(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数行および複数列に渡って設けられた、画素信号を出力する複数の画素と、
それぞれが前記複数列の各々に対応して設けられ、前記画素信号に基づく信号と時間に依存して電位が変化する信号と、を比較した信号値を有する比較結果信号を出力する複数の比較器と、
それぞれが前記複数の比較器の各々に対応して設けられた複数のデジタル信号保持部と、
水平走査回路と、
制御部とを有し、
前記制御部が、前記複数の比較器の各々が出力する前記比較結果信号同士の比較によって検出される、前記信号値が変化する前記比較結果信号の順序に基づいて、クロックパルス信号を計数したカウント信号を前記複数のデジタル信号保持部のうちの一部のデジタル信号保持部に保持させ、
前記水平走査回路による１つの水平走査において、前記水平走査回路が、前記一部のデジタル信号保持部を走査し、他の一部のデジタル信号保持部を走査しないことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記複数の比較器から前記複数のデジタル信号保持部に至る経路に設けられ、
前記制御部が、前記複数の比較器の各々が出力する前記比較結果信号同士の比較によって、前記複数の比較器のうちの一部のみの比較器が出力する前記比較結果信号に対応する前記カウント信号を前記デジタル信号保持部に保持させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
行列状に設けられた、画素信号を出力する複数の画素と、
それぞれが前記行列の列に対応して設けられ、前記画素信号に基づく信号と時間に依存して電位が変化する信号と、を比較した信号値を有する比較結果信号を出力する複数の比較器と、
前記複数の比較器が出力する前記比較結果信号同士の比較によって検出されるＮ番目（Ｎは１以上の整数）に前記信号値が変化する前記比較結果信号に基づいて、クロックパルス信号を計数したカウント信号を保持するデジタル信号保持部と、を有し、
前記デジタル信号保持部は、
前記複数の比較器が出力する前記比較結果信号同士の比較によって検出される前記Ｎ番目に前記信号値が変化する前記比較結果信号に基づいて、前記カウント信号を保持する第１のデジタル信号保持部と、
複数の第２のデジタル信号保持部と、を有し、
前記複数の第２のデジタル信号保持部の各々が前記列に対応して配されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
前記第１のデジタル信号保持部が、
前記複数の比較器が出力する前記比較結果信号同士の比較によって検出される最も遅くに前記信号値が変化する前記比較結果信号に基づいて、前記カウント信号を保持する前記デジタル信号保持部と、
前記複数の比較器が出力する前記比較結果信号同士の比較によって検出される最も早くに前記信号値が変化する前記比較結果信号に基づいて、前記カウント信号を保持する前記デジタル信号保持部と、を有することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記デジタル信号保持部が、前記クロックパルス信号を計数した前記カウント信号を生成するカウンタであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
行列状に設けられた、画素信号を出力する複数の画素と、
それぞれが前記行列の列に対応して設けられ、前記画素信号に基づく信号と時間に依存して電位が変化する信号と、を比較した信号値を有する比較結果信号を出力する複数の比較器と、
前記複数の比較器が出力する前記比較結果信号同士の比較によって検出されるＮ番目（Ｎは１以上の整数）に前記信号値が変化する前記比較結果信号に基づいて、クロックパルス信号を計数したカウント信号を保持するデジタル信号保持部と、を有し、
前記デジタル信号保持部が、前記クロックパルス信号を計数した前記カウント信号を生成するカウンタであり、
前記Ｎ番目に前記信号値が変化する前記比較結果信号に基づいて前記カウント信号を保持する第１のカウンタと、
それぞれが前記複数の比較器のそれぞれに対応して設けられた複数の第２のカウンタと、を有し、
前記第１のカウンタが前記クロックパルス信号を計数する期間に、前記複数の第２のデジタル信号保持部が前記クロックパルス信号を計数する動作を行わないことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
前記複数の画素は、入射光に基づいて信号電荷を生成する光電変換部と、
前記信号電荷に基づく信号を増幅する増幅トランジスタと、を有し、
前記画素信号は、ノイズレベル信号と、光電変換信号と、を含み、
前記比較器は、前記ノイズレベル信号に基づく信号とランプ信号との第１の比較と、前記光電変換信号に基づく信号と前記ランプ信号との第２の比較と、をそれぞれ行い、
前記カウンタは、前記第１の比較において、前記カウント信号の信号値の増加と減少の一方によって前記クロックパルス信号を計数し、前記第２の比較において、前記カウント信号の信号値の増加と減少の他方によって前記クロックパルス信号を計数することを特徴とする請求項５または６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記撮像装置は、さらに前記クロックパルス信号を計数して前記カウント信号を生成するカウンタを有し、
前記デジタル信号保持部が、前記比較結果信号の前記信号値の変化に基づいて前記カウント信号を保持するラッチ部であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記画素信号に基づく前記信号が、前記画素信号を反転増幅して出力する反転増幅器が出力する信号であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の撮像装置と、前記撮像装置が出力する信号を処理する信号処理部と、を有することを特徴とする撮像システム。
【請求項１１】
複数行および複数列に渡って設けられた、画素信号を出力する複数の画素と、
それぞれが前記複数列の各々に対応して設けられ、前記画素信号に基づく信号と時間に依存して電位が変化する信号との比較によって、信号値を有する比較結果信号を出力する複数の比較器と、
それぞれが前記複数の比較器の各々に対応して設けられた複数のデジタル信号保持部と、
を有する撮像装置の駆動方法であって、
前記複数の比較器の各々が出力する前記比較結果信号同士を比較することによって検出される、前記信号値が変化する前記比較結果信号の順序に基づいて、前記複数のデジタル信号保持部のうちの一部のデジタル信号保持部にクロックパルス信号を計数したカウント信号を保持させ、
１度の水平走査において、前記一部のデジタル信号保持部を走査し、他の一部のデジタル信号保持部を走査しないことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【請求項１２】
行列状に設けられた、画素信号を出力する複数の画素と、
それぞれが前記行列の列に対応して設けられ、前記画素信号に基づく信号と時間に依存して電位が変化する信号と、を比較した信号値を有する比較結果信号を出力する複数の比較器と、
クロックパルス信号を計数したカウント信号を保持するデジタル信号保持部と、
を有する撮像装置の駆動方法であって、
前記複数の比較器が出力する前記比較結果信号同士を比較することによって検出されるＮ番目（Ｎは１以上の整数）に前記信号値が変化する前記比較結果信号に基づいて、前記デジタル信号保持部に前記カウント信号を保持させ、
前記デジタル信号保持部は、さらに第１のデジタル信号保持部と複数の第２のデジタル信号保持部とを有し、
前記複数の第２のデジタル信号保持部の各々は、前記複数の比較器に対応して列状に設けられ、前記駆動方法は、
前記第１のデジタル信号保持部に、前記複数の比較器が出力する前記比較結果信号同士を比較することによって検出される前記Ｎ番目に前記信号値が変化する前記比較結果信号に基づいて前記カウント信号を保持させ、
前記第２のデジタル信号保持部に、対応する列の前記比較器が出力する前記比較結果信号に基づいて前記カウント信号を保持させることを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【請求項１３】
前記第１のデジタル信号保持部から前記カウント信号を出力させた後、
前記第２のデジタル信号保持部から前記カウント信号を出力させることを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換部を含む画素とアナログデジタル変換部とを有する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光電変換を行い、入射光に基づく信号を出力する画素が行列状に配された画素部と、画素の各列に対応してアナログデジタル変換部が設けられた列並列型のアナログデジタル変換部（以下、アナログデジタル変換部をＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、列並列型のＡＤＣを列ＡＤＣと表記する）と、を有する撮像装置が知られている。列ＡＤＣにおいては、各列のＡＤＣが画素から出力されるアナログ信号（以下、画素から出力されるアナログ信号を画素信号と表記する）をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換（以下、ＡＤ変換と表記する）を行う。
【０００３】
列ＡＤＣの一例として、ランプ信号と画素信号とを比較する複数の比較器と、クロックパルス信号を計数するカウンタと、を有する列ＡＤＣが知られている。複数の比較器が出力する信号同士の比較を行う列ＡＤＣを有する撮像装置が特許文献１に記載されている。
【０００４】
