УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, ДВИЖУЩЕЕСЯ ТЕЛО И ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ ПОДЛОЖКА ДЛЯ НАСЛАИВАНИЯ
IMAGE FORMING DEVICE, IMAGING SYSTEM, MOVING BODY AND SEMICONDUCTOR SUBSTRATE FOR LAYERING

Уровень техники
Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству формирования изображений, системе формирования изображений, движущемуся телу и полупроводниковой подложке для наслаивания.
Описание предшествующего уровня техники
[0002] Международная публикация № WO2014-132822 поясняет твердотельное устройство формирования изображений, в котором между множеством вертикальных сигнальных линий для считывания сигналов с пикселей предоставляется переключатель. В конфигурации, поясненной в Международной публикации № WO2014-132822, сигнал от определенной вертикальной сигнальной линии может считываться из считывающей цепи, соответствующей другой вертикальной сигнальной линии, путем включения переключателя между вертикальными сигнальными линиями. Тем не менее, в конфигурации согласно Международной публикации № WO2014-132822, сигнал считывается в состоянии, в котором две вертикальных сигнальных линии соединены между собой. Таким образом, емкость тракта считывания увеличивается, и вследствие этого имеется вероятность того, что при считывании сигнал рабочая скорость снижается.
Сущность изобретения
[0003] Согласно аспекту настоящего изобретения, устройство формирования изображений включает в себя множество пикселей, включающих в себя первый пиксель и второй пиксель, множество сигнальных линий, включающих в себя первую сигнальную линию, соединенную с первым пикселем, и вторую сигнальную линию, соединенную со вторым пикселем, множество компараторов, включающих в себя первый компаратор и второй компаратор, причем первый компаратор выполнен с возможностью принимать сигнал от первой сигнальной линии, причем второй компаратор выполнен с возможностью принимать сигнал от первой сигнальной линии и второй сигнальной линии, первый переключатель, включающий в себя первый вывод и второй вывод, при этом первый вывод первого переключателя соединяется со второй сигнальной линией и выполнен с возможностью принимать сигнал от второй сигнальной линии, а второй вывод первого переключателя соединяется с входным узлом второго компаратора, и второй переключатель, включающий в себя первый вывод и второй вывод, при этом второй вывод второго переключателя соединяется с первой сигнальной линией и выполнен с возможностью принимать сигнал от первой сигнальной линии в качестве входного сигнала, а первый вывод второго переключателя соединяется с входным узлом второго компаратора.
[0004] Дополнительные признаки настоящего изобретения станут очевидными из нижеприведенного описания примерных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи. Каждый из нижеописанных вариантов осуществления настоящего изобретения может реализовываться отдельно либо в качестве комбинации множества вариантов осуществления. Кроме того, признаки из различных вариантов осуществления могут комбинироваться, когда необходимо или когда комбинация элементов или признаков из отдельных вариантов осуществления в едином варианте осуществления является предпочтительной.
Краткое описание чертежей
[0005] Фиг. 1 является принципиальной схемой устройства формирования изображений согласно первому примерному варианту осуществления.
[0006] Фиг. 2 является принципиальной схемой устройства формирования изображений согласно второму примерному варианту осуществления.
[0007] Фиг. 3 является принципиальной схемой устройства формирования изображений согласно третьему примерному варианту осуществления.
[0008] Фиг. 4 является принципиальной схемой устройства формирования изображений согласно третьему примерному варианту осуществления.
[0009] Фиг. 5 является принципиальной схемой устройства формирования изображений согласно третьему примерному варианту осуществления.
[0010] Фиг. 6 является принципиальной схемой устройства формирования изображений согласно третьему примерному варианту осуществления.
[0011] Фиг. 7 является принципиальной схемой устройства формирования изображений согласно четвертому примерному варианту осуществления.
[0012] Фиг. 8A является принципиальной схемой устройства формирования изображений согласно четвертому примерному варианту осуществления. Фиг. 8B является принципиальной схемой устройства формирования изображений согласно четвертому примерному варианту осуществления.
[0013] Фиг. 9 является принципиальной схемой устройства формирования изображений согласно пятому примерному варианту осуществления.
[0014] Фиг. 10A и 10B являются принципиальными схемами устройства формирования изображений согласно пятому примерному варианту осуществления.
[0015] Фиг. 11 является схемой, иллюстрирующей конфигурацию системы формирования изображений согласно шестому примерному варианту осуществления.
[0016] Фиг. 12A является схемой, иллюстрирующей конфигурацию движущегося тела согласно седьмому примерному варианту осуществления. Фиг. 12B является схемой, иллюстрирующей конфигурацию движущегося тела согласно седьмому примерному варианту осуществления.
[0017] Фиг. 13 является схемой, иллюстрирующей процедуру функциональной обработки движущегося тела согласно седьмому примерному варианту осуществления.
Подробное описание вариантов осуществления
[0018] Со ссылкой на чертежи, ниже будут описаны примерные варианты осуществления. Согласно примерным вариантам осуществления, описание компонентов, аналогичных компонентам в других примерных вариантах осуществления, иногда пропускается для краткости. Согласно примерным вариантам осуществления, если не указано иное, переключатель, например, представляет собой транзистор со структурой "металл-оксид-полупроводник" (МОП) с каналом n-типа. Нахождение во включенном состоянии переключателя означает состояние, в котором в МОП-транзистор с каналом n-типа вводится управляющий импульс на высоком уровне, и МОП-транзистор с каналом n-типа находится в проводящем состоянии. Нахождение в выключенном состоянии переключателя означает состояние, в котором в МОП-транзистор с каналом n-типа вводится управляющий импульс на низком уровне, и МОП-транзистор с каналом n-типа находится в непроводящем состоянии. Альтернативно, в качестве переключателя вместо МОП-транзистора с каналом n-типа может использоваться МОП-транзистор с каналом p-типа. При использовании МОП-транзистора с каналом p-типа напряжение, подаваемое на МОП-транзистор с каналом p-типа (например, напряжение управляющего импульса), реверсировано (изменено на обратное) по сравнению с напряжением, подаваемым на МОП-транзистор с каналом n-типа. Еще альтернативно, переключатель может представлять собой переключатель с комплементарной структурой "металл-оксид-полупроводник" (КМОП), использующий как МОП-транзистор с каналом n-типа, так и МОП-транзистор с каналом p-типа; в этом случае может выполняться соответствующее изменение характеристик питающего напряжения.
[0019] Дополнительно, согласно примерным вариантам осуществления, взаимосвязь соединений между схемными элементами описывается, но может надлежащим образом изменяться путем вставки другого элемента (например, переключателя или буфера) между схемными элементами.
[0020] Фиг. 1 является принципиальной схемой устройства формирования изображений согласно первому примерному варианту осуществления. Из этой фигуры можно видеть, откуда сигналы выводятся с пикселей PIX. Также можно видеть, куда выходные сигналы с пикселей PIX выводятся за пределы устройства формирования изображений. На фиг. 1 участок P1 соответствует пикселям в одиночном столбце матрицы пикселей. Каждый из других столбцов матрицы пикселей также имеет соответствующий участок P1. Следовательно, следует принимать во внимание, что в устройстве формирования изображений по фиг. 1, имеются последовательности участков P, размещенных бок-о-бок вдоль направления строк матрицы. На фиг. 1 первое направление D1 указывает направление столбцов, и второе направление D2 указывает направление строк.
[0021] Устройство формирования изображений на фиг. 1 включает в себя область 110 пикселей, в которой размещено множество пикселей PIX. Согласно настоящему примерному варианту осуществления, множество пикселей PIX располагаются в матрице. Каждый из множества пикселей PIX включает в себя по меньшей мере один элемент фотоэлектрического преобразования и формирует сигнал на основе света. Участок P1 включает в себя множество пикселей PIX, размещенных в одиночном столбце, по меньшей мере две сигнальных линии 130 и 131, по меньшей мере два компаратора 160 и 161 и по меньшей мере два счетчика 170 и 171. Описание приводится с акцентированием внимания на пикселях 100 и 101 из множества пикселей PIX. Пиксель 100 соединен с сигнальной линией 130 и выводит сигнал в сигнальную линию 130. Пиксель 101 соединен с сигнальной линией 131 и выводит сигнал в сигнальную линию 131. Сигнальные линии 130 и 131 передают сигналы с пикселей, соединенных с сигнальными линиями. Для сигнальной линии 130 предусматривается источник 140 тока. Для сигнальной линии 131 предусматривается источник 141 тока. В компаратор 160 вводится сигнал из сигнальной линии 130. Компаратор 161 выполнен с возможностью принимать сигнал из сигнальной линии 131 в качестве входного сигнала. Дополнительно, компараторы 160 и 161 также выполнены с возможностью принимать линейно изменяющийся сигнал из генератора 150 линейно изменяющихся напряжений в качестве входного сигнала. Компаратор 160 включает в себя входной узел, в который вводится сигнал из сигнальной линии 130, и входной узел, в который вводится линейно изменяющийся сигнал. Компаратор 161 включает в себя входной узел, в который вводится сигнал из сигнальной линии 131, и входной узел, в который вводится линейно изменяющийся сигнал. В дальнейшем здесь в компараторе входной узел, в который вводится сигнал от пикселя, будет называться "первым входным узлом", а входной узел, в который вводится линейно изменяющийся сигнал, будет называться "вторым входным узлом". В нижеприведенном описании, если не указано иное, "входной узел" называется первым входным узлом. Компаратор 160 также имеет выходной узел, соединенный со счетчиком 170. Аналогично, компаратор 161 имеет выходной узел, соединенный со счетчиком 171. Каждый из сигнала от счетчика 170 и сигнала от счетчика 171 вводится в цепь 180 горизонтального сканирования и выводится за пределы устройства формирования изображений через выходную цепь 190. Компаратор 160 и счетчик 170 образуют аналого-цифровой преобразователь (в дальнейшем здесь "аналого-цифровой преобразователь"). Аналогично, компаратор 161 и счетчик 171 образуют аналого-цифровой преобразователь.
[0022] Участок P1 дополнительно включает в себя конфигурацию для управления проводимостью между сигнальными линиями 130 и 131. В частности, участок P1 включает в себя переключатели 201 и 220. В этом случае каждый переключатель включает в себя по меньшей мере два вывода, и в нижеприведенном описании два вывода будут иногда называться "первым выводом" и "вторым выводом". Когда переключатель включен, ток протекает через узлы, соединенные с двумя выводами.
[0023] Переключатель 201 может управлять проводимостью между сигнальной линией 131 и компаратором 161. Переключатель 201 включает в себя первый вывод, в который может вводиться сигнал из сигнальной линии 131, и второй вывод, из которого может выводиться сигнал во входной узел компаратора 161. Первый вывод переключателя 201 соединяется с сигнальной линией 131, а второй вывод переключателя 201 соединяется с компаратором 161. Другими словами, первый вывод переключателя 201 соединяется с узлом сигнальной линии 131, а второй вывод переключателя 201 соединяется с входным узлом компаратора 161.
