, das einen Wert aufweist, der einer Änderung des Spannungssignals, das in den Kondensator eingegeben wird, entspricht; (3b) einen Vergleicher zur Eingabe des integrierten Signals, das aus der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität ausgegeben wird, zum Vergleich des Wertes des integrierten Signals mit einem Bezugswert hinsichtlich Größe und zur Ausgabe eines Vergleichsergebnissignals; und (3c) einen Kapazitätssteuerteil zur Eingabe des Vergleichsergebnissignals, das aus dem Vergleicher ausgegeben wird, zur Steuerung des Kapazitätswerts des Teils mit variabler Kapazität gemäß dem Vergleichsergebnissignal und zur Ausgabe eines ersten digitalen Signals, das dem Kapazitätswert des Teils mit variabler Kapazität entspricht, wenn gemäß dem Vergleichsergebnissignal bestimmt wird, dass der Wert des integrierten Signals mit dem Bezugswert bei einer vorbestimmten Auflösung übereinstimmt.
Als Erstes ist nach diesem Festkörperbildwandler als sein anfänglicher Zustand der Schalter des Fotodetektors offen, wohingegen die Integratorschaltung in ihrem zurückgesetzten Zustand ist. Des Weiteren ist der Rücksetzschalter in der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität geschlossen, sodass Letztgenannte zurückgesetzt wird, wobei der Kapazitätswert des Teils mit variabler Kapazität anfänglich festgesetzt wird. Danach wird die Integrationsschaltung in einen Zustand geführt, der zur Integration fähig ist, und der Rücksetzschalter in der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität wird nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit ab dann geöffnet. Wenn dann der Schalter des Fotodetektors geschlossen wird, wird das Stromsignal, das der Menge an einfallendem Licht entspricht, welches von der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung erfasst wird, in die Integrationsschaltung eingegeben und von dieser integriert, wobei ein Spannungssignal aus der Integrationsschaltung ausgegeben wird. Das Spannungssignal, das aus der Integrationsschaltung ausgegeben wird, wird in den Kondensator der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität eingegeben, eine Änderung des Spannungssignals, das in den Kondensator eingegeben wurde, wird in den Verstärker eingegeben und die elektrische Ladung, die der Änderung des Spannungssignals und des Kapazitätswertes des Teils mit variabler Kapazität entspricht, fließt in den Teil mit variabler Kapazität. Infolgedessen wird ein integriertes Signal mit einem Wert, der der Änderung des Spannungssignals entspricht, das in den Kondensator eingegeben wurde, aus der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität ausgegeben.
Das integrierte Signal, das aus der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität ausgegeben wird, wird in den Vergleicher eingegeben, der den Wert des integrierten Signals mit einem Bezugswert hinsichtlich Größe vergleicht, wobei ein Vergleichsergebnissignal infolge des Vergleichs aus dem Vergleicher ausgegeben wird. Das Vergleichsergebnissignal wird in den Kapazitätssteuerteilabschnitt eingegeben, der den Kapazitätswert des Teils mit variabler Kapazität gemäß dem Vergleichsergebnissignal steuert. Und zwar setzt ein Rückführkreis, der aus dem Integrationsschaltkreis mit variabler Kapazität, dem Vergleicher und dem Kapazitätssteuerteilabschnitt gebildet ist, wiederholt den Kapazitätswert des Teils mit variabler Kapazität fest und vergleicht den Wert des integrierten Signals mit dem Bezugswert hinsichtlich Größe, bis der Kapazitätssteuerteilabschnitt bestimmt, dass der Wert des integrierten Signals und der Bezugswert miteinander bei einer vorbestimmten Auflösung übereinstimmen. Wenn der Kapazitätssteuerteilabschnitt bestimmt, dass der Wert des integrierten Signals und der Bezugswert miteinander bei einer vorbe stimmten Auflösung übereinstimmen, dann wird ein erstes digitales Signal, das dem Kapazitätswert des Teils mit variabler Kapazität entspricht, aus dem Kapazitätssteuerteilabschnitt ausgegeben. Und zwar weist die Signalverarbeitungseinheit, welche die Integrationsschaltung mit variabler Kapazität, den Vergleicher und den Kapazitätssteuerteilabschnitt umfasst, eine CDS (Correlated Double Sampling, korrelierte Doppelabtastung) Funktion zur Eliminierung von Offsetfehlern und eine A/D-Wandlungsfunktion zur Umwandlung von analogen Signalen in digitale Signale auf.
Unter Benutzung einer derartig konstruierten Signalverarbeitungseinheit mit einer CDS-Funktion und A/D-Wandlungsfunktion ermöglicht das Durchführen von Verbesserungen des Rauschabstands und von Unterdrückung von Offsetfehlern mit einer einfachen Schaltungskonfiguration. Es ist infolgedessen ebenfalls möglich, ein kleineres gesamtes Schaltungsausmaß und eine kleinere Chipgröße zu erhalten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematischer Schaltplan des Festkörperbildwandlers nach einer ersten Ausführungsform;
2 ist ein schematischer Schaltplan einer Integrationsschaltung mit variabler Kapazität;
3A bis 3D sind erläuternde Ansichten von Vorgängen des Festkörperbildwandlers nach der ersten Ausführungsform;
4 ist ein weiterer schematischer Schaltplan der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität;
5 ist ein Blockschaltbild des Festkörperbildwandlers nach einer zweiten Ausführungsform, die nicht Teil der beanspruchten Erfindung ist;
6 ist ein Blockschaltbild des Festkörperbildwandlers nach einer dritten Ausführungsform; und
7 ist ein Blockschaltbild des Festkörperbildwandlers nach einer vierten Ausführungsform.
BESTE VORGEHENSWEISEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen erklärt. In der Erklärung der Zeichnungen werden miteinander identische Bestandteile mit denselben, miteinander identischen Bezugsziffern bezeichnet, ohne dass dabei ihre überschneidenden Beschreibungen wiederholt werden.
Erste Ausführungsform
Als Erstes wird eine erste Ausführungsform des Festkörperbildwandlers nach der vorliegenden Erfindung erklärt. 1 ist ein schematischer Schaltplan des Festkörperbildwandlers nach der ersten Ausführungsform. Diese Zeichnung zeigt die Konfiguration einer einzelnen Säule eines zweidimensional angeordneten Fotodetektorarrays oder die Konfiguration eines eindimensional angeordneten Fotodetektorarrays. Im Folgenden wird die Konfiguration einer einzelnen Säule eines zweidimensional angeordneten Fotodetektorarrays erklärt und die einzelne Säule des Fotodetektorarrays wird als vertikaler Fotodetektionsteilabschnitt 11 bezeichnet.
Im vertikalen Fotodetektionsteilabschnitt 11 sind Fotodetektoren 12_i (i = 1 bis L) angeordnet. Jeder der Fotodetektoren 12_i (i = 1 bis L) umfasst eine fotoelektrische Umwandlungsvorrichtung 13 und einen Schalter 14. Jede der jeweiligen fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen 13 der Fotodetektoren 12_i (i = 1 bis L) ist beispielsweise eine Fotodiode, die ein geerdetes Anodenterminal aufweist und ein Stromsignal ausgibt, das seinem erfassten eingehenden optischen Signal entspricht. Jeder der jeweiligen Schalter 14 der Fotodetektoren 12i (i = 1 bis L) öffnet und schließt sich gemäß einem vertikalen Abtastsignal, sodass ein Stromsignal, das von dem Kathodenterminal seiner entsprechenden fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung 13 ausgegeben wird, eingegeben wird und dieses Signal an ein allgemein verbundenes Signalausgabeterminal ausgegeben wird. Zwei oder mehr Schalter 14 der Fotodetektoren 12i (i = 1 bis L) öffneten sich nicht zum gleichen Zeitpunkt.
Ein Schalter 20 gibt das Stromsignal, das aus dem allgemeinen Ausgabeterminal des vertikalen Fotodetektionsteilabschnitts 11 ausgegeben wird, in sein Eingabeterminal ein und gibt, wenn er geschlossen ist, das Stromsignal an sein Ausgabeterminal aus.
Eine Integrationsschaltung 30 gibt das Stromsignal, das aus dem Ausgabeterminal des Schalters 20 ausgegeben wird, ein, integriert das Stromsignal und gibt das resultierende Spannungssignal an ihr Ausgabeterminal aus. Die Integrationsschaltung 30 umfasst einen ladungsempfindlichen Verstärker 31, einen Kondensator 32 und einen Rücksetzschalter 33. Der ladungsempfindliche Verstärker 31 weist ein geerdetes „+" Eingabeterminal und ein „–" Eingabeterminal zur Eingabe des Stromsignals auf. Der Kondensator 32 ist zwischen dem „–" Eingabeterminal und dem Ausgabeterminal des ladungsempfindlichen Verstärkers 31 angeordnet und speichert das eingegebene Stromsignal, d. h. die elektrische Ladung. Der Schalter 33 ist zwischen dem „–" Eingabeterminal und dem Ausgabeterminal des ladungsempfindlichen Verstärkers 31 angeordnet, bewirkt, dass der Kondensator 32 die elektrische Ladung beim Öffnen speichert, und setzt die Speicherung der elektrischen Ladung des Kondensators 32 beim Schließen zurück.
