KR20130028007A

KR20130028007A - 촬상장치

Info

Publication number: KR20130028007A
Application number: KR1020120098618A
Authority: KR
Inventors: 세이지 하시모토; 야스시 마쓰노
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2013-03-18
Also published as: US20150092097A1; US20170150074A1; RU2012136427A; KR101517376B1; BR102012022644A2; JP2013058930A; CN103002232A; EP3324614B1; RU2522991C2; CN103002232B; US9602751B2; US8941753B2; JP5871531B2; US20130063627A1; EP2568700A1; US9800809B2; EP3324614A1

Abstract

촬상장치는, 광전변환 신호를 생성하는 화소; 리셋트 상태에서의 상기 화소에 근거하는 기준신호와 시간에 대하여 변화되는 제1 참조 신호를 비교하고, 논(non) 리셋트 상태에 있어서의 상기 화소에 근거하는 유효신호와 상기 제1 참조 신호보다 시간에 대한 변화율이 큰 제2 참조 신호를 비교하는 비교기; 상기 기준신호와 상기 제1 참조 신호간의 대소관계의 역전까지 제1 카운트 값을 카운트하고, 상기 유효신호와 상기 제2 참조 신호간의 대소관계의 역전까지 제2 카운트 값을 카운트하는 카운터; 및 상기 제1 카운트 값 및 상기 제2 카운트 값의 분해능의 차이를 보정하고, 상기 보정한 제1 카운트 값과 상기 제2 카운트 값간의 차이를 보정하는 보정부를 구비한다.

Description

촬상장치{IMAGING APPARATUS}

본 발명은, 촬상장치에 관한 것이다.

최근, ＣＭＯＳ이미지 센서는, 센서 소자내에서 화소신호를 아날로그-디지털 변환(이하, Ａ/Ｄ변환이라고 한다)하고 있다. 여기에서, 고속 및 고분해능의 Ａ/Ｄ변환 처리 기술이 알려져 있다. 일본국 공개특허공보 특개 2007-281987호의 기술은, 화상신호를 복수의 비교기에 입력하고, 시간변화가 서로 다른 참조 신호와 그 화상신호를 비교하며, 화소신호의 리셋트 레벨(이하, 기준신호라고 한다) Ｎ과 유효신호S의 카운트 데이터를, S-N처리후에 합성하는 것을 포함한다. 이에 따라, 이 기술은, 다수의 비트의 Ａ/Ｄ변환 데이터를 취득할 수 있다.

종래 기술에서는, 합성한 Ａ/Ｄ변환 데이터에 정밀도의 과제가 있다. 일본국 공개특허공보 특개 2007-281987호의 기술은, 시간변화가 큰 참조 신호로 얻어진 Ａ/Ｄ변환 데이터(i비트)의 양자화 오차를 포함하는 최하위 비트에, 시간변화가 작은 참조 신호로 얻어진 Ａ/Ｄ변환 데이터(j비트)를 위치 결정함으로써, 고정밀도 데이터로서 Ａ/Ｄ변환 데이터를 합성하는 것을 포함하지만, Ａ/Ｄ변환 정밀도의 향상 효과는 작다. 또한, 이 기술에서는, 비교기를 각 행에 2개 설치함에 따라서, 회로 규모가 증대하는 것이 걱정된다.

본 발명에 따른 촬상장치는, 광전변환에 의해 신호를 생성하는 화소; 리셋트 상태에서의 상기 화소에 근거하는 기준신호와 시간에 대하여 변화되는 제1 참조 신호를 비교하고, 논(non) 리셋트 상태에 있어서의 상기 화소에 근거하는 유효신호와 상기 제1 참조 신호보다 시간에 대한 변화율이 큰 제2 참조 신호를 비교하는 비교기; 상기 기준신호와 상기 제1 참조 신호간의 대소관계의 역전까지 제1 카운트 값을 카운트하고, 상기 유효신호와 상기 제2 참조 신호간의 대소관계의 역전까지 제2 카운트 값을 카운트하는 카운터; 상기 제1 카운트 값 및 상기 제2 카운트 값의 분해능의 차이를 보정하고, 상기 보정한 제1 카운트 값과 상기 제2 카운트 값간의 차이를 보정하는 보정부를 구비한다.

본 개시에 따른 기술은, 회로 규모의 증대를 억제하면서 아날로그-디지털 변환의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

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

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 촬상소자의 블록도다.
도 2는 화소신호의 SN비의 설명도다.
도 3은 복수의 램프(ramp) 신호의 설명도다.
도 4는 본 발명의 제1실시예의 Ａ/Ｄ변환부의 블록도다.
도 5는 도 4의 Ａ/Ｄ변환부의 타이밍 차트다.
도 6a, 6b, 6c는, Ａ/Ｄ변환 데이터의 비트 쉬프트의 설명도다.
도 7은 촬상 시스템의 블록도다.
도 8은 촬상소자의 구성 예를 나타내는 개념도다.
도 9는 화소의 등가회로도다.
도 10은 도 8에 나타낸 촬상소자의 동작 예를 나타내는 타이밍 차트다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

(제1실시예)

도 1은, 본 발명의 제1실시예에 따른 촬상소자(100)의 개략적인 블록도다. 촬상소자(100)는, ＣＭＯＳ이미지센서라고 칭하는 촬상소자이며, 수광한 피사체상을 광전변환하고, 그 전기신호를 디지털 신호로서 출력한다. 촬상소자(100)는, 화소부(10), 수직주사 회로(15), 증폭부(20), 램프 신호발생회로(참조 신호 발생회로)(25), 비교부(30), 카운터부(40), 메모리부(50), 출력 회로(60), 수평주사 회로(65) 및 타이밍 발생 회로(ＴＧ)(70)를 갖는다. 화소부(10)는, 2차원 행렬 모양으로 배치된 복수의 화소 10-1을 가진다. 화소 10-1은, 광전변환에 의해 화소신호를 생성한다. 수직주사 회로(15)는, 구동 펄스 X-1, X-2 등을 화소부(10)에 출력한다. 증폭부(20)는, 화소부(10)로부터의 화소신호를 증폭한다. 램프 신호 발생회로(25)는, 화소신호에 대한 비교 신호로서, 시간에 대하여 변화되는 램프 신호(참조 신호)를 생성한다. 비교부(30)는, 증폭부(20)에 의해 증폭된 화소신호와 램프 신호를 비교한다. 카운터부(40)는, 비교부(30)가 비교 결과를 출력할 때까지 상기 값을 카운트한다. 메모리부(보정부)(50)는, 카운터부(40)의 카운트 데이터를 유지하고, 그 유지된 데이터의 비트 쉬프트 및 연산을 행한다. 수평주사 회로(65)는, 수평주사를 사용하여서, 메모리부(50)로부터 보내진 데이터를 출력 회로(60)에 전송한다. 타이밍 발생 회로(70)는, 상기 회로 블록을 각각 타이밍 제어한다.

화소부(10)는 복수의 화소 10-1이 에어리어 위에 배치되어 있지만, 도 1에서는 간략함을 기하기 위해 4화소만을 도시하고 있다. 각 화소 10-1의 행은 수직주사 회로(15)로부터 보내진 구동 펄스X-1, X-2에 의해 순차로 구동된다. 각 화소 10-1의 리셋트 상태에 있어서의 화소 10-1에 근거하는 기준신호(리셋트 신호)와 각 화소 10-1의 논 리셋트 상태에 있어서의 화소 10-1에 근거하는 유효신호(광전변환 신호)는, 수직출력선V-1～V-n을 통해서 증폭부(20)에 이끌어진다. 증폭부(20)와 메모리부(50) 사이에는 수직출력선V-1～V-n 각각에 각 회로가 설치된다. 증폭부(20)의 각 증폭회로 20-1은 화소 10-1로부터 보내진 신호를 간단히 증폭하는 기능만을 가져도 되고, 유효신호와 기준신호의 차분 처리를 함으로써 노이즈를 저감하는 ＣＤＳ처리 기능을 가져도 된다. 증폭부(20)에서 상기 신호를 증폭함에 의해, 비교부(30)에서 발생하는 노이즈의 영향을 감소시킬 수 있다. 증폭부(20)에 ＣＤＳ처리 기능을 갖지 않는 경우에는, 비교부(30)의 입력부분에서 ＣＤＳ처리를 행할 수 있다.