[0024] Переключатель 220 может управлять проводимостью между сигнальной линией 130 и компаратором 161. Переключатель 220 включает в себя первый вывод, из которого может выводиться сигнал во входной узел второго компаратора 161, и второй вывод, в который может вводиться сигнал из сигнальной линии 130. Первый вывод переключателя 220 соединяется со вторым компаратором 161, а второй вывод переключателя 220 соединяется с сигнальной линией 130. Другими словами, первый вывод переключателя 220 соединяется с входным узлом второго компаратора 161, а второй вывод переключателя 220 соединяется с узлом сигнальной линии 130. Иными словами, первый вывод переключателя 220 соединяется со вторым выводом переключателя 201 или соединяется параллельно с переключателем 201 с входным узлом компаратора 161.
[0025] Далее описывается способ считывания устройства формирования изображений на фиг. 1. Сначала в первом рабочем режиме переключатель 201 включен, а переключатель 220 выключен. Сигнал пикселя 100 вводится из сигнальной линии 130 в компаратор 160 и затем подвергается аналого-цифровому преобразованию. Сигнал пикселя 101 вводится из сигнальной линии 131 в компаратор 161 и затем подвергается аналого-цифровому преобразованию.
[0026] Ниже кратко описывается операция аналого-цифрового преобразования. Сначала линейно изменяющийся сигнал, потенциал которого изменяется в соответствии со временем, выводится из генератора 150 линейно изменяющегося напряжения в компараторы 160 и 161. Потенциал линейно изменяющегося сигнала изменяется пошаговым или непрерывным образом. Описан пример, в котором потенциал линейно изменяющегося сигнала постепенно снижается. Сигнал пикселя 100 подвергается аналого-цифровому преобразованию следующим образом. Если потенциал линейно изменяющегося сигнала падает ниже потенциала сигнальной линии 130, выходной сигнал компаратора 160 инвертируется (например, от высокого к низкому уровню). Счетчик 170 подсчитывает время от определенного момента времени, когда начинается сравнение между потенциалами линейно изменяющегося сигнала и сигнальной линии 130, до момента времени, когда выходной сигнал компаратора 160 инвертируется. Результат подсчета представляет собой результат аналого-цифрового преобразования сигнала пикселя 100. Сигнал пикселя 101 подвергается аналого-цифровому преобразованию следующим образом. Если потенциал линейно изменяющегося сигнала падает ниже потенциала сигнальной линии 131, выходной сигнал компаратора 161 инвертируется (например, от высокого к низкому уровню). Счетчик 171 подсчитывает время от определенного момента времени, когда начинается сравнение между потенциалами линейно изменяющегося сигнала и сигнальной линии 131, до момента времени, когда выходной сигнал компаратора 161 инвертируется. Результат подсчета представляет собой результат аналого-цифрового преобразования сигнала пикселя 101.
[0027] В первом рабочем режиме сигналы пикселей 100 и 101 считываются и подвергаются аналого-цифровому преобразованию в тот же самый период считывания. Таким образом, в первом рабочем режиме сигналы пикселей 100 и 101 для двух строк могут считываться и подвергаться аналого-цифровому преобразованию параллельно с использованием компараторов 160 и 161. При этой операции переключатель 220 выключен. Следовательно, можно подавлять добавление емкости, относящейся к сигнальной линии 131, во входной узел компаратора 160. Дополнительно, переключатель 220 выключен. Следовательно, можно подавлять добавление емкости, относящейся к сигнальной линии 130, во входной узел компаратора 161.
[0028] Далее описывается второй рабочий режим. Во втором рабочем режиме переключатель 220 включен. Поскольку в определенный период переключатель 220 включен, а переключатель 201 выключен, сигнал пикселя 100, выводимый в сигнальную линию 130, может считываться во входной узел компаратора 161 через переключатель 220. Затем переключатель 220 выключается, а переключатель 201 включается. Следовательно, сигнал пикселя 101, выводимый в сигнальную линию 131, может считываться во входной узел компаратора 161 через переключатель 201. Таким образом, сигналы пикселей 100 и 101 в двух определенных строках могут считываться из двух сигнальных линий 130 и 131 по порядку/последовательно и подвергаться аналого-цифровому преобразованию с использованием одного компаратора 161. Как результат, число работающих компараторов может составлять половину от числа компараторов в первом рабочем режиме, и в силу этого можно уменьшать потребление тока при работе устройства формирования изображений. Помимо этого, снижается число аналого-цифровых преобразователей, работающих параллельно, и в силу этого можно уменьшать шум, вызванный флуктуацией напряжения источника питания.
[0029] Дополнительно, когда сигнал сигнальной линии 130 подвергается аналого-цифровому преобразованию компаратором 161, переключатель 201 выключается. Следовательно, уменьшается добавление емкости, сопровождающей сигнальную линию 131, во входной узел компаратора 161. В силу этого можно подавлять снижение рабочей скорости при считывании сигнала. Более конкретно, можно подавлять снижение скорости операции считывания в конфигурации, в которой переключатель включается между множеством сигнальных линий.
[0030] Фиг. 2 является принципиальной схемой устройства формирования изображений для описания второго примерного варианта осуществления. В настоящем примерном варианте осуществления компоненты, аналогичные компонентам в первом примерном варианте осуществления, обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и описания для этих компонентов пропускаются. Ниже описываются отличия от первого примерного варианта осуществления.
[0031] На фиг. 2 устройство формирования изображений включает в себя участок P2, соответствующий участку P1 на фиг. 1. На фиг. 2 в других столбцах аналогичные участки P2 многократно расположены во втором направлении D2. По сравнению с участком P1 на фиг. 1, участок P2 дополнительно включает в себя переключатели 200 и 210 и обходную линию (байпас) 225. В частности, на участке P2 переключатель 210 и обходная линия 225 предусматриваются между вторым выводом переключателя 220 и узлом сигнальной линии 130, которые также предусматриваются на участке P1. Обходная линия 225 представляет собой тракт сигнала, соединяющий сигнальные линии 130 и 131. Согласно настоящему примерному варианту осуществления, обходная линия 225 включает в себя по меньшей мере проводную линию (межсоединений). Альтернативно, обходная линия 225 может представлять собой полупроводниковую область, с которой соединяются два переключателя.
[0032] Переключатель 200 может управлять проводимостью между сигнальной линией 130 и компаратором 160. Переключатель 200 включает в себя первый вывод, в который может вводиться сигнал из сигнальной линии 130, и второй вывод, из которого может выводиться сигнал во входной узел компаратора 160. Первый вывод переключателя 200 соединяется с сигнальной линией 130, а второй вывод переключателя 200 соединяется с компаратором 160. Другими словами, первый вывод переключателя 200 соединяется с узлом сигнальной линии 130, а второй вывод переключателя 200 соединяется с входным узлом компаратора 160.
[0033] Переключатель 210 может управлять проводимостью между сигнальной линией 130 и обходной линией 225. Переключатель 210 включает в себя первый вывод, в который может вводиться сигнал из сигнальной линии 130, и второй вывод, из которого может выводиться сигнал в обходную линию 225. Первый вывод переключателя 210 соединяется с сигнальной линией 130, а второй вывод переключателя 210 соединяется с обходной линией 225. Другими словами, первый вывод переключателя 210 соединяется с узлом сигнальной линии 130, а второй вывод переключателя 210 соединяется с узлом обходной линии 225. Дополнительно, иными словами, второй вывод переключателя 210 соединяется со вторым выводом переключателя 220 или соединяется параллельно с переключателем 200 с сигнальной линией 130.
[0034] Согласно настоящему примерному варианту осуществления, переключатель 220 может управлять проводимостью между обходной линией 225 и компаратором 161. Первый вывод переключателя 220 соединяется с компаратором 161, а второй вывод переключателя 220 соединяется с обходной линией 225. Другими словами, первый вывод переключателя 220 соединяется с входным узлом компаратора 161, а второй вывод переключателя 220 соединяется с узлом обходной линии 225. Дополнительно, иными словами, первый вывод переключателя 220 и второй вывод переключателя 201 соединяются с тем же самым входным узлом компаратора 161. Дополнительно, второй вывод переключателя 220 может электрически соединяться с сигнальной линией 130 через переключатель 210 и обходную линию 225.
[0035] В дальнейшем описывается способ считывания согласно настоящему примерному варианту осуществления. Согласно настоящему примерному варианту осуществления, устройство формирования изображений также может иметь первый и второй рабочие режимы, аналогичные рабочим режимам согласно первому примерному варианту осуществления. Сначала описывается первый рабочий режим. Сначала переключатели 200 и 201 включаются, а переключатели 210 и 220 выключаются. В этом состоянии сигнал от пикселя 100 вводится в компаратор 160 через сигнальную линию 130 и переключатель 200. В тот же самый период сигнал от пикселя 101 вводится в компаратор 161 через сигнальную линию 131 и переключатель 201. Операция после того, как сигналы введены в компараторы 160 и 161, аналогична операции согласно первому примерному варианту осуществления. Более конкретно, сигналы двух пикселей могут считываться и подвергаться аналого-цифровому преобразованию в тот же самый период и/или параллельно.
[0036] Поскольку предусмотрен переключатель 210, можно уменьшать влияние емкости сигнальной линии 131 и обходной линии 225 на входной узел компаратора 160. Дополнительно, поскольку предусмотрен переключатель 220, можно уменьшать влияние емкости сигнальной линии 130 и обходной линии 225 на входной узел компаратора 161. В этой операции обходная линия 225 является плавающей, и в силу этого может предусматриваться переключатель для соединения обходной линии 225 с напряжением GND земли или напряжением VDD источника питания, чтобы фиксировать потенциал обходной линии 225.
[0037] Описывается второй рабочий режим. Сначала переключатели 200 и 201 выключены, а переключатели 210 и 220 включены. Сигнал от пикселя 100 выводится во входной узел компаратора 161 через сигнальную линию 130, переключатель 210, обходную линию 225 и переключатель 220 в этом порядке. Затем сигнал от пикселя 100 подвергается аналого-цифровому преобразованию. Затем по меньшей мере переключатель 220 выключен (но предпочтительно переключатель 220 выключается вместе с переключателем 210), а переключатель 201 включается. Сигнал от пикселя 101 выводится во входной узел компаратора 161 через сигнальную линию 131 и переключатель 201 в этом порядке. Затем сигнал от пикселя 101 подвергается аналого-цифровому преобразованию. Путем переключения переключателей 201 и 220, как описано выше, можно независимо вводить в компаратор 161 каждый из сигнала пикселя 100 и сигнала пикселя 101.
