JP2002290980A - Ａ／ｄ変換器及びこのａ／ｄ変換器を備えた撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、固体撮像素子から出力される電気信
号をデジタル信号に変換すると同時にホワイトバランス
を施すことができるＡ／Ｄ変換器を提供することを目的
とする。 【解決手段】固体撮像素子１より出力される入射光量に
対して自然対数的に変換された各種色信号をＡ／Ｄ変換
器２でデジタル信号に変換する際、Ａ／Ｄ変換器２で基
準電圧を生成するために与えられる直流電圧ＶDD，ＶSS
が色信号の種類毎に制御部３によって切り換えられる。
よって、Ａ／Ｄ変換器２で、各色信号のオフセット電圧
を除去して、ホワイトバランスを施すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アナログ信号をデ
ジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器に関するもの
で、特に、対数変換出力を行う撮像装置に設けられるＡ
／Ｄ変換器及びこのＡ／Ｄ変換器を備えた撮像装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より使用されている固体撮像素子に
は、光電変換素子で発生した光電荷を読み出す手段によ
ってＣＣＤ型とＭＯＳ型に大きく分けられる。ＣＣＤ型
は光電荷をポテンシャルの井戸に蓄積しつつ、転送する
ようになっており、又、ＭＯＳ型はフォトダイオードの
ｐｎ接合容量に蓄積した電荷をＭＯＳトランジスタを通
して読み出すようになっている。しかしながら、このよ
うな従来の固体撮像素子は、発生した光電荷の電荷量に
比例した出力が出力されるため、ダイナミックレンジが
狭いという欠点がある。

【０００３】一方、本出願人は、ダイナミックレンジを
広くするために、入射した光量に応じた光電流を発生し
うる感光手段と、光電流を入力するＭＯＳトランジスタ
と、このＭＯＳトランジスタをサブスレッショルド電流
が流れうる状態にバイアスするバイアス手段とが備えら
れることによって、入射光量に対して自然対数的に変換
された電気信号を出力することができる固体撮像素子を
提案した（特開平３−１９２７６４号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように自然対数的
に変換された電気信号を出力する固体撮像素子を有する
撮像装置は、図１５のように、まず、各種カラーフィル
タが設けられた固体撮像素子１から出力される電気信号
である色信号をＡ／Ｄ変換器１０１でデジタル信号に変
換した後に、ホワイトバランス回路１０２に送出する。
このとき、各色信号は、カラーフィルタの透過率が各色
によって異なるため、照度の対数値に対する出力レベル
を表した光電変換特性の傾きは等しいが、それぞれに異
なるオフセットを有した状態となる。

【０００５】よって、ホワイトバランス回路１０２にお
いて、デジタル信号に変換された色信号毎に、そのオフ
セットを調整することによって、ホワイトバランスが施
される。そして、ホワイトバランスが施された各色信号
は、後段の信号処理回路（不図示）に送出されて、γ補
正、マトリクス変換、エッジ強調などが施される。この
ように、従来の撮像装置は、各色信号を同一の光電変換
特性とするために、ホワイトバランス回路を設けて、Ａ
／Ｄ変換された各色信号のオフセットの補正を行う必要
があった。

【０００６】本発明は、固体撮像素子から出力される電
気信号をデジタル信号に変換すると同時にホワイトバラ
ンスを施すことができるＡ／Ｄ変換器を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載のＡ／Ｄ変換器は、入射光量に対し
て自然対数的に変換された電気信号を出力する複数の画
素を備えるとともに各画素に複数種類のカラーフィルタ
を設けて前記電気信号を色信号として出力する固体撮像
素子から出力される各種類の色信号を、各色信号の信号
レベルを複数の基準電圧と比較することによってデジタ
ル信号に変換するＡ／Ｄ変換器において、前記複数の基
準電圧を生成するために与えられる第１電圧と第２電圧
の値が前記色信号の種類に応じて異なるが、該第１電圧
と該第２電圧の差は一定のままであることを特徴とす
る。

【０００８】このようなＡ／Ｄ変換器において、固体撮
像素子よりＲＧＢの色信号が出力されるとき、例えば、
Ｒ信号が入力される場合、ＶDD＋ΔＶ１、ＶSS＋ΔＶ１
となる第１電圧及び第２電圧が、Ｇ信号が入力される場
合、ＶDD、ＶSSとなる第１電圧及び第２電圧が、Ｂ信号
が入力される場合、ＶDD−ΔＶ２、ＶSS−ΔＶ２となる
第１電圧及び第２電圧が、それぞれ与えられるようにす
る。

【０００９】このとき、請求項２に記載するように、複
数の比較器と、該複数の比較器それぞれに与える複数の
前記基準電圧を生成する基準電圧生成回路とを有する並
列比較方式のＡ／Ｄ変換器とし、前記基準電圧生成回路
に与えられる前記第１電圧及び前記第２電圧の値が前記
色信号の種類に応じて異なるが、該第１電圧と該第２電
圧の差は一定のままとなるようにしても構わない。

【００１０】又、請求項３に記載するように、複数の比
較器と、該複数の比較器それぞれに与える複数の前記基
準電圧を生成する基準電圧生成回路とを有する直並列比
較方式のＡ／Ｄ変換器とし、前記基準電圧生成回路に与
えられる前記第１電圧及び前記第２電圧の値が前記色信
号の種類に応じて異なるが、該第１電圧と該第２電圧の
差は一定のままとなるようにしても構わない。

【００１１】即ち、この請求項２又は請求項３に記載す
るように構成することで、２^x個の抵抗が直列に接続さ
れて成る基準電圧生成回路をバイアスする第１電圧及び
第２電圧を、色信号の種類毎に異なるものとすること
で、各抵抗の接続ノードに現れるとともに比較器に与え
られる２^x−１の基準電圧を色信号毎に異なるものとす
ることができる。よって、分解能が一定の状態でデジタ
ル信号に変換するとともに、各種類の色信号のオフセッ
ト電圧を除去することができるので、Ａ／Ｄ変換器で色
信号にホワイトバランスを施すことができる。

【００１２】又、請求項４に記載するように、前記固体
撮像素子からの出力を各ビット毎に比較する比較器と、
該比較器の比較結果に応じて各ビット毎に前記基準電圧
を生成して前記比較器に出力するＤ／Ａ変換器とを有す
る逐次比較方式のＡ／Ｄ変換器とし、前記Ｄ／Ａ変換器
に与えられる前記第１電圧及び前記第２電圧の値が前記
色信号の種類に応じて異なるが、該第１電圧と該第２電
圧の差は一定のままとなるようにしても構わない。

【００１３】このようにすることで、比較器で固体撮像
素子からの出力を比較して次の下位ビットの値を求める
ために、比較器に与える基準電圧を生成するようにＤ／
Ａ変換器が動作するとき、アナログ変換して得られる基
準電圧を、色信号の各種類に応じた値とすることができ
る。よって、各種類の色信号のオフセット電圧を除去す
ることができるので、Ａ／Ｄ変換器で色信号にホワイト
バランスを施すことができる。

【００１４】請求項５に記載するように、前記色信号の
各種類毎に与えられる前記第１電圧及び前記第２電圧
は、前記色信号の各種類毎のオフセット電圧に応じた値
とすることで、ホワイトバランスが施される。又、請求
項６に記載するように、前記複数種類の色信号が入力さ
れるとともに、前記第１電圧及び前記第２電圧が、入力
された前記色信号の種類毎に切り換えられるようにして
も構わない。

【００１５】請求項７に記載の撮像装置は、入射光量に
対して自然対数的に変換された電気信号を出力する複数
の画素と、該複数の画素の光電変換部に設けられた複数
種類のカラーフィルタとを有する固体撮像素子と、請求
項１〜請求項６のいずれかに記載のＡ／Ｄ変換器と、を
有することを特徴とする