비교부(30)는, 증폭부(20)로부터 연결하는 화소열에 대응한 비교회로 30-1과, 복수의 램프 신호로부터 하나의 신호를 선택하는 선택 회로 30-2를 가진다. 복수의 램프 신호에 대해서는, 도 3에서 후술한다. 비교부(30)는, 증폭회로 20-1로부터 보내진 기준신호와 시간에 대한 변화율이 작은 램프 신호를 비교한 후, 유효신호의 레벨이 비교 전압보다 큰지 작은지를 판정하고, 그 결과에 따라 유효신호와 비교하는 램프 신호를 선택하여, 비교를 행한다. 상기의 비교 전압은, 유효신호의 SN비를 고려해서 설정된다. 카운터부(40)는, 1개의 화소에 대하여 2회의 변환 동작을 행한다. 1회째에서는, 비교부(30)는 기준신호와 시간에 대한 변화율이 작은 램프 신호를 비교하고, 카운터부(40)는 램프 신호의 상승 에지(edge)로부터 비교부(30)의 출력 신호가 반전할 때까지 상기 값을 다운(down) 카운트한다. 기준신호는, 예를 들면 증폭부(20)의 입력을 리셋트했을 때에 출력되는 신호이거나, 증폭부(20)가 없도록 촬상소자가 구성되는 경우 화소 10-1의 출력을 리셋트했을 때에 출력되는 신호다. 2회째에서는, 유효신호의 레벨이 큰 경우에는, 비교부(30)는, 유효신호와 시간에 대한 변화율이 큰 램프 신호를 비교하고, 카운터부(40)는, 램프 신호가 시간에 대한 변화율이 작고 큰 경우의 분해능비를 보정해서, 그 값을 업 카운트 한다. 그 후의 다수의 비트의 Ａ/Ｄ변환 데이터는, 메모리부(50)의 메모리 회로 50-1에 유지된다. 유효신호는, 광전변환에 의해 화소 10-1에서 얻어져 이로부터 보내진 신호를 증폭부(20)로 증폭하여 얻어진 신호이거나, 촬상소자의 내부에 증폭부(20)가 없는 경우에는 화소 10-1로부터 보내진 신호다. 유효신호의 레벨이 작은 경우에는, 비교부(30)는 기준신호가 다운 카운트된 후 유효신호와 시간에 대한 변화율이 작은 램프 신호를 순서적으로 비교하고, 카운터부(40)는 상기 값을 업 카운트한다. 그 결과는, Ａ/Ｄ변환 데이터로서, 메모리부(50)의 메모리 회로 50-1에 유지된다. 메모리 회로 50-1에 유지된 Ａ/Ｄ변환 데이터는, 수평주사 회로(65)로부터 보내지는 주사 펄스에 의해 출력 회로(60)에 전송된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 촬상소자(100)는, 유효신호의 레벨에 관계없이, 기준신호와 시간에 대한 변화율이 작은 램프 신호를 비교함에 따라서, 고분해능의 기준신호의 Ａ/Ｄ변환 데이터를 취득할 수 있는 효과가 있다. 상기 촬상소자는, 기준신호의 Ａ/Ｄ변환 데이터에 따라 유효신호의 Ａ/Ｄ변환 데이터를 보정 처리하고, 그 결과 고정밀도 및 다수의 비트의 Ａ/Ｄ변환 데이터를 얻을 수 있다. 또한, 1개의 비교회로 30-1은, 유효신호의 레벨에 따라, 유효신호와 램프 신호를 비교하므로, 적은 비트수의 Ａ/Ｄ변환 처리를 행하고, 처리 속도를 높일 수 있다.

도 2는, 도 1의 촬상소자(100)의 동작 원리를 설명하기 위한 화소신호의 SN비의 설명도다. 도 2의 가로축은 화소 10-1에의 입사광량, 세로축은 입사광량에 따라 광전변환된 신호레벨을, 대수 눈금으로 나타낸다. 실선(201)은 신호이며, 신호레벨 1V는 일시적으로 10,000개의 광 전하N에 해당한다. 파선(202)은 광 숏(shot) 노이즈이며, 노이즈량은 잘 알려져 있는 것 같이 √N으로 나타낸다. 파선(203)은 ＣＤＳ후의 화소계 노이즈(증폭기에 기인하는 노이즈를 포함하고, Ａ/Ｄ변환에 기인하는 노이즈를 포함하지 않고 있다)이다. 가령 화소계 노이즈(203)를 0.2mV라고 하면, 신호레벨 1V와 화소계 노이즈 0.2mV의 비인 SN비는 74ｄＢ가 된다. 이 SN비를 커버하는 Ａ/Ｄ변환을 행하기 위해서는, 양자화 비트 오차를 고려하면 14비트정도의 분해능이 필요해진다. 촬상소자가 고분해능을 가지면, 카운터 기간이 보다 길어진다. 이에 따라서, 촬상소자는 Ａ/Ｄ변환 시간을 필요로 하고, 그 신호를 저속으로 판독한다. 결국, 촬상장치는, 고속으로 촬영할 수 없게 된다.

그 후, 본 실시예의 촬상소자는, Ａ/Ｄ변환 비트수를 감소시켜서 고속 판독을 달성한다. 예를 들면, 대진폭 신호레벨을 일시적으로 가령 1V라고 했을 경우에, 광 숏 노이즈(202)가 크다. 그리고, 가령 대진폭 신호레벨이 전하 10000개일 경우에, 광 숏 노이즈는 100개로 하고, 그 SN비는 40ｄＢ이다. 또한, 소진폭 신호레벨을 일시적으로 가령 10mV라고 했을 경우에, 그 SN비는 20ｄＢ이다. 다시 말해, Ａ/Ｄ변환을 위해 신호 진폭에 의하지 않고 40ｄＢ보다 약간 더 큰 SN비가 만족스럽다는 것을 안다.

도 2에서는, 전압이 신호 1V의 1/16(4비트 상당)인 62.5mV의 경계에 의해 분류된 대진폭 신호Ａ/Ｄ(H)와 소진폭 신호Ａ/Ｄ(L)에 대해서 10비트의 Ａ/Ｄ변환을 생각한다. 신호 진폭 1V에 대한 Ａ/Ｄ변환의 분해능을 2점 쇄선(204)으로 표현하고, 신호 진폭 62.5mV에 대한 Ａ/Ｄ변환의 분해능을 1점 쇄선(205)으로 표현하고 있다. 그 후, 본 도면은 2개의 Ａ/Ｄ변환은 함께 10비트의 Ａ/Ｄ변환 정밀도를 가짐에도 불구하고 광 숏 노이즈(202)에 대해 양자화 오차를 고려해도, Ａ/Ｄ분해능이 작은 것을 보이고 있다. 이 2개의 Ａ/Ｄ변환 데이터를 비트 쉬프트 함으로써, 10비트의 Ａ/Ｄ변환기에서 14비트 정밀도의 Ａ/Ｄ변환 데이터를 얻을 수 있다. 그렇지만, 대진폭 신호Ａ/Ｄ(H)의 Ａ/Ｄ변환 데이터의 최하위 비트는 양자화 오차가 있기 때문에, Ａ/Ｄ변환 데이터는, 실제로 10비트의 정밀도는 없고, 또한 유효신호와 기준신호와의 차분 처리에 의해 양자화 오차는 보다 커지고 있다.

