DE112019002905T5

DE112019002905T5 - Bildgebungsvorrichtung, steuerungsverfahren für eine bildgebungsvorrichtung und elektronische einrichtung

Info

Publication number: DE112019002905T5
Application number: DE112019002905.3T
Authority: DE
Inventors: Naoto Nagaki; Takashi Yokokawa; Atsushi Kitahara; Yukiyasu Tatsuzawa
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2018-06-08
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2021-03-18
Also published as: JP2021153210A; TWI827594B; TW202002615A; CN112204952A; WO2019235033A1; KR20210018247A; US20210218925A1; CN115665575A; CN115665575B

Abstract

[Problem] Bereitstellung einer Bildgebungsvorrichtung, die imstande ist, ein Bild mit reduziertem Rauschen zu erzeugen. [Lösung] Bereitgestellt wird eine Bildgebungsvorrichtung, welche umfasst: eine Signalausgabeeinheit, die dafür konfiguriert ist, ein vorbestimmtes Signal abzugeben; eine Schalteinheit, die dafür konfiguriert ist, entweder eine Ausgabe von der Signalausgabeeinheit oder eine Ausgabe von einem Pixel-Array, das dafür konfiguriert ist, durch fotoelektrische Umwandlung ein Pixelsignal abzugeben, in einer schaltenden Weise auszugeben; und eine Signalverarbeitungseinheit, die dafür konfiguriert ist, unter Verwendung einer Ausgabe von der Schalteinheit eine Signalverarbeitung auszuführen.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Bildgebungsvorrichtung, ein Steuerungsverfahren für eine Bildgebungsvorrichtung und eine elektronische Einrichtung.
Hintergrund
Ein herkömmlicher CMOS-Bildsensor vergleicht mittels eines Komparators ein analoges Pixelsignal mit einem Referenzsignal mit einer linear abnehmenden Rampenwellenform und zählt eine Zeit, die das Referenzsignal benötigt, um unter das Pixelsignal zu fallen, um das Pixelsignal einer AD- (Analog-Digital-) Umwandlung zu unterziehen (z.B. siehe Patentliteratur 1).
Zitatliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 2009-124513 A
Zusammenfassung
Technisches Problem
Variationen in einer im Komparator oder dergleichen des CMOS-Bildsensors verwendeten Analogschaltung verursachen ein Phänomen eines Rauschens mit festem Muster. Wenn insbesondere eine Stromversorgungsspannung des Komparators verringert wird, um den Leistungsverbrauch des CMOS-Bildsensors zu reduzieren, tritt mit größerer Wahrscheinlichkeit vertikales Linienrauschen auftreten.
Folglich schlägt die vorliegende Offenbarung eine Bildgebungsvorrichtung, ein Steuerungsverfahren für eine Bildgebungsvorrichtung und eine elektronische Einrichtung vor, die neu und verbessert und imstande sind, ein Bild mit reduziertem Rauschen erzeugen können.
Lösung für das Problem
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird eine Bildgebungsvorrichtung geschaffen. Die Bildgebungsvorrichtung enthält ein Pixel-Array, das eine Vielzahl von Pixeln enthält, die jeweils dafür konfiguriert sind, ein Pixelsignal durch fotoelektrische Umwandlung abzugeben, eine Signalausgabeeinheit, die dafür konfiguriert ist, ein vorbestimmtes Signal abzugeben, eine Schalteinheit, die dafür konfiguriert ist, entweder eine Ausgabe von der Signalausgabeeinheit oder eine Ausgabe basierend auf dem Pixelsignal in einer schaltenden Weise abzugeben, und eine AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit, die dafür konfiguriert ist, unter Verwendung einer Ausgabe von der Schalteinheit eine AD-Umwandlung auszuführen.
Außerdem wird gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Steuerungsverfahren für eine Bildgebungsvorrichtung zum Steuern einer Bildgebungsvorrichtung geschaffen. Die Bildgebungsvorrichtung enthält ein Pixel-Array, das eine Vielzahl von Pixeln enthält, die jeweils dafür konfiguriert sind, ein Pixelsignal durch fotoelektrische Umwandlung abzugeben, eine Signalausgabeeinheit, die dafür konfiguriert ist, ein vorbestimmtes Signal abzugeben, eine Schalteinheit, die dafür konfiguriert ist, entweder eine Ausgabe von der Signalausgabeeinheit oder eine Ausgabe basierend auf dem Pixelsignal in einer schaltenden Weise auszugeben, und eine AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit, die dafür konfiguriert ist, unter Verwendung einer Ausgabe von der Schalteinheit eine AD-Umwandlung auszuführen. Das Verfahren umfasst ein Durchführen einer Steuerung zum Schalten der Schalteinheit, um die Ausgabe von der Signalausgabeeinheit zur AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit auszugeben, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.
Außerdem enthält gemäß der vorliegenden Offenbarung eine elektronische Einrichtung eine Bildgebungsvorrichtung und eine Verarbeitungseinheit, die dafür konfiguriert ist, ein von der Bildgebungsvorrichtung abgegebenes Signal zu verarbeiten, wobei die Bildgebungsvorrichtung ein Pixel-Array enthält, das eine Vielzahl von Pixeln enthält, die jeweils dafür konfiguriert sind, ein Pixelsignal durch fotoelektrische Umwandlung abzugeben, eine Signalausgabeeinheit, die dafür konfiguriert ist, ein vorbestimmtes Signal abzugeben, eine Schalteinheit, die dafür konfiguriert ist, entweder eine Ausgabe von der Signalausgabeeinheit oder eine Ausgabe basierend auf dem Pixelsignal in einer schaltenden Weise auszugeben, und eine AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit, die dafür konfiguriert ist, unter Verwendung einer Ausgabe von der Schalteinheit eine AD-Umwandlung auszuführen.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Wie oben beschrieben wurde, kann die vorliegende Offenbarung eine Bildgebungsvorrichtung, ein Steuerungsverfahren für eine Bildgebungsvorrichtung und eine elektronische Einrichtung bereitstellen, die neu und verbessert und imstande sind, ein Bild mit reduziertem Rauschen zu erzeugen.
Man beachte, dass die Effekte der vorliegenden Offenbarung nicht notwendigerweise auf den obigen Effekt beschränkt sind. Die vorliegende Offenbarung kann zusätzlich zu dem obigen Effekt oder stattdessen jeden beliebigen, in der Beschreibung beschriebenen Effekt oder einen anderen Effekt, der der Beschreibung entnommen werden kann, erzielen.
Figurenliste

1 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines CMOS-Bildsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
2A ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines in einer Pixeleinheit enthaltenen Pixels veranschaulicht.
2B ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Spalten-Ausleseschaltung veranschaulicht.
3A ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Komparators von 1 veranschaulicht.
3B ist ein Diagramm, das einen Betriebspunkt des Komparators von 3A veranschaulicht.
4 ist ein Zeitsteuerungsdiagramm, das den Betrieb des Komparators beschreibt.
5 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Komparators veranschaulicht.
6 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel einer funktionalen Konfiguration einer Signalverarbeitungsschaltung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
7A ist ein Flussdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des CMOS-Bildsensors gemäß der Ausführungsform veranschaulicht.
7B ist ein Flussdiagramm, das das Betriebsbeispiel des CMOS-Bildsensors gemäß der Ausführungsform veranschaulicht.
8 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel einer Korrekturverarbeitung durch die Signalverarbeitungsschaltung veranschaulicht.
9 ist ein erläuterndes Diagramm, das den Betrieb des CMOS-Bildsensors gemäß der Ausführungsform auf Basis einer Zeitreihe veranschaulicht.
10 ist ein erläuterndes Diagramm, das Bildbeispiele einer Verarbeitung einer Korrektur am Anfang und einer Verarbeitung einer Every-V-Korrektur veranschaulicht.
11 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Komparators veranschaulicht.
12 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Komparators veranschaulicht.
13 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines in der Spalten-Ausleseschaltung enthaltenen SAR-ADC veranschaulicht ist.
14 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des in der Spalten-Ausleseschaltung enthaltenen SAR-ADC veranschaulicht ist.
15 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des CMOS-Bildsensors gemäß der Ausführungsform veranschaulicht.
16 ist ein Diagramm, das einen Überblick eines Konfigurationsbeispiels einer gestapelten Festkörper-Bildgebungseinrichtung veranschaulicht, für die die Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendbar ist.
17 ist eine Schnittansicht, die ein erstes Konfigurationsbeispiel der gestapelten Festkörper-Bildgebungseinrichtung veranschaulicht.
18 ist eine Schnittansicht, die ein zweites Konfigurationsbeispiel der gestapelten Festkörper-Bildgebungseinrichtung veranschaulicht.
19 ist eine Schnittansicht, die ein drittes Konfigurationsbeispiel der gestapelten Festkörper-Bildgebungseinrichtung veranschaulicht.
20 ist eine Schnittansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel der gestapelten Festkörper-Bildgebungseinrichtung veranschaulicht, für die die Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendbar ist.
21 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer elektronischen Einrichtung veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen wird hier im Folgenden eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Detail beschrieben. Man beachte, dass in der Beschreibung und den Zeichnungen Elemente mit im Wesentlichen der gleichen funktionalen Konfiguration mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, um eine redundante Beschreibung zu unterlassen.
Man beachte, dass die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge vorgenommen wird.

1. Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung
- 1.1 Konfigurationsbeispiel eines CMOS-Bildsensors
- 1.2 Betriebsbeispiel eines CMOS-Bildsensors
2. Konfigurationsbeispiel einer gestapelten Festkörper-Bildgebungseinrichtung
3. Zusammenfassung

<1. Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung>
[1.1. Konfigurationsbeispiel eines CMOS-Bildsensors]
Zunächst wird ein Konfigurationsbeispiel eines CMOS-Bildsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. 1 ist ein erläuterndes Diagramm, das das Konfigurationsbeispiel des CMOS-Bildsensors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Im Folgenden wird hier unter Bezugnahme auf 1 das Konfigurationsbeispiel des CMOS-Bildsensors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
Wie in 1 veranschaulicht ist, enthält ein CMOS-Bildsensor 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Pixeleinheit 101, eine vertikale Scan-Schaltung 102, eine Spalten-Ausleseschaltung 103, eine Signalquelle 104, eine Schalteinheit 105, eine Referenzspannung-Erzeugungseinheit 106, eine Signalverarbeitungsschaltung 107 und eine Ereignis-Steuerungseinheit 108.
Die Pixeleinheit 101 enthält Einheitspixel (worauf im Folgenden auch nur als die Pixel verwiesen wird), die in einer Matrix angeordnet sind, wobei jedes der Einheitspixel ein fotoelektrisches Umwandlungselement enthält, das einfallendes Licht in eine Ladung einer der Menge des einfallenden Lichts entsprechenden Menge fotoelektrisch umwandelt. Eine konkrete Schaltungskonfiguration des Einheitspixels wird unter Bezugnahme auf 2A nachstehend beschrieben. Ferner enthält die Pixeleinheit 101 Pixel-Ansteuerleitungen 109, die sich in einer Rechts-Links-Richtung der Zeichnung (der Pixel-Arrayrichtung in der Pixelreihe/der horizontalen Richtung) für die jeweiligen Reihen erstrecken, und vertikale Signalleitungen 110, die sich in einer Aufwärts-Abwärts-Richtung der Zeichnungen (der Pixel-Arrayrichtung in der Pixelspalte/der vertikalen Richtung) erstrecken, für die jeweiligen Spalten auf dem Pixel-Array in der Matrix. Ein Ende jeder der Pixel-Ansteuerleitungen 109 ist mit einem Ausgangsende der vertikalen Scan-Schaltung 102 verbunden, wobei das Ausgangsende je einer Reihe entspricht. Man beachte, dass, obwohl eine Pixel-Ansteuerleitung 109 für jede Pixelreihe veranschaulicht ist, zwei oder mehr Pixel-Ansteuerleitungen 109 für jede Pixelreihe vorgesehen werden können.
