(57)【要約】【課題】暗出力によるダイナミックレンジの低下を抑制することができる固体撮像装置の駆動方法、固体撮像装置およびカメラを提供する。【解決手段】複数の画素３を行列状に配列してなる撮像領域１０と、参照信号ＲＡＭＰを生成する参照信号生成部２７と、画素３から出力された画素信号と参照信号生成部２７により生成された参照信号ＲＡＭＰとを比較するコンパレータ２５２と、入力されたクロックをカウントするカウンタ２５４と、カウントの開始からコンパレータ２５２が画素信号と参照信号ＲＡＭＰとの一致を検出するまでにカウントされて得られたカウント数を保持するメモリ２５６と、入力されたデータに基づいてカウンタ２５４のカウント開始時期を変更し、参照信号ＲＡＭＰの電圧値の変化の開始時期に対してカウンタ２５４のカウント開始時期をずらすタイミング制御部２０とを備える。【選択図】図１
2010178197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を行列状に配列してなる画素アレイを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
時間の経過とともに値が単調に増加又は減少する参照信号を生成するステップと、
前記画素から出力された画素信号と前記参照信号とを比較するステップと、
カウンタに入力されたクロックをカウントするステップと、
前記カウントの開始から前記画素信号と前記参照信号との一致を検出するまでにカウントされて得られたカウント数を保持するステップと、
入力されたデータに基づいて前記カウンタのカウント開始時期を変更し、前記参照信号の値の変化の開始時期に対して前記カウント開始時期をずらすステップとを含む
固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２】
複数の画素を行列状に配列してなる画素アレイと、
時間の経過とともに値が単調に増加又は減少する参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記画素アレイの各列に対応して配設され、対応する列の画素から出力された画素信号と前記参照信号生成部により生成された参照信号とを比較するコンパレータと、
入力されたクロックをカウントするカウンタと、
前記画素アレイの各列に対応して配設され、前記カウントの開始から対応する列のコンパレータが画素信号と参照信号との一致を検出するまでにカウントされて得られたカウント数を保持するメモリと、
入力されたデータに基づいて前記カウンタのカウント開始時期を変更し、前記参照信号の値の変化の開始時期に対して前記カウント開始時期をずらすカウンタ制御部とを備える
固体撮像装置。
【請求項３】
前記データは、遮光された画素の画素信号、画素信号の読み出しモード、前記固体撮像装置の周囲温度、前記参照信号の値の変化率、前記画素に配設された増幅器のアナログゲイン、又は前記画素とコンパレータとの間に配設された増幅器のアナログゲインに関するデータである
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記カウンタ制御部は、長時間露光の読み出しモードの場合、画素信号混合モードの場合、前記周囲温度が高い場合、又は前記アナログゲインが高い場合、前記参照信号の値の変化の開始時期に対して前記カウント開始時期を遅らせる
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記カウンタ制御部は、撮像されるフレーム単位で、前記カウント開始時期を変更する
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかに記載の固体撮像装置を備えるカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置およびそれを用いたカメラに関し、特に、ＭＯＳ型の固体撮像装置およびそれを用いたカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＯＳ型固体撮像装置の信号読み出し方式について、様々なものが提案されている。
