(57)【要約】      （修正有）【課題】撮像画像に対する、参照信号の電圧レベル変動の影響を抑えることができる固体撮像装置、固体撮像装置の信号処理方法、および撮像装置を提供する。【解決手段】固体撮像装置１は、光電変換素子を有する複数の画素回路２０と、複数の画素回路２０に接続される複数の読出信号線３と、電圧レベルが変化する参照信号を出力する参照信号出力回路１１と、参照信号出力回路１１に接続される参照信号線１４と、第一入力端子３５および第二入力端子３６を有し、第一入力端子３５と第二入力端子３６との電圧関係に応じて出力を反転する複数の比較器１２とを有する。複数の比較器１２の一部には、第一入力端子３５に読出信号線３が接続され且つ第二入力端子３６に参照信号線１４が接続される。複数の比較器１２の残りには、第一入力端子３５に参照信号線１４が接続され且つ第二入力端子３６に読出信号線３が接続される。【選択図】図１
2010161484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子を有する複数の画素回路と、
上記複数の画素回路に接続される複数の読出信号線と、
電圧レベルが変化する参照信号を出力する参照信号出力回路と、
上記参照信号出力回路に接続される参照信号線と、
第一入力端子および第二入力端子を有し、上記第一入力端子と上記第二入力端子との電圧関係に応じて出力を反転する複数の比較器と
を有し、
上記複数の比較器の一部には、上記第一入力端子に上記読出信号線が接続され且つ上記第二入力端子に上記参照信号線が接続され、
上記複数の比較器の残りには、上記第一入力端子に上記参照信号線が接続され且つ上記第二入力端子に上記読出信号線が接続される
固体撮像装置。
【請求項２】
上記比較器の出力が入力されるカウンタを有し、
上記参照信号出力回路は、上記カウンタと同期し参照信号のレベルを変化させ、
上記カウンタは、上記参照信号出力回路が参照信号のレベルを変化させる各期間に、上記比較器の出力が反転するまでカウントする
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
上記参照信号出力回路は、上記画素回路の出力を読み出す前のリセット期間に参照信号の電圧レベルを変化させ、上記画素回路の出力を読み出す期間に参照信号の電圧レベルを変化させる
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
上記複数の光電変換素子は、白黒画像または単色画像を撮像し、
上記複数の比較器は、上記複数の画素回路が行列状に２次元配置された画素領域の一辺に沿って一列に並べられ、
上記複数の読出信号線は、上記第一入力端子および上記第二入力端子に対して、上記比較器の配列順で交互に接続される
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
上記複数の光電変換素子は、白黒画像または単色画像を撮像し、
上記複数の比較器は、上記複数の画素回路が行列状に２次元配置された画素領域の対向する二辺に沿って二列に分けて並べられ、
上記複数の読出信号線は、上記第一入力端子および上記第二入力端子に対して、上記比較器の列毎に、上記比較器の配列順で交互に接続される
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項６】
上記複数の光電変換素子は、複数の色成分がベイヤー配列で割り当てられて、カラー画像を撮像し、
上記複数の比較器は、上記複数の画素回路が行列状に２次元配置された画素領域の一辺に沿って一列に並べられ、
上記複数の読出信号線は、上記第一入力端子および上記第二入力端子に対して、上記複数の比較器をその配列順で隣接する２つずつの組にして、その組の配列順で交互に接続される
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項７】
上記複数の比較器は、上記複数の画素回路が行列状に２次元配置された画素領域の一辺に沿って一列に並べられ、
上記複数の読出信号線は、上記第一入力端子および上記第二入力端子に対する接続パターンが、上記比較器の配列順で一定の繰り返しパターンを形成するように接続される
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項８】
上記第一入力端子は、上記比較器の非反転入力端子であり、
上記第二入力端子は、上記比較器の反転入力端子であり、
上記第二入力端子に上記参照信号線が接続された上記比較器の出力には、反転回路が接続される
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項９】
上記読出信号線および上記参照信号線が接続され、上記読出信号線および上記参照信号線の一方を上記比較器の上記第一入力端子に接続し、他方を上記第二入力端子に接続する複数のスイッチ回路を有する
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
上記比較器の出力に接続され、上記比較器の出力極性を反転する複数の極性整合回路を有する
請求項９記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
光電変換素子を有する複数の画素回路の一部を複数の読出信号線に接続するステップと、
参照信号出力回路から参照信号線へ、電圧レベルが変化する参照信号を出力するステップと、
上記第一入力端子と上記第二入力端子との電圧関係に応じて出力を反転する複数の比較器として、上記第一入力端子に上記読出信号線が接続され且つ上記第二入力端子に上記参照信号線が接続される比較器と、上記第一入力端子に上記参照信号線が接続され且つ上記第二入力端子に上記読出信号線が接続される比較器とを組み合わせて用いて、複数の読出信号線の電圧レベルと上記参照信号線とを比較するステップと
を有する固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項１２】
固体撮像装置と、
被写体を上記固体撮像装置に結像する光学系と
を有し、
上記固体撮像装置は、
光電変換素子を有する複数の画素回路と、
上記複数の画素回路に接続される複数の読出信号線と、
電圧レベルが変化する参照信号を出力する参照信号出力回路と、
上記参照信号出力回路に接続される参照信号線と、
第一入力端子および第二入力端子を有し、上記第一入力端子と上記第二入力端子との電圧関係に応じて出力を反転する複数の比較器とを有し、
上記複数の比較器の一部には、上記第一入力端子に上記読出信号線が接続され且つ上記第二入力端子に上記参照信号線が接続され、
上記複数の比較器の残りには、上記第一入力端子に上記参照信号線が接続され且つ上記第二入力端子に上記読出信号線が接続される
撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子の読出信号と参照信号とを比較器で比較する固体撮像装置、固体撮像装置の信号処理方法、および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、光電変換素子を有する複数の画素回路と、複数の比較器と、光電変換素子と比較器とを接続する複数の列信号線とを有する固体撮像装置を開示する。そして、比較器は、列信号線の電圧と参照信号の電圧とを比較し、これらの電圧関係に応じて出力を反転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１１４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
固体撮像装置において、光電変換素子を有する複数の画素回路は、特許文献１に開示されるように、一般的に行列状に二次元配置される。
複数の比較器は、複数の画素回路が配置される画素領域の一辺に沿って並べられる。
また、複数の比較器に対して参照電圧を与えるための参照信号線は、複数の比較器と接続されるように、画素領域の一辺に沿って延在して配線される。
【０００５】
