(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号を、傾きが互いに異なるランプ波の参照信号と比較し、比較結果を出力する複数の比較部と、
互いに異なる前記比較部について、前記比較結果が反転するまでをカウントし、カウント値をデジタルデータとして出力する複数のカウンタと、
前記アナログ信号と傾きが最も緩やかなランプ波以外のランプ波の参照信号との比較を行う前記比較部が前記比較を開始する前に、前記垂直信号線を介して供給される前記アナログ信号を保持し、前記比較部が前記比較を行う間、前記垂直信号線と前記比較部との間を電気的に切断するとともに、保持している前記アナログ信号を前記比較部に供給するサンプルホールド部と
を備える撮像素子。
【請求項２】
傾きが最も緩やかなランプ波の電圧範囲は、ｋＴ／Ｃノイズが全てのノイズで最も支配的である範囲で動作する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
複数の前記カウンタの中から各比較部の比較結果に基づいて選択された、前記アナログ信号を前記アナログ信号の信号レベルに応じた照度領域に対応する参照信号と比較する比較部についてのカウントを行うカウンタが、前記カウント値を出力する
請求項２に記載の撮像素子。
【請求項４】
複数の前記カウンタの内、カウント値が最も大きく、かつ、自身が対応する前記比較部の前記比較結果が反転しているカウンタが選択される
請求項３に記載の撮像素子。
【請求項５】
選択されたカウンタが対応する比較器が利用する参照信号の電圧範囲を示すフラグ情報が、前記カウント値とともに出力される
請求項４に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記サンプルホールド部は、
前記垂直信号線と前記比較部との間を電気的に接続したり切断したりするスイッチと、
前記スイッチにより前記垂直信号線と前記比較部との間を電気的に接続されている間に、前記垂直信号線を介して供給される前記アナログ信号を保持し、前記垂直信号線と前記比較部との間を電気的に切断されている間に、自身が保持している前記アナログ信号を前記比較部に供給するコンデンサと
を備える請求項１に記載の撮像素子。
【請求項７】
傾きが互いに異なるランプ波の参照信号を生成する複数の参照信号生成部をさらに備え、
複数の前記比較部は、前記アナログ信号を、互いに異なる前記参照信号生成部により生成された参照信号と比較する
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項８】
複数の前記参照信号生成部は、互いに同一のタイミングで前記参照信号の生成を開始する
請求項７に記載の撮像素子。
【請求項９】
傾きが最も緩やかなランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が前記参照信号を生成した後、前記ランプ波とその他の傾きのランプ波とが電圧的に交差しないタイミングにおいて、その他の傾きのランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が、前記参照信号の生成を開始する
請求項７に記載の撮像素子。
【請求項１０】
傾きが最も緩やかなランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が前記参照信号を生成する前のタイミングにおいて、その他の傾きのランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が、前記参照信号の生成を開始する
請求項７に記載の撮像素子。
【請求項１１】
傾きが最も緩やかなランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が前記参照信号を生成する間に、その他の傾きのランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が、互いに傾きが異なるランプ波の参照信号を順次生成する
請求項７に記載の撮像素子。
【請求項１２】
複数の前記比較部の一部または全部が、前記アナログ信号を、傾きが互いに同一のランプ波の参照信号と比較し、
前記アナログ信号を、傾きが互いに同一のランプ波の参照信号と比較する複数の比較部のそれぞれに対応するカウンタが出力するカウント値を加算平均する加算平均部をさらに備える
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項１３】
撮像素子の制御方法であって、
複数の比較部が、光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号を、傾きが互いに異なるランプ波の参照信号と比較し、比較結果を出力し、
複数のカウンタが、互いに異なる前記比較部について、前記比較結果が反転するまでをカウントし、カウント値をデジタルデータとして出力し、
サンプルホールド部が、前記アナログ信号と傾きが最も緩やかなランプ波以外のランプ波の参照信号との比較を行う前記比較部が前記比較を開始する前に、前記垂直信号線を介して供給される前記アナログ信号を保持し、前記比較部が前記比較を行う間、前記垂直信号線と前記比較部との間を電気的に切断するとともに、保持している前記アナログ信号を前記比較部に供給する
制御方法。
【請求項１４】
光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号を、傾きが互いに異なるランプ波の参照信号と比較し、比較結果を出力する複数の比較部と、
互いに異なる前記比較部について、前記比較結果が反転するまでをカウントし、カウント値をデジタルデータとして出力する複数のカウンタと、
前記アナログ信号と傾きが最も緩やかなランプ波以外のランプ波の参照信号との比較を行う前記比較部が前記比較を開始する前に、前記垂直信号線を介して供給される前記アナログ信号を保持し、前記比較部が前記比較を行う間、前記垂直信号線と前記比較部との間を電気的に切断するとともに、保持している前記アナログ信号を前記比較部に供給するサンプルホールド部と
を有する撮像素子と、
前記撮像素子より出力される撮像画像のデジタルデータを画像処理する画像処理部と、
前記画像処理部により画像処理された前記撮像画像のデジタルデータを記憶する記憶部と
を備える撮像装置。
【請求項１５】
傾きが互いに異なるランプ波の参照信号を、互いに異なるタイミングで生成する複数の参照信号生成部と、
光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号を、互いに異なる前記参照信号生成部が生成した前記参照信号と比較し、比較結果を出力する複数の比較部と、
互いに異なる前記比較部について、前記比較結果が反転するまでをカウントし、カウント値をデジタルデータとして出力する複数のカウンタと
を備える撮像素子。
【請求項１６】
傾きが最も緩やかなランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が前記参照信号を生成した後、前記ランプ波とその他の傾きのランプ波とが電圧的に交差しないタイミングにおいて、その他の傾きのランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が、前記参照信号の生成を開始する
請求項１５に記載の撮像素子。
【請求項１７】
傾きが最も緩やかなランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が前記参照信号を生成する前のタイミングにおいて、その他の傾きのランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が、前記参照信号の生成を開始する
請求項１５に記載の撮像素子。
【請求項１８】
選択されたカウンタが対応する比較器が利用する参照信号の電圧範囲を示すフラグ情報が、前記カウント値とともに出力される
請求項１５に記載の撮像素子。
【請求項１９】
撮像素子の制御方法であって、
複数の参照信号生成部が、傾きが互いに異なるランプ波の参照信号を、互いに異なるタイミングで生成し、
複数の比較部が、光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号を、互いに異なる前記参照信号生成部が生成した前記参照信号と比較し、比較結果を出力し、
複数のカウンタが、互いに異なる前記比較部について、前記比較結果が反転するまでをカウントし、カウント値をデジタルデータとして出力する
制御方法。
【請求項２０】
傾きが互いに異なるランプ波の参照信号を、互いに異なるタイミングで生成する複数の参照信号生成部と、
光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号を、互いに異なる前記参照信号生成部が生成した前記参照信号と比較し、比較結果を出力する複数の比較部と、
互いに異なる前記比較部について、前記比較結果が反転するまでをカウントし、カウント値をデジタルデータとして出力する複数のカウンタと
を有する撮像素子と、
前記撮像素子より出力される撮像画像のデジタルデータを画像処理する画像処理部と、
前記画像処理部により画像処理された前記撮像画像のデジタルデータを記憶する記憶部と
を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、撮像素子、制御方法、並びに、撮像装置に関し、特に、より高画質な画像を得ることができるようにした撮像素子、制御方法、並びに、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディスプレイ技術の進化に伴い、半導体撮像素子に高画質な撮像の要求が高まっている。撮像画素数が増えることにより空間解像度が向上し、高速撮像（高フレームレート）動作により時間解像度が向上する。さらに１画素当たりの出力ビット数を上げる（高階調）ことで色再現性や補正効果が高まる。【０００３】
CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサにおけるA/D（Analog / Digital）変換動作には、ランプ波形を参照電圧とした時間積分型のA/D変換器が広く利用されている。時間積分型のA/D変換器は線形性やノイズ特性が良い。さらに、画素列ごと複数個のA/D変換器を配列して同時にA/D変換を行うことで、A/D変換器１個あたりの動作周波数を落とすことができる、さらに、このような画素列毎のA/D変換器同士で参照電圧生成器の共有が可能である。したがって、面積・電力効率が良く、他のA/D変換方式と比較してCMOSイメージセンサとの相性が良い。【０００４】
しかしながら、時間積分型のA/D変換の場合、高階調化と変換速度がトレードオフの関係になる。したがって、出力データのビット階調を増やすためにはフレームレートを犠牲にする必要があった。【０００５】
そこで、１本の画素垂直信号線に対して、複数の比較器を接続し、複数の参照電圧と同時に比較をすることでフレームレート向上を図る方法が考えられた（例えば特許文献１参照）。【０００６】
また、不自然な階調を発生させずにデータ圧縮する、RAW画像の非線形圧縮において、撮像素子への入力（光の強さ）に対して複数の区間に区分けして出力の傾きを設定し、それぞれ複数の線形A/D変換器を同時並列動作させる方法も考えられた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−０３５６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の方法の場合、画素数を犠牲にする（出力画像の画素数を低減させる）必要があった。また、ランプ波の傾きが同じであるため高階調化出来なかった。さらに、参照電圧のオフセットばらつきによりノイズが発生し、出力画像の画質が低減する恐れがあった。【０００９】
また、上述した他の方法の場合、複数の比較器が接続されるので、キックバックによるノイズが発生し、出力画像の画質が低減する恐れがあった。【００１０】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より高画質な画像を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の一側面は、光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号を、傾きが互いに異なるランプ波の参照信号と比較し、比較結果を出力する複数の比較部と、互いに異なる前記比較部について、前記比較結果が反転するまでをカウントし、カウント値をデジタルデータとして出力する複数のカウンタと、前記アナログ信号と傾きが最も緩やかなランプ波以外のランプ波の参照信号との比較を行う前記比較部が前記比較を開始する前に、前記垂直信号線を介して供給される前記アナログ信号を保持し、前記比較部が前記比較を行う間、前記垂直信号線と前記比較部との間を電気的に切断するとともに、保持している前記アナログ信号を前記比較部に供給するサンプルホールド部とを備える撮像素子である。【００１２】
傾きが最も緩やかなランプ波の電圧範囲は、ｋＴ／Ｃノイズが全てのノイズで最も支配的である範囲で動作することができる。【００１３】
複数の前記カウンタの中から各比較部の比較結果に基づいて選択された、前記アナログ信号を前記アナログ信号の信号レベルに応じた照度領域に対応する参照信号と比較する比較部についてのカウントを行うカウンタが、前記カウント値を出力することができる。【００１４】