【０００３】
特許文献１に示された従来技術では撮像領域の中のある一行の画素を選択し、選択された画素でそれぞれ生じた画素信号を並列に複数の垂直信号線（「列信号線」とも称される）を介して読み出す列並列出力型のＭＯＳ型固体撮像装置が提案されている。また、各垂直信号線に対応してＡＤ変換回路を設け、ＭＯＳ型固体撮像装置の内部で画素信号をアナログ形式からデジタル形式に変換するカラムＡＤ型の固体撮像装置も提案されている。
【特許文献１】特開２００５−３２３３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に示された固体撮像装置では、画素から出力される画素信号に暗出力成分が含まれるが、画素信号をＡＤ変換するカウンタの最大値はカウンタのビット数で制限される。従って、実際に画素で光電変換して得られた信号成分をＡＤ変換して得られるデジタルデータは暗出力成分により減少する。その結果、特許文献１の固体撮像装置は、暗出力によりダイナミックレンジが低下するという課題を有している。
【０００５】
そこで本発明は、暗出力によるダイナミックレンジの低下を抑制することができる固体撮像装置の駆動方法、固体撮像装置およびカメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、複数の画素を行列状に配列してなる画素アレイを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、時間の経過とともに値が単調に増加又は減少する参照信号を生成するステップと、前記画素から出力された画素信号と前記参照信号とを比較するステップと、カウンタに入力されたクロックをカウントするステップと、前記カウントの開始から前記画素信号と前記参照信号との一致を検出するまでにカウントされて得られたカウント数を保持するステップと、入力されたデータに基づいて前記カウンタのカウント開始時期を変更し、前記参照信号の値の変化の開始時期に対して前記カウント開始時期をずらすステップとを含むことを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、複数の画素を行列状に配列してなる画素アレイと、時間の経過とともに値が単調に変化する参照信号を生成する参照信号生成部と、前記画素アレイの各列に対応して配設され、対応する列の画素から出力された画素信号と前記参照信号生成部により生成された参照信号とを比較するコンパレータと、入力されたクロックをカウントするカウンタと、前記画素アレイの各列に対応して配設され、前記カウントの開始から対応する列のコンパレータが画素信号と参照信号との一致を検出するまでにカウントされて得られたカウント数を保持するメモリと、入力されたデータに基づいて前記カウンタのカウント開始時期を変更し、前記参照信号の値の変化の開始時期に対して前記カウント開始時期をずらすカウンタ制御部とを備えることを特徴とする固体撮像装置とすることもできる。ここで、前記データは、画素信号の読み出しモード、前記固体撮像装置の周囲温度、前記参照信号の値の変化率、前記画素に配設された増幅器のアナログゲイン、又は前記画素とコンパレータとの間に配設された増幅器のアナログゲインに関するデータであってもよい。
【０００８】
これにより、光が遮断された画素の画素信号のデジタルデータなどに基づいてカウンタのカウント開始時期を遅らせることで、画素信号に含まれる暗出力成分のカウント数を減らし、暗出力によるダイナミックレンジの低下を抑制することができる。
【０００９】
また、前記データは、前記画素から出力された画素信号のデジタルデータのレベルに関するデータであり、前記カウンタ制御部は、前記画素から出力された画素信号のデジタルデータのレベルに応じて前記カウント開始時期を変更してもよい。
【００１０】
また、前記データは、遮光された画素信号のデジタルデータのレベルに関するデータであり、前記カウンタ制御部は、前記遮光された画素から出力された画素信号のデジタルデータのレベルに応じて前記カウント開始時期を変更してもよい。
【００１１】
また、前記カウンタ制御部は、前記画素から出力された画素信号のデジタルデータのレベルが高いほどカウント開始時期を遅らせてもよい。
