(57)【要約】      （修正有）【課題】消費電力を低減することができるアナログデジタル変換器および固体撮像装置を提供する。【解決手段】時間の経過とともに減少する第１の信号、または時間の経過とともに増加する第２の信号のいずれか一方または両方を、参照信号として出力する参照信号生成部１０４と、入力されたアナログ信号と参照信号との比較処理を行い、該比較処理を開始してから、参照信号がアナログ信号に対して予め定められた条件を満たしたときまでの比較時間に応じたデジタル値を出力する比較変換部１１０と、デジタル値に基づいて、入力されたアナログ信号に応じたデジタル信号を生成し、生成した該デジタル信号を出力する演算処理部１０８と、入力されるアナログ信号に対する比較時間が短くなるように、比較変換部に入力される参照信号を、第１の信号または第２の信号のいずれか一方に切り替える制御を行う制御部１９９と、を備える。【選択図】図１
2013243645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間の経過とともに減少する第１の信号、または時間の経過とともに増加する第２の信号のいずれか一方または両方を、参照信号として出力する参照信号生成部と、
入力されたアナログ信号と前記参照信号との比較処理を行い、該比較処理を開始してから、前記参照信号が前記アナログ信号に対して予め定められた条件を満たしたときまでの比較時間に応じたデジタル値を出力する比較変換部と、
前記デジタル値に基づいて、入力された前記アナログ信号に応じたデジタル信号を生成し、生成した該デジタル信号を出力する演算処理部と、
入力されるアナログ信号に対する前記比較時間が短くなるように、前記比較変換部に入力される前記参照信号を、前記第１の信号または前記第２の信号のいずれか一方に切り替える制御を行う制御部と、
を備えることを特徴とするアナログデジタル変換器。
【請求項２】
前記制御部は、さらに、
前記参照信号が前記アナログ信号に対して前記条件を満たしたことを判定し、該判定した結果に基づいて、前記参照信号の出力または前記比較処理の少なくとも一方を停止させる制御を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載のアナログデジタル変換器。
【請求項３】
前記比較変換部は、
前記比較処理を行い、前記参照信号が前記アナログ信号に対して前記条件を満たしたときに一致信号を出力する比較部と、
前記比較部が前記比較処理を開始してから前記一致信号が出力されるまでの前記比較時間を計数した計数値を前記デジタル値として出力する計数部と、
を具備し、
前記演算処理部は、
前記デジタル値、または前記計数部が計数し得る最大の計数値から前記デジタル値を減算した値のいずれか一方を、前記デジタル信号として出力するとともに、前記参照信号を切り替えるための切り替え信号を出力し、
前記制御部は、
前記切り替え信号に基づいて前記参照信号を切り替える制御を行う切り替え部、
を具備する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアナログデジタル変換器。
【請求項４】
前記制御部は、さらに、
前記一致信号に基づいて、前記参照信号が前記アナログ信号に対して前記条件を満たしたことを判定し、前記参照信号の出力または前記比較処理の少なくとも一方を停止させる制御を行う判定部、
を具備する、
ことを特徴とする請求項３に記載のアナログデジタル変換器。
【請求項５】
前記演算処理部は、
該演算処理部が出力する前記デジタル信号と前記計数部が計数し得る最大の計数値とに基づいて、前記参照信号を切り替えるための演算処理を行い、該演算処理の結果に基づいて前記切り替え信号を出力する、
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のアナログデジタル変換器。
【請求項６】
前記計数部は、
該計数部における初期の計数値から予め定めた値を順次加算することによって前記比較時間を計数した計数値を前記デジタル値として出力し、
前記演算処理部は、
前記デジタル値が、前記第１の信号を前記参照信号として前記比較処理を行ったときの前記比較時間を計数した計数値である場合に、該デジタル値を前記デジタル信号として出力し、
前記デジタル値が、前記第２の信号を前記参照信号として前記比較処理を行ったときの前記比較時間を計数した計数値である場合に、前記計数部が計数し得る最大の計数値から前記デジタル値を減算した値を前記デジタル信号として出力する、
ことを特徴とする請求項５に記載のアナログデジタル変換器。
【請求項７】
前記計数部は、
該計数部における初期の計数値から予め定めた値を順次加算する加算計数方法、または該計数部が計数し得る最大の計数値から予め定めた値を順次減算する減算計数方法のいずれか一方に切り替えることができる計数部であり、
前記切り替え部は、
前記第１の信号を前記参照信号として切り替える制御を行う場合に、前記計数部の計数方法を前記加算計数方法に切り替える制御を行い、
前記第２の信号を前記参照信号として切り替える制御を行う場合に、前記計数部の計数方法を前記減算計数方法に切り替える制御を行い、
前記演算処理部は、
前記デジタル値を前記デジタル信号として出力する、
ことを特徴とする請求項５に記載のアナログデジタル変換器。
【請求項８】
前記演算処理部は、
前記アナログ信号とは別に入力される該アナログ信号の物理量を表す値と、予め定められた前記物理量の閾値とを比較し、該比較した結果に基づいて前記切り替え信号を出力する、
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のアナログデジタル変換器。
【請求項９】
前記比較変換部は、
前記比較処理を行い、前記参照信号が前記アナログ信号に対して前記条件を満たしたときに一致信号を出力する比較部と、
前記比較部が前記比較処理を開始してから前記一致信号が出力されるまでの前記比較時間を計数した計数値を前記デジタル値として出力する計数部と、
を具備し、
前記演算処理部は、
前記デジタル値、または前記計数部が計数し得る最大の計数値から前記デジタル値を減算した値のいずれか一方を、前記デジタル信号として出力し、
前記制御部は、
入力された前記アナログ信号と予め定めた一定の電圧値の基準信号とを比較し、該比較した結果に基づいて前記参照信号を切り替える制御を行うとともに、前記参照信号を切り替えるための切り替え信号を出力する切り替え部、
を具備する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアナログデジタル変換器。
【請求項１０】
前記制御部は、さらに、
前記一致信号に基づいて、前記参照信号が前記アナログ信号に対して前記条件を満たしたことを判定し、前記参照信号の出力または前記比較処理の少なくとも一方を停止させる制御を行う判定部、
を具備する、
ことを特徴とする請求項９に記載のアナログデジタル変換器。
【請求項１１】
前記基準信号の電圧値は、
前記比較変換部が比較処理を開始するとき前記第１の信号の電圧値と、前記第２の信号の電圧値との中間の電圧値である、
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のアナログデジタル変換器。
【請求項１２】
前記基準信号を出力する基準電圧生成部、
をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１１に記載のアナログデジタル変換器。
【請求項１３】
前記参照信号生成部は、
前記基準信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１１に記載のアナログデジタル変換器。
【請求項１４】
前記切り替え部は、
入力された前記アナログ信号の電圧値が、前記基準信号の電圧値以下の電圧値であるか否かを判定し、該判定した結果に基づいて前記参照信号を切り替える制御を行うとともに、前記切り替え信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のアナログデジタル変換器。
【請求項１５】
前記計数部は、
該計数部における初期の計数値から予め定めた値を順次加算することによって前記比較時間を計数した計数値を前記デジタル値として出力し、
前記演算処理部は、
前記デジタル値が、前記第１の信号を前記参照信号として前記比較処理を行ったときの前記比較時間を計数した計数値である場合に、該デジタル値を前記デジタル信号として出力し、
前記デジタル値が、前記第２の信号を前記参照信号として前記比較処理を行ったときの前記比較時間を計数した計数値である場合に、前記計数部が計数し得る最大の計数値から前記デジタル値を減算した値を前記デジタル信号として出力する、
ことを特徴とする請求項１４に記載のアナログデジタル変換器。
【請求項１６】
前記計数部は、
該計数部における初期の計数値から予め定めた値を順次加算する加算計数方法、または該計数部が計数し得る最大の計数値から予め定めた値を順次減算する減算計数方法のいずれか一方に切り替えることができる計数部であり、
前記切り替え部は、
前記第１の信号を前記参照信号として切り替える制御を行う場合に、前記計数部の計数方法を前記加算計数方法に切り替える制御を行い、
前記第２の信号を前記参照信号として切り替える制御を行う場合に、前記計数部の計数方法を前記減算計数方法に切り替える制御を行い、
前記演算処理部は、
前記デジタル値を前記デジタル信号として出力する、
ことを特徴とする請求項１４に記載のアナログデジタル変換器。
【請求項１７】
入射した光量に応じた光電変換信号を出力する画素が、二次元の行列状に複数配置された画素部と、
前記画素部の１列毎または複数列毎に配置された請求項６または請求項７に記載の複数のアナログデジタル変換器と、
を備え、
前記アナログデジタル変換器の前記比較変換部は、前記画素部の１列毎または複数列毎に配置され、前記アナログデジタル変換器の前記参照信号生成部と、前記演算処理部と、前記制御部とのそれぞれは、全ての前記比較変換部に共通して１つ配置され、
複数の前記比較変換部のそれぞれは、
対応する列の前記画素から出力された前記光電変換信号に応じた前記アナログ信号が、前記画素部の行毎に入力され、該入力された前記アナログ信号に対して前記比較処理を行ったときの前記比較時間を計数した前記デジタル値を、前記画素部の行毎に出力し、
前記演算処理部は、
複数の前記比較変換部のそれぞれから出力された前記デジタル値に基づいたそれぞれの前記デジタル信号を、前記画素部の列毎に順次出力し、
前記制御部は、
前記画素部の後の行における前記比較時間が短くなるように、前記参照信号を切り替える制御を行う、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１８】
前記制御部は、さらに、
複数の前記比較変換部のそれぞれから出力される前記一致信号に基づいて、全ての前記比較変換部が、前記参照信号が前記アナログ信号に対して前記条件を満たしたときに、前記参照信号の出力、または全ての前記比較変換部における前記比較処理の少なくとも一方を停止させる制御を行う、
ことを特徴とする請求項１７に記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
前記演算処理部は、
前記計数部が計数し得る最大の計数値と、前記画素部の現在の行における前記デジタル値の最大値との差分値を算出し、該算出した前記差分値と前記画素部の現在の行における前記デジタル値の最小値とを比較する前記演算処理を行い、該比較した結果に基づいて前記画素部の後の行に対応した前記切り替え信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の固体撮像装置。
【請求項２０】
前記演算処理部は、
前記計数部が計数し得る最大の計数値と、前記画素部の現在の行における前記デジタル値の最小値との差分値を算出し、該算出した前記差分値と前記画素部の現在の行における前記デジタル値の最大値とを比較する前記演算処理を行い、該比較した結果に基づいて前記画素部の後の行に対応した前記切り替え信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の固体撮像装置。
【請求項２１】
当該固体撮像装置は、
前記画素部によって複数のフレームを撮像し、
前記演算処理部は、
前のフレームにおいて該演算処理部が出力する前記デジタル信号に基づいて、後のフレームにおいて前記比較部が前記比較処理を行う前記参照信号を切り替えるための前記演算処理を行い、該演算処理の結果に基づいて前記切り替え信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載の固体撮像装置。
【請求項２２】
当該固体撮像装置は、
前記画素部によって１つのフレームを撮像し、
前記演算処理部は、
前記フレームにおける前記画素部のｎ−ｋ（ｎは２以上の自然数、ｋはｎより小さい自然数）行目において該演算処理部が出力する前記デジタル信号に基づいて、該フレームにおける前記画素部のｎ行目において前記比較部が前記比較処理を行う前記参照信号を切り替えるための前記演算処理を行い、該演算処理の結果に基づいて前記切り替え信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載の固体撮像装置。
【請求項２３】
入射した光量に応じた光電変換信号を出力する画素が、二次元の行列状に複数配置された画素部と、
前記画素部の１列毎または複数列毎に配置された請求項８に記載の複数のアナログデジタル変換器と、
光量に応じた物理量を検出する検出装置から、前記画素部のそれぞれの前記画素が出力する前記光電変換信号を表す前記物理量の検出値を読み出す読み出し制御部と、
を備え、
前記アナログデジタル変換器の前記比較変換部は、前記画素部の１列毎または複数列毎に配置され、前記アナログデジタル変換器の前記参照信号生成部と、前記演算処理部と、前記制御部とのそれぞれは、全ての前記比較変換部に共通して１つ配置され、
複数の前記比較変換部のそれぞれは、
対応する列の前記画素から出力された前記光電変換信号に応じた前記アナログ信号が、前記画素部の行毎に入力され、該入力された前記アナログ信号に対して前記比較処理を行ったときの前記比較時間を計数した前記デジタル値を、前記画素部の行毎に出力し、
前記演算処理部は、
複数の前記比較変換部のそれぞれから出力された前記デジタル値に基づいたそれぞれの前記デジタル信号を、前記画素部の列毎に順次出力し、
前記制御部は、
前記画素部の後の行における前記比較時間が短くなるように、前記参照信号を切り替える制御を行う、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２４】
前記制御部は、さらに、
複数の前記比較変換部のそれぞれから出力される前記一致信号に基づいて、全ての前記比較変換部が、前記参照信号が前記アナログ信号に対して前記条件を満たしたときに、前記参照信号の出力、または全ての前記比較変換部における前記比較処理の少なくとも一方を停止させる制御を行う、
ことを特徴とする請求項２３に記載の固体撮像装置。
【請求項２５】
前記演算処理部は、
前記読み出し制御部が前記検出装置から読み出した、前記画素部のそれぞれの前記画素が出力する前記光電変換信号を表す前記物理量の前記検出値の内、前記画素部の現在の行に対応する前記検出値の最大値または最小値の少なくとも一方と、予め定められた前記光電変換信号の前記物理量の閾値とを比較し、該比較した結果に基づいて前記画素部の現在の行または後の行に対応した前記切り替え信号を出力する、
ことを特徴とする請求項２３または請求項２４に記載の固体撮像装置。
【請求項２６】
前記検出装置は、
入射した光の明るさを測定する測光センサであり、
前記演算処理部は、
前記測光センサが測定した光の明るさの測定値が、予め定めた前記閾値よりも大きいか否かを判定し、該判定した結果に基づいて前記画素部の現在の行または後の行に対応した前記切り替え信号を出力する、
ことを特徴とする請求項２５に記載の固体撮像装置。
【請求項２７】
入射した光量に応じた光電変換信号を出力する画素が、二次元の行列状に複数配置された画素部と、
前記画素部の１列毎または複数列毎に配置された請求項１５または請求項１６に記載の複数のアナログデジタル変換器と、
を備え、
前記アナログデジタル変換器の前記制御部と、前記比較変換部とのそれぞれは、前記画素部の１列毎または複数列毎に配置され、前記アナログデジタル変換器の前記参照信号生成部と、前記演算処理部とのそれぞれは、全ての前記比較変換部に共通して１つ配置され、
複数の前記制御部のそれぞれは、
対応する列の前記画素から出力された前記光電変換信号に応じた前記アナログ信号が、前記画素部の行毎に入力され、該入力された前記アナログ信号と前記基準信号とを比較し、該比較した結果に基づいて前記参照信号を切り替えるとともに、前記切り替え信号を出力し、
複数の前記比較変換部のそれぞれは、
対応する列の前記画素から出力された前記光電変換信号に応じた前記アナログ信号が、前記画素部の行毎に入力され、該入力された前記アナログ信号と対応する前記制御部によって切り替えられた前記参照信号との前記比較処理を行ったときの前記比較時間を計数した前記デジタル値を、前記画素部の行毎に出力し、
前記演算処理部は、
複数の前記比較変換部のそれぞれから出力された前記デジタル値に基づいたそれぞれの前記デジタル信号を、前記画素部の列毎に順次出力する、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２８】
前記制御部は、さらに、
複数の前記比較変換部のそれぞれから出力される前記一致信号に基づいて、全ての前記比較変換部が、前記参照信号が前記アナログ信号に対して前記条件を満たしたときに、前記参照信号の出力、または全ての前記比較変換部における前記比較処理の少なくとも一方を停止させる制御を行う、
ことを特徴とする請求項２７に記載の固体撮像装置。
【請求項２９】
前記演算処理部は、
前記画素部の１列毎または複数列毎に配置された前記制御部のそれぞれから出力された前記切り替え信号に基づいて、該制御部のそれぞれに対応する前記比較変換部のそれぞれから出力された前記デジタル値に基づいたそれぞれの前記デジタル信号を算出し、該算出したデジタル信号を前記画素部の列毎に順次出力する、
ことを特徴とする請求項２７または請求項２８に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アナログデジタル変換器および固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像装置としてＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：相補型金属酸化膜半導体）イメージセンサが注目され、実用化されている。このＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）イメージセンサが専用の製造プロセスによって製造されるのに対し、一般的な半導体の製造プロセスを用いて製造することが可能である。このことから、ＣＭＯＳイメージセンサは、例えば、ＳＯＣ（Ｓｙｓｔｅｍ  Ｏｎ  Ｃｈｉｐ）のように、センサ内に種々の機能回路を組み込むことによって、多機能化を実現することが可能となっている。
【０００３】
そして、近年では、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラや内視鏡などに搭載する固体撮像装置として、アナログデジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄ変換回路」という）を内蔵した固体撮像装置を使用する例が増えている。このような固体撮像装置に内蔵されるＡ／Ｄ変換回路においては、ランプ型Ａ／Ｄ変換回路（特許文献１参照）を用いる場合がある。なお、以下の説明においてＡ／Ｄ変換回路といった場合には、ランプ型Ａ／Ｄ変換回路のことを示すものとする。
【０００４】
図１５は、従来の固体撮像装置の概略構成を示したブロック図である。図１５に示した従来の固体撮像装置９００は、垂直走査回路９０１と、画素アレイ部９０２と、参照信号生成部（以下、「ＤＡＣ」という）９０３と、カラム信号処理部９０４と、水平走査回路９０５と、判定回路９０６と、を備えている。
【０００５】
固体撮像装置９００は、画素アレイ部９０２内の各画素９１から出力されたそれぞれのアナログ信号Ｖｉｎを、カラム信号処理部９０４内に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路９０７によってアナログデジタル変換し、デジタル信号Ｄｏｕｔとして順次出力する。
【０００６】
垂直走査回路９０１は、画素アレイ部９０２内の画素９１を画素アレイ部９０２の行単位で選択し、選択した行の各画素９１で生成されたアナログ信号Ｖｉｎをカラム信号処理部９０４に出力させる。なお、以下の説明においては、画素アレイ部９０２のある行が選択されてから、次の行が選択されるまでの期間を「水平期間」という。
【０００７】
画素アレイ部９０２は、複数の画素９１を行方向および列方向の二次元的に配置した画素アレイである。画素９１のそれぞれは、フォトダイオードを備え、それぞれの画素９１に備えたフォトダイオードは、一定の蓄積時間内に入射した光量に応じたアナログ信号Ｖｉｎを発生する。そして、画素アレイ部９０２は、垂直走査回路９０１からの選択に応じて、選択された画素９１が発生したアナログ信号Ｖｉｎを、カラム信号処理部９０４に出力する。
【０００８】
ＤＡＣ９０３は、それぞれの水平期間において、時間に対して一定の割合で電圧値が減少するアナログ信号であるランプ波Ｖｒａｍｐを生成し、生成したランプ波Ｖｒａｍｐをカラム信号処理部９０４に出力する。
【０００９】
カラム信号処理部９０４は、コンパレータ（比較器）９２およびカウンタ９３を備えた同じ構成のＡ／Ｄ変換回路９０７と、アナログ信号Ｖｉｎの信号線の負荷として機能するＭＯＳトランジスタ（以下、「負荷ＭＯＳ」という）９４と、を画素アレイ部９０２の列の数だけ複数備えている。
【００１０】
画素アレイ部９０２の各列に対応したそれぞれのＡ／Ｄ変換回路９０７では、それぞれの水平期間において、コンパレータ９２が、入力されたアナログ信号Ｖｉｎとランプ波Ｖｒａｍｐの電圧値との比較（以下、「比較処理」という）を行う。また、それぞれのＡ／Ｄ変換回路９０７では、カウンタ９３が、ランプ波Ｖｒａｍｐの初期値のタイミングからコンパレータ９２の比較処理が完了したタイミングまでの時間（クロック数）を計数する。そして、それぞれのＡ／Ｄ変換回路９０７は、内部に備えたカウンタ９３が計数した時間を表すデジタル信号を、Ａ／Ｄ変換回路９０７に入力されたアナログ信号Ｖｉｎの大きさに応じて生成したデジタル信号Ｄｏｕｔとして出力する。
【００１１】
水平走査回路９０５は、カラム信号処理部９０４内に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路９０７によってアナログデジタル変換されたデジタル信号Ｄｏｕｔを、画素アレイ部９０２の列単位で選択し、選択した列のデジタル信号Ｄｏｕｔを固体撮像装置９００の出力として順次出力する。
【００１２】
このようにして、従来の固体撮像装置９００では、画素アレイ部９０２の各画素９１で生成されたそれぞれのアナログ信号Ｖｉｎを、カラム信号処理部９０４によってそれぞれアナログデジタル変換したデジタル信号Ｄｏｕｔを出力する。
【００１３】
ところで、従来からある一般的な固体撮像装置では、それぞれの水平期間において、ランプ波Ｖｒａｍｐの電圧値をアナログ信号Ｖｉｎが取り得る最小電圧値まで走査するため、水平期間の途中でアナログ信号Ｖｉｎに対する比較処理が全ての列で完了した場合でも、その後の期間におけるランプ波Ｖｒａｍｐの走査が継続される。このため、比較処理が完了した後の期間に、ＤＡＣ９０３、およびカラム信号処理部９０４内に備えたそれぞれの負荷ＭＯＳ９４とＡ／Ｄ変換回路９０７とが、電力を無駄に消費してしまう。
【００１４】
そこで、図１５に示した従来の固体撮像装置９００では、判定回路９０６を用いて消費電力を低減させている。より具体的には、カラム信号処理部９０４内に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路９０７は、コンパレータ９２による比較処理が完了したことを表す比較完了信号を、判定回路９０６に出力する。判定回路９０６は、それぞれのＡ／Ｄ変換回路９０７から入力された比較完了信号に基づいて、全ての列の比較処理が完了したタイミングを検出する。そして、判定回路９０６は、全ての列のＡ／Ｄ変換回路９０７の比較処理が完了したときに、動作を停止させるための動作停止信号を、ＤＡＣ９０３、およびカラム信号処理部９０４内に備えたそれぞれの負荷ＭＯＳ９４とＡ／Ｄ変換回路９０７とに出力する。
【００１５】
このようにして、判定回路９０６が、アナログ信号Ｖｉｎに対する比較処理が完了したときに、ＤＡＣ９０３によるランプ波Ｖｒａｍｐの生成および出力、およびＡ／Ｄ変換回路９０７によるアナログデジタル変換の動作を停止させることによって、比較処理が完了した後の期間における電力の消費を低減させる。
【００１６】
ここで、判定回路９０６の動作について説明する。図１６は、従来の固体撮像装置９００のランプ波走査期間におけるアナログ信号Ｖｉｎとランプ波Ｖｒａｍｐとの波形を示したタイミングチャートである。図１６には、固体撮像装置９００の１つの水平期間における全ての列のアナログ信号Ｖｉｎの内、電圧値が最小、すなわち、画素９１に入射した光量が最も多い場合のアナログ信号Ｖｉｎを、アナログ信号Ｖｌｓｔとして表している。
【００１７】
Ａ／Ｄ変換回路９０７によるアナログデジタル変換の動作では、リセット信号Ａ／Ｄ変換期間とアナログ信号Ａ／Ｄ変換期間とのそれぞれの期間で、Ａ／Ｄ変換回路９０７に備えたコンパレータ９２が、入力されたアナログ信号Ｖｌｓｔの電圧値とランプ波Ｖｒａｍｐの電圧値との比較処理を行う。より具体的には、コンパレータ９２は、リセット信号Ａ／Ｄ変換期間で、リセットレベルのアナログ信号Ｖｌｓｔに対する比較処理を行い、アナログ信号Ａ／Ｄ変換期間で、信号レベルのアナログ信号Ｖｌｓｔに対する比較処理を行う。そして、コンパレータ９２は、それぞれの期間における比較処理が完了したとき（図１６に示した時刻ｔｒと時刻ｔｐ）に、比較完了信号を出力する。
【００１８】
判定回路９０６は、それぞれの期間において全ての比較処理が完了したとき、すなわち、全てのＡ／Ｄ変換回路９０７内のコンパレータ９２から比較完了信号が入力されたときに、動作停止信号を出力する。図１６では、アナログ信号Ｖｌｓｔが最小の電圧値のアナログ信号Ｖｉｎであるため、時刻ｔｒと時刻ｔｐとのタイミングが、全てのＡ／Ｄ変換回路９０７が比較処理を完了したタイミングである。
【００１９】
従って、判定回路９０６は、時刻ｔｒと時刻ｔｐとのそれぞれのタイミングで入力された比較完了信号に基づいて、動作停止信号を出力する。これにより、ＤＡＣ９０３、およびカラム信号処理部９０４内に備えたそれぞれの負荷ＭＯＳ９４とＡ／Ｄ変換回路９０７とは、動作停止期間ｘｒと動作停止期間ｘｐとのそれぞれの期間の間、アナログデジタル変換の動作を停止する。
このようにして、従来の固体撮像装置９００では、動作停止期間ｘｒと動作停止期間ｘｐとのそれぞれの期間における消費電力を低減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特許第４６３６１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ところで、固体撮像装置９００においては、画素アレイ部９０２に備えたそれぞれの画素９１に入射した光量に応じて、アナログ信号Ｖｉｎの電圧値が変わってくる。より具体的には、入射した光量が少ない画素９１は、高い電圧値のアナログ信号Ｖｉｎを出力し、入射した光量が多い画素９１は、低い電圧値のアナログ信号Ｖｉｎを出力する。そして、カラム信号処理部９０４は、画素アレイ部９０２の行毎にアナログデジタル変換の動作を行う。
【００２２】