このようなレイアウトでは、参照信号線は、複数の列信号線と重なって交わることになる。または、参照信号線は、複数の比較器の出力信号線もしくは複数の比較器と重なって交わることになる。
そのため、参照信号線は、複数の列信号線などとの間でカップリングを生じる。その結果、複数の比較器が同時に出力を反転するとき、その複数の反転の影響により、参照信号の電圧レベルが変動してしまうことがある。
【０００６】
そして、参照信号の電圧レベルが変動すると、比較器の出力が反転するタイミングは、そのような変動が無い本来のタイミングからずれてしまう。
たとえば、比較器の出力にカウンタなどを接続して、比較器の出力が反転するタイミングに基づいて光電変換素子の受光量に応じた値を得る場合、得た値は、受光量に応じた値にならなくなってしまう。
【０００７】
なお、複数の比較器の出力が同時に反転する現象は、たとえば均一な色の被写体または均一な明るさの被写体を撮像し、複数の光電変換素子から複数の比較器へ入力される複数の画素信号（列信号配線）の電圧レベルが揃っている場合に生じる。
そして、複数の比較器の出力が同時に反転すると、均一な色や明るさの被写体を撮像した画像の中に、被写体には無い横筋などが現れることになる。
【０００８】
また、複数の比較器の出力が同時に反転する現象は、複数の画素回路または複数の光電変換素子が一列に配列されたラインセンサにおいても生じ得る。
【０００９】
本発明は、撮像画像に対する、参照信号の電圧レベル変動の影響を抑えることができる固体撮像装置、固体撮像装置の信号処理方法、および撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第一の観点の固体撮像装置は、光電変換素子を有する複数の画素回路と、複数の画素回路に接続される複数の読出信号線と、電圧レベルが変化する参照信号を出力する参照信号出力回路と、参照信号出力回路に接続される参照信号線と、第一入力端子および第二入力端子を有し、第一入力端子と第二入力端子との電圧関係に応じて出力を反転する複数の比較器とを有し、複数の比較器の一部には、第一入力端子に読出信号線が接続され且つ第二入力端子に参照信号線が接続され、複数の比較器の残りには、第一入力端子に参照信号線が接続され且つ第二入力端子に読出信号線が接続される。
【００１１】
好適には、比較器の出力が入力されるカウンタを有し、参照信号出力回路は、上記カウンタと同期し参照信号のレベルを変化させ、カウンタは、参照信号出力回路が参照信号のレベルを変化させる各期間に、比較器の出力が反転するまでカウントしてもよい。
【００１２】
好適には、参照信号出力回路は、画素回路の出力を読み出す前のリセット期間に参照信号の電圧レベルを変化させ、画素回路の出力を読み出す期間に参照信号の電圧レベルを変化させてもよい。
【００１３】
本発明の第二の観点の固体撮像装置の信号処理方法は、光電変換素子を有する複数の画素回路の一部を複数の読出信号線に接続するステップと、参照信号出力回路から参照信号線へ、電圧レベルが変化する参照信号を出力するステップと、第一入力端子と第二入力端子との電圧関係に応じて出力を反転する複数の比較器として、第一入力端子に読出信号線が接続され且つ第二入力端子に参照信号線が接続される比較器と、第一入力端子に参照信号線が接続され且つ第二入力端子に読出信号線が接続される比較器とを組み合わせて用いて、複数の読出信号線の電圧レベルと参照信号線とを比較するステップとを有する。
【００１４】
本発明の第三の観点の撮像装置は、固体撮像装置と、被写体を固体撮像装置に結像する光学系とを有し、固体撮像装置は、光電変換素子を有する複数の画素回路と、複数の画素回路に接続される複数の読出信号線と、電圧レベルが変化する参照信号を出力する参照信号出力回路と、参照信号出力回路に接続される参照信号線と、第一入力端子および第二入力端子を有し、第一入力端子と第二入力端子との電圧関係に応じて出力を反転する複数の比較器とを有し、複数の比較器の一部には、第一入力端子に読出信号線が接続され且つ第二入力端子に参照信号線が接続され、複数の比較器の残りには、第一入力端子に参照信号線が接続され且つ第二入力端子に読出信号線が接続される。
【００１５】
第一から第三の観点では、複数の比較器の一部は、第一入力端子の電圧レベルが第二入力端子の電圧レベルより高くなること又は低くなることに基づいて出力を反転する。
これに対して、複数の比較器の残りは、第一入力端子電圧レベルが第二入力端子の電圧レベルより高くなること又は低くなることに基づいて出力を反転する。
したがって、一部の比較器の出力の反転と、残りの比較器の出力の反転とは、逆相の関係になる。つまり、一部の比較器が参照信号の電圧レベルに与える影響と、残りの比較器が参照信号の電圧レベルに与える影響とは、互いに相殺する関係になる。
そのため、複数の比較器の出力が一斉に反転しても、参照信号の電圧レベルが変動し難い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、撮像画像に対する、参照信号の電圧レベル変動の影響を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置を適用したＣＭＯＳイメージセンサの概略レイアウト図である。
【図２】図１中の単位画素回路の一例を示す回路図である。
【図３】図１中の比較器の一例を示す回路図である。
【図４】図１のＣＭＯＳイメージセンサにおける一行分の読出期間での信号波形を示すタイミングチャートである。
【図５】複数の比較器が一斉に出力を反転した場合の信号波形の一例である。
【図６】比較例に係るＣＭＯＳイメージセンサの概略レイアウト図である。
【図７】ＣＤＳ処理により、撮像画像の画質を改善できる被写体の例である。
【図８】ＣＤＳ処理で取り除くことができない横筋が撮像画像に発生する可能性がある被写体の例である。
【図９】複数の比較器が一斉に出力を反転した場合の信号波形の他の例である。
【図１０】図８の被写体を図６の比較例のＣＭＯＳイメージセンサで撮像した画像の例である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置を適用したＣＭＯＳイメージセンサの概略レイアウト図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置を適用したＣＭＯＳイメージセンサの概略レイアウト図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置を適用したＣＭＯＳイメージセンサの概略レイアウト図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置を適用したＣＭＯＳイメージセンサの概略レイアウト図である。
【図１５】本発明の第６の実施形態に係る固体撮像装置を適用したＣＭＯＳイメージセンサの概略レイアウト図である。
【図１６】本発明の第７の実施形態に係る撮像装置を適用したカメラシステム１０１の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施形態（白黒画像用または単色画像用の固体撮像装置の例）
２．第２の実施形態（比較器が二列に分けて配列された固体撮像装置の例）
３．第３の実施形態（ベイヤー配列のカラー画像用の固体撮像装置の例）
４．第４の実施形態（接続関係が異なる２種類の比較器のノイズ割合が２：１である固体撮像装置の例）
５．第５の実施形態（反転回路を有する固体撮像装置の例）
６．第６の実施形態（スイッチ回路および極性整合回路を有する固体撮像装置の例）
７．第７の実施形態（撮像装置を適用したカメラシステムの例）
【００１９】
＜１．第１の実施形態＞
［固体撮像装置の構成］
図１に、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置を適用した、カラムＡＤ（Analog to Digital）変換方式のＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ１の概略レイアウトを示す。