特許文献１には、第１の画素、第２の画素、第１の画素に対応して設けられた第１の比較器、第２の画素に対応して設けられた第２の比較器、第１の比較器と第２の比較器とに接続された差分回路、カウンタを有する撮像装置が記載されている。カウンタは、差分回路が出力する差分信号に基づいてクロックパルス信号を計数してカウント信号を生成する。第１の比較器が出力する比較結果信号は第１の画素が出力した信号と、時間に依存して電位が変化する信号であるランプ信号とを比較した結果を示す信号である。同様に、第２の比較器が出力する比較結果信号は、第２の画素が出力した信号とランプ信号とを比較した結果を示す信号である。差分回路は第１、第２の比較器の一方の比較結果を示す信号である比較結果信号の信号値が変化してから、他方の比較結果信号が反転するまでの期間、カウンタを動作させる信号である差分信号をカウンタに出力する。カウンタは差分信号が差分回路から出力されている期間、クロックパルス信号の計数を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２１７２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の撮像装置では、複数の比較器が出力する比較結果信号のうち、Ｎ番目（Ｎは１以上の整数）に信号値が変化する比較結果信号に基づくデジタル信号を出力する撮像装置の検討がなされていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために為されたものであり、一の態様は、複数行および複数列に渡って設けられた、画素信号を出力する複数の画素と、それぞれが前記複数列の各々に対応して設けられ、前記画素信号に基づく信号と時間に依存して電位が変化する信号と、を比較した信号値を有する比較結果信号を出力する複数の比較器と、それぞれが前記複数の比較器の各々に対応して設けられた複数のデジタル信号保持部と、水平走査回路と、制御部とを有し、前記制御部が、前記複数の比較器の各々が出力する前記比較結果信号同士の比較によって検出される、前記信号値が変化する前記比較結果信号の順序に基づいて、クロックパルス信号を計数したカウント信号を前記複数のデジタル信号保持部のうちの一部のデジタル信号保持部に保持させ、前記水平走査回路による１つの水平走査において、前記水平走査回路が、前記一部のデジタル信号保持部を走査し、他の一部のデジタル信号保持部を走査しないことを特徴とする撮像装置である。
【０００８】
別の態様は、行列状に設けられた、画素信号を出力する複数の画素と、それぞれが前記行列の列に対応して設けられ、前記画素信号に基づく信号と時間に依存して電位が変化する信号と、を比較した信号値を有する比較結果信号を出力する複数の比較器と、前記複数の比較器が出力する前記比較結果信号同士の比較によって検出されるＮ番目（Ｎは１以上の整数）に前記信号値が変化する前記比較結果信号に基づいて、クロックパルス信号を計数したカウント信号を保持するデジタル信号保持部と、を有し、前記デジタル信号保持部は、前記複数の比較器が出力する前記比較結果信号同士の比較によって検出される前記Ｎ番目に前記信号値が変化する前記比較結果信号に基づいて、前記カウント信号を保持する第１のデジタル信号保持部と、複数の第２のデジタル信号保持部と、を有し、前記複数の第２のデジタル信号保持部の各々が前記列に対応して配されていることを特徴とする撮像装置である。
【０００９】
他の態様は、複数行および複数列に渡って設けられた、画素信号を出力する複数の画素と、それぞれが前記複数列の各々に対応して設けられ、前記画素信号に基づく信号と時間に依存して電位が変化する信号との比較によって、信号値を有する比較結果信号を出力する複数の比較器と、それぞれが前記複数の比較器の各々に対応して設けられた複数のデジタル信号保持部と、を有する撮像装置の駆動方法であって、前記複数の比較器の各々が出力する前記比較結果信号同士を比較することによって検出される、前記信号値が変化する前記比較結果信号の順序に基づいて、前記複数のデジタル信号保持部のうちの一部のデジタル信号保持部にクロックパルス信号を計数したカウント信号を保持させ、１度の水平走査において、前記一部のデジタル信号保持部を走査し、他の一部のデジタル信号保持部を走査しないことを特徴とする撮像装置の駆動方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、複数の比較器が出力する比較結果信号のうち、Ｎ番目（Ｎは１以上の整数）に信号値が変化する比較結果信号に基づくデジタル信号を出力する撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】撮像装置の一例のブロック図
【図２】撮像装置の画素の一例の等価回路図
【図３】撮像装置の動作の一例を示したタイミング図
【図４】撮像装置の動作の他の一例を示したタイミング図
【図５】撮像装置の動作の他の一例を示したタイミング図
【図６】撮像装置の他の一例のブロック図
【図７】撮像装置の他の一例のブロック図
【図８】撮像装置の動作の他の一例のタイミング図
【図９】撮像装置の他の一例のブロック部
【図１０】撮像装置の動作の他の一例を示したタイミング図
【図１１】撮像装置の他の一例のブロック図
【図１２】撮像装置の動作の他の一例を示したタイミング図
【図１３】撮像システムの一例のブロック図
【図１４】撮像装置の他の一例を示したブロック図
【図１５】撮像装置の他の動作の一例を示したタイミング図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［実施例１］
以下、図面を参照しながら本実施例に関わる撮像装置について説明する。
【００１３】
図１は本実施例の撮像装置の一例を示したブロック図である。
【００１４】
撮像装置は複数の画素１００−１〜１００−８が行列状に配されている。図１では模式的に２行４列の画素１００を表した。各列の画素１００は第１の垂直信号線７−１〜７−４に信号を出力する。第１の垂直信号線７−１〜７−４にはそれぞれ、電流源６−１〜６−４から電流が供給される。また、画素１００から第１の垂直信号線７−１〜７−４のそれぞれに出力された信号は、反転増幅器１２−１〜１２−４の各々の一の端子に出力される。第１の垂直信号線７−１〜７−４の電位をそれぞれＶＬ１〜ＶＬ４として表す。反転増幅器１２−１〜１２−４のそれぞれの出力する信号は、比較器８−１〜８−４のそれぞれの一の端子に第２の垂直信号線１３−１〜１３−４を介して与えられる。第２の垂直信号線１３−１〜１３−４の電位をＣＡ１〜ＣＡ４と表記する。また、比較器８−１〜８−４の他の端子には、ランプ発生回路９からランプ信号供給線１４を介してランプ信号ＲＭＰが出力される。比較器８−１〜８−４が出力する比較結果信号は、それぞれ比較結果信号伝送線１５−１〜１５−４を介してカウンタ制御部１０に出力される。第１のパルス伝送線１６はパルスＣＥＮをカウンタ制御部１０からカウンタ１１に伝送する。第２のパルス伝送線１７はパルスＣＭＯＤをカウンタ制御部１０からカウンタ１１に伝送する。比較器８−１〜８−４、カウンタ１１−１〜１１−４は画素１００が配された各列に対応して設けられている。図１に例示した撮像装置のデジタル信号保持部５０は、カウンタ１１−１〜１１−４のそれぞれである。カウンタ制御部１０は、複数の比較器８−１〜８−４からデジタル信号保持部５０に至る経路に設けられている。
【００１５】
画素１００には、不図示の垂直走査回路からパルスＰＲＥＳ、ＰＴＸ、ＰＳＥＬが出力される。垂直走査回路から１行目に出力される各パルスは、パルスを表す符号の末尾に［０］を付して表している。また、垂直走査回路から２行目に出力される各パルスについては、同様にパルスを表す符号の末尾に［１］を付して表している。また、ランプ発生回路９には不図示のタイミングジェネレータからパルスＲＭＰ＿ＥＮ、ＲＭＰ＿ＲＳＴが出力される。カウンタ制御部１０には、不図示のタイミングジェネレータからパルスＳＭＯＤが出力される。カウンタ１１−１〜１１−４には、不図示のタイミングジェネレータからパルスＣＮＴ＿ＥＮ、ＣＮＴ＿ＣＬＫ、ＣＮＴ＿ＲＳＴが出力される。カウンタ１１−１には、カウンタ制御部１０からパルスＣＥＮ１、ＣＭＯＤ１のそれぞれが出力される。同様に、カウンタ１１−２〜１１−４のそれぞれには、カウンタ制御部１０からパルスＣＥＮ２〜４のそれぞれと、パルスＣＭＯＤ２〜４のそれぞれが出力される。
【００１６】
次に本実施例の画素１００について図２を参照しながら説明する。
【００１７】
画素１００はフォトダイオード１、転送ＭＯＳトランジスタ２、リセットＭＯＳトランジスタ３、増幅ＭＯＳトランジスタ４、選択ＭＯＳトランジスタ５を含む。
【００１８】
フォトダイオード１は、入射光量に応じて信号電荷を生成する。フォトダイオード１は光電変換部である。転送ＭＯＳトランジスタ２の導通を制御するパルスＰＴＸがＨｉｇｈレベル（以下、Ｈレベルと表記する。同様に、ＬｏｗレベルをＬレベルと表記する。）になると、フォトダイオード１で生成した信号電荷が増幅ＭＯＳトランジスタ４の制御電極のノードに転送される。このノードを以下ではＦＤ部（ＦＤはＦｌｏａｔｉｎｇ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎの頭文字である）と称する。選択ＭＯＳトランジスタ５の導通を制御するパルスＰＳＥＬをＨレベルとすると、増幅ＭＯＳトランジスタ４から選択ＭＯＳトランジスタ５を介して垂直信号線７に信号が出力される。リセットＭＯＳトランジスタ３の導通を制御するパルスＰＲＥＳをＨレベルとすると、ＦＤ部の電位が電源ＶＤＤの電位に応じてリセットされる。
【００１９】
図３は図１に例示した撮像装置の動作の一例を示したタイミング図である。図１に例示した撮像装置は、４つの比較器８−１，８−２，８−３，８−４のそれぞれが出力する比較結果信号ＣＭＰ１，ＣＭＰ２、ＣＭＰ３、ＣＭＰ４のうち、所定の順位で信号値が変化する比較結果信号ＣＭＰに基づいてカウンタ１１−１が動作する形態である。カウンタ１１−１は本実施例における、Ｎ番目に信号値が変化する比較結果信号に基づいてカウント信号を保持する第１のカウンタである。所定の順位とは、本実施例では１〜４番目のうちの少なくとも１つである。以下に説明する動作の形態では、カウンタ制御部１０が出力するパルスＣＥＮ２、ＣＥＮ３、ＣＥＮ４を常にＬレベルとして、カウンタ１１−２，１１−３，１１−４を非動作としている。カウンタ１１−２、１１−３、１１−４は第１のカウンタがクロックパルス信号のカウント動作を行っている期間に非動作とすることのできる第２のカウンタである。デジタル信号保持部にカウント信号を保持させる制御部は、図１に例示した撮像装置ではカウンタ制御部１０である。
