Устройство формирования изображений

Устройство формирования изображений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству формирования изображений.

Описание предшествующего уровня техники

[0002] В последние годы датчик изображений на КМОП подвергает сигнал пикселя аналогово-цифровому преобразованию (в дальнейшем называемому А/Ц-преобразованием) в устройстве датчика. Сейчас известен способ высокоскоростного процесса А/Ц-преобразования с высоким разрешением. Способ из выложенной заявки на патент Японии № 2007-281987 включает в себя введение сигнала изображения во множество компараторов, сравнение сигнала изображения с опорными сигналами, имеющими отличные друг от друга изменения во времени, и синтезирование счетных данных исходного уровня N (в дальнейшем называемого основным сигналом) сигнала пикселя и эффективного сигнала S после обработки S-N. Посредством этого способ может получить данные А/Ц-преобразования с большим количеством разрядов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] В традиционном способе существует проблема точности синтезированных данных А/Ц-преобразования. Способ из выложенной заявки на патент Японии №2007-281987 включает в себя синтезирование данных А/Ц-преобразования в качестве высокоточных данных путем размещения данных А/Ц-преобразования (разряд j), полученных с помощью опорного сигнала, имеющего малое временное изменение, в самый младший разряд, включающий в себя ошибку квантования данных А/Ц-преобразования (разряд i), полученных с помощью опорного сигнала, имеющего большее временное изменение, но обладает небольшим результатом повышения точности А/Ц-преобразования. К тому же способ содержит два компаратора, предоставленных в каждой строке, и соответственно имеет проблему в том, что увеличивается масштаб схемы.

[0004] В соответствии с настоящим изобретением, устройство формирования изображений содержит: пиксель, сконфигурированный для формирования сигнала путем фотоэлектрического преобразования; компаратор, сконфигурированный для сравнения основного сигнала на основе пикселя в исходном состоянии с меняющимся во времени первым опорным сигналом и сравнения эффективного сигнала на основе пикселя не в исходном состоянии с меняющимся во времени вторым опорным сигналом, причем второй опорный сигнал имеет больший коэффициент изменения во времени, чем коэффициент изменения во времени первого опорного сигнала; счетчик, сконфигурированный для отсчета первого значения отсчета до инверсии соотношения величин между основным сигналом и первым опорным сигналом, и сконфигурированный для отсчета второго значения отсчета до инверсии соотношения величин между эффективным сигналом и вторым опорным сигналом; корректирующий блок, сконфигурированный для коррекции разницы разрешений первого и второго значений отсчета и сконфигурированный для коррекции разницы между первым и вторым скорректированными значениями отсчета.

[0005] Способ в соответствии с настоящим раскрытием изобретения может повысить точность аналого-цифрового преобразования наряду с устранением увеличения масштаба схемы.

[0006] Дополнительные признаки настоящего изобретения станут очевидными из нижеследующего описания примерных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0007] Фиг. 1 - блок-схема устройства формирования изображений в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0008] Фиг. 2 - поясняющий чертеж отношения сигнал/шум у сигнала пикселя.

[0009] Фиг. 3 - поясняющий чертеж множества линейно меняющихся сигналов.

[0010] Фиг. 4 - блок-схема блока А/Ц-преобразования из первого варианта осуществления настоящего изобретения.

[0011] Фиг. 5 - временная диаграмма блока А/Ц-преобразования из фиг. 4.

[0012] Фиг. 6A, 6B и 6C - поясняющие чертежи сдвига разряда данных А/Ц-преобразования.

[0013] Фиг. 7 - блок-схема системы формирования изображений.

[0014] Фиг. 8 - концептуальное представление, иллюстрирующее пример конструкции устройства формирования изображений.

[0015] Фиг. 9 - эквивалентная принципиальная схема пикселя.

[0016] Фиг. 10 - временная диаграмма, иллюстрирующая пример работы устройства формирования изображений, проиллюстрированного на фиг. 8.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0017] Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения сейчас будут подробно описываться в соответствии с прилагаемыми чертежами.

