(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数行および複数列に渡って配され、各々が画素信号を出力する複数の画素と、
前記複数列の各々に、それぞれが対応して設けられた複数のＡＤ変換部と、
時間の経過に伴って電位が変化するランプ信号を出力するランプ信号供給部とを有し、
前記複数のＡＤ変換部の各々は、
前記画素信号と前記ランプ信号との少なくとも一方の信号にオフセットを付与するオフセット付与部と、
前記オフセット付与部によって少なくとも一方の信号に前記オフセットが付与された前記画素信号と前記ランプ信号との比較である第１比較を行い、前記第１比較の結果を示す第１比較結果信号を出力する第１比較器と、
前記画素信号と前記ランプ信号との比較である第２比較を行い、前記第２比較の結果を示す第２比較結果信号を出力する第２比較器とを有し、
前記ＡＤ変換部が、前記ランプ信号の電位の変化の開始から終了までの期間であるＡＤ変換期間において、前記オフセットの付与によって、前記第１比較結果信号、前記第２比較結果信号の順に信号レベルが変化し、
前記ＡＤ変換期間の開始から前記第１比較結果信号の信号レベルが変化するまでの期間、前記第２比較器は非動作状態であり、
前記第１比較結果信号の信号レベルの変化に対応して、前記第２比較器が動作状態となって前記第２比較を行い、
前記第１比較において動作状態にある前記第１比較器の単位時間あたりの電流消費量が、前記第２比較において動作状態にある前記第２比較器の単位時間あたりの電流消費量よりも少ないことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１比較器は前記オフセット付与部によって少なくとも一方の信号に前記オフセットが付与された前記画素信号と前記ランプ信号とを比較する第１差動対を有し、
前記第２比較器は、前記画素信号と前記ランプ信号との比較を行う第２差動対を有し、
前記ＡＤ変換期間の開始から前記第１比較結果信号の信号レベルが変化するまでの期間、前記第２差動対の単位時間あたりの電流消費量が、第１の電流消費量であり、
前記第１比較結果信号の信号レベルの変化に対応して、前記第２差動対の単位時間あたりの電流消費量が、前記第１の電流消費量よりも多い第２の電流消費量となり、
前記ＡＤ変換期間の開始から前記第１比較結果信号の信号レベルが変化するまでの期間、前記第１差動対の単位時間あたりの電流消費量が、前記第２の電流消費量よりも少ない第３の電流消費量であ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】
第２比較結果信号の信号レベルの変化に対応して、前記第２差動対の単位時間あたりの電流消費量が、前記第２の電流消費量よりも少ない第４の電流消費量とな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】
前記第１の電流消費量と前記第４の電流消費量とが同じ値であることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
第２比較結果信号の信号レベルの変化に対応して、前記第１差動対の単位時間あたりの電流消費量が、前記第３の電流消費量よりも少ない第５の電流消費量となることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記画素信号が、前記画素に入射した光の光量に対応する信号であり、
前記画素信号が、所定の振幅よりも大きい第１の場合には、
前記ＡＤ変換期間の開始から前記第１比較結果信号の信号レベルが変化するまでの期間、前記第２差動対の単位時間あたりの電流消費量が、第１の電流消費量であって、
前記第１比較結果信号の信号レベルの変化に対応して、前記第２差動対の単位時間あたりの電流消費量が、前記第１の電流消費量よりも多い第２の電流消費量となって、前記第２差動対が前記第２比較を行い、
前記画素信号が、所定の振幅よりも小さい第２の場合には、
前記ＡＤ変換期間の開始から前記第２比較結果信号の信号レベルが変化するまでの期間、前記第２差動対の単位時間あたりの電流消費量が、前記第２の電流消費量であって、前記第２差動対が前記第２比較を行うことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１の場合に、
前記第２比較結果信号の信号レベルの変化に対応して、前記第２差動対の単位時間あたりの電流消費量を、前記第２の電流消費量よりも少ない第４の電流消費量とすることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第２の場合に、前記ＡＤ変換期間の全体に渡って、前記第１差動対の単位時間あたりの電流消費量を、前記第３の電流消費量よりも少ない第５の電流消費量とすることを特徴とする請求項６または７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記オフセット付与部は、複数のトランジスタと、スイッチとを有し、
前記スイッチは、前記複数のトランジスタのうち、前記第１差動対の入力段として動作するトランジスタの数を変更することを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記複数列のうちの第１列に対応して、一の比較器が配され、
前記複数列のうちの第２列に対応して、別の一の比較器が配され、
前記一の比較器と前記別の一の比較器は、第１動作と第２動作とを含む複数の動作が可能であり
前記第１動作は、
前記一の比較器が前記第１列の前記画素信号と前記ランプ信号とを比較し、前記別の一の比較器が前記第２列の前記画素信号と前記ランプ信号とを比較する動作であり、
前記第２動作は、
前記一の比較器および前記別の一の比較器に、前記第１列と前記第２列のいずれか一方の前記画素信号が入力され、前記一の比較器が前記第１比較器として動作し、前記別の一の比較器が前記第２比較器として動作する動作であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記画素は、
入射する光の光量に対応する電荷を生成する光電変換部と、ＭＯＳトランジスタと、前記光電変換部と前記ＭＯＳトランジスタのゲートとの間の電気的経路に配された転送スイッチとを有し、
前記ＭＯＳトランジスタが、前記第１比較器および前記第２比較器のそれぞれの入力段であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１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処理することによって画像を生成する信号処理部とを有することを特徴とする撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のＡＤ変換部を備える撮像装置、および当該撮像装置を備える撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数列に渡って配された複数の画素と、画素の列に対応して、各々が配された複数のＡＤ変換部とを有する撮像装置が知られている。
