KR102489552B1 - 촬상 장치 및 촬상 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 촬상 장치는, 제1 수광소자와 제1 전하축적부를 접속하는 제1 스위치와, 소정 노드와 제1 전하축적부를 접속하는 제2 스위치와, 소정 노드에 소정의 전압을 인가하는 제3 스위치와, 제2 수광소자와 제2 전하축적부를 접속하는 제4 스위치와, 제2 전하축적부와 소정 노드를 접속하는 제5 스위치와, 화소 전압을 출력하는 출력부와, 구동부와, 제1 내지 제4 값을 구하는 처리부를 구비한다. 구동부는, 제1 기간에 있어서 제2 및 제3 스위치를 온으로 함과 함께 제1, 제4, 제5 스위치를 오프로 하고, 제2 기간에 있어서 제3 스위치를 오프로 함과 함께 제5 스위치를 온으로 하고, 제3 기간에 있어서 제4 스위치를 온으로 하고, 제4 기간에 있어서 제4 스위치를 오프로 한다. 처리부는, 제2, 제4 기간에서 있어서의 화소 전압에 기초하여 제3 값을 구한다.

Description

촬상 장치 및 촬상 방법
본 개시는, 촬상 동작을 행하는 촬상 장치 및 그러한 촬상 장치에서 사용되는 촬상 방법에 관한 것이다.
촬상 장치에는, 다이나믹 레인지가 넓은 것이 요망되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 포토다이오드와, 포토다이오드로부터 오버플로우되는 광전하를 축적하는 축적 용량 소자를 구비하여, 다이나믹 레인지의 확대를 도모하는 촬상 장치가 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본특허공개공보 2005-328493호 공보
촬상 장치에서는, 촬상 화상의 화질이 높은 것이 요망되고 있고, 한층 더 화질의 향상이 기대되고 있다.
촬상 화상의 화질을 높일 수 있는 촬상 장치 및 촬상 방법을 제공하는 것이 요망된다.
본 개시의 일 실시형태에 있어서의 촬상 장치는, 제1 수광소자 및 제2 수광소자와, 제1 전하축적부 및 제2 전하축적부와, 제1 스위치와, 제2 스위치와, 제3 스위치와, 제4 스위치와, 제5 스위치와, 출력부와, 구동부와, 처리부를 구비하고 있다. 제1 스위치는, 온 상태가 됨으로써 제1 수광소자와 제1 전하축적부를 접속하는 것이다. 제2 스위치는, 온 상태가 됨으로써 소정 노드와 제1 전하축적부를 접속하는 것이다. 제3 스위치는, 온 상태가 됨으로써 소정 노드에 소정의 전압을 인가하는 것이다. 제4 스위치는, 온 상태가 됨으로써 제2 수광소자와 제2 전하축적부를 접속하는 것이다. 제5 스위치는, 온 상태가 됨으로써 제2 전하축적부와 소정 노드를 접속하는 것이다. 구동부는, 각 스위치를 구동하는 것이다. 처리부는, 화소 전압에 기초하여 제1 값, 제2 값, 제3 값, 제4 값을 구하고, 이들 값에 기초하여 화소값을 생성하는 것이다. 상기 구동부는, 제1 기간에 있어서, 제2 스위치 및 제3 스위치를 온 상태로 함과 함께, 제1 스위치, 제4 스위치 및 제5 스위치를 오프 상태로 하고, 제1 기간 후의 제2 기간에 있어서, 제3 스위치를 오프 상태로 함과 함께 제5 스위치를 온 상태로 하고, 제2 기간 후의 제3 기간에 있어서, 제4 스위치를 온 상태로 하고, 제3 기간 후의 제4 기간에 있어서, 제4 스위치를 오프 상태로 한다. 처리부는, 제2 기간에 있어서의 화소 전압과 제4 기간에 있어서의 화소 전압에 기초하여 제3 값을 구한다.
본 개시의 일 실시형태에 있어서의 촬상 방법은, 제1 수광소자 및 제2 수광소자와, 제1 전하축적부 및 제2 전하축적부와, 온 상태가 됨으로써 제1 수광소자와 제1 전하축적부를 접속하는 제1 스위치와, 온 상태가 됨으로써 소정 노드와 제1 전하축적부를 접속하는 제2 스위치와, 온 상태가 됨으로써 소정 노드에 소정의 전압을 인가하는 제3 스위치와, 온 상태가 됨으로써 제2 수광소자와 제2 전하축적부를 접속하는 제4 스위치와, 온 상태가 됨으로써 제2 전하축적부와 소정 노드를 접속하는 제5 스위치와, 제1 전하축적부에 있어서의 전압에 따른 화소 전압을 출력하는 출력부를 구비한 촬상 화소의 각 스위치를 구동하여, 화소 전압에 기초하여 제1 값, 제2 값, 제3 값, 제4 값을 구하고 이들 값에 기초하여 화소값을 생성하고, 제1 기간에 있어서, 제2 스위치 및 제3 스위치를 온 상태로 함과 함께, 제1 스위치, 제4 스위치 및 제5 스위치를 오프 상태로 하고, 제1 기간 후의 제2 기간에 있어서, 제3 스위치를 오프 상태로 함과 함께 제5 스위치를 온 상태로 하고, 제2 기간 후의 제3 기간에 있어서, 제4 스위치를 온 상태로 하고, 제3 기간 후의 제4 기간에 있어서, 제4 스위치를 오프 상태로 하고, 제2 기간에 있어서의 화소 전압과 제4 기간에 있어서의 화소 전압에 기초하여 제3 값을 구한다.
본 개시의 일 실시형태에 있어서의 촬상 장치 및 촬상 방법에서는, 제1 기간에 있어서, 제2 스위치 및 제3 스위치가 온 상태로 됨과 함께, 제1 스위치, 제4 스위치 및 제5 스위치가 오프 상태로 되고, 제1 기간 후의 제2 기간에 있어서, 제3 스위치가 오프 상태로 함과 함께 제5 스위치가 온 상태로 되고, 제2 기간 후의 제3 기간에 있어서, 제4 스위치가 온 상태로 되고, 제3 기간 후의 제4 기간에 있어서, 제4 스위치가 오프 상태로 된다. 그리고, 제2 기간에 있어서의 화소 전압과 제4 기간에 있어서의 화소 전압에 기초하여 제3 값이 구해진다. 그리고, 제1 값, 제2 값, 제3 값, 제4 값에 기초하여, 화소값이 생성된다.
본 개시의 일 실시형태에 있어서의 촬상 장치 및 촬상 방법에 의하면, 제1 기간에 있어서, 제2 스위치 및 제3 스위치를 온 상태로 함과 함께, 제1 스위치, 제4 스위치 및 제5 스위치를 오프 상태로 하고, 제1 기간 후의 제2 기간에 있어서, 제3 스위치를 오프 상태로 함과 함께 제5 스위치를 온 상태로 하고, 제2 기간 후의 제3 기간에 있어서, 제4 스위치를 온 상태로 하고, 제3 기간 후의 제4 기간에 있어서, 제4 스위치를 오프 상태로 하고, 제2 기간에 있어서의 화소 전압과, 제4 기간에 있어서의 화소 전압에 기초하여 제3 값을 구하도록 하였기 때문에, 촬상 화상의 화질을 높일 수 있다. 한편, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것은 아니며, 본 개시 중에 기재된 어떠한 효과가 있어도 된다.
도 1은 본 개시의 일 실시형태에 따른 촬상 장치의 일 구성예를 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 판독부의 일 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 촬상 장치의 일 동작예를 나타내는 타이밍 파형도이다.
도 4a는 도 1에 나타낸 촬상 장치의 일 동작예를 나타내는 다른 타이밍 파형도이다.
도 4b는 도 1에 나타낸 촬상 장치의 일 동작예를 나타내는 다른 타이밍 파형도이다.
도 5a는 도 1에 나타낸 촬상 화소의 일 동작 상태를 나타내는 회로도이다.
도 5b는 도 1에 나타낸 촬상 장치의 다른 동작 상태를 나타내는 회로도이다.
도 5c는 도 1에 나타낸 촬상 장치의 다른 동작 상태를 나타내는 회로도이다.
도 6은 도 1에 나타낸 촬상 장치의 일 동작예를 나타내는 설명도이다.
도 7은 도 1에 나타낸 촬상 장치의 일 특성예를 나타내는 특성도이다.
도 8은 비교예에 따른 촬상 장치 일 동작예를 나타내는 타이밍 파형도이다.
도 9a는 비교예에 따른 촬상 장치의 일 동작예를 나타내는 다른 타이밍 파형도이다.
도 9b는 비교예에 따른 촬상 장치의 일 동작예를 나타내는 다른 타이밍 파형도이다.
도 10은 비교예에 따른 촬상 장치의 일 동작예를 나타내는 설명도이다.
도 11은 비교예에 따른 촬상 장치의 일 특성예를 나타내는 특성도이다.
도 12는 변형예에 따른 촬상 장치의 일 동작예를 나타내는 타이밍 파형도이다.
도 13은 변형예에 따른 촬상 장치의 일 동작예를 나타내는 설명도이다.
이하, 본 개시의 실시형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
<실시형태>
[구성예]
도 1은, 일 실시형태에 따른 촬상 장치(촬상 장치(1))의 일 구성예를 나타내는 것이다. 촬상 장치(1)는, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 집적 회로의 제조 프로세스를 이용하여 제조되는, 소위 CMOS 이미지 센서이다. 한편, 본 개시의 실시형태에 따른 촬상 방법은, 본 실시형태에 의해 구체화되므로, 함께 설명한다. 촬상 장치(1)는, 화소 어레이(11)와, 주사부(12)와, 판독부(20)와, 신호 처리부(14)와, 제어부(15)를 구비하고 있다.
화소 어레이(11)는, 복수의 촬상 화소(10)가 매트릭스 형상으로 배치된 것이다. 화소 어레이(11)는, 복수의 제어선(TGLL)과, 복수의 제어선(FDGL)과, 복수의 제어선(RSTL)과, 복수의 제어선(FCGL)과, 복수의 제어선(TGSL)과, 복수의 제어선(SELL)과, 복수의 신호선(SGL)을 갖고 있다. 제어선(TGLL)은, 수평 방향(도 1에 있어서의 가로 방향)으로 연장하는 것이며, 제어선(TGLL)에는 주사부(12)에 의해 신호(STGL)이 인가된다. 제어선(FDGL)은, 수평 방향으로 연장하는 것이며, 제어선(FDGL)에는 주사부(12)에 의해 신호(SFDG)가 인가된다. 제어선(RSTL)은, 수평 방향으로 연장하는 것이며, 제어선(RSTL)에는, 주사부(12)에 의해 신호(SRST)가 인가된다. 제어선(FCGL)은, 수평 방향으로 연장하는 것이며, 제어선(FCGL)에는, 주사부(12)에 의해 신호(SFCG)이 인가된다. 제어선(TGSL)은, 수평 방향으로 연장하는 것이며, 제어선(TGSL)에는, 주사부(12)에 의해 신호(STGS)가 인가된다. 제어선(SELL)은, 수평 방향으로 연장하는 것이며, 제어선(SELL)에는, 주사부(12)에 의해 신호(SSEL)이 인가된다. 신호선(SGL)은, 수직 방향(도 1에 있어서의 세로 방향)으로 연장하는 것이며, 판독부(20)에 접속되어 있다.
