Устройство фотоэлектрического преобразования и система регистрации изображения

Устройство фотоэлектрического преобразования и система регистрации изображения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству фотоэлектрического преобразования и системе регистрации изображения.

Уровень техники

[0002] В выложенной японской патентной заявке № 2013-146045 раскрыто устройство фотоэлектрического преобразования, включающее в себя пиксели, которые выводят сигналы тока в соответствии с величинами заряда, генерируемого фотоэлектрическим преобразованием (фиг.2 выложенной японской патентной заявки № 2013-146045). Каждый пиксель включает в себя фотодиод и дифференциальный усилитель. Дифференциальный усилитель включает в себя первый входной транзистор и второй входной транзистор. Узел, на который переносятся заряды, генерируемые фотодиодом, подключен к затвору первого входного транзистора. Линия подачи напряжения сброса VRES подключена ко второму входному транзистору. Исток первого входного транзистора подключен к стоку первого транзистора выбора через резистор R1. Исток второго входного транзистора подключен к стоку первого транзистора выбора через резистор R2. Сток второго входного транзистора подключен к выходному узлу OUT через второй транзистор выбора. Сигнал тока, соответствующий величине заряда, генерируемого фотоэлектрическим преобразованием, выводится из выходного узла OUT. В устройстве фотоэлектрического преобразования, описанном в выложенной японской патентной заявке № 2013-146045, цифровой сигнал, соответствующий величине заряда, генерируемого фотоэлектрическим преобразованием, генерируется на основании сигнала тока, выводимого из выходного узла OUT пикселя.

[0003] Устройство фотоэлектрического преобразования, описанное в выложенной японской патентной заявке № 2013-146045, предусматривает включение дифференциального усилителя в каждый пиксель. Масштаб схемы каждого пикселя увеличивается, и не пригоден для многопиксельной конфигурации.

Раскрытие изобретения

[0004] Варианты осуществления настоящего изобретения предусматривают устройство фотоэлектрического преобразования, пригодное для упрощения конфигурации схемы каждого пикселя и получения многопиксельной конфигурации.

[0005] Один аспект настоящего изобретения предусматривает устройство фотоэлектрического преобразования, содержащее: фотоэлектрический преобразователь; транзистор, имеющий затвор, первый главный электрод и второй главный электрод, причем на затвор подается напряжение, соответствующее зарядам, генерируемым фотоэлектрическим преобразователем, линию управления, подключенную к первому главному электроду транзистора, и блок считывания, выполненный с возможностью считывания сигнала, соответствующего напряжению затвора; и регулятор напряжения, выполненный с возможностью изменения напряжения линии управления, в котором блок считывания генерирует цифровой сигнал, соответствующий напряжению затвора, на основании тока, текущего через второй главный электрод транзистора в течение периода, когда регулятор напряжения изменяет напряжение линии управления.

[0006] Дополнительные признаки настоящего изобретения явствуют из нижеследующего описания иллюстративных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

[0007] Фиг. 1 - блок-схема, демонстрирующая конфигурацию устройства фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления;

[0008] фиг. 2 - принципиальная схема, демонстрирующая пример устройства пиксельной матрицы и регулятора напряжения согласно первому варианту осуществления;

[0009] фиг. 3 - принципиальная схема, демонстрирующая пример устройства компаратора в блоке считывания;

[0010] фиг. 4 - временная диаграмма, демонстрирующая операцию считывания сигнала из пикселя в первой строке и данном столбце согласно первому варианту осуществления;

[0011] фиг. 5 - принципиальная схема, демонстрирующая конфигурацию устройства фотоэлектрического преобразования согласно второму варианту осуществления;

[0012] фиг. 6 - блок-схема, демонстрирующая конфигурацию устройства фотоэлектрического преобразования согласно третьему варианту осуществления;

[0013] фиг. 7 - временная диаграмма, демонстрирующая операцию считывания сигнала в первой строке и данном столбце согласно четвертому варианту осуществления;

[0014] фиг. 8 - блок-схема, демонстрирующая конфигурацию системы регистрации изображения согласно иллюстративному варианту осуществления;

[0015] фиг. 9A и 9B - принципиальные схемы, демонстрирующие конфигурацию регулятора напряжения устройства фотоэлектрического преобразования согласно пятому варианту осуществления;

[0016] фиг. 10 - временная диаграмма, демонстрирующая операцию считывания сигнала в первой строке и данном столбце согласно пятому варианту осуществления;