Ein Schalter 40 gibt das Spannungssignal, das aus dem Ausgabeterminal der Integrationsschaltung 30 ausgegeben wird, in sein Eingabeterminal ein und gibt dieses Spannungssignal beim Schließen in das Ausgabeterminal aus.
Eine Integrationsschaltung 50 mit variabler Kapazität gibt das Spannungssignal, das aus dem Ausgabeterminal des Schalters 40 ausgegeben wurde, ein. Die Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 umfasst einen Kondensator 51, einen Verstärker 52, einen Teil mit variabler Kapazität 53 und einen Rücksetzschalter 54. Der Kondensator 51 ist zwischen dem Ausgabeterminal des Schalters 40 und dem „–" Eingabeterminal des Verstärkers 52 angeordnet. Das „+" Eingabeterminal des Verstärkers 52 ist geerdet, wohingegen das Spannungssignal vom Kondensator 51 in das „–" Eingabeterminal eingegeben wird. Der Teil mit variabler Kapazität 53 weist eine variable Kapazität auf, die steuerbar ist; und ist derart zwischen dem „–" Eingabeterminal und dem Ausgabeterminal des Verstärkers 52 angeordnet, um elektrische Ladung gemäß dem eingegebenen Spannungssignal zu speichern. Der Schalter 54 ist zwischen dem „–" Eingabeterminal und dem Ausgabeterminal des Verstärkers 52 angeordnet, bewirkt, dass der Teil mit variabler Kapazität 53 die elektrische Ladung beim Öffnen speichert, und setzt die Speicherung der elektrischen Ladung im Teil mit variabler Kapazität 53 beim Schließen zurück. Die Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 gibt das Spannungssignal, das aus dem Ausgabeterminal des Schalters 40 ausgegeben wird, ein, integriert es gemäß dem Kapazitätswert des Teils mit variabler Kapazität 53 und gibt ein integriertes Signal aus, das ein Ergebnis der Integration ist.
Ein Vergleicher 60 gibt das integrierte Signal, das aus der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 ausgegeben wurde, in sein „–" Eingabeterminal ein, wobei sein „+" Eingabeterminal auf ein Bezugspotenzial V_ref festgesetzt wird, vergleicht den Wert des integrierten Signals mit dem Bezugspotenzial V_ref hinsichtlich Größe und gibt ein Ver gleichsergebnissignal infolge des Vergleichs aus.
Ein Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 gibt das Vergleichsergebnissignal, das aus dem Vergleicher 60 ausgegeben wird, ein, gibt ein Kapazitätsbefehlssignal C zur Steuerung des Kapazitätswertes des Teils mit variabler Kapazität 53 gemäß dem Vergleichsergebnissignal aus und gibt ein erstes digitales Signal aus, das dem Kapazitätswert des Teils mit variabler Kapazität 53 entspricht, wenn gemäß dem Vergleichsergebnissignal bestimmt wird, dass der Wert des integrierten Signals und das Bezugspotenzial V_ref miteinander bei einer vorbestimmten Auflösung übereinstimmen.
Ein Ausleseteilabschnitt 80 gibt das erste digitale Signal, das aus dem Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 ausgegeben wird, ein und gibt ein zweites digitales Signal, das dem ersten digitalen Signal entspricht, aus. Das zweite digitale Signal gibt einen Wert an, der erhalten wird, wenn der Offsetwert der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 aus dem Wert des ersten digitalen Signals eliminiert wird. Der Ausleseteilabschnitt 80 ist zum Beispiel ein Speicherelement und gibt das erste digitale Signal als eine Adresse ein, wohingegen im Speicherelement bei dieser Adresse gespeicherte Daten als zweites digitales Signal ausgegeben werden. Dieses zweite digitale Signal wird ein optisches Detektionssignal, das aus dem Festkörperbildwandler gemäß dieser Ausführungsform ausgegeben wird.
Eine Signalverarbeitungseinheit 100 ist aus einem Satz der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50, dem Vergleicher 60, dem Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 und dem Ausleseteilabschnitt 80 gebildet. Die Signalverarbeitungseinheit 100 weist eine CDS-Funktion zur Eliminierung von Offsetfehlern und eine A/D-Wandlungsfunktion zur Umwandlung analoger Signale in digitale Signale auf.
Ferner ist ein Zeitsteuerteilabschnitt (nicht dargestellt) bereitgestellt. Der Zeitsteuerteilabschnitt steuert die jeweiligen Schalter 14 der Fotodetektoren 12i (i = 1 bis L), des Schalters 20, des Rücksetzschalters 33 der Integrationsschaltung 30, des Schalters 40 und des Rücksetzschalters 54 der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50, um sie an ihren vorbestimmten Zeitpunkten öffnen und schließen zu lassen und ebenfalls den Betrieb des Kapazitätssteuerteilabschnitts 70 zu steuern.
2 ist ein schematischer Schaltplan der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50. Dieser Schaltplan zeigt eine Schaltungskonfiguration, die mit einer A/D-Wandlungsfunktion ausgestattet ist, die eine Auflösung von 1/2⁴ = 1/16 aufweist, wobei diese Schaltungskonfiguration für die folgende Erklärung benutzt wird.
Wie in 2 gezeigt, umfasst der Teil mit variabler Kapazität 53 Kondensatoren C1 bis C4, Schalter SW11 bis SW14 und Schalter SW21 bis SW24. Der Kondensator C1 und der Schalter SW11 sind hinsichtlich einander kaskadiert und sind zwischen dem „–" Eingabeterminal und dem Ausgabeterminal des Verstärkers 52 angeordnet. Der Schalter SW21 ist zwischen der Erde und dem Knoten zwischen dem Kondensator C1 und dem Schalter SW11 angeordnet. Der Kondensator C2 und der Schalter SW12 sind hinsichtlich einander kaskadiert und sind zwischen dem „–" Eingabeterminal und dem Verstärker 52 angeordnet. Der Schalter SW22 ist zwischen der Erde und dem Knoten zwischen dem Kondensator C2 und dem Schalter SW12 angeordnet. Der Kondensator C3 und der Schalter SW13 sind hinsichtlich einander kaskadiert und sind zwischen dem „–" Eingabeterminal und dem Ausgabeterminal des Verstärkers 52 angeordnet. Der Schalter SW23 ist zwischen der Erde und dem Knoten zwischen dem Kondensator C3 und dem Schalter SW13 angeordnet. Der Kondensator C4 und der Schalter SW14 sind hinsichtlich einander kaskadiert und sind zwischen dem „–" Eingabeterminal und dem Ausgabeterminal des Verstärkers 52 angeordnet. Der Schalter SW24 ist zwischen der Erde und dem Knoten zwischen dem Kondensator C4 und dem Schalter SW14 angeordnet.
Die Schalter SW11 bis SW14 öffnen und schließen sich gemäß den jeweiligen Werten von C₁₁ bis C₁₄ des Kapazitätsbefehlssignals C, das aus dem Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 ausgegeben wird. Die Schalter SW21 bis SW24 öffnen und schließen sich gemäß den jeweiligen Werten von C₂₁ bis C₂₄ des Kapazitätsbefehlssignals C, das aus dem Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 ausgegeben wird. Die Kapazitätswerte C1 bis C₄ der Kondensatoren C1 bis C4 entsprechen den folgenden Verhältnissen: C1 = 2C2 = 4C3 = 8C4 C1 + C2 + C3 + C4 = C0
Der Festkörperbildwandler nach dieser Ausführungsform funktioniert wie folgt. 3A bis 3D sind erläuternde Ansichten von Vorgängen des Festkörperbildwandlers nach dieser ersten Ausführungsform. Im Folgenden wird angenommen, dass jeder der Schalter 20 und 40 jeweils immer geschlossen ist.
Zunächst werden beim Festkörperbildwandler gemäß dieser Ausführungsform die jeweiligen Schalter 14 der Fotodetektoren 12i (i = 1 bis L) geöffnet. Der Schalter 33 der Integrationsschaltung 30 wird geschlossen, wodurch die Integrationsschaltung 30 in ihren Rücksetzzustand gebracht wird. Der Schalter 54 der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 wird geschlossen, wodurch die Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 in ihren Rücksetzzustand gebracht wird. Ebenfalls wird jeder Schalter SW11 bis SW14 der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 geschlossen, wohingegen jeder der Schalter SW21 bis SW24 der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 geöffnet wird, wodurch der Kapazitätswert des Teils mit variab ler Kapazität 50 auf C₀ gesetzt wird. In diesem Zustand wird der Schalter 33 der Integrationsschaltung 30 geöffnet, um somit die Integrationsvorgänge in der Integrationsschaltung 30 zu ermöglichen. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt eine Offsetspannung, die ein Schaltgeräusch wird, in der Integrationsschaltung 30 aufgrund der Tätigkeit der parasitären Kapazität des Schalters 33.
