(57)【要約】【課題】各列のカウント値が同じであり、クロック信号の変更が不要な撮像装置を提供することを課題とする。【解決手段】撮像装置は、光電変換により信号を生成する画素（１０１）と、前記画素により生成される信号と時間経過に応じて変化する第１の参照信号とを比較する比較器（１０３）と、前記比較器の比較結果に応じて、前記第１の参照信号の時間経過に対する変化率を変える制御部（２００）とを有することを特徴とする。【選択図】図１
2015037206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換により信号を生成する画素と、
前記画素により生成される信号と時間経過に応じて変化する第１の参照信号とを比較する比較器と、
前記比較器の比較結果に応じて、前記第１の参照信号の時間経過に対する変化率を変える制御部と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
さらに、時間経過に応じて変化する第２の参照信号を生成する参照信号源を有し、
前記制御部は、前記第２の参照信号を基に前記第１の参照信号を生成することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２の参照信号を減衰させることにより前記第１の参照信号を生成する減衰回路を有することを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第２の参照信号を増幅させることにより前記第１の参照信号を生成する増幅回路を有することを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項５】
さらに、前記比較器の出力信号が反転するまでのカウント値をカウントするカウンタを有し、
前記制御部は、前記カウンタのカウント値に応じて、前記第１の参照信号の時間経過に対する変化率を変えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
さらに、前記前記第１の参照信号の時間経過に対する変化率を変える前の前記カウンタのカウント値と前記前記第１の参照信号の時間経過に対する変化率を変えた後の前記カウンタのカウント値に応じて画素値を演算する演算処理部を有することを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
【請求項７】
さらに、前記前記第１の参照信号の時間経過に対する変化率を変える前において、前記比較器の出力信号が反転するまでのカウント値をカウントする第１のカウンタと、
前記前記第１の参照信号の時間経過に対する変化率を変えた後において、前記比較器の出力信号が反転するまでのカウント値をカウントする第２のカウンタとを有し、
前記制御部は、前記第１のカウンタのカウント値に応じて、前記第１の参照信号の時間経過に対する変化率を変えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
光電変換により信号を生成する画素と、
前記画素により生成される信号と時間経過に応じて変化する第１の参照信号とを比較する比較器と、
前記比較器の比較結果に応じて、前記第１の参照信号の時間経過に対する変化率を変える制御部と、
前記前記第１の参照信号の時間経過に対する変化率を変える前において、前記比較器の出力信号が反転するまでのカウント値をカウントする第１のカウンタと、
前記前記第１の参照信号の時間経過に対する変化率を変えた後において、前記比較器の出力信号が反転するまでのカウント値をカウントする第２のカウンタとを有し、
