(57)【要約】【課題】  撮像装置の多画素、高フレームレート化といった撮像装置の信号出力性能の向上により対応しやすい撮像装置を提供することができる。【解決手段】  複数の画素と、複数の画素に対応して配された複数の回路とを有し、複数の回路が接続された出力線とを有し、前記回路は、アナログ信号を、第１の変換率で変換した信号と、前記第１の変換率で変換した信号の生成に用いた前記アナログ信号を、前記第１の変換率とは異なる第２の変換率で変換した信号とを生成し、  前記回路が、前記第１の変換率で変換した信号と、前記第２の変換率で変換した信号との差に対応する差信号を取得する信号取得部を有することを特徴とする撮像装置。【選択図】  図１
2018174493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数列に渡って配された複数の画素と、
前記複数列に対応して配された複数の回路と、
前記複数の回路が接続された出力線とを有し、
前記回路は、アナログ信号を第１の変換率で変換した信号と、前記アナログ信号を前記第１の変換率とは異なる第２の変換率で変換した信号との差に対応する差信号を取得することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記回路は、前記画素が出力する信号を、前記第１の変化率と前記第２の変化率の一方で変換した出力信号を生成し、
前記差信号に基づいて、前記出力信号を補正する補正値が生成され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】
前記複数の回路のうちの一の回路の補正値を、前記複数の回路のうちの別の一の回路の補正値とすることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記複数の画素が、さらに複数行に渡って配され、
前記複数行の画素の各行の画素から信号が読み出される度に、
前記回路が前記補正値を得ることを特徴とする請求項２または３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数の画素が、さらに複数行に渡って配され、
前記複数行の画素の一部の行の画素から信号を読み出す期間に、
前記回路が前記補正値を得ることを特徴とする請求項２または３に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記複数の画素が、さらに複数行に渡って配され、
前記複数行の画素の一の行の画素から信号を読み出した後、前記一の行から次に信号を読み出すまでの期間に、前記回路が前記補正値を得ることを特徴とする請求項２または３に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記複数の回路の各々は、ＡＤ変換部を有し、
前記第１の変換率で変換した信号は、前記ＡＤ変換部が、前記アナログ信号を、第１変化率で電位が変化する第１ランプ信号を用いてＡＤ変換することで生成されたデジタル信号であり、
前記第２の変換率で変換した信号は、前記ＡＤ変換部が、前記アナログ信号を、第２変化率で電位が変化する第２ランプ信号を用いてＡＤ変換することで生成されたデジタル信号であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記差信号が、前記アナログ信号と前記第１ランプ信号とに対応するデジタル信号と、前記アナログ信号と前記第２ランプ信号とに対応するデジタル信号との差の信号であることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記ＡＤ変換部はカウンタを有し、
前記カウンタは、前記アナログ信号を前記第１ランプ信号を用いてＡＤ変換する場合におけるクロック信号の計数を、計数値が第１の方向で変化するように行うことによって、前記アナログ信号と前記第１ランプ信号とに対応する第１デジタル信号を生成し、
前記カウンタは、前記アナログ信号を前記第２ランプ信号を用いてＡＤ変換する場合におけるクロック信号の計数を、前記第１デジタル信号を初期値として、計数値が前記第１の方向とは反対の第２の方向で変化するように行うことによって、前記カウンタは、前記第１デジタル信号と、前記アナログ信号と前記第２ランプ信号とに対応するデジタル信号との差のデジタル信号である、第２デジタル信号を生成することを特徴とする請求項７または８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記カウンタの、前記第１の方向での計数における単位時間当たりの計数値の変化量と、前記第２の方向での計数における単位時間当たりの計数値の変化量の比が、前記第１変化率と前記第２変化率の比に対応することを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記カウンタが、前記第１ランプ信号を用いて前記アナログ信号をＡＤ変換する場合におけるクロック信号の計数を、第１の値から第２の値に達する動作を繰り返して行うことを特徴とする請求項９または１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記ＡＤ変換部は、デジタルローパスフィルタ回路と、メモリをさらに有し、
前記メモリは、前記カウンタから、前記デジタルローパスフィルタ回路を介して出力された前記第２デジタル信号に対応する信号を保持することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記ＡＤ変換部は第１メモリを有し、
前記第１メモリは、前記アナログ信号を、前記第１ランプ信号を用いてＡＤ変換することによって生成される第１デジタル信号と、前記アナログ信号を、前記第２ランプ信号を用いてＡＤ変換することによって生成される第２デジタル信号とを保持し、
前記回路は前記第１メモリが保持した、前記第１デジタル信号と前記第２デジタル信号との差のデジタル信号を取得することを特徴とする請求項７または８に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記複数のＡＤ変換部に対して、共通のカウント信号を出力するカウンタを有し、
前記第１メモリは、前記カウンタが出力するカウント信号を保持することを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記複数の画素の各々は、光信号を出力し、
前記ＡＤ変換部は、前記光信号に対応する信号の振幅と、しきい値レベルとの比較である第１比較を行い、
前記第２変化率は前記第１変化率よりも大きく、
前記第１比較の結果が、しきい値レベルよりも前記光信号に対応する信号の振幅が小さいことを示す場合には、前記ＡＤ変換部は、前記光信号に対応する信号と前記第１ランプ信号との比較を行い、
前記第１比較の結果が、しきい値レベルよりも前記光信号に対応する信号の振幅が大きいことを示す場合には、前記ＡＤ変換部は、前記光信号に対応する信号と前記第２ランプ信号との比較を行うことを特徴とする請求項７〜１４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記複数の回路の各々は、増幅部を有し、
前記第１の変換率で変換した信号は、前記増幅部が、前記アナログ信号を、第１増幅率
で増幅することによって生成された増幅信号であり、