대진폭 신호에 대한 변환과 소진폭 신호에 대한 변환은, 각각 10비트로 행하지만, 이 변환시에 공급되는 램프 신호(참조 신호)의 기울기, 즉 참조 신호의 시간에 대한 변화율의 비를 16으로 설정하도록 2⁴=16이 때문에 4비트분의 분해능의 변화에 해당한다. 이러한 관계를 갖는 양자의 신호를 합성함으로써, 1V의 신호 범위에 대하여 14비트의 분해능을 생성하고 있다. 여기에서, 대진폭 신호의 변환에 대해서 생각한다. 본 실시예에서는 신호 진폭이, 경계인 신호 진폭의 최대값 1V의 1/16보다 큰가 아닌가에 따라, 상기 신호가 큰 진폭 신호인지 아닌지를 판정한다. 이 값은, 1000mV/16인 62.5mV가 된다. 따라서, 판정의 경계는, 62.5mV다.

한편, 소진폭 신호가 변환될 때, 경계인 62.5mV까지의 소진폭 신호를, 대진폭 신호에 대한 램프 신호의 1/16의 기울기의 램프 신호를 사용하여 Ａ/Ｄ변환을 행한다. 이 때문에, 소진폭 신호의 Ａ/Ｄ변환의 분해능 205는, 대진폭 신호의 Ａ/Ｄ변환의 분해능 204의 1/16이 된다. 따라서, 신호 진폭 62.5mV에 대한 10비트의 Ａ/Ｄ변환의 분해능은, 62.5mV/1024≒ 0.0612mV이기 때문에 0.0612mV가 된다. 이 0.0612mV의 분해능은, 상기의 화소계 노이즈 203의 0.2mV의 값에 대하여 충분하게 작은 값이다. 참고로, 경계의 62.5mV의 신호는, 대진폭 신호와 소진폭 신호의 어느 하나로서 취급되어도 된다.

도 3은, 본 실시예에 따른 복수의 램프 신호의 설명도다. 도 3은 램프 신호의 시간변화인 기울기를 보이고 있다. 도 2에서는, 62.5mV이상의 신호 진폭에 대하여 제1 램프 신호(제1 참조 신호)ＶＨ를 사용하고, 62.5mV미만의 신호에 대하여는 제2 램프 신호(제2 참조 신호)ＶＬ을 사용한다. 제2 램프 신호ＶＬ은, 제1 램프 신호ＶＨ보다 기울기(시간에 대한 변화율)가 작다. 램프 신호ＶＨ와 ＶＬ의 기울기 비는 16으로 설정되어 있다. 기울기 비를 16으로 설정하면, 4비트분의 분해능을 높일 수 있다. 상기 양쪽의 Ａ/Ｄ변환 회로는 신호를 10비트의 신호로 변환하고, 동일 최장 변환 기간을 갖기 때문에, 카운터 클록의 클록 주파수가 같아진다. 만약에 기울기 비를 8로 설정하면, 3비트분의 분해능을 높일 수 있다. 도 2에서는, 소진폭 신호의 Ａ/Ｄ변환 분해능은 시스템 노이즈보다 충분하게 작음에 따라서, AD 변환 회로는 상기 신호를 9비트의 신호로 변환하여도 된다. 이 경우, 카운터의 최대 클록 주파수ｆｍａｘ를 바꾸지 않는다고 하면, 9비트의 Ａ/Ｄ변환 회로의 변환 시간은 1/2이 되고, 고속화가 가능해진다. 램프 신호의 기울기 비와, Ａ/Ｄ변환 회로의 분해능은, 화소의 포화 전하수, 시스템 노이즈, 촬상소자(100)에 필요한 분해능 등에 의해 결정된다. 서로 다른 기울기의 램프 신호ＶＨ 및 ＶＬ의 기울기 비는 2의 배수일 수 있다. 또한, 카운터부(40)는, 램프 신호ＶＨ 및 ＶＬ에 대한 값을 같은 주파수의 카운터 클록으로 카운트해도 좋거나, 상기 값을 서로 다른 주파수의 카운터 클록으로 카운트해도 좋다.

도 4는, 본 발명의 제1실시예의 비교회로 30-1과 입력 및 출력측에서의 회로들간의 접속을 설명하는 Ａ/Ｄ변환부의 블록도이며, 도 1과 같은 기능을 갖는 블록들은 동일한 참조번호로 나타내어지고, 그 설명은 생략한다. Ａ/Ｄ변환부는, 광전변환된 아날로그 신호를 고속으로 디지털 신호로 변환할 수 있다.

다음에, 본 실시예의 설명을 쉽게 하기 위해서, Ａ/Ｄ변환기를 갖지 않는 촬상장치의 구성 예와 그 동작을 설명한다. 도 8은, 촬상소자내의 화소부(210) 및 증폭회로 220-1의 구성 예를 나타내는 도면이고, 비교부(30), 카운터부(40) 및 메모리부(50)를 생략한 도면이다. ＣＤＳ회로(119)는, 증폭회로 220-1의 후단에 설치된다. 화소부(210)는, 복수열 및 복수행에 따라 배열된 복수의 화소 210-1을 포함하도록 구성된다. 도 8에 있어서, 왼쪽에서 카운트될 때 홀수열에서 화소로부터 출력된 신호들은, 화소부(210)의 하부에 배치된 판독 회로에 의해 판독된다. 한편, 왼쪽에서 카운트될 때 짝수열에서 화소로부터 출력된 신호들은, 화소부(210)의 상부에 배치된 미도시된 판독 회로에 의해 판독된다. 이렇게, 판독 회로를 교대로 설치함으로써, 판독 회로를 레이아웃할 때에 화소부(210)의 2열분의 면적을 사용할 수 있다. ＣＤＳ회로(119)는, 신호를 샘플링 및 홀딩하는 기능을 갖고, 차분 처리부(118)와 함께 상관하는 성분을 저감한다.

도 9는, 1개의 화소 210-1의 회로도다. 전송 스위치(102)는, 전송 펄스ＰＴＸ에 의해 구동된다. 리셋트 스위치(103)는, 리셋트 펄스ＰＲＥＳ에 의해 구동된다. 행선택 스위치(105)는, 행선택 펄스ＰＳＥＬ에 의해 구동된다. ＰＴＸ는, ＰＴＸ1～ＰＴＸn(n은, 행수)을 대표하는 표기다. ＰＲＥＳ는, ＰＲＥＳ1～ＰＲＥＳn을 대표하는 표기다. ＰＳＥＬ은, ＰＳＥＬ1～ＰＳＥＬn을 대표하는 표기다.

도 10은, 도 8에 나타낸 촬상소자의 동작 예를 나타내는 타이밍 차트다. 이하, 도 8～도 10을 참조하여 촬상소자의 동작 예를 설명한다. 판독 동작에 앞서, 설정된 노광 시간에 촬상소자가 노광되어, 포토다이오드(101)에 광 전하가 축적된다. 이하의 설명에서는, 수직주사 회로(215)로부터 출력된 ＰＲＥＳ1, ＰＴＸ1, ＰＳＥＬ1에 의해 구동되는 행이 선택되어 있는 것으로 가정한다.

우선, 화소 리셋트 펄스ＰＲＥＳ가 하이레벨로부터 로(low) 레벨이 되고, 증폭용 ＭＯＳＦＥＴ(104)의 게이트 전극의 리셋트가 해제(clear)된다. 이 때, 상기 게이트 전극에 접속된 부유 확산부ＦＤ에는, 리셋트의 해제에 대응한 전위가 유지된다. 계속해서, 행선택 펄스ＰＳＥＬ이 하이레벨이 되면, 증폭용 ＭＯＳＦＥＴ(104)와 정전류원(107)에 의해 형성된 소스 폴로워 회로에 의해 부유 확산부ＦＤ의 전위에 대응하는 출력이 수직출력선V-1에 나타난다. 이 상태에서 클램프 펄스ＰＣ0R이 하이레벨로 활성화되는 경우, 클램프 스위치(109)가 온하고, 가변증폭부(131)가 전압 폴로워 상태가 되고, 클램프 용량(108)의 열 앰프측의 전극의 전압이 전압ＶＲＥＦ와 거의 같아진다. 그 후에, 클램프 펄스ＰＣ0R이 하이레벨로부터 로 레벨로 비활성화되고, 수직출력선V-1의 출력이 클램프 된다.