【００１６】請求項８に記載の固体撮像装置は、入射光
量に対して自然対数的に変換された電気信号を出力する
複数の画素と、該複数の画素の光電変換部に設けられた
複数種類のカラーフィルタとを有する固体撮像素子と、
請求項１〜請求項５のいずれかに記載のＡ／Ｄ変換器
と、を有し、前記Ａ／Ｄ変換器が、前記色信号の種類毎
に設けられることを特徴とする。

【００１７】このような撮像装置において、請求項９に
記載するように、前記固体撮像素子が、前記カラーフィ
ルタが各列毎に同一種類のカラーフィルタが備えられた
ストライプ型カラーフィルタを有し、前記固体撮像素子
の各列毎に、その列に備えられたカラーフィルタに応じ
た前記Ａ／Ｄ変換器が設けられるようにしても構わな
い。

【００１８】請求項７〜請求項９のように構成された撮
像装置は、Ａ／Ｄ変換器において、固体撮像素子から出
力される色信号をデジタル信号に変換するとともに、ホ
ワイトバランスを施すことができる。よって、ホワイト
バランス回路をＡ／Ｄ変換器の後段に設ける必要がな
い。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、以下
に説明する。

【００２０】図１は、本実施形態における撮像装置の内
部構成を示すブロック図である。図１の撮像装置は、Ｒ
ＧＢ（Red Green Blue）のカラーフィルタが設けられた
複数の画素がマトリクス状に配置された固体撮像素子１
と、該固体撮像素子１から入射光量に対して自然対数的
に変換された電気信号である各色信号が与えられてデジ
タル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２と、固体撮像素子１
からの各色信号の出力タイミングに同期してＡ／Ｄ変換
器２に与える直流電圧ＶDD，ＶSS（ＶDD＞ＶSS）の切り
換えを行う制御部３とを有する。

【００２１】＜固体撮像素子の構成＞まず、このような
構成の撮像装置における固体撮像素子１について、以下
に説明する。図２は二次元のＭＯＳ型固体撮像素子の一
部の構成を概略的に示している。図２の固体撮像素子１
は、フォトダイオードなどの感光素子を有する画素Ｇ11
〜Ｇmnと、画素Ｇ11〜Ｇmnの各列毎にその出力側に接続
された信号線１１−１〜１１−ｍと、信号線１１−１〜
１１−ｍのそれぞれに接続された定電流源１２−１〜１
２−ｍと、画素Ｇ11〜Ｇmnに後述するパルス信号φＶを
与えることによって行毎に信号線１１−１〜１１−ｍに
出力信号を出力させる垂直走査回路１５と、バッファ１
３ａ−１〜１３ａ−ｍ，１３ｂ−１〜１３ｂ−ｍに後述
するパルス信号φＰを与えることによって画素毎に出力
信号を出力回路１４に送出させる水平走査回路１６とを
有する。即ち、画素Ｇab（ａ：１≦ａ≦ｍの自然数、
ｂ：１≦ｂ≦ｎの自然数）からの出力が、それぞれ、信
号線１１−ａを介して出力されるとともに、この信号線
１１−ａに接続された定電流源１２−ａによって増幅さ
れる。

【００２２】又、信号線１１−１〜１１−ｍのそれぞれ
に、スイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍ及びスイッチＳ２−１
〜Ｓ２−ｍが接続される。そして、スイッチＳ１−１〜
Ｓ１−ｍを介して、信号線１１−１〜１１−ｍからの映
像信号が、それぞれ、キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍに
与えられる。又、スイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍを介し
て、信号線１１−１〜１１−ｍからのノイズ信号が、そ
れぞれ、キャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍに与えられる。
キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍに与えられてサンプルホ
ールドされた映像信号は、それぞれ、バッファ１３ａ−
１〜１３ａ−ｍを介して、出力回路１４に与えられる。
又、キャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍに与えられてサンプ
ルホールドされたノイズ信号は、それぞれ、バッファ１
３ｂ−１〜１３ｂ−ｍを介して、出力回路１４に与えら
れる。

【００２３】このように構成される固体撮像素子１にお
いて、図示していないが、画素Ｇ11〜Ｇmnの各画素の光
電変換部分に赤色、緑色、青色の３原色のカラーフィル
タが設けられる。このように赤色、緑色、青色のカラー
フィルタが設けられた画素から、それぞれ、Ｒ信号、Ｇ
信号、Ｂ信号が出力される。又、一般的には、赤色のカ
ラーフィルタが設けられた１つの画素、青色のカラーフ
ィルタが設けられた１つの画素、緑色のカラーフィルタ
が設けられた２つの画素を１組とした構成とされること
が多い。尚、本実施形態では理解を容易にするため、そ
れぞれのカラーフィルタが設けられた３つの画素を１組
とした構成であるものとして説明する。

【００２４】１．バッファの構成 バッファ１３ａ−１〜１３ａ−ｍ及びバッファ１３ｂ−
１〜１３ｂ−ｍは、図３のように、ＭＯＳトランジスタ
で構成される。即ち、バッファ１３（図２のバッファ１
３ａ−１〜１３ａ−ｍ，１３ｂ−１〜１３ｂ−ｍに相当
する）は、スイッチＳ（図２のスイッチＳ１−１〜Ｓ１
−ｍ，Ｓ２−１〜Ｓ２−ｍに相当する）とキャパシタＣ
（図２のキャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍ，Ｃ２−１〜Ｃ
２−ｍに相当する）との接続ノードにゲートが接続され
たＮチャネルのＭＯＳトランジスタＱ１と、ＭＯＳトラ
ンジスタＱ１のソースにドレインが接続されたＮチャネ
ルのＭＯＳトランジスタＱ２と、ＭＯＳトランジスタＱ
２のソースにドレインが接続されたＮチャネルのＭＯＳ
トランジスタＱ３とで構成される。

【００２５】そして、ＭＯＳトランジスタＱ１のドレイ
ンには、直流電圧ＶDDが印加される。更に、ＭＯＳトラ
ンジスタＱ２のゲートにパルス信号φＰが与えられて、
ＭＯＳトランジスタＱ２がスイッチとして動作する。Ｍ
ＯＳトランジスタＱ３のゲートには直流電圧が印加され
るとともに、ソースに直流電圧ＶSSが印加されて、ＭＯ
ＳトランジスタＱ３が定電流源として動作する。又、Ｍ
ＯＳトランジスタＱ２のソースとＭＯＳトランジスタＱ
３のドレインとの接続ノードが、バッファ１３の出力と
なる。

【００２６】２．出力回路の構成 又、出力回路１４は、図４のように、キャパシタＣ１−
１〜Ｃ１−ｍでサンプルホールドされた映像信号がバッ
ファ１３ａ−１〜１３ａ−ｍを介して順番に与えられる
温度補正回路２０ａと、キャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍ
でサンプルホールドされたノイズ信号がバッファ１３ｂ
−１〜１３ｂ−ｍを介して順番に与えられる温度補正回
路２０ｂと、温度補正回路２０ａで温度補正された映像
信号が非反転入力端子に入力されるとともに温度補正回
路２０ｂで温度補正されたノイズ信号が反転入力端子に
入力される差動増幅回路２１とから構成される。尚、温
度補正回路２０ａ，２０ｂで温度補正するために基準と
なる温度は、撮像装置内部の雰囲気温度のことである。

【００２７】このように構成される出力回路１４におい
て、温度補正回路２０ａ，２０ｂが、図５のような非反
転増幅回路で構成される。即ち、一端に直流電圧ＶSSが
印加される抵抗Ｒａと、抵抗Ｒａの他端に一端が接続さ
れた抵抗Ｒｂと、抵抗Ｒａ，Ｒｂの接続ノードに反転入
力端子が接続されるとともに非反転入力端子に映像信号
又はノイズ信号が与えられる差動増幅回路２２とで構成
される。そして、抵抗Ｒｂの他端が差動増幅回路２２の
出力端子に接続される。