[0018] (Первый вариант осуществления)

[0019] Фиг. 1 - схематическая блок-схема устройства 100 формирования изображений в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. Устройство 100 формирования изображений является устройством формирования изображений, которое называется датчиком изображений на КМОП; и подвергает световое изображение объекта фотоэлектрическому преобразованию, и выводит электрический сигнал в виде цифрового сигнала. Устройство 100 формирования изображений содержит блоки 10 пикселей, схему 15 вертикального сканирования, усиливающий блок 20, схему 25 формирования линейно меняющегося сигнала (схему формирования опорного сигнала), блок 30 сравнения, счетчик 40, запоминающее устройство 50, схему 60 вывода, схему 65 горизонтального сканирования и схему 70 генерации синхронизации (TG). Блок 10 пикселей содержит множество пикселей 10-1, которые размещаются в форме двумерной матрицы. Пиксель 10-1 формирует сигнал пикселя посредством фотоэлектрического преобразования. Схема 15 вертикального сканирования выводит возбуждающие импульсы X-1, X-2 и так далее в блок 10 пикселей. Усиливающий блок 20 усиливает сигнал пикселя, отправленный из блока 10 пикселей. Схема 25 формирования линейно меняющегося сигнала формирует линейно меняющийся сигнал (опорный сигнал), который изменяется относительно времени, в качестве сигнала сравнения с сигналом пикселя. Блок 30 сравнения сравнивает сигнал пикселя, который усилен усиливающим блоком 20, с линейно меняющимся сигналом. Счетчик 40 отсчитывает значение до тех пор, пока блок 30 сравнения не выведет результат сравнения. Запоминающее устройство 50 (корректирующий блок) хранит данные отсчета счетчика 40 и осуществляет сдвиг разряда и вычисление для хранимых данных. Схема 65 горизонтального сканирования передает данные, отправленные из запоминающего устройства 50, в схему 60 вывода с использованием горизонтального сканирования. Схема 70 генерации синхронизации соответственно управляет синхронизациями вышеописанных блоков схемы.

[0020] Блок 10 пикселей содержит множество пикселей 10-1, размещенных по его площади, но фиг. 1 для простоты иллюстрирует только 4 пикселя. Линии каждого из пикселей 10-1 последовательно возбуждаются возбуждающими импульсами X-1 и X-2, которые должны отправляться из схемы 15 вертикального сканирования. Основной сигнал (сигнал сброса) каждого из пикселей 10-1 на основе пикселя 10-1 в исходном состоянии и эффективный сигнал (сигнал фотоэлектрического преобразования) каждого из пикселей 10-1 на основе пикселя 10-1 не в исходном состоянии вводятся в усиливающий блок 20 по вертикальным выходным линиям с V-1 по V-n. Каждая схема между усиливающим блоком 20 и запоминающим устройством 50 предоставляется относительно каждой из вертикальных выходных линий с V-1 по V-n. Каждая усиливающая схема 20-1 в усиливающем блоке 20 может иметь лишь функцию простого усиления сигнала, отправленного из пикселя 10-1, а также может иметь функцию обработки CDS по снижению шума путем подвергания эффективного сигнала и основного сигнала дифференцирующей обработке. Влияние шума, который появляется в блоке 30 сравнения, можно уменьшить путем усиления сигналов в усиливающем блоке 20. Когда усиливающий блок 20 не снабжен функцией обработки CDS, участок ввода блока 30 сравнения может выполнять обработку CDS.

[0021] Блок 30 сравнения содержит схему компаратора 30-1, которая соответствует строке пикселей, подсоединенной к усиливающему блоку 20, и выбирающую схему 30-2, которая выбирает один сигнал из множества линейно меняющихся сигналов. Множество линейно меняющихся сигналов будет описано позже на фиг. 3. Блок 30 сравнения сравнивает основной сигнал, отправленный из усиливающей схемы 20-1, с линейно меняющимся сигналом, имеющим меньший коэффициент изменения во времени, затем определяет, является ли уровень эффективного сигнала больше или меньше напряжения сравнения, выбирает линейно меняющийся сигнал для сравнения с эффективным сигналом в соответствии с результатом и сравнивает эффективный сигнал с линейно меняющимся сигналом. Вышеописанное напряжение сравнения устанавливается с учетом отношения сигнал/шум у эффективного сигнала. Счетчик 40 выполняет операции преобразования дважды для одного пикселя. Первый раз блок 30 сравнения сравнивает основной сигнал с линейно меняющимся сигналом, имеющим меньший коэффициент изменения во времени, а счетчик 40 отсчитывает в обратном направлении значение от переднего фронта линейно меняющегося сигнала до тех пор, пока выходной сигнал блока 30 сравнения не поменяется на противоположный. Основной сигнал является, например, сигналом, который нужно вывести, когда сбрасывается вход в усиливающий блок 20, или сигналом, который нужно вывести, когда сбрасывается выход пикселя 10-1, если устройство формирования изображений устроено так, что оно не содержит усиливающего блока 20. Во второй раз, когда уровень эффективного сигнала большой, блок 30 сравнения сравнивает эффективный сигнал с линейно меняющимся сигналом, имеющим больший коэффициент изменения во времени, а счетчик 40 корректирует коэффициенты разрешения в случаях, в которых линейно меняющиеся сигналы имеют меньший коэффициент изменения во времени и больший коэффициент изменения во времени, и отсчитывает в прямом направлении значение. Последующие данные А/Ц-преобразования с большим количеством разрядов сохраняются в запоминающей схеме 50-1 запоминающего устройства 50. Эффективный сигнал является сигналом, полученным путем усиления сигнала, который получается в пикселе 10-1 посредством фотоэлектрического преобразования и отправляется из него, с помощью усиливающего блока 20, или сигналом, отправленным из пикселя 10-1, когда устройство формирования изображений не содержит усиливающего блока 20. Когда уровень эффективного сигнала небольшой, блок 30 сравнения последовательно сравнивает эффективный сигнал с линейно меняющимся сигналом, имеющим меньший коэффициент изменения во времени после того, как отсчитан в обратном направлении основной сигнал, и счетчик 40 отсчитывает в прямом направлении значение. Результат сохраняется в запоминающей схеме 50-1 запоминающего устройства 50 в качестве данных А/Ц-преобразования. Данные А/Ц-преобразования, которые сохранены в запоминающей схеме 50-1, передаются в схему 60 вывода с помощью импульса сканирования, который нужно отправить из схемы 65 горизонтального сканирования.