【００２０】
まず、比較結果信号ＣＭＰ１，ＣＭＰ２、ＣＭＰ３、ＣＭＰ４のうち、最も遅く信号値が変化する比較結果信号ＣＭＰに基づいてカウンタ１１−１を動作させる形態について説明する。尚、以下に説明する動作において、垂直信号線７−１〜７−４の信号振幅は、ＶＬ３＜ＶＬ２＜ＶＬ１＜ＶＬ４の関係にあるとする。ここでいう信号振幅は、画素１００から信号が出力されていない時の垂直信号線７の基準電位からの変化量を指している。垂直信号線７の基準電位とは、後述する図３の動作において、時刻ｔ１よりも前の時点での電位である。同様に反転増幅信号線１３−１〜１３−４の信号振幅は、ＣＡ３＜ＣＡ２＜ＣＡ１＜ＣＡ４の関係にある。
【００２１】
時刻ｔ１に、パルスＰＳＥＬをＨレベルとする。また、パルスＰＲＥＳ、ＲＭＰ＿ＲＳＴ、ＳＭＯＤはＨレベルである。パルスＰＲＥＳがＨレベルであることにより、ＦＤ部の電位、すなわち増幅ＭＯＳトランジスタ４の制御電極の電位はリセットレベルとなっている。また、比較結果信号ＣＭＰ１〜ＣＭＰ４、ＣＥＮ１、ＣＮＴ＿ＥＮ、ＣＮＴ＿ＲＳＴ，ＣＭＯＤ１はＬレベルである。
【００２２】
時刻ｔ２に、パルスＣＮＴ＿ＲＳＴをＨレベルとし、カウンタ１１−１のカウント信号をリセットする。また、パルスＰＲＥＳをＬレベルとし、ＦＤ部の電位のリセットを解除する。この時に画素１００−１〜１００−４から第１の垂直信号線７−１〜７−４にそれぞれ出力される信号をＡＮ１〜ＡＮ４信号と表記する。また、反転増幅器１２−１〜１２−４がＡＮ１〜ＡＮ４信号のそれぞれに基づいて比較器８−１〜８−４に出力する信号をＧＮ１〜ＧＮ４信号と表記する。ＡＮ１〜ＡＮ４信号は、ＦＤ部の電位、すなわち増幅ＭＯＳトランジスタ４の制御電極の電位をリセットレベルにしたことによって出力されるノイズレベル信号である。また、反転増幅器１２が出力するＧＮ信号は画素信号の１つのＡＮ信号に基づく信号である。
【００２３】
時刻ｔ３に、パルスＲＭＰ＿ＲＳＴをＬレベルとし、ランプ信号ＲＭＰの電位のリセットを解除する。
【００２４】
時刻ｔ４に、パルスＲＭＰ＿ＥＮをＨレベルとする。これにより、ランプ信号ＲＭＰの時間に依存した電位の変化を開始する。また、パルスＣＮＴ＿ＥＮをＨレベルとする。カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ１をＨレベルとする。カウンタ１１−１はパルスＣＮＴ＿ＥＮ、パルスＣＥＮ１が共にＨレベルの時にクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を行う。また、カウンタ制御部１０は、パルスＣＭＯＤ１をＨレベルとする。これにより、カウンタ１１−１はクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数するに従って、カウント信号値が減少する。このパルスＣＭＯＤ１をＨレベルとして、クロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫを計数するにしたがってカウント信号値が減少するカウンタ１１の動作をダウンカウントと表記する。比較結果信号ＣＭＰ１〜４はＨレベルである。
【００２５】
時刻ｔ５に、反転増幅信号線１３−３の電位ＣＡ３とランプ信号ＲＭＰの電位の大小関係が逆転し、比較結果信号ＣＭＰ３がＬレベルとなる。比較結果信号ＣＭＰ１，ＣＭＰ２、ＣＭＰ４は引き続きＨレベルである。
【００２６】
時刻ｔ６に、反転増幅信号線１３−２の電位ＣＡ２とランプ信号ＲＭＰの電位の大小関係が逆転し、比較結果信号ＣＭＰ２がＬレベルとなる。比較結果信号ＣＭＰ１，ＣＭＰ４は引き続きＨレベルである。
【００２７】
時刻ｔ７に、反転増幅信号線１３−１の電位ＣＡ１とランプ信号ＲＭＰの電位の大小関係が逆転し、比較結果信号ＣＭＰ１がＬレベルとなる。比較結果信号ＣＭＰ４は引き続きＨレベルである。
【００２８】
時刻ｔ８に、反転増幅信号線１３−４の電位ＣＡ４とランプ信号ＲＭＰの電位の大小関係が逆転し、比較結果信号ＣＭＰ４がＬレベルとなる。この時点で比較結果信号ＣＭＰ１〜４の全てがＬレベルとなる。これにより、カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ１をＬレベルとする。よって、カウンタ１１−１はクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を終了する。この時にカウンタ１１−１が保持したカウント信号は、ＧＮ１〜ＧＮ４信号のうち、最も信号振幅が大きいＧＮ４信号に基づくデジタル信号である。このデジタル信号をＤＮ４信号と表記する。
【００２９】
時刻ｔ９に、パルスＲＭＰ＿ＥＮをＬレベルとする。これにより、ランプ信号ＲＭＰの時間に依存した電位の変化が終了する。パルスＣＮＴ＿ＥＮ、ＣＭＯＤ１を共にＬレベルとする。この時刻ｔ４から時刻ｔ９までの期間が、ノイズレベル信号に基づく信号とランプ信号とを比較する第１の比較である。
【００３０】
時刻ｔ１０に、パルスＲＭＰ＿ＲＳＴをＨレベルとし、ランプ信号ＲＭＰの電位をリセットする。
【００３１】
時刻ｔ１１に、パルスＰＴＸをＨレベルとする。
【００３２】
時刻ｔ１２に、パルスＰＴＸをＬレベルとする。これによって、画素１００−１〜１００−４からそれぞれ垂直信号線７−１〜７−４に出力される信号をＡ（Ｓ＋Ｎ）１〜Ａ（Ｓ＋Ｎ）４信号と表記する。反転増幅器１２−１〜１２−４がＡ（Ｓ＋Ｎ）１〜Ａ（Ｓ＋Ｎ）４信号に基づいて比較器８−１〜８−４に出力する信号をＧ（Ｓ＋Ｎ）１〜Ｇ（Ｓ＋Ｎ）４信号と表記する。Ａ（Ｓ＋Ｎ）信号は、フォトダイオード１で生成した信号電荷に基づいて出力される光電変換信号である。また、反転増幅器１２の出力するＧ（Ｓ＋Ｎ）信号は、画素信号の１つの光電変換信号に基づく信号である。
【００３３】
時刻ｔ１３に、パルスＲＭＰ＿ＲＳＴをＬレベルとして、ランプ信号ＲＭＰの電位のリセットを解除する。
【００３４】
時刻ｔ１４に、パルスＲＭＰ＿ＥＮをＨレベルとし、ランプ信号ＲＭＰの時間に依存した電位の変化を開始する。カウンタ１１−１には時刻ｔ９にパルスＣＮＴ＿ＥＮをＬレベルとした時のカウント信号が保持されている。パルスＣＮＴ＿ＥＮをＨレベルとする。また、パルスＣＥＮ１をＨレベルとする。カウンタ１１−１はクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を、時刻ｔ９の時点で保持していたカウント信号値を出発点として行う。パルスＣＭＯＤ１はＬレベルである。これにより、カウンタ１１−１が計数するカウント信号値は、クロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫを計数するに従って増加する。このパルスＣＭＯＤ１をＬレベルとして、クロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫを計数するにしたがってカウント信号値が増加するカウンタ１１の動作をアップカウントと表記する。比較結果信号ＣＭＰ１〜４はＨレベルである。
【００３５】
時刻ｔ１５に、反転増幅信号線１３−３の電位ＣＡ３とランプ信号ＲＭＰの電位の大小関係が逆転し、比較結果信号ＣＭＰ３がＬレベルとなる。他の比較結果信号ＣＭＰ１，ＣＭＰ２、ＣＭＰ４は引き続きＨレベルである。
【００３６】
時刻ｔ１６に、反転増幅信号線１３−２の電位ＣＡ２とランプ信号ＲＭＰの電位の大小関係が逆転し、比較結果信号ＣＭＰ２がＬレベルとなる。比較結果信号ＣＭＰ１，ＣＭＰ４は引き続きＨレベルである。
【００３７】
時刻ｔ１７に、反転増幅信号線１３−１の電位ＣＡ１とランプ信号ＲＭＰの電位の大小関係が逆転し、比較結果信号ＣＭＰ１がＬレベルとなる。比較結果信号ＣＭＰ４は引き続きＨレベルである。
【００３８】
時刻ｔ１８に、反転増幅信号線１３−４の電位ＣＡ４とランプ信号ＲＭＰの電位の大小関係が逆転し、比較結果信号ＣＭＰ４がＬレベルとなる。この時点で比較結果信号ＣＭＰ１〜４の全てがＬレベルとなる。これにより、カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ１をＬレベルとする。よって、カウンタ１１−１はクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を終了する。この時にカウンタ１１−１が保持したカウント信号は、Ｇ（Ｓ＋Ｎ）１〜Ｇ（Ｓ＋Ｎ）４信号のうち、最も信号振幅の大きいＧ（Ｓ＋Ｎ）４信号から、ＧＮ４信号を差し引いた信号に基づくデジタル信号である。このデジタル信号をＤＳ４信号と表記する。
【００３９】
時刻ｔ１９に、パルスＲＭＰ＿ＥＮをＬレベルとする。これにより、ランプ信号ＲＭＰの時間に依存した電位の変化が終了する。また、パルスＣＮＴ＿ＥＮを共にＬレベルとする。この時刻ｔ１４から時刻ｔ１９までの期間が、光電変換信号に基づく信号とランプ信号との比較を行う第２の比較である。
【００４０】
時刻ｔ２０に、パルスＲＭＰ＿ＲＳＴをＨレベルとし、ランプ信号ＲＭＰの電位をリセットする。パルスＰＲＥＳをＨレベルとし、各画素１００のＦＤ部の電位をリセットする。
【００４１】
カウンタ１１−１が保持したデジタル信号は、不図示の水平走査回路によってカウンタ１１−１から撮像装置の外部へ出力される。
【００４２】