前記第２の変換率で変換した信号は、前記増幅部が、前記アナログ信号を、第２増幅率で増幅することによって生成された増幅信号であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記複数の画素の各々は、光信号を出力し、
前記回路は、前記光信号に対応する信号の振幅と、しきい値レベルとの比較である第１比較を行い、
前記第２増幅率は前記第１増幅率よりも大きく、
前記第１比較の結果が、しきい値レベルよりも前記光信号に対応する信号の振幅が小さいことを示す場合には、前記増幅部は、前記光信号を前記第２増幅率で増幅し、
前記第１比較の結果が、しきい値レベルよりも前記光信号に対応する信号の振幅が大きいことを示す場合には、前記増幅部は、前記光信号を前記第１増幅率で増幅することを特徴とする請求項１６に記載の撮像装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置が出力する信号を用いて画像を生成する信号処理部とを有する撮像システム。
【請求項１９】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、を有する移動体であって、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する移動体制御手段をさらに有することを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置、撮像システム、移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
画素が出力する信号の振幅に応じて、ＡＤ変換に用いるランプ信号の電位の変化率を変更する技術が知られている。
【０００３】
特許文献１には、電位の変化率の異なるランプ信号同士の誤差によって生じるデジタル信号の誤差を補正する技術が記載されている。このデジタル信号の補正は、各列のＡＤ変換部からデジタル信号が順次転送される出力回路で行うとされる。
【０００４】
また、近年、撮像装置には多画素化や、フレームレートの高速化が求められている。この多画素化や、フレームレートの高速化が進展するに従って、各列の回路からデジタル信号が順次転送される出力回路の信号処理量もまた、増加する。この出力回路の信号処理能力が、撮像装置の画素数、フレームレートといった撮像装置の性能を律速する場合が生じうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１４０１５２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に記載の技術では、各列の回路から信号が順次転送される出力回路が信号の補正処理を行っている。このため、出力回路の信号処理能力がひっ迫し、撮像装置の画素数、フレームレートといった撮像装置の性能を律速する場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の態様は、複数の画素と、複数の画素に対応して配された複数の回路とを有し、複数の回路が接続された出力線とを有し、前記回路は、アナログ信号を、第１の変換率で変換した信号と、前記第１の変換率で変換した信号の生成に用いた前記アナログ信号を、前記第１の変換率とは異なる第２の変換率で変換した信号とを生成し、前記回路が、前記第１の変換率で変換した信号と、前記第２の変換率で変換した信号との差に対応する差信号を取得する信号取得部を有することを特徴とする撮像装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によって、撮像装置の多画素、高フレームレート化といった撮像装置の信号出力性能の向上により対応しやすい撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】撮像装置の構成を示したブロック図
【図２】比較器の等価回路図
【図３】撮像装置の動作を示したタイミング図
【図４】ＡＤ変換部が備えるカウンタの動作を示したタイミング図
【図５】ＡＤ変換部が備えるカウンタの動作を示したタイミング図
【図６】撮像装置の構成を示したブロック図
【図７】撮像装置の動作を示したタイミング図
【図８】ＡＤ変換部の構成を示したブロック図
【図９】ＡＤ変換部の構成を示したブロック図
【図１０】撮像装置の動作を示したタイミング図
【図１１】ＡＤ変換部の構成を示したブロック図
【図１２】撮像装置の構成を示したブロック図
【図１３】撮像装置の動作を示したタイミング図
【図１４】撮像システムの構成を示したブロック図
【図１５】撮像システムの構成を示したブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、各実施例の撮像装置を説明する。
【００１１】
図１（ａ）は本発明の第１実施例の撮像装置のブロック図である。
【００１２】
画素アレイ１０２に、画素１００が複数行および複数列に渡って配されている。垂直走査回路１０１は画素アレイ１０２のうち所定の行を順次選択し、当該所定の行の画素１００から信号を出力させる。
【００１３】
画素アレイ１０２の外部には、比較器１０４を含む列回路（ＡＤ変換部１５０）が、画素１００の列に対応して配されている。ここでは、１列の画素１００に対し、１つの列回路（ＡＤ変換部１５０）が対応して配されている例を説明する。
【００１４】
画素１００とＡＤ変換部１５０は垂直信号線５０を介して接続されている。
【００１５】
ＡＤ変換部１５０は、第１セレクタ８０−１、第２セレクタ８０−２、比較器１０４、カウンタ１０５、メモリ１０６を有する。図１（ａ）に示した、φＳ１、φＣＬＭＰ、ｃｌｋの各信号は、撮像装置が備える制御部（不図示）から出力される。この制御部は、典型的にはタイミングジェネレータである。
【００１６】
信号φＳ１は、第１セレクタ８０−１に入力される。また、第１セレクタ８０−１は、垂直信号線５０に出力された画素１００の信号と、信号Ｖｒｆとが入力される。第１セレクタ８０−１は、信号φＳ１の信号レベルがＨｉｇｈレベルかＬｏｗレベルかに応じて、画素１００の信号と、信号Ｖｒｆの信号のいずれか一方の信号を、信号Ｖｉｎ＿ｃｍｐとして、選択的に比較器１０４に出力する。
【００１７】
信号φＳ２は比較器１０４の出力信号あるいは、不図示の制御部によって制御される信号である。この信号φＳ２は、第２セレクタ８０−２に出力される。第２セレクタ８０−２は、信号φＳ２の信号レベルに応じて、ランプ信号供給回路１０３から出力されるランプ信号Ｖｒ１、ランプ信号Ｖｒ２のいずれか一方を、信号Ｖｒ＿ｃｍｐとして、比較器１０４に出力する。
【００１８】
共通カウンタ１０８は、各列のＡＤ変換部１５０のメモリ１０６にカウント信号を出力する。また、メモリ１０６には、対応する比較器１０４から出力信号が入力される。メモリ１０６は、後述する、信号ｃｏｄｅ＿Ｎ、信号ｃｏｄｅ＿Ｓ、信号ｆｌｇのそれぞれを保持する。
【００１９】
カウンタ１０５は、クロック信号である信号ｃｌｋと、対応する比較器１０４の出力信号がそれぞれ入力される。カウンタ１０５は、後述する、信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを保持する。
【００２０】