【０００３】
ＡＤ変換部は、画素が出力する画素信号と、時間の経過に伴って電位が単調に変化するランプ信号とを比較する比較器を有する。この比較器の単位時間あたりの電流消費量を低減する検討がなされている。
【０００４】
特許文献１に記載の撮像装置には、比較器が第１アンプと、第１アンプの信号が入力され、画素信号とランプ信号との比較の結果を示す信号を出力する第２アンプとを備える構成が記載されている。特許文献１では、比較器による画素信号とランプ信号との比較を、第２アンプに供給する電流量を第１の電流量として開始する。そして、第１アンプの出力する信号の信号レベルが変化すると、第２アンプに供給する電流量を第１の電流量から第２の電流量に増加させる。そして、所定の期間経過後、第２アンプに供給する電流量を第１の電流量に戻す。これにより、特許文献１の撮像装置では、画素信号とランプ信号との比較を行う全期間にわたって第２アンプに第２の電流量を供給する場合に比べて、第２アンプの単位時間あたりの電流消費量を低減することができるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７１３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の撮像装置では、比較器のうちの一部の回路である第２アンプのみの単位時間あたりの電流消費量を低減する一方、他の一部の回路である第１アンプの単位時間あたりの電流消費量の低減が為されていない。このため、特許文献１に記載の撮像装置には、ＡＤ変換期間における比較器の消費電力量をさらに低減する余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記の課題を鑑みて為されたものであり、一の態様は、複数行および複数列に渡って配され、各々が画素信号を出力する複数の画素と、前記複数列の各々に、それぞれが対応して設けられた複数のＡＤ変換部と、時間の経過に伴って電位が変化するランプ信号を出力するランプ信号供給部とを有し、前記複数のＡＤ変換部の各々は、前記画素信号と前記ランプ信号との少なくとも一方の信号にオフセットを付与するオフセット付与部と、前記オフセット付与部によって少なくとも一方の信号に前記オフセットが付与された前記画素信号と前記ランプ信号との比較である第１比較を行い、前記第１比較の結果を示す第１比較結果信号を出力する第１比較器と、前記画素信号と前記ランプ信号との比較である第２比較を行い、前記第２比較の結果を示す第２比較結果信号を出力する第２比較器とを有し、前記ＡＤ変換部が、前記ランプ信号の電位の変化の開始から終了までの期間であるＡＤ変換期間において、前記オフセットの付与によって、前記第１比較結果信号、前記第２比較結果信号の順に信号レベルが変化し、前記ＡＤ変換期間の開始から前記第１比較結果信号の信号レベルが変化するまでの期間、前記第２比較器は非動作状態であり、前記第１比較結果信号の信号レベルの変化に対応して、前記第２比較器が動作状態となって前記第２比較を行い、前記第１比較において動作状態にある前記第１比較器の単位時間あたりの電流消費量が、前記第２比較において動作状態にある前記第２比較器の単位時間あたりの電流消費量よりも少ないことを特徴とする撮像装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、ＡＤ変換期間における比較回路部の電流消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】撮像装置の構成を示した図
【図２】画素と比較回路部との構成を示した図
【図３】比較回路の構成と、スイッチの動作とを示した図
【図４】撮像装置の動作を示した図
【図５】撮像装置の構成を示した図
【図６】比較回路の構成を示した図
【図７】撮像装置の動作を示した図
【図８】撮像装置の構成と動作を示した図
【図９】撮像システムの構成を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
各実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（実施例１）
図１は、本実施例の撮像装置の構成を示した図である。
【００１２】
撮像装置は、複数行および複数列に渡って画素が配された画素ブロック１０１（Ｐｉｘ  Ｂｌｏｃｋ）を有する。さらに撮像装置は、画素を行単位で選択して、行単位で画素から画素信号を読み出す垂直走査回路１０２（Ｖ−Ｓｃａｎｎｅｒ）を有する。さらに撮像装置は、複数の列回路１０３を有する。複数の列回路１０３の各々は、画素ブロック１０１の画素が配された複数列のそれぞれに対応して配置されている。複数の列回路１０３のそれぞれは、比較回路部１０６と、メモリ１０７と、スイッチ１０８とを有する。複数の列回路１０３のそれぞれは、画素信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部である。撮像装置は、ランプ信号供給部１０４（Ｒａｍｐ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を有する。ランプ信号供給部１０４は、複数の列回路１０３のそれぞれの比較回路部１０６に接続されている。また、比較回路部１０６は、対応する列の画素とも接続されている。カウンタ１０５（Ｃｏｕｎｔｅｒ）は、複数の列回路１０３の各々のメモリ１０７（ＭＥＭ）に接続されている。撮像装置はさらに水平走査回路１１０を有する。複数の列回路１０３と、ランプ信号供給部１０４と、カウンタ１０５は、周辺回路領域１２０に設けられている。水平走査回路１１０（Ｈ−Ｓｃａｎｎｅｒ）は、複数の列回路１０３の各々のスイッチ１０８を制御する。複数の列回路１０３の各々は、デジタルフロントエンド（ＤＦＥ）１３０に接続されている。ＤＦＥ１３０は、出力部１４０に接続されている。出力部１４０が出力する信号が、撮像装置が出力する信号である。
【００１３】
図２は、画素２０１と、比較回路部１０６の構成を示した図である。
【００１４】
画素２０１は、フォトダイオード２０２、転送スイッチ２０３、リセットスイッチ２０５、増幅トランジスタ２０６、選択スイッチ２０７を有する。転送スイッチ２０３の一方のノードと、リセットスイッチの一方のノードと、増幅トランジスタ２０６のゲートは、共通のノード２０４に接続される。フォトダイオード２０２は、入射する光の光量に対応する電荷を生成する光電変換部の一例である。ノード２０４は、浮遊拡散容量として形成されることもある。リセットスイッチ２０５の他方のノードと、増幅トランジスタ２０６の一方のノードには、画素電源電圧ＳＶＤＤが入力される。
【００１５】
転送スイッチ２０３は、垂直走査回路１０２から供給される信号ＰＴＸによって制御される。リセットスイッチ２０５は、垂直走査回路１０２から供給される信号ＰＲＥＳによって制御される。選択スイッチ２０７は、垂直走査回路１０２から供給される信号ＰＳＥＬによって制御される。
【００１６】