촬상 화소(10)는, 포토다이오드(PD1)과, 트랜지스터(TGL)과, 포토다이오드(PD2)와, 트랜지스터(TGS)와, 용량 소자(FC)와, 트랜지스터(FCG, RST, FDG)와, 플로팅 디퓨전(FD)와, 트랜지스터(AMP, SEL)을 갖고 있다. 트랜지스터(TGL, TGS, FCG, RST, FDG, AMP, SEL)은, 이 예에서는 N형의 MOS 트랜지스터이다.
포토다이오드(PD1)은, 수광량에 따른 양의 전하를 생성하여 내부에 축적하는 광전 변환 소자이다. 포토다이오드(PD1)가 광을 수광 가능한 수광 영역은, 포토다이오드(PD2)가 광을 수광 가능한 수광 영역보다 넓은 것이다. 포토다이오드(PD1)의 애노드는 접지되고, 캐소드는 트랜지스터(TGL)의 소스에 접속되어 있다.
트랜지스터(TGL)의 게이트는 제어선(TGLL)에 접속되고, 소스는 포토다이오드(PD1)의 캐소드에 접속되고, 드레인은 플로팅 디퓨전(FD)에 접속되어 있다.
포토다이오드(PD2)는, 수광량에 따른 양의 전하를 생성하여 내부에 축적하는 광전 변환 소자이다. 포토다이오드(PD2)가 광을 수광 가능한 수광 영역은, 포토다이오드(PD1)이 광을 수광 가능한 수광 영역보다 좁은 것이다. 포토다이오드(PD2)의 애노드는 접지되고, 캐소드는 트랜지스터(TGS)의 소스에 접속되어 있다.
트랜지스터(TGS)의 게이트는 제어선(TGSL)에 접속되고, 소스는 포토다이오드(PD2)의 캐소드에 접속되고, 드레인은 용량 소자(FC)의 일단 및 트랜지스터(FCG)의 소스에 접속되어 있다.
용량 소자(FC)의 일단은 트랜지스터(TGS)의 드레인 및 트랜지스터(FCG)의 소스에 접속되고, 타단에는 전원 전압(VDD)가 공급되고 있다.
트랜지스터(FCG)의 게이트는 제어선(FCGL)에 접속되고, 소스는 용량 소자(FC)의 일단 및 트랜지스터(TGS)의 드레인에 접속되고, 드레인은 트랜지스터(RST)의 소스 및 트랜지스터(FDG)의 드레인에 접속되어 있다.
트랜지스터(RST)의 게이트는 제어선(RSTL)에 접속되고, 드레인에는 전원 전압(VDD)가 공급되고, 소스는 트랜지스터(FCG, FDG)의 드레인에 접속되어 있다.
트랜지스터(FDG)의 게이트는 제어선(FDGL)에 접속되고, 드레인은 트랜지스터(RST)의 소스 및 트랜지스터(FCG)의 드레인에 접속되고, 소스는 플로팅 디퓨전에 접속되어 있다.
플로팅 디퓨전(FD)은, 포토다이오드(PD1, PD2)로부터 공급된 전하를 축적하는 것으로, 예를 들면, 반도체 기판의 표면에 형성된 확산층을 사용하여 구성된다. 도 1에서는, 플로팅 디퓨전(FD)을, 용량 소자의 기호를 사용하여 나타내고 있다.
트랜지스터(AMP)의 게이트는 플로팅 디퓨전(FD)에 접속되고, 드레인에는 전원 전압(VDD)이 공급되고, 소스는 트랜지스터(SEL)의 드레인에 접속되어 있다.
트랜지스터(SEL)의 게이트는 제어선(SELL)에 접속되고, 드레인은 트랜지스터(AMP)의 소스에 접속되고, 소스는 신호선(SGL)에 접속되어 있다.
이러한 구성에 의해, 촬상 화소(10)에서는, 제어선(SELL)에 인가된 신호(SSEL)에 기초하여 트랜지스터(SEL)가 온 상태로 됨으로써, 촬상 화소(10)가 신호선(SGL)과 전기적으로 접속된다. 이에 의해, 트랜지스터(AMP)는, 판독부(20)의 전류원(23)(후술함)에 접속되어, 소위 소스 팔로워로서 동작한다. 그리고, 촬상 화소(10)는, 플로팅 디퓨전(FD)에 있어서의 전압에 따른 화소 전압(VP)를, 신호(SIG)로서, 신호선(SGL)에 출력한다. 구체적으로는, 촬상 화소(10)는, 후술하는 바와 같이, 소위 수평 기간(H) 내의 7개의 기간(변환 기간(P1~P7))에 있어서, 7개의 화소 전압(VP)(VP1~VP7)를 순차적으로 출력하도록 되어 있다.
주사부(12)는, 제어부(15)로부터의 지시에 기초하여, 복수의 촬상 화소(10)를 1행 분의 촬상 화소(10)를 단위로 하여 순차적으로 구동하는 것으로, 예를 들면 시프트 레지스터를 사용해서 구성된다. 한편, 이에 한정되는 것은 아니며, 이에 대신하여, 예를 들면, 어드레스 디코더를 사용해도 된다. 주사부(12)는, 복수의 제어선(TGLL)에 대해 신호(STGL)신호(STGL)를 인가하고, 복수의 제어선(FDGL)에 대해 신호(SFDG)를 인가하고, 복수의 제어선(RSTL)에 대해 신호(SRST)를 인가하고, 복수의 제어선(FCGL)에 대해 신호(SFCG)를 인가하고, 복수의 제어선(TGSL)에 대해 신호(STGS)를 인가하고, 복수의 제어선(SELL)에 대해 신호(SSEL)을 인가함으로써, 1행 분의 촬상 화소(10)를 구동하도록 되어 있다.
판독부(20)는, 화소 어레이(11)로부터 신호선(SGL)을 거쳐 공급된 신호(SIG)에 기초하여 AD(Analog to Digital) 변환을 행함으로써, 디지털 값(카운트 값(CNT))을 생성하는 것이다.
도 2는, 판독부(20)의 일 구성예를 나타내는 것이다. 한편, 도 2에는, 판독부(20)에 더해, 제어부(15) 및 신호 처리부(14)도 표현하고 있다.
판독부(20)는, 판독제어부(28)와, 참조 신호 생성부(29)와, 복수의 AD(Analog to Digital) 변환부(ADC)를 갖고 있다.
판독제어부(28)는, 제어부(15)로부터의 지시에 기초하여, 판독부(40)에서의 판독 동작을 제어하는 것이다. 구체적으로는, 판독제어부(28)는, 참조 신호 생성부(29)에 제어 신호를 공급함으로써, 참조 신호 생성부(29)에 참조 신호(REF)(후술함)를 생성시킨다. 또한, 판독제어부(28)는, 복수의 AD 변환부(ADC)에, 클럭 신호(CLK) 및 제어 신호(CC)를 공급함으로써, 복수의 AD 변환부(ADC)에서의 AD 변환 동작을 제어하도록 되어 있다.
참조 신호 생성부(29)는, 판독제어부(28)로부터의 지시에 기초하여 참조 신호(REF)를 생성하는 것이다. 참조 신호(REF)는, 후술하는 바와 같이, 7개의 기간(변환 기간(P1~P7))에 있어서, 시간의 경과에 따라 전압 레벨이 서서히 저하되는, 소위 램프 파형을 갖는 것이다.
AD 변환부(ADC)는, 화소 어레이(11)로부터 신호선(SGL)을 거쳐 공급된 신호(SIG)에 기초하여 AD 변환을 행함으로써, 화소 전압(VP)를 디지털 값(카운트 값(CNT))으로 변환하는 것이다. 복수의 AD 변환부(ADC)는, 화소 어레이(11)의 복수의 신호선(SGL)에 대응하여 설치되어 있다.
AD 변환부(ADC)는, 용량 소자(21, 22)와, 전류원(23)과, 비교기(24)와, 카운터(25)를 갖고 있다. 용량 소자(21)의 일단에는 참조 신호(REF)가 공급되고, 타단은 비교기(24)의 정(正) 입력 단자에 접속되어 있다. 용량 소자(22)의 일단은 신호선(SGL)에 접속되고, 타단은 비교기(24)의 부(負) 입력 단자에 접속되어 있다. 전류원(23)은, 신호선(SGL)으로부터 접지에 소정의 전류값의 전류를 흐르게 하는 것이다. 비교기(24)의 정 입력 단자에는, 용량 소자(21)를 거쳐 참조 신호(REF)가 공급되고, 부 입력 단자에는, 용량 소자(22)를 거쳐 신호(SIG)가 공급된다. 그리고, 비교기(24)는, 정 입력 단자에서의 입력 전압과 부 입력 단자에서의 입력 전압을 비교하여, 그 비교 결과를 신호(CMP)로서 출력하도록 되어 있다. 카운터(25)는, 신호(CMP), 클럭 신호(CLK) 및 제어 신호(CC)에 기초하여, 카운트 동작을 행하는 것이다. 구체적으로는, 카운터(25)는, 판독제어부(28)가 클럭 신호(CLK)의 생성을 개시함으로써, 이 클럭 신호(CLK)에 있어서의 클럭 펄스의 카운트 동작을 개시하고, 카운트 값(CNT)을 인크리먼트한다. 그리고, 카운터(25)는, 비교기(24)로부터 공급된 신호(CMP)에 기초하여, 이 카운트 동작을 종료한다. 또한, 카운터(25)는, 제어 신호(CC)에 기초하여, 카운트 값(CNT)을 리셋한다.
이 구성에 의해, 판독부(20)에서는, AD 변환부(ADC)가, 신호(SIG)에 기초하여 AD 변환을 행하고, 카운트 값(CNT)을 출력한다. 구체적으로는, AD 변환부(ADC)는, 7개의 변환 기간(P1~P7)에 있어서, 신호(SIG)에 포함되는 7개의 화소 전압(VP1~VP7)에 기초하여 각각 AD 변환을 행하고, 7개의 카운트 값(CNT)(카운트 값(CNT1~CNT7))를 각각 출력하도록 되어 있다.