[0017] фиг. 11 - принципиальная схема, демонстрирующая конфигурацию устройства фотоэлектрического преобразования согласно шестому варианту осуществления;

[0018] фиг. 12A и 12B - временные диаграммы, поясняющие операцию считывания устройства фотоэлектрического преобразования согласно шестому варианту осуществления;

[0019] фиг. 13 - принципиальная схема, демонстрирующая конфигурацию компаратора устройства фотоэлектрического преобразования согласно седьмому варианту осуществления;

[0020] фиг. 14 - временная диаграмма, демонстрирующая операцию считывания сигнала в первой строке и данном столбце согласно седьмому варианту осуществления;

[0021] фиг. 15 - принципиальная схема, демонстрирующая конфигурацию компаратора устройства фотоэлектрического преобразования согласно восьмому варианту осуществления;

[0022] фиг. 16 - временная диаграмма, демонстрирующая операцию считывания сигнала в первой строке и данном столбце согласно восьмому варианту осуществления;

[0023] фиг. 17 - принципиальная схема, демонстрирующая конфигурацию компаратора устройства фотоэлектрического преобразования согласно девятому варианту осуществления;

[0024] фиг. 18 - временная диаграмма, демонстрирующая операцию считывания сигнала в первой строке и данном столбце согласно девятому варианту осуществления;

[0025] фиг. 19 - принципиальная схема, демонстрирующая конфигурацию компаратора устройства фотоэлектрического преобразования согласно десятому варианту осуществления; и

[0026] фиг. 20 - временная диаграмма, демонстрирующая операцию считывания сигнала в первой строке и данном столбце согласно десятому варианту осуществления.

Осуществление изобретения

[0027] Настоящее изобретение будет описано с использованием иллюстративных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

[0028] На фиг. 1 показана конфигурация устройства 100 фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство 100 фотоэлектрического преобразования можно, в конце концов, рассматривать как устройство, которое включает в себя, по меньшей мере, один пиксель 112. Обычно устройство 100 фотоэлектрического преобразования может быть выполнить в виде полупроводникового датчика изображения, имеющего пиксельную матрицу 110, в которой множество пикселей 112 размещено в одном измерении или в двух измерениях. В примере, показанном на фиг. 1, множество пикселей 112 образует множество строк и множество столбцов, то есть размещено в двух измерениях.

[0029] Устройство 100 фотоэлектрического преобразования содержит регулятор 130 напряжения, который подает управляющее напряжение V_VL на каждый пиксель 112 по линии VL управления, и блок 120 считывания, который считывает сигнал из каждого пикселя 112 по измерительной линии SL. В этом случае, для каждого столбца пиксельной матрицы 110 предусмотрено по одному регулятору 130 напряжения.

[0030] Устройство 100 фотоэлектрического преобразования дополнительно включает в себя схему 150 вертикальной развертки (вертикальный селектор) и схему 140 горизонтальной развертки (горизонтальный селектор), которые оба выбирают пиксель 112 в качестве цели считывания сигнала. Схема 150 вертикальной развертки выбирает строку целей считывания из множества строк в пиксельной матрице 110, и блок 120 считывания считывает сигнал каждого выбранного пикселя 112 строки по измерительной линии SL. Схема 140 горизонтальной развертки выбирает пиксель 112 столбца целей считывания из цифровых сигналов множества пикселей 112 столбца, считанных блоком 120 считывания и выводит сигнал каждого пикселя 112 в линию 160 выходного сигнала. В частности, схема 140 горизонтальной развертки выбирает столбец целей считывания из множества столбцов в пиксельной матрице 110.

[0031] Каждый регулятор 130 напряжения изменяет напряжение V_VL линии VL управления. Каждый пиксель 112 строки, выбранный схемой 150 вертикальной развертки, образует путь тока в измерительной линии SL, когда напряжение V_VL линии VL управления меняется на напряжение, соответствующее величине заряда, генерируемого фотоэлектрическим преобразованием, таким образом, пропуская пиксельный ток Ipix. На основании пиксельного тока Ipix, блок 120 считывания генерирует цифровой сигнал, соответствующий величине заряда, генерируемого фотоэлектрическим преобразованием.