前記制御部は、前記第１のカウンタのカウント値が閾値より大きい場合には前記第１の参照信号の変化率を第１の変化率に変え、前記第１のカウンタのカウント値が前記閾値より小さい場合には前記第１の参照信号の変化率の絶対値が前記第１の変化率の絶対値より小さい第２の変化率になるように変えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画素から得られるアナログの画素信号の所定レベルと、所定レベルをデジタルデータに変換するための漸次変化する参照信号とを比較する比較部を有する固体撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。カウント部は、比較部での比較処理と並行してカウント処理を行ない、比較処理が完了した時点のカウント値を保持することで所定レベルのデジタルデータを取得する。参照信号生成部は、通信・タイミング制御部からの信号に応じて、参照信号の傾きを変更する。
【０００３】
上位ビット用のラッチ回路と下位ビット用のラッチ回路とを有し、上位ビットと下位ビットを分けて量子化するアナログデジタル変換器が知られている（例えば、特許文献２参照）。まず、列ごとに設けられた比較器の一方の入力端子に画素信号を与え、他方の入力端子に大きな電圧ステップの階段波を参照電圧として与え、比較器の出力が反転するときのステップ数に対応したカウント値を上位ビットとしてラッチ回路に保持する。それとともに、そのときの参照電圧を容量に保持する。その後、容量を介して小さな電圧ステップの参照電圧を与え再び比較器が反転するときのカウント値を下位ビット用のラッチ回路に保持する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３６０４３号公報
【特許文献２】特開２００２−２３２２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、参照信号の傾きは、通信・タイミング制御部からの信号に応じて変わるので、参照信号の傾きが変わった時に、各列のカウント部のカウント値が異なる値になる可能性がある。この場合、参照信号の傾きとカウンタ部のカウント値とのタイミング設計が困難になる。また、参照信号の傾きを変更すると、クロック信号も変更しなければならないため、カウンタ部の回路規模が大きくなってしまう課題がある。
【０００６】
本発明の目的は、各列のカウント値が同じであり、クロック信号の変更が不要な撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の撮像装置は、光電変換により信号を生成する画素と、前記画素により生成される信号と時間経過に応じて変化する第１の参照信号とを比較する比較器と、前記比較器の比較結果に応じて、前記第１の参照信号の時間経過に対する変化率を変える制御部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
各列のカウント値が同じであり、クロック信号の変更が不要になるので、回路規模を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態による撮像装置の構成例を示す図である。
【図２】撮像装置の一部の詳細を示す図である。
【図３】ランプ信号の比較を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による撮像装置を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態による撮像装置の構成例を示す図である。
【図６】撮像装置の動作を説明するための図である。