選択スイッチ２０７は、信号線２０８に接続されている。信号線２０８は、電流源２０９と接続されている。信号ＰＳＥＬがアクティブレベルとなって、選択スイッチ２０７が導通状態になると、電流源２０９から増幅トランジスタ２０６に電流が供給される。画素電源電圧ＳＶＤＤと、増幅トランジスタ２０６と、電流源２０９とによって、ソースフォロワ回路が形成される。
【００１７】
比較回路部１０６は、比較制御回路２１０である、容量素子Ｃ３１１、容量素子Ｃ３１２、オフセット付与部２１５、第１比較器２１１、論理回路２１２を有する。さらに比較回路部１０６は、容量素子Ｃ３２１、容量素子Ｃ３２２、第２比較器２２０を有する。第１比較器２１１の一方の入力ノードは容量素子Ｃ３２２を介して、信号線２０８に接続されている。第２比較器２２０の一方の入力ノードは、容量素子Ｃ３２２を介して、信号線２０８に接続されている。
【００１８】
第１比較器２１１の他方の入力ノードは、容量素子Ｃ３１１、オフセット付与部２１５を介して、信号ＶＲＡＭＰが供給される。また、第２比較器２２０の他方の入力ノードは、容量素子Ｃ３２１を介して、信号ＶＲＡＭＰが供給される。信号ＶＲＡＭＰは、ランプ信号供給部１０４が供給する信号である。
【００１９】
第１比較器２１１の出力ノードは、論理回路２１２の一方の入力ノードに接続される。第２比較器２２０の出力ノードは、論理回路２１２の他方の入力ノードに接続される。論理回路２１２の出力ノードは、第２比較器２２０の制御ノードに接続される。
【００２０】
図３は、比較回路部１０６の構成の詳細を示した図である。図２で示した部材と同一の部材については、図２で付した符号と同じ符号を図３でも付している。
【００２１】
第１比較器２１１は、差動入力段である、トランジスタＭｐ３１２、トランジスタＭｐ３２０を有する。また、第１比較器２１１は、スイッチＳＷ３１１、スイッチＳＷ３１２を有する。スイッチＳＷ３１１の一方のノードは、容量素子Ｃ３１１に接続され、他方のノードは、トランジスタＭｎ３１０とトランジスタＭｐ３１２との接続ノードに接続されている。スイッチＳＷ３１２の一方のノードは、容量素子Ｃ３１２に接続され、他方のノードは、トランジスタＭｎ３２０とトランジスタＭｐ３２０との接続ノードに接続されている。
【００２２】
また、第１比較器２１１は、カレントミラー回路を形成するトランジスタＭｎ３１０、トランジスタＭｎ３２０を有する。トランジスタＭｐ３１２、トランジスタＭｐ３２０、トランジスタＭｎ３１０、トランジスタＭｎ３２０は、第１の差動対を形成する。
【００２３】
オフセット付与部２１５は、スイッチＳＷ３２０と、トランジスタＭｐ３１１とを有する。スイッチＳＷ３２０が非導通状態であると、第１の差動対の一方の入力段は、トランジスタＭｐ３１２のみである。一方、スイッチＳＷ３２０が導通状態であると、第１の差動対の一方の入力段は、並列接続されたトランジスタＭｐ３１１、トランジスタＭｐ３１２である。このようにスイッチＳＷ３２０の導通、非導通を制御することによって、第１の差動対の一方の入力段のゲート幅Ｗを変更できる。第１の差動対の一方の入力段には、容量素子Ｃ３１１を介して、信号ＶＲＡＭＰが入力される。第１の差動対の他方の入力段であるトランジスタＭｐ３２０のゲートには、容量素子Ｃ３１２を介して、信号線２０８から信号ＶＰＩＸが入力される。信号ＶＰＩＸは、画素２０１が出力する画素信号である。
【００２４】
第１の差動対は、電流源であるトランジスタＭｐ３３０をさらに有する。
【００２５】
第２比較器２２０は、差動入力段である、トランジスタＭｐ３４０、トランジスタＭｐ３５０を有する。また、第２比較器２２０は、スイッチＳＷ３３１、スイッチＳＷ３３２を有する。スイッチＳＷ３３１の一方のノードは、容量素子Ｃ３２１に接続され、他方のノードは、トランジスタＭｎ３３０とトランジスタＭｐ３４０との接続ノードに接続されている。スイッチＳＷ３３２の一方のノードは、容量素子Ｃ３２２に接続され、他方のノードは、トランジスタＭｎ３２０とトランジスタＭｐ３５０との接続ノードに接続されている。
【００２６】
また、第２比較器２２０は、カレントミラー回路を形成するトランジスタＭｎ３３０、トランジスタＭｎ３４０を有する。トランジスタＭｐ３４０、トランジスタＭｐ３５０、トランジスタＭｎ３３０、トランジスタＭｎ３４０は、第２の差動対を形成する。
【００２７】
第２の差動対の一方の入力段であるトランジスタＭｎ３４０のゲートには、容量素子Ｃ３２１を介して、信号ＶＲＡＭＰが入力される。第２の差動対の他方の入力段であるトランジスタＭｐ３５０のゲートには、容量素子Ｃ３２２を介して、信号線２０８から信号ＶＰＩＸが入力される。
【００２８】
第２比較器２２０は、電流源であるトランジスタＭｐ３６０をさらに有する。また、第２比較器２２０は、トランジスタＭｐ３４０とトランジスタＭｐ３５０との接続ノードと、トランジスタＭｐ３６０との間の電気的経路に、スイッチＳＷ３４０を有する。スイッチＳＷ３４０は、論理回路２１２の出力によって制御される。
【００２９】
スイッチＳＷ３２０は、不図示のタイミングジェネレータから供給される信号ＰＯＳによって制御される。
【００３０】
スイッチＳＷ３１１、スイッチＳＷ３１２、スイッチＳＷ３３１、スイッチＳＷ３３２は、不図示のタイミングジェネレータから供給される信号ＰＣＬＡＭＰによって制御される。
【００３１】
トランジスタＭｐ３３０、トランジスタＭｐ３６０は、不図示の電圧供給部から、電圧ＶＢｉａｓが入力される。
【００３２】
トランジスタＭｐ３３０が供給する電流量は、トランジスタＭｐ３６０が供給する電流よりも少なくなるようにする。たとえば、トランジスタＭｐ３３０のゲートサイズを、トランジスタＭｐ３６０よりも小さくなるようにすればよい。これにより、第１比較器２１１の電流消費量は、第２比較器２２０の電流消費量よりも少なくなっている。
【００３３】
図３に示した各スイッチは、スイッチＳＷ３４０を除き、入力される制御信号がＨｉレベルの時に導通状態であり、Ｌｏレベルの時に非導通状態である。スイッチＳＷ３４０は、入力される制御信号がＬｏレベルの時に導通状態であり、Ｈｉレベルの時に非導通状態である。
【００３４】
次に、図３の比較回路部１０６を有する撮像装置の動作を、図４を中心に説明する。なお、図４に示した各信号は、図２、図３で示した各信号に対応する。
【００３５】
時刻ｔ１までに、垂直走査回路１０２は、信号ＰＲＥＳをアクティブレベルであるＨｉｇｈレベル（以下、Ｈｉレベル）から、ノンアクティブレベルであるＬｏｗレベル（以下、Ｌｏレベル）にする。これにより、ノード２０４のリセットが解除される。また、垂直走査回路１０２は、所定の行の画素２０１に入力する信号ＰＳＥＬを、ＬｏレベルからＨｉレベルにする。これにより、Ｈｉレベルの信号ＰＳＥＬが入力された行（以下、選択行）の画素２０１の選択スイッチが導通状態になる。よって、選択行の画素２０１の増幅トランジスタ２０６は、リセットが解除されたノード２０４の電位に基づく信号を信号線２０８に出力する。この信号は、画素２０１のノイズ成分が主であるノイズ信号である。このノイズ信号を、Ｎ信号と表記する。
【００３６】
また、不図示のタイミングジェネレータは、時刻ｔ１に、信号ＰＣＬＡＭＰをＬｏレベルからＨｉレベルにする。また、ランプ信号供給部１０４は、信号ＶＲＡＭＰを、所定の電位にオフセットさせる。
【００３７】