Der Schalter 54 wird nach einer geringen Zeitverzögerung ΔTd von dem Zeitpunkt, ab dem der Schalter 33 geöffnet wurde, geöffnet. Infolgedessen variiert der Spannungspegel am Ausgabeterminal der Integrationsschaltung 50 relativ, in Form der Eliminierung des Offsetpegels der Integrationsschaltung 30, um eine Menge, die der anschließend erfolgenden fotoelektrischen Ladung entspricht. Und zwar erfolgt eine sogenannte CDS (Correlated Double Sampling, korrelierte Doppelabtastung) Wirkung.
Anschließend wird lediglich der Schalter 14 des ersten Fotodetektors 12₁ im vertikalen Fotodetektionsteilabschnitt 11 geschlossen. Infolgedessen wird die elektrische Ladung, die aufgrund des einfallenden Lichts in der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung 13 des Fotodetektors 12₁ gespeichert ist, wird bisher als Stromsignal vom allgemeinen Signalausgabeterminal des vertikalen Fotodetektionsteilabschnitts 11 ausgegeben, in die Integrationsschaltung 30 mittels des Schalters 20 eingegeben und durch die Integrationsschaltung 30 integriert, um als Spannungssignal ausgegeben zu werden.
Das Spannungssignal, das aus der Integrationsschaltung 30 ausgegeben wurde, wird in die Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 mittels des Schalters 40 eingegeben. Das in den Kondensator 51 der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 eingegebene Spannungssignal ändert sich um die Menge an Änderung in der Ausgabespannung, die der fotoelektrischen Ladung in der Integrationsschaltung 30 entspricht und eine elektrische Ladung Q, die der Spannungsänderung entspricht und der Kapazitätswert Co des Teils mit variabler Kapazität 53 fließt in den Teil mit variabler Kapazität 53 (siehe 3A).
Anschließend öffnet der Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 die Schalter SW12 bis SW14 des Teils mit variabler Kapazität 53 und schließt dann die Schalter SW22 bis SW24 davon (siehe 3B). Infolgedessen wird der Kapazitätswert des Teils mit variabler Kapazität 53 C₁, wodurch der Wert V_sb des integrierten Signals, das aus der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 ausgegeben wird, Folgender ist: Vsb = Q/C1
Dieses integrierte Signal wird in den Vergleicher 60 eingegeben und sein Wert wird mit einem Bezugspotenzial V_REF hinsichtlich Größe verglichen.
Wenn V_sb > V_REF ist, dann öffnet der Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 als Reaktion auf dieses Ergebnis des Vergleichs den Schalter SW22 des Teils mit variabler Kapazität 53 und schließt dann den Schalter SW12 (siehe 3C). Infolgedessen wird der Kapazitätswert des Teils mit variabler Kapazität 53 C₁ + C₂, wodurch der Wert V_sc des integrierten Signals, das aus der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 ausgegeben wird, Folgender ist: Vsc = Q/(C1 + C2)
Dieses integrierte Signal wird in den Vergleicher 60 eingegeben und sein Wert wird mit einem Bezugspotenzial V_REF hinsichtlich Größe verglichen.
Wenn V_sb < V_REF ist, dann öffnet der Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 als Reaktion auf dieses Ergebnis des Vergleichs die Schalter SW11 und SW22 des Teils mit variabler Kapazi tät 53 und schließt dann die Schalter SW12 und SW21 (siehe 3D). Infolgedessen wird der Kapazitätswert des Teils mit variabler Kapazität 53 C₂, wodurch der Wert V_sd des integrierten Signals, das aus der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 ausgegeben wird, Folgender ist: Vsd = Q/C2
Dieses integrierte Signal wird in den Vergleicher 60 eingegeben und sein Wert wird mit einem Bezugspotenzial V_REF hinsichtlich Größe verglichen.
Auf ähnliche Weise setzt infolgedessen ein Rückführkreis, der aus dem Integrationsschaltkreis mit variabler Kapazität 50, dem Vergleicher 60 und dem Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 gebildet ist, wiederholt den Kapazitätswert des Teils mit variabler Kapazität 53 fest und vergleicht den Wert des integrierten Signals mit dem Bezugswert V_ref hinsichtlich Größe, bis der Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 bestimmt, dass der Wert des integrierten Signals und das Bezugspotenzial V_ref miteinander bei einer vorbestimmten Auflösung übereinstimmen. Nachdem die Kapazitätssteuerung für alle Kondensatoren C1 bis C4 im Teil mit variabler Kapazität 53 so vollführt worden ist, gibt der Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 ein digitales Signal aus, das dem endgültigen Kapazitätswert des Teils mit variabler Kapazität 53 in Richtung des Ausleseteilabschnitts 80 entspricht.
Im Ausleseteilabschnitt 80 wird das vom Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 ausgegebene digitale Signal als eine Adresse eingegeben und die im Speicherelement an dieser Adresse gespeicherten digitalen Daten werden als optisches Detektionssignal des Festkörperbildwandlers gemäß dieser Ausführungsform ausgegeben.
Zu einem Zeitpunkt, zu dem angenommen wird, dass die fotoelektrische Umwandlungsvorrichtung 13 des ersten Fotodetek tors 12₁ im vertikalen Fotodetektionsteilabschnitt 11 ihre elektrische Ladung vollständig freigegeben hat, wird der Schalter 14 des Fotodetektors 12₁ geöffnet. Nachdem das optische Detektionssignal, das dem ersten Fotodetektor 12₁ im vertikalen Fotodetektionsteilabschnitt 11 entspricht, vollständig ausgelesen worden ist, wird der Schalter 33 der Integrationsschaltung 30 geschlossen, wodurch die Integrationsschaltung 30 in ihren Rücksetzzustand gebracht wird. Der Schalter 54 der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 wird geschlossen, wodurch die Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 in ihren Rücksetzzustand gebracht wird. Ebenfalls wird jeder Schalter SW11 bis SW14 der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 geschlossen, wohingegen jeder der Schalter SW21 bis SW24 geöffnet wird, wodurch der Kapazitätswert des Teils mit variabler Kapazität 53 auf C₀ gesetzt wird. In diesem Zustand wird der Schalter 33 der Integrationsschaltung 30 geöffnet, um somit die Integrationsvorgänge in der Integrationsschaltung 30 zu ermöglichen. Anschließend wird wie beim ersten Fotodetektor 12₁ im vertikalen Fotodetektionsteilabschnitt 11 das optische Detektionssignal, das dem zweiten Fotodetektor 12₂ im vertikalen Fotodetektionsteilabschnitt 11 entspricht, ausgelesen. Dasselbe gilt für den i-ten Fotodetektor 12_i (i = 3 bis L) im vertikalen Fotodetektionsteilabschnitt 11.
Ohne Einschränkung auf die in 2 gezeigte Schaltungskonfiguration kann der Teil mit variabler Kapazität 53 der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 andere Schaltungskonfigurationen aufweisen. 4 ist ein weiterer schematischer Schaltplan der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50. Wenn die Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 eine wie in dieser Zeichnung gezeigte Schaltungskonfiguration aufweist, kann der Festkörperbildwandler einen günstigen Rauschabstand sicherstellen, selbst wenn die in der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung 13 gespeicherte elektrische Ladung sehr gering ist.
Der Teil mit variabler Kapazität 53 dieser Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 umfasst Kondensatoren C1 bis C4, Schalter SW11 bis SW14, Schalter SW21 bis SW24, Schalter SW31 bis SW33 und Schalter SW41 bis SW43. Der Schalter SW31, der Kondensator C1 und der Schalter SW11 sind hinsichtlich einander aufeinanderfolgend in dieser Reihenfolge kaskadiert und sind zwischen dem „–" Eingabeterminal und dem Ausgabeterminal des Verstärkers 52 angeordnet. Der Schalter SW21 ist zwischen der Erde und dem Knoten zwischen dem Kondensator C1 und dem Schalter SW11 angeordnet. Der Schalter SW41 ist zwischen der Erde und dem Knoten zwischen dem Kondensator C1 und dem Schalter SW31 angeordnet. Dasselbe gilt für den Schalter SW32, Kondensator C2, Schalter SW12, Schalter SW22 und Schalter SW42. Dasselbe gilt für den Schalter SW33, Kondensator C3, Schalter SW13, Schalter SW23 und Schalter SW43. Der Kondensator C4 und der Schalter SW14 sind hinsichtlich einander kaskadiert und sind zwischen dem „–" Eingabeterminal und dem Ausgabeterminal des Verstärkers 52 angeordnet. Der Schalter SW24 ist zwischen der Erde und dem Knoten zwischen dem Kondensator C4 und dem Schalter SW14 angeordnet.