上記の動作によりカウンタ１１−１が、画素１００−１〜１００−４が出力する画素信号のうち、信号振幅が最も大きい画素信号、つまり画素１００−４が出力する画素信号に基づくデジタル信号を保持することができる。カウンタ１１−１が時刻ｔ１９の時点で保持しているデジタル信号について説明する。カウンタ１１−１はＧＮ信号とランプ信号ＲＭＰとの比較動作においてはダウンカウントにてクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫを計数する。一方、Ｇ（Ｓ＋Ｎ）信号とランプ信号ＲＭＰとの比較動作においては、ダウンカウントにて生成したＧＮ信号に基づくデジタル信号を出発点として、アップカウントにてクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫを計数する。つまり、ＧＮ信号のＡＤ変換とＧ（Ｓ＋Ｎ）信号のＡＤ変換とで、クロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数によるカウント信号値の減少と増加を切り替えている。これにより、時刻ｔ１９にカウンタ１１−１が保持しているデジタル信号は、Ｇ（Ｓ＋Ｎ）４信号からＧＮ４信号を差し引いた信号に基づくデジタル信号となる。ＧＮ４信号は、画素１００−４のノイズ成分と、反転増幅器１２−４のオフセット成分と、複数の反転増幅器１２の反転増幅器１２ごとのオフセット成分のばらつきと、複数の比較器８の比較器毎の動作ばらつきの成分とを含んでいる。よって、Ｇ（Ｓ＋Ｎ）４信号から、これらの成分を差し引いた信号に基づくデジタル信号のＤＳ４信号を得ることができる。
【００４３】
これまで、カウンタ制御部１０が、比較結果信号ＣＭＰ１〜４のうち信号値が最も遅く変化する比較結果信号ＣＭＰに基づいてパルスＣＥＮ１をＨレベルからＬレベルとする形態について説明した。他の形態として、比較結果信号ＣＭＰ１〜４のうち信号値が最も早く変化する比較結果信号ＣＭＰに基づいてパルスＣＥＮ１をＨレベルからＬレベルとする形態としてもよい。この形態のタイミング図を示したのが図４である。この形態の場合には、カウンタ制御部１０は比較結果信号ＣＭＰ３がＬレベルとなる時にパルスＣＥＮ１をＨレベルからＬレベルとする。すなわち、ＧＮ信号とランプ信号ＲＭＰとの比較では時刻ｔ５、ＧＳ信号とランプ信号ＲＭＰとの比較では時刻ｔ１５にパルスＣＥＮ１をＬレベルとする。この動作によりカウンタ１１−１は時刻ｔ８ではＧＮ３信号に基づくデジタル信号のＤＮ３信号、時刻ｔ１８ではＧＳ３信号に基づくデジタル信号のＤＳ３信号を保持する。画素１００−１〜１００−４が出力する画素信号のうち、信号振幅が最も小さい画素信号に基づくデジタル信号を保持することができる。
【００４４】
他の形態として、比較結果信号ＣＭＰ１〜４のうち、予め設定された順位で信号値が変化する比較結果信号ＣＭＰに基づいてパルスＣＥＮ１をＬレベルとする形態としてもよい。すなわち、複数の画素１００が出力する画素信号の中間値に基づくデジタル信号を得る形態である。ここで言う中間値とは、最大値、最小値の間に位置する値である。例えば、比較結果信号ＣＭＰ１〜ＣＭＰ４のうち、２番目に信号値が変化する比較結果信号ＣＭＰに基づいてパルスＣＥＮ１をＨレベルからＬレベルとする形態を説明する。この動作を示しタイミング図が図５である。この形態においては、比較結果信号ＣＭＰ２がＨレベルからＬレベルに変化する時に、パルスＣＥＮ１をＨレベルからＬレベルとすれば良い。つまりＧＮ信号とランプ信号ＲＭＰとの比較では時刻ｔ６、ＧＳ信号とランプ信号ＲＭＰとの比較では時刻ｔ１６にパルスＣＥＮ１をＨレベルからＬレベルとすれば良い。この動作によりカウンタ１１−１は時刻ｔ８ではＧＮ２信号に基づくデジタル信号のＤＮ２信号、時刻ｔ１８ではＧＳ２信号に基づくデジタル信号のＤＳ２信号を保持する。この動作によりカウンタ１１−１が、画素１００−１〜１００−４が出力する画素信号のうち、信号振幅が２番目に小さい画素信号に基づくデジタル信号を保持することができる。
【００４５】
カウンタ制御部１０が複数の比較結果信号ＣＭＰのうち、どの順位の比較結果信号ＣＭＰに基づいてパルスＣＥＮ１をＨレベルからＬレベルとするかは、不図示のタイミングジェネレータがカウンタ制御部１０に対して設定を行う形態であっても良い。また、撮像装置の製造時に撮像装置の外部からカウンタ制御部１０に、どの順位の比較結果信号ＣＭＰに基づいてパルスＣＥＮ１をＨレベルからＬレベルとするかを設定する形態であっても良い。また、撮像装置にどの順位の比較結果信号ＣＭＰに基づいてパルスＣＥＮ１をＨレベルからＬレベルとするかの設定を記憶する設定記憶部をさらに有している形態であっても良い。この形態の撮像装置として例えば、撮像装置の製造時に予めどの順位の比較結果信号ＣＭＰに基づいてパルスＣＥＮ１をＨレベルからＬレベルとするかを撮像装置の外部から設定記憶部に記憶させる。そして、カウンタ制御部１０は設定記憶部に記憶された情報に基づいてパルスＣＥＮ１を制御する形態がある。
【００４６】
図１〜５に例示した撮像装置は、複数の反転増幅器１２の出力する信号の最大値、最小値、中間値に基づくデジタル信号を得ることができる形態である。この形態により、例えば、全てのカウンタ１１からデジタル信号を伝送させる動作を行うことなく、反転増幅器１２が出力する所定の信号レベルよりも大きい、あるいは小さい信号を得ることができる。複数の画素１００の出力する画素信号の最大値あるいは最小値に基づくデジタル信号を得る動作によって、例えば複数の画素１００の出力する画素信号に基づくデジタル信号の信号レベルが所定の範囲内にあるか否かを判定することができる。これにより、全てのカウンタ１１からデジタル信号を伝送させる形態に比して少ないデータ量で複数の画素１００の出力する画素信号に基づくデジタル信号の信号レベルが所定の範囲内にあるか否かを判定することが出来る。また、全てのカウンタ１１からデジタル信号を伝送させる形態に比してカウンタ１１の保持するデジタル信号を伝送する期間を短縮することができる。複数の画素１００が出力する画素信号に基づくデジタル信号の信号レベルの範囲が所定の範囲から逸脱していた場合には、例えば反転増幅器１２の増幅率の補正を行うなど、画素信号に基づく信号の信号レベルの調整を行えばよい。
【００４７】
図１〜５に例示した撮像装置では、複数の画素１００が出力する画素信号の最大値、最小値、中間値のいずれかに基づくデジタル信号を得る形態について説明した。他の形態として、最大値、最小値に基づくデジタル信号を同時に得る形態であっても良い。例えばカウンタ１１−１に最大値、カウンタ１１−２に最小値に基づくデジタル信号を保持させる形態であっても良い。この場合にはカウンタ１１−１、１１−２が第１のカウンタである。同様に、図１〜５に例示した撮像装置は最大値と中間値に基づくデジタル信号を同時に得る形態であっても良い。この形態では、例えばカウンタ１１−１に最大値、カウンタ１１−２に中間値に基づくデジタル信号を保持させればよい。本実施例の撮像装置は最小値と中間値に基づくデジタル信号を同時に得る形態であっても良い。この形態では、例えばカウンタ１１−１に最小値、カウンタ１１−２に中間値に基づくデジタル信号を保持させればよい。  また、図１〜５の撮像装置はカウンタ１１−２〜１１−４を非動作としていた。本実施例の撮像装置の他の形態として、カウンタ１１−１が複数の画素１００が出力する信号の最大値、最小値、中間値のいずれかに基づくデジタル信号を保持する。そして、カウンタ１１−２が画素１００−２、カウンタ１１−３は画素１００−３、カウンタ１１−４は画素１００−４のそれぞれに基づくデジタル信号を保持する形態であっても良い。
【００４８】
図１の撮像装置は、画素１００の出力する画素信号が反転増幅器１２によって反転増幅されて比較器８に出力される形態を基に説明した。しかし、反転増幅器１２を有しない形態であってもよい。つまり、図６のように画素１００の出力する画素信号が比較器８に出力される形態であっても良い。この形態の場合には、カウンタ制御部１０は第１の垂直信号線７−１〜７−４の電位ＶＬ１〜ＶＬ４に基づいてパルスＣＥＮ１を生成すればよい。例えば、図３を参照しながら説明した複数の画素１００の出力する画素信号の最大値に基づくデジタル信号を得る動作について述べる。この動作の場合には、第１の垂直信号線７−１〜７−４のうち最も信号振幅の大きい電位ＶＬ４に基づいてパルスＣＥＮ１が生成される形態であれば良い。図４、図５のそれぞれを参照しながら説明した動作についても同様である。いずれの形態においても、ランプ信号ＲＭＰの電位が変化する傾きを図３〜５で示した傾きに対して反対とすれば良い。図６に例示した撮像装置においても、画素１００から比較器８に出力される信号は「画素信号に基づく信号」の範疇である。
【００４９】
また、図１〜５に例示した撮像装置では、ＧＮ信号とＧ（Ｓ＋Ｎ）信号とをそれぞれデジタル信号に変換していた。本発明は必ずしもＧＮ信号とＧ（Ｓ＋Ｎ）信号とをデジタル信号に変換する必要はない。つまり、ＧＮ信号のデジタル信号への変換を行わず、Ｇ（Ｓ＋Ｎ）信号をデジタル信号に変換する形態であっても良い。この形態の場合には、カウンタ１１の動作をアップカウント、ダウンカウントのいずれか一方とすることができる。
【００５０】
本実施例はこれまで、画素が配された列に対応して設けられたカウンタ１１を有する形態を基に説明した。本実施例の撮像装置の他の形態として、図７に例示した撮像装置がある。以下、図７を参照しながら説明する。
【００５１】
図７では、図１に例示した撮像装置と同様の機能を有する部材については、図１と同じ符号を付して表している。以下、図１に例示した撮像装置と異なる点を中心に説明する。
【００５２】
図７の撮像装置では、カウンタ制御部１０の代わりに、ラッチ制御部１０−２が設けられている。ラッチ制御部１０−２には、カウンタ制御部１０と同様、パルスＳＭＯＤが不図示のタイミングジェネレータから出力される。ラッチ制御部１０−２はラッチ信号伝送線２１−１〜２１−４を介してラッチ部２０−１〜２０−４に接続されている。ラッチ部２０−１〜２０−４はカウント信号伝送線２２を介して、カウンタ１１０と接続されている。カウンタ１１０には、不図示のタイミングジェネレータからパルスＣＮＴ＿ＥＮ，クロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫ，パルスＣＮＴ＿ＲＳＴが出力される。カウンタ１１０は不図示のタイミングジェネレータから出力されるパルスに基づいて、カウント信号をカウント信号伝送線２２に出力する。ラッチ部２０−１〜２０−４は、保持信号伝送線２３−１〜２３−４を介してメモリ３０−１〜３０−４に接続されている。メモリ３０−１〜３０−４には、不図示のタイミングジェネレータからパルスＭＴＲＡＮＳがメモリ転送制御線２４を介して出力される。図７の撮像装置のデジタル信号保持部５０は、ラッチ部２０−１〜２０−４のそれぞれである。また、デジタル信号保持部５０にカウント信号を保持させる制御部は、図７の撮像装置ではラッチ制御部１０−２である。ラッチ部２０−１は第１のデジタル信号保持部である。また、ラッチ部２０−２、２０−３、２０−４は第２のデジタル信号保持部である。