例えば、画素アレイ部９０２に入射した光量が多い行では、電圧値の高いアナログ信号Ｖｉｎを出力する画素９１の個数が減少し、電圧値の低いアナログ信号Ｖｉｎを出力する画素９１の個数が増加する。すなわち、低い電圧値のアナログ信号Ｖｉｎを出力する画素９１が多くなり、図１６に示した動作停止期間ｘｐが短いＡ／Ｄ変換回路９０７が多くなる。このため、画素アレイ部９０２の複数の行において入射した光量が多い場合には、全体的に動作停止期間ｘｒと動作停止期間ｘｐとの合計の時間が短くなり、判定回路９０６を用いた消費電力の低減効果があまり得られない、という問題がある。
【００２３】
本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、従来よりも消費電力を低減することができるアナログデジタル変換器および固体撮像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記の課題を解決するため、本発明のアナログデジタル変換器は、時間の経過とともに減少する第１の信号、または時間の経過とともに増加する第２の信号のいずれか一方または両方を、参照信号として出力する参照信号生成部と、入力されたアナログ信号と前記参照信号との比較処理を行い、該比較処理を開始してから、前記参照信号が前記アナログ信号に対して予め定められた条件を満たしたときまでの比較時間に応じたデジタル値を出力する比較変換部と、前記デジタル値に基づいて、入力された前記アナログ信号に応じたデジタル信号を生成し、生成した該デジタル信号を出力する演算処理部と、入力されるアナログ信号に対する前記比較時間が短くなるように、前記比較変換部に入力される前記参照信号を、前記第１の信号または前記第２の信号のいずれか一方に切り替える制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明のアナログデジタル変換器における前記制御部は、さらに、前記参照信号が前記アナログ信号に対して前記条件を満たしたことを判定し、該判定した結果に基づいて、前記参照信号の出力または前記比較処理の少なくとも一方を停止させる制御を行う、ことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明のアナログデジタル変換器における前記比較変換部は、前記比較処理を行い、前記参照信号が前記アナログ信号に対して前記条件を満たしたときに一致信号を出力する比較部と、前記比較部が前記比較処理を開始してから前記一致信号が出力されるまでの前記比較時間を計数した計数値を前記デジタル値として出力する計数部と、を具備し、前記演算処理部は、前記デジタル値、または前記計数部が計数し得る最大の計数値から前記デジタル値を減算した値のいずれか一方を、前記デジタル信号として出力するとともに、前記参照信号を切り替えるための切り替え信号を出力し、前記制御部は、前記切り替え信号に基づいて前記参照信号を切り替える制御を行う切り替え部、を具備する、ことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明のアナログデジタル変換器における前記制御部は、さらに、前記一致信号に基づいて、前記参照信号が前記アナログ信号に対して前記条件を満たしたことを判定し、前記参照信号の出力または前記比較処理の少なくとも一方を停止させる制御を行う判定部、を具備する、ことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明のアナログデジタル変換器における前記演算処理部は、該演算処理部が出力する前記デジタル信号と前記計数部が計数し得る最大の計数値とに基づいて、前記参照信号を切り替えるための演算処理を行い、該演算処理の結果に基づいて前記切り替え信号を出力する、ことを特徴とする。
【００２９】
また、本発明のアナログデジタル変換器における前記計数部は、該計数部における初期の計数値から予め定めた値を順次加算することによって前記比較時間を計数した計数値を前記デジタル値として出力し、前記演算処理部は、前記デジタル値が、前記第１の信号を前記参照信号として前記比較処理を行ったときの前記比較時間を計数した計数値である場合に、該デジタル値を前記デジタル信号として出力し、前記デジタル値が、前記第２の信号を前記参照信号として前記比較処理を行ったときの前記比較時間を計数した計数値である場合に、前記計数部が計数し得る最大の計数値から前記デジタル値を減算した値を前記デジタル信号として出力する、ことを特徴とする。
【００３０】
また、本発明のアナログデジタル変換器における前記計数部は、該計数部における初期の計数値から予め定めた値を順次加算する加算計数方法、または該計数部が計数し得る最大の計数値から予め定めた値を順次減算する減算計数方法のいずれか一方に切り替えることができる計数部であり、前記切り替え部は、前記第１の信号を前記参照信号として切り替える制御を行う場合に、前記計数部の計数方法を前記加算計数方法に切り替える制御を行い、前記第２の信号を前記参照信号として切り替える制御を行う場合に、前記計数部の計数方法を前記減算計数方法に切り替える制御を行い、前記演算処理部は、前記デジタル値を前記デジタル信号として出力する、ことを特徴とする。
【００３１】
また、本発明のアナログデジタル変換器における前記演算処理部は、前記アナログ信号とは別に入力される該アナログ信号の物理量を表す値と、予め定められた前記物理量の閾値とを比較し、該比較した結果に基づいて前記切り替え信号を出力する、ことを特徴とする。
【００３２】
また、本発明のアナログデジタル変換器における前記比較変換部は、前記比較処理を行い、前記参照信号が前記アナログ信号に対して前記条件を満たしたときに一致信号を出力する比較部と、前記比較部が前記比較処理を開始してから前記一致信号が出力されるまでの前記比較時間を計数した計数値を前記デジタル値として出力する計数部と、を具備し、前記演算処理部は、前記デジタル値、または前記計数部が計数し得る最大の計数値から前記デジタル値を減算した値のいずれか一方を、前記デジタル信号として出力し、前記制御部は、入力された前記アナログ信号と予め定めた一定の電圧値の基準信号とを比較し、該比較した結果に基づいて前記参照信号を切り替える制御を行うとともに、前記参照信号を切り替えるための切り替え信号を出力する切り替え部、を具備する、ことを特徴とする。
【００３３】
また、本発明のアナログデジタル変換器における前記制御部は、さらに、前記一致信号に基づいて、前記参照信号が前記アナログ信号に対して前記条件を満たしたことを判定し、前記参照信号の出力または前記比較処理の少なくとも一方を停止させる制御を行う判定部、を具備する、ことを特徴とする。
【００３４】
また、本発明のアナログデジタル変換器における前記基準信号の電圧値は、前記比較変換部が比較処理を開始するとき前記第１の信号の電圧値と、前記第２の信号の電圧値との中間の電圧値である、ことを特徴とする。
【００３５】
また、本発明のアナログデジタル変換器は、前記基準信号を出力する基準電圧生成部、をさらに備える、ことを特徴とする。
【００３６】
また、本発明のアナログデジタル変換器における前記参照信号生成部は、前記基準信号を出力する、ことを特徴とする。
【００３７】
また、本発明のアナログデジタル変換器における前記切り替え部は、入力された前記アナログ信号の電圧値が、前記基準信号の電圧値以下の電圧値であるか否かを判定し、該判定した結果に基づいて前記参照信号を切り替える制御を行うとともに、前記切り替え信号を出力する、ことを特徴とする。
【００３８】
また、本発明のアナログデジタル変換器における前記計数部は、該計数部における初期の計数値から予め定めた値を順次加算することによって前記比較時間を計数した計数値を前記デジタル値として出力し、前記演算処理部は、前記デジタル値が、前記第１の信号を前記参照信号として前記比較処理を行ったときの前記比較時間を計数した計数値である場合に、該デジタル値を前記デジタル信号として出力し、前記デジタル値が、前記第２の信号を前記参照信号として前記比較処理を行ったときの前記比較時間を計数した計数値である場合に、前記計数部が計数し得る最大の計数値から前記デジタル値を減算した値を前記デジタル信号として出力する、ことを特徴とする。
【００３９】
また、本発明のアナログデジタル変換器における前記計数部は、該計数部における初期の計数値から予め定めた値を順次加算する加算計数方法、または該計数部が計数し得る最大の計数値から予め定めた値を順次減算する減算計数方法のいずれか一方に切り替えることができる計数部であり、前記切り替え部は、前記第１の信号を前記参照信号として切り替える制御を行う場合に、前記計数部の計数方法を前記加算計数方法に切り替える制御を行い、前記第２の信号を前記参照信号として切り替える制御を行う場合に、前記計数部の計数方法を前記減算計数方法に切り替える制御を行い、前記演算処理部は、前記デジタル値を前記デジタル信号として出力する、ことを特徴とする。
【００４０】
また、本発明の固体撮像装置は、入射した光量に応じた光電変換信号を出力する画素が、二次元の行列状に複数配置された画素部と、前記画素部の１列毎または複数列毎に配置された上記本発明の複数のアナログデジタル変換器と、を備え、前記アナログデジタル変換器の前記比較変換部は、前記画素部の１列毎または複数列毎に配置され、前記アナログデジタル変換器の前記参照信号生成部と、前記演算処理部と、前記制御部とのそれぞれは、全ての前記比較変換部に共通して１つ配置され、複数の前記比較変換部のそれぞれは、対応する列の前記画素から出力された前記光電変換信号に応じた前記アナログ信号が、前記画素部の行毎に入力され、該入力された前記アナログ信号に対して前記比較処理を行ったときの前記比較時間を計数した前記デジタル値を、前記画素部の行毎に出力し、前記演算処理部は、複数の前記比較変換部のそれぞれから出力された前記デジタル値に基づいたそれぞれの前記デジタル信号を、前記画素部の列毎に順次出力し、前記制御部は、前記画素部の後の行における前記比較時間が短くなるように、前記参照信号を切り替える制御を行う、ことを特徴とする。
【００４１】
また、本発明の固体撮像装置における前記制御部は、さらに、複数の前記比較変換部のそれぞれから出力される前記一致信号に基づいて、全ての前記比較変換部が、前記参照信号が前記アナログ信号に対して前記条件を満たしたときに、前記参照信号の出力、または全ての前記比較変換部における前記比較処理の少なくとも一方を停止させる制御を行う、ことを特徴とする。
【００４２】
また、本発明の固体撮像装置における前記演算処理部は、前記計数部が計数し得る最大の計数値と、前記画素部の現在の行における前記デジタル値の最大値との差分値を算出し、該算出した前記差分値と前記画素部の現在の行における前記デジタル値の最小値とを比較する前記演算処理を行い、該比較した結果に基づいて前記画素部の後の行に対応した前記切り替え信号を出力する、ことを特徴とする。
【００４３】
また、本発明の固体撮像装置における前記演算処理部は、前記計数部が計数し得る最大の計数値と、前記画素部の現在の行における前記デジタル値の最小値との差分値を算出し、該算出した前記差分値と前記画素部の現在の行における前記デジタル値の最大値とを比較する前記演算処理を行い、該比較した結果に基づいて前記画素部の後の行に対応した前記切り替え信号を出力する、ことを特徴とする。
【００４４】
また、本発明の固体撮像装置は、前記画素部によって複数のフレームを撮像し、前記演算処理部は、前のフレームにおいて該演算処理部が出力する前記デジタル信号に基づいて、後のフレームにおいて前記比較部が前記比較処理を行う前記参照信号を切り替えるための前記演算処理を行い、該演算処理の結果に基づいて前記切り替え信号を出力する、ことを特徴とする。
【００４５】
また、本発明の固体撮像装置は、前記画素部によって１つのフレームを撮像し、前記演算処理部は、前記フレームにおける前記画素部のｎ−ｋ（ｎは２以上の自然数、ｋはｎより小さい自然数）行目において該演算処理部が出力する前記デジタル信号に基づいて、該フレームにおける前記画素部のｎ行目において前記比較部が前記比較処理を行う前記参照信号を切り替えるための前記演算処理を行い、該演算処理の結果に基づいて前記切り替え信号を出力する、ことを特徴とする。
【００４６】
また、本発明の固体撮像装置は、入射した光量に応じた光電変換信号を出力する画素が、二次元の行列状に複数配置された画素部と、前記画素部の１列毎または複数列毎に配置された上記本発明の複数のアナログデジタル変換器と、光量に応じた物理量を検出する検出装置から、前記画素部のそれぞれの前記画素が出力する前記光電変換信号を表す前記物理量の検出値を読み出す読み出し制御部と、を備え、前記アナログデジタル変換器の前記比較変換部は、前記画素部の１列毎または複数列毎に配置され、前記アナログデジタル変換器の前記参照信号生成部と、前記演算処理部と、前記制御部とのそれぞれは、全ての前記比較変換部に共通して１つ配置され、複数の前記比較変換部のそれぞれは、対応する列の前記画素から出力された前記光電変換信号に応じた前記アナログ信号が、前記画素部の行毎に入力され、該入力された前記アナログ信号に対して前記比較処理を行ったときの前記比較時間を計数した前記デジタル値を、前記画素部の行毎に出力し、前記演算処理部は、複数の前記比較変換部のそれぞれから出力された前記デジタル値に基づいたそれぞれの前記デジタル信号を、前記画素部の列毎に順次出力し、前記制御部は、前記画素部の後の行における前記比較時間が短くなるように、前記参照信号を切り替える制御を行う、ことを特徴とする。
【００４７】
また、本発明の固体撮像装置における前記制御部は、さらに、複数の前記比較変換部のそれぞれから出力される前記一致信号に基づいて、全ての前記比較変換部が、前記参照信号が前記アナログ信号に対して前記条件を満たしたときに、前記参照信号の出力、または全ての前記比較変換部における前記比較処理の少なくとも一方を停止させる制御を行う、ことを特徴とする。
【００４８】
また、本発明の固体撮像装置における前記演算処理部は、前記読み出し制御部が前記検出装置から読み出した、前記画素部のそれぞれの前記画素が出力する前記光電変換信号を表す前記物理量の前記検出値の内、前記画素部の現在の行に対応する前記検出値の最大値または最小値の少なくとも一方と、予め定められた前記光電変換信号の前記物理量の閾値とを比較し、該比較した結果に基づいて前記画素部の現在の行または後の行に対応した前記切り替え信号を出力する、ことを特徴とする。
【００４９】
また、本発明の固体撮像装置における前記検出装置は、入射した光の明るさを測定する測光センサであり、前記演算処理部は、前記測光センサが測定した光の明るさの測定値が、予め定めた前記閾値よりも大きいか否かを判定し、該判定した結果に基づいて前記画素部の現在の行または後の行に対応した前記切り替え信号を出力する、ことを特徴とする。
【００５０】
また、本発明の固体撮像装置は、入射した光量に応じた光電変換信号を出力する画素が、二次元の行列状に複数配置された画素部と、前記画素部の１列毎または複数列毎に配置された上記本発明の複数のアナログデジタル変換器と、を備え、前記アナログデジタル変換器の前記制御部と、前記比較変換部とのそれぞれは、前記画素部の１列毎または複数列毎に配置され、前記アナログデジタル変換器の前記参照信号生成部と、前記演算処理部とのそれぞれは、全ての前記比較変換部に共通して１つ配置され、複数の前記制御部のそれぞれは、対応する列の前記画素から出力された前記光電変換信号に応じた前記アナログ信号が、前記画素部の行毎に入力され、該入力された前記アナログ信号と前記基準信号とを比較し、該比較した結果に基づいて前記参照信号を切り替えるとともに、前記切り替え信号を出力し、複数の前記比較変換部のそれぞれは、対応する列の前記画素から出力された前記光電変換信号に応じた前記アナログ信号が、前記画素部の行毎に入力され、該入力された前記アナログ信号と対応する前記制御部によって切り替えられた前記参照信号との前記比較処理を行ったときの前記比較時間を計数した前記デジタル値を、前記画素部の行毎に出力し、前記演算処理部は、複数の前記比較変換部のそれぞれから出力された前記デジタル値に基づいたそれぞれの前記デジタル信号を、前記画素部の列毎に順次出力する、ことを特徴とする。
【００５１】
また、本発明の固体撮像装置における前記制御部は、さらに、複数の前記比較変換部のそれぞれから出力される前記一致信号に基づいて、全ての前記比較変換部が、前記参照信号が前記アナログ信号に対して前記条件を満たしたときに、前記参照信号の出力、または全ての前記比較変換部における前記比較処理の少なくとも一方を停止させる制御を行う、ことを特徴とする。
【００５２】
また、本発明の固体撮像装置における前記演算処理部は、前記画素部の１列毎または複数列毎に配置された前記制御部のそれぞれから出力された前記切り替え信号に基づいて、該制御部のそれぞれに対応する前記比較変換部のそれぞれから出力された前記デジタル値に基づいたそれぞれの前記デジタル信号を算出し、該算出したデジタル信号を前記画素部の列毎に順次出力する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００５３】
本発明によれば、従来よりもアナログデジタル変換器および固体撮像装置の消費電力を低減することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の概略構成を示したブロック図である。
【図２】本第１の実施形態の固体撮像装置におけるランプ波の切り替え制御の処理手順を示したフローチャートである。
【図３】本第１の実施形態の固体撮像装置によるランプ波の切り替え制御の第１の具体例におけるフレームと選択された行およびランプ波との関係を示した図である。
【図４】本第１の実施形態の固体撮像装置によるランプ波の切り替え制御の第１の具体例におけるランプ波走査期間のアナログ信号とランプ波との波形を示したタイミングチャートである。
【図５】本第１の実施形態の固体撮像装置によるランプ波の切り替え制御の第２の具体例におけるフレームと選択された行およびランプ波との関係を示した図である。
【図６】本第１の実施形態の固体撮像装置によるランプ波の切り替え制御の第２の具体例におけるランプ波走査期間のアナログ信号とランプ波との波形を示したタイミングチャートである。
【図７】本第１の実施形態の固体撮像装置によるランプ波の切り替え制御の第３の具体例におけるランプ波走査期間のアナログ信号とランプ波との波形を示したタイミングチャートである。
【図８】本第１の実施形態の固体撮像装置によるランプ波の切り替え制御の第４の具体例におけるランプ波走査期間のアナログ信号とランプ波との波形を示したタイミングチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態の固体撮像装置におけるランプ波の切り替え制御の処理手順を示したフローチャートである。
【図１０】本第２の実施形態の固体撮像装置によるランプ波の切り替え制御の第５の具体例におけるフレームと選択された行およびランプ波との関係を示した図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態における固体撮像装置の概略構成を示したブロック図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態における固体撮像装置の概略構成を示したブロック図である。
【図１３】本第４の実施形態の固体撮像装置におけるランプ波の切り替え制御の処理手順を示したフローチャートである。
【図１４】本第４の実施形態の固体撮像装置によるランプ波の切り替え制御の第６の具体例におけるランプ波走査期間のアナログ信号とランプ波との関係を示したタイミングチャートである。
【図１５】従来の固体撮像装置の概略構成を示したブロック図である。
【図１６】従来の固体撮像装置のランプ波走査期間におけるアナログ信号とランプ波との波形を示したタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本第１の実施形態における固体撮像装置の概略構成を示したブロック図である。図１に示した固体撮像装置１００は、垂直走査回路１０１と、画素部１０２と、アナログ信号処理回路１０３と、参照信号生成回路（以下、「ＤＡＣ」という）１０４と、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５と、水平走査回路１０６と、デジタル演算回路１０８と、制御回路１０９と、を備えている。
【００５６】
固体撮像装置１００は、画素部１０２内の各画素１１から出力されたそれぞれのアナログ信号Ｖｉｎを、アナログ信号処理回路１０３によって雑音（ノイズ）を除去した後に、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５内に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０によってアナログデジタル変換し、デジタル信号Ｄｏｕｔとして順次出力する。
【００５７】
垂直走査回路１０１は、制御回路１０９から入力された制御信号に応じて、画素部１０２内の画素１１を画素部１０２の行単位で選択し、選択した行の各画素１１で生成された光電変換信号をアナログ信号処理回路１０３に出力させる。なお、以下の説明においては、画素部１０２のある行が選択されてから、次の行が選択されるまでの期間を「水平期間」という。
【００５８】
画素部１０２は、複数の画素１１を行方向および列方向の二次元的に配置した画素アレイである。画素１１のそれぞれは、フォトダイオードを備え、それぞれの画素１１に備えたフォトダイオードは、一定の蓄積時間内に入射した光量に応じた光電変換信号を発生する。そして、画素部１０２は、垂直走査回路１０１からの選択に応じて、選択された画素１１が発生した光電変換信号を、アナログ信号処理回路１０３に出力する。
【００５９】
アナログ信号処理回路１０３は、制御回路１０９から入力された制御信号に応じて、画素部１０２から入力された光電変換信号からリセット雑音と１／ｆ雑音とを除去するノイズ除去を行った後、ノイズ除去後の光電変換信号を増幅する。アナログ信号処理回路１０３は、増幅した光電変換信号を、アナログ信号ＶｉｎとしてカラムＡ／Ｄ変換回路１０５に出力する。
【００６０】
ＤＡＣ１０４は、制御回路１０９から入力された制御信号に応じて、それぞれの水平期間において、時間に対して一定の割合で電圧値が増加するアナログ信号である上昇ランプ波Ｖｒｕ、または時間に対して一定の割合で電圧値が減少するアナログ信号である下降ランプ波Ｖｒｄのいずれか一方を生成する。そして、ＤＡＣ１０４は、生成したランプ波をカラムＡ／Ｄ変換回路１０５に出力する。
【００６１】
なお、ＤＡＣ１０４が生成する上昇ランプ波Ｖｒｕと下降ランプ波Ｖｒｄとは、傾きが同一のランプ波である。以下の説明においては、上昇ランプ波Ｖｒｕと下降ランプ波Ｖｒｄとを区別せずに表す場合には、「ランプ波Ｖｒａｍｐ」という。
【００６２】
カラムＡ／Ｄ変換回路１０５は、コンパレータ（比較器）１２およびカウンタ１３を備えた同じ構成のＡ／Ｄ変換回路（アナログデジタル変換器）１１０を、画素部１０２の列の数だけ複数備えている。画素部１０２の各列に対応したそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０は、制御回路１０９から入力された制御信号に応じて、それぞれの水平期間において入力されたアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換し、アナログ信号Ｖｉｎの大きさに応じたデジタル値Ｄｏを出力する。
【００６３】
コンパレータ１２は、アナログ信号処理回路１０３から入力されたアナログ信号Ｖｉｎの電圧値と、ＤＡＣ１０４から入力されたランプ波Ｖｒａｍｐの電圧値との比較（以下、「比較処理」という）を行う。コンパレータ１２による比較処理では、アナログ信号Ｖｉｎの電圧値とランプ波Ｖｒａｍｐの電圧値とが同じ値になったタイミングで、電圧値が一致したことを表す信号を出力する。
【００６４】
カウンタ１３は、ＤＡＣ１０４から入力されたランプ波Ｖｒａｍｐの初期値のタイミングから、コンパレータ１２から電圧値が一致したことを表す信号が入力される、すなわち、コンパレータ１２による比較処理が完了したタイミングまでの比較時間を計数する。この比較時間の計数は、基準のクロック信号の数（クロック数）を計数することによって行われる。Ａ／Ｄ変換回路１１０は、カウンタ１３が計数した比較時間のカウント値（クロック数）を表すデジタル値を、アナログ信号処理回路１０３から入力されたアナログ信号Ｖｉｎの大きさに応じて生成したデジタル値Ｄｏとして出力する。
【００６５】
また、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５内に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０は、コンパレータ１２から出力される電圧値が一致したことを表す信号を、Ａ／Ｄ変換回路１１０による比較処理が完了したことを表す比較完了信号Ｃｅｎｄとして、制御回路１０９に出力する。
【００６６】
水平走査回路１０６は、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５内に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０によってアナログデジタル変換されたデジタル値Ｄｏを、画素部１０２の列単位で選択し、選択した列のデジタル値Ｄｏをデジタル演算回路１０８に順次出力する。
【００６７】
デジタル演算回路１０８は、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５から順次入力されたデジタル値Ｄｏに基づいて、アナログ信号処理回路１０３が出力した画素部１０２の各列のアナログ信号Ｖｉｎの大きさに応じたデジタル信号を生成し、生成したデジタル信号を固体撮像装置１００に入射した光量に応じたデジタル信号Ｄｏｕｔとして順次出力する。なお、デジタル演算回路１０８におけるデジタル信号Ｄｏｕｔの生成方法に関する詳細な説明は、後述する。
【００６８】
また、デジタル演算回路１０８は、生成したデジタル信号Ｄｏｕｔに基づいて、アナログ信号処理回路１０３から次に出力される画素部１０２の各列のアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを切り替えるための演算処理を行う。そして、デジタル演算回路１０８は、演算した結果に応じたランプ波切り替え信号ＳＷｒを、制御回路１０９に出力する。なお、デジタル演算回路１０８におけるランプ波Ｖｒａｍｐを切り替えるための演算処理の方法に関する詳細な説明は、後述する。
【００６９】
制御回路１０９は、判定回路１９７および切り替え回路１９９を備えている。制御回路１０９は、垂直走査回路１０１と、ＤＡＣ１０４と、アナログ信号処理回路１０３と、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５と、水平走査回路１０６との駆動を制御するための制御信号を出力する。なお、垂直走査回路１０１と、アナログ信号処理回路１０３と、水平走査回路１０６との駆動制御の方法は、従来の制御方法と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００７０】
判定回路１９７は、それぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０から入力された比較完了信号Ｃｅｎｄに基づいて、全ての列のＡ／Ｄ変換回路１１０が比較処理を完了したタイミングを検出する。そして、判定回路１９７は、全ての列のＡ／Ｄ変換回路１１０の比較処理が完了したときに、ＤＡＣ１０４、およびカラムＡ／Ｄ変換回路１０５に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０のいずれか一方または両方の動作を停止させるための制御信号である動作停止信号Ｍｓｔｏｐを出力する。これにより、１つの水平期間において全ての列のアナログ信号Ｖｉｎに対する比較処理が完了したときに、判定回路１９７によって、ＤＡＣ１０４によるランプ波Ｖｒａｍｐの生成および出力、およびＡ／Ｄ変換回路１１０によるアナログデジタル変換の動作のいずれか一方または両方が停止され、比較処理が完了した後の期間における電力の消費を低減させることができる。なお、以下の説明においては、判定回路１９７が、ＤＡＣ１０４およびカラムＡ／Ｄ変換回路１０５に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０の両方の動作を停止させる制御を行うものとして説明する。