このＣＭＯＳイメージセンサ１は、白黒画像の撮像または単色画像の撮像において、ストリーキング削減に最も効果的な回路構成である。
なお、本明細書において、ストリーキングとは、撮像画像において発生した、被写体に無い横筋をいう。
【００２０】
図１のＣＭＯＳイメージセンサ１は、複数の単位画素回路（画素回路）２０を有する。
図２に例示するように、単位画素回路２０は、フォトダイオード（光電変換素子）２１、転送トランジスタ２２、リセットトランジスタ２３、増幅トランジスタ２４、および選択トランジスタ２５を有する。
【００２１】
選択トランジスタ２５のソースは後述する列信号線３に接続される。増幅トランジスタ２４のソースは選択トランジスタ２５のドレインに接続され、ドレインは後述する行信号線４に接続される。
転送トランジスタ２２のソースはフォトダイオード２１に接続され、ドレインは増幅トランジスタ２４のゲートに接続される。
転送トランジスタ２２がオン状態（通電可能状態）になると、受光光量に応じてフォトダイオード２１で発生した電流は、転送トランジスタ２２を通じて増幅トランジスタ２４のゲートへ流れる。
増幅トランジスタ２４は、ゲート電流を増幅した電流を選択トランジスタ２５を通じて列信号線３へ流す。列信号線３の電圧は、フォトダイオード２１で発生した電流に応じたレベルになる。
【００２２】
また、リセットトランジスタ２３のソースは、転送トランジスタ２２と増幅トランジスタ２４との間の配線（フローティングディフュージョンＦＤ）に接続され、ドレインは後述する行信号線４に接続される。
リセットトランジスタ２３がオン状態になると、フローティングディフュージョンＦＤが後述する行信号線４に接続される。
そして、その状態でのフローティングディフュージョンＦＤの電位に応じた電流が、増幅トランジスタ２４から選択トランジスタ２５を通じて列信号線３へ流れる。
列信号線３の電圧は、フローティングディフュージョンＦＤの電位に応じたレベルになる。
なお、フローティングディフュージョンＦＤの電位は、フォトダイオード２１の特性などに応じて異なり、複数の単位画素回路２０の間でばらつく。
【００２３】
複数の単位画素回路２０は、ＣＭＯＳイメージセンサ１の受光範囲に対応する画素領域２に、行列状に２次元配置される。
画素領域２には、複数の列信号線（読出信号線）３と、複数の行信号線４とが配線される。行信号線４は、一行に並ぶ複数の単位画素回路２０に接続される。列信号線３は、一列に並ぶ複数の単位画素回路２０に接続される。
【００２４】
ＣＭＯＳイメージセンサ１は、この他にも、行走査回路５、カラムＡＤ変換回路６、列走査回路７、および通信タイミング制御部８を有する。カラムＡＤ変換回路６は、参照信号出力回路１１、複数の比較器１２、および複数のカウンタ１３を有する。
【００２５】
参照信号出力回路１１は、参照信号線１４が接続される。参照信号出力回路１１は、参照信号線１４へ参照信号を出力する。参照信号の電圧レベルは、ランプ波形で変化する。
【００２６】
比較器１２は、反転入力端子３６、非反転入力端子３５および出力端子３７を有する。
比較器１２は、図３に例示するように、第一トランジスタ３１、第二トランジスタ３２、定電流回路３３、電流リレー回路３４を有する。
第一トランジスタ３１のゲートに反転入力端子３６が接続され、ソースに電流リレー回路３４が接続され、ドレインに定電流回路３３が接続される。電流リレー回路３４は、出力端子３７に接続される。
第二トランジスタ３２のゲートに非反転入力端子３５が接続され、ソースに出力端子３７が接続され、ドレインに定電流回路３３が接続される。
【００２７】
この比較器１２では、反転入力端子３６の入力電圧が高くなると、第一トランジスタ３１が通電可能状態となり、電流リレー回路３４に電流が流れる。この電流は、出力端子３７に流れる。
また、非反転入力端子３５の入力電圧が高くなると、第二トランジスタ３２が通電可能状態となる。第二トランジスタ３２は、出力端子３７から電流を引き込む。
そして、反転入力端子３６の入力電圧が非反転入力端子３５の入力電圧より高い場合、電流リレー回路３４が出力端子３７へ流す電流が、第二トランジスタ３２が出力端子３７から引き込む電流より多くなる。
この場合、出力端子３７から外部へ電流が流れ、通常、出力端子３７はハイレベルになる。
逆に、反転入力端子３６の入力電圧が非反転入力端子３５の入力電圧より低い場合、電流リレー回路３４が出力端子３７へ流す電流より、第二トランジスタ３２が出力端子３７から引き込む電流が多くなる。
この場合、出力端子３７から内部へ電流が流れ、通常、出力端子３７はローレベルになる。
【００２８】
図１に示すように、比較器１２の個数は、列信号線３の本数と同じである。そして、複数の比較器１２は、画素領域２の一辺に沿って一列に並べてレイアウトされる。複数の比較器１２は、１対１対応で複数の列信号線３と接続される。
また、参照信号線１４は、画素領域２と複数の比較器１２との間に配線され、画素領域２の一辺に沿って延在する。したがって、参照信号線１４は、複数の列信号線３と重なって交わる。
【００２９】
また、この実施形態では、図１の左端の比較器１２では、非反転入力端子３５に参照信号線１４が接続され、反転入力端子３６に列信号線３が接続される。
その隣の左端から二番目の比較器１２では、非反転入力端子３５に列信号線３が接続され、反転入力端子３６に参照信号線１４が接続される。
さらにその隣の左端から三番目の比較器１２では、非反転入力端子３５に参照信号線１４が接続され、反転入力端子３６に列信号線３が接続される。
【００３０】
すなわち、この実施形態では、複数の列信号線３は、非反転入力端子３５および反転入力端子３６に対して、比較器１２の配列順で交互に接続される。
また、参照信号線１４は、非反転入力端子３５および反転入力端子３６に対して、複数の列信号線３と逆の順番で交互に接続される。
【００３１】
以下、反転入力端子３６に列信号線３が接続された比較器１２と、非反転入力端子３５に列信号線３が接続された比較器１２とを区別する場合、前者を正入力比較器１２とよび、後者を逆入力比較器１２とよぶ。
【００３２】
カウンタ１３は、出力信号線１５により、比較器１２の出力端子３７に接続される。そして、カウンタ１３は、所定のタイミングから、比較器１２の出力電圧が反転するまでの期間においてアップカウントする。なお、カウンタ１３は、ダウンカウントしてもよい。
【００３３】
複数のカウンタ１３の出力は、データ出力線９により信号処理部１０に接続される。複数のカウンタ１３の複数のカウント値は、信号処理部１０へ出力される。
なお、信号処理部１０は、ＣＭＯＳイメージセンサ１に組み込まれていても、ＣＭＯＳイメージセンサ１とは別体の集積回路に組み込まれていてもよい。
【００３４】
信号処理部１０は、後述するように、読取期間（Ｄ相）でのカウント値からリセット期間（Ｐ相）でのカウント値を減算する。この減算の演算結果が、各フォトダイオード２１の受光量を示す値として利用される。
なお、カウンタ１３がアップカウントする場合、信号処理部１０は、リセット期間（Ｐ相）でのカウント値から読取期間（Ｄ相）でのカウント値を減算することで、ダウンカウントの場合と略同じ演算結果を得ることができる。
また、カウンタ１３は、読取期間（Ｄ相）でアップカウントし、リセット期間（Ｐ相）でダウンカウントしてもよい。この場合、信号処理部１０は、２つのカウント値を加算することで、２つのダウンカウントの場合と略同じ演算結果を得ることができる。
すなわち、信号処理部１０は、読取期間（Ｄ相）でのカウント値とリセット期間（Ｐ相）でのカウント値とを加算または減算して、読取期間（Ｄ相）およびリセット期間（Ｐ相）での比較器１２の出力が反転するまでの時間差に相当する値を得ることができる。
【００３５】
行走査回路５は、複数の行信号線４に接続される。
列走査回路７は、複数のカウンタ１３に接続される。列走査回路７は、複数のカウンタ１３へタイミング信号を出力する。
通信タイミング制御部８は、行走査回路５、列走査回路７、参照信号出力回路１１などに接続されて制御する。
【００３６】
［読み出し動作説明］
次に、ＣＭＯＳイメージセンサ１から撮像画像を読み出す動作について説明する。ＣＭＯＳイメージセンサ１は、被写体の光を、複数のフォトダイオード２１で受光する。