水平走査回路１０７は各列のＡＤ変換部１５０のカウンタ１０５、メモリ１０６からデジタル信号を順次読み出す制御を行う。出力線１６０−１には各列のＡＤ変換部１５０のカウンタ１０５が接続されている。また、出力線１６０−２には、各列のメモリ１０６が接続されている。信号処理回路１０９は、各列のカウンタ１０５、メモリ１０６から読み出されたデジタル信号を用いて、ＣＤＳ（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  ｄｏｕｂｌｅ  ｓａｍｐｌｉｎｇ）処理を含む、デジタル信号処理を行う。そして、信号処理回路１０９は、デジタル信号処理を行って生成した信号を、画像信号として撮像装置の外部に出力する。
【００２１】
図１（ｂ）は、画素１００の等価回路図である。画素１００は、光電変換部であるフォトダイオードＰＤを有する。さらに画素１００は、リセットトランジスタＭ１、転送トランジスタＭ２、増幅トランジスタＭ３、選択トランジスタＭ４を有する。信号φＲ、信号φＴ、信号φＳＥＬのそれぞれは、図１（ａ）に示した垂直走査回路１０１から出力される信号である。リセットトランジスタＭ１の一方の主ノードと、転送トランジスタＭ２の一方の主ノードと、増幅トランジスタＭ３の入力ノードは、フローティングディフージョン部ＦＤに接続されている。
【００２２】
図２は、図１（ａ）に示した比較器１０４の等価回路図である。本実施例の比較器１０４は、オートゼロクランプ機能を有する。差動増幅器の入力部は容量結合となっている。制御部が信号φＣＬＭＰをＨｉｇｈレベルとすると、差動増幅器の入力端子は、共通のリセット電位にリセットされる。これにより、比較器１０４のオートゼロクランプが行われる。
【００２３】
図３は、図１（ａ）に示した撮像装置の動作を示したタイミング図である。図３に示した各信号は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示した各信号に対応している。
【００２４】
本実施例では、第２ランプ信号Ｖｒ２の時間に対する電圧変化の大きさは第１ランプ信号Ｖｒ１の４倍としている。
【００２５】
図３において、期間Ｖ  ｂｌａｎｋとして記載した期間は垂直ブランキング期間である。この垂直ブランキング期間は、画素１００から信号の読出しを行っていない期間である。また期間Ｖａｌｉｄ  １Ｈとして記載した期間は、画素１００から信号を読み出している期間であるとともに、１水平期間（１行読出し期間）を示している。図では省略しているが、１水平期間の動作を画素アレイの行数分繰り返すことにより１画面分の信号が得られる。信号φＲ、信号φＴ、信号φＳＥＬおよび信号φＣＬＭＰのそれぞれの信号はＨｉｇｈレベルの場合に、信号の供給先のスイッチがオンするものとする。
【００２６】
期間Ｖ  ｂｌａｎｋにおいて、制御部は、信号φＳ１をＨｉｇｈレベルとする。これによって、第１セレクタ８０−１は信号Ｖｒｆを信号Ｖｉｎ＿ｃｍｐとして出力する。このとき、制御部は信号φＳ２をＨｉｇｈレベルとしている。よって、第２セレクタ８０−２は第１ランプ信号Ｖｒ１を信号Ｖｒ＿ｃｍｐとして出力する。
【００２７】
制御部は、信号φＣＬＭＰをＨｉｇｈレベルとする。これにより、比較器１０４のオートゼロクランプが行われる。その後、制御部は信号φＣＬＭＰをＬｏｗレベルにする。
【００２８】
ランプ信号供給回路１０３は、第１ランプ信号Ｖｒ１の、時間の経過に伴った電位の変化を開始する。比較器１０４は、第１ランプ信号Ｖｒ１と信号Ｖｉｎ＿ｃｍｐとの大小関係を比較し、この比較の結果を示す比較結果信号を出力する。
【００２９】
カウンタ１０５の動作について、詳細は図４を参照しながら後述し、ここでは概要を説明する。カウンタ１０５は、第１ランプ信号Ｖｒ１の電位の変化の開始に対応して、信号ｃｌｋの計数を開始する。この時、カウンタ１０５は計数値が増加する方向（第１方向）で信号ｃｌｋをカウントするアップカウント動作を行う。
【００３０】
第１ランプ信号Ｖｒ１と信号Ｖｉｎ＿ｃｍｐとの大小関係が変化したことに対応して、比較器１０４が出力する比較結果信号の信号レベルが変化する。この比較結果信号の信号レベルの変化に対応して、カウンタ１０５は信号ｃｌｋの計数を停止する。これにより、カウンタ１０５は、信号Ｖｒｆに対応する第１デジタル信号を得る。
【００３１】
次に、制御部は信号φＳ２の信号レベルをＬｏｗレベルにする。これにより、第２セレクタ８０−２は第２ランプ信号Ｖｒ２を信号Ｖｒ＿ｃｍｐとして出力する。
【００３２】
ランプ信号供給回路１０３は、第２ランプ信号Ｖｒ２の、時間の経過に伴った電位の変化を開始する。比較器１０４は、第２ランプ信号Ｖｒ２と信号Ｖｉｎ＿ｃｍｐとの大小関係を比較し、この比較の結果を示す比較結果信号を出力する。
【００３３】
カウンタ１０５は、第２ランプ信号Ｖｒ１の電位の変化の開始に対応して、信号ｃｌｋの計数を開始する。この時、カウンタ１０５は第１デジタル信号のデジタル値を起点として、計数値が減少する方向（第１方向とは反対の方向である第２方向）で信号ｃｌｋをカウントするダウンカウント動作を行う。
【００３４】
第２ランプ信号Ｖｒ２と信号Ｖｉｎ＿ｃｍｐとの大小関係が変化したことに対応して、比較器１０４が出力する比較結果信号の信号レベルが変化する。この比較結果信号の信号レベルの変化に対応して、カウンタ１０５は信号ｃｌｋの計数を停止する。これにより、カウンタ１０５は、信号Ｖｒｆに対応する第２デジタル信号を得る。この第２デジタル信号を信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆと表記する。この信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆは、第１ランプ信号Ｖｒ１と信号Ｖｒｆとに対応するデジタル信号と、第２ランプ信号Ｖｒ２と信号Ｖｒｆとに対応するデジタル信号との差信号である。この信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆは、各列のＡＤ変換部１５０のカウンタ１０５が保持している。カウンタ１０５は、アナログ信号である信号Ｖｒｆと第１ランプ信号Ｖｒ１に対応するデジタル信号（第１デジタル信号）と、信号Ｖｒｆと第２ランプ信号Ｖｒ２に対応するデジタル信号との差である、補正値（第２デジタル信号）を得る信号取得部である。
【００３５】
さらに図４を用いて、カウンタ１０５のアップダウンカウント動作による信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆの取得方法の詳細を説明する。
【００３６】
カウンタ１０５の計数値は０にセットされている。第１ランプ信号Ｖｒ１の電位変化の開始から、カウンタ１０５はアップカウントを開始する。そして、信号Ｖｒ＿ｃｍｐと信号Ｖｉｎ＿ｃｍｐの大小関係の変化に応じた比較結果信号の変化に対応して、カウンタ１０５は信号ｃｌｋの計数を停止する。この時、カウンタ１０５は上述した第１デジタル信号を得る。
【００３７】
