(57)【要約】【課題】  処理時間を長くすることなく比較器の出力が反転する際のノイズを低減する。【解決手段】  第１の画素と第２の画素を含む画素部と、ランプ信号を生成するランプ信号生成部と、ランプ信号に基づく第１の入力信号と第１の画素からの信号に基づく第２の入力信号とを比較する第１の比較器と、ランプ信号に基づく第３の入力信号と第２の画素からの信号に基づく第４の入力信号とを比較する第２の比較器を含む比較部と、を有する撮像装置において、ランプ信号生成部と比較部との間に設けられた第１のオフセット生成部と、画素部と比較部との間に設けられた第２のオフセット生成部の少なくとも１つを有する。【選択図】図１
2016127450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の画素と第２の画素を含む画素部と、
ランプ信号を生成するランプ信号生成部と、
前記ランプ信号に基づく第１の入力信号と前記第１の画素からの信号に基づく第２の入力信号とを比較する第１の比較器と、前記ランプ信号に基づく第３の入力信号と前記第２の画素からの信号に基づく第４の入力信号とを比較する第２の比較器を含み、前記第１の比較器と前記第２の比較器に共通の信号線で信号を供給する比較部と、を有する撮像装置において、
前記ランプ信号生成部と前記比較部との間を電気的に接続し、少なくとも前記第２の比較器に入力される前記ランプ信号に第１のオフセット信号を付与し、前記第１の入力信号と前記第３の入力信号を生成する第１のオフセット生成部と、
前記画素部と前記比較部との間を電気的に接続し、少なくとも前記第２の画素からの信号に第２のオフセット信号を付与し、前記第２の入力信号と前記第４の入力信号を生成する第２のオフセット生成部の少なくとも１つを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１のオフセット生成部は、
前記ランプ信号生成部と前記第１の比較器との間に設けられた第１の増幅器と、
前記ランプ信号生成部と前記第２の比較器との間に設けられ、前記第１の増幅器とレベルシフト量が異なる第２の増幅器と、を有し、
前記第２の増幅器は、前記第２の比較器に入力される前記ランプ信号に前記第１のオフセット信号を付与することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の増幅器は、前記第１の比較器に入力される前記ランプ信号に前記第１のオフセット信号とは異なる値の第３のオフセット信号を付与することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第２のオフセット生成部は、
第１の参照電圧と前記第１の画素からの信号が入力され、前記第１の比較器に信号を出力する第３の増幅器と、
前記第１の参照電圧と異なる値の第２の参照電圧と前記第２の画素からの信号が入力され、前記第２の比較器に信号を出力する第４の増幅器と、を有し、
前記第４の増幅器は、前記第２の画素からの信号に前記第２のオフセット信号を付与することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第３の増幅器は、前記第１の画素からの信号に前記第２のオフセット信号と異なる値の第４のオフセット信号を付与することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置からの信号を処理する信号処理部と、を有することを特徴とする撮像システム。
【請求項７】
第１の画素と第２の画素を含む画素部と、
ランプ信号を生成するランプ信号生成部と、
前記ランプ信号に基づく第１の入力信号と前記第１の画素からの信号に基づく第２の入力信号とを比較する第１の比較器と、前記ランプ信号に基づく第３の入力信号と前記第２の画素からの信号に基づく第４の入力信号とを比較する第２の比較器を含み、前記第１の比較器と前記第２の比較器に共通の信号線で信号を供給する比較部と、を有する撮像装置の駆動方法において、
前記第３の入力信号は、前記第１の入力信号と前記第３の入力信号の差分として第１のオフセットを生じさせる第１のオフセット信号が付与された信号であること、及び