時刻ｔ５に、タイミングジェネレータは、信号ＰＣＬＡＭＰをＨｉレベルからＬｏレベルにする。これにより、容量素子Ｃ３１２、容量素子Ｃ３２２はそれぞれ、Ｎ信号をクランプする。また、容量素子Ｃ３１１、容量素子Ｃ３２１はそれぞれ、オフセットされた電位の信号ＶＲＡＭＰをクランプする。
【００３８】
また、信号ＰＣＯＭＰは、リセット期間において、スイッチＳＷ３４０のアクティブレベルであるＬｏレベルとなる。これにより、第２比較器２２０はリセット期間において、動作状態となる。
【００３９】
時刻ｔ１から時刻ｔ５までの期間は、比較回路部１０６がリセットされるリセット期間である。リセット期間では、スイッチＳＷ３４０が導通状態である。したがって、第２比較器２２０の第２差動対は動作状態である。
【００４０】
時刻ｔ５に、容量素子Ｃ３１１、容量素子Ｃ３２１がオフセットされた信号ＶＲＡＭＰをクランプした後、信号ＶＲＡＭＰの電位がリセットされる。
【００４１】
その後、タイミングジェネレータは、信号ＰＯＳをＬｏレベルからＨｉレベルにする。これにより、第１比較器２１１に入力される信号ＶＲＡＭＰは、ランプ信号供給部１０４が出力する信号ＶＲＡＭＰに対して、実効的に信号ＶＲＡＭＰが時間の経過に伴って電位が変化する方向にシフトされた信号レベルとなる。
【００４２】
この時刻ｔ５から、後述する時刻ｔ１５までの期間、信号ＰＣＯＭＰはノンアクティブレベルであるＨｉレベルにあるため、第２比較器２２０の第２差動対は、非動作状態である。
【００４３】
時刻ｔ１０に、ランプ信号供給部１０４は、信号ＶＲＡＭＰの電位を、時間の経過に伴って変化させる。この時間の経過に伴って電位が変化する信号が、ランプ信号である。また、カウンタ１０５は不図示のクロック信号の計数を開始する。これにより、カウンタ１０５から、信号ＶＲＡＭＰの時間の経過に伴った電位の変化が開始されてからの、経過時間を示すカウント信号が、各列のメモリ１０７に出力される。時刻ｔ１０における、第２比較器２２０の単位時間あたりの電流消費量は、第１の電流消費量である。
【００４４】
なお、以下、明細書では、比較回路部が消費する電流と電力量を、単位時間当たりの電流消費量と、消費電力量の表記を用いて説明する。消費電力量とは、単位時間当たりの電流消費量に、時間を乗じた値である。たとえば、ＡＤ変換期間の比較回路部の消費電力量は、単位時間当たりの電流消費量を、ＡＤ変換期間内で積算した量である。
【００４５】
時刻ｔ１５に、第１比較器２１１が比較している、シフトされた信号ＶＲＡＭＰと、Ｎ信号との電位の大小関係が変化する。これにより、第１比較器２１１の出力である信号ＶＳＣＯＭＰｏ（第１比較信号）がＨｉレベルからＬｏレベルに変化する。これにより、信号ＰＣＯＭＰは、ノンアクティブレベルのＨｉレベルから、アクティブレベルのＬｏレベルに変化する。これにより、第２比較器２２０の第２差動対は、非動作状態から動作状態に変化する。これにより、第２比較器２２０は、信号ＶＲＡＭＰとＮ信号との比較を開始する。時刻ｔ１５における、第２比較器２２０の単位時間あたりの電流消費量は、第１の電流消費量よりも多い第２の電流消費量である。
【００４６】
時刻ｔ２０に、信号ＶＲＡＭＰとＮ信号との電位の大小関係が変化する。これにより、第２比較器２２０の出力である第２比較信号の信号ＶＣＯＭＰｏが、ＨｉレベルからＬｏレベルに変化する。各列のメモリ１０７は、各々が対応する第２比較器２２０の信号ＶＣＯＭＰｏがＨｉレベルからＬｏレベルに変化したタイミングに基づくカウント信号を保持する。この各列のメモリ１０７が保持したカウント信号は、Ｎ信号に基づくデジタル信号である。
【００４７】
また、時刻ｔ２０に信号ＶＣＯＭＰｏの信号レベルが変化したことによって、信号ＰＣＯＭＰがアクティブレベルのＬｏレベルから、ノンアクティブレベルのＨｉレベルに変化する。これにより、第２比較器２２０の第２差動対は動作状態から非動作状態に変化する。時刻ｔ２０における、第２比較器２２０の単位時間あたりの電流消費量は、第２の電流消費量よりも少ない第４の電流消費量である。第４の電流消費量は、第１の電流消費量と同じとしてもよい。
【００４８】
時刻ｔ２５に、ランプ信号供給部１０４は、信号ＶＲＡＭＰの、時間の経過に伴った電位の変化を終了する。
【００４９】
時刻ｔ１０から時刻ｔ２５までの期間が、Ｎ信号をデジタル信号に変換するためのＡＤ変換期間である、Ｎ−ＡＤ期間である。
【００５０】
このＮ−ＡＤ期間において、第２比較器２２０が動作する期間は、時刻ｔ１５から時刻ｔ２０までの期間である。その他の期間は、第２比較器２２０より電流消費量の少ない第１比較器２１１が動作している。このため、Ｎ−ＡＤ期間における、第１比較器２１１、第２比較器２２０の電流消費量は、Ｎ−ＡＤ期間に第１比較器２１１が動作せず、第２比較器２２０が動作し続ける場合に比べて電流消費量は少ない。
【００５１】
第１比較器２１１は、第２比較器２２０の第２差動対を非動作状態から動作状態に切り替えるのに十分な比較精度があればよい。つまり、Ｎ信号に基づくデジタル信号の生成に関与する第２比較器２２０の第２差動対に対し、第１比較器２１１の第１差動対は比較精度が粗くてよい。したがって、第１比較器２１１の第１差動対の単位時間あたりの電流消費量を、第２比較器２２０の第２差動対の第２の電流消費量よりも少ない第３の電流消費量としても、Ｎ信号のＡＤ変換精度の低下は生じにくい。
【００５２】
その後、垂直走査回路１０２は、選択行の画素２０１に出力する信号ＰＴＸを、ＬｏレベルからＨｉレベルとし、その後再びＬｏレベルとする。
【００５３】
これにより、フォトダイオード２０２で生成した電荷が、ノード２０４に転送される。増幅トランジスタ２０６は、フォトダイオード２０２が生成した電荷が転送されたノード２０４の電位に基づく信号を、信号線２０８に出力する。この信号を、Ｓ信号と表記する。
【００５４】
時刻ｔ３０に、ランプ信号供給部１０４は、信号ＶＲＡＭＰの時間の経過に伴った電位の変化を開始する。時刻ｔ３０において、信号ＰＣＯＭＰはノンアクティブレベルであるＨｉレベルにあるため、第２比較器２２０の第２差動対は非動作状態にある。第１比較器２１１は、シフトされた信号ＶＲＡＭＰと、Ｓ信号との比較を行う。また、カウンタ１０５は、信号ＶＲＡＭＰの電位の変化の開始に対応して、Ｎ−ＡＤ期間と同じく、カウント信号の生成を開始する。
【００５５】
時刻ｔ３５に、第１比較器２１１が比較する、シフトされた電位ＶＲＡＭＰとＳ信号との大小関係が変化する。よって、信号ＶＳＣＯＭＰｏの信号レベルが変化する。これにより、信号ＰＣＯＭＰが、ノンアクティブレベルのＨｉレベルから、アクティブレベルのＬｏレベルに変化する。これにより、第２比較器２２０の第２差動対が非動作状態から動作状態に変化する。これにより、第２比較器２２０は、信号ＶＲＡＭＰとＳ信号との比較を開始する。
【００５６】
時刻ｔ４０に、信号ＶＲＡＭＰとＳ信号との電位の大小関係が変化する。これにより、第２比較器２２０の出力である信号ＶＣＯＭＰｏが、ＨｉレベルからＬｏレベルに変化する。各列のメモリ１０７は、各々が対応する第２比較器２２０の信号ＶＣＯＭＰｏがＨｉレベルからＬｏレベルに変化したタイミングに基づくカウント信号を保持する。この各列のメモリ１０７が保持したカウント信号は、Ｓ信号に基づくデジタル信号である。