続いて、第２ランプ信号Ｖｒ２の電位変化の開始に対応して、カウンタ１０５はダウンカウントを開始する。このカウンタ１０５のダウンカウントは、第１デジタル信号を起点とする。このダウンカウントは、アップカウントに対して、単位時間当たりの計数値の変化量が大きくなるように行う。なぜなら、電位が第１変化率で変化する第１ランプ信号Ｖｒ１に対し、第２ランプ信号Ｖｒ２は第１変化率の４倍の第２変化率を備えている。よって、第１ランプ信号Ｖｒ１を用いたＡＤ変換に対し、第２ランプ信号Ｖｒ２を用いたＡＤ変換は、ＡＤ変換ゲインが１／４倍となる。つまり、列回路（ＡＤ変換部１５０）の、入力信号の変換率は、第１ランプ信号Ｖｒ１を用いた場合に対し、第２ランプ信号Ｖｒ２を用いた場合は１／４倍となる。このＡＤ変換ゲインの差を低減するために、ダウンカウントは、アップカウントに対して、単位時間当たりの計数値の変化量が大きくなるように行う。好ましくは、ダウンカウントにおける、単位時間当たりの計数値の変化量を、アップカウントにおける、単位時間当たりの計数値の変化量の４倍とする。より具体的な方法としては、ダウンカウントにおける信号ｃｌｋのクロック周波数を、アップカウントにおける信号ｃｌｋのクロック周波数の４倍とすることによって行うことができる。これにより、カウンタ１０５は、信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを得ることができる。
【００３８】
期間Ｖａｌｉｄ  １Ｈにおいて、制御部は、信号φＳ１をＬｏｗレベルとする。これによって、第１セレクタ８０−１は画素１００から垂直信号線５０に出力される信号を、信号Ｖｉｎ＿ｃｍｐとして出力する。
【００３９】
期間Ｖａｌｉｄ  １Ｈにおいて、垂直走査回路１０１は、画素アレイ１０２のうち、所の１行（以下、選択行とする）の画素１００から信号を読み出す。垂直走査回路１０１は、選択行の画素１００に出力する信号φＳＥＬの信号レベルをＨｉｇｈレベルとする。これにより、選択行の画素１００の選択トランジスタＭ４がオンする。よって、選択行の画素１００の増幅トランジスタＭ３が、選択トランジスタＭ４を介して垂直信号線５０に接続された状態となる。
【００４０】
そして、垂直走査回路１０１は、選択行の画素１００に出力する信号φＲの信号レベルをＨｉｇｈレベルにする。これにより、選択行の画素１００のフローティングディフュージョン部ＦＤが所定の電位にリセットされる。
【００４１】
垂直走査回路１０１は、信号φＲの信号レベルをＬｏｗレベルとする。この時に、増幅トランジスタＭ３が選択トランジスタＭ４を介して垂直信号線５０に出力する信号を、画素リセット信号と表記する。
【００４２】
制御部は信号φＳ２の信号レベルをＨｉｇｈレベルとする。このとき、制御部は信号φＳ２をＨｉｇｈレベルとしている。よって、第２セレクタ８０−２は第１ランプ信号Ｖｒ１を信号Ｖｒ＿ｃｍｐとして出力する。
【００４３】
制御部は、信号ＣＬＭＰの信号レベルをＨｉｇｈレベルとする。これにより、比較器１０４のオートゼロクランプが行われる。制御部は信号φＣＬＭＰの信号レベルをＬｏｗレベルにする。
【００４４】
次に、ＡＤ変換部１５０は、画素リセット信号のＡＤ変換を行う。図３においては、このＡＤ変換を行う期間を、「Ｎ  ＡＤ」と表記している。以後の説明ではこの表現を用いる。
【００４５】
ランプ信号供給回路１０３は、第１ランプ信号Ｖｒ１の、時間の経過に伴った電位の変化を開始する。比較器１０４は、第１ランプ信号Ｖｒ１と画素リセット信号との大小関係を比較し、この比較の結果を示す比較結果信号を出力する。
【００４６】
共通カウンタ１０８は、第１ランプ信号Ｖｒ１の電位の変化の開始に対応して、信号ｃｌｋの計数を開始する。共通カウンタ１０８はアップカウントによって、信号ｃｌｋをカウントする。
【００４７】
第１ランプ信号Ｖｒ１と画素リセット信号との大小関係が変化したことに対応して、比較器１０４が出力する比較結果信号の信号レベルが変化する。この比較結果信号の信号レベルの変化に対応して、メモリ１０６は、共通カウンタ１０８から出力されているカウント信号を保持する。これにより、カウンタ１０５は、画素リセット信号に対応するデジタル信号である第３デジタル信号を得る。このデジタル信号を信号ｃｏｄｅ＿Ｎとする。
【００４８】
次に、垂直走査回路１０１は、選択行の信号φＴの信号レベルをＨｉｇｈレベルにした後、Ｌｏｗレベルにする。これにより、フォトダイオードＰＤに蓄積されていた電荷が、フローティングディフージョン部ＦＤに転送される。よって、増幅トランジスタＭ３は、選択トランジスタＭ４を介して、フォトダイオードＰＤが蓄積した電荷に基づく信号を出力する。この信号を、光信号と表記する。
【００４９】
比較器１０４は、この光信号の振幅が、しきい値レベルよりも大きいか否かを判定する。ランプ信号供給回路１０３は、第１ランプ信号Ｖｒ１の電位をしきい値レベルに設定する。また、制御部は、信号φＳ２をＨｉｇｈレベルのままとしている。よって、第２セレクタ８０−２は、しきい値レベルを信号Ｖｒ＿ｃｍｐとして出力する。比較器１０４は、しきい値レベルと光信号とを比較する。また、制御部は、信号φＳ２の制御を、制御部による制御から、比較器１０４の出力による制御に変更する。光信号の振幅がしきい値レベルよりも大きいと比較器１０４が判定した場合には、信号φＳ２の信号レベルはＬｏｗレベルとなる。一方、光信号の振幅がしきい値レベルよりも小さいと比較器１０４が判定した場合には、信号φＳ２の信号レベルはＨｉｇｈレベルのままとなる。
【００５０】
（光信号の振幅がしきい値レベルより小さい場合）
このしきい値レベルと光信号との比較結果である、判定結果フラグをｆｌｇ＝０としてメモリ１０６が保持する。
【００５１】
続いて、ＡＤ変換部１５０は、光信号のＡＤ変換を行う。図３において、この光信号のＡＤ変換を行う期間を、「Ｓ  ＡＤ」と記載した。以後の説明ではこの表現を用いる。
【００５２】
Ｓ  ＡＤ期間において、信号φＳ２の信号レベルは、上述のとおり、しきい値レベルと光信号との比較結果を受けて、Ｈｉｇｈレベルとなっている。
【００５３】
よって、第２セレクタ８０−２は、比較器１０４に、第１ランプ信号Ｖｒ１を信号Ｖｒ＿ｃｍｐとして出力する。以降の動作は、Ｎ  ＡＤ期間で説明した動作と同様である。このＡＤ変換により、メモリ１０６は、光信号に対応するデジタル信号である第４デジタル信号を得る。このデジタル信号を信号ｃｏｄｅ＿Ｓとする。
【００５４】
（光信号の振幅がしきい値レベルより大きい場合）
このしきい値レベルと光信号との比較結果である、判定結果フラグをｆｌｇ＝１としてメモリ１０６が保持する。
【００５５】
続いて、ＡＤ変換部１５０は、光信号のＡＤ変換を行う。
【００５６】
Ｓ  ＡＤ期間において、信号φＳ２の信号レベルは、上述のとおり、しきい値レベルと光信号との比較結果を受けて、Ｌｏｗレベルとなっている。
【００５７】
よって、第２セレクタ８０−２は、比較器１０４に、第２ランプ信号Ｖｒ２を信号Ｖｒ＿ｃｍｐとして出力する。以降の動作は、Ｎ  ＡＤ期間で説明した動作と同様である。このＡＤ変換により、メモリ１０６は信号ｃｏｄｅ＿Ｓを得る。
【００５８】
信号処理回路１０９は、各列のＡＤ変換部１５０から出力されたデジタル信号を処理する。この処理は、信号ｃｏｄｅ＿Ｓと信号ｃｏｄｅ＿Ｎとの差を得るデジタルＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）処理を含む。第１ランプ信号Ｖｒ１を用いて得られた信号ｃｏｄｅ＿Ｓと、第２ランプ信号Ｖｒ２を用いて得られた信号ｃｏｄｅ＿Ｓは、ランプ信号の電位の変化率の違いによるＡＤ変換ゲイン差が生じている。このＡＤ変換ゲイン差を低減するため、信号処理回路１０９は、第２ランプ信号Ｖｒ２で得られた信号ｃｏｄｅ＿Ｓに対し４倍のゲインを印加する。この処理は、第２ランプ信号Ｖｒ２で得られた信号ｃｏｄｅ＿Ｓを、２ビット上位にシフトするビットシフトを行うことによって為される。そして、信号処理回路１０９は、信号ｃｏｄｅ＿Ｎと信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆとの差である第５デジタル信号と、信号ｃｏｄｅ＿Ｓとの差を得る処理を行う。この処理は、デジタルＣＤＳ処理と、電位の変化率の異なる２つのランプ信号を用いたことによるＡＤ変換の誤差を補償する処理と言える。