Die Schalter SW11 bis SW14 öffnen und schließen sich gemäß den jeweiligen Werten von C₁₁ bis C₁₄ des Kapazitätsbefehlssignals C, das aus dem Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 ausgegeben wird. Die Schalter SW21 bis SW24 öffnen und schließen sich gemäß den jeweiligen Werten von C₂₁ bis C₂₄ des Kapazitätsbefehlssignals C, das aus dem Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 ausgegeben wird. Die Schalter SW31 bis SW33 öffnen und schließen sich gemäß den jeweiligen Werten von C₃₁ bis C₃₃ des Kapazitätsbefehlssignals C, das aus dem Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 ausgegeben wird. Die Schalter SW41 bis SW43 öffnen und schließen sich gemäß den jeweiligen Werten von C₄₁ bis C₄₃ des Kapazitätsbefehlssignals C, das aus dem Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 ausgegeben wird.
Der Festkörperbildwandler, der die Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 mit der in 4 gezeigten Schaltungskonfiguration aufweist, funktioniert wie folgt.
Zunächst werden beim Festkörperbildwandler gemäß dieser Ausführungsform die jeweiligen Schalter 14 der Fotodetektoren 12i (i = 1 bis L) geöffnet. Der Schalter 33 der Integrationsschaltung 30 wird geschlossen, wodurch die Integrationsschaltung 30 in ihren Rücksetzzustand gebracht wird. Der Schalter 40 wird geöffnet. Der Schalter 54 der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 wird geschlossen, wodurch die Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 in ihren Rücksetzzustand gebracht wird, und dann wird der Schalter 54 geöffnet. Ebenfalls wird jeder Schalter SW11 bis SW14 und die Schalter SW41 bis SW43 der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 geschlossen, wohingegen jeder der Schalter SW21 bis SW24 und die Schalter SW31 bis SW33 geöffnet werden, wodurch der Kapazitätswert des Teils mit variabler Kapazität 53 auf C4 gesetzt wird. In diesem Zustand wird der Schalter 33 der Integrationsschaltung 30 geöffnet, wodurch die Integrationsvorgänge in der Integrationsschaltung 30 gestartet werden.
Anschließend wird lediglich der Schalter 14 des ersten Fotodetektors 12₁ im vertikalen Fotodetektionsteilabschnitt 11 geschlossen. Infolgedessen wird die elektrische Ladung, die aufgrund des einfallenden Lichts in der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung 13 des Fotodetektors 12₁ gespeichert ist, wird bisher als Stromsignal vom allgemeinen Signalausgabeterminal des vertikalen Fotodetektionsteilabschnitts 11 ausgegeben, in die Integrationsschaltung 30 mittels des Schalters 20 eingegeben und durch die Integrationsschaltung 30 integriert, um als Spannungssignal ausgegeben zu werden.
Dann wird Schalter 40 geschlossen. Infolgedessen wird das Spannungssignal, das aus der Integrationsschaltung 30 ausgegeben wurde, in die Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 mittels des Schalters 40 eingegeben. Da der Schalter 40 geschlossen ist, ändert sich das Spannungssignal, das in den Kondensator 51 der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 eingegeben wurde, drastisch, und die Änderung des Spannungssignals wird in den Verstärker 52 vom Kondensator 51 eingegeben. Und zwar fließt eine elektrische Ladung Q, die der Änderung des eingegebenen Spannungssignals und dem Kapazitätswert C₄ des Teils mit variabler Kapazität 53 entspricht, in den Teil mit variabler Kapazität 53. Zu diesem Zeitpunkt ist der Wert V_s des integrierten Signals, das aus der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50 ausgegeben wird: VS = Q/C4
Anschließend wird jeder der Schalter SW41 bis SW43 geöffnet und dann wird jeder der Schalter SW31 bis SW33 geschlossen, um zu bewirken, dass der Teil mit variabler Kapazität 53 einen Kapazitätswert von C₀ erreicht. Selbst nach derartigen Änderungen ändern sich die Verhältnisse unter Spannungen zwischen beiden Enden der Kondensatoren C1 bis C3 nicht, sodass im Wert des integrierten Signals V_s keine Änderung vorkommt, wodurch die gesamte elektrische Ladung, die in den Kondensatoren C1 bis C4 vorkommt, Folgende ist: Q' = Q(C0/C4)
Und zwar ist die elektrische Ladung, die im Teil mit variabler Kapazität 53 gespeichert ist, (C₀/C₄) Mal diejenige, die im Falle von 2 gezeigt ist. Anschließend, wie im Falle von 2, werden die jeweiligen optischen Detektionssignale, die den i-ten Fotodetektoren 12_i (i = 1 bis L) in dem vertikalen Fotodetektionsteilabschnitt 11 entsprechen, sequenziell ausgelesen. Infolgedessen kann ein günstiger Rauschabstand sichergestellt werden, selbst wenn die in der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung 13 gespei cherte elektrische Ladung äußerst klein ist.
Da die Signalverarbeitungseinheit 100, die aus einem Satz der Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50, dem Vergleicher 60, dem Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 und dem Ausleseteilabschnitt 80 gebildet ist, eine CDS-Funktion und eine A/D-Wandlungsfunktion aufweist, wie vorher erwähnt, kann der Festkörperbildwandler nach dieser Ausführungsform eine Verbesserung des Rauschabstands und die Unterdrückung von Offsetfehlern mit einer einfachen Schaltungskonfiguration durchführen.
Hier können die vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11, die Integrationsschaltungen 30 und die Signalverarbeitungseinheiten 100 durch dieselbe Zahl bereitgestellt werden. Wie jedoch in nachfolgenden Ausführungsformen gezeigt wird, wird es bevorzugt, dass die Zahl M1 an vertikalem Fotodetektionsteilabschnitt 11, die Zahl M2 an Integrationsschaltungen 30 und die Zahl M3 an Signalverarbeitungseinheiten 100 die Verhältnisse M3 ≤ M2 ≤ M1, M3 ≤ M1aufweisen, während selektive Verbindungsmittel zum selektiven Verbinden von M1 Sätzen an vertikalen Fotodetektionsteilabschnitten 11, M2 Sätzen an Integrationsschaltungen 30 und M3 Sätzen an Signalverarbeitungseinheiten 100 miteinander ferner bereitgestellt werden können, da, wenn sie am selben Chip befestigt werden, jeweils die Zunahme am Ausmaß der am Chip befestigten Schaltung, die Zunahme des Chipbereichs und die Zunahme des Stromverbrauchs des Chips unterdrückt werden können. Hier werden als selektive Verbindungsmittel die Schalter 20 und 40 benutzt.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform des Festkörperbildwandlers, die nicht Teil der beanspruchten Erfindung ist, wird nun erklärt. 5 ist ein schematischer Schaltplan des Festkörperbildwandlers nach der zweiten Ausführungsform. Der Festkörperbildwandler nach dieser Ausführungsform umfasst eine Fotodetektionseinheit 10, in welcher vertikale Fotodetektionsteilabschnitte 11_j (j = 1 bis 16) angeordnet sind, Schalter 20_j (j = 1 bis 16), Integrationsschaltungen 30_j (j = 1 bis 16), Schalter 40_j (j = 1 bis 16), Schieberegisterteilabschnitte 91 bis 94 und Signalverarbeitungseinheiten 100_j (j = 1 bis 4). Obgleich die Zahlen der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11, der Schalter 20, Integrationsschaltungen 30 und Schalter 40 hier jeweils 16 sind, können sie durch eine größere Zahl bereitgestellt werden.
In der Fotodetektionseinheit 10 sind die Fotodetektoren 12 zweidimensional angeordnet. Und zwar sind in der Fotodetektionseinheit 10 die Fotodetektoren 12 in einer ersten Richtung angeordnet, um einen vertikalen Fotodetektionsteilabschnitt 11_j (j = 1 bis 16) zu bilden, wohingegen derartige vertikale Fotodetektionsteilabschnitte 11_j in einer zweiten Richtung angeordnet sind. Jeder der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11_j (j = 1 bis 16) weist eine derjenigen des vertikalen Fotodetektionsteilabschnitts 11 der ersten Ausführungsform ähnliche Konfiguration auf. Jede der Integrationsschaltungen 30_j (j = 1 bis 16) weist eine Konfiguration auf, die derjenigen der Integrationsschaltung 30 der ersten Ausführungsform ähnlich ist. Jede der Signalverarbeitungseinheiten 100_j (j = 1 bis 4) weist eine derjenigen der Signalverarbeitungseinheit 100 der ersten Ausführungsform ähnliche Konfiguration auf und umfasst eine Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50, einen Vergleicher 60, einen Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 und einen Ausleseteilabschnitt 80.
