KR101515046B1

KR101515046B1 - 고체촬상장치 및 그 구동방법

Info

Publication number: KR101515046B1
Application number: KR1020120097489A
Authority: KR
Inventors: 코이치 나카무라; 히로키 히야마; 테쓰야 이타노; 카즈히로 사이토
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2015-04-24
Also published as: BR102012022371A2; US8836838B2; JP5901186B2; CN102984470A; EP2566152A1; KR20130026393A; CN102984470B; RU2012137794A; US20130057742A1; RU2521604C2; JP2013055529A

Abstract

고체촬상장치는, 행렬에 있어서 2차원으로 배열된 복수의 화소와, 램프 신호를 생성하는 참조 신호 생성회로와, 램프 신호의 출력에 따라 카운트 동작을 행하는 카운터 회로와, 열마다 배치되어 화소로부터 판독된 신호와 램프 신호를 비교하는 비교부들과, 열마다 배치되어 디지털 데이터를 기억하는 기억부들을 구비하고, ＡＤ변환 기간 동안에 비교부의 출력이 변경되지 않는 경우에는, 소정값의 디지털 데이터가 상기 기억부에 기억된다. 고체촬상장치는, 간단한 회로 구성을 사용하여 오버플로우 처리를 실현한다.

Description

고체촬상장치 및 그 구동방법{SOLID-STATE IMAGING APPARATUS AND METHOD OF DRIVING THE SAME}

본 발명은, 고체촬상장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.

최근, ＣＭＯＳ이미지센서 등의 고체촬상장치는, 디지털 카메라, 디지털 캠코더, 휴대전화의 카메라 유닛등에 널리 사용되어 오고 있다. 부품수의 삭감과 소비 전력의 저감등의 요구로 인해, 아날로그/디지털 변환회로(ＡＤ변환 회로 또는 ＡＤＣ)를 내장한 고체촬상장치가 연구되고 있다. ＡＤＣ의 일 형태로서, 화소배열의 열마다 Ａ/Ｄ변환 회로를 설치한 칼럼ＡＤＣ라고 불리는 형식이 있다. 이 형식 중, 예를 들면 램프(ramp)형 칼럼ＡＤＣ가 잘 알려져 있다. 램프형 칼럼ＡＤＣ는, 램프 신호원과, 열마다 설정된 비교기를 구비한다. 램프형 칼럼ＡＤＣ는, 각 화소신호와 상기 램프 신호원으로부터의 램프 신호(참조 신호)를 대응한 비교기에 의해 비교해서, 화소신호의 전위와 램프 신호의 전위의 대소관계가 반전할 때까지의 시간을 계측하고, 그 시간에 대응한 디지털 데이터를 메모리에 기억한다.

예를 들면, 일본국 공개특허공보 특개 2008-259228호에는, 열마다 업/다운 카운터를 배치한 칼럼ＡＤＣ의 구성이 기재되어 있다. 일본국 공개특허공보 특개 2008-259228호에 기재된 기술에 의하면, 화소로부터 출력된 기준신호를 아날로그에서 디지털로 변환할 때는, 업-카운트 모드와 다운-카운트 모드 중 한쪽에서 카운트를 행한다. 한편, 화소로부터 출력된 화소신호를 아날로그에서 디지털로 변환할 때는, 업-카운트 모드 및 다운-카운트 모드 중 다른쪽의 모드에서 카운트를 행한다.

또한, 일본국 공개특허공보 특개 2006-81203호에는, 열마다 카운터를 배치한 칼럼ＡＤＣ의 구성이 기재되어 있다. 램프 신호와 기준신호 또는 화소신호와의 전위차가 크다면, 소정의 ＡＤ변환 기간내에서 비교 처리가 종료하지 않고, 소위 오버플로우가 발생할 수 있다. 일본국 공개특허공보 특개 2006-81203호에 기재된 구성에 의하면, 오버플로우의 경우에 비교기로부터 출력된 신호의 신호 값이 변화되지 않은 경우에는, 램프 신호의 시간에 의존한 신호 값의 변화를 끝낸 후, 메모리에 카운트 신호의 유지를 지시하는 신호를 출력한다.

오버플로우 처리를 행하기 위해서, 일본국 공개특허공보 특개 2008-259228호에 기재된 고체촬상장치는, 오버플로우용 잉여 비트를 설치하거나, 자릿수 올림의 비트를 설치하거나 하고 있다. 그러나, 이 오버플로우 처리는, 회로에 추가되는 열마다 1비트를 필요로 한다. 이것은 회로를 복잡하게 하여, 회로 면적의 감소를 기대할 수 없다. 일본국 공개특허공보 특개 2008-259228호에 기재된 고체촬상장치에서는, 열마다 ＡＮＤ회로와 OR회로를 설치하고 있기 때문에, 회로 규모가 증대해버리는 과제가 있었다.

본 발명의 목적은, 회로 규모의 증대를 억제하면서, 오버플로우 처리를 실현할 수 있는 고체촬상장치 및 그 구동방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 국면에 따른 고체촬상장치는, 행렬에 있어서 2차원으로 배열되고 각각 화소신호를 출력하는 복수의 화소; 시간의 경과에 따라 신호 레벨을 단조롭게 변화하는 참조 신호를 생성하는 참조 신호 생성회로; 상기 복수의 화소의 열 각각에 대응하게 각각 배열되고, 상기 화소신호와 상기 참조 신호를 비교하도록 구성된 복수의 비교부; 상기 복수의 비교부 각각에 대응하게 각각 배열된 복수의 기억부; 상기 참조 신호 생성회로로부터 상기 참조 신호의 출력에 따라 카운트 동작을 시작하고, 클록 펄스를 카운트 하여 카운트 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 복수의 기억부에 상기 카운트 신호를 공급하도록 구성된, 카운터; 및 상기 복수의 기억부에 소정값의 디지털 데이터를 공급하도록 구성된 데이터 공급부를 구비한다.