신호 처리부(14)는, 판독부(20)로부터 공급된 카운트 값(CNT)에 기초하여, 소정의 신호 처리를 행하고, 이 신호 처리의 결과를 화상 신호(DATA)로서 출력하는 것이다. 구체적으로는, 신호 처리부(14)는, 판독부(20)로부터 공급된 7개의 카운트 값(CNT1~CNT7)에 기초하여, 4장의 화상(PIC)(화상(PIC1, PIC2, PIC3, PIC4))을 생성한다. 그리고, 신호 처리부(14)는, 이 4장의 화상(PIC)을 합성함으로써, 1장의 촬상 화상(PICA)을 생성한다. 그리고, 신호 처리부(14)는, 이 촬상 화상(PICA)을, 화상 신호(DATA)로서 출력한다. 이에 의해, 촬상 장치(1)에서는, 후술하는 바와 같이, 다이나믹 레인지를 확대할 수 있도록 되어 있다.
제어부(15)는, 주사부(12), 판독부(20) 및 신호 처리부(14)에 제어 신호를 공급하고, 이들 회로의 동작을 제어함으로써, 촬상 장치(1)의 동작을 제어하는 것이다.
여기에서, 포토다이오드(PD1)은, 본 개시에 있어서의 「제1 수광소자」의 일 구체예에 대응한다. 포토다이오드(PD2)는, 본 개시에 있어서의 「제2 수광소자」의 일 구체예에 대응한다. 플로팅 디퓨전(FD)은, 본 개시에 있어서의 「제1 전하축적부」의 일 구체예에 대응한다. 용량 소자(FC)은, 본 개시에 있어서의 「제2 전하축적부」의 일 구체예에 대응한다. 트랜지스터(TGL)은, 본 개시에 있어서의 「제1 스위치」의 일 구체예에 대응한다. 트랜지스터(FDG)는, 본 개시에 있어서의 「제2 스위치」의 일 구체예에 대응한다. 트랜지스터(RST)는, 본 개시에 있어서의 「제3 스위치」의 일 구체예에 대응한다. 트랜지스터(TGS)는, 본 개시에 있어서의 「제4 스위치」의 일 구체예에 대응한다. 트랜지스터(FCG)는, 본 개시에 있어서의 「제5 스위치」의 일 구체예에 대응한다. 트랜지스터(AMP, SEL)은, 본 개시에 있어서의 「출력부」의 일 구체예에 대응한다. 주사부(12)는, 본 개시에 있어서의 「구동부」의 일 구체예에 대응한다. 판독부(20) 및 신호 처리부(14)는, 본 개시에 있어서의 「처리부」의 일 구체예에 대응한다.
[동작 및 작용]
계속해서, 본 실시형태의 촬상 장치(1)의 동작 및 작용에 대해서 설명한다.
(전체 동작 개요)
먼저, 도 1, 2를 참조하여, 촬상 장치(1)의 전체 동작 개요를 설명한다. 주사부(12)는, 복수의 촬상 화소(10)를, 1행 분의 촬상 화소(10)를 단위로 하여 순차 구동한다. 촬상 화소(10)는, 수평 기간(H)에 있어서의 7개의 변환 기간(P1~P7)에서, 7개의 화소 전압(VP1~VP7)을 순차 출력한다. 판독부(20)의 AD 변환부(ADC)는, 이들 7개의 화소 전압(VP1~VP7)에 기초하여 각각 AD 변환을 행하고, 7개의 카운트 값(CNT1~CNT7)을 각각 출력한다. 신호 처리부(14)는, 판독부(20)로부터 공급된 7개의 카운트 값(CNT1~CNT7)에 기초하여, 4장의 화상(PIC)(화상(PIC1, PIC2, PIC3, PIC4))를 생성한다. 그리고, 신호 처리부(14)는, 이 4장의 화상(PIC)를 합성함으로써, 1장의 촬상 화상(PICA)을 생성한다.
(상세 동작)
촬상 장치(1)에 있어서, 복수의 촬상 화소(10)는, 화소 전압(VP)를 신호(SIG)로서 출력한다. 그리고, 판독부(20)의 AD 변환부(ADC)는, 이 신호(SIG)에 기초하여 디지털 값(카운트 값(CNT))을 생성한다. 이하, 주목하는 어느 촬상 화소(10A)의 동작에 대해 상세하게 설명한다.
도 3, 4a, 4b는, 촬상 장치(1)의 일 동작 예를 나타내는 것으로, (A)는 수평 동기 신호(HSYNC)의 파형을 나타내고, (B)는 촬상 화소(10A)에 공급되는 신호(SSEL)의 파형을 나타내고, (C)는 촬상 화소(10A)에 공급되는 신호(SFDG)의 파형을 나타내고, (D)는 촬상 화소(10A)에 공급되는 신호(STGL)의 파형을 나타내고, (E)는 촬상 화소(10A)에 공급되는 신호(SRST)의 파형을 나타내고, (F)는 촬상 화소(10A)에 공급되는 신호(SFCG)의 파형을 나타내고, (G)는 촬상 화소(10A)에 공급되는 신호(STGS)의 파형을 나타내고, (H)는 참조 신호(REF)의 파형을 나타내고, (I)는 촬상 화소(10A)로부터 출력되는 신호(SIG)의 파형을 나타내고, (J)는 촬상 화소(10A)에 접속된 AD 변환부(ADC)에 있어서의 카운터(25)의 동작을 나타낸다. 도 4a는, 도 3에 나타낸 동작 중 전반부의 동작을 나타내고, 도 4b는, 도 3에 나타낸 동작 중 후반부의 동작을 나타낸다. 도 3의 (H), (I), 도 4a의 (H), (I) 및 도 4b의 (H), (I)에서는, 각 신호의 파형을 같은 전압축으로 나타내고 있다. 또한, 도 3의 (J), 도 4a의 (J), 도 4b의 (J)에 있어서, 사선은, 카운터(25)가 카운트 동작을 행하고 있는 것을 나타내고 있다.
도 5a~5C는, 촬상 화소(10A)의 상태를 나타내는 것이다. 이 도 5a~5C에서는, 트랜지스터(TGL, RST, FDG, TGS, FCG, SEL)을, 그 트랜지스터의 동작 상태에 따른 스위치를 사용하여 나타내고 있다.
촬상 장치(1)에서는, 어느 수평 기간(H)에서, 우선, 주사부(12)는, 신호(SSEL)을 이용하여, 화소 어레이(11)에서의 복수의 촬상 화소(10) 중 주목한 촬상 화소(10A)를 포함하는 1행 분의 촬상 화소(10)를 선택하고, 촬상 화소(10A)를, 그 촬상 화소(10A)에 대응하는 신호선(SGL)에 전기적으로 접속시킨다. 그리고, 주사부(12)는, 신호(SFDG, STGL, SRST, SFCG, STGS)를 이용하여, 촬상 화소(10A)의 동작을 제어하고, 촬상 화소(10A)는, 7개의 변환 기간(P1~P7)에 있어서, 7개의 화소 전압(VP1~VP7)을 순차 출력한다. 그리고, 판독부(20)의 AD 변환부(ADC)는, 이들 7개의 화소 전압(VP1~VP7)에 기초하여 각각 AD 변환을 행하고, 7개의 카운트 값(CNT1~CNT7)을 출력한다. 이하에 이 동작에 대해서 상세하게 설명한다.
먼저, 타이밍 t1에서, 수평 기간(H)가 개시되면, 주사부(12)는, 타이밍 t2에서, 신호(SSEL)의 전압을 저레벨에서부터 고레벨로 변화시킨다(도 4a의 (B)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(SEL)가 온 상태로 되고, 촬상 화소(10A)가 신호선(SGL)과 전기적으로 접속된다.
(타이밍 t11~t16의 동작)
다음으로, 타이밍 t11에서, 주사부(12)는, 신호(SFDG)의 전압을 저레벨에서 고레벨로 변화시킴과 함께, 신호(SRST)의 전압을 저레벨에서 고레벨로 변화시킨다(도 4a의 (C), (E)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(FDG, RST)가 모두 온 상태가 되고, 플로팅 디퓨전(FD)의 전압이 전원 전압(VDD)으로 설정되고, 플로팅 디퓨전(FD)이 리셋된다. 또한, 이 타이밍 t11에 있어서, 참조 신호 생성부(29)는, 참조 신호(REF)의 전압을 전압 V1으로 변화시킨다(도 4a의 (H)).
다음으로, 타이밍 t12에서, 주사부(12)는, 신호(SFDG)의 전압을 고레벨에서 저레벨로 변화시킴과 함께, 신호(SRST)의 전압을 고레벨에서 저레벨로 변화시킨다(도 4a의 (C), (E)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(FDG, RST)가 함께 오프 상태가 된다.
다음으로, 타이밍 t13에서, 주사부(12)는, 신호(SFDG)의 전압을 저레벨에서 고레벨로 변화시킨다(도 4a의 (C)). 이에 의해, 트랜지스터(FDG)가 온 상태가 된다.
이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 도 5a에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(FDG, SEL)는 온 상태가 되고, 그 외의 트랜지스터는 모두 오프 상태가 된다. 트랜지스터(FDG)가 온 상태이므로, 플로팅 디퓨전(FD) 및 트랜지스터(FDG)가 합성 용량을 구성한다. 이 합성 용량은, 촬상 화소(10A)에 있어서 전하를 전압으로 변환하는 변환 용량으로서 기능한다. 촬상 화소(10A)에서는, 이와 같이, 트랜지스터(FDG)가 온 상태이므로, 촬상 화소(10A)에서의 변환 용량의 용량값이 크다. 따라서, 전하에서부터 전압으로의 변환 효율이 낮다. 이 변환 용량은, 타이밍 t11~t12에 있어서 플로팅 디퓨전(FD)이 리셋되었을 때의 전하를 유지하고 있다. 촬상 화소(10A)는, 플로팅 디퓨전(FD)에 있어서의 전압에 따른 화소 전압(VP)(화소 전압(VP1))을 출력한다.
다음으로, 타이밍 t14~t16의 기간(변환 기간(P1))에 있어서, AD 변환부(ADC)는, 이 화소 전압(VP1)에 기초하여 AD 변환을 행한다. 구체적으로는, 타이밍 t14에서, 판독제어부(28)는, 클럭 신호(CLK)의 생성을 개시하고, 이와 동시에, 참조 신호 생성부(29)는, 참조 신호(REF)의 전압을 전압 V1에서부터 소정의 변화 정도로 저하시키기 시작한다(도 4a의 (H)). 이에 따라, AD 변환부(ADC)의 카운터(25)는, 카운트 동작을 개시한다(도 4a의 (J)).
그리고, 타이밍 t15에서, 참조 신호(REF)의 전압이 신호(SIG)의 전압(화소 전압(VP1))을 하회한다(도 4a의 (H), (I)). 이에 따라, AD 변환부(ADC)의 비교기(24)는, 신호(CMP)의 전압을 변화시키고, 그 결과, 카운터(25)는, 카운트 동작을 정지한다(도 4a의 (J)). 이 때의 카운터(25)의 카운트 값(CNT)는, 카운트 값(CNT1)이다. 그리고 나서, 판독부(20)는, 이 카운트 값(CNT1)을 신호 처리부(14)에 공급하고, 그 후 카운터(25)의 카운트 값(CNT)를 리셋한다.