[0038] Согласно настоящему примерному варианту осуществления, когда сигнал пикселя 100 вводится в компаратор 161, переключатель 200 выключен. В силу этого можно уменьшать добавление емкости, сопровождающей компаратор 160, в сигнальную линию 130. Как результат, может подавляться снижение рабочей скорости при считывании сигнала. Дополнительно, когда сигнал пикселя 100 вводится в компаратор 161, переключатель 201 выключен. В силу этого можно уменьшать добавление емкости, сопровождающей сигнальную линию 131, во входной узел компаратора 161. Как результат, может подавляться снижение рабочей скорости при считывании сигнала. Дополнительно, когда сигнал пикселя 101 вводится в компаратор 161, переключатель 220 выключен. В силу этого можно уменьшать добавление емкости, сопровождающей обходную линию 225 или сигнальную линию 130, в сигнальную линию 131 или входной узел компаратора 161.
[0039] Согласно настоящему примерному варианту осуществления, описана конфигурация, в которой предусмотрена обходная линия 225. Альтернативно, может использоваться конфигурация, в которой обходная линия 225 не предусмотрена, а вывод переключателя 220 и вывод переключателя 210 непосредственно соединяются между собой. Дополнительно, обходная линия 225 согласно настоящему примерному варианту осуществления включает в себя по меньшей мере линию межсоединений, но может включать в себя участок (контактный штепсель или сквозной штепсель), соединенный с тем же самым узлом.
[0040] Фиг. 3 является принципиальной схемой, иллюстрирующей устройство формирования изображений по третьему примерному варианту осуществления. Согласно настоящему примерному варианту осуществления, компоненты, аналогичные компонентам в других примерных вариантах осуществления, обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и описания для этих компонентов пропускаются. Ниже описываются отличия от других примерных вариантов осуществления.
[0041] Участок P3, проиллюстрированный на фиг. 3, соответствует участку P1 на фиг. 1 или участку P2 на фиг. 2. На фиг. 3 в других столбцах аналогичные участки P3 многократно расположены во втором направлении D2. В дополнение к компонентам, проиллюстрированным на участке P2 на фиг. 2, участок P3 включает в себя переключатели 211 и 221.
[0042] Переключатель 211 может управлять проводимостью между компаратором 160 и обходной линией 225. Переключатель 211 включает в себя первый вывод, из которого может выводиться сигнал в компаратор 160, и второй вывод, в который может вводиться сигнал из обходной линии 225. Первый вывод переключателя 211 соединяется с компаратором 160, а второй вывод переключателя 211 соединяется с обходной линией 225. Другими словами, первый вывод переключателя 211 соединяется с входным узлом компаратора 160, а второй вывод переключателя 211 соединяется с узлом обходной линии 225. Иными словами, первый вывод переключателя 211 соединяется со вторым выводом переключателя 200. Иными словами, второй вывод переключателя 211 соединяется со вторым выводом переключателя 220 или соединяется со вторым выводом переключателя 210.
[0043] Переключатель 221 может управлять проводимостью между сигнальной линией 131 и обходной линией 225. Переключатель 221 включает в себя первый вывод, в который может вводиться сигнал из сигнальной линии 131, и второй вывод, из которого может выводиться сигнал в обходную линию 225. Первый вывод переключателя 221 соединяется с сигнальной линией 131, а второй вывод переключателя 221 соединяется с обходной линией 225. Другими словами, первый вывод переключателя 221 соединяется с узлом сигнальной линии 131, а второй вывод переключателя 221 соединяется с узлом обходной линии 225. Иными словами, первый вывод переключателя 221 соединяется с первым выводом переключателя 201. Иными словами, второй вывод переключателя 221 соединяется со вторым выводом переключателя 220 или соединяется со вторым выводом переключателя 211, или соединяется со вторым выводом переключателя 210.
[0044] Согласно второму примерному варианту осуществления, может уменьшаться добавление емкости в случае, если используется компаратор 161. Согласно настоящему примерному варианту осуществления, дополнительно содержатся переключатели 211 и 221. Следовательно, можно уменьшать добавление емкости независимо от того, какой из двух компараторов 160 и 161 используется.
[0045] Для удобства переключатели на фиг. 3 задаются как блоки 230 и 231 переключения. Блок 230 переключения включает в себя по меньшей мере переключатели 200, 210 и 211, а блок 231 переключения включает в себя по меньшей мере переключатели 201, 220 и 221. Как проиллюстрировано на фиг. 3, участок P3 включает в себя множество блоков переключения. Множество блоков переключения предусмотрено таким образом, что каждый из множества блоков переключения соответствует отличной одной из множества сигнальных линий (сигнальных линий 130, 131,...,) и одному из множества компараторов (компараторов 160, 161,...,). Каждый блок переключения включает в себя по меньшей мере три типа переключателей. Переключатель первого типа включает в себя первый вывод, соединенный с соответствующей одной из множества сигнальных линий, и второй вывод, соединенный с соответствующим одним из множества компараторов. Переключатель 200 блока 230 переключения и переключатель 201 блока 231 переключения соответствуют переключателю первого типа. Переключатель второго типа включает в себя первый вывод, соединенный с соответствующей одной из множества сигнальных линий (и первым выводом переключателя первого типа, соединенным с сигнальной линией), и второй вывод, соединенный с обходной линией 225. Переключатель 210 блока 230 переключения и переключатель 221 блока 231 переключения соответствуют переключателю второго типа. Переключатель третьего типа включает в себя первый вывод, соединенный с соответствующим одним из множества компараторов (и вторым выводом переключателя первого типа, соединенным с компаратором), и второй вывод, соединенный с обходной линией 225. Переключатель 211 блока 230 переключения и переключатель 220 блока 231 переключения соответствуют переключателю третьего типа. С помощью этих переключателей, как описано ниже, во втором рабочем режиме можно выравнивать числа переключателей в трактах сигналов пикселей 100 и 101. Другими словами, обходная линия 225 обычно соединяется с множеством блоков переключения.
[0046] В дальнейшем описывается способ считывания согласно настоящему примерному варианту осуществления. Также согласно настоящему примерному варианту осуществления, устройство формирования изображений может иметь первый и второй рабочие режимы, аналогичные конфигурациям согласно первым и вторым примерным вариантам осуществления. Сначала описывается первый рабочий режим. В первом рабочем режиме в каждом блоке переключения переключатель первого типа включен, а переключатели второго типа и третьего типа выключены. При этой операции сигнал каждого пикселя вводится в соответствующий один из компараторов через сигнальную линию, с которой соединен пиксель, и через переключатель первого типа соответствующего одного из блоков переключения. В частности, переключатели 200 и 201 включены, а переключатели 210, 211, 220 и 221 выключены. В этом состоянии сигнал пикселя 100 вводится в компаратор 160, а сигнал пикселя 101 вводится в компаратор 161. Поскольку переключатели 210, 211, 220 и 221 выключены, емкость, сопровождающая обходную линию 225, не добавляется ни в одну из сигнальных линий 130 и 131. Таким образом, в этом рабочем режиме обходная линия 225, предусмотренная в этой конфигурации, не оказывает влияние на скорость. Дополнительно, переключатель для соединения обходной линии 225 с напряжением GND земли или напряжением VDD источника питания может отдельно предусматриваться в обходной линии 225.
[0047] Далее описывается второй рабочий режим. Во втором рабочем режиме в каждом блоке переключения переключатель первого типа выключен. Затем переключатель третьего типа любого из множества блоков переключения, обычно соединенных с обходной линией, включен. Переключатель третьего типа другого из множества блоков переключения, обычно соединенных с обходной линией, выключен. Затем переключатель второго типа каждого блока переключения последовательно включается из выключенного состояния. При этой операции сигнал каждого пикселя последовательно вводится в различный один из компараторов, соответствующих блоку переключения, переключатель третьего типа которого включен, через сигнальную линию, с которой соединен пиксель, через переключатель второго типа соответствующего блока переключения и через обходную линию. В частности, переключатели 200, 201 и 211 выключены, а переключатель 220 включен. В этом состоянии, поскольку переключатели 210 и 221 последовательно включаются, сигнал пикселя 100 и сигнал пикселя 101 последовательно вводятся в компаратор 161. Как описано выше, также согласно настоящему примерному варианту осуществления, во втором рабочем режиме могут считываться сигналы.
[0048] Согласно второму рабочему режиму, тракт считывания сигнала пикселя 100 от пикселя 100 в компаратор 161 включает в себя сигнальную линию 130, переключатель 210, обходную линию 225 и переключатель 220 в этом порядке. Аналогично, тракт считывания сигнала пикселя 101 от пикселя 101 в компаратор 161 включает в себя сигнальную линию 131, переключатель 221, обходную линию 225 и переключатель 220 в этом порядке. Таким образом, числа (количества) переключателей в трактах вплоть до ввода сигналов с пикселей в компараторы одинаковы, и одинаков шум, который может возникать в каждом сигнале.
[0049] Дополнительно, во втором рабочем режиме емкость, относящаяся к тракту считывания сигнала пикселя 100, составляет сумму емкостей, относящихся к двум переключателям, сигнальной линии 130 и обходной линии 225. Дополнительно, емкость, относящаяся к тракту считывания сигнала пикселя 101, составляет сумму емкостей, относящихся к двум переключателям, сигнальной линии 131 и обходной линии 225. Таким образом, можно уменьшать варьирования коэффициента усиления и варьирования скорости считывания при считывании сигналов пикселей 100 и 101.
[0050] Дополнительно, во втором рабочем режиме, поскольку переключатели 200 и 211 выключены, можно уменьшать добавление емкости, относящейся к компаратору 160, в тракт считывания сигнала. Дополнительно, поскольку переключатель 201 выключен, можно уменьшать добавление емкости, относящейся к сигнальной линии 131, при считывании сигнала пикселя 100. Таким образом, можно подавлять снижение скорости считывания.
[0051] Согласно настоящему примерному варианту осуществления, проиллюстрирован пример, в котором компаратор 161 используется во втором рабочем режиме. Альтернативно, может использоваться компаратор 160. В этом случае переключатель 211 включен, переключатели 220, 200 и 201 выключены, и переключатели 210 и 221 последовательно включаются. Поскольку переключатели 200 и 210 выключены, можно уменьшать влияние емкости, сопровождающей сигнальную линию 130. Поскольку переключатели 201 и 220 выключены, можно уменьшать влияние емкости, сопровождающей компаратор 161.
[0052] Устройство формирования изображений дополнительно может иметь третий рабочий режим. Третий рабочий режим представляет собой операцию, во втором рабочем режиме, дополнительного включения множества переключателей третьего типа из числа блоков переключения, обычно соединенных с обходной линией. Сигнал одного пикселя вводится во множество компараторов через множество переключателей третьего типа, которые включены. В частности, третий рабочий режим представляет собой операцию, в примере второго рабочего режима, дополнительного включения переключателя 211, ввода сигнала от одного пикселя в два компаратора 160 и 161, выполнения аналого-цифрового преобразования сигналов. В этом случае переключатели 211 и 220 включены, а переключатели 200 и 201 выключены. Затем переключатели 210 и 221 последовательно включаются. Как результат, сигнал из сигнальной линии 130 может вводиться в компараторы 160 и 161, а затем в компараторы 160 и 161 может вводиться сигнал из сигнальной линии 131. С помощью такой операции из одиночного сигнала могут быть получены два цифровых сигнала. Таким образом, можно уменьшать шум, вызванный компараторами. Другими словами, нетрудно удалять шум, вызванный компараторами.