【００２８】このように温度補正回路２０ａ，２０ｂを
反転増幅回路で構成するとき、抵抗Ｒａ，Ｒｂの少なく
ともいずれか一方を感温抵抗とすることによって、非反
転増幅回路の利得を雰囲気温度に反比例させた値にする
ことができる。よって、温度補正回路２０ａ，２０ｂに
おいて、映像信号及びノイズ信号に、雰囲気温度に対し
て反比例させた値を乗算することで、温度補正を行うこ
とができる。

【００２９】更に、温度補正回路２０ａ，２０ｂにおい
て温度補正された映像信号及びノイズ信号がそれぞれ、
差動増幅回路２１の非反転入力端子及び反転入力端子に
与えられることによって、差動増幅回路２１よりノイズ
成分が減算された映像信号を出力することができる。こ
のようにして、画素の感度バラツキなどによって発生す
るノイズ成分が除去された映像信号が出力回路１４より
出力される。

【００３０】３．画素の構成の第１例 図２の固体撮像素子１の画素の第１例について、以下に
説明する。図６は、本例の画素の内部構成を示す回路図
である。

【００３１】図６の画素において、カソードに直流電圧
ＶPDが印加されたフォトダイオードＰＤのアノードにＭ
ＯＳトランジスタＴ４のドレインが接続されるととも
に、ＭＯＳトランジスタＴ４のソースにＭＯＳトランジ
スタＴ１のゲート及びドレインとＭＯＳトランジスタＴ
２のゲートが接続される。又、ＭＯＳトランジスタＴ２
のソースには、ＭＯＳトランジスタＴ３のドレインが接
続され、ＭＯＳトランジスタＴ３のドレインが信号線１
１（図２の信号線１１−１〜１１−ｍに相当する）に接
続される。尚、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ４は、その
バックゲートが接地されたＮチャネルのＭＯＳトランジ
スタである。

【００３２】ＭＯＳトランジスタＴ１のソースには信号
φＶPSが入力され、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに
はφＶが入力される。又、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲ
ートに信号φＳが入力され、ＭＯＳトランジスタＴ２の
ドレインに直流電圧ＶPDが印加される。このように構成
された画素において、ＭＯＳトランジスタＴ３及び信号
線１１を介して、一端に直流電圧ＶPSが印加された定電
流源１２（図２の定電流源１２−１〜１２−ｍに相当す
る）が、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースに接続され
る。よって、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＮのとき、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ２はソースフォロワのＭＯＳトラン
ジスタとして動作し、定電流源１２によって増幅された
信号を信号線１１に出力する。

【００３３】このような構成の画素による撮像動作及び
感度バラツキ検出動作について、以下に説明する。尚、
信号φＶPSは２値の電圧信号で、ＭＯＳトランジスタＴ
１をサブスレッショルド領域で動作させるための電圧を
ハイレベルとし、この電圧よりも低くＭＯＳトランジス
タＴ１にハイレベルの信号φＶPSを与えた時よりも大き
い電流が流れうるようにする電圧をローレベルとする。

【００３４】まず、図６のような画素が撮像を行うとき
の動作を説明する。尚、信号φＳは撮像動作の間、常に
ハイレベルであり、ＭＯＳトランジスタＴ４がＯＮの状
態である。そして、ＭＯＳトランジスタＴ１がサブスレ
ッショルド領域で動作するように、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ１のソースに与える信号φＶPSをハイレベルとする。
このとき、フォトダイオードＰＤに光が入射されると、
光電流が発生し、ＭＯＳトランジスタのサブスレッショ
ルド特性により、ＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２のゲー
トに光電流を自然対数的に変換した値の電圧が発生す
る。

【００３５】そして、ＭＯＳトランジスタＴ３にパルス
信号φＶを与えることによって、ＭＯＳトランジスタＴ
２は、そのゲート電圧に応じてソース電流を、ＭＯＳト
ランジスタＴ３を介して信号線１１に出力電流として出
力する。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ２がソースフ
ォロワ型のＭＯＳトランジスタとして動作するため、信
号線１１には映像信号が電圧信号として現れる。その
後、信号φＶをローレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ
３をＯＦＦにする。このように、ＭＯＳトランジスタＴ
２，Ｔ３を介して出力される映像信号は、ＭＯＳトラン
ジスタＴ２のゲート電圧に比例した値となるため、フォ
トダイオードＰＤへの入射光量が自然対数的に変換され
た信号となる。

【００３６】次に、画素の感度バラツキを検出するとき
の動作について、図７のタイミングチャートを参照して
説明する。まず、パルス信号φＶが与えられて映像信号
が出力された後、信号φＳをローレベルにしてＭＯＳト
ランジスタＴ４をＯＦＦにして、リセット動作が始ま
る。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ１のソース側より
負の電荷が流れ込み、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲート
及びドレイン、そしてＭＯＳトランジスタＴ２のゲート
に蓄積された正の電荷が再結合され、ある程度まで、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ１のゲート及びドレインのポテンシ
ャルが下がる。

【００３７】しかし、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲート
及びドレインのポテンシャルがある値まで下がると、そ
のリセット速度が遅くなる。特に、明るい被写体が急に
暗くなった場合にこの傾向が顕著となる。よって、次
に、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースに与える信号φＶ
PSをローレベルにする。このように、ＭＯＳトランジス
タＴ１のソース電圧を低くすることで、ＭＯＳトランジ
スタＴ１のソース側から流入する負の電荷の量が増加
し、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲート及びドレイン、そ
してＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに蓄積された正の
電荷が速やかに再結合される。

【００３８】よって、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲート
及びドレインのポテンシャルが、更に低くなる。そし
て、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースに与える信号φＶ
PSをハイレベルにすることによって、ＭＯＳトランジス
タＴ１のポテンシャル状態を基の状態に戻す。このよう
に、ＭＯＳトランジスタＴ１のポテンシャルの状態を基
の状態にリセットした後、パルス信号φＶをＭＯＳトラ
ンジスタＴ３のゲートに与えてＭＯＳトランジスタＴ３
をＯＮにすることによって、ＭＯＳトランジスタＴ１，
Ｔ２の特性のバラツキに起因する各画素の感度のバラツ
キを表す出力電流が信号線１１に出力される。

【００３９】このとき、ＭＯＳトランジスタＴ２がソー
スフォロワ型のＭＯＳトランジスタとして動作するた
め、信号線１１にはノイズ信号が電圧信号として現れ
る。そして、信号φＶをローレベルにしてＭＯＳトラン
ジスタＴ３をＯＦＦにした後、信号φＳをハイレベルに
してＭＯＳトランジスタＴ４を導通させて撮像動作が行
える状態にする。

【００４０】４．画素の構成の第２例 図２の固体撮像素子の画素の第２例について、以下に説
明する。図８は、本例の画素の内部構成を示す回路図で
ある。尚、図６に示す画素と同様の目的で使用される素
子及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳細な
説明は省略する。

【００４１】図８に示すように、本実施形態では、画素
の出力側を構成するＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３が、
図６の画素と同様の構成をしている。このような図８の
画素において、フォトダイオードＰＤのアノードに直流
電圧ＶPSが印加され、ＭＯＳトランジスタＴ１のドレイ
ンに信号φＶPDが与えられるとともにそのソースがＭＯ
ＳトランジスタＴ２のゲートに接続される。又、ＭＯＳ
トランジスタＴ１のソースにドレインが接続されるとと
もにフォトダイオードＰＤのカソードにソースが接続さ
れたＭＯＳトランジスタＴ４が設けられる。更に、ＭＯ
ＳトランジスタＴ１のゲートには直流電圧ＶPGが印加さ
れ、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートには信号φＳが与
えられる。

