(57)【要約】【課題】同時性、解像度、処理負荷に関する各問題を同時に改善しつつ、ノイズ抑制処理を実現できるようにする。【解決手段】非破壊、ランダム読出しができるデバイスを使用する（Ｓ１００）。素子が保持している同一の情報をｍ回読み出し（Ｓ１１４）、その信号のばらつきを計算し（Ｓ１１６）、ばらつきが基準値よりも大きい素子を特定素子と選定する（Ｓ１１８）。特定素子を処理対象として、特定素子が保持している同一の情報に基づく信号をＭ回に亘って読み出し（Ｓ１２６）、Ｍ回の各信号の平均値をとることでノイズが抑制された信号を取得する（Ｓ１２８）。素子が保持している同一の情報に基づくＭ個の信号の平均値をとるので同時性が確保される。ノイズが大きな特定素子を選択して平均化処理を行なうので、解像度が低下することはないし、複数の素子の全てについて平均化処理を行なう場合よりも信号処理負荷を低減できる。【選択図】図４Ａ
2011171950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素子の内のノイズが予め定められた基準値よりも大きな特定素子を処理対象として、前記特定素子が保持している同一の情報に基づく信号をＭ回（Ｍは２以上の整数）に亘って読み出す信号読出部と、
前記信号読出部が読み出したＭ個の信号に基づいてノイズが抑制された信号を取得するノイズ抑制部と、
を備えた信号処理装置。
【請求項２】
前記特定素子の位置情報を保持する記憶部を備え、
前記信号読出部は、前記記憶部に保持されている前記特定素子の位置情報を参照して前記Ｍ回の信号の読出しを行なう
請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記素子が保持している同一の情報をｍ回（ｍは２以上の整数）に亘って読み出し、各回の信号のばらつきを求め、ｍ回の各信号のばらつきが予め定められた基準値よりも大きい素子を前記特定素子として選定する特定素子選定部
を備えた請求項１または請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
レベルが漸次変化する参照信号を生成する参照信号生成部から供給される前記参照信号と前記素子が保持している情報に基づいて取得されるアナログの処理対象信号を比較する比較部およびＡＤ変換用のカウントクロックの供給を受けて前記比較部の比較結果に基づきカウント動作を行なうカウンタ部を有し、前記カウンタ部の出力データに基づき前記処理対象信号のデジタルデータを取得するＡＤ変換部と、
前記処理対象信号について、ｎビットのＡＤ変換処理をＷ回（Ｗは繰返し回数であり、２以上の正の整数）繰り返して行なうデジタル積分処理を実行するように前記参照信号生成部および前記ＡＤ変換部を制御する制御部と、
を備えた請求項１、請求項２、請求項３の何れか１項に記載の信号処理装置。
【請求項５】
複数の素子が配列された素子部と、
前記複数の素子の内のノイズが予め定められた基準値よりも大きな特定素子の前記素子部における位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記位置情報取得部が取得した前記特定素子の位置情報を参照して、前記特定素子が保持している同一の情報に基づく信号をＭ回（Ｍは２以上の整数）に亘って読み出す信号読出部と、
前記信号読出部が読み出したＭ個の信号に基づいてノイズが抑制された信号を取得するノイズ抑制部と、
前記素子部の前記素子の読出し位置を制御するとともに、前記位置情報取得部、前記信号読出部、および前記ノイズ抑制部を制御するシステム制御部と、
を備えた半導体装置。
【請求項６】
前記特定素子の位置情報を保持する記憶部と、
前記記憶部に保持されている前記特定素子の位置情報を読み出して前記信号読出部に通知する通知部と、
を備え、
前記信号読出部は、前記通知部から通知された前記特定素子の位置情報を参照して前記Ｍ回の信号の読出しを行なう
請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記素子が保持している同一の情報をｍ回（ｍは２以上の整数）に亘って読み出し、各回の信号のばらつきを求め、ｍ回の各信号のばらつきが予め定められた基準値よりも大きい素子を前記特定素子として選定する特定素子選定部
を備えた請求項５または請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
レベルが漸次変化する参照信号を生成する参照信号生成部から供給される前記参照信号と前記素子が保持している情報に基づいて取得されるアナログの処理対象信号を比較する比較部およびＡＤ変換用のカウントクロックの供給を受けて前記比較部の比較結果に基づきカウント動作を行なうカウンタ部を有し、前記カウンタ部の出力データに基づき前記処理対象信号のデジタルデータを取得するＡＤ変換部と、
前記処理対象信号について、ｎビットのＡＤ変換処理をＷ回（Ｗは繰返し回数であり、２以上の正の整数）繰り返して行なうデジタル積分処理を実行するように前記参照信号生成部および前記ＡＤ変換部を制御する制御部と、
を備えた請求項５、請求項６、請求項７の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記素子部における前記特定素子の位置にランダムアクセスする走査部
を備えた請求項５、請求項６、請求項７、請求項８の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
非破壊読出しが可能な複数の単位画素が配列された画素部と、
前記複数の単位画素の内のノイズが予め定められた基準値よりも大きな特定画素の前記画素部における位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記位置情報取得部が取得した前記特定画素の位置情報を参照して、前記特定画素が保持している同一の情報に基づく画素信号をＭ回（Ｍは２以上の整数）に亘って読み出す信号読出部と、
前記信号読出部が読み出したＭ個の画素信号に基づいてノイズが抑制された画素信号を取得するノイズ抑制部と、
前記画素部の前記単位画素の読出し位置を制御するとともに、前記位置情報取得部、前記信号読出部、および前記ノイズ抑制部を制御するシステム制御部と、
を備えた固体撮像装置。
【請求項１１】
前記特定画素の位置情報を保持する記憶部と、
前記記憶部に保持されている前記特定画素の位置情報を読み出して前記信号読出部に通知する通知部と、
を備え、
前記信号読出部は、前記通知部から通知された前記特定画素の位置情報を参照して前記Ｍ回の信号の読出しを行なう
請求項１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記単位画素が保持している同一の情報をｍ回（ｍは２以上の整数）に亘って読み出し、各回の画素信号のばらつきを求め、ｍ回の各画素信号のばらつきが予め定められた基準値よりも大きい単位画素を前記特定画素として選定する特定画素選定部
を備えた請求項１０または請求項１１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
レベルが漸次変化する参照信号を生成する参照信号生成部から供給される前記参照信号と前記単位画素が保持している情報に基づいて取得されるアナログの処理対象信号を比較する比較部およびＡＤ変換用のカウントクロックの供給を受けて前記比較部の比較結果に基づきカウント動作を行なうカウンタ部を有し、前記カウンタ部の出力データに基づき前記処理対象信号のデジタルデータを取得するＡＤ変換部と、
前記処理対象信号について、ｎビットのＡＤ変換処理をＷ回（Ｗは繰返し回数であり、２以上の正の整数）繰り返して行なうデジタル積分処理を実行するように前記参照信号生成部および前記ＡＤ変換部を制御する駆動制御部と、
を備えた請求項１０、請求項１１、請求項１２の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記画素部における前記特定画素の位置にランダムアクセスする走査部
を備えた請求項１０、請求項１１、請求項１２、請求項１３の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
非破壊読出しが可能な複数の単位画素が配列された画素部と、
前記複数の単位画素の内のノイズが予め定められた基準値よりも大きな特定画素の前記画素部における位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記位置情報取得部が取得した前記特定画素の位置情報を参照して、前記特定画素が保持している同一の情報に基づく画素信号をＭ回（Ｍは２以上の整数）に亘って読み出す信号読出部と、
前記信号読出部が読み出したＭ個の画素信号に基づいてノイズが抑制された画素信号を取得するノイズ抑制部と、
前記画素部の前記単位画素の読出し位置を制御するとともに、前記位置情報取得部、前記信号読出部、および前記ノイズ抑制部を制御するシステム制御部と、
前記システム制御部を制御する主制御部と、
を備えた撮像装置。
【請求項１６】
複数の素子の内のノイズが予め定められた基準値よりも大きな特定素子の前記素子部における位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記位置情報取得部が取得した前記特定素子の位置情報を参照して、前記特定素子が保持している同一の情報に基づく信号をＭ回（Ｍは２以上の整数）に亘って読み出す信号読出部と、
前記信号読出部が読み出したＭ個の信号に基づいてノイズが抑制された信号を取得するノイズ抑制部と、
前記素子部の前記素子の読出し位置を制御するとともに、前記位置情報取得部、前記信号読出部、および前記ノイズ抑制部を制御するシステム制御部と、
前記システム制御部を制御する主制御部と、
を備えた電子機器。
【請求項１７】
複数の素子の内のノイズが予め定められた基準値よりも大きな特定素子を処理対象として、前記特定素子が保持している同一の情報に基づく信号をＭ回（Ｍは２以上の整数）に亘って読み出す工程と、
読み出されたＭ個の信号に基づいてノイズが抑制された信号を取得する工程と、
を備えたノイズ抑制方法。
【請求項１８】
前記特定素子の位置情報を記憶部に保持する工程と、
前記記憶部に保持されている前記特定素子の位置情報を読み出す工程と、
を備え、
前記記憶部から読み出された前記特定素子の位置情報を参照して前記Ｍ回の信号の読出しを行なう
請求項１７に記載のノイズ抑制方法。
【請求項１９】
素子が保持している同一の情報をｍ回（ｍは２以上の整数）に亘って読み出す工程と、  ｍ回の各信号のばらつきを計算する工程と、
前記ばらつきが予め定められた基準値よりも大きい素子を特定素子として選定する工程と、
を備えた請求項１７または請求項１８に記載のノイズ抑制方法。
【請求項２０】
前記素子が保持している情報に基づいて取得されるアナログの処理対象信号とレベルが漸次変化する参照信号とを比較部により比較し、ＡＤ変換用のカウントクロックの供給を受けて前記比較の結果に基づきカウント動作をカウンタ部で行ない、前記カウンタ部の出力データに基づき前記処理対象信号のデジタルデータを取得する際に、前記処理対象信号についてｎビットのＡＤ変換処理をＷ回（Ｗは２以上の正の整数）繰り返して行なう
請求項１７、請求項１８、請求項１９の何れか１項に記載のノイズ抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理装置、半導体装置、固体撮像装置、撮像装置、電子機器、ノイズ抑制方法に関する。より詳細には、素子から取得された信号に含まれるランダムノイズを抑圧する信号処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
素子から読み出した信号に基づいて、各種の信号処理を行なうことが種々の電子機器で行なわれている。たとえば、半導体を記憶素子とするＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory：随時書き込み読み出しメモリ）などの半導体装置、さらにはＲＡＭ（たとえば不揮発性の半導体記憶素子であるフラッシュメモリ）を利用したシリコンディスクユニット（ＳＤＤ：Solid State Drive ）などの電子機器が知られている。
【０００３】
また、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（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や、この物理量分布検知半導体装置を使用した電子機器が様々な分野で使われている。
【０００４】
たとえば、映像機器の分野では、物理量のうちの光（電磁波の一例）を検知するＣＣＤ（Charge Coupled Device ）型あるいはＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor ）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-oxide Semiconductor ）型の固体撮像装置が使われている。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。
【０００５】
また、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。
【０００６】
ここで、素子から信号を読み出すための出力段には、一般的に、ＭＯＳ構造（ＭＯＳトランジスタ）などの能動素子を用いている。信号の読出し時には、素子から様々なノイズが発生し、信号品質を低下させるという問題がある。
【０００７】
たとえば、デジタルカメラをはじめとする映像システムにおいては、ＣＣＤやＣＭＯＳなどを撮像素子として具備する固体撮像装置を使用して画像の取り込みを行なうが、撮像素子から様々なノイズが発生し、画質を低下させている。
【０００８】
たとえば、画素サイズの縮小に伴って、ＲＴＳ（Random Telegraph Signal ）ノイズと呼ばれるランダムノイズが問題となってきている。ＲＴＳノイズは通常発生頻度はｐｐｍオーダーと少ないが、ノイズ振幅が大きいため、画像として非常に目立つ（非特許文献１を参照）。
【０００９】
ランダムノイズを低減して画質改善を後段の信号処理で行なう技術としては、「平均化法」が知られている（特許文献１を参照）。
【００１０】
特許文献１の仕組みでは、信号を平均化することにより、ランダムに発生しているノイズを圧縮して、画質Ｓ／Ｎを改善しており、後段の信号処理の負荷（メモリ、帯域幅）を軽減するようにしている。平均化に必要な複数の信号としては、破壊読出しのＣＣＤを使っているため、露光を複数回行なう、いわゆる多重露光法を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−２８９８４６号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】“A Modeling and Evaluation of the Random Telegraph Signal Noiseon a CMOS Image Sensor in Motion Pictures”、2009 International Image Sensor Workshop (IISW)の予稿集 、Session5、P13
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に記載のような多重露光法を用いたランダムノイズの圧縮法では、複数回の露光時に撮影対象物が移動する、あるいは撮影条件が変わってしまうという、「非同時性」の問題がある。
【００１４】
「非同時性」の問題を解消するために、たとえば、多重露光法を用いず平均化を採る別の方法として、特定素子の周辺にある他の素子（隣接素子）の情報を用いる、いわゆる空間補正法を用いることが考えられる。
【００１５】
空間補正法は１回の露光から信号を得るので「同時性」はあるが、隣接素子の信号を用いて平均化しているため、「解像度低下」という問題がある。
【００１６】
また、従来の「平均化法」は、全ての素子の信号を処理対象として、平均値を求めて、その素子の信号とするものであり、処理負荷が大きくなる難点がある。たとえば、データ記憶用のメモリとして大規模のものが必要になるし、処理速度も低下する。
【００１７】
このように、従来の平均化法を適用したノイズ抑制手法は、同時性、解像度、処理負荷に関する各問題を同時に改善できるものとはなっていない。