[0053] В первом-третьем рабочих режимах каждый из множества блоков переключения имеет следующие четыре состояния. Первое состояние представляет собой состояние, в котором сигнал одной из сигнальных линий вводится в один из компараторов, соответствующих одной сигнальной линии. Таким образом переключатель первого типа включен, а переключатели второго типа и третьего типа выключены. Второе состояние представляет собой состояние, в котором сигнал одной из сигнальных линий выводится в обходную линию. В этом случае переключатель второго типа включен, а переключатели первого типа и третьего типа выключены. Третье состояние представляет собой состояние, в котором сигнал одной из сигнальных линий выводится как в один из компараторов, соответствующих одной сигнальной линии, так и в обходную линию. В третьем состоянии по меньшей мере переключатели первого типа и второго типа включены. Четвертое состояние представляет собой состояние, в котором сигнал обходной линии вводится в один из компараторов, соответствующих одной из сигнальных линий. В четвертом состоянии переключатель третьего типа включен, а переключатели первого типа и второго типа выключены.
[0054] Со ссылкой на фиг. 4-6 описываются конкретные операции первого и второго рабочих режимов. Фиг. 4 является схемой цепи пикселей 100 и 101, проиллюстрированных на фиг. 3. Пиксель 100 включает в себя элемент 400 фотоэлектрического преобразования, транзистор 410 переноса, транзистор 430 усиления, транзистор 440 выбора и транзистор 460 сброса. Пиксель 101 включает в себя элемент 401 фотоэлектрического преобразования, транзистор 411 переноса, транзистор 431 усиления, транзистор 441 выбора и транзистор 461 сброса. Пиксели 100 и 101 включают в себя плавающие диффузионные области 420 и 421 (в дальнейшем здесь, "FD-области"), соответственно. Заряды переносятся из элементов 400 и 401 фотоэлектрического преобразования в FD-области 420 и 421, соответственно. Сигналы на основе потенциалов FD-областей 420 и 421 выводятся из транзисторов 430 и 431 усиления в сигнальные линии 130 и 131 через транзисторы 440 и 441 выбора, соответственно. Дополнительно, FD-области 420 и 421 устанавливаются на заданные потенциалы транзисторами 460 и 461 сброса, соответственно. Обычно устройство формирования изображений включает в себя матрицу микролинз. Для каждого из пикселей 100 и 101 предусматривается единственная микролинза. Как описано выше, конфигурация пикселей, проиллюстрированная на фиг. 4, представляет собой конфигурацию пикселей типичного КМОП-датчика изображений и не описывается здесь подробно.
[0055] В пикселях 100 и 101 может предусматриваться по меньшей мере один элемент фотоэлектрического преобразования, а в некоторых вариантах осуществления по меньшей мере для двух пикселей 100 и 101, смежных друг с другом, может предусматриваться единственная микролинза. По меньшей мере два пикселя 100 и 101 располагаются по меньшей мере рядом друг с другом вдоль первого направления D1 или второго направления D2. Например, единственная микролинза может располагаться над четырьмя пикселями, расположенными в первом направлении D1 и втором направлении D2. Дополнительно упомянутые по меньшей мере два пикселя 100 и 101 могут располагаться вдоль направления, отличного от первого направления D1 и второго направления D2.
[0056] Фиг. 5 является принципиальной схемой, иллюстрирующей способ возбуждения устройства формирования изображений, проиллюстрированного на фиг. 3 и 4, в первом рабочем режиме. Фиг. 6 является принципиальной схемой, иллюстрирующей способ возбуждения устройства формирования изображений, проиллюстрированного на фиг. 3 и 4, во втором рабочем режиме. На каждом из фиг. 5 и 6 горизонтальная ось представляет время, а вертикальная ось представляет управляющий импульс, вводимый в каждый элемент, потенциал RAMP линейно изменяющегося сигнала, потенциал Vsig(130), указывающий потенциал сигнальной линии 130, и потенциал Vsig(131), указывающий потенциал сигнальной линии 131. Управляющий импульс Φ200 вводится в переключатель 200 и управляет состоянием (включенным и выключенным) переключателя 200. Управляющий импульс Φ201 вводится в переключатель 201 и управляет состоянием (включенным и выключенным) переключателя 201. Аналогично, каждый из других управляющих импульсов Φ211, Φ220, Φ210, Φ221, Φ441, Φ461, Φ411, Φ440, Φ460 и Φ410 также вводится в переключатель или транзистор, имеющий соответствующую ссылочную позицию, и управляет состоянием переключателя или транзистора. Каждый управляющий импульс может принимать любое значение, но в этом случае принимает два значения, а именно, высокий уровень H и низкий уровень L, для простоты описания. Например, высокий уровень H и низкий уровень L составляют 3,3 В и 0 В, соответственно. Когда управляющий импульс имеет высокий уровень H, переключатель или транзистор включен, а когда управляющий импульс имеет низкий уровень L, переключатель или транзистор выключен. На каждой фигуре участок, в котором управляющий импульс имеет высокий уровень H, обозначается как "H".
[0057] Сначала описываются операции элементов в первом рабочем режиме, проиллюстрированном на фиг. 5. От момента времени t0 до момента времени t8 управляющие импульсы Φ200 и Φ201 имеют высокий уровень H, а управляющие импульсы Φ211, Φ220, Φ210 и Φ221 имеют низкий уровень L. Таким образом, переключатели 200 и 201 включены, а переключатели 211, 220, 210 и 221 выключены. В этом состоянии выполняются операция считывания пикселя 101 и операция считывания пикселя 100.
[0058] От момента времени t0 до момента времени t8 управляющие импульсы Φ441 и Φ440 имеют высокий уровень H, а транзисторы 441 и 440 выбора включены. Между моментом времени t0 и моментом времени t1 управляющие импульсы Φ461 и Φ460 имеют высокий уровень H, транзисторы 460 и 461 сброса включены, а FD-области 421 и 420 установлены на заданные потенциалы. В это время потенциал Vsig(131) сигнальной линии 131 указывает сигнал (сигнал сброса) на основе потенциала сброса FD-области 421. Потенциал Vsig(130) сигнальной линии 130 указывает сигнал (сигнал сброса) на основе потенциала сброса FD-области 420. От момента времени t2 до момента времени t3 линейно изменяющийся сигнал, указываемый потенциалом RAMP, вводится в компараторы 161 и 160. Каждый из сигнала сброса пикселя 101 и сигнала сброса пикселя 100 подвергается аналого-цифровому преобразованию. Каждый из выходного сигнала компаратора 160 и выходного сигнала компаратора 161 инвертируется между моментом времени t2 и моментом времени t3, и счетчики 170 и 171 в это время выводят значения счета. От момента времени t3 до момента времени t4 сигналы сброса после аналого-цифрового преобразования выводятся через выходную цепь 190. От момента времени t4 до момента времени t5 управляющий импульс Φ411 имеет высокий уровень H, транзистор 411 переноса включается, а заряд, сформированный в элементе 401 фотоэлектрического преобразования в соответствии со светом, вошедшим в элемент 401 фотоэлектрического преобразования, переносится в FD-область 421. Одновременно управляющий импульс Φ410 имеет высокий уровень H, транзистор 410 переноса включается, а заряд, сформированный в элементе 400 фотоэлектрического преобразования в соответствии со светом, вошедшим в элемент 400 фотоэлектрического преобразования, переносится в FD-область 420. В это время потенциал Vsig(131) сигнальной линии 131 указывает сигнал (оптический сигнал) на основе потенциала FD-области 421, в которую переносится заряд из элемента 401 фотоэлектрического преобразования. Аналогично, потенциал Vsig(130) сигнальной линии 130 указывает сигнал (оптический сигнал) на основе потенциала FD-области 420, в которую переносится заряд из элемента 400 фотоэлектрического преобразования. От момента времени t6 до момента времени t7 линейно изменяющийся сигнал, указываемый потенциалом RAMP, вводится в компараторы 161 и 160, и оптические сигналы пикселей 101 и 100 подвергаются аналого-цифровому преобразованию. Каждый из выходного сигнала компаратора 161 и выходного сигнала компаратора 160 инвертируется между моментом времени t6 и моментом времени t7, и счетчики 170 и 171 в это время выводят значения счета. От момента времени t7 до момента времени t8 оптические сигналы после аналого-цифрового преобразования выводятся наружу. В момент времени t8 операции считывания по считыванию сигналов с пикселей 101 и 100 завершаются. От момента времени t8 до момента времени t16 в качестве следующего кадра могут повторяться операции от момента времени t0 до момента времени t8. Как описано выше, с помощью первого рабочего режима согласно настоящему примерному варианту осуществления можно одновременно выполнять аналого-цифровое преобразование сигналов от двух пикселей и считывать эти сигналы.
[0059] Далее описываются операции элементов во втором рабочем режиме, проиллюстрированном на фиг. 6. От момента времени t0 до момента времени t16 управляющие импульсы Φ200, Φ201 и Φ211 имеют низкий уровень L, а управляющий импульс Φ220 имеет высокий уровень H. Таким образом, переключатели 200, 201 и 211 выключены, а переключатель 220 включен. В этом случае управляющий импульс Φ210 имеет высокий уровень H от момента времени t0 до момента времени t8, а управляющий импульс Φ221 имеет высокий уровень H от момента времени t8 до момента времени t16. Таким образом, управляющие импульсы Φ210 и Φ221 последовательно устанавливаются на высокий уровень H.