【００４２】このような構成の画素による撮像動作及び
感度バラツキ検出動作について、以下に説明する。尚、
信号φＶPDは２値の電圧信号で、ＭＯＳトランジスタＴ
１をサブスレッショルド領域で動作させるための電圧を
第１電圧とし、ＭＯＳトランジスタＴ１の閾値のバラツ
キを検出するために、直流電圧ＶPSに略等しい値となる
電圧を第２電圧とする。

【００４３】まず、図８のような画素が撮像を行うとき
の動作を説明する。信号φＶPDを第１電圧として、ＭＯ
ＳトランジスタＴ１をサブスレッショルド領域で動作さ
せるとともに、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートに与え
られる信号φＳをハイレベルにし、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ４をＯＮの状態にする。このとき、フォトダイオード
ＰＤに光が入射すると光電流が発生し、ＭＯＳトランジ
スタのサブスレッショルド特性により、光電流を自然対
数的に変換した値の電圧がＭＯＳトランジスタＴ１のソ
ース及びＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに発生する。
尚、このとき、フォトダイオードＰＤで発生した負の光
電荷がＭＯＳトランジスタＴ１のソースに流れ込むた
め、強い光が入射されるほどＭＯＳトランジスタＴ１の
ソース電圧が低くなる。

【００４４】そして、ＭＯＳトランジスタＴ３にパルス
信号φＶを与えることによって、ＭＯＳトランジスタＴ
２は、そのゲート電圧に応じてソース電流を、ＭＯＳト
ランジスタＴ３を介して信号線１１に出力電流として出
力する。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ２がソースフ
ォロワ型のＭＯＳトランジスタとして動作するため、信
号線１１には映像信号が電圧信号として現れる。その
後、信号φＶをローレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ
３をＯＦＦにする。このように、ＭＯＳトランジスタＴ
２，Ｔ３を介して出力される映像信号は、ＭＯＳトラン
ジスタＴ２のゲート電圧に比例した値となるため、フォ
トダイオードＰＤへの入射光量が自然対数的に変換され
た信号となる。

【００４５】次に、画素の感度バラツキを検出するとき
の動作について、図９のタイミングチャートを参照して
説明する。まず、パルス信号φＶが与えられて映像信号
が出力された後、信号φＳをローレベルにしてＭＯＳト
ランジスタＴ４をＯＦＦにして、リセット動作が始ま
る。そして、信号φＶPDを第２電圧にして、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ１のドレイン・ソース間に負の電荷を蓄積さ
せる。

【００４６】次に、信号φＶPDを第１電圧に戻すと、こ
の蓄積された負の電荷が信号φＶPDの信号線に流れ出し
て、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースに負の電荷が蓄積
された状態になる。この負の電荷の蓄積量は、ゲート・
ソース間の閾値電圧によって決まる。このように、ＭＯ
ＳトランジスタＴ１のソースに負の電荷が蓄積される
と、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶ
を与えてノイズ信号を読み出す。

【００４７】このとき、読み出されたノイズ信号は、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ１の閾値電圧に応じた値となるた
め、これにより、各画素の感度のバラツキを検出するこ
とができる。そして、信号φＶをローレベルにしてＭＯ
ＳトランジスタＴ３をＯＦＦにした後、信号φＳをハイ
レベルにしてＭＯＳトランジスタＴ４を導通させて撮像
動作が行える状態にする。

【００４８】尚、各画素の構成について、図６又は図８
に示すような回路構成の画素に限定されるものでなく、
例えば、ＭＯＳトランジスタＴ２以降に積分回路を設け
た回路構成の画素としても構わない。又、固体撮像素子
をＮチャネルのＭＯＳトランジスタで構成しているが、
ＰチャネルのＭＯＳトランジスタで構成されるようにし
ても構わない。

【００４９】又、本実施形態において、固体撮像素子の
構成を図２のような構成としたが、映像信号やノイズ信
号をサンプルホールドする回路が省略された構成の固体
撮像素子でも構わない。又、映像信号やノイズ信号をサ
ンプルホールドする回路についても、図２のような構成
に限定されるものではない。又、温度補正回路につい
て、図５のような非反転増幅回路で構成されたものに限
定するものではなく、反転増幅回路や差動増幅回路で構
成したものでも構わない。

【００５０】５．固体撮像素子の動作 このような構成のエリアセンサにおいて、図１０に示す
タイミングチャートに基づいて動作を説明する。まず、
垂直走査回路１５より画素Ｇ1k〜Ｇmk（ｋ：１≦ｋ≦ｎ
の自然数）にパルス信号φＶが与えられて、画素Ｇ1k〜
Ｇmkより信号線１１−１〜１１−ｍに映像信号が出力さ
れると、スイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍがＯＮとされて、
キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍに出力された映像信号が
サンプルホールドされる。このとき、スイッチＳ２−１
〜Ｓ２−ｍ及びバッファ１３ａ−１〜１３ａ−ｍ，１３
ｂ−１〜１３ｂ−ｍ内のＭＯＳトランジスタＱ２は、Ｏ
ＦＦである。このように、映像信号がキャパシタＣ１−
１〜Ｃ１−ｍにサンプルホールドされると、スイッチＳ
１−１〜Ｓ１−ｍをＯＦＦにする。

【００５１】次に、再び垂直走査回路１５より画素Ｇ1k
〜Ｇmkにパルス信号φＶが与えられて、画素Ｇ1k〜Ｇmk
より信号線１１−１〜１１−ｍにノイズ信号が出力され
ると、スイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍがＯＮとされて、キ
ャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍに出力されたノイズ信号が
サンプルホールドされる。このとき、スイッチＳ１−１
〜Ｓ１−ｍ及びバッファ１３ａ−１〜１３ａ−ｍ，１３
ｂ−１〜１３ｂ−ｍ内のＭＯＳトランジスタＱ２は、Ｏ
ＦＦである。このように、ノイズ信号がキャパシタＣ２
−１〜Ｃ２−ｍにサンプルホールドされると、スイッチ
Ｓ２−１〜Ｓ２−ｍをＯＦＦにする。

【００５２】そして、キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍに
画素Ｇ1k〜Ｇmkからの映像信号が、キャパシタＣ２−１
〜Ｃ２−ｍに画素Ｇ1k〜Ｇmkからのノイズ信号が、それ
ぞれサンプルホールドされると、水平走査回路１６より
バッファ１３ａ−１，１３ｂ−１内のＭＯＳトランジス
タＱ２のゲートにパルス信号φＰが与えられて、ＭＯＳ
トランジスタＱ２をＯＮにする。よって、出力回路１４
に、画素Ｇ1kからの映像信号及びノイズ信号が与えられ
て、その出力に映像信号がノイズ信号に基づいて、感度
のバラツキによるノイズ成分が補正されて出力される。
そして、次に、水平走査回路１６よりバッファ１３ａ−
２，１３ｂ−２内のＭＯＳトランジスタＱ２のゲートに
パルス信号φＰが与えられて、ＭＯＳトランジスタＱ２
をＯＮにして、出力回路１４より画素Ｇ2kの感度のバラ
ツキによるノイズ成分が補正された映像信号が出力され
る。

【００５３】同様に、水平走査回路１６より、バッファ
１３ａ−３〜１３ａ−ｍ，１３ｂ−３〜１３ｂ−ｍ内の
ＭＯＳトランジスタＱ２のゲートに、パルス信号φＰが
順次与えられることによって、感度のバラツキ補正が施
された画素Ｇ3k〜Ｇmkからの映像信号が、出力回路１４
より出力される。そして、画素Ｇ1k〜Ｇmkの映像信号が
補正されて、順次、出力回路４より出力されると、次に
画素Ｇ1(k+1)〜Ｇm(k+1)の映像信号が同様に、順次、出
力回路４より出力される。