Die vertikale Scan-Schaltung 102 enthält ein Schieberegister und einen Adressdecodierer. Wenngleich die konkrete Konfiguration in der vorliegenden Ausführungsform nicht veranschaulicht ist, enthält die vertikale Scan-Schaltung 102 ein Scan-System zum Auslesen und ein Scan-System zum Auskehren.
Das Scan-System zum Auslesen führt ein selektives Scannen der Reihe nach auf Einheitspixeln durch, von denen Signale in Einheiten von Reihen ausgelesen werden sollen. Auf der anderen Seite führt das Scan-System zum Auskehren ein Scannen zum Auskehren auf der Auslesereihe durch, auf der durch das Scan-System zum Auslesen ein Scannen zum Auslesen durchgeführt wird, um aus den fotoelektrischen Umwandlungselementen der Einheitspixel in der Auslesereihe vor dem Scannen zum Auslesen eine unnötige Ladung zu einer Zeit eines Blendenbetriebs auszukehren (zurückzusetzen). Ein sogenannter elektronischer Blendenbetrieb wird vom Scan-System zum Auskehren durch das Auskehren (Zurücksetzen) einer unnötigen Ladung durchgeführt. Der elektronische Blendenbetrieb bezieht sich hier auf einen Betrieb zum Entladen einer optischen Ladung des fotoelektrischen Umwandlungselements und Beginnen einer neuen Belichtung (Beginn einer Akkumulierung optischer Ladung). Ein durch den Auslesebetrieb mittels des Scan-Systems zum Auslesen ausgelesenes Signal entspricht der Menge eines einfallenden Lichts nach dem unmittelbar vorausgehenden Auslesebetrieb oder dem unmittelbar vorausgehenden elektronischen Blendenbetrieb. Eine Periode von einem Auslese-Zeitpunkt des unmittelbar vorausgehenden Auslesebetriebs oder einem Auskehr-Zeitpunkt des unmittelbar vorausgehenden elektronischen Blendenbetriebs bis zu einem Auslese-Zeitpunkt der aktuellen Ausleseoperation entspricht einer Akkumulierungszeit einer optischen Ladung (Belichtungszeit) in den Einheitspixeln.
Ein Pixelsignal VSL, das von jedem Einheitspixel in der Pixelreihe abgegeben wird, die durch die vertikale Scan-Schaltung 102 selektiv gescannt wird, wird über die vertikale Signalleitung 110 in jeder entsprechenden Spalte in die Spalten-Ausleseschaltung 103 eingespeist.
Die Spalten-Ausleseschaltung 103 enthält einen Komparator, einen Zähler und ein Latch bzw. Auffangregister. Ein Komparator, ein Zähler und ein Auffangregister sind pro Spalte oder pro Vielzahl von Spalten der Pixeleinheit 101 vorgesehen, um ein ADC zu bilden. Das heißt, in der Spalten-Ausleseschaltung 103 ist ein ADC pro Spalte oder pro Vielzahl von Spalten der Pixeleinheit 101 vorgesehen. Ein konkretes Konfigurationsbeispiel des Komparators wird unten beschrieben. Ferner wird eine vorbestimmte Referenzspannung an den Komparator der Spalten-Ausleseschaltung 103 angelegt. Ein Konfigurationsbeispiel der Spalten-Ausleseschaltung 103 wird unter Bezugnahme auf 2B beschrieben.
Die Signalquelle 104 ist ein Beispiel der Signalausgabeeinheit der vorliegenden Offenbarung und speist über die Schalteinheit 105 ein Signal in die Spalten-Ausleseschaltung 103 ein. Das Signal von der Signalquelle 104 wird in die Spalten-Ausleseschaltung 103 eingespeist, wenn der CMOS-Bildsensor 100 eine Verarbeitung zum Korrigieren einer Charakteristik der Spalten-Ausleseschaltung 103 (worauf hier im Folgenden nur als Korrekturverarbeitung verwiesen wird) ausführt. Die Signalquelle 104 kann dafür konfiguriert sein, ein Signal einer beliebigen Spannung abzugeben, und kann eine Vielzahl von Signalquellen enthalten, von denen jede ein Signal einer vorbestimmten Spannung abgibt.
Die Schalteinheit 105 führt einen Schaltbetrieb zum Einspeisen entweder des Signals von der Pixeleinheit 101 oder des Signals von der Signalquelle 104 in die Spalten-Ausleseschaltung 103 aus. Genauer gesagt richtet die Schalteinheit 105 eine Verbindung ein, um das Signal von der Pixeleinheit 101 bei einer Abbildung bzw. Bildgebung der Spalten-Ausleseschaltung 103 bereitzustellen, und richtet eine Verbindung ein, um in einer Korrekturverarbeitung das Signal von der Signalquelle 104 der Spalten-Ausleseschaltung 103 bereitzustellen. Das Umschalten der Schalteinheit 105 kann durch die Ereignis-Steuerungseinheit 108 gesteuert werden. Die Schalteinheit 105 enthält für die jeweiligen vertikalen Signalleitungen 110 vorgesehenen Schaltelemente. Das Umschalten jedes der Schaltelemente wird durch die Ereignis-Steuerungseinheit 108 gesteuert.
Die Signalverarbeitungsschaltung 107 führt eine vorbestimmte Signalverarbeitung an einem digitalen Pixelsignal durch, um zweidimensionale Bilddaten zu erzeugen. Beispielsweise führt die Signalverarbeitungsschaltung 107 eine Korrektur eines vertikalen Liniendefekts oder eines Punktdefekts oder ein Klemmen eines Signals durch und führt eine digitale Signalverarbeitung wie etwa eine parallel-serielle Umwandlung, eine Kompression, eine Codierung, eine Summierung, eine Mittelung oder einen intermittierende Betrieb durch. Die Signalverarbeitungsschaltung 107 gibt die erzeugten Bilddaten an eine Vorrichtung in der nachfolgenden Stufe aus.
In der vorliegenden Ausführungsform führt die Signalverarbeitungsschaltung 107 eine Korrekturverarbeitung zum Korrigieren der analogen Charakteristik der Spalten-Ausleseschaltung 103 aus. Die Signalverarbeitungsschaltung 107 kann durch Ausführen der Korrekturverarbeitung ein durch die analoge Charakteristik der Spalten-Ausleseschaltung 103 verursachtes Rauschen reduzieren.
Die Ereignis-Steuerungseinheit 108 detektiert das Auftreten eines vorbestimmten Ereignisses und steuert entsprechend der Detektion einen Betrieb der vertikalen Scan-Schaltung 102, der Schalteinheit 105 und der Signalverarbeitungsschaltung 107. Somit ist die Ereignis-Steuerungseinheit 108 ein Beispiel der Steuerungseinheit der vorliegenden Offenbarung. Falls beispielsweise vorbestimmt ist, dass die Korrekturverarbeitung bei Detektion einer vorbestimmten Temperaturänderung ausgeführt wird, schaltet, wenn die vorbestimmte Temperaturänderung durch einen (nicht veranschaulichten) Temperatursensor detektiert wird, die Ereignis-Steuerungseinheit 108 die Schalteinheit 105 um, um so die Signalquelle 104 mit der Spalten-Ausleseschaltung 103 zu verbinden, um die Korrekturverarbeitung auszuführen. Falls beispielsweise ferner vorbestimmt ist, dass die Korrekturverarbeitung bei Detektion einer vorbestimmten Spannungsänderung innerhalb des CMOS-Bildsensors 100 ausgeführt wird, schaltet, wenn die vorbestimmte Spannungsänderung detektiert wird, die Ereignis-Steuerungseinheit 108 die Schalteinheit 105 um, um so die Signalquelle 104 mit der Spalten-Ausleseschaltung 103 zu verbinden, um die Korrekturverarbeitung auszuführen.
Ein Ansteuern der vertikalen Scan-Schaltung 102, der Spalten-Ausleseschaltung 103, der Signalquelle 104, der Schalteinheit 105, der Referenzspannung-Erzeugungseinheit 106 und der Signalverarbeitungsschaltung 107 kann gemäß einem Zeitsteuerungssignal von einer (nicht veranschaulichten) Steuerungsschaltung zur Zeitsteuerung gesteuert werden.
<Konfigurationsbeispiel eines Pixels>
2A ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines in der Pixeleinheit 101 enthaltenden Pixels 150 veranschaulicht.
Das Pixel 150 enthält beispielsweise eine Fotodiode 151 als das fotoelektrische Umwandlungselement und enthält vier Transistoren: einen Übertragungstransistor 152, einen Verstärkungstransistor 154; einen Auswahltransistor 155; und einen Rücksetztransistor 156 als aktive Elemente für die Fotodiode 151.
Die Fotodiode 151 wandelt einfallendes Licht fotoelektrisch in eine Ladung (in der vorliegenden Ausführungsform Elektronen) einer der Menge des einfallenden Lichts entsprechenden Menge um.
Der Übertragungstransistor 152 ist zwischen die Fotodiode 151 und ein Floating-Diffusionsgebiet (FD) 153 geschaltet. Der Übertragungs-Transistor 152 überträgt einer in der Fotodiode 151 akkumulierte Ladung zum FD 153, wenn er mittels eines Ansteuersignals TX, das von der vertikalen Scan-Schaltung 102 eingespeist wird, eingeschaltet wird.
Ein Gate des Verstärkungstransistors 154 ist mit dem FD 153 verbunden. Der Verstärkungstransistor 154 ist über den Auswahltransistor 155 mit der vertikalen Signalleitung 110 verbunden, um einen Source-Folger mit einer Konstantstromquelle 157 außerhalb der Pixeleinheit 101 zu bilden. Wenn der Auswahltransistor 155 mittels eines Ansteuersignals SEL, das von der vertikalen Scan-Schaltung 102 eingespeist wird, eingeschaltet wird, verstärkt der Verstärkungstransistor 154 das Potential des FD 153 und gibt ein Pixelsignal, das eine dem verstärkten Potential entsprechende Spannung angibt, an die vertikale Signalleitung 110 ab. Das von jedem Pixel 150 abgegebene Pixelsignal wird dann über die vertikale Signalleitung 110 in jeden Komparator der Spalten-Ausleseschaltung 103 eingespeist.
Der Rücksetztransistor 156 ist zwischen eine Stromversorgung VDD und das FD 153 geschaltet. Wenn der Rücksetztransistor 156 mittels eines Ansteuersignals RST, das von der vertikalen Scan-Schaltung 102 eingespeist wird, eingeschaltet wird, wird das Potential des FD 153 auf das Potential der Stromversorgung VDD zurückgesetzt.
<Konfigurationsbeispiel einer Spalten-Ausleseschaltung>
2B ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Spalten-Ausleseschaltung 103 veranschaulicht. Die Spalten-Ausleseschaltung 103 enthält einen Komparator 200, einen Zähler 300 und einen Schalter 310.
Der Komparator 200 ist eine Schaltung, die ein Ausgangssignal von der vertikalen Signalleitung 110 mit einem Rampensignal von der Signalquelle 104 vergleicht. Das Rampensignal von der Signalquelle 104 hat eine Wellenform mit einem Wert, der sich mit einer konstanten Neigung gemäß einem Taktimpuls von einem (nicht veranschaulichten) PLL mit der Zeit ändert. Der Komparator 200 gibt zu einem Umkehr-Zeitpunkt der Hoch/Tief-Beziehung zwischen dem Ausgangssignal von der vertikalen Signalleitung 110 und dem Rampensignal von der Signalquelle 104 ein Signal zum Ausschalten des Schalters 310 ab.
Der Zähler 300 ist eine Schaltung, die gemäß dem Taktimpuls vom PLL hochzählt. Der Zähler 300 zählt hoch, bis der Schalter 310 ausgeschaltet wird, um die Bereitstellung des Taktimpulses vom PLL zu stoppen. Mit anderen Worten zählt der Zähler 300 bis zum Umkehrzeitpunkt der Hoch/Tief-Beziehung zwischen dem Ausgangssignal von der vertikalen Signalleitung 110 und dem Rampensignal von der Signalquelle 104 hoch. Somit entspricht ein Wert des Zählers 300 einem digitalen Wert des Ausgangssignals von der vertikalen Signalleitung 110.