複数の前記カウンタの内、カウント値が最も大きく、かつ、自身が対応する前記比較部の前記比較結果が反転しているカウンタが選択されるようにすることができる。【００１５】
選択されたカウンタが対応する比較器が利用する参照信号の電圧範囲を示すフラグ情報が、前記カウント値とともに出力されるようにすることができる。【００１６】
前記サンプルホールド部は、前記垂直信号線と前記比較部との間を電気的に接続したり切断したりするスイッチと、前記スイッチにより前記垂直信号線と前記比較部との間を電気的に接続されている間に、前記垂直信号線を介して供給される前記アナログ信号を保持し、前記垂直信号線と前記比較部との間を電気的に切断されている間に、自身が保持している前記アナログ信号を前記比較部に供給するコンデンサとを備えることができる。【００１７】
傾きが互いに異なるランプ波の参照信号を生成する複数の参照信号生成部をさらに備え、複数の前記比較部は、前記アナログ信号を、互いに異なる前記参照信号生成部により生成された参照信号と比較することができる。【００１８】
複数の前記参照信号生成部は、互いに同一のタイミングで前記参照信号の生成を開始することができる。【００１９】
傾きが最も緩やかなランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が前記参照信号を生成した後、前記ランプ波とその他の傾きのランプ波とが電圧的に交差しないタイミングにおいて、その他の傾きのランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が、前記参照信号の生成を開始することができる。【００２０】
傾きが最も緩やかなランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が前記参照信号を生成する前のタイミングにおいて、その他の傾きのランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が、前記参照信号の生成を開始することができる。【００２１】
傾きが最も緩やかなランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が前記参照信号を生成する間に、その他の傾きのランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が、互いに傾きが異なるランプ波の参照信号を順次生成することができる。【００２２】
複数の前記比較部の一部または全部が、前記アナログ信号を、傾きが互いに同一のランプ波の参照信号と比較し、前記アナログ信号を、傾きが互いに同一のランプ波の参照信号と比較する複数の比較部のそれぞれに対応するカウンタが出力するカウント値を加算平均する加算平均部をさらに備えることができる。【００２３】
本開示の一側面は、また、撮像素子の制御方法であって、複数の比較部が、光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号を、傾きが互いに異なるランプ波の参照信号と比較し、比較結果を出力し、複数のカウンタが、互いに異なる前記比較部について、前記比較結果が反転するまでをカウントし、カウント値をデジタルデータとして出力し、サンプルホールド部が、前記アナログ信号と傾きが最も緩やかなランプ波以外のランプ波の参照信号との比較を行う前記比較部が前記比較を開始する前に、前記垂直信号線を介して供給される前記アナログ信号を保持し、前記比較部が前記比較を行う間、前記垂直信号線と前記比較部との間を電気的に切断するとともに、保持している前記アナログ信号を前記比較部に供給する制御方法である。【００２４】
本開示の一側面は、さらに、光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号を、傾きが互いに異なるランプ波の参照信号と比較し、比較結果を出力する複数の比較部と、互いに異なる前記比較部について、前記比較結果が反転するまでをカウントし、カウント値をデジタルデータとして出力する複数のカウンタと、前記アナログ信号と傾きが最も緩やかなランプ波以外のランプ波の参照信号との比較を行う前記比較部が前記比較を開始する前に、前記垂直信号線を介して供給される前記アナログ信号を保持し、前記比較部が前記比較を行う間、前記垂直信号線と前記比較部との間を電気的に切断するとともに、保持している前記アナログ信号を前記比較部に供給するサンプルホールド部とを有する撮像素子と、前記撮像素子より出力される撮像画像のデジタルデータを画像処理する画像処理部と、前記画像処理部により画像処理された前記撮像画像のデジタルデータを記憶する記憶部とを備える撮像装置である。【００２５】
本開示の他の側面は、傾きが互いに異なるランプ波の参照信号を、互いに異なるタイミングで生成する複数の参照信号生成部と、光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号を、互いに異なる前記参照信号生成部が生成した前記参照信号と比較し、比較結果を出力する複数の比較部と、互いに異なる前記比較部について、前記比較結果が反転するまでをカウントし、カウント値をデジタルデータとして出力する複数のカウンタとを備える撮像素子である。【００２６】
傾きが最も緩やかなランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が前記参照信号を生成した後、前記ランプ波とその他の傾きのランプ波とが電圧的に交差しないタイミングにおいて、その他の傾きのランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が、前記参照信号の生成を開始するようにすることができる。【００２７】
傾きが最も緩やかなランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が前記参照信号を生成する前のタイミングにおいて、その他の傾きのランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が、前記参照信号の生成を開始するようにすることができる。【００２８】
選択されたカウンタが対応する比較器が利用する参照信号の電圧範囲を示すフラグ情報が、前記カウント値とともに出力されるようにすることができる。【００２９】
本開示の他の側面は、また、撮像素子の制御方法であって、複数の参照信号生成部が、傾きが互いに異なるランプ波の参照信号を、互いに異なるタイミングで生成し、複数の比較部が、光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号を、互いに異なる前記参照信号生成部が生成した前記参照信号と比較し、比較結果を出力し、複数のカウンタが、互いに異なる前記比較部について、前記比較結果が反転するまでをカウントし、カウント値をデジタルデータとして出力する制御方法である。【００３０】
本開示の他の側面は、さらに、傾きが互いに異なるランプ波の参照信号を、互いに異なるタイミングで生成する複数の参照信号生成部と、光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号を、互いに異なる前記参照信号生成部が生成した前記参照信号と比較し、比較結果を出力する複数の比較部と、互いに異なる前記比較部について、前記比較結果が反転するまでをカウントし、カウント値をデジタルデータとして出力する複数のカウンタとを有する撮像素子と、前記撮像素子より出力される撮像画像のデジタルデータを画像処理する画像処理部と、前記画像処理部により画像処理された前記撮像画像のデジタルデータを記憶する記憶部とを備える撮像装置である。【００３１】
本開示の一側面においては、光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号が、傾きが互いに異なるランプ波の参照信号と比較され、比較結果が出力され、互いに異なる比較部について、比較結果が反転するまでがカウントされ、カウント値がデジタルデータとして出力され、アナログ信号と傾きが最も緩やかなランプ波以外のランプ波の参照信号との比較を行う比較部が比較を開始する前に、垂直信号線を介して供給されるアナログ信号が保持され、比較部が比較を行う間、垂直信号線と比較部との間が電気的に切断されるとともに、保持しているアナログ信号が比較部に供給される。【００３２】
本開示の他の側面においては、傾きが互いに異なるランプ波の参照信号が、互いに異なるタイミングで生成され、光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号が、互いに異なる参照信号生成部が生成した参照信号と比較され、比較結果が出力され、互いに異なる比較部について、比較結果が反転するまでがカウントされ、カウント値がデジタルデータとして出力される。
【発明の効果】
【００３３】
本開示によれば、被写体を撮像することができる。特に、より高画質な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来の高階調撮像画像の画素値のA/D変換の様子の例を示す図である。
【図２】従来の高階調撮像画像の画素値のA/D変換の様子の、他の例を示す図である。
【図３】CMOSイメージセンサの主な構成例を示すブロック図である。
【図４】単位画素構成の例を示す図である。
【図５】カラムA/Dの主な構成例を示す回路図である。
【図６】画素信号のA/D変換の様子の例を示す図である。
【図７】画素信号のA/D変換の様子の、他の例を示す図である。
【図８】領域分割の様子の例を示す図である。
【図９】画像信号出力制御処理の流れの例を説明するフローチャートである。
【図１０】信号読み出し処理の流れの例を説明するフローチャートである。
【図１１】画素信号のA/D変換の様子の、さらに他の例を示す図である。
【図１２】信号読み出し処理の流れの、他の例を説明するフローチャートである。
【図１３】画素信号のA/D変換の様子の、さらに他の例を示す図である。
【図１４】信号読み出し処理の流れの、さらに他の例を説明するフローチャートである。
【図１５】３領域の場合の、画素信号のA/D変換の様子の例を示す図である。
【図１６】３領域の場合の、画素信号のA/D変換の様子の、他の例を示す図である。
【図１７】３領域分割の様子の例を示す図である。
【図１８】信号読み出し処理の流れの例を説明するフローチャートである。
【図１９】高階調信号読み出し処理の流れの例を説明するフローチャートである。
【図２０】中低階調信号読み出し処理の流れの例を説明するフローチャートである。
【図２１】カラムA/Dの、他の構成例を示す回路図である。
【図２２】本技術を適用した撮像装置の主な構成例を示すブロック図である。
【図２３】コンピュータの主な構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本技術を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（イメージセンサ）
２．第２の実施の形態（撮像装置）
３．第３の実施の形態（コンピュータ）
【００３６】
＜１．第１の実施の形態＞
［積分型A/D変換］
最初に、ランプ波形を参照電圧として利用する積分型A/D（Analog / Digital）変換について説明する。ランプ波形を参照電圧とした時間積分型のA/D変換器は、線形性やノイズ特性が良く、他のA/D変換方式と比較してCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサとの相性が良いので、CMOSイメージセンサにおいて広く利用されている。
【００３７】
CMOSイメージセンサにおいては、例えば、画素列毎にA/D変換器（カラムADC（Analog Digital Converter）とも称する）が設けられ、垂直信号線出力（画素値等）がA/D変換される。このようにA/D変換器（カラムADC）を画素列毎に配置することにより、複数個のA/D変換器を同時に動作させる（各列のA/D変換を並行して行う）ことができるので、A/D変換器１個あたりの動作周波数を低減させることができる。
【００３８】
時間積分型のA/D変換器の場合、このように複数配置されたA/D変換器同士で参照電圧生成器を共有することが出来るため、面積・電力効率が良い。したがって、画素列毎のA/D変換器（カラムADC）として好適である。
【００３９】
しかしながら、時間積分型のA/D変換器の場合、高階調化と変換速度がトレードオフの関係にある。そのため、出力データのビット階調を増やすためにはフレームレートを犠牲にする（フレームレートを低減させる）必要があった。
【００４０】
図１は、センサ出力を１ビット増やした場合の１度のA/D変換時間を示している。あるビット階調出力が、参照電圧生成回路のゲイン0dBの傾きをもったランプ波参照電圧と時間Ｔをかけて比較動作を行うとする。出力ビット数を１ビット増やすためには参照電圧のゲインを6dBとして動作させ、参照電圧のランプ波傾きを２分の１にするため、ダイナミックレンジを損なわずにフルスケールのA/D変換をしようとすると２倍の変換時間２Ｔがかかる。フレームレートを犠牲にせずに出力ビット数を増やす手法としては、カウント周波数を上げる手法も有効だが動作の信頼性を考慮すると使用できる周波数には限界がある。A/D変換器を倍増して並列に処理させる手法も考えられるが、消費電力や回路面積が倍増してしまう。
【００４１】