【図７】ランプ信号を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態による撮像装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による撮像装置の構成例を示す図である。画素部１０１は、２次元行列状に配置された複数の画素を有する。各画素は、光電変換によりアナログ信号を生成する。画素部１０１は、行単位で画素が選択される。画素の信号は、行単位で読み出し部１０２に出力される。読み出し部１０２は、画素の列毎に設けられ、各列の画素の信号を読み出す。ランプ源（参照信号源）１０６は、時間経過に応じて変化するランプ信号（参照信号）ＬＲ１を生成する。減衰回路２００は、画素の列毎に設けられ、ランプ源１０６により生成されたランプ信号ＬＲ１を減衰し、比較器１０３に出力する。比較器１０３は、画素の列毎に設けられる。各列の比較器１０３は、各列の読み出し部１０２の出力信号ＬＳと各列の減衰回路２００の出力信号とを比較し、両者の大小関係が逆転すると出力信号が反転する。クロック供給源１０７は、クロック信号を生成する。カウンタ１０４は、画素の列毎に設けられる。各列のカウンタ１０４は、クロック供給源１０７により生成されたクロック信号に同期して、ランプ源１０６がランプ信号の生成を開始するとカウントを開始し、各列の比較器１０３の出力信号が反転するとカウントを終了する。水平走査回路１０５は、各列のカウンタ１０４のカウント値を順に演算処理部１０８に出力させる。演算処理部１０８は、各カウンタ１０４のカウント値を基に、画素信号の大きさに対応するデジタル画素値を演算する。これにより、画素信号は、アナログからデジタルに変換される。
【００１１】
図２（Ａ）は比較器１０３、カウンタ１０４、減衰回路２００及びインバータ２０４の構成例を示す図であり、図２（Ｂ）は撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。減衰回路２００は、容量２０１，２０２及びｎチャネル電界効果トランジスタ２０３を有する。信号ＬＳは、読み出し部１０２（図１）により出力される画素の信号である。ランプ信号ＬＲ１は、図２（Ｂ）に示すように、ランプ源１０６（図１）により生成される時間経過に応じて変化する参照信号である。減衰回路２００は、インバータ２０４の出力信号に応じて、ランプ信号（第２の参照信号）ＬＲ１を減衰し、ランプ信号（第１の参照信号）ＬＲ２を比較器１０３に出力する。比較器１０３は、画素信号ＬＳとランプ信号ＬＲ２とを比較し、両者の大小関係が逆転すると出力信号（比較結果）が反転する。カウンタ１０４は、複数ビットのカウント値をカウントする。カウンタ１０４は、図２（Ｂ）のように、ランプ信号ＬＲ１の生成が開始されると、カウントを開始し、カウント値が増加する。初期時、カウンタ１０４のカウント値は０であり、カウント値の最上位ビット（ＭＳＢ）も０である。インバータ２０４は、カウンタ１０４のカウント値の最上位ビット（ＭＳＢ）の値の論理反転値をトランジスタ２０３のゲートに出力する。カウント開始から時刻ｔ１までは、カウント値の最上位ビット（ＭＳＢ）が０であるので、インバータ２０４は１を出力する。その結果、トランジスタ２０３がオンし、減衰容量２０２が比較器１０３に接続される。これにより、減衰回路２００は、ランプ信号ＬＲ１を減衰し、小さい傾きのランプ信号ＬＲ２を出力する。これに対し、時刻ｔ１以降では、カウント値の最上位ビット（ＭＳＢ）が１であるので、インバータ２０４は０を出力する。その結果、トランジスタ２０３がオフし、減衰容量２０２が切り離される。これにより、減衰回路２００は、ランプ信号ＬＲ１を減衰せず、大きい傾きのランプ信号ＬＲ２を出力する。時刻ｔ１以降のランプ信号ＬＲ２は、時刻ｔ１より前のランプ信号ＬＲ２より傾きが大きい。
【００１２】
コンパレータ１０３の出力信号が時刻ｔ１より前で反転する場合は、画素信号ＬＳが比較的低輝度であり、時刻ｔ１より前の小さい傾きのランプ信号ＬＲ２により比較が行われるので、高解像度の画素信号を得ることができる。また、時刻ｔ１より前で、コンパレータ１０３の出力信号が反転するので、比較的早くカウンタ１０４のカウント値が確定する。
【００１３】