Jeder der Schalter 20_j (j = 1 bis 16) entspricht dem Schalter 20 der ersten Ausführungsform, wohingegen jeder der Schalter 40_j (j = 1 bis 16) dem Schalter 40 der ersten Ausführungsform entspricht. Die Schalter 20_j und 40_j (j = 1 bis 16) dienen auch als selektive Verbindungsmittel zum selektiven Verbinden der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11_j (j = 1 bis 16), Integrationsschaltungen 30_j (j = 1 bis 16) und Signalverarbeitungseinheiten 100_j (j = 1 bis 4) miteinander. Und zwar sind die Schalter 20_j (j = 1 bis 16) zwischen den jeweiligen allgemeinen Signalausgabeterminals der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11_j und den jeweiligen Eingabeterminals der Integrationsschaltungen 30_j angeordnet. Die Schalter 40j (j = 1, 5, 9, 13) sind außerdem zwischen ihren entsprechenden Ausgabeterminals der Integrationsschaltungen 30j und dem Eingabeterminal der Signalverarbeitungseinheit 100₁ angeordnet. Die Schalter 40_j (j = 2, 6, 10, 14) sind zwischen ihren entsprechenden Ausgabeterminals der Integrationsschaltungen 30_j und dem Eingabeterminal der Signalverarbeitungseinheit 100₂ angeordnet. Die Schalter 40_j (j = 3, 7, 11, 15) sind zwischen ihren entsprechenden Ausgabeterminals der Integrationsschaltungen 30_j und dem Eingabeterminal der Signalverarbeitungseinheit 100₃ angeordnet. Die Schalter 40_j (j = 4, 8, 12, 16) sind zwischen ihren entsprechenden Ausgabeterminals der Integrationsschaltungen 30_j und dem Eingabeterminal der Signalverarbeitungseinheit 100₄ angeordnet.
Die Schieberegisterteilabschnitte 91 bis 94 steuern ihre jeweiligen Schalter 20_j und 40_j (j = 1 bis 16), wobei sie als selektive Verbindungsmittel funktionieren, um sie zu öffnen und zu schließen. Ferner ist ein Zeitsteuerteilabschnitt (nicht dargestellt) bereitgestellt. Der Zeitsteuerteilabschnitt steuert die jeweiligen Schalter 14 der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11_j (j = 1 bis 16), die jeweiligen Rücksetzschalter 33 der Integrationsschaltungen 30_j (j = 1 bis 16) und die jeweiligen Rücksetzschalter 54 der Integrationsschaltungen mit variabler Kapazität 50 in den Signalverarbeitungseinheiten 100_j (j = 1 bis 4), um sie zu ihren vorherbestimmten Zeitpunkten zu öffnen und zu schließen, und steuert ebenfalls die Vorgänge der jeweili gen Kapazitätssteuerteilabschnitte 70 in den Signalverarbeitungseinheiten 100_j (j = 1 bis 4) und den Schieberegisterteilabschnitten 91 bis 94.
Der Festkörperbildwandler nach dieser Ausführungsform funktioniert wie folgt. Erstens schließen die jeweiligen Schieberegisterteilabschnitte 91 bis 94 lediglich die Schalter 20₁ , 20₂ , 20₃ und 20₄ in den Schaltern 20_j (j = 1 bis 16). Außerdem schließen sie lediglich die Schalter 40₁ , 40₂ , 40₃ und 40₄ in den Schaltern 40_j (j = 1 bis 16). Infolgedessen erreichen der vertikale Fotodetektionsteilabschnitt 11₁ , der Schalter 20₁ , die Integrationsschaltung 30₁ , der Schalter 40₁ und die Signalverarbeitungseinheit 100₁ die Konfiguration aus 1 nach der ersten Ausführungsform. Der vertikale Fotodetektionsteilabschnitt 11₂ , der Schalter 20₂ , die Integrationsschaltung 30₂ , der Schalter 40₂ und die Signalverarbeitungseinheit 100₂ erreichen ebenfalls die Konfiguration aus 1 nach der ersten Ausführungsform. Der vertikale Fotodetektionsteilabschnitt 11₃ , der Schalter 20₃ , die Integrationsschaltung 30₃ , der Schalter 40₃ und die Signalverarbeitungseinheit 100₃ erreichen ebenfalls die Konfiguration aus 1 nach der ersten Ausführungsform. Der vertikale Fotodetektionsteilabschnitt 11₄ , der Schalter 20₄ , die Integrationsschaltung 30₄ , der Schalter 40₄ und die Signalverarbeitungseinheit 100₄ erreichen ebenfalls die Konfiguration aus 1 nach der ersten Ausführungsform. Während diese vier Sätze parallel auf eine ähnliche Weise wie der Betrieb des Festkörperbildwandlers nach der ersten Ausführungsform arbeiten, werden digitale Signale, die den Mengen einfallenden Lichtes entsprechen, das von den einzelnen Fotodetektoren 12 in den vertikalen Fotodetektionsteilabschnitten 11_j (j = 1 bis 4) erfasst wird, aus den Signalverarbeitungseinheiten 100_k (k = 1 bis 4) gleichzeitig ausgegeben werden.
Anschließend schließen die jeweiligen Schieberegisterteilabschnitte 91 bis 94 lediglich die Schalter 20₅ , 20₆ , 20₇ und 20₈ in den Schaltern 20_j (j = 1 bis 16) und schließen lediglich die Schalter 40₅ , 40₆ , 40₇ und 40₈ in den Schaltern 40_j (j = 1 bis 16), wodurch digitale Signale, die den Mengen an einfallendem Licht entsprechen, das von den einzelnen Fotodetektoren 12 in den vertikalen Fotodetektionsteilabschnitten 11_j (j = 5, 6, 7, 8) erfasst wird, aus den Signalverarbeitungseinheiten 100_k (k = 1 bis 4) gleichzeitig ausgegeben werden.
Ferner schließen die jeweiligen Schieberegisterteilabschnitte 91 bis 94 lediglich die Schalter 20₉ , 20₁₀ , 20₁₁ und 20₁₂ in den Schaltern 20_j (j = 1 bis 16) und schließen lediglich die Schalter 40₉ , 40₁₀ , 40₁₁ und 40₁₂ in den Schaltern 40_j (j = 1 bis 16), wodurch digitale Signale, die den Mengen an einfallendem Licht entsprechen, das von den einzelnen Fotodetektoren 12 in den vertikalen Fotodetektionsteilabschnitten 11_j (j = 9, 10, 11, 12) erfasst wird, aus den Signalverarbeitungseinheiten 100_k (k = 1 bis 4) gleichzeitig ausgegeben werden.
Dann schließen die jeweiligen Schieberegisterteilabschnitte 91 bis 94 lediglich die Schalter 20₁₃ , 20₁₄ , 20₁₅ und 20₁₆ in den Schaltern 20_j (j = 1 bis 16) und schließen lediglich die Schalter 40₁₃ , 40₁₄ , 40₁₅ und 40₁₆ in den Schaltern 40_j (j = 1 bis 16), wodurch digitale Signale, die den Mengen an einfallendem Licht entsprechen, das von den einzelnen Fotodetektoren 12 in den vertikalen Fotodetektionsteilabschnitten 11_j (j = 13, 14, 15, 16) erfasst wird, aus den Signalverarbeitungseinheiten 100_k (k = 1 bis 4) gleichzeitig ausgegeben werden.
Wie im Vorhergehenden ergibt der Festkörperbildwandler nach dieser Ausführungsform nicht nur Wirkungen, die denjenigen ähnlich sind, die von dem Festkörperbildwandler nach der ersten Ausführungsform aufgezeigt werden, sonder auch die nachfolgenden Wirkungen. Und zwar wird beim herkömmlichen Festkörperbildwandler eine Signalverarbeitungseinheit für jeden vertikalen Fotodetektionsteilabschnitt auf einem Chip bereitgestellt, sodass jede Signalverarbeitungseinheit eine Breite aufweisen soll, die mit derjenigen des vertikalen Fotodetektionsteilabschnitts zum Vorteil des Chipgrundrisses identisch ist, wodurch jede Signalverarbeitungseinheit eine unidirektional lange Grundrissform aufweist. Die resultierende Chipgröße war groß. Beim Festkörperbildwandler nach dieser Ausführungsform ist hingegen die Anzahl an Signalverarbeitungseinheiten gesenkt worden, sodass das gesamte Schaltungsausmaß gering ist, was die Chipgröße verringert. Außerdem nimmt der Grad an Freiheit in einem Grundrissdesign jeder Signalverarbeitungseinheit zu, was ebenfalls die Chipgröße verringert. Ferner können, wie dargestellt, hinsichtlich der Anordnung der einzelnen vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte in der Fotodetektionseinheit die einzelnen Signalverarbeitungseinheiten in einem Seitenabschnitt auf einer Endseite der Fotodetektionseinheit parallel zur ersten Richtung angeordnet werden, wobei die Chipgröße kleiner wird und ein Bildsensor mit einer einem Quadrat ähnlichen Form umgesetzt werden kann.