そこで、撮像素子への入力（光の強さ）に対して複数の区間に区分けして出力の傾きを設定し、それぞれ複数の線形A/D変換器を同時並列動作させる方法が考えられた。しかしながら、この方法の場合、複数のA/D変換器が接続されるため、あるA/D変換器におけるキックバックの発生による入力信号の揺らぎが、他の動作中のA/D変換器に伝搬し、A/D変換が不正確なものとなり、結果として画像にノイズが生じてしまい、画質が低減する恐れがあった。
【００４２】
図２は、キックバックによるノイズの発生の様子の例を説明する図である。傾きの異なる複数のランプ波で同時に比較動作を開始した場合、比較する画素信号レベルは同じであるため、必ず傾きの急なランプ波の方の比較器が先に出力を反転する。図２に示されるように、この比較器の出力反転がフィードバック経路を介して伝わり、画素垂直信号線の画素信号が揺らいでしまう恐れがあった。
【００４３】
複数の比較器の入力として垂直信号線を共有しているため、この揺らいだ画素信号が、もう一方の傾きの緩やかなランプ波との比較動作に影響を及ぼし、理想的なカウント値よりも先に比較器を反転させてしまう恐れがあった。すなわち、最も精度の必要な信号であるのに、大きなノイズの乗った信号として出力されてしまう恐れがあった。つまり、この場合、より高精度が求められる低照度の画素信号に大きなノイズが乗っているので、画像に視覚的な影響が大きい（より目立つ可能性の高い）ノイズが乗ることになり、画質が大幅に低減する恐れがあった。
【００４４】
［イメージセンサ］
そこで、本開示では、このようなキックバックによるノイズの発生を抑制する技術について説明する。
【００４５】
図３は、本技術を適用したイメージセンサの一部の構成例を示すブロック図である。図３に示されるCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ１００は、被写体を撮像し、撮像画像のデジタルデータを得る撮像素子である。
【００４６】
CMOSイメージセンサ１００は、互いに階調の異なる参照信号を用いてA/D変換を行う複数のA/D変換部を１垂直信号線に対して設けることにより、フレームレートを犠牲にせずに部分的に高階調なA/D変換動作を実現する。
【００４７】
CMOSイメージセンサ１００は、そのA/D変換中において、最も高階調でない参照信号を用いるA/D変換部の垂直信号線入力を、他の回路と電気的に切断することにより、キックバックの影響の、他のA/D変換部への伝搬を抑制する。このようにすることにより、CMOSイメージセンサ１００は、キックバックによるノイズの発生を抑制することができる。
【００４８】
以下に、より具体的に説明する。
【００４９】
図３に示されるように、CMOSイメージセンサ１００は、半導体基板（以下、「チップ」と記述する場合もある）１０１上に形成された画素アレイ部１０２と、当該画素アレイ部１０２と同じチップ１０１上に集積された周辺回路部とを有する構成となっている。本例では、周辺回路部として、例えば、行走査部１０３、カラム処理部１０４、列走査部１０５、およびシステム制御部１０６が設けられている。
【００５０】
画素アレイ部１０２には、入射光量に応じた電荷量の光電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子を有する単位画素（以下、単に「画素」と記述する場合もある）１２０が行列状に２次元配置されている。図３において画素アレイ部１０２中の正方形がそれぞれ画素１２０を示している。なお、図３においては、行列状に配列された画素１２０の内、右上端の画素１２０にのみ符号をふっているが、特に区別して説明する必要が無い場合、行列状に配列されたどの画素も「画素１２０」と称する。
【００５１】
画素アレイ部１０２にはさらに、行列状の画素配列に対して画素行ごとに画素駆動線１０７が水平方向／行方向（画素行の画素の配列方向）に沿って配線され、画素列ごとに垂直信号線１０８が垂直方向／列方向（画素列の画素の配列方向）に沿って配線されている。画素駆動線１０７は、画素から信号を読み出すための駆動を行う駆動信号を伝送する。図３では、画素駆動線１０７について１本の配線として図示しているが、１本に限られるものではない。画素駆動線１０７の一端は、行走査部１０３の各行に対応した出力端に接続されている。
【００５２】
行走査部１０３は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素アレイ部１０２の各画素１２０を、全画素同時あるいは行単位等で駆動する画素駆動部である。この行走査部１０３はその具体的な構成については図示を省略するが、一般的に、読出し走査系と掃出し走査系の２つの走査系を有する構成となっている。
【００５３】
読出し走査系は、単位画素から信号を読み出すために、画素アレイ部１０２の単位画素を行単位で順に選択走査する。単位画素から読み出される信号はアナログ信号である。掃出し走査系は、読出し走査系によって読出し走査が行われる読出し行に対して、その読出し走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して掃出し走査を行う。
【００５４】
この掃出し走査系による掃出し走査により、読出し行の単位画素の光電変換素子から不要な電荷が掃出されることで、当該光電変換素子がリセットされる。そして、この掃出し走査系による不要電荷の掃出し（リセット）により、いわゆる電子シャッタ動作が行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換素子の光電荷を捨てて、新たに露光を開始する（光電荷の蓄積を開始する）動作のことを言う。
【００５５】
読出し走査系による読出し動作によって読み出される信号は、その直前の読出し動作または電子シャッタ動作以降に入射した光量に対応するものである。そして、直前の読出し動作による読出しタイミングまたは電子シャッタ動作による掃出しタイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、単位画素における光電荷の蓄積期間（露光期間）となる。
【００５６】
行走査部１０３によって選択走査された画素行の各画素１２０から出力される信号は、垂直信号線１０８の各々を通してカラム処理部１０４に供給される。カラム処理部１０４は、画素アレイ部１０２の画素列ごとに、行走査部１０３による選択行の各画素１２０から垂直信号線１０８を通して出力される信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
【００５７】
具体的には、カラム処理部１０４は、単位画素１２０の信号を受けて当該信号に対して、例えばCDS(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング）によるノイズ除去や、信号増幅や、A/D変換等の信号処理を行う。
【００５８】
CDSによるノイズ除去処理は、例えば、単位画素（実際には、後述するフローティングディフュージョン部）をリセットしたときに読み出されるリセットレベルと、光電変換素子で光電変換した信号電荷に応じて読み出される信号レベルとの差分をとることによって行われる。このノイズ除去処理により、リセットノイズや増幅トランジスタの閾値ばらつき等の画素固有の固定パターンノイズが除去される。なお、ここで例示した信号処理は一例に過ぎず、信号処理としてはこれらに限られるものではない。
【００５９】
カラム処理部１０４には、画素列毎のカラムADCが設けられている。上述した画素列毎のA/D変換は、これらのカラムADCにより行われる。カラムADCの詳細については後述するが、カラム処理部１０４は、複数の参照信号生成回路を有する。各参照信号生成回路は参照信号としてランプ波を生成する。ただし、各参照信号生成回路が生成するランプ波の傾きは、互いに異なる。
【００６０】
カラムADCは、上述したように、１垂直信号線に対して複数のA/D変換部を有する。この複数のA/D変換部は、互いに異なる参照信号生成回路が生成した参照信号を利用する。つまり、各A/D変換部は、傾きが互いに異なるランプ波を利用する。ランプ波の傾きが緩やかである程、A/D変換部は、より高階調なA/D変換を行うことができる（出力ビット数を増大させることができる）。つまり、カラムADCは、複数種類の階調でA/D変換を行うことができる。
【００６１】
上述したようにランプ波の傾きが緩やかになるとA/D変換の処理時間が増大する恐れがある。そこで、カラムADCは、垂直信号線出力が取りうる値の範囲を複数の領域（照度領域）に分割し、一部の照度領域についてのみ、傾きが緩やかなランプ波を利用して高階調なA/D変換を行う。一般的に、より精度の細かい画像データが要求されるのは、画素出力信号の小さい低照度領域である。
【００６２】
したがって、カラムADCは、予め設定された最も低照度な領域についてのみ、傾きが最も緩やかなランプ波を利用して最も高階調なA/D変換を行い、全体に対しては、傾きが急なランプ波を利用して最も高階調でないA/D変換を行う。
【００６３】
このようにすることにより、カラム処理部１０４のカラムADCは、フレームレートを犠牲にせずに部分的に高階調なA/D変換動作を実現することができる。
【００６４】
図３の例の場合、参照信号生成回路として、参照信号生成回路１３１および参照信号生成回路１３２が設けられている。参照信号生成回路１３１が、高階調なA/D変換に用いられる参照信号を生成し、参照信号生成回路１３２が、低階調なA/D変換に用いられる参照信号を生成する。つまり、参照信号生成回路１３１は、参照信号生成回路１３２よりも傾きが緩やかなランプ波を参照信号として生成する。参照信号生成回路１３１および参照信号生成回路１３２が生成した各参照信号（ランプ波）は、各カラムADCの、それぞれに対応するA/D変換部に供給される。
【００６５】
図３の例の場合、各垂直信号線に対して２つずつA/D変換部が設けられている。その内の一方のA/D変換部が、参照信号生成回路１３１が生成した傾きが緩やかなランプ波を利用して高階調なA/D変換を行い、他方のA/D変換部が、参照信号生成回路１３２が生成した傾きが急なランプ波を利用して低階調なA/D変換を行う。
【００６６】
列走査部１０５は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、カラム処理部１０４の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。この列走査部１０５による選択走査により、カラム処理部１０４で信号処理された画素信号が順番に水平バス１０９に出力され、当該水平バス１０９を介して出力端子（Vout）１１０に供給され、その出力端子１１０から半導体基板１０１（CMOSイメージセンサ１００）の外部へ伝送される。
【００６７】
システム制御部１０６は、半導体基板１０１の外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、CMOSイメージセンサ１００の内部情報などのデータを出力する。システム制御部１０６はさらに、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に、直接的または間接的に、行走査部１０３、カラム処理部１０４、および列走査部１０５などの周辺回路部の駆動制御を行う。
【００６８】
例えば、システム制御部１０６は、カラム処理部１０４の参照信号生成回路１３１および参照信号生成回路１３２による参照信号の生成を制御する。また、例えば、システム制御部１０６は、列走査部１０５を制御することにより、カラム処理部１０４内の各カラムADCの動作を制御する。
【００６９】
［画素構成］
図４は、画素１２０の回路構成の一例を示す回路図である。図４に示されるように、画素１２０は、光電変換部である例えばフォトダイオード１２１に加えて、例えば転送トランジスタ１２２、リセットトランジスタ１２３、増幅トランジスタ１２４、および選択トランジスタ１２５の４つのトランジスタを有する。
【００７０】
ここでは、この４つのトランジスタ（転送トランジスタ１２２乃至選択トランジスタ１２５）として、例えばＮチャネルのMOS（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタを用いている。ただし、ここで例示した転送トランジスタ１２２、リセットトランジスタ１２３、増幅トランジスタ１２４、および選択トランジスタ１２５の導電型の組み合わせは一例に過ぎず、これらの組み合わせに限られるものではない。
【００７１】
この画素１２０に対して、画素駆動線１０７として、例えば、転送線１０７−１、リセット線１０７−２および選択線１０７−３の３本の駆動配線が同一画素行の各画素について共通に設けられている。これら転送線１０７−１、リセット線１０７−２、および選択線１０７−３は、各一端が行走査部１０３の各画素行に対応した出力端に画素行単位で接続されており、画素１２０を駆動する駆動信号である転送パルスφTRF、リセットパルスφRST、および選択パルスφSELを伝送する。
【００７２】
フォトダイオード１２１は、アノード電極が負側電源(例えば、グランド)に接続されており、受光した光をその光量に応じた電荷量の光電荷（ここでは、光電子）に光電変換してその光電荷を蓄積する。フォトダイオード１２１のカソード電極は、転送トランジスタ１２２を介して増幅トランジスタ１２４のゲート電極と電気的に接続されている。増幅トランジスタ１２４のゲート電極と電気的に繋がったノード１２６をFD（フローティングディフュージョン）部と呼ぶ。
【００７３】