【００５９】
具体的には、信号処理回路１０９は、以下のようにしてデジタルＣＤＳ処理を行う。
（ｆｌｇ＝０の場合）
ｃｏｄｅ＿ｏｕｔ＝ｃｏｄｅ＿Ｓ-ｃｏｄｅ＿Ｎ
（ｆｌｇ＝１）
ｃｏｄｅ＿ｏｕｔ＝ｃｏｄｅ＿Ｓ  ｘ  ４-（ｃｏｄｅ＿Ｎ-ｃｏｄｅ＿ｄｉｆ）
以上のように、本実施例の撮像装置は、デジタルＣＤＳ処理と、電位の変化率の異なる２つのランプ信号を用いたことによるＡＤ変換の誤差を補償する処理を行う。これによって、本実施例の撮像装置は、より高品質な画像信号を得ることができる。
【００６０】
本実施例の撮像装置は、補正値である信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを、各列のＡＤ変換部１５０が得ている。このため、信号処理回路１０９が各列のＡＤ変換部１５０の補正値を生成する場合に比べて、信号処理回路１０９の信号処理量を減らすことができる。これにより、撮像装置の多画素化、高フレームレート化といった性能の向上に対応しやすくすることができる。
【００６１】
なお、本実施例では、１列の画素１００に対し、１つのＡＤ変換部１５０が設けられている構成を例に説明した。本実施例は、この例に限られるものでは無く、複数列の画素１００に対し、１つのＡＤ変換部１５０が対応して配されていてもよい。また、１列の画素１００に対し、複数のＡＤ変換部１５０が対応して配されていてもよい。
【００６２】
本実施例において、第２ランプ信号は第１ランプ信号の４倍の電位の変化率を備えるものとして説明した。本実施例は、この例に限定されるものでは無く、他の倍率に設定可能である。ただし、信号処理回路１０９による信号処理を容易にするために、ランプ信号の傾き比は２のｎ乗倍にするのが好ましい。２のｎ乗倍に設定することにより、信号処理回路１０９が信号ｃｏｄｅ＿Ｓにゲインを掛ける処理を、ビットシフトによって行うことができるためである。
【００６３】
また、本実施例は、ランプ信号がスロープ状に電位が変化する例を説明した。本実施例は、この例に限定されるものでは無く、ランプ信号が階段状に電位が変化するものであってもよい。この階段状に電位が変化する信号も、時間の経過に伴って電位が変化するランプ信号の範疇に含まれる。
【００６４】
また、本実施例は、撮像装置が形成された半導体基板に設けられたランプ信号供給回路１０３がランプ信号を発生させていた。時間の経過に伴って電位が変化するランプ信号を生成する回路は、撮像装置が設けられた半導体基板の外部に設けられてもよい。この場合には、撮像装置は、外部から入力されるランプ信号を、各列のＡＤ変換部１５０に出力するためのランプ信号供給回路（例えばバッファ回路）を有する。
【００６５】
また、本実施例は、各列のＡＤ変換部１５０が補正値である信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを得ていた。他の例として、複数列のＡＤ変換部１５０を１ブロックとして、１ブロックにつき１つの信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを得るようにしてもよい。この場合には、複数列のＡＤ変換部１５０のそれぞれが生成した信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを信号処理回路１０９が平均化してもよい。あるいは、複数列のＡＤ変換部１５０のうちの１つのＡＤ変換部１５０が生成した信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを、複数列のＡＤ変換部１５０のそれぞれの補正値として流用するようにしてもよい。この場合には、複数列のＡＤ変換部１５０のうちの一部のＡＤ変換部１５０が、信号保持部であるカウンタ１０５を有するようにしてもよい。
【００６６】
また、本実施例では、信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆの取得にあたり、第１ランプ信号Ｖｒ１を用いたＡＤ変換を、第２ランプ信号Ｖｒ２を用いたＡＤ変換よりも先に行うようにしていた。他の例として、第２ランプ信号Ｖｒ２を用いたＡＤ変換を、第１ランプ信号Ｖｒ１を用いたＡＤ変換よりも先に行うようにしてもよい。
【００６７】
また、本実施例では、毎行の画素１００の信号の読み出しに先立って、信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを得ていた。他の例として、複数行の画素１００の信号の読み出しの中で、信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを１度得るようにしてもよい。また、所定の行の画素１００が読み出されてから、次に当該所定の行の画素１００が読み出されるまでの期間（１フレーム期間）に、カウンタ１０５が信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを得るようにしてもよい。また、撮像装置の電源投入時に、カウンタ１０５が信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを得るようにしてもよい。
【００６８】
また、カウンタ１０５が信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを得る他の動作について説明する。
【００６９】
図５はカウンタ１０５が巡回カウンタである場合を示している。第１ランプ信号Ｖｒ１を用いたＡＤ変換と第２ランプ信号Ｖｒ２を用いたＡＤ変換の誤差測定において、カウンタ１０５のビット数は必ずしもＡＤ変換のフルスケール分を有する必要はない。この誤差がとりうる範囲は、ある程度の精度のデジタル信号を得れば、演算処理によって予想することが可能である。
【００７０】
図５のカウンタ１０５は、符号＋４ビットのカウンタである。カウンタ１０５はオーバーフローおよびアンダーフローをクリップしない巡回するカウンタである。図３で説明した、第１デジタル信号、第２デジタル信号を得るそれぞれの期間で、それぞれアップカウント、ダウンカウントとも同じ回数の巡回が発生する。この場合においても、差分値ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを正しく得ることができる。図５のカウンタ１０５の構成では、図４の動作を行うカウンタ１０５の構成に対して、ビット数を低減することが可能である。よって、カウンタ１０５の回路面積を低減することが可能である。
【００７１】
（実施例２）
実施例２の撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に説明する。
【００７２】
図６（ａ）は、本実施例の撮像装置の構成を示したブロック図である。本実施例の撮像装置は、図１（ａ）の構成とは、第１セレクタ８０−１が省略されている点、信号Ｖｒｆのかわりにダミー画素１００ａの出力が信号φＳ１によって選択可能になっている点が異なる。
【００７３】