그리고, 타이밍 t16에서, 판독제어부(28)는, 변환 기간(P1)의 종료에 따라, 클럭 신호(CLK)의 생성을 정지하고, 참조 신호 생성부(29)는, 참조 신호(REF)의 전압의 변화를 정지시킨다(도 4a의 (H)).
(타이밍 t21~t24의 동작)
다음으로, 타이밍 t21에서, 주사부(12)는, 신호(SFDG)의 전압을 고레벨에서 저레벨로 변화시킨다(도 4a의 (C)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(FDG)가 오프 상태가 된다. 또한, 이 타이밍 t21에서, 참조 신호 생성부(29)는, 참조 신호(REF)의 전압을 전압 V1으로 변화시킨다(도 4a의 (H)).
이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(SEL)은 온 상태가 되고, 그 외의 트랜지스터는 모두 오프 상태가 된다. 촬상 화소(10A)에서는, 이와 같이, 트랜지스터(FDG)가 오프 상태이므로, 촬상 화소(10A)에서의 변환 용량의 용량값이 작고, 따라서, 전하에서 전압으로의 변환 효율이 높다. 이 변환 용량은, 타이밍 t11~t12에 있어서 플로팅 디퓨전(FD)이 리셋되었을 때의 전하를 유지하고 있다. 촬상 화소(10A)는, 플로팅 디퓨전(FD)에 있어서의 전압에 따른 화소 전압(VP)(화소 전압(VP2))를 출력한다.
다음으로, 타이밍 t22~t24의 기간(변환 기간(P2))에 있어서, AD 변환부(ADC)는, 이 화소 전압(VP2)에 기초하여 AD 변환을 행한다. 이 동작은, 변환 기간(P1)에 있어서의 동작과 마찬가지이다. AD 변환부(ADC)는, 화소 전압(VP2)에 기초하여 AD 변환을 행하고, 카운트 값(CNT2)를 얻는다(도 4a의 (J)). 그리고 나서, 판독부(20)는, 이 카운트 값(CNT2)를 신호 처리부(14)에 공급하고, 그 후 카운터(25)의 카운트 값(CNT)를 리셋한다.
(타이밍 t31~t35의 동작)
다음으로, 타이밍 t31에서, 주사부(12)는, 신호(STGL)의 전압을 저레벨에서 고레벨로 변화시킨다(도 4a의 (D)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(TGL)가 온 상태가 된다. 이에 의해, 포토다이오드(PD1)에서 발생한 전하가 플로팅 디퓨전(FD)으로 전송된다. 또한, 이 타이밍 t31에 있어서, 참조 신호 생성부(29)는, 참조 신호(REF)의 전압을 전압 V1으로 변화시킨다(도 4a의 (H)).
다음으로, 타이밍 t32에서, 주사부(12)는, 신호(STGL)의 전압을 고레벨에서 저레벨로 변화시킨다(도 4a의 (D)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(TGL)가 오프 상태가 된다.
이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(FDG)가 오프 상태이므로, 촬상 화소(10A)에 있어서의 변환 용량의 용량값이 작고, 따라서, 전하에서 전압으로의 변환 효율이 높다. 이 변환 용량은, 타이밍 t31~t32에 있어서 포토다이오드(PD1)로부터 전송된 전하를 유지하고 있다. 촬상 화소(10A)는, 플로팅 디퓨전(FD)에 있어서의 전압에 따른 화소 전압(VP)(화소 전압(VP3))를 출력한다.
다음으로, 타이밍 t33~t35의 기간(변환 기간(P3))에 있어서, AD 변환부(ADC)는, 이 화소 전압(VP3)에 기초하여 AD 변환을 행한다. 이 동작은, 변환 기간(P1)에 있어서의 동작과 마찬가지이다. AD 변환부(ADC)는, 화소 전압(VP3)에 기초하여 AD 변환을 행하고, 카운트 값(CNT3)을 얻는다(도 4a의 (J)). 이 카운트 값(CNT3)은, 변환 효율이 높을 때(변환 기간(P2)) 유사하게 얻어지는 카운트 값(CNT2)에 대응하는 것이다. 그리고 나서, 판독부(20)는, 이 카운트 값(CNT3)을 신호 처리부(14)에 공급하고, 그 후 카운터(25)의 카운트 값(CNT)를 리셋한다.
(타이밍 t41~t44의 동작)
다음으로, 타이밍 t41에서, 주사부(12)는, 신호(SFDG)의 전압을 저레벨에서 고레벨로 변화시킨다(도 4a의 (C)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(FDG)가 온 상태가 된다. 또한, 이 타이밍 t41에 있어서, 참조 신호 생성부(29)는, 참조 신호(REF)의 전압을 전압 V1으로 변화시킨다(도 4a의 (H)).
이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 도 5a에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(FDG)가 온 상태이므로, 플로팅 디퓨전(FD) 및 트랜지스터(FDG)가 합성 용량(변환 용량)을 구성한다. 따라서, 촬상 화소(10A)에 있어서의 변환 용량의 용량값이 크므로, 전하에서 전압으로의 변환 효율이 낮다. 이 변환 용량은, 타이밍 t31~t32에 있어서 포토다이오드(PD1)로부터 전송된 전하를 유지하고 있다. 촬상 화소(10A)는, 플로팅 디퓨전(FD)에 있어서의 전압에 따른 화소 전압(VP)(화소 전압(VP4))를 출력한다.
다음으로, 타이밍 t42~t44의 기간(변환 기간(P4))에 있어서, AD 변환부(ADC)는, 이 화소 전압(VP4)에 기초하여 AD 변환을 행한다. 이 동작은, 변환 기간(P1)에 있어서의 동작과 마찬가지이다. AD 변환부(ADC)는, 화소 전압(VP4)에 기초하여 AD 변환을 행하고, 카운트 값(CNT4)를 얻는다(도 4a의 (J)). 이 카운트 값(CNT4)는, 변환 효율이 낮을 때(변환 기간(P1)) 유사하게 얻어지는 카운트 값(CNT1)에 대응하는 것이다. 그리고 나서, 판독부(20)는, 이 카운트 값(CNT4)를 신호 처리부(14)에 공급하고, 그 후 카운터(25)의 카운트 값(CNT)를 리셋한다.
(타이밍 t51~t56의 동작)
다음으로, 타이밍 t51에서, 주사부(12)는, 신호(SRST)의 전압을 저레벨에서 고레벨로 변화시킨다(도 4b의 (E)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(RST)가 온 상태가 된다. 트랜지스터(FDG)는 온 상태이므로, 이에 의해, 플로팅 디퓨전(FD)의 전압이 전원 전압(VDD)으로 설정되고, 플로팅 디퓨전(FD)이 리셋된다. 또한, 이 타이밍 t51에 있어서, 참조 신호 생성부(29)는, 참조 신호(REF)의 전압을 전압 V1으로 변화시킨다(도 4b의 (H)).
다음으로, 타이밍 t52에서, 주사부(12)는, 신호(SRST)의 전압을 고레벨에서 저레벨로 변화시킨다(도 4b의 (E)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(RST)가 오프 상태가 된다.
다음으로, 타이밍 t53에서, 주사부(12)는, 신호(SFCG)의 전압을 저레벨에서 고레벨로 변화시킨다(도 4b의 (F)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(FCG)가 온 상태가 된다.
이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 도 5c에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(FDG, FCG, SEL)은 온 상태가 되고, 그 외의 트랜지스터는 모두 오프 상태가 된다. 트랜지스터(FDG, FCG)가 모두 온 상태이므로, 플로팅 디퓨전(FD), 트랜지스터(FDG, FCG) 및 용량 소자(FC)가 합성 용량(변환 용량)을 구성한다. 이 변환 용량은, 타이밍 t53보다 이전에 포토다이오드(PD2)에서 발생하고, 트랜지스터(TGS)를 거쳐 용량 소자(FC)에 축적되어 있던 전하를 유지하고 있다. 촬상 화소(10A)는, 플로팅 디퓨전(FD)에 있어서의 전압에 따른 화소 전압(VP)(화소 전압(VP5))를 출력한다.
다음으로, 타이밍 t54~t56의 기간(변환 기간(P5))에 있어서, AD 변환부(ADC)는, 이 화소 전압(VP5)에 기초하여 AD 변환을 행한다. 이 동작은, 변환 기간(P1)에 있어서의 동작과 마찬가지이다. AD 변환부(ADC)는, 화소 전압(VP5)에 기초하여 AD 변환을 행하고, 카운트 값(CNT5)를 얻는다(도 4b의 (J)). 그리고 나서, 판독부(20)는, 이 카운트 값(CNT5)를 신호 처리부(14)에 공급하고, 그 후 카운터(25)의 카운트 값(CNT)를 리셋한다.
(타이밍 t61~t65의 동작)
다음으로, 타이밍 t61에서, 주사부(12)는, 신호(STGS)의 전압을 저레벨에서 고레벨로 변화시킨다(도 4b의 (G)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(TGS)가 온 상태가 된다. 또한, 이 타이밍 t61에 있어서, 참조 신호 생성부(29)는, 참조 신호(REF)의 전압을 전압 V1로 변화시킨다(도 4b의 (H)).
다음으로, 타이밍 t62에서, 주사부(12)는, 신호(STGS)의 전압을 고레벨에서 저레벨로 변화시킨다(도 4b의 (G)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(TGS)가 오프 상태가 된다.
이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 도 5c에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(FDG, FCG)가 모두 온 상태이므로, 플로팅 디퓨전(FD), 트랜지스터(FDG, FCG) 및 용량 소자(FC)가 합성 용량(변환 용량)을 구성한다. 이 변환 용량은, 타이밍 t53보다 이전에 포토다이오드(PD2)에서 발생하여, 트랜지스터(TGS)를 거쳐 용량 소자(FC)에 축적되어 있던 전하에 더하여, 타이밍 t61~t62에서 포토다이오드(PD2)로부터 전송된 전하를 유지하고 있다. 촬상 화소(10A)는, 플로팅 디퓨전(FD)에 있어서의 전압에 따른 화소 전압(VP)(화소 전압(VP6))를 출력한다.
다음으로, 타이밍 t63~t65의 기간(변환 기간(P6))에 있어서, AD 변환부(ADC)는, 이 화소 전압(VP6)에 기초하여 AD 변환을 행한다. 이 동작은, 변환 기간(P1)에 있어서의 동작과 마찬가지이다. AD 변환부(ADC)는, 화소 전압(VP6)에 기초하여 AD 변환을 행하고, 카운트 값(CNT6)을 얻는다(도 4b의 (J)). 이 카운트 값(CNT6)은, 플로팅 디퓨전(FD), 트랜지스터(FDG, FCG) 및 용량 소자(FC)가 합성 용량을 구성할 때 얻어진 카운트 값(CNT5)에 대응하는 것이다. 그리고 나서, 판독부(20)는, 이 카운트 값(CNT6)을 신호 처리부(14)에 공급하고, 그 후 카운터(25)의 카운트 값(CNT)를 리셋한다.