[0032] Блок 120 считывания включает в себя компараторы 122, счетчик 124 и блоки 126 памяти. Каждый компаратор 122 обнаруживает, что значение пиксельного тока Ipix превышает значение (порог) опорного тока Iref. Счетчик 124 начинает операцию отсчета при заранее определенном хронировании. В блоках 126 памяти удерживаются значения отсчета счетчика 124 в качестве цифровых сигналов, соответствующих сигналам пикселей 112, в соответствии с переходом сигналов comp1, comp2 и comp3 результата сравнения компараторов 122. В этом случае, "1", "2" и "3" сигналов comp1, comp2 и comp3 результата сравнения являются идентификаторами, позволяющими различать сигналы comp результата сравнения множества компараторов 122, соответственно, соответствующих множеству столбцов пиксельной матрицы 110.

[0033] На фиг. 2 показан пример устройства пиксельной матрицы 110 и регуляторов 130 напряжения. На Фиг. 3 показан пример устройства компаратора 122 блока 120 считывания. Конфигурация и принцип работы устройства 100 фотоэлектрического преобразования будут подробно описаны со ссылкой на фиг. 1 - 3.

[0034] Каждый пиксель 112 включает в себя, в качестве основных компонентов, фотоэлектрический преобразователь PD, например, фотодиод и транзистор (считывающий транзистор) M3, на затвор которого подается напряжение, соответствующее зарядам, генерируемым фотоэлектрическим преобразователем PD. Каждый пиксель 112 может включать в себя преобразователь заряда в напряжение (плавающую диффузионную область) FD, подключенный к затвору транзистора M3, и транзистор M1 переноса, который переносит заряды, генерируемые фотоэлектрическим преобразователем PD, на преобразователь FD заряда в напряжение. Каждый пиксель 112 может дополнительно включать в себя транзистор M2 сброса, который сбрасывает напряжение преобразователя FD заряда в напряжение. Каждый пиксель 112 может дополнительно включать в себя транзистор M4 выбора. Транзистор M4 выбора размещен на пути между транзистором M3 и линией VL управления или на пути между транзистором M3 и измерительной линией SL.

[0035] Транзистор M1 переноса отпирается, когда схема 150 вертикальной развертки активирует сигнал ΦT переноса (ΦT1, ΦT2, или ΦT3). Затем транзистор M1 переноса переносит заряды фотоэлектрического преобразователя PD на преобразователь FD заряда в напряжение. В этом случае, "1", "2" и "3" сигналов переноса ΦT1, ΦT2 и ΦT3 являются идентификаторами, позволяющими различать сигналы ΦT переноса, соответствующие множеству строк пиксельной матрицы 110. Транзистор M2 сброса отпирается, когда сигнал ΦR сброса (ΦR1, ΦR2 или ΦR3) активируется и сбрасывает напряжение преобразователя FD заряда в напряжение до напряжения сброса, соответствующего напряжению линии VR напряжения сброса. В этом случае, "1", "2" и "3" сигналов ΦR1, ΦR2 и ΦR3 сброса являются идентификаторами, позволяющими различать сигналы ΦR сброса, соответствующие множеству строк пиксельной матрицы 110. Транзистор M4 выбора отпирается, когда сигнал SEL выбора (SEL1, SEL2 или SEL3) активируется и устанавливает пиксель 112, соответствующий сигналу SEL выбора в состоянии выбора. В этом случае, "1", "2" и "3" сигналов SEL1, SEL2 и SEL3 выбора являются идентификаторами, позволяющими различать сигналы SEL выбора, соответствующие множеству строк пиксельной матрицы 110.

[0036] Пиксель 112 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения не включает в себя ни одного дифференциального усилителя, представленного в устройстве фотоэлектрического преобразования, описанном в выложенной японской патентной заявке № 2013-146045. Пиксель 112 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения имеет меньший масштаб схемы, чем у пикселя, описанного в патентном источнике 1, и поэтому пригоден для многопиксельной конфигурации.

[0037] Напряжение V_VL линии VL управления регулируется регулятором 130 напряжения. Каждый регулятор 130 напряжения регулирует напряжение линии VL управления для повышения напряжения между затвором транзистора M3 и истоком (первым главным электродом) транзистора M3, то есть в направлении из запертого состояния в отпертое состояние транзистора M3. Другими словами, согласно первому варианту осуществления, регулятор 130 напряжения снижает напряжение V_VL линии VL управления.