【００１２】
また、前記カウンタ制御部は、長時間露光の読み出しモードの場合、画素混合モードの場合、前記周囲温度が高い場合、又は前記アナログゲインが高い場合、前記参照信号の値の変化の開始時期に対して前記カウント開始時期を遅らせてもよい。
【００１３】
また、前記カウンタ制御部は、撮像されるフレーム単位で、前記カウント開始時期を変更してもよい。
【００１４】
また、本発明は、上記固体撮像装置を備えるカメラとすることもできる。具体的に、映像データに信号処理を施す信号処理部と、信号処理の結果得られた映像データを記憶するメモリと、ゲインを決定する制御部と、光学レンズと、前記固体撮像装置とを備えることを特徴とするカメラとすることもできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、暗出力によるダイナミックレンジの低下を抑制することができる固体撮像装置の駆動方法、固体撮像装置およびカメラを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して以下で詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置１の概略構成図である。
【００１７】
固体撮像装置（ＭＯＳイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサ）１は、図１に示されるように、複数の画素３を行列状に配列してなる撮像領域（画素アレイ）１０と、撮像領域１０の周辺に配設された駆動制御部と、撮像領域１０の画素３の各列に対応して配設された複数のカラムＡＤ回路２５により構成されたカラム処理部２６と、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｎａｌｏｇ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２７ａを用いて所定変化率で時間の経過とともに単調に電圧値が変化する参照信号ＲＡＭＰを生成する参照信号生成部２７と、出力回路２８とを備えている。
【００１８】
駆動制御部は、水平走査回路（列走査回路）１２、垂直走査回路（行走査回路）１４、およびタイミング制御部２０から構成されている。タイミング制御部２０は、本発明のカウンタ制御部の一例であり、端子５ａを介して入力されたマスタクロックＣＬＫ０に基づいて種々の内部クロックを生成し、生成した内部クロックを固体撮像装置１内部の各回路に供給する。
【００１９】
各画素３は、垂直走査回路１４から導出された行制御線１５（Ｖ１、Ｖ２、・・・Ｖｎ）と、画素信号をカラム処理部２６に伝達する垂直信号線１９とに接続されている。垂直走査回路１４は、タイミング制御部２０から供給されたクロックＣＮ１に基づき駆動パルス（φＲ、φＴＸ）を生成し、行制御線１５を介して画素３に供給する。水平走査回路１２は、タイミング制御部２０から供給されたクロックＣＮ２に基づき駆動パルスを生成する。
【００２０】
カラムＡＤ回路２５は、撮像領域１０の各列に対応して配設され、アナログの画素信号をデジタルデータに変換する回路である。カラムＡＤ回路２５は、参照信号生成部２７により生成された参照信号ＲＡＭＰと、対応する列の画素３から垂直信号線１９（Ｈ０、Ｈ１、・・・Ｈｍ）を介して得られた画素信号とを比較するコンパレータ（電圧比較器）２５２と、カウンタ２５４に入力されたクロックＣＮ５をカウントするカウンタ２５４と、カウンタ２５４がカウントを開始してから対応する列のコンパレータ２５２が画素信号と参照信号との一致を検出するまでにカウントされて得られたカウント数を保持するメモリ２５６と、カウンタ２５４及びメモリ２５６の間の導通及び非導通を制御データＣＮ８に基づき切り替えるスイッチ素子２５８とを備える。メモリ２５６に保持された画素信号のデジタルデータは、水平走査回路１２により出力回路２８を介して映像データＤ１として固体撮像装置１の外部に出力される。
【００２１】
