KR20230021024A - 고체 촬상 소자 - Google Patents

Abstract

[과제] 폭넓은 다이나믹 레인지를 가지는 AD 변환기를 구비한 고체 촬상 소자를 제공한다.
[해결 수단] 본 개시에 의한 고체 촬상 소자는, 복수의 화소를 포함하는 화소부와, 화소의 화소 신호를 전달하는 화소 신호선과, 화소 신호와 비교되는 참조 신호를 전달하는 참조 신호선과, 화소 신호와 참조 신호의 전압차에 기초하여 해당화소 신호에 따른 제1 출력 신호를 출력하는 제1 비교기와, 화소 신호와 참조 신호의 전압차에 기초하여 해당 화소 신호에 따른 제2 출력 신호를 출력하는 제2 비교기와, 화소 신호선 또는 참조 신호선과 제1 비교기의 사이에 설치되고, 제1 게인으로 설정된 제1 용량부와, 화소 신호선 또는 참조 신호선과 제2 비교기의 사이에 설치되고, 제2 게인으로 설정된 제2 용량부를 구비한다.

Description

고체 촬상 소자

본 개시는, 고체 촬상 소자에 관한 것이다.

아날로그의 화소 신호와 선형 변화하는 참조 신호를 비교기에 의해 비교하고, 참조 신호가 화소 신호를 가로지를 때까지의 시간을 카운트함으로써, 화소 신호를 AD(Analogue-to-Digital) 변환하는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서가 있다.

특허문헌 1: 일본특허공개 2018-148541호 공보 특허문헌 1: 일본특허공개 2019-165313호 공보

　그러나, 종래의 이미지 센서의 AD 변환기에서는, 비교기의 다이나믹 레인지가 비교적 좁아, 폭넓은 조도의 조사광을 AD 변환하는 것이 곤란하였다.

이에, 본 개시에 의한 고체 촬상 소자는, 폭넓은 다이나믹 레인지를 가지는 AD 변환기를 구비한 고체 촬상 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 개시의 일 측면의 고체 촬상 소자는, 복수의 화소를 포함하는 화소부와, 화소의 화소 신호를 전달하는 화소 신호선과, 화소 신호와 비교되는 참조 신호를 전달하는 참조 신호선과, 화소 신호와 참조 신호의 전압차에 기초하여 해당 화소 신호에 따른 제1 출력 신호를 출력하는 제1 비교기와, 화소 신호와 참조 신호의 전압차에 기초하여 해당 화소 신호에 따른 제2 출력 신호를 출력하는 제2 비교기와, 화소 신호선 또는 참조 신호선과 제1 비교기의 사이에 설치되고, 제1 게인으로 설정된 제1 용량부와, 화소 신호선 또는 참조 신호선과 제2 비교기의 사이에 설치되고, 제2 게인으로 설정된 제2 용량부를 구비한다.

제1 용량부는, 참조 신호선과 제1 비교기의 사이에 설치된 제1 입력 용량 소자와, 화소 신호선과 제1 비교기의 사이에 설치된 제2 입력 용량 소자를 포함하고, 제2 용량부는, 참조 신호선과 제2 비교기의 사이에 설치된 제3 입력 용량 소자와, 화소 신호선과 제2 비교기의 사이에 설치된 제4 입력 용량 소자를 포함할 수 있다.

제1 입력 용량 소자와 제2 입력 용량 소자의 용량비는, 제3 입력 용량 소자와 제4 입력 용량 소자의 용량비와 다를 수 있다.

제1 및 제3 입력 용량 소자의 용량은 거의 같고, 제2 및 제4 입력 용량 소자의 용량이 서로 다를 수 있다.

제1 용량부의 게인은, 제1 입력 용량 소자와 제2 입력 용량 소자의 용량비에 의해 결정되고, 제2 용량부의 게인은, 제3 입력 용량 소자와 제4 입력 용량 소자의 용량비에 의해 결정될 수 있다.

제1 및 제3 입력 용량 소자의 각각의 일단은, 참조 신호선에 공통으로 접속되어 있고, 제2 및 제4 입력 용량 소자의 각각의 일단은, 화소 신호선에 공통으로 접속되어 있고, 제1 비교기는, 게이트가 제1 및 제2 입력 용량 소자의 타단에 공통으로 접속된 제1 트랜지스터를 포함하고, 제2 비교기는, 게이트가 제3 및 제4 입력 용량 소자의 타단에 공통으로 접속된 제2 트랜지스터를 포함할 수 있다.

제1 비교기는, 제1 트랜지스터의 일단에 접속된 제1 정전류원을 더 포함하고, 제1 트랜지스터와 제1 정전류원의 사이로부터 제1 출력 신호를 출력하고, 제2 비교기는, 제2 트랜지스터의 일단에 접속된 제2 정전류원을 더 포함하고, 제2 트랜지스터와 제2 정전류원의 사이로부터 제2 출력 신호를 출력할 수 있다.

제1 비교기는, 제1 트랜지스터의 일단에 접속된 제1 정전류원과, 해당 제1 정전류원에 일단이 접속된 제3 트랜지스터와, 제1 및 제3 트랜지스터의 타단에 접속된 제1 미러 회로를 더 포함하고, 제3 트랜지스터와 제1 미러 회로의 사이로부터 제1 출력 신호를 출력하고, 제2 비교기는, 제2 트랜지스터의 일단에 접속된 제2 정전류원과, 해당 제2 정전류원에 일단이 접속된 제4 트랜지스터와, 제1 및 제4 트랜지스터의 타단에 접속된 제2 미러 회로를 더 포함하고, 제4 트랜지스터와 제2 미러 회로의 사이로부터 제2 출력 신호를 출력할 수 있다.

제1 비교기는, 게이트가 제1 입력 용량 소자에 접속되고, 일단이 제2 입력 용량 소자에 접속된 제1 트랜지스터를 포함하고, 제2 비교기는, 게이트가 제3 입력 용량 소자에 접속되고, 일단이 제4 입력 용량 소자에 접속된 제2 트랜지스터를 포함할 수 있다.

제1 및 제3 입력 용량 소자는, 참조 신호선에 공통으로 접속되어 있고, 제1 및 제2 트랜지스터의 각 일단은, 각각 제2 및 제4 입력 용량 소자를 통해서 화소 신호를 수취할 수 있다.

제1 및 제3 입력 용량 소자에 동일한 참조 신호를 공급하는 참조 신호 생성부를 더 구비할 수 있다.

화소부에의 조사광의 조도에 따라 제1 또는 제2 출력 신호 중 어느 하나를 선택하여 화상 데이터로서 출력하는 신호 처리 회로를 더 구비할 수 있다.

화소부에의 조사광의 조도에 따라 화소부의 노광 시간을 변경하는 제어부를 더 구비할 수 있다.

화소부에의 조사광의 조도에 따라 참조 신호의 기울기를 제어하는 제어부를 더 구비할 수 있다.

화소부에의 조사광의 조도에 따라 제1 또는 제2 게인을 제어하는 제어부를 더 구비할 수 있다.

화소부에의 조사광의 조도를 취득하는 신호 처리 회로와, 해당 조도에 따라 제1 또는 제2 게인을 설정하는 제어부를 더 구비하고, 화소부는, 설정된 제1 또는 제2 게인으로 촬상을 실행하여 화소 신호를 생성하고, 신호 처리 회로는, 화소 신호를 변환하여 화상 데이터를 생성할 수 있다.

제1 및 제3 입력 용량 소자의 각각의 일단은, 참조 신호선에 공통으로 접속되어 있고, 제2 및 제4 입력 용량 소자의 각각의 일단은, 화소 신호선에 공통으로 접속되어 있고, 제1 비교기는, 게이트가 제1 입력 용량 소자의 타단에 접속된 제1 트랜지스터와, 게이트가 제2 입력 용량 소자의 타단에 접속된 제3 트랜지스터를 포함하고, 제2 비교기는, 게이트가 제3 입력 용량 소자의 타단에 접속된 제2 트랜지스터와, 게이트가 제4 입력 용량 소자의 타단에 접속된 제4 트랜지스터를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 폭넓은 다이나믹 레인지를 가지는 AD 변환기를 구비한 고체 촬상 소자를 제공할 수 있다.

[도 1] 제1 실시 형태에 의한 고체 촬상 소자의 구성예를 나타내는 블록도이다.
[도 2] 화소부의 반도체칩과 처리 회로의 반도체칩을 적층한 고체 촬상 소자의 예를 나타내는 개념도이다.
[도 3] 화소부에 설치되는 화소의 구성예를 나타내는 회로도이다.
[도 4] 화소부 및 ADC군의 구성의 일 예를 나타내는 블록도이다.
[도 5] 용량부 및 비교기의 내부 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
[도 6] 제1 실시 형태에 의한 고체 촬상 소자의 동작의 일 예를 나타내는 타이밍도이다.
[도 7] 화소부 및 ADC군의 구성의 일 예를 나타내는 블록도이다.
[도 8a] 제2 실시 형태에 의한 고체 촬상 소자의 구성예를 나타내는 도면이다.
[도 8b] 제2 실시 형태의 변형예에 의한 고체 촬상 소자의 구성예를 나타내는 도면이다.
[도 8c] 제2 실시 형태의 다른 변형예에 의한 고체 촬상 소자의 구성예를 나타내는 도면이다.
[도 9] 제3 실시 형태에 의한 고체 촬상 소자의 구성예를 나타내는 도면이다.
[도 10] 제3 실시 형태에 의한 고체 촬상 소자의 동작의 일 예를 나타내는 타이밍도이다.
[도 11] 제4 실시 형태에 의한 고체 촬상 소자의 구성예를 나타내는 도면이다.
[도 12] 제1 실시 형태의 변형예 1에 의한 고체 촬상 소자의 구성예를 나타내는 도면이다.
[도 13] 변형예 2에 의한 고체 촬상 소자의 노광 시간과 입력 용량 게인의 관계를 나타내는 표이다.
[도 14] 변형예 3에 의한 고체 촬상 소자의 동작예를 나타내는 타이밍도이다.
[도 15] 변형예 3에 의한 참조 신호와 입력 용량 게인의 조합을 나타내는 표이다.
[도 16] 제5 실시 형태에 의한 고체 촬상 소자의 구성예를 나타내는 블록도이다.
[도 17] 제5 실시 형태에 의한 ADC군의 구성예를 나타내는 블록도이다.
[도 18] 입력 용량 소자의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
[도 19] 제5 실시 형태에 의한 고체 촬상 소자의 동작을 나타내는 플로우차트이다.
[도 20] 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 일 예인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성예를 나타내는 블록도이다.
[도 21] 촬상부의 설치 위치의 예를 나타내는 도면이다.

이하, 본 기술을 적용한 구체적인 실시형태에 대하여, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 도면은 모식적 또는 개념적인 것으로, 각 부분의 비율 등은, 반드시 현실의 것과 동일한 것은 아니다. 명세서와 도면에 있어서, 이미 나온 도면에 관하여 앞서 설명한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙여 상세한 설명은 적절히 생략한다.

(제1 실시 형태)

도 1은, 제1 실시 형태에 의한 고체 촬상 소자(100)의 구성예를 나타내는 블록도이다. 고체 촬상 소자(100)는, 화소부(101)와, 타이밍 제어 회로(102)와, 수직 주사 회로(103)와, DAC(디지털-아날로그 변환 장치)(104)와, ADC(아날로그-디지털 변환 장치)군(105)과, 수평 전송 주사 회로(106)와, 앰프 회로(107)과, 신호 처리 회로(108)를 구비한다.

화소부(101)에는, 입사광을 그 광량에 따른 전하량으로 광전 변환하는 광전 변환 소자를 포함하는 단위 화소(이하, 단순히 화소라고도 칭한다)가 행렬 형상으로 배치되어 있다. 단위 화소의 구체적인 회로 구성에 대해서는, 도 2를 참조하여 후술한다. 또한, 화소부(101)에는, 행렬 형상의 화소 배열에 대하여, 행마다 화소 구동선(109)이 도면의 좌우 방향(화소행의 화소 배열 방향/수평 방향)을 따라 배선되고, 열마다 수직 신호선(110)이 도면의 상하 방향(화소열의 화소 배열 방향/수직 방향)을 따라 배선되어 있다. 화소 구동선(109)의 일단은, 수직 주사 회로(103)의 각 행에 대응한 출력단에 접속되어 있다. 한편, 도 1에서는, 화소 구동선(109)을 화소행마다 1개씩 나타내고 있지만, 각 화소행에 화소 구동선(109)을 2개 이상 설치해도 된다.

타이밍 제어 회로(102)는, 각종 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터(미도시)를 구비하고 있다. 타이밍 제어 회로(102)는, 외부로부터 주어지는 제어 신호 등에 기초하여 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종 타이밍 신호를 기초로 수직 주사 회로(103), DAC(104), ADC군(105), 및 수평 전송 주사 회로(106) 등의 구동 제어를 행한다.

수직 주사 회로(103)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되어 있다. 여기에서는, 구체적인 구성에 대해서는 도시를 생략하지만, 수직 주사 회로(103)는, 판독 주사계와 스윕(sweep) 주사계를 포함하고 있다.

판독 주사계는, 신호를 판독하는 단위 화소에 대해서 행단위로 순서대로 선택 주사를 행한다. 한편, 스윕 주사계는, 판독 주사계에 의해 판독 주사가 행해지는 판독행에 대하여, 그 판독 주사보다도 셔터 스피드의 시간분만큼 선행하여 그 판독행의 단위 화소의 광전 변환 소자로부터 불필요한 전하를 쓸어내는(리셋하는) 스윕 주사를 행한다. 이 스윕 주사계에 의한 불요 전하의 스윕(리셋)에 의해, 소위 전자 셔터 동작이 행해진다. 여기에서, 전자 셔터 동작이란, 광전 변환 소자의 광전하를 버리고, 새롭게 노광을 개시하는(광전하의 축적을 시작하는) 동작을 말한다. 판독 주사계에 의한 판독 동작에 의해 판독되는 신호는, 그 직전의 판독 동작 또는 전자 셔터 동작 이후에 입사한 광량에 대응한다. 그리고, 직전의 판독 동작에 의한 판독 타이밍 또는 전자 셔터 동작에 의한 스윕 타이밍으로부터, 금회의 판독 동작에 의한 판독 타이밍까지의 기간이, 단위 화소에 있어서의 광전하의 축적 시간(노광 시간)이 된다.

수직 주사 회로(103)에 의해 선택 주사된 화소행의 각 단위 화소로부터 출력되는 화소 신호(VSL)는, 각 열에 대응하는 복수의 수직 신호선(110)을 통해 ADC군(105)에 공급된다.