[0060] В этом случае от момента времени t0 до момента времени t8 выполняется операция считывания пикселя 101. Это аналогично операции считывания пикселя 101 от момента времени t0 до момента времени t8 на фиг. 5. От момента времени t0 до момента времени t8 управляющий импульс Φ441 имеет высокий уровень H, управляющий импульс Φ440 имеет низкий уровень L, транзистор 441 выбора включен, а транзистор 440 выбора выключен. Между моментом времени t0 и моментом времени t1 управляющий импульс Φ461 имеет высокий уровень H, транзистор 461 сброса включен, а FD-область 421 установлена на заданный потенциал. В это время потенциал Vsig(131) сигнальной линии 131 указывает сигнал (сигнал сброса) на основе потенциала сброса FD-области 421. Потенциал Vsig(130) сигнальной линии 130 не изменяется. От момента времени t2 до момента времени t3 линейно изменяющийся сигнал, указываемый потенциалом RAMP, вводится в компаратор 161, а сигнал сброса пикселя 101 подвергается аналого-цифровому преобразованию. Выходной сигнал компаратора 161 инвертируется между моментом времени t2 и моментом времени t3, и в это время счетчик 171 выводит значение счета. Между моментом времени t3 и моментом времени t4 сигнал сброса пикселя 101 после аналого-цифрового преобразования выводится через выходную цепь 190. От момента времени t4 до момента времени t5 управляющий импульс Φ411 имеет высокий уровень H, транзистор 411 переноса включается, а заряд, сформированный в элементе 401 фотоэлектрического преобразования в соответствии со светом, вошедшим в элемент 401 фотоэлектрического преобразования, переносится в FD-область 421. Потенциал Vsig(131) сигнальной линии 131 указывает сигнал (оптический сигнал) на основе потенциала FD-области 421, в которую переносится заряд из элемента 401 фотоэлектрического преобразования. От момента времени t6 до момента времени t7 линейно изменяющийся сигнал, указываемый потенциалом RAMP, вводится в компаратор 161, а оптический сигнал пикселя 101 подвергается аналого-цифровому преобразованию. Выходной сигнал компаратора 161 инвертируется между моментом времени t6 и моментом времени t7, и в это время счетчик 171 выводит значение счета. От момента времени t7 до момента времени t8 оптический сигнал пикселя 101 после аналого-цифрового преобразования выводится наружу. В момент времени t8 операция считывания по считыванию сигнала от пикселя 101 завершается.
[0061] От момента времени t8 до момента времени t16 выполняется операция считывания пикселя 100. Это аналогично операции считывания пикселя 100 от момента времени t0 до момента времени t8 на фиг. 5. От момента времени t8 до момента времени t16 управляющий импульс Φ441 имеет низкий уровень L, управляющий импульс Φ440 имеет высокий уровень H, транзистор 441 выбора выключен, а транзистор 440 выбора включен. Между моментом времени t8 и моментом времени t9 управляющий импульс Φ460 имеет высокий уровень H, транзистор 460 сброса включен, а FD-область 420 установлена на заданный потенциал. В это время потенциал Vsig(130) сигнальной линии 130 указывает сигнал (сигнал сброса) на основе потенциала сброса FD-области 420. От момента времени t10 до момента времени t11 линейно изменяющийся сигнал, указываемый потенциалом RAMP, вводится в компаратор 160, а сигнал сброса пикселя 100 подвергается аналого-цифровому преобразованию. Выходной сигнал компаратора 160 инвертируется между моментом времени t10 и моментом времени t11, и в это время счетчик 170 выводит значение счета. Между моментом времени t11 и моментом времени t12 сигнал сброса пикселя 100 после аналого-цифрового преобразования выводится через выходную цепь 190. От момента времени t12 до момента времени t13 управляющий импульс Φ410 имеет высокий уровень H, транзистор 410 переноса включается, а заряд, сформированный в элементе 400 фотоэлектрического преобразования в соответствии со светом, вошедшим в элемент 400 фотоэлектрического преобразования, переносится в FD-область 420. В это время потенциал Vsig(130) сигнальной линии 130 указывает сигнал (оптический сигнал) на основе потенциала FD-области 420, в которую переносится заряд из элемента 400 фотоэлектрического преобразования. От момента времени t14 до момента времени t15 линейно изменяющийся сигнал, указываемый потенциалом RAMP, вводится в компаратор 160, а оптический сигнал пикселя 100 подвергается аналого-цифровому преобразованию. Вывод компаратора 160 инвертируется между моментом времени t14 и моментом времени t15, и в это время счетчик 170 выводит значение счета. От момента времени t15 до момента времени t16 оптический сигнал пикселя 100 после аналого-цифрового преобразования выводится наружу. В момент времени t16 операция считывания по считыванию сигнала от пикселя 100 завершается.
[0062] Во втором рабочем режиме последовательно выполняются операции считывания по считыванию сигналов от множества пикселей, которые одновременно выполняются в первом рабочем режиме. При этой операции переключатели 200, 201 и 211 выключены, а переключатель 220 включен. Таким образом, сигналы двух пикселей 100 и 101 могут считываться в трактах с использованием одного компаратора 161 без использования компаратора 160. Поскольку устройство формирования изображений имеет второй рабочий режим, снижается число элементов, которые работают. Как результат, можно обеспечить низкую мощность. Дополнительно, поскольку снижается число компараторов, которые работают параллельно, можно уменьшать шум, вызванный флуктуацией напряжения источника питания или изменением выходного сигнала компаратора.
[0063] Дополнительно, третий рабочий режим может обеспечиваться путем установки, во втором рабочем режиме, проиллюстрированном на фиг. 6, управляющего импульса Φ211 на высокий уровень H и включения переключателя 211 между моментом времени t0 и моментом времени t16. В этом случае от момента времени t0 до момента времени t8 на фиг. 6 сигнал от пикселя 101 вводится в два компаратора 160 и 161 и подвергается аналого-цифровому преобразованию. Затем от момента времени t8 до момента времени t16 на фиг. 6 сигнал от пикселя 100 вводится в два компаратора 160 и 161 и подвергается аналого-цифровому преобразованию.
[0064] Согласно настоящему примерному варианту осуществления, единственная обходная линия 225 соединяет две сигнальных линии и два компаратора через переключатели. Тем не менее, когда обходная линия 225 соединяет три или более сигнальных линии и три или более компаратора через переключатели, можно соединять сигнальные линии и компараторы без увеличения числа переключателей. Например, в случае если обходная линия не используется для того, чтобы соединять три сигнальных линии и три компаратора, для входного узла одного компаратора требуются три переключателя. Таким образом, нужно предусматривать всего девять переключателей. Тем не менее, в случае если обходная линия межсоединений предоставляется в качестве конфигурации согласно настоящему примерному варианту осуществления, для входного узла единственного компаратора нужно предусматривать только два переключателя.
[0065] Фиг. 7, 8A и 8B являются принципиальными схемами устройства формирования изображений для описания четвертого примерного варианта осуществления. Согласно настоящему примерному варианту осуществления, проиллюстрировано устройство формирования изображений, включающее в себя множество полупроводниковых подложек для наслаивания. Как проиллюстрировано на фиг. 7, многослойное устройство формирования изображений согласно настоящему примерному варианту осуществления по меньшей мере включает в себя полупроводниковую подложку, содержащую область 110 пикселей, на которой расположено множество пикселей PIX, и другую полупроводниковую подложку, содержащую компоненты, отличные от области 110 пикселей. Полупроводниковая подложка, на которой располагается область 110 пикселей, также будет называться "пиксельная микросхема". Дополнительно, полупроводниковая подложка, на которой располагается цепь, отличная от области 110 пикселей, также будет называться "микросхема цепи". Устройство формирования изображений дополнительно может включать в себя полупроводниковую подложку, на которой располагаются цепь обработки сигналов для сигнала изображения и цепь для системы управления области 110 пикселей, и может включать в себя три или более полупроводниковых подложки для наслаивания. Такое устройство формирования изображений также называется "многослойным устройством формирования изображений".
[0066] В устройстве формирования изображений согласно настоящему примерному варианту осуществления для пикселей PIX в одиночном столбце предусмотрены 12 сигнальных линий 130-135 и 330-335. Для шести сигнальных линий 130-135 из 12 сигнальных линий в направлении, противоположном первому направлению D1, предусмотрена считывающая цепь 250. Для других шести сигнальных линий 330-335 в первом направлении D1 предусмотрена считывающая цепь 251. На фиг. 7, аналогично другим примерным вариантам осуществления, участок, соответствующий пикселям в одиночном столбце, называется "участком P4".
[0067] Дополнительно, устройство формирования изображений согласно настоящему примерному варианту осуществления представляет собой слоистый тип и в силу этого включает в себя соединительные участки 240-245 и 340-345 для передачи и приема сигналов между множеством полупроводниковых подложек. Каждый из соединительных участков 240-245 и 340-345 состоит из проводника. Например, объединенный участок может представлять собой соединение (металлизацию) Cu-Cu, сформированное путем соединения линий межсоединений, содержащих медь в качестве основного компонента и предусмотренных в двух подложках. Альтернативно, объединенный участок может состоять из электродной контактной площадки и контактного столбика либо может формироваться из сквозного межслойного соединения (переходного отверстия) в кремнии (TSV).
[0068] На фиг. 7 приводится описание с использованием 12 пикселей PIX в качестве примеров. 12 пикселей PIX размещены в одном столбце и 12 строках и соединены с 12 сигнальными линиями 130-135 и 330-335 в индивидуальном порядке («один к одному»). В этом случае к 12 соответствующим сигнальным линиям 130-135 и 330-335 подключены 12 источников 140-145 и 540-545 тока в индивидуальном порядке. Аналогично фиг. 1-3, множество пикселей PIX соединено с сигнальными линиями 130-135 и 330-335. Например, в одиночном столбце набор пикселей PIX в 12 строках, проиллюстрированных на фиг. 4, многократно располагается вдоль направления столбцов (первого направления D1).
[0069] Каждая из сигнальных линий 130-135 соединяется с соответствующим одним из соединительных участков 240-245 в индивидуальном порядке. Затем каждая из сигнальных линий 130-135 соединяется с соответствующим одним из компараторов 160-165 в индивидуальном порядке. Например, сигнальная линия 130 соединяется с компаратором 160 через соединительный участок 240. Дополнительно, сигнальная линия 131 соединяется с компаратором 161 через соединительный участок 241.
[0070] Между единственной сигнальной линией и единственным компаратором предусматривается соответствующий один из блоков 230-235 переключения. Затем компараторы 160-165 соединяются со счетчиками 170-175 в индивидуальном порядке. На участке P4 считывающая цепь 250 включает в себя компараторы 160-165, блоки 230-235 переключения и счетчики 170-175, соответствующие сигнальным линиям 130-135. Сигналы от счетчиков 170-175 выводятся через цепь 180 горизонтального сканирования и выходную цепь 190.