前記第４の入力信号は、前記第２の入力信号と前記第４の入力信号の差分として第２のオフセットを生じさせる第２のオフセット信号が付与された信号であることの少なくとも一方を満たすことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置、撮像システム、及び撮像装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画素信号と参照信号とを比較する複数の比較器を有する撮像装置が知られている。複数の比較器が共通の信号線によって制御される場合、行方向に複数の画素から同程度の画素信号が出力された際に比較器の出力が一斉に反転することに起因するノイズが生じることがある。特許文献１では、リセット（オートゼロ）動作を異なる時刻に行い、オフセットレベルが異なる参照信号と画素信号を比較する動作を行っている。この動作によって、比較器の出力が一斉に反転することを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０９６６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、オフセットレベルを時間の経過に合わせて変化させてオートゼロの動作を行うため、複数の比較器での処理時間が長くなってしまう。比較器での処理時間が長くなることによって、撮像装置の場合には、フレームレートが減少してしまう。
【０００５】
本発明は、リセット動作にかかる処理時間を長くすることなく比較器の出力が反転する際のノイズを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の撮像装置は、第１の画素と第２の画素を含む画素部と、ランプ信号を生成するランプ信号生成部と、前記ランプ信号に基づく第１の入力信号と前記第１の画素からの信号に基づく第２の入力信号とを比較する第１の比較器と、前記ランプ信号に基づく第３の入力信号と前記第２の画素からの信号に基づく第４の入力信号とを比較する第２の比較器を含み、前記第１の比較器と前記第２の比較器に共通の信号線で信号を供給する比較部と、を有する撮像装置において、前記ランプ信号生成部と前記比較部との間を電気的に接続し、少なくとも前記第２の比較器に入力される前記ランプ信号に第１のオフセット信号を付与し、前記第１の入力信号と前記第３の入力信号を生成する第１のオフセット生成部と、前記画素部と前記比較部との間を電気的に接続し、少なくとも前記第２の画素からの信号に第２のオフセット信号を付与し、前記第２の入力信号と前記第４の入力信号を生成する第２のオフセット生成部の少なくとも１つを有する。
【０００７】
本発明の撮像装置の駆動方法は、第１の画素と第２の画素を含む画素部と、ランプ信号を生成するランプ信号生成部と、前記ランプ信号に基づく第１の入力信号と前記第１の画素からの信号に基づく第２の入力信号とを比較する第１の比較器と、前記ランプ信号に基づく第３の入力信号と前記第２の画素からの信号に基づく第４の入力信号とを比較する第２の比較器を含み、前記第１の比較器と前記第２の比較器に共通の信号線で信号を供給する比較部と、を有する撮像装置の駆動方法において、前記第３の入力信号は、前記第１の入力信号と前記第３の入力信号の差分として第１のオフセットを生じさせる第１のオフセット信号が付与された信号であること、及び前記第４の入力信号は、前記第２の入力信号と前記第４の入力信号の差分として第２のオフセットを生じさせる第２のオフセット信号が付与された信号であることの少なくとも一方を満たす。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の撮像装置によって、リセット動作にかかる処理時間を長くすることなく比較器の出力が反転する際のノイズを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の撮像装置を説明するためのブロック図と、オフセット生成部と比較部を説明するための回路図である。
【図２】第１の実施形態の動作を説明するためのタイミング図である。
【図３】第２の実施形態の撮像装置を説明するためのブロック図と、オフセット生成部を説明するための回路図である。
【図４】第２の実施形態の動作を説明するためのタイミング図である。