(타이밍 t71~t77의 동작)
다음으로, 타이밍 t71에서, 주사부(12)는, 신호(SRST)의 전압을 저레벨에서 고레벨로 변화시킨다(도 4b의 (E)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(RST)가 온 상태가 된다. 트랜지스터(FDG, FCG)는 온 상태이므로, 플로팅 디퓨전(FD)의 전압 및 용량 소자(FC)의 전압이 전원 전압(VDD)으로 설정되고, 플로팅 디퓨전(FD) 및 용량 소자(FC)가 리셋된다. 또한, 이 타이밍 t71에 있어서, 참조 신호 생성부(29)는, 참조 신호(REF)의 전압을 전압 V1로 변화시킨다(도 4b의 (H)).
다음으로, 타이밍 t72에서, 주사부(12)는, 신호(SFCG)의 전압을 고레벨에서 저레벨로 변화시킨다(도 4b의 (F)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(FCG)가 오프 상태가 된다.
다음으로, 타이밍 t73에서, 주사부(12)는, 신호(SRST)의 전압을 고레벨에서 저레벨로 변화시킨다(도 4b의 (E)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(RST)가 오프 상태가 된다.
다음으로, 타이밍 t74에서, 주사부(12)는, 신호(SFCG)의 전압을 저레벨에서 고레벨로 변화시킨다(도 4b의 (F)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(FCG)가 온 상태가 된다.
이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 도 5c에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(FDG, FCG)가 모두 온 상태이므로, 플로팅 디퓨전(FD), 트랜지스터(FDG, FCG) 및 용량 소자(FC)가 합성 용량(변환 용량)을 구성한다. 이 변환 용량은, 타이밍 t71~t72에 있어서 플로팅 디퓨전(FD) 및 용량 소자(FC)가 리셋되었을 때의 전하를 유지하고 있다. 촬상 화소(10A)는, 플로팅 디퓨전(FD)에 있어서의 전압에 따른 화소 전압(VP)(화소 전압(VP7))을 출력한다.
다음으로, 타이밍 t75~t77의 기간(변환 기간(P7))에 있어서, AD 변환부(ADC)는, 이 화소 전압(VP7)에 기초하여 AD 변환을 행한다. 이 동작은, 변환 기간(P1)에 있어서의 동작과 마찬가지이다. AD 변환부(ADC)는, 화소 전압(VP7)에 기초하여 AD 변환을 행하고, 카운트 값(CNT7)을 얻는다(도 4b의 (J)). 이 카운트 값(CNT7)은, 플로팅 디퓨전(FD), 트랜지스터(FDG, FCG) 및 용량 소자(FC)가 합성 용량을 구성할 때 얻어진 카운트 값(CNT5)에 대응하는 것이다. 그리고 나서, 판독부(20)는, 이 카운트 값(CNT7)을 신호 처리부(14)에 공급하고, 그 후 카운터(25)의 카운트 값(CNT)를 리셋한다.
다음으로, 타이밍 t7에서, 주사부(12)는, 신호(SFDG)의 전압을 고레벨에서 저레벨로 변화시킴과 함께, 신호(SFCG)의 전압을 고레벨에서 저레벨로 변화시킨다(도 4b의 (C), (F)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(FDG, FCG)가 오프 상태가 된다. 또한, 이 타이밍 t7에 있어서, 참조 신호 생성부(29)는, 참조 신호(REF)의 전압을 전압 V2로 변화시킨다(도 4b의 (H)).
그리고, 타이밍 t8에서, 주사부(12)는, 신호(SSEL)의 전압을 고레벨에서 저레벨로 변화시킨다(도 4b의 (B)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(SEL)이 오프 상태가 되고, 촬상 화소(10A)가 신호선(SGL)로부터 전기적으로 분리된다.
다음으로, 신호 처리부(14)의 동작에 대해서 설명한다. 신호 처리부(14)는, 판독부(20)로부터 공급된 카운트 값(CNT)에 기초하여, 4장의 화상(PIC)(화상(PIC1, PIC2, PIC3, PIC4))를 생성한다. 그리고, 신호 처리부(14)는, 이 4장의 화상(PIC)를 합성함으로써, 1장의 촬상 화상(PICA)을 생성한다.
도 6은, 신호 처리부(14)의 동작을 모식적으로 나타내는 것이다. 도 6의 (A)~(G)에 나타낸 파형은, 도 3의 (A)~ (G)에 나타낸 파형과 마찬가지이다.
판독부(20)는, 도 3, 4a, 4b를 사용하여 설명한 바와 같이, 타이밍 t11~t21의 기간에 있어서의 동작에 기초하여 카운트 값(CNT1)을 생성하고, 타이밍 t21~t31의 기간에 있어서의 동작에 기초하여 카운트 값(CNT2)를 생성하고, 타이밍 t31~t41의 기간에 있어서의 동작에 기초하여 카운트 값(CNT3)을 생성하고, 타이밍 t41~t51의 기간에 있어서의 동작에 기초하여 카운트 값(CNT4)를 생성하고, 타이밍 t51~t61의 기간에 있어서의 동작에 기초하여 카운트 값(CNT5)를 생성하고, 타이밍 t61~t71의 기간에 있어서의 동작에 기초하여 카운트 값(CNT6)을 생성하고, 타이밍 t71~t7의 기간에 있어서의 동작에 기초하여 카운트 값(CNT7)을 생성한다.
신호 처리부(14)는, 카운트 값(CNT2) 및 카운트 값(CNT3)에 기초하여, 화소값(VAL1)을 생성한다. 구체적으로는, 신호 처리부(14)는, 카운트 값(CNT3)에서 카운트 값(CNT2)을 감산(CNT3-CNT2)함으로써, 화소값(VAL1)을 산출한다. 즉, 촬상 장치(1)는, 소위 상관 이중 샘플링(CDS;Correlated double sampling)의 원리를 이용하여, P상(Pre-Charge상) 데이터에 대응하는 카운트 값(CNT2) 및 D상(Data상) 데이터에 대응하는 카운트 값(CNT3)을 사용하여, 화소값(VAL1)을 산출한다.
마찬가지로, 신호 처리부(14)는, 카운트 값(CNT1) 및 카운트 값(CNT4)에 기초하여, 화소값(VAL2)를 생성한다. 구체적으로는, 신호 처리부(14)는, 카운트 값(CNT4)로부터 카운트 값(CNT1)을 감산(CNT4-CNT1)함으로써, 화소값(VAL2)를 산출한다. 즉, 촬상 장치(1)는, 상관 이중 샘플링 원리를 이용하여, P상 데이터에 대응하는 카운트 값(CNT1) 및 D상 데이터에 대응하는 카운트 값(CNT4)를 이용하여, 화소값(VAL2)를 산출한다.
마찬가지로, 신호 처리부(14)는, 카운트 값(CNT5) 및 카운트 값(CNT6)에 기초하여, 화소값(VAL3)을 생성한다. 구체적으로는, 신호 처리부(14)는, 카운트 값(CNT6)으로부터 카운트 값(CNT5)를 감산(CNT6-CNT5)함으로써, 화소값(VAL3)을 산출한다. 즉, 촬상 장치(1)는, 상관 이중 샘플링 원리를 이용하여, P상 데이터에 대응하는 카운트 값(CNT5) 및 D상 데이터에 대응하는 카운트 값(CNT6)을 이용하여, 화소값(VAL3)을 산출한다.
그리고, 신호 처리부(14)는, 카운트 값(CNT5) 및 카운트 값(CNT7)에 기초하여, 화소값(VAL4)를 생성한다. 구체적으로는, 신호 처리부(14)는, 카운트 값(CNT5)로부터 카운트 값(CNT7)을 감산(CNT5-CNT7)함으로써, 화소값(VAL4)를 산출한다. 즉, 촬상 장치(1)는, 소위 이중 데이터 샘플링(DDS;Double Data Sampling)의 원리를 이용하여, 플로팅 디퓨전(FD) 및 용량 소자(FC)를 리셋한 후의 카운트 값(CNT7) 및 플로팅 디퓨전(FD)을 리셋한 후의 카운트 값(CNT5)를 이용하여, 화소값(VAL4)를 산출한다.
여기서, 화소값(VAL1)은, 본 개시에 있어서의 「제1 값」의 일 구체예에 대응한다. 화소값(VAL2)는, 본 개시에 있어서의 「제2 값」의 일 구체예에 대응한다. 화소값(VAL3)은, 본 개시에 있어서의 「제3 값」의 일 구체예에 대응한다. 화소값(VAL4)는, 본 개시에 있어서의 「제4 값」의 일 구체예에 대응한다.
그리고, 신호 처리부(14)는, 화소 어레이(11)에서의 모든 촬상 화소(10)의 화소값(VAL1)에 기초하여 화상(PIC1)을 생성하고, 화소 어레이(11)에서의 모든 촬상 화소(10)의 화소값(VAL2)에 기초하여 화상(PIC2)를 생성하고, 화소 어레이(11)에서의 모든 촬상 화소(10)의 화소값(VAL3)에 기초하여 화상(PIC3)을 생성하고, 화소 어레이(11)에서의 모든 촬상 화소(10)의 화소값(VAL4)에 기초하여 화상(PIC4)를 생성한다. 그리고, 신호 처리부(14)는, 이들 화상(PIC1~PIC4)를 합성함으로써, 촬상 화상(PICA)를 생성한다.
도 7은, 촬상 장치(1)에 의해 합성된 촬상 화상(PICA)에 있어서의 신호대 잡음비(S/N 비)의 일례를 나타내는 것이다. 도 7에 있어서, 가로축은 휘도를 나타내고, 세로축은 S/N 비를 나타낸다.
신호 처리부(14)는, 4장의 화상(PIC1~PIC4)를 합성할 때, 휘도가 높아짐에 따라, 화상(PIC1~PIC4) 중 사용하는 화상(PIC)의 매수를 늘려 간다. 구체적으로는, 신호 처리부(14)는, 주목한 화소에서의 휘도가 휘도값 L1보다 낮을 경우에는, 화상(PIC1)에 있어서의, 그 주목한 화소에서의 화소값(VAL1)에 기초하여, 촬상 화상(PICA)에 있어서의, 그 주목한 화소에서의 화소값을 생성한다. 또한, 신호 처리부(14)는, 주목한 화소에서의 휘도가 휘도값 L1보다 높고 휘도값 L2보다 낮을 경우에는, 2장의 화상(PIC1, PIC2)에 있어서의, 그 주목한 화소에서의 화소값(VAL1, VAL2)에 기초하여, 촬상 화상(PICA)에 있어서의, 그 주목한 화소에서의 화소값을 생성한다. 또한, 신호 처리부(14)는, 주목한 화소에서의 휘도가 휘도값 L2보다 높고 휘도값 L3보다 낮을 경우에는, 3장의 화상(PIC1~PIC3)에 있어서의, 그 주목한 화소에서의 화소값(VAL1~VAL3)에 기초하여, 촬상 화상(PICA)에 있어서의, 그 주목한 화소에서의 화소값을 생성한다. 또한, 신호 처리부(14)는, 휘도가 휘도값 L3보다 높을 경우에는, 4장의 화상(PIC1~PIC4)에 있어서의, 그 주목한 화소에서의 화소값(VAL1~VAL4)에 기초하여, 촬상 화상(PICA)에 있어서의, 그 주목한 화소에서의 화소값을 생성한다.
