(57)【要約】【課題】参照信号と処理対象信号とを比較し、比較処理に要した時間をカウンタでカウントすることでＡＤ変換を行なう場合において、参照信号を全比較器に正確かつ高速に伝達できるようにする。【解決手段】バッファアンプ２４０として差動増幅器を用いて、このバッファアンプ２４０を電圧比較部２１４の入力側に配する。参照信号生成部２７からバッファアンプ２４０まで参照信号を差動信号ＲＡＭＰ＋，−で伝達し、そのバッファアンプ２４０でシングルモードの参照信号ＲＡＭＰｓを生成する。この後、バッファアンプ２４０から電圧比較部２１４にシングルモードの参照信号ＲＡＭＰｓを伝達する。【選択図】図２
2006109117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カウンタを所定のタイミングで起動してカウント処理を行なうとともに、アナログの処理対象信号と前記処理対象信号をデジタルデータに変換するための所定の変化率で変化する参照信号とを比較部において比較し、この比較処理が完了した時点に対応する前記カウンタのカウント値を保持することで、前記アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換方法において用いられる、前記参照信号を複数の前記比較部に伝達するＡＤ変換用参照信号の伝達方法であって、
前記参照信号を前記複数の比較部の入力側まで差動信号で伝達し、
前記入力側において、前記差動信号を差動増幅器で受け取って、シングルモードの参照信号を生成し、
前記差動増幅器から前記複数の比較部に前記シングルモードの参照信号を伝達する
ことを特徴とするＡＤ変換用参照信号の伝達方法。
【請求項２】
カウンタを所定のタイミングで起動してカウント処理を行なうとともに、アナログの処理対象信号と前記処理対象信号をデジタルデータに変換するための所定の変化率で変化する参照信号とを比較部において比較し、この比較処理が完了した時点に対応する前記カウンタのカウント値を保持することで、前記アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換方法において用いられる、前記参照信号を複数の前記比較部に伝達するＡＤ変換用参照信号の伝達方法であって、
前記参照信号を前記複数の比較部の数よりも少ない数のバッファアンプまで伝達し、
前記バッファアンプから前記複数の比較部に前記参照信号を伝達する
ことを特徴とするＡＤ変換用参照信号の伝達方法。
【請求項３】
前記複数の比較部を、複数のグループに分け、
前記グループごとに前記バッファアンプを用意し、
前記参照信号を前記複数のグループ内のそれぞれの前記バッファアンプまで伝達し、    前記グループ内において、前記バッファアンプから当該グループ内の前記比較部に前記参照信号を伝達する
ことを特徴とする請求項２に記載のＡＤ変換用参照信号の伝達方法。
【請求項４】
前記グループごとに、当該グループ内の前記比較部の数よりも少ない数の前記バッファアンプを用意する
ことを特徴とする請求項３に記載のＡＤ変換用参照信号の伝達方法。
【請求項５】
前記グループごとに、前記バッファアンプを１つ用意する
ことを特徴とする請求項３に記載のＡＤ変換用参照信号の伝達方法。
【請求項６】
前記バッファアンプとして差動増幅器を用いて、当該差動増幅器を前記比較部の入力側に配し、
前記参照信号を前記差動増幅器まで差動信号で伝達し、
前記差動増幅器で前記差動信号に基づきシングルモードの参照信号を生成し、
前記差動増幅器から前記比較部に前記シングルモードの参照信号を伝達する
ことを特徴とする請求項２に記載のＡＤ変換用参照信号の伝達方法。
【請求項７】
カウンタを所定のタイミングで起動してカウント処理を行なうとともに、アナログの処理対象信号と前記処理対象信号をデジタルデータに変換するための所定の変化率で変化する参照信号とを比較部において比較し、この比較処理が完了した時点に対応する前記カウンタのカウント値を保持することで、前記アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換方法において用いられる、前記参照信号を複数の前記比較部に伝達するＡＤ変換用参照信号の伝達装置であって、
前記比較部の入力側に配され、前記参照信号を示す差動信号を複数の伝達信号線の組でなる伝達信号線群を介して受け取ってシングルモードの参照信号を生成し、前記複数の比較部に前記シングルモードの参照信号を伝達する差動増幅部
を備えたことを特徴とするＡＤ変換用参照信号の伝達装置。
【請求項８】
カウンタを所定のタイミングで起動してカウント処理を行なうとともに、アナログの処理対象信号と前記処理対象信号をデジタルデータに変換するための所定の変化率で変化する参照信号とを比較部において比較し、この比較処理が完了した時点に対応する前記カウンタのカウント値を保持することで、前記アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換方法において用いられる、前記参照信号を複数の前記比較部に伝達するＡＤ変換用参照信号の伝達装置であって、
前記参照信号を前記複数の比較部に伝達するバッファアンプであって、前記比較部の入力側に配された、前記複数の比較部の数よりも少ない数のバッファアンプ
を備えたことを特徴とするＡＤ変換用参照信号の伝達装置。
【請求項９】
それぞれ前記比較部を含んで構成されたグループごとに、前記バッファアンプを備え、
前記バッファアンプは、前記複数の比較部の内の当該グループ内の比較部に前記参照信号を伝達するように構成されている
ことを特徴とする請求項８に記載のＡＤ変換用参照信号の伝達装置。
【請求項１０】
前記グループごとに、前記バッファアンプの数が、当該グループ内の前記比較部の数よりも少ない
ことを特徴とする請求項９に記載のＡＤ変換用参照信号の伝達装置。
【請求項１１】
前記グループごとに、前記バッファアンプが１つ設けられている
ことを特徴とする請求項９に記載のＡＤ変換用参照信号の伝達装置。
【請求項１２】
前記バッファアンプは、差動増幅部を有して構成されており、
前記差動増幅部は、前記参照信号を示す差動信号を複数の伝達信号線の組でなる伝達信号線群を介して受け取ってシングルモードの参照信号を生成し、前記比較部に前記シングルモードの参照信号を伝達する
ことを特徴とする請求項８に記載のＡＤ変換用参照信号の伝達装置。
【請求項１３】
カウンタを所定のタイミングで起動してカウント処理を行なうとともに、アナログの処理対象信号と前記処理対象信号をデジタルデータに変換するための所定の変化率で変化する参照信号とを比較部において比較し、この比較処理が完了した時点に対応する前記カウンタのカウント値を保持することで、前記アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換方法であって、
前記参照信号を前記複数の比較部の入力側まで差動信号で伝達し、
前記入力側において、前記差動信号を差動増幅器で受け取って、シングルモードの参照信号を生成し、
前記差動増幅器から前記複数の比較部に前記シングルモードの参照信号を伝達し、
前記シングルモードの参照信号と前記処理対象信号とを前記比較部において比較することで、前記アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換する
ことを特徴とするＡＤ変換方法。
【請求項１４】
カウンタを所定のタイミングで起動してカウント処理を行なうとともに、アナログの処理対象信号と前記処理対象信号をデジタルデータに変換するための所定の変化率で変化する参照信号とを比較部において比較し、この比較処理が完了した時点に対応する前記カウンタのカウント値を保持することで、前記アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換方法であって、
前記参照信号を前記複数の比較部の数よりも少ない数のバッファアンプまで伝達し、
前記バッファアンプから前記複数の比較部に前記参照信号を伝達し、
前記バッファアンプから伝達された参照信号と前記処理対象信号とを前記比較部において比較することで、前記アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換する
ことを特徴とするＡＤ変換方法。
【請求項１５】
前記バッファアンプとして差動増幅器を用いて、当該差動増幅器を前記比較部の入力側に配し、
前記参照信号を前記差動増幅器まで差動信号で伝達し、
前記差動増幅器で前記差動信号に基づきシングルモードの参照信号を生成し、
前記差動増幅器から前記比較部に前記シングルモードの参照信号を伝達し、
前記シングルモードの参照信号と前記処理対象信号とを前記比較部において比較することで、前記アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換する
ことを特徴とする請求項１４に記載のＡＤ変換方法。
【請求項１６】
カウンタを所定のタイミングで起動してカウント処理を行なうとともに、アナログの処理対象信号と前記処理対象信号をデジタルデータに変換するための所定の変化率で変化する参照信号とを比較部において比較し、この比較処理が完了した時点に対応する前記カウンタのカウント値を保持することで、前記アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換装置であって、
前記参照信号を前記複数の比較部の入力側まで差動信号で伝達する複数の伝達信号線の組でなる伝達信号線群と、
差動増幅器を有し、前記伝達信号線群を介して伝達された差動信号を前記差動増幅器で受け取ってシングルモードの参照信号を生成する信号変換部と、
前記信号変換部で生成された前記シングルモードの参照信号を前記複数の比較部に伝達する個別伝達信号線と
を具備した信号伝達部を備え、
前記比較部は、前記信号伝達部から取得した前記シングルモードの参照信号と前記処理対象信号とを比較することで、前記アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換する
ことを特徴とするＡＤ変換装置。
【請求項１７】
前記アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換するための、それぞれ異なる変化特性を持つ複数種類の参照信号を生成可能な参照信号生成部をさらに備え、
前記信号伝達部は、前記複数種類の参照信号をそれぞれ独立に受け取る複数の前記信号変換部を有する
ことを特徴とする請求項１６に記載のＡＤ変換装置。
【請求項１８】
前記アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換するための複数の参照信号を生成可能な参照信号生成部をさらに備え、
前記信号伝達部は、前記複数の伝達信号線の内の一方を介して前記参照信号を示す前記差動信号の内の一方の信号をそれぞれ独立に受け取るとともに、前記複数の伝達信号線の内の他方を共用することで前記差動信号の内の他方の信号を共通に受け取る、複数の前記信号変換部を有する
ことを特徴とする請求項１６に記載のＡＤ変換装置。
【請求項１９】
カウンタを所定のタイミングで起動してカウント処理を行なうとともに、アナログの処理対象信号と前記処理対象信号をデジタルデータに変換するための所定の変化率で変化する参照信号とを比較部において比較し、この比較処理が完了した時点に対応する前記カウンタのカウント値を保持することで、前記アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換装置であって、
前記複数の比較部の数よりも少ない数のバッファアンプと、
前記参照信号を前記バッファアンプまで伝達する上流側伝達信号線と、
前記バッファアンプから出力された参照信号を、前記複数の比較部の内の当該バッファアンプが担当するものに伝達する下流側伝達信号線と
を具備した信号伝達部を備え、
前記バッファアンプから出力された参照信号と前記処理対象信号とを前記比較部において比較することで、前記アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換する
ことを特徴とするＡＤ変換装置。
【請求項２０】
前記アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換するための、それぞれ異なる変化特性を持つ複数種類の参照信号を生成可能な参照信号生成部をさらに備え、
前記信号伝達部は、前記複数種類の参照信号をそれぞれ独立に受け取る複数の前記信号変換部を有する
ことを特徴とする請求項１９に記載のＡＤ変換装置。
【請求項２１】
前記上流側伝達信号線は、前記参照信号を前記複数の比較部の入力側まで差動信号で伝達する複数の伝達信号線の組でなる伝達信号線群を具備し、
前記バッファアンプは、差動増幅器を有し、前記伝達信号線群を介して伝達された差動信号を前記差動増幅器で受け取ってシングルモードの参照信号を生成する信号変換部の機能を具備し、
前記下流側伝達信号線は、前記信号変換部で生成された前記シングルモードの参照信号を前記複数の比較部の内の前記信号変換部が担当するものに伝達し、
前記比較部は、前記信号変換部から取得した前記シングルモードの参照信号と前記処理対象信号とを比較することで、前記アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換する
ことを特徴とする請求項１９に記載のＡＤ変換装置。
【請求項２２】
前記アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換するための複数の参照信号を生成可能な参照信号生成部をさらに備え、