転送トランジスタ１２２は、フォトダイオード１２１のカソード電極とFD部１２６との間に接続されている。転送トランジスタ１２２のゲート電極には、高レベル（例えば、Vddレベル）がアクティブ（以下、「Highアクティブ」と記述する）の転送パルスφTRFが転送線１０７−１を介して与えられる。これにより、転送トランジスタ１２２はオン状態となり、フォトダイオード１２１で光電変換された光電荷をFD部１２６に転送する。
【００７４】
リセットトランジスタ１２３は、ドレイン電極が画素電源Vddに、ソース電極がFD部１２６にそれぞれ接続されている。リセットトランジスタ１２３のゲート電極には、HighアクティブのリセットパルスφRSTがリセット線１０７−２を介して与えられる。これにより、リセットトランジスタ１２３はオン状態となり、FD部１２６の電荷を画素電源Vddに捨てることによって当該FD部１２６をリセットする。
【００７５】
増幅トランジスタ１２４は、ゲート電極がFD部１２６に、ドレイン電極が画素電源Vddにそれぞれ接続されている。そして、増幅トランジスタ１２４は、リセットトランジスタ１２３によってリセットした後のFD部１２６の電位をリセット信号（リセットレベル）として出力する。増幅トランジスタ１２４はさらに、転送トランジスタ１２２によって信号電荷を転送した後のFD部１２６の電位を光蓄積信号（信号レベル）として出力する。
【００７６】
選択トランジスタ１２５は、例えば、ドレイン電極が増幅トランジスタ１２４のソース電極に、ソース電極が垂直信号線１０８にそれぞれ接続されている。選択トランジスタ１２５のゲート電極には、Highアクティブの選択パルスφSELが選択線１０７−３を介して与えられる。これにより、選択トランジスタ１２５はオン状態となり、画素１２０を選択状態として増幅トランジスタ１２４から出力される信号を垂直信号線１０８に中継する。
【００７７】
なお、選択トランジスタ１２５については、画素電源Vddと増幅トランジスタ１２４のドレインとの間に接続した回路構成を採ることも可能である。
【００７８】
また、画素１２０としては、上記構成の４つのトランジスタからなる画素構成のものに限られるものではない。例えば、増幅トランジスタ１２４と選択トランジスタ１２５とを兼用した３つのトランジスタからなる画素構成のものなどであっても良く、その画素回路の構成は問わない。
【００７９】
［カラムADC］
図５は、カラム処理部１０４のカラムADCの主な構成例を示すブロック図である。図５に示されるカラムADC１４０は、１垂直信号線分の構成例である。図５に示される構成のカラムADC１４０は、各垂直信号線に対して設けられる。
【００８０】
上述したようにカラムADC１４０は、互いに異なる階調のA/D変換を行う複数のA/D変換部を有する。図５の例の場合、カラムADC１４０は、高階調なA/D変換を行うA/D変換部と、低階調なA/D変換を行うA/D変換部との２つのA/D変換部を有する。図５の例において、点線枠で囲まれるカラムADC１４０内の左の構成が、高階調なA/D変換を行うA/D変換部（高階調A/D変換部とも称する）であり、カラムADC１４０内の右の構成が、低階調なA/D変換を行うA/D変換部（低階調A/D変換部とも称する）である。
【００８１】
つまり、高階調A/D変換部は、コンデンサ１５１および１５２、比較器１５３、スイッチ（ΦAZ）１５４、およびU/Dカウンタ１５５を有する。低階調A/D変換部は、コンデンサ１６１および１６２、比較器１６３、スイッチ（ΦAZ）１６４、およびU/Dカウンタ１６５を有する。なお、HSCAN１０５−１およびHSCAN１０５−２は、それぞれのA/D変換部に対する列走査部１０５の機能（列走査部１０５から供給される制御信号）を模式化したものであり、実際には、カラム処理部１０４内には存在しない。
【００８２】
垂直信号線１０８を介して画素アレイ部１０２から供給される信号（垂直信号線出力）は、コンデンサ１５１を介して比較器１５３の一方の入力に供給される（VSLFi）。また、比較器１５３の他方の入力には、参照信号生成回路１３１から供給される参照信号、すなわち、傾きが緩やかなランプ波が、コンデンサ１５２を介して供給される（DACFi）。
【００８３】
比較器１５３は、両入力を比較し、その比較結果（どちらが大きいか）を示す信号を出力する（VCOF）。スイッチ１５４は、適宜、比較器１５３の入力と出力とを接続することによりアナログCDSを行い、比較器１５３のオフセットを除去する。
【００８４】
U/Dカウンタ１５５は、HSCAN１０５−１の制御に従い、比較器１５３による比較の開始とともに、所定のペースでのカウント（カウント値のインクリメント）を開始する。比較器１５３の出力が反転する（ランプ波の信号レベルが垂直信号線出力より小さくなる）か、若しくは、カウント値が飽和する（ランプ波の信号レベルが最小値に達する）と、U/Dカウンタ１５５は、カウントを終了し、それまでのカウント値を保持し、HSCAN１０５−１の制御に従い、適宜、水平バス１０９に出力する。
【００８５】
このようにして高階調A/D変換部は、低照度領域の高階調なA/D変換を行う。
【００８６】
また、垂直信号線出力は、コンデンサ１６１を介して比較器１６３の一方の入力に供給される（VSLCi）。また、比較器１６３の他方の入力には、参照信号生成回路１３２から供給される参照信号、すなわち、傾きが急なランプ波が、コンデンサ１６２を介して供給される（DACCi）。
【００８７】
比較器１６３は、両入力を比較し、その比較結果（どちらが大きいか）を示す信号を出力する（VCOC）。スイッチ１６４は、適宜、比較器１６３の入力と出力とを接続することによりアナログCDSを行い、比較器１６３のオフセットを除去する。
【００８８】
U/Dカウンタ１６５は、HSCAN１０５−２の制御に従い、比較器１６３による比較の開始とともに、所定のペースでのカウント（カウント値のインクリメント）を開始する。比較器１６３の出力が反転する（ランプ波の信号レベルが垂直信号線出力より小さくなる）か、若しくは、カウント値が飽和する（ランプ波の信号レベルが最小値に達する）と、U/Dカウンタ１６５は、カウントを終了し、それまでのカウント値を保持し、HSCAN１０５−２の制御に従い、適宜、水平バス１０９に出力する。
【００８９】
このようにして低階調A/D変換部は、全領域の低階調なA/D変換を行う。
【００９０】
ただし、図５に示されるように、カラムADC１４０は、サンプルホールド部１７０をさらに有する。サンプルホールド部１７０は、垂直信号線１０８とコンデンサ１６１との間に設けられる。サンプルホールド部１７０は、スイッチ（ΦS/H）１７１およびコンデンサ（CS/H）１７２を有する。スイッチ１７１は、垂直信号線１０８とコンデンサ１６１とを電気的に接続したり切断したりする。コンデンサ１７２は、垂直信号線出力を保持する。
【００９１】
スイッチ１７１は、低階調A/D変換部がA/D変換を行う間、開放し、垂直信号線１０８とコンデンサ１６１とを電気的に切断する。比較器１６３では、回路構成上、入出力間に寄生容量が生じ易く、出力の反転が入力側に影響を及ぼし、入力信号の信号レベルが揺らぐ恐れがある（キックバックが発生する恐れがある）。
【００９２】
この信号レベルの揺らぎが高階調A/D側に伝搬すると、比較器１５３において比較結果に誤差が生じる恐れがある。この誤差がノイズとなって出力されてしまう恐れがある。このような現象に対して、スイッチ１７１は、A/D変換中において垂直信号線１０８とコンデンサ１６１とを電気的に切断することにより、この揺らぎの伝搬を抑制することができる。すなわち、スイッチ１７１は、キックバックによるノイズの発生を抑制することができる。
【００９３】
ただし、垂直信号線１０８とコンデンサ１６１とが電気的に切断されていると、垂直信号線出力が比較器１６３に入力されない。そこで、スイッチ１７１は、低階調A/D変換部によるA/D変換が行われていない間は、垂直信号線１０８とコンデンサ１６１とが電気的に接続する。このようにすることにより、垂直信号線出力の信号レベルがコンデンサ１７２に蓄積される。つまり、スイッチ１７１が切断された後は、低階調A/D変換部には、このコンデンサ１７２に蓄積された信号レベルが供給される。
【００９４】
以上のように、サンプルホールド部１７０は、キックバックによる信号レベルの揺らぎの伝搬を抑制し、キックバックによるノイズの発生を抑制することができる。したがって、カラムADC１４０は、簡単な構成で、フレームレートを犠牲にせずに、キックバックによるノイズの発生を抑制しながら、部分的に高階調なA/D変換を行うことができる。したがって、CMOSイメージセンサ１００は、より高画質な画像を得ることが出来る。
【００９５】
なお、このようなサンプルホールド部１７０を付加するとｋＴ／Ｃノイズ増加の懸念がある。ところで、高階調A/D変換部が低照度な領域のA/D変換を行うため、低階調A/D変換部のA/D変換結果は、実際には、高照度な領域についてのみ採用される。つまり、低階調出力・高照度側の信号は光ショットノイズがノイズの支配的要因となる。したがって、ｋＴ／Ｃノイズが増加しても、全体のノイズ量には大きな影響を及ぼさない。
【００９６】
したがって、サンプルホールド部１７０を高階調A/D変換部の入力にではなく、低階調A/D変換部の入力に設けることにより、ノイズの増大を抑制することができる。
【００９７】
なお、以上のような構成のカラムADC１４０は、画素の水平方向ピッチに収まるようにレイアウトしなければならないが、本技術の場合、上述したように簡易な構成のサンプルホールド部１７０を付加するのみにより、キックバックによるノイズの発生を抑制することができるので、より容易に、カラムADC１４０を実現することができる。
【００９８】
［動作例］
以下に具体的な動作例について説明する。最初に低照度側の出力が選択されるケース（画素値が小さい場合）について説明する。図６は、低照度側の出力が選択される場合の、画素信号のA/D変換の様子の例を示す図である。
【００９９】
図６の最上段には、画素１２０から垂直信号線１０８を介してカラムADCに供給される信号（垂直信号線出力）の波形である垂直信号線画素信号２０１と、参照信号生成回路１３１が生成するランプ波の波形である低照度信号取得用参照電圧２０２とが示されている。また、図６の上から２段目には、サンプルホールド部１７０の出力信号の波形であるS/H回路画素信号２０４と、参照信号生成回路１３２が生成するランプ波の波形である高照度信号取得用参照電圧２０５とが示されている。
【０１００】
なお、上述したように、S/H回路画素信号２０４は、垂直信号線画素信号２０１がコンデンサ１７２に保持されたものであるので、実質的に垂直信号線画素信号２０１と同様の波形となる。
【０１０１】
図６の下側には、U/Dカウンタ１５５によるカウントの様子を示す低照度信号取得用カウンタ２０３、U/Dカウンタ１６５によるカウントの様子を示す高照度信号取得用カウンタ２０６、および、スイッチ１７１のオン・オフ（接続・切断）を切り替える制御信号の波形であるφS/H２０７が示されている。
【０１０２】
なお、この例では、画素ごとの固定パターンノイズを除去するために、デジタルCDSが行われる。デジタルCDSにおいては、時刻T0乃至T3の区間においてFDのリセット電圧が画素の黒レベルとして先に読み出され、時刻T4乃至T7の区間においてその画素の画素信号（画素値）が読み出され、後に読み出された画素信号の信号レベルから、先に読み出された黒レベルが減算される。
【０１０３】
なお、デジタルCDSの動作は、任意であり、これ以外であってもよい。例えば、後段にフレームメモリを置き減算処理をさせても良いし、取得した黒レベルのカウント値を反転させて（ダウンカウント）、画素信号のA/D変換の初期値としてアップカウントさせても良い。
【０１０４】
図６に示されるように、FDのリセット電圧に対するA/D変換が開始されるT0の前において、φS/H２０７がオンになり、スイッチ１７１は接続状態（オン）となる。したがって、垂直信号線出力（FDのリセット電圧）がコンデンサ１７２に保持される。時刻T0になると、φS/H２０７がオフになり、スイッチ１７１は切断状態（オフ）となる。この状態で時刻T0からT3まで、FDのリセット電圧に対するA/D変換が行われる。したがって、比較器１６３のキックバックによる信号レベルの揺らぎの伝搬が抑制される。
【０１０５】
同様に、FDのリセット電圧に対するA/D変換が終了する時刻T3から、画素信号に対するA/D変換が開始される時刻T4までの間、φS/H２０７がオンになり、スイッチ１７１は接続状態（オン）となる。したがって、垂直信号線出力（画素信号レベル）がコンデンサ１７２に保持される。時刻T4になると、φS/H２０７がオフになり、スイッチ１７１は切断状態（オフ）となる。この状態で時刻T4からT7まで、画素信号に対するA/D変換が行われる。したがって、比較器１６３のキックバックによる信号レベルの揺らぎの伝搬が抑制される。
【０１０６】
図６に示されるように、時刻T5において、高照度信号取得用参照電圧２０５がS/H回路画素信号２０４より小さくなり比較器１６３の出力が反転する。したがって、高照度信号取得用カウンタ２０６の波形に示されるように、時刻T5において、U/Dカウンタ１６５によるカウントが終了し、そのカウント値が保持される。
【０１０７】
そして、時刻T6において、低照度信号取得用参照電圧２０２が垂直信号線画素信号２０１より小さくなり比較器１５３の出力が反転する。したがって、低照度信号取得用カウンタ２０３の波形に示されるように、時刻T6において、U/Dカウンタ１５５によるカウントが終了し、そのカウント値が保持される。
【０１０８】
これらの複数のデジタル出力値から、最もカウント値が大きく、かつ飽和していないものが１つ選択され、後段に出力される。高照度信号取得用参照電圧２０５のランプ波の方が傾きが急であるため、高照度信号取得用カウンタ２０６の方が先に終了する。そのため、低照度信号取得用カウンタ２０３のカウント値が飽和しない場合、低照度信号取得用カウンタ２０３のカウント値の方が大きい。