【図５】第３の実施形態の撮像システムを説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の撮像装置は、行列状に配置される複数の画素と、ランプ信号生成部と、画素からの入力信号とランプ信号生成部からの入力信号の大小関係を比較する複数の比較器を有する。そして、撮像装置は、比較器に入力される画素からの入力信号、及びランプ信号生成部からの入力信号の少なくとも一方に、オフセット信号を付与する。オフセット信号によって、個々の比較器の反転のタイミングを異ならせることが可能となり、出力が反転する際のノイズを低減することが可能となる。また、特許文献１に記載の技術では複数の比較器におけるリセット（オートゼロ）動作を同時に行うことができなかった。しかし、本発明によれば、複数の比較器におけるリセット動作を同時に行うことが可能となり、リセット動作にかかる処理時間を短くすることが可能となる。
【００１１】
以下、本発明の撮像装置について、図面を用いて説明を行う。
【００１２】
（第１の実施形態）
本実施形態の撮像装置について、図１及び図２を用いて説明する。図１及び図２において、同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００１３】
図１（ａ）は、撮像装置１００を説明するためのブロック図である。撮像装置１００は、画素部１と、比較部３と、ランプ信号生成部４と、出力部５と、カウンタ部（不図示）と、水平転送部（不図示）と、を含む。更に、本実施形態の撮像装置１００は、オフセット生成部２（第１のオフセット生成部）を含む。
【００１４】
画素部１には、複数の画素が行列状に配置されている。図１（ａ）では、第１の画素ＰＩＸ１と、行方向に隣り合う第２の画素ＰＩＸ２を示している。第１の画素ＰＩＸ１と第２の画素ＰＩＸ２は、それぞれ１つの垂直信号線に接続している。１つの垂直信号線には、別の行の画素が接続している。各画素は、少なくとも１つの光電変換素子を有し、例えば、増幅型の画素回路を有している。
【００１５】
ランプ信号生成部４は、ランプ信号ＲＡＭＰを生成する。ランプ信号ＲＡＭＰは、一般には、時間に応じて単調に増加あるいは減少する信号であるが、例えば、階段状に変化する信号であってもよい。
【００１６】
比較部３には、画素部１からの信号に基づく信号とランプ信号生成部４からのランプ信号ＲＡＭＰに基づく信号が入力される。比較部３は、各画素列に対応して設けられた部分（３−１、３−２・・・）を含む。各部分には、比較器と記憶手段が配されているが、少なくとも比較器が配されていればよい。また、各部分には、スイッチや容量などが配されていてもよい。各比較器は、対応する画素からの信号とランプ信号の大小関係を比較する。信号の大小関係が変化すると、比較器の出力信号は、ハイレベル（以降、Ｈレベル）からローレベル（以降、Ｌレベル）へ、あるいはＬレベルからＨレベルへと反転する。複数の比較器は、不図示のカウンタ部と共にＡＤ変換器として機能する。ここで、画素部１からの信号に基づく信号などの「基づく」とは、画素部１からの信号が含まれていればよく、画素部１からの信号に対して増幅処理などの演算処理を行った信号を含む。
【００１７】
出力部５は、比較部３から出力されたデジタルデータを撮像装置１００の外部へ出力する。その他に、出力部５において、画素のリセット状態に対応するデジタルデータと画素の信号電圧に対応するデジタルデータの差分をとることで画素の信号成分を抽出する処理が行われてもよい。また、出力部５において、必要に応じてその他の演算処理が行われてもよい。
【００１８】
オフセット生成部２は、ランプ信号生成部４と比較部３との間を電気的に接続する。つまり、オフセット生成部２は、ランプ信号生成部４から信号が入力され、比較部３へ信号を出力する。オフセット生成部２は、ランプ信号生成部４から入力される複数の信号にオフセット信号を与える。オフセット生成部２は複数の部分（２−１、２−２・・・）を含む。各部分には、少なくとも増幅器が配されているが、オフセット信号を与えることが可能な素子が配されていればよい。各部分に、スイッチや容量などの他の素子が配されていてもよい。本実施形態において、各増幅器は、ランプ信号を増幅する。なお、増幅器とは、増幅率１倍のバッファを含む。
【００１９】
オフセット生成部２によってオフセット信号がそれぞれ付与された複数の信号を用いることで、比較部３における複数の比較器の反転のタイミングをずらすことが可能となる。よって、複数の画素から同程度の信号が出力された場合においても、比較器の出力が一斉に反転することを抑制し、ノイズを低減することが可能となる。