前記信号伝達部は、前記複数の伝達信号線の内の一方を介して前記参照信号を示す前記差動信号の内の一方の信号をそれぞれ独立に受け取るとともに、前記複数の伝達信号線の内の他方を共用することで前記差動信号の内の他方の信号を共通に受け取る、複数の前記信号変換部を有する
ことを特徴とする請求項２１に記載のＡＤ変換装置。
【請求項２３】
物理量の変化を検知する複数の検知部と、それぞれの検知部で検知した物理量の変化に基づいて単位信号を出力する単位信号生成部とを単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための装置を使用し、前記物理量についての所定の検知条件の元で取得された前記単位信号に基づいて、所定目的用のデジタルの物理情報を取得する物理情報取得方法であって、
前記単位信号生成部のそれぞれから出力されるアナログの単位信号をデジタルデータに変換するに際して、カウンタを所定のタイミングで起動してカウント処理を行なうとともに、前記単位信号と当該単位信号をデジタルデータに変換するための所定の変化率で変化する参照信号とを比較部において比較し、この比較処理が完了した時点に対応する前記カウンタのカウント値を保持することで、前記アナログの単位信号をデジタルデータに変換し、この際には、
前記参照信号を前記複数の比較部の入力側まで差動信号で伝達し、
前記入力側において、前記差動信号を差動増幅器で受け取って、シングルモードの参照信号を生成し、
前記差動増幅器から前記複数の比較部に前記シングルモードの参照信号を伝達する
ことを特徴とする物理情報取得方法。
【請求項２４】
物理量の変化を検知する複数の検知部と、それぞれの検知部で検知した物理量の変化に基づいて単位信号を出力する単位信号生成部とを単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための装置を使用し、前記物理量についての所定の検知条件の元で取得された前記単位信号に基づいて、所定目的用のデジタルの物理情報を取得する物理情報取得方法であって、
前記単位信号生成部のそれぞれから出力されるアナログの単位信号をデジタルデータに変換するに際して、カウンタを所定のタイミングで起動してカウント処理を行なうとともに、前記単位信号と当該単位信号をデジタルデータに変換するための所定の変化率で変化する参照信号とを比較部において比較し、この比較処理が完了した時点に対応する前記カウンタのカウント値を保持することで、前記アナログの単位信号をデジタルデータに変換し、この際には、
前記参照信号を前記複数の比較部の数よりも少ない数のバッファアンプまで伝達し、
前記バッファアンプから前記複数の比較部に前記参照信号を伝達する
ことを特徴とする物理情報取得方法。
【請求項２５】
前記バッファアンプとして差動増幅器を用いて、当該差動増幅器を前記比較部の入力側に配し、
前記参照信号を前記差動増幅器まで差動信号で伝達し、
前記差動増幅器で前記差動信号に基づきシングルモードの参照信号を生成し、
前記差動増幅器から前記比較部に前記シングルモードの参照信号を伝達する
ことを特徴とする請求項２４に記載の物理情報取得方法。
【請求項２６】
物理量の変化を検知する複数の検知部と、それぞれの検知部で検知した物理量の変化に基づいて単位信号を出力する単位信号生成部とを単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための装置を使用し、物理量についての所定の検知条件の元で取得された前記単位信号に基づいて、所定目的用のデジタルの物理情報を取得する物理情報取得装置であって、
カウンタと複数の比較器とを有し、前記カウンタを所定のタイミングで起動してカウント処理を行なうとともに、アナログの前記単位信号と当該単位信号をデジタルデータに変換するための所定の変化率で変化する参照信号とを前記比較器で比較し、この比較処理が完了した時点に対応する前記カウンタのカウント値を保持することで、前記単位信号に対応するデジタルデータを取得する変換部と、
複数の伝達信号線の組でなる伝達信号線群と前記比較部の入力側に配され前記複数の信号線と接続される差動増幅器とを有し、前記参照信号を示す差動信号を前記複数の伝達信号線の組でなる伝達信号線群を介して前記差動増幅器で受け取ってシングルモードの参照信号を生成し、前記複数の比較部に前記シングルモードの参照信号を伝達する信号伝達部と
を備えたことを特徴とする物理情報取得装置。
【請求項２７】
前記参照信号を生成する参照信号生成部をさらに備えたことを特徴とする請求項２６に記載の物理情報取得装置。
【請求項２８】
前記検知部における電磁波が入射される側の面に、色情報を取得するための複数色の色フィルタの組合せからなる色分解フィルタの何れかの色フィルタが設けられており、
前記参照信号生成部は、前記色フィルタの色種に応じて複数設けられており、それぞれは、前記単位信号をデジタルデータに変換するための参照信号として、処理対象の前記単位構成要素に設けられている前記色フィルタの色特性に応じた変化特性を持つ参照信号を生成する
ことを特徴とする請求項２７に記載の物理情報取得装置。
【請求項２９】
前記検知部における電磁波が入射される側の面に、色情報を取得するための複数色の色フィルタの組合せからなる色分解フィルタの何れかの色フィルタが設けられており、
前記参照信号生成部は、前記色フィルタの色種に応じて複数設けられており、
前記信号伝達部は、前記複数の伝達信号線の内の一方を介して前記参照信号を示す前記差動信号の内の一方の信号をそれぞれ独立に受け取るとともに、前記複数の伝達信号線の内の他方を共用することで前記差動信号の内の他方の信号を共通に受け取る、複数の前記信号変換部を有する
ことを特徴とする請求項２７に記載の物理情報取得装置。
【請求項３０】
物理量の変化を検知する複数の検知部と、それぞれの検知部で検知した物理量の変化に基づいて単位信号を出力する単位信号生成部とを単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための装置を使用し、物理量についての所定の検知条件の元で取得された前記単位信号に基づいて、所定目的用のデジタルの物理情報を取得する物理情報取得装置であって、
カウンタと複数の比較器とを有し、前記カウンタを所定のタイミングで起動してカウント処理を行なうとともに、アナログの前記単位信号と当該単位信号をデジタルデータに変換するための所定の変化率で変化する参照信号とを前記比較器で比較し、この比較処理が完了した時点に対応する前記カウンタのカウント値を保持することで、前記単位信号に対応するデジタルデータを取得する変換部と、
前記参照信号を前記複数の比較部に伝達するバッファアンプであって、前記比較部の入力側に配された、前記複数の比較部の数よりも少ない数のバッファアンプを有する信号伝達部と
を備えたことを特徴とする物理情報取得装置。
【請求項３１】
前記参照信号を生成する参照信号生成部をさらに備えたことを特徴とする請求項３０に記載の物理情報取得装置。
【請求項３２】
前記検知部における電磁波が入射される側の面に、色情報を取得するための複数色の色フィルタの組合せからなる色分解フィルタの何れかの色フィルタが設けられており、
前記参照信号生成部は、前記色フィルタの色種に応じて複数設けられており、それぞれは、前記単位信号をデジタルデータに変換するための参照信号として、処理対象の前記単位構成要素に設けられている前記色フィルタの色特性に応じた変化特性を持つ参照信号を生成する
ことを特徴とする請求項３１に記載の物理情報取得装置。
【請求項３３】
前記信号伝達部は、複数の伝達信号線の組でなる伝達信号線群と、前記比較部の入力側に配され前記複数の信号線と接続される前記バッファアンプとしての差動増幅器とを有し、
前記差動増幅器は、前記参照信号を示す差動信号を前記複数の伝達信号線の組でなる伝達信号線群を介して受け取ってシングルモードの参照信号を生成し、前記複数の比較部に前記シングルモードの参照信号を伝達する
ことを特徴とする請求項３０に記載の物理情報取得装置。
【請求項３４】
前記検知部における電磁波が入射される側の面に、色情報を取得するための複数色の色フィルタの組合せからなる色分解フィルタの何れかの色フィルタが設けられており、
前記信号伝達部は、前記差動信号の内の一方の信号を伝達する前記複数の信号線のうちの一方が、前記複数色について共用されるように構成されている
ことを特徴とする請求項３３に記載の物理情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡＤ（アナログ−デジタル）変換用参照信号の伝達方法および伝達装置、ＡＤ変換方法およびＡＤ変換装置、並びに物理情報取得方法および物理情報取得装置に関する。
【０００２】
より詳細には、たとえば光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする複数の単位構成要素が配列されてなり、単位構成要素により電気信号に変換された物理量分布を、アドレス制御により任意選択して電気信号として読出可能な、たとえば固体撮像装置などの、物理量分布検知の半導体装置に用いて好適な、アナログで出力される電気信号をデジタルデータに変換する技術に関する。
【０００３】
特に、カウンタと比較器とを用いて、ＡＤ変換用の参照信号と処理対象信号とを比較し、この比較処理に要した時間をカウンタでカウントすることでＡＤ変換を行なう際の、参照信号の伝達技術に関する。
【背景技術】
【０００４】
光や放射線などの外部から入力される電磁波あるいは圧力（接触など）などの物理量変化に対して感応性をする単位構成要素（たとえば画素）をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知半導体装置が様々な分野で使われている。
【０００５】
たとえば、映像機器の分野では、物理量の一例である光（電磁波の一例）の変化を検知するＣＣＤ（Charge Coupled Device ）型あるいはＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor ）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-oxide Semiconductor ）型の撮像素子（撮像デバイス）を用いた固体撮像装置が使われている。ここで“固体”とは半導体製であることを意味している。
【０００６】
たとえばＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサに代表される固体撮像素子の小型化、低価格化により、これらを利用した各種映像機器、たとえば静止画を撮影するデジタルスチルカメラやカメラ付き携帯電話あるいは動画を撮影するビデオカメラなどが急激に普及しつつある。なかでもＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＣＤに比べて低消費電力、低コストで製造可能であることから、将来ＣＣＤを置き換えるものとして注目を集めている。
【０００７】
また、近年、半導体技術の進歩により、固体撮像素子の高画素化が急速に進んでおり、たとえば数１００万画素の固体撮像素子が開発され、高解像度が要求されるデジタルスチルカメラや映画用のビデオカメラなどに利用されている。その中でもＣＭＯＳセンサは各画素に光電変換素子と読出回路が設けられた固体撮像装置であり、各画素をランダムにアクセスすることや高速に読み出すことができることから、将来を有望視されているセンサである。
【０００８】
また、コンピュータ機器の分野では、指紋に関する情報を圧力に基づく電気的特性の変化や光学的特性の変化に基づき指紋の像を検知する指紋認証装置などが使われている。これらは、単位構成要素（固体撮像装置にあっては画素）によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読み出す。
【０００９】
一方、固体撮像装置の中には、電荷生成部で生成された信号電荷に応じた画素信号を生成する画素信号生成部に静電誘導トランジスタやＭＯＳトランジスタなどの増幅用の駆動トランジスタを有する増幅型固体撮像素子（ＡＰＳ；Active Pixel Sensor ／ゲインセルともいわれる）構成の画素を備えた増幅型固体撮像装置がある。たとえば、ＣＭＯＳ型固体撮像装置の多くはそのような構成をなしている。
【００１０】
このような増幅型固体撮像装置において画素信号を外部に読み出すには、複数の単位画素が配列されている画素部に対してアドレス制御をし、個々の単位画素からの信号を任意に選択して読み出すようにしている。つまり、増幅型固体撮像装置は、アドレス制御型の固体撮像装置の一例である。
【００１１】
たとえば、単位画素がマトリクス状に配されたＸ−Ｙアドレス型固体撮像素子の一種である増幅型固体撮像素子は、画素そのものに増幅機能を持たせるために、ＭＯＳ構造などの能動素子（ＭＯＳトランジスタ）を用いて画素を構成している。すなわち、光電変換素子であるフォトダイオードに蓄積された信号電荷（光電子）を前記能動素子で増幅し、画像情報として読み出す。
【００１２】
この種のＸ−Ｙアドレス型固体撮像素子では、たとえば、画素トランジスタが２次元行列状に多数配列されて画素部が構成され、ライン（行）ごとあるいは画素ごとに入射光に対応する信号電荷の蓄積が開始され、その蓄積された信号電荷に基づく電流または電圧の信号がアドレス指定によって各画素から所定順に読み出される。
【００１３】
ここで、ＭＯＳ（ＣＭＯＳを含む）型においては、アドレス制御の一例として、１行分を同時にアクセスして行単位で画素信号を画素部から読み出し、必要に応じて所定の信号処理を施し、その後に、各行の１行分の画素信号を順次出力側に読み出す方式が多く用いられている。たとえばマトリクス状に配置された画素の信号出力が行ごとに順次垂直信号線に送られ、垂直信号線からさらに水平方向に順次水平読出線に接続されて出力される。