【００１８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、同時性、解像度、処理負荷に関する各問題を同時に改善することの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】
【００１９】
本発明の一態様は先ず、素子が保持している同一の情報をｍ回（ｍは２以上の整数）に亘って読み出し、各回の信号のばらつきを求め、ｍ回の各信号のばらつきと予め定められた基準値とを比較して、ばらつきが基準値よりも大きい素子を特定素子として選定する。
【００２０】
そして、特定素子を処理対象として、特定素子が保持している同一の情報に基づく信号をＭ回（Ｍは２以上の整数）に亘って読み出し、読み出したＭ個の信号に基づいてノイズが抑制された信号を取得する。
【００２１】
「読み出したＭ個の信号に基づいて」とは、読み出したＭ個の各信号の全てを使用することに限らない。たとえば、平均化法を適用する場合に、Ｍ回の全ての信号の平均値をとってもよいし、ノイズ量の上位からＮ（Ｎ＜Ｍ）個を除いたＭ−Ｎ個の信号の平均値をとってもよい。また、好ましくは平均化法を適用するのがよいが、平均値化法に限らず、中央値などＭ個（あるいはＭ−Ｎ個）の各信号を代表する値を使用してもよい。何れにしても、Ｍ個の信号（全てとは限らない）を利用することで、本発明を適用しない従来技術よりも、ノイズが抑制された信号を取得できるような処理であればよい。
【００２２】
特定素子の選定は、信号取得の都度行なう手法と、信号取得とは別に予め行なう手法の何れでもよい。後者の場合は、選定した特定素子の位置情報を記憶部に保持しておき、信号取得の際には、記憶部から読み出した位置情報を参照するようにする。
【００２３】
このような仕組みを採ると、ノイズ抑制処理は、複数の素子の全てについてではなく、ばらつきが基準値よりも大きい特定素子のみを対象とすることができる。
【００２４】
ノイズ抑制処理では、素子が保持している同一の情報に基づくＭ個の信号（全てとは限らない）を使用してノイズが抑制された信号を取得するので、「同時性」が確保される。また、特にノイズが大きな特定素子を選択してノイズが抑制された信号を取得する（たとえば平均化処理を行なう）ので、「解像度」が低下することはないし、複数の素子の全てについて平均化処理を行なう場合よりも「信号処理負荷」を低減することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一態様によれば、同時性、解像度、処理負荷に関する各問題を同時に改善しつつ、ノイズ抑制処理を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ＣＭＤ型の固体撮像装置の概略構成図である。
【図２】固体撮像装置において使用される参照信号生成部の構成例を示す図である。
【図３】ＡＤ変換処理とＣＤＳ処理に着目した固体撮像装置の簡易回路図である。
【図３Ａ】多重加算ＡＤ変換の動作を説明するイメージ図である。
【図３Ｂ】多重加算ＡＤ変換とＣＤＳ処理を説明するタイミングチャートである。
【図４】ＲＴＳノイズを説明する図である。
【図４Ａ】本実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理の基本原理を説明する図である。
【図４Ｂ】本実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理を適用した事例を説明する図である。
【図５】本実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理の第２実施形態を説明する図である。
【図６】本実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理の第３実施形態を説明する図である。
【図７】本実施形態の撮像装置の概略構成図である。
【図８】ＲＴＳノイズ抑制処理や多重加算ＡＤ変換処理が適用される電子機器を説明する図（その１）である。
【図９】ＲＴＳノイズ抑制処理や多重加算ＡＤ変換処理が適用される電子機器を説明する図（その２）である。
【図９Ａ】ＲＴＳノイズ抑制処理の半導体記憶装置への適用例の詳細説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
説明は以下の順序で行なう。
１．固体撮像装置の概要
２．固体撮像装置の基本動作（通常のＡＤ変換処理、多重加算ＡＤ変換処理）
３．ＲＴＳノイズ抑制処理：第１実施形態（基本原理、事例）
４．ＲＴＳノイズ抑制処理：第２実施形態
５．ＲＴＳノイズ抑制処理：第３実施形態
６．撮像装置
７．電子機器：画素欠陥診断への適用例
８．電子機器：その他の適用例（概略構造、半導体記憶装置への適用例）
【００２９】
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、電荷変調素子（ＣＭＤ：Charge Modulation Device）を画素に持つＣＭＤ固体撮像装置をデバイスとして使用した場合を例に説明する。ただしこれは一例であって、対象となるデバイスはＣＭＤ型の固体撮像装置に限らない。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り、アドレス制御にて信号を読み出す（特に好ましくは、ランダムアドレス制御ができ、非破壊読出しが可能な）物理量分布検知用の半導体装置の全てに、後述する実施形態が同様に適用できる。
【００３０】
因みに、ＣＭＤは増幅型固体撮像素子（増幅型受光素子）の一例であり、たとえば、特開昭６０−１４０７５２号、特開平５−９５５１４、「A NEW MOS IMAGE SENSOR OPERATING IN A NON-DESTRUCTIVEREADOUT MODE、1986、ＩＥＤＭ（International Electron Device Meeting ）の予稿集、Ｐ353 〜356」などに説明されている。
【００３１】
＜固体撮像装置の概要＞
図１は、固体撮像装置の一実施形態であるＣＭＤ型の固体撮像装置（ＣＭＤイメージセンサ）の概略構成図である。なお、固体撮像装置は、半導体装置の一態様でもある。
【００３２】
なお、本明細書では、以下においては、紙面の横方向を行（Row ／ライン）方向、縦方向を列（Column／カラム）方向として説明する。行方向は行が延在する方向、列方向は列が延在する方向とし、相対的には、行が配列される方向（行配列方向）は列方向に該当し、列が配列される方向（列配列方向）は行方向に該当する。
【００３３】
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）画素部を有する。固体撮像装置１は、電流電圧変換回路やデジタル変換回路（ＡＤ変換回路）などが列並列に設けられているものである。“列並列に電流電圧変換回路やデジタル変換回路が設けられている”とは、垂直列の垂直信号線１９（列信号線の一例）に対して実質的に並列に複数の電流電圧変換回路やデジタル変換回路が設けられていることを意味する。
【００３４】
図１に示すように、固体撮像装置１は、駆動制御部７、画素アレイ部１０、電流電圧変換部２４、カラムＡＤ変換部２６、参照信号生成部２７、出力部２８を備えている。画素アレイ部１０は、ＣＭＤ画素を基本素子に有する単位画素３が行および列に配列されており、画素部や撮像部などとも称される。駆動制御部７は、画素アレイ部１０の外側に設けられている。固体撮像装置１の画素アレイ部１０を除く各部により、ランダムノイズを抑制する処理を行なう信号処理装置が構成される。
【００３５】
カラムＡＤ変換部２６は、複数の単位画素３の内のノイズが予め定められた基準値よりも大きな特定画素を処理対象として、特定画素が保持している同一の情報に基づく信号をＭ回（Ｍは２以上の整数）に亘って読み出す信号読出部の機能を持つ。
【００３６】
電流電圧変換部２４は、画素アレイ部１０の単位画素３（ＣＭＤ画素）から垂直信号線１９を介して供給される電流信号を電圧信号（画素信号電圧Ｖｘ）に変換し、垂直信号線１９ａを介してカラムＡＤ変換部２６へ引き渡す。
【００３７】
カラムＡＤ変換部２６は、垂直列ごとに配されたＡＤ変換部２５０を有する。参照信号生成部２７は、カラムＡＤ変換部２６にＡＤ変換用の参照信号SLP_ADC を供給する。これらの各機能部は、同一の半導体基板上に設けられている。参照信号SLP_ADC は、全体的にある傾きを持って線形に変化する波形を持つものであればよく、その変化が滑らかなスロープ状を呈するものであってもよいし、階段状に順次変化するものであってもよい。
【００３８】
参照信号比較型ＡＤ変換方式を採用する場合に、考え方としては、参照信号生成部２７も列並列で（画素列ごとに）設けることも考えられる。たとえば、各画素列に比較器と参照信号発生器を設け、自列の比較器の比較結果を基に、逐次、参照信号の値を対応する列の参照信号発生器で変化させていく構成を採る場合である。しかしながらこれでは回路規模や消費電力が増える。そこで、本実施形態では、参照信号生成部２７を全列共通に使用する構成を採り、参照信号生成部２７から発生される参照信号SLP_ADC を各画素列のＡＤ変換部２５０が共通に使用する構成にする。
【００３９】
ＡＤ変換部２５０は、少なくともＡＤ変換の機能を備えるが、必要に応じて差分処理の機能も備えるようにしてもよい。ＡＤ変換の機能は、画素信号電圧Ｖｘをデジタルデータに変換する。差分処理の機能は、たとえば、暗時レベルＳdarkやリセットレベルＳrst のＡＤ変換結果（第１相の変換結果）と明時レベルＳlight や信号レベルＳsig のＡＤ変換結果（第２相の変換結果）との間で差分処理を実行することで、暗時レベルＳdarkと明時レベルＳlight の差あるいはリセットレベルＳrst と信号レベルＳsig の差で示される信号成分Ｖsig のデジタルデータＤsig を取得する。暗時レベルＳdarkやリセットレベルＳrst を第１相レベルＳ_1stと称し、明時レベルＳlight や信号レベルＳsig を第２相レベルＳ_2ndと称する。
【００４０】
駆動制御部７は、画素アレイ部１０の信号を順次読み出すための制御回路機能の実現のため水平走査部１２（列走査回路）、垂直走査部１４（行走査回路）、および通信・タイミング制御部２０を備えている。通信・タイミング制御部２０は、内部クロックを生成するクロック変換部の機能を持つクロック変換部２０ａおよび通信機能や各部を制御する機能を持つシステム制御部２０ｂなどを有する。図示しないが、たとえば、水平走査部１２は列アドレスや列走査を制御する水平アドレス設定部や水平駆動部などを有し、垂直走査部１４は行アドレスや行走査を制御する垂直アドレス設定部や垂直駆動部などを有する。
【００４１】
本実施形態の場合、水平走査部１２や垂直走査部１４は、通常の読出し時には画素位置に対して順番に読み出す典型的な「走査処理」を行なうが、ノイズ低減処理を行なうときにはランダムアクセス処理を行なう。この点については後で詳しく説明する。
【００４２】
出力部２８は、水平信号線１８上の信号（デジタルデータではあるが小振幅）を検出するセンスアンプ２８ａ（Ｓ・Ａ）と、固体撮像装置１と外部とのインタフェース機能をなすインタフェース部２８ｂ（Ｉ／Ｆ部）を有する。インタフェース部２８ｂの出力は出力端５ｃに接続されており、映像データが後段回路に出力される。
【００４３】
本実施形態では、センスアンプ２８ａとインタフェース部２８ｂとの間に、各種のデジタル演算処理を行なうデジタル演算部２９（信号処理ブロック）を設けている。デジタル演算部２９は、少なくとも、ＡＤ変換部２５０ではなくＡＤ変換部２５０の後段にてノイズ抑制処理（たとえば平均化処理）を行なうノイズ抑制処理部（平均化処理部）の機能を持つ。
【００４４】
このノイズ抑制処理は、読み出した複数回（全てとは限らない）の信号に基づいて、本実施形態を適用しない従来技術よりも、ノイズが抑制された信号を取得できるような処理であればよく、典型的には平均化処理を適用することが考えられる。平均化処理は、複数回のＡＤ変換処理を繰り返して得られたＡＤ変換部２５０から出力されるデジタルデータに対して、その複数回に対応した平均化を行なうことを意味する。
【００４５】
平均化処理の際には、全ての信号の平均値をとることに限らず、ノイズ量の上位から幾つかを除いた残りの信号の平均値をとってもよい。好ましくは平均化法を適用するのがよいが、平均値化法に限らず、中央値など複数個（ノイズ量の多いものを除いた残りでもよい）の各信号を代表する値を使用してもよい。以下では特に断らない限り、平均化処理を適用するものとする。
【００４６】
ノイズ抑制の目的としては、ＡＤ変換で発生するノイズの低減を目的とする全画素について行なう多重加算ＡＤ変換処理の場合と、画素アレイ部１０の単位画素３からカラムＡＤ変換部２６へ画素信号を読み出す際に発生するＲＴＳ（Random Telegraph Signal ）ノイズと呼ばれるランダムノイズの低減を目的とする個別画素について行なう場合がある。
【００４７】
前者の場合、デジタル演算部２９は、カラムＡＤ変換部２６にて複数回のＡＤ変換処理を繰り返して得られたＡＤ変換部２５０から出力されるデジタルデータに対して、典型的には、その複数回（全てとは限らずノイズ量の多いものを除いた残りでもよい）に対応した平均化処理を行なう。
【００４８】
後者の場合、デジタル演算部２９は、カラムＡＤ変換部２６が読み出したＭ個（全てとは限らない）の信号に基づいてノイズが抑制された信号を取得する平均化処理部（ノイズ抑制部）の機能を持つ。平均化処理（ノイズ抑制処理）の際には、Ｍ個の信号の平均値をとってもよいし、ノイズ量の上位からＮ（Ｎ＜Ｍ）個を除いたＭ−Ｎ個の信号の平均値をとってもよい。
【００４９】
また、後者の場合、デジタル演算部２９は、素子（単位画素３）が保持している同一の情報をｍ回（ｍは２以上の整数）に亘って読み出し、各回の信号のばらつきを求め、ｍ回の各信号のばらつきが予め定められた基準値よりも大きい素子（単位画素３）を特定素子（特定画素）として選定する特定素子選定部（特定画素選定部）の機能を持つ。
【００５０】
ＡＤ変換部２５０にノイズ抑制処理部（平均化処理部など）の機能を持たせる構成にすることも可能であるが、その場合、ＡＤ変換部２５０の構成が複数回の信号を使ったノイズ抑制処理（平均化処理など）に対応した構成としなくてはならず、ＡＤ変換部２５０の回路スペースが増える。これに対して、ＡＤ変換部２５０の後段にノイズ抑制処理部（平均化処理部など）の機能を持つデジタル演算部２９を設ければ、ＡＤ変換部２５０の回路スペースを増やさずに、ノイズ抑制処理（平均化処理など）を実現できる。
【００５１】
クロック変換部２０ａは、端子５ａからのマスタークロックCLK0に基づいて、マスタークロックCLK0よりも高速のクロック周波数のパルスを生成する逓倍回路を内蔵しており、カウントクロックＣＫcnt1やカウントクロックＣＫdac1などの内部クロックを生成する。クロック変換部２０ａの逓倍回路としては、ｋ１をマスタークロックCLK0の周波数の倍数としたときｋ１逓倍回路を設ければよく、位相同期ループ回路（ＰＬＬ：Phase-locked loop ）など、周知の様々な回路を利用することができる。マスタークロックCLK0よりもカウントクロックＣＫcnt1やカウントクロックＣＫdac1の周波数を高くすることで、ＡＤ変換処理やデータ出力処理などを高速に動作させることができるようになる。また、デジタル演算部２９を設ける際、高速クロックを用いて、高速の計算を必要とする動き抽出や圧縮処理を行なうことができる。
【００５２】
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、現実には各行や各列には、数十から数千の信号電荷増幅機能を持つ単位画素３（ＣＭＤ画素）が配置される。
【００５３】
固体撮像装置１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（色分離）フィルタを使用することで、画素アレイ部１０をカラー撮像対応にすることができる。すなわち、画素アレイ部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色分解フィルタの何れの色フィルタを、たとえばいわゆるベイヤー（Ｂａｙｅｒ）配列などにして設けることで、カラー画像撮像対応とする。
【００５４】
単位画素３は、行選択のための行制御線１５を介して垂直走査部１４と、また垂直信号線１９を介してＡＤ変換部２５０が垂直列ごとに設けられているカラムＡＤ変換部２６と、それぞれ接続されている。ここで、行制御線１５は垂直走査部１４から単位画素３に入る配線全般を示す。
【００５５】