[0038] Каждый регулятор 130 напряжения включает в себя конденсатор 132, переключатель 136 и источник 134 тока. Конденсатор 132 включает в себя первый узел 137, подключенный к линии VL управления, и второй узел 138, подключенный к заранее определенному напряжению (в этом примере, напряжению земли). Переключатель 136 размещен на пути между первым узлом 137 конденсатора 132 и линией первого напряжения, на которую подается первое напряжение VRVL. Переключатель 136 устанавливает напряжение первого узла 137 конденсатора 132 и напряжение V_VL линии VL управления на напряжение, соответствующее первому напряжению VRVL, когда активирован сигнал ΦRVL сброса. Источник 134 тока размещен между первым узлом 137 (и линией VL управления) конденсатора 132 и линией второго напряжения (в этом примере, линией напряжения земли), на которую подается второе напряжение (в этом случае, напряжение земли). Когда сигнал ΦRVL сброса активируется, заряды, накопленные в конденсаторе 132, удаляются значением тока Is через источник 134 тока, таким образом, линейно снижая напряжение V_VL линии VL управления.

[0039] Компаратор 122 обнаруживает, что ток Ipix, текущий через сток (второй главный электрод) транзистора M3 каждого пикселя 112 превышает значение (порог) опорного тока Iref. Компаратор 122 включает в себя транзисторы M5 и M6, например p-МОП-транзистор, которые образуют токовое зеркало, и источник 108 тока, через который течет опорный ток Iref. Компаратор 122 включает в себя инвертор (инвертирующий усилитель) 109, вход которого подключен к узлу между стоком транзистора M6 и источником 108 тока. Опорный ток Iref, текущий из источника 108 тока, определяет эталон (порог) сравнения в компараторе 122. Затвор транзистора (второго транзистора) M5 подключен к стоку транзистора M5, измерительной линии SL и затвору транзистора (третьего транзистора) M6. Инвертор (инвертирующий усилитель) 109 выводит сигнал comp результата сравнения. Блоки 126 памяти удерживают значения отсчета счетчика 124 в качестве цифровых сигналов, соответствующих сигналам пикселей 112, в соответствии с переходом сигналов comp1, comp2 и comp3 результата сравнения компараторов 122. Инвертор 109 является примером схемы вывода и может быть заменен другим инвертирующим усилителем, например, усилителем с общим истоком.

[0040] Каждый блок 120 считывания генерирует цифровой сигнал, соответствующий напряжению преобразователя FD заряда в напряжение пикселя 112 в соответствии с хронированием, при котором значение пиксельного тока Ipix, текущего через сток (второй главный электрод) транзистора M3 пикселя 112, превышает опорный ток Iref (порог).

[0041] На фиг. 4 показана операция считывания сигнала пикселя 112 в первой строке и данном столбце согласно первому варианту осуществления. Эта операция считывания включает в себя операцию N_AD считывания уровня шума и операцию S_AD считывания оптического сигнала. Операция N_AD считывания уровня шума является операцией считывания, в качестве цифрового сигнала, сигнала, соответствующего напряжению преобразователя FD заряда в напряжение сразу после сброса преобразователя FD заряда в напряжение. Операция S_AD считывания уровня оптического сигнала является операцией считывания, в качестве цифрового сигнала, сигнала, соответствующего напряжению преобразователя FD заряда в напряжение после переноса зарядов фотоэлектрического преобразователя PD на преобразователь FD заряда в напряжение.

[0042] Когда сигнал ΦR1 сброса активируется в течение заранее определенного времени, транзистор M2 сброса отпирается. Напряжение преобразователя FD заряда в напряжение сбрасывается до напряжения сброса, соответствующего напряжению VR сброса, через транзистор M2 сброса. Сброс напряжения преобразователя FD заряда в напряжение завершается деактивацией сигнала ΦR1 сброса. Одновременно со сбросом напряжения преобразователя FD заряда в напряжение, сигнал ΦRVL сброса активируется в течение заранее определенного времени для замыкания переключателя 136. Напряжение V_VL линии VL управления сбрасывается на напряжение, соответствующее напряжению VRVL сброса, через переключатель 136. Напряжение на первом узле конденсатора 132, подключенного к линии VL управления, также сбрасывается на напряжение, соответствующее напряжению VRVL сброса. Сброс напряжения V_VL линии VL управления завершается деактивацией сигнала ΦRVL сброса. В этом случае, напряжение VRVL сброса (напряжение линии первого напряжения) определяется таким образом, что напряжение, установленное на линии VL управления благодаря замыканию переключателя 136, является напряжением, не отпирающим транзистор M3 пикселя 112.