<Konfigurationsbeispiel eines Komparators>
3A ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Komparators 200 veranschaulicht, der für einen Komparator 121 von 1 verwendet wird.
Der Komparator 200 enthält einen Differenzverstärker 201, einen Ausgangsverstärker 221, Kondensatoren C11 bis C13, C42, einen Schalter SW11 und einen Schalter SW12. Der Differenzverstärker 201 enthält einen POMS-Transistor PT11, einen PMOS-Transistor PT12 und NMOS-Transistoren NT11 bis NT13.
Eine Source des PMOS-Transistors PT11 und eine Source des PMOS-Transistors PT12 sind mit einer Stromversorgung VDD1 verbunden. Ein Drain des PMOS-Transistors PT11 ist mit einem Gate des PMOS-Transistors PT11 und einem Drain des NMOS-Transistors NT11 verbunden. Ein Drain des PMOS-Transistors PT12 ist mit einem Drain des NMOS-Transistors NT12 und einem Ausgangsanschluss T15 eines Ausgangssignals OUT1 verbunden. Eine Source des NMOS-Transistors NT11 ist mit einer Source des NMOS-Transistors NT12 und einem Drain des NMOS-Transistors NT13 verbunden. Eine Source des NMOS-Transistors NT13 ist mit einer Masse GND1 verbunden.
Der PMOS-Transistor PT11 und der PMOS-Transistor PT12 bilden eine Stromspiegelschaltung. Ferner bilden die NMOS-Transistoren NT11 bis NT13 eine differentielle Vergleichseinheit. Genauer gesagt arbeitet der NMOS-Transistor NT13 als Stromquelle gemäß einer Vorspannung VG, die von außen über den Eingangsanschluss T14 eingespeist wird, und der NMOS-Transistor NT11 und der NMOS-Transistor NT12 arbeiten als differentieller Transistor.
Der Kondensator C11 ist zwischen einen Eingangsanschluss T11 des Pixelsignals VSL oder die Signalquelle 104, die eine beliebige Spannung abgeben kann, und ein Gate des NMOS-Transistors NT11 geschaltet und dient als Eingangskondensator für das Pixelsignal VSL.
Der Kondensator C12 ist zwischen einen Eingangsanschluss T12 eines Referenzsignals RAMP und ein Gate des NMOS-Transistors NT11 geschaltet und dient als Eingangskondensator für das Referenzsignal RAMP.
Der Schalter SW11 ist zwischen den Drain und das Gate des NMOS-Transistors NT11 geschaltet und wird gemäß einem Ansteuersignal AZSW1, das über einen Eingangsanschluss T13 eingespeist wird, ein- oder ausgeschaltet.
Der Schalter SW12 ist zwischen den Drain und ein Gate des NMOS-Transistors NT12 geschaltet und wird gemäß dem Ansteuersignal AZSW1, das über den Eingangsanschluss T13 eingespeist wird, ein- oder ausgeschaltet.
Der Kondensator C13 ist zwischen das Gate des NMOS-Transistors N12 und die Masse GND1 geschaltet.
Man beachte, dass hier im Folgenden auf einen Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator C11, dem Kondensator C12 und dem Schalter SW11 als Knoten HiZ verwiesen wird. Ferner wird hier im Folgenden auf einen Verbindungspunkt zwischen dem Gate des NMOS-Transistors NT12, des Kondensators C13 und des Schalters SW12 als Knoten VSH verwiesen.
Der Ausgangsverstärker 221 dient als Puffer, der das Ausgangssignal OUT1 des Differenzverstärkers 201 puffert, um das Ausgangssignal OUT1 bei einem geeigneten Pegel an eine Schaltung in der nachfolgenden Stufe abzugeben. Genauer gesagt verstärkt der Ausgangsverstärker 221 das Ausgangssignal OUT1 des Differenzverstärkers 201 mit einer vorbestimmten Verstärkung und gibt ein als Ergebnis davon erhaltenes Ausgangssignal OUT2 von einem Ausgangsanschluss T42 ab.
Der Ausgangsverstärker 221 enthält einen PMOS-Transistor PT41, einen NMOS-Transistor NT41, einen Kondensator C41 und einen Schalter SW41.
Eine Source des PMOS-Transistors PT41 ist mit der Stromversorgung VDD1 verbunden, dessen Gate ist mit einem Ausgang des Differenzverstärkers 201 verbunden und dessen Drain ist mit dem Drain des NMOS-Transistors NT41 und dem Ausgangsanschluss T42 verbunden. Eine Source des NMOS-Transistors NT41 ist mit der Masse GND1 verbunden, und dessen Gate ist über den Kondensator C41 mit der Masse GND1 verbunden. Der Schalter SW41 ist zwischen einen Drain und das Gate des NMOS-Transistors NT41 geschaltet und wird gemäß einem Ansteuersignal AZSW2, das über einen Eingangsanschluss T41 von der Steuerungsschaltung zur Zeitsteuerung eingespeist wird, ein- oder ausgeschaltet.
Der Kondensator C42 ist zwischen die Stromversorgung VDD1 und den Drain des PMOS-Transistors PT12 (den Ausgang des Differenzverstärkers 201) geschaltet. Der Kondensator C42 entfernt eine Hochfrequenzkomponente des Ausgangssignals OUT1 des Differenzverstärkers 201.
<Betrieb eines Komparators>
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf das Zeitsteuerungsdiagramm von 4 der Betrieb des Komparators 200 beschrieben. 4 veranschaulicht das Zeitsteuerungsdiagramm des Ansteuersignals AZSW1, des Ansteuersignals AZSW2, des Referenzsignals RAMP, des Pixelsignals VSL, des Knotens VSH, des Knotens HiZ, des Ausgangssignals OUT1 und des Ausgangssignals OUT2.
Zu einer Zeit t1 wird das Ansteuersignal AZSW1 auf einen hohen Pegel eingestellt. Ferner werden der Schalter SW11 und der Schalter SW12 eingeschaltet, sodass der Drain und das Gate des NMOS-Transistors NT11 verbunden werden und der Drain und das Gate des NMOS-Transistors NT12 verbunden werden. Ferner wird das Referenzsignal RAMP auf einen vorbestimmten Rücksetzpegel eingestellt. Das FD 153 des Pixels 150, das ein Ausleseziel sein soll, wird ferner zurückgesetzt, und das Pixelsignal VSL wird auf einen Rücksetzpegel eingestellt.
Dementsprechend wird ein Betrieb zur automatischen Nullpunkteinstellung (engl.: auto-zero operation) des Differenzverstärkers 201 gestartet. Das heißt, der Drain und das Gate des NMOS-Transistors NT11 und der Drain und das Gate des NMOS-Transistors NT12 konvergieren zu einer vorbestimmten gemeinsamen Spannung (worauf hier im Folgenden als Referenzspannung verwiesen wird). Dementsprechend werden eine Spannung des Knotens HiZ und eine Spannung des Knotens VSH auf die Referenzspannung eingestellt.
Ferner wird das Ansteuersignal AZSW2 auf einen hohen Pegel eingestellt. Der Schalter SW41 wird ferner eingeschaltet, sodass der Drain und das Gate des PMOS-Transistors PT41 verbunden werden.
Dementsprechend wird ein Betrieb zur automatischen Nullpunkteinstellung des Ausgangsverstärkers 221 gestartet. Das heißt, eine Spannung des Kondensators C41 wird gleich einer Drainspannung des PMOS-Transistors PT41 und Ladung wird auf dem Kondensator C41 akkumuliert.
Zu einer Zeit t2 wird das Ansteuersignal AZSW2 auf einen niedrigen Pegel eingestellt. Ferner wird der Schalter SW41 ausgeschaltet, sodass die Betrieb zur automatischen Nullpunkteinstellung des Ausgangsverstärkers 221 beendet wird. Man beachte, dass, auch nachdem der Schalter SW41 ausgeschaltet ist, die Spannung des Kondensators C41 beibehalten und an das Gate des NMOS-Transistors NT41 angelegt wird. Somit dient der NMOS-Transistor NT41 als Stromquelle, die einen Strom durchlässt, der im Wesentlichen gleich einem Strom ist, der durchgelassen wird, wenn der Schalter SW41 an ist.
Als Nächstes wird zu einer Zeit t3 das Ansteuersignal AZSW1 auf einen niedrigen Pegel eingestellt und werden der Schalter SW11 und der Schalter SW12 ausgeschaltet. Dementsprechend wird die Betrieb zur automatischen Nullpunkteinstellung des Differenzverstärkers 201 beendet. Da das Pixelsignal VSL und das Referenzsignal RAMP unverändert bleiben, wird die Spannung des Knotens HiZ bei der Referenzspannung aufrechterhalten. Die Spannung des Knotens VSH wird ferner durch die auf dem Kondensator C13 akkumulierte Ladung bei der Referenzspannung aufrechterhalten.
Zu einer Zeit t4 wird die Spannung des Referenzsignals RAMP vom Rücksetzpegel aus um einen vorbestimmten Wert verringert. Dementsprechend fällt die Spannung des Knotens HiZ ab und fällt unter die Spannung des Knotens VSH (Referenzspannung), und das Ausgangssignal OUT1 des Differenzverstärkers 201 wird ein niedriger Pegel.
Zu einer Zeit t5 beginnt das Referenzsignal RAMP linear zuzunehmen. Damit einhergehend nimmt auch die Spannung des Knotens Hiz linear zu. Ferner beginnt ein Zähler 122 eine Zählung.
Wenn die Spannung des Knotens HiZ die Spannung des Knotens VSH (Referenzspannung) überschreitet, wird das Ausgangssignal OUT1 des Differenzverstärkers 201 auf einen hohen Pegel invertiert. Ferner wird ein Zählwert des Zählers 122 an dem Punkt, an dem das Ausgangssignal OUT1 auf einen hohen Pegel invertiert wird, mittels eines Auffangregisters 123 als ein Wert des Pixelsignals VSL einer P-Phase (Rücksetzpegel) gehalten.
Zu einer Zeit t6 wird die Spannung des Referenzsignals RAMP auf eine Rücksetzspannung eingestellt. Ferner wird der Übertragungstransistor 152 des Pixels 150 eingeschaltet, sodass während einer Belichtungsperiode auf der Fotodiode 151 akkumulierte Ladung zum FD 153 übertragen wird und das Pixelsignal VSL auf einen Signalpegel eingestellt wird. Dementsprechend fällt der Wert des Knotens HiZ um einen Wert ab, der dem Signalpegel entspricht, und fällt unter die Spannung des Knotens VSH (Referenzspannung), und das Ausgangssignal OUT1 des Differenzverstärkers 201 wird auf einen niedrigen Pegel invertiert.
Zu einer Zeit t7 wird die Spannung des Referenzsignals RAMP ähnlich wie zur Zeit t4 vom Rücksetzpegel um einen vorbestimmten Wert verringert. Dementsprechend fällt die Spannung des Knotens HiZ weiter ab.
Zu einer Zeit t8 beginnt das Referenzsignal RAMP ähnlich wie zur Zeit t5 linear zuzunehmen. Damit einhergehend nimmt auch die Spannung des Knotens HiZ linear zu. Ferner beginnt der Zähler 122 eine Zählung.
Wenn die Spannung des Knotens HiZ die Spannung des Knotens VSH (Referenzspannung) überschreitet, wird dann das Ausgangssignal OUT1 des Differenzverstärkers 201 auf einen hohen Pegel invertiert. Ferner wird ein Zählwert des Zählers 122 an dem Punkt, an dem das Ausgangssignal OUT1 auf einen hohen Pegel invertiert wird, mittels des Auffangregisters 123 als ein Wert des Pixelsignals VSL einer D-Phase (Signalpegel) gehalten. Ferner nimmt das Auffangregister 123 die Differenz zwischen dem Pixelsignal VSL der D-Phase und dem Pixelsignal VSL der P-Phase, die zwischen der Zeit t5 und der Zeit t6 ausgelesen werden, um eine CDS durchzuführen. Auf diese Weise wird eine AD-Umwandlung des Pixelsignals VSL durchgeführt.