【００１４】
また、画素部から読み出されたアナログの画素信号は、必要に応じて、アナログ−デジタル変換装置（ＡＤ変換装置；Analog Digital Converter）にてデジタルデータに変換する。
【００１５】
たとえば、非特許文献１には、マトリクス状に配置された画素の信号出力を、行ごとに順次垂直信号線に読み出した後、その垂直信号線ごとに設けたＡＤ変換回路にてデジタルデータへ変換する仕組みが開示されている。以下、このようなＡＤ方式をカラムＡＤ方式ともいう。このようなカラムＡＤ方式によれば、各カラム（垂直列）でＡＤ変換を行なうので、読出速度とＡＤ変換処理の高速化にとって有利である。
【００１６】
【非特許文献１】米本和也著、“ＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージセンサの基礎と応用”、ＣＱ出版社、2003年8月10日、初版p201〜203
【００１７】
ここで、非特許文献１に記載のＡＤ変換の仕組み（カラムＡＤ方式）では、より詳細には、撮像部からの画素信号と一定の傾きで電圧値が変化するランプ波形の電圧とを比較し、比較器の出力が反転したときのランプ波形の電圧を表すカウンタの値（デジタルデータ）を出力することにより、各垂直列の画素信号を垂直列ごとにデジタルの画素データに変換している。
【００１８】
また、カラー画像を取り扱う場合において、鋸歯状の電圧波形と画素信号を反映した電気信号とを比較してＡＤ変換を行なう場合に、カラー画像を撮像するための複数色の色フィルタが配された各画素の色特性を考慮してＡＤ変換を行なう仕組みが考えられている（特許文献１参照）。
【００１９】
【特許文献１】特開平１１−３３１８８３号公報
【００２０】
特許文献１に記載の技術では、アナログイメージデータのデジタルイメージデータへの変換の際、特定カラーのアナログイメージデータ特性に応じて互いに異なる基準電圧を生成し比較動作を遂行することによって、単位画素から出力されるアナログイメージデータをデジタルイメージデータに変換する際、各々のカラーに応じて調節してさらに緻密なカラー制御を可能とするようにしている。
【００２１】
＜従来の固体撮像装置の構成＞
図７は、特許文献１の図４に示される固体撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサ）の概略構成図である。ＡＤ変換装置を画素部と同一の半導体基板に搭載している。
【００２２】
この固体撮像装置は、各画素における色感度を補正するための、各カラー画素によって互いに異なる初期電圧レベルから異なる減少率で減少するアナログ基準電圧（ＡＤ変換用の参照電圧）を生成するアナログ基準電圧発生手段と、選択信号に応答して各カラー画素に対応してアナログ基準電圧を選択的に出力する選択手段と、この選択手段から出力されるアナログ基準電圧と画素アレイから出力されるアナログイメージデータを比較してデジタルイメージデータを出力する比較手段とを備え、各カラーのアナログイメージデータ特性に応じて画素アレイの各カラー画素から感知したアナログイメージデータをデジタルイメージデータに変換するようにしている。
【００２３】
具体的事例として、図７に示すように、固体撮像装置は、ベイヤパターンに配列されたＭ（行線）×Ｎ（列線）の画素アレイ５０と、該画素アレイ５０からのアナログ信号をデジタル信号に変換するためのアナログ−デジタル変換部６０により構成されている。
【００２４】
アナログ−デジタル変換部６０は、ベイヤパターンを構成する色成分Ｒ，Ｇ，Ｂごとに用意されるアナログ参照電圧発生装置６０１Ａ（Ｂ色用），６０１Ｂ（Ｇ色用），６０１Ｃ（Ｒ色用）と、垂直列ごとに配される比較器６０３Ａ，６０３Ｂと、アナログ参照電圧発生装置６０１Ａ，６０１Ｂ，６０１Ｃからの参照信号の何れか１つを選択して比較器６０３Ａ，６０３Ｂに入力するマルチプレクサ６０２Ａ，６０２Ｂとにより構成されている。
【００２５】
ここで、アナログ参照電圧発生器は、青色画素に対する参照電圧を発生する第１参照電圧発生器６０１Ａ、緑色画素に対する基準電圧を発生する第２参照電圧発生器６０１Ｂ、および赤色画素に対する参照電圧を発生する第３基準電圧発生器６０１Ｃにより構成され、各画素における色感度を補正できるように、各参照電圧発生器は、それぞれが担当するカラー特性に応じて、互いに異なる初期電圧レベルから互いに異なる減少率を有する参照電圧を発生する。
【００２６】
比較器６０３Ａ，６０３Ｂは、合計で、垂直信号線（ＶＳＬ）１８の列数分（ｈ個）だけ設けられ、たとえば、比較器６０３Ａは奇数列に、比較器６０３Ｂは偶数列に配される。これに対応して、マルチプレクサ６０２Ａは、奇数列の比較器６０３Ａの入力側に配され、マルチプレクサ６０２Ｂは、偶数列の比較器６０３Ｂの入力側に配される。
【００２７】
つまり、カラー画素によって互いに異なる初期電圧レベルから異なる減少率で減少する参照信号を生成する色数分の各アナログ参照電圧発生装置と、各列の比較器ごとに各アナログ参照電圧発生装置からの参照信号の何れか１つを選択的に出力する選択手段（マルチプレクサ）とを設けている。
【００２８】
マルチプレクサ６０２Ａ，６０２Ｂは、選択信号ＳＥＬに応答して、参照電圧発生器６０１Ａ，６０１Ｂ，６０１Ｃからの出力信号を選択的に出力する。すなわち、マルチプレクサ６０２Ａ，６０２Ｂは、各画素における色感度を補正するため、アナログ参照電圧発生装置６０１Ａ，Ｂ，Ｃに接続されている各ランプ信号線（基準電位線）の電圧特性を、読み出す色に応じて変えるようにしている。
【００２９】
比較器６０３Ａ，６０３Ｂは、処理対象のローラインに対応するＲ，Ｇ，Ｂの色感度に応じたランプ状（のこぎり波状）の基準信号電圧がマルチプレクサ６０２Ａ，６０２Ｂを介して一方の入力端子に入力され、画素アレイ５０からの画素信号が他方の入力端子に入力され、双方の信号の大小を比較する。
【００３０】
ベイヤパターンの場合、たとえば画素アレイ５０中の第１列線、第３列線、第５列線など奇数列線には赤色画素または緑色画素が配列されている。このため、読む出すロー位置によって読み出す色が異なり、たとえば、図中で、第１ローラインはＲとＧ、第２ローラインはＧとＢとなる。
【００３１】
これに対応して、カラー画素によって奇数列線に配列されたマルチプレクサ６０２Ａは第２または第３参照電圧発生器６０１Ｂ，６０１Ｃの出力信号中の１つを出力する。これに対し、第２列線、第４列線、第６列線など偶数列線には緑色画素または青色画素が配列されているため、カラー画素によって偶数列線に配列されたマルチプレクサ６０２Ｂは第１または第２参照電圧発生器６０１Ａ，６０１Ｂの出力信号中の１つを出力する。
【００３２】
この特許文献１に記載の仕組みでは、各画素における色感度を補正するために、カラー画素によって互いに異なる初期電圧レベルから異なる減少率で減少する参照信号を各アナログ参照電圧発生装置において生成する。こうすることで、ランプ信号線（基準電位線）の電圧特性を読み出す色に応じて変える。
【００３３】
比較器６０３Ａ，６０３Ｂの後段には図示しないカウンタが設けられており、比較器６０３Ａ，６０３Ｂにおける比較処理に要した時間を所定のカウントクロックで計測するようになっている。比較処理に要した時間は処理対象の画素信号電圧に応じたものとなるので、この時間計測で得られたカウント値がカラムラインの画素信号電圧に対応するデジタルデータとなる。これによって、画素の信号電圧がデジタルデータに変換される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
しかしながら、このようなＡＤ変換の仕組みを、より大規模（２０００万画素級）かつ高速（５００ｆｐｓ）のＣＭＯＳイメージセンサに適用しようとすると、以下の問題が発生する。
【００３５】
たとえば、ランプ信号線が長くなると抵抗、および配線容量や接続されているゲート総容量が増大する。またチップ内部の位置によってその値が異なり、ランプ信号線が長くなるほどその影響を大きく受けるようになる。その結果、ＣＭＯＳイメージセンサチップ内部の位置によってランプ信号線の電圧が異なり、各画素の色感度を正確に補正できない、それが画像のシェーディングとして現れる、などの問題が発生する。
【００３６】
これは、チップサイズが大きく、かつ変換速度の大きなＣＭＯＳイメージセンサを動作させようとしたときより顕著になる。換言すれば、センサのチップサイズが大きくなり、高い変換レートが求められるようになると、ＡＤ変換処理用の参照信号を全比較器に正確かつ高速に伝達することが難しくなり、その結果、正確な感度補正（カラーの場合には色感度補正）ができなくなる。
【００３７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、画素数の増大や高速性が求められる場合においても、ＡＤ変換処理用の参照信号を全比較器に正確かつ高速に伝達することができる仕組みを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
本発明に係る第１および第２のＡＤ変換用参照信号の伝達方法においては、先ず、カウンタを所定のタイミングで起動してカウント処理を行なうとともに、アナログの処理対象信号と処理対象信号をデジタルデータに変換するための所定の変化率で変化する参照信号とを比較部において比較し、この比較処理が完了した時点に対応するカウンタのカウント値を保持することで、アナログの処理対象信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換方法において用いられる参照信号の伝達方法である。
【００３９】
ここで、本発明に係る第１のＡＤ変換用参照信号の伝達方法においては、先ず、参照信号を複数の比較部の入力側まで差動信号で伝達し、各比較部の入力側において、差動信号を差動増幅器で受け取ってシングルモードの参照信号を生成する。この後、差動増幅器から複数の比較部の内の当該差動増幅器が担当するものにシングルモードの参照信号を伝達するようにした。
【００４０】
また、本発明に係る第２のＡＤ変換用参照信号の伝達方法においては、先ず参照信号を複数の比較部の数よりも少ない数のバッファアンプまで伝達する。この後、バッファアンプから、複数の比較部のうちの当該バッファアンプが担当するものに参照信号を伝達するようにした。
【００４１】
また従属項に記載された発明は、本発明に係る第１あるいは第２の伝達方法のさらなる有利な具体例を規定する。
【００４２】
たとえば、第２の伝達方法においては、複数の比較部を複数のグループに分け、グループごとにバッファアンプを用意するのがよい。そして、参照信号を各グループ内のそれぞれのバッファアンプまで伝達し、グループ内において、バッファアンプから当該グループ内の比較部に参照信号を伝達する。この場合のバッファアンプの数は当該グループ内の比較部の数よりも少ないのがよく、最低１つあればよい。
【００４３】
また、上記本発明に係る第１および第２のＡＤ変換用参照信号の伝達方法を組み合わせることもできる。この場合、バッファアンプとして差動増幅器を用いて、差動増幅器を比較部の入力側に配する。そして、参照信号を差動増幅器まで差動信号で伝達し、その差動増幅器で差動信号に基づきシングルモードの参照信号を生成する。この後、差動増幅器から比較部にシングルモードの参照信号を伝達する。
【００４４】
本発明に係る第１のＡＤ変換用参照信号の伝達装置は、上記本発明に係る第１のＡＤ変換用参照信号の伝達方法を実施するのに好適な装置であって、参照信号を示す差動信号を複数の伝達信号線の組でなる伝達信号線群を介して受け取ってシングルモードの参照信号を生成し、複数の比較部にシングルモードの参照信号を伝達する差動増幅部を比較部の入力側に配した。
【００４５】
また、本発明に係る第２のＡＤ変換用参照信号の伝達装置は、上記本発明に係る第２のＡＤ変換用参照信号の伝達方法を実施するのに好適な装置であって、参照信号を複数の比較部に伝達する、複数の比較部の数よりも少ない数のバッファアンプを、比較部の入力側に配した。
【００４６】
また、本発明に係る第１および第２のＡＤ変換用参照信号の伝達装置を組み合わせることもできる。この場合、バッファアンプを、差動増幅部を有する構成とする。差動増幅部は、参照信号を示す差動信号を複数の伝達信号線の組でなる伝達信号線群を介して受け取ってシングルモードの参照信号を生成し、担当分の比較部にシングルモードの参照信号を伝達するものとする
また、本発明に係る第１のＡＤ変換方法およびＡＤ変換装置並びに物理情報取得方法および物理情報取得装置は、上記本発明に係る第１のＡＤ変換用参照信号の伝達方法を適用したものである。同様に、本発明に係る第２のＡＤ変換方法およびＡＤ変換装置並びに物理情報取得方法および物理情報取得装置は、上記本発明に係る第２のＡＤ変換用参照信号の伝達方法を適用したものである。何れも、上記本発明に係る第１および第２のＡＤ変換用参照信号の伝達方法を組み合わせて適用することができる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明の第１の構成においては、参照信号を各比較部の入力側まで差動信号で伝達しシングルモードの参照信号に変換してから各比較部に伝達するようにした。差動信号で伝達すれば、信号を受ける差動増幅器（差動増幅部）にて、同相ノイズを減衰させることができるので、ＡＤ変換処理用の参照信号を全比較器に正確かつ高速に伝達することができるようになる。
【００４８】