この複数のフォトダイオード２１の受光光量で表される二次元の光量分布（輝度分布）に基づいて、被写体の撮像画像が得られる。
【００３７】
１つの画像を撮像する場合、通信タイミング制御部８の制御の下で、行走査回路５は、複数の行信号線４を１本ずつ順番にハイレベルに制御する。
また、列走査回路７は、ハイレベルに制御された行信号線４に接続される複数の単位画素回路２０の複数の選択トランジスタ２５をオン状態に制御する。
これにより、複数の単位画素回路２０の一部が、行信号線４および列信号線３により接続される。
【００３８】
行走査回路５が各行信号線４をハイレベルに制御する期間毎に、参照信号出力回路１１は、参照信号線１４へ、ハイレベルからローレベルへ変化するランプ波形の参照信号を２回出力する。
また、列走査回路７は、参照信号出力回路１１が参照信号を出力し始めるタイミングと同期して、複数のカウンタ１３へタイミング信号を出力する。
【００３９】
図４は、一行分の読出期間での信号波形を示すタイミングチャートである。
図４（Ａ）に、参照信号の波形および画素信号（列信号線３の信号）の波形を示す。
図４（Ｂ）に、反転入力端子３６に列信号線３が接続された正入力比較器１２の出力信号の波形を示す。
図４（Ｃ）に、非反転入力端子３５に列信号線３が接続された逆入力比較器１２の出力信号の波形を示す。
【００４０】
図４に示すように、参照信号は、一行分の読出期間において２つのランプ波形に制御される。１つ目のランプ波形は、リセット期間（Ｐ相）に出力される。２つ目のランプ波形は、読出期間（Ｄ相）に出力される。
そして、Ｐ相およびＤ相の各期間において、参照信号の電圧レベルは、画素信号の電圧レベルと一致する。
この一致タイミングにおいて、正入力比較器１２は、出力電圧をハイレベルからローレベルへ反転する。また、逆入力比較器１２は、出力電圧をローレベルからハイレベルへ反転する。
【００４１】
カウンタ１３は、たとえば参照信号がハイレベルに制御されたタイミングから、比較器１２の出力が反転するまでの期間において、カウントアップ動作する。
そして、カウンタ１３は、一行分の読出期間毎に、Ｐ相のカウント値とＤ相のカウント値との２つのカウント値をカウントする。
【００４２】
また、Ｐ相のランプ波形を出力する期間では、選択された一行分の複数の単位画素回路２０において、複数のリセットトランジスタ２３がオン状態に制御される。
したがって、画素信号（列信号線３）の電圧レベルは、選択された一行中の単位画素回路２０のフローティングディフュージョンＦＤの電位に応じた電圧レベルになる。
また、このＰ相でのカウント処理において、カウンタ１３は、フローティングディフュージョンＦＤによる列信号線３の電位と参照信号の電位とが一致するまでの期間を示すカウント値をカウントする。
【００４３】
Ｄ相のランプ波形を出力する期間では、選択された一行分の複数の単位画素回路２０において、複数の選択トランジスタ２５がオン状態とされる。
したがって、画素信号（列信号線３）の電圧レベルは、選択された一行中の単位画素回路２０のフォトダイオード２１の受光光量に応じた電圧レベルとなる。
また、このＤ相でのカウント処理において、カウンタ１３は、フォトダイオード２１の受光光量に応じた列信号線３の電位と参照信号の電位とが一致するまでの期間を示すカウント値をカウントする。
【００４４】
複数のカウンタ１３は、それぞれがカウントした２つのカウント値を、データ出力線９を通じて信号処理部１０へ出力する。
信号処理部１０は、各カウンタ１３のＤ相のカウント値から、Ｐ相のカウント値を減算する。
これにより、白黒画像または単色画像の１行分の光量分布情報（輝度分布情報）が得られる。
【００４５】
そして、行走査回路５は複数の行信号線４を１本ずつ順番にハイレベルに制御し、その一行分の読出期間ごとに図４の制御を繰り返す。
これにより、１枚の白黒画像または単色画像の光量分布情報（輝度分布情報）が得られる。
さらに、画像処理部などが白黒画像または単色画像に対して所定の画像処理を実施し、撮像画像が得られる。
【００４６】
［動作説明］
図５に、複数の比較器１２の出力が一斉反転した場合での信号波形の一例を示す。
図５（Ａ）に、参照信号の波形および画素信号（列信号線３の信号）の波形を示す。
図５（Ｂ）および（Ｃ）は、出力を一斉反転する複数の比較器１２の出力信号の波形を示す。
【００４７】
なお、図５（Ａ）には、点線により、図４の理想的な参照信号の波形が描画されている。この他にも、図５（Ａ）には、一点鎖線により、図６の比較例のＣＭＯＳイメージセンサ１での一斉反転時の参照信号の波形が描画されている。
図６のＣＭＯＳイメージセンサ１は、一般的なＣＭＯＳイメージセンサ１であり、すべての比較器１２の非反転入力端子３５に参照信号線１４が接続され、反転入力端子３６に列信号線３が接続されている。
つまり、図６のＣＭＯＳイメージセンサ１のすべての比較器１２は、正入力比較器１２である。
【００４８】
製造されたＣＭＯＳイメージセンサ１では、図５（Ａ）に示すように、複数の比較器１２の出力が略同時に一斉反転した場合、本来線形にスロープを刻むはずの参照信号（Ｒａｍｐ波）の波形が歪むことがある。
この参照信号の波形の歪みの現象は、図５に一点鎖線で示すように、図６の比較例のＣＭＯＳイメージセンサ１で発生する。また、図５に実線で示すように、図１のＣＭＯＳイメージセンサ１でも、発生する可能性がある。
【００４９】
この参照信号の波形歪みの現象は、以下の理由によるものと考えられる。
図１または図６に示すように、参照信号線１４は、複数の列信号線３と重ねて交わるように配線されているため、複数の列信号線３とカップリングを生じる。
また、複数の比較の出力が一斉に反転すると、そのカップリングより参照信号が影響され、参照信号の電圧レベルが変動する。
これらの理由により、参照信号の波形が歪むと考えられる。
【００５０】
このように参照信号と複数の画素信号とが一致するタイミングにおいて複数の比較器１２の出力が一斉に反転し、参照信号が歪むと、以下の問題が生じる可能性がある。
すなわち、図５（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、複数の比較器１２の中には、特性ばらつきや信号遅延差の影響により、一斉に反転する時に、他の比較器１２より遅れたタイミングで出力を反転する比較器１２が存在する。
そして、図５（Ｃ）のように遅れたタイミングで後から出力を反転する比較器１２は、図５（Ａ）のように先に出力を反転させた比較器１２の影響により歪んだ参照信号と、画素信号（列信号線３の信号）とを比較して、出力を反転することになる。
このように、一斉出力反転する複数の比較器１２の中には、他の比較器１２より遅れたタイミングで出力を反転する比較器１２が存在する。しかも、その遅れたタイミングで出力を反転する比較器１２の遅れ時間は、参照信号の変動量に応じて変動する。
【００５１】
一般的な認識では、図４に示すように、比較器１２は、画素信号と参照信号が同じレベルに達した後に出力を反転すると考えられている。
このような認識の下では、出力の一斉反転により参照信号の波形が歪んだとしても、いずれの比較器１２の出力も、反転タイミングが変動することはないと考えられる。
【００５２】
しかしながら、実際に製造した場合、複数の比較器１２の特性は、ばらつく。
そのため、一斉に出力を反転する複数の比較器１２のうちに、図５（Ｂ）のように早いタイミングで出力を反転する比較器１２と、図５（Ｃ）のように遅れたタイミングで出力を反転する比較器１２とが存在する。
そして、一斉反転の際に早いタイミングで出力を反転する比較器１２の出力反転動作により、図５（Ａ）に示すように、参照信号線１４にノイズが乗り、参照信号が歪む。
また、一斉反転の際に遅れたタイミングで出力を反転する比較器１２は、図５（Ｃ）に示すように、歪んだ波形の参照信号と画素信号とを比較して出力を反転する。
そのため、一斉反転の際に遅れたタイミングで出力を反転する比較器１２は、ノイズの影響を受けた状態で出力を反転することになる。