水平走査部１２や垂直走査部１４などの駆動制御部７の各要素は、画素アレイ部１０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たものとする。すなわち、いわゆる１チップもの（同一の半導体基板上に設けられているもの）として、半導体システムの一例であるＣＭＯＳイメージセンサとして、固体撮像装置１の一部をなすように構成される。
【００５６】
固体撮像装置１は、このように各部が半導体領域に一体的に形成された１チップとして形成された形態に限定されない。図示を割愛するが、画素アレイ部１０、駆動制御部７、カラムＡＤ変換部２６などの各種の信号処理部の他の機能部をも含む状態で、これらを纏めてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態としてもよい。他の機能部としては、たとえば、撮影レンズ、光学ローパスフィルタ、あるいは赤外光カットフィルタなどの光学系が該当する。
【００５７】
水平走査部１２や垂直走査部１４は、通信・タイミング制御部２０から与えられる制御信号ＣＮ１，ＣＮ２に応答してシフト動作（走査）を開始するようになっている。このためたとえば、行制御線１５には、単位画素３を駆動するための種々のパルス信号（たとえば、初期化制御電位を規定する画素リセットパルスRST 、転送制御電位を規定する転送パルスTRG 、垂直選択パルスVSELなど）が含まれる。
【００５８】
通信・タイミング制御部２０のシステム制御部２０ｂは、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、通信インタフェースの機能ブロックを備える。タイミングジェネレータＴＧの機能ブロックは、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。通信インタフェースの機能ブロックは、端子５ａ（外部の主制御部）から供給されるマスタークロックCLK0を受け取り、端子５ｂ（外部の主制御部）から供給される動作モードなどを指令するデータを受け取る。通信インタフェースの機能ブロックは、さらに固体撮像装置１の情報を含むデータを外部の主制御部に出力する。
【００５９】
通信・タイミング制御部２０は、たとえば、水平アドレス信号を水平走査部１２へ、また垂直アドレス信号を垂直走査部１４へ出力し、各走査部１２，１４は、それを受けて対応する行もしくは列を選択する。この際、単位画素３を２次元マトリ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１９を介して列方向に出力されるアナログの画素信号（電流信号）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うのがよい。さらに、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。
【００６０】
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（特にフルランダムアクセスと称する）も可能である。また、行位置のみを必要なものに設定し、その同一ラインの全画素について一度に信号を読み出すランダムアクセス（特にセミランダムアクセスと称する）にすることも考えられる。本実施形態の場合、カラム読出しを行なうので、フルランダムアクセスよりもセミランダムアクセスを適用するのが好適である。
【００６１】
本実施形態では、ＲＴＳノイズの低減を目的とする平均化処理時には、ＲＴＳノイズの大きな単位画素３（特に特定画素３ａと称する）を対象として、蓄積されている信号を複数回読み出して平均加算することで、特定画素３ａのノイズを選択的に抑圧する手法を採る。また、特定画素３ａの選択処理時や平均化処理時には、同一画素の信号を複数回読み出すので、信号を読み出した後にも信号電荷が単位画素３に蓄積され続けている形態の構造（いわゆる非破壊読出しが可能な構造）を持つことが必要となる。ＣＭＤ画素は、このような要求に応え得る典型的なものである。
【００６２】
さら、本実施形態では、ＲＴＳノイズの低減を目的とする平均化処理時には、ランダムアクセスを適用して特定画素３ａの位置にアクセスする手法を採る。ただし、ランダムアクセスを適用することは必須ではなく、順番に画素位置を走査していき、特定画素３ａの存在する位置に達したときに、特定画素３ａについて複数回の信号の読取りと平均化を行なうようにしてもよい。ただしこの場合、ランダムアクセスを適用する場合よりも処理時間が掛る難点がある。
【００６３】
また、通信・タイミング制御部２０では、端子５ａを介して入力される入力クロックCLK0（マスタークロック）に同期したクロックをデバイス内の各部、たとえば水平走査部１２、垂直走査部１４、カラムＡＤ変換部２６などに供給する。
【００６４】
カラムＡＤ変換部２６の各ＡＤ変換部２５０には、カウントクロックＣＫcnt1が共通に供給されており、対応する列の単位画素３のアナログの画素信号電圧Ｖｘを受けて、その画素信号電圧Ｖｘを処理する。たとえば、各ＡＤ変換部２５０は、画素信号電圧Ｖｘを、カウントクロックＣＫcnt1を用いて、デジタルデータに変換するＡＤＣ(Analog Digital Converter)回路を持つ。
【００６５】
カラムＡＤ変換部２６におけるＡＤ変換処理としては、行単位で並列に保持されたアナログ信号（画素信号電圧Ｖｘ）を、列ごとに設けられたＡＤ変換部２５０を使用して、行ごとに並列にＡＤ変換する方法を採る。この際には、参照信号比較型ＡＤ変換の手法を使用する。この手法は、簡単な構成でＡＤ変換器が実現できるため、並列に設けても回路規模が大きくならないという特徴を有している。
【００６６】
［カラムＡＤ回路と参照信号生成部の詳細］
参照信号比較型のＡＤ変換に当たっては、変換開始（比較処理の開始）から変換終了（比較処理の終了）までの時間に基づいてカウント動作有効期間（その期間を示す信号をカウントイネーブル信号ENと称する）を決定し、カウントイネーブル信号ENに基づきアナログの処理対象信号をデジタルデータに変換する。
【００６７】
カウント動作有効期間としては、ＡＤ変換部２５０にて第１相の変換結果と第２相の変換結果の差分処理を行なう場合には、種々の方法を採り得る。たとえば一般的には、各相の処理時に何れも、カウント開始を参照信号SLP_ADC の変化開始時点としカウント終了を参照信号SLP_ADC と処理対象信号電圧とが一致する時点（事実上は交差する時点：以下同様）とする第１処理例を採り得る。この場合、１画素の信号成分Ｖsig のデジタルデータＤsig を取得するための第１相・第２相のカウント処理において、カウンタを、ダウンカウント動作とアップカウント動作を切り替えて動作させる。
【００６８】
または、ＡＤ変換部２５０にて第１相成分と第２相成分との間の差分処理を行なう場合に、次の第２処理例を採ることもできる。各相の処理の何れか一方は、カウント開始を参照信号SLP_ADC の変化開始時点としカウント終了を参照信号SLP_ADC と処理対象信号電圧とが一致する時点とする。他方はカウント開始を参照信号SLP_ADC と処理対象信号電圧とが一致する時点としカウント終了をその回の所望のカウント数に到達する時点（典型的には最大ＡＤ変換期間が到達した時点）とする。この場合、カウンタは、第１相・第２相のカウント処理において、ダウンカウント動作とアップカウント動作の何れか一方のみで動作すればよい。
【００６９】
考え方としては、ＡＤ変換部２５０の後段（たとえばデジタル演算部２９）にて第１相成分と第２相成分との間の差分処理を行なうことも考えられる。この場合には、次の第３処理例を採ることもできる。各相の処理時に何れも、カウント開始を参照信号SLP_ADC の変化開始時点とする。カウント終了を参照信号SLP_ADC と処理対象信号電圧とが一致する時点、もしくはカウント開始を参照信号SLP_ADC と処理対象信号電圧とが一致する時点としカウント終了をその回の所望のカウント数に到達する時点（典型的には最大ＡＤ変換期間が到達した時点）とする。この場合、カウンタは、第１相・第２相のカウント処理において、ダウンカウント動作とアップカウント動作の何れか一方のみで動作すればよい。
【００７０】
ＡＤ変換部２５０にて差分処理を完結させておくときには、この第３処理例は採らない。ただし、第１相データと第２相データを個別に出力部２８側に転送し、ＡＤ変換部２５０の後段にて（たとえばデジタル演算部２９で）差分処理を行なうようにしてもよい。
【００７１】
なお、ここでは、３つの処理例を説明したが、その他にも、ＡＤ変換部２５０にてＡＤ変換と差分処理（たとえばＣＤＳ処理）を行なう参照信号比較型のＡＤ変換方式が種々知られており、それらも基本的には後述する実施形態で採用し得るものである。
【００７２】
何れの処理例においても、原理的には、コンパレータ（電圧比較器）にランプ状の参照信号SLP_ADC を供給するとともに、垂直信号線１９ａを介して入力されたアナログの画素信号電圧Ｖｘを参照信号SLP_ADC と比較する。この過程で、カウント動作有効期間に入るとクロック信号でのカウント（計数）を開始することによって、指定されているカウント動作有効期間におけるクロック数をカウントすることでＡＤ変換を行なう。
【００７３】
ＡＤ変換部２５０は、比較部２５２（COMP：コンパレータ）とカウンタ部２５４を備えて構成されている。比較部２５２は、参照信号生成部２７で生成される参照信号SLP_ADC と行制御線１５ごとに単位画素３から垂直信号線１９（Ｈ１，Ｈ２，…，Ｈｈ）を経由し得られるアナログの画素信号を比較する。カウンタ部２５４は、比較部２５２が比較処理を完了するまでの時間と一定の関係を持つカウントイネーブル信号ENのアクティブ期間をカウントクロックＣＫcnt1でカウントし、カウント結果を保持する。
【００７４】
参照信号生成部２７は、ＤＡ変換部２７０（ＤＡＣ；Digital Analog Converter）を有して構成されている。参照信号生成部２７は、通信・タイミング制御部２０からの制御データＣＮ４で示される初期値からカウントクロックＣＫdac1に同期して、階段状の鋸歯状波（ランプ波形；以下参照信号SLP_ADC とも称する）をＤＡ変換部２７０により生成する。参照信号生成部２７は、カラムＡＤ変換部２６の個々のＡＤ変換部２５０に、生成した階段状の鋸歯状波の参照信号SLP_ADC をＡＤ変換用の参照電圧（ＡＤＣ基準信号）として供給するようになっている。図示を割愛しているが、ノイズ防止用のフィルタを設けるとよい。カウントクロックＣＫdac1はカウンタ部２５４用のカウントクロックＣＫcnt1と同一にしてもよい。
【００７５】
通信・タイミング制御部２０から参照信号生成部２７のＤＡ変換部２７０に供給する制御データＣＮ４は、比較処理ごとの参照信号SLP_ADC が基本的には同じ傾き（変化率）となるように、時間に対するデジタルデータの変化率を同じにする情報も含んでいる。具体的には、電流を出力型のＤＡ変換回路を使用して、カウントクロックＣＫdac1に同期して、単位時間ごとに１ずつカウント値を変化せ、カウント値に応じた電流を出力するようにする。そして、電流信号を電流電圧変換用の抵抗素子で電圧信号に変換するようにする。
【００７６】
カラムＡＤ変換処理においては、列ごとに配された比較部２５２にＤＡ変換部２７０から参照信号SLP_ADC が共通に供給され、各比較部２５２が処理を担当する画素信号電圧Ｖｘについて、共通の参照信号SLP_ADC を使用して比較処理を行なう。カウンタ部２５４は、カウントイネーブル信号ENのアクティブ期間（Ｈレベルのとき）にカウントクロックＣＫcnt1を元にカウント処理を行ない、カウント処理終了時のカウント結果を保持する。
【００７７】
通信・タイミング制御部２０から各ＡＤ変換部２５０のカウンタ部２５４には、種々の制御情報を指示する制御信号ＣＮ５が入力されている。制御信号ＣＮ５はたとえば、カウンタ部２５４が第１相・第２相のカウント処理をダウンカウントモードで動作するのかアップカウントモードで動作するのかや、第１相のカウント処理における初期値Ｄini の設定やリセット処理などを指示するものである。
【００７８】
比較部２５２は、一方の入力端子（＋）は、他の比較部２５２の入力端子（＋）と共通に、参照信号生成部２７で生成される参照信号SLP_ADC が入力される。比較部２５２は、他方の入力端子（−）には、それぞれ対応する垂直列の垂直信号線１９ａが接続され、電流電圧変換部２４により電流電圧変換がなされた画素信号電圧Ｖｘが個々に入力される。
【００７９】
カウンタ部２５４のクロック端子ＣＫには、他のカウンタ部２５４のクロック端子ＣＫと共通に、通信・タイミング制御部２０からカウントクロックＣＫcnt1が入力されている。カウンタ部２５４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やリップルカウンタ形式に変更することで実現でき、１本のカウントクロックＣＫcnt1の入力で内部カウントを行なうようになっている。
【００８０】
カウンタ部２５４は、１画素の信号成分Ｖsig のデジタルデータＤsig を取得するための第１相・第２相のカウント処理において、ダウンカウント動作とアップカウント動作を切り替えて動作させる第１処理例をとり得る。この場合には、好ましくは、ダウンカウント動作とアップカウント動作を切替可能なアップダウンカウンタを用いるのがよい。
【００８１】
一方、第１相・第２相のカウント処理において、ダウンカウント動作とアップカウント動作の何れか一方のみで動作すればよい第２処理例や第３処理例の場合には、その動作に対応するアップカウンタもしくはダウンカウンタの何れかであれば十分である。ただし、原理的には、利用形態として、ダウンカウント動作とアップカウント動作を切替可能なアップダウンカウンタを用いて、ダウンカウント動作とアップカウント動作の何れか一方で動作させるようにしても差し支えない。しかしながら通常は、アップダウンカウンタは、そのモード切替用の回路構成が必要であり、アップカウンタやダウンカウンタと言った単一のカウントモードのみに対応した構成に比べると回路規模が大きくなる。このため、何れか一方のみで動作すればよい場合にはアップダウンカウンタを採用しないのがよい。
【００８２】
カウンタ部２５４には、水平走査部１２から制御線１２ｃを介して制御パルスが入力される。カウンタ部２５４は、カウント結果を保持するラッチ機能を有しており、制御線１２ｃを介しての制御パルスによる指示があるまでは、カウンタ出力値を保持する。
【００８３】
個々のＡＤ変換部２５０の出力側はたとえば、カウンタ部２５４の出力を水平信号線１８に接続することができる。または、図示のように、カウンタ部２５４の後段に、カウンタ部２５４の保持したカウント結果を保持するラッチを具備したデータ記憶部２５６（メモリ装置）と、カウンタ部２５４とデータ記憶部２５６との間に配されたスイッチ部２５８を備える構成でもよい。スイッチ部２５８は、垂直列ごとにスイッチSWを有する。
【００８４】
データ記憶部２５６を備える構成の場合、スイッチSWには、他の垂直列のスイッチSWと共通に、通信・タイミング制御部２０から、所定のタイミングで、制御パルスとしてのメモリ転送指示パルスＣＮ８が供給される。スイッチ部２５８のスイッチSWは、メモリ転送指示パルスＣＮ８が供給されると、対応するカウンタ部２５４のカウント値をデータ記憶部２５６に転送する。データ記憶部２５６は、転送されたカウント値を保持・記憶する。
【００８５】
カウンタ部２５４のカウント値を所定のタイミングでデータ記憶部２５６に保持させる仕組みは、両者間にスイッチ部２５８を配する構成に限らない。たとえば、カウンタ部２５４とデータ記憶部２５６を直接に接続しつつ、カウンタ部２５４の出力イネーブルをメモリ転送指示パルスＣＮ８で制御することで実現することもできる。データ記憶部２５６のデータ取込タイミングを決めるラッチクロックとしてメモリ転送指示パルスＣＮ８を用いることでも実現できる。
【００８６】
データ記憶部２５６には、水平走査部１２から制御線１２ｃを介して制御パルスが入力される。データ記憶部２５６は、制御線１２ｃを介しての制御パルスによる指示があるまでは、カウンタ部２５４から取り込んだカウント値を保持する。
【００８７】
水平走査部１２は、カラムＡＤ変換部２６の各比較部２５２とカウンタ部２５４とが、それぞれが担当する処理を行なうのと並行して、各データ記憶部２５６が保持していたカウント値を読み出す読出走査部の機能を持つ。
【００８８】
データ記憶部２５６の出力は、水平信号線１８に接続されている。水平信号線１８は、ＡＤ変換部２５０のビット幅分もしくはその２倍幅分（たとえば相補出力とするとき）の信号線を有し、それぞれの出力線に対応したセンスアンプ２８ａを有する出力部２８に接続される。