【０１０９】
つまり、低照度信号取得用カウンタ２０３のカウント値が飽和しない場合、U/Dカウンタ１５５のカウント値が出力として選択される。
【０１１０】
図７は、高照度側の出力が選択される場合の、画素信号のA/D変換の様子の例を示す図である。図７の構成は、基本的に図６と同様である。
【０１１１】
図７に記載の例の場合、時刻T8において、高照度信号取得用参照電圧２０５がS/H回路画素信号２０４より小さくなるものの、低照度信号取得用参照電圧２０２は、時刻T7までに垂直信号線画素信号２０１より小さくならない。つまり、低照度信号取得用カウンタ２０３のカウント値が飽和する。このような場合、U/Dカウンタ１６５のカウント値が出力として選択される。
【０１１２】
以上のようなことから、いずれの信号レベルが選択され出力されたかを示す必要がある。そこで、システム制御部１０６は、U/Dカウンタ１５５のカウント値（低照度信号取得用カウンタ２０３のカウント値）が飽和するか否かに従って、いずれの信号レベルが選択され出力されたかを示すフラグ情報を設定し、そのフラグ情報を、画素信号とともに出力させる。
【０１１３】
図８に、照度領域を２つに分けて２つのA/D変換器で取得した場合の、画素入力光量とセンサ出力の関係の例を示す。この例では、それぞれの最大カウント値を同じ値としているが、必ずしも同じである必要はない。
【０１１４】
階調の異なる照度領域による区分けの方法としては、量子化ノイズ、回路的なｋＴ／Ｃノイズ、光ショットノイズなどを考慮して決定するのが現実的である。光ショットノイズは照度が高くなるほど大きくなる性質を持ったランダムノイズであり、ある照度においてｋＴ／Ｃノイズよりも大きくなる。Ｓ／Ｈ回路の付加により増加したｋＴ／Ｃノイズが、光ショットノイズと比較して無視できるように照度領域を区切り、高照度側の読み出しにＳ／Ｈ回路を付加するのが適切である。また、それぞれの照度領域で量子化ノイズが無視できるように、A/D変換の階調を決定するのが適切である。
【０１１５】
以上のように、CMOSイメージセンサ１００は、フレームレート、画素数を犠牲にせずに、キックバックの影響を低減した良好な高階調な画像信号が取得できる。本技術は従来技術と比較して消費電力および面積を低減させることができ、コストを低減させることができる。
【０１１６】
カウント周波数を一定とすると、従来技術の場合、１ビット増やすごとに、画素アレイ１行当たりの垂直信号線数を２倍にして並列に処理するため、それぞれの比較器、カウンタ、信号線負荷が倍増していく。
【０１１７】
それに対して、本技術は、増加させるビット数に係わらずカウンタと比較器が２倍となり、参照電圧生成器が１＋α倍（参照電圧生成器が２個の場合は１＋α＜２）となる。たとえば、フルスケールに対して４分の１の照度領域で２ビット高階調化した場合、電流値が０.２５倍の回路ブロックが１つ増えるため、参照電圧生成器の消費電力は１．２５倍である。したがって、消費電力・占有面積の両観点で従来技術と比較すると、要求される出力ビット数が増えるほど、本技術の効果が高くなる。
【０１１８】
［画像信号出力制御処理の流れ］
次に、以上のようなCMOSイメージセンサ１００により実行される処理について説明する。最初に、図９のフローチャートを参照して、画像信号出力制御処理の流れの例を説明する。画像信号出力制御処理は、例えば図６や図７を参照して説明したように画像信号を出力させるための制御処理である。
【０１１９】
画像信号出力制御処理が開始されると、システム制御部１０６は、ステップＳ１０１において、行走査部１０３および列走査部１０５等を制御し、未処理の画素を処理対象（注目画素）として選択する。
【０１２０】
ステップＳ１０２において、カラム処理部１０４は、システム制御部１０６の制御に従って、信号読み出し処理を実行し、注目画素のFDのリセット電圧を画素の黒レベルとして読み出し、A/D変換する。
【０１２１】
ステップＳ１０３において、カラム処理部１０４は、システム制御部１０６の制御に従って、信号読み出し処理を実行し、垂直信号線出力を画素信号レベルとして読み出し、A/D変換する。
【０１２２】
ステップＳ１０４において、カラム処理部１０４は、ステップＳ１０３において読み出された画素信号レベルから、ステップＳ１０２において読み出された黒レベルを減算し、デジタルCDSを行う。
【０１２３】
以上のように注目画素の画素値が読み出されると、システム制御部１０６は、ステップＳ１０５において、画素アレイ部１０２の全ての画素１２０の画素信号を処理したか否かを判定する。未処理の画素が存在する場合、システム制御部１０６は、処理をステップＳ１０１に戻し、それ以降の処理を繰り返す。
【０１２４】
また、以上のようにステップＳ１０１乃至ステップＳ１０５の処理を繰り返すことにより、ステップＳ１０５において全ての画素を処理したと判定した場合、システム制御部１０６は、画像信号出力制御処理を終了する。
【０１２５】
［信号読み出し処理の流れ］
次に、図１０のフローチャートを参照して、図９のステップＳ１０２またはステップＳ１０３において実行される信号読み出し処理の流れの例を説明する。
【０１２６】
図９のステップＳ１０２とステップＳ１０３においては、処理する信号が異なるのみの互いに同一の信号読み出し処理が実行される。以下においては、説明の便宜上、ステップＳ１０３において行われる画素信号に対する信号読み出し処理についてのみ説明する。
【０１２７】
なお、信号読み出し処理開始時、スイッチ１７１は、オン（接続状態）である。
【０１２８】
信号読み出し処理が開始されると、コンデンサ１７２は、ステップＳ１２１において、垂直信号線出力（注目画素の画素信号レベル）を記憶する。ステップＳ１２１終了後、画素信号のA/D変換が開始されるまでの間に、ステップＳ１２２において、スイッチ１７１は、切断状態（オフ）に移行し、垂直信号線１０８とコンデンサ１６１とを電気的に切断する。
【０１２９】
ステップＳ１２３において、U/Dカウンタ１５５およびU/Dカウンタ１６５は、高階調出力用カウントおよび低階調出力用カウントを開始する。ステップＳ１２４において、比較器１６３は、低階調出力用ランプ波の信号値と、垂直信号線出力（注目画素の画素信号レベル）との比較を開始する。
【０１３０】
ステップＳ１２５において、比較器１５３は、高階調出力用ランプ波の信号値と、垂直信号線出力（注目画素の画素信号レベル）との比較を開始する。
【０１３１】
ステップＳ１２６において、比較器１６３は、低階調出力用ランプ波の信号値が垂直信号線出力より小さいか否かを判定し、低階調出力用ランプ波の信号値が垂直信号線出力より小さいと判定されるまでこの判定を繰り返す。ステップＳ１２６において、低階調出力用ランプ波の信号値が垂直信号線出力より小さいと判定された場合、比較器１６３は、処理をステップＳ１２７に進める。
【０１３２】
ステップＳ１２７において、U/Dカウンタ１６５は、低階調出力用カウントを終了する。また、ステップＳ１２８においいて、そのU/Dカウンタ１６５は、カウントを終了した時点のカウント値である低階調出力用カウント値を記憶する。
【０１３３】
ステップＳ１２９において、比較器１５３は、高階調出力用ランプ波の信号値が垂直信号線出力より小さいか否かを判定する。なお、実際には、この処理は、ステップＳ１２６等の低階調側の処理と並行して行われるが、この場合、低階調側が必ず先に反転するので、低階調側が反転した後のステップＳ１２９の処理として説明する。高階調出力用ランプ波の信号値が垂直信号線出力より小さいと判定された場合、比較器１５３は、処理をステップＳ１３０に進める。
【０１３４】
ステップＳ１３０において、U/Dカウンタ１５５は、高階調出力用カウントを終了する。ステップＳ１３１において、U/Dカウンタ１５５は、低照度側を示すフラグ情報を出力する。ステップＳ１３２において、U/Dカウンタ１５５は、高階調出力用カウント値を選択して出力する。ステップＳ１３２の処理が終了すると、U/Dカウンタ１５５は、信号読み出し処理を終了し、処理を図９に戻す。
【０１３５】
また、ステップＳ１２９において、比較器１５３は、高階調出力用ランプ波の信号値が垂直信号線出力より小さくないと判定された場合、処理をステップＳ１３３に進める。
【０１３６】
ステップＳ１３３において、比較器１５３は、高階調出力用カウント値が飽和したか否かを判定し、飽和していないと判定された場合、処理をステップＳ１２９に戻し、それ以降の処理を繰り返す。
【０１３７】
また、ステップＳ１３３において、垂直信号線出力に対するA/D変換が終了した（時刻T7に達した）と判定され、高階調出力用カウント値が飽和したと判定した場合、比較器１５３は、処理をステップＳ１３４に進める。
【０１３８】
ステップＳ１３４において、U/Dカウンタ１５５は、高階調出力用カウントを終了する。ステップＳ１３５において、U/Dカウンタ１５５は、高照度側を示すフラグ情報を出力する。ステップＳ１３６において、U/Dカウンタ１６５は、ステップＳ１２８において記憶された低階調出力用カウント値を選択して出力する。ステップＳ１３６の処理が終了すると、U/Dカウンタ１６５は、信号読み出し処理を終了し、処理を図９に戻す。
【０１３９】
以上のように各処理を実行することにより、CMOSイメージセンサ１００は、フレームレートを犠牲にせずに高階調のより高画質な画像を出力することができる。
【０１４０】
［A/D変換開始時刻制御１］
以上においては、最も高階調のA/D変換処理と、それ以外の階調のA/D変換処理とを互いに同時刻に開始するように説明したが、これに限らず、互いに異なる時刻に開始するようにしてもよい。
【０１４１】
複数あるランプ波の開始時間をずらして駆動することにより、よりキックバック低減の効果を高めることができる。
【０１４２】
例えば、図１１に示されるように、傾斜の最も緩やかなランプ波を先に開始させ、先に高階調信号取得用の比較器１５３を反転させるようにしてもよい。このようにするためには、まず、傾斜の最も緩やかなランプ波を先に開始させ（時刻T10）、その後、傾斜の最も緩やかなランプ波と、傾斜の急なランプ波の電圧値が交差しないタイミング（時刻T11）で、傾斜の急なランプ波を開始させればよい。そして、そのタイミングに合わせてU/Dカウンタ１５５やU/Dカウンタ１６５によるカウントを開始・終了させればよい。
【０１４３】
この場合、図１１に示されるように、信号が低照度側にある場合は必ず高階調信号取得用の比較器１５３が先に出力を反転させる（時刻T12）。つまり、低照度信号取得用参照電圧２５２の方が、高照度信号取得用参照電圧２５３よりも先に、垂直信号線（S/H回路）画素信号２５１より小さくなる。
【０１４４】
この比較器１５３の反転により発生するキックバックが、サンプルホールド部１７０を介して低階調取得用の比較器１６３の入力端を揺らして大きなノイズが乗る可能性もある。しかしながら、この場合、低階調信号は選択されないため、U/Dカウンタ１６５のカウント値にいくらノイズが乗っても問題ない。
【０１４５】
逆に、低階調信号が選択される場合、つまり、注目画素の画素値が高照度領域に存在する場合、高階調信号は飽和する（比較器１５３の出力は反転しない）ので、キックバックは発生しない。
【０１４６】
したがって、この場合、カラムADC１４０は、キックバックによる信号レベルの揺らぎの伝搬をさらに抑制することができる。つまり、CMOSイメージセンサ１００は、さらに高画質な画像を出力することができる。
【０１４７】
なお、高階調信号取得用の比較器１５５が出力を反転させた時点で、U/Dカウンタ１６５による低階調信号取得用のカウント動作を停止させるようにしてもよい。このようにすることにより、カラムADC１４０は、不要な処理の実行を低減させ、消費電力を低減させることができる。
【０１４８】
［信号読み出し処理の流れ］
この場合も、画像信号出力制御処理は、図９のフローチャートを参照して説明した場合と同様に実行される。ただし、信号読み出し処理は、図１２のフローチャートのように実行される。図１２のフローチャートを参照して、その信号読み出し処理の流れの例を説明する。なお、ステップＳ１０２の処理とステップＳ１０３の処理は互いに同様に実行されるので、以下においては、図１０の場合と同様に、ステップＳ１０３の画素信号レベルのA/D変換についてのみ説明する。
【０１４９】
ステップＳ２０１およびステップＳ２０２の各処理は、ステップＳ１２１およびステップＳ１２２の各処理と同様に実行される。
【０１５０】
ステップＳ２０３において、U/Dカウンタ１５５は、高階調出力用カウントを開始する。ステップＳ２０４において、比較器１５３は、高階調出力用ランプ波の信号値と、垂直信号線出力（注目画素の画素信号レベル）との比較を開始する。
【０１５１】
ステップＳ２０５において、U/Dカウンタ１６５は、所定時間待機する。その後、U/Dカウンタ１６５は、ステップＳ２０６において、低階調出力用カウントを開始する。ステップＳ２０７において、比較器１６３は、低階調出力用ランプ波の信号値と、垂直信号線出力（注目画素の画素信号レベル）との比較を開始する。
【０１５２】
ステップＳ２０８乃至ステップＳ２１４の各処理は、ステップＳ１２９乃至ステップＳ１３５の各処理と同様に実行される。
【０１５３】
ステップＳ２１５において、比較器１６３は、ステップＳ１２６の場合と同様に、低階調出力用ランプ波の信号値が、垂直信号線出力（サンプルホールド部１７０の出力）より小さいか否かを判定する。なお、実際には、この処理は、ステップＳ２０８等の高階調側の処理と並行して行われるが、この場合、高階調側が必ず先に反転する（若しくは飽和する）ので、高階調側が飽和した後のステップＳ２１５の処理として説明する。