[0071] В конфигурациях блоков 230-235 переключения, аналогично блокам переключения на фиг. 3, каждый из блоков 230-235 переключения включает в себя переключатели первого типа, второго типа и третьего типа. Каждый из переключателей первого типа блоков 230, 232 и 234 переключения содержит первый вывод, соединенный с соответствующей одной из сигнальных линий 130, 132 и 134, и второй вывод, соединенный с соответствующим одним из компараторов 160, 162 и 164. Каждый из переключателей второго типа блоков 230, 232 и 234 переключения содержит первый вывод, соединенный с соответствующей одной из сигнальных линий 130, 132 и 134 (и первым выводом переключателя первого типа, соединенным с сигнальной линией), и второй вывод, соединенный с обходной линией 325. Каждый из переключателей третьего типа блоков 230, 232 и 234 переключения включает в себя первый вывод, соединенный с соответствующим одним из компараторов 160, 162 и 164 (и вторым выводом переключателя первого типа, соединенным с компаратором), и второй вывод, соединенный с обходной линией 325. Каждый из переключателей первого типа блоков 231, 233 и 235 переключения включает в себя первый вывод, соединенный с соответствующей одной из сигнальных линий 131, 133 и 135, и второй вывод, соединенный с соответствующим одним из компараторов 161, 163 и 165. Каждый из переключателей второго типа блоков 231, 233 и 235 переключения включает в себя первый вывод, соединенный с соответствующей одной из сигнальных линий 131, 133 и 135 (и первым выводом переключателя первого типа, соединенным с сигнальной линией), и второй вывод, соединенный с обходной линией 326. Каждый из переключателей третьего типа блоков 231, 233 и 235 переключения включает в себя первый вывод, соединенный с соответствующим одним из компараторов 161, 163 и 165 (и вторым выводом переключателя первого типа, соединенным с компаратором), и второй вывод, соединенный с обходной линией 326. По сравнению с вышеуказанными примерными вариантами осуществления, число блоков переключения, которые могут обычно соединяться с единственной обходной линией, составляет три. Таким образом, числа сигнальных линий и компараторов, которые могут обычно соединяться с единственной обходной линией, составляют три.
[0072] Каждая из сигнальных линий 330-335 соединяется с соответствующим одним из соединительных участков 340-345 в индивидуальном порядке. Затем сигнальные линии 330-335 соединяются со считывающей цепью 251, аналогичной считывающей цепи 250. Таким образом, каждая из сигнальных линий 330-335 соединяется с соответствующим одним из компараторов в индивидуальном порядке. Например, сигнальная линия 330 соединяется с одним соответствующим компаратором через соединительный участок 340. Дополнительно, сигнальная линия 331 соединяется с другим соответствующим компаратором через соединительный участок 341. В считывающую цепь 251 вводится сигнал из генератора 151 линейно изменяющихся напряжений, аналогичного генератору 150 линейно изменяющихся напряжений. Сигналы из считывающей цепи 251 также выводятся через цепь 181 горизонтального сканирования и выходную цепь 191. Также в считывающей цепи 251, аналогично считывающей цепи 250, располагаются шесть блоков переключения. Таким образом, считывающая цепь 251 может выполнять операции считывания, аналогичные операциям считывания считывающей цепи 250. Таким образом, тракты считывания являются симметричными в направлении сверху вниз.
[0073] Другими словами, на фиг. 7, участок P4 включает в себя шесть трактов считывания в каждом из двух направлений, т.е. в направлении вниз (направление, противоположное первому направлению D1) и в направлении вверх (первое направление D1).
[0074] Каждая из сигнальных линий 130-135 и 330-335 включает в себя участок, предусмотренный на полупроводниковой подложке, содержащей область 110 пикселей, и участок, предусмотренный на полупроводниковой подложке, содержащий цепь, отличную от области 110 пикселей. Другими словами, эти участки каждой сигнальной линии соединяются между собой соответствующим одним из соединительных участков 240-245 и 340-345.
[0075] 12 пикселей PIX последовательно соединяются с сигнальными линиями 130, 330, 131, 331, 132, 332, 133, 333, 134, 334, 135 и 335 вдоль первого направления D1. Пиксели PIX в строках с нечетным номером на фиг. 7 соединяются с сигнальными линиями 330-335, а пиксели PIX в строках с четным номером соединяются с сигнальными линиями 130-135. На основе этих соединений, в устройстве формирования цветных изображений, например, при использовании цветных светофильтров в байеровской компоновке, сигналы пикселей, соответствующих цветным светофильтрам одинакового цвета, могут считываться в одинаковом направлении. Разумеется, такие соединения между пикселями и сигнальными линиями могут надлежащим образом выбираться согласно цели.
[0076] Дополнительно, сигнальные линии 130, 132 и 134 соединяются с обходной линией 325 через блоки 230, 232 и 234 переключения, соответственно. Сигнальные линии 131, 133 и 135 соединяются с обходной линией 326 через блоки 231, 233 и 235 переключения, соответственно. На основе этих соединений можно уменьшать муар при добавлении или прореживании считывания одного цвета. Такие блоки переключения, обычно соединенные с обходными линиями 325 и 326 и рядом блоков переключения, также могут надлежащим образом изменяться согласно цели.
[0077] Далее описываются рабочие режимы. Также согласно настоящему примерному варианту осуществления, устройство формирования изображений может иметь первый и второй рабочие режимы, аналогично другим примерным вариантам осуществления. Сначала в первом рабочем режиме блоки 230-235 переключения соединяют сигнальные линии 130-135 с компараторами 160-165, соответственно. Аналогично, сигнальные линии 330-335 также соединяются с соответствующими компараторами. Следовательно, можно одновременно выполнять аналого-цифровое преобразование сигналов пикселей PIX для 12 строк, т.е. выполнять параллельную обработку.
[0078] Во втором рабочем режиме блоки 230, 232 и 234 переключения соединяют сигнальные линии 130, 132 и 134 с любым из компараторов, таким как компаратор 162, в этом порядке. Блоки 231, 233 и 235 переключения соединяют сигнальные линии 131, 133 и 135 с любым из компараторов, например, с компаратором 163. То же применимо к сигнальным линиям 330-335. В этой операции можно одновременно выполнять аналого-цифровое преобразование сигналов пикселей PIX для четырех строк. Таким образом, число работающих компараторов снижается, и в силу этого можно уменьшать величину потребления тока при работе устройства формирования изображений. Дополнительно, снижается число компараторов, работающих параллельно, и в силу этого можно уменьшать шум, возникающий вследствие флуктуации напряжения источника питания или изменения выходного сигнала компаратора.
[0079] Разумеется, компаратор, с которым соединяются блоки 230, 232 и 234 переключения, может представлять собой любой из трех компараторов и может надлежащим образом выбираться согласно добавлению или прореживанию сигналов, подлежащих считыванию. Согласно настоящему примерному варианту осуществления, поскольку компараторы для использования при считывании представляют собой компараторы 162 и 163, можно достигать симметрии схемы размещения компараторов 162 и 163 в трактах сигналов и обеспечивать практически равенство влияния шума компараторов 162 и 163. Это обусловлено тем, что компараторы 162 и 163 одинаковы по позиции из числа компараторов, обычно соединенных с каждой обходной линией. Дополнительно, фиг. 7 иллюстрирует пример, в котором две обходных линии 325 и 326 предусмотрены для шести сигнальных линий и шести блоков переключения. Альтернативно, единственная обходная линия может предусматриваться для шести сигнальных линий и шести блоков переключения. Взаимосвязи соответствия между числом обходных линий, сигнальных линий и блоков переключения могут необязательно задаваться (устанавливаться).
[0080] Фиг. 8A и 8B являются схемами, иллюстрирующими принципиальную схему размещения сигнальных линий, соединительных участков и компараторов на фиг. 7. Фиг. 8A иллюстрирует 12 пикселей PIX, размещенных в одиночном столбце и 12 строках на подложке, содержащей пиксели PIX, сигнальные линии 130-135 и 330-335 и соединительные участки 240-245 и 340-345. Фиг. 8B иллюстрирует компараторы 160-165 и 360-365 на подложке, содержащей компараторы, блоки 230-235 и 350-355 переключения, соединительные участки 240-245 и 340-345 и четыре обходных линии 325-328. Каждая из четырех обходных линий 325-328 обычно соединяется с любым числом (с тремя в этом случае) блоков переключения. Соединительные участки 240-245 и 340-345 на фиг. 8A и 8B размещаются слоистым способом таким образом, что соединительные участки 240-245 и 340-345 на фиг. 8A совпадают с соединительными участками 240-245 и 340-345 на фиг. 8B. Каждый из соединительных участков 240-245 и 340-345 состоит из электрода и линии межсоединений, соединяющей две подложки в позиции.
[0081] Как проиллюстрировано на фиг. 8A, 12 сигнальных линий 130-135 и 330-335 простираются вдоль направления, в котором размещено множество пикселей PIX, соединенных с сигнальными линиями 130-135 и 330-335, т.е. в первом направлении D1. На схеме, для упрощения понимания, пиксели PIX расположены рядом с сигнальными линиями 130-135 и 330-335 на виде сверху. Тем не менее, фактически пиксели PIX и сигнальные линии 130-135 и 330-335 расположены с наложением. Таким образом, на виде сверху 12 сигнальных линий расположены для одиночного столбца пикселей с перекрытием области 110 пикселей, проиллюстрированной на фиг. 7, в которой расположены пиксели PIX. "Вид сверху" является схемой, полученной проецированием компонентов на любую плоскость. Примеры любой плоскости включают в себя объединенную поверхность между полупроводниковыми подложками и поверхностью полупроводниковой подложки. Поверхность полупроводниковой подложки может задаваться, например, плоскостью падения света элемента фотоэлектрического преобразования или поверхностью раздела изолирующей пленки затвора транзистора.
[0082] Фиг. 8B иллюстрирует схему размещения компараторов 160-165 и 360-365, соответствующих 12 сигнальным линиям 130-135 и 330-335, проиллюстрированным на фиг. 8A. Компараторы 160-165 и 360-365 обычно соединяются с обходной линией три по три. Затем компараторы 160-165 и 360-365 размещаются вдоль первого направления D1. Аналогично, блоки 230-235 и 350-355 переключения, предусмотренные соответствующими компараторам 160-165 и 360-365, располагаются вдоль первого направления D1. Затем по меньшей мере некоторые из четырех обходных линий 325-328 располагаются простирающимися вдоль первого направления D1. С помощью такой компоновки, компараторы могут размещаться с перекрытием 12 сигнальных линий, проиллюстрированных на фиг. 8A. Таким образом, можно уменьшать площадь интегральной микросхемы устройства формирования изображений. Дополнительно, с помощью такой компоновки можно уменьшать расстояния трактов сигналов.
[0083] Затем, как проиллюстрировано на фиг. 8A и 8B, соединительные участки 240-245 и 340-345 также располагаются в соответствии с компараторами 160-165 и 360-365 вдоль первого направления D1. С помощью такой компоновки соединительных участков 240-245 и 340-345, нетрудно обеспечивать практически эквивалентность длин трактов сигналов для компараторов 160-165 и 360-365 и обеспечивать практически эквивалентность относительных взаимосвязей компоновки с другими линиями межсоединений. Хотя на фиг. 8A, расстояния компоновки между соединительными участками 240-245 и 340-345 отличаются в первом направлении D1, более желательно, чтобы эти расстояния компоновки были бы равными. Дополнительно, смежные соединительные участки из числа соединительных участков 240-245 и 340-345 располагаются отдельно (со смещением) друг от друга вдоль первого направления D1 таким образом, что смежные соединительные участки не располагаются в направлении вдоль второго направления D2. С помощью такого разделения можно делать линии межсоединений и расстояние между линиям межсоединений незначительными, а также гарантировать технологический допуск для соединительного участка, состоящего из переходного отверстия в кремнии. Как описано выше, с помощью компоновки элементов, проиллюстрированных на фиг. 8A и 8B, можно поддерживать симметрию между трактами считывания с пикселей и технологическим допуском для формирования соединительного участка.