【００８９】
データ記憶部２５６を備えた構成とすれば、カウンタ部２５４が保持したカウント結果を、データ記憶部２５６に転送することができる。このため、カウンタ部２５４のカウント動作すなわちＡＤ変換処理と、カウント結果の水平信号線１８への読出動作を独立して制御可能であり、ＡＤ変換処理と外部への信号の読出動作を並行して行なうパイプライン動作が実現できる。
【００９０】
このような構成において、ＡＤ変換部２５０は、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、比較部２５２では、参照信号生成部２７からの参照信号SLP_ADC と、垂直信号線１９ａを介して入力される画素信号電圧Ｖｘを比較する。双方の電圧が同じになると、比較部２５２の比較出力Co（コンパレート出力）が反転する。たとえば、比較部２５２は、電源電位などのＨレベルをインアクティブ状態として、画素信号電圧Ｖｘと参照信号SLP_ADC とが一致したときに、Ｌレベル（アクティブ状態）へ遷移する。
【００９１】
カウンタ部２５４は、比較部２５２からの比較出力Coをカウントイネーブル信号ENとして使用する。カウンタ部２５４は、カウントイネーブル信号ENがアクティブの期間（比較部２５２の比較出力CoがＨの期間）のカウントクロックＣＫcnt1の数を画素データとしてラッチ（保持・記憶）することでＡＤ変換を完了する。
【００９２】
通信・タイミング制御部２０は、通常のＡＤ変換処理時にはｎビットでＡＤ変換を行ない、多重加算ＡＤ変換処理時にはｎビットでＷ回のＡＤ変換を行ないデジタル積分処理を実行するように、参照信号生成部２７やカウンタ部２５４を制御する。これに対応するように、本実施形態では、カウンタ部２５４、データ記憶部２５６、スイッチ部２５８、および水平信号線１８はそれぞれ、“ｎ＋Ｍ”ビットに対応した構成を採っている。
【００９３】
ここで、参照信号比較型のＡＤ変換処理を複数回繰り返すときの回数Ｗと、カウンタ部２５４に対するｎビットからの増分のビット数Ｍとは、“２＾（Ｍ−１）＜Ｗ≦２＾Ｍ”を満たすようにする。たとえば、繰返し回数Ｗが２のときは１ビット分増やし、繰返し回数Ｗが３または４のときは２ビット分増やし、繰返し回数Ｗが５〜８の何れかのときは３ビット分増やすことになる。これは、参照信号比較型のＡＤ変換処理をＷ回繰り返すと、信号のデジタルデータがＷ倍となり、これを問題なく処理するために必要なビット数の関係から規定されるものである。
【００９４】
［参照信号生成部］
図２は、固体撮像装置１において使用される参照信号生成部２７のＤＡ変換部２７０の構成例を示す図である。ＤＡ変換部２７０は、定電流源の組合せで構成されている電流源部３０２と、カウンタ部３１２と、オフセット生成部３１４と、電流源制御部３１６と、基準電流値Ｉ_0を設定する基準電流源部３３０を備え、電流出力型のＤＡ変換回路となっている。電流源部３０２の電流出力端には、電流電圧変換用の素子として、抵抗値Ｒ_340の抵抗素子３４０が接続されている。
【００９５】
電流源部３０２は、所定の規定電流値を出力する定電流源３０４を有する。電流源部３０２の各定電流源３０４の電流値を如何様に設定するかや、どのように配列して制御するかは様々である。ここでは、理解を容易にするため、一例として、定電流源３０４は、ビット分の定電流源３０４を有し、各定電流源３０４は基準電流源部３３０により設定された基準電流値Ｉ_0に対してビットの重みを持つ電流を出力するものとする。
【００９６】
たとえば１３ビット対応とする場合、０ビット目の定電流源３０４_0は２＾０×Ｉ_0、１ビット目の定電流源３０４_1は２＾１×Ｉ_0、…、１１ビット目の定電流源３０４_11 は２＾１１×Ｉ_0、１２ビット目の定電流源３０４_12 は２＾１２×Ｉ_0を出力する。“＾”はべき乗を示す。定電流源３０４の各電流出力端は共通に接続され、さらに抵抗素子３４０を介して、参照信号SLP_ADC の初期電位SLP_ini に相当する基準電源Ｖref に接続されている。基準電源Ｖref は制御データＣＮ４に含まれている比較処理ごとの参照信号SLP_ADC の初期値を指示する情報に基づき設定されるが、この基準電源Ｖref 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。
【００９７】
基準電流源部３３０は、定電流源３３２と、定電流源３３２の負荷となるＰch型のトランジスタ３３４と、ゲイン変更部３３６と、ゲイン変更部３３６から出力された電流を電流源部３０２の各定電流源３０４に与えるＮch型のトランジスタ３３８を有する。定電流源３３２は、一端が負電源あるいは接地に接続された初期電流Iiniを発生する。トランジスタ３３４は、ソースが正電源に接続され、ドレイン・ゲートが共通に定電流源３３２の出力端に接続され、かつゲイン変更部３３６の図示しないトランジスタとカレントミラー接続されている。
【００９８】
ゲイン変更部３３６は、その詳細は図示を割愛するが、トランジスタ３３４からのミラー電流を所定倍にした基準電流値Ｉ_0をトランジスタ３３８に供給する。トランジスタ３３８は、ソースが負電源もしくは接地に接続され、ドレイン・ゲートが共通にゲイン変更部３３６の出力端に接続され、かつ電流源部３０２の各定電流源３０４とカレントミラー接続されている。
【００９９】
ゲイン変更部３３６は、制御データＣＮ４に含まれている比較処理ごとの参照信号SLP_ADC の傾き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ΔSLPdac（＝Ｉ_0×Ｒ_340）を設定し、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。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１０２４など）に対しての最大電圧幅を設定するだけでよい。基準電流源部３３０の定電流源３３２の初期電流量Ｉiniに対するゲインを変えることで、クロック当たりのΔSLPdacが調整され、結果的に参照信号SLP_ADC の傾き（変化率）が調整される。
【０１００】
カウンタ部３１２は、通信・タイミング制御部２０からのカウントクロックＣＫdac1に基づきカウント動作をし、カウント結果を電流源制御部３１６に供給する。オフセット生成部３１４は、カウンタ部３１２のカウント値に基づく変化とは別に参照信号SLP_ADC に一定電位を与えるものであり、その情報を電流源制御部３１６に供給する。一定電位は「オフセット」である。電流源制御部３１６は、カウンタ部３１２のカウント値と電流源制御部３１６からのオフセット量の情報に基づき、何れの定電流源３０４をオン／オフさせるかを判断し、その判断結果に基づき定電流源３０４をオン／オフする。
【０１０１】
理解を容易にするため、以下では、特段の断りのない限りオフセット量はゼロであるものとする。よって、ＤＡ変換部２７０は、カウンタ部３１２のカウント値が進むごとに、制御データＣＮ４に含まれている初期値を示す電圧から、１つのカウントクロックＣＫdac1ごとにΔSLPdacずつ電圧を変化させる。アップカウント動作にすればΔSLPdacずつ電圧が低下するので負の傾きになるし、ダウンカウント動作にすればΔSLPdacずつ電圧が上昇するので正の傾きになる。
【０１０２】
なお、ここで示した参照信号生成部２７の構成は一例に過ぎず、参照信号SLP_ADC の傾き調整手法はこのような手法に限定されない。たとえば、制御データＣＮ４にα（初期値）と傾き（変化率）βを含め、ｙ＝α−β＊ｘなる関数を満たす参照信号SLP_ADC を生成できればよく、カウンタ部３１２を使用せずに参照信号生成部２７を構成してもよい。ただし、カウンタ部３１２を使用する構成は、参照信号SLP_ADC の生成が容易で、かつカウンタ部２５４との動作の対応を採り易い利点がある。
【０１０３】
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とし、ｙ＝α−β＊ｘによって算出される電位を出力する構成が考えられる。このとき、傾きβを指示する情報に基づく１つのカウントクロックＣＫdac ごとの電圧変化分ΔSLPdac（つまり参照信号SLP_ADC の傾きβ）の調整は、たとえばクロック数を変えることで実現される。それ以外にも、電流電圧変換用の抵抗値を変えることや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ΔSLPdacを調整することができる。
【０１０４】
＜固体撮像装置の基本動作＞
図３〜図３Ｂは、固体撮像装置１の基本動作を説明する図である。ここで、図３はＡＤ変換処理と差分処理に着目した固体撮像装置１の簡易的な回路構成図である。図３Ａは多重加算ＡＤ変換の動作を説明するイメージ図である。図３Ｂは、固体撮像装置１における多重加算ＡＤ変換とデジタル差分処理を説明するタイミングチャートである。ここでは、差分処理を併用する場合で説明するが、差分処理を併用することは必須でない。
【０１０５】
図３に示すように、画素アレイ部１０は、単位画素３としてのＣＭＤ３_1,1〜ＣＭＤ３_h,vをマトリックス状に配列し、その各ドレイン端子には共通にビデオ電圧Ｖd （＞０）が印加されている。水平方向に配列された各行のＣＭＤ群のゲート端子は行制御線１５_1〜１５_vにそれぞれ接続され、垂直方向に配列された各列のＣＭＤ群のソース端子は垂直信号線１９_1〜１９_hにそれぞれ接続されている。
【０１０６】
垂直信号線１９_1〜１９_hは、それぞれリセット用、明時用、および暗時用の各Ｐ型のスイッチトランジスタ３３（ＰＭＯＳ：詳細にはリセットトランジスタ３４、明時トランジスタ３６、暗時トランジスタ３８）に接続されている。リセットトランジスタ３４の垂直信号線１９の反対側はリセット線５７と接続され、明時トランジスタ３６および暗時トランジスタ３８の垂直信号線１９と反対側は電流電圧変換部２４と接続されている。
【０１０７】
各スイッチトランジスタ３３は、ゲートが垂直走査部１４あるいは通信・タイミング制御部２０のシステム制御部２０ｂと接続され、それぞれ対応する制御信号φrst ，φlight ，φdarkが供給されるようになっている。
【０１０８】
詳細説明は割愛するが、水平帰線期間の読出し期間に入ると、明時トランジスタ３６あるいは暗時トランジスタ３８がオンすることで、ＣＭＤ３_i,jのソース端子と電流電圧変換部２４が接続され、選択された行ｉの各ＣＭＤ３_i,jのソース電流が電流電圧変換部２４（の電流電圧変換回路２４ａ（Ｉ→Ｖ））に一斉に入力され画素信号電圧Ｖｘに変換される。
【０１０９】
この例では、明時トランジスタ３６と暗時トランジスタ３８を設けており、電流電圧変換時に電流モードで差分処理を行なうことで、固定パターン雑音が除去された画素信号電圧Ｖｘを取得するように対処することも可能である。電流モードでの差分処理が不要であれば、明時トランジスタ３６と暗時トランジスタ３８の何れか一方があれば十分である。
【０１１０】
［通常のＡＤ変換処理］
ＡＤ変換部２５０では、先ず、電流電圧変換部２４から出力されたアナログの画素信号電圧Ｖｘを、垂直信号線１９ａごとに配置されたＡＤ変換部２５０の比較部２５２で参照信号SLP_ADC と比較する。このとき、比較部２５２と同様に列ごとに配置されたカウンタ部２５４をカウントイネーブル信号ENに基づき動作させておく。そして、参照信号SLP_ADC のある電位とカウンタ部２５４を１対１の対応をとりながら変化させることで、垂直信号線１９ａの画素信号電圧Ｖｘをデジタルデータに変換する。
【０１１１】
ここで、従来の仕組みでは、先ず、第１相の信号の処理時、つまり第１相レベルＳ_1stについてのＡＤ変換期間である第１相の処理期間においては、カウンタ部２５４の各フリップフロップのカウント値を初期値“０”にリセットさせる。そして、カウンタ部２５４をダウンカウントモードに設定して、比較部２５２による参照信号SLP_ADC と画素信号電圧Ｖｘの第１相レベルとの比較処理とカウンタ部２５４によるカウント処理を並行して動作させることで、第１相レベルのＡＤ変換を行なう。これにより、カウンタ部２５４には、第１相レベルＳ_1stの大きさに対応したデジタル値（第１相データ）Ｄ_1stを示す（符号を加味すれば−Ｄ_1stを示す）カウント値が保持される。
【０１１２】
続いての第２の信号の処理時、つまり第２相レベルＳ_2ndについてのＡＤ変換期間である第２相の処理期間には、第１相レベルＳ_1stに加えて、単位画素３ごとの入射光量に応じた信号成分Ｖsig を読み出し、第１相の読出しと同様の動作を行なう。先ず、カウンタ部２５４を第１相処理時とは逆のアップカウントモードに設定して、比較部２５２による参照信号SLP_ADC と画素信号電圧Ｖｘの第２相レベルとの比較処理とカウンタ部２５４によるカウント処理を並行して動作させる。これにより第２相レベルのＡＤ変換を行なう。
【０１１３】
このとき、第１相の読出しおよびＡＤ変換時に取得された画素信号電圧Ｖｘの第１相レベルＳ_1stのデジタル値（第１相データ）Ｄ_1stをスタート点として、第１相とは逆にアップカウントする。第２相レベルＳ_2ndは、第１相レベルＳ_1stに信号成分Ｖsig を加えたレベルであるので、第２相レベルＳ_2ndのＡＤ変換結果のカウント値は、基本的には“Ｄ_1st＋Ｄ_2nd”である。しかし、アップカウントの開始点を、第１相レベルＳ_1stのＡＤ変換結果である“−Ｄ_1st”としているので、実際にカウンタ部２５４に保持されるカウント値は、“−Ｄ_1st＋（Ｄ_2nd＋Ｄ_1st）＝Ｄ_2nd”となる。
【０１１４】
つまり、カウンタ部２５４におけるカウント動作を、第１相の処理時にはダウンカウント、第２相の処理時にはアップカウントと、それぞれのカウントモードを異なるものとしているので、カウンタ部２５４内で、差分処理（減算処理）が自動的に行なわれる。第１相レベルＳ_1stのＡＤ変換結果であるカウント数“−Ｄ_1st”と第２相レベルＳ_2ndのＡＤ変換結果であるカウント数“Ｄ_1st＋Ｄ_2nd”との間での差分処理が行なわれ、この差分処理結果に応じたカウント数Ｄ_2ndがカウンタ部２５４に保持される。この差分処理結果に応じたカウンタ部２５４に保持されるカウント数Ｄ_2ndは信号成分Ｖsig に応じた信号データを表すものとなる。
【０１１５】
このようにして、第１相の処理時におけるダウンカウントと第２相の処理時におけるアップカウントといった、２回の読出しとカウント処理によるカウンタ部２５４内での差分処理によって、単位画素３ごとのばらつきを含んだ第１相レベルＳ_1stを除去できる。単位画素３ごとの入射光量に応じた信号成分Ｖsig のみのＡＤ変換結果を簡易な構成で取得することができる。よって、ＡＤ変換部２５０は、アナログの画素信号をデジタルの画素データに変換するデジタル変換部としてだけでなく、ＣＤＳ（相関２重サンプリング）処理などの差分処理の機能部としても動作することとなる。
【０１１６】
［多重加算ＡＤ変換処理］
一方、本実施形態では、図３Ａに示すように、１水平走査期間内における第１相と第２相のカウントモード関係については従前と同じにする。さらに、第１相および第２相の各ＡＤ変換処理時に、それぞれ同一信号について、参照信号比較型のＡＤ変換処理を複数回（Ｗ回とする）連続して行なうようにする。Ｗは２以上の正の整数であり、図３Ａ（１）ではＷ＝２の場合を示し、図３Ａ（２）ではＷ＝３の場合を示している。
【０１１７】
なお、好ましくは、２回目以降の処理時には、ＡＤ変換用の参照信号SLP_ADC の変化のさせ方は１回目と同じにし、それ以前のＡＤ変換結果をスタート点として、同一のカウントモードでカウント処理する。
【０１１８】
こうすることで、第１相および第２相の各処理においては、同一信号のＡＤ変換結果をＷ倍したデータ（加算データ）が得られる。第１相と第２相でカウントモードを逆にすることとの組合せにより、“−Ｗ・Ｄ_1st＋Ｗ・（Ｄ_2nd＋Ｄ_1st）＝Ｗ・Ｄ_2nd”なる演算結果が得られることになる。カウンタ部２５４がデジタル積分器の機能をなしていることが理解される。信号はＷ倍となるがノイズは√Ｗ倍となると考えられるのでノイズ特性の向上が図られる。アナログ加算のようなダイナミックレンジの問題を伴わずにランダムノイズを低減することができる。
【０１１９】