【００５３】
次に図８を用いて、図７に例示した撮像装置の動作の一例を説明する。
【００５４】
図８のパルスＣＥＮ１〜４はそれぞれ、ラッチ信号伝送線２１−１〜２１−４のそれぞれが伝送するパルスである。また、図３〜図５で述べたタイミング図では、パルスＣＭＯＤ１がカウンタ制御部１０から出力されていた。一方、図７で例示した撮像装置では、このパルスＣＭＯＤ１を省略することができる。また、図３〜図５で述べたタイミング図では、各カウンタ１１−１〜１１−４のカウント値ＣＮＴ１〜４を記載していた。図７に例示したカウンタ１１０は少なくとも１つ有する形態とすることができるため、このカウンタ１１０が出力するカウント信号を示している。
【００５５】
以下に、信号値が最も遅く変化する比較結果信号ＣＭＰに基づいてパルスＣＥＮ１をＨレベルからＬレベルとする形態について説明する。また、図３で述べた動作と異なる点を中心に説明する。
【００５６】
時刻ｔ１´から時刻ｔ３´までのそれぞれの動作は、図３で述べた時刻ｔ１から時刻ｔ３までのそれぞれの動作と同様とすることができる。
【００５７】
時刻ｔ４´にパルスＣＮＴ＿ＥＮをＨレベルとする。これにより、カウンタ１１０はクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を開始する。カウント信号はクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数に伴って増加する。その他の時刻ｔ４´での動作は、図３で述べた時刻ｔ４での動作と同様とすることができる。
【００５８】
時刻ｔ５´から時刻ｔ７´までのそれぞれの動作は、図３で述べた時刻ｔ５から時刻ｔ７までのそれぞれの動作と同様とすることができる。
【００５９】
時刻ｔ８´に、比較結果信号ＣＭＰ４の信号値がＨレベルからＬレベルに変化する。これにより、ラッチ制御部１０−２は、パルスＣＥＮ１をＨレベルからＬレベルにする。ラッチ部２０−１は、この時点のカウント信号を保持する。このカウント信号は、ＧＮ４信号に基づくデジタル信号である。すなわち、ＤＮ４信号である。
【００６０】
時刻ｔ９´にパルスＣＮＴ＿ＥＮをＬレベルとする。これにより、カウンタ１１０はクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を終了する。
【００６１】
時刻ｔ１０´に、パルスＣＮＴ＿ＲＳＴをＨレベルとする。この動作は、時刻ｔ９´から後述する時刻ｔ１４´よりも前の期間に行われれば良い。その他の動作については、図３で述べた時刻ｔ１０における動作と同様とすることができる。
【００６２】
時刻ｔ１１´に、パルスＭＴＲＡＮＳをＨレベルとする。これにより、ラッチ部２０−１が保持したＤＮ４信号をメモリ３０−１が保持する。パルスＭＴＲＡＮＳをＬレベルからＨレベルとするタイミングは時刻ｔ１０´から時刻ｔ１４´よりも前の期間であれば良い。
【００６３】
時刻ｔ１２´、ｔ１３´のそれぞれでの動作は、図３で述べた時刻ｔ１２、ｔ１３のそれぞれでの動作と同様とすることができる。
【００６４】
時刻ｔ１４´に、パルスＣＮＴ＿ＥＮを再びＨレベルとする。これにより、カウンタ１１０はクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を開始する。カウント信号はクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数に伴って増加する。その他の時刻ｔ１４´での動作は、図３で述べた時刻ｔ１４での動作と同様とすることができる。
【００６５】
時刻ｔ１５´から時刻ｔ１７´までのそれぞれでの動作は、図３で述べた時刻ｔ１５から時刻ｔ１７までのそれぞれでの動作と同様とすることができる。
【００６６】
時刻ｔ１８´に比較結果信号ＣＭＰ４がＨレベルからＬレベルに変化する。これにより、ラッチ制御部１０−２は、パルスＣＥＮ１をＨレベルからＬレベルにする。ラッチ部２０−１は、この時点のカウント信号を保持する。このカウント信号は、Ｇ（Ｓ＋Ｎ）４信号に基づくデジタル信号である。このデジタル信号をＤ（Ｓ＋Ｎ）４信号と表記する。
【００６７】
時刻ｔ１９´にパルスＣＮＴ＿ＥＮをＬレベルとする。これにより、カウンタ１１０はクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を終了する。
【００６８】
時刻ｔ２０´での動作は、図３で述べた時刻ｔ２０での動作と同様とすることができる。
【００６９】
ラッチ部２０−１が時刻ｔ１８´に保持したＤ（Ｓ＋Ｎ）４信号から、メモリ３０−１が保持しているＤＮ４信号を差し引くことで、ノイズ成分が差し引かれたデジタル信号を得ることができる。このＤ（Ｓ＋Ｎ）４信号からＤＮ４信号を差し引く動作は、撮像装置の内部に設けたデジタル信号処理部で行っても良いし、撮像装置の外部に設けたデジタル信号処理部で行っても良い。
【００７０】
この図８の形態は、比較結果信号ＣＭＰ１〜４のうち、信号値が最も遅く変化する比較結果信号ＣＭＰ４に基づいてパルスＣＥＮ１の信号値が変化する形態を示した。他の形態として、図１０に例示した撮像装置においても、複数の比較結果信号ＣＭＰのうち、信号値が最も早く変化する比較結果信号ＣＭＰに基づいてパルスＣＥＮ１の信号値が変化する形態であっても良い。同様に、複数の比較結果信号ＣＭＰのうち、信号値が予め設定された順位で変化する比較結果信号ＣＭＰに基づいてパルスＣＥＮ１の信号値が変化する形態であっても良い。
【００７１】
このように、図７に例示した撮像装置においても、所定の順位で信号値が変化する比較結果信号ＣＭＰに基づくカウント信号をデジタル信号保持部が保持する動作を行うことができる。よって、図１に例示した撮像装置と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
本実施例の撮像装置は、一例として４列の比較器８−１〜８−４、４列のカウンタ１１−１〜１１−４あるいは４列のラッチ部２０−１〜２０−４を有する形態を基に説明した。本実施例の撮像装置はこの形態に限定されるものではない。つまり、複数列の比較結果信号のうち、所定の順位で信号値が変化する比較結果信号に基づいて、デジタル信号を保持するデジタル信号保持部を有する形態であれば良い。
【００７３】
また、ランプ信号ＲＭＰの一例として、なだらかに電位が時間に依存して変化する信号を例示した。本発明はこの形態に限定されるものではなく、時間に依存して階段状に電位が変化する信号であっても良い。すなわち、時間に依存して電位が変化する信号とは、なだらかに電位が変化する信号、階段状に電位が変化する信号を含むものである。
【００７４】
従来の撮像装置では、どのカウンタ１１が出力したカウント信号がＮ番目に信号値が変化する比較結果信号に基づく信号かを判定するためには、カウンタ１１−１〜１１−４の全てから保持したカウント信号を出力させる必要があった。言い換えれば、カウンタ１１−１〜１１−４の全てからのカウント信号の転送なしには、どのカウンタ１１が最大値や最小値、中間値を保持しているか把握することができなかった。一方、本実施例の撮像装置では、カウンタ１１−１が最大値や最小値、中間値を保持するカウンタであるため、カウンタ１１−１が保持しているカウント信号を出力させることで最大値や最小値、中間値を得ることができる。
【００７５】
図１〜５の撮像装置について、カウンタ１１−２〜１１−４を非動作とした場合には以下の効果を得ることができる。全てのカウンタ１１を動作させずに、カウンタ１１−１のみが動作することで、複数の画素１００が出力する信号の最大値、最小値、中間値のいずれかに基づくデジタル信号を得ることができる。よって、全てのカウンタ１１が動作する場合に比して、消費電力を低減することができる。また、全てのカウンタ１１からデジタル信号を出力させなくとも、カウンタ１１−１の保持したデジタル信号を出力させることで、複数の画素１００が出力する信号の最大値、最小値、中間値のいずれかに基づくデジタル信号が得られる。よって、全てのカウンタ１１からデジタル信号を出力させる場合に比して、カウンタ１１からデジタル信号を出力させる期間を短縮することができる。また、撮像装置の外部に出力されるデジタル信号のデータ量を減らすことができる。
【００７６】
［実施例２］
本実施例の撮像装置について、図面を参照しながら実施例１と異なる点を中心に説明する。
【００７７】
図９は本実施例の撮像装置の一例を示したブロック図である。図９に示す撮像装置の各部材は、図１で示した撮像装置と同様の機能を有する部材について図１と同じ符号を付して表している。図９に例示した撮像装置は、画素１００−１〜１００−４が配されたそれぞれの列に対応して設けられたカウンタ１１−１〜１１−４を有する。さらにカウンタ１１−１〜１１−４とは別にカウンタ１１−５、１１−６を有する形態である。カウンタ制御部１０とカウンタ１１−１〜１１−６はそれぞれ、第１のパルス伝送線１６−１〜１６−６、第２のパルス伝送線１７−１〜１７−６とを介して接続されている。第１のパルス伝送線１６はカウンタ制御部１０からカウンタ１１にパルスＣＥＮを伝送する。また、第２のパルス伝送線１７はカウンタ制御部１０からカウンタ１１にパルスＣＭＯＤを伝送する。カウンタ１１−５は複数の画素１００の出力する画素信号の最小値に基づくデジタル信号を保持する。カウンタ１１−６は複数の画素１００の出力する画素信号の最大値に基づくデジタル信号を保持する。本実施例の撮像装置では、カウンタ１１−５，１１−６は、複数の比較器８が設けられた列から異ならせて配されている。カウンタ１１−５，１１−６は図９に例示した撮像装置の第１のデジタル信号保持部である。また、カウンタ１１−５，１１−６はＮ番目に信号値が変化する比較結果信号に基づいてカウント信号を保持する第１のカウンタである。カウンタ１１−１〜１１−４は図９に例示した第２のデジタル信号保持部である。また、カウンタ１１−１〜１１−４は第１のカウンタがクロックパルス信号のカウント動作を行う期間に非動作とすることのできる第２のカウンタである。本実施例のデジタル信号保持部５０は、カウンタ１１−１〜１１−６のそれぞれである。