[0022] Как описано выше, устройство 100 формирования изображений сравнивает основной сигнал с линейно меняющимся сигналом, имеющим меньший коэффициент изменения во времени независимо от уровня эффективного сигнала, и соответственно допускает получение данных А/Ц-преобразования основного сигнала с высоким разрешением. Устройство формирования изображений выполняет обработку по корректировке данных А/Ц-преобразования эффективного сигнала в соответствии с данными А/Ц-преобразования основного сигнала и, следовательно, может получить данные А/Ц-преобразования с высокой точностью и большим количеством разрядов. К тому же один компаратор 30-1 сравнивает эффективный сигнал с линейно меняющимся сигналом в соответствии с уровнем эффективного сигнала, соответственно выполняет обработку по А/Ц-преобразованию с небольшим количеством разрядов и может увеличить скорость обработки.

[0023] Фиг. 2 - поясняющий чертеж отношения сигнал/шум у сигнала пикселя для описания принципа работы устройства 100 формирования изображений из фиг. 1. Ось абсцисс на фиг. 2 указывает количество света, падающего на пиксель 10-1, а ось ординат указывает уровень сигнала, который фотоэлектрически преобразован в соответствии с количеством падающего света, в логарифмическом масштабе. Сплошная линия 201 указывает сигнал, и уровень сигнала в 1 В должен временно соответствовать 10000 фрагментам фотоэлектрического заряда N. Штриховая линия 202 указывает оптический дробовой шум, и величина шума выражается с помощью √N, что общеизвестно. Пунктирная линия 203 является пиксельным шумом после CDS (который включает в себя шум, который возникает в усилителе, и не включает в себя шум, который возникает при А/Ц-преобразовании). Предположим, что пиксельный шум 203 составляет 0,2 мВ, и отношение сигнал/шум, которое является отношением уровня сигнала 1 В к пиксельному шуму 0,2 мВ, становится равным 74 дБ. Чтобы выполнить А/Ц-преобразование, которое охватывает это отношение сигнал/шум, нужно разрешение приблизительно в 14 разрядов с учетом битовой ошибки квантования. Когда устройство формирования изображений обладает более высоким разрешением, период счетчика становится длиннее. Соответственно, устройству формирования изображений необходим некоторый период времени А/Ц-преобразования, и оно считывает сигнал с низкой скоростью. В конечном счете, устройство формирования изображений приходит к неспособности получать изображения с высокой скоростью.

[0024] Тогда устройство формирования изображений настоящего варианта осуществления добивается высокоскоростного считывания путем уменьшения количества разрядов для А/Ц-преобразования. Если уровень сигнала большой амплитуды временно предположить равным, например, 1 В, то оптический дробовой шум 202 является большим. Затем предположим, что оптический дробовой шум составляет 100 фрагментов, когда уровень сигнала большой амплитуды соответствует 10000 фрагментов электрических зарядов, и отношение сигнал/шум равно 40 дБ. К тому же, когда уровень сигнала малой амплитуды временно предполагается равным 10 мВ, отношение сигнал/шум равно 20 дБ. Другими словами, подразумевается, что отношение сигнал/шум немногим более 40 дБ является удовлетворительным для А/Ц-преобразования независимо от амплитуды сигнала.