Ｗ・Ｄ_2ndをそのまま使用するアプリケーションとすれば、出力データとしてダイナミックレンジ拡大を図ることができる。第１相と第２相のそれぞれについて複数回の参照信号比較型のＡＤ変換処理を実行して加算のみを行なうことで、同じ画像を複数回加算した画像を得ることができると言うことであり、同じゲイン設定でも、レンジが２倍のデータを取得することができる。たとえば、第１相および第２相の各参照信号比較型のＡＤ変換処理に関して、通常の明るさの撮影時には従前と同じように１回の処理を行なうが、低照度下の撮影時には同一信号についてＷ回の処理を行なうことで、低照度側の撮影可能範囲を拡大できる。元のレベルと同じ大きさのデータが必要なアプリケーションのときには、Ｗ倍した加算データＷ・Ｄ_2ndを平均化すればよい、つまり加算平均をとればよい。
【０１２０】
このことから分かるように、ＡＤ変換部２５０では、本実施形態を適用しないときのビット幅ｎに対してＷ倍した加算データＷ・Ｄ_2ndが得られることになる。繰返し回数Ｗが“２＾（Ｍ−１）＜Ｗ≦２＾Ｍ”を満たすものとしたとき、カウンタ部２５４、データ記憶部２５６、スイッチ部２５８、および水平信号線１８はそれぞれ、“ｎ＋Ｍ”（Ｍは１以上の正の整数）ビットに対応した構成が必要となる（図１を参照）。たとえば、ｎ＝１２，Ｍ＝１でＷ＝２としたときには、カウンタ部２５４、データ記憶部２５６、スイッチ部２５８、および水平信号線１８はそれぞれ、１３ビットに対応した構成が必要となる。
【０１２１】
たとえば、図３Ｂでは、Ｗ＝２としたときについて、カウンタ出力も示している。先ず、第１相処理時には、カウンタ部２５４の各フリップフロップのカウント値を初期値“０”にリセットさせる。そして、カウンタ部２５４をダウンカウントモードに設定して、比較部２５２による参照信号SLP_ADC と第１相レベルＳ_1stとの比較処理とカウンタ部２５４によるカウント処理を並行して動作させることで、第１相レベルのＡＤ変換を行なう。これにより、１回目の処理が終わったカウンタ部２５４には、第１相レベルＳ_1stの大きさに対応したデジタル値Ｄ_1stを示す（符号を加味すれば−Ｄ_1stを示す）カウント値が保持される。
【０１２２】
続いての第１相の２回目の処理時には、１回目の第１相レベルＳ_1stのデジタル値Ｄ_1st（ここでは負の値となっている）をスタート点とする。そして、１回目と同じダウンカウントモードで、比較部２５２による参照信号SLP_ADC と第１相レベルＳ_1stとの比較処理とカウンタ部２５４によるカウント処理を並行して動作させることで、２回目の第１相レベルのＡＤ変換を行なう。これにより、２回目の処理が終わったカウンタ部２５４には、第１相レベルＳ_1stの大きさの２倍に対応したデジタル値２・Ｄ_1stを示す（符号を加味すれば−２・Ｄ_1stを示す）カウント値が保持される。つまり、第１相について、２回連続した参照信号比較型のＡＤ変換処理をして、カウンタ部２５４にマイナスカウントとして保持しておく。
【０１２３】
続いての第２相の１回目の処理時には、第１相の読出しおよびＡＤ変換時に取得された画素信号電圧Ｖｘの第１相レベルＳ_1stに対応するデジタル値２・Ｄ_1st（ここでは負の値となっている）をスタート点とする。そして、第１相とは逆のアップカウントモードで、比較部２５２による参照信号SLP_ADC と第２相レベルＳ_2ndとの比較処理とカウンタ部２５４によるカウント処理を並行して動作させることで、１回目の第２相レベルのＡＤ変換を行なう。これにより、第２相の１回目の処理が終わったカウンタ部２５４には、“−２・Ｄ_1st＋（Ｄ_2nd＋Ｄ_1st）＝−Ｄ_1st＋Ｄ_2nd”を示すカウント値が保持される。
【０１２４】
続いての第２相の２回目の処理時には、１回目のカウント結果（−Ｄ_1st＋Ｄ_2nd）をスタート点とする。そして、１回目と同じアップカウントモードで、比較部２５２による参照信号SLP_ADC と第２相レベルＳ_2ndとの比較処理とカウンタ部２５４によるカウント処理を並行して動作させることで、２回目の第２相レベルのＡＤ変換を行なう。これにより、２回目の処理が終わったカウンタ部２５４には、“−Ｄ_1st＋Ｄ_2nd＋（Ｄ_2nd＋Ｄ_1st）＝２・Ｄ_2nd”を示すカウント値が保持される。
【０１２５】
このように、本実施形態では、第１相についてＷ回連続したダウンカウントモードでの参照信号比較型のＡＤ変換処理をし、引き続き、第２相についてＷ回連続したアップカウントモードでの参照信号比較型のＡＤ変換処理をする。こうすることで、第１相についてのＷ回分のデータ（符号を加味すると負の値）と第２相についてのＷ回分のデータとの加算演算処理がなされる。同じ第１相レベルＳ_1stおよび第２相レベルＳ_2ndの差分処理を行ない、かつ加算する動作を行なうことができる。このような、Ｗ回サンプリングによるＡＤ変換と差分処理を、多重加算ＡＤ変換処理やデジタル積分処理やＷ回加算ＡＤ変換処理やＷ回積分ＡＤ変換処理などと称する。
【０１２６】
この多重加算ＡＤ変換処理によって得られた加算データＷ・Ｄ_2ndは水平転送によって出力部２８に送られる。出力部２８では、デジタル演算部２９において、デジタル信号処理によりＷで割り算をすることで、加算平均されたデータＤ_2ndを取得する。信号成分はＷ倍となるがランダムノイズは√Ｗになるためノイズ特性（Ｓ／Ｎ）を改善できる。このような多重加算ＡＤ変換処理では、アナログ加算のようなダイナミックレンジを気にすることなく、量子化ノイズやランダムノイズが低減できる。さらに、前述のように、加算平均をとらずにＷ・Ｄ_2ndのまま利用するデジタル化した信号で加算するアプリケーションとすれば、ゲインアップやダイナミックレンジの拡大が可能になる。
【０１２７】
＜ＲＴＳノイズ抑制処理：第１実施形態＞
図４〜図４Ｂは、本実施形態の画像取得方法における最大の特徴であるＲＴＳノイズ抑制処理の第１実施形態を説明する図である。ここで、図４は、ＲＴＳノイズを説明する図である。図４Ａ（１）は、本実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理の基本原理を説明するフローチャートであり、図４Ａ（２）は、その垂直走査レートでのタイミングチャートである。図４Ｂは、本実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理を適用した一事例を説明する図である。
【０１２８】
イメージセンサにおいて、画素縮小化に伴い、ＲＴＳノイズが顕在化してくることが指摘されている。ＲＴＳノイズは、ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜の界面準位による電子のランダムな捕獲と放出が原因であり、従来の１／ｆノイズは、種々の時定数を持ったＲＴＳノイズが重ね合わされて観測されたものであると考えられている。つまり、各単位画素３にソースホロアとして駆動する素子としてＭＯＳトランジスタを有しているが、このゲート直下であるシリコンＳｉ内のチャネル部に何らかのエネルギー準位が存在し、ソースからドレーンへ電子が流れるときに、このエネルギー準位の影響で信号値にノイズとして現れる現象であると考えられている。このエネルギー準位が、複数存在している場合には１／ｆノイズとして検知され、１つのエネルギー準位の影響で比較的大きなノイズが発生するのがＲＴＳノイズであり、たとえば、動画撮影画像で多数の白い粒ノイズがランダムに発生する現象として現れる。ＲＴＳノイズの影響で、画像内にノイズが目立ち、また、官能的には不快なノイズとなる。
【０１２９】
図４にはＲＴＳノイズの状態が模式的示されている。図中の横軸は時間であり、縦軸はＲＴＳノイズの大きさである。図示のように、信号値に対して、ＲＴＳノイズの大きさは、プラス，マイナスの両方に振れる。この振れに応じてノイズが画像として現れ、またノイズレベルが大きいために目立ってしまう。
【０１３０】
ＲＴＳノイズを抑制する手法としては、従来は、専らデバイス構造の改善を図ることに主眼がおかれており、何れも、チャネル部にエネルギー準位を１つでも発生させないようなプロセス技術であるといえる。たとえば、１／ｆノイズ対策と同様に、ゲート面積拡大、ゲート酸化膜薄膜化、ＰＭＯＳ化、ゲート酸化膜自体を改良してノイズ低減させる手法、画素ソースフォロワの埋込みチャネル化（界面状態の影響を受け難くするための手法）、などが考えられている。しかしながら、現実には、未だ完全にはＲＴＳノイズを抑制できていない。
【０１３１】
そこで、本実施形態では、デバイス構造の側面ではなく、信号処理の側面からＲＴＳノイズを抑制する手法を提案する。
【０１３２】
［基本原理］
本実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理は、「非同時性」、「解像度低下」、「信号処理負荷大」を同時に解決する手法を採る。ここで、第１実施形態は、処理対象画素特定処理とランダムノイズ抑制処理の一連の工程を露光ごとに行なう点に特徴がある。図４Ａ（１）に示すフローチャートおよび図４Ａ（２）に示すタイミングチャートを参照して、その手順を説明する。
【０１３３】
先ず、画像取込みの対象となるデバイス（画素アレイ部１０）として、非破壊、ランダム読出しができるものを使用する（Ｓ１００）。本実施形態では、このような要件を満たすものとしてＣＭＤ素子を具備する画素アレイ部１０を固体撮像装置１が有している。
【０１３４】
そして、１回の露光で蓄積された信号を複数（ｍ）回読み出し（Ｓ１１４）、各回のＡＤ変換結果をデジタル演算部２９に転送する。デジタル演算部２９は、ｍ個のＡＤ変換結果のばらつきを計算し（Ｓ１１６）、ばらつきが大きい単位画素３を特定画素３ａとして選択する（Ｓ１１８）。ステップＳ１１４からステップＳ１１８までの処理を処理対象画素特定処理Ｓ１１と称する。
【０１３５】
各回の信号読出し時には、前述の多重加算ＡＤ変換処理を適用することで、ＡＤ変換に伴うノイズを抑制しておくのがよい。もちろん、この多重加算ＡＤ変換処理を併用することは、本実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理には必須ではない。
【０１３６】
ここで、複数回の読出しごとの信号値が全て同じであればランダムノイズがないということになるが、信号値にばらつきがある場合、ノイズ量が大きい部分はＲＴＳノイズであると考え、ばらつき量をＲＴＳノイズのレベルとする。そして、予め定められた基準値（閾値Ｔｈ_1）との比較処理をし、ＲＴＳノイズのレベルが閾値Ｔｈ_1を超えていたら（以上でもよい）、その単位画素３を特定画素３ａとして扱い、その画素位置の情報（アドレスデータ）を予め決められた記憶装置（メモリ）に記憶しておく。この場合の記憶装置は不揮発性のもの（電源を切ってもデータが保持されるもの）である必要はない。
【０１３７】
たとえば、固体撮像装置１の外部の主制御部にて特定画素３ａの位置情報を管理する第１の手法が考えられる。あるいは、固体撮像装置１内に記憶部を設け、システム制御部２０ｂにて管理する第２の手法も考えられる。一連の工程を露光ごとに行なう第１実施形態の場合には、処理が開始した後には固体撮像装置１側で対処できる第２の手法の方が好ましいと考えられる。
【０１３８】
その後、特定画素３ａを対象として、蓄積されている信号を複数（Ｍ）回読み出して（Ｓ１２６）、各回のＡＤ変換結果をデジタル演算部２９に転送する。Ｍはｍよりも大きな値とすることが好ましい。デジタル演算部２９は、Ｍ個のＡＤ変換結果の平均値（単純加算平均でよい）を取り、特定画素３ａの画素信号とする（Ｓ１２８）。ステップＳ１２６からステップＳ１２８までの処理を纏めてランダムノイズ抑制処理Ｓ１２と称する。
【０１３９】
ランダムノイズ抑制処理Ｓ１２によって、同一画素についてのＭ回の読出し信号を平均化することにより、特定画素３ａにてランダムに発生しているノイズレベルの大きなＲＴＳノイズを圧縮でき、画質Ｓ／Ｎを改善することができる。つまり、ＲＴＳノイズが大きな特定画素３ａのノイズを選択的に抑圧することができる。
【０１４０】
このとき、本実施形態ではカラム読出し方式を採っているので、同一ラインにある複数の特定画素３ａについて同時に処理できる。また、同一ラインにある複数の特定画素３ａについてだけでなく、特定画素３ａと同一ラインに存在する元々ＲＴＳノイズの少ない単位画素３についても、ＲＴＳノイズ抑制処理を適用することもできる。
【０１４１】
１回の露光で蓄積された信号を、非破壊により何度も（Ｍ回）読み出しているため、「同時性」が確保されている。また、１画素ごとに独立して処理を行なっているいるため、「解像度」を低下することがない。さらに、ＲＴＳノイズの大きな特定画素３ａのみを選択して、あるいはＲＴＳノイズの大きな特定画素３ａの存在するライン（行）のみを選択して、平均化処理を行なうため、「信号処理負荷」を低減することが可能である。
【０１４２】
なお、特定画素３ａとして選択されなかった単位画素３については、ステップＳ１１４にて読み込んでおいたｍ回の各情報の何れかを使用する第１の手法、あるいは、ｍ回の加算平均を使用する第２の手法の何れでもよい。第２の手法は、ｍ回についての加算平均により画像全体のノイズが抑制される一方、その加算平均のための処理時間や回路規模が増える。逆に、第１の手法は、画像全体のノイズを抑制するという機能が働かないが、そのｍ回についての加算平均のための処理時間や回路規模が増える難点はない。
【０１４３】
なお、本実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理を行なわない通常の撮像手法と比べた場合、全体の処理サイクルは、ｍ回の処理対象画素特定処理Ｓ１１を行なう分と、ランダムノイズ抑制処理Ｓ１２の分が追加されることになる。
【０１４４】
たとえば、図４Ａ（２−１）に示すように、通常時の画像取得処理Ｓ１０２を単純にｍ回繰り返すことで処理対象画素特定処理Ｓ１１とし、その後にランダムノイズ抑制処理Ｓ１２を行なう場合の全処理時間は、通常の処理と比べると各段に長くなってしまう。静止画撮像であれば許容されるかも知れないが、次回の静止画撮像までの待ち時間が掛るので、何らかの改善が望まれる所である。
【０１４５】
この対策としてはたとえば、図４Ａ（２−２）に示すように、通常時の画像取得処理Ｓ１０２と同じ期間で信号の読出しをｍ回繰り返すことで処理対象画素特定処理Ｓ１１とすることが考えられる。ただしこの場合、ｍ回の信号の読出しを通常時よりも高速に（好ましくはｍ倍で）行なわなければならない。
【０１４６】
また、処理対象画素特定処理Ｓ１１（＝通常時の画像取得処理Ｓ１０２）の分に、ランダムノイズ抑制処理Ｓ１２の分が追加されるのは図４Ａ（２−１）に示す場合と同様である。このとき、ランダムノイズ抑制処理Ｓ１２の分が通常の垂直ブランキング期間内に収まらない場合には（図４Ａ（２−２ｂ））、たとえば垂直ブランキング期間を長くすることが必要になり、全体の処理時間は通常時よりも長く掛ってしまうことになる。
【０１４７】
たとえば、Ｍ回の信号の読出しを通常時よりも高速に（好ましくはＭ倍で）行なったとしても、ＲＴＳノイズの大きな特定画素３ａの数が多くなると、ランダムノイズ抑制処理Ｓ１２の分が通常の垂直ブランキング期間内に収まらなくなることが起こり得る。この場合、ランダムノイズ抑制処理Ｓ１２の期間を通常の垂直ブランキング期間よりも長い垂直ブランキング期間ＢＬＫ１として設定することになる。
【０１４８】
この対策としてはたとえば、図４Ａ（２−３）に示すように、ステップＳ１１８において、通常の垂直ブランキング期間内に収まらせるための個数に関する閾値Ｔｈ_2の範囲で特定画素３ａを選択することが考えられる。特定画素３ａの個数を閾値Ｔｈ_2と一致させれば、ランダムノイズ抑制処理Ｓ１２の期間が通常の垂直ブランキング期間と一致する。
【０１４９】
この場合、選択された特定画素３ａの中にはノイズレベルに関する閾値Ｔｈ_1を下回るものがあってもよい。選択される特定画素３ａの個数を多くするには、閾値Ｔｈ_2を大きくする必要があり、実質的には、ランダムノイズ抑制処理Ｓ２２におけるＭ回の信号の読出しを通常時よりも高速に行なうことが必要となる。
【０１５０】
図４Ａ（２−３）に示す手法であれば、処理対象画素特定処理Ｓ１１におけるｍ回の信号の読出し（好ましくはランダムノイズ抑制処理Ｓ１２におけるＭ回の信号の読出しも）を通常時よりも高速に行なう必要があるが、動画撮像にも対処できると考えられる。ＲＴＳノイズは静止画よりも動画の方が問題になるが、図４Ａ（２−３）に示す手法を適用することで、その問題を解決できる。
【０１５１】
［事例］
図４Ｂには、本実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理（ノイズ圧縮法）の基本原理の適用事例が示されている。
【０１５２】
図の横軸はリニアで画素のランダムノイズレベルを示し、縦軸は対数でそのノイズを有する画素が１チップ内に存在する個数を示している。なお、ノイズレベルは、指定された取り込み枚数から求めたばらつき量である。