참조 신호 생성부로서의 DAC(104)는, 선형 변화하는 램프 파형의 신호인 참조 신호(RAMP)를 생성하고, ADC군(105)에 공급한다. DAC(104)는, 참조 신호선(114)을 통해서 복수의 비교기(121)에 공통으로 접속되어 있고, 같은 참조 신호(RAMP)를 복수의 비교기(121)에 공급한다. 참조 신호선(114)은, 참조 신호(RAMP)를 복수의 비교기(121)에 전달한다.

ADC군(105)은, 복수의 비교기(121), 복수의 카운터(122), 및 복수의 래치 회로(123)를 구비한다. 한편, 도 1에서는, ADC군(105)을 1개만 나타내고 있지만, ADC군(105)은, 도 2 또는 도 3에 나타낸 바와 같이, 복수의 ADC군(105a, 105b)으로 분할되어 있다. ADC군(105a, 105b)의 구성에 대해서는, 뒤에서 설명한다.

비교기(121), 카운터(122), 및 래치 회로(123)는, 각각 화소부(101)의 화소열에 대응해서 설치되고, ADC를 구성한다.

비교기(121)는, 각 화소로부터 출력되는 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)를, 용량을 통해서 가산한 신호의 전압과, 소정의 기준 전압을 비교하고, 비교 결과를 나타내는 출력 신호를 카운터(122)에 공급한다.

카운터(122)는, 비교기(121)의 출력 신호에 기초하여 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)를, 용량을 통해서 가산한 신호가 소정의 기준 전압을 상회할 때까지의 시간을 카운트함으로써, 아날로그의 화소 신호를 카운트 값에 의해 나타내지는 디지털의 화소 신호로 변환한다. 카운터(122)는, 카운트 값을 래치 회로(123)에 공급한다.

래치 회로(123)는, 카운터(122)로부터 공급되는 카운트 값을 보유한다. 또한, 래치 회로(123)는, 신호 레벨의 화소 신호에 대응하는 D상의 카운트 값과, 리셋 레벨의 화소 신호에 대응하는 P상의 카운트 값의 차분을 취함으로써, CDS(Correlated Double Sampling: 상관 이중 샘플링)를 행한다.

수평 전송 주사 회로(106)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되어, ADC군(105)의 화소열에 대응한 회로 부분을 차례로 선택 주사한다. 이 수평 전송 주사 회로(106)에 의한 선택 주사에 의해, 래치 회로(123)에 보유되어 있는 디지털의 화소 신호가, 수평 전송선(111)을 통해, 차례로 앰프 회로(107)에 전송된다.

앰프 회로(107)는, 래치 회로(123)로부터 공급되는 디지털의 화소 신호를 증폭하고, 신호 처리 회로(108)에 공급한다.

신호 처리 회로(108)는, 앰프 회로(107)로부터 공급되는 디지털의 화소 신호에 대하여, 소정의 신호 처리를 행하여, 2차원의 화상 데이터를 생성한다. 예를 들면, 신호 처리 회로(108)는, 종선 결함, 점 결함의 보정, 또는 신호의 클램프를 행하거나, 패러렐-시리얼 변환, 압축, 부호화, 가산, 평균, 및 간헐 동작 등 디지털 신호 처리를 행한다. 신호 처리 회로(108)는, 생성한 화상 데이터를 후단의 장치에 출력한다.

한편, 도 1에 나타내는 고체 촬상 소자(100)는, 전체로서 하나의 반도체칩으로서 구성해도 되고, 또는 복수의 반도체칩으로서 구성해도 된다. 고체 촬상 소자(100)를 복수의 반도체칩으로서 구성할 경우, 화소부(101) 및 그 이외의 처리 회로를 각각 별도의 반도체칩(511, 512)으로서 형성하고, 반도체칩(511)과 반도체칩(512)을 적층해도 된다.

예를 들면, 도 2는, 화소부(101)의 반도체칩(511)과 처리 회로의 반도체칩(512)을 적층한 고체 촬상 소자(100)의 예를 나타내는 개념도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 고체 촬상 소자(100)는, 적층되는 2장의 반도체칩(511 및 512)으로 구성되어 있다. 한편, 반도체칩의 적층 수는, 3층 이상이어도 된다.

반도체칩(511)은, 반도체 기판 상에 형성된 화소부(101)를 구비한다. 반도체칩(512)은, 다른 반도체 기판 상에 형성된 ADC군(105a, 105b), 로직 회로(516) 및 주변회로(517)를 구비한다. ADC군(105)은, 복수의 부분(105a, 105b)으로 분할되어 있고, 예를 들면, 각각 다른 게인을 가지도록 설정된다. 로직 회로(516)는, 타이밍 제어 회로(102), 수직 주사 회로(103), DAC(104), 수평 전송 주사 회로(106) 등을 포함한다. 주변회로(517)는, 처리 회로(108) 등을 포함한다.

반도체칩(511)의 화소부(101)의 각 화소와 반도체칩(512)의 처리 회로(105a, 105b, 516, 517)의 소자는, 예를 들면, 비아 영역(513, 514)에 설치된 TSV(Through Silicon Via)와 같은 관통 전극 등을 사용해 전기적으로 접속하여도 된다. ADC군(105a, 105b)은, TSV를 통해 화소부(101)와 신호의 송수신을 행할 수 있다. 또한, 반도체칩(511)의 배선과 반도체칩(512)의 배선을 접촉시키도록, 양쪽의 반도체칩을 접합하여도 된다(Cu-Cu접합). 나아가, 도시하지 않지만, 화소부(101)와 처리 회로(105a, 105b, 516, 517)의 일부를 하나의 반도체칩(511)으로서 구성하고, 그 밖의 구성을 다른 반도체칩(512)으로서 구성해도 된다.

도 3은, 화소부(101)에 설치되는 화소(150)의 구성예를 나타내는 회로도이다. 화소(150)는, 광전 변환 소자로서 예를 들면 포토다이오드(151)를 구비하고, 포토다이오드(151)에 대하여, 전송 트랜지스터(152), 증폭 트랜지스터(154), 선택 트랜지스터(155), 리셋 트랜지스터(156)의 4개의 트랜지스터를 능동소자로서 구비한다.

포토다이오드(151)는, 입사광을 그 광량에 따른 량의 전하(여기서는, 전자)로 광전 변환한다.

전송 트랜지스터(152)는, 포토다이오드(151)와 FD(플로팅 디퓨전)(153)의 사이에 접속되어 있다. 전송 트랜지스터(152)는, 수직 주사 회로(103)로부터 공급되는 구동 신호(TX)에 의해 온(on) 상태가 되었을 때, 포토다이오드(151)에 축적되어 있는 전하를 FD(153)에 전송한다.

FD(153)에는, 증폭 트랜지스터(154)의 게이트가 접속되어 있다. 증폭 트랜지스터(154)는, 선택 트랜지스터(155)을 통해서 수직 신호선(110)에 접속되고, 화소부(101) 외의 정전류원(157)과 소스 팔로워를 구성하고 있다. 수직 주사 회로(103)로부터 공급되는 구동 신호(SEL)에 의해 선택 트랜지스터(155)가 온 되면, 증폭 트랜지스터(154)는, FD(153)의 전위를 증폭하고, 그 전위에 따른 전압을 나타내는 화소 신호를 수직 신호선(110)에 출력한다. 그리고, 각 화소(150)로부터 출력된 화소 신호는, 수직 신호선(110)을 통하여, ADC군(105)의 각 비교기(121)에 공급된다.

리셋 트랜지스터(156)는, 전원(VDD)과 FD(153)의 사이에 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(156)가 수직 주사 회로(103)로부터 공급되는 구동 신호(RST)에 의해 온 되었을 때, FD(153)의 전위가 전원(VDD)의 전위로 리셋된다.

도 4는, 화소부(101) 및 ADC군(105a, 105b)의 구성의 일 예를 나타내는 블록도이다. 화소부(101)에 포함되는 복수의 화소(150)의 각 화소열은, 수직 신호선(110)을 통해서 각각 ADC군(105a, 105b)의 양쪽에 접속되어 있다. 수직 신호선(110)은, 복수의 화소(150)로 이루어지는 화소열마다 설치되어 있고, 그 화소열 중 선택된 화소(150)로부터 동일한 화소 신호(VSL)를 전달한다. 한편, 도 4는, 수직 신호선(110)에 대하여 1개의 화소(150)만을 표시하고 있지만, 수직 신호선(110)은, 도 5에 나타낸 바와 같이, 화소열 내의 복수의 화소(150)에 공유되어 있다.

ADC군(105a)는, 화소열의 각각에 대응하여 설치된 복수의 용량부(120a) 및 복수의 비교기(121a)를 구비한다. 용량부(120a)는, 수직 신호선(110)에 접속되어 있고, 화소(150)로부터의 화소 신호(VSL)를 비교기(121a)에 전달한다. 이 때, 용량부(120a)의 용량은, 화소 신호(VSL)의 입력 용량 게인을 설정하기 위해 변경 가능하게 되어 있다. 비교기(121a)는, 용량부(120a)를 통해서 화소 신호(VSL)를 수취하고, 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)를 비교한 결과를 도 1의 카운터(122)에 출력한다.

ADC군(105b)는, 화소열의 각각에 대응하여 설치된 복수의 용량부(120b) 및 복수의 비교기(121b)를 구비한다. 용량부(120b)는, 수직 신호선(110)에 접속되어 있고, 화소(150)로부터의 화소 신호(VSL)를 비교기(121b)에 전달한다. 이 때, 용량부(120b)의 용량은, 화소 신호(VSL)의 입력 용량 게인을 설정하기 위해 변경 가능하게 되어 있다. 비교기(121b)는, 용량부(120b)를 통해서 화소 신호(VSL)를 수취하고, 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)를 비교한 결과를 도 1의 카운터(122)에 출력한다.

용량부(120a, 120b)는, 서로 다른 입력 용량 게인을 갖는다. 예를 들면, 용량부(120a)는, 비교적 낮은 입력 용량 게인을 갖고, 용량부(120b)는, 비교적 높은 입력 용량 게인을 가진다. 입력 용량 게인은, 참조 신호(RAMP)에 대한 화소 신호(VSL)의 전달율이다. 입력 용량 게인이 높을 경우, 화소 신호(VSL)의 전달율이 크게 되고, 고체 촬상 소자(100)는 저조도의 조사광이더라도, 정확하게 검출할 수 있다. 입력 용량 게인이 낮을 경우, 화소 신호(VSL)의 전달율이 작아져, 고체 촬상 소자(100)는, 고조도의 조사광을 짧은 시간에서 검출할 수 있다. 입력 용량 게인은, 화소 신호(VSL)를 전달하는 용량 소자와 참조 신호(RAMP)를 전달하는 용량 소자의 용량비를 변경함으로써 제어될 수 있다.

용량부(120a)는, 비교적 낮은 입력 용량 게인을 가짐으로써, 고조도의 조사광을 검출하기 위해 사용된다. 용량부(120b)는, 비교적 높은 입력 용량 게인을 가짐으로써, 저조도의 조사광을 검출하기 위해 사용된다.

이와 같이, 각 화소(150)는, 대응하는 수직 신호선(110)을 통해, 서로 입력 용량 게인이 다른 복수의 ADC군(105a, 105b)에 각각 접속되어 있다.

도 5는, 용량부(120a, 120b) 및 비교기(121a, 121b)의 내부 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.

제1 용량부로서의 용량부(120a)는, 수직 신호선(110) 또는 참조 신호선(114)과 비교기(121a)의 사이에 설치되고, 제1 게인으로서의 저게인으로 설정되어 있다. 용량부(120a)는, 입력 용량 소자(Crmpa)와, 입력 용량 소자(Cvsla)를 포함한다. 제1 입력 용량 소자로서의 입력 용량 소자(Crmpa)는, 참조 신호선(114)과 비교기(121a)의 트랜지스터(Tp1a)의 게이트의 사이에 설치되어 있다. 제2 입력 용량 소자로서의 입력 용량 소자(Cvsla)는, 수직 신호선(110)과 비교기(121a)의 사이에 설치되어 있다.

즉, 입력 용량 소자(Crmpa, Cvsla)의 일단은, 각각 수직 신호선(110) 및 참조 신호선(114)에 접속되어 있다. 입력 용량 소자(Crmpa, Cvsla)의 타단은, 트랜지스터(Tp1a)의 게이트에 공통으로 접속되어 있다.

제2 용량부로서의 용량부(120b)는, 수직 신호선(110) 또는 참조 신호선(114)과 비교기(121b)의 사이에 설치되고, 제2 게인으로서의 고게인으로 설정되어 있다. 제2 게인은, 제1 게인보다 높다. 용량부(120b)는, 입력 용량 소자(Crmpb)와, 입력 용량 소자(Cvslb)를 포함한다. 제3 입력 용량 소자로서의 입력 용량 소자(Crmpb)는, 참조 신호선(114)과 비교기(121b)의 트랜지스터(Tp1b)의 게이트의 사이에 설치되어 있다. 제4 입력 용량 소자로서의 입력 용량 소자(Cvslb)는, 수직 신호선(110)과 비교기(121b)의 사이에 설치되어 있다.

즉, 입력 용량 소자(Crmpb, Cvslb)의 일단은, 각각 수직 신호선(110) 및 참조 신호선(114)에 접속되어 있다. 입력 용량 소자(Crmpb, Cvslb)의 타단은, 트랜지스터(Tp1b)의 게이트에 공통으로 접속되어 있다.

나아가, 용량부(120a, 120b)는, 대응하는 참조 신호선(114)을 공유하고 있고, 또한, 대응하는 수직 신호선(110)을 공유하고 있다. 따라서, 입력 용량 소자(Crmpa, Crmpb)의 일단은, 참조 신호선(114)에 공통으로 접속되어 있다. 입력 용량 소자(Cvsla, Cvslb)의 일단은, 함께 수직 신호선(110)을 통해 수직 신호선(110)에 공통으로 접속되어 있다.

본 실시형태에 있어서, 입력 용량 소자(Crmpa, Crmpb)의 용량은 서로 거의 같지만, 입력 용량 소자(Cvsla, Cvslb)의 용량은 서로 다르다. 따라서, 입력 용량 소자(Crmpa)와 입력 용량 소자(Cvsla)의 용량비(용량부(120a)의 입력 용량 게인(Ga))은, 입력 용량 소자(Crmpb)와 입력 용량 소자(Cvslb)의 용량비(용량부(120b)의 입력 용량 게인(Gb))와 다르다. 용량부(120a)의 입력 용량 게인(Ga)은, 입력 용량 소자(Crmpa)에 대한 입력 용량 소자(Cvsla)의 용량비(예를 들면, Cvsla/Cvsla+Crmpa)에 의해 결정된다. 용량부(120b)의 입력 용량 게인(Gb)은, 입력 용량 소자(Crmpb)에 대한 입력 용량 소자(Cvslb)의 용량비(예를 들면, Cvslb/Cvslb+Crmpb)에 의해 결정된다.