본 발명의 다른 국면에 따른 고체촬상장치의 구동방법은, 행렬에 있어서 2차원으로 배열되고 각각 화소신호를 출력하는 복수의 화소; 상기 복수의 화소의 열 각각에 대응하게 각각 배열되고, 상기 화소신호와, 시간의 경과에 따라 신호 레벨을 단조롭게 변화하는 참조 신호를 비교하도록 구성된 복수의 비교부; 상기 복수의 비교부 각각에 대응하게 각각 배열된 복수의 기억부; 및 상기 참조 신호의 출력에 따라 카운트 동작을 시작하되, 클록 펄스를 카운트 하여 카운트 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 복수의 기억부에 상기 카운트 신호를 공급하도록 구성된, 카운터를 구비한, 고체촬상장치의 구동방법으로서, 상기 화소신호와 상기 참조신호를 비교하기 전에 상기 소정값의 디지털 데이터를 상기 복수의 기억부에 기록하는 단계; 및

상기 비교결과를 나타낸 신호값을 변경하는 경우에 상기 카운트 신호의 신호값으로 기록된 디지털 데이터로부터 상기 복수의 기억부의 데이터를 갱신하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 비교부가 비교 동작을 행하는 기간에, 비교 결과 에 의거하여 비교부가 출력하는 신호의 신호 값이 변화되지 않는 경우, 화소로부터 판독된 신호에 대응한 디지털 데이터를 기억하도록 구성된 기억부에는 소정의 값의 디지털 데이터가 기억되어 있다. 이에 따라, 회로 규모의 증대를 억제하면서, 오버플로우 처리를 실현할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징들은 첨부도면을 참조하여 이하의 예시적 실시예들의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 고체촬상장치의 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는 고체촬상장치에서의 동작의 일례를 설명하는 타이밍 차트다.
도 3은 고체촬상장치의 구성의 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 고체촬상장치에서의 동작의 다른 일례를 설명하는 타이밍 차트다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

이제, 본 발명의 실시예들에 관하여 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명의 제1실시예를 설명한다.

도 1은, 제1실시예에 따른 고체촬상장치의 회로 구성 예를 도시한 개략도다. 제1실시예에 따른 고체촬상장치는, 화소부(1), 판독회로(2), 비교부(3), 기억부(4), 수평주사 회로(5), 램프 신호원(참조 신호 생성회로)(6), 카운터 회로(7), 신호 처리 회로(8) 및 선택 회로(21)를 구비한다. 화소부(1)는, 광전변환소자를 포함하는 복수의 화소를 가지고, 그 화소들이 행렬에 있어서 2차원으로(행 및 열 방향으로) 배열되어 있다. 판독회로(2), 비교부(3) 및 기억부(4)는, 그들 각각에 열마다 설치된 화소부(1)의 열단위로 배치된다. 열단위로 설치된 판독회로(2), 비교부(3) 및 기억부(4)는, 화소부(1)의 화소들에서 생성된 화소신호를 아날로그에서 디지털로 변환하도록 구성된 아날로그/디지털 변환 회로를 구성한다. 판독회로(2)는, 화소부(1)로부터 판독된 화소신호를 출력한다.

비교부(3)는, 입력으로서, 판독회로(2)의 출력과, 램프 신호원(6)에서 생성되어 램프 배선(11)을 통해 공급된 램프 신호를 받아들인다. 각 비교부(3)는, 대응한 판독회로(2)로부터 출력되는 신호와 램프 신호와의 전위의 크기를 비교하고, 비교 결과에 의거해 하이(High)신호 또는 로우(Low)신호 중 한쪽을 출력한다. 따라서, 비교부(3)는, 판독회로(2)로부터 출력되는 신호의 전위와 램프 신호의 전위간의 대소관계가 반전할 때에, 하이로부터 로우로 혹은 로우로부터 하이로 출력을 변경한다.

기억부(4)는, 각 비교부(3)의 출력과, 기록 인에이블 펄스ＩＮＴ와, 선택 회로(21)의 출력을 입력으로서 받아들인다. 기억부(4) 각각은, 대응하는 비교부(3)의 출력의 전위가 반전하는 순간, 또는 기록 인에이블 펄스ＩＮＴ가 하이로부터 로우로 변경하는 순간에, 선택 회로(21)의 출력을 디지털 데이터로서 기억한다. 기억부(4)에 기억된 디지털 데이터는, 수평주사 회로(5)로부터의 신호에서 열단위로 신호 처리 회로(8)에 순차로 전송되어, 신호 처리 회로(8)로 필요에 따라 연산 처리가 실행된다.

램프 신호원(참조 신호 생성회로)(6)은, 복수의 비교부(3)에 공통적으로 접속되고, 참조 신호인 램프 신호를 생성하도록 구성된다. 램프 신호는, 시간의 경과에 따라 신호레벨(신호 강도)이 단조적으로 변화되는 신호이며, 예를 들면 출력 전위가 시간의 경과에 따라 단조 증가 혹은 단조 감소하는 신호다. 여기에서, 단조 감소는, 앞의 시간에 상기 값으로부터 증가하지 않으면, 시간에 대한 전위의 연속적인 감소뿐만 아니라, 전위의 계단 모양 감소이어도 된다. 이는 단조증가에도 마찬가지다. 단조 감소와 단조 증가를 총칭해서 단조변화라고 한다.