【００２０】
図１（ｂ）を用いて、オフセット生成部２と比較部３の詳細について説明する。図１（ｂ）は、オフセット生成部２と比較部３を説明するための回路図である。図１（ｂ）では、オフセット生成部２の２つの部分２−１、２−２と比較部３の２つの部分３−１、３−２について説明する。図１（ａ）に示す他の部分においては、部分２−１と部分３−１の組と、部分２−２と部分３−２の組が交互に繰り返して設けられているものとする。
【００２１】
まず、オフセット生成部２の詳細を説明する。部分２−１は増幅器２１−１（第１の増幅器）を含み、部分２−２は増幅器２１−２（第２の増幅器）を含む。増幅器２１−１、２１−２は、例えば、入力信号をレベルシフトすることができるソースフォロワ回路で構成されている。増幅器２１−１は、入力したランプ信号ＲＡＭＰから第１の入力信号Ｓ１を生成して出力する。増幅器２１−２は、入力したランプ信号ＲＡＭＰから第３の入力信号Ｓ３を生成して出力する。ここで、２つの増幅器２１−１、２１−２は、異なる特性を有し、それぞれのレベルシフト量が異なる。つまり、増幅器２１−１はランプ信号ＲＡＭＰに対してオフセット信号（第３のオフセット信号）を付与し、増幅器２１−２はランプ信号ＲＡＭＰに対してオフセット信号（第１のオフセット信号）を付与している。オフセット信号とは所定の値であり、時間によって変化するランプ信号の波形は、図２に示すような所定の値だけオフセットした波形となる。このような構成の増幅器２１−１、２１−２により、第１の入力信号Ｓ１と第３の入力信号Ｓ３の値の間には差分（第１のオフセット）が生じる。なお、本実施形態では、第１の入力信号Ｓ１と第３の入力信号Ｓ３のそれぞれがオフセット信号を付与されており、第１の入力信号Ｓ１と第３の入力信号Ｓ３は差分を有する。しかし、オフセット生成部２においては、第３の入力信号Ｓ３が、第１の入力信号Ｓ１に対して差分を有すればよく、第１の入力信号Ｓ１がオフセット信号を含まなくてもよい。
【００２２】
次に、比較部３の詳細を説明する。部分３−１は第１の比較器３１−１と第１の記憶手段３２−１を含み、部分３−２は第２の比較器３１−２と第２の記憶手段３２−２を含む。
【００２３】
第１の比較器３１−１は、第１の入力信号Ｓ１と第２の入力信号Ｓ２とを比較し、第２の比較器３１−２は、第３の入力信号Ｓ３と第４の入力信号Ｓ４を比較する。第１の入力信号Ｓ１はランプ信号ＲＡＭＰに基づく信号であり、オフセット生成部２の増幅器２１−１から出力される信号である。第２の入力信号Ｓ２は第１の画素ＰＩＸ１からの信号に基づく信号である。第３の入力信号Ｓ３はランプ信号ＲＡＭＰに基づく信号であり、オフセット生成部２の増幅器２１−２から出力される信号である。第４の入力信号Ｓ４は第２の画素ＰＩＸ２からの信号に基づく信号である。なお、図１（ｂ）において、出力信号ＯＵＴ１は、第１の比較器３１−１の出力信号であり、出力信号ＯＵＴ２は、第２の比較器３１−２の出力信号である。
【００２４】
記憶手段３２−１、３２−２は、カウンタ部（不図示）から供給されるカウント値（デジタルデータ）を記憶する。上述したように各比較器３１−１、３１−２は、２つの信号の大小関係を比較し、信号の大小関係が変化すると、比較器の出力信号が反転する。この反転したタイミングで、記憶手段３２がカウント値を記憶する。なお、カウンタ部（不図示）は、各部分に共通するカウンタを有している形態、又は各部分に１つずつカウンタを有している形態のどちらでもよい。記憶手段３２に記憶されたデジタルデータは、水平転送部（不図示）からの信号によって、出力部５に順次転送される。このように、部分３−１、３−２は、それぞれＡＤ変換器として動作しうる。
【００２５】
図２を用いて、このような構成の撮像装置１００の動作について説明する。図２は、動作を説明するためのタイミング図である。図２は、暗時（光が入射しない場合）の撮影の時の各種信号の電圧を示している。図２において、縦軸は、第３の入力信号Ｓ３と、第１の入力信号Ｓ１と、ランプ信号ＲＡＭＰと、第１の比較器の出力信号ＯＵＴ１と、第２の比較器の出力信号ＯＵＴ２の、それぞれの電圧（レベル）を示したものである。また、第１の画素ＰＩＸ１から出力される信号である第２の入力信号Ｓ２と、第２の画素ＰＩＸ２から出力される信号である第４の入力信号Ｓ４は、説明の為、暗時の撮影において、時刻によらず、いずれも等しいものとする。