본 실시형태에서는, 예를 들면, 입력 용량 소자(Cvslb)는 입력 용량 소자(Cvsla)보다 크기 때문에, 용량부(120b)의 입력 용량 게인(Gb)은, 용량부(120a)의 입력 용량 게인(Ga)보다 크게 설정되어 있다.

입력 용량 소자(Crmpa, Crmpb, Cvsla, Cvslb)는, 가변 용량 소자이다. 예를 들면, 입력 용량 소자(Crmpa, Crmpb, Cvsla, Cvslb)는, 병렬 또는 직렬로 접속되는 동일 용량의 소자의 개수를 트리밍이나 스위치(도시하지 않음) 등으로 변경함으로써 조절된다. 입력 용량 소자(Crmpa, Crmpb, Cvsla, Cvslb)의 트리밍 또는 스위칭은, 고체 촬상 소자(100)의 제조나 출하시에 실행하면 된다. 또는, 도 11을 참조하여 설명하는 바와 같이, 입력 용량 소자(Crmpa, Crmpb, Cvsla, Cvslb)의 스위칭은, 조사광의 조도에 기초하여 스위치(SWc1, SWc2)을 스위칭함으로써 실행되어도 된다.

제1 비교기로서의 비교기(121a)는, 용량부(120a)에 접속되어 있고, 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)의 전압차에 기초하여(증폭하여) 화소 신호(VSL)에 따른 출력 신호(OUTa)를 출력하는 싱글형 앰프이다.

비교기(121a)는, n형 트랜지스터(Tn1a)와, p형 트랜지스터(Tp1a)와, n형 트랜지스터(Tn2a)를 포함한다. 트랜지스터(Tn1a, Tp1a, Tn2a)는, 전원(VDD)과 그라운드(GND)의 사이에 이 순서로 직렬로 접속되어 있다.

트랜지스터(Tn1a)의 드레인은 전원(VDD)에 접속되고, 그 소스는 트랜지스터(Tp1a)의 소스에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tn1a)는, LDO(Low Dropout) 리니어 레귤레이터로서 기능한다.

제1 트랜지스터로서의 트랜지스터(Tp1a)의 게이트는, 상술한 바와 같이, 입력 용량 소자(Crmpa, Cvsla)의 타단에 공통으로 접속되어 있다. 트랜지스터(Tp1a)의 소스는, 트랜지스터(Tn1a)의 소스에 접속되어 있고, 트랜지스터(Tp1a)의 드레인은, 출력 단자 및 트랜지스터(Tn2a)의 드레인에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tp1a)는, 용량부(120a)로부터의 화소 신호(VSL)와 DAC(104)로부터의 참조 신호(RAMP)의 가산 신호가 기준 전압을 초과할 때에, 도통 상태로부터 비도통 상태로 되고, 출력 신호(OUTa)의 레벨을 반전시킨다. 즉, 트랜지스터(Tp1a)는, 화소 신호(VSL)의 레벨을 증폭하여 검출하는 앰프로서 기능한다.

트랜지스터(Tn2a)는, 트랜지스터(Tp1a)에 정전류를 흘리기 위한 정전류원으로서 기능한다.

AZ 스위치(SW1a)는, 트랜지스터(Tp1a)의 게이트와 출력 단자(Touta)의 사이에 접속되어 있고, 화소 신호(VSL)의 검출 전에 트랜지스터(Tp1a)의 게이트와 출력 단자(Touta)의 사이의 전위를 같게 하여 오토 제로 동작을 행한다.

이러한 구성에 의해, 비교기(121a)는, 트랜지스터(Tp1a)와 트랜지스터(Tn2a)의 사이의 출력부로부터 제1 출력 신호로서의 출력 신호(OUTa)를 출력한다.

제2 비교기로서의 비교기(121b)는, 용량부(120b)에 접속되어 있고, 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)의 전압차에 기초하여 화소 신호(VSL)에 따른 출력 신호(OUT2)를 출력한다.

비교기(121b)는, n형 트랜지스터(Tn1b)와, p형 트랜지스터(Tp1b)와, n형 트랜지스터(Tn2b)를 포함한다. 트랜지스터(Tn1b, Tp1b, Tn2b)는, 전원(VDD)과 접지 전압(GND)의 사이에 이 순서로 직렬로 접속되어 있다.

트랜지스터(Tn1b)의 드레인은 전원(VDD)에 접속되고, 그 소스는 트랜지스터(Tp1b)의 소스에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tn1b)는, 트랜지스터(Tn1a)와 마찬가지로, LDO 리니어 레귤레이터로서 기능한다.

제2 트랜지스터로서의 트랜지스터(Tp1b)의 게이트는, 상술한 바와 같이, 입력 용량 소자(Crmpb, Cvslb)의 타단에 공통으로 접속되어 있다. 트랜지스터(Tp1b)의 소스는, 트랜지스터(Tn1b)의 소스에 접속되어 있고, 트랜지스터(Tp1b)의 드레인은, 출력 단자 및 트랜지스터(Tn2b)의 드레인에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tp1b)는, 용량부(120b)로부터의 화소 신호(VSL)와 DAC(104)로부터의 참조 신호(RAMP)의 가산 신호가 기준 전압을 초과할 때에, 도통 상태로부터 비도통 상태로 되고, 출력 신호(OUTb)의 레벨을 반전시킨다. 즉, 트랜지스터(Tp1b)는, 화소 신호(VSL)의 레벨을 증폭하여 검출하는 앰프로서 기능한다.

트랜지스터(Tn2b)는, 트랜지스터(Tp1b)에 정전류를 흘리기 위한 정전류원으로서 기능한다.

AZ 스위치(SW1b)는, 트랜지스터(Tp1b)의 게이트와 출력 단자(Toutb)의 사이에 접속되어 있고, 화소 신호(VSL)의 검출 전에 트랜지스터(Tp1a)의 게이트와 출력 단자(Toutb)의 사이의 전위를 같게 하여 오토 제로 동작을 행한다.

이러한 구성에 의해, 비교기(121b)는, 트랜지스터(Tp1b)와 트랜지스터(Tn2b)의 사이의 출력부로부터 제2 출력 신호로서의 출력 신호(OUTb)를 출력한다.

한편, 전류원(CS1a, CS1b)은, 수직 신호선(110)에 접속되어 있고, 수직 신호선(110)에 정전류를 흘리도록 구성되어 있다.

비교기(121b)의 구성은, 비교기(121a)의 구성과 같다. 즉, 트랜지스터(Tn1a, Tn1b)는 서로 동일 구성이고, 트랜지스터(Tp1a, Tp1b)는 서로 동일 구성이며, 트랜지스터(Tn2a, Tn2b)도 서로 동일 구성이다. 이에 의해, ADC군(105a, 105b)의 게인(Ga, Gb)은, 입력 용량 소자(Crmpa)에 대한 입력 용량 소자(Cvsla)의 용량비 및 입력 용량 소자(Crmpb)에 대한 입력 용량 소자(Cvslb)의 용량비의 차이에 의해 거의 결정된다. 따라서, ADC군(105a)은, 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)의 비교 결과를 저게인으로 출력 신호(OUTa)로서 출력한다. ADC군(105b)은, 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)의 비교 결과를 고게인으로 출력 신호(OUTb)로서 출력한다. 그 결과, 고체 촬상 소자(100)는, 저조도로부터 고조도까지 폭넓은 다이나믹 레인지(HDR(High Dynamic Range))의 조사광을 검출할 수 있다. 또한, 비교기(121a, 121b)의 구성을 동일하게 함으로써, 비교기(121a, 121b)는 동일 공정으로 동시에 형성할 수 있어, 제조 비용을 낮게 억제할 수 있다.

다음으로, 본 실시형태에 의한 고체 촬상 소자(100)의 동작에 대해서 설명한다.

도 6은, 제1 실시 형태에 의한 고체 촬상 소자(100)의 동작의 일 예를 나타내는 타이밍도이다. 횡축은 시간을 나타낸다. 종축은, AZ 스위치(SW1a, SW1b)의 구동 신호, 화소 신호(VSL), 참조 신호(RAMP), 트랜지스터(Tp1a, Tp1b)의 게이트 전압, 및 출력 신호(OUTa, OUTb)의 전압 레벨(신호 레벨)을 나타내고 있다. 한편, 신호 검출 중에 있어서, 트랜지스터(Tn1a, Tn1b)는, 상시 온(on) 되어 있는 것으로 한다. 또한, 트랜지스터(Tn2a, Tn2b)는, 트랜지스터(Tp1a, Tp1b)에 정전류를 흘리고 있는 것으로 한다.

시각 t1에 있어서, 판독 대상이 되는 화소(150)의 FD(153)이 리셋되고, 화소 신호(VSL)가 리셋 레벨로 설정된다. 이 때, 참조 신호(RAMP)은, 소정의 리셋 레벨로 설정되어 있다.

시각 t2에 있어서, AZ 스위치(SW1a, SW1b)의 구동 신호가 하이 레벨로 설정되고, 비교기(121a, 121b)의 오토 제로 동작이 행해진다. 구체적으로는, AZ 스위치(SW1a)가 온 되고, 트랜지스터(Tp1a)의 게이트와 출력부(Touta)의 사이가 접속되어, 비교기(121a)의 입출력간이 단락된다. 이에 의해, 트랜지스터(Tp1a)의 게이트 전압 및 출력 신호(OUTa)의 전압이, 출력 신호(OUTa)의 하이 레벨과 로우 레벨의 중간에 가까운 전압으로 수렴한다. 이 수렴한 전압이 비교기(121a)의 기준 전압이 된다. 따라서, 그 후, AZ 스위치(SW1a)가 오프로 되면, 트랜지스터(Tp1a)의 게이트 전압(비교기(121a)의 입력 전압)이 기준 전압보다 올라가면, 출력 신호(OUTa)의 전압이 내려가, 로우 레벨이 된다. 한편, 트랜지스터(Tp1a)의 게이트 전압(비교기(121a)의 입력 전압)이 기준 전압보다 내려가면, 출력 신호(OUTa)의 전압이 올라가, 하이 레벨이 된다.

AZ 스위치(SW1b)도 AZ 스위치(SW1a)와 마찬가지로 비교기(121b)에 대하여 오토 제로 동작을 행한다. 즉, AZ 스위치(SW1b)가 온 되고, 트랜지스터(Tp1b)의 게이트와 출력부(Toutb)의 사이가 접속되어, 비교기(121b)의 입출력간이 단락된다. 이에 의해, 트랜지스터(Tp1b)의 게이트 전압 및 출력 신호(OUTb)의 전압이, 출력 신호(OUTb)의 하이 레벨과 로우 레벨의 중간에 가까운 전압으로 수렴한다. 이 수렴한 전압이 비교기(121b)의 기준 전압이 된다. 따라서, 그 후, AZ 스위치(SW1b)가 오프되면, 트랜지스터(Tp1b)의 게이트 전압(비교기(121b)의 입력 전압)이 기준 전압보다 올라가면, 출력 신호(OUTb)의 전압이 내려가, 로우 레벨이 된다. 한편, 트랜지스터(Tp1b)의 게이트 전압(비교기(121b)의 입력 전압)이 기준 전압보다 내려가면, 출력 신호(OUTb)의 전압이 올라가, 하이 레벨이 된다.

시각 t3에 있어서, AZ 스위치(SW1a, SW1b)의 구동 신호가 로우 레벨로 설정되고, AZ 스위치(SW1a, SW1b)가 오프되고, 비교기(121a, 121b)의 오토 제로 동작이 종료한다. 트랜지스터(Tp1a, Tp1b)의 전압 및 출력 신호(OUTa, OUTb)의 전압은, 기준 전압인 채로 유지된다. 비교기(121a, 121b)의 구성은 동일하므로, 비교기(121a, 121b)의 기준 전압은 거의 동일하다.

시각 t4에 있어서, 참조 신호(RAMP)의 전압이, 리셋 레벨로부터 소정 값만큼 저하된다. 이에 의해, 트랜지스터(Tp1a, Tp1b)의 게이트 전압이 기준 전압보다 내려가고, 출력 신호(OUTa, OUTb)가 하이 레벨이 된다.

시각 t5에 있어서, 참조 신호(RAMP)의 전압이 선형적으로 증가한다. 이에 맞추어, 트랜지스터(Tp1a, Tp1b)의 게이트 전압도 선형적으로 증가한다. 또한, 도 1의 카운터(122)가, 카운트를 시작한다.

시점 t5-1에 있어서, 트랜지스터(Tp1a, Tp1b)의 게이트 전압이 기준 전압을 상회했을 때에, 출력 신호(OUTa, OUTb)의 전압이 로우 레벨로 반전한다. 출력 신호(OUTa, OUTb)가 로우 레벨로 반전했을 때의 카운터(122)의 카운트 값이, P상(리셋 레벨)의 화소 신호(VSL)의 값으로서 도 1의 래치 회로(123)에 보유된다. 래치 회로(123)는, 출력 신호(OUTa, OUTb)의 양쪽을 래치한다.

시각 t6에 있어서, 참조 신호(RAMP)의 전압이 리셋 전압으로 재설정된다. 이에 의해, 트랜지스터(Tp1a, Tp1b)의 게이트 전압이 기준 전압으로 되돌아가고, 출력 신호(OUTa, OUTb)가 기준 전압과 거의 같게 된다.

시각 t7에 있어서, 화소(150)의 전송 트랜지스터(152)가 온 되고, 노광 기간 중에 포토다이오드(151)에 축적된 전하가 FD(153)에 전송된다. 이에 의해, 화소 신호(VSL)가 신호 레벨이 되고, 트랜지스터(Tp1a, Tp1b)의 게이트 전압이 신호 레벨에 대응하는 값만큼 기준 전압으로부터 내려간다. 그 결과, 출력 신호(OUTa, OUTb)가 하이 레벨이 된다. 단, 화소 신호(VSL)의 신호 레벨이 작을 경우, 출력 신호(OUTa, OUTb)가 거의 기준 전압에 가까운 값으로 유지된다.

시각 t8에 있어서, 시각 t4과 마찬가지로, 참조 신호(RAMP)의 전압이, 리셋 레벨로부터 소정의 값만큼 낮춰진다. 이에 의해, 트랜지스터(Tp1a, Tp1b)의 게이트 전압이 신호 레벨로부터 더욱 저하된다.