[0084] Соединительные участки 240-245 и 340-345 могут предусматриваться за пределами области 110 пикселей на фиг. 7. Дополнительно, множество соединительных участков может предусматриваться для единственной сигнальной линии, например, путем предоставления соединительных участков, проиллюстрированных на фиг. 8A и 8B, внутри области 110 пикселей, а также предоставления соединительных участков за пределами области 110 пикселей. Позиции и число соединительных участков могут надлежащим образом изменяться. Дополнительно, согласно настоящему примерному варианту осуществления, цепи для источников тока и линейно изменяющихся сигналов предусматриваются на подложке, на которой расположены компараторы, но могут предусматриваться на подложке, на которой расположены пиксели PIX. Дополнительно, согласно настоящему примерному варианту осуществления, над всем протяжением одиночного столбца пикселей предусматриваются 12 сигнальных линий, но число и компоновка сигнальных линий согласно настоящему изобретению не ограничены. Например, может использоваться конфигурация, в которой 12 сигнальных линий, имеющих длины, составляющие половину от длины одиночного столбца пикселей, предусматриваются поверх и под друг другом.
[0085] Фиг. 9, 10A и 10B являются принципиальными схемами устройства формирования изображений для описания пятого примерного варианта осуществления. Фиг. 9 является схемой цепи одиночного пикселя PIX. В конфигурации пикселя PIX на фиг. 9, по сравнению с конфигурациями пикселей 100 и 101, проиллюстрированными на фиг. 4, добавляются одиночный элемент фотоэлектрического преобразования, одиночный транзистор переноса и одиночный транзистор выбора. Таким образом, пиксель PIX включает в себя по меньшей мере два элемента 400 и 401 фотоэлектрического преобразования, два транзистора 410 и 411 переноса, единственный транзистор 430 усиления, единственный транзистор 460 сброса и два транзистора 440 и 450 выбора. Два транзистора 410 и 411 переноса соединяются параллельно с FD-областью 420, а два транзистора 440 и 450 выбора соединяются параллельно с истоком единственного транзистора 430 усиления.
[0086] Каждый из двух транзисторов 440 и 450 выбора соединяется с одной из множества сигнальных линий. Сигнальные линии, с которыми соединяются два транзистора 440 и 450 выбора, могут представлять собой две различные сигнальные линии или могут представлять собой одну и ту же сигнальную линию. На фиг. 9 сигнальные линии, с которыми соединяются транзисторы 440 и 450 выбора, представляют собой любую одну или две из множества сигнальных линий 130-135 и 330-335. Ниже описываются конкретные взаимосвязи соединений со ссылкой на фиг. 10A и 10B.
[0087] Единственная микролинза предусматривается для одиночного пикселя PIX, проиллюстрированного на фиг. 9. Таким образом, единственная микролинза предусмотрена для двух элементов фотоэлектрического преобразования. При такой конфигурации может быть получен сигнал для выполнения обнаружения фокуса. Как описано выше, может использоваться конфигурация, в которой единственная микролинза предусматривается для множества пикселей PIX, включающих в себя пиксель PIX на фиг. 9 и пиксель PIX, смежный с пикселем PIX.
[0088] Фиг. 10A и 10B являются схемами, иллюстрирующими соединения между пикселями PIX и сигнальными линиями 130-135 и 330-335. Фиг. 10A является схемой, иллюстрирующей соединения между транзисторами 440 выбора пикселей PIX и сигнальными линиями 130-135 и 330-335. Фиг. 10B является схемой, иллюстрирующей соединения между транзисторами 450 выбора пикселей PIX и сигнальными линиями 130-135 и 330-335. Хотя фиг. 10A и 10B иллюстрируют 12 пикселей PIX, фактически, 12 пикселей PIX многократно расположены вдоль первого направления D1. Соединения на фиг. 10A аналогичны соединениям в примере, проиллюстрированном на фиг. 7. Таким образом, аналогично четвертому примерному варианту осуществления, устройство формирования изображений согласно настоящему примерному варианту осуществления имеет первый рабочий режим, в котором сигналы пикселей PIX в 12 строках могут считываться параллельно, и второй рабочий режим, в котором сигналы пикселей PIX в четырех строках могут считываться параллельно. Второй рабочий режим также включает в себя операцию добавления сигналов пикселей PIX во множестве строк и считывания добавленных сигналов в качестве сигналов для четырех строк.
[0089] Далее, устройство формирования изображений имеет рабочий режим, в котором сигналы пикселей PIX в шести строках могут считываться параллельно с использованием транзисторов 450 выбора, проиллюстрированных на фиг. 10B. На фиг. 10B сигналы пикселей PIX для шести строк могут одновременно считываться в сигнальные линии 130, 132, 134, 330, 332 и 334. Следовательно, сигналы могут подвергаться аналого-цифровому преобразованию параллельно с использованием компараторов 160, 162, 164, 360, 362 и 364. Также этот рабочий режим включает в себя операцию добавления сигналов пикселей PIX во множестве строк и считывания добавленных сигналов в качестве сигналов для шести строк. С учетом добавления или прореживания сигналов пикселей PIX, можно определять, с какой из сигнальных линий должны соединяться транзисторы 450 выбора. Эти соединения не ограничены формой согласно настоящему примерному варианту осуществления.
[0090] Компоновка соединительных участков 240-245 и 340-345, проиллюстрированных на фиг. 10A и 10B, может быть аналогичной компоновке на фиг. 8A.
[0091] Фиг. 11 является блок-схемой, иллюстрирующей конфигурацию системы 500 формирования изображений согласно шестому примерному варианту осуществления. Система 500 формирования изображений согласно настоящему примерному варианту осуществления включает в себя устройство 501 формирования изображений, к которому применяется любое из устройств формирования изображений, описанных в вышеуказанных примерных вариантах осуществления. Конкретные примеры системы 500 формирования изображений включают в себя цифровую фотокамеру, цифровую записывающую видеокамеру и камеру для контроля. Фиг. 11 иллюстрирует цифровую фотокамеру в качестве примера системы 500 формирования изображений.
[0092] Система 500 формирования изображений, проиллюстрированная на фиг. 11, включает в себя устройство 501 формирования изображений, линзу 5020, которая формирует оптическое изображение объекта на устройстве 501 формирования изображений, диафрагму 504, которая делает переменным количество света, проходящее через линзы 5020, и перегородку 506, которая защищает линзу 5020. Линза 5020 и диафрагма 504 представляют собой оптическую систему для сбора света на устройстве 501 формирования изображений.
[0093] Система 500 формирования изображений дополнительно включает в себя блок 5080 обработки сигналов, который обрабатывает выходной сигнал, выводимый из устройства 501 формирования изображений. Блок 5080 обработки сигналов выполняет операцию обработки сигналов для выполнения различных типов коррекции и сжатия входного сигнала по мере необходимости и для вывода результирующего сигнала. Система 500 формирования изображений дополнительно включает в себя буферное запоминающее устройство 510, которое временно сохраняет данные изображений, и внешний интерфейсный блок 512 (внешний интерфейсный блок), который используется для обмена данными с внешним компьютером. Дополнительно, система 500 формирования изображений включает в себя носитель 514 записи, такой как полупроводниковое запоминающее устройство, на/с которого записываются или считываются захватываемые данные, интерфейсный блок 516 управления носителем записи (интерфейсный блок управления носителем записи), который используется для записи и считывания захватываемые данные на/с носителя 514 записи. Носитель 514 записи может быть встроен в систему 500 формирования изображений или может присоединяться и отсоединяться от системы 500 формирования изображений. Дополнительно, система 500 формирования изображений может в беспроводном режиме обмениваться данными с носителем 514 записи через интерфейсный блок 516 управления носителем записи или может в беспроводном режиме обмениваться данными через внешний интерфейсный блок 512.
[0094] Дополнительно, система 500 формирования изображений включает в себя блок 518 полного управления/вычисления, который выполняет различные вычисления, а также полностью управляет цифровой фотокамерой, и блок 520 формирования тактовых импульсов, который выводит различные синхронизирующие сигналы в устройство 501 формирования изображений и блок 5080 обработки сигналов. Синхронизирующие сигналы могут вводиться снаружи, и система 500 формирования изображений должна включать в себя только по меньшей мере устройство 501 формирования изображений и блок 5080 обработки сигналов, который обрабатывает выходной сигнал, выводимый из устройства 501 формирования изображений. Блок 518 полного управления/вычисления и блок 520 формирования тактовых импульсов могут быть выполнены с возможностью выполнять часть или всю функцию управления устройством 501 формирования изображений.
[0095] Устройство 501 формирования изображений выводит сигнал формирования изображений в блок 5080 обработки сигналов. Блок 5080 обработки сигналов выполняет заданную обработку сигналов для сигнала формирования изображений, выводимого из устройства 501 формирования изображений, и выводит данные изображений. Дополнительно, блок 5080 обработки сигналов формирует изображение с использованием сигнала изображения. Блок 5080 обработки сигналов и блок 520 формирования тактовых импульсов могут предусматриваться на подложке, на которой предусмотрены компараторы устройства формирования изображений согласно настоящему примерному варианту осуществления. Альтернативно, может использоваться конфигурация, в которой блок 5080 обработки сигналов и блок 520 формирования тактовых импульсов предусмотрены на другой подложке. С помощью конфигурации системы формирования изображений, сконфигурированной с использованием устройства формирования изображений согласно каждому из вышеуказанных примерных вариантов осуществления, можно обеспечивать систему формирования изображений, способную получать изображения с лучшим качеством.
[0096] Со ссылкой на фиг. 12A, 12B и 13, описываются система формирования изображений и движущееся тело согласно седьмому примерному варианту осуществления. Фиг. 12A и 12B являются принципиальными схемами, иллюстрирующими примеры конфигураций системы формирования изображений и движущегося тела согласно настоящему примерному варианту осуществления. Фиг. 13 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей работу системы формирования изображений согласно настоящему примерному варианту осуществления. Согласно настоящему примерному варианту осуществления, камера в транспортном средстве проиллюстрирована в качестве примера системы формирования изображений.
[0097] Фиг. 12A и 12B иллюстрируют примеры системы транспортного средства и системы формирования изображений, установленной в системе транспортного средства. Система 701 формирования изображений включает в себя устройство 702 формирования изображений, блок 715 предварительной обработки изображений, интегральную схему 703 и оптическую систему 714. Оптическая система 714 формирует оптическое изображение объекта на устройстве 702 формирования изображений. Устройство 702 формирования изображений преобразует оптическое изображение объекта, сформированное оптической системой 714, в электрический сигнал. Устройство 702 формирования изображений представляет собой устройство формирования изображений согласно любому из вышеуказанных примерных вариантов осуществления. Блок 715 предварительной обработки изображений выполняет заданную обработку сигналов для сигнала, выводимого из устройства 702 формирования изображений. Функция блока 715 предварительной обработки изображений может быть встроена в устройство 702 формирования изображений. В системе 701 формирования изображений по меньшей мере два набора из оптической системы 714, устройства 702 формирования изображений и блока 715 предварительной обработки изображений предусматриваются таким образом, что выходные сигналы из блоков 715 предварительной обработки изображений в соответствующих наборах вводятся в интегральную схему 703.