카운터 회로(7)는, 복수의 기억부(4)에 공통적으로 접속된다. 카운터 회로(7)는, 카운트 신호를 생성하기 위한 클록ＣＬＫ 및 카운터 동작 인에이블 펄스ＣＮＴ_ＥＮ을 입력으로서 받아들인다. 카운터 회로(7)는, 카운터 동작 인에이블 펄스ＣＮＴ_ＥＮ이 하이일 때에는, 클록ＣＬＫ을 사용해서 카운트 동작을 행하고, 카운트 신호를 출력한다. 한편, 카운터 회로(7)는, 카운터 동작 인에이블 펄스ＣＮＴ_ＥＮ이 로우일 때에, 카운트 동작을 행하지 않고 "0"의 신호 값을, 카운트 신호로서 출력한다.

선택 회로(21)는, 소정의 값의 디지털 데이터D_ＤＡＴＡ 및 카운터 회로(7)의 출력을 입력으로서 받아들인다. 선택 회로(21)는, 선택 펄스ＳＥＬ, ＳＥＬｂ에 의거하여, 디지털 데이터D_ＤＡＴＡ 또는 카운터 회로(7)로부터 출력되는 카운트 신호를 출력할지가 선택 가능하다. 선택 회로(21)는, 선택 펄스ＳＥＬ이 하이이며, 또 선택 펄스ＳＥＬｂ이 로우일 경우에는, 디지털 데이터D_ＤＡＴＡ를 출력한다. 한편, 선택 회로(21)는, 선택 펄스ＳＥＬ이 로우이며, 또 선택 펄스ＳＥＬｂ이 하이일 경우에는, 카운터 회로(7)로부터의 카운트 신호를 출력한다.

다음에, 제1실시예에 따른 고체촬상장치의 동작(보통 동작 및 오버플로우 처리의 동작)에 관하여 설명한다. 도 2는, 제1실시예에 따른 고체촬상장치에서의 동작 예를 설명하는 타이밍 차트이며, 1화소행에 대응한 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트다.

우선, 선택 펄스ＳＥＬ이 하이(선택 펄스ＳＥＬｂ이 로우)가 된다. 이에 따라, 선택 회로(21)는, 소정의 값의 디지털 데이터D_ＤＡＴＡ를 출력한다. 다음에, 선택 펄스ＳＥＬ이 하이인 상태에서, 기록 인에이블 펄스ＩＮＴ가 로우, 하이 및 로우의 순으로 구동된다. 기록 인에이블 펄스ＩＮＴ가 하이로부터 로우에 천이할 때에, 기억부(4)는, 선택 회로(21)의 출력, 즉 디지털 데이터D_ＤＡＴＡ를 기억한다.

이어서, 선택 펄스ＳＥＬ이 로우(선택 펄스ＳＥＬｂ이 하이)가 된다. 선택 펄스ＳＥＬ이 로우일 때에, 선택 회로(21)는, 카운터 회로(7)의 출력을 선택해서 출력한다. 그렇지만, 카운터 동작 인에이블 펄스ＣＮＴ_ＥＮ이 로우를 유지하는 동안, 카운터 회로(7)는, 카운트 동작을 행하지 않고 "0"의 신호 값을 카운트 신호로서 출력하므로, 선택 회로(21)는 값 "0"을 출력한다.

다음에, 아날로그/디지털 변환 기간이 시작된다. 이에 따라, 카운터 동작 인에이블 펄스ＣＮＴ_ＥＮ이 하이가 되고, 카운터 회로(7)가 카운트 동작을 시작한다. 카운터 동작 인에이블 펄스ＣＮＴ_ＥＮ이 로우로부터 하이로 변화되는 것과 거의 같은 시간에, 램프 신호원(6)은, 램프 신호를 생성해서 출력한다. 또한, 도 2에 있어서, 램프 신호원(6)의 동작에 필요한 신호, 이를테면 램프 신호를 생성하는데 필요한 신호에 관해서는 생략하고 있다.

판독회로의 출력A에 나타나 있는 바와 같이, 판독회로(2)의 출력 전위가 램프 신호의 상한과 하한의 전위 사이에 있는 통상동작시에는, 아래와 같이 고체촬상장치가 작동한다. 램프 신호원(6)으로부터 출력되는 램프 신호의 전위가 판독 회로(2)의 출력 전위보다 낮아졌을 때에, 비교부 출력A에 나타나 있는 바와 같이 비교부(3)의 출력이 로우로부터 하이로 천이한다. 이 비교부(3)의 출력의 전위가 반전하는 순간에, 기억부(4)는, 선택 회로(21)의 출력, 즉 카운터 회로(7)로부터 출력되는 카운트 신호를 디지털 데이터로서 기억한다. 예를 들면, 카운트 신호의 신호 값이 n(n은 디지털 데이터)일 때에, 비교부(3)의 출력이 로우로부터 하이로 천이하면, 비교가 완료하고, 기억부(4)에는 상기 값n이 기록된다(도 2에 나타낸 기억부의 기억 데이터A 참조).

다음에, 판독회로 출력B로 나타나 있는 바와 같이 판독회로(2)의 출력 전위가 램프 신호에 있어서의 하한의 전위보다 낮아졌을 경우의 오버플로우 처리의 동작에 관하여 설명한다. 판독회로 출력B에 나타나 있는 바와 같은 판독회로(2)의 출력의 경우에는, 램프 신호의 전위가 판독회로(2)의 출력 전위보다 낮아지는 것은 없기 때문에, 비교부(3)의 출력은, 비교부 출력B로 나타나 있는 바와 같이 로우가 유지된다. 따라서, 기억부(4)의 디지털 데이터는 중첩 기재(갱신)되지 않고, 기록 인에이블 펄스ＩＮＴ에 따라 기록된 디지털 데이터D_ＤＡＴＡ의 값을 유지한다(도 2에 나타낸 기억부의 기억 데이터B 참조).