시각 t9에 있어서, 시각 t5과 마찬가지로, 참조 신호(RAMP)의 전압이 선형적으로 증가한다. 이에 맞추어, 트랜지스터(Tp1a, Tp1b)의 게이트 전압도 선형적으로 증가한다. 또한, 카운터(122)가, 카운트를 시작한다.

시각 t9-1~t9-3에 있어서, 트랜지스터(Tp1a, Tp1b)의 게이트 전압이 기준 전압을 상회했을 때, 출력 신호(OUTa, OUTb)가 로우 레벨로 반전한다. 예를 들면, 조사광의 조도가 약하고, 화소 신호(VSL)가 작을 경우, 라인(L1)로 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(Tp1a, Tp1b)의 게이트 전압의 레벨은 화소 신호(VSL)에서는 그다지 저하되지 않는다. 이 경우, 비교적 빠른 시각 t9-1에 있어서, 트랜지스터(Tp1a, Tp1b)의 게이트 전압이 기준 전압을 상회하고, 출력 신호(OUTa, OUTb)가 로우 레벨로 반전한다. 조사광의 조도가 중간 정도이고, 화소 신호(VSL)가 중간 정도인 경우, 라인(L2)로 나타낸 바와 같이, t9-2에서, 트랜지스터(Tp1a, Tp1b)의 게이트 전압이 기준 전압을 상회하고, 출력 신호(OUTa, OUTb)가 로우 레벨로 반전한다. 조사광의 조도가 강하고, 화소 신호(VSL)가 높을 경우, 라인(L3)로 나타낸 바와 같이, 비교적 느린 시각 t9-3에서, 트랜지스터(Tp1a, Tp1b)의 게이트 전압이 기준 전압을 상회하고, 출력 신호(OUTa, OUTb)가 로우 레벨로 반전한다. 이와 같이, 조사광의 조도에 의해, 참조 신호(RAMP)의 증가의 시작에서부터 출력 신호(OUTa, OUTb)의 반전까지의 기간이 다르다.

출력 신호(OUTa, OUTb)가 로우 레벨로 반전했을 때의 카운터(122)의 카운트값은, D상(신호 레벨)의 화소 신호(VSL)의 값으로서 도 1의 래치 회로(123)에 보유된다. 래치 회로(123)는, 출력 신호(OUTa, OUTb)의 양쪽을 래치한다. 래치 회로(123)는, D상의 화소 신호(VSL)와, 시각 t5과 시각 t6의 사이에 판독된 P상의 화소 신호(VSL)의 차분을 취함으로써, CDS를 행한다. 이와 같이 하여, 화소 신호(VSL)의 AD 변환이 행해진다. AD 변환은, ADC군(105a, 105b)의 각각에서 실행되고, 서로 다른 입력 용량 게인에서 검출된 화소 신호(VSL)에 대하여 실행된다. ADC군(105a)로부터의 디지털 화상 데이터 및 ADC군(105b)로부터의 디지털 화상 데이터는, 각각 신호 처리 회로(108)에 송신된다.

조사광의 조도에 의해, 참조 신호(RAMP)의 증가의 시작으로부터 출력 신호(OUTa, OUTb)의 반전까지의 기간이 다르므로, ADC군(105a, 105b)으로부터의 디지털 화상 데이터도 조사광의 조도에 기초한 값이 된다.

그 후, 신호 처리 회로(108)는, 출력 신호(OUTa, OUTb) 중 어느 하나 또는 그 양쪽을 사용해서 화소 신호를 선택 또는 생성하고, 화상 데이터를 생성한다. 이 때, 신호 처리 회로(108)는, 조사광의 조도에 따라, 출력 신호(OUTa, OUTb)를 선택해도 된다.

시각 t10에 있어서, 시각 t6과 마찬가지로, 참조 신호(RAMP)의 전압이 리셋 전압으로 설정된다. 이에 의해, 트랜지스터(Tp1a, Tp1b)의 게이트 전압이 기준 전압으로 되돌아가고, 출력 신호(OUT1)가 기준 전압에 거의 같게 된다. 그 후, 시각 t11 이후에 있어서, 시각 t1~t10과 마찬가지의 동작이 반복된다.

본 실시형태에 의하면, 고체 촬상 소자(100)는, 각 화소열에 대응하는 ADC군이 서로 게인이 다른 복수의 ADC군(105a, 105b)으로 분할되어 있다. ADC군(105a, 105b)의 각각의 게인은, 용량부(120a, 120b)의 입력 용량 게인(Ga, Gb)에 의해 설정된다. 이에 의해, 신호 처리 회로(108)는, 화소 신호를 복수의 게인으로 검출하여 생성된 출력 신호(OUTa, OUTb) 중 어느 하나 또는 그 양쪽을 사용하여 화소 신호를 선택 또는 생성하고, 화상 데이터를 생성할 수 있다. 이 때, 신호 처리 회로(108)는, 조사광의 조도(광강도)에 따라, 출력 신호(OUTa, OUTb)를 선택해도 된다. 예를 들면, 조사광의 조도가 비교적 강할 경우에는, 신호 처리 회로(108)는, ADC군(105a)에 의해 저게인에서 검출된 출력 신호(OUTa)를 선택하여 화상 데이터를 생성한다. 조사광의 조도가 비교적 약할 경우에는, 신호 처리 회로(108)는, ADC군(105b)에 의해 고게인에서 검출된 출력 신호(OUTb)를 선택하여 화상 데이터를 생성한다. 이에 의해, 고체 촬상 소자(100)는, 저조도의 조사광에서도 고감도(세밀한 계조)로 촬상할 수 있고, 또한, 고조도의 조사광에서도 포화되지 않고 단시간(저소비 전력)으로 촬상할 수 있다. 즉, 본 실시형태에 의한 고체 촬상 소자(100)는, 조사광의 조도에 따라서 폭넓은 다이나믹 레인지(HDR)로 촬상할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 의한 고체 촬상 소자(100)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 각 화소열에 대응하는 ADC군이 복수의 ADC군(105a, 105b)으로 분할되고, 병렬로 접속되어 있다. ADC군(105a, 105b)은, 로직 회로(516) 및 주변회로(517)의 양측에 설치되어 있고, 서로 이격되어 있다. 만일 게인이 다른 복수의 ADC가 인접하고 있는 경우, 근접 효과에 의해 복수의 ADC로부터의 출력 신호가 서로 영향을 주는 일이 있다. 이에 대하여, 본 실시형태에 의한 ADC군(105a, 105b)은, 서로 이격되어 있음으로써, 다른 게인을 가지고 있더라도, 서로 영향을 주는 것을 억제할 수 있다. 이는, 고체 촬상 소자(100)가 정확한 화상 데이터를 생성하는 것을 가능하게 한다.

본 실시형태에 의하면, ADC군(105a, 105b)의 게인은, 용량부(120a)의 입력 용량 소자(Crmpa와 Cvsla)의 용량비, 및, 용량부(120b)의 입력 용량 소자(Crmpb와 Cvslb)의 용량비에 의해 각각 설정되어 있다. 따라서, 화소 신호(VSL) 및 참조 신호(RAMP)는, ADC군(105a, 105b)에 대하여 같아도 되고 공통이어도 된다. 예를 들면, 도 7에 나타낸 바와 같이, DAC(104)는, ADC군(105a, 105b)에 대하여 공통으로 설치되어 있고, 참조 신호선(114)을 통하여 동일한 참조 신호(RAMP)를 ADC군(105a, 105b)에 공급하면 된다. 복수의 ADC군(105a, 105b)를 구비하고 있더라도, DAC(104)는 공통화할 수 있으므로, 고체 촬상 소자(100)의 전체 크기를 작게 억제할 수 있다. 물론, 고체 촬상 소자(100)의 크기를 고려할 필요가 없으면, DAC(104)는 복수의 ADC군(105a, 105b)의 각각에 대응하여 설치해도 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 비교기(121a, 121b)는, 싱글형 앰프로 구성되어 있다. 따라서, 제2 실시 형태와 같은 차동형 앰프를 사용하는 경우와 비교하고, 제1 실시 형태에 의한 고체 촬상 소자(100)는, 소비 전류를 거의 반감할 수 있고, 소비 전력을 낮출 수 있다.

나아가, 비교기(121a, 121b)의 입력 전압은, 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)의 가산 신호가 된다. 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)가 반대 극성일 경우, 비교기(121a, 121b)의 입력 전압은, 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)의 차분 전압이 되고, 진폭이 작아진다. 이에 의해, 비교기(121a, 121b)의 전압 변동을 작게 할 수 있고, 전원(VDD)의 전압을 낮출 수 있다. 그 결과, 고체 촬상 소자(100)의 소비 전력을 저감할 수 있다.

(제2 실시 형태)

도 8a는, 제2 실시 형태에 의한 고체 촬상 소자(100)의 구성예를 나타내는 도면이다. 제2 실시 형태에서는, 비교기(121a, 121b)의 구성이, 제1 실시 형태와 다르다. 용량부(120a, 120b)를 포함하는 다른 구성은, 제1 실시 형태의 대응하는 구성과 동일할 수 있다.

비교기(121a)는, 용량부(120a)에 접속되어 있고, 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)의 전압차에 기초하여 화소 신호(VSL)에 따른 출력 신호(OUTa)를 출력하는 차동 회로이다.

비교기(121a)는, p형 트랜지스터(Tp2a~Tp4a)와, 커런트미러 회로(CMa)와, AZ 스위치(SW2a, SW3a)와, 용량 소자(C1a)를 포함한다.

트랜지스터(Tp2a)의 소스는 전원(VDD)에 접속되고, 그 드레인은 트랜지스터(Tp3a, Tp4a)의 소스에 공통으로 접속되어 있다.

제1 트랜지스터로서의 트랜지스터(Tp3a)의 게이트는, 입력 용량 소자(Crmpa, Cvsla)의 타단에 공통으로 접속되어 있다. 트랜지스터(Tp3a)의 소스는, 트랜지스터(Tp2a)의 드레인에 접속되고, 트랜지스터(Tp3a)의 드레인은, 커런트미러 회로(CMa)에 접속되어 있다.

제3 트랜지스터로서의 트랜지스터(Tp4a)의 게이트는, 용량 소자(C1a)를 통해서 그라운드(GND)에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tp4a)의 소스는, 트랜지스터(Tp3a)의 소스와 공통으로, 트랜지스터(Tp2a)의 드레인에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tp4a)의 드레인은, 커런트미러 회로(CMa) 및 출력부(Touta)에 접속되어 있다.

제1 미러 회로로서의 커런트미러 회로(CMa)는, 트랜지스터(Tp3a, Tp4a)의 드레인과 그라운드(GND)의 사이에 접속되어 있고, 트랜지스터(Tp3a, Tp4a)에 거의 같은 전류를 흘리도록 구성되어 있다. 보다 상세하게는, 커런트미러 회로(CMa)는, 트랜지스터(Tp3a)와 그라운드(GND)의 사이에 접속된 n형 트랜지스터(Tn3a)와, 트랜지스터(Tp4a)와 그라운드(GND)의 사이에 접속된 n형 트랜지스터(Tn4a)를 구비한다. 트랜지스터(Tn3a, Tn4a)의 게이트는, 트랜지스터(Tn3a)의 드레인에 공통으로 접속되어 있다.

AZ 스위치(SW2a)는, 트랜지스터(Tp3a)의 게이트와 드레인의 사이에 접속되어 있고, 화소 신호(VSL)의 검출 전에 트랜지스터(Tp3a)의 게이트와 드레인의 사이의 전위를 같게 하여 오토 제로 동작을 행한다.

AZ 스위치(SW3a)는, 트랜지스터(Tp4a)의 게이트와 드레인의 사이에 접속되어 있고, 화소 신호(VSL)의 검출 전에 트랜지스터(Tp4a)의 게이트와 드레인의 사이의 전위를 같게 하여 오토 제로 동작을 행한다.

트랜지스터(Tp3a)는, 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)의 가산 신호의 전압 레벨이 기준 전압을 초과할 때에, 도통 상태로부터 비도통 상태로 된다. 커런트미러 회로(CMa)는, 트랜지스터(Tp3a)에 흐르는 전류에 소정의 미러비를 곱한 전류를 트랜지스터(Tp4a)에 흘린다. 트랜지스터(Tp4a)는, 트랜지스터(Tp3a)에 흐르는 전류에 따라, 출력 신호(OUTa)의 전압 레벨을 생성한다. 트랜지스터(Tp3a)가 도통 상태로부터 비도통 상태로 되었을 때에, 트랜지스터(Tp4a)는, 트랜지스터(Tn3a)와 마찬가지로 소정 전류를 흘리므로, 출력 신호(OUTa)를 로우 레벨에서 하이 레벨로 반전시킨다. 즉, 비교기(121a)는, 제1 실시 형태의 그것과 마찬가지로, 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)의 가산 신호의 전압 레벨이 기준 전압을 초과할 때에, 출력 신호(OUTa)의 레벨을 반전시킨다.

비교기(121b)는, 용량부(120b)에 접속되어 있고, 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)의 전압차에 기초하여 화소 신호(VSL)에 따른 출력 신호(OUTb)를 출력하는 차동 회로이다.

비교기(121b)는, p형 트랜지스터(Tp2b~Tp4b)와, 커런트미러 회로(CMb)와, AZ 스위치(SW1b, SW2b)와, 용량 소자(C1b)를 포함한다.

트랜지스터(Tp2b)의 소스는 전원(VDD)에 접속되고, 그 드레인은 트랜지스터(Tp3b, Tp4b)의 소스에 공통으로 접속되어 있다.

제2 트랜지스터로서의 트랜지스터(Tp3b)의 게이트는, 입력 용량 소자(Crmpb, Cvslb)의 타단에 공통으로 접속되어 있다. 트랜지스터(Tp3b)의 소스는, 트랜지스터(Tp2b)의 드레인에 접속되고, 트랜지스터(Tp3b)의 드레인은, 커런트미러 회로(CMb)에 접속되어 있다.

제4 트랜지스터로서의 트랜지스터(Tp4b)의 게이트는, 용량 소자(C1b)를 통해서 그라운드(GND)에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tp4b)의 소스는, 트랜지스터(Tp3b)의 소스와 공통으로, 트랜지스터(Tp2b)의 드레인에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tp4b)의 드레인은, 커런트미러 회로(CMb) 및 출력부(Toutb)에 접속되어 있다.