【００５４】＜Ａ／Ｄ変換器の構成＞次に、Ａ／Ｄ変換
器２について、以下に説明する。図１１は、Ａ／Ｄ変換
器の内部構成を示すブロック回路図である。尚、本実施
形態では、並列比較方式のＡ／Ｄ変換器を例にして説明
する。

【００５５】図１１に示すＡ／Ｄ変換器２は、ＲＧＢ信
号毎に印加する直流電圧ＶDD，ＶSSを切り換えるスイッ
チＳＷ１，ＳＷ２と、直列に接続されたｘ＋１（ｘ＋１
＝２ ⁿ）個の抵抗Ｒ０〜Ｒｘと、抵抗Ｒ０と抵抗Ｒ１、
抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２、…、抵抗Ｒ(ｘ−１)と抵抗Ｒｘそ
れぞれの接続ノードに発生する電圧Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖ
ｘが反転入力端子に印加されるコンパレータＣ１，Ｃ
２，…，Ｃｘと、コンパレータＣ１〜Ｃｘの出力が入力
されるエンコーダ５０とを有する。

【００５６】まず、スイッチＳＷ１，ＳＷ２によって、
Ｒ、Ｇ、Ｂ信号毎に選択されて抵抗Ｒｘ，Ｒ０に印加さ
れる直流電圧ＶDD，ＶSSについて説明する。例えば、撮
像装置の撮影開始時や生産時などに初期設定を行う際、
Ｒ信号、Ｇ信号及びＢ信号が図１２のような関係になっ
たとする。尚、図１２はＲ信号、Ｇ信号及びＢ信号それ
ぞれについて、照度と信号レベルの関係を示すグラフ
で、照度が対数関数となる片対数グラフである。又、Ｒ
信号、Ｇ信号及びＢ信号は、それぞれ、出力回路１４
（図２）で温度補正が行われるため、図１２のように、
その傾きが等しくなる。しかしながら、カラーフィルタ
の透過率などによって、同一の照度においてもその出力
信号の信号レベルが異なる。

【００５７】今、各信号の同一の照度における信号レベ
ルの差が、Ｒ信号とＧ信号の間でΔＶ１（ΔＶ１≧
０）、Ｇ信号とＢ信号の間でΔＶ２（ΔＶ２≧０）とす
る。このとき、スイッチＳＷ１の接点ａに直流電圧ＶDD
＋ΔＶ１、接点ｂに直流電圧ＶDD、接点ｃに直流電圧Ｖ
DD−ΔＶ２が与えられるとともに、スイッチＳＷ２の接
点ａに直流電圧ＶSS＋ΔＶ１、接点ｂに直流電圧ＶSS、
接点ｃに直流電圧ＶSS−ΔＶ２が与えられる。このスイ
ッチＳＷ１，ＳＷ２の接点ａ，ｂ，ｃの切り換え動作
は、制御部３によって制御される。

【００５８】そして、Ｒ信号が入力されて、コンパレー
タＣ１〜Ｃｘの非反転入力端子に与えられるとき、スイ
ッチＳＷ１によって直流電圧ＶDD＋ΔＶ１が選択され
て、抵抗Ｒｘに印加されるとともに、スイッチＳＷ２に
よって直流電圧ＶSS＋ΔＶ１が選択されて、抵抗Ｒ０に
印加される。又、Ｇ信号が入力されて、コンパレータＣ
１〜Ｃｘの非反転入力端子に与えられるとき、スイッチ
ＳＷ１によって直流電圧ＶDDが選択されて、抵抗Ｒｘに
印加されるとともに、スイッチＳＷ２によって直流電圧
ＶSSが選択されて、抵抗Ｒ０に印加される。更に、Ｂ信
号が入力されて、コンパレータＣ１〜Ｃｘの非反転入力
端子に与えられるとき、スイッチＳＷ１によって直流電
圧ＶDD−ΔＶ２が選択されて、抵抗Ｒｘに印加されると
ともに、スイッチＳＷ２によって直流電圧ＶSS−ΔＶ２
が選択されて、抵抗Ｒ０に印加される。

【００５９】即ち、ΔＶ＝ＶDD−ＶSSとすると、Ｒ信号
が入力されるとき、電圧Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖｘが、ＶSS
＋ΔＶ１＋ΔＶ／２ⁿ、ＶSS＋ΔＶ１＋２×ΔＶ／２ⁿ、
…、ＶDD＋ΔＶ１−ΔＶ／２ⁿとなる。又、Ｇ信号が入
力されるとき、電圧Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖｘが、ＶSS＋Δ
Ｖ／２ⁿ、ＶSS＋２×ΔＶ／２ⁿ、…、ＶDD−ΔＶ／２ ⁿ
となる。更に、Ｂ信号が入力されるとき、電圧Ｖ１，Ｖ
２，…，Ｖｘが、ＶSS−ΔＶ２＋ΔＶ／２ⁿ、ＶSS−Δ
Ｖ２＋２×ΔＶ／２ⁿ、…、ＶDD−ΔＶ２−ΔＶ／２ⁿと
なる。

【００６０】よって、例えば、照度ＬにおけるＲ信号、
Ｇ信号、Ｂ信号それぞれが、順番に入力されるとする。
このとき、照度Ｌの入射光が光電変換されて得られた出
力レベルがＶＬ＋ΔＶ１となるＲ信号がＡ／Ｄ変換器２
に入力されると、今、ＶＬが、ＶSS＋ｋ×ΔＶ／２ⁿ≦
ＶＬ＜ＶSS＋(ｋ＋１)×ΔＶ／２ⁿ（０≦ｋ≦ｘ）を満
たすとき、コンパレータＣ１〜Ｃｋの出力がハイレベル
になる。そして、エンコーダ５０において、整数ｋが２
進符号化されて出力される。

【００６１】又、照度Ｌの入射光が光電変換されて得ら
れた出力レベルがＶＬとなるＧ信号がＡ／Ｄ変換器２に
入力されると、出力レベルがＶＬ＋ΔＶ１となるＲ信号
と同様に、コンパレータＣ１〜Ｃｋの出力がハイレベル
になり、エンコーダ５０において、整数ｋが２進符号化
されて出力される。更に、照度Ｌの入射光が光電変換さ
れて得られた出力レベルがＶＬ−ΔＶ２となるＢ信号が
Ａ／Ｄ変換器２に入力されると、出力レベルがＶＬ＋Δ
Ｖ１となるＲ信号と同様に、コンパレータＣ１〜Ｃｋの
出力がハイレベルになり、エンコーダ５０において、整
数ｋが２進符号化されて出力される。

【００６２】このように、ＲＧＢ信号はそれぞれコンパ
レータＣ１〜Ｃｘで電圧比較される段階で、オフセット
電圧が補正された状態となる。よって、エンコーダ５０
に入力されるコンパレータＣ１〜Ｃｘからの出力は、色
信号の種類に関わらず、その画素への入射光の照度に対
して一定の関係を保つため、各色信号に対するエンコー
ダ５０の出力と入射光の照度の対数値との関係を表すグ
ラフを同一直線上に表すことができる。このように、Ａ
／Ｄ変換器２において、各色信号をデジタル信号に変換
するとともに、ホワイトバランスを行うことが可能とな
る。

【００６３】このように、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換
器２として並列比較方式のＡ／Ｄ変換器を用いて説明し
たが、直並列方式又は逐次比較方式のＡ／Ｄ変換器を用
いても構わない。以下に、直並列方式のＡ／Ｄ変換器を
用いた例と、逐次比較方式のＡ／Ｄ変換器を用いた例に
ついて、簡単に説明する。

【００６４】まず、Ａ／Ｄ変換器２に直並列比較方式の
Ａ／Ｄ変換器を用いた例について、図面を参照して説明
する。図１３は、この例におけるＡ／Ｄ変換器の内部構
成を示すブロック回路図である。尚、本例では、説明を
簡単にするために、４ビットのデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器を例にして説明する。