소정의 아날로그/디지털 변환 기간이 만료할 때, 카운터 동작 인에이블 펄스ＣＮＴ_ＥＮ이 로우가 된다. 이에 따라서, 카운터 회로(7)는 카운트 동작을 종료하고, 또한 램프 신호원(6)은 램프 신호의 생성을 종료한다. 본 실시예에 의하면, 디지털 데이터D_ＤＡＴＡ는, ＡＤ변환 처리에 이용 가능한 디지털 데이터의 최대값Ｄｍａｘ, 즉 카운터 동작 인에이블 펄스ＣＮＴ_ＥＮ이 내려가기 직전에 카운터 회로(7)가 출력하고 있었던 디지털 데이터에 설정되어 있다. 그러므로, 판독회로(2)의 출력이 판독회로의 출력B에 나타나 있는 바와 같은 경우에는, 기억부의 기억 데이터B에 나타나 있는 바와 같이 판독회로(2)의 출력에 대응하는 디지털 데이터로서 디지털 데이터D_ＤＡＴＡ=Ｄｍａｘ가 기억부(4)에 유지되어 있다. 한편, 보통 동작에서는, 기억부의 기억 데이터A에 나타나 있는 바와 같이 판독회로(2)의 출력을 ＡＤ변환한 결과인 디지털 데이터n이 기억부(4)에 유지되어 있다.

본 실시예에 의하면, 판독회로(2)의 출력 전위가 램프 신호보다 낮고, 아날로그/디지털 변환 기간 동안에 비교부(3)의 출력이 로우에 유지되는 경우에도, 간이한 회로 구성을 사용하여 간단하고 쉬운 타이밍 제어로 오버플로우 처리를 행하는 것이 가능해진다. 또한, 오버플로우 처리에 사용된 디지털 데이터D_ＤＡＴＡ를 Ｄｍａｘ이상의 적절한 값으로 설정하면, 화소신호의 디지털 데이터로서 그대로 처리하는 것도 가능하다. 본 실시예에 서는, 종래와 같은 자릿수 올림의 비트를 제공할 필요가 없어지고, 회로 면적의 감소를 가능하게 한다.

본 실시예에 의하면, 기억부(4)는, 기록 인에이블 펄스ＩＮＴ가 하이로부터 로우로 천이할 때에, 선택 회로(21)의 출력을 디지털 데이터로서 기억하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 기록 인에이블 펄스ＩＮＴ가 로우로부터 하이로 천이할 때에, 기억부(4)에, 선택 회로(21)의 출력을 디지털 데이터로서 기억하여도 된다. 또한, 디지털 데이터D_ＤＡＴＡ로서 설정된 값은 가변이어도 된다.

또한, 본 실시예에 의하면, 램프 신호는 시간의 경과에 따라 전위가 낮아지는 신호이었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 램프 신호는, 시간의 경과에 따라 전위가 커지는 신호이어도 된다. 본 실시예에 의하면, 램프 신호의 전위가 판독회로의 출력 전위보다도 높은 경우에, 비교부(3)의 출력이 하이가 되도록 구성되었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 램프 신호의 전위가 판독회로의 출력 전위보다도 높은 경우에, 비교부(3)의 출력이 로우가 되도록 구성되어도 좋다. 어느쪽의 경우에도, 램프 신호의 전위와 판독회로의 출력 전위와의 대소관계의 반전시에 선택 회로(21)의 출력을 기억부(4)에 기억할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제2실시예를 설명한다.

도 3은, 제2실시예에 따른 고체촬상장치의 회로 구성 예를 도시한 개략도다. 이 도 3에 있어서, 도 1에 나타낸 구성요소와 같은 기능을 갖는 구성요소에는 동일한 참조번호로 나타내져 있다. 도 3에서, 본 실시예에 따른 오버플로우 처리에 관계되지 않는 화소부(1), 램프 신호원(참조 신호 생성회로)(6)등은 도면으로부터 생략되어 있다. 도 3에 있어서, 고체촬상장치는, 판독회로(2), 비교부(3), 기억부(4), 카운터 회로(7) 및 선택 회로(21)를 구비한다.

기억부(4)는, 화소의 리셋트 레벨의 신호를 ＡＤ변환한 후의 디지털 데이터(N데이터)를 기억하는 제1 기억소자4A와, 광전변환후의 화소신호를 ＡＤ변환한 후의 디지털 데이터(S데이터)를 기억하는 제2 기억소자4B를 구비한다.

제1 기억소자4A는, 합회로(ＡＮＤ회로) 31A의 출력과, 기록 인에이블 펄스ＩＮＴＮ과, 선택 회로(21)의 출력을, 입력으로서 받아들인다. ＡＮＤ회로 31A는, 대응하는 비교부(3)의 출력 및 선택 펄스ＭＳＥＬＮ을 입력으로서 받아들이고, 그 비교부 출력과 선택 펄스ＭＳＥＬＮ의 논리곱을 출력한다. 제1 기억소자4A는, ＡＮＤ회로 31A의 출력의 전위가 반전할 때, 또는 기록 인에이블 펄스ＩＮＴＮ이 하이로부터 로우로 천이할 때, 선택 회로(21)의 출력을 디지털 데이터로서 기억한다.

제2 기억소자4B는, ＡＮＤ회로 31B의 출력과, 기록 인에이블 펄스ＩＮＴＳ와, 선택 회로(21)의 출력을, 입력으로서 받아들인다. ＡＮＤ회로 31B는, 대응하는 비교부(3)의 출력 및 선택 펄스ＭＳＥＬＳ를 입력으로서 받아들이고, 그 비교부 출력과 선택 펄스ＭＳＥＬＳ의 논리곱을 출력한다. 제2 기억소자4B는, ＡＮＤ회로 31B의 출력의 전위가 반전할 때, 또는 기록 인에이블 펄스ＩＮＴＳ가 하이로부터 로우로 천이할 때, 선택 회로(21)의 출력을 디지털 데이터로서 기억한다.