제2 미러 회로로서의 커런트미러 회로(CMb)는, 트랜지스터(Tp3b, Tp4b)의 드레인과 그라운드(GND)의 사이에 접속되어 있고, 트랜지스터(Tp3b, Tp4b)에 거의 같은 전류를 흘리도록 구성되어 있다. 보다 상세하게는, 커런트미러 회로(CMb)는, 트랜지스터(Tp3b)와 그라운드(GND)의 사이에 접속된 n형 트랜지스터(Tn3b), 및 트랜지스터(Tp4b)와 그라운드(GND)의 사이에 접속된 n형 트랜지스터(Tn4b)를 구비한다. 트랜지스터(Tn3b, Tn4b)의 게이트는, 트랜지스터(Tn3b)의 드레인에 공통으로 접속되어 있다.

AZ 스위치(SW2b)는, 트랜지스터(Tp3b)의 게이트와 드레인의 사이에 접속되어 있고, 화소 신호(VSL)의 검출 전에 트랜지스터(Tp3b)의 게이트와 드레인의 사이의 전위를 같게 하여 오토 제로 동작을 행한다.

AZ 스위치(SW3b)는, 트랜지스터(Tp4b)의 게이트와 드레인의 사이에 접속되어 있고, 화소 신호(VSL)의 검출 전에 트랜지스터(Tp4b)의 게이트와 드레인의 사이의 전위를 같게 하여 오토 제로 동작을 행한다.

트랜지스터(Tp3b)는, 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)의 가산 신호의 전압 레벨이 기준 전압을 초과할 때에, 도통 상태로부터 비도통 상태로 된다. 커런트미러 회로(CMb)는, 트랜지스터(Tp3b)에 흐르는 전류에 소정의 미러비를 곱한 전류를 트랜지스터(Tp4b)에 흘린다. 트랜지스터(Tp4b)는, 트랜지스터(Tp3b)에 흐르는 전류에 따라, 출력 신호(OUTb)의 전압 레벨을 생성한다. 이에 의해, 트랜지스터(Tp3b)가 도통 상태로부터 비도통 상태가 되었을 때에, 트랜지스터(Tp4b)는 트랜지스터(Tn3b)와 마찬가지로 소정 전류를 흘리므로, 출력 신호(OUTb)를 로우 레벨로부터 하이 레벨로 반전시킨다. 즉, 비교기(121b)는, 제1 실시 형태의 그것과 마찬가지로, 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)의 가산 신호의 전압 레벨이 기준 전압을 초과할 때에, 출력 신호(OUTb)의 레벨을 반전시킨다.

제2 실시 형태의 그 밖의 구성 및 동작은, 제1 실시 형태의 대응하는 구성 및 동작과 동일할 수 있다. 따라서, 제2 실시 형태는, 제1 실시 형태보다 소비 전력이 많아지지만, 그 이외의 제1 실시 형태의 효과를 얻을 수 있다.

(변형예)

도 8b는, 제2 실시 형태의 변형예에 의한 고체 촬상 소자(100)의 구성예를 나타내는 도면이다. 본 변형예에서는, 비교기(121a, 121b)가, 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)의 차동 회로로서 기능한다. 입력 용량 소자(Cvsla)의 타단은, 트랜지스터(Tp3a)의 게이트에는 접속되어 있지 않고, 트랜지스터(Tp4a)의 게이트에 접속되어 있다. 입력 용량 소자(Cvslb)의 타단은, 트랜지스터(Tp3b)의 게이트에는 접속되어 있지 않고, 트랜지스터(Tp4b)의 게이트에 접속되어 있다.

입력 용량 소자(Cgnda, Cgndb)는, 트랜지스터(Tp3a, Tp3b)의 게이트와 그라운드(GND)의 사이에 각각 접속되어 있다. 입력 용량 소자(Cgnda, Cgndb)는, 가변 용량 소자이다. 입력 용량 소자(Crmpa, Crmp)와 마찬가지의 가변 용량 소자일 수 있다. 본 변형예에서는, 입력 용량 소자(Cgnda, Cgndb)의 용량을 서로 다르게 함으로써 입력 용량 소자 게인(Ga, Gb)이 각각 설정된다.

비교기(121a)는, 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)의 차를 증폭하여 출력 신호(OUTa)로서 출력한다. 비교기(121b)는, 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)의 차를 증폭하여 출력 신호(OUTb)로서 출력한다. 이 때, 용량부(120a)의 입력 용량 게인(Ga)은, 입력 용량 소자(Crmpa, Cgnda)의 용량비에 의해 결정된다. 용량부(120b)의 입력 용량 게인(Gb)은, 입력 용량 소자(Crmpb, Cgndb)의 용량비에 의해 결정된다.

본 변형예의 동작은, 제2 실시 형태의 동작과 동일할 수 있다. 따라서, 변형예는, 제2 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

(변형예)

도 8c는, 제2 실시 형태의 다른 변형예에 의한 고체 촬상 소자(100)의 구성예를 나타내는 도면이다. 본 변형예에서는, 입력 용량 소자(Cgnda, Cgndb)는, 트랜지스터(Tp4a, Tp4b)의 게이트와 그라운드(GND)의 사이에 각각 접속되어 있다. 본 변형예도, 입력 용량 소자(Cgnda, Cgndb)의 용량을 서로 다르게 함으로써 입력 용량 소자 게인(Ga, Gb)이 각각 설정된다. 용량부(120a)의 입력 용량 게인(Ga)은, 입력 용량 소자(Cvsla, Cgnda)의 용량비에 의해 결정된다. 용량부(120b)의 입력 용량 게인(Gb)은, 입력 용량 소자(Cvslb, Cgndb)의 용량비에 의해 결정된다. 본 변형예의 그 밖의 구성은, 도 8b의 변형예의 구성과 동일할 수 있다. 본 변형예의 동작은, 제2 실시 형태의 동작과 동일할 수 있다. 따라서, 본 변형예도, 제2 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

(제3 실시 형태)

도 9는, 제3 실시 형태에 의한 고체 촬상 소자(100)의 구성예를 나타내는 도면이다. 제3 실시 형태에서는, 비교기(121a, 121b) 및 수직 신호선(110)의 구성이, 제1 실시 형태와 다르다. 용량부(120a, 120b)를 포함하는 다른 구성은, 제1 실시 형태의 대응하는 구성과 동일할 수 있다.

제3 실시 형태에서는, 각 수직 신호선(110)에 정전류원(CS1a)이 접속되어 있다. 정전류원(CS1a)은, 화소 신호의 검출 시에, 수직 신호선(110)에 소정의 정전류를 흘리고, 수직 신호선(110)에 화소 신호(VSL)를 생성한다.

비교기(121a)는, n형 트랜지스터(Tn5a)와, p형 트랜지스터(Tp5a)와, 정전류원(CS2a)과, AZ 스위치(SW4a, SW5a)를 포함한다.

트랜지스터(Tn5a)의 게이트는, 입력 용량 소자(Cvsla)의 타단에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tn5a)의 드레인은 전원(VDD)에 접속되고, 그 소스는 트랜지스터(Tp5a)의 소스에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tn5a)는, 화소 신호(VSL)에 따른 전압 레벨의 신호를 생성하고, 트랜지스터(Tp5a)의 소스에 전달한다.

제1 트랜지스터로서의 트랜지스터(Tp5a)의 게이트는, 입력 용량 소자(Crmpa)의 타단에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tp5a)의 소스는, 트랜지스터(Tn5a)의 소스에 접속되고, 그 드레인은, 정전류원(CS2a) 및 출력부(Touta)에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tp5a)는, 소스 전압과 게이트 전압의 전압차(Vgs)에 기초한 도통 상태가 된다.

예를 들면, 제3 실시 형태에서는, 화소 신호(VSL)의 검출 시에, 참조 신호(RAMP)의 전압 레벨은, 화소 신호(VSL)보다 높은 레벨로부터 선형적으로 감소시킨다. 이에 의해, 참조 신호(RAMP)가 화소 신호(VSL)를 하회했을 때에, 트랜지스터(Tp5a)는, 비도통 상태로부터 도통 상태로 된다. 정전류원(CS2a)은, 트랜지스터(Tn5a, Tp5a)에 정전류를 흘린다. 따라서, 트랜지스터(Tp5a)가 비도통 상태일 때에는, 출력 신호(OUTa)는 로우 레벨로 되어 있고, 트랜지스터(Tp5a)가 도통 상태일 때에는, 출력 신호(OUTa)는 하이 레벨이 된다. 즉, 참조 신호(RAMP)가 화소 신호(VSL)를 하회했을 때에, 출력 신호(OUTa)가 로우 레벨로부터 하이 레벨로 반전한다. 이와 같이, 제3 실시 형태에서는, 트랜지스터(Tp5a)가, 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)의 차이 전압을 증폭한 출력 신호(OUTa)를 생성할 수 있다.

입력 용량 소자(Cgnda, Cgndb)는, 트랜지스터(Tp5a, Tp5b)의 게이트와 그라운드(GND)의 사이에 각각 접속되어 있다. 입력 용량 소자(Cgnda, Cgndb)는, 가변 용량 소자이다. 입력 용량 소자(Crmpa, Crmp)와 마찬가지의 가변 용량 소자일 수 있다. 제3 실시 형태에서는, 입력 용량 소자(Cgnda, Cgndb)의 용량을 서로 다르게 함으로써 입력 용량 소자 게인(Ga, Gb)이 각각 설정된다.

AZ 스위치(SW4a)는, 트랜지스터(Tn5a)의 게이트와 드레인의 사이에 접속되어 있고, 화소 신호(VSL)의 검출 전에 트랜지스터(Tn5a)의 게이트와 드레인의 사이의 전위를 같게 하여 오토 제로 동작을 행한다.

AZ 스위치(SW5a)는, 트랜지스터(Tp5a)의 게이트와 드레인의 사이에 접속되어 있고, 화소 신호(VSL)의 검출 전에 트랜지스터(Tp5a)의 게이트와 드레인의 사이의 전위를 같게 하여 오토 제로 동작을 행한다.

비교기(121b)는, n형 트랜지스터(Tn5b)와, p형 트랜지스터(Tp5b)와, 정전류원(CS2b)과, AZ 스위치(SW4b, SW5b)를 포함한다.

트랜지스터(Tn5b)의 게이트는, 입력 용량 소자(Cvslb)의 타단에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tn5b)의 드레인은 전원(VDD)에 접속되고, 그 소스는 트랜지스터(Tp5b)의 소스에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tn5b)는, 화소 신호(VSL)에 따른 전압 레벨의 신호를 생성하고, 트랜지스터(Tp5b)의 소스에 전달한다.

제2 트랜지스터로서의 트랜지스터(Tp5b)의 게이트는, 입력 용량 소자(Crmpb)의 타단에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tp5b)의 소스는, 트랜지스터(Tn5b)의 소스에 접속되고, 그 드레인은, 정전류원(CS2b) 및 출력부(Toutb)에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tp5b)는, 소스 전압과 게이트 전압의 전압차(Vgs)에 기초한 도통 상태로 된다.

예를 들면, 참조 신호(RAMP)가 화소 신호(VSL)를 하회했을 때에, 트랜지스터(Tp5b)는, 비도통 상태로부터 도통 상태로 된다. 정전류원(CS2b)은, 트랜지스터(Tn5b, Tp5b)에 정전류를 흘린다. 따라서, 트랜지스터(Tp5b)가 비도통 상태일 때에는, 출력 신호(OUTb)는 로우 레벨로 되어 있고, 트랜지스터(Tp5b)가 도통 상태일 때에는, 출력 신호(OUTb)는 하이 레벨이 된다. 즉, 참조 신호(RAMP)가 화소 신호(VSL)를 하회했을 때에, 출력 신호(OUTb)가 로우 레벨로부터 하이 레벨로 반전한다. 이와 같이, 트랜지스터(Tp5b)가, 화소 신호(VSL)와 참조 신호(RAMP)의 차이 전압을 증폭한 출력 신호(OUTb)를 생성할 수 있다.

AZ 스위치(SW4b)는, 트랜지스터(Tn5b)의 게이트와 드레인의 사이에 접속되어 있고, 화소 신호(VSL)의 검출 전에 트랜지스터(Tn5b)의 게이트와 드레인의 사이의 전위를 같게 하여 오토 제로 동작을 행한다.

AZ 스위치(SW5b)는, 트랜지스터(Tp5b)의 게이트와 드레인의 사이에 접속되어 있고, 화소 신호(VSL)의 검출 전에 트랜지스터(Tp5b)의 게이트와 드레인의 사이의 전위를 같게 하여 오토 제로 동작을 행한다.

도 10은, 제3 실시 형태에 의한 고체 촬상 소자(100)의 동작의 일 예를 나타내는 타이밍도이다. 제3 실시 형태에서는, 참조 신호(RAMP)가 화소 신호(VSL)보다 높은 레벨로부터 선형적으로 감소한다. 즉, 참조 신호(RAMP)는, 제1 실시 형태의 참조 신호(RAMP)의 극성을 반전시킨 것일 수 있다. 따라서, 출력 신호(OUTa, OUTb)는, 참조 신호(RAMP)가 화소 신호(VSL)를 하회했을 때에 반전한다. 제3 실시 형태의 그 밖의 동작은, 제1 실시 형태의 대응하는 동작과 동일할 수 있으므로, 그 상세한 설명은 생략한다. 한편, AZ 스위치(SW4a, SW4b, SW5a, SW5b)의 동작은, 제1 실시 형태의 AZ 스위치(SW1a, SW1b)와 같을 수 있다.

제3 실시 형태는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 용량부(120a, 102b)를 가지고, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

(제4 실시 형태)

도 11은, 제4 실시 형태에 의한 고체 촬상 소자(100)의 구성예를 나타내는 도면이다. 제4 실시 형태에서는, 입력 용량 소자(Cvsla, Cvslb), 정전류원(CS1a), 트랜지스터(Tn5a, Tn5b), AZ 스위치(SW4a, SW4b)가 생략되어 있고, 입력 용량 소자(Cgnda, Cgndb)가 추가되어 있는 점에서 제3 실시 형태와 다르다. 트랜지스터(Tp5a)의 게이트는, 입력 용량 소자(Crmpa)의 일단에 접속되고, 입력 용량 소자(Crmpa)를 통해서 참조 신호(RAMP)를 수취한다. 또한, 트랜지스터(Tp5a)의 게이트는, 입력 용량 소자(Cgnda)의 일단에 접속되고, 입력 용량 소자(Cgnda)를 통해서 그라운드(GND)에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tp5a)의 소스는, 수직 신호선(110)에 접속되어, 화소 신호(VSL)를 수취한다. 트랜지스터(Tp5b)의 게이트는, 입력 용량 소자(Crmpb)의 일단에 접속되고, 입력 용량 소자(Crmpb)를 통해서 참조 신호(RAMP)를 수취한다. 또한, 트랜지스터(Tp5b)의 게이트는, 입력 용량 소자(Cgndb)의 일단에 접속되고, 입력 용량 소자(Cgndb)를 통해서 그라운드(GND)에 접속되어 있다. 트랜지스터(Tp5b)의 소스는, 수직 신호선(110)에 접속되어, 화소 신호(VSL)를 수취한다. 트랜지스터(Tp5a, Tp5b)는, 입력 용량 소자(Crmpa, Crmpb)를 통해서 동일 참조 신호(RAMP)를 게이트에서 받는다. 또한, 트랜지스터(Tp5a, Tp5b)는, 수직 신호선(110)으로부터 동일한 화소 신호(VSL)를 받는다.