【００６５】図１３のＡ／Ｄ変換器は、ＲＧＢ信号毎に
印加する直流電圧ＶDD，ＶSSを切り換えるスイッチＳＷ
１，ＳＷ２と、直列に接続された１６個の抵抗Ｒ１〜Ｒ
１６と、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９、抵
抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１３それぞれの接続ノードに発生する
電圧Ｖ４，Ｖ８，Ｖ１２が反転入力端子に印加されるコ
ンパレータＣａ１，Ｃａ２，Ｃａ３と、コンパレータＣ
ａ１〜Ｃａ３の出力が入力されるエンコーダ５０ａと、
抵抗Ｒ１〜Ｒ４による３つの接続ノードに接続されたス
イッチＳ01〜Ｓ03と、抵抗Ｒ５〜Ｒ８による３つの接続
ノードに接続されたスイッチＳ11〜Ｓ13と、抵抗Ｒ９〜
Ｒ１２による３つの接続ノードに接続されたスイッチＳ
21〜Ｓ23と、抵抗Ｒ１３〜Ｒ１６による３つの接続ノー
ドに接続されたスイッチＳ31〜Ｓ33と、スイッチＳ01〜
31と接続されたコンパレータＣｂ１と、スイッチＳ02〜
32と接続されたコンパレータＣｂ２と、スイッチＳ03〜
33と接続されたコンパレータＣｂ３と、コンパレータＣ
ｂ１〜Ｃｂ３の出力が入力されるエンコーダ５０ｂとを
有する。

【００６６】そして、この直並列比較方式のＡ／Ｄ変換
器では、エンコーダ５０ａより上位２ビットの信号が出
力されるとともに、エンコーダ５０ｂより下位２ビット
の信号が出力される。このとき、固体撮像素子１（図
１）の出力レベルが電圧Ｖ４より低く、エンコーダ５０
ａより出力される上位２ビットが（００）となるとき、
スイッチＳ01〜Ｓ03がＯＮとされる。そして、抵抗Ｒ１
と抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４
それぞれの接続ノードに現れる電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３
が、スイッチＳ01，Ｓ02，Ｓ03を介して、コンパレータ
Ｃｂ１，Ｃｂ２，Ｃｂ３それぞれの反転入力端子に入力
される。よって、固体撮像素子１（図１）の出力レベル
が電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３と比較され、エンコーダ５０ｂ
より下位２ビット（００）〜（１１）が出力される。そ
して、この図１３に示すＡ／Ｄ変換器より（００００）
〜（００１１）の４ビットのデジタル信号が出力され
る。

【００６７】又、固体撮像素子１の出力レベルが電圧Ｖ
４以上で且つ電圧Ｖ８より低く、エンコーダ５０ａより
出力される上位２ビットが（０１）となるとき、スイッ
チＳ11〜Ｓ13がＯＮとされる。そして、抵抗Ｒ５と抵抗
Ｒ６、抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７、抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８それぞ
れの接続ノードに現れる電圧Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７が、スイ
ッチＳ11，Ｓ12，Ｓ13を介して、コンパレータＣｂ１，
Ｃｂ２，Ｃｂ３それぞれの反転入力端子に入力される。
よって、固体撮像素子１（図１）の出力レベルが電圧Ｖ
５，Ｖ６，Ｖ７と比較されて、この図１３に示すＡ／Ｄ
変換器より（０１００）〜（０１１１）の４ビットのデ
ジタル信号が出力される。

【００６８】又、固体撮像素子１の出力レベルが電圧Ｖ
８以上で且つ電圧Ｖ１２より低く、エンコーダ５０ａよ
り出力される上位２ビットが（１０）となるとき、スイ
ッチＳ21〜Ｓ23がＯＮとされる。そして、抵抗Ｒ９と抵
抗Ｒ１０、抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ１１、抵抗Ｒ１１と抵抗
Ｒ１２それぞれの接続ノードに現れる電圧Ｖ９，Ｖ１
０，Ｖ１１が、スイッチＳ21，Ｓ22，Ｓ23を介して、コ
ンパレータＣｂ１，Ｃｂ２，Ｃｂ３それぞれの反転入力
端子に入力される。よって、固体撮像素子１（図１）の
出力レベルが電圧Ｖ９，Ｖ１０，Ｖ１１と比較されて、
この図１３に示すＡ／Ｄ変換器より（１０００）〜（１
０１１）の４ビットのデジタル信号が出力される。

【００６９】更に、固体撮像素子１の出力レベルが電圧
Ｖ１２以上で、エンコーダ５０ａより出力される上位２
ビットが（１１）となるとき、スイッチＳ31〜Ｓ33がＯ
Ｎとされる。そして、抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４、抵抗Ｒ
１４と抵抗Ｒ１５、抵抗Ｒ１５と抵抗Ｒ１６それぞれの
接続ノードに現れる電圧Ｖ１３，Ｖ１４，Ｖ１５が、ス
イッチＳ31，Ｓ32，Ｓ33を介して、コンパレータＣｂ
１，Ｃｂ２，Ｃｂ３それぞれの反転入力端子に入力され
る。よって、固体撮像素子１（図１）の出力レベルが電
圧Ｖ１３，Ｖ１４，Ｖ１５と比較されて、この図１３に
示すＡ／Ｄ変換器より（１１００）〜（１１１１）の４
ビットのデジタル信号が出力される。

【００７０】このように動作する直並列比較方式のＡ／
Ｄ変換器は、図１１の並列比較方式のＡ／Ｄ変換器と同
様、ＲＧＢ信号が図１２のような関係になったとする
と、スイッチＳＷ１の接点ａに直流電圧ＶDD＋ΔＶ１、
接点ｂに直流電圧ＶDD、接点ｃに直流電圧ＶDD−ΔＶ２
が与えられるとともに、スイッチＳＷ２の接点ａに直流
電圧ＶSS＋ΔＶ１、接点ｂに直流電圧ＶSS、接点ｃに直
流電圧ＶSS−ΔＶ２が与えられる。

【００７１】そして、Ｒ信号が入力されて、コンパレー
タＣａ１〜Ｃａ３，Ｃｂ１〜Ｃｂ３の非反転入力端子に
与えられるとき、スイッチＳＷ１によって直流電圧ＶDD
＋ΔＶ１が選択されて、抵抗Ｒ１６に印加されるととも
に、スイッチＳＷ２によって直流電圧ＶSS＋ΔＶ１が選
択されて、抵抗Ｒ１に印加される。又、Ｇ信号が入力さ
れて、コンパレータＣａ１〜Ｃａ３，Ｃｂ１〜Ｃｂ３の
非反転入力端子に与えられるとき、スイッチＳＷ１によ
って直流電圧ＶDDが選択されて、抵抗Ｒ１６に印加され
るとともに、スイッチＳＷ２によって直流電圧ＶSSが選
択されて、抵抗Ｒ１に印加される。更に、Ｂ信号が入力
されて、コンパレータＣａ１〜Ｃａ３，Ｃｂ１〜Ｃｂ３
の非反転入力端子に与えられるとき、スイッチＳＷ１に
よって直流電圧ＶDD−ΔＶ２が選択されて、抵抗Ｒ１６
に印加されるとともに、スイッチＳＷ２によって直流電
圧ＶSS−ΔＶ２が選択されて、抵抗Ｒ１に印加される。

【００７２】次に、Ａ／Ｄ変換器２に逐次比較方式のＡ
／Ｄ変換器を用いた例について、図面を参照して説明す
る。図１４は、この例におけるＡ／Ｄ変換器の内部構成
を示すブロック回路図である。