【０１５３】
取り込み枚数が少ない場合に顕著となる分布のテール部（ノイズレベル大の裾引き）は主にＲＴＳノイズによるものである。因みに、ｐｅａｋ部は１／ｆノイズと考えられる。
【０１５４】
先ず、非破壊かつランダム読出しが可能なＣＭＤ素子を持つ画素アレイ部１０に１回の露光で各単位画素３に信号を蓄積する。その信号を、ｍ回読み出し、そのばらつきを計算する（Ｓ１１４〜Ｓ１１６）。一例として、２回取込みをｂで示す矢指の線で示しているが、ランダムノイズレベルが大きな画素が存在している。
【０１５５】
ランダムノイズレベルに閾値Ｔｈ_1を設けて閾値Ｔｈ_1以上の単位画素３を選択する（Ｓ１１８）。図では閾値Ｔｈ_1を４と設定し、４を超える単位画素３として、図中にＢで示す矢指の線で囲んで示しているが、ランダムノイズレベルが大きな単位画素３が存在している。このＢで示す矢指の線で囲まれた単位画素３を特定画素３ａとして選択する。
【０１５６】
選択された特定画素３ａの数は、この場合では１０００以下（〜１０００）であり、１チップの全画素数からみて僅かである。
【０１５７】
次に選択した特定画素３ａだけ、Ｍ回信号を読み出して平均化することでノイズを圧縮する（Ｓ１２６〜Ｓ１２８）。一例として、１６回取込みをｃで示す矢指の線で示している。このとき、閾値Ｔｈ_1＝４以上として選択された特定画素３ａのノイズレベルは平均化処理により、図中にＣで示す矢指の線で囲んで示している状態に圧縮される。図の例では４〜８．５と大きかったノイズレベルが、２．５〜４．５にほぼ半減されている。
【０１５８】
つまり、２回読み出した信号のばらつきが閾値Ｔｈ_1以上の矢指Ｂの線で囲んで示している特定画素３ａを選択し、その特定画素３ａについての信号を１６回読み出し平均化すると、矢指Ｃで示す線で囲んで示している状態のようにＲＴＳノイズの抑圧ができる。
【０１５９】
また、このときの平均化処理は、チップ内の画素のうち特にランダムノイズレベルが大きい特定画素３ａに対して選択的に行なっているため、信号処理の負荷、具体的にはメモリや帯域が少なく、高速かつ安価な処理が可能である。
【０１６０】
このような処理により、従前のランダムノイズ圧縮法の課題である、「非同時性」、「解像度低下」、「信号処理負荷大」が解決された。取込み画像におけるノイズ、特に読み出しの際に発生するランダムノイズを、同時性を確保し、解像度を維持したまま圧縮することができ、画質を向上することができる。また、そのための後段信号処理を軽い負荷で可能とするため、低コスト、低消費電力化が実現できる。
【０１６１】
ＲＴＳノイズ抑制処理と多重加算ＡＤ変換処理を併用することで、画素信号の読出し時に発生するランダムノイズの低減を図るとともに、ＡＤ変換に伴って発生する量子化ノイズやランダムノイズ低減も図ることができ、全体のノイズを大幅に抑制できる。
【０１６２】
＜ＲＴＳノイズ抑制処理：第２実施形態＞
図５は、本実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理の第２実施形態を説明する図である。ここで、図５（１）は、本実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理の基本原理を説明するフローチャートであり、図５（２）は、その垂直走査レートでのタイミングチャートである。ステップ番号を２００番台で示し、第１実施形態と同様の処理ステップには、第１実施形態の１０番台および１番台と同じ番号を付して示す。
【０１６３】
第２実施形態は、任意の露光のタイミングで処理対象画素特定処理を行ない、特定画素３ａの位置情報を予め定められた記憶装置に保存しておき、露光ごとに特定画素３ａの位置情報を記憶装置から読み出して使用する点に特徴がある。以下、第１実施形態との相違に着目して説明する。
【０１６４】
先ず、画像取込みの対象となるデバイス（画素アレイ部１０）として、非破壊、ランダム読出しができるものを使用する（Ｓ２００）。そして、ある露光のタイミングで蓄積された信号を複数（ｍ）回読み出し（Ｓ２１４）、そのばらつきを計算し（Ｓ２１６）、ばらつきが大きい単位画素３を特定画素３ａとして選択し（Ｓ２１８）、その位置情報を記憶する（Ｓ２１９）。
【０１６５】
ランダムノイズレベルが大きな特定画素３ａを選択する測定を予め行なっておき、そのアドレスデータを記憶装置に保存しておくのである。この場合、固体撮像装置１の外部の主制御部で特定画素３ａの位置情報を管理する第１の手法の方が好ましいと考えられる。
【０１６６】
なお、次回の撮像までに電源がオフされることがあるので、特定した特定画素３ａの位置情報は、不揮発性の記憶装置（電源を切ってもデータが保持されるもの）に保存することが好ましい（Ｓ２１９）。ステップＳ２１４からステップＳ２１９までの処理を事前処理対象画素特定処理Ｓ２１と称する。この事前処理対象画素特定処理Ｓ２１は、撮像ごとに行なう必要はなく、任意の撮像時に行なえばよい。
【０１６７】
因みに、「任意撮像時」を「電源投入後の最初の撮像時」とする場合には、特定した特定画素３ａの位置情報の保持を「揮発性」の記憶装置に保存しても差し支えない。すなわち、特定画素３ａの検出を電源投入ごとに行なう場合には、特定した特定画素３ａの位置情報を揮発メモリで保持してもよい。
【０１６８】
その後の各回の撮像においては、先ず、通常時の画像取得処理Ｓ１０２と同様の画像取得処理Ｓ２２２（１回の信号読出し）を行なう。その後に、記憶装置から特定画素３ａの位置情報を読み出し（Ｓ２２４）、第１実施形態と同様にして、特定画素３ａを対象として、蓄積されている信号を複数（Ｍ）回読み出して（Ｓ２２６）、その平均値（単純加算平均でよい）を取る（Ｓ２２８）。ステップＳ２２４からステップＳ２２８までの処理を纏めてランダムノイズ抑制処理Ｓ２２と称する。
【０１６９】
第２実施形態では、第１実施形態の効果を同様に享受できるとともに、処理対象画素特定処理Ｓ１１と同様の事前処理対象画素特定処理Ｓ２１を撮像ごとに行なう必要がないので、各回の撮像においては、信号処理の負荷を一層軽減できる。
【０１７０】
ただし、ランダムノイズ抑制処理Ｓ１２と同様のランダムノイズ抑制処理Ｓ２２に関する事項は、第１実施形態と相違がない。たとえば、図５（２−１）に示すように、通常時と同様に画像取得処理Ｓ２２２の期間で信号の読出しを行なうが、その後に、ランダムノイズ抑制処理Ｓ２２の分が追加されるのは図４Ａ（２−１）に示す場合と同様である。このとき、ランダムノイズ抑制処理Ｓ２２を垂直ブランキング期間で行なうようにしたとしても、ランダムノイズ抑制処理Ｓ２２の分が垂直ブランキング期間内に収まらない場合には（図５（２−２ｂ））、全体の処理時間は通常時よりも長く掛ってしまうことになる。
【０１７１】
Ｍ回の信号の読出しを通常時よりも高速に（好ましくはＭ倍で）行なったとしても、ＲＴＳノイズの大きな特定画素３ａの数が多くなると、ランダムノイズ抑制処理Ｓ２２の分が垂直ブランキング期間内に収まらなくなることが起こり得る。この場合、ランダムノイズ抑制処理Ｓ２２の期間を通常の垂直ブランキング期間よりも長い垂直ブランキング期間ＢＬＫ１として設定することになる。
【０１７２】
この対策としてはたとえば、図５（２−３）に示すように、ステップＳ２１８において、垂直ブランキング期間内に収まらせるための個数に関する閾値Ｔｈ_2の範囲で特定画素３ａを選択することが考えられる。特定画素３ａの個数を閾値Ｔｈ_2と一致させれば、ランダムノイズ抑制処理Ｓ２２の期間が通常の垂直ブランキング期間と一致する。
【０１７３】
図５（２−３）に示す手法であれば、ランダムノイズ抑制処理Ｓ２２におけるＭ回の信号の読出しを通常時よりも高速に行なうことが好ましいが、動画撮像にも対処できると考えられる。前述のように、ＲＴＳノイズは静止画よりも動画の方が問題になるが、図５（２−３）に示す手法を適用することでも、その問題を解決できる。
【０１７４】
なお、第２実施形態の場合、処理対象画素特定処理Ｓ２１を撮像ごとには行なわないので、特定画素３ａとして選択されなかった単位画素３についてｍ回の加算平均により画像全体のノイズを抑制するという第１実施形態における第２の手法を採ることはできない。
【０１７５】
＜ＲＴＳノイズ抑制処理：第３実施形態＞
図６は、本実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理の第３実施形態を説明する図である。ここで、図６（１）は、本実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理の基本原理を説明するフローチャートであり、図６（２）は、その垂直走査レートでのタイミングチャートおよび垂直走査の概要を説明する図である。ステップ番号を３００番台で示し、第２実施形態と同様の処理ステップには、第２実施形態の１０番台および１番台と同じ番号を付して示す。
【０１７６】
第３実施形態は、第２実施形態と同様に任意の露光のタイミングで処理対象画素特定処理を行ない、特定画素３ａの位置情報を予め定められた記憶装置に保存しておき、露光ごとに特定画素３ａの位置情報を記憶装置から読み出して使用する点に特徴がある。第２実施形態との相違は、ランダムノイズ抑制処理を通常の信号の読取り過程で行なう点にある。以下、第２実施形態との相違に着目して説明する。
【０１７７】
事前処理対象画素特定処理Ｓ３１が完了するまでは第２実施形態と同様である。その後の各回の撮像においては、先ず、記憶装置から特定画素３ａの位置情報を読み出す（Ｓ３２１）。そして、通常時の画像取得処理Ｓ１０２と同様の画像取得処理（１回の信号読出し）を行なう過程で、垂直走査位置がＲＴＳノイズの大きな特定画素３ａの存在しないライン（行）では（Ｓ３２３−ＮＯ）、蓄積されている信号を１回読み出す（Ｓ３２５）。一方、垂直走査位置がＲＴＳノイズの大きな特定画素３ａの存在するライン（行）では（Ｓ３２３−ＹＥＳ）、蓄積されている信号を複数（Ｍ）回読み出して（Ｓ３２６）、その平均値（単純加算平均でよい）を取る（Ｓ３２８）。ステップＳ３２３からステップＳ３２８までの処理を纏めてランダムノイズ抑制処理Ｓ３２と称する。
【０１７８】
第３実施形態では、第１実施形態の効果を同様に享受できるとともに、第２実施形態と同様に事前処理対象画素特定処理Ｓ３１を撮像ごとに行なう必要がないので、各回の撮像においては、信号処理の負荷を第１実施形態よりも一層軽減できる。
【０１７９】
ただし、通常時と同様の画像取得処理Ｓ３２５を行なう過程にランダムノイズ抑制処理Ｓ３２が組み込まれた状態となるため、特定画素３ａの存在するラインと存在しないラインとで処理サイクル（垂直走査の進行速度）が変化する。このため、露光時間の相違がライン間で発生する、特定画素３ａの存在するライン数に応じて垂直走査期間（フレームレート）が変動するなどの現象が起こる。
【０１８０】
たとえば、図６（２−１）に示すように、ランダムノイズ抑制処理Ｓ３２は、垂直ブランキング期間ではなく、通常時と同様の画像取得処理Ｓ３２５（１回の信号読出し）を行なう過程に行なわれる。Ｍ回の信号の読出しを通常時と同様の処理速度ですると、画面上の垂直走査の進行が特定画素３ａの存在しないラインと存在するラインとで異なってしまう。その影響が露光時間の相違（「Ｍ−１」ライン分の時間差）として現われる。また、垂直走査期間が、「Ｍ−１」ライン分だけ長くなる。
【０１８１】
この対策としてはたとえば、図６（２−２）に示すように、ステップＳ３２６におけるＭ回の信号の読出しを通常時よりも高速に行なうことが考えられる。たとえばＭ回の信号の読出しを通常時のＭ倍で行なえば、画面上の垂直走査の進行速度は、特定画素３ａの存在しないラインも存在するラインも同じになる（垂直走査の進行速度は変化しない）。
【０１８２】
図６（２−２）に示す手法であれば、ランダムノイズ抑制処理Ｓ３２におけるＭ回の信号の読出しを通常時よりも高速に行なうことが必要となるが、特定画素３ａの存在するライン数に応じた垂直走査期間の変動もなく、動画撮像にも対処できると考えられる。前述のように、ＲＴＳノイズは静止画よりも動画の方が問題になるが、図６（２−２）に示す手法を適用することでも、その問題を解決できる。
【０１８３】
＜撮像装置＞
図７は、他の実施形態を説明する図である。この実施形態は、前述の固体撮像装置１の実施形態に採用していたＲＴＳノイズ抑制処理や多重加算ＡＤ変換処理の仕組みを、物理情報取得装置の一例である撮像装置に適用したものである。図７は、その撮像装置８の概略構成図である。
【０１８４】
撮像装置としても、ＲＴＳノイズ抑制処理や少なくとも１画素分の画素信号電圧Ｖｘについては多重加算ＡＤ変換処理やを行なうことで、画素信号読出し時のＲＴＳノイズの低減やＡＤ変換に伴う量子化ノイズの低減やダイナミックレンジの拡大ができる仕組みを実現できるようになる。
【０１８５】
この際、たとえば少なくとも、処理対象画素特定処理における繰返し回数ｍの設定およびランダムノイズ抑制処理における繰返し回数Ｍの設定などのＲＴＳノイズ抑制処理に関わる制御は、外部の主制御部において、制御用の指示情報を通信・タイミング制御部２０に対するデータ設定で任意に指定できるようにする。
【０１８６】
また、多重加算ＡＤ変換処理における繰返し加算Ｗの設定、カウントクロックＣＫcnt ，ＣＫdac の周波数設定、参照信号SLP_ADC の傾き設定などの多重加算ＡＤ変換処理に関わる制御は、外部の主制御部において、制御用の指示情報を通信・タイミング制御部２０に対するデータ設定で任意に指定できるようにする。
【０１８７】
ＲＴＳノイズ抑制処理や多重加算ＡＤ変換処理を行なわない通常の参照信号比較型のＡＤ変換処理の制御も外部の主制御部側の指令に基づいてできるようにするのがよい。
【０１８８】
具体的には、撮像装置８は、撮影レンズ８０２、光学ローパスフィルタ８０４、色フィルタ群８１２、画素アレイ部１０、駆動制御部７、カラムＡＤ変換部２６、参照信号生成部２７、カメラ信号処理部８１０を備えている。図中に点線で示すように、光学ローパスフィルタ８０４と合わせて、赤外光成分を低減させる赤外光カットフィルタ８０５を設けることもできる。
【０１８９】
撮影レンズ８０２は、蛍光灯や太陽光などの照明下にある被写体Ｚの像を担持する光Ｌを撮像装置側に導光して結像させる。色フィルタ群８１２は、たとえばＲ，Ｇ，Ｂの色フィルタがベイヤー配列とされている。駆動制御部７は、画素アレイ部１０を駆動する。読出電流制御部２４は、画素アレイ部１０から出力される画素信号の動作電流を制御する。カラムＡＤ変換部２６は、画素アレイ部１０から出力された画素信号に対してＣＤＳ処理やＡＤ変換処理などを施す。参照信号生成部２７は、カラムＡＤ変換部２６に参照信号SLP_ADC を供給する。カメラ信号処理部８１０は、カラムＡＤ変換部２６から出力された撮像信号を処理する。
【０１９０】
カラムＡＤ変換部２６の後段に設けられたカメラ信号処理部８１０は、撮像信号処理部８２０と、撮像装置８の全体を制御する主制御部として機能するカメラ制御部９００を有する。撮像信号処理部８２０は、信号分離部８２２と、色信号処理部８３０と、輝度信号処理部８４０と、エンコーダ部８６０を有する。
【０１９１】
信号分離部８２２は、色フィルタとして原色フィルタ以外のものが使用されているときにカラムＡＤ変換部２６のＡＤ変換機能部から供給されるデジタル撮像信号をＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の原色信号に分離する原色分離機能を具備する。色信号処理部８３０は、信号分離部８２２によって分離された原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに基づいて色信号Ｃに関しての信号処理を行なう。輝度信号処理部８４０は、信号分離部８２２によって分離された原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに基づいて輝度信号Ｙに関しての信号処理を行なう。エンコーダ部８６０は、輝度信号Ｙ／色信号Ｃに基づいて映像信号ＶＤを生成する。
【０１９２】
色信号処理部８３０は、図示を割愛するが、たとえば、ホワイトバランスアンプ、ガンマ補正部、色差マトリクス部などを有する。輝度信号処理部８４０は、図示しなが、たとえば、高周波輝度信号生成部と、低周波輝度信号生成部と、輝度信号生成部を有する。高周波輝度信号生成部は、信号分離部８２２の原色分離機能部から供給される原色信号に基づいて比較的周波数が高い成分までをも含む輝度信号YHを生成する。低周波輝度信号生成部は、ホワイトバランスアンプから供給されるホワイトバランスが調整された原色信号に基づいて比較的周波数が低い成分のみを含む輝度信号YLを生成する。輝度信号生成部は、２種類の輝度信号YH，YLに基づいて輝度信号Ｙを生成しエンコーダ部８６０に供給する。