입력 용량 소자(Crmpa, Crmpb)의 일단은, 참조 신호선(114)에 공통으로 접속되고, 타단은, 트랜지스터(Tp5a, Tp5b)의 게이트에 각각 접속되어 있다. 트랜지스터(Tp5a, Tp5b)의 각 소스는, 수직 신호선(110)에 공통으로 접속되어 있다. 입력 용량 소자(Cgnda, Cgndb)의 일단은, 트랜지스터(Tp5a, Tp5b)의 게이트에 접속되고, 타단은, 그라운드(GND)에 접속되어 있다.

입력 용량 소자(Cgnda, Cgndb)는, 입력 용량 소자(Crmpa, Crmp)과 마찬가지로 가변 용량 소자일 수 있다. 제4 실시 형태에서는, 입력 용량 소자(Cgnda, Cgndb)의 용량을 서로 다르게 함으로써 입력 용량 소자 게인(Ga, Gb)이 각각 설정된다. 예를 들면, 입력 용량 게인(Ga)은, 입력 용량 소자(Crmpa)에 대한 입력 용량 소자(Cgnda)의 용량비(예를 들면, Cgnda/Cgnda+Crmpa)에 의해 결정된다. 입력 용량 게인(Gb)은, 입력 용량 소자(Crmpb)에 대한 입력 용량 소자(Cgndb)의 용량비(예를 들면, Cgndb/Cgndb+Crmpb)에 의해 결정된다.

수직 신호선(110)에 전류를 흘리는 전류원과 비교기(Tp5a, Tp5b)에 전류를 흘리는 정전류는, 정전류원(CS2a, CS2b)에 공통화되어 있다. 따라서, 정전류원(CS2a, CS2b)는, 수직 신호선(110)에 정전류를 흘리는 동시에, 비교기(Tp5a, Tp5b)에 각각 정전류를 흘린다. 이에 의해, 제4 실시 형태에 의한 고체 촬상 소자(100)의 소비 전력은, 제3 실시 형태의 그것보다 작게 된다.

나아가, 화소 신호(VSL)는, 도 9의 트랜지스터(Tn5a)를 거치지 않고, 트랜지스터(Tp5a)에 직접 입력된다. 화소 신호(VSL)는, 도 9의 트랜지스터(Tn5b)를 거치지 않고, 트랜지스터(Tp5b)에 직접 입력된다. 이와 같이, 정전류원(CS1a), 트랜지스터(Tn5a, Tn5b), AZ 스위치(SW4a, SW4b)가 생략되므로, 제4 실시 형태는, 제3 실시 형태보다 ADC군(105a, 105b)의 레이아웃 면적이 작게 된다.

제4 실시 형태의 그 밖의 구성은, 제3 실시 형태의 대응하는 구성과 동일할 수 있다. 또한, 제4 실시 형태의 동작은, 제3 실시 형태의 동작과 동일할 수 있다. 따라서, 제4 실시 형태는, 제3 실시 형태와 마찬가지의 효과도 얻을 수 있다.

(변형예 1)

도 12는, 제1 실시 형태의 변형예 1에 의한 고체 촬상 소자(100)의 구성예를 나타내는 도면이다. 제1 실시 형태에서는, 2개의 ADC군(105a, 105b)이 각 화소열에 대하여 병렬로 접속되어 있다. 이에 대하여, 변형예 1에서는, 3개 이상의 ADC군(105a, 105b, 105c, …)이 각 화소열에 대하여 병렬로 접속되어 있다. ADC군(105a, 105b, 105c, …)은, 각각 다른 입력 용량 게인의 용량부(120a, 120b, 120c, …)를 가진다. 이와 같이, 고체 촬상 소자(100)는, 3개 이상의 ADC군(105a, 105b, 105c, …)을 각 화소열에 대응하여 설치해도 된다. 이에 의해, 검출 가능한 조사광의 다이나믹 레인지를 더욱 크게 할 수 있다.

(변형예 2)

도 13은, 변형예 2에 의한 고체 촬상 소자(100)의 노광 시간과 입력 용량 게인의 관계를 나타내는 표이다. 상기 실시 형태에 있어서, 화소부(101)의 노광 시간은 같아도 되지만, 조사광의 조도에 따라 노광 시간을 변경해도 된다. 노광 시간은, 타이밍 제어 회로(102)에 의해 변경될 수 있다. 예를 들면, 고체 촬상 소자(100)는, 화소부(101)의 노광 시간을, 비교적 긴 제1 노광 시간과 비교적 짧은 제2 노광 시간에서 선택가능하게 한다. 이 경우, ADC군(105a, 105b)은, 제1 및 제2 노광 시간의 각각의 화소 신호(VSL)를, 입력 용량 게인(Ga, Gb)의 각각으로 검출한다. 따라서, 합계 4종류의 제1 ~ 제4 화상 데이터가 얻어진다. 즉, 제1 화상 데이터는, 비교적 긴 제1 노광 시간에서 얻어진 화소 신호(VSL)를 비교적 낮은 입력 용량 게인(Ga)으로 검출한 화상 데이터이다. 제2 화상 데이터는, 비교적 짧은 제2 노광 시간에서 얻어진 화소 신호(VSL)를 비교적 낮은 입력 용량 게인(Ga)으로 검출한 화상 데이터이다. 제3 화상 데이터는, 비교적 긴 제1 노광 시간에서 얻어진 화소 신호(VSL)를 비교적 높은 입력 용량 게인(Gb)으로 검출한 화상 데이터이다. 제4 화상 데이터는, 비교적 짧은 제2 노광 시간에서 얻어진 화소 신호(VSL)를 비교적 높은 입력 용량 게인(Gb)으로 검출한 화상 데이터이다.

신호 처리 회로(108)는, 이들 4개의 화상 데이터로부터 적절한 화상 데이터를 선택하거나, 또는, 이들 4개의 화상 데이터 중 복수의 화상 데이터를 합성하여 하나의 화상 데이터를 생성한다. 예를 들면, 조사광의 조도가 낮은(어두운) 경우, 신호 처리 회로(108)는, 노광 시간이 길고 그리고 게인이 높은 제3 화상 데이터를 선택하면 된다. 예를 들면, 조사광의 조도가 높은(밝은) 경우, 신호 처리 회로(108)는, 노광 시간이 짧고 그리고 게인이 낮은 제2 화상 데이터를 선택하면 된다.

이와 같이, 변형예 2에서는, 노광 시간과 입력 용량 게인의 조합에 의해, 고체 촬상 소자(100)에서 검출 가능한 화소 신호의 다이나믹 레인지가 넓어진다.

(변형예 3)

도 14은, 변형예 3에 의한 고체 촬상 소자(100)의 동작예를 나타내는 타이밍이도다. 도 15는, 변형예 3에 의한 참조 신호와 입력 용량 게인의 조합을 나타내는 표이다.

상기 실시 형태에 있어서, 참조 신호(RAMP)의 전압은, 거의 같은 기울기로 선형적으로 증가 또는 감소하고 있지만, 참조 신호(RAMP)의 기울기는, 전환해도 된다. 예를 들면, 도 14은, 도 10의 t9~t10의 참조 신호(RAMP)를 나타내고 있다. 참조 신호(RAMPa)는, 비교적 작은 기울기로 선형적으로 감소하고, 참조 신호(RAMPb)는, 비교적 큰 기울기로 선형적으로 감소한다.

참조 신호(RAMPa, RAMPb)는, DAC(104)에서 전환한다. 화소 신호(VSL)의 전압 레벨이 임계값보다 높은 저조도의 조사광은, 참조 신호(RAMPa)에 의해 고감도로 검출한다. 한편, 화소 신호(VSL)의 전압 레벨이 임계값보다 낮은 고조도의 조사광은, 참조 신호(RAMPb)에 의해 비교적 단시간(저소비 전력)에서 검출될 수 있다.

도 15에 나타낸 바와 같이, 변형예 3에서는, 본 실시형태에 의한 입력 용량 게인(Ga, Gb)에, 참조 신호(RAMPa, RAMPb)를 조합하고 있다. 즉, ADC군(105a, 105b)은, 참조 신호(RAMPa 또는 RAMPb)를 사용하여, 화소 신호(VSL)를 입력 용량 게인(Ga, Gb)으로 검출한다. 이에 의해, 변형예 3은, 제2변형예와 마찬가지로, 합계 4종류의 제1 ~ 제4 화상 데이터가 얻어진다. 즉, 제1 화상 데이터는, 화소 신호(VSL)를, 참조 신호(RAMPa)를 사용하여 비교적 낮은 입력 용량 게인(Ga)으로 검출한 화상 데이터이다. 제2 화상 데이터는, 화소 신호(VSL)를, 참조 신호(RAMPb)를 사용하여 비교적 낮은 입력 용량 게인(Ga)으로 검출한 화상 데이터이다. 제3 화상 데이터는, 화소 신호(VSL)를, 참조 신호(RAMPa)를 사용하여 비교적 높은 입력 용량 게인(Gb)으로 검출한 화상 데이터이다. 제4 화상 데이터는, 화소 신호(VSL)를, 참조 신호(RAMPb)를 사용하여 비교적 높은 입력 용량 게인(Gb)으로 검출한 화상 데이터이다.

신호 처리 회로(108)는, 이들 4개의 화상 데이터로부터 적절한 화상 데이터를 선택하거나, 또는, 이들 4개의 화상 데이터 중 복수의 화상 데이터를 합성하여 하나의 화상 데이터를 생성한다. 예를 들면, 조사광의 조도가 낮은(어두운) 경우, 신호 처리 회로(108)는, 기울기가 작은 참조 신호(RAMPa)를 사용하여 고게인(Gb)으로 검출된 제3 화상 데이터를 선택하면 된다. 예를 들면, 조사광의 조도가 높은(밝은) 경우, 신호 처리 회로(108)는, 기울기가 큰 참조 신호(RAMPb)를 사용하여 저게인(Ga)으로 검출된 제2 화상 데이터를 선택하면 된다.

이와 같이, 변형예 3에서는, 참조 신호와 입력 용량 게인의 조합에 의해, 고체 촬상 소자(100)에서 검출 가능한 화소 신호의 다이나믹 레인지가 넓어진다.

변형예 1~3은, 제1 ~ 제5 실시 형태의 어느 것에도 적용 가능하다. 또한, 변형예 1~3을 서로 조합하여도 좋다. 예를 들면, 변형예 2, 3을 조합함으로써, 노광 시간, 참조 신호 및 입력 용량 게인의 조합에 의해, 고체 촬상 소자(100)에서 검출 가능한 화소 신호의 다이나믹 레인지를 더욱 넓게 할 수 있다.

(제5 실시 형태)

도 16은, 제5 실시 형태에 의한 고체 촬상 소자(100)의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 17은, 제5 실시 형태에 의한 ADC군(105a, 105b)의 구성예를 나타내는 블록도이다. 제5 실시 형태에 의한 고체 촬상 소자(100)는, 조사광의 조도에 따라, ADC군(105a, 105b)의 게인의 스위칭 또는 제어를 행한다. 이를 위해, 고체 촬상 소자(100)는, 제어부(130)와, 레지스터(140)를 더 구비한다.

신호 처리 회로(108)는, 촬상하기 전에, 앰프 회로(107)로부터 공급되는 화소 신호에 기초하여, 화소부(101)에 조사되는 입사광의 조도를 검출한다. 신호 처리 회로(108)는, 화소부(101)의 전부 또는 일부의 화소 신호를 사용하여, 조도를 취득한다. 조도는, 화상 데이터 정도의 해상도를 필요로 하지 않기 때문에, CDS를 행할 필요는 없고, 참조 신호(RAMP)의 경사도 가팔라도 된다. 따라서, 조도는, 단시간에서 검출 가능하다. 신호 처리 회로(108)는, 소정의 화소로부터의 화소 신호의 통계값(예를 들면, 평균, 중앙값, 최빈값)에 기초하여 조도 데이터를 계산해도 된다. 통계값은, 임의의 선형 또는 비선형 연산에 의해 보간하여도 된다. 한편, 조도 검출 및 연산은, 고체 촬상 소자(100)의 외부에서 행해도 된다.

제어부(130)는, 신호 처리 회로(108)로부터 조도 데이터를 얻고, 레지스터(140)로부터의 설정 데이터에 기초하여 DAC(104) 및/또는 용량부(120a, 120b)의 설정을 변경한다. 예를 들면, 조도가 임계값보다 낮을 경우, 제어부(130)는, 용량부(120a, 120b)의 입력 용량 소자(Cvsla, Cvslb)의 용량을 크게 하고, 입력 용량 게인을 상승시킨다. 조도가 임계값 이상인 경우, 제어부(130)는, 용량부(120a, 120b)의 입력 용량 소자(Cvsla, Cvslb)의 용량을 작게 하고, 입력 용량 게인을 저하시킨다. 한편, 제어부(130) 및 레지스터(140)는, 고체 촬상 소자(100)의 내부 또는 외부의 어디에 설치되어 있어도 된다.

도 18은, 입력 용량 소자(Cvsla, Cvslb)의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다. 입력 용량 소자(Cvsla, Cvslb)는, 스위치(SWc1, SWc2)를 통해서 병렬로 접속된 복수의 용량 소자(Ce)로 구성된 가변 용량 소자이다. 제어부(130)로부터의 SW 제어 신호는, 스위치(SWc1, SWc2)를 온 또는 오프로 제어하고, 병렬 접속되는 용량 소자(Ce)의 개수를 제어한다. 이에 의해, 입력 용량 소자(Cvsla, Cvslb)의 용량을 변경할 수 있다. 한편, 스위치(SWc1, SWc2) 및 용량 소자(Ce)의 개수는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 도 18의 구성은, 입력 용량 소자(Crmpa, Crmpb)에 적용해도 된다.