【００２６】
時刻ｔ０から、画素のリセット動作に伴う基準信号のＡＤ変換が行われる。画素部１から、画素のリセット動作に基づく信号（基準信号）が出力されている。この時刻における、第２の入力信号Ｓ２と第４の入力信号Ｓ４は、基準信号とも称する。時刻ｔ０において、ランプ信号ＲＡＭＰが変化し始め、カウンタ部はカウント動作を開始する。ここで、波形が示すように第１の入力信号Ｓ１と第３の入力信号Ｓ３の間には差分（第１のオフセット）がある。なお、複数の比較器のリセット動作は、時刻ｔ０の前に、複数の比較器に同時に行うことができる。
【００２７】
時刻ｔ１において、第２の比較器３１−２に入力される第３の入力信号Ｓ３と第４の入力信号Ｓ４の大小関係が変わり、第２の比較器３１−２の出力信号ＯＵＴ２がＨレベルからＬレベルに遷移する。記憶手段３２−２には、時刻ｔ０から時刻ｔ１に対応したカウント値が格納される。
【００２８】
時刻ｔ２において、第１の比較器３１−１に入力される第１の入力信号Ｓ１と第２の入力信号Ｓ２の大小関係が変わり、第１の比較器３１−１の出力信号ＯＵＴ１がＨレベルからＬレベルに遷移する。記憶手段３２−１には、時刻ｔ０から時刻ｔ２に対応したカウント値が格納される。
【００２９】
時刻ｔ３から、画素の撮像に伴う撮像信号のＡＤ変換が行われる。画素部１から、画素の撮像動作に基づく信号（光信号）が出力されている。この時刻における、第２の入力信号Ｓ２と第４の入力信号Ｓ４は、光信号とも称する。時刻ｔ３において、ランプ信号ＲＡＭＰが変化し始め、カウンタ部はカウント動作を開始する。暗時の撮影であるので、光信号は基準信号と等しい大きさであるとする。
【００３０】
時刻ｔ４において、第２の比較器３１−２に入力される第３の入力信号Ｓ３と第４の入力信号Ｓ４の大小関係が変わり、第２の比較器３１−２の出力信号ＯＵＴ２がＨレベルからＬレベルに遷移する。記憶手段３２−２には、時刻ｔ３から時刻ｔ４に対応したカウント値が格納される。
【００３１】
時刻ｔ５において、第１の比較器３１−１に入力される第１の入力信号Ｓ１と第２の入力信号Ｓ２の大小関係が変わり、第１の比較器３１−１の出力信号ＯＵＴ１がＨレベルからＬレベルに遷移する。記憶手段３２−１には、時刻ｔ３から時刻ｔ５に対応したカウント値が格納される。
【００３２】
その後、例えば、出力部５などで、基準信号のカウント値と光信号のカウント値の差分処理を行うことで、第１の入力信号Ｓ１と第３の入力信号Ｓ３との間の差分（第１のオフセット）を削除することができる。画素部１の他の画素の行であっても、同様の動作を繰り返すことで全行、あるいは一部の行の画素を好適に読み出すことができる。
【００３３】
本実施形態の構成によって、第１の入力信号Ｓ１や第３の入力信号Ｓ３の間に差分（第１のオフセット）を生じさせている。従って、第２の入力信号Ｓ２や第４の入力信号Ｓ４がほぼ同レベルの信号であっても、第１の比較器３１−１と第２の比較器３１−２の出力信号が同時に反転することを低減する事ができる。そのため、出力信号の反転によって、電源線やグランド線や制御信号線など、複数の比較器に共通に設けられる信号線の電圧が振られることによって、複数の比較器に伝搬するノイズを小さくすることができる。また、リセット動作の時間を延ばす必要がないため、リセット動作にかかる処理時間を長くすることなく、ノイズを低減することが可能となる。
【００３４】
なお、本実施形態では、オフセット生成部２において２種類の信号（第１の入力信号Ｓ１と第３の入力信号Ｓ３）を生成したが、３種類以上であってもよい。少なくとも２種類の信号を生成することで、同時に出力信号が反転する比較器の数を減らすことができ、ノイズを小さくすることができる。
【００３５】
また、与えるオフセット信号は、正負のどちらでもよい。つまり、第１の入力信号Ｓ１よりも第３の入力信号Ｓ３が所定の値だけ低くてもよい。
【００３６】
（第２の実施形態）
本実施形態の撮像装置について、図３及び図４を用いて説明する。図３及び図４において、図１及び図２と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３７】