도 7에 나타낸 바와 같이, S/N 비는, 휘도가 휘도값 L2를 넘으면 저하되고(부분 W1), 휘도가 휘도값 L3을 넘으면 더 저하된다(부분 W3). 즉, 부분 W1에서는, 합성에 사용하는 화상에 화상(PIC3)을 더함으로써, S/N 비가 저하되고, 부분 W2에서는, 합성에 사용하는 화상에 화상(PIC4)를 더함으로써, S/N 비가 저하된다.
상술한 바와 같이, 촬상 장치(1)에서는, 상관 이중 샘플링에 의해, 화상(PIC3)를 구성하는 화소값(VAL3)을 구하도록 하였다. 이에 의해, 촬상 장치(1)에서는, 화상(PIC3)에 포함되는 노이즈를 저감할 수 있기 때문에, 이하에서 비교예와 대비하여 설명하는 바와 같이, 도 7에 도시한 휘도값 L2에 있어서의 S/N 비 저하를 개선할 수 있다.
(비교예)
다음으로, 비교예에 따른 촬상 장치(1R)와 대비하여, 본 실시형태에 따른 촬상 장치(1)의 효과를 설명한다. 촬상 장치(1R)는, 주사부(12R)와, 판독부(20R)와, 신호 처리부(14R)와, 제어부(15R)를 구비하고 있다. 이 촬상 장치(1R)에서는, 촬상 화소(10)는, 수평 기간(H)에 있어서의 6개의 변환 기간(P1~P6)에서, 6개의 화소 전압(VP1~VP4, VP16, VP7)을 순차 출력한다. 판독부(20R)의 AD 변환부(ADC)는, 이들 6개의 화소 전압(VP1~VP4, VP16, VP7)에 기초하여 각각 AD 변환을 행하고, 6개의 카운트 값(CNT1~CNT4, CNT16, CNT7)을 각각 출력한다. 신호 처리부(14R)는, 판독부(20R)로부터 공급된 카운트 값(CNT1~CNT4, CNT16, CNT7)에 기초하여, 3장의 화상(PIC)(화상(PIC1, PIC2, PIC13))을 생성한다. 그리고, 신호 처리부(14R)는, 이 3장의 화상(PIC)를 합성함으로써, 1장의 촬상 화상(PICR)을 생성한다.
도 8, 9a, 9b는, 촬상 장치(1R)에 있어서의, 주목한 어느 촬상 화소(10A)의 동작의 일례를 나타내는 것이다. 도 9a는, 도 8에 나타낸 동작 중 전반부의 동작을 나타내고, 도 9b는, 도 8에 나타낸 동작 중 후반부의 동작을 나타낸다. 타이밍 t51 이전의 동작 및 타이밍 t71 이후의 동작은, 본 실시형태에 따른 촬상 장치(1)의 동작(도 3, 4a, 4b)과 마찬가지이다. 이하, 타이밍 t51~t71에 있어서의 동작에 대해서 설명한다.
타이밍 t51에서, 주사부(12R)는, 신호(SRST)의 전압을 저레벨에서 고레벨로 변화시킨다(도 9b의 (E)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(RST)가 온 상태가 된다. 트랜지스터(FDG)는 온 상태이므로, 이에 의해, 플로팅 디퓨전(FD)의 전압이 전원 전압(VDD)으로 설정되고, 플로팅 디퓨전(FD)이 리셋된다. 또한, 이 타이밍 t51에 있어서, 참조 신호 생성부(29)는, 참조 신호(REF)의 전압을 전압 V1로 변화시킨다(도 9b의 (H)).
다음으로, 타이밍 t52에서, 주사부(12R)는, 신호(SRST)의 전압을 고레벨에서 저레벨로 변화시킨다(도 9b의 (E)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(RST)가 오프 상태가 된다.
다음으로, 타이밍 t53에서, 주사부(12R)는, 신호(SFCG)의 전압을 저레벨에서 고레벨로 변화시킨다(도 9b의 (F)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(FCG)가 온 상태가 된다.
다음으로, 타이밍 t58에서, 주사부(12R)는, 신호(STGS)의 전압을 저레벨에서 고레벨로 변화시킨다(도 9b의 (G)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(TGS)가 온 상태가 된다.
다음으로, 타이밍 t59에서, 주사부(12R)는, 신호(STGS)의 전압을 고레벨에서 저레벨로 변화시킨다(도 9b의 (G)). 이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 트랜지스터(TGS)가 오프 상태가 된다.
이에 의해, 촬상 화소(10A)에서는, 도 5c에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(FDG, FCG)가 모두 온 상태이므로, 플로팅 디퓨전(FD), 트랜지스터(FDG, FCG) 및 용량 소자(FC)가 합성 용량(변환 용량)을 구성한다. 이 변환 용량은, 타이밍 t53보다 이전에 포토다이오드(PD2)에서 발생하여, 트랜지스터(TGS)를 거쳐 용량 소자(FC)에 축적되어 있던 전하에 더하여, 타이밍 t58~t59에서 포토다이오드(PD2)로부터 전송된 전하를 유지하고 있다. 촬상 화소(10A)는, 플로팅 디퓨전(FD)에 있어서의 전압에 따른 화소 전압(VP)(화소 전압(VP16))을 출력한다.
다음으로, 타이밍 t63~t65의 기간(변환 기간(P16))에 있어서, AD 변환부(ADC)는, 이 화소 전압(VP16)에 기초하여 AD 변환을 행한다. 이 동작은, 변환 기간(P1)에 있어서의 동작과 마찬가지이다. AD 변환부(ADC)는, 화소 전압(VP16)에 기초하여 AD 변환을 행하고, 카운트 값(CNT16)을 얻는다(도 9b의 (J)). 그리고 나서, 판독부(20R)는, 이 카운트 값(CNT16)을 신호 처리부(14R)에 공급하고, 그 후 카운터(25)의 카운트 값(CNT)를 리셋한다.
도 10은, 신호 처리부(14R)의 동작을 모식적으로 나타내는 것이다. 도 10의 (A)~(G)에 나타낸 파형은, 도 8의 (A)~(G)에 나타낸 파형과 마찬가지이다.
판독부(20R)는, 도 8, 9a, 9b를 이용하여 설명한 바와 같이, 타이밍 t51~t71의 기간에 있어서의 동작에 기초하여 카운트 값(CNT16)을 생성하고, 타이밍 t71~t7의 기간에 있어서의 동작에 기초하여 카운트 값(CNT7)을 생성한다.
신호 처리부(14R)는, 카운트 값(CNT16) 및 카운트 값(CNT7)에 기초하여, 화소값(VAL13)을 생성한다. 구체적으로는, 신호 처리부(14R)는, 이중 데이터 샘플링(DDS)의 원리를 이용하여, 카운트 값(CNT16)으로부터 카운트 값(CNT7)을 감산(CNT16-CNT7)함으로써, 화소값(VAL13)을 산출한다.
그리고, 신호 처리부(14R)는, 화소 어레이(11)에 있어서의 모든 촬상 화소(10)에서의 화소값(VAL1)에 기초하여 화상(PIC1)을 생성하고, 화소 어레이(11)에 있어서의 모든 촬상 화소(10)에서의 화소값(VAL2)에 기초하여 화상(PIC2)를 생성하고, 화소 어레이(11)에 있어서의 모든 촬상 화소(10)에서의 화소값(VAL13)에 기초하여 화상(PIC13)을 생성한다. 그리고, 신호 처리부(14R)는, 이들 화상(PIC1, PIC2, PIC13)을 합성함으로써, 촬상 화상(PICR)를 생성한다.
도 11은, 촬상 장치(1R)에 의해 합성된 촬상 화상(PICR)에 있어서의 신호대 잡음비(S/N 비)의 일례를 나타내는 것이다.
신호 처리부(14R)는, 본 실시형태에 따른 신호 처리부(14)와 마찬가지로, 3장의 화상(PIC)를 합성할 때, 휘도가 높아짐에 따라, 화상(PIC1, PIC2, PIC13) 중 사용하는 화상(PIC)의 매수를 늘려 간다. 구체적으로는, 신호 처리부(14R)는, 주목한 화소에서의 휘도가 휘도값 L11보다 낮을 경우에는, 화상(PIC1)에 있어서의, 그 주목한 화소에서의 화소값(VAL1)에 기초하여, 촬상 화상(PICR)에 있어서의, 그 주목한 화소에서의 화소값을 생성한다. 또한, 신호 처리부(14R)는, 주목한 화소에서의 휘도가 휘도값 L11보다 높고 휘도값 L12보다 낮을 경우에는, 2장의 화상(PIC1, PIC2)에 있어서의, 그 주목한 화소에서의 화소값(VAL1, VAL2)에 기초하여, 촬상 화상(PICR)에 있어서의, 그 주목한 화소에서의 화소값을 생성한다. 또한, 신호 처리부(14R)는, 주목한 화소에서의 휘도가 휘도값 L12보다 높을 경우에는, 3장의 화상(PIC1, PIC2, PIC13)에 있어서의, 그 주목한 화소에서의 화소값(VAL1, VAL2, VAL13)에 기초하여, 촬상 화상(PICR)에 있어서의, 그 주목한 화소에서의 화소값을 생성한다.
도 11에 나타낸 바와 같이, S/N 비는, 휘도가 휘도값 L12를 넘으면 저하된다(부분 W3). 즉, 부분 W3에서는, 합성에 사용하는 화상에 화상(PIC13)을 더함으로써, S/N 비가 저하된다. 즉, 이 화상(PIC13)은, 이중 데이터 샘플링(DDS)에 의해 생성한 것이기 때문에, 상관 이중 샘플링과 같이 노이즈를 충분히 제거할 수 없다. 그 결과, 촬상 장치(1R)에서는, 이 부분 W3에 있어서, S/N 비가 대폭 저하되어 버린다.