도 17을 다시 참조한다. 레지스터(140)는, 조도의 임계값을 미리 저장하고 있고, 그 임계값을 설정 데이터로서 제어부(130)에 송신한다. 레지스터(140)는, 복수의 임계값을 저장해도 된다. 이에 의해, 제어부(130)는, 도 18의 복수의 스위치(SWc1, SWc2)를 제어하고, 입력 용량 소자(Cvsla, Cvslb)의 용량을 단계적으로 제어할 수 있다. 예를 들면, 조도가 제1 임계값을 하회했을 경우에, 제어부(130)는, 스위치(SWc1)를 온으로 하고, 조도가 제2 임계값(< 제1 임계값)을 더 하회했을 경우에, 제어부(130)는, 스위치(SWc2)을 더 온으로 하여도 된다.

제어부(130)가 용량부(120a, 120b)의 입력 용량 게인을 설정한 후, 화소부(101)는, 설정된 입력 용량 게인으로 촬상을 실행하고, 신호 처리 회로(108)는 화소 신호를 변환하여 화상 데이터를 출력한다.

도 19는, 제5 실시 형태에 의한 고체 촬상 소자(100)의 동작을 나타내는 플로우차트이다. 고체 촬상 소자(100)는, 프레임마다, 화소부(101)에의 조사광의 조도를 계측하고, 그 후, 촬상을 실행한다.

어느 프레임의 촬상에 있어서, 먼저, 수직 주사 회로(103)가 화소부(101)의 판독행을 설정한다 (S100). 다음으로, 화소부(101)의 화소행이 검출한 조사광에 기초하여 화소 신호를 출력한다(S110). 다음으로, ADC군(105a, 105b)이 화소 신호를 AD 변환한다(S120). 다음으로, 래치 회로(123)가 AD 변환된 조도 데이터를 신호 처리 회로(108)에 출력한다(S130). 스텝 S100~S130은, 화소부(101)의 최종행까지 실행된다 (S140의 NO).

신호 처리 회로(108)가 화소부(101)의 최종행까지 조도 데이터를 취득하면(S140의 YES), 신호 처리 회로(108)는, 그 프레임 전체의 조도 데이터를 생성하고(S150), 조도 데이터를 제어부(130)에 출력한다(S160). 다음으로, 제어부(130)가 레지스터(140)로부터의 설정 데이터에 기초하여 조도를 판단하고, 조도에 따른 SW 제어 신호 또는 DAC 제어 신호를 화소행마다 설정하여 출력한다. 용량부(120a, 120b)의 입력 용량 게인은, SW 제어 신호에 의해 제어된다. 또는, DAC(104)로부터의 참조 신호(RAMP)의 기울기는, DAC 제어 신호에 의해 제어된다.

다음으로, 고체 촬상 소자(100)는, 그 프레임의 촬상을 시작한다.

스텝 S180~S220은, 스텝 S100~S140와 마찬가지이다.

다음으로, 신호 처리 회로(108)는, 그 프레임 전체의 화상 데이터를 생성하고(S230), 해당 화상 데이터를 고체 촬상 소자(100)의 외부에 출력한다(S240). 이에 의해, 화상 데이터는, 조사광의 조도에 따른 적절한 입력 용량 게인 또는 참조 신호(RAMP)로 생성될 수 있다.

이와 같이, 프레임마다, 조도 측정 및 촬상을 반복함으로써, 고체 촬상 소자(100)는, 프레임마다 최적의 게인으로 촬상할 수 있다. 한편, 조도 측정은, 반드시 각 프레임에서 실행할 필요는 없고, 예를 들면, 수 프레임마다 실행해도 된다.

화소부(101)를 사용하여 조도의 계측 및 촬상의 양쪽을 실행할 경우, 제어부(130)는, 용량부(120a, 120b)의 입력 용량 게인을, 조도를 계측하는 계측 모드와, 화상을 촬상하는 촬상 모드에서 전환해도 된다. 예를 들면, 계측 모드에서는, 저감도이고 단시간으로 화소 신호를 검출하면 되므로, 제어부(130)는, 입력 용량 게인은 저하시켜도 된다. 또는, 계측 모드에서는, 신호 처리 회로(108)는, 저게인을 사용하여 얻어진 출력 신호(OUTa)를 선택해도 된다.

제어부(130)는, 스위치(SWc1, SWc2)와 함께, 또는 그것에 대신하여 DAC(104)를 제어해도 된다. 예를 들면, 제어부(130)는, DAC 제어 신호에 의해 참조 신호(RAMP)의 기울기를 변경한다. 이에 의해, 참조 신호(RAMP)의 기울기는, 조사광의 조도에 따라 변경할 수 있고, 상기 변형예 3과 같은 동작이 가능해진다.

또한, 제1 ~ 제4 실시 형태에서는, 신호 처리 회로(108)가 출력 신호(OUTa, OUTb)의 선택을 행하고 있다. 이 경우, 신호 처리 회로(108)는, 검출된 조도에 따라 출력 신호(OUTa, OUTb)의 선택을 행해도 된다.

본 개시에 관한 기술(본 기술)은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 자동차, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 오토바이차, 자전거, 퍼스널 모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇 등의 어느 하나의 종류의 이동체에 탑재되는 장치로서 실현되어도 된다.

도 20은, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 일 예인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성예를 나타내는 블록도이다.

차량 제어 시스템(12000)은 통신 네트워크(12001)를 거쳐 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 20에 나타낸 예에서는, 차량 제어 시스템(12000)은 구동계 제어 유닛(12010), 보디계 제어 유닛(12020), 차외 정보 검출 유닛(12030), 차내 정보 검출 유닛(12040), 및 통합 제어 유닛(12050)을 구비한다. 또한, 통합 제어 유닛(12050)의 기능 구성으로서, 마이크로컴퓨터(12051), 음성 화상 출력부(12052), 및 차재 네트워크 I/F(Interface)(12053)가 도시되어 있다.

구동계 제어 유닛(12010)은 각종 프로그램에 따라 차량의 구동계에 관련하는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 구동계 제어 유닛(12010)은, 내연기관 또는 구동용 모터 등의 차량의 구동력을 발생시키기 위한 구동력 발생 장치, 구동력을 차륜에 전달하기 위한 구동력 전달 기구, 차량의 타각을 조절하는 스티어링 기구, 및 차량의 제동력을 발생시키는 제동 장치 등의 제어 장치로서 기능한다.

보디계 제어 유닛(12020)은 각종 프로그램에 따라 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 보디계 제어 유닛(12020)은 키리스 엔트리(keyless entry) 시스템, 스마트 키 시스템, 파워 윈도우 장치, 또는 헤드 램프, 백 램프, 브레이크 램프, 깜빡이 또는 안개등 등의 각종 램프의 제어장치로서 기능한다. 이 경우, 보디계 제어 유닛(12020)에는, 키를 대체하는 휴대기로부터 발신되는 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다. 보디계 제어 유닛(12020)은 이들 전파 또는 신호의 입력을 수신하여, 차량의 도어록 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.

차외 정보 검출 유닛(12030)은 차량 제어 시스템(12000)을 탑재한 차량의 외부의 정보를 검출한다. 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(12030)에는, 촬상부(12031)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은 촬상부(12031)에 차 밖의 화상을 촬상시키고, 촬상된 화상을 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 수신한 화상에 기초하여, 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면 상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행해도 된다.

본 개시에 의한 고체 촬상 장치(100)는, 촬상부(12031)에 구비되어 있어도 된다.

촬상부(12031)는 광을 수광하고, 그 광의 수광량에 따른 전기 신호를 출력하는 광 센서이다. 촬상부(12031)는, 전기 신호를 화상으로서 출력할 수도 있고, 측거의 정보로서 출력할 수도 있다. 또한, 촬상부(12031)가 수광하는 광은 가시광이어도 되고, 적외선 등의 비가시광이어도 된다.

본 개시에 의한 고체 촬상 장치(100)는, 촬상부(12031)이어도 되고, 또는 촬상부(12031)와는 별체로서 설치되어 있어도 된다.

차내 정보 검출 유닛(12040)은, 차내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)에는, 예를 들면, 운전자의 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(12041)가 접속된다. 운전자 상태 검출부(12041)는, 예를 들면, 운전자를 촬상하는 카메라를 포함한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)은, 운전자 상태 검출부(12041)로부터 입력되는 검출 정보에 기초하여 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출해도 되고, 운전자가 졸고 있지 않은지를 판별해도 된다.

마이크로컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차내외의 정보에 기초하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표값을 연산하여, 구동계 제어 유닛(12010)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로컴퓨터(12051)는, 차량의 충돌 회피 또는 충격 완화, 차간거리에 기초하는 추종 주행, 차속 유지 주행, 차량의 충돌 경고, 또는 차량의 차선 일탈 경고 등을 포함하는 ADAS(Advanced Driver Assistance System)의 기능 실현을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.

또한, 마이크로컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차량 주위의 정보에 기초하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어함으로써, 운전자의 조작에 의하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.

또한, 마이크로컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득되는 차외의 정보에 기초하여, 보디계 제어 유닛(12020)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)으로 검지한 선행차 또는 대향차의 위치에 따라 헤드 램프를 제어하여, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 눈부심 방지를 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.

음성 화상 출력부(12052)는, 차량의 탑승자 또는 차외에 대해, 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력장치로 음성 및 화상 중 적어도 일방의 출력 신호를 송신한다. 출력장치로서, 오디오 스피커(12061), 표시부(12062) 및 인스트루먼트 패널(12063)이 예시되고 있다. 표시부(12062)는, 예를 들면, 온 보드 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이 중 적어도 하나를 포함하고 있어도 된다.

도 21은 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 나타내는 도면이다.

도 21에서는, 차량(12100)은, 촬상부(12031)로서, 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104 및 12105)를 갖는다.

촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는, 예를 들면, 차량(12100)의 프런트 노즈, 사이드 미러, 리어범퍼, 백 도어 및 차실내의 프런트 글래스의 상부 등의 위치에 설치된다. 프런트 노즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실내의 프런트 글래스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 차량(12100)의 전방의 화상을 취득한다. 사이드 미러에 구비되는 촬상부(12102, 12103)는, 주로 차량(12100)의 측방의 화상을 취득한다. 리어범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(12104)는, 주로 차량(12100)의 후방의 화상을 취득한다. 촬상부(12101 및 12105)에서 취득되는 전방의 화상은, 주로 선행 차량 또는 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 이용된다.

또한, 도 21에는 촬상부(12101 내지 12104)의 촬영 범위의 일례가 도시되어 있다. 촬상 범위(12111)는, 프런트 노즈에 설치된 촬상부(12101)의 촬상 범위를 나타낸다. 촬상 범위(12112, 12113)는, 각각 사이드 미러에 설치된 촬상부(12102, 12103)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12114)는, 리어범퍼 또는 백 도어에 설치된 촬상부(12104)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)로 촬상된 화상 데이터가 중첩됨으로써, 차량(12100)을 상방으로부터 본 부감 화상을 얻을 수 있다.

촬상부(12101 내지 12104) 중 적어도 하나는 거리 정보를 취득하는 기능을 가지고 있어도 된다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104) 중 적어도 하나는 복수의 촬상 소자로 이루어지는 스테레오 카메라여도 되고, 위상차 검출용의 화소를 가지는 촬상 소자여도 된다.

예를 들면, 마이크로컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어지는 거리 정보를 기초로, 촬상 범위(12111 내지 12114) 내에 있어서의 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(12100)에 대한 상대속도)를 구함으로써, 특히 차량(12100)의 진행로 상에 있는 가장 가까운 입체물로, 차량(12100)과 대략 같은 방향으로 소정의 속도(예를 들면, 0km/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로컴퓨터(12051)는, 선행차와의 사이에서 미리 확보해야 하는 차간거리를 설정하고, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함함)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함함) 등을 행할 수 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 의하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.

예를 들면, 마이크로컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 바탕으로, 입체물에 관한 입체물 데이터를, 이륜차, 보통 차량, 대형차량, 보행자, 전신주 등 그 외의 입체물로 분류하여 추출하고, 장애물의 자동 회피에 이용할 수 있다. 예를 들면, 마이크로컴퓨터(12051)는, 차량(12100) 주변의 장애물을, 차량(12100)의 드라이버가 시인 가능한 장애물과 시인 곤란한 장애물로 식별한다. 그리고, 마이크로컴퓨터(12051)는, 각 장애물과의 충돌 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하여, 충돌 리스크가 설정값 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황일 때에는, 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 통해 드라이버에 경보를 출력하거나, 구동계 제어 유닛(12010)을 통해 강제 감속이나 회피 조타를 행함으로써, 충돌 회피를 위한 운전 지원을 행할 수 있다.

촬상부(12101 내지 12104) 중 적어도 하나는, 적외선을 검출하는 적외선 카메라여도 된다. 예를 들면, 마이크로컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재하는지 아닌지를 판정함으로써 보행자를 인식할 수 있다. 이러한 보행자의 인식은, 예를 들면, 적외선 카메라로서의 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상에 있어서의 특징점을 추출하는 절차와, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 행하여 보행자인지 아닌지를 판별하는 절차에 의해 행해진다. 마이크로컴퓨터(12051)가, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한다고 판정하여, 보행자를 인식하면, 음성 화상 출력부(12052)는, 당해 인식된 보행자에게 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록, 표시부(12062)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(12052)는, 보행자를 나타내는 아이콘 등을 원하는 위치에 표시하도록 표시부(12062)를 제어해도 된다.

이상, 본 개시에 관한 기술은, 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(12030)에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에, 상술한 촬상부(12031)를 실장할 수 있다. 촬상부(12031)에, 본 개시에 관한 기술을 적용함으로써, 폭넓은 밝기 다이나믹 레인지의 환경에 있어서, 정확한 거리 정보를 얻을 수 있고, 차량(12100)의 기능성 및 안전성을 높일 수 있다.

한편, 본 기술은, 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.

(1)

복수의 화소를 포함하는 화소부와,

상기 화소의 화소 신호를 전달하는 화소 신호선과,

상기 화소 신호와 비교되는 참조 신호를 전달하는 참조 신호선과,

상기 화소 신호와 상기 참조 신호의 전압차에 기초하여 해당 화소 신호에 따른 제1 출력 신호를 출력하는 제1 비교기와,

상기 화소 신호와 상기 참조 신호의 전압차에 기초하여 해당 화소 신호에 따른 제2 출력 신호를 출력하는 제2 비교기와,

상기 화소 신호선 또는 상기 참조 신호선과 상기 제1 비교기의 사이에 설치되고, 제1 게인으로 설정된 제1 용량부와,

상기 화소 신호선 또는 상기 참조 신호선과 상기 제2 비교기의 사이에 설치되고, 제2 게인으로 설정된 제2 용량부를 구비하는 고체 촬상 소자.