固体撮像装置１は、主にタイミング制御部２０に特徴がある。具体的には、参照信号生成部２７に入力されるダッククロックＣＫｄａｃ、およびカラムＡＤ回路２５のカウンタ２５４に入力されるカウンタクロックＣＫ０に特徴がある。すなわち、タイミング制御部２０は、参照信号ＲＡＭＰの基準となるダッククロックＣＫｄａｃのタイミングを固定し、カウンタ２５４でのカウント開始時期の基準となるカウンタクロックＣＫ０のタイミングを変更する。一方、従来技術（特許文献１）に係るタイミング制御部では、参照信号の基準となるダッククロックＣＫｄａｃと、カウント開始時期の基準となるカウンタクロックＣＫ０のタイミングは固定される。
【００２２】
タイミング制御部２０は、端子５ａを介してタイミング制御部２０の外部から入力されたマスタクロックＣＬＫ０に基づいて種々の内部クロック（ダッククロックＣＫｄａｃおよびカウンタクロックＣＫ０等）を生成する。またタイミング制御部２０は、端子５ｂを介してタイミング制御部２０の外部から入力されたデータＤＡＴＡ、又は出力回路２８から出力されるデジタルデータＤＡＴＡ２に基づいてカウンタクロックＣＫ０のタイミングを設定する。
【００２３】
なお、本発明の実施形態に係るカメラは、上記固体撮像装置１に加えて、映像データＤ１に信号処理を施す信号処理部、信号処理の結果得られた映像データを記憶するメモリ、ゲインを決定する制御部、および固体撮像装置１に結像させる光学系（光学レンズ）等を備える。
【００２４】
次に、本発明の実施形態に係る固体撮像装置１の動作（固体撮像装置１の駆動方法）、特にカラムＡＤ回路２５により画素信号がＡＤ変換される場面の動作について説明する。
【００２５】
図２および図３は、本実施形態に係る固体撮像装置１の動作を示すタイミングチャートであり、具体的にはカラムＡＤ回路２５に入力されるカウンタクロックＣＫ０とカウンタ２５４の出力との関係を詳細に示すタイミングチャートである。なお、図２は暗出力成分のカウント数ΔＶｌｅａｋが小さい場合を示し、図３は暗出力成分のカウント数ΔＶｌｅａｋが大きい場合を示している。
【００２６】
まず、タイミング制御部２０は、カウンタ２５４のカウント数を初期値“０”にリセットし、カウンタ２５４をダウンカウントモードに設定する。またタイミング制御部２０は、任意の行Ｒｘの画素３にリセット成分をもつ画素信号を読み出させる。画素信号は垂直信号線１９（Ｈ１、Ｈ２、・・・Ｈｍ）にそれぞれ現れる。タイミング制御部２０は、垂直信号線１９の画素信号が安定した頃に（時刻ｔ１０）、参照信号生成部２７（ＤＡＣ２７ａ）に制御データＣＮ４およびダッククロックＣＫｄａｃを供給する。これを受けて参照信号生成部２７（ＤＡＣ２７ａ）は参照信号ＲＡＭＰの時間的変化を開始する。同時にタイミング制御部２０は、カラムＡＤ回路２５（カウンタ２５４）にカウンタクロックＣＫ０の入力を開始する（時刻ｔ１０）。これを受けてカウンタ２５４は初期値“０”からダウンカウントを開始する。なお、ダッククロックＣＫｄａｃおよびカウンタクロックＣＫ０は一般的にマスタクロックＣＬＫ０をタイミング制御部２０で定倍したクロックである。
【００２７】
参照信号ＲＡＭＰは、時間の経過とともに変化していき、ある時刻にリセット成分と一致する（時刻ｔ１２）。このときコンパレータ２５２の出力信号が反転し、これを受けてカウンタ２５４はダウンカウントを停止する。このときのカウント数がΔＶに相当する。
【００２８】
タイミング制御部２０は、ダウンカウント期間が経過すると（時刻ｔ１４）、参照信号生成部２７（ＤＡＣ２７ａ）への制御データＣＮ４およびダッククロックＣＫｄａｃの供給を停止し、同時にカウンタ２５４へのカウンタクロックＣＫ０の入力を停止する。
【００２９】
続いて、タイミング制御部２０は、カウンタ２５４をアップカウントモードに設定し、任意の行Ｒｘの画素３に信号成分（実際に光電変換が行われて得られる信号成分）Ｖｓｉｇをもつ画素信号を読み出させる。読み出しの方法は、カウンタ２５４をアップカウントモードに設定するほかは、リセット成分の読み出しと同様である。
【００３０】
このように、カウンタ２５４の設定を、リセット成分を読み出すときにはダウンカウント、信号成分Ｖｓｉｇを読み出すときにはアップカウントとすることにより、カウンタ２５４内で自動的に減算が行われ、信号成分Ｖｓｉｇに相当するカウント数ΔＶｓｉｇを得ることができる。