図３（ａ）は、撮像装置１００を説明するためのブロック図である。図３（ａ）は、図１（ａ）と対応する。第１の実施形態ではオフセット生成部２がランプ信号生成部４と比較部３の間に設けられていたが、本実施形態ではオフセット生成部２（第２のオフセット生成部）が画素部１と比較部３の間に設けられている。オフセット生成部２は、画素部１と比較部３との間を電気的に接続する。つまり、第１の実施形態ではオフセット生成部２はランプ信号にオフセット信号を付与していたが、本実施形態では画素からの信号にオフセット信号を付与する。本実施形態では、比較部３に入力する第１の入力信号Ｓ１と第３の入力信号Ｓ３は、オフセット信号を付与されていない、ランプ信号生成部４からのランプ信号ＲＡＭＰである。
【００３８】
図３（ａ）において、オフセット生成部２は、複数の部分を有する。部分２−１は、第１の画素ＰＩＸ１に対応して設けられ、部分２−２は、第２の画素ＰＩＸ２に対応して設けられている部分である。部分２−１は、入力された第１の画素ＰＩＸ１からの信号Ｐ１を第２の入力信号Ｓ２として出力する。部分２−２は、入力された第２の画素ＰＩＸ２からの信号Ｐ２を第４の入力信号Ｓ４として出力する。
【００３９】
各部分には、増幅部が配されている。部分２−１に配された増幅器（第３の増幅器）は、信号Ｐ１にオフセット信号（第４のオフセット信号）を付与し、信号Ｐ１から第１の入力信号Ｓ１を生成する。部分２−２に配された増幅器（第４の増幅器）は、信号Ｐ２にオフセット信号（第２のオフセット信号）を付与し、信号Ｐ２から第３の入力信号Ｓ３を生成する。本実施形態でも、オフセット信号とは所定の値であり、オフセット生成部２では時間によって変化する画素からの信号に対して、所定の値を付与し続ける。ここで、第２のオフセット信号と第４のオフセット信号は異なる値であり、信号Ｐ１と信号Ｐ２とが同じ値であっても、それらの値の間に差分（第２のオフセット）を生じさせるものとする。なお、第１の実施形態と同様に、部分２−１の増幅器が第４のオフセット信号を与えなくてもよい。
【００４０】
このオフセット生成部２について、図３（ｂ）を用いて詳細に説明する。図３（ｂ）はオフセット生成部２の複数の部分２−１、２−２の回路図である。各部分２−１、２−２は、少なくとも増幅器２５−１、２５−２と、帰還容量２２−１、２２−２と、入力容量２３−１、２３−２と、リセットスイッチ２４−１、２４−２を含む。つまり、各部分２−１、２−２は、少なくともスイッチトキャパシタアンプを含む。図３（ａ）に示す他の部分においても、部分２−１、２−２が交互に繰り返して設けられているものとする。
以降の説明において、各部分２−１、２−２に共通の構成については、増幅器２５、帰還容量２２のように示す場合がある。
【００４１】
ここで、一般的なスイッチトキャパシタアンプの接続について説明する。入力容量２３の一端子には、画素からの信号が入力される。入力容量２３の他端子と、増幅器２５の反転入力端子と、帰還容量２２の一端子と、リセットスイッチ２４の一端子とが同一のノードに接続されている。増幅器２５の出力端子と、帰還容量２２の他端子と、リセットスイッチ２４の他端子とが同一のノードに接続されている。ここで、同一のノードに接続されるとは、動作に影響のない抵抗などを介していてもよく、動作に影響のないスイッチを介していてもよい。増幅器２５の非反転入力端子には、参照電圧ＶＲＥＦが入力される。
【００４２】
このような接続において、本実施形態では、参照電圧ＶＲＥＦが、少なくとも２つの電圧を有する。図３（ｂ）に示すように、増幅器２５−１の非反転入力端子には、第１の参照電圧ＶＲＥＦ１が入力する。増幅器２５−２の非反転端子には、第２の参照電圧ＶＲＥＦ２が入力する。ここで、第１の参照電圧ＶＲＥＦ１と第２の参照電圧ＶＲＥＦ２は、異なる値を有する。本実施形態では、例えば、第１の参照電圧ＶＲＥＦ１が第２の参照電圧よりも小さいものとする。ここで、増幅器２５−１と増幅器２５−２に入力される信号が同一の値である場合には、増幅器２５−１が出力する第２の入力信号Ｓ２よりも所定の値だけ高い第４の入力信号Ｓ４が増幅器２５−２から出力される。つまり、増幅器２５−１が出力する第２の入力信号Ｓ２と増幅器２５−２が出力する第４の入力信号Ｓ４の値の間には差分（第２のオフセット）がある。なお、与えるオフセット信号は、正負のどちらでもよい。つまり、第２の入力信号Ｓ２よりも第４の入力信号Ｓ４が所定の値だけ低くてもよい。
【００４３】