また、本発明の第２の構成においては、比較部の総数よりも少ない数のバッファアンプを用意し、参照信号をバッファアンプを介して担当分の比較部に伝達するようにした。参照信号の伝達を行なう伝達信号線に接続される負荷要素を、比較部そのものではなく、バッファアンプとし、かつその総数を比較部の総数よりも少なくしたので、実質的に、配線容量や接続されているゲート総容量を小さくすることができ、ＡＤ変換処理用の参照信号を全比較器に正確かつ高速に伝達することができるようになる。
【００４９】
よって、何れの構成を採用しても、大規模かつ高速の変換レートが求められる場合であっても、参照信号の大きさが異なり、その結果、感度を正確に補正できないという問題を確実に解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下においては、Ｘ−Ｙアドレス型の固体撮像装置の一例である、ＣＭＯＳ撮像素子を半導体デバイスとして使用した場合を例に説明する。
【００５１】
ただしこれは一例であって、対象となる半導体デバイスはＭＯＳ型の撮像デバイスに限らない。光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする単位構成要素をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知用の半導体装置の全てに、後述する全ての実施形態が同様に適用できる。
【００５２】
＜第１実施形態；固体撮像装置の構成；ベイヤ配列＞
図１は、本発明に係る物理情報取得装置の一実施形態であるＣＭＯＳ型の固体撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサ）の概略構成図である。
【００５３】
固体撮像装置１は、入射光量に応じた信号を出力する受光素子（電荷生成部の一例）を含む複数個の画素が行および列に配列された（すなわち２次元マトリクス状の）画素部を有し、各画素からの信号出力が電圧信号であって、ＣＤＳ(Correlated Double Sampling ；相関２重サンプリング）処理機能部やデジタル変換部（ＡＤＣ；Analog Digital Converter）などが列並列に設けられているものである。
【００５４】
“列並列にＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部が設けられている”とは、垂直列の垂直信号線１８に対して実質的に並列に複数のＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部が設けられていることを意味する。複数の各機能部は、デバイスを平面視したときに、ともに撮像部１０に対して列方向の一方の端縁側（図の下側に配されている出力側）にのみ配されている形態のものであってもよいし、撮像部１０に対して列方向の一方の端縁側（図の下側に配されている出力側）とその反対側である他方の端縁側（図の上側）に分けて配されている形態のものであってもよい。後者の場合、行方向の読出走査（水平走査）を行なう水平走査部も、各端縁側に分けて配して、それぞれが独立に動作可能に構成するのがよい。
【００５５】
たとえば、列並列にＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部が設けられている典型例としては、撮像部の出力側に設けたカラム領域と呼ばれる部分に、ＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部を垂直列ごとに設け、順次出力側に読み出すカラム型のものである。また、カラム型に限らず、隣接する複数（たとえば２つ分）の垂直信号線１８（垂直列）に対して１つのＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態や、Ｎ本おき（Ｎは正の整数；間にＮ−１本を配する）のＮ本分の垂直信号線１８（垂直列）に対して１つのＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態などを採ることもできる。
【００５６】
カラム型を除くものは、何れの形態も、複数の垂直信号線１８（垂直列）が１つのＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部を共通に使用する構成となるので、撮像部１０側から供給される複数列分の画素信号を１つのＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部に供給する切替回路（スイッチ）を設ける。なお、後段の処理によっては、出力信号を保持するメモリを設けるなどの対処が必要になる。
【００５７】
何れにしても、複数の垂直信号線１８（垂直列）に対して１つのＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部を割り当てる形態などを採ることで、各画素信号の信号処理を画素列単位で読み出した後に同時並行的に行なうことができ、同様の信号処理を各単位画素内で行なうものに比べて、各単位画素内の構成を簡素化し、また、イメージセンサの多画素化、小型化、低コスト化、などに対応できる。
【００５８】
また、列並列に配された複数の信号処理部にて１行分の画素信号を同時並行処理することができるので、出力回路側やデバイスの外部で１つのＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部にて処理を行なう場合に比べて、処理速度の点でも有利になる。たとえば、信号処理部を低速で動作させることができ、消費電力や帯域性能やノイズなどの面で有利である。逆に言えば、消費電力や帯域性能などを同じにする場合、センサ全体の高速動作が可能となる。
【００５９】
なお、カラム型の構成の場合、低速で動作させることができ消費電力や帯域性能やノイズなどの面で有利であるとともに切替回路（スイッチ）が不要である利点もある。以下の実施形態では、特に断りのない限り、このカラム型で説明する。
【００６０】
図１に示すように、本実施形態の固体撮像装置１は、複数の単位画素３（単位構成要素の一例）が行および列に（２次元行列状に）多数配列された撮像部（画素部）１０いわゆるエリアセンサ部と、撮像部１０の外側に設けられた駆動制御部７と、各垂直列に配されたカラム信号処理部２２を有するカラム処理部２０と、出力回路２９とを備えている。
【００６１】
また、この第１実施形態の固体撮像装置１は、撮像部１０をカラー撮像対応にしている。すなわち、撮像部１０における各電荷生成部（フォトダイオードなど）の電磁波（本例では光）が入射される受光面には、カラー画像を撮像するための複数色の色フィルタの組合せからなる色分解フィルタの何れかの色フィルタが設けられている。
【００６２】
図示した例は、いわゆるベイヤ（Ｂａｙｅｒ）配列の基本形のカラーフィルタを用いており、正方格子状に配された単位画素３が赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３色カラーフィルタに対応するように、色分離フィルタの繰返単位が２画素×２画素で配されて撮像部１０を構成している。
【００６３】
たとえば、奇数行奇数列には第１のカラー（赤；Ｒ）を感知するための第１のカラー画素を配し、奇数行奇偶数列および偶数行奇数列には第２のカラー（緑；Ｇ）を感知するための第２のカラー画素を配し、偶数行偶数列には第３のカラー（青；Ｂ）を感知するための第３のカラー画素を配しており、行ごとに異なったＲ／Ｇ、またはＧ／Ｂの２色のカラー画素が市松模様状に配置されている。
【００６４】
このようなベイヤ配列の基本形のカラーフィルタの色配列は、行方向および列方向の何れについても、Ｒ／ＧまたはＧ／Ｂの２色が２つごとに繰り返される。
【００６５】
なお、フィルタ色やその配列順はベイヤ配列の基本形に限定されない。たとえば、ベイヤ配列の改良形にすることもできるし、補色フィルタあるいはその他のフィルタ色を用いることができる。たとえば、奇数行偶数列に配した第２のカラー（緑；Ｇ）を感知するための第２のカラー画素に代えて、第４のカラー（エメラルド；Ｅ）を感知するための第４のカラー画素を配してもよい。
【００６６】
単位画素３は、垂直列選択のための垂直制御線１５を介して垂直走査部１４と、また複数の検知部で検知され増幅素子を有する単位信号生成部で増幅された後に単位画素３から出力される画素信号Ｓ０（＿１〜ｈ；１行中の画素番号）をそれぞれ伝達する伝達線としての垂直信号線１８を介してカラム処理部２０と、それぞれ接続されている。
【００６７】
図１では、簡単のため行および列の一部を省略して示しているが、現実には、撮像部１０の各行や各列には、数十から数千の単位画素３が配置される。なお、図示を割愛するが、撮像部１０には、各画素に所定のカラーコーディングを持つ色分離フィルタが形成される。また図示を割愛するが、撮像部１０の各単位画素３は、受光素子（電荷生成部）としてのフォトダイオードやフォトゲートなどと、増幅用の半導体素子（たとえばトランジスタ）を有する画素内アンプとから構成される。
【００６８】
画素内アンプとしては、たとえばフローティングディフュージョンアンプ構成のものが用いられる。一例としては、電荷生成部に対して、電荷読出部（転送ゲート部／読出ゲート部）の一例である読出選択用トランジスタ、リセットゲート部の一例であるリセットトランジスタ、垂直選択用トランジスタ、およびフローティングディフュージョンの電位変化を検知する検知素子の一例であるソースフォロア構成の増幅用トランジスタを有する、ＣＭＯＳセンサとして汎用的な４つのトランジスタからなる構成のものを使用することができる。
【００６９】
あるいは、特許第２７０８４５５号公報に記載のように、電荷生成部により生成された信号電荷に対応する信号電圧を増幅するための、ドレイン線（ＤＲＮ）に接続された増幅用トランジスタと、電荷生成部をリセットするためのリセットトランジスタと、垂直シフトレジスタより転送配線（ＴＲＦ）を介して走査される読出選択用トランジスタ（転送ゲート部）を有する、３つのトランジスタからなる構成のものを使用することもできる。
【００７０】
撮像部１０の後段に設けられるカラム処理部２０は、垂直列（カラム）ごとにカラム信号処理部２２を有して構成されており、１行分の画素の信号を受けて、各カラム信号処理部２２が対応列の画素信号Ｓ０（＿１〜ｈ；１行中の画素番号）を処理して、この際には少なくともアナログの画素信号をデジタルの画素データに変換し（すなわちＡＤ変換し）、処理済みの画素データＤ１（＿１〜ｈ；１行中の画素番号）を出力する。なお、カラム信号処理部２２は、ＡＤ変換機能の他、ＣＤＳ(Correlated Double Sampling ；相関２重サンプリング）処理を利用したノイズ除去手段の機能を備えるようにしてもよい。
【００７１】
ＣＤＳ処理を行なう場合、駆動信号操作部１６から与えられるサンプルパルスＳＨＰとサンプルパルスＳＨＤといった２つのサンプルパルスに基づいて、垂直信号線１８を介して入力された電圧モードの画素情報に対して、画素リセット直後の信号レベル（ノイズレベル；０レベル）と真の信号レベルとの差分をとる処理を行なうことで、画素ごとの固定ばらつきによる固定パターンノイズ（ＦＰＮ；Fixed Pattern Noise ）やリセットノイズといわれるノイズ信号成分を取り除く。
【００７２】
撮像部１０やカラム処理部２０などを駆動・制御する駆動制御部７としては、たとえば水平走査部１２と垂直走査部１４とを備える。また、駆動制御部７の他の構成要素として、水平走査部１２、垂直走査部１４、あるいはカラム処理部２０などの固体撮像装置１の各機能部に所定タイミングの制御パルスを供給する駆動信号操作部（読出アドレス制御装置の一例）１６が設けられている。
【００７３】
これらの駆動制御部７の各要素は、撮像部１０やカラム処理部２０とともに、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成され、半導体システムの一例である固体撮像素子（撮像デバイス）として構成される。
【００７４】
なお、駆動信号操作部１６は、撮像部１０や水平走査部１２など、他の機能要素とは独立して、別の半導体集積回路として提供されてもよい。この場合、撮像部１０や水平走査部１２などから成る撮像デバイスと駆動信号操作部１６とにより、半導体システムの一例である撮像装置が構築される。この撮像装置は、周辺の信号処理回路や電源回路なども組み込まれた撮像モジュールとして提供されてもよい。さらには撮像レンズも組み込まれた撮像モジュールとして提供されてもよい。
【００７５】
駆動信号操作部１６は、図示しないが、各部の動作に必要なクロックや所定タイミングのパルス信号を供給するタイミングジェネレータＴＧ（読出アドレス制御装置の一例）の機能ブロックと、端子１ａを介して入力クロック（マスタークロック）CLK0や動作モードなどを指令するデータを受け取り、また端子１ｂを介して固体撮像装置１の情報を含む種々のデータDATAを出力する通信インタフェースの機能ブロックとを備える。また、駆動信号操作部１６は、水平アドレス信号を水平アドレス設定部１２ａへ、また垂直アドレス信号を垂直アドレス設定部１４ａへ出力し、各アドレス設定部１２ａ，１４ａは、それを受けて対応する行もしくは列を選択する。
【００７６】
また、駆動信号操作部１６では、端子１ａを介して入力されるマスタークロック（マスタークロック）CLK0と同じ周波数のクロックCLK1や、それを２分周したクロックやより分周した低速のクロックをデバイス内の各部、たとえば水平走査部１２、垂直走査回路１４、カラム処理部２０などに供給する。以下、２分周したクロックやそれ以下の周波数のクロック全般を纏めて、低速クロックCLK2という。
【００７７】
水平走査部１２や垂直走査部１４は、駆動信号操作部１６から与えられる駆動パルスに応答して行や列の選択動作を開始するようになっている。垂直制御線１５には、単位画素３を駆動するための種々のパルス信号が含まれる。
【００７８】