【００３１】
ここで、タイミング制御部２０は、端子５ｂを介してタイミング制御部２０の外部から入力されたデータＤＡＴＡ、又は出力回路２８から出力されるデジタルデータなどに基づきカウンタクロックＣＫ０のタイミングをダッククロックＣＫｄａｃに対して変化させる。つまり、タイミング制御部２０は、タイミング制御部２０に入力されたデータに基づいてカウンタ２５４のカウント開始時期を変更し、参照信号ＲＡＭＰの電圧値の変化の開始時期に対してカウンタ２５４のカウント開始時期をずらす。これにより、暗出力成分のカウント数が減らされ、暗出力成分によるダイナミックレンジの低下を抑制することができる。
【００３２】
具体的には、タイミング制御部２０は、ダッククロックＣＫｄａｃの供給タイミングに対してカウンタクロックＣＫ０の供給タイミングを遅らせることで、カウント開始時期を遅らせることができる。つまり、タイミング制御部２０は、参照信号ＲＡＭＰの電圧値の変化の開始時期に対してカウンタ２５４のカウント開始時期を遅らせることで、カウント開始時期を遅らせることができる。参照信号ＲＡＭＰの電圧値が単調に変化しはじめてからカウンタ２５４がカウント動作し始めるまでに変化した参照信号ＲＡＭＰの電圧変化のカウント数をΔＶｄｅｌａｙとするとカウンタ出力はΔＶ＋ΔＶｌｅａｋ＋ΔＶｓｉｇ−ΔＶｄｅｌａｙと表すことができる。ΔＶｄｅｌａｙ≦ΔＶｌｅａｋに制御する必要があるが、仮にΔＶｄｅｌａｙ＝ΔＶｌｅａｋに制御した場合、カウンタ出力はΔＶ＋ΔＶｓｉｇとなり、暗出力成分のカウント数ΔＶｌｅａｋによるダイナミックレンジの低下を抑制することができる。
【００３３】
例えば、タイミング制御部２０は、暗出力成分のカウント数ΔＶｌｅａｋが小さい場合、カウント数ΔＶｓｉｇはΔＶｌｅａｋ＜＜ΔＶｓｉｇとなる。従って、この場合には、図２に示されるように、カウンタクロックＣＫ０のタイミングをダッククロックＣＫｄａｃと同じに設定し、参照信号ＲＡＭＰの電圧値の変化の開始時期とカウンタ２５４のカウント開始時期とを同じにしている。このとき、ΔＶｄｅｌａｙ＝０、ΔＶｌｅａｋ＜＜ΔＶｓｉｇであるため、カウンタ出力はΔＶ＋ΔＶｓｉｇと表すことができる。
【００３４】
一方、暗出力成分のカウント数ΔＶｌｅａｋが大きい場合、暗出力成分のカウント数ΔＶｌｅａｋがカウント数ΔＶｓｉｇに対して無視できないレベルである。従って、この場合には、タイミング制御部２０は、図３に示されるように、カウンタクロックＣＫ０のタイミングをダッククロックＣＫｄａｃに対して遅らせ、参照信号ＲＡＭＰの電圧値の変化の開始時期に対してカウンタ２５４のカウント開始時期を遅らせている。このとき、カウンタ出力はΔＶ＋ΔＶｌｅａｋ＋ΔＶｓｉｇ−ΔＶｄｅｌａｙと表すことができる。
【００３５】
次に、図４および図５は、固体撮像装置１における光が遮断された状態の画素３の画素信号を得るための構成を説明するための上面図である。
【００３６】
固体撮像装置１は、図４に示されるように、光電変換するためにフォトダイオード上が開口された有効画素領域３１と、金属の配線層等によりフォトダイオード上が覆われて遮光された遮光画素領域とを備える。遮光画素領域は、有効画素領域３１の上側にある垂直ＯＢ（オプティカルブラック）画素領域３２と、有効画素領域３１の左側にある水平ＯＢ画素領域３３とを有する。なお、遮光画素領域は、図５に示されるように、有効画素領域３１の下側にある垂直ＯＢ（オプティカルブラック）画素領域３２と、有効画素領域３１の右側にある水平ＯＢ画素領域３３とを有してもよい。
【００３７】
このような固体撮像装置１では、垂直ＯＢ画素領域３２又は水平ＯＢ画素領域３３の画素３の画素信号を検出することで遮光された画素３のデジタルデータを取得することができる。暗出力とは、光が遮断された状態でのセンサ出力を指すもので、画素３のリーク電流が主要因である。従って、タイミング制御部２０は遮光された画素３のデジタルデータを取得し、これに基づいてカウンタクロックＣＫ０のタイミングを変更し、参照信号ＲＡＭＰの電圧値の変化の開始時期に対するカウンタ２５４のカウント開始時期の遅延時間を決定し、該遅延を行うことで、精度よくΔＶｄｅｌａｙ≦ΔＶｌｅａｋに制御することができる。つまり、ΔＶｌｅａｋのカウント数を遮光された画素３の画素信号から取得することで、ΔＶｄｅｌａｙ≦ΔＶｌｅａｋに制御することができる。