Dritte Ausführungsform
Eine dritte Ausführungsform des Festkörperbildwandlers nach der vorliegenden Erfindung wird nun erklärt. 6 ist ein schematischer Schaltplan des Festkörperbildwandlers nach der dritten Ausführungsform. Der Festkörperbildwandler nach dieser Ausführungsform umfasst eine Fotodetektionseinheit 10, in welcher vertikale Fotodetektionsteilabschnitte 11_j (j = 1 bis 16) angeordnet sind, Schalter 20_j (j = 1 bis 16), Integrationsschaltungen 30_j (j = 1 bis 16), Schalter 40_j (j = 1 bis 16), Schieberegisterteilabschnitte 91 bis 94 und Signalverarbeitungseinheiten 100_j (j = 1 bis 4). Obgleich die Zahlen der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11, der Schalter 20 und der Schalter 40 jeweils 16 sind, während die Zahl der Integrationsschaltungen 30 hier 4 ist, können sie durch größere Zahlen bereitgestellt werden.
In der Fotodetektionseinheit 10 sind die Fotodetektoren 12 zweidimensional angeordnet. Und zwar sind in der Fotodetektionseinheit 10 die Fotodetektoren 12 in einer ersten Richtung angeordnet, um einen vertikalen Fotodetektionsteilabschnitt 11_j (j = 1 bis 16) zu bilden, wohingegen derartige vertikale Fotodetektionsteilabschnitte 11_j in einer zweiten Richtung angeordnet sind. Jeder der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11_j (j = 1 bis 16) weist eine ähnlich Konfiguration zu derjenigen des vertikalen Fotodetektionsteilabschnitts 11 der ersten Ausführungsform auf. Jede der Integrationsschaltungen 30_j (j = 1 bis 4) weist eine Konfiguration auf, die derjenigen der Integrationsschaltung 30 der ersten Ausführungsform ähnlich ist. Jede der Signalverarbeitungseinheiten 100_j (j = 1 bis 4) weist eine derjenigen der Signalverarbeitungseinheit 100 der ersten Ausführungsform ähnliche Konfiguration auf und umfasst eine Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50, einen Vergleicher 60, einen Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 und einen Ausleseteilabschnitt 80.
Jeder der Schalter 20_j (j = 1 bis 16) entspricht dem Schalter 20 der ersten Ausführungsform, wohingegen jeder der Schalter 40_j (j = 1 bis 16) dem Schalter 40 der ersten Ausführungsform entspricht. Die Schalter 20_j und 40_j (j = 1 bis 16) dienen auch als selektive Verbindungsmittel zum selektiven Verbinden der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11_j (j = 1 bis 16), Integrationsschaltungen 30_j (j = 1 bis 4) und Signalverarbeitungseinheiten 100_j (j = 1 bis 4) miteinander. Und zwar sind die Schalter 20_j (j = 1 bis 4) zwischen den jeweiligen allgemeinen Signalausgabeterminals der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11_j und dem Eingabeterminal der Integrationsschaltung 30₁ angeordnet. Die Schalter 20_j (j = 5 bis 8) sind zwischen den jeweiligen allgemeinen Signalausgabeterminals der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11_j und dem Einga beterminal der Integrationsschaltung 30₂ angeordnet. Die Schalter 20_j (j = 9 bis 12) sind zwischen den jeweiligen allgemeinen Signalausgabeterminals der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11_j und dem Eingabeterminal der Integrationsschaltung 30₃ angeordnet. Die Schalter 20_j (j = 13 bis 16) sind zwischen den jeweiligen allgemeinen Signalausgabeterminals der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11_j und dem Eingabeterminal der Integrationsschaltung 30₄ angeordnet. Die Schalter 40_j (j = 1 bis 4) sind zwischen dem Ausgabeterminal der Integrationsschaltung 30₁ und dem Eingabeterminal der Signalverarbeitungseinheit 100₁ angeordnet. Die Schalter 40_j (j = 5 bis 8) sind zwischen dem Ausgabeterminal der Integrationsschaltung 30₂ und dem Eingabeterminal der Signalverarbeitungseinheit 100₂ angeordnet. Die Schalter 40_j (j = 9 bis 12) sind zwischen dem Ausgabeterminal der Integrationsschaltung 30₃ und dem Eingabeterminal der Signalverarbeitungseinheit 100₃ angeordnet. Die Schalter 40_j (j = 13 bis 16) sind zwischen dem Ausgabeterminal der Integrationsschaltung 30₄ und dem Eingabeterminal der Signalverarbeitungseinheit 100₄ angeordnet.
Die Schieberegisterteilabschnitte 91 bis 94 steuern ihre jeweiligen Schalter 20_j und 40_j (j = 1 bis 16), wobei sie als selektive Verbindungsmittel funktionieren, um sie zu öffnen und zu schließen. Ferner ist ein Zeitsteuerteilabschnitt (nicht dargestellt) bereitgestellt. Der Zeitsteuerteilabschnitt steuert die jeweiligen Schalter 14 der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11_j (j = 1 bis 16), die jeweiligen Rücksetzschalter 33 der Integrationsschaltungen 30_j (j = 1 bis 4) und die jeweiligen Rücksetzschalter 54 der Integrationsschaltungen mit variabler Kapazität 50 in den Signalverarbeitungseinheiten 100_j (j = 1 bis 4), um sie zu ihren vorherbestimmten Zeitpunkten zu öffnen und zu schließen, und steuert ebenfalls die Vorgänge der jeweiligen Kapazitätssteuerteilabschnitte 70 in den Signalverarbeitungseinheiten 100_j (j = 1 bis 4) und den Schieberegis terteilabschnitten 91 bis 94.
Der Festkörperbildwandler nach dieser Ausführungsform funktioniert wie folgt. Erstens schließen die jeweiligen Schieberegisterteilabschnitte 91 bis 94 lediglich die Schalter 20₁ , 20₅ , 20₉ und 20₁₃ in den Schaltern 20_j (j = 1 bis 16) und schließen lediglich die Schalter 40₁ , 40₅ , 40₉ und 40₁₃ in den Schaltern 40_j (j = 1 bis 16). Infolgedessen erreichen der vertikale Fotodetektionsteilabschnitt 11₁ , der Schalter 20₁ , die Integrationsschaltung 30₁ , der Schalter 40₁ und die Signalverarbeitungseinheit 100₁ die Konfiguration aus 1 nach der ersten Ausführungsform. Außerdem erreichen der vertikale Fotodetektionsteilabschnitt 11₅ , der Schalter 20₅ , die Integrationsschaltung 30₂ , der Schalter 40₅ und die Signalverarbeitungseinheit 100₂ die Konfiguration aus 1 nach der ersten Ausführungsform. Außerdem erreichen der vertikale Fotodetektionsteilabschnitt 11₉ , der Schalter 20₉ , die Integrationsschaltung 30₃ , der Schalter 40₉ und die Signalverarbeitungseinheit 100₃ die Konfiguration aus 1 nach der ersten Ausführungsform. Außerdem erreichen der vertikale Fotodetektionsteilabschnitt 11₁₃ , der Schalter 20₁₃ , die Integrationsschaltung 30₄ , der Schalter 40₁₃ und die Signalverarbeitungseinheit 100₄ die Konfiguration aus 1 nach der ersten Ausführungsform. Während diese vier Sätze parallel auf eine ähnliche Weise wie der Betrieb des Festkörperbildwandlers nach der ersten Ausführungsform arbeiten, werden digitale Signale, die den Mengen einfallenden Lichtes entsprechen, das von den einzelnen Fotodetektoren 12 in den vertikalen Fotodetektionsteilabschnitten 11_j (j = 1, 5, 9, 13) erfasst wird, aus den Signalverarbeitungseinheiten 100_k (k = 1 bis 4) gleichzeitig ausgegeben werden.
Anschließend schließen die jeweiligen Schieberegisterteilabschnitte 91 bis 94 lediglich die Schalter 20₂ , 20₆ , 20₁₀ und 10₁₄ in den Schaltern 20_j (j = 1 bis 16) und schließen lediglich die Schalter 40₂ , 40₆ , 40₁₀ und 40₁₄ in den Schal tern 40_j (j = 1 bis 16), wodurch digitale Signale, die den Mengen an einfallendem Licht entsprechen, das von den einzelnen Fotodetektoren 12 in den vertikalen Fotodetektionsteilabschnitten 11_j (j = 2, 6, 10, 14) erfasst wird, aus den Signalverarbeitungseinheiten 100_k (k = 1 bis 4) gleichzeitig ausgegeben werden.