[0025] На фиг. 2 А/Ц-преобразование с 10 разрядами рассматривается для сигнала AD (H) большой амплитуды и сигнала AD (L) малой амплитуды, которые классифицируются по границе в 62,5 мВ, на которой напряжение составляет 1/16 (эквивалентно 4 разрядам) сигнала 1 В. Разрешение А/Ц-преобразования для сигнала с амплитудой 1 В выражается штриховой линией 204 с двойным пунктиром, а разрешение А/Ц-преобразования для сигнала с амплитудой 62,5 мВ выражается штрихпунктирной линией 205. Затем фигура показывает, что два А/Ц-преобразования имеют небольшие А/Ц-разрешения даже с учетом ошибки квантования для оптического дробового шума 202, несмотря на наличие точности А/Ц-преобразования в 10 разрядов. Данные А/Ц-преобразования с точностью в 14 разрядов можно получить в А/Ц-преобразователе 10 разрядов путем сдвига разряда у этих двух данных А/Ц-преобразования. Однако, поскольку имеется ошибка квантования в самом младшем разряде данных А/Ц-преобразования у сигнала AD (H) большой амплитуды, данные А/Ц-преобразования фактически не имеют точность в 10 разрядов, и ошибка квантования становится больше из-за дифференцирующей обработки между эффективным сигналом и основным сигналом.

[0026] Преобразование для сигнала большой амплитуды и преобразование для сигнала малой амплитуды выполняются с 10 разрядами соответственно, но это соответствует изменению разрешения для 4 разрядов, потому что 2⁴=16 для установки на 16 градиента линейно меняющегося сигнала (опорного сигнала), который должен подаваться во время этого преобразования, другими словами, показателя коэффициента изменения во времени опорного сигнала. Разрешение в 14 разрядов создается для диапазона сигнала в 1 В путем синтезирования обоих сигналов, имеющих такое соотношение. Здесь будет рассматриваться преобразование сигнала большой амплитуды. В настоящем варианте осуществления сигнал определяется как сигнал большой амплитуды в соответствии с тем, больше ли амплитуда сигнала 1/16 максимального значения в 1 В амплитуды сигнала, которая является границей. Это значение составляет 62,5 мВ, которое равно 1000 мВ/16. Соответственно границей определения является 62,5 мВ.

[0027] С другой стороны, когда преобразуется сигнал малой амплитуды, сигнал малой амплитуды вплоть до 62,5 мВ, что является границей, подвергается А/Ц-преобразованию с использованием линейно меняющегося сигнала, имеющего градиент в 1/16 линейно меняющегося сигнала для сигнала большой амплитуды. Из-за этого разрешение 205 А/Ц-преобразования для сигнала малой амплитуды становится 1/16 от разрешения 204 А/Ц-преобразования для сигнала большой амплитуды. Соответственно, разрешение А/Ц-преобразования с 10 разрядами для сигнала с амплитудой в 62,5 мВ становится равным 0,0612 мВ, потому что 62,5 мВ/1024≈0,0612 мВ. Разрешение в 0,0612 мВ является достаточно небольшим значением по отношению к значению 0,2 мВ вышеописанного пиксельного шума 203. Для сведения, сигнал в 62,5 мВ на границе можно обрабатывать как любой из сигнала большой амплитуды и сигнала малой амплитуды.

[0028] Фиг. 3 - поясняющий чертеж множества линейно меняющихся сигналов в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Фиг. 3 иллюстрирует градиент, который является изменением линейно меняющегося сигнала во времени. На фиг. 2 первый линейно меняющийся сигнал VH (первый опорный сигнал) используется для сигнала с амплитудой 62,5 мВ или больше, а второй линейно меняющийся сигнал VL (второй опорный сигнал) используется для сигнала менее 62,5 мВ. Второй линейно меняющийся сигнал VL имеет меньший градиент (коэффициент изменения во времени), чем градиент первого линейно меняющегося сигнала VH. Отношение градиентов линейно меняющихся сигналов VH и VL устанавливается на 16. Когда отношение градиентов устанавливается на 16, разрешение можно увеличить на 4 разряда. Так как обе вышеописанные схемы А/Ц-преобразования преобразуют сигналы в сигналы с 10 разрядами и имеют одинаковый наибольший период времени преобразования, тактовые частоты генераторов счетчиков становятся одинаковыми. Если отношение градиентов устанавливается на 8, то разрешение можно увеличить на 3 разряда. На фиг. 2 разрешение А/Ц-преобразования для сигнала малой амплитуды достаточно меньше такового у шума системы, и соответственно схемы А/Ц-преобразования могут преобразовывать сигналы в сигналы с 9 разрядами. В этом случае, если максимальная тактовая частота fmax счетчика не изменяется, то период времени преобразования у схемы А/Ц-преобразования для 9 разрядов становится равным 1/2, и скорость можно увеличить. Отношение градиентов у линейно меняющихся сигналов и разрешение схемы А/Ц-преобразования определяются числом электрического заряда насыщения пикселя, шумом системы, необходимым для устройства 100 формирования изображений разрешением и т.п. Отношение градиентов у линейно меняющихся сигналов VH и VL, имеющих отличные друг от друга градиенты, может быть кратными числами 2. К тому же счетчик 40 может отсчитывать значение для линейно меняющихся сигналов VH и VL с генераторами счетчиков, имеющими одинаковую частоту, или может отсчитывать значение с генераторами счетчиков, имеющими отличные друг от друга частоты.