【００５７】
また、時刻ｔ４０に信号ＶＣＯＭＰｏの信号レベルが変化したことによって、信号ＰＣＯＭＰがアクティブレベルのＬｏレベルから、ノンアクティブレベルのＨｉレベルに変化する。これにより、第２比較器２２０の第２差動対は動作状態から非動作状態に変化する。
【００５８】
時刻ｔ４５に、ランプ信号供給部１０４は、信号ＶＲＡＭＰの、時間の経過に伴った電位の変化を終了する。
【００５９】
時刻ｔ３０から時刻ｔ４５までの期間が、Ｓ信号をデジタル信号に変換するためのＡＤ変換期間である、Ｓ−ＡＤ期間である。
【００６０】
このＳ−ＡＤ期間において、第２比較器２２０が動作する期間は、時刻ｔ３５から時刻ｔ４０までの期間である。その他の期間は、第２比較器２２０より電流消費量の少ない第１比較器２１１が動作している。このため、Ｓ−ＡＤ期間における、第１比較器２１１、第２比較器２２０の電流消費量は、Ｓ−ＡＤ期間に第１比較器２１１が動作せず、第２比較器２２０が動作し続ける場合に比べて電流消費量は少ない。
【００６１】
第１比較器２１１は、第２比較器２２０の第２差動対を非動作状態から動作状態に切り替えるのに十分な比較精度があればよい。つまり、Ｓ信号に基づくデジタル信号の生成に関与する第２比較器２２０の第２差動対に対し、第１比較器２１１の第１差動対は比較精度が粗くてよい。したがって、第１比較器２１１の第１差動対の電流消費量を、第２比較器２２０の第２差動対よりも少なくしても、Ｓ信号のＡＤ変換精度の低下を生じさせにくい。
【００６２】
このように、本実施例の撮像装置は、アナログ信号に対応するデジタル信号の生成に用いられる比較結果信号を出力する第２比較器の第２差動対の動作、非動作の制御を、第２差動対よりも電流消費量の小さい第１差動対の比較結果信号を用いて行う。これにより、ＡＤ変換期間における、比較回路部１０６の単位時間あたりの電流消費量を低減することができる。
【００６３】
また、本実施例では、第２比較器２２０において、非動作状態の場合には、電流が全く供給されない状態としていた。この例に限定されるものではなく、非動作状態の電流消費量が、動作状態の電流消費量よりも少なくなるようにすればよい。非動作状態においても、動作状態に対して少ない電流を第２比較器２２０に供給することにより、非動作状態から動作状態への移行を高速にすることができる。
【００６４】
また、本実施例では、Ｎ−ＡＤ期間とＳ−ＡＤ期間の両方において、第２比較器２２０が非動作状態である期間を設けていた。この例に限定されるものではなく、Ｎ−ＡＤ期間とＳ−ＡＤ期間のいずれか一方において、第２比較器２２０が非動作状態である期間を設けるようにしてもよい。
【００６５】
別の例を説明する。Ｎ−ＡＤ期間の全体に渡って、第２比較器２２０を動作状態とし、第１比較器２１１を非動作状態とする。Ｓ−ＡＤ期間においては、第１比較器２１１を動作状態として、本実施例で述べたように、第１比較信号の信号レベルの変化に基づいて第２比較器２２０が動作状態となるようにしてもよい。Ｎ−ＡＤ期間はＳ−ＡＤ期間に比べてＡＤ変換期間が短い。このため、第２比較器２２０をＡＤ変換期間中に非動作状態とすることによる消費電力量低減の効果が、Ｓ−ＡＤ期間よりもＮ−ＡＤ期間の方が小さいためである。
【００６６】
また、Ｓ信号の振幅に応じて、Ｓ−ＡＤ期間に第２比較器２２０を非動作状態とする期間を設けるか否かを切り替えるようにしてもよい。たとえば、Ｓ−ＡＤ期間に先だって、Ｓ信号と、所定の振幅とを、比較回路部１０６が比較する。この比較の結果が、Ｓ信号が所定の振幅よりも大きいことを示す場合には、Ｓ−ＡＤ期間に、第２比較器２２０を非動作状態とする期間を設ける。一方、比較の結果が、Ｓ信号が所定の振幅よりも小さいことを示す場合には、Ｓ−ＡＤ期間に、第２比較器２２０を非動作状態とする期間を設けず、Ｓ−ＡＤ期間の全体に渡って第２比較器２２０が動作状態となるようにする。あるいは、Ｓ−ＡＤ期間において、第１比較器２１１を非動作状態とし、第２比較器２２０をＳ−ＡＤ期間の初期から動作状態とする。そして、第２比較信号の信号レベルが変化してから、第２比較器２２０を非動作状態とするようにしてもよい。
【００６７】
なお、列回路１０３が比較回路部１０６の前段に、Ｓ信号を増幅する増幅回路をさらに有していてもよい。
【００６８】
また、本実施例の撮像装置は、増幅トランジスタ２０６と、第１の差動対の他方の入力段であるトランジスタＭｐ３２０と、第２の差動対の他方の入力段であるトランジスタＭｐ３４０とをそれぞれ有していた。他の例として図５に示すように、増幅トランジスタ２０６が、第１の差動対の他方の入力段と、第２の差動対の他方の入力段とを兼ねるようにしてもよい。
【００６９】
図５は、比較制御回路２１０ｂ、第２比較器２２０ｂを有する。比較制御回路２１０ｂは第１比較器２１１ｂ、オフセット付与部２１５ｂを有する。
【００７０】
オフセット付与部２１５ｂは、トランジスタＭｎ６５５、スイッチＳＷ５７０を有する。
【００７１】
第１比較器２１１ｂは、カレントミラー回路を形成するトランジスタＭｐ５５０、トランジスタＭｐ５５５を有する。また、第１の差動対の一方の入力段として、トランジスタＭｎ６５０を有する。オフセット付与部２１５ｂは、第１の差動対の一方の入力段を、トランジスタＭｎ６５０のみとするか、並列に接続されたトランジスタＭｎ６５０とトランジスタＭｎ６５５とするかを切り替えることができる。第１の差動対の他方の入力段は、本実施例では増幅トランジスタ２０６として述べた、ゲートにフォトダイオード２０２の電荷が入力されるＭＯＳトランジスタである。
【００７２】
第１比較器２１１ｂは、さらに容量素子Ｃｐ５５１、インバータ５９５、スイッチＳＷ５８０、電流源５９０を有する。インバータ５９５の出力は、第１比較器２１１ｂが出力する信号ＶＳＣＯＭＰｏは、第１比較結果信号である。第１比較結果信号は、論理回路２１２ｂに入力される。
【００７３】
第２比較器２２０ｂは、カレントミラー回路を形成するトランジスタＭｐ５００、トランジスタＭｐ５０５を有する。また、第２の差動対の一方の入力段として、トランジスタＭｎ６００を有する。第２の差動対の他方の入力段は、増幅トランジスタ２０６である。
【００７４】
第２比較器２２０ｂは、さらに容量素子Ｃｐ５０１、インバータ５４５、スイッチＳＷ５２５、スイッチＳＷ５３０、電流源５４０を有する。インバータ５４５の出力は信号ＶＣＯＭＰｏであり、第２比較器２２０ｂが出力する第２比較信号である。
【００７５】
論理回路２１２ｂは、スイッチＳＷ５３０を、信号ＰＣＯＭＰによって制御する。この制御の方法は、本実施例で説明した方法とすることができる。
【００７６】
本実施例では、第１比較結果信号が第２比較結果信号よりも早く信号レベルが変化するために、ランプ信号にオフセットを付与していた。本実施例は、この例に限定されるものではなく、画素信号にオフセットを付与するようにしてもよい。この場合は、画素信号の振幅を小さくするように、オフセットを付与するようにすればよい。また、本実施例では、オフセット付与を差動対の入力段で行っていた。この例に限定されるものではなく、差動対のカレントミラー回路にオフセットを付与してもよい。また、差動対の入力段とカレントミラー回路の両方にオフセットを付与してもよい。さらに、信号ＶＲＡＭＰの傾きが可変である場合、信号ＶＲＡＭＰの傾きに応じて第１比較器２１１に付与するオフセットの大きさを変えてもよい。