影響を受けた列（比較器１２）では、カウント値が変動することになる。
【００５３】
そして、この参照信号が変動することに起因する画像ノイズは、ある種の被写体を撮像する場合において、固定パターンノイズとして発生することになる。
【００５４】
まず、図７のように、行方向において均一な輝度（受光量）となる被写体（Ｄａｒｋ画像となる被写体など）を撮像する場合について説明する。
この場合、ノイズの影響を受ける列（後から出力を反転する比較器１２）では、リセット期間（Ｐ相）に発生するノイズ量と、読出期間（Ｄ相）に発生するノイズ量とは、図５に示すように略同じになる。これらのノイズは演算処理で除去できるので、固定パターンノイズは発生しない。
【００５５】
このようにＰ相のノイズ量とＤ相のノイズ量とが略同じである場合、一斉出力反転の際にタイミングが遅れる一部の比較器１２は、図５（Ｃ）に示すように、Ｐ相およびＤ相で同じように歪んだ参照信号と画素信号とを比較し、出力を反転する。
そのため、この一部の比較器１２のＤ相での出力反転タイミングは、Ｐ相での出力反転タイミングの変動量と同じ量で変動することになる。
そして、図５（Ｃ）に示すように、参照信号に歪みが無いときの本来の出力反転タイミングを基準として比べた場合、Ｄ相でのタイミングのずれ時間Ｔ２は、Ｐ相でのタイミングのずれ時間Ｔ１と略同じになる。
また、Ｄ相でのカウント値も、Ｐ相でのカウント値の変動値と同じ値で変動することになる。
したがって、その後の信号処理部１０での減算処理（ＣＤＳ（Correlated Double Sampling処理）、相関二重サンプリング処理）により、このノイズをキャンセルできる。
その結果、撮像画像には、参照信号線１４の電圧レベル変動の影響が現れない。
【００５６】
これに対して、たとえば図８に示すように行方向において白領域と黒領域とに二分された被写体を撮影する場合、参照信号線１４の電圧レベル変動の影響により、撮像画像には、固定パターンノイズが発生する可能性がある。
【００５７】
被写体が行方向において白領域と黒領域とに二分されている場合、黒領域の判断で一斉に反転する比較器１２の個数が略半減する。
そのため、図９（Ａ）に示すように、読出期間（Ｄ相）での参照信号の変動量は、リセット期間（Ｐ相）での参照信号の変動量より小さくなる。また、参照信号のノイズ量は、２つに分散する。なお、図９には、図５と同じ波形を図示している。
つまり、図９（Ｃ）に示すように、参照信号に歪みが無い場合の本来の出力反転タイミングを基準として、Ｄ相でのタイミングのずれ時間Ｔ４は、Ｐ相でのタイミングのずれ時間Ｔ３より小さくなる。
そして、Ｄ相のカウント値は、Ｐ相のカウント値の変動値とは異なる値で変動する。
このずれ時間の時間差（Ｔ４−Ｔ３）に相当する変動値の差分は、信号処理部１０でのＣＤＳ演算処理によりキャンセルできない。
【００５８】
その結果、図６の比較例のＣＭＯＳイメージセンサ１では、図８の被写体を撮像した場合、遅れたタイミングで出力を反転する比較器１２の演算値は、Ｔ４−Ｔ３に相当する変動量の差分を含んだ値となり、黒色を示す値とはならない。
遅れたタイミングで出力を反転する比較器１２の演算値は、他の比較器１２の演算値とは異なる値になってしまう。
また、遅れたタイミングで出力を反転する比較器１２は、常に、他の比較器１２より遅れたタイミングで出力を反転し、参照信号の変動の影響を受ける。
【００５９】
それゆえ、図６の比較例のＣＭＯＳイメージセンサ１では、図８の被写体を撮像した場合には、図９（Ａ）の一点鎖線で示すように参照信号が大きく変動し、図１０に示すように撮像画像にストリーキング（横筋、行方向の筋）が発生する。
なお、図１０の撮像画像は、画像の下半分の黒領域で横筋（ストリーキング）が生じている画像の例である。
また、図１０の撮像画像は、複数の比較器１２においてＣＤＳ処理で取り除ききれないノイズが発生した画像の例である。
図１０において横筋の発生箇所は、白線で表現されている。
【００６０】
このように図８の被写体を撮像した場合には図１０のような画像が得られる可能性があるが、図１のＣＭＯＳイメージセンサ１では、複数の比較器１２が正入力比較器１２と逆入力比較器１２とに分けられている。
複数の列信号線３は、複数の比較器１２に対して交互に接続されている。また、参照信号線１４は、複数の比較器１２に対して交互に接続されている。
このような接続パターンにすることで、図１のＣＭＯＳイメージセンサ１では、図９（Ａ）の実線で示すように、複数の比較器１２が一斉に出力を反転する場合での参照信号の電圧レベルの変動が抑えている。
【００６１】
この参照信号のノイズ量の削減効果は、以下の２つの理由によると考えられる。
第一に、複数の比較器１２の間で、参照信号線１４と列信号線３との接続関係を交互に入れ替えることにより、出力反転タイミングが微妙なタイミングでずれる。そのため、実質的に一斉に反転しようとする比較器１２の個数が減る。
第二に、隣接する２つの比較器１２の間で、参照信号線１４と列信号線３との接続関係を入れ替えることにより、これら２つの比較器１２によるノイズが互いに打ち消される。
たとえば仮に隣接する列の比較器１２に完全な対象性があって、隣接する２つの列（比較器１２）で反転のタイミングが完全に同時である場合について説明する。
この例の場合、一方の比較器１２の出力レベルがハイからローへ反転することにより生じる参照信号のノイズの大きさと位相とは、他方の比較器１２の出力レベルがローからハイへ反転することにより生じる参照信号のノイズの大きさと位相と逆になる。
そして、これらのノイズが同じ参照信号線１４に乗ることで、参照信号線１４上でノイズ同士が互いに打ち消しあう。
この２つの理由により、複数の比較器１２が一斉に出力反転する際、参照信号線１４へのノイズの影響が格段に減り、参照信号が歪み難くなると考えられる。
【００６２】
このように図１のＣＭＯＳイメージセンサ１では、複数の比較器１２が一斉に出力を反転しても、参照信号が歪み難くなる。
そのため、図８の被写体（Ｐ相とＤ相のノイズ量が極端に分散するような被写体）を撮像した場合でも、ずれ量Ｔ３の大きさおよびＴ４の大きさが小さくなる。
その結果、演算値への影響（Ｔ４−Ｔ３）も少なくなり、撮像画像においてストリーキングが目立たなくなる。
そして、撮像画像には、固定パターンノイズが発生しなくなる。
【００６３】
また、図１のように複数の比較器１２の出力の反転極性を隣接列の間で逆にする構成は、空間周波数が低い被写体の撮像画像において画質改善の効果が得られるだけでなく、より高い空間周波数の被写体の撮像画像においても最善の効果が得られる。
【００６４】
したがって、この実施形態では、以下の効果が得られる。
複数の比較器１２に対して参照信号線１４を交互に接続することで、参照信号の電圧レベル変動を抑え、撮像画像に対するその変動の影響を抑えることができる。
また、カウンタ１３の２つのカウント値を用いて、比較器１２の２回の反転動作での時間差に相当する値を演算する。
したがって、比較器１２の２回の反転動作において、参照信号の電圧レベルが同じように変動した場合、その影響を抑制した演算値を得ることができる。
その結果、撮像画像に対する、参照信号の電圧レベルの変動の影響を抑えることができる。
【００６５】
また、この実施形態では、フォトダイオード２１の出力を読み出す前のリセット期間（Ｐ相）と、読出期間（Ｄ相）とにおいて、カウンタと同期して参照電圧レベルを２回変化させ、しかも、その２回のカウント値から、最終的な値を演算している。
したがって、この実施形態では、その演算処理により、参照信号の電圧レベル変動の影響を取り除き、しかも、同時にＣＤＳ処理を実施できる。
このように実施形態では、撮像画像に対する、参照信号のレベル変動に起因する影響だけでなく、他の要因によるノイズ成分に起因する影響も抑えることができる。
【００６６】
また、この実施形態では、参照信号のレベル変動自体を好適に抑える。
ＣＤＳ処理だけでは、参照信号のレベル変動が２回のランプ制御において異なる場合にはその影響を有効に取り除くことかできないが、この実施形態では、そのような場合でも撮像画像の画質を向上できる。
【００６７】