한편, 본 실시형태에 따른 촬상 장치(1)에서는, 상관 이중 샘플링에 의해, 화상(PIC3)을 생성하였다. 즉, 신호 처리부(14)는, 도 6에 있어서, 타이밍 t51~t61의 기간에 있어서의 동작에 기초하여 생성한 카운트 값(CNT5)를 P상 데이터로서 사용하고, 계속되는 타이밍 t61~t71의 기간에 있어서의 동작에 기초하여 생성한 카운트 값(CNT6)을 D상 데이터로서 이용함으로써, 화상(PIC3)을 생성하도록 하였다. 이에 의해, 촬상 장치(1)에서는, 예를 들면 포토다이오드(PD2)에 있어서의 암전류나 리셋 노이즈 성분을 제거할 수 있기 때문에, 도 7에 나타낸 바와 같이, 합성에 사용하는 화상에 화상(PIC3)을 더했을 때의 S/N 비 저하를 개선할 수 있다. 그 결과, 촬상 장치(1)에서는, 촬상 화상(PICA)의 화질을 높일 수 있다.
[효과]
이상과 같이 본 실시형태에서는, 상관 이중 샘플링에 의해, 3번째의 화상(PIC3)을 생성하고, 이 화상(PIC3을 이용하여 촬상 화상을 생성하도록 하였기 때문에, 화질을 높일 수 있다.
[변형예 1]
상기 실시형태에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 7개의 변환 기간(P1~P7)을 두었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 12, 13에 나타내는 촬상 장치(1B)와 같이, 8개의 변환 기간(P1~P8)을 두어도 된다. 이 촬상 장치(1B)는, 상기 실시형태에 따른 촬상 장치(1)(도 3)에 있어서의 타이밍 t51~t61의 기간과, 타이밍 t61~t71의 기간 사이에, 변환 기간(P15)를 포함하는 기간을 추가한 것이다.
촬상 장치(1B)에서는, ADC 변환부(ADC)는, 변환 기간(P5)에 있어서, 촬상 화소(10A)로부터 출력된 화소 전압(VP)(VP5)에 기초하여 카운트 값(CNT)(카운트 값(CNT5))를 생성한다. 그리고, 촬상 장치(1B)에서는, 그 후, 신호(SSEL, SFDG, STGL, SRST, SFCG, STGS)를 유지한 채, ADC 변환부(ADC)가, 변환 기간(P15)에 있어서, 촬상 화소(10A)로부터 출력된 화소 전압(VP)에 기초하여 카운트 값(CNT)(카운트 값(CNT15))를 생성한다.
그리고, 신호 처리부(14)는, 카운트 값(CNT15) 및 카운트 값(CNT6)에 기초하여, 화소값(VAL3)을 생성한다. 구체적으로는, 신호 처리부(14)는, 카운트 값(CNT6)으로부터 카운트 값(CNT15)를 감산(CNT6-CNT15)함으로써, 화소값(VAL3)을 산출한다. 즉, 촬상 장치(1B)는, 상관 이중 샘플링 원리를 이용하여, P상 데이터에 대응하는 카운트 값(CNT15) 및 D상 데이터에 대응하는 카운트 값(CNT6)을 이용하여, 화소값(VAL3)을 산출한다. 또한, 신호 처리부(14)는, 상기 실시형태의 경우와 마찬가지로, 카운트 값(CNT5) 및 카운트 값(CNT7)에 기초하여, 화소값(VAL4)를 생성한다.
그리고, 신호 처리부(14)는, 화소 어레이(11)에 있어서의 모든 촬상 화소(10)에서의 화소값(VAL1)에 기초하여 화상(PIC1)을 생성하고, 화소 어레이(11)에 있어서의 모든 촬상 화소(10)에서의 화소값(VAL2)에 기초하여 화상(PIC2)를 생성하고, 화소 어레이(11)에 있어서의 모든 촬상 화소(10)에서의 화소값(VAL3)에 기초하여 화상(PIC3)을 생성하고, 화소 어레이(11)에 있어서의 모든 촬상 화소(10)에서의 화소값(VAL4)에 기초하여 화상(PIC4)를 생성한다. 그리고, 신호 처리부(14)는, 이들 화상(PIC1~PIC4)를 합성함으로써, 촬상 화상(PICA)를 생성한다.
이상, 실시형태 및 변형예를 들어 본 기술을 설명하였으나, 본 기술은 이들 실시형태 등에 한정되지 않고, 다양하게 변형이 가능하다.
예를 들면, 상기의 각 실시형태 등에 있어서의 신호(SSEL, SFDG, STGL, SRST, SFCG, STGS)의 파형 및 천이 타이밍은, 일례이며, 적절히 변경되어도 된다.
한편, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이며 한정되는 것이 아니고, 또 다른 효과가 있어도 된다.
한편, 본 기술은 이하와 같은 구성으로 할 수 있다.
(1) 제1 수광소자 및 제2 수광소자와,
제1 전하축적부 및 제2 전하축적부와,
온 상태가 됨으로써 상기 제1 수광소자와 상기 제1 전하축적부를 접속하는 제1 스위치와,
온 상태가 됨으로써 소정 노드와 상기 제1 전하축적부를 접속하는 제2 스위치와,
온 상태가 됨으로써 상기 소정 노드에 소정의 전압을 인가하는 제3 스위치와,
온 상태가 됨으로써 상기 제2 수광소자와 상기 제2 전하축적부를 접속하는 제4 스위치와,
온 상태가 됨으로써 상기 제2 전하축적부와 상기 소정 노드를 접속하는 제5 스위치와,
상기 제1 전하축적부에 있어서의 전압에 따른 화소 전압을 출력하는 출력부와,
각 스위치를 구동하는 구동부와,
상기 화소 전압에 기초하여 제1 값, 제2 값, 제3 값, 제4 값을 구하고, 이들 값에 기초하여 화소값을 생성하는 처리부를 구비하고,
상기 구동부는,
제1 기간에 있어서, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 온 상태로 함과 함께, 상기 제1 스위치, 상기 제4 스위치 및 상기 제5 스위치를 오프 상태로 하고,
상기 제1 기간 후의 제2 기간에 있어서, 상기 제3 스위치를 오프 상태로 함과 함께 상기 제5 스위치를 온 상태로 하고,
상기 제2 기간 후의 제3 기간에 있어서, 상기 제4 스위치를 온 상태로 하고,
상기 제3 기간 후의 제4 기간에 있어서, 상기 제4 스위치를 오프 상태로 하고,
상기 처리부는, 상기 제2 기간에 있어서의 상기 화소 전압과 상기 제4 기간에 있어서의 상기 화소 전압에 기초하여 상기 제3 값을 구하는 촬상 장치.
(2) 상기 처리부는, 상기 제2 기간에 있어서의 상기 화소 전압에 기초하여 AD 변환을 행함으로써 제1 디지털 값을 생성함과 함께, 상기 제4 기간에 있어서의 상기 화소 전압에 기초하여 AD 변환을 행함으로써 제2 디지털 값을 생성하고, 상기 제1 디지털 값 및 상기 제2 디지털 값에 기초하여 상기 제3 값을 구하는 상기 (1)에 기재된 촬상 장치.
(3) 상기 구동부는,
상기 제4 기간 후의 제5 기간에 있어서, 상기 제3 스위치 및 상기 제5 스위치를 온 상태로 하고,
상기 제5 기간 후의 제6 기간에 있어서, 상기 제3 스위치 및 상기 제5 스위치를 오프 상태로 하고,
상기 제6 기간 후의 제7 기간에 있어서, 상기 제3 스위치를 오프 상태로 함과 함께 상기 제5 스위치를 온 상태로 하고,
상기 처리부는, 상기 제2 기간에 있어서의 상기 화소 전압과, 상기 제7 기간에 있어서의 상기 화소 전압에 기초하여 상기 제4 값을 구하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 촬상 장치.
(4) 상기 구동부는,
상기 제4 기간 후의 제5 기간에 있어서, 상기 제3 스위치 및 상기 제5 스위치를 온 상태로 하고,
상기 제5 기간 후의 제6 기간에 있어서, 상기 제3 스위치 및 상기 제5 스위치를 오프 상태로 하고,
상기 제6 기간 후의 제7 기간에 있어서, 상기 제3 스위치를 오프 상태로 함과 함께 상기 제5 스위치를 온 상태로 하고,
상기 제2 기간은, 제1 서브 기간과, 상기 제1 서브 기간 후의 제2 서브 기간을 포함하고,
상기 처리부는,
상기 제2 기간의 상기 제2 서브 기간에 있어서의 상기 화소 전압과, 상기 제4 기간에 있어서의 상기 화소 전압에 기초하여 상기 제3 값을 구하고,
상기 제2 기간의 상기 제1 서브 기간에 있어서의 상기 화소 전압과, 상기 제7 기간에 있어서의 상기 화소 전압에 기초하여 상기 제4 값을 구하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 촬상 장치.
(5) 상기 구동부는,
제8 기간에 있어서, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 온 상태로 함과 함께, 상기 제1 스위치, 상기 제4 스위치 및 상기 제5 스위치를 오프 상태로 하고,
상기 제8 기간 후의 제9 기간에 있어서, 상기 제2 스위치를 온 상태로 함과 함께 상기 제3 스위치를 오프 상태로 하고,
상기 제9 기간 후의 제10 기간에 있어서, 상기 제2 스위치를 오프 상태로 하고,
상기 제10 기간 후의 제11 기간에 있어서, 상기 제1 스위치를 온 상태로 하고,
상기 제11 기간 후의 제12 기간에 있어서, 상기 제1 스위치를 오프 상태로 하고,
상기 제12 기간 이후이고 상기 제1 기간 이전인 제13 기간에 있어서, 상기 제2 스위치를 온 상태로 하고,
상기 처리부는,
상기 제10 기간에 있어서의 상기 화소 전압과, 상기 제12 기간에 있어서의 상기 화소 전압에 기초하여 상기 제1 값을 구하고,
상기 제9 기간에 있어서의 상기 화소 전압과, 상기 제13 기간에 있어서의 상기 화소 전압에 기초하여 상기 제2 값을 구하는 상기 (1) 내지 (4)의 어느 하나에 기재된 촬상 장치.
(6) 상기 처리부는,
휘도가 제1 휘도값보다 낮을 경우에는, 상기 제1 값에 기초하여 상기 화소값을 생성하고,
상기 휘도가 상기 제1 휘도값보다 높고 제2 휘도값보다 낮을 경우에는, 상기 제1 값 및 상기 제2 값에 기초하여 상기 화소값을 생성하고,
상기 휘도가 상기 제2 휘도값보다 높고 제3 휘도값보다 낮을 경우에는, 상기 제1 값, 상기 제2 값 및 상기 제3 값에 기초하여 상기 화소값을 생성하고,
상기 휘도가 상기 제3 휘도값보다 높을 경우에는, 상기 제1 값, 상기 제2 값, 상기 제3 값 및 상기 제4 값에 기초하여 상기 화소값을 생성하는
상기 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 촬상 장치.
(7) 상기 제1 수광소자의 수광 영역은, 상기 제2 수광소자의 수광 영역보다 넓은 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 촬상 장치.
(8) 상기 제1 전하축적부는, 확산층을 갖는 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 촬상 장치.