(2)

상기 제1 용량부는,

상기 참조 신호선과 상기 제1 비교기의 사이에 설치된 제1 입력 용량 소자와,

상기 화소 신호선과 상기 제1 비교기의 사이에 설치된 제2 입력 용량 소자를 포함하고,

상기 제2 용량부는,

상기 참조 신호선과 상기 제2 비교기의 사이에 설치된 제3 입력 용량 소자와,

상기 화소 신호선과 상기 제2 비교기의 사이에 설치된 제4 입력 용량 소자를 포함하는, (1)에 기재된 고체 촬상 소자.

(3)

상기 제1 입력 용량 소자와 상기 제2 입력 용량 소자의 용량비는, 상기 제3 입력 용량 소자와 상기 제4 입력 용량 소자의 용량비와 다른, (2)에 기재된 고체 촬상 소자.

(4)

상기 제1 및 제3 입력 용량 소자의 용량은 거의 같고, 상기 제2 및 제4 입력 용량 소자의 용량이 서로 다른, (2) 또는 (3)에 기재된 고체 촬상 소자.

(5)

상기 제1 용량부의 게인은, 상기 제1 입력 용량 소자와 상기 제2 입력 용량 소자와의 용량비에 의해 결정되고,

상기 제2 용량부의 게인은, 상기 제3 입력 용량 소자와 상기 제4 입력 용량 소자와의 용량비에 의해 결정되는, (3) 또는 (4)에 기재된 고체 촬상 소자.

(6)

상기 제1 및 제3 입력 용량 소자의 각각의 일단은, 상기 참조 신호선에 공통으로 접속되어 있고,

상기 제2 및 제4 입력 용량 소자의 각각의 일단은, 상기 화소 신호선에 공통으로 접속되어 있고,

상기 제1 비교기는, 게이트가 상기 제1 및 제2 입력 용량 소자의 타단에 공통으로 접속된 제1 트랜지스터를 포함하고,

상기 제2 비교기는, 게이트가 상기 제3 및 제4 입력 용량 소자의 타단에 공통으로 접속된 제2 트랜지스터를 포함하는, (2) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.

(7)

상기 제1 비교기는, 상기 제1 트랜지스터의 일단에 접속된 제1 정전류원을 더 포함하고, 상기 제1 트랜지스터와 상기 제1 정전류원의 사이로부터 상기 제1 출력 신호를 출력하고,

상기 제2 비교기는, 상기 제2 트랜지스터의 일단에 접속된 제2 정전류원을 더 포함하고, 상기 제2 트랜지스터와 상기 제2 정전류원의 사이로부터 상기 제2 출력 신호를 출력하는, (6)에 기재된 고체 촬상 소자.

(8)

상기 제1 비교기는, 상기 제1 트랜지스터의 일단에 접속된 제1 정전류원과, 해당 제1 정전류원에 일단이 접속된 제3 트랜지스터와, 상기 제1 및 제3 트랜지스터의 타단에 접속된 제1 미러 회로를 더 포함하고, 상기 제3 트랜지스터와 상기 제1 미러 회로의 사이로부터 상기 제1 출력 신호를 출력하고,

상기 제2 비교기는, 상기 제2 트랜지스터의 일단에 접속된 제2 정전류원과, 해당 제2 정전류원에 일단이 접속된 제4 트랜지스터와, 상기 제1 및 제4 트랜지스터의 타단에 접속된 제2 미러 회로를 더 포함하고, 상기 제4 트랜지스터와 상기 제2 미러 회로의 사이로부터 상기 제2 출력 신호를 출력하는, (6)에 기재된 고체 촬상 소자.

(9)

상기 제1 비교기는, 게이트가 상기 제1 입력 용량 소자에 접속되고, 일단이 상기 제2 입력 용량 소자에 접속된 제1 트랜지스터를 포함하고,

상기 제2 비교기는, 게이트가 상기 제3 입력 용량 소자에 접속되고, 일단이 상기 제4 입력 용량 소자에 접속된 제2 트랜지스터를 포함하는, (2)에 기재된 고체 촬상 소자.

(10)

상기 제1 및 제3 입력 용량 소자는, 상기 참조 신호선에 공통으로 접속되어 있고,

상기 제1 및 제2 트랜지스터의 각 일단은, 각각 상기 제2 및 제4 입력 용량 소자를 통해서 화소 신호를 수취하는, (9)에 기재된 고체 촬상 소자.

(11)

상기 제1 및 제3 입력 용량 소자에 동일한 상기 참조 신호를 공급하는 참조 신호 생성부를 더 구비하는, (2) 내지 (10)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.

(12)

상기 화소부에의 조사광의 조도에 따라 상기 제1 또는 제2 출력 신호 중 어느 하나를 선택하여 화상 데이터로서 출력하는 신호 처리 회로를 더 구비하는, (1) 내지 (10)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.

(13)

상기 화소부에의 조사광의 조도에 따라 상기 화소부의 노광 시간을 변경하는 제어부를 더 구비하는, (1) 내지 (12)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.

(14)

상기 화소부에의 조사광의 조도에 따라 상기 참조 신호의 기울기를 제어하는 제어부를 더 구비하는, (1) 내지 (13)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.

(15)

상기 화소부에의 조사광의 조도에 따라 상기 제1 또는 제2 게인을 제어하는 제어부를 더 구비하는, (1) 내지 (14)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.

(16)

상기 화소부에의 조사광의 조도를 취득하는 신호 처리 회로(108)와,

해당 조도에 따라 상기 제1 또는 상기 제2 게인을 설정하는 제어부(130)을 더 구비하고,

상기 화소부는, 설정된 상기 제1 또는 제2 게인으로 촬상을 실행하여 상기 화소 신호를 생성하고,

상기 신호 처리 회로는, 상기 화소 신호를 변환하여 화상 데이터를 생성하는, (1) 내지 (10)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.

(17)

상기 제1 및 제3 입력 용량 소자의 각각의 일단은, 상기 참조 신호선에 공통으로 접속되어 있고,

상기 제2 및 제4 입력 용량 소자의 각각의 일단은, 상기 화소 신호선에 공통으로 접속되어 있고,

상기 제1 비교기는, 게이트가 상기 제1 입력 용량 소자의 타단에 접속된 제1 트랜지스터와, 게이트가 상기 제2 입력 용량 소자의 타단에 접속된 제3 트랜지스터를 포함하고,

상기 제2 비교기는, 게이트가 상기 제3 입력 용량 소자의 타단에 접속된 제2 트랜지스터와, 게이트가 상기 제4 입력 용량 소자의 타단에 접속된 제4 트랜지스터를 포함하는, (2) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.

본 개시는, 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 개시의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다. 또한, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이며 한정되는 것은 아니고, 다른 효과가 있어도 된다.

101: 화소부
150: 화소
105a, 105b: ADC군
110: 수직 신호선
120a, 120b: 용량부
121a, 12lb: 비교기
Crmpa, Cvsla, Crmpb, Cvslb: 입력 용량 소자
Tp1a~Tp5a, Tp1b~Tp5b, Tn1a~Tn5a, Tn1b~Tn5b: 트랜지스터

Claims (17)

1. 복수의 화소를 포함하는 화소부와,
   상기 화소의 화소 신호를 전달하는 화소 신호선과,
   상기 화소 신호와 비교되는 참조 신호를 전달하는 참조 신호선과,
   상기 화소 신호와 상기 참조 신호의 전압차에 기초하여 해당 화소 신호에 따른 제1 출력 신호를 출력하는 제1 비교기와,
   상기 화소 신호와 상기 참조 신호의 전압차에 기초하여 해당 화소 신호에 따른 제2 출력 신호를 출력하는 제2 비교기와,
   상기 화소 신호선 또는 상기 참조 신호선과 상기 제1 비교기와의 사이에 설치되고, 제1 게인으로 설정된 제1 용량부와,
   상기 화소 신호선 또는 상기 참조 신호선과 상기 제2 비교기와의 사이에 설치되고, 제2 게인으로 설정된 제2 용량부
   를 구비하는 고체 촬상 소자.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 용량부는,
   상기 참조 신호선과 상기 제1 비교기의 사이에 설치된 제1 입력 용량 소자와,
   상기 화소 신호선과 상기 제1 비교기의 사이에 설치된 제2 입력 용량 소자를 포함하고,
   상기 제2 용량부는,
   상기 참조 신호선과 상기 제2 비교기의 사이에 설치된 제3 입력 용량 소자와,
   상기 화소 신호선과 상기 제2 비교기의 사이에 설치된 제4 입력 용량 소자를 포함하는 고체 촬상 소자.
3. 제2항에 있어서,　
   상기 제1 입력 용량 소자와 상기 제2 입력 용량 소자의 용량비는, 상기 제3 입력 용량 소자와 상기 제4 입력 용량 소자의 용량비와 다른, 고체 촬상 소자.
4. 제2항에 있어서,　
   상기 제1 및 제3 입력 용량 소자의 용량은 실질적으로 같고, 상기 제2 및 제4 입력 용량 소자의 용량이 서로 다른, 고체 촬상 소자.
5. 제3항에 있어서,　
   상기 제1 용량부의 게인은, 상기 제1 입력 용량 소자와 상기 제2 입력 용량 소자의 용량비에 의해 결정되고,
   상기 제2 용량부의 게인은, 상기 제3 입력 용량 소자와 상기 제4 입력 용량 소자의 용량비에 의해 결정되는, 고체 촬상 소자.
6. 제2항에 있어서,　
   상기 제1 및 제3 입력 용량 소자의 각각의 일단은, 상기 참조 신호선에 공통으로 접속되어 있고,
   상기 제2 및 제4 입력 용량 소자의 각각의 일단은, 상기 화소 신호선에 공통으로 접속되어 있고,
   상기 제1 비교기는, 게이트가 상기 제1 및 제2 입력 용량 소자의 타단에 공통으로 접속된 제1 트랜지스터를 포함하고,
   상기 제2 비교기는, 게이트가 상기 제3 및 제4 입력 용량 소자의 타단에 공통으로 접속된 제2 트랜지스터를 포함하는, 고체 촬상 소자.
7. 제6항에 있어서,　
   상기 제1 비교기는, 상기 제1 트랜지스터의 일단에 접속된 제1 정전류원을 더 포함하고, 상기 제1 트랜지스터와 상기 제1 정전류원의 사이로부터 상기 제1 출력 신호를 출력하고,
   상기 제2 비교기는, 상기 제2 트랜지스터의 일단에 접속된 제2 정전류원을 더 포함하고, 상기 제2 트랜지스터와 상기 제2 정전류원의 사이로부터 상기 제2 출력 신호를 출력하는, 고체 촬상 소자.
8. 제6항에 있어서,
   상기 제1 비교기는, 상기 제1 트랜지스터의 일단에 접속된 제1 정전류원과, 상기 제1 정전류원에 일단이 접속된 제3 트랜지스터와, 상기 제1 및 제3 트랜지스터의 타단에 접속된 제1 미러 회로를 더 포함하고, 상기 제3 트랜지스터와 상기 제1 미러 회로의 사이로부터 상기 제1 출력 신호를 출력하고,
   상기 제2 비교기는, 상기 제2 트랜지스터의 일단에 접속된 제2 정전류원과, 상기 제2 정전류원에 일단이 접속된 제4 트랜지스터와, 상기 제1 및 제4 트랜지스터의 타단에 접속된 제2 미러 회로를 더 포함하고, 상기 제4 트랜지스터와 상기 제2 미러 회로의 사이로부터 상기 제2 출력 신호를 출력하는, 고체 촬상 소자.
9. 제2항에 있어서,　
   상기 제1 비교기는, 게이트가 상기 제1 및 제2 입력 용량 소자의 일단에 접속되고, 일단이 상기 화소 신호선에 접속된 제1 트랜지스터를 포함하고,
   상기 제2 비교기는, 게이트가 상기 제3 및 제4 입력 용량 소자의 일단에 접속되고, 일단이 상기 화소 신호선에 접속된 제2 트랜지스터를 포함하는, 고체 촬상 소자.
10. 제9항에 있어서,　
    상기 제1 및 제3 입력 용량 소자의 타단은, 상기 참조 신호선에 공통으로 접속되어 있고,
    상기 제2 및 제4 입력 용량 소자의 타단은, 접지되어 있고,
    상기 제1 및 제2 트랜지스터의 각 일단은, 각각 상기 화소 신호선으로부터 동일 화소 신호를 수취하는, 고체 촬상 소자.
11. 제2항에 있어서,　
    상기 제1 및 제3 입력 용량 소자에 동일한 상기 참조 신호를 공급하는 참조 신호 생성부를 더 구비하는, 고체 촬상 소자.
12. 제1항에 있어서,　
    상기 화소부에의 조사광의 조도에 따라 상기 제1 또는 제2 출력 신호 중 어느 하나를 선택하여 화상 데이터로서 출력하는 신호 처리 회로를 더 구비하는, 고체 촬상 소자.
13. 제1항에 있어서,　
    상기 화소부에의 조사광의 조도에 따라 상기 화소부의 노광 시간을 변경하는 제어부를 더 구비하는, 고체 촬상 소자.
14. 제1항에 있어서,　
    상기 화소부에의 조사광의 조도에 따라 상기 참조 신호의 기울기를 제어하는 제어부를 더 구비하는, 고체 촬상 소자.
15. 제1항에 있어서,　
    상기 화소부에의 조사광의 조도에 따라 상기 제1 또는 제2 게인을 제어하는 제어부를 더 구비하는, 고체 촬상 소자.
16. 제1항에 있어서,　
    상기 화소부에의 조사광의 조도를 취득하는 신호 처리 회로와,
    해당 조도에 따라 상기 제1 또는 상기 제2 게인을 설정하는 제어부를 더 구비하고,
    상기 화소부는, 설정된 상기 제1 또는 제2 게인으로 촬상을 실행하여 상기 화소 신호를 생성하고,
    상기 신호 처리 회로는, 상기 화소 신호를 변환하여 화상 데이터를 생성하는, 고체 촬상 소자.
17. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제3 입력 용량 소자의 각각의 일단은, 상기 참조 신호선에 공통으로 접속되어 있고,
    상기 제2 및 제4 입력 용량 소자의 각각의 일단은, 상기 화소 신호선에 공통으로 접속되어 있고,
    상기 제1 비교기는, 게이트가 상기 제1 입력 용량 소자의 타단에 접속된 제1 트랜지스터와, 게이트가 상기 제2 입력 용량 소자의 타단에 접속된 제3 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제2 비교기는, 게이트가 상기 제3 입력 용량 소자의 타단에 접속된 제2 트랜지스터와, 게이트가 상기 제4 입력 용량 소자의 타단에 접속된 제4 트랜지스터를 포함하는, 고체 촬상 소자.

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