また、この実施形態では、参照信号出力回路１１の２回のランプ制御が、ＣＤＳ処理のための２回のランプ制御と兼用できる。
したがって、ＣＤＳ処理を実施するＣＭＯＳイメージセンサ１では、通信タイミング制御部８など変更することなく、上述した２つの影響抑制効果を得ることができる。
なお、参照信号出力回路１１の２回のランプ制御は、読出期間（Ｄ相）と、リセット期間（Ｐ相）以外の期間とで実行してもよい。
【００６８】
＜２．第２の実施形態＞
［固体撮像装置の構成］
図１１に、本発明の他の実施形態に係る固体撮像装置を適用したＣＭＯＳイメージセンサ１の概略レイアウトを示す。ここにおいて、ＣＭＯＳイメージセンサ１の構成要素、たとえば複数の比較器１２、複数のカウンタ１３などの構成要素は、第１の実施形態と共通する。
【００６９】
しかし、レイアウトおよび各種の信号線の配線が相違する。
具体的には、複数の比較器１２および複数のカウンタ１３は、列方向の並びの順番で１つずつ交互に、画素領域２の上側および下側に分けて配置される。
画素領域２の上側の複数の比較器１２および複数のカウンタ１３は、それぞれ一列に並ぶ。
画素領域２の下側の複数の比較器１２および複数のカウンタ１３は、それぞれ一列に並ぶ。
また、列走査回路７は、画素領域２の上側の上側列走査回路７−１と、画素領域２の下側の下側列走査回路７−２との２つに分割されている。
【００７０】
そして、複数の列信号線３は、画素領域２の上側の複数の比較器１２と下側の複数の比較器１２とに交互に接続される。
また、複数の列信号線３は、複数の比較器１２の上側または下側の列毎に、各列での比較器１２の配列順で、複数の比較器１２の非反転入力端子３５および反転入力端子３６に交互に接続される。
したがって、複数の列信号線３は、非反転入力端子３５および反転入力端子３６に対して、比較器１２の列毎に、比較器１２の配列順で交互に接続される。
【００７１】
また、参照信号線１４は、配線の途中で二本に分岐され、画素領域２の上側の複数の比較器１２と下側の複数の比較器１２とに接続される。
参照信号線１４は、複数の列信号線３とは逆の順番で、複数の比較器１２の上側または下側の列毎に、各列での比較器１２の配列順で、複数の比較器１２の非反転入力端子３５および反転入力端子３６に交互に接続される。
したがって、参照信号線１４は、非反転入力端子３５および反転入力端子３６に対して、比較器１２の列毎に、複数の列信号線３とは逆の順番で交互に接続される。
【００７２】
［動作説明］
参照信号出力回路１１は、一行分の読出期間毎に、図４の２つのランプ波形の参照信号を出力する。
反転入力端子３６に列信号線３が接続された正入力比較器１２と、非反転入力端子３５に列信号線３が接続された逆入力比較器１２とは、参照信号の電圧レベルと列信号線３の電圧レベルとを比較して、出力を逆相で反転する。
【００７３】
画素領域２の上側の複数のカウンタ１３は、リセット期間（Ｐ相）および読出期間（Ｄ相）の２回の期間において、上側列走査回路７−１からタイミング信号が入力されてから、上側の複数の比較器１２の出力が反転するまでカウントする。
画素領域２の下側の複数のカウンタ１３は、リセット期間（Ｐ相）および読出期間（Ｄ相）の２回の期間において、下側列走査回路７−２からタイミング信号が入力されてから、下側の複数の比較器１２の出力が反転するまでカウントする。
信号処理部１０は、各カウンタ１３のＤ相のカウント値からＰ相でのカウント値を演算する。
【００７４】
製造したＣＭＯＳイメージセンサ１では、図１１のように複数の比較器１２を画素領域２の上側と下側とに分けてレイアウトした場合、各列内での複数の比較器１２の特性ばらつきが生じ、しかも、列間での比較器１２の特性ばらつきも生じる。
【００７５】
また、分岐された参照信号線１４は、画素領域２の上側において複数の列信号線３と重なるように交わり、画素領域２の下側において複数の列信号線３と重なるように交わる。
したがって、参照信号線１４は、画素領域２の上側の分岐配線部分と下側の分岐配線部分との二ヵ所において、ばらばらに複数の列信号線３とカップリングを生じる。
【００７６】
図１１では、複数の列信号線３を、上側または下側の各列毎に、複数の比較器１２の非反転入力端子３５および反転入力端子３６に対して交互に接続し、且つ参照信号線１４も各列毎に交互に接続する。
これにより、図１１では、上側の複数の比較器１２のグループ内で反転タイミングを好適にずらし、且つ下側の複数の比較器１２のグループ内で反転タイミングを好適にずらすことができる。
なお、この接続の場合、列信号線３を基準に見た場合、複数の比較器１２の出力反転の極性は２列おきに逆になる。
【００７７】
その結果、この実施の形態では、たとえば白黒画像を撮像して、複数の比較器１２の出力が一斉に反転するような場合でも、参照信号の電圧レベルの変動を抑えることができる。
そのため、撮像画像には、ＣＤＳ処理で取り除くことができないストリーキング（特定の撮像画像での横筋）が発生し難くなる。
また、この実施の形態では、参照信号の電圧レベルが変動したとしても、それをＣＤＳ処理で取り除くことができる。
【００７８】
＜３．第３の実施形態＞
［固体撮像装置の構成］
図１２に、本発明の他の実施形態に係る固体撮像装置を適用したＣＭＯＳイメージセンサ１の概略レイアウトを示す。ここにおいて、ＣＭＯＳイメージセンサ１の構成要素、たとえば複数の比較器１２、複数のカウンタ１３などの構成要素は、第１の実施形態と共通する。
【００７９】
しかし、図１２のＣＭＯＳイメージセンサ１は、複数のフォトダイオード２１に対してＲＧＢの色成分がベイヤー配列で割り当てられたカラー画像用である。そのため、各種の信号線の配線が相違する。
【００８０】
具体的には、図１２の左端の比較器１２には、非反転入力端子３５に参照信号線１４が接続され、反転入力端子３６に列信号線３が接続される。
その右隣の比較器１２には、非反転入力端子３５に参照信号線１４が接続され、反転入力端子３６に列信号線３が接続される。
さらに右隣の比較器１２には、非反転入力端子３５に列信号線３が接続され、反転入力端子３６に参照信号線１４が接続される。
さらに右隣の比較器１２には、非反転入力端子３５に列信号線３が接続され、反転入力端子３６に参照信号線１４が接続される。
【００８１】
このように複数の列信号線３は、非反転入力端子３５および反転入力端子３６に対して、複数の比較器１２をその配列順で隣接する２つずつの組にして、その組の配列順で交互に接続される。
また、参照信号線１４は、非反転入力端子３５および反転入力端子３６に対して、複数の列信号線３とは逆の順番で、組の配列順で交互に接続される。
【００８２】
［動作説明］
参照信号出力回路１１は、一行分の読出期間毎に、図４の２つのランプ波形の参照信号を出力する。
反転入力端子３６に列信号線３が接続された正入力比較器１２と、非反転入力端子３５に列信号線３が接続された逆入力比較器１２とは、参照信号の電圧レベルと列信号線３の電圧レベルとを比較して、出力を逆相で反転する。
カウンタ１３は、リセット期間（Ｐ相）および読出期間（Ｄ相）の２回の期間において、列走査回路７からタイミング信号が入力されてから、比較器１２の出力が反転するまでカウントする。
信号処理部１０は、各カウンタ１３のＤ相のカウント値からＰ相でのカウント値を演算する。
【００８３】
製造したＣＭＯＳイメージセンサ１では、複数の比較器１２が特性ばらつきを有する。
また、参照信号線１４は、複数の列信号線３と重なるように交わり、複数の列信号線３とカップリングを生じる。
【００８４】
そして、各行において隣接する２つのフォトダイオード２１が異なる色成分を受光する場合、この隣接する２つのフォトダイオード２１の受光光量は揃い難い。むしろ、各行において１つおきの２つのフォトダイオード２１の受光光量が揃い易い。
【００８５】
すなわち、受光する色の成分に応じて、画素（フォトダイオード２１）の感度が違う。隣接する画素（フォトダイオード２１）に同じ光が入射されても、これらに接続された２つの比較器１２の出力反転タイミングは揃い難い。