これに対し、コンパレータ１０３の出力信号が時刻ｔ１以降に反転する場合は、画素信号ＬＳが比較的高輝度であり、時刻ｔ１以降では、大きい傾きのランプ信号ＬＲ２により比較が行われる。ランプ信号ＬＲ２の傾きを変えることにより、比較的早くカウンタ１０４のカウント値が確定する。その詳細を図３を参照しながら説明する。
【００１４】
図３は、傾きを変えるランプ信号ＬＲ２と傾きを変えないランプ信号ＬＲ３との比較を示す図である。例えば、一定の傾きのランプ信号ＬＲ３は、画素信号ＬＳが最大値の場合にはカウント値が５１２になり、アナログデジタル変換時間の最大値がＴ１になる。これに対し、本実施形態のランプ信号ＬＲ２は、カウント値が２５６で傾きが変わり、カウント値が３８４で画素信号ＬＳの最大値となり、アナログデジタル変換時間の最大値がＴ２になる。本実施形態の変換時間Ｔ２は、ランプ信号ＬＲ３の変換時間Ｔ１より短くなり、高速なアナログデジタル変換を行うことができる。
【００１５】
なお、図２（Ｂ）において、時刻ｔ１後のランプ信号ＬＲ２は、時刻ｔ１前のランプ信号ＬＲ２より傾きが大きい。そのため、高輝度の画素信号は、低輝度の画素信号に比べて、解像度が低くなる。しかし、高輝度の画素信号は、低輝度の画素信号に比べて、人間の目にはレベルの変化が認識され難いので、低解像度でも影響は小さい。これに対し、低輝度の画素信号は、高輝度の画素信号に対して、高解像度を実現することができるので、全体として、人間の目に対して高解像度を実現できる。
【００１６】
また、図２（Ｂ）において、ランプ信号ＬＲ２の傾きが変わる時刻ｔ１は、カウント値の最上位ビット（ＭＳＢ）が０から１に変化する時刻であるので、クロック信号の周波数に応じた既知の値である。したがって、時刻ｔ１で、クロック信号を変更する必要がなく、演算処理部１０８（図１）は容易に画素値を演算することができる。これにより、回路規模を小さくすることができる。
【００１７】
次に、図１の演算処理部１０８の画素値の演算方法を説明する。演算処理部１０８は、次式により、カウンタ１０４のカウント値の各ビットＤ［０］〜Ｄ［ＭＳＢ］を基に画素値ＤＴを演算する。
ＤＴ＝Ｄ［ＭＳＢ］×２(MSB-1)＋（Ｄ［ＭＳＢ］＋１）×Ｄ［ＭＳＢ−１：０］
【００１８】
ここで、Ｄ［ＭＳＢ］は、カウント値の最上位ビットを示す。Ｄ［ＭＳＢ−１：０］は、カウント値の下位ＭＳＢ−１ビット分の値を示す。上式のように、演算処理部１０８は、最上位ビットＤ［ＭＳＢ］が１の場合、０〜（ＭＳＢ−１）ビットのデータＤ［ＭＳＢ−１：０］を２倍し、２(MSB-1)を加算し、画素値ＤＴを出力する。また、演算処理部１０８は、最上位ビットＤ［ＭＳＢ］が０の場合、０〜（ＭＳＢ−１）ビットのデータＤ［ＭＳＢ−１：０］をそのまま画素値ＤＴとして出力する。
【００１９】
以上のように、本実施形態によれば、高解像度かつ高速な画素信号のアナログデジタル変換を行うことができる。
【００２０】
（第２の実施形態）
図４（Ａ）は本発明の第２の実施形態による比較器１０３、カウンタ１０４、増幅回路４０１及びスイッチ４０２の構成例を示す図であり、図４（Ｂ）は撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。本実施形態（図４（Ａ））は、第１の実施形態（図２（Ａ））に対して、減衰回路２００及びインバータ２０４の代わりに、増幅回路４０１及びスイッチ４０２を設けたものである。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。増幅回路４０１は、ランプ信号ＬＲ１を増幅し、その増幅した信号を出力する。スイッチ４０２は、カウンタ１０４のカウント値の最上位ビット（ＭＳＢ）が０の場合には、ランプ信号ＬＲ１をそのまま増幅なしでランプ信号ＬＲ２として比較器１０３に出力する。