(9) 상기 처리부는,
전압 레벨이 변화되는 참조 신호를 생성하는 참조 신호 생성부와,
상기 화소 전압과 상기 참조 신호를 비교함으로써 비교 신호를 생성하는 비교부와,
상기 비교 신호에 기초하여 카운트 동작을 행함으로써 디지털 값을 생성하는 카운터를 갖는, 상기 (1) 내지 (8)의 어느 하나에 기재된 촬상 장치.
(10) 제1 수광소자 및 제2 수광소자와, 제1 전하축적부 및 제2 전하축적부와, 온 상태가 됨으로써 상기 제1 수광소자와 상기 제1 전하축적부를 접속하는 제1 스위치와, 온 상태가 됨으로써 소정 노드와 상기 제1 전하축적부를 접속하는 제2 스위치와, 온 상태가 됨으로써 상기 소정 노드에 소정의 전압을 인가하는 제3 스위치와, 온 상태가 됨으로써 상기 제2 수광소자와 상기 제2 전하축적부를 접속하는 제4 스위치와, 온 상태가 됨으로써 상기 제2 전하축적부와 상기 소정 노드를 접속하는 제5 스위치와, 상기 제1 전하축적부에 있어서의 전압에 따른 화소 전압을 출력하는 출력부를 구비한 촬상 화소의 각 스위치를 구동하여,
상기 화소 전압에 기초하여 제1 값, 제2 값, 제3 값, 제4 값을 구하고, 이들 값에 기초하여 화소값을 생성하고,
제1 기간에 있어서, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 온 상태로 함과 함께, 상기 제1 스위치, 상기 제4 스위치 및 상기 제5 스위치를 오프 상태로 하고,
상기 제1 기간 후의 제2 기간에 있어서, 상기 제3 스위치를 오프 상태로 함과 함께 상기 제5 스위치를 온 상태로 하고,
상기 제2 기간 후의 제3 기간에 있어서, 상기 제4 스위치를 온 상태로 하고,
상기 제3 기간 후의 제4 기간에 있어서, 상기 제4 스위치를 오프 상태로 하고,
상기 제2 기간에 있어서의 상기 화소 전압과, 상기 제4 기간에 있어서의 상기 화소 전압에 기초하여 상기 제3 값을 구하는 촬상 방법.
본 출원은, 일본 특허청에 2017년 10월 27일에 출원된 일본 특허출원번호 2017-208118호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.
당업자라면, 설계상의 요건이나 다른 요인에 따라, 다양하게 수정, 콤비네이션, 서브 콤비네이션 및 변경을 생각해 낼 수 있으며, 이들은 첨부의 청구 범위나 그 균등물의 범위에 포함되는 것으로 이해된다.

Claims (10)

  1. 제1 수광소자 및 제2 수광소자와,
    제1 전하축적부 및 제2 전하축적부와,
    온 상태가 됨으로써 상기 제1 수광소자와 상기 제1 전하축적부를 접속하는 제1 스위치와,
    온 상태가 됨으로써 미리 정해진 노드와 상기 제1 전하축적부를 접속하는 제2 스위치와,
    온 상태가 됨으로써 상기 미리 정해진 노드에 미리 정해진 전압을 인가하는 제3 스위치와,
    온 상태가 됨으로써 상기 제2 수광소자와 상기 제2 전하축적부를 접속하는 제4 스위치와,
    온 상태가 됨으로써 상기 제2 전하축적부와 상기 미리 정해진 노드를 접속하는 제5 스위치와,
    상기 제1 전하축적부에 있어서의 전압에 따른 화소 전압을 출력하는 출력부와,
    상기 각 스위치를 구동하는 구동부와,
    상기 화소 전압에 기초하여 제1 값, 제2 값, 제3 값, 제4 값을 구하고, 이들 값에 기초하여 화소값을 생성하는 처리부를 구비하고,
    상기 구동부는,
    제1 기간에 있어서, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 온 상태로 함과 함께, 상기 제1 스위치, 상기 제4 스위치 및 상기 제5 스위치를 오프 상태로 하고,
    상기 제1 기간 후의 제2 기간에 있어서, 상기 제3 스위치를 오프 상태로 함과 함께 상기 제5 스위치를 온 상태로 하고,
    상기 제2 기간 후의 제3 기간에 있어서, 상기 제4 스위치를 온 상태로 하고,
    상기 제3 기간 후의 제4 기간에 있어서, 상기 제4 스위치를 오프 상태로 하고,
    상기 처리부는, 상기 제2 기간에 있어서의 상기 화소 전압과 상기 제4 기간에 있어서의 상기 화소 전압에 기초하여 상기 제3 값을 구하는 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 제2 기간에 있어서의 상기 화소 전압에 기초하여 AD 변환을 행함으로써 제1 디지털 값을 생성함과 함께, 상기 제4 기간에 있어서의 상기 화소 전압에 기초하여 AD 변환을 행함으로써 제2 디지털 값을 생성하고, 상기 제1 디지털 값 및 상기 제2 디지털 값에 기초하여 상기 제3 값을 구하는 촬상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 제4 기간 후의 제5 기간에 있어서, 상기 제3 스위치 및 상기 제5 스위치를 온 상태로 하고,
    상기 제5 기간 후의 제6 기간에 있어서, 상기 제3 스위치 및 상기 제5 스위치를 오프 상태로 하고,
    상기 제6 기간 후의 제7 기간에 있어서, 상기 제3 스위치를 오프 상태로 함과 함께 상기 제5 스위치를 온 상태로 하고,
    상기 처리부는, 상기 제2 기간에 있어서의 상기 화소 전압과 상기 제7 기간에 있어서의 상기 화소 전압에 기초하여 상기 제4 값을 구하는 촬상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 제4 기간 후의 제5 기간에 있어서, 상기 제3 스위치 및 상기 제5 스위치를 온 상태로 하고,
    상기 제5 기간 후의 제6 기간에 있어서, 상기 제3 스위치 및 상기 제5 스위치를 오프 상태로 하고,
    상기 제6 기간 후의 제7 기간에 있어서, 상기 제3 스위치를 오프 상태로 함과 함께 상기 제5 스위치를 온 상태로 하고,
    상기 제2 기간은, 제1 서브 기간과, 상기 제1 서브 기간 후의 제2 서브 기간을 포함하고,
    상기 처리부는,
    상기 제2 기간의 상기 제2 서브 기간에 있어서의 상기 화소 전압과, 상기 제4 기간에 있어서의 상기 화소 전압에 기초하여 상기 제3 값을 구하고,
    상기 제2 기간의 상기 제1 서브 기간에 있어서의 상기 화소 전압과, 상기 제7 기간에 있어서의 상기 화소 전압에 기초하여 상기 제4 값을 구하는 촬상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는,
    제8 기간에 있어서, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 온 상태로 함과 함께, 상기 제1 스위치, 상기 제4 스위치 및 상기 제5 스위치를 오프 상태로 하고,
    상기 제8 기간 후의 제9 기간에 있어서, 상기 제2 스위치를 온 상태로 함과 함께 상기 제3 스위치를 오프 상태로 하고,
    상기 제9 기간 후의 제10 기간에 있어서, 상기 제2 스위치를 오프 상태로 하고,
    상기 제10 기간 후의 제11 기간에 있어서, 상기 제1 스위치를 온 상태로 하고,
    상기 제11 기간 후의 제12 기간에 있어서, 상기 제1 스위치를 오프 상태로 하고,
    상기 제12 기간 이후이고 상기 제1 기간 이전인 제13 기간에 있어서, 상기 제2 스위치를 온 상태로 하고,
    상기 처리부는,
    상기 제10 기간에 있어서의 상기 화소 전압과 상기 제12 기간에 있어서의 상기 화소 전압에 기초하여 상기 제1 값을 구하고,
    상기 제9 기간에 있어서의 상기 화소 전압과 상기 제13 기간에 있어서의 상기 화소 전압에 기초하여 상기 제2 값을 구하는 촬상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는,
    휘도가 제1 휘도값보다 낮을 경우에는, 상기 제1 값에 기초하여 상기 화소값을 생성하고,
    상기 휘도가 상기 제1 휘도값보다 높고 제2 휘도값보다 낮을 경우에는, 상기 제1 값 및 상기 제2 값에 기초하여 상기 화소값을 생성하고,
    상기 휘도가 상기 제2 휘도값보다 높고 제3 휘도값보다 낮을 경우에는, 상기 제1 값, 상기 제2 값 및 상기 제3 값에 기초하여 상기 화소값을 생성하고,
    상기 휘도가 상기 제3 휘도값보다 높을 경우에는, 상기 제1 값, 상기 제2 값, 상기 제3 값 및 상기 제4 값에 기초하여 상기 화소값을 생성하는 촬상 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수광소자의 수광 영역은, 상기 제2 수광소자의 수광 영역보다 넓은 촬상 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전하축적부는, 확산층을 갖는 촬상 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는,
    전압 레벨이 변화되는 참조 신호를 생성하는 참조 신호 생성부와,
    상기 화소 전압과 상기 참조 신호를 비교함으로써 비교 신호를 생성하는 비교부와,
    상기 비교 신호에 기초하여 카운트 동작을 행함으로써 디지털 값을 생성하는 카운터를 갖는 촬상 장치.
  10. 제1 수광소자 및 제2 수광소자와, 제1 전하축적부 및 제2 전하축적부와, 온 상태가 됨으로써 상기 제1 수광소자와 상기 제1 전하축적부를 접속하는 제1 스위치와, 온 상태가 됨으로써 미리 정해진 노드와 상기 제1 전하축적부를 접속하는 제2 스위치와, 온 상태가 됨으로써 상기 미리 정해진 노드에 미리 정해진 전압을 인가하는 제3 스위치와, 온 상태가 됨으로써 상기 제2 수광소자와 상기 제2 전하축적부를 접속하는 제4 스위치와, 온 상태가 됨으로써 상기 제2 전하축적부와 상기 미리 정해진 노드를 접속하는 제5 스위치와, 상기 제1 전하축적부에 있어서의 전압에 따른 화소 전압을 출력하는 출력부를 구비한 촬상 화소의 상기 각 스위치를 구동하여,
    상기 화소 전압에 기초하여 제1 값, 제2 값, 제3 값, 제4 값을 구하고, 이들 값에 기초하여 화소값을 생성하고,
    제1 기간에 있어서, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치를 온 상태로 함과 함께, 상기 제1 스위치, 상기 제4 스위치 및 상기 제5 스위치를 오프 상태로 하고,
    상기 제1 기간 후의 제2 기간에 있어서, 상기 제3 스위치를 오프 상태로 함과 함께 상기 제5 스위치를 온 상태로 하고,
    상기 제2 기간 후의 제3 기간에 있어서, 상기 제4 스위치를 온 상태로 하고,
    상기 제3 기간 후의 제4 기간에 있어서, 상기 제4 스위치를 오프 상태로 하고,
    상기 제2 기간에 있어서의 상기 화소 전압과 상기 제4 기간에 있어서의 상기 화소 전압에 기초하여 상기 제3 값을 구하는 촬상 방법.
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