Ferner schließen die jeweiligen Schieberegisterteilabschnitte 91 bis 94 lediglich die Schalter 20₃ , 20₇ , 20₁₁ und 20₁₅ in den Schaltern 20_j (j = 1 bis 16) und schließen lediglich die Schalter 40₃ , 40₇ , 40₁₁ und 40₁₅ in den Schaltern 40_j (j = 1 bis 16), wodurch digitale Signale, die den Mengen an einfallendem Licht entsprechen, das von den einzelnen Fotodetektoren 12 in den vertikalen Fotodetektionsteilabschnitten 11_j (j = 3, 7, 11, 15) erfasst wird, aus den Signalverarbeitungseinheiten 100_k (k = 1 bis 4) gleichzeitig ausgegeben werden.
Dann schließen die jeweiligen Schieberegisterteilabschnitte 91 bis 94 lediglich die Schalter 20₄ , 20₈ , 20₁₂ und 20₁₆ in den Schaltern 20_j (j = 1 bis 16) und schließen lediglich die Schalter 40₄ , 40₈ , 40₁₂ und 40₁₆ in den Schaltern 40_j (j = 1 bis 16), wodurch digitale Signale, die den Mengen an einfallendem Licht entsprechen, das von den einzelnen Fotodetektoren 12 in den vertikalen Fotodetektionsteilabschnitten 11_j (j = 4, 8, 12, 16) erfasst wird, aus den Signalverarbeitungseinheiten 100_k (k = 1 bis 4) gleichzeitig ausgegeben werden.
Wie im Vorhergehenden ergibt der Festkörperbildwandler nach dieser Ausführungsform nicht nur Wirkungen, die denjenigen ähnlich sind, die von dem Festkörperbildwandler nach der ersten Ausführungsform aufgezeigt werden, sonder auch die nachfolgenden Wirkungen. Und zwar ist beim Festkörperbildwandler nach dieser Ausführungsform die Zahl an Integrationsschaltungen und Signalverarbeitungseinheiten gesenkt worden, sodass das gesamte Schaltungsausmaß gering ist, was die Chipgröße verringert. Außerdem nimmt der Grad an Freiheit in einem Grundrissdesign jeder Signalverarbeitungseinheit zu, was ebenfalls die Chipgröße verringert. Ferner können, wie dargestellt, hinsichtlich der Anordnung der einzelnen vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte in der Fotodetektionseinheit die einzelnen Signalverarbeitungseinheiten in einem Seitenabschnitt auf einer Endseite der Fotodetektionseinheit parallel zur ersten Richtung angeordnet werden, wobei die Chipgröße kleiner wird und ein Bildsensor mit einer einem Quadrat ähnlichen Form umgesetzt werden kann.
Vierte Ausführungsform
Eine vierte Ausführungsform des Festkörperbildwandlers nach der vorliegenden Erfindung wird nun erklärt. 7 ist ein schematischer Schaltplan des Festkörperbildwandlers nach der vierten Ausführungsform. Der Festkörperbildwandler nach dieser Ausführungsform umfasst eine Fotodetektionseinheit 10, in welcher vertikale Fotodetektionsteilabschnitte 11_j (j = 1 bis 16) angeordnet sind, Schalter 20_j (j = 1 bis 16), Integrationsschaltungen 30_j (j = 1 bis 4), Schalter 40_j (j = 1 bis 4), Schieberegisterteilabschnitte 91 bis 94 und Signalverarbeitungseinheiten 100_j (j = 1 bis 4). Obgleich die Zahlen der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11 und der Schalter 20 jeweils 16 sind, wohingegen die Zahlen der Integrationsschaltungen 30 und der Schalter 40 hier jeweils 4 sind, können sie durch größere Zahlen bereitgestellt werden.
In der Fotodetektionseinheit 10 sind die Fotodetektoren 12 zweidimensional angeordnet. Und zwar sind in der Fotodetektionseinheit 10 die Fotodetektoren 12 in einer ersten Richtung angeordnet, um einen vertikalen Fotodetektionsteilabschnitt 11_j (j = 1 bis 16) zu bilden, wohingegen derartige vertikale Fotodetektionsteilabschnitte 11_j in einer zweiten Richtung angeordnet sind. Jeder der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11_j (j = 1 bis 16) weist eine ähnlich Konfiguration zu derjenigen des vertikalen Fotodetektionsteilabschnitts 11 der ersten Ausführungsform auf. Jede der Integrationsschaltungen 30_j (j = 1 bis 4) weist eine Konfiguration auf, die derjenigen der Integrationsschaltung 30 der ersten Ausführungsform ähnlich ist. Jede der Signalverarbeitungseinheiten 100_j (j = 1 bis 4) weist eine derjenigen der Signalverarbeitungseinheit 100 der ersten Ausführungsform ähnliche Konfiguration auf und umfasst eine Integrationsschaltung mit variabler Kapazität 50, einen Vergleicher 60, einen Kapazitätssteuerteilabschnitt 70 und einen Ausleseteilabschnitt 80.
Jeder der Schalter 20_j (j = 1 bis 16) entspricht dem Schalter 20 der ersten Ausführungsform, wohingegen jeder der Schalter 40_j (j = 1 bis 4) dem Schalter 40 der ersten Ausführungsform entspricht. Die Schalter 20_j (j = 1 bis 16) und Schalter 40_j (j = 1 bis 4) dienen auch als selektive Verbindungsmittel zum selektiven Verbinden der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11_j (j = 1 bis 16), Integrationsschaltungen 30_j (j = 1 bis 4) und Signalverarbeitungseinheiten 100_j (j = 1 bis 4) miteinander. Und zwar sind die Schalter 20_j (j = 1 bis 4) zwischen den jeweiligen allgemeinen Signalausgabeterminals der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11_j und dem Eingabeterminal der Integrationsschaltung 30₁ angeordnet. Die Schalter 20_j (j = 5 bis 8) sind zwischen den jeweiligen allgemeinen Signalausgabeterminals der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11_j und dem Eingabeterminal der Integrationsschaltung 30₂ angeordnet. Die Schalter 20_j (j = 9 bis 12) sind zwischen den jeweiligen allgemeinen Signalausgabeterminals der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11_j und dem Eingabeterminal der Integrationsschaltung 30₃ angeordnet. Die Schalter 20_j (j = 13 bis 16) sind zwischen den jeweiligen allgemeinen Signalausgabeterminals der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11_j und dem Eingabeterminal der Integrationsschaltung 30₄ angeordnet. Die Schalter 40_j (j = 1 bis 4) sind zwischen dem Ausgabeterminal der Integrationsschaltung 30_j und dem Eingabeterminal der Signalverarbeitungseinheit 100_j angeordnet.
Die Schieberegisterteilabschnitte 91 bis 94 steuern ihre jeweiligen Schalter 20_j (j = 1 bis 16) und Schalter 40_j (j = 1 bis 4), wobei sie als selektive Verbindungsmittel funktionieren, um sie zu öffnen und zu schließen. Ferner ist ein Zeitsteuerteilabschnitt (nicht dargestellt) bereitgestellt. Der Zeitsteuerteilabschnitt steuert die jeweiligen Schalter 14 der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11_j (j = 1 bis 16), die jeweiligen Rücksetzschalter 33 der Integrationsschaltungen 30_j (j = 1 bis 4) und die jeweiligen Rücksetzschalter 54 der Integrationsschaltungen mit variabler Kapazität 50 in den Signalverarbeitungseinheiten 100_j (j = 1 bis 4), um sie zu ihren vorherbestimmten Zeitpunkten zu öffnen und zu schließen, und steuert ebenfalls die Vorgänge der jeweiligen Kapazitätssteuerteilabschnitte 70 in den Signalverarbeitungseinheiten 100_j (j = 1 bis 4) und den Schieberegisterteilabschnitten 91 bis 94.
Der Festkörperbildwandler nach dieser Ausführungsform funktioniert wie folgt. Hier kann, wenn die Zahl der vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte 11 wie in 7 gezeigt 16 ist, kann jeder der Schalter 40_j (j = 1 bis 4) geschlossen gelassen werden.
Erstens schließen die jeweiligen Schieberegisterteilabschnitte 91 bis 94 lediglich die Schalter 20₁ , 20₅ , 20₉ und 20₁₃ in den Schaltern 20_j (j = 1 bis 16). Infolgedessen erreichen der vertikale Fotodetektionsteilabschnitt 11₁ , der Schalter 20₁ , die Integrationsschaltung 30₁ , der Schalter 40₁ und die Signalverarbeitungseinheit 100₁ die Konfiguration aus 1 nach der ersten Ausführungsform. Der vertikale Fotodetektionsteilabschnitt 11₅ , der Schalter 20₂ , die Integrationsschaltung 30₂ , der Schalter 40₂ und die Signalverarbeitungseinheit 100₂ erreichen ebenfalls die Konfiguration aus 1 nach der ersten Ausführungsform. Der vertikale Fotodetektionsteilabschnitt 11₉ , der Schalter 20₃ , die Integrationsschaltung 30₃ , der Schalter 40₃ und die Signalverarbeitungseinheit 100₃ erreichen ebenfalls die Konfiguration aus 1 nach der ersten Ausführungsform. Der vertikale Fotodetektionsteilabschnitt 11₁₃ , der Schalter 20₄ , die Integrationsschaltung 30₄ , der Schalter 40₄ und die Signalverarbeitungseinheit 100₄ erreichen ebenfalls die Konfiguration aus 1 nach der ersten Ausführungsform. Während diese vier Sätze parallel auf eine ähnliche Weise wie der Betrieb des Festkörperbildwandlers nach der ersten Ausführungsform arbeiten, werden digitale Signale, die den Mengen einfallenden Lichtes entsprechen, das von den einzelnen Fotodetektoren 12 in den vertikalen Fotodetektionsteilabschnitten 11_j (j = 1, 5, 9, 13) erfasst wird, aus den Signalverarbeitungseinheiten 100_k (k = 1 bis 4) gleichzeitig ausgegeben werden.