[0029] Фиг. 4 - блок-схема блока А/Ц-преобразования для описания связи между компаратором 30-1 и схемами на входной и выходной сторонах в первом варианте осуществления настоящего изобретения; и блоки, имеющие такую же функцию, как на фиг. 1, обозначаются одинаковыми ссылочными позициями, и описания опускаются. Блок А/Ц-преобразования может преобразовывать аналоговый сигнал, который фотоэлектрически преобразован, в цифровой сигнал с высокой скоростью.

[0030] Далее будет описан пример конструкции и работа устройства формирования изображений, не имеющего А/Ц-преобразователя, чтобы упростить описание настоящего варианта осуществления. Фиг. 8 - вид, иллюстрирующий пример конструкции блока 210 пикселей и усиливающей схемы 220-1 в устройстве формирования изображений, и является видом, в котором опущены блок 30 сравнения, счетчик 40 и запоминающее устройство 50. Схема CDS 119 предоставляется на заднем каскаде усиливающей схемы 220-1. Блок 210 пикселей конфигурируется включающим в себя множество пикселей 210-1, которые упорядочены в соответствии с множеством строк и линий. На фиг. 8 сигналы, которые выводятся из пикселей в строках с нечетными номерами, если считать слева, считываются схемой считывания, размещенной в нижней части блока 210 пикселей. С другой стороны, сигналы, которые выводятся из пикселей в строках с четными номерами, если считать слева, считываются не показанной схемой считывания, размещенной в верхней части блока 210 пикселей. Таким образом, путем поочередного предоставления схем считывания может использоваться область для двух строк блока 210 пикселей, когда проектируется схема считывания. Схема 119 CDS имеет функцию дискретизации и удержания сигналов и уменьшает коррелирующие компоненты вместе с блоком 118 дифференцирующей обработки.

[0031] Фиг. 9 - принципиальная схема одного пикселя 210-1. Передающий переключатель 102 приводится в действие передающим импульсом PTX. Переключатель 103 сброса приводится в действие импульсом PRES сброса. Переключатель 105 выбора линии приводится в действие импульсом PSEL выбора линии. PTX является символом, который представляет PTX1-PTXn (n - количество линий). PRES является символом, который представляет PRES1-PRESn. PSEL является символом, который представляет PSEL1-PSELn.

[0032] Фиг. 10 - временная диаграмма, иллюстрирующая пример работы устройства формирования изображений, проиллюстрированного на фиг. 8. Пример работы устройства формирования изображений будет описываться ниже со ссылкой на фиг. 8-10. Перед операцией считывания устройство формирования изображений облучается светом в течение заданного периода времени облучения, и фотоэлектрический заряд накапливается в фотодиоде 101. В нижеследующем описании предположим, что выбирается линия для возбуждения с помощью PRES1, PTX1 и PSEL1, которые выводятся из схемы 215 вертикального сканирования.

[0033] Во-первых, импульс PRES сброса пикселя сдвигается с высокого уровня на низкий уровень, и очищается сброс электрода затвора у MOSFET 104 усиления. В то же время потенциал, соответствующий очистке сброса, удерживается в плавающей диффузионной области FD, соединенной с электродом затвора. Потом, когда импульс PSEL выбора линии становится высоким уровнем, выходной сигнал, соответствующий потенциалу плавающей диффузионной области FD, появляется на вертикальной выходной линии V-1 с помощью схемы истокового повторителя, образованной MOSFET 104 усиления и источником 107 постоянного тока. Когда фиксирующий импульс PC0R активируется до высокого уровня в этом состоянии, фиксирующий переключатель 109 замыкается, переменный усиливающий блок 131 переключается в состояние повторителя напряжения, и напряжение электрода на стороне строкового усилителя фиксирующего конденсатора 108 становится приблизительно равным напряжению VREF. После этого фиксирующий импульс PC0R деактивируется с высокого уровня на низкий уровень, и выход вертикальной выходной линии V-1 фиксируется.