Wenn das Ausgangssignal OUT1 des Differenzverstärkers 201 ein hoher Pegel wird, wird ferner der PMOS-Transistor PT41 des Ausgangsverstärkers 221 ausgeschaltet, und das Ausgangssignal OUT2 wird ein niedriger Pegel. Wenn auf der anderen Seite das Ausgangssignal OUT1 des Differenzverstärkers 201 ein niedriger Pegel wird, wird der PMOS-Transistor PT41 des Ausgangsverstärkers 221 eingeschaltet, und das Ausgangssignal OUT2 wird ein hoher Pegel. Das heißt, der Ausgangsverstärker 221 gibt das Ausgangssignal OUT2 bei einem invertierten Pegel des Ausgangssignals OUT1 des Differenzverstärkers 201 ab.
Nach einer Zeit t9 wird dann die gleiche Operation, wie sie von der Zeit t1 bis zur Zeit t8 durchgeführt wurde, wiederholt.
Dementsprechend ist es möglich, den Leistungsverbrauch der Spalten-Ausleseschaltung 103 zu reduzieren, indem die Spannung der Stromversorgung VDD1 verringert wird, wodurch der Leistungsverbrauch des CMOS-Transistors 100 reduziert wird.
Die obere Darstellung von 5 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel des Komparators.
Im Komparator von 5 wird das Referenzsignal RAMP mit einer linear abnehmenden Rampenwellenform über den Kondensator C21 in einen Eingang des Differenzverstärkers 201 (das Gate des NMOS-Transistors NT11) eingespeist. Das Pixelsignal VSL wird über den Kondensator C22 in den anderen Eingang des Differenzverstärkers 201 (das Gate des NMOS-Transistors NT12) eingespeist.
Wie in der unteren Darstellung von 5 veranschaulicht ist, wird ferner das Referenzsignal RAMP mit dem Pixelsignal VSL verglichen, und ein Ergebnis des Vergleichs wird als das Ausgangssignal OUT ausgegeben. Zu dieser Zeit ändert sich eine Eingangsspannung des Differenzverstärkers 201 (die Spannung des Referenzsignals RAMP und die Spannung des Pixelsignals VSL) bei einer Inversion des Ausgangssignals OUT entsprechend der Spannung des Pixelsignals VSL. Wenn beispielsweise die Spannung der Stromversorgung VDD zum Ansteuern des Komparators verringert wird, kann somit die Eingangsspannung des Differenzverstärkers 201 bei einer Inversion des Ausgangssignals OUT einen Eingangs-Dynamikbereich des Komparators übersteigen, was es unmöglich machen kann, eine zufriedenstellende Linearität einer AD-Umwandlung zu erhalten.
Auf der anderen Seite wird im Komparator 200, wie oben beschrieben, ein Ergebnis des Vergleichs zwischen der Spannung des Signals, das erhalten wird, indem das Pixelsignal VSL und das Referenzsignal RAMP durch die Eingangskondensatoren addiert werden, (die Spannung des Knotens HiZ) und der Spannung des Knotens VSH (Referenzspannung) als das Ausgangssignal OUT1 ausgegeben. 3B ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Effekt der in 3A veranschaulichten Schaltung veranschaulicht. In dem in 3A veranschaulichten Komparator 200 ändert sich die Eingangsspannung des Differenzverstärkers 201 (die Spannung des Knotens HiZ und die Spannung des Knotens VSH) bei einer Inversion des Ausgangssignals OUT1 nicht, sondern bleibt konstant, wie in 3B veranschaulicht ist.
Ferner ändert sich im CMOS-Bildsensor 100 das Referenzsignal RAMP in der Richtung entgegengesetzt dem Referenzsignal RAMP des Komparators von 5 und ändert sich linear in der Richtung entgegengesetzt dem Pixelsignal VSL. Eine Änderung in der Richtung entgegengesetzt dem Pixelsignal VSL gibt hier eine Änderung in der Richtung entgegengesetzt der Richtung an, in der sich das Pixelsignal VSL ändert, während die Signalkomponente größer wird. Beispielsweise ändert sich in diesem Beispiel das Pixelsignal VSL in der negativen Richtung, während die Signalkomponente größer wird, und auf der anderen Seite ändert sich das Referenzsignal RAMP in der dazu entgegengesetzten positiven Richtung. Somit ist die Spannung des Knotens HiZ (die Eingangsspannung des Differenzverstärkers 201) eine Spannung, die der Differenz zwischen dem Pixelsignal VSL und dem Referenzsignal RAMP von 5 entspricht, und deren Amplitude ist klein.
Da auf diese Weise die Eingangsspannung des Differenzverstärkers 201 bei einer Inversion des Ausgangssignals OUT1 konstant ist und die Amplitude der Eingangsspannung klein ist, ist es möglich, den Eingangs-Dynamikbereich des Differenzverstärkers 201 zu verengen.
Folglich ist es möglich, die Spannung der Stromversorgung VDD1 zum Ansteuern des Komparators 200 niedriger als diejenige des Komparators von 5 zu reduzieren. Infolgedessen ist es möglich, den Leistungsverbrauch der Spalten-Ausleseschaltung 103 zu reduzieren, wodurch der Leistungsverbrauch des CMOS-Bildsensors 100 reduziert wird.
Auf der anderen Seite verursachen Variationen in einer Analogschaltung, die in einem Komparator oder dergleichen eines CMOS-Bildsensors genutzt wird, ein Phänomen eines Rauschens mit festem Muster. Insbesondere wenn eine Stromversorgungsspannung des Komparators reduziert wird, um den Leistungsverbrauch des CMOS-Bildsensors zu reduzieren, tritt mit größerer Wahrscheinlichkeit vertikales Linienrauschen auf.
Somit führt der CMOS-Bildsensor 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Korrekturverarbeitung aus, um die analoge Charakteristik der Spalten-Ausleseschaltung 103 mittels der Signalverarbeitungsschaltung 107 zu korrigieren. Der CMOS-Bildsensor 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist imstande, ein Bild mit reduziertem Rauschen zu erzeugen, das durch die analoge Charakteristik der Spalten-Ausleseschaltung 103 verursacht wird, indem die Korrekturverarbeitung mittels der Signalverarbeitungsschaltung 107 ausgeführt wird.
Konkret wird in der Korrekturverarbeitung die Schalteinheit 105 umgeschaltet, um das Signal von der Signalquelle 104 in jeden Komparator 200 einzuspeisen. In dem Fall, in dem die Signalquelle 104 ein DAC wie in 3A veranschaulicht ist, wird in jeden Komparator 200 ein auf eine beliebige Spannung eingestelltes Signal eingespeist. Auch in dem in 5 veranschaulichten Komparator wird ähnlich in der Korrekturverarbeitung die Schalteinheit 105 umgeschaltet, um das Signal von der Signalquelle 104 in jeden Komparator einzuspeisen. Ein Betrieb der Schalteinheit 105 auf diese Weise ermöglicht dem CMOS-Bildsensor 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die analoge Charakteristik der Spalten-Ausleseschaltung 103 zu korrigieren.
6 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel einer funktionalen Konfiguration der Signalverarbeitungsschaltung 107 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 6 das Beispiel einer funktionalen Konfiguration der Signalverarbeitungsschaltung 107 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
Wie in 6 veranschaulicht ist, enthält die Signalverarbeitungsschaltung 107 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Verstärkungsfehler-Messeinheit 131, eine Korrekturwert-Berechnungseinheit 132, eine Speichereinheit 133 und eine Korrektureinheit 134.
In der Korrekturverarbeitung misst die Verstärkungsfehler-Messeinheit 131 einen Fehler einer Verstärkung an einer Ausgabe jedes in der Spalten-Ausleseschaltung 103 enthaltenen ADC. Ein Offset und die Verstärkung unterscheiden sich zwischen den Ausgaben der jeweiligen ADCs aufgrund von Variationen in der Charakteristik der Analogschaltung. Somit misst die Verstärkungsfehler-Messeinheit 131 Variationen in dem Offset und der Verstärkung, die sich zwischen den Ausgaben der jeweiligen ADCs unterscheiden. Das heißt, die Verstärkungsfehler-Messeinheit 131 misst Variationen in dem Offset und der Verstärkung, wenn das Signal von der Signalquelle 104 durch die Spalten-Ausleseschaltung 103 in ein digitales Signal umgewandelt wird.
Die Korrekturwert-Berechnungseinheit 132 berechnet auf der Basis des Fehlers der Verstärkung, der durch die Verstärkungsfehler-Messeinheit 131 gemessen wurde, einen Korrekturwert zum Korrigieren des Fehlers der Verstärkung. Ein konkretes Beispiel einer Berechnung eines Korrekturwerts wird unten beschrieben. Die Speichereinheit 133 speichert den durch die Korrekturwert-Berechnungseinheit 132 berechneten Korrekturwert. Die Korrektureinheit 134 korrigiert ein von der Spalten-Ausleseschaltung 103 abgegebenes Signal unter Verwendung des in der Speichereinheit 133 gespeicherten Korrekturwerts bei einer Abbildung bzw. Bildgebung.
Die Signalverarbeitungsschaltung 107 mit solch einer Konfiguration kann durch die analoge Charakteristik der Spalten-Ausleseschaltung 103 verursachten Rauschen reduzieren. Somit kann der CMOS-Bildsensor 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Bild mit reduziertem Rauschen, das durch die analoge Charakteristik der Spalten-Ausleseschaltung 103 verursacht wird, erzeugen, indem die Korrekturverarbeitung durch die Signalverarbeitungsschaltung 107 ausgeführt wird.
Der CMOS-Bildsensor 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann als Antwort auf eine Detektion des Auftretens eines vorbestimmten Ereignisses die Korrekturverarbeitung durch die Signalverarbeitungsschaltung 107 ausführen. Somit kann die Signalverarbeitungsschaltung 107 eine Information über Betriebsumgebungen des CMOS-Bildsensors 100 wie etwa einen Spannungswert und einen Temperaturwert an dem Punkt, an dem die Korrekturverarbeitung ausgeführt wird, halten.
[1.2. Betriebsbeispiel eines CMOS-Bildsensors]
Als Nächstes wird ein Betriebsbeispiel des CMOS-Bildsensors 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. 7A und 7B sind Flussdiagramme, die das Betriebsbeispiel des CMOS-Bildsensors 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen.
Wenn Strom eingeschaltet wird, führt der CMOS-Bildsensor 100 eine vorbestimmte Anfangseinstellung aus (Schritt S101) und geht auf Bereitschaft (Schritt S102). Wenn eine Korrekturverarbeitung ausgeführt wird, führt der CMOS-Bildsensor 100 zuerst eine Korrektureinstellung aus (Schritt S103). Die Korrektureinstellung kann beispielsweise das Einstellen der Spannung des von der Signalquelle 104 abgegebenen Signals oder eine Auswahl einer Signalquelle sein, die verwendet werden soll, falls die Signalquelle 104 eine Vielzahl von Signalquellen umfasst.