【００３８】
また、垂直ＯＢ画素領域３２からの画素信号の読み出しから有効画素領域３１からの画素信号の読み出しまではフレームをまたがない。固体撮像装置１の周囲温度、固体撮像装置１の露光期間、およびゲインの制御がフレーム間で異なると、フレーム間で暗出力が異なる。従って、垂直ＯＢ画素領域３２の画素３で取得したデジタルデータを用いてタイミング制御部２０によるカウント開始時期の遅延を行い、タイミング制御部２０が撮像されるフレーム単位でカウンタ２５４の開始時期を変更することで、さらに精度よくΔＶｄｅｌａｙ≦ΔＶｌｅａｋに制御することが出来る。
【００３９】
本実施形態の固体撮像装置１において、カラムＡＤ回路２５によるＡＤ変換の最大値は画素３の列毎に設けられるカウンタ２５４のビット数で決まり、例えば１２ｂｉｔのカウンタ２５４であれば０から４０９５ＬＳＢまでカウントすることができる。リセット成分のカウント数をΔＶ、暗出力成分のカウント数をΔＶｌｅａｋ、光電変換された信号のカウント数をΔＶｓｉｇとすると、カウンタ出力はΔＶ＋ΔＶｌｅａｋ＋ΔＶｓｉｇと表すことができるが、カウンタ２５４の最大値はカウンタ２５４のビット数で制限されるため、ΔＶｌｅａｋが増えるとＡＤ変換することができるΔＶｓｉｇが減少する。しかし、本実施形態の固体撮像装置１によれば、ΔＶｌｅａｋを減らすことができるので、暗出力が増加した場合でもΔＶｓｉｇが減少し、ダイナミックレンジが低下することを防ぐことができる。
【００４０】
以上、本発明の固体撮像装置およびカメラについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。
【００４１】
例えば、固体撮像装置１が搭載されるカメラシステムで取得された遮光画素領域の映像データＤ１をデータＤＡＴＡに反映させ、カウント開始時期の決定にこの映像データＤ１が反映されたデータＤＡＴＡが用いられてもよい。これにより、直接カウンタクロックＣＫ０の供給タイミングを制御することができ、タイミング制御部２０の回路規模を抑制することができる。
【００４２】
また、上記実施形態では、遮光された画素３のデジタルデータを得るための構成として遮光画素領域を例示したがこれに限られず、例えばカメラのメカシャッター機能を用いて遮光状態をつくりだし、これを用いて遮光された画素３のデジタルデータが取得されてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、タイミング制御部２０は、遮光画素領域の画素３のデジタルデータに基づいて、カウンタ２５４のカウント開始時期を変更し、参照信号ＲＡＭＰの電圧値の変化の開始時期に対してカウンタ２５４のカウント開始時期を遅らせるとした。しかし、より簡易的には遮光画素領域の画素３のデジタルデータを用いず、画素信号の読み出しモード、固体撮像装置１の周囲温度、固体撮像装置１の露光時間、参照信号ＲＡＭＰの変化率（参照信号ＲＡＭＰの単調増加の変化率により制御されるアナログゲイン）、画素３に配設された増幅器（図外）のアナログゲイン、および画素３（垂直信号線１９）とコンパレータ２５２との間に配設された増幅器（図外）のアナログゲインに関するデータなどに応じてカウンタクロックＣＫ０のタイミングを制御し、カウンタ２５４のカウント開始時期を変更し、参照信号ＲＡＭＰの電圧値の変化の開始時期に対してカウンタ２５４のカウント開始時期を遅らせてもよい。
【００４４】