【０１５４】
ステップＳ２１５において、比較器１６３は、低階調出力用ランプ波の信号値が垂直信号線出力より小さいと判定されるまでこの判定を繰り返し、低階調出力用ランプ波の信号値が垂直信号線出力より小さいと判定された場合、処理をステップＳ２１６に進める。
【０１５５】
ステップＳ２１６において、U/Dカウンタ１６５は、低階調出力用カウントを終了する。また、ステップＳ２１７において、そのU/Dカウンタ１６５は、カウントを終了した時点のカウント値である低階調出力用カウント値を選択して出力する。
【０１５６】
ステップＳ２１７の処理が終了すると、U/Dカウンタ１６５は、信号読み出し処理を終了し、処理を図９に戻す。
【０１５７】
以上のようにすることにより、CMOSイメージセンサ１００は、さらに高画質な画像を出力することができる。
【０１５８】
［A/D変換開始時刻制御２］
また、逆に、例えば、図１３に示されるように、傾斜の急なランプ波を先に開始させ、所定時間経過後に、最も傾斜の緩やかなランプ波を開始させるようにしてもよい。
【０１５９】
つまり、まず、傾斜が急なランプ波を先に開始させ（時刻T20）、所定時間経過後（時刻T21）、傾斜の最も緩やかなランプ波を開始させればよい。そして、そのタイミングに合わせてU/Dカウンタ１５５やU/Dカウンタ１６５によるカウントを開始・終了させればよい。
【０１６０】
この場合、図１３に示されるように、それぞれのランプ波の電圧値が、図６や図７を参照して説明した場合と比べて、所定時間待機した分だけ離れる。したがって、図１３に示されるように、低階調側のキックバックにより垂直信号線出力の信号レベルに揺らぎが発生しても（時刻T22）その揺らぎが高階調側の反転を誘発する可能性が低くなる。このように、キックバックによる反転が生じなければ、高階調側においても正確なカウント値（時刻T23）を得ることができる。
【０１６１】
つまり、この場合も、カラムADC１４０は、キックバックによる信号レベルの揺らぎの伝搬をさらに抑制することができる。つまり、CMOSイメージセンサ１００は、さらに高画質な画像を出力することができる。
【０１６２】
［信号読み出し処理の流れ］
この場合も、画像信号出力制御処理は、図９のフローチャートを参照して説明した場合と同様に実行される。ただし、信号読み出し処理は、図１４のフローチャートのように実行される。図１４のフローチャートを参照して、その信号読み出し処理の流れの例を説明する。なお、ステップＳ１０２の処理とステップＳ１０３の処理は互いに同様に実行されるので、以下においては、図１０の場合と同様に、ステップＳ１０３の画素信号レベルのA/D変換についてのみ説明する。
【０１６３】
ステップＳ２３１およびステップＳ２３２の各処理は、ステップＳ１２１およびステップＳ１２２の各処理と同様に実行される。
【０１６４】
ステップＳ２３３において、U/Dカウンタ１６５は、低階調出力用カウントを開始する。ステップＳ２３４において、比較器１６３は、低階調出力用ランプ波の信号値と、垂直信号線出力（注目画素の画素信号レベル）との比較を開始する。
【０１６５】
ステップＳ２３５において、U/Dカウンタ１５５は、所定時間待機する。その後、U/Dカウンタ１５５は、ステップＳ２３６において、高階調出力用カウントを開始する。ステップＳ２３７において、比較器１５３は、高階調出力用ランプ波の信号値と、垂直信号線出力（注目画素の画素信号レベル）との比較を開始する。
【０１６６】
ステップＳ２３８乃至ステップＳ２４８の各処理は、ステップＳ１２９乃至ステップＳ１３６の各処理と同様に実行される。
【０１６７】
以上のようにすることにより、CMOSイメージセンサ１００は、さらに高画質な画像を出力することができる。
【０１６８】
［A/D変換開始時刻制御３］
なお、上述したように、最も高階調のA/D変換処理、および、それ以外の階調のA/D変換処理を、互いに異なる時刻に開始するようにするだけでも、キックバックの影響の伝搬を抑制することができる。したがって、この場合、サンプルホールド部１７０を省略し、その入出力を常時短絡させる（低階調側のA/D変換部の構成であるコンデンサ１６１を常時垂直信号線１０８に接続する）ようにしてもよい。このようにすることにより、カラムADC１４０の構成をより簡易化することができる。
【０１６９】
これは、最も傾斜が緩やかランプ波を先に開始させ、所定時間経過後に、傾斜が急なランプ波を開始させる場合（図１１）と、傾斜が急なランプ波を先に開始させ、所定時間経過後に、最も傾斜が緩やかなランプ波を開始させる場合（図１３）との、どちらの場合にも適用することができる。
【０１７０】
なお、信号読み出し処理は、図１２の場合、ステップＳ２０１およびステップＳ２０２の各処理を省略すればよく、図１４の場合、ステップＳ２３１およびステップＳ２３２の各処理を省略すればよい。つまり、この場合、信号読み出し処理も容易化することができる。
【０１７１】
［３領域分割］
以上においては、垂直信号線出力の信号レベル（画素値）が取り得る値の範囲を低照度領域と高照度領域の２つに分割したが、分割後の領域数は任意であり、３領域以上に分割してもよい。
【０１７２】
その場合、３領域以上に分けて読み出しを行う場合、最も読み出し期間の長い領域の信号読み出し中に、その他の複数の照度領域の信号を読み出すようにすればよい。
【０１７３】
以下に、高照度領域、中照度領域、および低照度領域の３領域に分割する場合を例に、より具体的に説明する。４領域以上に分割する場合も基本的にこの場合と同様にすればよい。
【０１７４】
図１５は、画素値が中照度領域に位置する場合の、A/D変換の様子の例を示す図である。
【０１７５】
図１５に示されるように、この場合、読み出し時間が最も長い低照度領域の信号の読み出し（高階調のA/D変換）と並行して、中照度領域の読み出し（中階調のA/D変換）を行い、さらに高照度領域の読み出し（低階調のA/D変換）を行う。
【０１７６】
つまり、まず、参照信号生成回路１３１が、傾きが最も緩やかな高階調用のランプ波の生成を開始するのと同時に、参照信号生成回路１３２が、傾きが２番目に緩やかな中階調用のランプ波の生成を開始する。そして、参照信号生成回路１３１が高階調用のランプ波を生成している間に、参照信号生成回路１３２が中階調用のランプ波と、傾きが最も急な低階調用のランプ波とを順次生成するようにする。
【０１７７】
図１５の例のように、画素値が中照度領域にある場合、比較器１６３は、中照度信号取得用参照電圧３０３が垂直信号線（S/H回路）画素信号３０１より小さくなる時刻T31において出力を反転させる。この場合、低照度信号取得用カウンタ３０５の値は飽和する（低照度信号取得用参照電圧３０２は、垂直信号線（S/H回路）画素信号３０１より小さくならない）。
【０１７８】
このように、高階調のA/D変換において飽和し、中階調のA/D変換において飽和しない場合、中・高照度信号取得用カウンタ３０６のカウント値が中階調のA/D変換結果として選択され、出力される。
【０１７９】
図１６は、画素値が高照度領域に位置する場合の、A/D変換の様子の例を示す図である。
【０１８０】
図１６の例のように、画素値が高照度領域にある場合、中照度信号取得用参照電圧３０３は、垂直信号線（S/H回路）画素信号３０１より小さくならず、時刻T41において、中階調のA/D変換は飽和する。その後時刻T42において、傾きが最も急な低階調用のランプ波の生成が開始される。比較器１６３は、高照度信号取得用参照電圧３０４が垂直信号線（S/H回路）画素信号３０１より小さくなる時刻T43において出力を反転させる。この場合も、低照度信号取得用カウンタ３０５の値は飽和する（低照度信号取得用参照電圧３０２は、画素信号３０１より小さくならない）。
【０１８１】
このように、高階調および中階調のA/D変換において飽和し、低階調のA/D変換において飽和しない場合、中・高照度信号取得用カウンタ３０６のカウント値が低階調のA/D変換結果として選択され、出力される。
【０１８２】
なお、図示は省略するが、高階調のA/D変換において飽和しない場合、低照度信号取得用カウンタ３０５のカウント値が高階調のA/D変換結果として選択され、出力される。
【０１８３】
なお、選択され、出力されるカウント値が、どの階調のA/D変換結果であるかを示すフラグ情報も、そのカウント値とともに出力される。このフラグ情報の値は、各階調のA/D変換が飽和するか否か、すなわち、比較器１５３および比較器１６３の出力が反転するか否かに基づいて、容易に設定することができる。
【０１８４】
つまり、例えば、比較器１５３の出力が反転する場合、フラグ情報は、選択されたカウント値が高階調のA/D変換結果であることを示す値に設定される。また、例えば、比較器１５３の出力が反転せず、かつ、比較器１６３の出力が、時刻T40乃至時刻T41の間に反転する場合、フラグ情報は、選択されたカウント値が中階調のA/D変換結果であることを示す値に設定される。さらに、例えば、比較器１５３の出力が反転せず、かつ、比較器１６３の出力が、時刻T42乃至時刻T43の間に反転する場合、フラグ情報は、選択されたカウント値が低階調のA/D変換結果であることを示す値に設定される。
【０１８５】
なお、図１５に示される例の場合、低階調のA/D変換は不要になる。したがって、時刻T31より後において、U/Dカウンタ１６５は停止させたままにしてもよい。このように、後の高照度領域（低階調信号）のランプ波が開始されてもカウンタは動作させないでおくと消費電力を低減させることができる。
【０１８６】
図１７に、本例で取得できる、画素入力光量とセンサ出力の関係の例を示す。この場合、低照度領域で取得する最大のカウント値は、中照度領域および高照度領域の最大カウント値を加算したものよりも大きくなる。
【０１８７】
以上のように、垂直信号線１本当たりのA/D変換器の数と、階調の異なる照度領域の区分け数は、互いに同一でなくても良い。本実施例の動作により、カラムADC１４０は、消費電力や面積を低減させることができる。
【０１８８】
［信号読み出し処理の流れ］
この場合も、画像信号出力制御処理は、図９のフローチャートを参照して説明した場合と同様に実行される。ただし、信号読み出し処理は、図１８のフローチャートのように実行される。図１８のフローチャートを参照して、その信号読み出し処理の流れの例を説明する。なお、ステップＳ１０２の処理とステップＳ１０３の処理は互いに同様に実行されるので、以下においては、図１０の場合と同様に、ステップＳ１０３の画素信号レベルのA/D変換についてのみ説明する。
【０１８９】
ステップＳ３０１およびステップＳ３０２の各処理は、ステップＳ１２１およびステップＳ１２２の各処理と同様に実行される。
【０１９０】
ステップＳ３０３において、カラムADC１４０の高階調側のA/D変換部は、高階調信号読み出し処理を行い、高階調のA/D変換を行う。この処理と並行して、ステップＳ３０４において、カラムADC１４０の中低階調側（高階調側でない方）のA/D変換部は、中低階調信号読み出し処理を行い、中階調および低階調のA/D変換を行う。
【０１９１】
ステップＳ３０３およびステップＳ３０４の処理が終了すると、U/Dカウンタ１５５およびU/Dカウンタ１６５は、ステップＳ３０５において、ステップＳ３０３およびステップＳ３０４の処理により設定されたフラグ情報の値に基づいて、カウント値を選択し、フラグ情報とともに出力する。
【０１９２】
ステップＳ３０５の処理が終了すると、U/Dカウンタ１５５およびU/Dカウンタ１６５は、信号読み出し処理を終了し、処理を図９に戻す。
【０１９３】
［高階調信号読み出し処理の流れ］
次に、図１９のフローチャートを参照して、図１８のステップＳ３０３において実行される高階調信号読み出し処理の流れの例を説明する。
【０１９４】
高階調信号読み出し処理が開始されると、コンデンサ１７２は、ステップＳ３２１において、垂直信号線出力（注目画素の画素信号レベル）を記憶する。ステップＳ３２１終了後、画素信号のA/D変換が開始されるまでの間に、ステップＳ３２２において、スイッチ１７１は、切断状態（オフ）に移行し、垂直信号線１０８とコンデンサ１６１とを電気的に切断する。
【０１９５】
ステップＳ３２３において、U/Dカウンタ１５５は、高階調出力用カウントを開始する。ステップＳ３２４において、比較器１５３は、高階調出力用ランプ波の信号値と、垂直信号線出力（注目画素の画素信号レベル）との比較を開始する。
【０１９６】
ステップＳ３２５において、比較器１５３は、高階調出力用ランプ波の信号値が垂直信号線出力より小さいか否かを判定する。高階調出力用ランプ波の信号値が垂直信号線出力より小さいと判定された場合、比較器１５３は、処理をステップＳ３２６に進める。
【０１９７】
ステップＳ３２６において、U/Dカウンタ１５５は、高階調出力用カウントを終了する。ステップＳ３２７において、U/Dカウンタ１５５は、低照度側を示すフラグ情報を設定し、記憶する。ステップＳ３２８において、U/Dカウンタ１５５は、ステップＳ３２６においてカウントを終了した時点の高階調出力用カウント値を記憶する。ステップＳ３２８の処理が終了すると、U/Dカウンタ１５５は、高階調信号読み出し処理を終了し、処理を図１８に戻す。
【０１９８】
また、ステップＳ３２５において、比較器１５３は、高階調出力用ランプ波の信号値が垂直信号線出力より小さくないと判定された場合、処理をステップＳ３２９に進める。
【０１９９】
ステップＳ３２９において、比較器１５３は、高階調出力用カウント値が飽和したか否かを判定し、飽和していないと判定された場合、処理をステップＳ３２５に戻し、それ以降の処理を繰り返す。