図６（ｂ）は、ダミー画素１００ａの等価回路図である。ダミー画素１００ａは、垂直走査回路１０１が出力する信号φＲａで制御されるリセットトランジスタＭ１ａ、ダミー画素トランジスタＭ３ａおよび信号φＳ１で制御される選択トランジスタＭ４ａを有する。
【００７４】
図７は図６（ａ）に示した撮像装置の動作を示すタイミング図である。
【００７５】
図７のタイミング図は、図３に示したタイミング図に対して、信号φＲａを追記している点が異なる。
【００７６】
期間Ｖ  ｂｌａｎｋにおいて、信号φＳ１、φＲａの信号レベルがＨｉｇｈレベルである。ダミー画素１００ａからリセットレベルに対応した信号が出力される。この信号を用いて、各列のＡＤ変換部１５０は、実施例１と同じＡＤ変換動作によって、差信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを取得する。その他の動作は、実施例１と同じである。
【００７７】
以上、ＤＣリファレンス電圧Ｖｒｆを用いた例とダミー画素を用いた例を示したが、本発明においては、差信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを列ごとに取得するためのアナログ入力信号は、上記以外の任意の信号でもよい。アナログ入力信号の種類は本発明を制限するものではない。
【００７８】
（実施例３）
本実施例について、実施例１と異なる点を中心に説明する。本実施例の撮像装置は、ＡＤ変換部１５０が、デジタルローパスフィルタ回路である、ＩＩＲ（ｉｎｆｉｎｉｔｅ  ｉｍｐｕｌｓｅ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）  ｆｉｌｔｅｒ  １１２と差分メモリ１０６−１を備える点で、実施例１と異なる。
【００７９】
図８は本実施例のＡＤ変換部１５０のブロック図である。ＩＩＲ  ｆｉｌｔｅｒ  １１２は、カウンタ１０５が取得した信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを、前回取得した信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆと比較する。そして、ＩＩＲ  ｆｉｌｔｅｒ  １１２は、信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆをフィルタリングし、そのフィルタリングの結果を差分メモリ１０６−１に格納する。
【００８０】
本実施例では、信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆの差分値の測定にノイズによる誤差が生じると、結果として画像信号品質を損なう可能性がある。
【００８１】
本構成では、取得された差分値にノイズが混入し誤差が生じてもＩＩＲ  ｆｉｌｔｅｒ  １１２によるローパスフィルタ処理によって、このノイズの影響を低減することが可能である。
【００８２】
（実施例４）
本実施例の撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に説明する。実施例１の撮像装置は、信号ｃｏｄｅ＿Ｓ、信号ｃｏｄｅ＿Ｎの取得を、複数列のＡＤ変換部１５０に対して共通に設けられた共通カウンタ１０８が出力するカウント信号を用いて行っていた。本実施例の撮像装置は、各列のＡＤ変換部１５０に設けられたカウンタ１０５が出力するカウント信号を用いて、信号ｃｏｄｅ＿Ｓ、信号ｃｏｄｅ＿Ｎを取得する点で、実施例１の撮像装置と異なる。
【００８３】
図９は、本実施例の撮像装置のＡＤ変換部１５０の構成を示したブロック図である。ＡＤ変換部１５０ｈ、フラグメモリ１１０、差分メモリ１０６−１、Ｓ−Ｎメモリ１０６−２を有する。
【００８４】
信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆの取得方法は、カウント信号を共通カウンタ１０８ではなく、カウンタ１０５が出力する点を除いて、図３に示した動作と同じである。差分メモリ１０６−１は、信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを保持する。
【００８５】
期間Ｖａｌｉｄ  １Ｈの動作について、図１０を参照しながら説明する。
【００８６】
Ｎ  ＡＤ期間におけるＡＤ変換を、ＡＤ変換部１５０は、第１ランプ信号Ｖｒ１を用いて行う。この時、カウンタ１０５はダウンカウントによって信号ｃｌｋを計数する。比較結果信号の信号レベルの変化に対応して、Ｓ−Ｎメモリ１０６−２は、カウンタ１０５から出力されているカウント信号を保持する。これにより、Ｓ−Ｎメモリ１０６−２は、画素リセット信号に対応するデジタル信号である信号ｃｏｄｅ＿Ｎを得る。
【００８７】
その後、比較器１０４は、光信号の振幅と、しきい値レベルとを比較する。この比較の結果によって、続くＡＤ変換部１５０の処理として、図１０に示した実線の場合と破線の場合とのいずれかが選択される。
【００８８】
（光信号の振幅がしきい値レベルより小さい場合）
しきい値レベルと光信号との比較結果である、判定結果フラグをｆｌｇ＝０としてフラグメモリ１１０が保持する。その後、Ｓ  ＡＤ期間に、カウンタ１０５は、カウント信号の単位時間当たりの変化量を、Ｎ  ＡＤ期間と同じとして、アップカウントによって信号ｃｌｋの計数を行う。また、カウンタ１０５は、アップカウントを始める初期値を、信号ｃｏｄｅ＿Ｎの値とする。その他の点は、Ｎ  ＡＤ期間と同じである。これにより、信号ｃｏｄｅ＿Ｓ−ｃｏｄｅ＿Ｎを、Ｓ−Ｎメモリ１０６−２は保持する。これにより、ノイズ成分を低減した、光信号に対応するデジタル信号を得ることができる。
【００８９】
（光信号の振幅がしきい値レベルより大きい場合）
しきい値レベルと光信号との比較結果である、判定結果フラグをｆｌｇ＝１としてフラグメモリ１１０が保持する。その後、Ｓ  ＡＤ期間に、カウンタ１０５は、カウント信号の単位時間当たりの変化量を、Ｎ  ＡＤ期間の４倍として、アップカウントによって信号ｃｌｋの計数を行う。また、カウンタ１０５は、アップカウントを始める初期値を、信号ｃｏｄｅ＿Ｎの値とする。その他の点は、Ｎ  ＡＤ期間と同じである。これにより、信号ｃｏｄｅ＿Ｓ×４−ｃｏｄｅ＿Ｎを、Ｓ−Ｎメモリ１０６−２は保持する。これにより、ノイズ成分を低減した、光信号に対応するデジタル信号を得ることができる。また、カウンタ１０５は、単位時間当たりの計数値の変化量を、Ｎ  ＡＤ期間に対して、Ｓ  ＡＤ期間は４倍としている。これにより、第１ランプ信号Ｖｒ１に対して４倍の電位の変化率を有する第２ランプ信号Ｖｒ２を用いたＡＤ変換において、第１ランプ信号Ｖｒ１を仮に用いた場合に得られると想定されるデジタル信号を得ることができる。つまり、第２ランプ信号Ｖｒ２が第１ランプ信号Ｖｒ１の４倍の傾きを備えることによるＡＤ変換ゲインが１／４倍となっているが、カウント動作によるＡＤ変換ゲインを４倍とする。この１／４倍と４倍との積により、第２ランプ信号Ｖｒ２を用いた場合と第１ランプ信号Ｖｒ１を用いた場合とで、ＡＤ変換ゲインを同じとすることができる。
【００９０】
このように撮像装置が、共通カウンタ１０８を有しない代わりに、ＡＤ変換部１５０の各列にカウンタ１０５を備える場合においても、実施例１で得たデジタル信号に対応するデジタル信号を得ることができる。本実施例の撮像装置もまた、実施例１の撮像装置と同じ効果を有する。
【００９１】
（実施例５）