[0043] Операция N_AD считывания уровня шума начинается с деактивации сигнала ΦRVL сброса. Деактивация сигнала ΦRVL сброса, заряды, накопленные в конденсаторе 132, удаляются значением тока Is источника 134 тока, позволяет линейно снижать напряжение V_VL линии VL управления. Период, в течение которого напряжение V_VL линии VL управления линейно снижается, указан как период A. Операция отсчета счетчика 124 начинается с деактивации сигнала ΦRVL сброса. Операция отсчета указана как "count" на фиг. 4.

[0044] Период A заканчивается, когда напряжение V_VL линии VL управления снижается до напряжения, при котором напряжение между затвором и истоком транзистора M3 пикселя 112 строки целей считывания превышает порог транзистора M3 и сдвигается в период B. Напряжение V_VL линейно изменяется в течение периода A, и нелинейно изменяется в течение периода B. Когда напряжение V_VL линии VL управления снижается до напряжения, при котором напряжение между затвором и истоком транзистора M3 пикселя 112 в качестве цели считывания превышает порог транзистора M3, транзистор M3 отпирается, чтобы начать пропускать пиксельный ток Ipix. Пиксельный ток Ipix течет в линию VL управления через транзистор M3 и транзистор M4 выбора. Значение тока, который может течь по линии VL управления, ограничивается значением тока Is источником 134 тока. Соответственно, разрядный ток из конденсатора 132 становится малым, поскольку течет пиксельный ток Ipix. Поэтому падение напряжения V_VL линии VL управления изменяется нелинейно.

[0045] После того, как начинает течь пиксельный ток Ipix, когда значение пиксельного тока Ipix превышает значение (порог) опорного тока Iref, компаратор 122 блока 120 считывания обнаруживает это. Таким образом, сигнал comp результата сравнения активируется (инвертируется), и, соответственно, значение отсчета счетчика 124 удерживается в качестве цифрового сигнала, представляющего уровень шума в памяти удержания уровня шума памяти 126. Таким образом, блок 120 считывания генерирует цифровой сигнал в течение времени, от хронирования, при котором переключатель 136 размыкается после зарядки конденсатора 132, до хронирования, при котором значение пиксельного тока Ipix, текущего через сток транзистора M3 пикселя 112, превышает значение опорного тока Iref.

[0046] Операция N_AD считывания уровня шума завершается спустя достаточное время после деактивации сигнала ΦRVL сброса. После этого, сигнал переноса ΦT1 активируется в течение заранее определенного времени, и сигнал ΦRVL сброса активируется в течение заранее определенного времени. Период B завершается активацией сигнала ΦRVL сброса. Когда сигнал переноса ΦT1 активируется, заряды фотоэлектрического преобразователя PD переносятся на преобразователь FD заряда в напряжение, таким образом, изменяя напряжение преобразователя заряда до напряжения PD. Когда сигнал ΦRVL сброса активируется в течение заранее определенного времени, переключатель 136 замыкается для сброса напряжения V_VL линии VL управления на напряжение, соответствующее напряжению VRVL сброса через переключатель 136. Сброс напряжения V_VL линии VL управления завершается деактивацией сигнала ΦRVL сброса.

[0047] Операция S_AD считывания уровня оптического сигнала начинается с деактивации сигнала ΦRVL сброса. Благодаря деактивации сигнала ΦRVL сброса, заряды, накопленные в конденсаторе 132, удаляются значением тока Is из источника 134 тока для линейного снижения напряжение V_VL линии VL управления. Последующая операция, в основном, такая же, как в операции N_AD считывания уровня шума, но время считывания длиннее, чем в операции N_AD считывания.

[0048] Когда напряжение V_VL линии VL управления снижается до напряжения, при котором напряжение между затвором и истоком транзистора M3 пикселя 112 в качестве строки целей считывания превышает порог транзистора M3, транзистор M3 отпирается, чтобы начать пропускать пиксельный ток Ipix. После того, как начинает течь пиксельный ток Ipix, когда значение пиксельного тока Ipix превышает значение (порог) опорного тока Iref, компаратор 122 блока 120 считывания обнаруживает это. Таким образом, сигнал comp результата сравнения активируется (инвертируется), и, соответственно, значение отсчета счетчика 124 удерживается в памяти удержания уровня оптического сигнала памяти 126 в качестве цифрового сигнала, представляющего уровень оптического сигнала. Таким образом, блок 120 считывания генерирует цифровой сигнал в течение времени, от хронирования, при котором переключатель 136 размыкается после зарядки конденсатора 132, до хронирования, при котором значение пиксельного тока Ipix, текущего через сток транзистора M3 пикселя 112, превышает значение опорного тока Iref.