【０１９３】
エンコーダ部８６０は、色信号副搬送波に対応するデジタル信号で色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙをデジタル変調した後、輝度信号処理部８４０にて生成された輝度信号Ｙと合成して、デジタル映像信号ＶＤ（＝Ｙ＋Ｓ＋Ｃ；Ｓは同期信号、Ｃはクロマ信号）に変換する。エンコーダ部８６０から出力されたデジタル映像信号ＶＤは、さらに後段の図示を割愛したカメラ信号出力部に供給され、モニター出力や記録メディアへのデータ記録などに供される。この際、必要に応じて、ＤＡ変換によってデジタル映像信号ＶＤがアナログ映像信号Ｖに変換される。
【０１９４】
本実施形態のカメラ制御部９００は、マイクロプロセッサ（microprocessor）９０２、読出専用の記憶部であるＲＯＭ９０４、ＲＡＭ９０６、図示を割愛したその他の周辺部材を有している。マイクロプロセッサ９０２は、コンピュータが行なう演算と制御の機能を超小型の集積回路に集約させたＣＰＵ（Central Processing Unit ）を代表例とする電子計算機の中枢をなすものと同様のものである。９０６は、随時書込みおよび読出しが可能であるとともに揮発性の記憶部の一例である。マイクロプロセッサ９０２、ＲＯＭ９０４、およびＲＡＭ９０６を纏めて、マイクロコンピュータ（microcomputer ）とも称する。
【０１９５】
カメラ制御部９００は、システム全体を制御するものであり、ＲＴＳノイズ抑制処理との関係においては画素信号読出しの繰返し回数ｍ，Ｍを調整する機能を有しており、また、多重加算ＡＤ変換処理との関係においては、加算回数や、カウントクロックＣＫcnt ，ＣＫdac の周波数や、参照信号SLP_ADC の傾きなどを調整する機能を有している。ＲＯＭ９０４にはカメラ制御部９００の制御プログラムなどが格納されているが、特に本例では、カメラ制御部９００によって通常の参照信号比較型のＡＤ変換処理やＲＴＳノイズ抑制処理や多重加算ＡＤ変換処理を制御するためのプログラムが格納されている。マイクロプロセッサ９０２は、ＲＯＭ９０４のプログラムに基づいて、固体撮像装置１と同様の機能部を持つモジュール側と連携して、ＲＴＳノイズ抑制処理や多重加算ＡＤ変換処理を制御する。ＲＡＭ９０６にはカメラ制御部９００が各種処理を行なうためのデータなどが格納されている。
【０１９６】
なお、ＲＴＳノイズ抑制処理との関係においては、カメラ制御部９００は、事前処理対象画素特定処理Ｓ２１や事前処理対象画素特定処理Ｓ３１にて特定した特定画素３ａの画素位置の情報を電源オフ時にも消失しないように保存しておく。このため、ＲＡＭ９０６としては、随時書込みおよび読出しが可能であるとともに不揮発性の記憶媒体の一例である不揮発性（Non-Volatility）の記憶部の一例であるＮＶＲＡＭを使用する。
【０１９７】
モジュール側の駆動制御部７（図示していない通信・タイミング制御部２０）は、事前処理対象画素特定処理Ｓ２１や事前処理対象画素特定処理Ｓ３１にて取得された特定画素３ａの位置情報をカメラ制御部９００に通知する。カメラ制御部９００は、特定画素３ａの位置情報をＮＶＲＡＭに保持しておく。カメラ制御部９００は、撮像の都度、ＮＶＲＡＭに保持した特定画素３ａの位置情報を読み出してモジュール側の駆動制御部７（通信・タイミング制御部２０）に通知する通知部として機能する。
【０１９８】
また、カメラ制御部９００は、メモリカードなどの記録媒体９２４を挿脱可能に構成し、またインターネットなどの通信網との接続が可能に構成している。たとえば、カメラ制御部９００は、マイクロプロセッサ９０２、ＲＯＭ９０４、およびＲＡＭ９０６の他に、メモリ読出部９０７および通信Ｉ／Ｆ（インタフェース）９０８を備える。
【０１９９】
記録媒体９２４は、たとえば、マイクロプロセッサ９０２にソフトウェア処理をさせるためのプログラムデータや、輝度信号処理部８４０からの輝度系信号に基づく測光データＤＬの収束範囲や露光制御処理（電子シャッタ制御を含む）、多重加算ＡＤ変換処理のための各種の制御情報の設定値などの様々なデータを登録するなどのために利用される。
【０２００】
メモリ読出部９０７は、記録媒体９２４から読み出したデータをＲＡＭ９０６に格納（インストール）する。通信Ｉ／Ｆ９０８は、インターネットなどの通信網との間の通信データの受け渡しを仲介する。
【０２０１】
なお、このような撮像装置８は、駆動制御部７およびカラムＡＤ変換部２６を、画素アレイ部１０と別体にしてモジュール状のもので示しているが、固体撮像装置１について述べたように、これらが画素アレイ部１０と同一の半導体基板上に一体的に形成されたワンチップものの固体撮像装置１を利用してもよいのは言うまでもない。また、図では、画素アレイ部１０や駆動制御部７やカラムＡＤ変換部２６や参照信号生成部２７やカメラ信号処理部８１０の他に、撮影レンズ８０２、光学ローパスフィルタ８０４、あるいは赤外光カットフィルタ８０５などの光学系をも含む状態で、撮像装置８を示しており、この態様は、これらを纏めてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態とする場合に好適である。
【０２０２】
ここで、前述の固体撮像装置１におけるモジュールとの関係においては、図示のように、画素アレイ部１０（撮像部）と、ＡＤ変換機能や差分（ＣＤＳ）処理機能を具備したカラムＡＤ変換部２６などの画素アレイ部１０側と密接に関連した信号処理部（カラムＡＤ変換部２６の後段のカメラ信号処理部は除く）が纏めてパッケージングされた状態で撮像機能を有するモジュール状の形態で固体撮像装置１を提供するようにし、そのモジュール状の形態で提供された固体撮像装置１の後段に、残りの信号処理部であるカメラ信号処理部８１０を設けて撮像装置８の全体を構成するようにしてもよい。
【０２０３】
または、図示を割愛するが、画素アレイ部１０と撮影レンズ８０２などの光学系とが纏めてパッケージングされた状態で撮像機能を有するモジュール状の形態で固体撮像装置１を提供するようにし、そのモジュール状の形態で提供された固体撮像装置１に加えて、カメラ信号処理部８１０をもモジュール内に設けて、撮像装置８の全体を構成するようにしてもよい。また、固体撮像装置１におけるモジュールの形態として、カメラ信号処理部８１０を含めてもよく、この場合には、事実上、固体撮像装置１と撮像装置８とが同一のものと見なすこともできる。このような撮像装置８は、「撮像」を行なうための、たとえば、カメラや撮像機能を有する携帯機器として提供される。なお、「撮像」は、通常のカメラ撮影時の像の撮り込みだけではなく、広義の意味として、指紋検出なども含む。
【０２０４】
このような構成の撮像装置８においては、前述の固体撮像装置１の全ての機能を包含して構成されており、前述の固体撮像装置１の基本的な構成および動作と同様とすることができ、通常の参照信号比較型のＡＤ変換処理だけでなく、ＲＴＳノイズ抑制処理や多重加算ＡＤ変換処理を行なう仕組みを実現できるようになる。
【０２０５】
＜電子機器：画素欠陥診断への適用例＞
図８は、他の実施形態を説明する図である。この実施形態は、前述の固体撮像装置１や撮像装置８の実施形態に採用していたＲＴＳノイズ抑制処理や多重加算ＡＤ変換処理の仕組みを電子機器に適用したものである。つまり、この実施形態は、固体撮像装置以外の電子機器に本実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理方法や多重加算ＡＤ変換処理方法や多重加算ＡＤ変換処理装置を適用する事例を示したものである。図８は、その電子機器の概略構成図である。
【０２０６】
前述の実施形態では、画素アレイ部１０からの画素信号の読出しおける特定画素３ａに対するＲＴＳノイズ抑制処理や、参照信号比較型のＡＤ変換処理を同一信号についてＷ回繰り返す多重加算ＡＤ変換処理を固体撮像装置１や撮像装置８に適用した例で説明したが、その適用範囲は、固体撮像装置や撮像装置に限らない。
【０２０７】
素子からの信号の読出しおける特定の素子に対するＲＴＳノイズ抑制処理は、たとえばＳＲＡＭやＤＲＡＭなどのメモリ装置を必要とするあらゆる電子機器に適用できる。このような電子機器としても、記憶データを読み出すときのランダムノイズの問題を改善する仕組みとして、本実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理を適用することで、ＲＴＳノイズ低減ができる。
【０２０８】
図示した電子機器７００は、固体撮像装置１の欠陥画素を診断したり、動体検出処理をしたりするなど、積和演算結果に基づく様々な処理機能を持つ。具体的には、電子機器７００は先ず、アナログの処理対象信号を生成する信号生成部７０１を備える。信号生成部７０１は、固体撮像装置１の画素アレイ部１０から出力される画素信号電圧Ｖｘを処理対象信号をして利用する構成となっている。つまり、本実施形態でも、処理対象信号としては、固体撮像装置１の実施形態と同様に、固体撮像装置１の画素アレイ部１０から出力される画素信号電流に基づく画素信号（画素信号電圧Ｖｘ）であるものとする。ただしこれは一例に過ぎず、積和演算に耐え得るように、物理的な性質が同一である信号である限り、画素信号に限らず任意の信号であってよい。
【０２０９】
電子機器７００はまた、図中の中央部分に示す分割線の左側に配された、電子機器７００の全体の動作を制御するパーソナルコンピュータなどを利用した制御装置７０２と、分割線の右側に配された、ＡＤ変換装置７０５を備える。ＡＤ変換装置７０５には、信号生成部７０１から画素信号電圧Ｖｘが供給される。なお、分割線で制御装置７０２とＡＤ変換装置７０５とを分けるのではなく、その両者を含んで、複数の信号間での積和演算結果のデジタルデータを得るデータ処理装置の機能を持つ１つのＡＤ変換部７０６（ＡＤ変換装置）として構成してもよい。
【０２１０】
ＡＤ変換部７０６（ＡＤ変換装置７０５）は、比較部７５２およびカウンタ部７５４を有する。比較部７５２は、信号生成部７０１（固体撮像装置１）から取り込んだアナログの画素信号をデジタルデータに変換する。比較部７５２は比較部２５２に、カウンタ部７５４はカウンタ部２５４にそれぞれ対応するものであり、それらの基本的な動作は、固体撮像装置１の比較部２５２やカウンタ部２５４と同様である。
【０２１１】
制御装置７０２は、ＡＤ変換装置７０５を制御する機能要素として、比較部７５２にＡＤ変換用の参照電圧を供給する参照信号生成部７２７と、参照信号生成部７２７やカウンタ部７５４を制御するタイミング制御部７２０を備えている。タイミング制御部７２０は通信・タイミング制御部２０に、参照信号生成部７２７は参照信号生成部２７にそれぞれ対応するものであり、それらの基本的な動作は、固体撮像装置１の通信・タイミング制御部２０や参照信号生成部２７と同様である。
【０２１２】
制御装置７０２は、積和演算処理対象の一方のデータを保持するデータ記憶部７２８と、カウンタ部７５４で得られた積和演算結果のデータＤ８に基づき固体撮像装置１を診断したりその他の判定処理をしたりするなどの機能を持つ判定・診断部７３０を備える。
【０２１３】
このような電子機器７００の構成において、固体撮像装置１の欠陥画素を診断する機能を実現するには、先ず比較対象となる正常な（画素欠陥のない）固体撮像装置１の画素データ（正常データという）を取得し、この後、診断対象の固体撮像装置１から画素信号を読み出して、正常データとの間で差分処理を行ない、その結果に基づいて欠陥の有無を診断する。画素欠陥としては、たとえば暗時欠陥と明時欠陥とを診断するのがよく、暗時欠陥の診断のためには、固体撮像装置１を非露光状態にして正常データの取得や診断を行ない、また、明時欠陥の診断のためには、たとえば全白撮影状態として固体撮像装置１の正常データの取得や診断を行なう。
【０２１４】
正常データを取得する場合、ＡＤ変換装置７０５（ＡＤ変換部７０６）は、比較対象となる正常な固体撮像装置１から画素信号電圧Ｖｘを取得し、固体撮像装置１について説明したと同様にして、参照信号生成部７２７から供給される参照信号SLP_ADC と画素信号電圧Ｖｘを比較部７５２で比較する。
【０２１５】
なお、本実施形態では、正常データを取得する際には、１回の露光で得られた蓄積情報をｍ回繰り返すことでＲＴＳノイズの大きな特定画素を選択する処理対象画素特定処理を行ない、また、特定画素についてはＭ回繰り返して読み出して平均化するランダムノイズ抑制処理を行なうように指示する。
【０２１６】
また、好ましくは、タイミング制御部７２０は、カウンタ部７５４や参照信号生成部７２７に対して、Ｗ回の多重加算ＡＤ変換処理を行ない、かつその結果に対してＷ回に対応した平均化を行なうように指示する。これは、画素信号電圧ＶｘについてＷ回繰り返してＡＤ変換することで、高ゲインでデジタルデータに変換し、かつ高ゲインでデジタルデータを通常のレベルに戻すことを意味する。
【０２１７】
カウンタ部７５４は、参照信号生成部７２７による参照信号SLP_ADC の生成と同時にタイミング制御部７２０にて指示されたカウントモードにてカウントクロックＣＫ０（通常時はＣＫcnt1、多重加算時はＣＫcntWなど）に基づきカウント処理を開始する。ここでは、タイミング制御部７２０は、カウンタ部７５４のカウントモードを、リセットレベルの処理時にはダウンカウントモードに設定し、信号レベルについてはアップカウントモードに設定することとする。これは、信号成分Ｖsig に対応する画素データとして正のデータを取得することを意味する。
【０２１８】
カウンタ部７５４は、比較部７５２の比較処理で用いる参照信号SLP_ADC の生成時点から画素信号電圧Ｖｘと参照信号SLP_ADC とが一致する時点までのカウントクロックＣＫ０を計数し、係数結果を自前の登録データＤ９ａとして画素位置を対応付けてデータ記憶部７２８に登録する。ＡＤ変換装置７０５は、このような処理を、撮像信号の全画素について繰り返す。
【０２１９】
なお、正常データの取得は、必ずしもＡＤ変換装置７０５を利用して取得するものでなくてもよく、たとえば、外部の機器にて正常データを取得し、この外部の機器から入力される登録データＤ９ｂを画素位置と対応付けてデータ記憶部７２８に登録するようにしてもよい。あるいは、正常時のデータは、画素位置に関わらず一定である（ムラはない）とすることもでき、この場合には、正常データの取得は不要である。
【０２２０】
暗時欠陥や明時欠陥の診断時には、固体撮像装置１を、各診断に応じた所定の露光状態とする。タイミング制御部７２０は、好ましくは、正常データを取得する際と同様にランダムノイズ抑制処理を行なうように指示する。
【０２２１】
タイミング制御部７２０は、さらに好ましくは、正常データを取得する際と同様にＷ回の多重加算ＡＤ変換処理を行なうように指示する。暗時欠陥の診断時には加算平均化処理を行なわずゲインアップしたデータを取得し、明時欠陥の診断時には加算平均化処理を行なうことで通常レベルのデータを取得するようにする。
【０２２２】
タイミング制御部７２０は、カウンタ部７５４に対して初期値制御信号ＣＮ７を発し、処理対象の画素位置と同じ画素位置の正常時の画素データをデータ記憶部７２８から読み出してカウント処理の初期値とするように指示する。ＡＤ変換装置７０５は、診断対象の固体撮像装置１からアナログの画素信号電圧Ｖｘを取得し、先ず比較部７５２において、参照信号生成部７２７から供給される所定の傾きで変化する参照信号SLP_ADC と画素信号電圧Ｖｘとを比較する。カウンタ部７５４ではその比較結果に基づきカウントクロックＣＫ０を計数する。
【０２２３】
判定・診断部７３０は、カウンタ部７５４にて得られるカウント値が示す、正常時と実働時の差を表わす積和演算データＤ８を欠陥判定データとして用いて、画素欠陥の有無を判定する。ここで、カウント結果としては、正常時の画素データから実働時の画素データを差し引いた値が得られる。画素欠陥がなければ、得られるカウント値は、誤差成分やノイズ成分だけとなり、十分に小さいと考えてよい。これに対して、画素欠陥がある場合には、正常時と実働時の画素データに大きな差が現われる。よって、判定・診断部７３０は、画素欠陥の判定に際しては、誤差成分やノイズ成分などによる誤判定を防止するべく、カウンタ部７５４にて得られる積和演算データＤ８が一定以上である場合に、画素欠陥があるものと判定するのがよい。
【０２２４】