[0098] Интегральная схема 703 представляет собой интегральную схему для системы формирования изображений и включает в себя блок 704 обработки изображений, который содержит запоминающее устройство 705, оптический блок 706 измерения расстояния, блок 707 вычисления параллакса, блок 708 распознавания объектов и блок 709 обнаружения анормальностей. Блок 704 обработки изображений выполняет процесс проявления или обработку изображений, такую как коррекция дефектов, для выходного сигнала из каждого блока 715 предварительной обработки изображений. Запоминающее устройство 705 главным образом сохраняет захваченное изображение или сохраняет позицию дефекта отображающего пикселя. Оптического блок 706 измерения расстояния фокусируется на объекте или измеряет расстояние от объекта. Блок 707 вычисления параллакса вычисляет параллакс (разность фаз между параллактическими изображениями) из множества фрагментов данных изображений, полученных множеством устройств 702 формирования изображений. Блок 708 распознавания объектов распознает объект, такой как транспортное средство, дорога, знак или человек. При обнаружении анормальности в устройствах 702 формирования изображений, блок 709 обнаружения анормальностей сообщает главному блоку 713 управления об анормальности.
[0099] Интегральная схема 703 может обеспечиваться аппаратными средствами, сконструированными исключительно для интегральной схемы 703, либо обеспечиваться программным модулем, либо обеспечиваться комбинацией таковых. Альтернативно, интегральная схема 703 может обеспечиваться программируемой пользователем вентильной матрицей (FPGA) или специализированной интегральной схемой (ASIC) либо обеспечиваться комбинацией таковых.
[0100] Главный блок 713 управления выполняет централизованное управление операциями системы 701 формирования изображений, датчика 710 транспортного средства и блока 720 управления. Также можно использовать способ, в котором главный блок 713 управления не предусмотрен, а система 701 формирования изображений, датчик 710 транспортного средства и блок 720 управления отдельно включают в себя интерфейсы связи и передают и принимают управляющий сигнал через сеть связи (например, стандарт контроллерной сети (CAN)).
[0101] Интегральная схема 703 имеет функцию передачи управляющего сигнала и заданного значения в каждое устройство 702 формирования изображений путем приема управляющего сигнала из главного блока 713 управления либо с помощью блока управления интегральной схемы 703. Например, интегральная схема 703 передает настройку (установку) для возбуждения переключателя 13 напряжения в устройстве 702 формирования изображений импульсным способом или настройку для переключения переключателя 13 напряжения в каждом кадре.
[0102] Система 701 формирования изображений соединяется с датчиком 710 транспортного средства и может обнаруживать текущие режимы, такие как скорость, скорость относительно вертикальной оси (скорость рыскания) и угол поворота при рулении, транспортного средства, в котором предусмотрена система 701 формирования изображений, окружение за пределами транспортного средства и состояния другого транспортного средства и препятствия. Датчик 710 транспортного средства также представляет собой блок получения информации о расстоянии для получения из параллактических изображений информации о расстоянии относительно расстояния от целевого объекта. Дополнительно, система 701 формирования изображений соединяется с блоком 711 управления помощью при вождении, который выполняет различные типы помощи при вождении, такие как автоматическое руление, автоматическое движение в режиме оптимального регулирования скорости и функция предотвращения столкновений. В частности, относительно функции определения столкновений, на основе результата обнаружения системы 701 формирования изображений и датчика 710 транспортного средства, блок определения столкновений оценивает столкновение с другим транспортным средством или препятствием и определяет присутствие или отсутствие столкновения с другим транспортным средством или препятствием. Следовательно, в случае если оценивается столкновение, выполняется управление на предотвращение. Дополнительно, когда происходит столкновение, запускается устройство обеспечения безопасности.
[0103] Дополнительно, система 701 формирования изображений также соединяется с устройством 712 сигнализации, которое выдает сигнал водителю на основе результата определения блока определения столкновений. Например, в качестве результата определения блока определения столкновений, если имеется высокая вероятность столкновения, главный блок 713 управления применяет тормоз, возвращает педаль газа или подавляет выходную мощность двигателя, управляя транспортным средством, чтобы избежать столкновение и уменьшить повреждение. Устройство 712 сигнализации предупреждает пользователя включением сигнала, такого как звук, отображением информации предупреждения на экране блока отображения автомобильной навигационной системы или приборной панели либо передачей вибрации в ремень безопасности или систему рулевого управления.
[0104] Согласно настоящему примерному варианту осуществления, система 701 формирования изображений захватывает периферию транспортного средства, такую как в направлении вперед или в направлении назад. Фиг. 12B иллюстрирует пример компоновки системы 701 формирования изображений в случае, если система 701 формирования изображений захватывает направление вперед транспортного средства.
[0105] Два устройства 702 формирования изображений размещаются в переднем участке транспортного средства 700. В частности, центральная линия относительно направления перемещения или внешней формы (например, ширины) транспортного средства 700 задается в качестве симметричной оси, и два устройства 702 формирования изображений размещаются линейно-симметрично относительно симметричной оси. Это требуется для получения информации о расстоянии относительно расстояния между транспортным средством 700 и целевым объектом захвата изображений и определения вероятности столкновения. Дополнительно, желательно размещать устройства 702 формирования изображений таким образом, чтобы устройством 702 формирования изображений не затруднялся обзор водителя, когда водитель визуально подтверждает ситуацию за пределами транспортного средства 700 с водительского сиденья. Желательно размещать устройство 712 сигнализации таким образом, чтобы устройство 712 сигнализации легко попадало в пределы обзора водителя.
[0106] Далее, со ссылкой на фиг. 13 описывается операция обнаружения сбоев (ошибок) для каждого устройства 702 формирования изображений в системе 701 формирования изображений. Операция обнаружения сбоев относительно устройства 702 формирования изображений выполняется согласно этапам S810-S880, проиллюстрированным на фиг. 13.
[0107] На этапе S810 выполняются настройки для запуска устройства 702 формирования изображений. Таким образом, настройки для работы устройства 702 формирования изображений передаются снаружи системы 701 формирования изображений (например, из главного блока 713 управления) или изнутри системы 701 формирования изображений, и начинаются операция захвата изображений и операция обнаружения сбоев относительно устройства 702 формирования изображений.
[0108] Затем на этапе S820 из эффективного пикселя получают сигнал пикселя. Дополнительно, на этапе S830 получают выходное значение от пикселя для обнаружения сбоев, предоставленного для обнаружения сбоев. Аналогично эффективному пикселю, пиксель для обнаружения сбоев включает в себя блок фотоэлектрического преобразования. Заданное напряжение записывается в блок фотоэлектрического преобразования. Пиксель для обнаружения сбоев выводит сигнал, соответствующий напряжению, записываемому в блок фотоэлектрического преобразования. Этапы S820 и S830 могут меняться местами.
[0109] Затем на этапе S840 определяют, совпадает или нет выходное значение математического ожидания пикселя для обнаружения сбоев со значением действительного выходного сигнала пикселя для обнаружения сбоев. В результате определения на этапе S840, если выходное значение математического ожидания и значение действительного выходного сигнала совпадают друг с другом ("Да" на этапе S840), обработка переходит к этапу S850. На этапе S850 определяют, что операция захвата изображений выполняется нормально. После этого обработка переходит к этапу S860. На этапе S860 сигнал пикселя в сканируемой строке передается и главным образом сохраняется в запоминающем устройстве 705. После этого обработка возвращается к этапу S820. На этапе S820 операция обнаружения сбоев продолжается. Между тем, в результате определения на этапе S840, если выходное значение математического ожидания и значение действительного выходного сигнала не совпадают друг с другом ("Нет" на этапе S840), обработка переходит к этапу S870. На этапе S870 определяется, что возникает анормальность при операции захвата изображений. Затем предупреждающий сигнал выдается в главный блок 713 управления или в устройство 712 сигнализации. Устройство 712 сигнализации выполняет, на блоке отображения, отображение, указывающее, что обнаружена анормальность. После этого на этапе S880 устройство 702 формирования изображений останавливается, и работа системы 701 формирования изображений завершается.
[0110] Согласно настоящему примерному варианту осуществления, проиллюстрирован пример, в котором блок-схема последовательности операций способа циклично выполняется для каждой строки. Альтернативно, блок-схема последовательности операций способа может циклично выполняться для множества строк, или операция обнаружения сбоев может выполняться для каждого кадра. Когда на этапе S870 выдается предупреждающий сигнал, транспортное средство 700 может уведомлять внешне об информации через беспроводную сеть.
[0111] Дополнительно, согласно настоящему примерному варианту осуществления, приведено описание управления для предотвращения столкновения транспортного средства с другим транспортным средством. Альтернативно, настоящий примерный вариант осуществления также является применимым к управлению для автоматического вождения транспортного средства путем следования за другим транспортным средством либо к управлению для автоматического вождения транспортного средства таким образом, чтобы оставаться в пределах полосы движения. Дополнительно, система 701 формирования изображений может применяться не только к транспортному средству, такому как автомобиль, но также и к движущемуся телу (движущемуся устройству), такому как судно, самолет или промышленный робот. Дополнительно, система 701 формирования изображений может применяться не только к движущемуся телу, но также к устройству, использующему в широком смысле распознавание объектов, такому как интеллектуальная транспортная система (ITS).
[0112] Настоящее изобретение не ограничено вышеуказанными примерными вариантами осуществления и может модифицироваться различными способами. Например, пример, в котором некоторые компоненты в любом из примерных вариантов осуществления добавляются в другой примерный вариант осуществления, и пример, в котором некоторые компоненты в любом из примерных вариантов осуществления заменяются некоторыми компонентами в другом примерном варианте осуществления, также представляют собой примерные варианты осуществления настоящего изобретения. Дополнительно, на схемах, иллюстрирующих каждый примерный вариант осуществления, соединение между элементами имеет непосредственную взаимосвязь соединений на иллюстрации, но может надлежащим образом изменяться путем вставки между элементами другого элемента, такого как переключатель, буфер. Дополнительно, все вышеуказанные примерные варианты осуществления настоящего изобретения просто иллюстрируют конкретные примеры для осуществления настоящего изобретения, и технический объем настоящего изобретения не должен интерпретироваться ограниченным образом на основе этих примеров. Таким образом, настоящее изобретение может выполняться в различных формах без отступления от технического замысла или основного признака настоящего изобретения.
[0113] Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми примерными вариантами осуществления.