【００７３】図１４に示すＡ／Ｄ変換器は、ＲＧＢ信号
毎に印加する直流電圧ＶDD，ＶSSを切り換えるスイッチ
ＳＷ１，ＳＷ２と、固体撮像素子１から出力されるＲＧ
Ｂ信号が非反転入力端子に入力されるコンパレータＣ
と、コンパレータＣからの出力が入力される制御回路５
１と、制御回路５１によって動作するとともにデジタル
信号を出力する逐次比較レジスタ５２と、逐次比較レジ
スタ５２より与えられる信号をアナログ信号に変換して
コンパレータＣの反転入力端子に送出するＤ／Ａ変換器
５３とを有する。

【００７４】そして、この逐次比較方式のＡ／Ｄ変換器
で４ビットのデジタル信号に変換されるものとすると、
まず、逐次比較レジスタ５２より与えられるデジタル信
号（１０００）がＤ／Ａ変換器５３でアナログ信号に変
換されて、この信号レベルと固体撮像素子１からの出力
レベルがコンパレータＣで比較される。このとき、コン
パレータＣの出力がハイレベルとなると、逐次比較レジ
スタ５２よりデジタル信号（１１００）が、又、コンパ
レータＣの出力がローレベルとなると、逐次比較レジス
タ５２よりデジタル信号（０１００）が、Ｄ／Ａ変換器
５３に与えられてアナログ信号に変換されて、その信号
レベルと固体撮像素子１からの出力レベルがコンパレー
タＣで比較される。

【００７５】又、このように４ビット目及び３ビット目
の比較が行われると、次に、２ビット目の比較が行われ
る。即ち、３ビット目の比較が行われた後、コンパレー
タＣの出力がハイレベルとなると、逐次比較レジスタ５
２よりデジタル信号（＊１１０）が、又、コンパレータ
Ｃの出力がローレベルとなると、逐次比較レジスタ５２
よりデジタル信号（＊０１０）が、Ｄ／Ａ変換器５３に
与えられてアナログ信号に変換されて、その信号レベル
と固体撮像素子１からの出力レベルがコンパレータＣで
比較される。尚、＊は、０，１のいずれかであることを
表す。

【００７６】そして、最後に、２ビット目の比較が行わ
れた後、コンパレータＣの出力がハイレベルとなると、
逐次比較レジスタ５２よりデジタル信号（＊＊１１）
が、又、コンパレータＣの出力がローレベルとなると、
逐次比較レジスタ５２よりデジタル信号（＊＊０１）
が、Ｄ／Ａ変換器５３に与えられてアナログ信号に変換
されて、その信号レベルと固体撮像素子１からの出力レ
ベルがコンパレータＣで比較される。

【００７７】このように、デジタル信号に変換するため
に、４ビット目から順に決定していく際、１ビット目の
比較が終了するまで、コンパレータＣの非反転入力端子
に与えられる固体撮像素子１の出力はサンプルホールド
される。そして、１ビット目の比較が終了すると、逐次
比較レジスタ５２より決定した４ビットのデジタル信号
を出力するとともに、固体撮像素子１からの次の出力の
デジタル変換を行う。

【００７８】このように動作する逐次比較方式のＡ／Ｄ
変換器は、図１１の並列比較方式のＡ／Ｄ変換器と同
様、ＲＧＢ信号が図１２のような関係になったとする
と、スイッチＳＷ１の接点ａに直流電圧ＶDD＋ΔＶ１、
接点ｂに直流電圧ＶDD、接点ｃに直流電圧ＶDD−ΔＶ２
が与えられるとともに、スイッチＳＷ２の接点ａに直流
電圧ＶSS＋ΔＶ１、接点ｂに直流電圧ＶSS、接点ｃに直
流電圧ＶSS−ΔＶ２が与えられる。

【００７９】そして、Ｒ信号が入力されて、コンパレー
タＣの非反転入力端子に与えられるとき、スイッチＳＷ
１，ＳＷ２によって直流電圧ＶDD＋ΔＶ１，ＶSS＋ΔＶ
１がそれぞれ選択されて、Ｄ／Ａ変換器５３に印加され
る。又、Ｇ信号が入力されて、コンパレータＣの非反転
入力端子に与えられるとき、スイッチＳＷ１，ＳＷ２に
よって直流電圧ＶDD，ＶSSがそれぞれ選択されて、Ｄ／
Ａ変換器５３に印加される。更に、Ｂ信号が入力され
て、コンパレータＣの非反転入力端子に与えられると
き、スイッチＳＷ１，ＳＷ２によって直流電圧ＶDD−Δ
Ｖ２，ＶSS−ΔＶ２がそれぞれ選択されて、Ｄ／Ａ変換
器５３に印加される。

【００８０】尚、本実施形態において、各色信号それぞ
れに対してＡ／Ｄ変換器に与える直流電圧を固定させて
いるが、例えば、曇天のときの屋外、晴天のときの屋
外、蛍光灯下などの様々な状況に応じて変化させても良
い。即ち、曇天のときの屋外、晴天のときの屋外、蛍光
灯下のそれぞれで撮像が行われる際、Ｒ信号とＧ信号そ
れぞれに対してＡ／Ｄ変換器に与える直流電圧の差ΔＶ
１を、ΔＶ１ａ、ΔＶ１ｂ、ΔＶ１ｃのように切り換
え、又、Ｇ信号とＢ信号それぞれに対してＡ／Ｄ変換器
に与える直流電圧の差ΔＶ２を、ΔＶ２ａ、ΔＶ２ｂ、
ΔＶ２ｃのように切り換える。

【００８１】よって、曇天のときの屋外での撮像を行っ
た場合、Ａ／Ｄ変換器にＲ信号が入力されると、直流電
圧ＶDD＋ΔＶ１ａ及び直流電圧ＶSS＋ΔＶ１ａがスイッ
チＳＷ１，ＳＷ２を介してＡ／Ｄ変換器に与えられ、Ａ
／Ｄ変換器にＢ信号が入力されると、直流電圧ＶDD−Δ
Ｖ２ａ及び直流電圧ＶSS−ΔＶ２ａがスイッチＳＷ１，
ＳＷ２を介してＡ／Ｄ変換器に与えられる。

【００８２】又、晴天のときの屋外での撮像を行ったと
きにＡ／Ｄ変換器にＲ信号が入力されると、直流電圧Ｖ
DD＋ΔＶ１ｂ及び直流電圧ＶSS＋ΔＶ１ｂがスイッチＳ
Ｗ１，ＳＷ２を介してＡ／Ｄ変換器に与えられ、Ａ／Ｄ
変換器にＢ信号が入力されると、直流電圧ＶDD−ΔＶ２
ｂ及び直流電圧ＶSS−ΔＶ２ｂがスイッチＳＷ１，ＳＷ
２を介してＡ／Ｄ変換器に与えられる。

【００８３】又、屋内の蛍光灯下での撮像を行ったとき
にＡ／Ｄ変換器にＲ信号が入力されると、直流電圧ＶDD
＋ΔＶ１ｃ及び直流電圧ＶSS＋ΔＶ１ｃがスイッチＳＷ
１，ＳＷ２を介してＡ／Ｄ変換器に与えられ、Ａ／Ｄ変
換器にＢ信号が入力されると、直流電圧ＶDD−ΔＶ２ｃ
及び直流電圧ＶSS−ΔＶ２ｃがスイッチＳＷ１，ＳＷ２
を介してＡ／Ｄ変換器に与えられる。尚、各状況下でＧ
信号が入力されるときにＡ／Ｄ変換器に与えられる直流
電圧ＶDD，ＶSSを一定としたが、各状況下において、Ｒ
信号やＢ信号が入力されるときと同様、直流電圧ＶDD，
ＶSSをその差が変化しないように同程度に変化させても
構わない。