[0034] Потом импульс PTN накопления активируется до высокого уровня, и сигнал смещения усиливающей схемы 220-1 сохраняется в запоминающем конденсаторе 112n через передающий затвор 110n. После этого передающий импульс PTX активируется до высокого уровня, посредством этого передающий переключатель 102 становится высоким уровнем на фиксированный период времени, и фотоэлектрический заряд, который накоплен в фотодиоде 101, переносится в электрод затвора MOSFET 104 усиления. Здесь электрический заряд, который нужно перенести, является электроном, и когда абсолютное значение величины перенесенного электрического заряда представляется с помощью Q, и когда емкость плавающей диффузионной области FD представляется с помощью CFD, потенциал затвора снижается на Q/CFD. В соответствии с этим изменяется потенциал вертикальной выходной линии V-1. Когда усиление истокового повторителя представляется с помощью Gsf, изменение ΔVvl потенциала Vvl вертикальной выходной линии V-1 из-за переноса электрического заряда от фотодиода 101 к плавающей диффузионной области FD выражается Выражением (1).

ΔVvl=-Q·Gsf/CFD...(1)

[0035] Напряжение этого изменения потенциала ΔVvl усиливается переменным усиливающим блоком 131, который включает в себя вычислительный усилитель 120, фиксирующий конденсатор 108 и конденсатор 121 обратной связи, и выход Vct переменного усиливающего блока 131 выражается Выражением (2).

Vct=VREF+Q·(Gsf/CFD)·(C0/Cf)...(2)

[0036] Здесь C0 представляет емкость фиксирующего конденсатора 108, а Cf представляет значения емкости у конденсаторов 121a, 121b и 121c обратной связи, которые нужно выбирать, когда активированы импульсы переключения чувствительности Ч1, Ч2 и Ч4 соответственно. Например, C0 составляет 1 пФ. Когда выбран конденсатор 121a обратной связи, Cf равна 1 пФ, когда выбран конденсатор 121b обратной связи, Cf равна 0,5 пФ, а когда выбран конденсатор 121c обратной связи, Cf равна 0,25 пФ. Коэффициенты усиления напряжения, представленные с помощью C0/Cf, равны -1, -2 и -4 соответственно. Другими словами, в системе, в которой к вычислительному усилителю 120 применяется отрицательная обратная связь, коэффициент обратной связи, который определяется отношением деления напряжения Cf и C0, изменяется путем переключения выбора на любой из множества конденсаторов 121a-121c обратной связи, и посредством этого можно переключить коэффициент усиления напряжения. Для информации, отрицательный знак, сообщенный коэффициенту усиления напряжения, показывает, что переменный усиливающий блок является реверсивной усиливающей схемой. Передающий импульс PTX становится низким уровнем, тогда импульс PTS накопления становится высоким уровнем, и уровень, который в это время выводится из усиливающей схемы 220-1, накапливается в запоминающем конденсаторе 112s через передающий затвор 110s.

[0037] Потом переключатели 114s и 114n выбора строки последовательно замыкаются с помощью импульсов COLSEL1, COLSEL2 сканирования и т.д., сформированных схемой 65 горизонтального сканирования. Затем сигнал, который накапливается в запоминающем конденсаторе 112s, выводится в горизонтальную выходную линию 116s в порядке строки, а сигнал, который накапливается в запоминающем конденсаторе 112n, выводится в горизонтальную выходную линию 116n в порядке строки. Пары сигналов во множестве строк последовательно выводятся в горизонтальные выходные линии 116s и 116n. Блок 118 дифференцирующей обработки выводит разницу между парой сигналов в каждой строке, которая выведена в горизонтальные выходные линии 116s и 116n. В силу этого можно уменьшить составляющую шума, содержащуюся в сигнале, сохраненном в запоминающем конденсаторе 112s.