이어서, 축적 펄스ＰＴＮ이 하이레벨로 활성화되고, 증폭회로 220-1의 오프셋 신호가 전송 게이트 110n을 거쳐서 저장용량 112n에 기억된다. 그 후에, 전송 펄스ＰＴＸ가 하이레벨로 활성화됨으로써, 전송 스위치(102)가 일정 기간 하이레벨이 되고, 포토다이오드(101)에 축적된 광 전하가 증폭용 ＭＯＳＦＥＴ(104)의 게이트 전극에 전송된다. 여기에서는, 전송되는 전하는 전자이며, 그 전송된 전하의 양의 절대치를 Q, 부유 확산부ＦＤ의 용량을 ＣＦＤ라고 하면, 게이트 전위는 Q/ＣＦＤ만큼 저하된다. 이것에 대응하여, 수직출력선V-1의 전위가 변화된다. 소스 폴로워 게인을 Ｇｓｆ라고 하면, 포토다이오드(101)로부터 부유 확산부ＦＤ에 전하를 전송하는 것으로 인해 수직출력선V-1의 전위Ｖｖｌ의 변화ΔＶｖｌ은, (1)식으로 나타낸다.

ΔＶｖｌ=-Ｑ·Ｇｓｆ/ＣＦＤ ...(1)

이 전위 변화ΔＶｖｌ은, 연산증폭기(120), 클램프 용량(108) 및 귀환 용량(121)으로 구성된 가변증폭부(131)에 의해 전압증폭되고, 가변증폭부(131)의 출력Ｖｃｔ는, (2)식으로 나타낸다.

Ｖｃｔ=ＶＲＥＦ+Ｑ·(Ｇｓｆ/ＣＦＤ)·(Ｃ0/Ｃｆ) ...(2)

여기에서, C0은, 클램프 용량(108)의 용량, Ｃｆ는, 감도 전환 펄스×1, ×2, ×4가 활성화되었을 때에 각각 선택되는 귀환 용량 121a, 12lb, 121c의 용량값을 나타낸다. 이를테면, C0는 1pF다. 귀환 용량121a가 선택되었을 때는, Ｃｆ는 1pF이고, 귀환 용량 12lb가 선택되었을 때는, Ｃｆ는 0.5pF이며, 귀환 용량 121c가 선택되었을 때는, Ｃｆ는 0.25pF다. -C0/Ｃｆ로 나타낸 전압증폭률은, 각각 -1배, -2배, -4배이다. 달리 말하면, 연산증폭기(120)에 대하여 부귀환을 거는 시스템에 있어서, 복수의 귀환 용량 121a～121c 중 어느 하나로 선택을 전환함으로써 Ｃｆ와 C0과의 분압비로 결정되는 귀환 계수를 변화시켜서, 전압증폭률을 전환할 수 있다. 참고로, 전압증폭률에 첨부된 부의 부호는, 가변증폭부가 반전 증폭회로인 것을 보이고 있다. 전송 펄스ＰＴＸ가 로 레벨이 된 후에, 축적 펄스ＰＴＳ가 하이레벨이 되고, 이 때의 증폭회로 220-1로부터 출력된 레벨이 전송 게이트110s를 거쳐서 저장용량 112s에 축적된다.

계속해서, 수평주사 회로(65)가 발생하는 주사 펄스ＣＯＬＳＥＬ1, ＣＯＬＳＥＬ2 등에 의해 열(row)선택 스위치 114s 및 114n이 순차적으로 온(on) 된다. 그 후, 저장용량 112s에 축적되어 있는 신호는, 열의 순서로 수평출력선 116s에 출력되고, 저장용량 112n에 축적되어 있는 신호는 열의 순서로 수평출력선 116n에 출력된다. 복수열의 신호 쌍은, 순서적으로 수평출력선 116s 및 116n에 출력된다. 차분 처리부(118)는, 수평출력선 116s 및 116n에 출력된 각 열의 신호 쌍의 차분을 출력한다. 이에 따라, 저장용량 112s에 유지된 신호에 포함되는 노이즈 성분을 저감할 수 있다.

도 5는, 본 실시예의 촬상소자(100)의 구동방법을 나타내는 타이밍 차트이며, 특히 도 4의 Ａ/Ｄ변환부의 타이밍 차트다. 이하, 도 4와 도 5를 참조하여, Ａ/Ｄ변환 동작을 설명한다. 도 5에 있어서, 기간Ｔａｄ는, 화소로부터 판독된 아날로그 신호Ｖａ의 기준신호 및 유효신호의 Ａ/Ｄ변환 기간을 나타낸다. 기간Ｔｄａｔａ는, Ａ/Ｄ변환 데이터를 전송하는 전송 기간을 나타낸다. 기간Ｔａｄ에서, 기간Ｔｄ가 화소로부터의 기준신호의 Ａ/Ｄ변환 기간이고, 기준신호용 램프 신호(기준신호용 참조 신호, 달리 말하면, 제1 참조 신호)ＶＲ이 상기 기준신호를 위한 비교 신호다. 기간Ｔｊ가 유효신호의 신호레벨 판정 기간이며, 비교 전압ＶＲＥＦ이 상기 유효신호용 비교 신호다. 또한, 기간Ｔｕ가 유효신호의 Ａ/Ｄ변환 기간이고, 각 유효신호용 램프 신호(유효신호용 참조 신호, 달리 말하면 제2 참조 신호)ＶＨ또는ＶＬ이 상기 유효신호용 비교 신호다. 증폭회로 20-1로부터 보내진 출력 신호Ｖａ는, 주로 도면에 나타내는 것과 같은 기준신호와 유효신호의 형태를 취하고, 비교회로 30-1의 입력 단자에 이끌어진다. 비교회로 30-1의 또 다른 입력 단자에는 신호Ｖａ의 비교 신호인 램프 신호ＶＲＡＭＰ이 입력된다. 여기에서, 기준신호는, 촬상소자가 비교부(30)보다 앞에 ＣＤＳ회로를 구비한 경우에, 도 10에서 신호ＰＴＮ에 의해 샘플링되는 신호에 해당한다. 한편, 촬상소자가 ＣＤＳ회로를 구비하지 않는 경우에는, 상기 기준 신호는 부유 확산부에 대한 리셋트 동작에 따라 수직신호선에 출력되는 신호에 해당한다. 마찬가지로, 유효신호는, 비교부(30)보다 앞에 ＣＤＳ회로를 구비한 경우에는, 도 10에서 신호ＰＴＳ에 의해 샘플링되는 신호에 해당한다. 한편, 촬상소자가 ＣＤＳ회로를 구비하지 않는 경우에는, 포토다이오드에서 발생한 전하를 부유 확산부에 전송하는 동작에 의해 수직신호선에 출력되는 신호에 해당한다.