【００７１】
切り替え回路１９９は、デジタル演算回路１０８から入力されたランプ波切り替え信号ＳＷｒに基づいてＤＡＣ１０４の駆動を制御し、ＤＡＣ１０４が生成するランプ波Ｖｒａｍｐを、上昇ランプ波Ｖｒｕまたは下降ランプ波Ｖｒｄのいずれか一方に切り替える。これにより、アナログ信号処理回路１０３から次に出力される画素部１０２の各列のアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐが切り替えられる。なお、切り替え回路１９９によるランプ波Ｖｒａｍｐの切り替え制御の方法、およびＤＡＣ１０４が生成するランプ波Ｖｒａｍｐ（ランプ波Ｖｒｕまたはランプ波Ｖｒｄ）に関する詳細な説明は、後述する。
【００７２】
次に、本第１の実施形態の固体撮像装置１００におけるランプ波Ｖｒａｍｐの切り替え制御の方法について説明する。固体撮像装置１００におけるランプ波Ｖｒａｍｐの切り替え制御は、以前のフレームの同一行のデジタル信号Ｄｏｕｔの値に基づいて行う。図２は、本第１の実施形態の固体撮像装置１００におけるランプ波Ｖｒａｍｐの切り替え制御の処理手順を示したフローチャートである。図２に示したフローチャートは、以前のフレームの同一行のデジタル信号Ｄｏｕｔの値に基づいて、現在のフレームの同一行のアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを切り替える場合の処理手順を示している。
【００７３】
なお、以下の説明においては、本第１の実施形態の固体撮像装置１００におけるランプ波Ｖｒａｍｐの切り替え制御を、「第１の切り替え制御」という。また、本第１の実施形態の固体撮像装置１００におけるランプ波Ｖｒａｍｐの第１の切り替え制御の処理手順を、「第１の処理手順」という。
【００７４】
また、以下の説明においては、固体撮像装置１００の１つの水平期間における全ての列のアナログ信号Ｖｉｎの内、電圧値が最小のアナログ信号Ｖｉｎをアナログ信号Ｖｌｓｔとし、電圧値が最大のアナログ信号Ｖｉｎをアナログ信号Ｖｈｓｔとして説明する。また、以下の説明においては、フレームと行を表す添え字を、「［フレーム，行］」と表す。例えば、「ｐフレーム目のｑ行目」におけるランプ波Ｖｒａｍｐの第１の切り替え制御を行う場合には、文字の添え字を「［ｐ，ｑ］」と表す。
【００７５】
ランプ波Ｖｒａｍｐの第１の切り替え制御の処理を開始すると、まず、処理Ｐ１１において、デジタル演算回路１０８は、アナログデジタル変換における最大のデジタル信号Ｄｏｕｔと、以前のフレームの同一行における最大のデジタル信号Ｄｏｕｔとの差分のデジタル信号である差分値Ｄｄｉｆを、下式（１）によって算出する。
【００７６】
【数１】
2013243645.tif 000003
【００７７】
上式（１）において、Ｆは２以上の自然数であり、現在のフレームを表し、ｉはＦよりも小さい自然数であり、（Ｆ−ｉ）は現在のフレームＦのｉフレーム前のフレームを表し、ｎは１以上の自然数であり、現在の行を表す。また、Ｄｆｓｒは、アナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換したときに、デジタル信号Ｄｏｕｔが取り得る最大の範囲（以下、「フルスケールレンジ（ＦＳＲ）」という）のデジタル信号Ｄｏｕｔの値である。また、Ｄｍａｘ［Ｆ−ｉ，ｎ］は、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ行目における電圧値が最小、すなわち、画素１１に入射した光量が最も多いアナログ信号Ｖｌｓｔ［Ｆ−ｉ，ｎ］をアナログデジタル変換したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ］、すなわち、デジタル信号Ｄｏｕｔの最大値である。
【００７８】
すなわち、上式（１）では、フルスケールレンジのデジタル信号Ｄｏｕｔの値Ｄｆｓｒ（以下、「フルスケール値Ｄｆｓｒ」という）と、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ行目におけるデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ］の最大値Ｄｍａｘ［Ｆ−ｉ，ｎ］との差分値Ｄｄｉｆ［Ｆ−ｉ，ｎ］を算出している。
【００７９】
続いて、処理Ｐ１２において、デジタル演算回路１０８は、差分値Ｄｄｉｆ［Ｆ−ｉ，ｎ］と、同一フレームで同一行のデジタル信号Ｄｏｕｔにおける最小のデジタル信号Ｄｏｕｔとの大小関係を比較する。すなわち、第１の切り替え制御では、処理Ｐ１１と処理Ｐ１２とによって、画素部１０２の同一行の画素１１に入射した光量の多さを判定している。そして、デジタル演算回路１０８は、処理Ｐ１２の大小比較の結果に基づいて、現在のフレームＦの同一行ｎのアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］を切り替えるランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ］を決定する。
【００８０】
なお、図２の処理Ｐ１２に示した最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ−ｉ，ｎ］は、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ行目における電圧値が最大、すなわち、画素１１に入射した光量が最も少ないアナログ信号Ｖｈｓｔ［Ｆ−ｉ，ｎ］をアナログデジタル変換したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ］、すなわち、デジタル信号Ｄｏｕｔの最小値である。
【００８１】
処理Ｐ１２の大小比較の結果が真（ＴＲＵＥ）、すなわち、Ｄｄｉｆ［Ｆ−ｉ，ｎ］≦Ｄｍｉｎ［Ｆ−ｉ，ｎ］である場合には、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）におけるｎ行目のデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ］は全体的に大きい、つまり、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）においてｎ行目の各画素１１に入射した光量が比較的多いと判断する。そして、処理Ｐ１３において、デジタル演算回路１０８は、現在のフレームＦの同一行ｎのアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］を切り替えるランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ］を、“Ｈｉｇｈ”レベルにする。
【００８２】
続いて、処理Ｐ１５において、切り替え回路１９９は、ランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ］の“Ｈｉｇｈ”レベルに応じて、ＤＡＣ１０４が生成するランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］が、上昇ランプ波ＶｒｕとなるようにＤＡＣ１０４の駆動を制御し、現在のフレームＦのｎ行目におけるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］の第１の切り替え制御の処理を完了する。その後、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５内に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０が、現在のフレームＦのｎ行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ］を、上昇ランプ波Ｖｒｕに基づいてアナログデジタル変換したデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ］を出力する。
【００８３】
また、処理Ｐ１２の大小比較の結果が偽（ＦＡＬＳＥ）、すなわち、Ｄｄｉｆ［Ｆ−ｉ，ｎ］＞Ｄｍｉｎ［Ｆ−ｉ，ｎ］である場合には、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）におけるｎ行目のデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ］は全体的に小さい、つまり、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）においてｎ行目の各画素１１に入射した光量が比較的少ないと判断する。そして、処理Ｐ１４において、デジタル演算回路１０８は、現在のフレームＦの同一行ｎのアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］を切り替えるランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ］を、“Ｌｏｗ”レベルにする。
【００８４】
続いて、処理Ｐ１６において、切り替え回路１９９は、ランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ］の“Ｌｏｗ”レベルに応じて、ＤＡＣ１０４が生成するランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］が、下降ランプ波ＶｒｄとなるようにＤＡＣ１０４の駆動を制御し、現在のフレームＦのｎ行目におけるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］の第１の切り替え制御の処理を完了する。その後、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５内に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０が、現在のフレームＦのｎ行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ］を、下降ランプ波Ｖｒｄに基づいてアナログデジタル変換したデジタルＤｏ［Ｆ，ｎ］を出力する。
【００８５】
このようにして、本第１の実施形態の固体撮像装置１００では、デジタル演算回路１０８が、ｉフレーム前の同一行ｎのデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ］の値に基づいて、現在のフレームＦの同一行ｎのアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］を切り替えるための演算処理を行う。そして、切り替え回路１９９が、デジタル演算回路１０８によって決定されたランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ］に応じて、ＤＡＣ１０４が生成するランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］を、上昇ランプ波Ｖｒｕまたは下降ランプ波Ｖｒｄのいずれか一方に切り替える。
【００８６】
そして、本第１の実施形態の固体撮像装置１００では、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５内に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０が、現在のフレームＦのｎ行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ］を、切り替えられたランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］に基づいてアナログデジタル変換する。
【００８７】
なお、図２に示したランプ波Ｖｒａｍｐの第１の切り替え制御の第１の処理手順によって現在のフレームＦのｎ行目におけるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］の第１の切り替え制御の処理を完了した後には、引き続き、次の行（ｎ＋１）のランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ＋１］の第１の切り替え制御の処理が行われる。なお、図２に示したランプ波Ｖｒａｍｐの第１の切り替え制御の第１の処理手順は、現在のフレームＦのｎ行目以外の他の任意の行において順次または同時に実施することができる。
【００８８】
＜第１の具体例＞
ここで、図２に示したランプ波Ｖｒａｍｐの第１の切り替え制御の第１の処理手順によってランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］を切り替える場合の、具体的な一例について説明する。図３は、本第１の実施形態の固体撮像装置１００によるランプ波の第１の切り替え制御の第１の具体例におけるフレームと選択された行およびランプ波との関係を示した図である。また、図４は、本第１の実施形態の固体撮像装置１００によるランプ波の第１の切り替え制御の第１の具体例におけるランプ波走査期間のアナログ信号とランプ波との波形を示したタイミングチャートである。
【００８９】
本第１の具体例は、図３に示したように、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ１行目のデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ１］の値に基づいて、現在のフレームＦのｎ１行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ１］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ１］を、上昇ランプ波Ｖｒｕに切り替える場合の一例である。これは、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）においてｎ１行目の各画素１１に入射した光量が比較的多い場合における固体撮像装置１００の動作に相当する。
【００９０】
図４には、固体撮像装置１００のｎ１行目の水平期間における全ての列のアナログ信号Ｖｉｎの内、電圧値が最小のアナログ信号Ｖｉｎをアナログ信号Ｖｌｓｔ１とし、電圧値が最大のアナログ信号Ｖｉｎをアナログ信号Ｖｈｓｔ１として表している。そして、図４（ａ）には、コンパレータ１２が下降ランプ波Ｖｒｄとの比較処理を行う場合のタイミングチャートを示し、図４（ｂ）には、コンパレータ１２が上昇ランプ波Ｖｒｕとの比較処理を行う場合のタイミングチャートを示している。
【００９１】
なお、本第１の具体例では、固体撮像装置１００における撮像のフレーム間隔ｉが短い、またはフレーム間隔ｉで固体撮像装置１００が撮像する被写体の位置や明暗の差がほとんど変化しないと仮定する。このように仮定すると、現在のフレームＦのｎ１行目のアナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ１］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ１］は、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ１行目のアナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］と同様に、比較的低い電圧値を示す確率が高くなる。従って、本第１の具体例では、簡単のため、下式（２）を満足するものと仮定する。
【００９２】
【数２】
2013243645.tif 000004
【００９３】
すなわち、本第１の具体例では、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ１行目のアナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］と、現在のフレームＦのｎ１行目のアナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ１］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ１］とが同じであるものとして説明する。
【００９４】
まず、それぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０は、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ１行目のアナログデジタル変換の動作を行う。このとき、ＤＡＣ１０４が生成するランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ−ｉ，ｎ１］が切り替え回路１９９によって切り替えられていない場合には、コンパレータ１２は、初期値の下降ランプ波Ｖｒｄをランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ−ｉ，ｎ１］として用いて比較処理を行う（図４（ａ）参照）。
【００９５】
アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０は、リセット信号Ａ／Ｄ変換期間とアナログ信号Ａ／Ｄ変換期間とのそれぞれの期間で、コンパレータ１２が、入力されたアナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］の電圧値とランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ−ｉ，ｎ１］の電圧値との比較処理を行う。そして、Ａ／Ｄ変換回路１１０は、アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］のリセットレベルと信号レベルとのレベル差Ｖｏｌ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］の大きさに応じたデジタル値Ｄｏ［Ｆ−ｉ，ｎ１］を出力する。これにより、デジタル演算回路１０８は、アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］のレベル差Ｖｏｌ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］の大きさに比例した、すなわち、固体撮像装置１００のｎ１行目の各画素１１に入射した最も多い光量に比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ１］の最大値Ｄｍａｘ［Ｆ−ｉ，ｎ１］を生成する。
【００９６】
また、アナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０も同様に、リセット信号Ａ／Ｄ変換期間とアナログ信号Ａ／Ｄ変換期間とのそれぞれの期間で、コンパレータ１２が、入力されたアナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］の電圧値とランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ−ｉ，ｎ１］の電圧値との比較処理を行う。そして、Ａ／Ｄ変換回路１１０は、アナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］のリセットレベルと信号レベルとのレベル差Ｖｏｈ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］の大きさに応じたデジタル値Ｄｏ［Ｆ−ｉ，ｎ１］を出力する。これにより、デジタル演算回路１０８は、アナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］のレベル差Ｖｏｈ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］の大きさに比例した、すなわち、固体撮像装置１００のｎ１行目の各画素１１に入射した最も少ない光量に比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ１］の最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ−ｉ，ｎ１］を生成する。
【００９７】
続いて、デジタル演算回路１０８は、生成したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ１］の最大値Ｄｍａｘ［Ｆ−ｉ，ｎ１］および最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ−ｉ，ｎ１］と、フルスケール値Ｄｆｓｒとに基づいて、現在のフレームＦのｎ１行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ１］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ１］を切り替えるための演算処理を行う。
【００９８】
本第１の具体例では、上述したように、ｎ１行目の各画素１１に入射した光量が比較的多いため、アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］は、比較的低い電圧値を示している。従って、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ１行目のデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ１］は、全体的に大きな値になる。このとき、デジタル演算回路１０８が、図２に示した処理Ｐ１２において大小比較を行うと、Ｄｄｉｆ［Ｆ−ｉ，ｎ１］≦Ｄｍｉｎ［Ｆ−ｉ，ｎ１］の結果が真（ＴＲＵＥ）となる。これにより、デジタル演算回路１０８は、現在のフレームＦのｎ１行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ１］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ１］を、上昇ランプ波Ｖｒｕに切り替えるランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ１］＝“Ｈｉｇｈ”を出力する。
【００９９】
続いて、それぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０は、現在のフレームＦのｎ１行目のアナログデジタル変換の動作を行う。このとき、ＤＡＣ１０４が生成するランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ１］が切り替え回路１９９によって上昇ランプ波Ｖｒｕに切り替えられているため、コンパレータ１２は、上昇ランプ波Ｖｒｕをランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ１］として用いて比較処理を行う（図４（ｂ）参照）。
【０１００】
アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ１］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０は、リセット信号Ａ／Ｄ変換期間とアナログ信号Ａ／Ｄ変換期間とのそれぞれの期間で、コンパレータ１２が、入力されたアナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ１］の電圧値とランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ１］の電圧値との比較処理を行う。また、アナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ１］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０も同様に、リセット信号Ａ／Ｄ変換期間とアナログ信号Ａ／Ｄ変換期間とのそれぞれの期間で、コンパレータ１２が、入力されたアナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ１］の電圧値とランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ１］の電圧値との比較処理を行う。
【０１０１】
このとき、上述したように、コンパレータ１２は、上昇ランプ波Ｖｒｕをランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ１］として用いて比較処理を行うため、図４（ｂ）を見てわかるように、図４（ａ）に示した下降ランプ波Ｖｒｄを用いた比較処理における動作停止期間ｘｐよりも、長い期間の動作停止期間ｘｐを得ることができる。従って、現在のフレームＦのｎ１行目のアナログデジタル変換の動作では、図４（ａ）と図４（ｂ）とを比較してわかるように、判定回路１９７は、ＤＡＣ１０４およびカラムＡ／Ｄ変換回路１０５に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０の動作を、早いタイミングで停止させることができる。これにより、固体撮像装置１００では、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５による比較処理が完了した後の期間における電力の消費を、さらに低減させることができる。
【０１０２】
なお、アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ１］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０は、アナログ信号Ａ／Ｄ変換期間において、フルスケール値Ｄｆｓｒとレベル差Ｖｏｌ１［Ｆ，ｎ１］との差の大きさに応じたデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ１］を出力する。また、アナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ１］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０も同様に、アナログ信号Ａ／Ｄ変換期間において、フルスケール値Ｄｆｓｒとレベル差Ｖｏｈ１［Ｆ，ｎ１］との差の大きさに応じたデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ１］を出力する。
【０１０３】
従って、デジタル演算回路１０８は、フルスケール値Ｄｆｓｒの値からＡ／Ｄ変換回路１１０から出力されたデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ１］の値を減算する演算を行って、最終的なデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ１］を生成する。より具体的には、デジタル演算回路１０８は、フルスケール値Ｄｆｓｒの値から、アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ１］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０から出力されたデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ１］の値を減算することによって、アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ１］のレベル差Ｖｏｌ１［Ｆ，ｎ１］の大きさに比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ１］を生成する。また、デジタル演算回路１０８は、フルスケール値Ｄｆｓｒの値から、アナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ１］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０から出力されたデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ１］の値を減算することによって、アナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ１］のレベル差Ｖｏｈ１の大きさに比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ１］を生成する。