【００７７】
また、本実施例では、第１比較器２１１に入力される信号にオフセットを付与していた。しかし、本実施例では、第１比較結果信号が第２比較結果信号よりも早く信号レベルが変化すればよい。つまり、第２比較結果信号が、第１比較結果信号よりも遅く信号レベルが変化するように、第２比較器２２０に入力される信号にオフセットを付与するようにしてもよい。この場合には、たとえばＤＦＥ１３０において、付与したオフセット分を、デジタル信号から差し引く補正処理を行うようにしてもよい。
【００７８】
本実施例の撮像装置は、ＡＤ変換期間の開始から第１比較結果信号の信号レベルが変化するまでの期間、第２比較器は非動作状態とする。そして、第１比較結果信号の信号レベルの変化に対応して、第２比較器が動作状態となって第２比較を行う。本実施例の撮像装置は、第１比較の単位時間あたりの電流消費量が、第２比較の単位時間あたりの電流消費量よりも少ない。これにより、撮影シーンによらず、ＡＤ変換期間の比較回路部１０６の電流消費量を低減することができる。
【００７９】
特許文献１の技術では、差動対と出力段とを備える比較器であって、比較動作を行う差動対に対し、ＡＤ変換期間の全体に渡って電流を供給していた。したがって、ＡＤ変換期間における比較器の消費電力量の低減が充分でなかった。本実施例の撮像装置は、第１比較器と第２比較器とを備え、第１比較器による第１比較は、第２比較による第２比較よりも単位時間当たりの電流消費量が少ないものとなっている。よって、本実施例の撮像装置は、ＡＤ変換期間の開始から、第１比較結果信号の信号レベルが変化するまでの期間の、比較回路部の消費電力量を少なくすることができる。
【００８０】
また、本実施例の撮像装置は、第２差動対よりも単位時間当たりの電流消費量の少ない第１差動対の出力を用いて、第２差動対の動作の制御を行っている。具体的には、本実施例では、ＡＤ変換期間の開始から、第１比較結果信号の信号レベルが変化するまでの期間、第２差動対を非動作状態としている。また、ＡＤ変換期間の開始から、第１比較結果信号の信号レベルが変化するまでの期間の、第１差動対の単位時間あたりの電流消費量は、動作状態にある第２差動対の単位時間当たりの電流消費量に対して少ないものとしている。これにより、本実施例の撮像装置は、特許文献１の技術における差動対の消費電力量を低減することができる。これにより、ＡＤ変換期間における、比較回路部の消費電力量を低減することができる。
【００８１】
また、本実施例の撮像装置は、複数の列回路１０３の各々が、オフセット付与部２１５を備える。他の例として、オフセット付与部２１５を省略する代わりに次の参考構成とすることができる。ランプ信号供給部１０４が、第１のランプ信号を複数の列回路１０３の各々の第１比較器に供給する。そしてランプ信号供給部１０４が、第１のランプ信号にオフセットが付与された第２のランプ信号を、複数の列回路１０３の各々の第２比較器に供給する。しかし、この例では、ランプ信号供給部１０４が複数のランプ信号を生成することにより、ランプ信号供給部１０４の電流消費量が増加する。また、第１のランプ信号を伝送する配線と、伝送する第２のランプ信号を伝送する配線をそれぞれ設ける必要があるため、ランプ信号を供給する配線の回路面積が増加する。一方、本実施例の撮像装置では、複数の列回路１０３の各々がオフセット付与部２１５を備えることにより、ランプ信号供給部１０４が第１比較器と第２比較器とに供給するランプ信号を共通のものとすることができる。これにより、参考構成では生じていた、ランプ信号供給部１０４の電流消費量の増加が、本実施例の撮像装置では生じない。また、本実施例の撮像装置は、ランプ信号を伝送する配線を、上記した参考構成に比べて減らすことができる。
【００８２】
（実施例２）
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。
【００８３】
本実施例では、第２比較器２２０を制御する論理回路２１２の構成が、実施例１とは異なる。その他の構成は、実施例１で説明した図２の構成と同じである。
【００８４】
実施例１では、第２比較器２２０について、ＡＤ変換期間の一部に非動作期間を設けていた。本実施例では、第１比較器２１１についてもまた、ＡＤ変換期間の一部に非動作期間を設ける例である。
【００８５】
図６は、本実施例の撮像装置の構成を示した図である。本実施例の列回路１０３は、第１比較器２１１ｃ、論理回路２１２ｃ、第２比較器２２０ｃを有する。第１比較器２１１の出力である信号ＶＳＣＯＭＰｏは、論理回路２１２ｃに入力される。論理回路２１２ｃの出力である信号ＰＣＯＭＰ１は、第２比較器２２０ｃに入力される。第２比較器２２０ｃの出力である信号ＶＣＯＭＰｏは、論理回路２１２ｃに入力される。また、信号ＰＲＡＭＰ＿ＲＥＳが論理回路２１２ｃに入力される。論理回路２１２ｃの出力である信号ＰＣＯＭＰ２は、第１比較器２１１ｃに入力される。
【００８６】
第１比較器２１１ｃの構成は、図３に示した第１比較器２１１に対し、第１比較器２１１ｃに流れる電流を制御するスイッチを１つ追加した構成とすることができる。このスイッチは、トランジスタＭｐ３１２とトランジスタＭｐ３２０との接続ノードと、電流源であるトランジスタＭｐ３３０との間の電気的経路に設ければよい。このスイッチは、信号ＰＣＯＭＰ２がＬｏレベルの時に導通状態となり、Ｈｉレベルの時に非導通状態となる。
【００８７】
第２比較器２２０ｃの構成は、図３に示した第２比較器２２０と同じ構成とすることができる。本実施例では、スイッチＳＷ３４０は、信号ＰＣＯＭＰ１によって制御される。
【００８８】
図７は、図６に示した撮像装置の動作を示した図である。図７に示した各信号は、図６に示した各信号に対応する。
【００８９】
時刻ｔ５０から時刻ｔ６０までの期間の動作は、図４の時刻ｔ１から時刻ｔ１０までの動作と同じである。
【００９０】
時刻ｔ６０に、ランプ信号供給部１０４は、信号ＶＲＡＭＰの電位を、時間の経過に伴って変化させる。また、カウンタ１０５は不図示のクロック信号の計数を開始する。これにより、カウンタ１０５から、信号ＶＲＡＭＰの時間の経過に伴った電位の変化が開始されてからの、経過時間を示すカウント信号が、各列のメモリ１０７に出力される。信号ＰＣＯＭＰ１はノンアクティブレベルであるＨｉレベルにあるため、第２比較器２２０ｃは非動作状態にある。
【００９１】
信号ＰＲＡＭＰ＿ＲＥＳがＨｉレベルからＬｏレベルに変化したことを受けて、信号ＰＣＯＭＰ２がノンアクティブレベルのＨｉレベルから、アクティブレベルのＬｏレベルに変化する。これにより、第１比較器２１１ｃが非動作状態から動作状態に変化する。これにより、第１比較器２１１ｃは、信号ＶＲＡＭＰからシフトされた信号ＶＲＡＭＰと、Ｎ信号との比較を行う。
【００９２】