램프 신호 발생회로(25)는, 타이밍 발생 회로(70)의 제어신호ＣＮＴ2에 제어되어, 램프 신호ＶＨ/비교 전압ＶＲＥＦ와 램프 신호ＶＬ/램프 신호ＶＲ을 생성한다. 램프 신호ＶＨ는 기울기가 큰 상위비트용의 램프 신호이며, 램프 신호ＶＬ은 기울기가 작은 하위 비트용의 램프 신호다. 또한, 비교 전압ＶＲＥＦ는 유효신호의 레벨을 판정하기 위한 비교 기준신호이며, 기준신호용 램프 신호ＶＲ는 상기 유효신호와 기준신호를 비교하는 램프 신호다. 이것들 4종의 램프 신호는, 타이밍 발생 회로(70)의 제어신호ＣＮＴ1에 의해 제어된 선택 회로 30-2에 의해 선택되어, 비교회로 30-1에 입력된다. 또한, 타이밍 발생 회로(70)는, 제어신호ＣＮＴ2에 의해 램프 신호 발생회로(25)를 제어한다.

다음에, 비교 전압ＶＲＥＦ를 아래에 설명한다. 비교 전압ＶＲＥＦ는, 또 다른 전원회로로부터 발생되어도 좋지만, 램프 발생 회로(25)에서 발생될 수 있다. 램프 발생 회로(25)는, 램프 신호ＶＨ의 형성과 마찬가지로, 상기 신호 발생 도중(예를 들면, 60ｍｖ정도)에 충전 전류를 정지함에 의해, 비교 전압ＶＲＥＦ를 생성할 수 있다. 비교 전압ＶＲＥＦ는, 램프 신호ＶＨ에 대하여 1/16의 기간에서 발생될 수 있다. 이 기간을 한층 더 단축하기 위해서는, 충전 전류를 크게 하여도 된다. 또한, 비교 전압ＶＲＥＦ는, 램프 신호ＶＬ의 최종 도달 전압ＶＬ(H)인 62.5ｍｖ보다 낮게 설정될 필요가 있다. 이렇게 그 전압이 설정되는 경우, 상기 유효신호는 확실히 램프 신호ＶＨ와 ＶＬ 중 어느 하나로 비교 처리될 수 있다.

비교회로 30-1은, 기준신호의 Ａ/Ｄ변환 기간Ｔｄ에 기준신호와 상기 기준신호용 램프 신호ＶＲ을 비교하고, 기준신호용 램프 신호ＶＲ이 변화를 시작할 때의 시간과 상기 기준신호와 상기 램프 신호간의 대소관계가 역전할 때의 시간 사이의 기간을 Ｔｒ이라고 한다. 카운터 회로 40-1은, 상기 기간Ｔｒ에 상기 값을 다운 카운트하고, 메모리 회로 50-1은 그 다운 카운트 값(제1 카운트 값)을 기준신호 디지털 데이터로서 유지한다. 기준신호용 램프 신호ＶＲ은, 램프 신호ＶＬ과 같은 기울기다. 그 램프 신호의 기울기를 같은 값으로 설정함으로써, 고분해능 기준신호의 디지털 데이터를 얻을 수 있다. 다음에, 신호 진폭 판정 기간Ｔｊ에서는, 비교회로 30-1은, 유효신호와 비교 전압ＶＲＥＦ를 비교한다. 본 도면에 나타낸 예에서, 신호 진폭 판정 기간Ｔｊ에, 비교회로 30-1은, 유효신호가 비교 전압ＶＲＥＦ보다 큰 것을 의미하는 하이레벨의 선택신호ＳＥＬ을 선택 회로 30-2에 출력한다. 그 결과, 유효신호 Ａ/Ｄ변환 기간Ｔｕ에서는, 선택 회로 30-2는, 기울기가 큰 램프 신호ＶＨ를 선택하여, 비교회로 30-1에 출력한다. 비교회로 30-1은, 유효신호와 램프 신호ＶＨ를 비교한다. 양쪽 신호간의 대소관계가 역전할 때의 시간에서 보낸 기간을 Ｔｓ로 나타낸다. 카운터 회로 40-1은, 그 기간Ｔｓ에 있어서, 상기의 기준신호의 다운 카운트에 이어서 상기 값을 업 카운트한다. 메모리 회로 50-1은, 그 업 카운트된 값(제2 카운트 값)을 유효신호의 디지털 데이터로서 유지한다. 만약에 신호레벨 판정 기간Ｔｊ에 비교회로 30-1의 출력이 역전하지 않으면, 선택신호ＳＥＬ은 로 레벨인채로 있고, 선택 회로 30-2는, 유효신호의 레벨이 비교 전압ＶＲＥＦ보다도 작다고 판정되었기 때문에, 기울기가 작은 램프 신호ＶＬ을 선택한다. 이 경우, 비교회로 30-1은, 그 유효신호와 램프 신호ＶＬ을 비교한다. 선택 회로 30-2는, 증폭부(20)에 의해 증폭된 유효신호의 레벨에 따라 서로 다른 기울기의 램프 신호ＶＨ와 ＶＬ 중 어느 한쪽을 선택한다. 즉, 선택 회로 30-2는, 화소에 근거하는 유효신호의 레벨에 따라, 램프 신호의 시간에 대한 변화율을 설정한다. 비교회로 30-1은, 선택 회로 30-2에 의해 선택된 램프 신호와 증폭부(20)에 의해 증폭된 유효신호를 비교한다. 카운터 회로 40-1은, 램프 신호가 변화를 시작할 때의 시간과, 비교회로 30-1이, 유효신호와 램프 신호간의 대소관계가 역전한 것을 나타내는 신호를 출력할 때의 시간 사이의 기간에 상기 값을 업 카운트한다.

도 5에 있어서, 기준신호용 램프 신호ＶＲ과 램프 신호ＶＬ은, 상술한 것처럼 같은 기울기다. 기준신호용 램프 신호ＶＲ는 기준신호와 비교되지만, 기준신호는 유효신호용 기준신호이기도 하므로, 상기 램프 신호의 정밀도가 높을 필요가 있다. 상기 램프 신호ＶＲ의 기울기가 하위 비트를 갖는 데이터를 생성하는 램프 신호ＶＬ과 같기 때문에, 동일한 램프 발생 회로(25)를 이용할 수 있는 장점이 있다. 카운터 회로 40-1의 다운 카운트 모드와 업 카운트 모드의 기능은, 도 6a～6c를 참조하여 후술한다.

도 4의 증폭회로 20-1의 게인은, 화소부(10)로부터 보내진 화소신호가 도 2에서 설명한 신호 201이라고 하면, 1이다. 그러나, 후술의 도 7에서 설명하는 촬상 시스템에는, 촬영 환경에 적합한 감도를 설정하는 기능이 있다. 예를 들면, 감도설정이 16배일 경우에는, 상기 증폭회로는 도 2의 신호레벨 62.5mV를 1V로 증폭해서 비교회로 30-1에 입력한다. 이 때, Ａ/Ｄ변환에 필요한 SN비는, 대진폭 신호를 램프 신호ＶＨ와 비교하여서 얻어진 10비트Ａ/Ｄ변환의 분해능을 갖는 경우 충분한 효과를 나타낸다. 따라서, 감도설정이 16배이상이면, 선택 회로 30-2는, 타이밍 발생 회로(70)로부터 보내진 제어신호ＣＯＮＴ1에 의해 램프 신호ＶＨ를 선택하여, 비교회로 30-1에 출력하도록 제어해도 된다. 화소부(10)의 SN비는 화소부(10)의 개구 면적의 영향이 크므로, 개구 면적에 따라 램프 신호ＶＨ와 램프 신호ＶＬ의 기울기 비와, 상기의 램프 신호ＶＨ를 선택하기 위한 감도설정이 바뀐다.

도 6a～6c는, 카운터 회로(보정부) 40-1의 구성 예를 도시한 도면이다. 카운터 회로 40-1은, 기준신호와 기준신호용 램프 신호ＶＲ을 비교한 경우와, 유효신호와 상기 유효신호용 램프 신호ＶＨ 또는 ＶＬ을 비교한 경우에, 비교회로 30-1의 출력이 역전할 때까지 값을 카운트한다. 비교회로 30-1이 기준신호와 상기 램프 신호를 비교할 때에, 카운터 회로 40-1은 값을 다운 카운트한다. 이에 대하여, 비교회로 30-1이 유효신호와 램프 신호를 비교할 때에, 카운터 회로 40-1은 값을 업 카운트한다. 그리고, 상기 메모리부(보정부)(50)는, 분해능비를 보정하기 위해서 카운트 데이터의 비트를 쉬프트 한다.