【０１０４】
以降、デジタル演算回路１０８は、生成したレベル差Ｖｏｌ１［Ｆ，ｎ１］の大きさに比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ１］を、ｎ１行目における新たな最大値Ｄｍａｘ［Ｆ，ｎ１］とし、生成したレベル差Ｖｏｈ１の大きさに比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ１］を、ｎ１行目における新たな最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ，ｎ１］とする。そして、デジタル演算回路１０８は、新たな最大値Ｄｍａｘ［Ｆ，ｎ１］および新たな最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ，ｎ１］と、フルスケール値Ｄｆｓｒとに基づいて、以降のフレームＦのｎ１行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ１］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ１］を切り替えるための演算処理を行う。
【０１０５】
このように、固体撮像装置１００では、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ１行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ−ｉ，ｎ１］が全体的に低い値である場合、すなわち、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ１行目の各画素１１に入射した光量が比較的多い場合には、現在のフレームＦのｎ１行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ１］が比較的低い電圧値を示す確率が高くなることを利用する。そして、デジタル演算回路１０８の演算結果に応じたランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ１］に基づいて、切り替え回路１９９が、アナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ１］を、上昇ランプ波Ｖｒｕに切り替える。
【０１０６】
これにより、固体撮像装置１００では、現在のフレームＦのｎ１行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ１］をアナログデジタル変換する際の動作停止期間ｘｐが、より長い期間になる確率が高くなり、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５による比較処理が完了した後の期間における電力の消費を、より低減させる。
【０１０７】
＜第２の具体例＞
次に、図２に示したランプ波Ｖｒａｍｐの第１の切り替え制御の第１の処理手順によってランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］を切り替える場合の、別の具体的な一例について説明する。図５は、本第１の実施形態の固体撮像装置１００によるランプ波の第１の切り替え制御の第２の具体例におけるフレームと選択された行およびランプ波との関係を示した図である。また、図６は、本第１の実施形態の固体撮像装置１００によるランプ波の第１の切り替え制御の第２の具体例におけるランプ波走査期間のアナログ信号とランプ波との波形を示したタイミングチャートである。
【０１０８】
本第２の具体例は、図５に示したように、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ２行目のデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ２］の値に基づいて、現在のフレームＦのｎ２行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ２］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ２］を、下降ランプ波Ｖｒｄに切り替える場合の一例である。これは、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）においてｎ２行目の各画素１１に入射した光量が比較的少ない場合における固体撮像装置１００の動作に相当する。
【０１０９】
図６には、固体撮像装置１００のｎ２行目の水平期間における全ての列のアナログ信号Ｖｉｎの内、電圧値が最小のアナログ信号Ｖｉｎをアナログ信号Ｖｌｓｔ２とし、電圧値が最大のアナログ信号Ｖｉｎをアナログ信号Ｖｈｓｔ２として表している。そして、図６（ａ）には、コンパレータ１２が上昇ランプ波Ｖｒｕとの比較処理を行う場合のタイミングチャートを示し、図６（ｂ）には、コンパレータ１２が下降ランプ波Ｖｒｄとの比較処理を行う場合のタイミングチャートを示している。
【０１１０】
なお、本第２の具体例では、固体撮像装置１００における撮像のフレーム間隔ｉが短い、またはフレーム間隔ｉで固体撮像装置１００が撮像する被写体の位置や明暗の差がほとんど変化しないと仮定する。このように仮定すると、現在のフレームＦのｎ２行目のアナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ，ｎ２］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ，ｎ２］は、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ２行目のアナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］と同様に、比較的高い電圧値を示す確率が高くなる。従って、本第２の具体例では、簡単のため、下式（３）を満足するものと仮定する。
【０１１１】
【数３】
2013243645.tif 000005
【０１１２】
すなわち、本第２の具体例では、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ２行目のアナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］と、現在のフレームＦのｎ２行目のアナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ，ｎ２］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ，ｎ２］とが同じであるものとして説明する。
【０１１３】
まず、それぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０は、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ２行目のアナログデジタル変換の動作を行う。このとき、ＤＡＣ１０４が生成するランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ−ｉ，ｎ２］が切り替え回路１９９によって上昇ランプ波Ｖｒｕに切り替えられている場合には、コンパレータ１２は、上昇ランプ波Ｖｒｕをランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ−ｉ，ｎ２］として用いて比較処理を行う（図６（ａ）参照）。
【０１１４】
アナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０は、リセット信号Ａ／Ｄ変換期間とアナログ信号Ａ／Ｄ変換期間とのそれぞれの期間で、コンパレータ１２が、入力されたアナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］の電圧値とランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ−ｉ，ｎ２］の電圧値との比較処理を行う。そして、Ａ／Ｄ変換回路１１０は、アナログ信号Ａ／Ｄ変換期間において、フルスケール値Ｄｆｓｒと、アナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］のリセットレベルと信号レベルとのレベル差Ｖｏｌ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］との差の大きさに応じたデジタル値Ｄｏ［Ｆ−ｉ，ｎ２］を出力する。そして、デジタル演算回路１０８は、フルスケール値Ｄｆｓｒの値からＡ／Ｄ変換回路１１０から出力されたデジタル値Ｄｏ［Ｆ−ｉ，ｎ２］の値を減算する演算を行って、アナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］のレベル差Ｖｏｌ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］の大きさに比例した最終的なデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ２］を生成し、最大値Ｄｍａｘ［Ｆ−ｉ，ｎ２］とする。
【０１１５】
また、アナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０も同様に、リセット信号Ａ／Ｄ変換期間とアナログ信号Ａ／Ｄ変換期間とのそれぞれの期間で、コンパレータ１２が、入力されたアナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］の電圧値とランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ−ｉ，ｎ２］の電圧値との比較処理を行う。そして、Ａ／Ｄ変換回路１１０は、アナログ信号Ａ／Ｄ変換期間において、フルスケール値Ｄｆｓｒと、アナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］のリセットレベルと信号レベルとのレベル差Ｖｏｈ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］との差の大きさに応じたデジタル値Ｄｏ［Ｆ−ｉ，ｎ２］を出力する。そして、デジタル演算回路１０８は、フルスケール値Ｄｆｓｒの値からＡ／Ｄ変換回路１１０から出力されたデジタル値Ｄｏ［Ｆ−ｉ，ｎ２］の値を減算する演算を行って、アナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］のレベル差Ｖｏｈ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］の大きさに比例した最終的なデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ２］を生成し、最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ−ｉ，ｎ２］とする。
【０１１６】
続いて、デジタル演算回路１０８は、生成したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ２］の最大値Ｄｍａｘ［Ｆ−ｉ，ｎ２］および最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ−ｉ，ｎ２］と、フルスケール値Ｄｆｓｒとに基づいて、現在のフレームＦのｎ２行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ２］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ２］を切り替えるための演算処理を行う。
【０１１７】
本第２の具体例では、上述したように、ｎ２行目の各画素１１に入射した光量が比較的少ないため、アナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］は、比較的高い電圧値を示している。従って、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ２行目のデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ２］は、全体的に小さな値になる。このとき、デジタル演算回路１０８が、図２に示した処理Ｐ１２において大小比較を行うと、Ｄｄｉｆ［Ｆ−ｉ，ｎ２］≦Ｄｍｉｎ［Ｆ−ｉ，ｎ２］の結果が偽（ＦＡＬＳＥ）となる。これにより、デジタル演算回路１０８は、現在のフレームＦのｎ２行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ２］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ２］を、下降ランプ波Ｖｒｄに切り替えるランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ２］＝“Ｌｏｗ”を出力する。
【０１１８】
続いて、それぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０は、現在のフレームＦのｎ２行目のアナログデジタル変換の動作を行う。このとき、ＤＡＣ１０４が生成するランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ２］が切り替え回路１９９によって下降ランプ波Ｖｒｄに切り替えられているため、コンパレータ１２は、下降ランプ波Ｖｒｄをランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ２］として用いて比較処理を行う（図６（ｂ）参照）。
【０１１９】
アナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ，ｎ２］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０は、リセット信号Ａ／Ｄ変換期間とアナログ信号Ａ／Ｄ変換期間とのそれぞれの期間で、コンパレータ１２が、入力されたアナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ，ｎ２］の電圧値とランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ２］の電圧値との比較処理を行う。また、アナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ，ｎ２］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０も同様に、リセット信号Ａ／Ｄ変換期間とアナログ信号Ａ／Ｄ変換期間とのそれぞれの期間で、コンパレータ１２が、入力されたアナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ，ｎ２］の電圧値とランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ２］の電圧値との比較処理を行う。
【０１２０】
このとき、上述したように、コンパレータ１２は、下降ランプ波Ｖｒｄをランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ２］として用いて比較処理を行うため、図６（ｂ）を見てわかるように、図６（ａ）に示した上昇ランプ波Ｖｒｕを用いた比較処理における動作停止期間ｘｐよりも、長い期間の動作停止期間ｘｐを得ることができる。従って、現在のフレームＦのｎ２行目のアナログデジタル変換の動作では、図６（ａ）と図６（ｂ）とを比較してわかるように、判定回路１９７は、ＤＡＣ１０４およびカラムＡ／Ｄ変換回路１０５に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０の動作を、早いタイミングで停止させることができる。これにより、固体撮像装置１００では、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５による比較処理が完了した後の期間における電力の消費を、さらに低減させることができる。
【０１２１】
なお、アナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ，ｎ２］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０は、アナログ信号Ａ／Ｄ変換期間において、アナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ，ｎ２］のリセットレベルと信号レベルとのレベル差Ｖｏｌ２［Ｆ，ｎ２］の大きさに応じたデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ２］を出力する。これにより、デジタル演算回路１０８は、アナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ，ｎ２］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０から出力されたデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ２］の値を、アナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ，ｎ２］のレベル差Ｖｏｌ２［Ｆ，ｎ２］の大きさに比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ２］とする。
【０１２２】
また、アナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ，ｎ２］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０も同様に、アナログ信号Ａ／Ｄ変換期間において、アナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ，ｎ２］のリセットレベルと信号レベルとのレベル差Ｖｏｈ２［Ｆ，ｎ２］の大きさに応じたデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ２］を出力する。これにより、デジタル演算回路１０８は、アナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ，ｎ２］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０から出力されたデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ２］の値を、アナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ，ｎ２］のレベル差Ｖｏｈ２［Ｆ，ｎ２］の大きさに比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ２］とする。
【０１２３】
以降、デジタル演算回路１０８は、生成したレベル差Ｖｏｌ２［Ｆ，ｎ２］の大きさに比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ２］を、ｎ２行目における新たな最大値Ｄｍａｘ［Ｆ，ｎ２］とし、生成したレベル差Ｖｏｈ２の大きさに比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ２］を、ｎ２行目における新たな最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ，ｎ２］とする。そして、デジタル演算回路１０８は、新たな最大値Ｄｍａｘ［Ｆ，ｎ２］および新たな最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ，ｎ２］と、フルスケール値Ｄｆｓｒとに基づいて、以降のフレームＦのｎ２行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ２］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ２］を切り替えるための演算処理を行う。
【０１２４】
このように、固体撮像装置１００では、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ２行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ−ｉ，ｎ２］が全体的に高い値である場合、すなわち、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ２行目の各画素１１に入射した光量が比較的少ない場合には、現在のフレームＦのｎ２行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ２］が比較的高い電圧値を示す確率が高くなることを利用する。そして、デジタル演算回路１０８の演算結果に応じたランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ２］に基づいて、切り替え回路１９９が、アナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ２］を、下降ランプ波Ｖｒｄに切り替える。
【０１２５】
これにより、固体撮像装置１００では、現在のフレームＦのｎ２行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ２］をアナログデジタル変換する際の動作停止期間ｘｐが、より長い期間になる確率が高くなり、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５による比較処理が完了した後の期間における電力の消費を、より低減させる。
【０１２６】
上記に述べたとおり、本第１の実施形態の固体撮像装置１００では、以前のフレームの同一行のアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換した結果に基づいて、現在のフレームの同一行のアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを切り替える。これにより、画素部１０２のある画素１１の行に入射した光量が多い場合または少ない場合のいずれにおいても、ＤＡＣ１０４およびカラムＡ／Ｄ変換回路１０５に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０の動作を停止させる動作停止期間ｘｐを、比較的長くすることができる。
【０１２７】
このことにより、本第１の実施形態の固体撮像装置１００では、画素部１０２の全ての行において、動作停止期間ｘｒと動作停止期間ｘｐとの合計の時間を比較的長くすることができ、図１５に示した従来の固体撮像装置９００よりも消費電力を低減することができる。
【０１２８】
なお、本第１の実施形態の固体撮像装置１００では、制御回路１０９内に備えた判定回路１９７が、比較完了信号Ｃｅｎｄに基づいて、全ての列のＡ／Ｄ変換回路１１０が比較処理を完了したタイミングを検出し、動作停止信号ＭｓｔｏｐによってＤＡＣ１０４やそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０の動作を停止させることによって、比較処理が完了した後の期間における電力の消費を低減させる構成について説明した。固体撮像装置１００においては、Ａ／Ｄ変換回路１１０内のカウンタ１３による計数動作が最も電力を消費する。従って、固体撮像装置１００では、それぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０において比較処理が完了した後のカウンタ１３による計数動作を停止させることによっても、図１５に示した従来の固体撮像装置９００よりも消費電力を低減することができる。
【０１２９】
＜第１の実施形態の変形例＞
ここで、本第１の実施形態の固体撮像装置１００の変形例について説明する。本変形例の固体撮像装置１００は、制御回路１０９内に備えた判定回路１９７が削除された構成である。従って、本変形例の説明においては、固体撮像装置１００における同様の構成要素および動作に関する詳細な説明は省略し、判定回路１９７が削除されたことによって異なる動作についてのみ説明する。
【０１３０】
本変形例の固体撮像装置１００のカラムＡ／Ｄ変換回路１０５内に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０は、比較完了信号Ｃｅｎｄを出力せず、ＤＡＣ１０４およびそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０には動作停止信号Ｍｓｔｏｐが入力されないため、動作停止信号Ｍｓｔｏｐによって動作が停止することはない。そこで、本変形例では、コンパレータ１２が、アナログ信号処理回路１０３から入力されたアナログ信号Ｖｉｎの電圧値と、ＤＡＣ１０４から入力されたランプ波Ｖｒａｍｐの電圧値との比較処理を行っている期間、すなわち、比較時間を表す信号を、カウンタ１３による計数の動作が有効であることを表す計数イネーブル信号として出力する。
【０１３１】
カウンタ１３は、コンパレータ１２から出力された計数イネーブル信号が、計数の動作が有効であることを表している期間、すなわち、コンパレータ１２の比較時間を計数する。なお、カウンタ１３は、コンパレータ１２から出力された計数イネーブル信号が、計数の動作が有効でないことを表している期間（計数の動作が無効であることを表している期間）には、計数を停止する。つまり、コンパレータ１２による比較処理が完了すると、カウンタ１３は、計数を停止する。
【０１３２】
このような構成にすることによって、それぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０内のカウンタ１３は、コンパレータ１２が比較処理を行っている比較時間を計数することができる。そして、本変形例では、それぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０内のコンパレータ１２による比較処理が完了すると、カウンタ１３が計数動作を停止することによって、比較処理が完了した後の期間における固体撮像装置１００の消費電力を低減させることができる。
【０１３３】
制御回路１０９は、垂直走査回路１０１と、ＤＡＣ１０４と、アナログ信号処理回路１０３と、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５と、水平走査回路１０６との駆動を制御するための制御信号を出力する。特に、制御回路１０９は、デジタル演算回路１０８から入力されたランプ波切り替え信号ＳＷｒに基づいてＤＡＣ１０４の駆動を制御し、ＤＡＣ１０４が生成するランプ波Ｖｒａｍｐを、上昇ランプ波Ｖｒｕまたは下降ランプ波Ｖｒｄのいずれか一方に切り替える。これにより、アナログ信号処理回路１０３からｉフレーム後に出力される画素部１０２の各列のアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐが切り替えられる。なお、本変形例においても、ランプ波Ｖｒａｍｐの切り替え制御の方法として、第１の切り替え制御が行われる。
【０１３４】
＜第３の具体例＞