선택 회로(21)는, 소정의 값의 디지털 데이터Ｄｎ_ＤＡＴＡ, Ｄｓ_ＤＡＴＡ, 및 카운터 회로(7)의 출력을, 입력으로서 받아들인다. 선택 회로(21)는, 선택 펄스ＳＥＬｎ, ＳＥＬｓ, ＳＥＬｂ에 의거하여, 디지털 데이터Ｄｎ_ＤＡＴＡ, Ｄｓ_ＤＡＴＡ, 또는 카운터 회로(7)로부터 출력되는 카운트 신호 중 어느쪽을 출력할지가 선택 가능하다. 여기에서, 선택 펄스ＳＥＬｎ와 ＳＥＬｓ 중 한쪽이 하이일 때에는 다른쪽이 로우이다. 선택 펄스ＳＥＬｎ, ＳＥＬｓ가 함께 로우일 때에는, 선택 펄스ＳＥＬｂ이 하이다. 보통, 디지털 데이터Ｄｎ_ＤＡＴＡ의 값과 디지털 데이터Ｄｓ_ＤＡＴＡ의 값은 다르다.

선택 회로(21)는, 선택 펄스ＳＥＬｎ이 하이이며, 또 선택 펄스ＳＥＬｓ가 로우일 경우에는, 디지털 데이터Ｄｎ_ＤＡＴＡ를 출력한다. 선택 회로(21)는, 선택 펄스ＳＥＬｓ가 하이이며, 또 선택 펄스ＳＥＬｎ이 로우일 경우에는, 디지털 데이터Ｄｓ_ＤＡＴＡ를 출력한다. 선택 회로(21)는, 선택 펄스ＳＥＬｎ, ＳＥＬｓ가 함께 로우, 즉 선택 펄스ＳＥＬｂ이 하이일 경우에는, 카운터 회로(7)로부터의 카운트 신호를 출력한다.

다음에, 제2실시예에 따른 고체촬상장치에서의 동작(보통 동작 및 오버플로우 처리의 동작)에 관하여 설명한다. 도 4는, 제2실시예에 따른 고체촬상장치의 동작 예를 설명하는 타이밍 차트이며, 1화소행에 해당한 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트다. 본 실시예에서는 화소의 리셋트 레벨의 신호와 광전변환후의 화소신호와의 양쪽을 ＡＤ변환 처리한다. 그러므로, 도 4에서, 2회의 ＡＤ변환을 실시하고, 카운터 동작 인에이블 펄스ＣＮＴ_ＥＮ신호가 하이인 기간은 ＡＤ변환 기간에 해당한다.

우선, 리셋트 레벨의 신호의 ＡＤ변환 동작에 관하여 설명한다.

선택 펄스ＳＥＬｎ이 하이(선택 펄스ＳＥＬｓ, ＳＥＬｂ는 로우)가 된다. 이에 따라, 선택 회로(21)는, 리셋트 레벨 신호용의 소정의 값의 디지털 데이터Ｄｎ_ＤＡＴＡ를 출력한다. 다음에, 선택 펄스ＳＥＬｎ이 하이를 유지하면서, 기록 인에이블 펄스ＩＮＴＮ이 로우, 하이 및 로우의 순으로 구동된다. 기록 인에이블 펄스ＩＮＴＮ이 하이로부터 로우에 천이할 때에, 기억부(4)의 제1 기억소자4A는, 선택 회로(21)의 출력, 즉 디지털 데이터Ｄｎ_ＤＡＴＡ를 기억한다.

이어서, 선택 펄스ＳＥＬｎ이 로우가 된다. 선택 펄스ＳＥＬｎ 및 ＳＥＬｓ가 함께 로우일 때에, 선택 회로(21)는, 카운터 회로(7)의 출력을 선택해서 출력한다. 그렇지만, 카운터 동작 인에이블 펄스ＣＮＴ_ＥＮ이 로우일 동안에, 카운터 회로(7)는, 카운트 동작을 행하지 않고 "0"의 신호 값을 카운트 신호로서 출력하므로, 선택 회로(21)는 "0"의 값을 출력한다.

다음에, 카운터 동작 인에이블 펄스ＣＮＴ_ＥＮ이 하이가 되고, 카운터 회로(7)가 카운트 동작을 시작한다. 카운터 동작 인에이블 펄스ＣＮＴ_ＥＮ이 로우로부터 하이로 변화되는 것과 거의 동시에, 램프 신호원은, 램프 신호를 생성해서 출력한다.

판독회로 출력A에 나타나 있는 바와 같이, 고체촬상장치는, 판독회로(2)의 출력 전위가 램프 신호에 있어서의 상한의 전위와 하한의 전위와의 사이에 있는 통상 동작시에, 아래와 같이 작동한다. 램프 신호원(6)으로부터 출력된 램프 신호의 전위가 판독회로(2)의 출력 전위이하일 때에, 비교부 출력A에 나타나 있는 바와 같이 비교부(3)의 출력이 로우로부터 하이로 천이한다. 이때, 선택 펄스ＭＳＥＬＮ은, 하이다. 따라서, 비교부(3)의 출력이 로우로부터 하이로 천이하면, ＡＮＤ회로 31A의 출력이 로우로부터 하이로 천이한다. 이 ＡＮＤ회로 31A의 출력의 전위가 반전할 때, 제1 기억소자4A는, 선택 회로(21)의 출력, 즉 카운터 회로(7)로부터 출력되는 카운트 신호를 디지털 데이터로서 기억한다. 예를 들면, 카운트 신호의 신호 값이 n(n은 디지털 데이터)일 때에, ＡＮＤ회로 31A의 출력이 로우로부터 하이로 천이하면, 리셋트 레벨의 신호에 관련된 비교가 완료되고, 제1 기억소자4A에 그 값 n이 기록된다(도 4에 나타낸 제1 기억부의 기억 데이터A 참조).