時刻ｔ６５に、第１比較器２１１ｃが比較している、シフトされた信号ＶＲＡＭＰと、Ｎ信号との電位の大小関係が変化する。これにより、第１比較器２１１ｃの出力である第１比較結果信号がＨｉレベルからＬｏレベルに変化する。これにより、信号ＰＣＯＭＰは、ノンアクティブレベルのＨｉレベルから、アクティブレベルのＬｏレベルに変化する。これにより、第２比較器２２０ｃは、非動作状態から動作状態に変化する。これにより、第２比較器２２０ｃは、信号ＶＲＡＭＰとＮ信号との比較を開始する。
【００９３】
時刻ｔ７０に、信号ＶＲＡＭＰとＮ信号との電位の大小関係が変化する。これにより、第２比較器２２０ｃの出力である第２比較信号の信号ＶＣＯＭＰｏが、ＨｉレベルからＬｏレベルに変化する。各列のメモリ１０７は、各々が対応する第２比較器２２０ｃの信号ＶＣＯＭＰｏがＨｉレベルからＬｏレベルに変化したタイミングに基づくカウント信号を保持する。この各列のメモリ１０７が保持したカウント信号は、Ｎ信号に基づくデジタル信号である。
【００９４】
また、時刻ｔ７０に信号ＶＣＯＭＰｏの信号レベルが変化したことによって、信号ＰＣＯＭＰ１および信号ＰＣＯＭＰ２がアクティブレベルのＬｏレベルから、ノンアクティブレベルのＨｉレベルに変化する。これにより、第１比較器２１１ｃ、第２比較器２２０ｃは動作状態から非動作状態に変化する。
【００９５】
時刻ｔ７５に、ランプ信号供給部１０４は、信号ＶＲＡＭＰの、時間の経過に伴った電位の変化を終了する。
【００９６】
時刻ｔ６０から時刻ｔ７５までの期間であるＮ−ＡＤ期間において、第１比較器２１１ｃが動作状態にある期間は時刻ｔ６０から時刻ｔ７０までである。また、第２比較器２２０ｃが動作状態にある期間は、時刻ｔ６５から時刻ｔ７０までである。
【００９７】
時刻ｔ８０に、ランプ信号供給部１０４は、信号ＶＲＡＭＰの時間の経過に伴った電位の変化を再び開始する。時刻ｔ８０において、信号ＰＣＯＭＰ１はノンアクティブレベルであるＨｉレベルにあるため、第２比較器２２０ｃは非動作状態にある。また、カウンタ１０５は、信号ＶＲＡＭＰの電位の変化の開始に対応して、Ｎ−ＡＤ期間と同じく、カウント信号の生成を開始する。
【００９８】
信号ＰＲＡＭＰ＿ＲＥＳがＨｉレベルからＬｏレベルに変化したことを受けて、信号ＰＣＯＭＰ２がノンアクティブレベルのＨｉレベルから、アクティブレベルのＬｏレベルに変化する。これにより、第１比較器２１１ｃが非動作状態から動作状態に変化する。これにより、第１比較器２１１ｃは、信号ＶＲＡＭＰからシフトされた信号ＶＲＡＭＰと、Ｎ信号との比較を行う。
【００９９】
時刻ｔ８５に、第１比較器２１１ｃが比較する、シフトされた電位ＶＲＡＭＰとＳ信号との大小関係が変化する。これにより、信号ＰＣＯＭＰ１が、ノンアクティブレベルのＨｉレベルから、アクティブレベルのＬｏレベルに変化する。これにより、第２比較器２２０ｃが非動作状態から動作状態に変化する。これにより、第２比較器２２０ｃは、信号ＶＲＡＭＰとＳ信号との比較を開始する。
【０１００】
時刻ｔ９０に、信号ＶＲＡＭＰとＳ信号との電位の大小関係が変化する。これにより、第２比較器２２０ｃの出力である信号ＶＣＯＭＰｏが、ＨｉレベルからＬｏレベルに変化する。各列のメモリ１０７は、各々が対応する第２比較器２２０ｃの信号ＶＣＯＭＰｏがＨｉレベルからＬｏレベルに変化したタイミングに基づくカウント信号を保持する。この各列のメモリ１０７が保持したカウント信号は、Ｓ信号に基づくデジタル信号である。
【０１０１】
また、時刻ｔ９０に信号ＶＣＯＭＰｏの信号レベルが変化したことによって、信号ＰＣＯＭＰ２がアクティブレベルのＬｏレベルから、ノンアクティブレベルのＨｉレベルに変化する。これにより、第２比較器２２０ｃは動作状態から非動作状態に変化する。
【０１０２】
また、信号ＶＣＯＭＰｏの信号レベルが変化したことによって、信号ＰＣＯＭＰ１もアクティブレベルのＬｏレベルから、ノンアクティブレベルのＨｉレベルに変化する。これにより、第１比較器２１１ｃもまた、動作状態から非動作状態に変化する。
【０１０３】
時刻ｔ９５に、ランプ信号供給部１０４は、信号ＶＲＡＭＰの、時間の経過に伴った電位の変化を終了する。
【０１０４】
この時刻ｔ８０から時刻ｔ９５までのＳ−ＡＤ期間において、第１比較器２１１ｃが動作状態にある期間は時刻ｔ８０から時刻ｔ９０までである。また、第２比較器２２０ｃが動作状態にある期間は、時刻ｔ８５から時刻ｔ９０までである。
【０１０５】
本実施例の撮像装置は、第１比較器２１１ｃを、ＡＤ変換期間の開始から、第２比較信号の信号レベルが変化するまでの期間、動作状態とする。他の期間では、本実施例の撮像装置は、第１比較器２１１ｃを非動作状態とする。また、本実施例の撮像装置は、第２比較器２２０ｃを、第１比較結果信号の信号レベルが変化してから、第２比較信号の信号レベルが変化するまでの期間とする。
【０１０６】
本実施例の撮像装置は、第１比較器２１１ｃについてもまた、ＡＤ変換期間の一部のみの期間、動作状態とする。これにより、ＡＤ変換期間における、第１比較器２１１ｃの消費電力量を低減することができる。
【０１０７】
（実施例３）
本実施例の撮像装置について、実施例２と異なる点を中心に説明する。
【０１０８】
実施例２の撮像装置では、各列の列回路１０３が第１比較器２１１ｃと、第２比較器２２０ｃとを備えていた。本実施例では、１列の画素２０１に、１つの比較器が対応して設けられている。
【０１０９】
本実施例の撮像装置は、第１動作と第２動作とを行う。第１動作は、複数列の画素２０１から画素信号を読み出す場合に、各列の比較器が対応する列の画素信号とランプ信号とを比較する動作である。第２動作は、複数列のうちの一部のみの列の画素信号を画素２０１から読み出し、他の一部の列の画素信号を画素２０１から読み出さない場合に、一部の列の比較器が第１比較器として動作し、他の一部の列の比較器が第２比較器として動作する動作である。本実施例の撮像装置は、第１動作、第２動作以外の動作を含む複数の動作から、第１動作、第２動作を選択するようにすることができる。
【０１１０】
図８（ａ）は、本実施例の列回路１０３の構成を示した図である。
【０１１１】
列回路１０３は、信号切替部８０１と、比較回路部１０６とを有する。信号切替部８０１は、比較器２５０（ｍ）に入力する信号を、ｍ列目の信号ＶＰＩＸである信号ＶＰＩＸ（ｍ）と、ｍ＋１列目の画素信号ＶＰＩＸである画素信号ＶＰＩＸ（ｍ＋１）とのいずれかに切り替える。信号切替部８０１は、スイッチＳＷ８０１０、スイッチＳＷ８０１１を有する。
【０１１２】
比較回路部１０６は、比較器２５０（ｍ）、比較器２５０（ｍ＋１）、オフセット切替部８０２、論理回路２１２ｄを有する。
【０１１３】
オフセット切替部８０２は、スイッチＳＷ８０２０、スイッチＳＷ８０２１を有する。
【０１１４】
論理回路２１２ｄには、不図示のタイミングジェネレータから、信号ＡＤＤ＿ＥＮが入力される。信号ＡＤＤ＿ＥＮは、第１動作と、第２動作とを切り替える信号である。信号ＡＤＤ＿ＥＮがＬｏレベルの場合には、各列の比較器２５０は第１動作を行い、Ｈｉレベルの場合には、各列の比較器２５０は第２動作を行う。
【０１１５】