これに対し、スイッチ４０２は、カウンタ１０４のカウント値の最上位ビット（ＭＳＢ）が１の場合には、増幅回路４０１の出力信号をランプ信号ＬＲ２として比較器１０３に出力する。図４（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１の前では、カウント値の最上位ビット（ＭＳＢ）が０であるので、ランプ信号ＬＲ２はランプ信号ＬＲ１と同じ傾きになる。これに対し、時刻ｔ１以降では、カウント値の最上位ビット（ＭＳＢ）が１であるので、ランプ信号ＬＲ２はランプ信号ＬＲ１より傾きが大きくなる。本実施形態では、減衰回路２００の代わりに、増幅回路４０１を用いてランプ信号ＬＲ２の傾きを変える。本実施形態のその他の点は、第１の実施形態と同様である。
【００２１】
第１の実施形態の減衰回路２００及び第２の実施形態の増幅回路４０１は、比較器１０３の比較結果のカウン値に応じて、ランプ信号ＬＲ２の時間経過に対する変化率（傾き）を変える制御部である。
【００２２】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態による撮像装置の構成例を示す図である。本実施形態（図５）は、第１の実施形態（図２（Ａ））に対して、減衰回路２００及びインバータ２０４の代わりに、スイッチ５０１〜５０３及び判定回路５０４を設けたものである。図５の上位カウンタ１０４ａ及び下位カウンタ１０４ｂは、図２（Ａ）のカウンタ１０４に対応する。上位カウンタ１０４ａは上位ビットのカウント値をカウントし、下位カウンタ１０４ｂは下位ビットのカウント値をカウントする。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。
【００２３】
図６（Ａ）は、撮像装置の動作を説明するための図である。横軸はカウンタ１０４ａ及び１０４ｂのカウント値（時間）を示し、縦軸は画素信号ＬＳ及びランプ信号ＬＲ１，ＬＲ２を示す。まず、スイッチ５０１がオンし、スイッチ５０２及び５０３がオフする。すると、ランプ信号ＬＲ１が比較器１０３に入力され、上位カウンタ１０４ａは初期値の０からカウントアップを開始する。比較器１０３は、画素信号ＬＳとランプ信号ＬＲ１とを比較する。ランプ信号ＬＲ１は時間経過と共に大きくなる。やがて、ランプ信号ＬＲ１は、画素信号ＬＳより大きくなり、大小関係が逆転する。すると、比較器１０３の出力信号は反転し、上位カウンタ１０４ａはカウントを終了する。この時の上位カウンタ１０４ａのカウント値はＮ２である。上位カウンタ１０４ａは、大きい傾きのランプ信号ＬＲ１に対応する上位ビットのカウント値をカウントするものであるので、量子化ステップが大きく、カウント値Ｎ２の前のカウント値はＮ１である。したがって、ランプ信号ＬＲ１が画素信号ＬＳに一致する真のカウント値Ｎａは、上位カウンタ１０４ａのカウント値Ｎ１とカウント値Ｎ２の間にある。
【００２４】
その後、スイッチ５０１及び５０３がオフし、スイッチ５０２がオンする。すると、ランプ信号ＬＲ２が比較器１０３に入力され、下位カウンタ１０４ｂはカウントを開始する。比較器１０３は、画素信号ＬＳとランプ信号ＬＲ２とを比較する。ランプ信号ＬＲ２は、ランプ信号ＬＲ１より傾きの絶対値が小さく、ランプ信号ＬＲ１の続きから時間経過と共に小さくなる。やがて、ランプ信号ＬＲ２は、画素信号ＬＳより小さくなり、大小関係が逆転する。すると、比較器１０３の出力信号は反転し、下位カウンタ１０４ｂはカウントを終了する。この時の下位カウンタ１０４ｂのカウント値はＮ３である。下位カウンタ１０４ｂは、傾きの絶対値が小さいランプ信号ＬＲ２に対応する下位ビットのカウント値をカウントするものであるので、量子化ステップは小さい。そこで、上位カウンタ１０４ａの上位カウント値Ｎ２から下位カウンタ１０４ｂの下位カウント値Ｎ３を減算することにより、画素信号ＬＳの真のカウント値Ｎａを画素値として求めることができる。なお、カウント値Ｎ２はカウント値の上位ビットであり、カウント値Ｎ３はカウント値の下位ビットであるので、上位カウント値Ｎ２を左シフトした値に対して下位カウント値Ｎ３を減算する。