다음에, 판독회로 출력B에 나타나 있는 바와 같이 판독회로(2)의 출력 전위가 램프 신호에 있어서의 하한의 전위이하인 경우의 오버플로우 처리의 동작에 관하여 설명한다. 판독회로 출력B에 나타나 있는 바와 같은 판독회로(2)의 출력일 경우에는, 램프 신호의 전위가 결코 판독회로(2)의 출력 전위이하가 아니므로, 비교가 완료되지 않고 비교부(3)의 출력은, 비교부 출력B에 나타나 있는 바와 같이 로우를 유지한다. 따라서, 제1 기억소자4A에서의 디지털 데이터를 중복 기록하지(갱신하지) 않고, 기록 인에이블 펄스ＩＮＴＮ에 따라 기록된 디지털 데이터Ｄｎ_ＤＡＴＡ의 값을 계속해서 유지한다(도 4에 나타낸 제1 기억부의 기억 데이터B 참조).

리셋트 레벨 신호에 관한 소정의 아날로그/디지털 변환 기간이 만료할 때, 카운터 동작 인에이블 펄스ＣＮＴ_ＥＮ이 로우가 된다. 이에 따라, 카운터 회로(7)는 카운트 동작을 종료하고, 또한 램프 신호원은 램프 신호의 생성을 종료한다. 본 실시예에서는, 디지털 데이터Ｄｎ_ＤＡＴＡ는, 리셋트 레벨 신호에 관한 ＡＤ변환 처리에 이용가능한 디지털 데이터의 최대값Ｄｎｍａｘ에 설정된다. 디지털 데이터Ｄｎｍａｘ는, 리셋트 레벨 신호의 아날로그/디지털 변환 기간동안에 상기 카운터 동작 인에이블 펄스ＣＮＴ_ＥＮ이 하강하기 직전에 카운터 회로(7)가 출력한 디지털 데이터에 해당한다. 따라서, 판독회로(2)의 출력이 판독회로 출력B에 나타나 있는 바와 같은 경우에는, 제1 기억부의 기억 데이터B에 나타나 있는 바와 같이 판독회로(2)의 출력에 대응하는 디지털 데이터로서 디지털 데이터Ｄｎ_ＤＡＴＡ=Ｄｎｍａｘ가 제1 기억소자4A에 유지되어 있다. 한편, 보통 동작의 경우에는, 제1 기억부의 기억 데이터A에 나타나 있는 바와 같이 판독회로(2)의 출력을 ＡＤ변환한 결과인 디지털 데이터n이 제1 기억소자4A에 유지되어 있다.

다음에, 리셋트 레벨 신호의 ＡＤ변환 동작 종료후의 화소신호의 ＡＤ변환 동작에 관하여 설명한다. 화소신호의 전송 펄스ＰＴＸ가 하이가 되고, 광량에 따라 화소부의 화소에 축적된 광전변환후의 신호가 판독회로(2)에 전송되어나서, 판독회로(2)는 그 전송신호에 따른 화소신호를 출력한다. 화소신호의 전송 펄스ＰＴＸ가 로우가 되고, 그 후에 선택 펄스ＳＥＬｓ가 하이(선택 펄스ＳＥＬｎ, ＳＥＬｂ은 로우)가 된다. 이에 따라, 선택 펄스ＳＥＬｓ가 하이의 기간 동안에, 선택 회로(21)는, 화소신호용의 소정의 값의 디지털 데이터Ｄｓ_ＤＡＴＡ를 출력한다. 다음에, 선택 펄스ＳＥＬｓ이 하이를 유지하면서, 기록 인에이블 펄스ＩＮＴＳ가 로우, 하이 및 로우의 순서로 구동된다. 기록 인에이블 펄스ＩＮＴＳ가 하이로부터 로우로 천이할 때에, 기억부(4)의 제2 기억소자4B는, 선택 회로(21)의 출력, 즉 디지털 데이터Ｄｓ_ＤＡＴＡ를 기억한다.

그 후에, 선택 펄스ＳＥＬｓ가 로우가 된다. 선택 펄스ＳＥＬｎ 및 ＳＥＬｓ가 함께 로우일 때에, 선택 회로(21)는, 카운터 회로(7)의 출력을 선택해서 출력한다. 그렇지만, 카운터 동작 인에이블 펄스ＣＮＴ_ＥＮ이 로우이기 때문에, 선택 회로(21)는 "0"의 값을 출력한다.

유사한 처리를 이미 기술하였기 때문에, 상세한 설명은 생략하지만, 판독회로(2)의 출력 전위가 판독회로 출력A에 나타나 있는 바와 같은 경우의 통상동작에서는, 제2 기억소자4B는, 판독회로(2)의 출력 전위에 따른 카운트 신호를 디지털 데이터로서 기억한다. 즉, 비교부 출력A에 나타나 있는 바와 같이, 비교부(3)(ＡＮＤ회로31B)의 출력이 로우로부터 하이로 천이할 때, 제2 기억소자4B는, 선택 회로(21)의 출력, 즉 카운터 회로(7)로부터 출력되는 카운트 신호를 디지털 데이터로서 기억한다. 예를 들면, 카운트 신호의 신호 값이 s(s는 디지털 데이터)일 때, 제2 기억소자4B에 상기 값s가 기록된다(도 4에 나타낸 제2 기억부의 기억 데이터A 참조).

다음에, 판독회로(2)의 출력 전위가 판독회로 출력B에 나타나 있는 바와 같은 때에 실행된 오버플로우 처리의 동작일 경우에는, 램프 신호의 전위가 결코 판독회로(2)의 출력 전위이하가 아니기 때문에, 제2 기억소자4B에서의 디지털 데이터는 중복 기록(갱신)되지 않는다. 따라서, 제2 기억소자4B에는, 기록 인에이블 펄스ＩＮＴＳ에 따라 기록된 디지털 데이터Ｄｓ_ＤＡＴＡ의 값을 계속해서 유지한다(도 4의 제2 기억부의 기억 데이터B 참조).