Nach Ausführen der Korrektureinstellung führt der CMOS-Bildsensor 100 eine AD-Umwandlung von Korrekturdaten aus, die von der Signalquelle 104 durch die Spalten-Ausleseschaltung 103 ausgegeben werden (Schritt S104). Dann führt der CMOS-Bildsensor 100 eine Berechnung eines Verstärkungskorrekturkoeffizienten durch die Korrekturwert-Berechnungseinheit 132 unter Verwendung des digitalen Signals aus, das von der Spalten-Ausleseschaltung 103 abgegeben wird (Schritt S105). In Schritt S105 kann die Korrekturwert-Berechnungseinheit 132 einen Offset-Korrekturkoeffizienten für eine Offset-Korrektur berechnen. Der CMOS-Bildsensor 100 speichert dann den berechneten Korrekturkoeffizienten in der Speichereinheit 133 (Schritt S106). Nach einem Speichern des Korrekturkoeffizienten in der Speichereinheit 133 bestimmt der CMOS-Bildsensor 100, ob eine Bestimmung einer erneuten Ausführung einer Korrektur in einer Abbildung bzw. Bildgebung (unten beschrieben) durchgeführt wurde (Schritt S107). Wenn die Bestimmung einer erneuten Ausführung einer Korrektur nicht durchgeführt wurde (Schritt S107, Nein), geht der CMOS-Bildsensor 100 auf Bereitschaft (Schritt S108). In diesem Bereitschaftszustand führt die Schalteinheit 105 ein Umschalten durch, um so die Ausgabe von der Pixeleinheit 101 zur Spalten-Ausleseschaltung 103 auszugeben. Wenn auf der anderen Seite die Bestimmung der erneuten Ausführung einer Korrektur durchgeführt wurde (Schritt S107, Ja), geht der CMOS-Bildsensor 100 nicht auf Bereitschaft, sondern geht weiter zum nächsten Prozess.
Hier wird ein Beispiel der Korrekturverarbeitung durch die Signalverarbeitungsschaltung 107 beschrieben. 8 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel der Korrekturverarbeitung durch die Signalverarbeitungsschaltung 107 veranschaulicht. 8 veranschaulicht die Korrekturverarbeitung durch die Signalverarbeitungsschaltung 107, wenn Ausgaben von vier ADCs korrigiert werden.
Wie in der oberen linken grafischen Darstellung von 8 veranschaulicht ist, ist eine Änderung des digitalen Werts in Bezug auf die Lichtmenge zwischen all den ADCs aufgrund von Variationen in der Charakteristik der analogen Schaltung nicht einheitlich. Der Umstand, dass die Änderung des digitalen Werts in Bezug auf die Lichtmenge zwischen all den ADCs nicht einheitlich ist, verursacht vertikales Linienrauschen.
Somit führt die Signalverarbeitungsschaltung 107 eine Korrekturverarbeitung durch, um die Änderung des digitalen Werts in Bezug auf die Lichtmenge zwischen all den ADCs zu vereinheitlichen. Wie in der oberen rechten grafischen Darstellung von 8 veranschaulicht ist, veranlasst beispielsweise die Signalverarbeitungsschaltung 107 zuerst, dass Ausgaben all der ADCs den gleichen digitalen Wert aufweisen, wenn die Lichtmenge Null ist (der gleiche Offset-Wert). Wie in der unteren linken grafischen Darstellung von 8 veranschaulicht ist, führt dann die Signalverarbeitungsschaltung 107 eine Verstärkungskorrektur an den Ausgaben all der ADCs, das heißt eine Verarbeitung, um die Ausgaben all der ADCs die gleiche Steigung aufweisen zu lassen, durch. Die Steigung zu dieser Zeit kann die Steigung der Ausgabe eines spezifischen der ADCs sein oder kann ein Durchschnittswert der Steigungen der Ausgaben all der ADCs sein.
Die Charakteristiken all der ADCs, das heißt Änderungen des digitalen Werts in Bezug auf die Lichtmenge, bringt man durch die Verstärkungskorrektur miteinander in Übereinstimmung. Auf der anderen Seite stimmen jedoch Sättigungspunkte, das heißt Lichtmengenwerte, bei denen die digitalen Werte eine Zunahme stoppen, nicht miteinander überein. In diesem Zustand tritt eine sogenannte gesättigte Falschfarbe auf. Wie in der unteren rechten grafischen Darstellung von 8 veranschaulicht ist, führt somit die Signalverarbeitungsschaltung 107 an all den ADCs eine Verarbeitung aus, um die Sättigungspunkte miteinander in Übereinstimmung zu bringen. Die Signalverarbeitungsschaltung 107 kann durch die obige Reihe von Prozessen die Charakteristiken all der ADCs miteinander in Übereinstimmung zu bringen.
Man beachte, dass das oben beschriebene Verfahren nur ein Beispiel des Betriebs der Signalverarbeitungsschaltung 107 ist. Die Signalverarbeitungsschaltung 107 kann verschiedene Verarbeitungen durchführen, um die in der ganz links gelegenen grafischen Darstellung von 8 veranschaulichten Charakteristiken der jeweiligen ADCs miteinander in Übereinstimmung zu bringen, wie in der ganz rechts gelegenen grafischen Darstellung von 8 veranschaulicht ist. Obgleich die grafischen Darstellungen von 8 die Beziehung zwischen der Lichtmenge und dem digitalen Wert veranschaulichen, ist ferner die vorliegende Offenbarung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Die Signalverarbeitungsschaltung 107 kann beispielsweise eine Verarbeitung, um die Charakteristiken der jeweiligen ADCs miteinander in Übereinstimmung zu bringen, auf der Basis der Beziehung zwischen einem Spannungswert eines Signals durchführen, das in der Pixeleinheit 101 basierend auf der Lichtmenge und dem digitalen Wert erzeugt wird.
Der CMOS-Bildsensor 100 bestimmt zuerst, ob die Korrekturverarbeitung in einer Bildgebung wieder ausgeführt werden soll (Schritt S109). Ein Kriterium, um zu bestimmen, ob die Korrekturverarbeitung wieder ausgeführt werden soll, kann beispielsweise sein, dass sich der Spannungswert um einen vorbestimmten Wert oder mehr geändert hat, dass sich die Temperatur um einen vorbestimmten Wert oder mehr geändert hat, dass eine vorbestimmte Zeit nach der vorhergehenden Korrekturverarbeitung verstrichen ist oder dass ein eine Korrektur anweisendes Signal von außen eingespeist wurde.
Wenn bestimmt wird, dass die Korrekturverarbeitung erneut ausgeführt werden soll (Schritt S109, Ja), kehrt der CMOS-Bildsensor 100 zur Verarbeitung einer Korrektureinstellung von Schritt S103, die oben beschrieben wurde, zurück, um die Korrekturverarbeitung erneut auszuführen. Der CMOS-Bildsensor 100 kann bei der erneuten Ausführung der Korrekturverarbeitung in der Bildgebung, ohne über einen Bereitschaftszustand zu gehen, zur Bildgebung zurückkehren. Wenn auf der anderen Seite bestimmt wird, dass die Korrekturverarbeitung nicht erneut ausgeführt werden soll (Schritt S109, Nein), liest der CMOS-Bildsensor 100 eine Ausgabe von der Pixeleinheit 101 über die Spalten-Ausleseschaltung 103 (Schritt S110) und führt eine Signalverarbeitung an den ausgelesenen Daten durch und führt eine digitale Korrekturverarbeitung unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten aus, der mittels der Korrekturverarbeitung durch die Signalverarbeitungsschaltung 107 erhalten wurde (Schritt S111) .
Der CMOS-Bildsensor 100 bestimmt dann, ob die Bildgebungsverarbeitung beendet wurde (Schritt S112). Wenn die Bildgebungsverarbeitung nicht beendet wurde (Schritt S112, Nein), kehrt der CMOS-Bildsensor 100 zu der Bestimmung, ob die Korrekturverarbeitung erneut ausgeführt werden soll, in Schritt S109 zurück. Wenn auf der anderen Seite die Bildgebungsvorrichtung beendet wurde (Schritt S112, Ja), wechselt der CMOS-Bildsensor 100 in den Bereitschafts-Modus (Schritt S113). Wenn die Operation beendet werden soll, führt ferner der CMOS-Bildsensor 100 eine vorbestimmte Beendigungseinstellung aus (Schritt S114) und schaltet den Strom ab.
Als Nächstes wird ein Ausführungsbeispiel der Korrekturverarbeitung durch den CMOS-Bildsensor 100 basierend auf dem Eintreten eines Ereignisses beschrieben. 9 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Betrieb des CMOS-Bildsensors 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf Basis einer Zeitreihe veranschaulicht. Wenn als ein Ereignis der CMOS-Bildsensor 100 startet, führt der CMOS-Bildsensor 100 eine Korrekturverarbeitung am Anfang zu einem Ausgabezeitpunkt eines vertikalen Synchronisierungssignals Vsync aus. Die Korrekturverarbeitung am Anfang kann für eine längere Zeit als eine Korrekturverarbeitung nach einem Anfang (unten beschrieben) durchgeführt werden.
Wenn sich beispielsweise die Spannung innerhalb des CMOS-Bildsensors 100 um einen vorbestimmten Wert oder mehr nach dem Start des CMOS-Bildsensors 100 geändert hat, führt der CMOS-Bildsensor 100 zum Ausgabezeitpunkt des vertikalen Synchronisierungssignals Vsync eine Korrekturverarbeitung entsprechend der Spannungsänderung aus. Wenn sich beispielsweise die Temperatur innerhalb des CMOS-Bildsensors 100 um einen vorbestimmten Wert oder mehr geändert hat, führt ferner der CMOS-Bildsensor 100 zum Ausgabezeitpunkt des vertikalen Synchronisierungssignals Vsync eine Korrekturverarbeitung entsprechend der Temperaturänderung aus. Auf die Korrektur zu dieser Zeit kann als „Every-V-Korrektur“ (engl.: Every-V correction) verwiesen und diese von der Korrektur am Anfang unterschieden werden. Eine Ausführungszeit jeder Every-V-Korrektur kann kürzer als eine Ausführungszeit der Korrektur am Anfang sein und kann beispielsweise eine Ausführungszeit sein, die die Every-V-Korrektur innerhalb eines Frame abschließt.
9 veranschaulicht ferner ein Beispiel, in dem zu jeder vorbestimmten Anzahl von Frames die Every-V-Korrektur ausgeführt wird, und ein Beispiel, in dem jede Every-V-Korrektur ausgeführt wird, wenn sich die Temperatur um den vorbestimmten Wert oder mehr geändert hat.
10 ist ein erläuterndes Diagramm, das Beispiele der Verarbeitung einer Korrektur am Anfang und der Verarbeitung einer Every-V-Korrektur veranschaulicht. Der CMOS-Bildsensor 100 führt eine Korrektur mit einem Satz eines Hochspannungswerts (ein Korrekturbild 1) und eines Niederspannungswerts (ein Korrekturbild 2) als Verarbeitung einer Korrektur am Anfang eine Vielzahl von Malen aus. Da auf der anderen Seite angenommen wird, dass die Verarbeitung einer Every-V-Korrektur während einer Bildgebungsverarbeitung ausgeführt wird, führt der CMOS-Bildsensor 100 die Korrektur mit dem Satz des Hochspannungswerts (des Korrekturbilds 1) und des Niederspannungswerts (des Korrekturbilds 2) als die Verarbeitung einer Every-V-Korrektur nur einmal aus. Konkret führt der CMOS-Bildsensor 100 die Korrektur in einem leeren Gebiet innerhalb eines Frame aus. Der CMOS-Bildsensor 100 kann Bilder mit reduziertem Rauschen für die nachfolgenden Frame-Bilder erzeugen, indem auf diese Weise die Verarbeitung einer Every-V-Korrektur ausgeführt wird.
3A veranschaulicht ein Beispiel, in welchem der DAC, der eine beliebige Spannung abgeben kann, als die Signalquelle 104 vorgesehen ist. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Die Signalquelle 104 kann eine Vielzahl von Spannungsquellen enthalten, von denen jede ein Signal einer vorbestimmten Spannung abgibt. 11 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel der Verarbeitung einer Korrektur am Anfang und der Verarbeitung einer Every-V-Korrektur veranschaulicht. 11 veranschaulicht ein Beispiel, in welchem zwei Spannungsquellen, von denen jede ein Signal einer vorbestimmten Spannung abgibt, als die Signalquelle 104 vorgesehen sind. In der Korrekturverarbeitung wird die Schalteinheit 105 umgeschaltet, um das Signal von jeder der Spannungsquellen an den Komparator 200 abzugeben. Eine Einspeisung von Signalen von zumindest zwei Spannungsquellen in den Komparator 200 macht es möglich, die Steigung der Beziehung zwischen der Lichtmenge und dem digitalen Wert wie in 8 veranschaulicht zu erfassen. Somit kann die Signalverarbeitungsschaltung 107 Variationen in der analogen Charakteristik des Komparators 200 auf der Basis des vom Komparator 200 abgegebenen digitalen Signals in der Korrekturverarbeitung korrigieren.