[0049] Цифровой сигнал, представляющий уровень шума, и цифровой сигнал, представляющий уровень оптического сигнала, которые удерживаются в памяти 126, выводятся в линию 160 выходного сигнала в соответствии с командой от схемы 140 горизонтальной развертки. Цифровой сигнал, представляющий уровень шума, и цифровой сигнал, представляющий уровень оптического сигнала, могут выводиться из устройства 100 фотоэлектрического преобразования, или их разность может выводиться из устройства 100 фотоэлектрического преобразования.

[0050] Заметим, что конденсатор 132 не обязан ограничиваться конденсатором, добавленным к линии VL управления, но может быть паразитной емкостью линии VL управления.

[0051] Признак устройства 100 фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления будет описан по сравнению с обычным устройством фотоэлектрического преобразования, включающим в себя А/Ц преобразователь. В обычном устройстве фотоэлектрического преобразования, пиксельный сигнал выводится в форме сигнала напряжения в линию сигнала столбца через транзистор усиления, размещенный в пикселе. Этот пиксельный сигнал усиливается усилителем столбца и преобразуется в цифровой сигнал А/Ц преобразователем. Согласно этому способу, после того, как устанавливается напряжение линии сигнала столбца и устанавливается выход усилителя столбца, размещенного в каждом столбце пиксельной матрицы 110, А/Ц преобразователь должен начинать А/Ц преобразование.

[0052] С другой стороны, устройство 100 фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления осуществляет широкое А/Ц преобразование в том смысле, что сигнал, соответствующий напряжению преобразователя FD заряда в напряжение, выводится как цифровой сигнал. Однако, в устройстве 100 фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления, напряжение преобразователя FD заряда в напряжение не считывается как аналоговый сигнал напряжения, и аналоговый сигнал напряжения не преобразуется в цифровой сигнал. Устройство 100 фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления начинает широкое А/Ц преобразование одновременно с началом снижения напряжения V_VL линии VL управления. Устройство 100 фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления не нужно ждать установления напряжения сигнала линия. Поэтому устройство 100 фотоэлектрического преобразования согласно первому варианту осуществления имеет преимущество в высокоскоростном считывании сигнала из пикселя 112.

[0053] На фиг. 5 показан пример устройства пиксельной матрицы 110 и регуляторов 130 напряжения в устройстве 100 фотоэлектрического преобразования согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Предметы, которые не будут описаны как второй вариант осуществления, согласуются с первым вариантом осуществления. Во втором варианте осуществления, транзистор M4 выбора исключен. Во втором варианте осуществления, пиксель 112 выбирается посредством напряжения сброса для сброса преобразователь FD заряда в напряжение. В частности, напряжение преобразователя FD заряда в напряжение пикселя 112 в качестве строки целей выбора сбрасывается к первому напряжению, пригодному для считывания сигнала. С другой стороны, напряжение преобразователя FD заряда в напряжение пикселя 112 в качестве строки невыбранных целей сбрасывается ко второму напряжению, которое ниже первого напряжения и ниже нижнего предела размаха напряжения линии VL управления, соответствующим регулятором 130 напряжения.

[0054] На фиг. 6 показана конфигурация устройства 100' фотоэлектрического преобразования согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения. Предметы, которые не будут описаны как третий вариант осуществления, согласуются с первым или вторым вариантом осуществления. В третьем варианте осуществления, конфигурация блока 120 считывания отличается от конфигурации согласно первому или второму варианту осуществления, и для каждого столбца предусмотрен отдельный счетчик 128. Таким образом, блок 120 считывания включает в себя один компаратор 122, один счетчик 128 и одну память 126 для каждого столбца пиксельной матрицы 110. Счетчики 128 останавливают операции отсчета за счет перехода сигналов comp результата сравнения из соответствующих компараторов 122. Каждая память 126 удерживает значение отсчета соответствующего счетчика 128.