【００２５】
図７（Ａ）は画素信号ＬＳが高輝度の場合のランプ信号を示し、図７（Ｂ）は画素信号ＬＳが低輝度の場合のランプ信号を示す。図７（Ａ）及び（Ｂ）では、ランプ信号ＬＲ１，ＬＲ２，ＬＲ３は、相互に傾きの正負符号を同じにして示している。上記のように、画素信号ＬＳの大きさに関係なく、最初、スイッチ５０１がオンになり、スイッチ５０２及び５０３がオフになり、ランプ信号ＬＲ１が比較器１０３に入力され、上位カウンタ１０４ａはカウントを開始する。比較器１０３は、画素信号ＬＳとランプ信号ＬＲ１とを比較する。
【００２６】
ここで、画素信号ＬＳが高輝度の場合には、図７（Ａ）に示すように、上位カウンタ１０４ａのカウント値の最上位ビットが０から１に変化する時刻ｔ１以降に、ランプ信号ＬＲ１と画素信号ＬＳとの大小関係が逆転し、上位カウンタ１０４ａのカウントが終了する。この場合、上位カウンタ１０４ａのカウント値の最上位ビットは１である。上位ビット１０４ａが７ビットカウンタの場合には、上位ビット１０４ａのカウント値の最大値は１２８である。すなわち、１２８のカウント値までには、上位カウンタ１０４ａのカウントは終了する。判定回路５０４は、上位カウンタ１０４ａのカウント終了後に上位カウンタ１０４ａのカウント値の最上位ビットが１である場合には、スイッチ５０１及び５０３をオフにし、スイッチ５０２をオンにする。すると、ランプ信号ＬＲ２が比較器１０３に入力され、下位カウンタ１０４ｂのカウントが開始する。比較器１０３は、画素信号ＬＳとランプ信号ＬＲ２とを比較する。ランプ信号ＬＲ２は、ランプ信号ＬＲ１より傾きの絶対値が小さい。やがて、ランプ信号ＬＲ２と画素信号ＬＳとの大小関係が逆転し、下位カウンタ１０４ｂのカウントが終了する。下位カウンタ１０４ｂのカウント値は、ランプ信号ＬＲ２の傾きに対応し、例えば６ビットのカウント値（最大値が６４）のカウントを行う。この場合、６４のカウント値までには、下位カウンタ１０４ｂのカウントは終了する。その後、上記のように、上位カウンタ１０４ａ及び下位カウンタ１０４ｂのカウント値を基に画素値を求める。
【００２７】
これに対し、画素信号ＬＳが低輝度の場合には、図７（Ｂ）に示すように、上位カウンタ１０４ａのカウント値の最上位ビットが０から１に変化する時刻ｔ１より前に、ランプ信号ＬＲ１と画素信号ＬＳとの大小関係が逆転する。すると、上位カウンタ１０４ａのカウントが終了する。この場合、上位カウンタ１０４ａのカウント値の最上位ビットは０であり、６４のカウント値までには、上位カウンタ１０４ａのカウントは終了する。判定回路５０４は、上位カウンタ１０４ａのカウント終了後に上位カウンタ１０４ａのカウント値の最上位ビットが０である場合には、スイッチ５０１及び５０２をオフにし、スイッチ５０３をオンにする。すると、ランプ信号ＬＲ３が比較器１０３に入力され、下位カウンタ１０４ｂのカウントが開始する。比較器１０３は、画素信号ＬＳとランプ信号ＬＲ３とを比較する。ランプ信号ＬＲ３は、ランプ信号ＬＲ２より傾きの絶対値が小さい。やがて、ランプ信号ＬＲ３と画素信号ＬＳとの大小関係が逆転し、下位カウンタ１０４ｂのカウントが終了する。下位カウンタ１０４ｂのカウント値は、ランプ信号ＬＲ３の傾きに対応し、例えば７ビットのカウント値（最大値が１２８）のカウントを行う。この場合、１２８のカウント値までには、下位カウンタ１０４ｂのカウントは終了する。その後、上記のように、上位カウンタ１０４ａ及び下位カウンタ１０４ｂのカウント値を基に画素値を求める。
【００２８】