【０２００】
また、ステップＳ３２９において、高階調出力用カウント値が飽和したと判定した場合、比較器１５３は、処理をステップＳ３３０に進める。
【０２０１】
ステップＳ３３０において、U/Dカウンタ１５５は、高階調出力用カウントを終了する。ステップＳ３３１において、U/Dカウンタ１５５は、中高照度側を示すフラグ情報を設定し、記憶する。ステップＳ３３１の処理が終了すると、U/Dカウンタ１５５は、高階調信号読み出し処理を終了し、処理を図１８に戻す。
【０２０２】
［中低階調信号読み出し処理の流れ］
次に、図２０のフローチャートを参照して、図１８のステップＳ３０４において実行される中低階調信号読み出し処理の流れの例を説明する。
【０２０３】
中低階調信号読み出し処理が開始されると、コンデンサ１７２は、ステップＳ３５１において、垂直信号線出力（注目画素の画素信号レベル）を記憶する。ステップＳ３５１終了後、画素信号のA/D変換が開始されるまでの間に、ステップＳ３５２において、スイッチ１７１は、切断状態（オフ）に移行し、垂直信号線１０８とコンデンサ１６１とを電気的に切断する。
【０２０４】
ステップＳ３５３において、U/Dカウンタ１６５は、中階調出力用カウントを開始する。ステップＳ３５４において、比較器１６３は、中階調出力用ランプ波の信号値と、垂直信号線出力（注目画素の画素信号レベル）との比較を開始する。
【０２０５】
ステップＳ３５５において、比較器１６３は、中階調出力用ランプ波の信号値が垂直信号線出力より小さいか否かを判定する。中階調出力用ランプ波の信号値が垂直信号線出力より小さいと判定された場合、比較器１６３は、処理をステップＳ３５６に進める。
【０２０６】
ステップＳ３５６において、U/Dカウンタ１６５は、中階調出力用カウントを終了する。ステップＳ３５７において、U/Dカウンタ１６５は、中照度側を示すフラグ情報を設定し、記憶する。ステップＳ３５８において、U/Dカウンタ１６５は、ステップＳ３５６においてカウントを終了した時点の中階調出力用カウント値を記憶する。ステップＳ３５８の処理が終了すると、U/Dカウンタ１６５は、中低階調信号読み出し処理を終了し、処理を図１８に戻す。
【０２０７】
また、ステップＳ３５５において、比較器１６３は、中階調出力用ランプ波の信号値が垂直信号線出力より小さくないと判定された場合、処理をステップＳ３５９に進める。
【０２０８】
ステップＳ３５９において、比較器１６３は、中階調出力用カウント値が飽和したか否かを判定し、飽和していないと判定された場合、処理をステップＳ３５５に戻し、それ以降の処理を繰り返す。
【０２０９】
また、ステップＳ３５９において、中階調出力用カウント値が飽和したと判定した場合、比較器１６３は、処理をステップＳ３６０に進める。
【０２１０】
ステップＳ３６０において、U/Dカウンタ１６５は、中階調出力用カウントを終了する。ステップＳ３６１において、U/Dカウンタ１６５は、高照度側を示すフラグ情報を設定し、記憶する。
【０２１１】
ステップＳ３６１の処理が終了すると、U/Dカウンタ１６５は、ステップＳ３６２において、低階調出力用カウントを開始する。ステップＳ３６３において、比較器１６３は、低階調出力用ランプ波の信号値と、垂直信号線出力（注目画素の画素信号レベル）との比較を開始する。
【０２１２】
ステップＳ３６４において、比較器１６３は、低階調出力用ランプ波の信号値が垂直信号線出力より小さいか否かを判定する。低階調出力用ランプ波の信号値が垂直信号線出力より小さいと判定された場合、比較器１６３は、処理をステップＳ３６６に進める。
【０２１３】
また、ステップＳ３６４において、低階調出力用ランプ波の信号値が垂直信号線出力より小さくないと判定された場合、比較器１６３は、処理をステップＳ３６５に進める。
【０２１４】
ステップＳ３６５において、比較器１６３は、低階調出力用カウント値が飽和したか否かを判定し、飽和していないと判定された場合、処理をステップＳ３６４に戻し、それ以降の処理を繰り返す。
【０２１５】
また、ステップＳ３６５において、低階調出力用カウント値が飽和したと判定した場合、比較器１６３は、処理をステップＳ３６６に進める。
【０２１６】
ステップＳ３６６において、U/Dカウンタ１６５は、低階調出力用カウントを終了する。ステップＳ３６７において、U/Dカウンタ１６５は、ステップＳ３６６においてカウントを終了した時点の低階調出力用カウント値を記憶する。ステップＳ３６７の処理が終了すると、U/Dカウンタ１６５は、中低階調信号読み出し処理を終了し、処理を図１８に戻す。
【０２１７】
以上のように各処理を実行することにより、CMOSイメージセンサ１００は、カラムADC１４０の、消費電力や面積を低減させることができる。
【０２１８】
［A/D変換部並列構成］
以上においては、１垂直信号線に対するカラムADC１４０として、互いに異なる階調のA/D変換を行う複数のA/D変換部を設けるように説明したが、各階調のA/D変換部は、1つずつであるように説明した。しかしながら、各階調のA/D変換部の数は任意である。例えば、互いに同一の参照信号（同じ傾きのランプ波）を用いてA/D変換を行う複数のA/D変換部を設けるようにしてもよい。
【０２１９】
図２１は、その場合のカラムADCの主な構成例を示すブロック図である。
【０２２０】
図２１に示されるカラムADC４４０は、図５を参照して説明したカラムADC１４０と基本的に同様の処理部である。ただし、カラムADC４４０は、図２１に示されるように、高階調用のA/D変換部として、並列に動作する２つのA/D変換部（図中、左の２列）を有し、低階調用のA/D変換部として、並列に動作する２つのA/D変換部（図中、右の２列）を有する。
【０２２１】
つまり、カラムADC４４０内の左の２列のA/D変換部は、参照信号生成回路１３１が生成する高階調なA/D変換用の参照信号（傾きが最も緩やかなランプ波）を用いてA/D変換を行う。また、カラムADC４４０内の右の２列のA/D変換部は、参照信号生成回路１３２が生成する低階調なA/D変換用の参照信号（傾きが急なランプ波）を用いてA/D変換を行う。
【０２２２】
このように複数のA/D変換部を並列に動作させ、互いに同じ階調の信号を複数取得し、後段の信号処理（例えば、図２１の加算平均算出部４９１）で加算平均し、１つのデジタルデータを得るようにする。このようにすることにより、ランダムノイズを抑制し、精度の良い画像信号を取得することができる。
【０２２３】
例えば２つのA/D変換部を用いて上述したように２つの信号を生成し、加算平均を取ると、ランダムノイズを１／√２倍にすることができ、S/N比を3dB改善することができる。
【０２２４】
なお、並列動作させるA/D変換部の数は、任意であり、３つ以上であってもよい。また、その数は、階調毎に独立して設定される。したがって、各階調のA/D変換部の数は、全て互いに同一であってもよいし、同一でなくてもよい。
【０２２５】
なお、本技術を適用した撮像素子（撮像装置）は、上述した構成に限らず、他の構成であってもよい。
【０２２６】
例えば、カラムADCの参照信号生成回路は、互いに傾きが異なるランプ波形の参照信号を生成するものが複数設けられればよく、その数は３つ以上であってもよい。カラムADCには、１垂直信号線に対して、それぞれの参照信号に基づいてA/D変換を行うA/D変換部が少なくとも１つずつ設けられる。すなわち、カラムADCにおいては、１垂直信号線に対して、参照信号生成回路の数と同数の種類の階調のA/D変換が実行される。この場合、各階調のA/D変換を並列に実行することができる。
【０２２７】
なお、サンプルホールド部１７０は、階調毎に設けるようにしてもよいし、図５の場合と同様に、最も高階調なA/D変換を行うA/D変換部以外のA/D変換部と垂直信号線１０８との間にのみ設けるようにしてもよい。
【０２２８】
また、参照信号生成回路は、生成された参照信号が、上述したようにカラムADC内の各A/D変換部に供給される限り、カラムADCの外部に設けられるようにしても良いし、CMOSイメージセンサ１００の外部に設けられるようにしても良い。
【０２２９】
＜２．第２の実施の形態＞
［撮像装置］
図２２は、本技術を適用した撮像装置の主な構成例を示す図である。図２２に示される撮像装置５００は、被写体を撮像し、その被写体の画像を電気信号として出力する装置である。図２２に示されるように、撮像装置５００は、レンズ群５０１等を含む光学系、撮像素子５０２、カメラ信号処理部であるDSP（Digital Signal Processor）５０３、フレームメモリ５０４、表示装置５０５、記録装置５０６、操作系５０７、および電源系５０８等を有する。そして、DSP５０３、フレームメモリ５０４、表示装置５０５、記録装置５０６、操作系５０７、および電源系５０８がバスライン５０９を介して相互に接続されている。
【０２３０】
レンズ群５０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで撮像素子５０２の撮像面上に結像する。撮像素子５０２は、レンズ群５０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この撮像素子５０２として、上述した実施形態に係るCMOSイメージセンサ１００等の固体撮像装置を用いることができる。DSP５０３は、周知のカメラ信号処理を行う。
【０２３１】
表示装置５０５は、液晶表示装置や有機EL(electro luminescence)表示装置等よりなり、撮像素子５０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録装置５０６は、撮像素子５０２で撮像された動画または静止画を、ビデオテープやDVD(Digital Versatile Disc)等の記録媒体に記録する。
【０２３２】
操作系５０７は、ユーザによる操作の下に、本撮像装置が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源系５０８は、DSP５０３、フレームメモリ５０４、表示装置５０５、記録装置５０６、および操作系５０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
【０２３３】
このような撮像装置５００は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けのカメラモジュールに適用される。撮像素子５０２として上述したCMOSイメージセンサ１００を用いることにより、撮像装置５００は、キックバックによるノイズの発生を低減させることができ、より高画質な撮像画像を得ることができる。
【０２３４】
なお、本技術を適用した撮像素子や画像処理部を備える撮像装置は、上述した構成に限らず、他の構成であってもよい。
【０２３５】
＜３．第３の実施の形態＞
［コンピュータ］
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、例えば、図３のシステム制御部１０６のような、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで各種の機能を実行することが可能な汎用のコンピュータなどが含まれる。
【０２３６】
図２３は、そのような汎用のコンピュータの主な構成例を示す図である。図２３において、汎用のコンピュータ６００のCPU（Central Processing Unit）６０１は、ROM（Read Only Memory）６０２に記憶されているプログラム、または記憶部６１３からRAM（Random Access Memory）６０３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM６０３にはまた、CPU６０１が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。
【０２３７】
CPU６０１、ROM６０２、およびRAM６０３は、バス６０４を介して相互に接続されている。このバス６０４にはまた、入出力インタフェース６１０も接続されている。
【０２３８】
入出力インタフェース６１０には、キーボード、マウスなどよりなる入力部６１１、CRT（Cathode Ray Tube）やLCD（Liquid Crystal Display）などよりなるディスプレイ、並びにスピーカなどよりなる出力部６１２、ハードディスクなどより構成される記憶部６１３、モデムなどより構成される通信部６１４が接続されている。通信部６１４は、インターネットを含むネットワークを介しての通信処理を行う。
【０２３９】
入出力インタフェース６１０にはまた、必要に応じてドライブ６１５が接続され、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア６２１が適宜装着され、それらから読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部６１３にインストールされる。
【０２４０】
上述した一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、ネットワークや記録媒体からインストールされる。
【０２４１】