ここで、固体撮像装置１００における変形例の構成において、図２に示したランプ波Ｖｒａｍｐの第１の切り替え制御の第１の処理手順によってランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］を切り替える場合の、具体的な一例について説明する。図７は、本第１の実施形態の固体撮像装置１００によるランプ波の第１の切り替え制御の第３の具体例におけるランプ波走査期間のアナログ信号とランプ波との波形を示したタイミングチャートである。図７には、固体撮像装置１００における変形例の構成によって、図３に示したフレームと選択された行およびランプ波との関係と同様の場合における、すなわち、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）においてｎ１行目の各画素１１に入射した光量が比較的多い場合の固体撮像装置１００の動作に相当する、ランプ波Ｖｒａｍｐの第１の切り替え制御を行う際のタイミングチャートを示している。つまり、固体撮像装置１００における変形例の構成において、図４に示した第１の具体例と同様の第１の切り替え制御を行う際のタイミングチャートを示している。
【０１３５】
図７には、図４に示した第１の具体例と同様に、固体撮像装置１００のｎ１行目の水平期間における全ての列のアナログ信号Ｖｉｎの内、電圧値が最小のアナログ信号Ｖｉｎをアナログ信号Ｖｌｓｔ１とし、電圧値が最大のアナログ信号Ｖｉｎをアナログ信号Ｖｈｓｔ１として表している。そして、図７（ａ）には、コンパレータ１２が下降ランプ波Ｖｒｄとの比較処理を行う場合のタイミングチャートを示し、図７（ｂ）には、コンパレータ１２が上昇ランプ波Ｖｒｕとの比較処理を行う場合のタイミングチャートを示している。
【０１３６】
なお、本第３の具体例でも、図４に示した第１の具体例と同様に、固体撮像装置１００における撮像のフレーム間隔ｉが短い、またはフレーム間隔ｉで固体撮像装置１００が撮像する被写体の位置や明暗の差がほとんど変化しないと仮定する。従って、本第３の具体例でも、第１の具体例と同様に、簡単のため、上式（２）を満足するものと仮定し、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ１行目のアナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］と、現在のフレームＦのｎ１行目のアナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ１］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ１］とがそれぞれ同じであるものとして説明する。
【０１３７】
まず、それぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０は、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ１行目のアナログデジタル変換の動作を行う。このとき、ＤＡＣ１０４が生成するランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ−ｉ，ｎ１］が制御回路１０９によって切り替えられていない場合には、コンパレータ１２は、初期値の下降ランプ波Ｖｒｄをランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ−ｉ，ｎ１］として用いて比較処理を行う（図７（ａ）参照）。
【０１３８】
アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０は、図４に示した第１の具体例と同様に、アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］のリセットレベルと信号レベルとのレベル差Ｖｏｌ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］の大きさに応じたデジタル値Ｄｏ［Ｆ−ｉ，ｎ１］を出力する。これにより、デジタル演算回路１０８は、アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］のレベル差Ｖｏｌ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］の大きさに比例した、すなわち、固体撮像装置１００のｎ１行目の各画素１１に入射した最も多い光量に比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ１］の最大値Ｄｍａｘ［Ｆ−ｉ，ｎ１］を生成する。
【０１３９】
また、アナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０も同様に、アナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］のリセットレベルと信号レベルとのレベル差Ｖｏｈ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］の大きさに応じたデジタル値Ｄｏ［Ｆ−ｉ，ｎ１］を出力する。これにより、デジタル演算回路１０８は、アナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］のレベル差Ｖｏｈ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］の大きさに比例した、すなわち、固体撮像装置１００のｎ１行目の各画素１１に入射した最も少ない光量に比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ１］の最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ−ｉ，ｎ１］を生成する。
【０１４０】
続いて、デジタル演算回路１０８は、生成したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ１］の最大値Ｄｍａｘ［Ｆ−ｉ，ｎ１］および最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ−ｉ，ｎ１］と、フルスケール値Ｄｆｓｒとに基づいて、現在のフレームＦのｎ１行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ１］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ１］を切り替えるための演算処理を行う。
【０１４１】
本第３の具体例では、上述したように、ｎ１行目の各画素１１に入射した光量が比較的多いため、図４に示した第１の具体例と同様に、アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ−ｉ，ｎ１］は、比較的低い電圧値を示しており、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ１行目のデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ１］は、全体的に大きな値になる。このとき、デジタル演算回路１０８では、図２に示した処理Ｐ１２の大小比較の結果が真（ＴＲＵＥ）となり、デジタル演算回路１０８は、現在のフレームＦのｎ１行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ１］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ１］を、上昇ランプ波Ｖｒｕに切り替えるランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ１］＝“Ｈｉｇｈ”を出力する。
【０１４２】
続いて、それぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０は、現在のフレームＦのｎ１行目のアナログデジタル変換の動作を行う。このとき、ＤＡＣ１０４が生成するランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ１］が制御回路１０９によって上昇ランプ波Ｖｒｕに切り替えられているため、コンパレータ１２は、上昇ランプ波Ｖｒｕをランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ１］として用いて比較処理を行う（図７（ｂ）参照）。
【０１４３】
アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ１］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０は、図４に示した第１の具体例と同様に、リセット信号Ａ／Ｄ変換期間とアナログ信号Ａ／Ｄ変換期間とのそれぞれの期間で、コンパレータ１２が、入力されたアナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ１］の電圧値とランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ１］の電圧値との比較処理を行う。また、アナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ１］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０も同様に、リセット信号Ａ／Ｄ変換期間とアナログ信号Ａ／Ｄ変換期間とのそれぞれの期間で、コンパレータ１２が、入力されたアナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ１］の電圧値とランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ１］の電圧値との比較処理を行う。
【０１４４】
このとき、上述したように、コンパレータ１２は、上昇ランプ波Ｖｒｕをランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ１］として用いて比較処理を行うため、図７（ｂ）を見てわかるように、図７（ａ）に示した下降ランプ波Ｖｒｄを用いた場合において固体撮像装置１００の全ての列のコンパレータ１２が比較処理を完了する時刻ｔ１よりも早い時刻ｔ２のときに、全ての列のコンパレータ１２が比較処理を完了する。従って、現在のフレームＦのｎ１行目のアナログデジタル変換の動作では、図７（ａ）と図７（ｂ）とを比較してわかるように、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５内のそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０に備えたカウンタ１３の計数動作が、時刻ｔ１−時刻ｔ２の期間だけ早く停止する。これにより、固体撮像装置１００における変形例の構成でも、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５による比較処理が完了した後の期間における電力の消費を低減させることができる。
【０１４５】
なお、アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ１］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０は、アナログ信号Ａ／Ｄ変換期間において、フルスケール値Ｄｆｓｒとレベル差Ｖｏｌ１［Ｆ，ｎ１］との差の大きさに応じたデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ１］を出力する。また、アナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ１］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０も同様に、アナログ信号Ａ／Ｄ変換期間において、フルスケール値Ｄｆｓｒとレベル差Ｖｏｈ１［Ｆ，ｎ１］との差の大きさに応じたデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ１］を出力する。
【０１４６】
従って、デジタル演算回路１０８は、図４に示した第１の具体例と同様に、フルスケール値Ｄｆｓｒの値からＡ／Ｄ変換回路１１０から出力されたデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ１］の値を減算する演算を行って、最終的なデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ１］を生成する。
【０１４７】
以降、図４に示した第１の具体例と同様に、デジタル演算回路１０８は、生成したレベル差Ｖｏｌ１［Ｆ，ｎ１］の大きさに比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ１］を、ｎ１行目における新たな最大値Ｄｍａｘ［Ｆ，ｎ１］とし、生成したレベル差Ｖｏｈ１の大きさに比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ１］を、ｎ１行目における新たな最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ，ｎ１］とする。そして、デジタル演算回路１０８は、新たな最大値Ｄｍａｘ［Ｆ，ｎ１］および新たな最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ，ｎ１］と、フルスケール値Ｄｆｓｒとに基づいて、以降のフレームＦのｎ１行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ１］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ１］を切り替えるための演算処理を行う。
【０１４８】
このように、固体撮像装置１００における変形例の構成でも、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ１行目の各画素１１に入射した光量に応じた、現在のフレームＦのｎ１行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ１］の電圧値が示す確率を利用する。そして、デジタル演算回路１０８の演算結果であるランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ１］に基づいて、制御回路１０９が、アナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ１］を、上昇ランプ波Ｖｒｕに切り替える。
【０１４９】
これにより、固体撮像装置１００における変形例の構成では、現在のフレームＦのｎ１行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ１］をアナログデジタル変換する際に、より早い時刻のときにカウンタ１３の計数動作を停止させる確率が高くなり、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５による比較処理が完了した後の期間における電力の消費を低減させる。
【０１５０】
＜第４の具体例＞
次に、固体撮像装置１００における変形例の構成において、図２に示したランプ波Ｖｒａｍｐの第１の切り替え制御の第１の処理手順によってランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］を切り替える場合の、別の具体的な一例について説明する。図８は、本第１の実施形態の固体撮像装置１００によるランプ波の切り替え制御の第４の具体例におけるランプ波走査期間のアナログ信号とランプ波との波形を示したタイミングチャートである。図８には、固体撮像装置１００における変形例の構成によって、図５に示したフレームと選択された行およびランプ波との関係と同様の場合における、すなわち、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）においてｎ２行目の各画素１１に入射した光量が比較的少ない場合の固体撮像装置１００の動作に相当する、ランプ波Ｖｒａｍｐの第１の切り替え制御を行う際のタイミングチャートを示している。つまり、固体撮像装置１００における変形例の構成において、図６に示した第２の具体例と同様の第１の切り替え制御を行う際のタイミングチャートを示している。
【０１５１】
図８には、図６に示した第２の具体例と同様に、固体撮像装置１００のｎ２行目の水平期間における全ての列のアナログ信号Ｖｉｎの内、電圧値が最小のアナログ信号Ｖｉｎをアナログ信号Ｖｌｓｔ２とし、電圧値が最大のアナログ信号Ｖｉｎをアナログ信号Ｖｈｓｔ２として表している。そして、図８（ａ）には、コンパレータ１２が上昇ランプ波Ｖｒｕとの比較処理を行う場合のタイミングチャートを示し、図８（ｂ）には、コンパレータ１２が下降ランプ波Ｖｒｄとの比較処理を行う場合のタイミングチャートを示している。
【０１５２】
なお、本第４の具体例では、図６に示した第２の具体例と同様に、固体撮像装置１００における撮像のフレーム間隔ｉが短い、またはフレーム間隔ｉで固体撮像装置１００が撮像する被写体の位置や明暗の差がほとんど変化しないと仮定する。従って、本第４の具体例でも、第２の具体例と同様に、簡単のため、上式（３）を満足するものと仮定し、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ２行目のアナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］と、現在のフレームＦのｎ２行目のアナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ，ｎ２］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ，ｎ２］とがそれぞれ同じであるものとして説明する。
【０１５３】
まず、それぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０は、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ２行目のアナログデジタル変換の動作を行う。このとき、ＤＡＣ１０４が生成するランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ−ｉ，ｎ２］が制御回路１０９によって上昇ランプ波Ｖｒｕに切り替えられている場合には、コンパレータ１２は、上昇ランプ波Ｖｒｕをランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ−ｉ，ｎ２］として用いて比較処理を行う（図８（ａ）参照）。
【０１５４】
アナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０は、図６に示した第２の具体例と同様に、フルスケール値Ｄｆｓｒと、アナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］のリセットレベルと信号レベルとのレベル差Ｖｏｌ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］との差の大きさに応じたデジタル値Ｄｏ［Ｆ−ｉ，ｎ２］を出力する。そして、デジタル演算回路１０８は、フルスケール値Ｄｆｓｒの値からＡ／Ｄ変換回路１１０から出力されたデジタル値Ｄｏ［Ｆ−ｉ，ｎ２］の値を減算する演算を行って、アナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］のレベル差Ｖｏｌ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］の大きさに比例した最終的なデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ２］の最大値Ｄｍａｘ［Ｆ−ｉ，ｎ２］を生成する。
【０１５５】
また、アナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０も同様に、フルスケール値Ｄｆｓｒと、アナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］のリセットレベルと信号レベルとのレベル差Ｖｏｈ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］との差の大きさに応じたデジタル値Ｄｏ［Ｆ−ｉ，ｎ２］を出力する。そして、デジタル演算回路１０８は、フルスケール値Ｄｆｓｒの値からＡ／Ｄ変換回路１１０から出力されたデジタル値Ｄｏ［Ｆ−ｉ，ｎ２］の値を減算する演算を行って、アナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］のレベル差Ｖｏｈ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］の大きさに比例した最終的なデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ２］の最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ−ｉ，ｎ２］を生成する。
【０１５６】
続いて、デジタル演算回路１０８は、生成したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ２］の最大値Ｄｍａｘ［Ｆ−ｉ，ｎ２］および最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ−ｉ，ｎ２］と、フルスケール値Ｄｆｓｒとに基づいて、現在のフレームＦのｎ２行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ２］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ２］を切り替えるための演算処理を行う。
【０１５７】
本第４の具体例では、上述したように、ｎ２行目の各画素１１に入射した光量が比較的少ないため、図６に示した第２の具体例と同様に、アナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ−ｉ，ｎ２］は、比較的高い電圧値を示しており、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ２行目のデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ−ｉ，ｎ２］は、全体的に小さな値になる。このとき、デジタル演算回路１０８では、図２に示した処理Ｐ１２の大小比較の結果が偽（ＦＡＬＳＥ）となり、デジタル演算回路１０８は、現在のフレームＦのｎ２行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ２］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ２］を、下降ランプ波Ｖｒｄに切り替えるランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ２］＝“Ｌｏｗ”を出力する。
【０１５８】
続いて、それぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０は、現在のフレームＦのｎ２行目のアナログデジタル変換の動作を行う。このとき、ＤＡＣ１０４が生成するランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ２］が制御回路１０９によって下降ランプ波Ｖｒｄに切り替えられているため、コンパレータ１２は、下降ランプ波Ｖｒｄをランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ２］として用いて比較処理を行う（図８（ｂ）参照）。
【０１５９】
アナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ，ｎ２］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０は、図６に示した第２の具体例と同様に、リセット信号Ａ／Ｄ変換期間とアナログ信号Ａ／Ｄ変換期間とのそれぞれの期間で、コンパレータ１２が、入力されたアナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ，ｎ２］の電圧値とランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ２］の電圧値との比較処理を行う。また、アナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ，ｎ２］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０も同様に、リセット信号Ａ／Ｄ変換期間とアナログ信号Ａ／Ｄ変換期間とのそれぞれの期間で、コンパレータ１２が、入力されたアナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ，ｎ２］の電圧値とランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ２］の電圧値との比較処理を行う。
【０１６０】
このとき、上述したように、コンパレータ１２は、下降ランプ波Ｖｒｄをランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ２］として用いて比較処理を行うため、図８（ｂ）を見てわかるように、図８（ａ）に示した上昇ランプ波Ｖｒｕを用いた場合において固体撮像装置１００の全ての列のコンパレータ１２が比較処理を完了する時刻ｔ３よりも早い時刻ｔ４のときに、全ての列のコンパレータ１２が比較処理を完了する。従って、現在のフレームＦのｎ２行目のアナログデジタル変換の動作では、図８（ａ）と図８（ｂ）とを比較してわかるように、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５内のそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０に備えたカウンタ１３の計数動作が、時刻ｔ３−時刻ｔ４の期間だけ早く停止する。これにより、固体撮像装置１００における変形例の構成でも、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５による比較処理が完了した後の期間における電力の消費を低減させることができる。
【０１６１】
なお、アナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ，ｎ２］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０は、アナログ信号Ａ／Ｄ変換期間において、アナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ，ｎ２］のリセットレベルと信号レベルとのレベル差Ｖｏｌ２［Ｆ，ｎ２］の大きさに応じたデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ２］を出力する。これにより、デジタル演算回路１０８は、アナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ，ｎ２］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０から出力されたデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ２］の値を、アナログ信号Ｖｌｓｔ２［Ｆ，ｎ２］のレベル差Ｖｏｌ２［Ｆ，ｎ２］の大きさに比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ２］とする。
【０１６２】