【００８４】又、固体撮像素子において、ストライプ型
カラーフィルタのように、列毎に同一種類のカラーフィ
ルタが設けられる場合、Ａ／Ｄ変換器を列毎に設けても
良い。即ち、並列比較方式のＡ／Ｄ変換器が用いられる
とともに、ＲＧＢのカラーフィルタが各列毎に設けられ
ているとすると、Ｒのカラーフィルタが設けられた列に
は、この列の各画素からの出力であるＲ信号が入力され
るＡ／Ｄ変換器において、抵抗Ｒ０，Ｒｘのそれぞれに
直流電圧ＶSS＋ΔＶ１，ＶDD＋ΔＶ１が印加される。

【００８５】又、このとき、Ｇのカラーフィルタが設け
られた列には、この列の各画素からの出力であるＧ信号
が入力されるＡ／Ｄ変換器において、抵抗Ｒ０，Ｒｘの
それぞれに直流電圧ＶSS，ＶDDが印加される。更に、Ｂ
のカラーフィルタが設けられた列には、この列の各画素
からの出力であるＢ信号が入力されるＡ／Ｄ変換器にお
いて、抵抗Ｒ０，Ｒｘのそれぞれに直流電圧ＶSS−ΔＶ
２，ＶDD−ΔＶ２が印加される

【００８６】又、本実施形態では、撮像装置に設けられ
た固体撮像素子に、ＲＧＢ系のカラーフィルタを用いた
固体撮像素子としたが、ＣＭＹ（Cyan Magenta Yello
w）系のカラーフィルタを用いた固体撮像素子としても
構わない。

【００８７】

【発明の効果】本発明によると、Ａ／Ｄ変換器におい
て、固体撮像素子より出力される色信号の種類に応じ
て、デジタル信号に変換する際の基準電圧が異なる。よ
って、固体撮像素子より出力される色信号の種類毎に発
生するオフセット電圧を、Ａ／Ｄ変換器で除去すること
ができるため、Ａ／Ｄ変換器でホワイトバランスを施す
ことができる。又、このようなＡ／Ｄ変換器が撮像装置
に設けられたとき、従来のように、Ａ／Ｄ変換器の後段
にホワイトバランスを施すための信号処理回路を設ける
必要がなくなり、システムの簡略化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撮像装置の内部構成を示すブロック
図。

【図２】図１の撮像装置に設けられた固体撮像素子の内
部構成の一例を示すブロック回路図。

【図３】図２の固体撮像素子に設けられたバッファの内
部構成を示す回路図。

【図４】図２の固体撮像素子に設けられた出力回路の内
部構成を示すブロック図。

【図５】図４の出力回路に設けられた温度補正回路の内
部構成を示す回路図。

【図６】図２の固体撮像素子に設けられた画素の構成を
示す回路図の一例。

【図７】図６の画素の動作を示すタイミングチャート。

【図８】図２の固体撮像素子に設けられた画素の構成を
示す回路図の一例。

【図９】図８の画素の動作を示すタイミングチャート。

【図１０】図２の固体撮像素子の動作を示すタイミング
チャート。

【図１１】図１の撮像装置に設けられたＡ／Ｄ変換器
に、並列比較方式のＡ／Ｄ変換器を用いたときの内部構
成を示すブロック回路図。

【図１２】色信号の関係を示すグラフ。

【図１３】図１の撮像装置に設けられたＡ／Ｄ変換器
に、直並列比較方式のＡ／Ｄ変換器を用いたときの内部
構成を示すブロック回路図。

【図１４】図１の撮像装置に設けられたＡ／Ｄ変換器
に、逐次比較方式のＡ／Ｄ変換器を用いたときの内部構
成を示すブロック図。

【図１５】従来の撮像装置の内部構成を示すブロック
図。

【符号の説明】

１ 固体撮像素子 ２ Ａ／Ｄ変換器 ３ 制御部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 9/04 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｄ Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB01 BA14 CA02 DD10 FA06 GC08 GC15 5C024 CX27 EX52 GX03 GY31 HX24 5C065 AA01 BB02 CC01 DD15 EE06 GG18 5J022 AA02 AA06 AB01 BA03 CB01 CD03 CF01 CF07 CF10

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射光量に対して自然対数的に変換され
   た電気信号を出力する複数の画素を備えるとともに各画
   素に複数種類のカラーフィルタを設けて前記電気信号を
   色信号として出力する固体撮像素子から出力される各種
   類の色信号を、各色信号の信号レベルを複数の基準電圧
   と比較することによってデジタル信号に変換するＡ／Ｄ
   変換器において、 前記複数の基準電圧を生成するために与えられる第１電
   圧と第２電圧の値が前記色信号の種類に応じて異なる
   が、該第１電圧と該第２電圧の差は一定のままであるこ
   とを特徴とするＡ／Ｄ変換器。
2. 【請求項２】 複数の比較器と、該複数の比較器それぞ
   れに与える複数の前記基準電圧を生成する基準電圧生成
   回路とを有する並列比較方式のＡ／Ｄ変換器であり、 前記基準電圧生成回路に与えられる前記第１電圧及び前
   記第２電圧の値が前記色信号の種類に応じて異なるが、
   該第１電圧と該第２電圧の差は一定のままであることを
   特徴とする請求項１に記載のＡ／Ｄ変換器。
3. 【請求項３】 複数の比較器と、該複数の比較器それぞ
   れに与える複数の前記基準電圧を生成する基準電圧生成
   回路とを有する直並列比較方式のＡ／Ｄ変換器であり、 前記基準電圧生成回路に与えられる前記第１電圧及び前
   記第２電圧の値が前記色信号の種類に応じて異なるが、
   該第１電圧と該第２電圧の差は一定のままであることを
   特徴とする請求項１に記載のＡ／Ｄ変換器。
4. 【請求項４】 前記固体撮像素子からの出力を各ビット
   毎に比較する比較器と、該比較器の比較結果に応じて各
   ビット毎に前記基準電圧を生成して前記比較器に出力す
   るＤ／Ａ変換器とを有する逐次比較方式のＡ／Ｄ変換器
   であり、 前記Ｄ／Ａ変換器に与えられる前記第１電圧及び前記第
   ２電圧の値が前記色信号の種類に応じて異なるが、該第
   １電圧と該第２電圧の差は一定のままであることを特徴
   とする請求項１に記載のＡ／Ｄ変換器。
5. 【請求項５】 前記色信号の各種類毎に与えられる前記
   第１電圧及び前記第２電圧は、前記色信号の各種類毎の
   オフセット電圧に応じた値であることを特徴とする請求
   項１〜請求項４のいずれかに記載のＡ／Ｄ変換器。
6. 【請求項６】 前記複数種類の色信号が入力されるとと
   もに、前記第１電圧及び前記第２電圧が、入力された前
   記色信号の種類毎に切り換えられることを特徴とする請
   求項１〜請求項５に記載のＡ／Ｄ変換器。
7. 【請求項７】 入射光量に対して自然対数的に変換され
   た電気信号を出力する複数の画素と、該複数の画素の光
   電変換部に設けられた複数種類のカラーフィルタとを有
   する固体撮像素子と、 請求項１〜請求項６のいずれかに記載のＡ／Ｄ変換器
   と、 を有することを特徴とする撮像装置。
8. 【請求項８】 入射光量に対して自然対数的に変換され
   た電気信号を出力する複数の画素と、該複数の画素の光
   電変換部に設けられた複数種類のカラーフィルタとを有
   する固体撮像素子と、 請求項１〜請求項５のいずれかに記載のＡ／Ｄ変換器
   と、 を有し、 前記Ａ／Ｄ変換器が、前記色信号の種類毎に設けられる
   ことを特徴とする撮像装置。
9. 【請求項９】 前記固体撮像素子が、前記カラーフィル
   タが各列毎に同一種類のカラーフィルタが備えられたス
   トライプ型カラーフィルタを有し、 前記固体撮像素子の各列毎に、その列に備えられたカラ
   ーフィルタに応じた前記Ａ／Ｄ変換器が設けられること
   を特徴とする請求項８に記載の撮像装置。