図７（Ａ）の場合、アナログデジタル変換時間の最大値は、上位カウンタ１０４ａの１２８のカウント値と下位カウンタ１０４ｂの６４のカウント値との合計１２８＋６４＝１９２である。これに対し、図７（Ｂ）の場合、アナログデジタル変換時間の最大値は、上位カウンタ１０４ａの６４のカウント値と下位カウンタ１０４ｂの１２８のカウント値との合計６４＋１２８＝１９２であり、図７（Ａ）の場合と同じである。
【００２９】
図７（Ａ）のランプ信号ＬＲ２は、図７（Ｂ）のランプ信号ＬＲ３より傾きの絶対値が大きいので、画素信号ＬＳが高輝度の場合には、アナログデジタル変換時間を短くすることができる。また、図７（Ｂ）のランプ信号ＬＲ３は、図７（Ａ）のランプ信号ＬＲ２より傾きの絶対値が小さいので、画素信号ＬＳが低輝度の場合には、カウント値の解像度を高くすることができる。
【００３０】
なお、図７（Ａ）のランプ信号ＬＲ２は、図７（Ｂ）のランプ信号ＬＲ３より傾きの絶対値が大きいため、高輝度の画素信号は、低輝度の画素信号に比べて、解像度が低くなる。しかし、高輝度の画素信号は、低輝度の画素信号に比べて、人間の目にはレベルの変化が認識され難いので、低解像度でも影響は小さい。これに対し、低輝度の画素信号は、高輝度の画素信号に対して、高解像度を実現することができるので、全体として、人間の目に対して高解像度を実現できる。
【００３１】
上位カウンタ１０４ａは、ランプ信号の傾きを変える前において、比較器１０３の出力信号が反転するまでのカウント値をカウントする第１のカウンタである。下位カウンタ１０４ｂは、ランプ信号の傾きを変えた後において、比較器１０３の出力信号が反転するまでのカウント値をカウントする第２のカウンタである。スイッチ５０１〜５０３は、上位カウンタ１０４ａのカウント値に応じて、ランプ信号の傾きを変える制御部である。具体的には、スイッチ（制御部）５０１〜５０３は、上位カウンタ１０４ａのカウント値が閾値より大きい場合にはランプ信号ＬＲ２に変え、上位カウンタ１０４ａのカウント値が閾値より小さい場合にはランプ信号ＬＲ３に変える。ランプ信号ＬＲ２の時間経過に対する変化率を第１の変化率とし、ランプ信号ＬＲ３の時間経過に対する変化率を第２の変化率とすると、第２の変化率の絶対値は第１の変化率の絶対値より小さい。
【００３２】
図８は、本実施形態による撮像装置の構成例を示す図である。複数の画素８０１は、図１の画素部１０１に対応し、２次元行列状に配置され、光電変換によりアナログ信号を生成する。信号線８１６は、画素８０１の列毎に設けられる。垂直走査回路８０２は、画素８０１を行単位で制御し、各行の画素８０１の信号を信号線８１６に順に出力させる。ランプ源８０３は、上記の３個のランプ信号ＬＲ１，ＬＲ２，ＬＲ３を生成する。セレクタ８０４は、図５のスイッチ５０１〜５０３に対応し、選択回路８１２の選択信号に応じて、ランプ信号ＬＲ１〜ＬＲ３のうちの１個を選択して出力する。スイッチ８０５は、セレクタ８０４の出力信号又は信号線８１６の信号を選択し、容量８０６を介して差動増幅器８０７に出力する。差動増幅器８０７は、容量８０６の信号とリファレンス値ｒｅｆを入力し、増幅信号を出力する。帰還容量８０８及び帰還スイッチ８０９の直列接続回路は、差動増幅器８０７の入力端子及び出力端子間に接続される。比較器８１０は、図５の比較器１０３に対応し、差動増幅器８０７の出力信号とリファレンス値ｒｅｆとを比較し、両者の大小関係が逆転すると出力信号が反転し、帰還スイッチ８０９を制御する。上位カウンタ８１１ａは、図５の上位カウンタ１０４ａに対応し、ランプ信号ＬＲ１の生成開始によりカウントを開始する。下位カウンタ８１１ｂは、図５の下位カウンタ１０４ｂに対応し、ランプ信号ＬＲ２の生成開始によりカウントを開始する。下位カウンタ８１１ｃは、図５の下位カウンタ１０４ｂに対応し、ランプ信号ＬＲ３の生成開始によりカウントを開始する。
【００３３】