도 6a는, 카운터 회로 40-1의 구성 예를 도시한 도면이다. 도 6b 및 6c는, 메모리부(보정부)(50)의 처리를 설명하기 위한 도면이다. 도 6b는, 기준신호와 기준신호용 램프 신호ＶＲ를 비교한 후, 유효신호가 비교 전압ＶＲＥＦ보다 큰 경우를 도시한 도면이고, 유효신호와 램프 신호ＶＨ를 비교한 경우의 카운트 데이터를 도시한 도면이다. 도 6c는, 기준신호와 기준신호용 램프 신호ＶＲ을 비교한 후, 유효신호가 비교 전압ＶＲＥＦ보다 작은 경우를 도시한 도면이고, 유효신호와 램프 신호ＶＬ을 비교한 경우의 카운트 데이터를 도시한 도면이다.

카운터 회로 40-1은, 인버터(601), 4비트 업/다운 카운터(602), 10비트 업/다운 카운터(603) 및 스위치ＳＷ1,ＳＷ2를 갖는다. 카운트 클록 신호ＣＬＫ은, 스위치ＳＷ1 및 ＳＷ2에 입력된다. 인버터(601)는, 선택신호ＳＥＬ의 논리반전 신호를 출력한다. 스위치ＳＷ1은, 인버터(601)의 출력 신호에 의해 제어된다. 스위치ＳＷ2는, 선택신호ＳＥＬ에 의해 제어된다. 카운터 클록 신호ＣＬＫ는, 선택신호ＳＥＬ에 따라, 4비트 업/다운 카운터(602)와 10비트 업/다운 카운터(603)의 클록 단자 중 어느 하나에 입력된다.

도 6은, 유효신호가 비교 전압ＶＲＥＦ보다 큰 경우를 나타낸다. 이 경우에, 선택신호ＳＥＬ이 하이레벨이 되고, 비교회로 30-1은 유효신호와 램프 신호ＶＨ를 비교한다. 기간Ｔｒ에서는, 선택신호ＳＥＬ이 로 레벨이 된다. 그 후, 스위치ＳＷ1에 의해, 카운터 클록 신호ＣＬＫ은, 4비트 업/다운 카운터(602)의 클록 단자에 입력된다. 스위치ＳＷ2에 의해, 4비트 업/다운 카운터(602)의 자릿수 올림 출력(캐리아웃)ｃｏ는, 10비트 업/다운 카운터(603)의 클록 단자에 출력된다. 4비트 업/다운 카운터(602)는, 카운터 클록 신호ＣＬＫ에 동기해서, 그 값을 다운 카운트 하고, 데이터D0～D3을 출력한다. 10비트 업/다운 카운터(603)는, 4비트 업/다운 카운터(602)의 자릿수 올림 출력ｃｏ에 동기하고, 값을 다운 카운트 하고, 데이터D4～D6을 출력한다. 기준신호의 다운 카운트 값(제1 카운트 값)은, 데이터D0～D6이 된다. 다음에, 기간Ｔｓ에서는, 선택신호ＳＥＬ이 하이레벨이 된다. 그 후, 스위치ＳＷ1에 의해, 카운터 클록 신호ＣＬＫ은, 4비트 업/다운 카운터(602)의 클록 단자에 입력되지 않게 된다. 스위치ＳＷ2에 의해, 카운터 클록 신호ＣＬＫ은, 10비트 업/다운 카운터(603)의 클록 단자에 출력된다. 10비트 업/다운 카운터(603)는, 카운터 클록 신호ＣＬＫ에 동기해서, 값을 업 카운트하고, 그 업 카운트 값을 메모리부(50)에 출력한다. 메모리부(50)는, 그 업 카운트 값의 비트를 4비트 쉬프트하고, 4비트 쉬프트한 10비트 데이터D4～D13을 데이터Ｄａ4～Ｄａ13으로서 기억한다. 또한, 메모리부(50)는, 4비트 업/다운 카운터(602)의 출력 4비트 데이터D0～D3을 데이터Ｄａ0～Ｄａ3으로서 기억한다. 결과적으로, 4비트 업/다운 카운터(602) 및 10비트 업/다운 카운터(603)에 있어서, 유효신호와 기준신호간의 차분이 행해진 데이터가 Ｄａ0～Ｄａ13이 된다. 14비트 데이터Ｄａ0～Ｄａ13은, 각각 데이터D0～D13에 대응하고, 메모리 회로 50-1에 기억된다. 이렇게, 유효신호와 램프 신호ＶＨ간의 비교에 의해 얻어진 Ａ/Ｄ변환 데이터D4～D13은, 기준신호와 기준신호용 램프 신호ＶＲ와의 비교에 의한 데이터D0～D6에 대하여, 4비트 쉬프트되어서 차분 처리된다. 이에 따라, 고정밀도의 14비트 Ａ/Ｄ변환 데이터Ｄａ0～Ｄａ13이 얻어진다.

도 6c는, 유효신호가 비교 전압ＶＲＥＦ보다 작은 경우를 나타낸다. 이 경우에, 선택신호ＳＥＬ이 로 레벨이 되고, 비교회로 30-1은 유효신호와 램프 신호ＶＬ을 비교한다. 기간Ｔｒ에서는, 도 6b와 마찬가지로, 기준신호의 다운 카운트가 행해진다. 다운 카운트 값(제2 카운트 값)은, 데이터D0～D6이 된다. 다음에, 기간Ｔｓ에서는, 선택신호ＳＥＬ이 로 레벨이 된다. 그 후, 스위치ＳＷ1에 의해, 카운터 클록 신호ＣＬＫ은, 4비트 업/다운 카운터(602)의 클록 단자에 입력된다. 스위치ＳＷ2에 의해, 4비트 업/다운 카운터(602)의 자릿수 올림 출력(캐리아웃)ｃｏ는, 10비트 업/다운 카운터(603)의 클록 단자에 출력된다. 4비트 업/다운 카운터(602)는, 카운터 클록 신호ＣＬＫ에 동기해서 값을 업 카운트 한다. 10비트 업/다운 카운터(603)는, 4비트 업/다운 카운터(602)의 자릿수 올림 출력ｃｏ에 동기해서, 값을 업 카운트 하고, 10비트 데이터D0～D9를 메모리부(50)에 출력한다. 더미 데이터D10～D13은, "0"이다. 데이터D0～D9는 각각 데이터Ｄａ0～Ｄａ9로서 기억되고, 더미 데이터D10～D13은 데이터Ｄａ10～Ｄａ13으로서 기억되며, 14비트의 데이터Ｄａ0～Ｄａ13은 각각 메모리부(50)에 기억된다. 결과적으로, 4비트 업/다운 카운터(602) 및 10비트 업/다운 카운터(603)에 있어서 유효신호와 기준신호의 차분 처리가 행해진 데이터가 Ｄａ0～Ｄａ9가 된다. 더미 데이터D10～D13은, 데이터Ｄａ10～Ｄａ13으로서 추가된다. 14비트 데이터Ｄａ0～Ｄａ13은, 메모리 회로 50-1에 기억된다. 더미 데이터D10～D13은, 소진폭 데이터이기 때문에 고위 비트가 0인 것을 의미한다.