Ähnlich kann die Signalquelle 104, die eine Vielzahl von Spannungsquellen enthält, von denen jede ein Signal einer vorbestimmten Spannung abgibt, mit dem in 5 veranschaulichten Komparator verbunden sein. 12 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Komparators veranschaulicht. 12 veranschaulicht ein Beispiel, in dem zwei Spannungsquellen, von denen jede ein Signal einer vorbestimmten Spannung abgibt, als die Signalquelle 104 vorgesehen sind.
Der CMOS-Bildsensor 100 der vorliegenden Ausführungsform kann einen ADC mit einem sukzessiven Approximationsregister (SAR) als den in der Spalten-Ausleseschaltung 103 enthaltenen ADC nutzen. Auch in dem Fall, in dem der SAR-ADC in der Spalten-Ausleseschaltung 103 genutzt wird, kann der CMOS-Bildsensor 100 der vorliegenden Ausführungsform Variationen in der analogen Charakteristik des Komparators korrigieren.
13 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des SAR-ADC veranschaulicht, der in der Spalten-Ausleseschaltung 103 enthalten ist. 13 veranschaulicht ein Beispiel, in dem der DAC, der eine beliebige Spannung abgeben kann, als die Signalquelle 104 vorgesehen ist. Ferner wird der SAR-ADC als der in 13 veranschaulichte ADC genutzt. Der in 13 veranschaulichte ADC enthält eine Schalteinheit 171, ein Kondensator-Array 172, einen Komparator 173 und eine SAR-Logikschaltung 174.
14 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des in der Spalten-Ausleseschaltung 103 enthaltenen SAR-ADC veranschaulicht. 14 veranschaulicht ein Beispiel, in welchem zwei Spannungsquellen, von denen jede ein Signal einer vorbestimmten Spannung abgibt, als die Signalquelle 104 vorgesehen sind. Ferner wird der SAR-ADC als der in 14 veranschaulichte ADC genutzt, und dessen Konfiguration ist ähnlich der in 13 veranschaulichten. Selbstverständlich ist die Konfiguration des SAR-ADC, der in der Spalten-Ausleseschaltung 103 enthalten ist, nicht auf die in 13 und 14 veranschaulichten Konfigurationen beschränkt.
Der CMOS-Bildsensor 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine Konfiguration aufweisen, die durch die Pixeleinheit 101 fotoelektrisch umgewandelte Daten von der Pixeleinheit 101 nicht in Einheiten von Spalten, sondern in Einheiten von Bereichen ausliest. 15 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des CMOS-Bildsensors 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 15 veranschaulicht das Konfigurationsbeispiel des CMOS-Bildsensors 100 mit einer Konfiguration, die mit einer Ausleseschaltung 103 vorgesehen ist, die Daten in Einheiten von Gruppen ausliest, wobei jede der Gruppen eine Vielzahl benachbarter Pixel in der Pixeleinheit 101 enthält. In der in 15 veranschaulichten Konfiguration werden Signale von einer eine Vielzahl von Pixeln enthaltenden Pixelgruppe von der Pixeleinheit 101 an die Ausleseschaltung 103 abgegeben, und die Ausleseschaltung 103 liest die Signale von der Pixeleinheit 101 oder Signale von der Signalquelle 104 in Einheiten von Pixelgruppen aus und gibt die ausgelesenen Signale an die Signalverarbeitungsschaltung 107 ab. Als ein Beispiel veranschaulicht 15 die Ausleseschaltung 103, die eine Ausleseschaltung A1, welche Signale von einer Pixelgruppe A1 ausliest, eine Ausleseschaltung A2, welche Signale von einer Pixelgruppe A2 ausliest, eine Ausleseschaltung B1, welche Signale von einer Pixelgruppe B1 ausliest, und eine Ausleseschaltung B2 enthält, die Signale von einer Pixelgruppe B2 ausliest. Solch eine Konfiguration ermöglicht ebenfalls, dass durch Schalten der Schalteinheit 105 entweder die Ausgabe von der Pixeleinheit 101 oder die Ausgabe von der Signalquelle 104 in die Spalten-Ausleseschaltung 103 eingespeist wird.
<2. Konfigurationsbeispiel einer gestapelten Festkörper-Bildgebungseinrichtung>
16 ist ein Diagramm, das eine Übersicht eines Konfigurationsbeispiels einer gestapelten Festkörper-Bildgebungsvorrichtung veranschaulicht, für die die Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
A von 16 veranschaulicht ein schematisches Konfigurationsbeispiel einer nicht gestapelten Festkörper-Bildgebungseinrichtung. Wie in A von 16 veranschaulicht ist, enthält eine Festkörper-Bildgebungseinrichtung 23010 ein Die (Halbleitersubstrat) 23011. Ein Pixelgebiet 23012, in welchem Pixel in Array-Form angeordnet sind, eine Steuerungsschaltung 23013, die die Pixel ansteuert und andere verschiedene Steuerungsoperationen durchführt, und eine Logikschaltung 23014 zum Durchführen einer Signalverarbeitung sind auf dem Die 23011 montiert.
B und C von 16 veranschaulichen schematische Konfigurationsbeispiele einer gestapelten Festkörper-Bildgebungseinrichtung. Wie in B und C von 16 veranschaulicht ist, enthält eine Festkörper-Bildgebungseinrichtung 23020 zwei Dies: ein Sensor-Die 23021; und ein Logik-Die 23024, die zusammen gestapelt und elektrisch miteinander verbunden sind, um einen Halbleiterchip zu bilden.
In B von 16 sind das Pixelgebiet 23012 und die Steuerungsschaltung 23013 auf dem Sensor-Die 23021 montiert und ist die Logikschaltung 23014, die eine Signalverarbeitungsschaltung enthält, welche eine Signalverarbeitung durchführt, auf dem Logik-Die 23024 montiert.
In C von 16 ist das Pixelgebiet 23012 auf dem Sensor-Die 23021 montiert, und die Steuerungsschaltung 23013 und die Logikschaltung 23014 sind auf dem Logik-Die 23024 montiert.
17 ist eine Schnittansicht, die ein erstes Konfigurationsbeispiel der gestapelten Festkörper-Bildgebungseinrichtung 23020 veranschaulicht.
Eine Fotodiode (PD), die ein Pixel bildet, das als das Pixelgebiet 23012 dient, ein Floating-Diffusionsgebiet (FD), ein Tr (MOSFET) und ein Tr, der als die Steuerungsschaltung 23013 dient, sind auf dem Sensor-Die 23021 ausgebildet. Ferner ist auf dem Sensor-Die 23021 eine Verdrahtungsschicht 23101 ausgebildet, die eine Vielzahl von Schichten (in diesem Beispiel drei Schichten einer Verdrahtung 23110) enthält. Man beachte, dass die Steuerungsschaltung 23013 (Tr) nicht auf dem Sensor-Die 23021, sondern auf dem Logik-Die 23024 ausgebildet sein kann.
Ein Tr, der die Logikschaltung 23014 bildet, ist auf dem Logik-Die 23024 ausgebildet. Ferner ist eine Verdrahtungsschicht 23161, die eine Vielzahl von Schichten (in diesem Beispiel drei Schichten einer Verdrahtung 23170) enthält, auf dem Logik-Die 23024 ausgebildet. Ein Verbindungsloch 23171, das einen auf dessen Oberfläche der Innenwand ausgebildeten Isolierfilm 23172 enthält, ist auf dem Logik-Die 23024 ausgebildet. Ein Verbindungsleiter 23173, der mit der Verdrahtung 23170 und dergleichen verbunden ist, ist innerhalb des Verbindungslochs 23171 eingebettet.
Das Sensor-Die 23021 und das Logik-Die 23024 sind aneinander gebondet, wobei deren Verdrahtungsschichten 23101 und 23161 einander gegenüberliegen, um die gestapelte Festkörper-Bildgebungseinrichtung 23020 zu bilden, wobei das Sensor-Die 23021 und das Logik-Die 23024 zusammengestapelt sind. Ein Film 23191 wie etwa ein Schutzfilm ist auf den gebondeten Oberflächen des Sensor-Die 23021 und des Logik-Die 23024 ausgebildet.
Das Sensor-Die 23021 enthält ein Verbindungsloch 23111, das das Sensor-Die 23021 von der Rückseite (der Seite, von der aus Licht in die PD eintritt, der oberen Seite) des Sensor-Die 23021 aus durchdringt und die oberste Schicht der Verdrahtung 23170 des Logik-Die 23024 erreicht. Ferner enthält das Sensor-Die 23021 ein Verbindungsloch 23121, das nahe dem Verbindungsloch 23111 von der Rückseite des Sensor-Die 23021 aus bis zur ersten Schicht der Verdrahtung 23110 ausgebildet ist. Ein Isolierfilm 23112 ist auf der Oberfläche der Innenwand des Verbindungslochs 23111 ausgebildet, und ein Isolierfilm 23122 ist auf der Oberfläche der Innenwand des Verbindungslochs 23121 ausgebildet. Weiter sind Verbindungsleiter 23113 und 23123 innerhalb der Verbindungslöcher 23111 bzw. 23121 eingebettet. Der Verbindungsleiter 23113 und der Verbindungsleiter 23123 sind auf der Rückseite der Sensor-Dies 23021 miteinander elektrisch verbunden. Dementsprechend sind das Sensor-Die 23021 und das Logik-Die 23024 über die Verdrahtungsschicht 23101, das Verbindungsloch 23121, das Verbindungsloch 23111 und die Verdrahtungsschicht 23161 miteinander elektrisch verbunden.
18 ist eine Schnittansicht, die ein zweites Konfigurationsbeispiel der gestapelten Festkörper-Bildgebungseinrichtung 23020 veranschaulicht.
In dem zweiten Konfigurationsbeispiel der Festkörper-Bildgebungseinrichtung 23020 sind das Sensor-Die 23021 (die Verdrahtungsschicht 23101 [die Verdrahtung 23110]) und das Logik-Die 23024 (die Verdrahtungsschicht 23161 [die Verdrahtung 23170]) durch ein Verbindungsloch 23211, das auf dem Sensor-Die 23021 ausgebildet ist, miteinander elektrisch verbunden.
Das heißt, in 18 durchdringt das Verbindungsloch 23211 das Sensor-Die 23021 von der Rückseite des Sensor-Die 23021 aus und erreicht die oberste Schicht der Verdrahtung 23170 des Logik-Die 23024 und die oberste Schicht der Verdrahtung 23110 des Sensor-Die 23021. Ein Isolierfilm 23212 ist auf der Oberfläche der Innenwand des Verbindungslochs 23211 ausgebildet, und ein Verbindungsleiter 23213 ist innerhalb des Verbindungslochs 23211 eingebettet. In der oben beschriebenen 17 sind das Sensor-Die 23021 und das Logik-Die 23024 über die beiden Verbindungslöcher 23111 und 23121 miteinander elektrisch verbunden. Auf der anderen Seite sind in 18 das Sensor-Die 23021 und das Logik-Die 23024 über das einzige Verbindungsloch 23211 miteinander elektrisch verbunden.
19 ist eine Schnittansicht, die ein drittes Konfigurationsbeispiel der gestapelten Festkörper-Bildgebungseinrichtung 23020 veranschaulicht.
In der Festkörper-Bildgebungseinrichtung 23020 von 19 ist der Film 23191 wie etwa ein Schutzfilm auf den gebondeten Oberflächen des Sensor-Die 23021 und des Logik-Die 23024 nicht ausgebildet, was sich von dem Fall von 17 unterscheidet, in dem der Film 23191 wie etwa ein Schutzfilm auf den gebondeten Oberflächen des Sensor-Die 23021 und des Logik-Die 23024 ausgebildet ist.