この記録媒体は、例えば、図２３に示されるように、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを配信するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM（Compact Disc - Read Only Memory）,DVD（Digital Versatile Disc）を含む）、光磁気ディスク（MD（Mini Disc）を含む）、若しくは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア６２１により構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに配信される、プログラムが記録されているROM６０２や、記憶部６１３に含まれるハードディスクなどで構成される。
【０２４２】
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
【０２４３】
また、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【０２４４】
また、本明細書において、システムとは、複数のデバイス（装置）により構成される装置全体を表すものである。
【０２４５】
また、以上において、１つの装置（または処理部）として説明した構成を分割し、複数の装置（または処理部）として構成するようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置（または処理部）として説明した構成をまとめて１つの装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。また、各装置（または各処理部）の構成に上述した以外の構成を付加するようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置（または処理部）の構成の一部を他の装置（または他の処理部）の構成に含めるようにしてもよい。つまり、本技術は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０２４６】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）  光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号を、傾きが互いに異なるランプ波の参照信号と比較し、比較結果を出力する複数の比較部と、
互いに異なる前記比較部について、前記比較結果が反転するまでをカウントし、カウント値をデジタルデータとして出力する複数のカウンタと、
前記アナログ信号と傾きが最も緩やかなランプ波以外のランプ波の参照信号との比較を行う前記比較部が前記比較を開始する前に、前記垂直信号線を介して供給される前記アナログ信号を保持し、前記比較部が前記比較を行う間、前記垂直信号線と前記比較部との間を電気的に切断するとともに、保持している前記アナログ信号を前記比較部に供給するサンプルホールド部と
を備える撮像素子。
（２）  傾きが最も緩やかなランプ波の電圧範囲は、ｋＴ／Ｃノイズが全てのノイズで最も支配的である範囲で動作する
前記（１）に記載の撮像素子。
（３）    複数の前記カウンタの中から各比較部の比較結果に基づいて選択された、前記アナログ信号を前記アナログ信号の信号レベルに応じた照度領域に対応する参照信号と比較する比較部についてのカウントを行うカウンタが、前記カウント値を出力する
前記（２）に記載の撮像素子。
（４）  複数の前記カウンタの内、カウント値が最も大きく、かつ、自身が対応する前記比較部の前記比較結果が反転しているカウンタが選択される
前記（３）に記載の撮像素子。
（５）  選択されたカウンタが対応する比較器が利用する参照信号の電圧範囲を示すフラグ情報が、前記カウント値とともに出力される
前記（４）に記載の撮像素子。
（６）  前記サンプルホールド部は、
前記垂直信号線と前記比較部との間を電気的に接続したり切断したりするスイッチと、
前記スイッチにより前記垂直信号線と前記比較部との間を電気的に接続されている間に、前記垂直信号線を介して供給される前記アナログ信号を保持し、前記垂直信号線と前記比較部との間を電気的に切断されている間に、自身が保持している前記アナログ信号を前記比較部に供給するコンデンサと
を備える前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の撮像素子。
（７）  傾きが互いに異なるランプ波の参照信号を生成する複数の参照信号生成部をさらに備え、
複数の前記比較部は、前記アナログ信号を、互いに異なる前記参照信号生成部により生成された参照信号と比較する
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の撮像素子。
（８）  複数の前記参照信号生成部は、互いに同一のタイミングで前記参照信号の生成を開始する
前記（７）に記載の撮像素子。
（９）
傾きが最も緩やかなランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が前記参照信号を生成した後、前記ランプ波とその他の傾きのランプ波とが電圧的に交差しないタイミングにおいて、その他の傾きのランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が、前記参照信号の生成を開始する
前記（７）に記載の撮像素子。
（１０）  傾きが最も緩やかなランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が前記参照信号を生成する前のタイミングにおいて、その他の傾きのランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が、前記参照信号の生成を開始する
前記（７）に記載の撮像素子。
（１１）  傾きが最も緩やかなランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が前記参照信号を生成する間に、その他の傾きのランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が、互いに傾きが異なるランプ波の参照信号を順次生成する
前記（７）に記載の撮像素子。
（１２）  複数の前記比較部の一部または全部が、前記アナログ信号を、傾きが互いに同一のランプ波の参照信号と比較し、
前記アナログ信号を、傾きが互いに同一のランプ波の参照信号と比較する複数の比較部のそれぞれに対応するカウンタが出力するカウント値を加算平均する加算平均部をさらに備える
前記（１）乃至（１１）のいずれかに記載の撮像素子。
（１３）  撮像素子の制御方法であって、
複数の比較部が、光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号を、傾きが互いに異なるランプ波の参照信号と比較し、比較結果を出力し、
複数のカウンタが、互いに異なる前記比較部について、前記比較結果が反転するまでをカウントし、カウント値をデジタルデータとして出力し、
サンプルホールド部が、前記アナログ信号と傾きが最も緩やかなランプ波以外のランプ波の参照信号との比較を行う前記比較部が前記比較を開始する前に、前記垂直信号線を介して供給される前記アナログ信号を保持し、前記比較部が前記比較を行う間、前記垂直信号線と前記比較部との間を電気的に切断するとともに、保持している前記アナログ信号を前記比較部に供給する
制御方法。
（１４）    光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号を、傾きが互いに異なるランプ波の参照信号と比較し、比較結果を出力する複数の比較部と、
互いに異なる前記比較部について、前記比較結果が反転するまでをカウントし、カウント値をデジタルデータとして出力する複数のカウンタと、
前記アナログ信号と傾きが最も緩やかなランプ波以外のランプ波の参照信号との比較を行う前記比較部が前記比較を開始する前に、前記垂直信号線を介して供給される前記アナログ信号を保持し、前記比較部が前記比較を行う間、前記垂直信号線と前記比較部との間を電気的に切断するとともに、保持している前記アナログ信号を前記比較部に供給するサンプルホールド部と
を有する撮像素子と、
前記撮像素子より出力される撮像画像のデジタルデータを画像処理する画像処理部と、
前記画像処理部により画像処理された前記撮像画像のデジタルデータを記憶する記憶部と
を備える撮像装置。
（１５）  傾きが互いに異なるランプ波の参照信号を、互いに異なるタイミングで生成する複数の参照信号生成部と、
光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号を、互いに異なる前記参照信号生成部が生成した前記参照信号と比較し、比較結果を出力する複数の比較部と、
互いに異なる前記比較部について、前記比較結果が反転するまでをカウントし、カウント値をデジタルデータとして出力する複数のカウンタと
を備える撮像素子。
（１６）  傾きが最も緩やかなランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が前記参照信号を生成した後、前記ランプ波とその他の傾きのランプ波とが電圧的に交差しないタイミングにおいて、その他の傾きのランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が、前記参照信号の生成を開始する
前記（１５）に記載の撮像素子。
（１７）  傾きが最も緩やかなランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が前記参照信号を生成する前のタイミングにおいて、その他の傾きのランプ波の参照信号を生成する前記参照信号生成部が、前記参照信号の生成を開始する
前記（１５）に記載の撮像素子。
（１８）
選択されたカウンタが対応する比較器が利用する参照信号の電圧範囲を示すフラグ情報が、前記カウント値とともに出力される
前記（１５）に記載の撮像素子。
（１９）  撮像素子の制御方法であって、
複数の参照信号生成部が、傾きが互いに異なるランプ波の参照信号を、互いに異なるタイミングで生成し、
複数の比較部が、光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号を、互いに異なる前記参照信号生成部が生成した前記参照信号と比較し、比較結果を出力し、
複数のカウンタが、互いに異なる前記比較部について、前記比較結果が反転するまでをカウントし、カウント値をデジタルデータとして出力する
制御方法。
（２０）    傾きが互いに異なるランプ波の参照信号を、互いに異なるタイミングで生成する複数の参照信号生成部と、
光電変換素子を含む画素から垂直信号線を介して供給されるアナログ信号を、互いに異なる前記参照信号生成部が生成した前記参照信号と比較し、比較結果を出力する複数の比較部と、
互いに異なる前記比較部について、前記比較結果が反転するまでをカウントし、カウント値をデジタルデータとして出力する複数のカウンタと
を有する撮像素子と、
前記撮像素子より出力される撮像画像のデジタルデータを画像処理する画像処理部と、
前記画像処理部により画像処理された前記撮像画像のデジタルデータを記憶する記憶部と
を備える撮像装置。
【符号の説明】
【０２４７】
１００  CMOSイメージセンサ，  １０１  半導体基板，  １０２  画素アレイ部，  １０３  行走査部，  １０４  カラム処理部，  １０５  列走査部，  １０６  システム制御部，  １０７  画素駆動線，  １０８  垂直信号線，  １０９  水平バス，  １１０  出力端子，  １２０  画素，  １３１および１３２  参照信号生成回路，  １４０  カラムADC，  １５３  比較器，  １５５  U/Dカウンタ，  １６３  比較器，  １６５  U/Dカウンタ，  １７０  サンプルホールド部，  １７１  スイッチ，  １７２  コンデンサ，  ４４０  カラムADC，  ４７０  サンプルホールド部，  ４９１  加算平均算出部，  ５００  撮像装置，  ６００  コンピュータ
【図１】
0006040942.tif 000002
【図２】
0006040942.tif 000003
【図３】
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【図４】
0006040942.tif 000005
【図５】
0006040942.tif 000006
【図６】
0006040942.tif 000007
【図７】
0006040942.tif 000008
【図８】
0006040942.tif 000009
【図９】
0006040942.tif 000010
【図１０】
0006040942.tif 000011
【図１１】
0006040942.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0006040942.tif 000014
【図１４】
0006040942.tif 000015
【図１５】
0006040942.tif 000016
【図１６】
0006040942.tif 000017
【図１７】
0006040942.tif 000018
【図１８】
0006040942.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
0006040942.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
0006040942.tif 000023
【図２３】
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