このように、電子機器７００を画素欠陥診断に用いる場合、比較部７５２とカウンタ部７５４の組合せからなるＡＤ変換部７０６を用いて、正常デバイスと診断対象デバイスとの間で画素データの差分処理を行なうようにした。これにより、正常状態に対する実働状態の差を示すデジタルデータを、実働状態の画素信号についてＡＤ変換をする際に、固体撮像装置１の実施形態で説明したと同様に、直接にカウンタ部７５４の出力として得ることができる。
【０２２５】
画素欠陥診断ではノイズが判定性能に影響を与えるが、前述したＲＴＳノイズ抑制処理を適用しておくことで、画素信号読出し時のランダムノイズ（特にＲＴＳノイズ）の影響を受けず、本実施形態を適用しない場合よりも精度のよい判定ができる。
【０２２６】
さらに、多重加算ＡＤ変換処理も併用することで、Ｓ／Ｎの良好な診断データを用いて画素欠陥診断ができる。暗時欠陥の診断時には多重加算ＡＤ変換処理によるゲインアップ機能を利用することで、診断に十分なレベルのデータが得られる。
【０２２７】
なお、ここでは画素欠陥診断への適用例で説明したが、ＲＴＳノイズ抑制処理や多重加算ＡＤ変換処理の適用例はこれに限らない。たとえば、動体検出機能を実現する際には、現フレームの画素信号電圧Ｖｘを固体撮像装置１から読み出して、前フレームの画素信号電圧Ｖｘとの間で差分処理を行ない、その結果に基づいて動体を検出する。このとき、ＲＴＳノイズ抑制処理や多重加算ＡＤ変換処理を適用することで、Ｓ／Ｎの良好な動体検出データを取得できる。
【０２２８】
＜その他の電子機器への適用例＞
図９は、ＲＴＳノイズ抑制処理や多重加算ＡＤ変換処理が適用されるその他の電子機器の一例を説明する図である。
【０２２９】
本実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理や多重加算ＡＤ変換処理は、ゲーム機、電子ブック、電子辞書、携帯電話機などの各種の電子機器において、素子からの信号読出し時やＡＤ変換に伴うノイズの抑制が要求される場合に適用することが考えられる。
【０２３０】
たとえば、図９（１）は、電子機器６００が、画像表示装置の一例である表示モジュール６０４（液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置）を利用したテレビジョン受像機６０２の場合の外観例を示す図である。テレビジョン受像機６０２は、台座６０６に支持されたフロントパネル６０３の正面に表示モジュール６０４を配置した構造となっており、表示面にはフィルターガラス６０５が設けられている。このテレビジョン受像機６０２には、図示しないＳＤＲＡＭ（ＤＤＲ２仕様やＤＤＲ３仕様）が使用されており、そのＳＤＲＡＭからのデータ読出しに前述した実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理の仕組みが適用される。加えて、テレビジョン受像機６０２は、録画機能用として、シリコンディスクユニット６０８を着脱可能に構成されており、シリコンディスクユニット６０８からのデータの読出しに前述した実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理の仕組みが適用される。
【０２３１】
図９（２）は、電子機器６００がデジタルカメラ６１２の場合の外観例を示す図である。デジタルカメラ６１２は、表示モジュール６１４、コントロールスイッチ６１６、シャッターボタン６１７、その他を含んでいる。デジタルカメラ６１２には図示しない固体撮像装置が搭載されており、前述した固体撮像装置１や撮像装置８のＲＴＳノイズ抑制処理や多重加算ＡＤ変換処理の仕組みをそのまま適用される。加えて、デジタルカメラ６１２にはメモリカード６１８を着脱可能に構成されており、メモリカード６１８からのデータの読出しに前述した実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理の仕組みが適用される。
【０２３２】
図９（３）は、電子機器６００がビデオカメラ６２２の場合の外観例を示す図である。ビデオカメラ６２２は、本体６２３の前方に被写体を撮像する撮像レンズ６２５が設けられ、さらに、表示モジュール６２４や撮影のスタート／ストップスイッチ６２６などが配置されている。ビデオカメラ６２２には図示しない固体撮像装置が搭載されており、前述した固体撮像装置１や撮像装置８のＲＴＳノイズ抑制処理や多重加算ＡＤ変換処理の仕組みをそのまま適用される。加えて、ビデオカメラ６２２にはシリコンディスクユニット６２８を着脱可能に構成されており、シリコンディスクユニット６２８からのデータの読出しに前述した実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理の仕組みが適用される。
【０２３３】
図９（４）は、電子機器６００が携帯電話機６３２の場合の外観例を示す図である。携帯電話機６３２は、折り畳み式であり、上側筐体６３３ａ、下側筐体６３３ｂ、表示モジュール６３４ａ、サブディスプレイ６３４ｂ、カメラ６３５、連結部６３６（この例ではヒンジ部）、ピクチャーライト６３７などを含んでいる。そして、携帯電話機６３２のカメラ６３５に関して、前述した固体撮像装置１や撮像装置８のＲＴＳノイズ抑制処理や多重加算ＡＤ変換処理の仕組みをそのまま適用される。加えて、携帯電話機６３２にはメモリカード６３８を着脱可能に構成されており、メモリカード６３８からのデータの読出しに前述した実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理の仕組みが適用される。
【０２３４】
図９（５）は、電子機器６００がコンピュータ６４２の場合の外観例を示す図である。コンピュータ６４２は、下型筐体６４３ａ、上側筐体６４３ｂ、表示モジュール６４４、Ｗｅｂカメラ６４５、キーボード６４６などを含んでいる。そして、コンピュータ６４２のＷｅｂカメラ６４５に関して、前述した固体撮像装置１や撮像装置８のＲＴＳノイズ抑制処理や多重加算ＡＤ変換処理の仕組みをそのまま適用される。加えて、コンピュータ６４２は、バスがＰＣＩ Express仕様であり、また、図示しないＳＤＲＡＭ（ＤＤＲ２仕様やＤＤＲ３仕様）やシリコンディスクユニットが使用されており、ＳＤＲＡＭやシリコンディスクユニットからのデータの読出しに前述した実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理の仕組みが適用される。また、コンピュータ６４２には各種仕様の可搬型の記憶媒体６４８（たとえばＵＳＢメモリ）を着脱可能に構成されており、記憶媒体６４８からのデータの読出しに前述した実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理の仕組みが適用される。
【０２３５】
［半導体記憶装置への適用例］
図９Ａは、ＲＴＳノイズ抑制処理の半導体記憶装置（不揮発性半導体記憶装置、不揮発性メモリ装置）への適用例の詳細を説明する図である。
【０２３６】
半導体記憶装置２を利用する電子機器６００としては、メモリカード、コンピュータ機器（携帯型を含む）、デジタルスチルカメラやビデオカメラやオーディオプレーヤなどのＡＶ（音声・映像）機器、エアコン・冷蔵庫・テレビ・洗濯機などの家電機器、車載機器などが該当する（図９を参照）。
【０２３７】
図９Ａ（１）に示すように、半導体記憶装置２は、メモリセルアレイ部６６３、書込み／読出し部６６４、列制御部６６７、行制御部６６８（ワード線選択部）を備えている。書込み／読出し部６６４、列制御部６６７、行制御部６６８で、ワード線、ソース線、ビット線（何れも図示せず）の電位を、データの書込み、消去、読出しの各動作に応じて制御する駆動制御部６６６が構成されている。メモリセルアレイ部６６３の周囲に、メモリセルアレイ部６６３の書込み、消去、および読出しを制御する周辺回路が設けられる構成である。列制御部６６７と行制御部６６８は、ランダムアクセスに対応したものとする。
【０２３８】
メモリセルアレイ部６６３には、メモリセル６６２（不揮発性メモリ素子、データ保持部）が２次元マトリクス状に配列されている。メモリセルアレイ部６６３の各メモリセル６６２を選択（走査）する回路として、列制御部６６７が各列のビット線と接続され、行制御部６６８が各行のワード線と接続される。各列のビット線はまた、図示を割愛しているが、列制御部６６７に接続されるだけでなく書込み／読出し部６６４とも接続される。書込み／読出し部６６４が各列のソース線と接続される。
【０２３９】
書込み／読出し部６６４は、メモリセルアレイ部６６３の各メモリセル６６２にデータを書き込みあるいはメモリセル６６２からデータを読み込む。そして、メモリセルアレイ部６６３のメモリセル６６２に保持された情報を読み出すときに、前述した実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理の仕組みが適用される。
【０２４０】
書込み／読出し部６６４は、複数の素子（メモリセル６６２）の内のノイズが予め定められた基準値よりも大きな特定素子を処理対象として、特定素子が保持している同一の情報に基づく信号をＭ回（Ｍは２以上の整数）に亘って読み出す信号読出部の機能を持つ。
【０２４１】
書込み／読出し部６６４は、たとえばバイト単位など、図示しないアドレスデコーダによるデコード処理でソース線の選択が決定される。書込み／読出し部６６４は、図示しないが、ビット線にデータを供給してその情報をメモリセル６６２に保持させる書込みバッファ（Write Buffer）や、ビット線の電位を増幅するセンスアンプ（Sense AMP ）を有する。書込みバッファは、書込み回路やライトアンプなどとも称される。
【０２４２】
図示しないが、書込み／読出し部６６４とビット線との間には、処理対象のメモリセル６６２を列単位で選択する機能部（列スイッチ）が設けられる。列スイッチは、処理対象のメモリセル６６２を列単位で選択する機能の他に、ビット線に動作電圧や待機電圧を供給する機能、すなわち、任意の電流をビット線に供給する機能も持つ。
【０２４３】
図９Ａ（１）に示すように、電子機器６００をメモリカードとして構成する場合、半導体記憶装置２の他に、半導体記憶装置２と周辺機能部（機器内部に限らず機器外部でもよい）とのインタフェース制御を行なうメモリコントローラ６７２を有する。
【０２４４】
メモリコントローラ６７２は、書込み／読出し部６６４が読み出したＭ回の各信号の平均値をとることでノイズが抑制された信号を取得する平均化処理部（ノイズ抑制部）の機能を持つ。また、メモリコントローラ６７２は、メモリセル６６２が保持している同一の情報をｍ回（ｍは２以上の整数）に亘って読み出し、各回の信号のばらつきを求め、ｍ回の各信号のばらつきが予め定められた基準値よりも大きいメモリセル６６２を特定素子として選定する特定素子選定部の機能を持つ。メモリカードは電源が非拒給状態とることがあり得るので、ノイズの大きな特定素子（特定画素３ａと対応するもの）の位置情報を、不揮発性の記憶装置に保存する仕組みをメモリコントローラ６７２に設ける。
【０２４５】
図９Ａ（２）に示すように、機器内部に周辺機能部を設ける構成では、データ取得部６７６や出力データ処理部６７８を備える。データ取得部６７６は、半導体記憶装置２の各メモリセル６６２に書き込まれるデータを取得する。出力データ処理部６７８は、データ取得部６７６や各メモリセル６６２から読み出されたデータを処理する。電子機器６００をコンピュータ機器、ＡＶ機器、家電機器、車載機器などとして構成する場合、ＣＰＵやバスコントラーラがメモリコントローラ６７２を担当し、その他の電気回路部がデータ取得部６７６や出力データ処理部６７８を担当する。
【０２４６】
また、図９Ａ（２）に示すように、デジタルスチルカメラの場合、ＣＣＤなどの固体撮像装置で取得した画像をデジタルデータにして書き込む記録系機能部がデータ取得部６７６に該当し、読み出したデータに基づき表示パネルに画像を表示させる再生系機能部が出力データ処理部６７８に該当する。ＣＰＵは、ワークメモリとしてのＲＡＭに中間データなどを記憶・読出しながら、半導体記憶装置２ａが適用されるＥＥＰＲＯＭに記憶されているプログラムに基づきカメラの各部を制御する。さらに、デジタルスチルカメラの場合、メモリカードとしての半導体記憶装置２ｂが着脱可能に構成されている。
【０２４７】
以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前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前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。
【０２４８】
また、前記の実施形態は、クレーム（請求項）に係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。
【０２４９】
たとえば、前記実施形態における固体撮像装置１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ＣＭＤ型の固体撮像装置について例示したが、これには限定されず、物理量の変化を検知するあらゆるものに、前記実施形態で説明した仕組みを適用できる。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ものにも適用できる。
【０２５０】
また、ＣＭＤ型に限らず、ＣＭＯＳ構造の単位画素３を備えたいわゆるＣＭＯＳセンサにもＲＴＳノイズ抑制処理や多重加算ＡＤ変換処理を適用できる。この場合、一般的なＣＭＯＳ構造の単位画素３は、非破壊読出しに対応していないが、ＣＭＯＳ構造でもたとえば画素アレイ部１０に内部メモリを備えるなどして非破壊読出しに対応できる。
【０２５１】
さらに、ＣＭＯＳセンサにＲＴＳノイズ抑制処理を適用する場合、水平走査部１２や垂直走査部１４をランダムアクセスが可能なものとすることが好ましいが、前述のように、ランダムアクセスを適用することは必須でない。
【０２５２】
さらに、前記実施形態の記載を踏まえれば、特許請求の範囲に記載した請求項に係る発明の他に、たとえば、以下の構成を発明として提案することができる。以下列記する。
＜付記１＞信号処理装置、半導体装置、固体撮像装置、撮像装置、電子機器、ノイズ抑制方法において、
信号読出部は、特定素子が保持している同一の情報に基づくＭ回に亘る信号の読み出しを、特定素子でない通常の素子から１回で信号を読み出す通常処理よりも高速に行なう。
＜付記２＞付記１において、信号読出部は、前記Ｍ回に亘る信号の読み出しを、前記通常処理よりもＭ倍の速度で行なう。
＜付記３＞信号処理装置、半導体装置、固体撮像装置、撮像装置、電子機器、ノイズ抑制方法において、
特定素子選定部は、素子が保持している同一の情報に基づくｍ回に亘る信号の読み出しを、特定素子でない通常の素子から１回で信号を読み出す通常処理よりも高速に行なう。
＜付記４＞付記３において、特定素子選定部は、前記ｍ回に亘る信号の読み出しを、前記通常処理よりもｍ倍の速度で行なう。
＜付記５＞信号処理装置、半導体装置、固体撮像装置、撮像装置、電子機器、ノイズ抑制方法において、
ノイズ抑制部は、特定素子でない通常の素子について、特定素子選定部がｍ回に亘って取得した信号の平均値をとることでノイズが抑制された信号を取得する。
＜付記６＞信号処理装置、半導体装置、固体撮像装置、撮像装置、電子機器、ノイズ抑制方法において、
カラム読出しが可能な場合、信号読出部は、同一ライン上の全ての特定素子について同時に、各特定素子が保持している同一の情報に基づく信号をＭ回に亘って読み出す。
【符号の説明】
【０２５３】
１…固体撮像装置、１０…画素アレイ部、１２…水平走査部、１４…垂直走査部、２０…通信・タイミング制御部、２０ｂ…システム制御部、２０ａ…クロック変換部、２４…電流電圧変換部、２５０…ＡＤ変換部、２５２…比較部、２５４…カウンタ部、２５６…データ記憶部、２６…カラムＡＤ変換部、２７…参照信号生成部、２７０…ＤＡ変換部、２８…出力部、２９…デジタル演算部、３…単位画素、３ａ…特定画素、７…駆動制御部、８…撮像装置、６００，７００…電子機器
【図１】
2011171950.tif 000003
【図２】
2011171950.tif 000004
【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図４Ａ】
2011171950.tif 000009
【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011171950.tif 000013
【図８】
2011171950.tif 000014
【図９】
2011171950.tif 000015
【図９Ａ】
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