【００７８】
図１０は図９で例示した撮像装置の動作の一例を示したタイミング図である。以下に説明する動作において、垂直信号線７−１〜７−４の信号振幅は実施例１と同様、ＶＬ３＜ＶＬ２＜ＶＬ１＜ＶＬ４の関係にあるとする。ここでいう信号振幅は、ＦＤ部の電位をリセットしている時に出力されている垂直信号線７の電位からの変化量を指している。同様に反転増幅信号線１３−１〜１３−４の信号振幅は実施例１と同様、ＣＡ３＜ＣＡ２＜ＣＡ１＜ＣＡ４の関係にある。また、図１０に示す動作ではパルスＣＭＯＤ１〜６は常に同じ信号値とすることができるため、パルスＣＭＯＤ１〜６と一括して表している。
【００７９】
時刻ｔ３１では、パルスＣＥＮ１〜６、パルスＣＭＯＤ１〜６は全てＬレベルである。その他の時刻ｔ３１での動作は、図３を参照しながら説明した時刻ｔ１での動作と同様とすることができる。
【００８０】
時刻ｔ３２での動作は、図３を参照しながら説明した時刻ｔ２での動作と同様とすることができる。パルスＣＮＴ＿ＲＳＴをＨレベルとすることで、カウンタ１１−１〜１１−６のカウンタ信号をリセットする。
【００８１】
時刻ｔ３３での動作は、図３を参照しながら説明した時刻ｔ３での動作と同様とすることができる。
【００８２】
時刻ｔ３４に、パルスＲＭＰ＿ＥＮをＨレベルとする。これにより、ランプ信号ＲＭＰの時間に依存した電位の変化を開始する。また、パルスＣＮＴ＿ＥＮをＨレベルとする。カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ１〜ＣＥＮ６をＨレベルとする。カウンタ１１は、カウンタ制御部１０から出力されるパルスＣＥＮとパルスＣＮＴ＿ＥＮが共にＨレベルの時にクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を行う。つまり、パルスＣＮＴ＿ＥＮがＨレベルである時、例えばカウンタ１１−５はパルスＣＥＮ５、カウンタ１１−６はパルスＣＥＮ６がＨレベルの時にクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を行う。また、カウンタ制御部１０は、パルスＣＭＯＤ１〜６をＨレベルとする。これにより、カウンタ１１−１〜１１−６はクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数をダウンカウントにて行う。比較結果信号ＣＭＰ１〜４はＨレベルである。
【００８３】
時刻ｔ３５に、反転増幅信号線１３−３の電位ＣＡ３とランプ信号ＲＭＰの電位の大小関係が逆転し、比較結果信号ＣＭＰ３がＬレベルとなる。カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ３、ＣＥＮ５をＬレベルとする。これにより、カウンタ１１−３、１１−５はこの時点でのカウント信号を保持する。カウンタ１１−３，１１−５が保持したカウント信号は、ＧＮ１〜ＧＮ４信号のうち、最も信号振幅が小さいＧＮ３信号に基づくデジタル信号のＤＮ３信号である。他の比較結果信号ＣＭＰ１，ＣＭＰ２、ＣＭＰ４は引き続きＨレベルである。
【００８４】
時刻ｔ３６に、反転増幅信号線１３−２の電位ＣＡ２とランプ信号ＲＭＰの電位の大小関係が逆転し、比較結果信号ＣＭＰ２がＬレベルとなる。カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ２をＬレベルとする。カウンタ１１−２はこの時点でのカウント信号を保持する。カウンタ１１−２が保持したカウント信号は、ＧＮ１〜ＧＮ４信号のうち、２番目に信号振幅が小さいＧＮ２信号に基づくデジタル信号のＤＮ２信号である。比較結果信号ＣＭＰ１，ＣＭＰ４は引き続きＨレベルである。
【００８５】
時刻ｔ３７に、反転増幅信号線１３−１の電位ＣＡ１とランプ信号ＲＭＰの電位の大小関係が逆転し、比較結果信号ＣＭＰ１がＬレベルとなる。カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ１をＬレベルとする。カウンタ１１−１はこの時点でのカウント信号を保持する。カウンタ１１−１が保持したカウント信号は、ＧＮ１〜ＧＮ４信号のうち、３番目に信号振幅が小さいＧＮ１信号に基づくデジタル信号のＤＮ１信号である。比較結果信号ＣＭＰ４は引き続きＨレベルである。
【００８６】
時刻ｔ３８に、反転増幅信号線１３−４の電位ＣＡ４とランプ信号ＲＭＰの電位の大小関係が逆転し、比較結果信号ＣＭＰ４がＬレベルとなる。カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ４、ＣＥＮ６をＬレベルとする。カウンタ１１−４、１１−６はこの時点でのカウント信号を保持する。カウンタ１１−４、１１−６が保持したカウント信号は、ＧＮ１〜ＧＮ４信号のうち、最も信号振幅が大きいＧＮ４信号に基づくデジタル信号のＤＮ４信号である。
【００８７】
時刻ｔ３９に、パルスＲＭＰ＿ＥＮをＬレベルとする。これにより、ランプ信号ＲＭＰの時間に依存した電位の変化が終了する。パルスＣＮＴ＿ＥＮ、ＣＭＯＤ１〜６を共にＬレベルとする。カウンタ１１−１〜１１−４は対応する列の画素１００が出力したＡＮ１〜ＡＮ４信号を反転増幅したＧＮ１〜ＧＮ４信号に基づくデジタル信号を保持している。また、カウンタ１１−５は複数の画素１００のうち、信号振幅の最も小さいＡＮ３信号を反転増幅したＧＮ３信号に基づくデジタル信号を保持している。また、カウンタ１１−６は複数の画素１００のうち、信号振幅の最も大きいＡＮ４信号を反転増幅したＧＮ４信号に基づくデジタル信号を保持している。
【００８８】
時刻ｔ４０から時刻ｔ４３までのそれぞれの動作は、図３を参照しながら説明した時刻ｔ１０から時刻ｔ１３までのそれぞれの動作と同様とすることができる。
【００８９】
時刻ｔ４４に、パルスＲＭＰ＿ＥＮをＨレベルとし、ランプ信号ＲＭＰの時間に依存した電位の変化を開始する。カウンタ１１−１〜１１−６には、時刻ｔ３９にパルスＣＮＴ＿ＥＮをＬレベルにした時のカウンタ信号が保持されている。パルスＣＮＴ＿ＥＮをＨレベルとする。また、パルスＣＥＮ１〜６をＨレベルとする。パルスＣＭＯＤ１〜６はＬレベルであるので、カウンタ１１−１〜１１−６はクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を、時刻ｔ３９の時点で保持していたカウント信号を出発点としてアップカウントで行う。比較結果信号ＣＭＰ１〜４はＨレベルである。
【００９０】
時刻ｔ４５に、反転増幅信号線１３−３の電位ＣＡ３とランプ信号ＲＭＰの電位の大小関係が逆転し、比較結果信号ＣＭＰ３がＬレベルとなる。カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ３、ＣＥＮ５をＬレベルとする。これにより、カウンタ１１−３、１１−５はこの時点でのカウント信号を保持する。カウンタ１１−３、１１−５が保持したカウント信号は、Ｇ（Ｓ＋Ｎ）３信号からＧＮ３信号を差し引いた信号に基づくデジタル信号のＤＳ３信号である。他の比較結果信号ＣＭＰ１，ＣＭＰ２、ＣＭＰ４は引き続きＨレベルである。
【００９１】
時刻ｔ４６に、反転増幅信号線１３−２の電位ＣＡ２とランプ信号ＲＭＰの電位の大小関係が逆転し、比較結果信号ＣＭＰ２がＬレベルとなる。カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ２をＬレベルとする。カウンタ１１−２はこの時点でのカウント信号を保持する。カウンタ１１−２が保持したカウント信号は、Ｇ（Ｓ＋Ｎ）２信号からＧＮ２信号を差し引いた信号に基づくデジタル信号のＤＳ２信号である。比較結果信号ＣＭＰ１，ＣＭＰ４は引き続きＨレベルである。
【００９２】
時刻ｔ４７に、反転増幅信号線１３−１の電位ＣＡ１とランプ信号ＲＭＰの電位の大小関係が逆転し、比較結果信号ＣＭＰ１がＬレベルとなる。カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ１をＬレベルとする。カウンタ１１−１はこの時点でのカウント信号を保持する。カウンタ１１−１が保持したカウント信号は、Ｇ（Ｓ＋Ｎ）１信号からＧＮ１信号を差し引いた信号に基づくデジタル信号のＤＳ１信号である。比較結果信号ＣＭＰ４は引き続きＨレベルである。
【００９３】
時刻ｔ４８に、反転増幅信号線１３−４の電位ＣＡ４とランプ信号ＲＭＰの電位の大小関係が逆転し、比較結果信号ＣＭＰ４がＬレベルとなる。カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ４、ＣＥＮ６をＬレベルとする。カウンタ１１−４、１１−６はこの時点でのカウント信号を保持する。カウンタ１１−４、１１−６が保持したカウント信号は、Ｇ（Ｓ＋Ｎ）４信号からＧＮ４信号を差し引いた信号に基づくデジタル信号のＤＳ４信号である。
【００９４】
時刻ｔ４９に、パルスＲＭＰ＿ＥＮをＬレベルとする。これにより、ランプ信号ＲＭＰの時間に依存した電位の変化が終了する。また、パルスＣＮＴ＿ＥＮをＬレベルとする。
【００９５】
時刻ｔ５０に、パルスＲＭＰ＿ＲＳＴをＨレベルとし、ランプ信号ＲＭＰの電位をリセットする。パルスＰＲＥＳをＨレベルとし、各画素１００のＦＤ部の電位をリセットする。
【００９６】
カウンタ１１−１〜１１−６のそれぞれが保持したデジタル信号は、不図示の水平走査回路によって順次カウンタ１１−１〜１１−６から撮像装置の外部へ出力される。
【００９７】
上記の動作によりカウンタ１１−５が、画素１００−１〜１００−４が出力する画素信号のうち、信号振幅が最も小さい画素信号に基づくデジタル信号を保持することができる。また、カウンタ１１−６が、画素１００−１〜１００−４が出力する画素信号のうち、信号振幅が最も大きい画素信号に基づくデジタル信号を保持することができる。
【００９８】
図９に例示した撮像装置は、画素１００が配された列に対応して設けられたカウンタ１１が、対応して設けられた画素１００が出力する画素信号に基づくデジタル信号を保持する。また、画素１００が配された列に対応して設けられたカウンタ１１とは別に設けられたカウンタが、複数の画素１００が出力する画素信号の最大値、最小値に基づくデジタル信号を保持する。これにより、複数の画素１００が出力する画素信号のそれぞれに基づくデジタル信号と、複数の画素１００が出力する画素信号の最大値、最小値に基づくデジタル信号とを同時に得ることができる。これにより、例えば複数の画素１００が出力する画素信号に基づくデジタル信号の最大値、最小値が所定の範囲内にあるか否かの判定を、複数の画素１００が出力する画素信号のそれぞれをデジタル信号に変換する動作と並行して行うことができる。