광전변환후의 화소신호에 관한 소정의 아날로그/디지털 변환 기간의 만료시에, 카운터 동작 인에이블 펄스ＣＮＴ_ＥＮ이 로우가 된다. 카운터 회로(7)는 카운트 동작을 종료하고, 또한 램프 신호원도 램프 신호의 생성을 종료한다. 본 실시예에 의하면, 디지털 데이터Ｄｓ_ＤＡＴＡ는, 화소신호에 관한 ＡＤ변환 처리에 이용 가능한 디지털 데이터의 최대값Ｄｓｍａｘ에 설정된다. 디지털 데이터Ｄｓｍａｘ는, 화소신호의 아날로그/디지털 변환 기간에 상기 카운터 동작 인에이블 펄스ＣＮＴ_ＥＮ이 하강하기 직전에 카운터 회로(7)가 출력한 디지털 데이터에 해당한다. 따라서, 판독회로(2)의 출력이 판독회로 출력B에 나타나 있는 바와 같은 경우에는, 제2 기억부의 기억 데이터B에 나타나 있는 바와 같이 판독회로(2)의 출력에 대응하는 디지털 데이터로서 디지털 데이터Ｄｓ_ＤＡＴＡ=Ｄｓｍａｘ가 제2 기억소자4B에 유지되어 있다. 한편, 보통 동작의 경우에는, 제2 기억부의 기억 데이터A에 나타나 있는 바와 같이 판독회로(2)의 출력을 ＡＤ변환한 결과인 디지털 데이터s가 제2 기억소자4B에 유지되어 있다.

화소신호의 ＡＤ변환 동작 종료 후에, 제1 기억소자4A 및 제2 기억소자4B로부터 열단위로 차례차례, 기억된 디지털 데이터를 판독하고, S데이터로부터 N데이터를 감산한다. 이 감산에 의해, 화소신호로부터 리셋트 레벨의 신호를 감산하는 것이 가능해진다. 또한, 이 감산을 행하는 연산 처리 회로 및 판독명령을 행하는 처리 회로는, 도 3에서는 도면에 나타내는 것을 생략하고 있다.

본 실시예에 의하면, 판독회로(2)의 출력 전위가 램프 신호보다 낮고, 비교부(3)의 출력이 로우로 유지되는 경우에도, 간단한 회로 구성을 사용하여 간편하고 쉬운 타이밍 제어에 의해 리셋트 레벨 신호 및 화소신호의 오버플로우 처리를 행하는 것이 가능해진다. 또한, 오버플로우 처리에 사용한 디지털 데이터Ｄｎ_ＤＡＴＡ와 Ｄｓ_ＤＡＴＡ를 이용가능한 최대값이상의 적절한 값으로 설정하면 화소신호의 디지털 데이터로서 그대로 처리할 수 있다. 본 실시예는, 종래와 같이 자릿수 올림의 비트를 제공할 필요가 없고, 회로 면적의 감소를 가능하게 한다.

본 실시예에 의하면, 제1 기억소자4A 및 제2 기억소자4B는, 각각의 기록 인에이블 펄스ＩＮＴＮ, ＩＮＴＳ가 하이로부터 로우로 천이할 때에, 선택 회로(21)의 출력을 디지털 데이터로서 기억하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 각각의 기록 인에이블 펄스ＩＮＴＮ, ＩＮＴＳ가 로우로부터 하이로 천이할 때에, 제1 기억소자4A 및 제2 기억소자4B는, 선택 회로(21)의 출력을 디지털 데이터로서 기억하여도 된다. 또한, 디지털 데이터Ｄｎ_ＤＡＴＡ, Ｄｓ_ＤＡＴＡ로서 설정되는 값은 가변이어도 된다.

본 실시예에 의하면, 램프 신호는, 시간의 경과에 따라 전위가 떨어지는 신호이지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 램프 신호는, 시간의 경과에 따라 전위가 상승하는 신호이어도 된다. 본 실시예에 의하면, 램프 신호의 전위가 판독회로의 출력 전위보다도 높을 경우에, 비교부(3)의 출력이 하이가 되도록 구성되지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 램프 신호의 전위가 판독회로의 출력 전위보다도 높을 경우에, 비교부(3)의 출력이 로우가 되도록 구성되어도 된다. 어느 쪽의 경우에도, 램프 신호의 전위와 판독회로의 출력 전위와의 대소관계가 반전할 때에 선택 회로(21)의 출력을 기억부(4)에 기억할 수 있다.

전술한 제1 및 제2 실시예에서는 카운터 회로(7)가, 복수의 기억부(4)에 공통적으로 접속되어 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 열마다 카운터 회로(7)를 설치하여도 좋다. 그렇지만, 카운터 회로(7)를 복수열의 기억부(4)에 공통적으로 접속하는 구성이, 열마다 선택 회로(21)를 설치할 필요가 없고, 회로 면적을 감소시켜서, 보다 현저한 효과를 제공한다.

이때, 상기 실시예들은, 본 발명을 실시하는 구체적인 예들을 나타낼 뿐이지 본 발명의 범위를 한정하는 것으로서 해석되어서는 안된다. 즉, 본 발명은, 그 기술사상, 또는 그 주요한 특징으로부터 일탈하지 않고, 여러 가지 형태에서 구현될 수 있다.

본 발명을 예시적 실시예들을 참조하여 기재하였지만, 본 발명은 상기 개시된 예시적 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다. 아래의 청구항의 범위는, 모든 변형, 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 아주 넓게 해석해야 한다.