[0038] Фиг. 5 - временная диаграмма, иллюстрирующая способ для возбуждения устройства 100 формирования изображений настоящего варианта осуществления, и в частности, является временной диаграммой блока А/Ц-преобразования фиг. 4. Операция А/Ц-преобразования будет описываться ниже со ссылкой на фиг. 4 и фиг. 5. На фиг. 5 период Tad времени представляет период времени А/Ц-преобразования для основного сигнала и эффективного сигнала в аналоговом сигнале Va, который считан из пикселя. Период Tdata времени представляет период времени передачи, в котором передается элемент данных А/Ц-преобразования. В периоде Tad времени период Td времени представляет период времени А/Ц-преобразования для основного сигнала, отправленного из пикселя, и линейно меняющийся сигнал VR для основного сигнала (опорный сигнал для основного сигнала, другими словами, первый опорный сигнал) представляет сигнал сравнения для основного сигнала. Период Tj времени представляет период времени определения уровня сигнала для эффективного сигнала, а напряжение VREF сравнения представляет сигнал сравнения для эффективного сигнала. К тому же период Tu времени представляет период времени А/Ц-преобразования для эффективного сигнала, и линейно меняющийся сигнал для каждого из эффективных сигналов (опорный сигнал для эффективного сигнала, другими словами, второй опорный сигнал) VH и VL представляет сигнал сравнения для эффективного сигнала. Выходной сигнал Va, отправленный из усиливающей схемы 20-1, преимущественно принимает такие формы основного сигнала и эффективного сигнала, которые иллюстрируются на фигуре и выводятся на входной вывод компаратора 30-1. Линейно меняющийся сигнал VRAMP, который является сигналом сравнения для сигнала Va, вводится в другой входной вывод компаратора 30-1. Здесь, когда устройство формирования изображений содержит схему CDS, предоставленную перед блоком 30 сравнения, основной сигнал соответствует сигналу, который нужно дискретизировать по сигналу PTN на фиг. 10. С другой стороны, когда устройство формирования изображений не содержит схему CDS, основной сигнал соответствует сигналу, который нужно вывести в вертикальную сигнальную линию в ответ на операцию сброса для плавающей диффузионной области. Аналогичным образом, когда устройство формирования изображений содержит схему CDS, предоставленную перед блоком 30 сравнения, эффективный сигнал соответствует сигналу, который нужно дискретизировать по сигналу PTS на фиг. 10. С другой стороны, когда устройство формирования изображений не содержит схему CDS, эффективный сигнал соответствует сигналу, который нужно вывести в вертикальную сигнальную линию с помощью операции переноса электрического заряда, который сформирован в фотодиоде, в плавающую диффузионную область.

[0039] Схема 25 формирования линейно меняющегося сигнала управляется управляющим сигналом CNT2 схемы 70 генерации синхронизации и формирует линейно меняющийся сигнал VH/напряжение VREF сравнения и линейно меняющийся сигнал VL/линейно меняющийся сигнал VR. Линейно меняющийся сигнал VH является линейно меняющимся сигналом для старших разрядов с большим градиентом, а линейно меняющийся сигнал VL является линейно меняющимся сигналом для младших разрядов с малым градиентом. К тому же напряжение VREF сравнения является основным сигналом сравнения для определения уровня эффективного сигнала, и линейно меняющийся сигнал VR для основного сигнала является линейно меняющимся сигналом для сравнения эффективного сигнала с основным сигналом. Эти четыре типа линейно меняющихся сигналов выбираются выбирающей схемой 30-2, которая управляется управляющим сигналом CNT1 от схемы 70 генерации синхронизации, и вводятся в компаратор 30-1. Схема 70 генерации синхронизации также управляет схемой 25 формирования линейно меняющегося сигнала с помощью управляющего сигнала CNT2.

[0040] Далее будет описываться напряжение VREF сравнения. Напряжение VREF сравнения может формироваться от другой схемы подачи питания, но может формироваться в схеме 25 формирования линейно меняющегося сигнала. Схема 25 формирования линейно меняющегося сигнала может формировать напряжение VREF сравнения путем остановки зарядного электрического тока по ходу формирования сигнала (например, приблизительно 60 мВ), аналогично образованию линейно меняющегося сигнала VH. Напряжение VREF сравнения может формироваться в период времени, составляющий 1/16 от периода времени линейно меняющегося сигнала VH. Чтобы дополнительно сократить этот период времени, зарядный электрический ток можно увеличить. К тому же напряжение VREF сравнения нужно установить ниже 62,5 мВ, что является конечным достижимым напряжением VL(H) линейно меняющегося сигнала VL. Если напряжение устанавливается таким образом, то эффективный сигнал можно уверенно обработать путем сравнения с любым из линейно меняющихся сигналов VH и VL.