Die Festkörper-Bildgebungseinrichtung 23020 von 19 ist auf solch eine Weise konfiguriert, dass das Sensor-Die 23021 und das Logik-Die 23024 so zusammengestapelt werden, dass die Verdrahtung 23110 und die Verdrahtung 23170 miteinander in direkten Kontakt gebracht werden und Wärme beaufschlagt wird, während eine vorbestimmte Last darauf angewendet wird, um die Verdrahtung 23110 und die Verdrahtung 23170 direkt zu verbinden.
20 ist eine Schnittansicht, die ein anderes Konfigurationsbeispiel der gestapelten Festkörper-Bildgebungseinrichtung veranschaulicht, für die die Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
In 20 weist eine Festkörper-Bildgebungseinrichtung 23401 eine dreischichtige gestapelte Struktur auf, in der drei Dies: ein Sensor-Die 23411; ein Logik-Die 23412; und ein Speicher-Die 23413, zusammengestapelt sind.
Das Speicher-Die 23413 enthält zum Beispiel eine Speicher-Schaltung, die Daten vorübergehend speichert, die in einer im Logik-Die 23412 durchgeführten Signalverarbeitung erforderlich sind.
Obgleich das Logik-Die 23412 und das Speicher-Die 23413 in dieser Reihenfolge unter dem Sensor-Die 23411 in 20 gestapelt sind, können das Logik-Die 23412 und das Speicher-Die 23413 in der umgekehrten Reihenfolge gestapelt werden, das heißt, das Speicher-Die 23413 und das Logik-Die 23412 können in dieser Reihenfolge unter dem Sensor-Die 23411 gestapelt werden.
Man beachte, dass in 20 eine PD, die als fotoelektrische Umwandlungseinheit des Pixels dient, und Source/Drain-Gebiete eines Pixels Tr auf dem Sensor-Die 23411 ausgebildet sind.
Eine Gateelektrode ist um die PD mit einem dazwischen angeordnetem Gate-Isolierfilm ausgebildet. Die Gateelektrode und die gepaarten Source/Drain-Gebiete bilden einen Pixel-Tr 23421 und einen Pixel-Tr 23422.
Der Pixel-Tr 23421, der der PD benachbart ist, ist ein Übertragungs-Tr, und eines der gepaarten Source/Drain-Gebiete des Pixel-Tr 23421 ist ein FD.
Ferner ist ein Zwischenschicht-Isolierfilm auf dem Sensor-Die 23411 ausgebildet, und Verbindungslöcher sind auf dem Zwischenschicht-Isolierfilm ausgebildet. Verbindungsleiter 23431, die mit dem Pixel-Tr 23421 und dem Pixel-Tr 23422 verbunden sind, sind in den Verbindungslöchern ausgebildet.
Ferner ist eine Verdrahtungsschicht 23433, die eine Vielzahl von Schichten einer Verdrahtung 23432 enthält, welche mit jedem der Verbindungsleiter 23431 verbunden sind, auf dem Sensor-Die 23411 ausgebildet.
Ein Aluminium-Pad 23434, das als Elektrode für eine externe Verbindung dient, ist ferner auf der untersten Schicht der Verdrahtungsschicht 23433 des Sensor-Die 23411 ausgebildet. Das heißt, im Sensor-Die 23411 ist das Aluminium-Pad 23434 an einer Position ausgebildet, die zu einer gebondeten Oberfläche 23440, die an das Logik-Die 23412 gebondet ist, näher liegt als die Verdrahtung 23432. Das Aluminium-Pad 23434 wird als ein Ende einer Leiterbahn für eine Einspeisung und Abgabe von Signalen von oder nach außen genutzt.
Das Sensor-Die 23411 enthält ferner einen Kontakt 23441, der für eine elektrische Verbindung mit dem Logik-Die 23412 genutzt wird. Der Kontakt 23441 ist mit einem Kontakt 23451 des Logik-Die 23412 verbunden und ist auch mit einem Aluminium-Pad 23442 des Sensor-Die 23411 verbunden.
Das Sensor-Die 23411 enthält ferner ein Pad-Loch 23443, das von der Rückseite (oberen Seite) des Sensor-Die 23411 bis zum Aluminium-Pad 23442 ausgebildet ist.
Die Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung ist für die Festkörper-Bildgebungseinrichtung wie oben beschrieben verwendbar.
Beispielsweise kann der CMOS-Bildsensor 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung als gestapelte Festkörper-Bildgebungseinrichtung wie in B und C von 16 veranschaulicht hergestellt werden. In diesem Fall kann beispielsweise das Sensor-Die 23021 mit der Pixeleinheit 101 versehen werden und kann das Logik-Die 23024 mit der vertikalen Scan-Schaltung 102, der Spalten-Ausleseschaltung 103, der Signalquelle 104, der Schalteinheit 105, der Referenzspannung-Erzeugungsschaltung 106, der Signalverarbeitungsschaltung 107 und der Ereignis-Steuerungsschaltung 108 versehen werden.
Die Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung kann für eine Bildgebungseinrichtung verwendet werden, die in beispielsweise einer Digitalkamera, einer digitalen Bildkamera, einem Mobiltelefon, einem Tablet-Endgerät oder einem PersonalComputer enthalten ist. Ferner kann die Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung als eine Einrichtung implementiert werden, die auf einer beliebigen Art eines mobilen Körpers wie etwa einem Kraftfahrzeug, einem Elektrofahrzeug, einem Hybrid-Elektrofahrzeug, einem Motorrad, einem Fahrrad, einer Einrichtung für persönliche Mobilität, einem Flugzeug, einer Drohne, einem Schiff oder einem Roboter montiert wird. Die Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung, die für die Einrichtung wie oben beschrieben verwendet wird, macht es möglich, den Leistungsverbrauch der Bildgebungseinrichtung zu reduzieren und ein Bild mit reduziertem Rauschen, das durch die analoge Charakteristik der Spalten-Ausleseschaltung verursacht wird, zu erzeugen.
21 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer elektronischen Einrichtung 500 veranschaulicht, für die der CMOS-Bildsensor 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet wird.
Die elektronische Einrichtung 500 ist beispielsweise eine Bildgebungseinrichtung wie etwa eine digitale Bildkamera oder eine Videokamera oder ein tragbares Endgerät wie etwa ein Smartphone oder ein Tablet-Endgerät.
In 21 enthält die elektronische Einrichtung 500 eine Linse 501, eine Bildgebungsvorrichtung 502, eine DSP-Schaltung 503, einen Framespeicher 504, eine Anzeigeeinheit 505, eine Aufzeichnungseinheit 506, eine Bedienungseinheit 507 und eine Stromversorgungseinheit 508. In der elektronischen Einrichtung 500 sind ferner die DSP-Schaltung 503, der Framespeicher 504, die Anzeigeeinheit 505, die Aufzeichnungseinheit 506, die Bedienungseinheit 507 und die Stromversorgungseinheit 508 über eine Busleitung 509 miteinander verbunden.
Der CMOS-Bildsensor 100 von 1 kann für die Bildgebungsvorrichtung 502 verwendet werden.
Die DSP-Schaltung 503 ist eine Signalverarbeitungsschaltung, die ein von der Bildgebungsvorrichtung 502 eingespeistes Signal verarbeitet. Die DSP-Schaltung 503 gibt Bilddaten aus, die durch Verarbeiten des Signals von der Bildgebungsvorrichtung 502 erhalten werden. Der Framespeicher 504 hält vorübergehend die durch die DSP-Schaltung 503 verarbeiteten Bilddaten in Einheiten von Frames.
Die Anzeigeeinheit 505 enthält beispielsweise eine Panel-Anzeige wie etwa ein Flüssigkristall-Panel oder ein Panel für organische Elektrolumineszenz (EL) und zeigt ein Bewegtbild oder ein Standbild an, das durch die Bildgebungsvorrichtung 502 aufgenommen wurde. Die Aufzeichnungseinheit 506 zeichnet Bilddaten des Bewegtbilds oder des Standbilds, das durch die Bildgebungsvorrichtung 502 aufgenommen wurde, in einem Aufzeichnungsmedium wie etwa einem Halbleiterspeicher oder einer Festplatte auf.
Die Bedienungseinheit 507 gibt einen Bedienungsbefehl für verschiedene Funktionen, die in der elektronischen Einrichtung 500 enthalten sind, gemäß einer Bedienung durch einen Nutzer aus. Die Stromversorgungseinheit 508 stellt in geeigneter Weise unterschiedliche Leistung als Betriebsleistung der DSP-Schaltung 503, des Framespeichers 504, der Anzeigeeinheit 505, der Aufzeichnungseinheit 506 und der Bedienungseinheit 507 diesen Versorgungszielen bereit.
<3. Zusammenfassung>
Wie oben beschrieben wurde, kann die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung den CMOS-Bildsensor 100 bereitstellen, der imstande ist, ein Bild mit reduziertem Rauschen, das durch die analoge Charakteristik der Spalten-Ausleseschaltung verursacht wird, zu erzeugen.
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wurde oben unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Der technische Umfang der vorliegenden Offenbarung ist jedoch nicht auf die obigen Beispiele beschränkt. Es ist offensichtlich, dass der Fachmann verschiedene Modifikationen oder Korrekturen innerhalb des Umfangs des in den Ansprüchen beschriebenen technischen Gedankens konzipieren kann, und es sollte sich verstehen, dass diese Modifikationen und Korrekturen ebenfalls zum technischen Umfang der vorliegenden Offenbarung selbstverständlich gehören.
Die in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Effekte sind ferner keine eingeschränkten Effekte, sondern sind nur erläuternde oder veranschaulichende Effekte. Mit anderen Worten kann die Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung zusätzlich zu den obigen Effekten oder an deren Stelle andere Effekte erzielen, die für den Fachmann aus der Beschreibung der Anmeldung offensichtlich sind.
Man beachte, dass die Konfigurationen wie nachstehend beschrieben ebenfalls zum technischen Umfang der vorliegenden Offenbarung gehören.

(1) Eine Bildgebungsvorrichtung, aufweisend:
- ein Pixel-Array, das eine Vielzahl von Pixeln enthält, die jeweils dafür konfiguriert sind, ein Pixelsignal durch fotoelektrische Umwandlung abzugeben;
- eine Signalausgabeeinheit, die dafür konfiguriert ist, ein vorbestimmtes Signal abzugeben;
- eine Schalteinheit, die dafür konfiguriert ist, entweder eine Ausgabe von der Signalausgabeeinheit oder eine Ausgabe basierend auf dem Pixelsignal in einer schaltenden Weise auszugeben; und
- eine AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit, die dafür konfiguriert ist, unter Verwendung einer Ausgabe von der Schalteinheit eine AD-Umwandlung auszuführen.
(2) Die Bildgebungsvorrichtung gemäß (1), ferner aufweisend eine Steuerungseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Steuerung zum Schalten der Schalteinheit durchzuführen, um die Ausgabe von der Signalausgabeeinheit zur AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit auszugeben, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.
(3) Die Bildgebungsvorrichtung gemäß (2), wobei die Steuerungseinheit die Schalteinheit schaltet, um die Ausgabe von der Signalausgabeeinheit zur AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit in einer vorbestimmten Periode auszugeben.
(4) Die Bildgebungsvorrichtung gemäß (2) oder (3), wobei die Steuerungseinheit die Schalteinheit schaltet, um die Ausgabe von der Signalausgabeeinheit zur AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit als Antwort auf eine Detektion einer vorbestimmten Temperaturänderung auszugeben.
(5) Die Bildgebungsvorrichtung gemäß (2) oder (3), wobei die Steuerungseinheit die Schalteinheit schaltet, um die Ausgabe von der Signalausgabeeinheit zur AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit als Antwort auf eine Detektion einer vorbestimmten Spannungsänderung auszugeben.