暗出力とは光が遮断された状態でのセンサ出力を指すもので、画素３のリーク電流が主要因であるため、特に温度が上昇するとリーク電流が高くなり、露光時間が長くなると蓄積されるリーク電荷が多くなりその影響が強くなる。またＡＤ変換される前のアナログゲインが高くなると暗出力成分はゲイン増倍され、また画素信号を混合する画素信号混合モードにおいては暗出力成分も加算されるため更にその影響が強くなる。そのため、長時間の露光を行う長時間露光の読み出しモードの場合、画素信号混合モードの場合、固体撮像装置１の周囲温度が高い場合（温度が５０℃〜９０℃など高い場合）、又はアナログゲインが高い場合（アナログゲインが２倍から１６倍等高い場合）、カウンタ２５４のカウント開始時期を遅らせることで、容易に精度よくΔＶｄｅｌａｙ≦ΔＶｌｅａｋに制御することができる。露光時間および周囲温度の検出など固体撮像装置１単体では検出することが難しい要素についても、固体撮像装置１を搭載するカメラシステムとして、露光時間の制御、周囲温度の検出、アナログゲインの制御、モードの制御、およびフレーム単位での制御を行うことで、精度よくΔＶｄｅｌａｙ≦ΔＶｌｅａｋに制御することができる。その結果、高い次元で暗出力によるダイナミックレンジの低下を抑制することができる。
【００４５】
また、上記実施形態では、カウンタ出力はΔＶ＋ΔＶｌｅａｋ＋ΔＶｓｉｇ−ΔＶｄｅｌａｙと表すことができるが、ΔＶｄｅｌａｙ≦ΔＶｌｅａｋ＋ΔＶに制御してもよい。仮にΔＶｄｅｌａｙ＝ΔＶｌｅａｋ＋ΔＶに設定した場合、ΔＶ＋ΔＶｌｅａｋ＋ΔＶｓｉｇ−ΔＶｄｅｌａｙ＝ΔＶｓｉｇとなり、ＡＤ出力としてダイナミックレンジを更に拡大することができる。
【００４６】
また、上記実施形態では、リセット成分の検出に関してばらつきはあるもののおよそΔＶは固体撮像装置１で一様に決まるものであるため、ΔＶは固定値とされてもよいし、ΔＶのダウンカウント出力が別途検出されてもよい。ダウンカウント出力の検出はアップカウント動作をしないことにより検出することができる。この場合、例えば固体撮像装置１の起動時にΔＶは検出されてもよいし、垂直走査の一部の期間にアップカウント動作を止める期間を設け、この期間にΔＶは検出されてもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、リセット成分が現れているときにはダウンカウントし、信号成分が現れているときにはアップカウントするとしているが、リセット成分を差し引く必要がなければダウンカウントは実施されなくてもよい。この場合、カウンタ２５４は、アップダウンカウンタの構成でなくてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、タイミング制御部２０はタイミング制御部２０外部からのデータに基づいて、静止画のフル画像読み出しモード、動画の画素混合モード、および間引きモードなど任意の駆動モードを実施してもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、参照信号生成部２７は、時間の経過とともに電圧値が単調に減少する参照信号ＲＡＭＰを生成するとした。しかし、時間の経過とともに電圧値が単調に変化する参照信号ＲＡＭＰが生成されればこれに限られず、参照信号生成部２７は、時間の経過とともに電圧値が単調に増加する参照信号ＲＡＭＰを生成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、ＭＯＳ型の固体撮像装置に利用でき、特にデジタルカメラ等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の画素構成を示す上面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の画素構成を示す上面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    固体撮像装置
３    画素
５ａ、５ｂ    端子
１０    撮像領域
１２    水平走査回路
１４    垂直走査回路
１５    行制御線
１９    垂直信号線
２０    タイミング制御部
２５    カラムＡＤ回路
２６    カラム処理部
２７    参照信号生成部
２７ａ    ＤＡＣ
２８    出力回路
３１    有効画素領域
３２    垂直ＯＢ画素領域
３３    水平ＯＢ画素領域
２５２    コンパレータ
２５４    カウンタ
２５６    メモリ
２５８    スイッチ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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