[0041] Компаратор 30-1 сравнивает основной сигнал с линейно меняющимся сигналом VR для основного сигнала в течение периода Td времени А/Ц-преобразования основного сигнала, и предположим, что Tr представляет период между моментом, когда линейно меняющийся сигнал VR для основного сигнала начал изменение, и моментом, когда соотношение величин между основным сигналом и линейно меняющимся сигналом инвертируется. Счетчик 40-1 отсчитывает в обратном направлении значение в течение периода Tr времени, и запоминающая схема 50-1 хранит отсчитанное в обратном направлении значение (первое значение отсчета) в качестве цифрового элемента данных основного сигнала. Линейно меняющийся сигнал VR для основного сигнала имеет такой же градиент, как у линейно меняющегося сигнала VL. Путем установки градиента линейно меняющегося сигнала в такое же значение можно получить цифровой элемент данных основного сигнала с высоким разрешением. Далее в периоде Tj времени определения амплитуды сигнала компаратор 30-1 сравнивает эффективный сигнал с напряжением VREF сравнения. В проиллюстрированном на фигуре примере компаратор 30-1 выводит в выбирающую схему 30-2 высокоуровневый сигнал SEL выбора, который означает, что эффективный сигнал больше напряжения VREF сравнения, в периоде Tj времени определения амплитуды сигнала. В результате, в периоде Tu времени А/Ц-преобразования эффективного сигнала выбирающая схема 30-2 выбирает линейно меняющийся сигнал VH, имеющий большой градиент, и выводит линейно меняющийся сигнал в компаратор 30-1. Компаратор 30-1 сравнивает эффективный сигнал с линейно меняющимся сигналом VH. Период, затраченный временем, когда соотношение величин между обоими сигналами инвертируется, представляется с помощью Ts. Счетчик 40-1 отсчитывает в прямом направлении значение для периода Ts времени после вышеописанного отсчета в обратном направлении для основного сигнала. Запоминающая схема 50-1 хранит отсчитанное в прямом направлении значение (второе значение отсчета) в качестве цифрового элемента данных эффективного сигнала. Если выход компаратора 30-1 не инвертируется в периоде Tj времени определения уровня сигнала, то сигнал SEL выбора остается на низком уровне, и выбирающая схема 30-2 выбирает линейно меняющийся сигнал VL, имеющий малый градиент, потому что уровень эффективного сигнала определен как меньший напряжения VREF сравнения. В этом случае компаратор 30-1 сравнивает эффективный сигнал с линейно меняющимся сигналом VL. Выбирающая схема 30-2 выбирает любой из линейно меняющихся сигналов VH и VL, которые имеют отличные друг от друга градиенты, в соответствии с уровнем эффективного сигнала, который усилен усиливающим блоком 20. Другими словами, выбирающая схема 30-2 устанавливает коэффициент изменения во времени линейно меняющегося сигнала в соответствии с уровнем эффективного сигнала на основе пикселя. Компаратор 30-1 сравнивает линейно меняющийся сигнал, который выбран выбирающей схемой 30-2, с эффективным сигналом, который усилен усиливающим блоком 20. Счетчик 40-1 отсчитывает в прямом направлении значение в периоде между моментом, когда линейно меняющийся сигнал начал изменение, и моментом, когда компаратор 30-1 выводит сигнал, который указывает, что соотношение величин между эффективным сигналом и линейно меняющимся сигналом инвертировано.

[0042] На фиг. 5 линейно меняющийся сигнал VR для основного сигнала и линейно меняющийся сигнал VL имеют одинаковый градиент, как описано выше. Линейно меняющийся сигнал VR для основного сигнала сравнивается с основным сигналом, но основной сигнал также является основным сигналом для эффективного сигнала, соответственно линейно меняющийся сигнал должен иметь высокую точность. Так как линейно меняющийся сигнал VR имеет такой же градиент, как у линейно меняющегося сигнала VL для формирования элемента данных с младшими разрядами, существует такое полезное свойство в отношении возможности использования одной и той же схемы 25 формирования линейно меняющегося сигнала. Функции режима отсчета в обратном направлении и режима отсчета в прямом направлении у счетчика 40-1 будут описываться позже со ссылкой на фиг. 6A-6C.

[0043] Предположим, что сигнал пикселя, отправленный из блока 10 пикселей, является сигналом 201, описанным на фиг. 2, и тогда усиление усиливающей схемы 20-1 на фиг. 4 равно 1. Однако система формирования изображений, которая позже будет описываться на фиг. 7, обладает функцией установки чувствительности, подходящей для окружающей обстановки фотографирования. Например, когда настройка чувст