[0055] На фиг. 7 показана операция считывания сигнала пикселя 112 в первой строке и данном столбце согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения. Предметы, которые, по существу, соответствуют предметам вариантов осуществления с первого по третий не будут описаны. Согласно четвертому варианту осуществления, каждый регулятор 130 напряжения включает в себя источник переменного напряжения и управляет напряжением VL_V линии VL управления с помощью источника переменного напряжения. В частности, регулятор 130 напряжения линейно снижает напряжение VL_L линии VL управления в соответствии с деактивацией сигнала ΦRVL сброса. Ток Ipix, текущий через транзистор M3, начинает течь, когда транзистор M3 отпирается, и увеличивается до тех пор, пока не прекратится изменение напряжения VL_V линии VL управления. Таким образом, примером регулятора 130 напряжения для линейного изменения напряжения VL_V линии VL управления является буфер, например, повторитель напряжения. Например, согласно фиг. 2, напряжение на узле, подключенном к источнику постоянного тока и первому узлу 137 конденсатора 132 подается в линию VL управления через повторитель напряжения.

[0056] Заметим, что напряжение линии VL управления можно регулировать в направлении от отпертого состояния к запертому состоянию транзистора M3. Таким образом, когда напряжение линии VL управления регулируется в направлении от отпертого состояния к запертому состоянию транзистора M3, состояние, в котором значение пиксельного тока Ipix становится меньше значения опорного тока Iref, можно выразить как состояние, в котором пиксельный ток Ipix превышает порог.

[0057] В каждом вышеописанном варианте осуществления, множество пикселей может совместно использовать транзистор M3. В частности, множество фотоэлектрических преобразователей может быть подключено к общей плавающей диффузионной области через разные транзисторы переноса.

[0058] Устройство фотоэлектрического преобразования согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения будет описано со ссылкой на фиг. 9A. Пятый вариант осуществления отличается от вариантов осуществления с первого по четвертый тем, что регулятор 130 напряжения заменен регулятором 230 напряжения. Предметы, которые соответствуют, по существу, предметам пятого варианта осуществления, не будут описаны.

[0059] Регулятор 230 напряжения изменяет напряжение V_VL линии VL управления. Регулятор 230 напряжения включает в себя переменный конденсатор 232, переключатель 136 и источник 234 переменного тока. Переменный конденсатор 232 и источник 234 переменного тока составляют регулятор 240 коэффициента усиления. Регулятор 240 коэффициента усиления может определять значение емкости переменного конденсатора 232 и значение тока Is в соответствии с сигналом управления (не показан).

[0060] Когда значение емкости переменного конденсатора 232 установлено большим, скорость изменения (наклон) напряжения V_VL линии VL управления в течение периода A может увеличиваться. Когда значение емкости переменного конденсатора 232 установлено малым, изменение (наклон) напряжения V_VL линии VL управления может уменьшаться в течение периода A. Когда значение тока Is установлено большим, в течение периода A на фиг. 4, разрядный ток из переменного конденсатора 232 увеличивается для увеличения изменения (наклона) напряжения V_VL линии VL управления. Когда значение тока Is установлено малым, изменение (наклон) напряжения V_VL линии VL управления в течение периода A может уменьшаться.

[0061] Как описано выше, регулятор 240 коэффициента усиления может увеличивать/уменьшать изменение (наклон) напряжения V_VL линии VL управления в течение периода A. Как будет описано ниже, коэффициент усиления А/Ц преобразования (то есть коэффициент усиления считывания блоком 120 считывания) может переключаться. В этом примере, значение емкости переменного конденсатора 232 и значение тока Is источника 234 переменного тока установлены переменными. Однако одно из значения емкости и значения тока можно устанавливать переменным для изменения коэффициента усиления А/Ц преобразования.

[0062] Переключение коэффициента усиления А/Ц преобразования в устройстве фотоэлектрического преобразования согласно пятому варианту осуществления будет описано со ссылкой на фиг. 10. На Фиг. 10 показано три разных коэффициента усиления G1, G2 и G3. В этом случае, коэффициент усиления А/Ц преобразования согласно фиг. 4 задается как G2, коэффициент усиления, установленный, когда наклон линии VL управления больше коэффициента усиления G2, задается как коэффициент усиления G1, и коэффициент усиления, установленный, когда наклон меньше коэффициента усиления G2 задается как коэффициент усиления G3. Как описано выше, когда, по меньшей мере, одно из значения емкости переменного конденсатора 232 и значения тока Is может изменяться для определения коэффициента усиления А/Ц преобразования. Напряжение сброса преобразователя FD заряда в напряжение и величина заряда, переносимого из фотоэлектрического преобразователя PD на преобразователь FD заряда в напряжение активацией сигнала ΦT переноса остаются неизменными для всех коэффициентов усиления А/Ц преобразования.