たとえば水平走査部１２は、水平方向の読出列（水平方向のアドレス）を規定する（カラム処理部２０内の個々のカラム信号処理部２２を選択する）水平アドレス設定部１２ａと、水平アドレス設定部１２ａにて規定された読出アドレスに従ってカラム処理部２０の各信号を水平信号線２８に導く水平駆動部１２ｂとを有する。
【００７９】
水平アドレス設定部１２ａは、図示を割愛するが、シフトレジスタあるいはデコーダを有して構成されており、カラム信号処理部２２からの画素情報を所定の順に選択し、その選択した画素情報を水平信号線２８に出力する選択手段としての機能を持つ。
【００８０】
垂直走査部１４は、垂直方向の読出行（垂直方向のアドレス）や水平方向の読出列（水平方向のアドレス）を規定する（撮像部１０の行を選択する）垂直アドレス設定部１４ａと、垂直アドレス設定部１４ａにて規定された読出アドレス上（水平行方向）の単位画素３に対する制御線にパルスを供給して駆動する垂直駆動部１４ｂとを有する。
【００８１】
垂直アドレス設定部１４ａは、図示を割愛するが、信号を読み出す行の基本的な制御を行なう垂直シフトレジスタあるいはデコーダの他に、電子シャッタ用の行の制御を行なうシャッタシフトレジスタも有する。
【００８２】
垂直シフトレジスタは、撮像部１０から画素情報を読み出すに当たって各画素を行単位で選択するためのものであり、各行の垂直駆動部１４ｂとともに信号出力行選択手段を構成する。シャッタシフトレジスタは、電子シャッタ動作を行なうに当たって各画素を行単位で選択するためのものであり、各行の垂直駆動部１４ｂとともに電子シャッタ行選択手段を構成する。
【００８３】
たとえば、単位画素３を２次元マトリックス状に配置してあるので、単位画素３により生成され垂直信号線１８を介して列方向に出力されるアナログの画素信号を行単位で（列並列で）アクセスし取り込む（垂直）スキャン読みを行ない、この後に、垂直列の並び方向である行方向にアクセスし画素信号（本例ではデジタル化された画素データ）を出力側へ読み出す（水平）スキャン読みを行なうようにすることで、画素信号や画素データの読出しの高速化を図るのがよい。もちろん、スキャン読みに限らず、読み出したい単位画素３を直接にアドレス指定することで、必要な単位画素３の情報のみを読み出すランダムアクセスも可能である。
【００８４】
＜カラム信号処理部について＞
このような構成の固体撮像装置１において、単位画素３から出力された画素信号Ｓ０＿１〜ｈは、垂直列ごとに、垂直信号線１８を介して、カラム処理部２０のカラム信号処理部２２に供給される。この画素信号Ｓ０＿１〜ｈの読出動作は、１行同時に行なわれる。
【００８５】
カラム処理部２０の各カラム信号処理部２２は、１列分の画素信号Ｓ０＿１〜ｈを受けて、その信号を処理する。たとえば、各カラム信号処理部２２は、アナログ信号を、カウンタクロックＣＫ０（たとえば低速クロックCLK2）を用いて、Ｎビット（たとえば１０ビット）のデジタルデータに変換するＡＤ変換機能を持つＡＤＣ(Analog Digital Converter)回路を備えている。
【００８６】
なお、このような仕組みを用いたＡＤ変換の際には、回路構成を工夫することで、ＡＤ変換とともに、垂直信号線１８を介して入力された電圧モードの画素信号に対して、画素リセット直後の信号レベル（ノイズレベル）と真の（受光光量に応じた）信号レベルＶsig との差分をデジタル演算でとることができる。これにより、固定パターンノイズ（ＦＰＮ；Fixed Pattern Noise ）やリセットノイズといわれるノイズ信号成分を取り除くことができる。もちろん、予めＣＤＳ処理をアナログ信号にて行なってからＡＤ変換を行なうようにしてもよい。
【００８７】
ここで本実施形態のカラム処理部２０は、各カラム信号処理部２２を、電圧比較部１２４とカウンタ部（ＣＮＴ）１２６とで構成する。カラム信号処理部２２の出力側には、選択部２６を備えている。また、カラム処理部２０は、カラム信号処理部２２にＡＤ変換用の参照信号RAMPを供給する参照信号生成部２７を備えている。また、カラム処理部２０は、カラム信号処理部２２と参照信号生成部２７との間に信号伝達部２３を備えている。
【００８８】
ここで、本実施形態では、詳細は後述するが、信号伝達部２３は、垂直列のカラム信号処理部２２を複数グループに分けて各グループ内にバッファアンプを設け、参照信号生成部と各グループ内のバッファアンプとの間で差動信号線の組を用いた２線式で参照信号RAMPの伝達を行ない、かつ、グループ内では、各垂直列に対しての参照信号RAMPの伝達をシングルモード信号で行なう点に特徴を有する。
【００８９】
このような構成のカラム信号処理部２２は、先にも述べたように、垂直信号線１８（Ｈ０，Ｈ１，…）ごとに配置され、列並列構成のＡＤＣブロックであるカラム処理部２０が構成される。
【００９０】
個々のカラム信号処理部２２の出力側は、選択部２６を介して水平信号線２８に接続されている。水平信号線２８は、カラム信号処理部２２が取り扱うビット数Ｎ（Ｎは正の整数）分を有し、出力回路２９に接続される。たとえば１０（＝Ｎ）ビットならば、そのビット数分に対応して水平信号線２８が１０本配置される。なお、１０ビットは一例であって、１０ビット未満（たとえば８ビット）や１０ビットを超えるビット数（たとえば１４ビット）など、その他のビット数としてもよい。
選択部２６には、図示しない水平読出用のスイッチ（選択スイッチ）を備えた水平選択スイッチ部が設けられており、各垂直列のカラム信号処理部２２の出力端は、カラム信号処理部２２から信号を順次読み出すための各垂直列に対応する選択スイッチの入力端にそれぞれ接続される。
【００９１】
水平選択スイッチ部の各垂直列の制御ゲート端は、水平方向の読出アドレスを制御・駆動する水平走査部１２の水平駆動部１２ｂに接続される。一方、水平選択スイッチ部の各垂直列の選択スイッチの出力端は、行方向に画素信号を順次転送出力する水平信号線２８が共通接続される。水平信号線２８の後端には出力回路２９が設けられている。
【００９２】
水平信号線２８は、単位画素３のそれぞれから垂直信号線１８を介して伝達される個々の画素信号Ｓ０に対応する画素データＤ１＿１〜ｈを、垂直信号線１８の配列方向である水平方向に所定順に出力するため読出線として機能するものであり、垂直列ごとに存在する選択部２６によって選択されたカラム信号処理部２２からの画素データＤ１＿１〜ｈを所定の順に取り出して画素データＤout ＿１〜ｈとして出力回路２９に渡す。出力回路２９から出力される画素データＤout ＿１〜ｈの集合を撮像データＤout という。
【００９３】
このような構成によって、電荷生成部としての受光素子が行列状に配された撮像部１０からは、行ごとに各垂直列について画素信号が順次出力される。そして、受光素子が行列状に配された撮像部１０に対応する１枚分の画像すなわちフレーム画像が、撮像部１０全体の画素データＤout ＿１〜ｈの集合である撮像データＤout で示されることとなる。
【００９４】
すなわち、カラム信号処理部２２により処理された画素情報を表わす信号電荷に応じた各垂直列の電圧データ（画素データＤ１＿１〜ｈ）は、水平走査部１２からの水平選択信号φＨ１〜φＨｈに応じた駆動パルスφｇ１〜φｇｈにより駆動される垂直列ごとに設けられた選択部２６により所定のタイミングで選択され水平信号線２８に読み出される。そして、水平信号線２８の後端に設けられた出力回路２９に入力される。一例としては、撮像部１０には２０００万個程度の単位画素３が設けられ、これら単位画素３から５００ｆｐｓ（frame per sec ）程度での高速な読出しが行なわれる。
【００９５】
出力回路２９は、撮像部１０から水平信号線２８を通して出力される各単位画素３の画素データＤout ＿１〜ｈ（ｈ＝ｎ）を適当なゲインで増幅した後、撮像データＤout として図示しない外部回路に出力端子１ｃを介して供給する。この出力回路２９は、たとえば、バッファリングだけする場合もあるし、その前に黒レベル調整、列ばらつき補正、色関係処理などを行なうこともある。
【００９６】
つまり、本実施形態のカラム型の固体撮像装置１においては、単位画素３からの出力信号（電圧信号）が、垂直信号線１８→カラム処理部２０（カラム信号処理部２２）→水平信号線２８→出力回路２９の順で伝達される。その駆動は、１行分の画素出力信号を垂直信号線１８を介してパラレルにカラム処理部２０に送り、処理後の信号は水平信号線２８を介してシリアルに出力するようにする。
【００９７】
なお、垂直列や水平列ごとの駆動が可能である限り、それぞれのパルス信号を単位画素３に対して水平行方向および垂直列方向の何れから供給するか、すなわちパルス信号を印加するための駆動クロック線の物理的な配線方法は自由である。
【００９８】
このような構成の固体撮像装置１において、水平走査部１２や垂直走査部１４およびそれらを制御する駆動信号操作部１６により、撮像部１０の各画素を水平行単位で順に選択し、その選択した１つの水平行分の画素の情報を同時に読み出すタイプのＣＭＯＳイメージセンサが構成される。
【００９９】
出力回路２９の後段に設けられる図示しない外部回路は、撮像部１０や駆動制御部７などが同一の半導体領域に一体的に形成された固体撮像素子とは別の基板（プリント基板もしくは半導体基板）上に構成されており、たとえば数〜数１０ｆｐｓ程度あるいは５００ｆｐｓ程度での高速な動画を撮像する動画モードや静止画を撮像する静止画モードなど、各撮影モードに対応した回路構成が採られるようになっている。
【０１００】
たとえば、外部回路は、出力回路２９から出力された撮像データに基づいてデジタル信号処理を施すデジタル信号処理部（ＤＳＰ；Digital Signal Processor）を備える。デジタル信号処理部は、たとえば、デジタル信号を適当に増幅して出力するデジタルアンプ部の機能を持つ。また、たとえば色分離処理を施してＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各画像を表す画像データＲＧＢを生成し、この画像データＲＧＢに対してその他の信号処理を施してモニタ出力用の画像データを生成する。また、デジタル信号処理部には、記録メディアに撮像データを保存するための信号圧縮処理などを行なう機能部が備えられる。
【０１０１】
また外部回路は、デジタル信号処理部にてデジタル処理された画像データをアナログの画像信号に変換するＤ／Ａ（Digital to Analog ）変換部を備える。Ｄ／Ａ変換部から出力された画像信号は、液晶モニタなどの表示デバイスに送られる。操作者は、この表示デバイスに表示されるメニューや画像を見ながら、撮像モードを切り替えるなどの各種の操作を行なうことが可能になる。
【０１０２】
撮像部１０や駆動制御部７などからなる固体撮像素子（半導体装置や物理情報取得装置の一例）と外部回路とによって、固体撮像装置１が構成されている。駆動制御部７を撮像部１０やカラム処理部２０と別体にして、撮像部１０やカラム処理部２０で固体撮像素子（半導体装置の一例）を構成し、この固体撮像素子と別体の駆動制御部７とで、撮像装置（物理情報取得装置の一例）として構成してもよい。
【０１０３】
なおここでは、固体撮像素子の後段の信号処理を担当する外部回路を固体撮像素子（チップ）外で行なう例を示したが、外部回路の全てもしくは一部（たとえばＤ／Ａ変換部やデジタルアンプ部など）の機能要素を、固体撮像素子のチップに内蔵するように構成してもよい。つまり、撮像部１０や駆動制御部７などが同一の半導体領域に一体的に形成された固体撮像素子と同一の半導体基板上に外部回路を構成して、実質的に、固体撮像装置１と物理情報取得装置とが同一のものとして構成してもよい。
【０１０４】
また、図では、水平選択スイッチ部や駆動制御部７を撮像部１０とともに備えて固体撮像装置１を構成し、実質的に、固体撮像装置１が物理情報取得装置としても機能するように構成しているが、物理情報取得装置は、必ずしもこのような構成に限定されない。水平選択スイッチ部や駆動制御部７の全体もしくは前記一機能部分が撮像部１０と同一の半導体領域に一体的に形成されたものであることは要件ではない。水平選択スイッチ部および駆動制御部７を、撮像部１０とは異なる回路基板（別の半導体基板に限らず一般的な回路基板をも意味する）、たとえば外部回路が設けられる回路基板に形成してもよい。
【０１０５】
なお、本実施形態の説明としては直接関連しないため特に図示しないが、その他の各種信号処理回路なども、固体撮像装置１の構成要素に含まれる場合がある。
【０１０６】
＜カラム処理部の詳細＞
図２および図３は、図１に示した固体撮像装置１における第１実施形態のカラム処理部２０の構成例の詳細を示す図である。また、図４は、参照信号RAMPを生成する参照信号生成部の機能を説明する図である。
【０１０７】
本実施形態のカラム処理部２０の構成においては、カラム信号処理部２２と、選択部２６と、カラム信号処理部２２にＡＤ変換用の参照信号RAMPを供給する参照信号生成部２７とを備えている。
【０１０８】
カラム信号処理部２２は、参照信号生成部２７のＤＡ変換回路２７ａで生成される参照信号RAMPと、行制御線１５（Ｖ０，Ｖ１，…）ごとに単位画素３から垂直信号線１８（Ｈ０，Ｈ１，…）を経由し得られるアナログの画素信号Ｓ０＿１〜ｈとを比較する電圧比較部（コンパレータ；ＣＯＭＰ）２１４と、電圧比較部２１４が比較処理を完了するまでの時間（詳しくはカウンタクロックＣＫ０の数）をカウントし、その結果を保持するカウンタ部（ＣＮＴ）２１６とを備えて構成され、ＮビットＡＤ変換機能を有している。
【０１０９】
また、カラム処理部２０は、参照信号生成部２７で生成された参照信号RAMPを複数の電圧比較部２１４のそれぞれに伝達する信号伝達部２３を設けている。ここで、信号伝達部２３は、参照信号生成部２７と電圧比較部２１４との間に、電圧比較部２１４の総数よりも少ない数のバッファアンプ（以下ローカルバッファともいう）２４０を設けることとする。