이상과 같이, 상기 촬상소자는, 유효신호가 대진폭 신호인가 소진폭 신호인가에 의하지 않고, 유효신호와 기준신호가 차분 처리될 때에, 기준신호는 기준신호용 램프 신호ＶＲ에 의해 고분해능을 갖도록 비교 처리하여 얻어진 상기 카운트 데이터를 이용한다. 이에 따라, 촬상소자는, 양자화 노이즈의 영향을 거의 받지 않고 고정밀도를 갖는 Ａ/Ｄ변환 데이터를 얻을 수 있다. 도 6b에서, 비트를 4비트 쉬프트 시킨 10비트 데이터D4～D13을 사용함으로써, 상기 촬상소자는, 14비트의 Ａ/Ｄ변환 데이터Ｄａ0～Ｄａ13을 취득할 수 있다.

비교회로 30-1은, 기간Ｔｄ에, 화소에 근거하는 기준신호와 상기 기준신호용 램프 신호ＶＲ을 비교하고, 카운터 회로 40-1은, 화소에 근거하는 기준신호와 기준신호용 램프 신호ＶＲ간의 대소관계가 역전할 때까지의 기간Ｔｒ에 제1 카운트 값을 카운트한다. 그 후에, 비교회로 30-1은, 기간Ｔｕ에, 화소에 근거하는 유효신호와 유효신호용 램프 신호ＶＨ와 ＶＬ 중 하나와 비교하고, 카운터 회로 40-1은, 화소에 근거하는 유효신호와 유효신호용 램프 신호ＶＨ와 ＶＬ 중 하나와의 대소관계가 역전할 때까지의 기간Ｔｓ에 제2 카운트 값을 카운트한다. 카운터 회로 40-1 및 메모리부(50)의 보정부는, 기준신호용 램프 신호ＶＲ 및 유효신호용 램프 신호ＶＨ 또는 ＶＬ의 시간에 대한 변화율의 차이에 대응하는 제1 카운트 값 및 제2 카운트 값의 분해능간의 차이를 보정한다. 그 후, 메모리부(보정부)(50)는, 보정한 제1 카운트 값 및 제2 카운트 값의 차분 데이터Ｄａ0～Ｄａ13을 출력한다. 구체적으로는, 메모리부(보정부)(50)는, 도 6b의 경우, 제2 카운트 값의 비트를 쉬프트 함에 의해, 분해능의 차이를 보정한다.

상기 설명에서는, 기간Ｔｒ에는 제1 카운트 값을 다운 카운트하고, 기간Ｔｓ에는 제2 카운트 값을 업 카운트했지만, 그 카운트 방법은 반대이어도 된다. 카운터 회로 40-1은, 기간Ｔｒ에 제1 카운트 값을 업 카운트하고, 기간Ｔｓ에 제2 카운트 값을 다운 카운트 함에 의해, 제1 카운트 값 및 제2 카운트 값의 차분 데이터Ｄａ0～Ｄａ13을 출력하여도 된다. 즉, 카운터 회로 40-1은, 제1 카운트 값을 다운 카운트 또는 업 카운트하고, 제1 카운트 값이 카운트될 때의 시간에 방향이 상기 업 또는 다운 방향의 역방향이 되도록 제2 카운트 값을 카운트한다. 이에 따라, 메모리부(보정부)(50)는, 보정한 제1 카운트 값 및 제2 카운트 값의 차분 데이터Ｄａ0～Ｄａ13을 출력할 수 있다.

상기 설명에서는, 다운 카운트 모드와 업 카운트 모드의 카운트 기능을 갖는 카운터 회로 40-1이 상기 차분 처리를 실행하는 예를 설명했지만, 이 방법은 이 예에 의해 한정되지 않는다. 유효신호와 기준신호의 차분 처리는, 기준신호와 유효신호의 카운터 결과를 메모리에 기억한 후 메모리부(50)로부터 출력 회로(60)에 그 카운터 결과를 전송할 때, 출력 회로(60)로부터 촬상소자(100)의 외부에 그 결과를 전송할 때, 또는 외부회로(예를 들면, 도 7의 영상신호처리 회로부 830)에서도 실행되어도 된다. 이때, 비교 전압ＶＲＥＦ에 대한 신호 판정 레벨(선택신호ＳＥＬ)을 인식하는 플래그 데이터를 Ａ/Ｄ변환 데이터에 추가하면, 촬상소자는 어떤 비트 쉬프트 방법도 쉽게 해결하게 된다. 카운터부(40)가 출력하는 Ａ/Ｄ변환 데이터는, 유효신호의 레벨을 나타내는 플래그 데이터와 함께 출력된다.

(제2실시예)

도 7은, 본 발명의 제2실시예에 따른 촬상 시스템의 구성 예를 도시한 도면이다. 촬상 시스템(800)은, 예를 들면 광학부(810), 촬상소자(100), 신호 처리 회로부(830), 기록 및 통신부(840), 타이밍 제어회로부(850), 시스템 컨트롤 회로부(860), 및 재생 및 표시부(870)를 구비한다. 촬상장치820)는, 촬상소자(100) 및 신호 처리 회로부(830)를 가진다. 제1실시예에서 설명한 촬상소자(100)는, 상기 설명한 촬상소자(100)에 사용된다.

렌즈 등의 광학계인 광학부(810)는, 피사체로부터의 광을 촬상소자(100)의, 복수의 화소가 2차원 모양으로 배열된 화소부(10)(도 1)에 결상 시켜, 피사체의 상을 형성한다. 촬상소자(100)는, 타이밍 제어회로부(850)로부터 출력된 신호에 근거하는 타이밍에서, 화소부(10)에 결상된 광에 따른 신호를 출력한다. 촬상소자(100)로부터 출력된 신호는, 신호 처리부인 신호 처리 회로부(830)에 입력되고, 신호 처리 회로부(830)는, 프로그램 등에 의해 특정 방법으로 상기 신호를 처리한다. 신호 처리 회로부(830)는, 입력된 신호에 대하여 도 6의 비트 쉬프트 처리 및 차분 처리 등의 신호 처리를 행해도 된다. 신호 처리 회로부(830)에서의 처리에 의해 얻어진 신호는, 화상 데이터로서 기록 및 통신부(840)에 보내진다. 기록 및 통신부(840)는, 화상을 형성하기 위한 신호를 재생 및 표시부(870)에 보내고, 재생 및 표시부(870)에 동화상이나 정지화상을 재생 또는 표시시킨다. 또한, 기록 및 통신부(840)는, 신호 처리 회로부(830)로부터의 신호를 받아서 시스템 컨트롤 회로부(860)와 통신을 행하고, 도면에 나타내지 않은 기록 매체에, 화상을 형성하기 위한 신호를 기록하는 동작도 행한다.

시스템 컨트롤 회로부(860)는, 촬상 시스템의 동작을 통괄적으로 제어하는 부이며, 광학부(810), 타이밍 제어회로부(850), 기록 및 통신부(840), 및 재생 및 표시부(870) 각각의 구동을 제어한다. 추가로, 시스템 컨트롤 회로부(860)는, 예를 들면 기록 매체인 도면에 나타내지 않은 기억장치가 구비되어 있고, 그 기억장치에 촬상 시스템의 동작을 제어하는데 필요한 프로그램 등을 기록한다. 또한, 시스템 컨트롤 회로부(860)는, 예를 들면 유저의 조작에 따라 구동 모드를 바꾸는 신호를 촬상 시스템내에 공급한다. 구체적인 예들은, 판독하는 행이나 리셋트하는 행의 변경용 신호; 전자 줌의 동작에 따르는 화각의 변경용 신호; 및 전자 방진에 따르는 화각의 쉬프트용 신호가 있다. 타이밍 제어회로부(850)는, 제어부인 시스템 컨트롤 회로부(860)에 의한 제어에 의거하여 촬상소자(100) 및 신호 처리 회로부(830)의 구동 타이밍을 제어한다.