本実施例の撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に説明する。実施例１では、信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆの取得において、ＡＤ変換部１５０の各列に設けられたカウンタ１０５が出力するカウント信号を用いていた。本実施例では、カウンタ１０５のカウント信号の代わりに、共通カウンタ１０８が出力するカウント信号を用いて信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを得る点が、実施例１と異なる。
【００９２】
図１１は、本実施例の撮像装置のＡＤ変換部１５０のブロック図である。共通カウンタ１０８は、実施例１と同じく、複数列のＡＤ変換部１５０に対して共通に設けられている。また、ＡＤ変換部１５０は、フラグメモリ１１０、減算回路１１１、差分メモリ１０６−１を有する。
【００９３】
図３に示した期間Ｖ  ｂｌａｎｋにおいて、メモリ１０６は、第１ランプ信号Ｖｒ１を用いて信号ｖｒｆをＡＤ変換して得た第１デジタル信号を保持する。さらに期間Ｖ  ｂｌａｎｋにおいて、メモリ１０６は、第２ランプ信号Ｖｒ２を用いて信号ｖｒｆをＡＤ変換して得たデジタル信号（第６デジタル信号）を保持する。減算回路１１１は、第１デジタル信号と第６デジタル信号との差のデジタル信号を得る。つまり、減算回路１１１は、メモリ１０６が保持した第１デジタル信号と第６デジタル信号との差のデジタル信号を得る演算部である。このデジタル信号が、実施例１で述べた信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆに相当する第２デジタル信号となる。差分メモリ１０６−１は、減算回路１１１が得た信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを保持する。
【００９４】
期間Ｖａｌｉｄ  １Ｈの動作については、図３と同じとすることができる。
【００９５】
このように、各列のＡＤ変換部１５０がカウンタ１０５を有しない場合においても、本実施例の撮像装置は、実施例１で得たデジタル信号に対応するデジタル信号を得ることができる。これにより、本実施例の撮像装置もまた、実施例１の撮像装置と同じ効果を得ることができる。また、本実施例の撮像装置は、各列のＡＤ変換部１５０のカウンタ１０５を省略することができる。これにより、実施例１の撮像装置に対し、消費電力の低減の効果をさらに得ることができる。また、減算回路１１１の回路規模が、カウンタ１０５の回路規模よりも小さい場合には、本実施例の撮像装置は、実施例１の撮像装置に対し、ＡＤ変換部１５０の回路面積低減の効果を得ることもできる。
【００９６】
（実施例６）
図１２は本発明の本実施例の撮像装置のブロック図である。実施例１に対して、増幅部である増幅器１１０が追加されている。また、実施例１では光信号の振幅に応じて、ランプ信号の変化率を変更していたが、本実施例では、光信号のＡＤ変換に用いるランプ信号の変化率を１つのみとしている。増幅器１１０は、入力された信号を、所定の増幅率で増幅した増幅信号を出力する。
【００９７】
列回路２５０は、増幅器１１０と、ＡＤ変換部１５０とを備える。増幅器１１０は、図示したように、演算増幅器、容量素子Ｃｉ、Ｃｆ１、Ｃｆ２、信号φＲ＿ＡＭＰとφａｔｔでそれぞれ制御されるスイッチを有する。また、増幅器１１０は、増幅率を、第１増幅率と、第１増幅率よりも大きい第２増幅率に設定することができる。以下、第１増幅率を低ゲイン、第２増幅率を高ゲインと表記する。また、増幅器１１０が低ゲインに設定されている状態を低ゲイン状態と表記し、高ゲインに設定されている状態を高ゲイン状態と表記する。本実施例における列回路２５０の変換率は、増幅器１１０の増幅率である。増幅器１１０の入力はセレクタ８０−３を介して垂直信号線または信号Ｖｒｆが接続される。増幅器１１０の出力とランプ信号Ｖｒは比較器１０４に入力される。
【００９８】
図１３は図１２の動作を示したタイミング図である。
【００９９】
期間Ｖ  ｂｌａｎｋは図３と同様に垂直ブランキング期間である。期間Ｖ  ｂｌａｎｋにおいて制御部は信号φＳ１をＨｉｇｈレベルとする。増幅器１１０の入力Ｖｉｎ＿ａｍｐの値はＶｒｆとなる。制御部は信号φＲ＿ａｍｐ、φａｔｔをＨｉｇｈと増幅器１１０をリセットする。これらを順次ｌｏｗとし増幅器１１０を高ゲイン増幅状態としたのち、φＣＬＭＰをＨｉｇｈとし比較器１０４のオートゼロクランプが行われる。続いてランプ信号Ｖｒをランプアップすることにより、増幅器１１０が高ゲインでのＡＤ変換が行われる。次に信号φａｔｔをＨｉｇｈとすることにより、増幅器１１０を低ゲイン増幅状態とする。続いて、ランプ参照信号Ｖｒを再びランプアップすることにより、増幅器１１０が低ゲインでのＡＤ変換が行われる。以上により高ゲイン状態と低ゲイン状態とのデジタル値の取得が可能である。図３の例ではランプ信号の傾きによってゲイン切替を行っていたが、本実施例では増幅器１１０のゲインを直接切り替えている。すなわち、本実施例では、列回路の変換率は、増幅器１１０のゲインによって変更される。
【０１００】
画素信号の読み出しが行われるＶａｌｉｄ  １Ｈ期間においては、制御部は信号φＳ１をｌｏｗとし、増幅器１１０の入力には垂直信号線が接続される。信号φＲ＿ａｍｐ、φａｔｔ、φＣＬＭＰを順次ｌｏｗとし、増幅器１１０は高ゲイン増幅状態で画素リセット状態でのＡＤ変換を行う。図においてはＮ  ＡＤと記載した。ランプ参照信号ＶｒをランプアップしＶｉｎ＿ｃｍｐとの大小関係が変化したことに対応してデジタル信号を得る。続いて光信号の振幅がしきい値レベルより大きいか判定を行う。図においては輝度レベル判定と記載した。制御部は、信号Ｖｉｍ＿ｃｍｐと信号Ｖｒの大小関係を判定することにより、信号φａｔｔを切り替える。
【０１０１】
（光信号の振幅がしきい値レベルより小さい場合）
図においてＶｉｎ＿ｃｍｐおよびφａｔｔの実線で示した。φａｔｔはｌｏｗのままであり、増幅器１１０は高ゲイン状態である。この高ゲイン状態のまま光信号のＡＤ変換を行う。図においてはＳ  ＡＤと示した。
【０１０２】
（光信号の振幅がしきい値レベルより大きい場合）
図においてＶｉｎ＿ｃｍｐおよびφａｔｔの破線で示した。制御部はＶｉｎ＿ｃｍｐがしきい値より大きいことを検出し、φａｔｔをＨｉｇｈに変化させる。このことにより増幅器１１０は低ゲイン状態に切り替わる。続いて低ゲイン状態で光信号のＡＤ変換を行う。
【０１０３】
本実施例の撮像装置においても、補正値である信号ｃｏｄｅ＿ｄｉｆを、各列のＡＤ変換部１５０が得ている。このため、実施例１の撮像装置と同じく、信号処理回路１０９が各列のＡＤ変換部１５０の補正値を生成する場合に比べて、信号処理回路１０９の信号処理量を減らすことができる。これにより、撮像装置の多画素化、高フレームレート化といった性能の向上に対応しやすくすることができる。
【０１０４】
（実施例７）
図１４は、本実施例による撮像システム５００の構成を示すブロック図である。本実施例の撮像システム５００は、上述の各実施例で述べた撮像装置のいずれかの構成を適用した固体撮像装置２００を含む。撮像システム５００の具体例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラ等が挙げられる。図１４に、上述の各実施例のいずれかの撮像装置を固体撮像装置２００として適用したデジタルスチルカメラの構成例を示す。