【００９９】
また、図９に例示した撮像装置は、水平走査回路がカウンタ１１−５，１１−６の保持したデジタル信号の伝送をカウンタ１１−１〜１１−４が保持したデジタル信号を伝送する前に行う形態であっても良い。この形態の場合には、複数の画素１００が出力する画素信号のレベルが所定の範囲内にあるか否かをまず判定する。例えば、複数の画素１００が出力する画素信号の最大値が、所定の範囲を下回っている場合には、フォトダイオードの露光時間を長くする。あるいは、最大値が所定の範囲を上回っている場合には、フォトダイオードの露光時間を短くする。同様に、複数の画素１００が出力する画素信号の最小値が所定の範囲を下回っている場合には、フォトダイオードの露光時間を長くする。あるいは、最小値が所定の範囲を上回っている場合には、フォトダイオードの露光時間を短くする。所定の範囲に最大値と最小値のいずれか、あるいは両方が含まれる場合には、水平走査回路がさらにカウンタ１１−１〜１１−４の保持したデジタル信号を伝送する。
【０１００】
以下、図９に例示した撮像装置と、カウンタ１１−５，１１−６を有さず、画素１００の出力する画素信号に基づくデジタル信号をカウンタ１１−１〜１１−４の各々が保持する撮像装置（以下、第２の撮像装置と表記する）とを比較する。第２の撮像装置では、カウンタ１１−１〜１１−４のそれぞれは、画素信号に基づくデジタル信号を保持する都度、保持したデジタル信号を出力する。一方、図９に例示した撮像装置では、カウンタ１１−５，１１−６が保持したデジタル信号をまず出力する。その上で、カウンタ１１−５、１１−６が保持したデジタル信号の信号値の両方が、あるいはいずれかが所定の範囲に含まれる場合、水平走査回路がカウンタ１１−１〜１１−４の保持するデジタル信号を伝送する。逆に言えば、カウンタ１１−５、１１−６が保持したデジタル信号の信号値の両方が、あるいはいずれかが所定の範囲に含まれない場合、水平走査回路はカウンタ１１−１〜１１−４の保持するデジタル信号の伝送を行わない。これにより、カウンタ１１−１〜１１−４からデジタル信号を出力させる期間を短縮することができる。これは、カウンタ制御部１０が比較結果信号の信号値の変化を把握する比較器８の数が増えるほど、効果が顕著になる。数千列の画素を有する撮像装置の場合、第２の撮像装置では、数千列のカウンタ１１からデジタル信号を出力させることが考えられる。一方、図９に例示した撮像装置では水平走査回路がカウンタ１１−５、１１−６の保持するデジタル信号をまず伝送する。その上で、カウンタ１１−５、１１−６が保持したデジタル信号の両方が、あるいはいずれかが、所定の範囲に含まれる場合に、水平走査回路が数千列のカウンタ１１の保持するデジタル信号を伝送する。これにより、カウンタ１１−５、１１−６以外の数千列のカウンタ１１の保持するデジタル信号の伝送する期間を短縮することができる。また、撮像装置から出力されるデータ量を低減することができる。
【０１０１】
この形態は図９に例示した撮像装置のみならず、他の実施例の撮像装置でも実施することができる。
【０１０２】
また、図９の撮像装置の他の利用形態を説明する。画素１００−１〜１００−４は、フォトダイオード１が遮光されたオプティカルブラック画素（以下、ＯＢ画素と表記する）とする。カウンタ１１−５、１１−６は、ＯＢ画素１００−１〜１００−４の出力する信号の最大値、最小値に基づくデジタル信号をそれぞれ保持する。このＯＢ画素１００−１〜１００−４の出力する信号の最大値、最小値のいずれか、あるいは両方に基づいて、フォトダイオード１が遮光されていない画素１００の出力する信号の正常範囲を設定する。尚、ここではフォトダイオード１が遮光されていない画素１００を有効画素と表記する。例えば、ＯＢ画素１００−１〜１００−４の出力する信号の最小値に基づいて有効画素１００の出力する信号の正常範囲を設定する。この場合、有効画素１００の出力する信号がＯＢ画素１００−１〜１００−４の出力する信号の最小値未満の場合、エラーと判定する。このようにして、図９の撮像装置ではＯＢ画素の出力する信号の最大値、最小値に応じて、有効画素の出力する信号の正常範囲を設定することができる。この形態は図９に例示した撮像装置のみならず、他の実施例の撮像装置でも実施することができる。この形態においても、カウンタ１１−５、１１−６以外のカウンタ１１の保持するデジタル信号の伝送する期間を短縮することができる。また、撮像装置から出力されるデータ量を減らすことができる。
【０１０３】
また、本実施例の撮像装置は次の形態とすることができる。画素１００、比較器８、カウンタ１１が複数列設けられた撮像装置において、複数列の画素１００、比較器８、カウンタ１１を、さらに複数のブロックに分割する。その各ブロックにカウンタ１１−５，１１−６が設けられている形態であっても好適に実施できる。
【０１０４】
本実施例の撮像装置は、複数の画素１００が出力する画素信号の最大値、最小値に基づくデジタル信号をそれぞれ保持するカウンタ１１−５、１１−６が設けられていた。本実施例の撮像装置はこの形態に限定されるものではなく、カウンタ１１−５、１１−６のいずれか一方のみが設けられている形態であっても良い。また、複数の画素１００が出力する画素信号の中間値に基づくデジタル信号を保持するためのカウンタ１１がさらに設けられている形態であっても良い。
【０１０５】
図９に例示した撮像装置では、第１のカウンタのカウンタ１１−５，１１−６が、複数の比較器８が設けられた列から異ならせて配されている形態を説明した。本実施例の撮像装置はこの形態に限定されるものではない。つまり、比較器８に対応して配された第２のカウンタを有し、さらにＮ番目に信号値の変化する比較結果信号に基づいてカウント信号を保持する第１のカウンタがさらに配された形態であれば良い。つまり、第１のカウンタが第２のカウンタの配された列に設けられている形態であっても良く、第１のカウンタの配置は限定されない。
【０１０６】
また、本実施例の撮像装置の他の形態を図１１に示す。図１１に例示した撮像装置は、カウンタ１１０が複数のラッチ部２０に共通のカウント信号を供給する形態である。以下、実施例１において、図７に例示した撮像装置と異なる点を中心に説明する。
【０１０７】
図１１の撮像装置は、各列の比較器８−１〜８−４に対応して設けられたラッチ部２０−１〜２０４に加えて、さらにラッチ部２０−５、２０−６を有している。ラッチ部２０−５、２０−６はそれぞれラッチ制御部１０−２とラッチ信号伝送線２１−５，２１−６を介して接続されている。また、ラッチ部２０―５と保持信号伝送線２３−５を介して接続されたメモリ３０−５を有している。また、ラッチ部２０−６と保持信号伝送線２３−６を介して接続されたメモリ３０−６を有している。ラッチ部２０−５，２０−６は第１のデジタル信号保持部である。また、ラッチ部２０−１〜２０−４は第２のデジタル信号保持部である。ラッチ部２０−５，２０−６は、複数の比較器８が設けられた列から異ならせて配されている。
【０１０８】
図１１に例示した撮像装置の動作の一例を図１２に示す。図１０と異なる点を中心に、以下説明する。  時刻ｔ３１´から時刻ｔ３３´までのそれぞれの動作は、図１０で述べた時刻ｔ３１から時刻ｔ３３までのそれぞれの動作と同様とすることができる。
【０１０９】
時刻ｔ３４´にパルスＣＮＴ＿ＥＮをＨレベルとする。これにより、カウンタ１１０はクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を開始する。カウント信号はクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数に伴って増加する。その他の時刻ｔ３４´での動作は、図１０で述べた時刻ｔ３４での動作と同様とすることができる。
【０１１０】
時刻ｔ３５´に比較結果信号ＣＭＰ３がＨレベルからＬレベルとなる。ラッチ制御部１０−２はパルスＣＥＮ３、ＣＥＮ５をＬレベルとする。これにより、ラッチ部２０−３、２０−５はこの時点でのカウント信号を保持する。ラッチ部２０−３，２０−５が保持したカウント信号は、ＧＮ１〜ＧＮ４信号のうち、最も信号振幅が小さいＧＮ３信号に基づくデジタル信号のＤＮ３信号である。
【０１１１】
同様に、時刻ｔ３６´にラッチ部２０−２はＧＮ２信号に基づくデジタル信号を保持する。また、同様に時刻ｔ３７´にラッチ部２０−１はＧＮ１信号に基づくデジタル信号を保持する。
【０１１２】
時刻ｔ３８´に比較結果信号ＣＭＰ４がＨレベルからＬレベルとなる。ラッチ制御部１０−２はパルスＣＥＮ４、ＣＥＮ６をＬレベルとする。ラッチ部２０−４、２０−６はこの時点でのカウント信号を保持する。ラッチ部２０−４、２０−６が保持したカウント信号は、ＧＮ１〜ＧＮ４信号のうち、最も信号振幅が大きいＧＮ４信号に基づくデジタル信号のＤＮ４信号である。
【０１１３】
時刻ｔ３９´に、パルスＣＮＴ＿ＥＮをＬレベルとし、カウンタ１１０はクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を終了する。その他の動作は、図１０で述べた時刻ｔ３９での動作と同様とすることができる。
【０１１４】
時刻ｔ４０´に、パルスＣＮＴ＿ＲＳＴをＨレベルとする。この動作は、時刻ｔ４０´から後述する時刻ｔ４４´よりも前の期間に行われれば良い。その他の動作については、図３で述べた時刻ｔ１０における動作と同様とすることができる。また、時刻ｔ４０´にパルスＭＴＲＡＮＳをＨレベルとする。これにより、ラッチ部２０−１〜２０−６のそれぞれに保持されたデジタル信号ＤＮ１〜ＤＮ４信号をメモリ３０−１〜６のそれぞれが保持する。パルスＭＴＲＡＮＳをＬレベルからＨレベルとする動作は、時刻ｔ４０´から時刻ｔ４４´よりも前の期間に行われれば良い。その他の時刻ｔ４０´での動作は、図１０で述べた時刻ｔ４０での動作と同様とすることができる。
【０１１５】