[0063] Сигнал ΦR1 сброса активируется в течение заранее определенного времени для отпирания транзистора M2 сброса. Напряжение преобразователя FD заряда в напряжение сбрасывается до напряжения сброса, соответствующего напряжению VR сброса, через транзистор M2 сброса. Сброс напряжения преобразователя FD заряда в напряжение завершается деактивацией сигнала ΦR1 сброса. Одновременно со сбросом напряжения преобразователя FD заряда в напряжение, сигнал ΦRVL сброса активируется в течение заранее определенного времени для замыкания переключателя 136. Напряжение V_VL линии VL управления сбрасывается на напряжение, соответствующее напряжению VRVL сброса, через переключатель 136. Напряжение на первом узле 137 переменного конденсатора 232, подключенном к линии VL управления, также сбрасывается на напряжение, соответствующее напряжению VRVL сброса. Сброс напряжения V_VL линии VL управления завершается деактивацией сигнала ΦRVL сброса. В этом случае, напряжение VRVL сброса (напряжение линии первого напряжения) определяется таким образом, что напряжение, установленное на линии VL управления благодаря замыканию переключателя 136, является напряжением, не отпирающим транзистор M3 пикселя 112.

[0064] Операция N_AD считывания уровня шума начинается с деактивации сигнала ΦRVL сброса. Напряжение V_VL линии VL управления снижается в соответствии с наклоном, соответствующим установлению коэффициента усиления G1, G2 или G3 А/Ц преобразования. Даже если выбран один из коэффициентов усиления G1, G2 и G3 А/Ц преобразования, транзистор M3 отпирается, когда напряжение V_VL линии VL управления становится напряжением VL_N, поскольку напряжение преобразователя FD заряда в напряжение остается неизменным. Пиксельный ток Ipix начинает течь. Поскольку наклон коэффициента усиления G1 А/Ц преобразования является наибольшим, пиксельный ток Ipix начинает течь с самым ранним хронированием. В случае наименьшего коэффициента усиления G3 А/Ц преобразования, пиксельный ток Ipix начинает течь с самым поздним хронированием. Ipix@G1, comp@G1 и count@G1 представляют Ipix, comp и count, соответственно, когда коэффициент усиления А/Ц преобразования равен G1. Ipix@G2, comp@G2 и count@G2 представляют Ipix, comp и count, соответственно, когда коэффициент усиления А/Ц преобразования равен G2. Аналогично, Ipix@G3, comp@G3 и count@G3 представляют Ipix, comp и count, соответственно, когда коэффициент усиления А/Ц преобразования равен G3.

[0065] В операции S_AD считывания оптического сигнала, аналогично, пиксельный ток Ipix начинает течь при хронировании, в котором напряжение V_VL линии VL управления становится VL_S. Аналогично, пиксельный ток Ipix начинает течь с самым ранним хронированием для коэффициента усиления G1 А/Ц преобразования; и с самым поздним хронированием для коэффициента усиления G3 А/Ц преобразования. Сигнал comp результата сравнения инвертируется при хронировании, в котором значение пикселя Ipix превышает значение опорного тока Iref в каждый момент времени, и при каждом коэффициенте усиления. Цифровое значение в качестве значения отсчета при этом хронировании удерживается в памяти 126.

[0066] Удерживать значение отсчета с самым ранним хронированием для коэффициента усиления G1 А/Ц преобразования означает наименьшее значение цифрового сигнала для коэффициента усиления G1 А/Ц преобразования. Удерживать значение отсчета с самым поздним хронированием для коэффициента усиления G3 А/Ц преобразования означает наибольшее значение цифрового сигнала для коэффициента усиления G3 А/Ц преобразования. Если коэффициент усиления А/Ц преобразования задается как (значение цифрового сигнала)/(уровень напряжения в преобразователе заряда в напряжение), соотношение между коэффициентом усиления А/Ц преобразования и наклоном напряжения V_BL линии VL управления выражается в виде

G1 (коэффициент усиления: низкий, наклон: большой) < G2 (коэффициент усиления: средний, наклон: средний) < G3 (коэффициент усиления: высокий, наклон: малый)

Таким образом, регулятор 240 коэффициента усиления обеспечивает функцию переключения коэффициентов усиления А/Ц преобразования с помощью блока 120 считывания.

[0067] На фиг. 9B показан пример детальной конфигурации регулятора 240 коэффициента усиления. В примере, показанном на фиг. 9B, переменный конденсатор 232 сформирован из множества параллельно соединенных блоков. Каждый блок сформирован последовательным соединением конденсатора и переключателя выбора. Управление состоянием (зам