【０１１０】
また、信号伝達部２３は、参照信号生成部２７で生成された参照信号を各ローカルバッファ２４０に伝達する上流側伝達信号線としての伝達信号線群２５２と、各ローカルバッファ２４０から出力された参照信号を当該ローカルバッファ２４０が担当する電圧比較部２１４に伝達する下流側伝達信号線としてのローカルランプ信号線２５４とを備える。
【０１１１】
本実施形態においては、上流側伝達信号線は、参照信号生成部２７で生成された参照信号を複数の電圧比較部２１４の入力側まで差動信号で伝達する複数の伝達信号線の組でなる伝達信号線群２５２を具備するものとする。また、これに対応して、ローカルバッファ２４０は、差動増幅器を有するものとし、伝達信号線群を介して伝達された差動信号を差動増幅器で受け取ってシングルモードの参照信号を生成する信号変換部の機能を具備するものとする。
【０１１２】
このような構成により、信号伝達部２３は、先にも述べたように、垂直列を複数グループに分けて各グループ内にバッファアンプを設け、参照信号生成部と各グループ内のバッファアンプとの間で差動信号線の組を用いた２線式で参照信号RAMPの伝達を行ない、かつ、グループ内では各垂直列に対しての参照信号RAMPの伝達を下流側伝達信号線としてのローカルランプ信号線２５４を介してシングルモード信号で行なう。そして、ローカルバッファ２４０から出力された参照信号と処理対象信号とを比較することでアナログの処理対象信号をデジタルデータに変換する。以下、この点について、詳しく説明する。
【０１１３】
先ず、ＡＤ変換の仕組みとして、時間の経過とともに所定の変化率で電圧値が変化する（たとえばランプ状に変化する）参照信号RAMPをコンパレータ（電圧比較器）に供給すると同時にクロック信号でのカウント（計数）を開始し、垂直信号線１８を介して入力されたアナログの画素信号Ｓ０＿１〜ｈを参照信号RAMPと比較することによって出力反転を示すパルス信号が得られるまでの時間をカウントし、コンパレータの出力反転時のカウント値をＡＤ変換値（画素データＤ１＿１〜ｈ）として保持することでＮビットのＡＤ変換を行なう。
【０１１４】
また、参照信号RAMPを生成する参照信号生成部から各垂直列の電圧比較部（コンパレータ）に参照信号RAMPを伝達するに当たっては、第１のポイントとして、複数の伝達信号線の組（伝達信号線群２５２）を用いて伝達する。また第２のポイントとして、各垂直列の電圧比較部２１４を含むカラム信号処理部２２を、それぞれ複数の垂直列を担当する複数のグループ（各グループを以下セグメントという）に分け、各セグメント内にバッファアンプ（ローカルバッファ２４０）を設ける。そして、カラムＡＤ変換方式で用いられる参照信号RAMPの伝達を行なう伝達信号線を階層化し、先ず、参照信号生成部２７から各セグメント内のローカルバッファ２４０に参照信号RAMPを伝達し、次に、各セグメント内においては、ローカルバッファ２４０から各垂直列の電圧比較部２１４に参照信号RAMPを伝達する。
【０１１５】
なお、参照信号RAMP用の信号線に関して、配線容量やゲートの総容量を小さくできればよく、各セグメント内に設けるローカルバッファ２４０の数は、全セグメントについてのローカルバッファ２４０の総数が、少なくとも撮像部１０全体の垂直信号線１８の総数よりも少なければよい。さらに好ましくは、少なくとも当該セグメント内の電圧比較部２１４の数よりも少なければよく、セグメントごとに１つのローカルバッファ２４０を設けることが最も好ましい。
【０１１６】
ただし、１つもしくは複数のセグメント内に複数のローカルバッファ２４０を設けることを排除するものではない。一方のセグメントは、当該セグメント内の電圧比較部２１４の数とローカルバッファ２４０の数とが等しく、他方のセグメントは、当該セグメント内の電圧比較部２１４の数よりもローカルバッファ２４０の数が少ないものとすることもできる。この場合でも、全セグメントについてのローカルバッファ２４０の総数が、撮像部１０全体の垂直信号線１８の総数よりも少なくなり、参照信号RAMP用の配線容量や接続されている電圧比較部２１４の入力側（ゲート）の総容量を小さくすることができる。
【０１１７】
＜参照信号生成部の機能説明＞
参照信号生成部２７は、撮像部１０における色分解フィルタを構成する色フィルタの色の種類や配列に応じて、ＡＤ変換用の参照信号RAMPを発生する機能要素（参照電圧発生装置）であるＤＡ変換回路（ＤＡＣ；Digital Analog Converter）２７ａを個別に備える。すなわち、カラム処理部２０に供給されるＡＤ変換用の参照信号RAMP（基準電位）が、色の種類や配列に応じて複数存在することとなる。
【０１１８】
使用する撮像部１０（デバイス）を決めると、色分解フィルタにおける色フィルタの色の種類や配列は決まり、２次元格子位置における任意位置の色フィルタが何色であるのかを一義的に特定することができる。色フィルタの行方向および列方向の各繰返しサイクルも、その配列によって一義的に決まり、列並列に設けた各カラム信号処理部２２が処理対象とする１つの処理対象行に存在する画素信号の色成分もその配列によって一義的に決まる。
【０１１９】
本実施形態では、特許文献１と同様に、ベイヤ配列に合わせて、カラー画像を撮像するためのＲ，Ｇ，Ｂの各色フィルタの色成分ごとにＤＡ変換回路２７ａ＿Ｒ，Ｇ，Ｂを用意する。ＤＡ変換回路２７ａ＿Ｒ，Ｇ，Ｂは、それぞれ対応するカラー画素に応じて、互いに異なる初期電圧レベルから異なる減少率で減少する参照信号RAMP＿Ｒ，Ｇ，Ｂを生成する。
【０１２０】
このため、ＤＡ変換回路２７ａ＿Ｒ，Ｇ，Ｂには、初期値および傾きを示す制御データＣＮ４＿Ｒ，Ｇ，ＢとＤＡ変換用のカウンタクロックＣＫdac ＿Ｒ，Ｇ，Ｂとが駆動信号操作部１６から入力される。ＤＡ変換回路２７ａ＿Ｒ，Ｇ，Ｂは、制御データＣＮ４＿Ｒ，Ｇ，Ｂで示される初期値からカウンタクロックＣＫdac ＿Ｒ，Ｇ，Ｂに同期して鋸歯状波（ランプ波形）を生成して、カラム処理部２０の個々のカラム信号処理部２２に、この生成した鋸歯状波をＡＤ変換用の参照電圧（ＡＤＣ基準信号；参照信号RAMP）として供給するようになっている。
【０１２１】
たとえば、ＤＡ変換回路２７ａ＿Ｒ，Ｇ，Ｂは、駆動信号操作部１６からＤＡＣ用のカウントクロックＣＫdac ＿Ｒ，Ｇ，Ｂの供給を受け、カウントクロックＣＫdac ＿Ｒ，Ｇ，Ｂに同期して、たとえば線形的に減少する階段状の鋸歯状波（ランプ波形）を生成し、カラム信号処理部２２の電圧比較部２１４に、この生成した鋸歯状波をＡＤ変換用の参照電圧（ＡＤＣ基準信号；参照信号RAMP＿Ｒ，Ｇ，Ｂ）として供給する。
【０１２２】
この際、ＤＡ変換回路２７ａ＿Ｒ，Ｇ，Ｂは、先ず、制御データＣＮ４＿Ｒ，Ｇ，Ｂに含まれている比較処理ごとのランプ電圧の初期値を指示する情報に基づき初期電圧を設定するとともに、制御データＣＮ４＿Ｒ，Ｇ，Ｂに含まれている比較処理ごとのランプ電圧の傾き（変化率）を指示する情報に基づき、１クロック当たりの電圧変化分ΔRAMPを設定し、単位時間（カウントクロックＣＫdac ）ごとに１ずつカウント値を変化させるようにする。実際には、カウントクロックＣＫdac の最大カウント数（たとえば１０ビットで２．０など）に対しての最大電圧幅を設定するだけでよい。初期電圧を設定するための回路構成はどのようなものであってもよい。
【０１２３】
こうすることで、ＤＡ変換回路２７ａ＿Ｒ，Ｇ，Ｂは、制御データＣＮ４＿Ｒ，Ｇ，Ｂに含まれている初期値を示す電圧（たとえば３．０Ｖ）から、１つのカウントクロックＣＫdac ＿Ｒ，Ｇ，ＢごとにΔRAMPずつ電圧を低下させる。
【０１２４】
また、単位画素３からの画素信号（詳しくは真の信号成分）に対する係数を設定する際は、駆動信号操作部１６は、係数１を設定するカウントクロックＣＫdac1の基準周期に対して１／ｍ分周したカウントクロックＣＫdacmをＤＡ変換回路２７ａに供給する。ＤＡ変換回路２７ａは、制御データＣＮ４＿Ｒ，Ｇ，Ｂに含まれている初期値を示す電圧（たとえば３．０Ｖ）から、１つのカウントクロックＣＫdacmごとにΔRAMPずつ電圧を低下させる。
【０１２５】
こうすることで、電圧比較部２１４に供給される参照信号RAMP＿Ｒ，Ｇ，Ｂの傾きが、カウントクロックＣＫdac1（＝ＣＫ０）で参照信号RAMP＿Ｒ，Ｇ，Ｂを生成する場合に対して、１／ｍ倍となり、カウンタ部２１６にては、同じ画素電圧に対して、カウント値がｍ倍となる、すなわち係数としてｍを設定できる。
【０１２６】
つまり、カウントクロックＣＫdac ＿Ｒ，Ｇ，Ｂの周期を調整することで参照信号RAMP＿Ｒ，Ｇ，Ｂの傾きを変えることができる。たとえば、基準に対して１／ｍ分周したクロックを使うと傾きが１／ｍとなる。カウンタ部２１６でのカウンタクロックＣＫ０を同一とすれば、カウンタ部２１６にては、同じ画素電圧に対して、カウント値がｍ倍となる、すなわち係数としてｍを設定できる。つまり、参照信号RAMP＿Ｒ，Ｇ，Ｂの傾きを変えることで係数を調整することができる。
【０１２７】
図４から分かるように、参照信号RAMPの傾きが大きい程、単位画素３に蓄積された情報量に掛かる係数は小さく、傾きが小さい程係数が大きいことになる。たとえば、カウントクロックＣＫdac1の基準周期に対して１／２分周したカウントクロックＣＫdac2を与えることで、係数を“２”に設定でき、１／４分周したカウントクロックＣＫdac4を与えることで、係数を“４”に設定できる。なお、ｎ／ｍ分周したカウントクロックＣＫdacnm を与えることで、係数をｍ／ｎに設定することもできる。
【０１２８】
このように、カウントクロックＣＫdacmごとにΔRAMPずつ電圧を変化（本例では低下）させるようにしつつ、参照信号生成部２７に与えるカウントクロックＣＫdacnm の周期を調整することで、簡単かつ精度よく係数を設定することができる。
【０１２９】
なお、このような参照信号RAMPとしての鋸歯状波の生成手法は一例であって、その他の種々の生成手法を採用することができる。何れにしても、画素の色に応じて比較処理の基準信号として用いられる参照信号RAMPの大きさや初期値を変更することができる構成であればよい。
【０１３０】
たとえば、参照信号生成部２７に与えるカウントクロックＣＫdac の周期を一定にしつつ、カウンタ出力値をｘ、制御データＣＮ４に含まれているランプ電圧の傾き（変化率）βとするとｙ＝α（初期値）−β＊ｘによって算出される電位を出力するなど、制御データＣＮ４に含まれているランプ電圧の傾き（変化率）を指示する情報により、１つのカウントクロックＣＫdac ごとの電圧変化分ΔRAMPを調整するなど、任意の回路を用いることができる。ランプ電圧の傾きすなわちＲＡＭＰスロープの傾きβの調整は、たとえばクロック数を変える以外に、単位電流源の電流量を変えることによって、クロック当たりのΔRAMPを調整することでも実現できる。
【０１３１】
オフセットを与え得るα（初期値）や傾きを与え得るβ（係数）の設定手法は、カウントクロックＣＫdac ごとに少しずつ電圧変化するランプ波形を発生させる回路構成に応じたものとすればよい。参照信号の生成手法に拘わらず、参照信号を、カラー画素の色特性に応じた傾きを持つようにすることで、色特性の観点について好適な参照信号を用いてＡＤ変換処理を行なうことができるようになる。
【０１３２】
＜参照信号RAMPの伝達形態の詳細＞
また、カラム処理部２０は、各垂直列の電圧比較部２１４を含むカラム信号処理部２２を、それぞれ複数の垂直列を担当する複数のセグメントに分け、各セグメント内において、それぞれの電圧比較部２１４の入力側に、ローカルバッファ２４０Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg （seg は、セグメント番号；図では省略して示す）を備えている。本例では、ｈ本の垂直列をＫ（Ｋは２以上の正の整数）個のセグメントに分割し、各セグメントがｋ（ｋは２以上の正の整数）本の垂直列（すなわちカラム信号処理部２２）を担当するようにし、各セグメント内に、各色用のローカルバッファ２４０Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg を１つ備えている。
【０１３３】
また、ＡＤ変換用の参照信号参照RAMPを垂直列ごとに設けられる電圧比較部２１４の入力側まで伝達するべく、先ず、上流側伝達信号線として、複数の信号線の組でなる伝達信号線群２５２を利用する。本例では、伝達信号線群２５２として、２つの信号線を用いた２線式（差動信号線形式ともいう）を採用する。
【０１３４】
ここで、伝達信号線群２５２の一方の伝達信号線（＋）は、参照信号RAMPを表わす差動信号の一方である参照信号RAMP＋＿Ｒ，Ｇ，Ｂを伝達するホット（ｈｏｔ）側の参照信号線（以下グローバルランプ信号線２５２（＋）ともいう）である。また、伝達信号線群２５２の他方の伝達信号線（−）は、参照信号RAMPを表わす差動信号の他方である参照信号RAMP−＿Ｒ，Ｇ，Ｂを伝達するコールド（ｃｏｌｄ）側の参照信号線（以下グローバルランプ基準信号線２５２（−）ともいう）である。
【０１３５】
ＤＡ変換回路２７ａ＿Ｒ，Ｇ，Ｂから出力される差動信号で表わされた参照信号RAMP＋＿Ｒ，Ｇ，Ｂ，RAMP−＿Ｒ，Ｇ，Ｂを、複数の垂直列を担当する各セグメント内に設けられているローカルバッファ２４０Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg まで伝達する。これに対応して、差動信号を受け取るべく、ローカルバッファ２４０Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg は、差動入力増幅回路構成のものとする。
【０１３６】