時刻ｔ４１´から時刻ｔ４３´までのそれぞれの動作は、図１０で述べた時刻ｔ４１から時刻ｔ４３までのそれぞれの動作と同様とすることができる。
【０１１６】
時刻ｔ４４´に、パルスＣＮＴ＿ＣＬＫをＨレベルとし、カウンタ１１０はクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を開始する。その他の時刻ｔ４４´での動作は、図１０で述べた時刻ｔ４４での動作と同様とすることができる。
【０１１７】
時刻ｔ４５´に、比較結果信号ＣＭＰ３がＨレベルからＬレベルとなる。ラッチ制御部１０−２はパルスＣＥＮ３、ＣＥＮ５をＬレベルとする。これにより、ラッチ部２０−３、２０−５はこの時点でのカウント信号を保持する。ラッチ部２０−３，２０−５が保持したカウント信号は、Ｇ（Ｓ＋Ｎ）１〜Ｇ（Ｓ＋Ｎ）４信号のうち、最も信号振幅が小さいＧ（Ｓ＋Ｎ）３信号に基づくデジタル信号である。このデジタル信号をＤ（Ｓ＋Ｎ）３信号と表記する。
【０１１８】
同様に、時刻ｔ４６´にラッチ部２０−２はＧ（Ｓ＋Ｎ）２信号に基づくデジタル信号を保持する。
【０１１９】
同様に、時刻ｔ４７´にラッチ部２０−１はＧ（Ｓ＋Ｎ）１信号に基づくデジタル信号を保持する。
【０１２０】
時刻ｔ４８´に、比較結果信号ＣＭＰ４がＨレベルからＬレベルとなる。ラッチ制御部１０−２はパルスＣＥＮ４、ＣＥＮ６をＬレベルとする。これにより、ラッチ部２０−４、２０−６はこの時点でのカウント信号を保持する。ラッチ部２０−４，２０−６が保持したカウント信号は、Ｇ（Ｓ＋Ｎ）１〜Ｇ（Ｓ＋Ｎ）４信号のうち、最も信号振幅が大きいＧ（Ｓ＋Ｎ）４信号に基づくデジタル信号である。このデジタル信号をＤ（Ｓ＋Ｎ）４信号と表記する。  時刻ｔ４９´に、パルスＣＮＴ＿ＣＬＫをＬレベルとし、カウンタ１１０はクロックパルス信号ＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を終了する。その他の動作は図１０で述べた時刻ｔ４９での動作と同様とすることができる。
【０１２１】
時刻ｔ５０´における動作は、図１０で述べた時刻ｔ５０での動作と同様とすることができる。
【０１２２】
上記の動作により、Ｄ（Ｓ＋Ｎ）３信号、ＤＮ３信号、Ｄ（Ｓ＋Ｎ）４信号、ＤＮ４信号を得ることができる。Ｄ（Ｓ＋Ｎ）３信号からＤＮ３信号を差し引くことで、ＤＳ３信号を得ることができる。同様に、Ｄ（Ｓ＋Ｎ）４信号からＤＮ４信号を差し引くことでＤＳ４信号を得ることができる。
【０１２３】
以上述べた通り、図１１に例示した撮像装置においても、図９に例示した撮像装置と同様の効果を得ることができる。
【０１２４】
また、図１１に例示した撮像装置は次の形態とすることができる。画素１００、比較器８、ラッチ部２０が複数列設けられた撮像装置において、複数列の画素１００、比較器８、ラッチ部２０を、さらに複数のブロックに分割する。その各ブロックにラッチ部２０−５，２０−６が設けられている形態であっても好適に実施できる。
【０１２５】
図１１に例示した撮像装置は、複数の画素１００が出力する画素信号の最大値、最小値に基づくデジタル信号をそれぞれ保持するラッチ部２０−５、２０−６が設けられていた。図１１に例示した撮像装置はこの形態に限定されるものではなく、ラッチ部２０−５、２０−６のいずれか一方のみが設けられている形態であっても良い。また、複数の画素１００が出力する画素信号の中間値に基づくデジタル信号を保持するためのラッチ部２０がさらに設けられている形態であっても良い。
【０１２６】
図１１に例示した撮像装置では、第１のデジタル信号保持部のラッチ部２０−５，２０−６が、複数の比較器８が設けられた列から異ならせて配されている形態を説明した。本実施例の撮像装置はこの形態に限定されるものではない。つまり、比較器８に対応して配された第２のデジタル信号保持部を有し、さらにＮ番目に信号値の変化する比較結果信号に基づいてカウント信号を保持する第１のデジタル信号保持部がさらに配された形態であれば良い。つまり、第１のデジタル信号保持部が第２のデジタル信号保持部の配された列に設けられている形態であっても良く、第１のデジタル信号保持部の配置は限定されない。
【０１２７】
本明細書では、これまで実施例１、実施例２を通じて比較器８が画素１００の配された列のそれぞれに１つずつ設けられた形態を基に説明した。実施例１、実施例２に記載の撮像装置はこの形態に限定されない。つまり、１つの比較器８が複数列の画素１００に対して設けられている形態や、複数の比較器８が１列の画素１００に対して設けられている形態であっても良い。これらの形態を含め、画素１００の配された列に対応して設けられた比較器８を有する撮像装置であれば好適に実施することができる。
【０１２８】
［実施例３］
これまでに述べた撮像装置を撮像システムに適用した場合の実施例について述べる。撮像システムとして、デジタルスチルカメラやデジタルカムコーダーや監視カメラなどがあげられる。図１３に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラに撮像装置を適用した場合の模式図を示す。
【０１２９】
図１３において、撮像システムは被写体の光学像を撮像装置１５４に結像させるレンズ１５２、レンズ１５２の保護のためのバリア１５１、レンズ１５２を通った光量を可変にするための絞り１５３を有する。また、撮像システムは撮像装置１５４より出力される出力信号の処理を行う出力信号処理部１５５を有する。
【０１３０】
出力信号処理部１５５はデジタル信号処理部を有し、撮像装置１５４から出力される信号を、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って信号を出力する動作を行う。
【０１３１】
また、撮像システムは、画像データを一時的に記憶する為のバッファメモリ部１５４、記録媒体に記録または読み出しを行うための記憶媒体制御インターフェース部１５８、撮像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体１５９を有する。また、撮像システムは、外部コンピュータ等と通信する為の外部インターフェース部１５７、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部１５１０、撮像装置１５４、出力信号処理部１５５に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部１５１１を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システムは少なくとも撮像装置１５４と、撮像装置１５４から出力された出力信号を処理する出力信号処理部１５５とを有すればよい。
【０１３２】
以上のように、本実施例の撮像システムは、撮像装置１５４を適用して撮像動作を行う
ことが可能である。
【０１３３】
本明細書を通じて表記した「部材Ａと部材Ｂとが接続されている」とは、部材Ａと部材Ｂとが電気的に接続されている形態を指す。つまり、部材Ａと部材Ｂとが直接接続されている形態に限定されず、部材Ａ、部材Ｂとの間に抵抗や容量など素子が設けられている形態を含むものである。例えば、図１４に垂直信号線７上に容量Ｃ０とスイッチＳＷ１が設けられた撮像装置を示す。このような撮像装置の動作の一例について、図１５に示す。図３と異なる点を中心に説明する。ＳＩＧ＿ＳはスイッチＳＷ１の導通、非導通を制御するパルスであり、スイッチＳＷ１はＳＩＧ＿ＳがＨレベルの時に導通状態、Ｌレベルの時に非導通状態となる。また、ＶＬは画素１００から容量Ｃ０までの垂直信号線７の電位を示している。時刻ｔ３までの期間、スイッチＳＷ１を導通状態として、容量Ｃ０の電荷をリセットする。時刻ｔ３に、スイッチＳＷ１を非導通状態とする。これにより、容量Ｃ０にはＡＮ信号が保持される。反転増幅器１２−１〜１２−４、比較器８−１〜８−４の特性が同一であれば、比較結果信号ＣＭＰ１〜ＣＭＰ４は同時に信号値が変化する。つまり、時刻ｔ５に比較結果信号ＣＭＰ１〜ＣＭＰ４の信号値が変化する。パルスＣＥＮ１は時刻ｔ５にＬレベルとなり、カウンタ１１−１は時刻ｔ５の時点のカウント信号を保持する。
【０１３４】
時刻ｔ９、ｔ１０のそれぞれの動作は図３の時刻ｔ９、ｔ１０での動作とそれぞれ同様とすることができる。
【０１３５】
時刻ｔ１１にパルスＰＴＸをＨレベルとすると、反転増幅器１２には、Ａ（Ｓ＋Ｎ）信号とＡＮ信号との差分の信号のＡＳ信号が与えられる。また、比較器８には、ＡＳ信号に基づいて反転増幅器１２が出力する信号のＧＳ信号が与えられる。比較器８は時刻ｔ１４から時刻ｔ１８の期間、ＧＳ信号とランプ信号ＲＭＰとを比較する。
【０１３６】
その他の時刻ｔ１１から時刻ｔ１８までのそれぞれの動作は、図３で述べた時刻ｔ１１から時刻ｔ１８までのそれぞれの動作と同様とすることができる。
【０１３７】
また、時刻ｔ１９での動作は、図３の時刻ｔ１９の動作と同様とすることができる。
【０１３８】
時刻ｔ２０に、パルスＳＩＧ＿ＳをＨレベルとする。その他の動作については、図３で述べた時刻ｔ２０での動作と同様とすることができる。
【０１３９】
図１４に例示した撮像装置であっても、ＧＳ信号とランプ信号ＲＭＰとの比較動作において、Ｎ番目（Ｎは１以上の整数）に信号値が変化する比較結果信号ＣＭＰに基づくデジタル信号を得ることができる。よって、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【０１４０】
また、反転増幅器１２は、差動増幅器と帰還容量とを備え、容量Ｃ０と帰還容量との容量値の比で決まる増幅率で、入力された信号を増幅する構成でも良い。その場合に、ＳＷ１−１を、反転増幅器の反転入力端子と出力端子とを接続するものとしても良い。
【符号の説明】
【０１４１】
７  第１の垂直信号線
８  比較器
９  ランプ発生回路
１０  カウンタ制御部
１１  カウンタ
１２  反転増幅器
１３  第２の垂直信号線
５０  デジタル信号保持部
１００  画素
【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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