図４を用いて、このような構成の撮像装置１００の動作について説明する。図４は、動作を説明するためのタイミング図である。図４は、図２と対応しており、図２と同様に暗時の撮影の時の各種信号の電圧を示している。図２と同様に、第１の画素ＰＩＸ１から出力される信号と第２の画素ＰＩＸ２から出力される信号は、説明の為、暗時の撮影において、タイミングに寄らず、いずれも等しいものとする。また、比較部３の構成は、図１（ｂ）に示した構成と等しいものとする。
【００４４】
本実施形態では、図２に示す第１の実施形態と異なり、第１の入力信号Ｓ１と第３の入力信号Ｓ３は共通のランプ信号ＲＡＭＰである。そして、オフセット生成部２のため、第１の画素ＰＩＸ１から出力される信号と第２の画素ＰＩＸ２から出力される信号が等しいにも関わらず、第２の入力信号Ｓ２と第４の入力信号Ｓ４との間にはオフセットが生じている。このオフセット信号は、上述の第１の参照電圧ＶＲＥＦ１と第２の参照電圧ＶＲＥＦ２の値の違いによるものである。
【００４５】
時刻ｔ１０から、図２の時刻ｔ０と同様に、画素のリセット動作に伴う基準信号のＡＤ変換が行われる。画素部１から、画素のリセット動作に基づく信号（基準信号）が出力されている。時刻ｔ１０において、ランプ信号ＲＡＭＰが変化し始め、カウンタ部はカウント動作を開始する。第１の参照電圧ＶＲＥＦ１と第２の参照電圧ＶＲＥＦ２に依存して、基準信号である第２の入力信号Ｓ２と第４の入力信号Ｓ４は異なる値を有する。
【００４６】
時刻ｔ１１において、第１の比較器３１−１に入力される第１の入力信号Ｓ１と第２の入力信号Ｓ２の大小関係が変わり、第１の比較器３１−１の出力信号ＯＵＴ１がＨレベルからＬレベルに遷移する。記憶手段３２−１には、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１に対応したカウント値が格納される。
【００４７】
時刻ｔ１２において第２の比較器３１−２に入力される第３の入力信号Ｓ３と第４の入力信号Ｓ４の大小関係が変わり、第２の比較器３１−２の出力信号ＯＵＴ２がＨレベルからＬレベルに遷移する。記憶手段３２−２には、時刻ｔ１０から時刻ｔ１２に対応したカウント値が格納される。
【００４８】
時刻ｔ１３から、画素の撮像に伴う撮像信号のＡＤ変換が行われる。画素部１から、画素の撮像動作に基づく信号（光信号）が出力されている。この時刻における、第２の入力信号Ｓ２と第４の入力信号は、光信号とも称する。時刻ｔ１３において、ランプ信号ＲＡＭＰが変化し始め、カウンタ部はカウント動作を開始する。暗時の撮影であるので、光信号は基準信号と等しい大きさであるとする。
【００４９】
時刻ｔ１４において、第１の比較器３１−１に入力される第１の入力信号Ｓ１と第２の入力信号Ｓ２の大小関係が変わり、第１の比較器３１−１の出力信号ＯＵＴ１がＨレベルからＬレベルに遷移する。記憶手段３２−１には、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４に対応したカウント値が格納される。
【００５０】
時刻ｔ１５において、第２の比較器３１−２に入力される第３の入力信号Ｓ３と第４の入力信号Ｓ４の大小関係が変わり、第２の比較器３１−２の出力信号ＯＵＴ２がＨレベルからＬレベルに遷移する。記憶手段３２−２には、時刻ｔ１３から時刻ｔ１５に対応したカウント値が格納される。
【００５１】
その後の動作については、第１の実施形態と同様である。基準信号のカウント値と光信号のカウント値の差分処理を行うことで、第２の入力信号Ｓ２と第４の入力信号Ｓ４との間に生じる差分（第２のオフセット）を削除することができる。
【００５２】
本実施形態の構成によれば、第２の入力信号Ｓ２や第４の入力信号Ｓ４の間に差分（第２のオフセット）が生じる。従って、第２の入力信号Ｓ２や第４の入力信号Ｓ４がほぼ同レベルの信号であっても、第１の比較器３１−１と第２の比較器３１−２の出力信号が同時に反転することを防止する事ができる。そのため、出力信号の反転によって生じる、複数の比較器に共通に設けられた信号線の電圧が振られることによるノイズを小さくすることができる。また、リセット動作の時間を延ばす必要がないため、リセット動作にかかる処理時間を長くすることなく、ノイズを低減することが可能となる。
【００５３】