また、信号ＡＤＤ＿ＥＮによって、一部の列の比較器２５０の、動作状態における電流消費量が制御される。つまり、信号ＡＤＤ＿ＥＮがＬｏレベルの場合には、一部の列の比較器２５０を含め、全ての列の比較器２５０の動作状態における単位時間あたりの電流消費量が、第２の電流消費量となる。一方、信号ＡＤＤ＿ＥＮがＨｉレベルの場合には、一部の列の比較器２５０の動作状態における単位時間あたりの電流消費量が、第２の電流消費量よりも少ない第３の電流消費量となる。他の一部の列の比較器２５０の動作状態における単位時間あたりの電流消費量は、第２の電流消費量である。
【０１１６】
図８（ｂ）は、第１動作における、列回路１０３におけるスイッチの接続状態を示している。信号切替部８０１のスイッチＳＷ８０１０は非導通状態であり、スイッチＳＷ８０１１は導通状態である。信号切替部８０１は、各列の画素２０１の信号ＶＰＩＸを、対応する列の比較器２５０に入力する。オフセット切替部８０２では、スイッチＳＷ８０２０が非導通状態であり、スイッチＳＷ８０２１が導通状態である。したがって、比較器２５０（ｍ）には、信号ＶＲＡＭＰがオフセット付与部２１５を介さずに入力される。また、信号ＡＤＤ＿ＥＮはＬｏレベルである。
【０１１７】
図８（ｃ）は、第２動作における、列回路１０３におけるスイッチの接続状態を示している。信号切替部８０１のスイッチＳＷ８０１０は導通状態であり、スイッチＳＷ８０１１は非導通状態である。これにより、信号切替部８０１は、（ｍ＋１）列の画素２０１の信号ＶＰＩＸを、ｍ列の比較器２５０（ｍ）と、ｍ＋１列の比較器２５０（ｍ＋１）とに入力する。オフセット切替部８０２では、スイッチＳＷ８０２０が導通状態であり、スイッチＳＷ８０２１が非導通状態である。したがって、比較器２５０（ｍ）には、信号ＶＲＡＭＰがオフセット付与部２１５を介して入力される。また、信号ＡＤＤ＿ＥＮはＨｉレベルである。
【０１１８】
図８（ｃ）における比較器２５０（ｍ）の動作は、実施例２における第１比較器２１１ｃの動作と同じである。また、比較器２５０（ｍ＋１）の動作は、実施例２における、第２比較器２２０ｃの動作と同じである。
【０１１９】
このように、本実施例の撮像装置においても、実施例２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、１列の画素２０１に対し、１つの比較器２５０を有する構成である。したがって、１列の画素２０１に対し、複数の比較器を備える実施例１、実施例２に対して、比較回路部１０６の回路面積を小さなものすることができる。
【０１２０】
本実施例では２列分の動作切替について説明したが、３以上の複数列についても適用できる。
【０１２１】
本実施例では、第２動作において、ｍ列目の比較器２５０（ｍ）が第１比較器として動作し、（ｍ＋１）列目の比較器２５０（ｍ＋１）が第２比較器として動作する例を説明した。本実施例は、この例に限定されるものではなく、第１比較器を比較器２５０（ｍ＋１）とし、第２比較器を比較器２５０（ｍ）としてもよい。
【０１２２】
また、本実施例では、第２動作を行う場合として、一部のみの列の画素信号を読み出す間引き動作を説明した。他の第２動作を行う例として、複数列の画素信号を加算することで１つの加算画素信号を得るようにしてもよい。この場合には、図８（ｃ）の動作において、たとえば、信号切替部８０１のスイッチＳＷ８０１０と、スイッチＳＷ８０１１とが、ともに導通状態となるようにすればよい。
【０１２３】
（実施例４）
本実施例は、上述した各実施例の撮像装置を有する撮像システムに関する。
【０１２４】
撮像システムとして、デジタルスチルカメラやデジタルカムコーダーや監視カメラなどがあげられる。図９に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラに撮像装置を適用した場合の模式図を示す。
【０１２５】
図９に例示した撮像システムは、レンズの保護のためのバリア１５０１、被写体の光学像を撮像装置１５０４に結像させるレンズ１５０２、レンズ１５０２を通過する光量を可変にするための絞り１５０３を有する。レンズ１５０２、絞り１５０３は撮像装置１５０４に光を集光する光学系である。また、図９に例示した撮像システムは撮像装置１５０４より出力される出力信号の処理を行う出力信号処理部１５０５を有する。出力信号処理部１５０５は必要に応じて各種の補正、圧縮を行って信号を出力する動作を行う。
【０１２６】
図９に例示した撮像システムはさらに、画像データを一時的に記憶する為のバッファメモリ部１５０６、外部コンピュータ等と通信する為の外部インターフェース部１５０７を有する。さらに撮像システムは、撮像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体１５０９、記録媒体１５０９に記録また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１５０８を有する。さらに撮像システムは、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御演算部１５１０、撮像装置１５０４と出力信号処理部１５０５に各種タイミング信号を出力するタイミング供給部１５１１を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システムは少なくとも撮像装置１５０４と、撮像装置１５０４から出力された出力信号を処理する出力信号処理部１５０５とを有すればよい。
【０１２７】
出力信号処理部１５０５は、撮像装置１５０４が形成された第１の半導体基板とは別の第２の半導体基板に設けられている。この第１の半導体基板と第２の半導体基板とはそれぞれ別々のチップとしても良いし、積層して１つのチップとしても良い。
【０１２８】
以上のように、本実施例の撮像システムは、撮像装置１５０４を適用して撮像動作を行うことが可能である。
【０１２９】
なお、上記実施例は、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。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】
【０１３０】
１０１  画素ブロック
１０２  垂直走査回路（Ｖ−Ｓｃａｎｎｅｒ）
１０３  列回路
１０４  ランプ信号供給部
１０５  カウンタ
１０６  比較回路部
１０７  メモリ
１０８  スイッチ
１１０  水平走査回路（Ｈ−Ｓｃａｎｎｅｒ）
１３０  デジタルフロントエンド（ＤＦＥ）
１４０  出力部
２０１  画素
２０２  フォトダイオード
２０３  転送スイッチ
２０５  リセットスイッチ
２０６  増幅トランジスタ
２０７  選択スイッチ
２０８  信号線
２１１  第１比較器
２１２  論理回路
２１５  オフセット付与部
２２０  第２比較器
【図１】
0006727906.tif 000002
【図２】
0006727906.tif 000003
【図３】
0006727906.tif 000004
【図４】
0006727906.tif 000005
【図５】
0006727906.tif 000006
【図６】
0006727906.tif 000007
【図７】
0006727906.tif 000008
【図８】
0006727906.tif 000009
【図９】
0006727906.tif 000010