【０１０５】
図１４に例示した撮像システム５００は、固体撮像装置２００、被写体の光学像を固体撮像装置２００に結像させるレンズ５０２、レンズ５０２を通過する光量を可変にするための絞り５０４、レンズ５０２の保護のためのバリア５０６を有する。レンズ５０２及び絞り５０４は、固体撮像装置２００に光を集光する光学系である。
【０１０６】
撮像システム５００は、また、固体撮像装置２００から出力される出力信号の処理を行う信号処理部５０８を有する。信号処理部５０８は、必要に応じて入力信号に対して各種の補正、圧縮を行って出力する信号処理の動作を行う。信号処理部５０８は、固体撮像装置２００より出力される出力信号に対してＡＤ変換処理を実施する機能を備えていてもよい。この場合、固体撮像装置２００の内部には、必ずしもＡＤ変換回路を有する必要はない。
【０１０７】
撮像システム５００は、更に、画像データを一時的に記憶するためのバッファメモリ部５１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）５１２を有する。更に撮像システム５００は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体５１４、記録媒体５１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）５１６を有する。なお、記録媒体５１４は、撮像システム５００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
【０１０８】
更に撮像システム５００は、各種演算を行うとともにデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部５１８、固体撮像装置２００と信号処理部５０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部５２０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５００は、少なくとも固体撮像装置２００と、固体撮像装置２００から出力された出力信号を処理する信号処理部５０８とを有すればよい。全体制御・演算部５１８及びタイミング発生部５２０は、固体撮像装置２００の制御機能の一部又は全部を実施するように構成してもよい。
【０１０９】
固体撮像装置２００は、画像用信号を信号処理部５０８に出力する。信号処理部５０８は、固体撮像装置２００から出力される画像用信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。また、信号処理部５０８は、画像用信号を用いて、画像を生成する。
【０１１０】
上述した各実施例の撮像装置による固体撮像装置を用いて撮像システムを構成することにより、より良質の画像が取得可能な撮像システムを実現することができる。
【０１１１】
（実施例８）
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、本実施例による撮像システム１０００及び移動体の構成を示す図である。図１５（ａ）は、車戴カメラに関する撮像システム１０００の一例を示したものである。撮像システム１０００は、撮像装置１０１０を有する。撮像装置１０１０は、上述の各実施例に記載の撮像装置のいずれかである。撮像システム１０００は、撮像装置１０１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部１０３０と、撮像システム１０００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差取得部１０４０を有する。また、撮像システム１０００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部１０５０と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部１０６０と、を有する。ここで、視差取得部１０４０や距離取得部１０５０は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部１０６０はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
【０１１２】
撮像システム１０００は、車両情報取得装置１３１０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム１０００には、衝突判定部１０６０での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ１４１０が接続されている。すなわち、制御ＥＣＵ１４１０は、距離情報に基づいて移動体を制御する移動体制御手段の一例である。また、撮像システム１０００は、衝突判定部１０６０での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置１４２０とも接続されている。例えば、衝突判定部１０６０の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ１４１０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置１４２０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
【０１１３】
本実施例では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム１０００で撮像する。図１５（ｂ）に、車両前方（撮像範囲１５１０）を撮像する場合の撮像システム１０００を示した。車両情報取得装置１３１０は、撮像システム１０００を動作させ撮像を実行させるように指示を送る。上述の各実施例の撮像装置を撮像装置１０１０として用いることにより、本実施例の撮像システム１０００は、測距の精度をより向上させることができる。
【０１１４】
以上の説明では、他の車両と衝突しないように制御する例を述べたが、他の車両に追従して自動運転する制御、車線からはみ出さないように自動運転する制御等にも適用可能である。更に、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【０１１５】
［変形実施例］
上述の実施例は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらの例示によって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な態様で実施することができる。また、これまで述べた各実施例を種々組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０１１６】
５０  垂直信号線
１００  画素
１０２  画素アレイ
１０３  ランプ信号供給回路
１０５  カウンタ（信号取得部）
１０６  メモリ
１０７  水平走査回路
１０８  共通カウンタ
１０９  信号処理回路
１５０  ＡＤ変換部
【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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