メモリ８１４ａは、ランプ信号ＬＲ１と画素信号ＬＳとの大小関係の逆転により比較器８１０の出力信号が反転すると、上位カウンタ８１１ａのカウント値をラッチして保持する。セレクタ８１３は、選択回路８１２によりランプ信号ＬＲ２が選択されている場合には下位カウンタ８１１ｂのカウント値を選択し、選択回路８１２によりランプ信号ＬＲ３が選択されている場合には下位カウンタ８１１ｃのカウント値を選択し、出力する。メモリ８１４ｂは、ランプ信号ＬＲ２又はＬＲ３と画素信号ＬＳとの大小関係の逆転により比較器８１０の出力信号が反転すると、セレクタ８１３により出力されるカウント値をラッチして保持する。水平走査回路８１５は、各列のメモリ８１４ａ及び８１４ｂのカウント値を順に出力信号に出力させ、演算処理部１０８（図１）により画素値が演算される。
【００３４】
図６（Ｂ）は、図８の差動増幅器８０７の出力信号を示す図である。まず、スイッチ８０５は、容量８０６を信号線８１６に接続する。すると、差動増幅器８０７は、画素８０１の信号を積分した信号Ａ１を出力する。信号Ａ１は、やがて画素信号ＬＳになる。
【００３５】
次に、ランプ源８０３はランプ信号ＬＲ１を生成し、セレクタ８０４はランプ信号ＬＲ１を選択し、スイッチ８０５はセレクタ８０４の出力信号を容量８０６に接続し、上位カウンタ８１１ａはカウントを開始する。すると、差動増幅器８０７は、画素信号ＬＳからランプ信号ＬＲ１を減算した信号Ａ２を出力する。比較器８１０は、信号Ａ２とリファレンス値ｒｅｆとの大小関係が逆転すると、出力信号が反転する。すると、メモリ８１４ａは、上位カウンタ８１１ａのカウント値Ｎ２をラッチする。
【００３６】
次に、選択回路８１２は、メモリ８１４ａに保持されているカウント値Ｎ２の最上位ビットが１の場合には、図７（Ａ）のように、ランプ信号ＬＲ２の選択信号を出力する。その場合、ランプ源８０３はランプ信号ＬＲ２を生成し、セレクタ８０４はランプ信号ＬＲ２を選択し、スイッチ８０５はセレクタ８０４の出力信号を容量８０６に接続し、下位カウンタ８１１ｂはカウントを開始する。そして、セレクタ８１３は下位カウンタ８１１ｂのカウント値を選択する。
【００３７】
これに対し、選択回路８１２は、メモリ８１４ａに保持されているカウント値Ｎ２の最上位ビットが０の場合には、図７（Ｂ）のように、ランプ信号ＬＲ３の選択信号を出力する。その場合、ランプ源８０３はランプ信号ＬＲ３を生成し、セレクタ８０４はランプ信号ＬＲ３を選択し、スイッチ８０５はセレクタ８０４の出力信号を容量８０６に接続し、下位カウンタ８１１ｃはカウントを開始する。そして、セレクタ８１３は下位カウンタ８１１ｃのカウント値を選択する。
【００３８】
すると、差動増幅器８０７は、信号Ａ２に続いてランプ信号ＬＲ２又はＬＲ３を加算した信号Ａ３を出力する。比較器８１０は、信号Ａ３とリファレンス値ｒｅｆとの大小関係が逆転すると、出力信号が反転する。すると、メモリ８１４ｂは、セレクタ８１３により出力されるカウント値Ｎ３をラッチする。その後、演算処理部１０８（図１）は、カウント値Ｎ２及びＮ３を基に画素値を演算する。
【００３９】
なお、カウンタ８１１ａ，８１１ｂ，８１１ｃは、各列で共通のカウンタの場合を例に示しているが、各列毎にカウンタ８１１ａ，８１１ｂ，８１１ｃを設けてもよい。
【００４０】
なお、上記実施形態は、何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ものである。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、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０１  画素部、１０３  比較器、２００  減衰回路
【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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