このローカルバッファ２４０Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg は、簡便には、オペアンプで構成できる。ローカルバッファ２４０Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg は、受け取った差動信号で表わされた参照信号RAMP＋，RAMP−に基づきシングルモードの参照信号RAMPｓを生成する。ローカルバッファ２４０Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg は、生成したシングルモードの参照信号RAMPｓ＿Ｒ，Ｇ，Ｂを、当該ローカルバッファ２４０Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg が担当するセグメント内の各電圧比較部２１４＿Ｒ，Ｇ，Ｂに、下流側伝達信号線あるいは個別伝達信号線としてのローカルランプ信号線２５４＿Ｒ，Ｇ，Ｂを介して伝達する。
【０１３７】
たとえば、図４に示すように、ホット（ｈｏｔ）側のグローバルランプ信号線２５２（＋）に伝達される参照信号RAMP＋＿Ｒ，Ｇ，Ｂは、所定の初期電圧から所定の変化率（たとえば傾き）を持って変化（本例では低下）する波形形状のものとする。一方、コールド（ｃｏｌｄ）のグローバルランプ基準信号線２５２（−）に伝達される参照信号RAMP−＿Ｒ，Ｇ，Ｂは、接地電位に対して所定の電圧値の関係を有する略固定の電位信号とする。
【０１３８】
図示した例では、参照信号RAMP＋＿Ｒ，Ｇ，Ｂの初期電圧よりも高い電圧レベルを参照信号RAMP−＿Ｒ，Ｇ，Ｂに設定している。ただし、これは一例であって、たとえば、参照信号RAMP＋＿Ｒ，Ｇ，Ｂにおける傾き部分内の所定の電圧値を参照信号RAMP−＿Ｒ，Ｇ，Ｂに設定してもよい。あるいは、接地電位に対して略固定の電位信号を設定することに限らず、たとえば、所定の初期電圧から参照信号RAMP＋＿Ｒ，Ｇ，Ｂと逆極性の傾き（その大きさの絶対値は異なっていてもよい）を持って変化（本例では上昇）する波形形状のものとすることもできる。何れにしても、ローカルバッファ２４０において、参照信号RAMP＋，RAMP−に基づき、ＡＤ変換用のシングルモードの参照信号RAMPｓを生成することができればよい。
【０１３９】
ここで、図２に示した回路図上、対応するグローバルランプ信号線２５２（＋）＿Ｒ，Ｇ，Ｂとグローバルランプ基準信号線２５２（−）＿Ｒ，Ｇ，Ｂは、平行、かつ垂直信号線１８に対して交差（直交）するように配設される。なお、後述するように、半導体基板上における実際の配線に際しても、両者が平行に配設されるのがノイズ抑制の観点では望ましい。
【０１４０】
また、カラム処理部２０は、それぞれの電圧比較部２１４の入力側に、各ローカルバッファ２４０Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg からの参照信号RAMPｓ＿Ｒ，Ｇ，Ｂの何れか１つを選択的に入力するための選択手段（スイッチ）として、マルチプレクサ２４６Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg （seg は、セグメント番号；図では省略して示す）を備えている。
【０１４１】
マルチプレクサ２４６Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg は、駆動信号操作部１６からの選択信号ＳＥＬに応答して、ローカルバッファ２４０Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg からローカルランプ信号線２５４＿Ｒ，Ｇ，Ｂに出力された参照信号RAMPｓ＿Ｒ，Ｇ，Ｂを選択的に、電圧比較部２１４用の入力線２５６に出力する。その選択された参照信号RAMPｓ＿Ｒ，Ｇ，Ｂの何れかが、入力線２５６を介して電圧比較部２１４の一方の入力端子（非反転端子＋）に伝達される。
【０１４２】
たとえば、参照信号生成部２７で生成される参照信号RAMP＋，RAMP−がローカルバッファ２４０を介し、さらにローカルバッファ２４０で参照信号RAMP＋，RAMP−に基づき生成された参照信号RAMPｓが、カラム信号処理部２２に設けられた電圧比較部２１４の一方の入力端子（非反転端子＋）に、該当セグメント内の他の電圧比較部２１４の対応する入力端子（非反転端子＋）と共通にマルチプレクサ２４６を介して（詳細は上述の通りである）入力される。また、電圧比較部２１４の他方の入力端子（反転端子−）には、それぞれ対応する垂直列の垂直信号線１８が接続され、撮像部１０からの画素信号Ｓ０＿１１〜１ｋが個々に入力される。
【０１４３】
このような構成によれば、ＤＡ変換回路２７ａ＿Ｒ，Ｇ，Ｂはそれぞれ、Ｒ，Ｇ，Ｂに応じた参照信号RAMP＿Ｒ，Ｇ，Ｂを、グローバルランプ基準信号線２５２（−）とグローバルランプ信号線２５２（＋）との間の差動信号（RAMP＋，RAMP−）として出力する。
【０１４４】
また、各セグメント内においては、先ずローカルバッファ２４０Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg にて差動信号（RAMP＋，RAMP−）に基づきシングルモードの参照信号RAMPｓ＿Ｒ，Ｇ，Ｂを生成する。そして、各ローカルバッファ２４０Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg から各垂直列の電圧比較部２１４までシングルモードの参照信号RAMPｓ＿Ｒ，Ｇ，Ｂを伝達する。
【０１４５】
すなわち、各セグメント内には、差動信号線２５２（＋）＿Ｒ，Ｇ，Ｂ，（−）＿Ｒ，Ｇ，Ｂの１組に対して１つのローカルランプ信号線２５４＿Ｒ，Ｇ，Ｂが設けられている。ローカルバッファ２４０Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg は、各セグメント内のローカルランプ信号線２５４＿Ｒ，Ｇ，Ｂにシングルモードの参照信号RAMPｓ＿Ｒ，Ｇ，Ｂを示す電圧を設定する。ローカルランプ信号線２５４＿Ｒ，Ｇ，Ｂに設定された参照信号RAMPｓ＿Ｒ，Ｇ，Ｂは、マルチプレクサ２４６＿Ｒ，Ｇ，Ｂおよび入力線２５６を介して電圧比較部２１４に伝達される。
【０１４６】
電圧比較部２１４は、２入力（参照信号RAMPｓ，画素信号Ｓ０）の大小を比較し、Ｈ／Ｌで示されるトリガ信号ＴＲＧを出力するデジタルアンプであり、電圧比較部２１４から出力されたトリガ信号ＴＲＧはカウンタ部２１６のラッチ端子に供給される。
【０１４７】
ここで、図２に示す構成においては、カウンタ部２１６のクロック端子ＣＫには、他のカウンタ部２１６のクロック端子ＣＫと共通に、駆動信号操作部１６からカウンタクロックＣＫ０が入力されている。
【０１４８】
カウンタ部２１６は、画素信号Ｓ０に対応する画素データＤ１を示すカウント出力値がカウンタクロックＣＫ０に同期して出力可能な同期カウンタを使用する。なお、カウンタクロックＣＫ０が、最下位ビットの意味も持つようにすることもできる。
【０１４９】
このカウンタ部２１６は、その構成については図示を割愛するが、ラッチで構成されたデータ記憶部の配線形態を同期カウンタ形式に接続することで実現でき、駆動信号操作部１６からの１本のカウンタクロックＣＫ０の入力で内部カウントを行なう。また、電圧比較部２１４の比較結果であるトリガ信号ＴＲＧの出力反転（本例ではＬレベルからＨレベルへの遷移）をトリガとして、その時点の参照信号RAMPの電位を表すカウンタ部２１６の値（Ｎビットの画素データＤ１）を保持し、選択部２６に出力する。
【０１５０】
ここで、“トリガ信号ＴＲＧの出力反転をトリガとして”とは、出力反転時のデータそのものを保持することを意味せず、“出力反転後のカウンタクロックＣＫ０の立下りエッジに同期して”という意味である。なお、カウンタクロックＣＫ０が、最下位ビットの意味も持つようにする場合には、“出力反転後のカウンタクロックＣＫ０の立下りあるいは立上りエッジに同期して”となる。
【０１５１】
なお、図３に示す構成のように、各垂直列で共通に使用されるマスタとなるＮビットのカウンタ部２００を用意し、このカウンタ部２００に駆動信号操作部１６からカウンタクロックＣＫ０を入力し、そのカウント出力Ｄｍ＿１〜Ｎを、各垂直列のカラム信号処理部２２のデータ入力端子ＤＡに共通に入力するようにしてもよい。この場合、各垂直列のカラム信号処理部２２は、カウント機能を有している必要はなく、カウンタ部２１６をデータ保持部（ラッチ部；ＬＴ）２１７に置き換えることができ、所定のタイミングで、詳しくは電圧比較部２１４の出力反転時に、データ保持部２１７のデータ入力端子ＤＡに入力されたカウント出力Ｄｍ＿１〜Ｎをラッチする機能を有していればよい。
【０１５２】
このように、カラム信号処理部２２におけるＡＤ変換では、所定の変化率で変化するランプ波形状の参照信号RAMPと単位画素３からの画素信号Ｓ０の各電圧とが一致する点を探し、この比較処理で用いる参照信号RAMPの生成時点（あるいはそれよりも遅い所定時点）から、画素信号Ｓ０を示す電圧Ａと参照信号RAMPとが一致した時点までを監視することで、画素信号Ｓ０の大きさが時間情報に変換されることになる。そして、この時間情報をカウンタクロックＣＫ０でカウント（計数）することで、画素信号Ｓ０＿１〜ｈの各大きさに対応したカウント値を画素データＤ１＿１〜ｈとして得る。
【０１５３】
選択部２６は、水平走査部１２からの制御信号φｇ１〜φｇｈに基づく所定の順で垂直列を選択することで画素データＤ１＿１〜ｈを所定の順で水平信号線２８に出力する。
【０１５４】
各垂直列に電圧比較部２１４とカウンタ部２１６とを配するので、その数は列分（ｈ個）だけ必要になるが、電圧比較部２１４は、アナログアンプと同等のもので構成でき、また、カウンタ部２１６の構成もＮ個のラッチを設ける簡易なものでよいので、電圧比較部２１４とカウンタ部２１６とをそれぞれ１つ垂直列ごとに設けることにレイアウト上の制約は少ない。その他のカラム信号処理機能部と組み合わせて垂直列内にこれらを配置することが、レイアウト上の大きな制約となることは少ないと考えてよいからである。
【０１５５】
一方、１行分の画素信号Ｓ０＿１〜ｈを１Ｈ（水平走査）期間内に同時にＡＤ変換できる利点もあり、アナログの画素信号Ｓ０＿１〜ｈを水平信号線２８を介して出力回路２９から読み出した後に、１画素ごとに、順次ＡＤ変換する方式（後者の方式という）に比べて、処理速度や消費電力の点で有利である。
【０１５６】
すなわち、後者の方式では、１画素ごとに順次ＡＤ変換するため、１画素分の処理サイクル内でＡＤ変換を完了させる高速処理が必要となり、一般的には、高速・高精度な電圧比較器を分解能分用意して変換を全比較器一斉に行なう並列型ＡＤ変換器とする。しかしながらこの場合には、出力回路２９の後段に並列型ＡＤ変換器を配するレイアウトが必要であり、比較器の数がビット数に応じて多くなるので、ビット数に応じて、ＡＤ変換器に大きなレイアウトが必要になるとともに消費電力も増える。本実施形態の構成では、これらの問題を上記理由から解決できる。
【０１５７】
＜カラム処理部の動作＞
このような構成において、カラム信号処理部２２は、１水平期間内における所定の画素信号読出期間において、カウント動作を行ない、所定のタイミングでカウント結果を出力する。すなわち、先ず、電圧比較部２１４では、参照信号生成部２７からのランプ波形電圧（参照信号RAMP）と、垂直信号線１８を介して入力される画素信号電圧（画素信号Ｓ０）とを比較し、双方の電圧が同じになると、電圧比較部２１４のコンパレータ出力であるトリガ信号ＴＲＧが反転（本例ではＨレベルからＬレベルへ遷移）する。
【０１５８】
このとき、処理対象の単位画素３の色に応じて、マルチプレクサ２４６Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg の何れかが導通しており、参照信号生成部２７内の各ＤＡ変換回路２７ａ＿Ｒ，Ｇ，Ｂからの参照信号RAMP＿Ｒ，Ｇ，Ｂが選択的に電圧比較部２１４に入力される。
【０１５９】
カウンタ部２１６は、参照信号生成部２７から発せられる参照信号RAMPに同期してカウント動作を開始しており、コンパレータ出力の反転した情報（トリガ信号ＴＲＧ）がカウンタ部２１６に通知されると、カウント動作を停止し、その時点のカウント値を画素信号Ｓ０に対応する画素データＤ１としてラッチ（保持・記憶）することでＡＤ変換を完了する。
【０１６０】
この後、選択部２６は、所定のタイミングで水平走査部１２から制御線１２ｃを介して入力される水平選択信号としての駆動パルスφｇ１〜φｇｈによる選択指令に基づいて、カウンタ部２１６に記憶・保持した画素データを、順次、出力端子１ｃから、カラム処理部２０外や撮像部１０を有するチップ外へ出力する。
【０１６１】
このような仕組みによれば、第１のポイント（本発明の第２の構成に相当する）として、参照信号生成部２７にて生成された参照信号RAMPを、差動信号線の組を用いた２線式で、各垂直列の電圧比較部２１４に伝達するようにしたので、ノイズの影響を排除でき、高精度化が可能になる。半導体基板の電位は動作時にはふらふらと変動しているのが実際である。２線式での伝達形態を採用すれば、グローバルランプ信号線２５２（＋）もグローバルランプ基準信号線２５２（−）も同じ基板変動の影響を受けるが、この基板電位の変動によるノイズは、２線式で信号を伝達するという観点では同相のノイズ成分となる。
【０１６２】