Anschließend schließen die jeweiligen Schieberegisterteilabschnitte 91 bis 94 lediglich die Schalter 20₂ , 20₆ , 20₁₀ und 10₁₄ in den Schaltern 20_j (j = 1 bis 16), wodurch digitale Signale, die den Mengen an einfallendem Licht entsprechen, das von den einzelnen Fotodetektoren 12 in den vertikalen Fotodetektionsteilabschnitten 11_j (j = 2, 6, 10, 14) erfasst wird, aus den Signalverarbeitungseinheiten 100_k (k = 1 bis 4) gleichzeitig ausgegeben werden.
Ferner schließen die jeweiligen Schieberegisterteilabschnitte 91 bis 94 lediglich die Schalter 20₃ , 20₇ , 20₁₁ und 10₁₅ in den Schaltern 20_j (j = 1 bis 16), wodurch digitale Signale, die den Mengen an einfallendem Licht entsprechen, das von den einzelnen Fotodetektoren 12 in den vertikalen Fotodetektionsteilabschnitten 11_j (j = 3, 7, 11, 15) erfasst wird, aus den Signalverarbeitungseinheiten 100_k (k = 1 bis 4) gleichzeitig ausgegeben werden.
Dann schließen die jeweiligen Schieberegisterteilabschnitte 91 bis 94 lediglich die Schalter 20₄ , 20₈ , 20₁₂ und 10₁₆ in den Schaltern 20_j (j = 1 bis 16), wodurch digitale Signale, die den Mengen an einfallendem Licht entsprechen, das von den einzelnen Fotodetektoren 12 in den vertikalen Fotodetektionsteilabschnitten 11_j (j = 4, 8, 12, 16) erfasst wird, aus den Signalverarbeitungseinheiten 100_k (k = 1 bis 4) gleichzeitig ausgegeben werden.
Wie im Vorhergehenden ergibt der Festkörperbildwandler nach dieser Ausführungsform nicht nur Wirkungen, die denjenigen ähnlich sind, die von dem Festkörperbildwandler nach der ersten Ausführungsform aufgezeigt werden, sonder auch die nachfolgenden Wirkungen. Und zwar ist beim Festkörperbildwandler nach dieser Ausführungsform die Zahl an Integrationsschaltungen, Schaltern und Signalverarbeitungseinheiten gesenkt worden, sodass das gesamte Schaltungsausmaß gering ist, was die Chipgröße verringert. Außerdem nimmt der Grad an Freiheit in einem Grundrissdesign jeder Signalverarbeitungseinheit zu, was ebenfalls die Chipgröße verringert. Ferner können, wie dargestellt, hinsichtlich der Anordnung der einzelnen vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte in der Fotodetektionseinheit die einzelnen Signalverarbeitungseinheiten in einem Seitenabschnitt auf einer Endseite der Fotodetektionseinheit parallel zur ersten Richtung angeordnet werden, wobei die Chipgröße kleiner wird und ein Bildsensor mit einer einem Quadrat ähnlichen Form umgesetzt werden kann.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung kann zum Aufnehmen von zweidimensionalen Lichtbildern und dergleichen als ein Festkörperbildwandler des MOS-Typs, der eine ausgezeichnete Effizienz beim Übertragen von elektrischen Ladungen, die bei einfallendem Licht erzeugt werden, aufweist, benutzt werden. Da seine Signalverarbeitungseinheit, umfassend eine Integrationsschaltung, einen Vergleicher und einen Kapazitätssteuer teilabschnitt, eine CDS-Funktion und eine A/D-Wandlungsfunktion aufweist, ist er insbesondere insofern nützlich, als dass eine Verbesserung des Rauschabstands und der Unterdrückung von Offsetfehlern mit einer einfachen Schaltungskonfiguration umgesetzt werden kann.

Claims

Festkörperbildwandler, aufweisend: einen Fotodetektor (12), umfassend eine fotoelektrische Umwandlungsvorrichtung (13) zur Umwandlung eines eingehenden optischen Signals in ein Stromsignal und einen Schalter (14) zur Ausgabe des Stromsignals an ein Ausgabeterminal; eine Integrationsschaltung (30) zur Eingabe und Integration des Stromsignals, das von dem Ausgabeterminal des Fotodetektors (12) ausgegeben wird, um ein Spannungssignal an ein Ausgabeterminal davon auszugeben; und eine Signalverarbeitungseinheit (100) zur Verarbeitung des Spannungssignals von der Integrationsschaltung (30); wobei die Signalverarbeitungseinheit (100) umfasst: einen Kondensator (51) zur Eingabe des Spannungssignals, das aus dem Ausgabeterminal der Integrationsschaltung (30) ausgegeben wird; eine Integrationsschaltung (50) mit variabler Kapazität mit einem Verstärker (52) zur Eingabe des aus dem Kondensator (51) ausgegebenen Spannungssignals in ein Eingabeterminal, einen Teil (53) mit variabler Kapazität, der zwischen dem Eingabe- und Ausgabeterminal des Verstärkers (52) befindlich ist, und der einen variablen Kapazitätswert aufweist, und einen Rücksetzschalter (54), der zwischen dem Eingabe- und Ausgabeterminal des Verstärkers (52) befindlich ist, wobei die Integrationsschaltung (50) mit variabler Kapazität aus dem Ausgabeterminal des Verstärkers (52) ein in tegriertes Signal ausgibt, das einen Wert aufweist, der einer Änderung des Spannungssignals, das in den Kondensator (51) eingegeben wird, entspricht; einen Vergleicher (60) zur Eingabe des integrierten Signals, das aus der Integrationsschaltung (53) mit variabler Kapazität ausgegeben wird, zum Vergleich des Wertes des integrierten Signals mit einem Bezugswert hinsichtlich Größe und zur Ausgabe eines Vergleichsergebnissignals; und einen Kapazitätssteuerteil (70) zur Eingabe des Vergleichsergebnissignals, das aus dem Vergleicher (60) ausgegeben wird, zur Steuerung des Kapazitätswerts des Teils (53) mit variabler Kapazität gemäß dem Vergleichsergebnissignal und zur Ausgabe eines ersten digitalen Signals, das dem Kapazitätswert des Teils mit variabler Kapazität entspricht, wenn gemäß dem Vergleichsergebnissignal bestimmt wird, dass der Wert des integrierten Signals mit dem Bezugswert bei einer vorbestimmten Auflösung übereinstimmt; wobei die Fotodetektoren in einer ersten Richtung angeordnet sind, während die jeweiligen Ausgabeterminals der Schalter davon miteinander verbunden sind, um einen vertikalen Fotodetektionsabschnitt (11) mit einem gemeinsamen Signalausgabeterminal zu bilden, wobei M1 vertikale Fotodetektionsabschnitte (11j) in einer zweiten Richtung angeordnet sind, so dass sie eine Fotodetektionseinheit (10) ausmachen; wobei der Festkörperbildwandler ferner umfasst: M2 Integrationsschaltungen (30j), wobei M2 < M1; M3 Signalverarbeitungseinheiten (100j), wobei M3 ≤ M2, M3 < M1; und selektive Verbindungsmittel (20j, 40j) zur selektiven Verbindung der M1 vertikalen Fotodetektionsteilabschnitte, der M2 Integrationsschaltungen und der M3 Signalverarbeitungseinheiten miteinander.
Festkörperbildwandler nach Anspruch 1, wobei die Signalverarbeitungseinheit (100) ferner einen Ausleseabschnitt (80) zur Eingabe des ersten digitalen Signals, das aus dem Kapazitätssteuerteil (70) ausgegeben wird, und zur Ausgabe eines zweiten digitalen Signals, das dem ersten digitalen Signal entspricht, umfasst.
Festkörperbildwandler nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Signalverarbeitungseinheiten (100j) in einem Seitenabschnitt auf einer Endseite der ersten Fotodetektionseinheit (10) parallel zur ersten Richtung befindlich sind.