Claims

행렬에 있어서 2차원으로 배열되고 각각 화소신호를 출력하는 복수의 화소;
시간의 경과에 따라 신호 레벨을 단조롭게 변화하는 참조 신호를 생성하도록 구성된 참조 신호 생성회로;
상기 복수의 화소의 열 각각에 대응하게 각각 배열되고, 상기 화소신호와 상기 참조 신호를 비교하도록 구성된 복수의 비교부;
상기 복수의 비교부 각각에 대응하게 각각 배열된 복수의 기억부;
상기 참조 신호 생성회로로부터 상기 참조 신호의 출력에 따라 카운트 동작을 시작하고, 클록 펄스를 카운트 하여 카운트 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 복수의 기억부에 상기 카운트 신호를 공급하도록 구성된, 카운터; 및
상기 비교전에 상기 복수의 기억부에, 상기 화소신호의 채도 레벨을 가리키는 값인 소정값의 디지털 데이터를 공급하도록 구성되고, 상기 비교부의 출력이 상기 비교 결과로서 변경하지 않는 경우에 상기 소정값으로부터 상기 디지털 데이터를 갱신하지 않도록 구성되고, 상기 비교부의 출력이 상기 비교 결과로서 변경하는 경우에 상기 소정값으로부터 상기 카운트 신호의 신호값으로 상기 디지털 데이터를 갱신하도록 구성된, 데이터 공급부를 구비한, 고체촬상장치.
제 1 항에 있어서,
상기 소정값과 상기 카운트 신호의 상기 신호값과의 상기 디지털 데이터 중 어느 한쪽을 상기 복수의 기억부에 공급하도록 구성된 선택 회로를 더 구비한, 고체촬상장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 기억부 각각은, 상기 화소의 리셋트 레벨 신호의 아날로그 대 디지털 변환하여 얻어진 디지털 데이터를 기억하도록 구성된 제1 기억소자와, 상기 화소에서 입사광의 광전 변환에 의해 생성되고 상기 화소로부터 출력된 신호를 아날로그 대 디지털 변환하여 얻어진 디지털 데이터를 기억하도록 구성된 제2 기억소자를 구비한, 고체촬상장치.
제 4 항에 있어서,
상기 데이터 공급부는, 상기 디지털 데이터를 상기 제1 기억소자에 공급하도록 구성되고, 상기 제1 기억소자에 공급된 상기 디지털 데이터의 소정값과 다른 상기 소정값의 디지털 데이터를 공급하도록 구성된, 고체촬상장치.
제 1 항에 있어서,
상기 데이터 공급부가 공급한 디지털 데이터의 소정값이 가변인, 고체촬상장치.
제 1 항에 있어서,
상기 데이터 공급부가 공급한 디지털 데이터의 소정값은, 상기 화소신호의 아날로그 대 디지털 변환해서 얻어진 디지털 데이터의 출력 범위에서 최대값 이상인, 고체촬상장치.
행렬에 있어서 2차원으로 배열되고 각각 화소신호를 출력하도록 구성된 복수의 화소;
시간의 경과에 따라 신호 레벨을 단조롭게 변화하는 참조 신호를 생성하도록 구성된 참조 신호 생성회로;
상기 복수의 화소의 열 각각에 대응하게 각각 배열되고, 상기 화소신호와 상기 참조 신호를 비교하도록 구성된 복수의 비교부;
상기 복수의 비교부 각각에 대응하게 각각 배열된 복수의 기억부; 및
상기 참조 신호 생성회로로부터의 상기 참조 신호의 출력에 따라 카운트 동작을 시작하고, 클록 펄스를 카운트 하여 카운트 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 복수의 기억부에 상기 카운트 신호를 공급하도록 구성된, 카운터를 구비한, 고체촬상장치의 구동방법으로서,
상기 비교전에 상기 복수의 기억부에, 상기 화소신호의 채도 레벨을 가리키는 값인 소정값의 디지털 데이터를 기록하는 단계; 및
상기 비교부의 출력이 상기 비교 결과로서 변경하는 경우에 상기 소정값으로부터 상기 카운트 신호의 신호값으로 상기 디지털 데이터를 갱신하고, 상기 비교부의 출력이 상기 비교 결과로서 변경하지 않는 경우에 상기 소정값으로부터 상기 디지털 데이터를 갱신하지 않는 단계를 포함하는, 고체촬상장치의 구동방법.
제 8 항에 있어서,
상기 복수의 기억부 각각은, 상기 화소의 리셋트 레벨 신호의 아날로그 대 디지털 변환하여 얻어진 디지털 데이터를 기억하는 제1 기억소자와, 상기 화소에서 입사광의 광전 변환에 의해 생성되고 상기 화소로부터 출력된 신호를 아날로그 대 디지털 변환하여 얻어진 디지털 데이터를 기억하는 제2 기억소자를 구비하고,
상기 소정값의 디지털 데이터를 상기 제1 기억소자에 공급하는 단계; 및
상기 제1 기억소자에 공급된 상기 디지털 데이터의 소정값과 다른 상기 소정값의 디지털 데이터를 공급하는 단계를 더 포함한, 고체촬상장치의 구동방법.
제 1 항에 있어서,
상기 데이터 공급부가 공급한 디지털 데이터의 소정값은, 시간의 경과에 따라 신호 레벨을 단조롭게 변화하는 참조 신호를 끝낼 때의 상기 카운트 신호의 값인, 고체촬상장치.
제 8 항에 있어서,
상기 소정값은, 상기 화소신호의 아날로그 대 디지털 변환해서 얻어진 디지털 데이터의 출력 범위에서 최대값 이상인, 고체촬상장치의 구동방법.
제 8 항에 있어서,
상기 소정값은, 시간의 경과에 따라 신호 레벨을 단조롭게 변화하는 참조 신호를 끝낼 때의 상기 카운트 신호의 값인, 고체촬상장치의 구동방법.