よって、電圧比較部２１４の入力側において、差動回路を採用した差動入力増幅回路（ローカルバッファ２４０）で差動信号で表わされた参照信号RAMPを受けるようにすれば、基板電位の変動による同相ノイズの影響を抑制・除去することができる。したがって、ＡＤ変換用の参照信号の電圧比較部への伝達におけるノイズの問題を解消しつつ、大規模かつ高速のイメージセンサを実現することができる。信号を受ける側（ローカル位置）で差動入力増幅回路（ローカルバッファ２４０）を用いれば、同相信号除去比を大きくとれ、同相ノイズを減衰させることができるので、ＡＤ変換処理用の参照信号を全比較器に正確かつ高速に伝達することができるからである。
【０１６３】
なお、このようにして同相ノイズを減衰させる第１のポイントの仕組みを採用するに際しては、グローバルランプ信号線２５２（＋）とグローバルランプ基準信号線２５２（−）の配線形態にも注意を要する。すなわち、参照信号RAMPの電圧比較部２１４への伝達に際して、２線式での伝達形態を採用することで基板変動の影響による同相ノイズを減衰させるには、２線（伝達信号線群２５２）が基板変動の影響を同様に受けるようにすることが肝要である。このためには、対応するグローバルランプ信号線２５２（＋）＿Ｒ，Ｇ，Ｂとグローバルランプ基準信号線２５２（−）＿Ｒ，Ｇ，Ｂを、回路図上だけでなく、半導体基板上においても、平行に配設するのが望ましい。
【０１６４】
また、第２のポイント（本発明の第１の構成に相当する）として、参照信号RAMPを受ける側（ローカル位置）の構成を、それぞれ複数の垂直列を担当する複数のセグメントに分け、各セグメント内にローカルバッファ２４０を設けた。そして、参照信号生成部２７と各セグメント内のローカルバッファ２４０との間で参照信号RAMPの伝達を行ない、かつ、セグメント内でも各垂直列の電圧比較部２１４に対しての参照信号RAMPの伝達をローカルバッファ２４０から行なうようにした。
【０１６５】
参照信号生成部２７側の参照信号RAMPの伝達を行なう信号線（本例ではグローバルランプ信号線２５２（＋）とグローバルランプ基準信号線２５２（−））に接続される負荷要素（従来例の電圧比較部２１４）を、ローカルバッファ２４０とし、その数を、垂直列の総数（比較部の総数に相当）よりも少なくすることで、実質的に、配線容量や接続されているゲート総容量を小さくすることができる。
【０１６６】
この結果、ＡＤ変換処理用の参照信号を全比較器に正確かつ高速に伝達することができる。イメージセンサチップ内部の位置によってランプ信号線の電圧が異なり、それが各画素の色感度を正確に補正できず、画像のシェーディングとして現われる、という問題を解消しつつ、大規模かつ高速のイメージセンサを実現することができる。
【０１６７】
特に、本実施形態では、上述した第１のポイントも利用して、参照信号生成部２７と各セグメント内のローカルバッファ２４０との間で参照信号RAMPの伝達を２線式で行なうことで、ＡＤ変換用の参照信号RAMPの伝達を行なう伝達信号線群２５２（グローバルランプ信号線２５２（＋）とグローバルランプ基準信号線２５２（−））を階層化しさらに差動化するようにしているので、上述した第１のポイントによる利点と第２のポイントによる利点が相乗的に寄与するようになり、双方の効果が飛躍的に高まり、ノイズ耐性を飛躍的に高めることができるので、さらなる大規模化や高速化を実現できる。
【０１６８】
ＣＭＯＳイメージセンサのチップサイズが大きくなり、高い変換レートが求められる場合であっても、ＡＤ変換処理用の参照信号を全比較器に正確かつ高速に伝達することができる。その結果、より正確な色感度補正を、より変換レートの高い場合においても実現できるようになる。
【０１６９】
＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態のカラム処理部２０の構成例の詳細を示す図である。この第２実施形態は、第１実施形態にて述べた第１および第２のポイントを適用しつつ、信号伝達部２３は、伝達信号線群２５２の一方の伝達信号線に関しては、差動信号（RAMP＋，RAMP−）を伝達するグローバルランプ信号線２５２（＋）およびグローバルランプ基準信号線２５２（−）の内の一方が各色画素に対応した複数のローカルバッファ２４０Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg で共用するように配線する、つまり複数色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）について共用されるようにする点に特徴を有する。またこの際には、共用されるグローバルランプ基準信号線２５２（−）を、複数色の内の１色についてのグローバルランプ信号線２５２（＋）と、平行、かつ垂直信号線１８に対して交差（直交）するように配設する。
【０１７０】
一例として、図５に示すように、色フィルタの色種に応じて、先ずＤＡ変換回路２７ａ＿Ｒ，Ｇ，Ｂを設けるとともに、セグメントごとに、ローカルバッファ２４０Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg を設けておく。そして、伝達信号線群２５２の内のグローバルランプ基準信号線２５２（−）を、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色のローカルバッファ２４０Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg で共用するように配線する。また、共用されるグローバルランプ基準信号線２５２（−）を、３色の内のＧ色についてのグローバルランプ信号線２５２（＋）＿Ｇと、平行、かつ垂直信号線１８に対して交差（直交）するように配設する。
【０１７１】
こうすることで、信号伝達部２３内の信号変換部の機能を持つ各ローカルバッファ２４０Ｒseg ，Ｇseg ，Ｂseg は、伝達信号線群２５２の内のグローバルランプ信号線２５２（＋）を介して参照信号RAMP＋をそれぞれ独立に受け取るとともに、グローバルランプ信号線２５２（−）が共通に使用（すなわち共用）されることで、参照信号RAMP−を共通に受け取るようになる。
【０１７２】
このような第２実施形態の構成によれば、グローバルランプ基準信号線２５２（−）の配線数を、色分解フィルタにおける色フィルタの色の種類数よりも減らせる効果が得られる。結果として、デバイスのレイアウト設計が容易になる。
【０１７３】
ただしこの場合、少なくとも１色を除いて、対応するグローバルランプ信号線２５２（＋）とグローバルランプ基準信号線２５２（−）を、回路図上も、半導体基板上においても、平行に配設することができなくなる。この点では、２線式での伝達形態を採用することで基板変動の影響による同相ノイズを減衰させる効果が、第１実施形態の構成よりも弱くなる。
【０１７４】
よって、参照信号生成部２７からローカルバッファ２４０への伝達信号線群２５２の配線数の低減効果と、基板変動の影響による同相ノイズの減衰効果の双方を総合的に判断して、要求される仕様を満足させるように、何れを採用するかを決めればよい。
【０１７５】
＜第３実施形態＞
図６は、第３実施形態のカラム処理部２０の構成例の詳細を示す図である。この第３実施形態は、第１実施形態にて述べた第１および第２のポイントを適用しつつ、モノクロ画像撮像や、カラー画像撮像時に各色画素に対応した参照信号RAMPの生成を必要としない場合に対応した点に特徴を有する。
【０１７６】
すなわち、モノクロ画像撮像や、カラー画像撮像時に各色画素に対応した参照信号RAMPの生成を必要としない場合には、第１実施形態で示したように、カラー画像を撮像するためのＲ，Ｇ，Ｂの各色フィルタの色成分ごとにＤＡ変換回路２７ａ＿Ｒ，Ｇ，Ｂを用意する必要はないので、図６に示すように、１つのＤＡ変換回路２７ａを用意すればよい。この場合においても、上述した第１実施形態における第１および第２のポイントを適用しているので、同様の効果を享受することができる。
【０１７７】
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１７８】
また、上記の実施形態は、クレーム（請求項）にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０１７９】
たとえば、上記実施形態では、アドレス制御により個々の単位画素からの信号を任意選択して読出可能な固体撮像装置の一例として、光を受光することで信号電荷を生成する画素部を備えたＣＭＯＳセンサを例に示したが、信号電荷の生成は、光に限らず、たとえば赤外線、紫外線、あるいはＸ線などの電磁波一般に適用可能であり、この電磁波を受けてその量に応じたアナログ信号を出力する素子が多数配列された単位構成要素を備えた半導体装置に、上記実施形態で示した事項を適用可能である。
【０１８０】
また、撮像部１０は、複数の単位信号生成部（撮像部１０）が２次元状に配置されているものに限らず、長尺状に配置されているものであってもよい。たとえば、撮像部１０をラインセンサに置き換えても、上記実施形態にて説明した第１あるいは第２のポイントの技術を同様に適用でき、同様の効果を享受できる。
【０１８１】
ラインセンサの場合、その長さにもよるが、一般的には、単位画素３の配列方向における素子数が膨大になるので、参照信号RAMP用の配線容量やゲート総容量がエリアセンサに比べて大きくなる傾向にあり、位置によって参照信号RAMPの値が異なる問題がより大きくなる。この点では、伝達線の配列方向への参照信号RAMPの伝達に際して、上記実施形態にて説明した第１あるいは第２のポイントの仕組みの果たす効果は高い。
【０１８２】
なお、“長尺状に配置されている”とは、短辺と長辺とを十分に認識できるように配置されている形態を意味し、１列で長く配置した典型的なラインセンサに限らず、たとえば複数列で長く配置した形態や千鳥状に配置した形態なども含む意味である。
【０１８３】
また、上記実施形態では、アナログの画素信号Ｓ０とＡＤ変換用の参照信号RAMPとを比較する比較部と、比較部における比較処理と並行してカウント処理を行ない、比較部における比較処理が完了した時点のカウント値を保持するカウンタ部とを備えてなるＡＤ変換回路（ＡＤ変換装置；前例ではカラム信号処理部）を固体撮像装置に適用した事例を説明したが、上記実施形態で説明したＡＤ変換回路の仕組みは、固体撮像装置に限らず、アナログの信号成分をデジタルデータに変換するためのＡＤ変換の仕組みを用いるあらゆる電子機器に適用することができる。
【０１８４】
たとえば、上記実施形態では、光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をするＣＭＯＳ型の固体撮像素子を使用した撮像装置についての適用事例を示したが、物理量の変化を検知するあらゆるものに、上記実施形態で説明した仕組みを適用でき、光などに限らず、たとえば、指紋に関する情報を圧力に基づく電気的特性の変化や光学的特性の変化に基づき指紋の像を検知する指紋認証装置（特開２００２−７９８４や特開２００１−１２５７３４などを参照）など、その他の物理的な変化を検知する仕組みにおけるＡＤ変換にも同様に適用できる。
【０１８５】
また、上記実施形態で説明したＡＤ変換回路（ＡＤ変換装置）は、固体撮像装置やその他の電子機器に組み込まれて提供されることに限らず、たとえばＩＣ（Integrated Circuit；集積回路）やＡＤ変換モジュールなどのようにして、単独の装置として提供されてもよい。
【０１８６】
この場合、比較部とカウンタ部とを備えたＡＤ変換装置と参照信号を伝達する伝達装置とを別の装置として提供してもよいが、ＡＤ変換用の参照信号を生成し比較部に供給する参照信号生成部や、参照信号を伝達する信号伝達部や、各機能部を制御する駆動信号操作部を、同一の半導体基板上に配したＩＣ（集積回路）や個別チップなどの組合せでなるモジュールに組み込んで提供してもよい。
【０１８７】
これらを１つの装置として組み込んで提供することで、比較部とカウンタ部の動作を制御するために必要な機能部を纏めて取り扱うことができ、部材の取扱いや管理が簡易になる。また、ＡＤ変換処理に必要な要素がＩＣやモジュールとして纏まって（一体となって）いるので、固体撮像装置やその他の電子機器の完成品の製造も容易になる。
【図面の簡単な説明】
【０１８８】
【図１】図１は、本発明に係る物理情報取得装置の一実施形態であるＣＭＯＳ型の固体撮像装置の概略構成図である。
【図２】図１に示した固体撮像装置における第１実施形態のカラム処理部の構成例の詳細を示す図である。
【図３】図１に示した固体撮像装置における第１実施形態のカラム処理部の変形例の詳細を示す図である。
【図４】参照信号を生成する参照信号生成部の機能を説明する図である。
【図５】第２実施形態のカラム処理部の構成例の詳細を示す図である。
【図６】第３実施形態のカラム処理部の構成例の詳細を示す図である。
【図７】特許文献１の図４に示される固体撮像装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１８９】
１…固体撮像装置、３…単位画素、７…駆動制御部、１０…撮像部、１２…水平走査部、１４…垂直走査部、１５…垂直制御線、１６…駆動信号操作部、１８…垂直信号線、２０…カラム処理部、２２…カラム信号処理部、２３…信号伝達部、２６…選択部、２７…参照信号生成部、２７ａ…ＤＡ変換回路、２８…水平信号線、２９…出力回路、２００…カウンタ部、２１４…電圧比較部、２１６…カウンタ部、２１７…データ保持部、２４０…ローカルバッファ、２４６…マルチプレクサ、２５２…伝達信号線群、２５２（＋）…グローバルランプ信号線、２５２（−）…グローバルランプ基準信号線、２５４…ローカルランプ信号線、２５６…入力線
【図１】
2006109117.tif 000003
【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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