(6) Die Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von (1) bis (5), wobei die Signalausgabeeinheit ein Signal eines beliebigen Spannungswerts abgibt.
(7) Die Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von (1) bis (5), wobei die Signalausgabeeinheit zumindest Signale zweier Spannungswerte in einer schaltenden Weise abgibt.
(8) Die Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von (1) bis (7), wobei die AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit das Pixelsignal in ein digitales Signal auf der Basis eines Ergebnisses eines Vergleichs zwischen einer ersten Spannung, die einem Signal entspricht, das erhalten wird, indem das Pixelsignal und ein sich in einer Richtung entgegengesetzt zum Pixelsignal linear änderndes Referenzsignal addiert werden, und einer als Referenz dienenden zweiten Spannung umwandelt.
(9) Die Bildgebungsvorrichtung gemäß (8), wobei die AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit einen Komparator enthält, der für konfiguriert ist, den Vergleich zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung durchzuführen und ein das Vergleichsergebnis angebendes Ausgangssignal abzugeben.
(10) Die Bildgebungsvorrichtung gemäß (9), ferner aufweisend eine Signalverarbeitungsschaltung, die dafür konfiguriert ist, eine Signalverarbeitung an einer Ausgabe von der AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit auszuführen.
(11) Die Bildgebungsvorrichtung gemäß (10), wobei die Signalverarbeitungsschaltung eine Signalverarbeitung ausführt, um einen Korrekturwert zu berechnen, um eine Beziehung zwischen einer Lichtmenge und einem digitalen Wert zwischen Ausgaben von einer Vielzahl von AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheiten in einem Zustand zu vereinheitlichen, in dem die Schalteinheit die Ausgabe von der Signalausgabeeinheit zur AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit ausgibt.
(12) Die Bildgebungsvorrichtung gemäß (11), wobei die Signalverarbeitungsschaltung eine Korrekturverarbeitung an der Ausgabe von der AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit unter Verwendung des Korrekturwerts in einem Zustand durchführt, in dem die Schalteinheit eine Ausgabe vom Pixel-Array zur AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit ausgibt.
(13) Die Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von (1) bis (12), wobei die AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit zumindest einen Komparator enthält und der Komparator einen ersten differentiellen Transistor und einen zweiten differentiellen Transistor enthält.
(14) Die Bildgebungsvorrichtung gemäß (13), wobei ein Referenzsignal in den ersten differentiellen Transistor eingespeist wird und die Ausgabe von der Signalausgabeeinheit oder die Ausgabe basierend auf dem Pixelsignal über die Schalteinheit selektiv in den zweiten differentiellen Transistor eingespeist wird.
(15) Die Bildgebungsvorrichtung gemäß (13) oder (14), wobei der erste differentielle Transistor mit einer Referenzspannung verbunden ist und der zweite differentielle Transistor mit einem ersten Kondensator und einem zweiten Kondensator verbunden ist.
(16) Die Bildgebungsvorrichtung gemäß (15), wobei ein Referenzsignal in den ersten Kondensator eingespeist wird und die Ausgabe, die auf dem Pixelsignal basiert, oder die Ausgabe von der Signalausgabeeinheit über einen Schalter selektiv in den zweiten Kondensator eingegeben wird.
(17) Die Bildgebungsvorrichtung gemäß (16), wobei die Referenzspannung eine Massespannung ist.
(18) Ein Verfahren zur Steuerung einer Bildgebungsvorrichtung, um eine Bildgebungsvorrichtung zu steuern, wobei die Bildgebungsvorrichtung umfasst:
- ein Pixel-Array, das eine Vielzahl von Pixeln enthält, die jeweils dafür konfiguriert sind, ein Pixelsignal durch fotoelektrische Umwandlung abzugeben;
- eine Signalausgabeeinheit, die dafür konfiguriert ist, ein vorbestimmtes Signal abzugeben;
- eine Schalteinheit, die dafür konfiguriert ist, entweder eine Ausgabe von der Signalausgabeeinheit oder eine Ausgabe basierend auf dem Pixelsignal in einer schaltenden Weise auszugeben; und
- eine AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit, die dafür konfiguriert ist, unter Verwendung einer Ausgabe von der Schalteinheit eine AD-Umwandlung auszuführen, wobei das Verfahren aufweist:
  - ein Durchführen einer Steuerung zum Schalten der Schalteinheit, um die Ausgabe von der Signalausgabeeinheit zur AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit auszugeben, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.
(19) Eine elektronische Einrichtung, aufweisend:
- eine Bildgebungsvorrichtung; und
- eine Verarbeitungseinheit, die dafür konfiguriert ist, ein von der Bildgebungsvorrichtung abgegebenes Signal zu verarbeiten, wobei
- die Bildgebungsvorrichtung umfasst:
  - ein Pixel-Array, das eine Vielzahl von Pixeln enthält, die jeweils dafür konfiguriert sind, ein Pixelsignal durch fotoelektrische Umwandlung abzugeben;
  - eine Signalausgabeeinheit, die dafür konfiguriert ist, ein vorbestimmtes Signal abzugeben;
  - eine Schalteinheit, die dafür konfiguriert ist, entweder eine Ausgabe von der Signalausgabeeinheit oder eine Ausgabe basierend auf dem Pixelsignal in einer schaltenden Weise auszugeben; und
  - eine AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit, die dafür konfiguriert ist, unter Verwendung einer Ausgabe von der Schalteinheit eine AD-Umwandlung auszuführen.

Bezugszeichenliste

100: CMOS-Bildsensor
109: Pixel-Ansteuerleitung
110: vertikale Signalleitung
121: Komparator
122: Zähler
123: Latch bzw. Auffangregister
150: Pixel
151: Fotodiode
152: Übertragungstransistor
154: Verstärkungstransistor
155: Auswahltransistor
156: Rücksetztransistor
157: Konstantstromquelle
171: Schalteinheit
172: Kondensator-Array
173: Komparator
174: SAR-Logikschaltung
200: Komparator
201: Differenzverstärker

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009124513 A [0003]

Claims

Bildgebungsvorrichtung, aufweisend: ein Pixel-Array, das eine Vielzahl von Pixeln enthält, die jeweils dafür konfiguriert sind, ein Pixelsignal durch fotoelektrische Umwandlung abzugeben; eine Signalausgabeeinheit, die dafür konfiguriert ist, ein vorbestimmtes Signal abzugeben; eine Schalteinheit, die dafür konfiguriert ist, entweder eine Ausgabe von der Signalausgabeeinheit oder eine Ausgabe basierend auf dem Pixelsignal in einer schaltenden Weise auszugeben; und eine AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit, die dafür konfiguriert ist, unter Verwendung einer Ausgabe von der Schalteinheit eine AD-Umwandlung auszuführen.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Steuerungseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Steuerung zum Schalten der Schalteinheit durchzuführen, um die Ausgabe von der Signalausgabeeinheit zur AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit auszugeben, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuerungseinheit die Schalteinheit schaltet, um die Ausgabe von der Signalausgabeeinheit zur AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit in einer vorbestimmten Periode auszugeben.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuerungseinheit die Schalteinheit schaltet, um die Ausgabe von der Signalausgabeeinheit zur AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit als Antwort auf eine Detektion einer vorbestimmten Temperaturänderung auszugeben.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuerungseinheit die Schalteinheit schaltet, um die Ausgabe von der Signalausgabeeinheit zur AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit als Antwort auf eine Detektion einer vorbestimmten Spannungsänderung auszugeben.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Signalausgabeeinheit ein Signal eines beliebigen Spannungswerts abgibt.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Signalausgabeeinheit zumindest Signale zweier Spannungswerte in einer schaltenden Weise abgibt.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit das Pixelsignal in ein digitales Signal auf der Basis eines Ergebnisses eines Vergleichs zwischen einer ersten Spannung, die einem Signal entspricht, das erhalten wird, indem das Pixelsignal und ein sich in einer Richtung entgegengesetzt zum Pixelsignal linear änderndes Referenzsignal addiert werden, und einer als Referenz dienenden zweiten Spannung umwandelt.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit einen Komparator enthält, der für konfiguriert ist, den Vergleich zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung durchzuführen und ein das Vergleichsergebnis angebendes Ausgangssignal abzugeben.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 9, ferner aufweisend eine Signalverarbeitungsschaltung, die dafür konfiguriert ist, eine Signalverarbeitung an einer Ausgabe von der AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit auszuführen.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Signalverarbeitungsschaltung eine Signalverarbeitung ausführt, um einen Korrekturwert zu berechnen, um eine Beziehung zwischen einer Lichtmenge und einem digitalen Wert zwischen Ausgaben von einer Vielzahl von AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheiten in einem Zustand zu vereinheitlichen, in dem die Schalteinheit die Ausgabe von der Signalausgabeeinheit zur AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit ausgibt.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Signalverarbeitungsschaltung eine Korrekturverarbeitung an der Ausgabe von der AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit unter Verwendung des Korrekturwerts in einem Zustand durchführt, in dem die Schalteinheit eine Ausgabe vom Pixel-Array zur AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit ausgibt.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit zumindest einen Komparator enthält und der Komparator einen ersten differentiellen Transistor und einen zweiten differentiellen Transistor enthält.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei ein Referenzsignal in den ersten differentiellen Transistor eingespeist wird und die Ausgabe von der Signalausgabeeinheit oder die Ausgabe basierend auf dem Pixelsignal über die Schalteinheit selektiv in den zweiten differentiellen Transistor eingespeist wird.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei der erste differentielle Transistor mit einer Referenzspannung verbunden ist und der zweite differentielle Transistor mit einem ersten Kondensator und einem zweiten Kondensator verbunden ist.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei ein Referenzsignal in den ersten Kondensator eingespeist wird und die Ausgabe, die auf dem Pixelsignal basiert, oder die Ausgabe von der Signalausgabeeinheit über einen Schalter selektiv in den zweiten Kondensator eingegeben wird.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Referenzspannung eine Massespannung ist.
Verfahren zur Steuerung einer Bildgebungsvorrichtung, um eine Bildgebungsvorrichtung zu steuern, wobei die Bildgebungsvorrichtung umfasst: ein Pixel-Array, das eine Vielzahl von Pixeln enthält, die jeweils dafür konfiguriert sind, ein Pixelsignal durch fotoelektrische Umwandlung abzugeben; eine Signalausgabeeinheit, die dafür konfiguriert ist, ein vorbestimmtes Signal abzugeben; eine Schalteinheit, die dafür konfiguriert ist, entweder eine Ausgabe von der Signalausgabeeinheit oder eine Ausgabe basierend auf dem Pixelsignal in einer schaltenden Weise auszugeben; und eine AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit, die dafür konfiguriert ist, unter Verwendung einer Ausgabe von der Schalteinheit eine AD-Umwandlung auszuführen, wobei das Verfahren aufweist: ein Durchführen einer Steuerung zum Schalten der Schalteinheit, um die Ausgabe von der Signalausgabeeinheit zur AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit auszugeben, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.
Elektronische Einrichtung, aufweisend: eine Bildgebungsvorrichtung; und eine Verarbeitungseinheit, die dafür konfiguriert ist, ein von der Bildgebungsvorrichtung abgegebenes Signal zu verarbeiten, wobei die Bildgebungsvorrichtung umfasst: ein Pixel-Array, das eine Vielzahl von Pixeln enthält, die jeweils dafür konfiguriert sind, ein Pixelsignal durch fotoelektrische Umwandlung abzugeben; eine Signalausgabeeinheit, die dafür konfiguriert ist, ein vorbestimmtes Signal abzugeben; eine Schalteinheit, die dafür konfiguriert ist, entweder eine Ausgabe von der Signalausgabeeinheit oder eine Ausgabe basierend auf dem Pixelsignal in einer schaltenden Weise auszugeben; und eine AD-Umwandlung-Verarbeitungseinheit, die dafür konfiguriert ist, unter Verwendung einer Ausgabe von der Schalteinheit eine AD-Umwandlung auszuführen.