また、アナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ，ｎ２］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０も同様に、アナログ信号Ａ／Ｄ変換期間において、アナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ，ｎ２］のリセットレベルと信号レベルとのレベル差Ｖｏｈ２［Ｆ，ｎ２］の大きさに応じたデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ２］を出力する。これにより、デジタル演算回路１０８は、アナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ，ｎ２］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０から出力されたデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ２］の値を、アナログ信号Ｖｈｓｔ２［Ｆ，ｎ２］のレベル差Ｖｏｈ２［Ｆ，ｎ２］の大きさに比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ２］とする。
【０１６３】
以降、図６に示した第２の具体例と同様に、デジタル演算回路１０８は、生成したレベル差Ｖｏｌ２［Ｆ，ｎ２］の大きさに比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ２］を、ｎ２行目における新たな最大値Ｄｍａｘ［Ｆ，ｎ２］とし、生成したレベル差Ｖｏｈ２の大きさに比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ２］を、ｎ２行目における新たな最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ，ｎ２］とする。そして、デジタル演算回路１０８は、新たな最大値Ｄｍａｘ［Ｆ，ｎ２］および新たな最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ，ｎ２］と、フルスケール値Ｄｆｓｒとに基づいて、以降のフレームＦのｎ２行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ２］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ２］を切り替えるための演算処理を行う。
【０１６４】
このように、固体撮像装置１００における変形例の構成でも、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ２行目の各画素１１に入射した光量に応じた、現在のフレームＦのｎ２行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ２］の電圧値が示す確率を利用する。そして、デジタル演算回路１０８の演算結果であるランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ２］に基づいて、制御回路１０９が、アナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ２］を、下降ランプ波Ｖｒｄに切り替える。
【０１６５】
これにより、固体撮像装置１００における変形例の構成では、現在のフレームＦのｎ２行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ２］をアナログデジタル変換する際に、より早い時刻のときにカウンタ１３の計数動作が停止する確率が高くなり、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５による比較処理が完了した後の期間における電力の消費を低減させる。
【０１６６】
上記に述べたとおり、固体撮像装置１００における変形例の構成では、以前のフレームの同一行のアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換した結果に基づいて、現在のフレームの同一行のアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを切り替える。これにより、画素部１０２のある画素１１の行に入射した光量が多い場合または少ない場合のいずれにおいても、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５内のそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０に備えたカウンタ１３の計数動作を早く停止させることができる。また、固体撮像装置１００における変形例の構成では、それぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０内のカウンタ１３による計数動作が早く完了するため、それぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０によるアナログデジタル変換の動作が早く完了する。
【０１６７】
これにより、固体撮像装置１００における変形例の構成でも、画素部１０２の全ての行において、Ａ／Ｄ変換回路１１０によるアナログデジタル変換の動作が早く完了し、図１５に示した従来の固体撮像装置９００よりも消費電力を低減することができる。
【０１６８】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本第２の実施形態の固体撮像装置は、アナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを切り替える演算処理方法のみが、第１の実施形態の固体撮像装置１００と異なる。なお、本第２の実施形態における固体撮像装置の構成は、第１の実施形態の固体撮像装置１００と同様の構成である。従って、本第２の実施形態の説明においては、第１の実施形態の固体撮像装置１００が、異なる演算処理方法でアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐの切り替えるものとし、本第２の実施形態における固体撮像装置の構成要素に関する詳細な説明は省略する。
【０１６９】
なお、以下の説明においては、本第２の実施形態の固体撮像装置の動作を、図１に示した第１の実施形態の固体撮像装置１００の構成要素と同一の符号を用いて説明する。例えば、本第２の実施形態の固体撮像装置も、固体撮像装置１００として説明する。
【０１７０】
次に、本第２の実施形態の固体撮像装置１００におけるランプ波Ｖｒａｍｐの切り替え制御の方法について説明する。本第２の実施形態の固体撮像装置１００におけるランプ波Ｖｒａｍｐの切り替え制御は、同一フレームの異なる行のデジタル信号Ｄｏｕｔの値に基づいて行う。図９は、本第２の実施形態の固体撮像装置１００におけるランプ波Ｖｒａｍｐの切り替え制御の処理手順を示したフローチャートである。図９に示したフローチャートは、同一フレームの異なる行のデジタル信号Ｄｏｕｔの値に基づいて、現在の行のアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを切り替える場合の処理手順を示している。
【０１７１】
なお、以下の説明においては、本第２の実施形態の固体撮像装置１００におけるランプ波Ｖｒａｍｐの切り替え制御を、「第２の切り替え制御」という。また、本第２の実施形態の固体撮像装置１００におけるランプ波Ｖｒａｍｐの第２の切り替え制御の処理手順を、「第２の処理手順」という。
【０１７２】
また、以下の説明においても、固体撮像装置１００の１つの水平期間における全ての列のアナログ信号Ｖｉｎの内、電圧値が最小のアナログ信号Ｖｉｎをアナログ信号Ｖｌｓｔとし、電圧値が最大のアナログ信号Ｖｉｎをアナログ信号Ｖｈｓｔとする。また、以下の説明においても、フレームと行を表す添え字を、「［フレーム，行］」と表す。
【０１７３】
ランプ波Ｖｒａｍｐの第２の切り替え制御の処理を開始すると、まず、処理Ｐ２１において、デジタル演算回路１０８は、アナログデジタル変換における最大のデジタル信号Ｄｏｕｔと、同一フレームの異なる行における最大のデジタル信号Ｄｏｕｔとの差分のデジタル信号である差分値Ｄｄｉｆを、下式（４）によって算出する。
【０１７４】
【数４】
2013243645.tif 000006
【０１７５】
上式（４）において、Ｆは１以上の自然数であり、現在のフレームを表し、ｎは２以上の自然数であり、現在の行を表し、ｋはｎより小さい自然数であり、（ｎ−ｋ）は以前の行（現在の行ｎのｋ行前）を表す。また、Ｄｆｓｒは、フルスケール値Ｄｆｓｒであり、Ｄｍａｘ［Ｆ，ｎ−ｋ］は、現在のフレームＦの以前の行（ｎ−ｋ）における電圧値が最小のアナログ信号Ｖｌｓｔ［Ｆ，ｎ−ｋ］をアナログデジタル変換したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ−ｋ］、すなわち、デジタル信号Ｄｏｕｔの最大値である。
【０１７６】
すなわち、上式（４）では、フルスケール値Ｄｆｓｒと、現在のフレームＦの以前の行（ｎ−ｋ）におけるデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ−ｋ］の最大値Ｄｍａｘ［Ｆ，ｎ−ｋ］との差分値Ｄｄｉｆ［Ｆ，ｎ−ｋ］を算出している。
【０１７７】
続いて、処理Ｐ２２において、デジタル演算回路１０８は、差分値Ｄｄｉｆ［Ｆ，ｎ−ｋ］と、同一フレームで同一行のデジタル信号Ｄｏｕｔにおける最小のデジタル信号Ｄｏｕｔとの大小関係を比較する。すなわち、第２の切り替え制御では、処理Ｐ２１と処理Ｐ２２とによって、画素部１０２の同一行の画素１１に入射した光量の多さを判定している。そして、デジタル演算回路１０８は、処理Ｐ２２の大小比較の結果に基づいて、現在のフレームＦの現在の行ｎのアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］を切り替えるランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ］を決定する。
【０１７８】
なお、図９の処理Ｐ２２に示した最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ，ｎ−ｋ］は、現在のフレームＦの以前の行（ｎ−ｋ）における電圧値が最大のアナログ信号Ｖｈｓｔ［Ｆ，ｎ−ｋ］をアナログデジタル変換したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ−ｋ］、すなわち、デジタル信号Ｄｏｕｔの最小値である。
【０１７９】
処理Ｐ２２の大小比較の結果が真（ＴＲＵＥ）、すなわち、Ｄｄｉｆ［Ｆ，ｎ−ｋ］≦Ｄｍｉｎ［Ｆ，ｎ−ｋ］である場合には、現在のフレームＦにおける以前の行（ｎ−ｋ）のデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ−ｋ］は全体的に大きい、つまり、現在のフレームＦにおいて（ｎ−ｋ）行目の各画素１１に入射した光量が比較的多いと判断する。そして、処理Ｐ２３において、デジタル演算回路１０８は、現在のフレームＦにおける現在の行ｎのアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］を切り替えるランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ］を、“Ｈｉｇｈ”レベルにする。
【０１８０】
これにより、処理Ｐ２５において、切り替え回路１９９は、図２に示した第１の実施形態の固体撮像装置１００における処理手順と同様に、ランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］が上昇ランプ波ＶｒｕとなるようにＤＡＣ１０４の駆動を制御し、現在のフレームＦにおける現在の行ｎのランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］の第２の切り替え制御の処理を完了する。その後、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５内に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０が、現在のフレームＦにおける現在の行ｎのアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ］を、上昇ランプ波Ｖｒｕに基づいてアナログデジタル変換したデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ］を出力する。
【０１８１】
また、処理Ｐ２２の大小比較の結果が偽（ＦＡＬＳＥ）、すなわち、Ｄｄｉｆ［Ｆ，ｎ−ｋ］＞Ｄｍｉｎ［Ｆ，ｎ−ｋ］である場合には、現在のフレームＦにおける以前の行（ｎ−ｋ）のデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ−ｋ］は全体的に小さい、つまり、現在のフレームＦにおいて（ｎ−ｋ）行目の各画素１１に入射した光量が比較的少ないと判断する。そして、処理Ｐ２４において、デジタル演算回路１０８は、現在のフレームＦにおける現在の行ｎのアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］を切り替えるランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ］を、“Ｌｏｗ”レベルにする。
【０１８２】
これにより、処理Ｐ２６において、切り替え回路１９９は、図２に示した第１の実施形態の固体撮像装置１００における処理手順と同様に、ランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］が下降ランプ波ＶｒｄとなるようにＤＡＣ１０４の駆動を制御し、現在のフレームＦにおける現在の行ｎのランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］の第２の切り替え制御の処理を完了する。その後、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５内に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０が、現在のフレームＦにおける現在の行ｎのアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ］を、下降ランプ波Ｖｒｄに基づいてアナログデジタル変換したデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ］を出力する。
【０１８３】
このようにして、本第２の実施形態の固体撮像装置１００における第２の切り替え制御では、デジタル演算回路１０８が、同一フレームのｋ行前のデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ−ｋ］の値に基づいて、現在のフレームＦにおける現在の行ｎのアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］を切り替えるための演算処理を行う。そして、切り替え回路１９９が、デジタル演算回路１０８によって決定されたランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ］に応じて、ＤＡＣ１０４が生成するランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］を、上昇ランプ波Ｖｒｕまたは下降ランプ波Ｖｒｄのいずれか一方に切り替える。
【０１８４】
そして、本第２の実施形態の固体撮像装置１００では、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５内に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０が、現在のフレームＦにおける現在の行ｎのアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ］を、切り替えられたランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］に基づいてアナログデジタル変換する。
【０１８５】
なお、図９に示したランプ波Ｖｒａｍｐの第２の切り替え制御の第２の処理手順によって現在のフレームＦにおける現在の行ｎのランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］の第２の切り替え制御の処理を完了した後には、引き続き、次の行（ｎ＋１）のランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ＋１］の第２の切り替え制御の処理が行われる。なお、図９に示したランプ波Ｖｒａｍｐの第２の切り替え制御の第２の処理手順は、現在のフレームＦの現在の行ｎ以前の他の任意の行に基づいて、順次または同時に実施することができる。
【０１８６】
＜第５の具体例＞
ここで、図９に示したランプ波Ｖｒａｍｐの第２の切り替え制御の第２の処理手順によってランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］を切り替える場合の、具体的な一例について説明する。図１０は、本第２の実施形態の固体撮像装置１００によるランプ波の第２の切り替え制御の第５の具体例におけるフレームと選択された行およびランプ波との関係を示した図である。
【０１８７】
本第５の具体例は、図１０に示したように、現在のフレームＦにおいて現在の行ｎ３のｋ行前の行（ｎ３−ｋ）のデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ３−ｋ］の値に基づいて、現在のフレームＦの現在の行ｎ３のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ３］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ３］を、上昇ランプ波Ｖｒｕに切り替える場合の一例である。これは、現在のフレームＦにおいて（ｎ３−ｋ）行目の各画素１１に入射した光量が比較的多い場合における固体撮像装置１００の動作に相当する。
【０１８８】
なお、本第５の具体例では、第１の実施形態の固体撮像装置１００における第１の具体例の［フレーム，行］を表す［Ｆ−ｉ，ｎ１］、すなわち、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ１行目を、［Ｆ，ｎ３−ｋ］、すなわち、現在のフレームＦの以前の（ｎ３−ｋ）行目に置き換えて考えることができる。つまり、現在のフレームＦにおける以前の（ｎ３−ｋ）行目のランプ波走査期間の各アナログ信号およびランプ波の波形は、図４に示した以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ１行目のランプ波走査期間の各アナログ信号およびランプ波の波形と同様である。従って、本第５の具体例の説明においては、図４に示した、第１の実施形態の固体撮像装置１００によるランプ波の切り替え制御の第１の具体例におけるランプ波走査期間のアナログ信号とランプ波との波形を示したタイミングチャートを参照して説明する。
【０１８９】
なお、本第５の具体例では、固体撮像装置１００における撮像の行間隔ｋが短い、または行間隔ｋで固体撮像装置１００が撮像する被写体の位置や明暗の差がほとんど変化しないと仮定する。このように仮定すると、現在のフレームＦの現在の行ｎ３のアナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ３］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ３］は、現在のフレームＦの以前の行（ｎ３−ｋ）のアナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ３−ｋ］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ３−ｋ］と同様に、比較的低い電圧値を示す確率が高くなる。従って、本第５の具体例では、簡単のため、下式（５）を満足するものと仮定する。
【０１９０】
【数５】
2013243645.tif 000007
【０１９１】
すなわち、本第５の具体例では、同一フレームにおける行間隔ｋで、アナログ信号Ｖｌｓｔ１およびアナログ信号Ｖｈｓｔ１が同じであるものとして説明する。より具体的には、現在のフレームＦの以前の（ｎ３−ｋ）行目のアナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ３−ｋ］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ３−ｋ］と、現在のフレームＦの現在のｎ３行目のアナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ３］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ３］とが同じであるものとして説明する。すなわち、現在のフレームＦにおいてｎ３行目の全ての列の各画素１１に入射した光量が比較的多いものとして説明する。
【０１９２】
まず、それぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０は、現在のフレームＦの（ｎ３−ｋ）行目のタイミングにおいて、アナログデジタル変換の動作を行う。このとき、ＤＡＣ１０４が生成するランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ３−ｋ］が切り替え回路１９９によって切り替えられていない場合には、コンパレータ１２は、初期値の下降ランプ波Ｖｒｄをランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ３−ｋ］として用いて比較処理を行う（図４（ａ）参照）。
【０１９３】
アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ３−ｋ］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０は、アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ３−ｋ］の電圧値とランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ３−ｋ］の電圧値との比較処理を行い、レベル差Ｖｏｌ１［Ｆ，ｎ３−ｋ］の大きさに応じたデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ３−ｋ］を出力する。これにより、デジタル演算回路１０８は、アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ３−ｋ］のレベル差Ｖｏｌ１［Ｆ，ｎ３−ｋ］の大きさに比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ３−ｋ］の最大値Ｄｍａｘ［Ｆ，ｎ３−ｋ］を生成する。
【０１９４】
また、アナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ３−ｋ］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０も同様に、アナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ３−ｋ］の電圧値とランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ３−ｋ］の電圧値との比較処理を行い、レベル差Ｖｏｈ１［Ｆ，ｎ３−ｋ］の大きさに応じたデジタル値Ｄｏ［Ｆ，ｎ３−ｋ］を出力する。これにより、デジタル演算回路１０８は、アナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ３−ｋ］のレベル差Ｖｏｈ１［Ｆ，ｎ３−ｋ］の大きさに比例したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ３−ｋ］の最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ，ｎ３−ｋ］を生成する。
【０１９５】
続いて、デジタル演算回路１０８は、現在のフレームＦの（ｎ３−ｋ）行目のタイミングにおいて生成したデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ３−ｋ］の最大値Ｄｍａｘ［Ｆ，ｎ３−ｋ］および最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ，ｎ３−ｋ］と、フルスケール値Ｄｆｓｒとに基づいて、現在のフレームＦのｎ３行目のタイミングにおいてアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ３］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ３］を切り替えるための演算処理を行う。
【０１９６】
本第５の具体例では、上述したように、現在のフレームＦにおいてｎ３行目の全ての列の各画素１１に入射した光量が比較的多いため、アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ３−ｋ］およびアナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ３−ｋ］は、比較的低い電圧値を示している。従って、現在のフレームＦの（ｎ３−ｋ）行目のデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ３−ｋ］は、全体的に大きな値になる。このとき、デジタル演算回路１０８が、図９に示した処理Ｐ２２において大小比較を行うと、Ｄｄｉｆ［Ｆ，ｎ３−ｋ］≦Ｄｍｉｎ［Ｆ，ｎ３−ｋ］の結果が真（ＴＲＵＥ）となる。これにより、デジタル演算回路１０８は、現在のフレームＦのｎ３行目のタイミングにおいてアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ３］をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ３］を、上昇ランプ波Ｖｒｕに切り替えるランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ３］＝“Ｈｉｇｈ”を出力する。
【０１９７】
続いて、それぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０は、現在のフレームＦのｎ３行目のタイミングにおいて、アナログデジタル変換の動作を行う。このとき、ＤＡＣ１０４が生成するランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ３］が切り替え回路１９９によって上昇ランプ波Ｖｒｕに切り替えられているため、コンパレータ１２は、上昇ランプ波Ｖｒｕをランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ３］として用いて比較処理を行う（図４（ｂ）参照）。
【０１９８】
アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ３］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０は、アナログ信号Ｖｌｓｔ１［Ｆ，ｎ３］の電圧値とランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ３］の電圧値との比較処理を行う。また、アナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ３］が入力されたＡ／Ｄ変換回路１１０も同様に、アナログ信号Ｖｈｓｔ１［Ｆ，ｎ３］の電圧値とランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ３］の電圧値との比較処理を行う。