なお、本実施形態においても、オフセット生成部２において２種類の信号（第２の入力信号Ｓ２と第４の入力信号Ｓ４）を生成したが、３種類以上であってもよい。少なくとも２種類の信号を生成することで、同時に出力信号が反転する比較器の数を減らすことができ、ノイズを小さくすることができる。
【００５４】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態による撮像システムについて図５を用いて説明する。図５は、本実施形態による撮像システムの構成を示す概略図である。撮像システムとは、カメラなどの撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。次に、撮像システムとしてカメラを例に挙げ、撮像システムの概要を説明する。
【００５５】
本実施形態による撮像システム８００は、例えば、光学部８１０、撮像装置１００、映像信号処理部８３０、記録・通信部８４０、タイミング制御部８５０、システム制御部８６０、及び再生・表示部８７０を含む。撮像装置１００は、先の実施形態で説明した撮像装置が用いられる。
【００５６】
レンズ等の光学系である光学部８１０は、被写体からの光を撮像装置１００の、複数の画素ＰＩＸが２次元マトリクス状に配列された画素部１に結像させ、被写体の像を形成する。撮像装置１００は、タイミング制御部８５０からの信号に基づくタイミングで、画素部１に結像された光に応じた信号を出力する。撮像装置１００から出力された信号は、信号処理部に入力される。信号処理部としては、映像信号処理部８３０である。映像信号処理部８３０は、プログラム等によって定められた方法に従って信号処理を行う。映像信号処理部８３０での処理によって得られた信号は画像データとして記録・通信部８４０に送られる。記録・通信部８４０は、画像を形成するための信号を再生・表示部８７０に送り、再生・表示部８７０に動画や静止画像を再生・表示させる。記録・通信部８４０は、また、映像信号処理部８３０からの信号を受けて、システム制御部８６０と通信を行うほか、不図示の記録媒体に、画像を形成するための信号を記録する動作も行う。
【００５７】
システム制御部８６０は、撮像システムの動作を統括的に制御するものであり、光学部８１０、タイミング制御部８５０、記録・通信部８４０、及び再生・表示部８７０の駆動を制御する。また、システム制御部８６０は、例えば記録媒体である不図示の記憶装置を備え、ここに撮像システムの動作を制御するのに必要なプログラム等が記録される。また、システム制御部８６０は、例えばユーザの操作に応じて駆動モードを切り替える信号を撮像システム内に供給する。具体的な例としては、読み出す行やリセットする行の変更、電子ズームに伴う画角の変更や、電子防振に伴う画角のずらし等である。タイミング制御部８５０は、システム制御部８６０による制御に基づいて撮像装置１００及び映像信号処理部８３０の駆動タイミングを制御する。
【００５８】
このようにして、第１、第２の実施形態による撮像装置を用いて撮像システムを構成することにより、高性能の撮像システムを実現することができる。
【００５９】
また、上記実施形態では、１つの画素に含まれる光電変換部（フォトダイオード）が２つの場合を示したが、必ずしも２つである必要はなく、２つ以上であればよい。また、画素内読み出し回路の構成も、図１に示すものに限定されるものではない。
【００６０】
また、上記実施形態は、本発明を適用しうる幾つかの態様を例示したものに過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、実施形態の適宜修正、変形、組み合わせを行うことを妨げるものではない。例えば、撮像装置が、第１の実施形態のオフセット生成部と第２の実施形態のオフセット生成部の両方を有していてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１  画素部
２  読み出し部
３  ＡＤ変換部
４  ランプ信号生成部
５  信号処理部
３１  比較器
３２  バッファ
２１  演算増幅器
【図１】
2016127450.tif 000003
【図２】
2016127450.tif 000004
【図３】
2016127450.tif 000005
【図４】
2016127450.tif 000006
【図５】
2016127450.tif 000007