そのため、隣接する画素（フォトダイオード２１）で比較器１２への接続を変更しても、複数の比較器１２が一斉に出力を反転させることに起因する参照信号のノイズを効果的に打ち消すことができない。
【００８６】
したがって、図１２のように複数の列信号線３を、２つずつの比較器１２の組毎に、非反転入力端子３５と反転入力端子３６とに交互に接続し、且つ参照信号線１４も各組毎に交互に接続する。
これにより、同時に出力を反転する可能性がある複数の比較器１２の反転タイミングを好適にずらすことができる。
なお、この接続の場合、列信号線３を基準に見た場合、複数の比較器１２の出力反転の極性は２列おきに逆になる。
【００８７】
その結果、この実施の形態では、たとえばカラー画像を撮像して、複数の比較器１２の出力が一斉に反転するような場合でも、参照信号の電圧レベルの変動を抑えることができる。
そのため、撮像画像には、ＣＤＳ処理で取り除くことができないストリーキング（特定の撮像画像での横筋）が発生し難くなる。
また、この実施の形態では、参照信号の電圧レベルが変動したとしても、それをＣＤＳ処理で取り除くことができる。
【００８８】
＜４．第４の実施形態＞
［固体撮像装置の構成］
図１３に、本発明の他の実施形態に係る固体撮像装置を適用したＣＭＯＳイメージセンサ１の概略レイアウトを示す。ここにおいて、ＣＭＯＳイメージセンサ１の構成要素、たとえば複数の比較器１２、複数のカウンタ１３などの構成要素は、第１の実施形態と共通する。
【００８９】
しかし、このＣＭＯＳイメージセンサ１では、各種の信号線の配線が相違する。
具体的には、図１３の左端の比較器１２には、非反転入力端子３５に参照信号線１４が接続され、反転入力端子３６に列信号線３が接続される。
その右隣の比較器１２には、非反転入力端子３５に列信号線３が接続され、反転入力端子３６に参照信号線１４が接続される。
さらに右隣の比較器１２には、非反転入力端子３５に列信号線３が接続され、反転入力端子３６に参照信号線１４が接続される。
【００９０】
このように複数の列信号線３は、非反転入力端子３５および反転入力端子３６に対する接続パターンが、比較器１２の配列順で一定の繰り返しパターンを構成するように接続される。
また、参照信号線１４は、非反転入力端子３５および反転入力端子３６に対する接続パターンが、比較器１２の配列順で、複数の列信号線３とは逆の一定の繰り返しパターンを構成するように接続される。
【００９１】
［動作説明］
参照信号出力回路１１は、一行分の読出期間毎に、図４の２つのランプ波形の参照信号を出力する。
反転入力端子３６に列信号線３が接続された正入力比較器１２と、非反転入力端子３５に列信号線３が接続された逆入力比較器１２とは、参照信号の電圧レベルと列信号線３の電圧レベルとを比較して、出力を逆相で反転する。
カウンタ１３は、リセット期間（Ｐ相）および読出期間（Ｄ相）の２回の期間において、列走査回路７からタイミング信号が入力されてから、比較器１２の出力が反転するまでカウントする。
信号処理部１０は、各カウンタ１３のＤ相のカウント値からＰ相でのカウント値を演算する。
【００９２】
製造したＣＭＯＳイメージセンサ１では、複数の比較器１２の特性ばらつきが生じる。
また、参照信号線１４は、複数の列信号線３と重なるように交わり、複数の列信号線３とカップリングを生じる。
【００９３】
そして、隣接する比較器１２に完全な対象性がない場合、参照信号に対して与えるノイズ量も異なるので、図１のように複数の比較器１２に対して参照信号線１４を１つずつ交互に接続しても、参照信号のノイズ成分を効果的に打ち消せない場合がある。
【００９４】
このような場合には、この実施形態のように、参照信号線１４に対する非反転入力端子３５および反転入力端子３６の接続パターンを、そのノイズ割合に応じた一定の繰り返しパターンにすればよい。
これにより、同時に変化する複数の比較器１２の出力変化タイミングをずらすことができるだけでなく、対称性の無いノイズ成分をより効果的に打ち消すことができる。
【００９５】
図１３の場合、以下の場合に、参照信号のノイズ成分による変動量を効果的に打ち消すことができる。
すなわち、逆入力比較器１２の出力レベルがハイからローへ反転したことにより生じる参照信号のノイズ成分の絶対値に比べて、正入力比較器１２の出力レベルがローからハイへ反転したことにより生じる参照信号のノイズ成分の絶対値が２倍大きいときである。
【００９６】
その結果、この実施の形態では、たとえば白黒画像または単色画像を撮像して、複数の比較器１２の出力が一斉に反転するような場合でも、参照信号の電圧レベルの変動を抑えることができる。
特に、正入力比較器１２が参照信号に与えるノイズ量と、逆入力比較器１２が参照信号に与えるノイズ量との比が、繰り返しパターン中の結線比と逆の比率であるとき、複数の比較器１２の一斉出力反転時の参照信号のレベル変動を好適に抑えることができる。
そのため、撮像画像には、ＣＤＳ処理で取り除くことができないストリーキング（特定の撮像画像での横筋）が発生し難くなる。
また、この実施の形態では、参照信号の電圧レベルが変動したとしても、それをＣＤＳ処理で取り除くことができる。
【００９７】
＜５．第５の実施形態＞
［固体撮像装置の構成］
図１４に、本発明の他の実施形態に係る固体撮像装置を適用したＣＭＯＳイメージセンサ１の概略レイアウトを示す。ここにおいて、ＣＭＯＳイメージセンサ１の構成要素、たとえば複数の比較器１２、複数のカウンタ１３などの構成要素は、第１の実施形態と共通する。
ただし、複数の反転回路１６を有する点で異なる。
【００９８】
反転回路１６は、列信号線３が非反転入力端子３５に接続された逆入力比較器１２と、カウンタ１３との間に接続される。反転回路１６は、逆入力比較器１２の出力レベルを反転し、カウンタ１３へ出力する。
このように逆入力比較器１２の出力に反転回路１６を接続することで、比較器１２の出力信号の立ち上がり特性と立ち下がり特性とが完全な対象性を持っていなくとも、複数のカウンタ１３に対して同相で変化する信号を入力することができる。
複数のカウンタ１３に対して、比較器１２の出力信号の立ち上がり特性と立ち下がり特性との非対象性の影響を受けない信号を入力することができる。
【００９９】
［動作説明］
参照信号出力回路１１は、一行分の読出期間毎に、図４の２つのランプ波形の参照信号を出力する。
反転入力端子３６に列信号線３が接続された正入力比較器１２と、非反転入力端子３５に列信号線３が接続された逆入力比較器１２とは、参照信号の電圧レベルと列信号線３の電圧レベルとを比較して、出力を逆相で反転する。
反転回路１６は、逆入力比較器１２の出力レベルを反転し、カウンタ１３へ出力する。
カウンタ１３は、リセット期間（Ｐ相）および読出期間（Ｄ相）の２回の期間において、列走査回路７からタイミング信号が入力されてから、比較器１２の出力が反転するまでカウントする。
信号処理部１０は、各カウンタ１３のＤ相のカウント値からＰ相でのカウント値を演算する。
【０１００】
その結果、この実施の形態では、たとえば白黒画像または単色画像を撮像して、複数の比較器１２の出力が一斉に反転するような場合でも、参照信号の電圧レベルの変動を抑えることができる。
そのため、撮像画像には、ＣＤＳ処理で取り除くことができないストリーキング（特定の撮像画像での横筋）が発生し難くなる。
また、この実施の形態では、参照信号の電圧レベルが変動したとしても、それをＣＤＳ処理で取り除くことができる。
【０１０１】
＜６．第６の実施形態＞
［固体撮像装置の構成］
図１５に、本発明の他の実施形態に係る固体撮像装置を適用したＣＭＯＳイメージセンサ１の概略レイアウトを示す。ここにおいて、ＣＭＯＳイメージセンサ１の構成要素、たとえば複数の比較器１２、複数のカウンタ１３などの構成要素は、第１の実施形態と共通する。
ただし、複数の比較器１２と同数の、複数のスイッチ回路１７および複数の極性整合回路１８を有する点で異なる。
【０１０２】
スイッチ回路１７には、参照信号線１４、列信号線３、比較器１２の非反転入力端子３５、および反転入力端子３６接続される。
スイッチ回路１７は、設定に応じて、参照信号線１４および列信号線３の一方を非反転入力端子３５に接続し、他方を反転入力端子３６に接続する。