【０１９９】
このとき、上述したように、コンパレータ１２は、上昇ランプ波Ｖｒｕをランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ３］として用いて比較処理を行うため、下降ランプ波Ｖｒｄを用いた比較処理における動作停止期間ｘｐよりも、長い期間の動作停止期間ｘｐを得ることができる。そして、判定回路１９７は、ＤＡＣ１０４およびカラムＡ／Ｄ変換回路１０５に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０の動作を、早いタイミングで停止させることができる。
【０２００】
なお、それぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０から出力されるデジタル値Ｄｏ、およびデジタル演算回路１０８によるデジタル信号Ｄｏｕｔの生成方法は、第１の実施形態の固体撮像装置１００によるランプ波の切り替え制御の第１の具体例と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０２０１】
以降、デジタル演算回路１０８は、現在のフレームＦのｎ３行目のタイミングにおいて生成したそれぞれのデジタル信号Ｄｏｕｔ［Ｆ，ｎ３］を、ｎ３行目における新たな最大値Ｄｍａｘ［Ｆ，ｎ３］および新たな最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ，ｎ３］とする。そして、デジタル演算回路１０８は、新たな最大値Ｄｍａｘ［Ｆ，ｎ３］および新たな最小値Ｄｍｉｎ［Ｆ，ｎ３］と、フルスケール値Ｄｆｓｒとに基づいて、同一フレームＦの以降の行のアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを切り替えるための演算処理を行う。
【０２０２】
このように、固体撮像装置１００では、現在のフレームＦの以前の（ｎ３−ｋ）行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ３−ｋ］が全体的に低い値である場合、すなわち、現在のフレームＦの以前の（ｎ３−ｋ）行目の各画素１１に入射した光量が比較的多い場合には、現在のフレームＦのｎ３行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ３］が比較的低い電圧値を示す確率が高くなることを利用する。そして、デジタル演算回路１０８の演算結果に応じたランプ波切り替え信号ＳＷｒ［Ｆ，ｎ３］に基づいて、切り替え回路１９９が、現在のフレームＦのｎ３行目のタイミングにおいてアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ３］を、上昇ランプ波Ｖｒｕに切り替える。
【０２０３】
これにより、固体撮像装置１００では、現在のフレームＦの現在のｎ３行目のアナログ信号Ｖｉｎ［Ｆ，ｎ３］をアナログデジタル変換する際の動作停止期間ｘｐが、より長い期間になる確率が高くなり、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５による比較処理が完了した後の期間における電力の消費を、より低減させる。
【０２０４】
なお、図９に示したランプ波Ｖｒａｍｐの第２の切り替え制御の第２の処理手順によってランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］を下降ランプ波Ｖｒｄに切り替える場合の具体的な一例は、第１の実施形態の固体撮像装置１００における第２の具体例と同様に考えることができる。より具体的には、第１の実施形態の固体撮像装置１００における第２の具体例の［フレーム，行］を表す［Ｆ−ｉ，ｎ２］、すなわち、以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ２行目を、例えば、［Ｆ，ｎ４−ｋ］、すなわち、現在のフレームＦの以前の（ｎ４−ｋ）行目に置き換えて、本第５の具体例と同様に考えることができる。つまり、現在のフレームＦにおける以前の（ｎ４−ｋ）行目のランプ波走査期間の各アナログ信号およびランプ波の波形は、図６に示した以前のフレーム（Ｆ−ｉ）のｎ２行目のランプ波走査期間の各アナログ信号およびランプ波の波形と同様である。従って、ランプ波Ｖｒａｍｐ［Ｆ，ｎ］を下降ランプ波Ｖｒｄに切り替える場合の具体的な一例に関する詳細な説明は省略する。
【０２０５】
上記に述べたとおり、本第２の実施形態の固体撮像装置１００では、同一フレームの異なる行のアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換した結果に基づいて、現在の行のアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを切り替える。これにより、画素部１０２のある画素１１の行に入射した光量が多い場合または少ない場合のいずれにおいても、ＤＡＣ１０４およびカラムＡ／Ｄ変換回路１０５に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０の動作を停止させる動作停止期間ｘｐを、比較的長くすることができる。
【０２０６】
このことにより、本第２の実施形態の固体撮像装置１００でも、第１の実施形態の固体撮像装置１００と同様に、画素部１０２の全ての行において、動作停止期間ｘｒと動作停止期間ｘｐとの合計の時間を比較的長くすることができ、図１５に示した従来の固体撮像装置９００よりも消費電力を低減することができる。
【０２０７】
なお、本第２の実施形態の固体撮像装置１００でも、第１の実施形態の固体撮像装置１００の変形例の構成と同様に、制御回路１０９内に備えた判定回路１９７が削除された構成にすることができる。本第２の実施形態の固体撮像装置１００の変形例の構成における第２の切り替え制御の第２の処理手順の具体的な一例は、第１の実施形態の固体撮像装置１００の変形例の構成における第３の具体例や第４の具体例と同様に考えることができる。従って、本第２の実施形態の固体撮像装置１００の変形例の構成における具体的な一例に関する詳細な説明は省略する。
【０２０８】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図１１は、本第３の実施形態における固体撮像装置の概略構成を示したブロック図である。図１１に示した固体撮像装置２００は、図１に示した第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１００に、さらに、測光部２０１と、読み出し制御部２０２と、を備えた構成である。また、本第３の実施形態の固体撮像装置２００は、アナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを切り替える演算処理方法が、第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１００と異なる。従って、本第３の実施形態の固体撮像装置２００の説明においては、第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１００とは異なる構成要素および動作のみを説明し、第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１００と同様の構成要素および動作に関する詳細な説明は省略する。
【０２０９】
なお、以下の説明においては、本第３の実施形態の固体撮像装置２００の構成要素において、図１に示した第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１００と同様の構成要素には、同一の符号を用いて説明する。
【０２１０】
測光部２０１は、画素部１０２の各行または各複数行に対応した測光領域を備え、各測光領域に入射した光量（物理量）に応じた測光信号をそれぞれ生成する、例えば、測光センサである。測光部２０１は、読み出し制御部２０２から入力された制御信号に応じて、生成したそれぞれの測光領域の測光信号を、読み出し制御部２０２に出力する。
【０２１１】
読み出し制御部２０２は、デジタル演算回路１０８からの制御に応じて、測光部２０１によって生成された測光信号の読み出し制御を行う。読み出し制御部２０２は、測光部２０１から読み出したそれぞれの測光領域の測光信号を、デジタル演算回路１０８に出力する。
【０２１２】
デジタル演算回路１０８は、画素部１０２の各列のアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを切り替えるための演算処理を行う際に、画素部１０２の対応する測光領域の測光信号を、読み出し制御部２０２を介して測光部２０１から読み出す。そして、デジタル演算回路１０８は、図２に示した第１の切り替え制御の第１の処理手順における処理Ｐ１１と処理Ｐ１２、または図９に示した第２の切り替え制御の第２の処理手順における処理Ｐ２１と処理Ｐ２２の代わりに、読み出した測光信号の大きさと予め定めた閾値とを比較することによって、画素部１０２に入射した光量の多さを判定する。そして、デジタル演算回路１０８は、判定した結果に応じたランプ波切り替え信号ＳＷｒを、制御回路１０９に出力する。
【０２１３】
なお、予め定めた閾値は、例えば、フルスケール値Ｄｆｓｒの中間の値などが考えられる。これにより、デジタル演算回路１０８は、読み出した測光信号の大きさがＡ／Ｄ変換回路１１０のフルスケールレンジに対して１／２フルスケール値Ｄｆｓｒの上側（大きい側）に寄っているか、下側（小さい側）に寄っているかを判定し、この判定結果に基づいて、画素部１０２に入射した光量の多さを判定することができる。
【０２１４】
そして、例えば、測光部２０１から読み出した画素部１０２のある行に対応する測光信号の大きさが予め定めた閾値以上である場合には、この行の各画素１１に入射した光量が比較的多いと判断し、ランプ波切り替え信号ＳＷｒを“Ｈｉｇｈ”レベルにする。これにより、切り替え回路１９９によって、この行のアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐが上昇ランプ波Ｖｒｕとなるように、ＤＡＣ１０４の駆動が制御される。
【０２１５】
また、例えば、測光部２０１から読み出した画素部１０２の別のある行に対応する測光信号の大きさが予め定めた閾値よりも小さい場合には、この行の各画素１１に入射した光量が比較的少ないと判断し、ランプ波切り替え信号ＳＷｒを“Ｌｏｗ”レベルにする。これにより、切り替え回路１９９によって、この行のアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐが下降ランプ波Ｖｒｄとなるように、ＤＡＣ１０４の駆動が制御される。
【０２１６】
このようにして、本第３の実施形態の固体撮像装置２００では、画素部１０２の各行または各複数行に対応した測光領域を備えた測光部２０１からの測光信号の大きさに基づいて、現在の行のアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを切り替える。すなわち、第１の実施形態および第２の実施形態では、デジタル演算回路１０８が、画素部１０２に各行の入射した光量に応じてランプ波切り替え信号Ｓｗｒを切り替えることによってＤＡＣ１０４の駆動方法を変更し、ＤＡＣ１０４が生成するランプ波Ｖｒａｍｐを、上昇ランプ波Ｖｒｕまたは下降ランプ波Ｖｒｄのいずれか一方に切り替えていた。本第３の実施形態では、デジタル演算回路１０８が、画素部１０２と異なる測光部２０１の各測光領域に入射した光量に応じてランプ波切り替え信号ＳＷｒを切り替えることによってＤＡＣ１０４の駆動方法を変更し、ＤＡＣ１０４が生成するランプ波Ｖｒａｍｐを、上昇ランプ波Ｖｒｕまたは下降ランプ波Ｖｒｄのいずれか一方に切り替える。
【０２１７】
そして、本第３の実施形態の固体撮像装置２００では、カラムＡ／Ｄ変換回路１０５内に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０が、現在のフレームにおける現在の行のアナログ信号Ｖｉｎを、切り替えられたランプ波Ｖｒａｍｐに基づいてアナログデジタル変換する。
【０２１８】
なお、本第３の実施形態の固体撮像装置２００でも、図２に示した第１の切り替え制御の第１の処理手順または図９に示した第２の切り替え制御の第２の処理手順と同様に、現在のフレームにおける現在の行のランプ波Ｖｒａｍｐの切り替え制御の処理を完了した後には、引き続き、次の行のランプ波Ｖｒａｍｐの切り替え制御の処理が行われる。なお、本第３の実施形態の固体撮像装置２００におけるランプ波Ｖｒａｍｐの切り替え制御の処理でも、図２に示した第１の切り替え制御の第１の処理手順または図９に示した第２の切り替え制御の第２の処理手順と同様に、測光部２０１の各測光領域に対応した測光信号に基づいて、順次または同時に切り替え制御の処理を実施することができる。
【０２１９】
なお、本第３の実施形態の固体撮像装置２００でも、ランプ波の切り替え制御におけるフレームと選択された行およびランプ波との関係は、図３および図５に示したフレームと選択された行およびランプ波との関係と同様である。従って、ランプ波Ｖｒａｍｐを上昇ランプ波Ｖｒｕまたは下降ランプ波Ｖｒｄのいずれか一方に切り替える場合の具体的な一例に関する詳細な説明は省略する。
【０２２０】
上記に述べたとおり、本第３の実施形態の固体撮像装置２００では、画素部１０２の各行または各複数行に対応した測光領域を備えた測光部２０１からの測光信号の大きさに基づいて、現在の行のアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを切り替える。これにより、画素部１０２のある画素１１の行に入射した光量が多い場合または少ない場合のいずれにおいても、ＤＡＣ１０４およびカラムＡ／Ｄ変換回路１０５に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０の動作を停止させる動作停止期間ｘｐを、比較的長くすることができる。
【０２２１】
このことにより、本第３の実施形態の固体撮像装置２００でも、第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１００と同様に、画素部１０２の全ての行において、動作停止期間ｘｒと動作停止期間ｘｐとの合計の時間を比較的長くすることができ、図１５に示した従来の固体撮像装置９００よりも消費電力を低減することができる。
【０２２２】
なお、本第３の実施形態の固体撮像装置２００では、固体撮像装置２００内に、測光部２０１を備える場合について説明したが、測光部２０１を固体撮像装置１００の外部に備える構成とすることもできる。このような構成であっても、同様に、画素部１０２の全ての行における動作停止期間ｘｒと動作停止期間ｘｐとの合計の時間を比較的長くし、固体撮像装置２００の消費電力を低減する効果を得ることができる。
【０２２３】
なお、本第３の実施形態の固体撮像装置２００でも、第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１００の変形例の構成と同様に、制御回路１０９内に備えた判定回路１９７が削除された構成にすることができる。本第３の実施形態の固体撮像装置２００の変形例の構成における第１の切り替え制御の第１の処理手順や第２の切り替え制御の第２の処理手順の具体的な一例は、第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１００の変形例の構成における第３の具体例や第４の具体例と同様に考えることができる。従って、本第３の実施形態の固体撮像装置２００の変形例の構成における具体的な一例に関する詳細な説明は省略する。
【０２２４】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図１２は、本第４の実施形態における固体撮像装置の概略構成を示したブロック図である。図１２に示した固体撮像装置３００は、図１に示した第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１００に備えたカラムＡ／Ｄ変換回路１０５がカラムＡ／Ｄ変換回路３０５に、ＤＡＣ１０４がＤＡＣ３０４に、デジタル演算回路１０８がデジタル演算回路３０８にそれぞれ代わり、さらに、基準電圧生成回路３１１を備えた構成である。この構成の変更に伴って、固体撮像装置３００では、アナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを切り替える制御方法が、第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１００と異なる。従って、本第４の実施形態の固体撮像装置３００の説明においては、第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１００とは異なる構成要素および動作のみを説明し、第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１００と同様の構成要素および動作に関する詳細な説明は省略する。
【０２２５】
なお、図１２には、図１に示した第１の実施形態の固体撮像装置１００における変形例の構成に、上述した構成の変更を適用した固体撮像装置３００の構成、すなわち、制御回路１０９内に判定回路１９７を備えていない構成を示している。なお、第１の実施形態の固体撮像装置１００における変形例ではない構成、すなわち、制御回路１０９内に判定回路１９７を備えている構成においても、上述した構成の変更を適用することによって、以下に説明する動作と同様の動作を行うことができる。なお、以下の説明においては、本第４の実施形態の固体撮像装置３００の構成要素において、図１に示した第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１００と同様の構成要素には、同一の符号を用いて説明する。
【０２２６】
ＤＡＣ３０４は、制御回路１０９から入力された制御信号に応じて、それぞれの水平期間において、時間に対して一定の割合で電圧値が増加するアナログ信号である上昇ランプ波Ｖｒｕと、時間に対して一定の割合で電圧値が減少するアナログ信号である下降ランプ波Ｖｒｄとの両方を生成する。なお、ＤＡＣ３０４が生成する上昇ランプ波Ｖｒｕと下降ランプ波Ｖｒｄとは、第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１００に備えたＤＡＣ１０４と同様に、傾きが同一のランプ波Ｖｒａｍｐである。そして、ＤＡＣ３０４は、生成したランプ波ＶｒａｍｐのそれぞれをカラムＡ／Ｄ変換回路３０５に出力する。
【０２２７】
カラムＡ／Ｄ変換回路３０５は、信号判定回路１４、ランプ波切り替えスイッチ１５、コンパレータ１２、およびカウンタ１３を備えた同じ構成のＡ／Ｄ変換回路３１０を、画素部１０２の列の数だけ複数備えている。Ａ／Ｄ変換回路３１０は、図１に示した第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１００に備えたカラムＡ／Ｄ変換回路１０５内のＡ／Ｄ変換回路１１０に、信号判定回路１４とランプ波切り替えスイッチ１５とが追加された構成である。画素部１０２の各列に対応したそれぞれのＡ／Ｄ変換回路３１０は、第１の実施形態または第２の実施形態におけるＡ／Ｄ変換回路１１０と同様に、制御回路１０９から入力された制御信号に応じて、それぞれの水平期間において入力されたアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換し、アナログ信号Ｖｉｎの大きさに応じたデジタル値Ｄｏを出力する。なお、以下の説明においては、Ａ／Ｄ変換回路３１０の構成要素において、Ａ／Ｄ変換回路１１０と同様の構成要素には同一の符号を用い、同様の動作に関する詳細な説明は省略する。
【０２２８】
信号判定回路１４は、それぞれの水平期間においてアナログ信号処理回路１０３から入力されたアナログ信号Ｖｉｎが入力され、このアナログ信号Ｖｉｎをコンパレータ１２に出力する。また、信号判定回路１４は、入力されたアナログ信号Ｖｉｎの電圧値が、基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値以下の電圧値であるか否かを判定し、判定した結果に応じた信号を、アナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを切り替えるためのランプ波切り替え信号ＳＷｃとして、ランプ波切り替えスイッチ１５に出力する。また、信号判定回路１４は、ランプ波切り替え信号ＳＷｃを、それぞれのＡ／Ｄ変換回路３１０がアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを表す信号として、デジタル演算回路３０８に出力する。なお、信号判定回路１４によるランプ波Ｖｒａｍｐの切り替え制御の方法に関する詳細な説明は、後述する。
【０２２９】
ランプ波切り替えスイッチ１５は、信号判定回路１４から入力されたランプ波切り替え信号ＳＷｃに応じて、ＤＡＣ３０４から入力された上昇ランプ波Ｖｒｕまたは下降ランプ波Ｖｒｄのいずれか一方のランプ波Ｖｒａｍｐを、コンパレータ１２に出力する。これにより、アナログ信号処理回路１０３から信号判定回路１４を経由して出力される画素部１０２の各列のアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐが切り替えられる。
【０２３０】
コンパレータ１２は、信号判定回路１４から入力されたアナログ信号Ｖｉｎの電圧値と、ランプ波切り替えスイッチ１５から入力されたランプ波Ｖｒａｍｐの電圧値との比較処理を行い、アナログ信号Ｖｉｎの電圧値とランプ波Ｖｒａｍｐの電圧値とが同じ値になったタイミングで、電圧値が一致したことを表す信号を出力する。
【０２３１】
カウンタ１３は、ＤＡＣ３０４から入力されたランプ波Ｖｒａｍｐの初期値のタイミングから、コンパレータ１２から電圧値が一致したことを表す信号が入力される、すなわち、コンパレータ１２による比較処理が完了したタイミングまでの比較時間を計数する。Ａ／Ｄ変換回路３１０は、カウンタ１３が計数した比較時間のカウント値（クロック数）を表すデジタル値を、アナログ信号処理回路１０３から入力されたアナログ信号Ｖｉｎの大きさに応じて生成したデジタル値Ｄｏとして出力する。
【０２３２】
基準電圧生成回路３１１は、カラムＡ／Ｄ変換回路３０５内のそれぞれのＡ／Ｄ変換回路３１０に備えた信号判定回路１４が、入力されたアナログ信号Ｖｉｎの電圧値を判定するための基準電圧Ｖｒｅｆを生成し、生成した基準電圧Ｖｒｅｆを、それぞれのＡ／Ｄ変換回路３１０内の信号判定回路１４に出力する。基準電圧生成回路３１１が生成する基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値は、アナログ信号Ａ／Ｄ変換期間における処理を開始するときのＤＡＣ３０４が出力する上昇ランプ波Ｖｒｕの電圧値と、下降ランプ波Ｖｒｄの電圧値との中間の電圧値である。すなわち、基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値は、アナログ信号Ａ／Ｄ変換期間における上昇ランプ波Ｖｒｕ走査開始電圧と下降ランプ波Ｖｒｄ走査開始電圧との中間の電圧値である。
【０２３３】
なお、図１２においては、基準電圧生成回路３１１も固体撮像装置３００の構成要素としているが、基準電圧生成回路３１１は、固体撮像装置３００の外部に備えた構成要素であってもよい。また、基準電圧生成回路３１１を備えず、固体撮像装置３００の外部から基準電圧Ｖｒｅｆを入力する構成であってもよい。
【０２３４】
デジタル演算回路３０８は、カラムＡ／Ｄ変換回路３０５から順次入力されたデジタル値Ｄｏに基づいて、アナログ信号処理回路１０３が出力した画素部１０２の各列のアナログ信号Ｖｉｎの大きさに応じたデジタル信号を生成し、生成したデジタル信号を固体撮像装置３００に入射した光量に応じたデジタル信号Ｄｏｕｔとして順次出力する。なお、デジタル演算回路３０８におけるデジタル信号Ｄｏｕｔの生成方法に関する詳細な説明は、後述する。
【０２３５】
次に、本第４の実施形態の固体撮像装置３００におけるランプ波Ｖｒａｍｐの切り替え制御の方法について説明する。固体撮像装置３００におけるランプ波Ｖｒａｍｐの切り替え制御は、画素部１０２の各列からそれぞれの水平期間において入力されたアナログ信号Ｖｉｎの電圧値に基づいて行う。図１３は、本第４の実施形態の固体撮像装置３００におけるランプ波Ｖｒａｍｐの切り替え制御の処理手順を示したフローチャートである。図１３に示したフローチャートは、画素部１０２の各列から出力されたアナログ信号Ｖｉｎの電圧値に基づいて、アナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを切り替える場合の処理手順を示している。
【０２３６】
なお、以下の説明においては、ある水平期間に入力されたアナログＶｉｎを「現在入力されたアナログ信号Ｖｉｎ」という。また、以下の説明においては、本第４の実施形態の固体撮像装置３００におけるランプ波Ｖｒａｍｐの切り替え制御を、「第３の切り替え制御」という。また、本第４の実施形態の固体撮像装置３００におけるランプ波Ｖｒａｍｐの第３の切り替え制御の処理手順を、「第３の処理手順」という。
【０２３７】
また、以下の説明においては、固体撮像装置３００の１つの水平期間における全ての列のアナログ信号Ｖｉｎの内、電圧値が最小のアナログ信号Ｖｉｎ、すなわち、画素１１に入射した光量が最も多いアナログ信号Ｖｉｎをアナログ信号Ｖｉｎｈとし、電圧値が最大のアナログ信号Ｖｉｎ、すなわち、画素１１に入射した光量が最も少ないアナログ信号Ｖｉｎをアナログ信号Ｖｉｎｌとして説明する。
【０２３８】
ランプ波Ｖｒａｍｐの第３の切り替え制御の処理を開始すると、まず、処理Ｐ３２において、信号判定回路１４は、入力されたアナログ信号Ｖｉｎの電圧値と基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値とを比較し、アナログ信号Ｖｉｎの電圧値が基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値以下の電圧値であるか否かを判定する。
【０２３９】
処理Ｐ３２の比較の結果が真（ＴＲＵＥ）、すなわち、Ｖｉｎ≦Ｖｒｅｆである場合には、処理Ｐ３３において、信号判定回路１４は、現在入力されたアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを切り替えるランプ波切り替え信号ＳＷｃを、“Ｈｉｇｈ”レベルにする。
【０２４０】
続いて、処理Ｐ３５において、ランプ波切り替えスイッチ１５は、ランプ波切り替え信号ＳＷｃの“Ｈｉｇｈ”レベルに応じて、ＤＡＣ３０４から入力された上昇ランプ波Ｖｒｕをランプ波Ｖｒａｍｐとして選択してコンパレータ１２に出力し、第３の切り替え制御の処理を完了する。その後、コンパレータ１２およびカウンタ１３が、信号判定回路１４を経由して出力されたアナログ信号Ｖｉｎを、上昇ランプ波Ｖｒｕに基づいてアナログデジタル変換したデジタル値Ｄｏを出力する。
【０２４１】
また、処理Ｐ３２の比較の結果が偽（ＦＡＬＳＥ）、すなわち、Ｖｉｎ＞Ｖｒｅｆである場合には、処理Ｐ３４において、信号判定回路１４は、現在入力されたアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを切り替えるランプ波切り替え信号ＳＷｃを、“Ｌｏｗ”レベルにする。
【０２４２】
続いて、処理Ｐ３６において、ランプ波切り替えスイッチ１５は、ランプ波切り替え信号ＳＷｃの“Ｌｏｗ”レベルに応じて、ＤＡＣ３０４から入力された下降ランプ波Ｖｒｄをランプ波Ｖｒａｍｐとして選択してコンパレータ１２に出力し、第３の切り替え制御の処理を完了する。その後、コンパレータ１２およびカウンタ１３が、信号判定回路１４を経由して出力されたアナログ信号Ｖｉｎを、下降ランプ波Ｖｒｄに基づいてアナログデジタル変換したデジタル値Ｄｏを出力する。