이상과 같이, 제1 및 제2실시예에 의하면, 화소의 유효신호가 대진폭 신호인가 소진폭 신호인가에 상관없이, 촬상소자는, 화소의 기준신호와, 고분해능의 기준신호용 램프 신호ＶＲ를 비교한다. 촬상소자는, 유효신호의 레벨을 판정 후, 그 판정된 신호에 적합한 램프 신호ＶＨ 또는 ＶＬ을 선택하고, 유효신호와 기준신호의 분해능비를 보정한 차분 처리에 의해 Ａ/Ｄ변환 데이터를 취득함에 의해, 고정밀도 및 다수의 비트를 갖는 Ａ/Ｄ변환 데이터를 취득할 수 있다.

어두운 촬영 환경에서는, 노광 조건에도 따르지만, 화소신호는 소진폭 신호가 되기 쉽고, 화소신호를 증폭해서 감도를 개선시킬 수 있다. 제1 실시예에서는, 증폭회로 20-1에서 신호를 증폭함에 의해 감도를 개선시킬 수 있다. 화소부(10)로부터 보내진 신호를 증폭하지 않고 비교회로 30-1에 입력하는 경우에는, 램프 신호의 기울기를 바꾸어서 결과적으로 감도를 개선시킬 수 있다. 제1 및 제2실시예에서의 촬상소자는, 주로 램프 신호의 기울기를 결정하지 않지만, 요구된 감도 개선에 따라 램프 신호의 기울기를 바꿀 수 있고, 예를 들어 감도를 2배로 개선하는 경우에는, 램프 신호의 기울기를 1/2로 제어할 수 있다.

이때, 상기 실시예들은 본 발명을 어떻게 실시할 수 있는지의 예시들일 뿐이지, 본 발명의 기술적 범위를 그 실시예들에 한정적으로 해석되어서는 안 된다. 즉, 본 발명은 그 기술 사상, 또는 그 주요한 특징으로부터 일탈하지 않고, 여러 가지 방식으로 실시될 수 있다. 이를테면, 참조 신호로서, 램프 신호는 시간에 대하여 레벨이 직선적으로 변화되는 것을 설명했지만, 시간에 대해 그 레벨이 계단 모양으로 변화되는 램프 신호를 사용해도 된다.

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

광전변환에 의해 신호를 생성하는 화소;
리셋트 상태에서의 상기 화소에 근거하는 기준신호와 시간에 대하여 변화되는 제1 참조 신호를 비교하고, 논(non) 리셋트 상태에 있어서의 상기 화소에 근거하는 유효신호와 상기 제1 참조 신호보다 시간에 대한 변화율이 큰 제2 참조 신호를 비교하는 비교기;
상기 기준신호와 상기 제1 참조 신호간의 대소관계의 역전까지 제1 카운트 값을 카운트하고, 상기 유효신호와 상기 제2 참조 신호간의 대소관계의 역전까지 제2 카운트 값을 카운트하는 카운터; 및
상기 제1 카운트 값 및 상기 제2 카운트 값의 분해능의 차이를 보정하고, 상기 보정한 제1 카운트 값과 상기 제2 카운트 값간의 차이를 보정하는 보정부를 구비한, 촬상장치.
제 1 항에 있어서,
상기 보정부는, 상기 제2 카운트 값의 비트 쉬프트에 의해, 상기 분해능의 차이를 보정하는, 촬상장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 카운터는, 상기 제1 카운트 값을 업 카운트 또는 다운 카운트하고, 상기 제1 카운트 값의 업 카운트 또는 다운 카운트와 역방향으로 상기 제2 카운트 값을 카운트하는, 촬상장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 유효신호의 레벨에 따라, 상기 제2 참조 신호의 시간에 대한 변화율을 설정하는 선택 회로를 더 구비한, 촬상장치.
제 4 항에 있어서,
상기 선택 회로는, 상기 유효신호가 비교 전압보다 클 때의 시간에 대한 변화율이 상기 유효신호가 비교 전압보다 작을 때의 시간에 대한 변화율보다 높도록 상기 제2 참조 신호를 설정하는, 촬상장치.
제 5 항에 있어서,
상기 비교 전압이 상기 제2 참조 신호의 최대 전압보다 낮은, 촬상장치.
제 5 항에 있어서,
상기 유효신호가 상기 비교 전압보다 작을 때의 상기 제2 참조 신호의 시간에 대한 변화율이, 상기 제1 참조 신호의 시간에 대한 변화율과 같은, 촬상장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 비교기는 상기 기준신호와 상기 제1 참조 신호를 비교하고, 상기 카운터는 상기 기준신호와 상기 제1 참조 신호간의 대소관계가 역전할 때까지 제1 카운트 값을 카운트하고,
상기 비교기는 상기 유효신호와 상기 제2 참조 신호를 비교하고, 상기 카운터는 상기 유효신호와 상기 제2 참조 신호간의 대소관계가 역전할 때까지 제2 카운트 값을 카운트하는, 촬상장치.
청구항 1 또는 2에 따른 촬상장치; 및
상기 촬상장치로부터 출력된 신호를 처리하는 신호 처리부를 구비한, 촬상 시스템.
광전변환에 의해 신호를 생성하는 화소;
리셋트 상태에서의 상기 화소에 근거하는 기준신호와 시간에 대하여 변화되는 제1 참조 신호를 비교하고, 논(non) 리셋트 상태에 있어서의 상기 화소에 근거하는 유효신호와 상기 제1 참조 신호보다 시간에 대한 변화율이 큰 제2 참조 신호를 비교하는 비교기; 및
상기 기준신호와 상기 제1 참조 신호간의 대소관계의 역전까지 제1 카운트 값을 카운트하고, 상기 유효신호와 상기 제2 참조 신호간의 대소관계의 역전까지 제2 카운트 값을 카운트하는 카운터를 구비한, 촬상장치의 구동방법으로서,
상기 제1 카운트 값 및 상기 제2 카운트 값의 분해능의 차이를 보정하는 단계; 및
상기 보정한 제1 카운트 값과 상기 제2 카운트 값간의 차이를 출력하는 단계를 포함한, 촬상장치의 구동방법.
제 10 항에 있어서,
상기 보정하는 단계는, 상기 제2 카운트 값의 비트 쉬프트에 의해, 상기 분해능의 차이를 보정하는 것을 포함한, 촬상장치의 구동방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 카운터는, 상기 제1 카운트 값을 업 카운트 또는 다운 카운트하고, 상기 제1 카운트 값의 업 카운트 또는 다운 카운트와 역방향으로 상기 제2 카운트 값을 카운트하는, 촬상장치의 구동방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 유효신호의 레벨에 따라, 상기 제2 참조 신호의 시간에 대한 변화율을 설정하는 선택단계를 더 포함한, 촬상장치의 구동방법.
제 13 항에 있어서,
상기 선택단계는, 상기 유효신호가 비교 전압보다 클 때의 시간에 대한 변화율이 상기 유효신호가 비교 전압보다 작을 때의 시간에 대한 변화율보다 높도록 상기 제2 참조 신호를 설정하는 것을 포함한, 촬상장치의 구동방법.
제 14 항에 있어서,
상기 비교 전압이 상기 제2 참조 신호의 최대 전압보다 낮은, 촬상장치의 구동방법.
제 14 항에 있어서,
상기 유효신호가 상기 비교 전압보다 작을 때의 상기 제2 참조 신호의 시간에 대한 변화율이, 상기 제1 참조 신호의 시간에 대한 변화율과 같은, 촬상장치의 구동방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 비교기는 상기 기준신호와 상기 제1 참조 신호를 비교하고, 상기 카운터는 상기 기준신호와 상기 제1 참조 신호간의 대소관계가 역전할 때까지 제1 카운트 값을 카운트하고,
상기 비교기는 상기 유효신호와 상기 제2 참조 신호를 비교하고, 상기 카운터는 상기 유효신호와 상기 제2 참조 신호간의 대소관계가 역전할 때까지 제2 카운트 값을 카운트하는, 촬상장치의 구동방법.