これにより、各比較器１２は、スイッチ回路１７の設定に応じて、正入力比較器１２または逆入力比較器１２として機能する。
【０１０３】
極性整合回路１８には、比較器１２の出力端子３７およびカウンタ１３が接続される。
極性整合回路１８は、設定に応じて、比較器１２の出力信号をそのままカウンタ１３へ出力したり、比較器１２の出力信号の極性を反転してカウンタ１３へ出力したりする。
極性整合回路１８は、たとえば入力信号の極性を反転する反転回路と、反転回路の出力信号および入力信号の一方を選択して出力するセレクタとで構成できる。
したがって、極性整合回路１８は、設定に応じて反転回路１６として機能できる。
【０１０４】
［動作説明］
そして、複数のスイッチ回路１７は、たとえば通信タイミング制御部８により設定され、極性整合回路１８は、スイッチ回路１７により設定されればよい。
通信タイミング制御部８は、たとえば白黒画像または単色画像を撮像する場合、正入力比較器１２と逆入力比較器１２とが交互に並ぶように、複数のスイッチ回路１７を設定する。
また、各スイッチ回路１７は、それに接続される比較器１２が逆入力比較器１２として機能する場合、極性整合回路１８に対して反転回路１６として機能させる設定を行う。
この他にもたとえば、通信タイミング制御部８は、ベイヤー配列のカラーフィルタを用いたカラー画像を撮像する場合、２つの比較器１２毎に、正入力比較器１２と逆入力比較器１２とが交互に並ぶように、複数のスイッチ回路１７を設定する。
また、各スイッチ回路１７は、それに接続される比較器１２が逆入力比較器１２として機能する場合、極性整合回路１８に対して反転回路１６として機能させる設定を行う。
これらの設定の下で、ＣＭＯＳイメージセンサ１は、画像を撮像する。
【０１０５】
その結果、この実施の形態では、たとえば撮像する画像の種類などに応じて複数の比較器１２の動作を切り替えて、複数の比較器１２の出力が一斉に反転するような場合でも、参照信号の電圧レベルの変動を抑えることができる。
そのため、撮像画像には、ＣＤＳ処理で取り除くことができないストリーキング（特定の撮像画像での横筋）が発生し難くなる。
また、この実施の形態では、参照信号の電圧レベルが変動したとしても、それをＣＤＳ処理で取り除くことができる。
そして、この実施の形態のＣＭＯＳイメージセンサ１は、様々な読み出しモード（間引きなど）において、回路構成を変更せずに対応できる。
【０１０６】
さらに、この実施の形態では、極性整合回路１８の後段にはカウンタ１３が接続され、Ｐ相のカウント値とＤ相のカウント値とはＣＤＳ処理がなされる。
したがって、スイッチ回路１７および極性整合回路１８を設けたことにより、複数のカウンタ１３に入力される信号の変化タイミングが列毎にばらついたとしても、そのばらつき時間をカウンタ１３の演算処理により相殺できる。
また、ＣＤＳ処理後の演算値は、スイッチ回路１７および極性整合回路１８の設定状態の影響を受けない。
【０１０７】
なお、ＣＭＯＳイメージセンサ１は、複数のスイッチ回路１７のみを有してもよい。
この場合、比較器１２における出力の極性を逆にしたとき、カウンタ１３の制御を行う信号の極性も逆になってしまう。そのため、カウンタ１３内で、その極性の変化に対応すればよい。
【０１０８】
＜７．第７の実施形態＞
［撮像装置の構成］
図１６に、本発明の実施形態に係る撮像装置を適用したカメラシステム１０１の概略構成を示す。
このカメラシステム１０１は、上述したいずれかの実施形態のＣＭＯＳイメージセンサ１を搭載したデジタルスチルカメラまたはデジタルビデオカメラである。
なお、カメラシステム１０１は、カメラモジュールなどとして、携帯電話機などのモバイル機器に組み込まれてもよい。
【０１０９】
図１６のカメラシステム１０１は、光学系を構成するレンズ群１０２、ＣＭＯＳイメージセンサ（固体撮像装置）１、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）回路１０３、表示装置１０４、操作系装置１０５、フレームメモリ１０６、記録装置１０７、および電源系装置１０８を有する。
ＤＳＰ回路１０３は、ＣＭＯＳイメージセンサ１のデータ出力信号線１５などと接続される。ＤＳＰ回路１０３は、信号処理部１０として機能する。
ＤＳＰ回路１０３、表示装置１０４、操作系装置１０５、フレームメモリ１０６、記録装置１０７、および電源系装置１０８は、バスライン１０９で接続される。
【０１１０】
レンズ群１０２は、被写体からの入射光（像光）をＣＭＯＳイメージセンサ１の画素領域２に集光する。これにより、画素領域２で、被写体が結像する。
表示装置１０４は、たとえば液晶表示パネル、有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネルを有する。表示装置１０４は、取り込んだ画像を表示する。
操作系装置１０５は、たとえばタッチパネル、操作ボタンを有する。操作系装置１０５は、ＣＭＯＳイメージセンサ１、ＤＳＰ回路１０３、表示装置１０４、記録装置１０７または電源系装置１０８へ制御指令を出力する。
電源系装置１０８は、たとえばバッテリなどを有する。電源系装置１０８は、ＣＭＯＳイメージセンサ１、ＤＳＰ回路１０３、表示装置１０４、操作系装置１０５および記録装置１０７へ電力を供給する。
記録装置１０７は、たとえば半導体メモリ、光記録媒体などを有する。記録装置１０７は、半導体メモリ、光記録媒体に撮像画像のデータを記録する。なお、半導体メモリ、光記録媒体などは、カメラシステム１０１から着脱可能でもよい。
【０１１１】
［動作説明］
たとえば、静止画または動画を撮像する場合、ＣＭＯＳイメージセンサ１は、１フレーム毎の撮像画像のカウント値を生成し、ＤＳＰ回路１０３へ出力する。
ＤＳＰ回路１０３は、たとえば複数のカウント値に対してＣＤＳ処理などを実行し、１フレームの撮像画像のデータを生成する。
フレームメモリ１０６は、撮像画像のデータを記憶する。
表示装置１０４は、フレームメモリ１０６からデータを読み込んで表示する。
また、操作系装置１０５の指令に基づいて、記録装置１０７は、フレームメモリ１０６から撮像画像のデータを取り込んで、撮影モードに応じたフォーマットで記憶する。
【０１１２】
この他にもたとえば、撮影した静止画または動画を表示する場合、表示装置１０４は、記録装置１０７からデータを読み込んで表示する。
【０１１３】
そして、この実施形態のカメラシステム１０１は、上述した各実施形態のＣＭＯＳイメージセンサ１を用いている。
そのため、複数の比較器１２の出力が一斉に反転するような場合でも、参照信号の電圧レベルの変動を抑えることができる。そして、Ｐ相とＤ相との間のゲイン誤差に起因する横筋ノイズ成分を除去できる。
その結果、撮像画像において、ＣＤＳ処理で取り除ききれないストリーキング（特定の撮像画像での横筋）が発生し難くなる。
また、この実施の形態では、参照信号の電圧レベルが変動したとしても、それをＣＤＳ処理で取り除くことができる。その結果、高品質な画像を撮影できる。
【０１１４】
以上のように、上述した各実施形態では、複数の比較器１２が一斉に反転した際の、参照信号のノイズの影響を軽減できる。
また、撮像画像に発生する、被写体にはないストリーキングなどを根本的に解決できる。
【符号の説明】
【０１１５】
１・・・ＣＭＯＳイメージセンサ（固体撮像装置）、２・・・画素領域、３・・・列信号線（読出信号線）、１０・・・信号処理部（演算部）、１１・・・参照信号出力回路、１２・・・比較器、１３・・・カウンタ、１４・・・参照信号線、１６・・・反転回路、１７・・・スイッチ回路、１８・・・極性整合回路、２０・・・単位画素回路（画素回路）２１・・・フォトダイオード（光電変換素子）、３５・・・非反転入力端子（第一入力端子）、３６・・・反転入力端子（第二入力端子）、１０１・・・カメラシステム（撮像装置）、１０２・・・レンズ群（光学系）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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