【０２４３】
このようにして、本第４の実施形態の固体撮像装置３００では、各列のＡ／Ｄ変換回路３１０に備えた信号判定回路１４とランプ波切り替えスイッチ１５とによって、画素部１０２から現在入力されたアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを、上昇ランプ波Ｖｒｕまたは下降ランプ波Ｖｒｄのいずれか一方に切り替える。そして、本第４の実施形態の固体撮像装置３００では、各列のＡ／Ｄ変換回路３１０に備えたコンパレータ１２とカウンタ１３とが、切り替えられたランプ波Ｖｒａｍｐに基づいて、現在入力されたアナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する。
【０２４４】
Ａ／Ｄ変換回路３１０は、図１３に示したランプ波Ｖｒａｍｐの第３の切り替え制御の第３の処理手順によるアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐの切り替えを、それぞれの水平期間において画素部１０２からアナログ信号Ｖｉｎが入力される毎に順次行うことによって、現在のフレームのアナログデジタル変換を実施することができる。
【０２４５】
＜第６の具体例＞
ここで、図１３に示したランプ波Ｖｒａｍｐの第３の切り替え制御の第３の処理手順によってランプ波Ｖｒａｍｐを切り替えてアナログデジタル変換する際の具体的な一例について説明する。図１４は、本第４の実施形態の固体撮像装置３００によるランプ波の切り替え制御の第６の具体例におけるランプ波走査期間のアナログ信号とランプ波との関係を示したタイミングチャートである。
【０２４６】
本第６の具体例は、上述したように、現在入力されたアナログ信号Ｖｉｎの電圧値に基づいて、アナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを、上昇ランプ波Ｖｒｕまたは下降ランプ波Ｖｒｄのいずれか一方に切り替える。なお、基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値は、上述したように、アナログ信号Ａ／Ｄ変換期間における上昇ランプ波Ｖｒｕ走査開始電圧と下降ランプ波Ｖｒｄ走査開始電圧との中間の電圧値に設定されている。
【０２４７】
図１４には、固体撮像装置３００のある水平期間における全ての列のアナログ信号Ｖｉｎの内、電圧値が最小のアナログ信号Ｖｉｎをアナログ信号Ｖｉｎｈとし、電圧値が最大のアナログ信号Ｖｉｎをアナログ信号Ｖｉｎｌとして表している。そして、図１４（ａ）には、コンパレータ１２が上昇ランプ波Ｖｒｕとの比較処理を行う場合のタイミングチャートを示し、図１４（ｂ）には、コンパレータ１２が下降ランプ波Ｖｒｄとの比較処理を行う場合のタイミングチャートを示している。
【０２４８】
なお、図１４に示した時刻Ｔ以前、すなわち、リセット信号Ａ／Ｄ変換期間のタイミングは、上述した第１〜第５の具体例で説明した第１の実施形態および第２の実施形態の固体撮像装置１００におけるリセット信号Ａ／Ｄ変換期間のタイミングと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０２４９】
図１４に示した時刻Ｔ以後、それぞれのＡ／Ｄ変換回路３１０は、入力されたアナログ信号Ｖｉｎの電圧値に基づいて、ランプ波Ｖｒａｍｐを上昇ランプ波Ｖｒｕまたは下降ランプ波Ｖｒｄのいずれか一方に切り替えて、アナログ信号Ｖｉｎのアナログデジタル変換を行う。
【０２５０】
アナログ信号Ｖｉｎｈが入力されたＡ／Ｄ変換回路３１０は、信号判定回路１４が、図１３に示した処理Ｐ３２において入力されたアナログ信号Ｖｉｎｈの電圧値と基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値とを比較すると、Ｖｉｎ≦Ｖｒｅｆの結果が真（ＴＲＵＥ）となる。これにより、信号判定回路１４が、現在のアナログ信号Ｖｉｎｈをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを、上昇ランプ波Ｖｒｕに切り替えるランプ波切り替え信号ＳＷｃ＝“Ｈｉｇｈ”を出力し、ランプ波切り替えスイッチ１５が、上昇ランプ波Ｖｒｕを、コンパレータ１２に出力する（図１４（ａ）参照）。
【０２５１】
その後、コンパレータ１２およびカウンタ１３が、信号判定回路１４を経由して出力されたアナログ信号Ｖｉｎｈを、上昇ランプ波Ｖｒｕに基づいてアナログデジタル変換したデジタル値Ｄｏを出力する。これにより、デジタル演算回路３０８は、アナログ信号Ｖｉｎｈのレベル差Ｖｏｈ３の大きさに比例した、すなわち、固体撮像装置３００の画素１１に入射した最も多い光量に比例したデジタル信号Ｄｏｕｔの最大値Ｄｍａｘを生成する。
【０２５２】
このとき、図１４（ａ）を見てわかるように、コンパレータ１２は、上昇ランプ波Ｖｒｕをランプ波Ｖｒａｍｐとして用いて比較処理を行うため、上昇ランプ波Ｖｒｕを用いた基準電圧Ｖｒｅｆとの比較処理が完了する時刻ｔ５よりも早い時刻ｔ６のときに、アナログ信号Ｖｉｎｈの比較処理を完了する。これにより、アナログデジタル変換の動作におけるカウンタ１３の計数動作が早く（時刻ｔ６のときに）停止する。
【０２５３】
なお、アナログ信号Ｖｉｎｈが入力されたＡ／Ｄ変換回路３１０、つまり、基準電圧Ｖｒｅｆ以下の電圧値のアナログ信号ＶｉｎがＡ／Ｄ変換回路３１０は、アナログ信号Ａ／Ｄ変換期間において、フルスケール値Ｄｆｓｒとレベル差Ｖｏｈ３との差の大きさに応じたデジタル値Ｄｏを出力する。従って、デジタル演算回路３０８は、第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１００に備えたデジタル演算回路１０８と同様に、フルスケール値Ｄｆｓｒの値からＡ／Ｄ変換回路３１０から出力されたデジタル値Ｄｏの値を減算する演算を行って、最終的なデジタル信号Ｄｏｕｔを生成する。ただし、本第４の実施形態の固体撮像装置３００では、同じ行のアナログ信号Ｖｉｎであっても、それぞれのアナログ信号Ｖｉｎ毎に、基準電圧Ｖｒｅｆ以下の電圧値であるか否かが異なる。従って、デジタル演算回路３０８は、画素部１０２の行毎にフルスケール値Ｄｆｓｒの値からＡ／Ｄ変換回路３１０から出力されたデジタル値Ｄｏの値を減算する演算を行うのではない。より具体的には、デジタル演算回路３０８は、それぞれのＡ／Ｄ変換回路３１０内の信号判定回路１４から入力されたランプ波切り替え信号ＳＷｃに基づいて、上昇ランプ波Ｖｒｕをアナログデジタル変換する際のランプ波Ｖｒａｍｐとして用いたＡ／Ｄ変換回路３１０から出力されたデジタル値Ｄｏに対してのみ、フルスケール値Ｄｆｓｒの値からデジタル値Ｄｏの値を減算する演算を行って、最終的なデジタル信号Ｄｏｕｔを生成する。
【０２５４】
また、アナログ信号Ｖｉｎｌが入力されたＡ／Ｄ変換回路３１０は、信号判定回路１４が、図１３に示した処理Ｐ３２において入力されたアナログ信号Ｖｉｎｌの電圧値と基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値とを比較すると、Ｖｉｎ≦Ｖｒｅｆの結果が偽（ＦＡＬＳＥ）となる。これにより、信号判定回路１４が、現在のアナログ信号Ｖｉｎｌをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを、下降ランプ波Ｖｒｄに切り替えるランプ波切り替え信号ＳＷｃ＝“Ｌｏｗ”を出力し、ランプ波切り替えスイッチ１５が、下降ランプ波Ｖｒｄを、コンパレータ１２に出力する（図１４（ｂ）参照）。
【０２５５】
その後、コンパレータ１２およびカウンタ１３が、信号判定回路１４を経由して出力されたアナログ信号Ｖｉｎｌを、下降ランプ波Ｖｒｄに基づいてアナログデジタル変換したデジタル値Ｄｏを出力する。これにより、デジタル演算回路３０８は、アナログ信号Ｖｉｎｌのレベル差Ｖｏｌ３の大きさに比例した、すなわち、固体撮像装置３００の画素１１に入射した最も少ない光量に比例したデジタル信号Ｄｏｕｔの最小値Ｄｍｉｎを生成する。
【０２５６】
このとき、図１４（ｂ）を見てわかるように、コンパレータ１２は、下降ランプ波Ｖｒｄをランプ波Ｖｒａｍｐとして用いて比較処理を行うため、下降ランプ波Ｖｒｄを用いた基準電圧Ｖｒｅｆとの比較処理が完了する時刻ｔ５よりも早い時刻ｔ７のときに、アナログ信号Ｖｉｎｌの比較処理を完了する。これにより、アナログデジタル変換の動作におけるカウンタ１３の計数動作が早く（時刻ｔ７のときに）停止する。
【０２５７】
なお、アナログ信号Ｖｉｎｌが入力されたＡ／Ｄ変換回路３１０、つまり、基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きい電圧値のアナログ信号ＶｉｎがＡ／Ｄ変換回路３１０は、アナログ信号Ａ／Ｄ変換期間において、リセットレベルと信号レベルとのレベル差Ｖｏｌ３の大きさに応じたデジタル値Ｄｏを出力する。従って、デジタル演算回路３０８は、第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１００に備えたデジタル演算回路１０８と同様に、Ａ／Ｄ変換回路３１０から出力されたデジタル値Ｄｏの値を、最終的なデジタル信号Ｄｏｕｔとする。ただし、本第４の実施形態の固体撮像装置３００では、同じ行のアナログ信号Ｖｉｎであっても、それぞれのアナログ信号Ｖｉｎ毎に、基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きい電圧値であるか否かが異なる。従って、デジタル演算回路３０８は、画素部１０２の行毎にＡ／Ｄ変換回路３１０から出力されたデジタル値Ｄｏの値を出力するのではない。より具体的には、デジタル演算回路３０８は、それぞれのＡ／Ｄ変換回路３１０内の信号判定回路１４から入力されたランプ波切り替え信号ＳＷｃに基づいて、下降ランプ波Ｖｒｄをアナログデジタル変換する際のランプ波Ｖｒａｍｐとして用いたＡ／Ｄ変換回路３１０から出力されたデジタル値Ｄｏのみ、最終的なデジタル信号Ｄｏｕｔとする。
【０２５８】
このように、固体撮像装置３００では、基準電圧Ｖｒｅｆを利用して、アナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを、上昇ランプ波Ｖｒｕまたは下降ランプ波Ｖｒｄのいずれか一方に切り替える。これにより、固体撮像装置３００では、Ａ／Ｄ変換回路３１０に現在入力されたアナログ信号Ｖｉｎの電圧値が、基準電圧Ｖｒｅｆ以下の電圧値であるか否かに関わらず、基準電圧Ｖｒｅｆをアナログデジタル変換する場合に要する時間（図１４に示した時刻ｔ５までの時間）よりも早い時間（例えば、図１４に示した時刻ｔ６または時刻ｔ７までの時間）で、アナログデジタル変換を完了する。これにより、固体撮像装置３００では、カラムＡ／Ｄ変換回路３０５による比較処理が完了した後の期間における電力の消費を、より低減させる。
【０２５９】
上記に述べたとおり、本第４の実施形態の固体撮像装置３００では、画素部１０２の各列から現在入力されたアナログ信号Ｖｉｎの電圧値に基づいて、アナログ信号Ｖｉｎをアナログデジタル変換する際に用いるランプ波Ｖｒａｍｐを切り替える。これにより、画素部１０２のある画素１１に入射した光量が多い場合または少ない場合のいずれにおいても、カラムＡ／Ｄ変換回路３０５に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路３１０によるアナログデジタル変換の動作を早い時間に完了させることができる。
【０２６０】
このことにより、本第４の実施形態の固体撮像装置３００では、画素部１０２に配置された全ての画素１１が出力したアナログ信号Ｖｉｎのアナログデジタル変換の動作を早い時間に完了させることができ、図１５に示した従来の固体撮像装置９００よりも消費電力を低減することができる。
【０２６１】
また、本第４の実施形態の固体撮像装置３００では、基準電圧Ｖｒｅｆのアナログデジタル変換が完了する時刻ｔ５までに、全ての列のＡ／Ｄ変換回路３１０によるアナログデジタル変換の動作が完了する。このため、本第４の実施形態の固体撮像装置３００では、例えば、時刻ｔ５以降のタイミングで、第１の実施形態または第２の実施形態の固体撮像装置１００と同様に、ＤＡＣ３０４の駆動を停止させる構成にすることもできる。これにより、本第４の実施形態の固体撮像装置３００では、ＤＡＣ３０４の駆動に伴う消費電力を低減させることができる。
【０２６２】
さらに、本第４の実施形態の固体撮像装置３００では、基準電圧Ｖｒｅｆのアナログデジタル変換が完了する時刻ｔ５までに、１行分のアナログデジタル変換が完了する。すなわち、本第４の実施形態の固体撮像装置３００では、基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値を、アナログ信号Ａ／Ｄ変換期間における上昇ランプ波Ｖｒｕ走査開始電圧と下降ランプ波Ｖｒｄ走査開始電圧との中間の電圧値にしているため、アナログ信号Ａ／Ｄ変換期間におけるランプ波走査開始から比較処理が完了するまでの時間が、従来の固体撮像装置９００の１／２の時間になる。このため、本第４の実施形態の固体撮像装置３００では、水平期間を短くすることができる。これにより、本第４の実施形態の固体撮像装置３００では、従来の固体撮像装置よりも高いフレームレートでの撮像を実現することができる。
【０２６３】
なお、本第４の実施形態の固体撮像装置３００では、信号判定回路１４が、入力されたアナログ信号Ｖｉｎの電圧値が基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値以下の電圧値であるか否かを判定する構成について説明した。しかし、アナログ信号Ｖｉｎの電圧値を判定する構成要素は、本第４の実施形態の固体撮像装置３００で示した信号判定回路１４に限定されるものではない。例えば、信号判定回路１４によるアナログ信号Ｖｉｎの電圧値が基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値以下の電圧値であるか否かの判定を、コンパレータ１２が行う構成にすることもできる。この場合には、例えば、リセット信号Ａ／Ｄ変換期間後に、ＤＡＣ３０４が出力するランプ波Ｖｒａｍｐの電圧値を、基準電圧Ｖｒｅｆと同じ電圧値にすることにより、画素１１からアナログ信号Ｖｉｎが入力されたときに、コンパレータ１２の出力の論理状態によって、ランプ波切り替えスイッチ１５を切り替えることができる。
【０２６４】
なお、本第４の実施形態の固体撮像装置３００では、基準電圧生成回路３１１が基準電圧Ｖｒｅｆを出力する構成について説明した。しかし、基準電圧Ｖｒｅｆを出力する構成要素は、本第４の実施形態の固体撮像装置３００で示した基準電圧生成回路３１１に限定されるものではない。例えば、ＤＡＣ３０４が、上昇ランプ波Ｖｒｕの開始電圧と下降ランプ波Ｖｒｄの開始電圧のとの中間の電圧を、基準電圧Ｖｒｅｆとして出力する構成にすることもできる。この場合には、例えば、カラムＡ／Ｄ変換回路３０５の電源電圧が変動したときでも、常に基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値をアナログ信号Ａ／Ｄ変換期間における上昇ランプ波Ｖｒｕ走査開始電圧と下降ランプ波Ｖｒｄ走査開始電圧との中間の電圧値にすることができ、アナログ信号Ｖｉｎの電圧値が基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値以下の電圧値であるか否かの判定を正確に行うことができる。
【０２６５】
上記に述べたとおり、本発明を実施するための形態によれば、固体撮像装置の画素部に備えた画素に入射した光量が多いか少ないかを、カラムＡ／Ｄ変換回路に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路がアナログデジタル変換する際の画素部のそれぞれの行毎に判定する。そして、判定した結果に応じて、それぞれのＡ／Ｄ変換回路が、画素部から入力されるアナログ信号をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波を切り替える。すなわち、本発明を実施するための形態では、画素部の行毎にそれぞれのＡ／Ｄ変換回路に入力するアナログ信号の範囲が、Ａ／Ｄ変換回路のフルスケールレンジに対して大きい側（上側）に寄っているか、小さい側（下側）に寄っているかに応じて、アナログデジタル変換する際に用いるランプ波を切り替える。これにより、画素部のある画素の行に入射した光量が多い場合または少ない場合のいずれにおいても、ランプ波の出力およびそれぞれのＡ／Ｄ変換回路の動作を比較的早いタイミングで停止させることができ、それぞれのＡ／Ｄ変換回路の消費電力を低減することができる。このことにより、本発明を実施するための形態では、固体撮像装置に備えたＡ／Ｄ変換回路におけるアナログデジタル変換の動作が停止する動作停止期間を、従来の固体撮像装置よりも長くすることができ、カラムＡ／Ｄ変換回路を備えた固体撮像装置の消費電力を低減することができる。
【０２６６】
また、本発明を実施するための形態によれば、固体撮像装置の画素部に備えた画素に入射した光量が多いか少ないかを、カラムＡ／Ｄ変換回路に備えたそれぞれのＡ／Ｄ変換回路がアナログデジタル変換する画素毎に判定することもできる。そして、判定した結果に応じて、それぞれのＡ／Ｄ変換回路が、画素部から入力されるアナログ信号をアナログデジタル変換する際に用いるランプ波を切り替える。すなわち、本発明を実施するための形態では、画素部に配置された画素毎にそれぞれのＡ／Ｄ変換回路に入力するアナログ信号の電圧値が、基準電圧以下の電圧値であるか否かに応じて、アナログデジタル変換する際に用いるランプ波を切り替える。これにより、画素部のある画素に入射した光量が多い場合または少ない場合のいずれにおいても、それぞれのＡ／Ｄ変換回路の動作を比較的早いタイミングで停止させることができ、それぞれのＡ／Ｄ変換回路の消費電力を低減することができる。このことにより、本発明を実施するための形態では、固体撮像装置に備えたＡ／Ｄ変換回路におけるアナログデジタル変換の動作が停止する動作停止期間を、従来の固体撮像装置よりも長くすることができ、カラムＡ／Ｄ変換回路を備えた固体撮像装置の消費電力を低減することができる。また、本発明を実施するための形態では、固体撮像装置に備えた画素部の１行分のアナログデジタル変換の動作を比較的早いタイミングで完了することができ、カラムＡ／Ｄ変換回路を備えた固体撮像装置による撮像のフレームレートを向上させることができる。
【０２６７】
なお、本実施形態においては、図２に示した第１の処理手順の処理Ｐ１２または図９に示した第２の処理手順の処理Ｐ２２の大小比較において、差分値Ｄｄｉｆと最小値Ｄｍｉｎとが同じである、すなわち、Ｄｄｉｆ＝Ｄｍｉｎである場合には、大小比較の結果を真（ＴＲＵＥ）として処理する場合について説明した。しかし、この場合における判定は、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、例えば、差分値Ｄｄｉｆと最小値Ｄｍｉｎとが同じである場合は、大小比較の結果を偽（ＦＡＬＳＥ）として処理する、つまり、処理Ｐ１２および処理Ｐ２２の処理における判定式を、「Ｄｄｉｆ＜Ｄｍｉｎ」とすることもできる。
【０２６８】
同様に、本実施形態においては、図１３に示した第３の処理手順の処理Ｐ３２の比較において、アナログ信号Ｖｉｎの電圧値と基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値とが同じである、すなわち、Ｖｉｎ＝Ｖｒｅｆである場合には、比較の結果を真（ＴＲＵＥ）として処理する場合について説明した。しかし、この場合における判定は、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、例えば、アナログ信号Ｖｉｎの電圧値と基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値とが同じである場合は、比較の結果を偽（ＦＡＬＳＥ）として処理する、つまり、処理Ｐ３２の処理における判定式を、「Ｖｉｎ＜Ｖｒｅｆ」とすることもできる。
【０２６９】
また、本実施形態においては、図２に示した第１の処理手順の処理Ｐ１１と処理Ｐ１２、または図９に示した第２の処理手順の処理Ｐ２１と処理Ｐ２２において、フルスケール値Ｄｆｓｒと最大値Ｄｍａｘとから差分値Ｄｄｉｆを算出し、算出した差分値Ｄｄｉｆと最小値Ｄｍｉｎとの大小比較を行う場合について説明した。しかし、図２に示した第１の処理手順の処理Ｐ１１と処理Ｐ１２または図９に示した第２の処理手順の処理Ｐ２１と処理Ｐ２２における、画素部１０２の同一行の画素１１に入射した光量の多さを判定する方法は、本発明を実施するための形態に限定されるものではない。例えば、最大値Ｄｍａｘと最小値Ｄｍｉｎとを入れ替えて考え、フルスケール値Ｄｆｓｒと最小値Ｄｍｉｎとから差分値Ｄｄｉｆを算出し、算出した差分値Ｄｄｉｆと最大値Ｄｍａｘとの大小比較によって、画素部１０２の同一行の画素１１に入射した光量の多さを判定することもできる。なお、この場合には、処理Ｐ１２および処理Ｐ２２の処理における判定式は、「Ｄｄｉｆ≦Ｄｍａｘ」または「Ｄｄｉｆ＜Ｄｍａｘ」となる。
【０２７０】
また、本実施形態においては、固体撮像装置に備えた画素部の行毎にランプ波Ｖｒａｍｐを切り替える切り替え制御の方法として、第１の切り替え制御および第２の切り替え制御について説明した。また、本実施形態においては、固体撮像装置に備えた画素毎にランプ波Ｖｒａｍｐを切り替える切り替え制御の方法として、第３の切り替え制御について説明した。しかし、固体撮像装置におけるランプ波Ｖｒａｍｐの切り替え制御の方法は、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、固体撮像装置の画素部の行毎または画素毎に入射した光量の多さを判定することができれば、いかなる方法によってランプ波Ｖｒａｍｐの切り替えを行ってもよい。
【０２７１】
また、本実施形態においては、ランプ波Ｖｒａｍｐが上昇ランプ波Ｖｒｕのときに、デジタル演算回路１０８やデジタル演算回路３０８が演算を行って最終的なデジタル信号Ｄｏｕｔを生成し、ランプ波Ｖｒａｍｐが下降ランプ波Ｖｒｄのときに、Ａ／Ｄ変換回路１１０またはＡ／Ｄ変換回路３１０から出力されたデジタル値Ｄｏを最終的なデジタル信号Ｄｏｕｔとする場合について説明した。より具体的には、ランプ波Ｖｒａｍｐが上昇ランプ波Ｖｒｕのときには、フルスケール値Ｄｆｓｒの値からデジタル値Ｄｏの値を減算することによって最終的なデジタル信号Ｄｏｕｔを生成し、ランプ波Ｖｒａｍｐが下降ランプ波Ｖｒｄのときには、デジタル値Ｄｏをそのまま最終的なデジタル信号Ｄｏｕｔとする場合について説明した。しかし、最終的なデジタル信号Ｄｏｕｔを生成する方法は、本発明を実施するための形態に限定されるものではない。例えば、それぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０およびＡ／Ｄ変換回路３１０に備えたカウンタ１３の構成を、カウント値（デジタル値Ｄｏ）の加算と減算とを行うことができるカウンタ（アップダウンカウンタ）で構成にする。そして、このカウンタは、コンパレータ１２が下降ランプ波Ｖｒｄとの比較処理を行っている場合には、カウント値（デジタル値Ｄｏ）を加算する計数（カウントアップ）を行う。また、このカウンタは、コンパレータ１２が上昇ランプ波Ｖｒｕとの比較処理を行っている場合には、カウント値（デジタル値Ｄｏ）をフルスケールレンジのカウント値（フルスケール値Ｄｆｓｒの値）から減算する計数（カウントダウン）を行う。このような構成にすることによって、デジタル演算回路１０８やデジタル演算回路３０８は、それぞれのＡ／Ｄ変換回路１１０またはＡ／Ｄ変換回路３１０から出力されるデジタル値Ｄｏを、そのまま、最終的なデジタル信号Ｄｏｕｔとすることができる。
【０２７２】
また、本実施形態においては、上昇ランプ波Ｖｒｕと下降ランプ波Ｖｒｄとは、傾きが同一のランプ波Ｖｒａｍｐである場合について説明した。しかし、上昇ランプ波Ｖｒｕと下降ランプ波Ｖｒｄとの傾きは、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、上昇ランプ波Ｖｒｕと下降ランプ波Ｖｒｄとはそれぞれ異なる傾きのランプ波Ｖｒａｍｐであってもよい。この場合には、デジタル演算回路１０８やデジタル演算回路３０８が、上昇ランプ波Ｖｒｕと下降ランプ波Ｖｒｄとの傾きを揃えるような補正演算を行うことによって、異なる傾きの上昇ランプ波Ｖｒｕまたは下降ランプ波Ｖｒｄに基づいたそれぞれのデジタル値Ｄｏを、傾きの揃ったランプ波Ｖｒａｍｐに基づいたデジタル信号Ｄｏｕｔに補正することができる。
【０２７３】
また、本実施形態においては、アナログ信号処理回路１０３が、画素部１０２から入力された光電変換信号に対してノイズ除去を行った後の光電変換信号を増幅し、アナログ信号ＶｉｎとしてカラムＡ／Ｄ変換回路１０５またはカラムＡ／Ｄ変換回路３０５に出力する構成の固体撮像装置１００、固体撮像装置２００、および固体撮像装置３００の構成の一例について説明した。しかし、固体撮像装置の構成は、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、例えば、画素部１０２がノイズ除去を行って増幅した光電変換信号を、アナログ信号ＶｉｎとしてカラムＡ／Ｄ変換回路１０５またはカラムＡ／Ｄ変換回路３０５に出力する構成の固体撮像装置であっても、本発明の考え方を適用することができる。
【０２７４】
なお、本実施形態においては、画素部の各列（カラム）にＡ／Ｄ変換回路を配置した固体撮像装置について説明したが、固体撮像装置内のＡ／Ｄ変換回路の配置は、本発明を実施するための形態に限定されるものではない。例えば、画素部の複数の列（カラム）に対して１つのＡ／Ｄ変換回路を配置した構成にすることもできる。
【０２７５】
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。
【符号の説明】
【０２７６】
１００，２００・・・固体撮像装置
１０１・・・垂直走査回路
１０２・・・画素部
１１・・・画素
１０３・・・アナログ信号処理回路
１０４・・・ＤＡＣ（参照信号生成部，アナログデジタル変換器）
１０５・・・カラムＡ／Ｄ変換回路（アナログデジタル変換器）
１１０・・・Ａ／Ｄ変換回路（比較変換部，アナログデジタル変換器）
１２・・・コンパレータ（比較変換部，比較部，アナログデジタル変換器）
１３・・・カウンタ（比較変換部，計数部，アナログデジタル変換器）
１０６・・・水平走査回路
１０８・・・デジタル演算回路（演算処理部，アナログデジタル変換器）
１０９・・・制御回路（制御部，アナログデジタル変換器）
１９７・・・判定回路（制御部，判定部，アナログデジタル変換器）
１９９・・・切り替え回路（制御部，切り替え部，アナログデジタル変換器）
２０１・・・測光部（検出装置，測光センサ）
２０２・・・読み出し制御部
３００・・・固体撮像装置
３０４・・・ＤＡＣ（参照信号生成部，基準電圧生成部，アナログデジタル変換器）
３０５・・・カラムＡ／Ｄ変換回路（アナログデジタル変換器）
３１０・・・Ａ／Ｄ変換回路（比較変換部，アナログデジタル変換器）
１４・・・信号判定回路（制御部，切り替え部，判定部，アナログデジタル変換器）
１５・・・ランプ波切り替えスイッチ（制御部，切り替え部，アナログデジタル変換器）
３０８・・・デジタル演算回路（演算処理部，アナログデジタル変換器）
３１１・・・基準電圧生成回路（基準電圧生成部，アナログデジタル変換器）
９００・・・固体撮像装置
９０１・・・垂直走査回路
９０２・・・画素アレイ部
９１・・・画素
９０３・・・ＤＡＣ（参照信号生成部）
９０４・・・カラム信号処理部
９０５・・・水平走査回路
９０６・・・判定回路
９０７・・・Ａ／Ｄ変換回路
９２・・・コンパレータ（比較器）
９３・・・カウンタ
９４・・・負荷ＭＯＳ（ＭＯＳトランジスタ）
【図１】
2013243645.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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