JP2013251874A - 撮像装置、撮像装置の駆動方法、撮像システム、撮像システムの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の撮像装置では、複数の画素が出力する信号の差に基づくデジタル信号と、複数の画素が出力する信号の和に基づくデジタル信号の両方を出力する撮像装置の検討がなされていなかった。
【解決手段】 本発明は、複数の画素が出力する信号の差に基づくデジタル信号と、複数の画素が出力する信号の和に基づくデジタル信号の両方を出力する撮像装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光電変換部を含む画素とアナログデジタル変換部とを有する撮像装置に関するものである。

従来、光電変換を行い、入射光に基づく信号を出力する画素が行列状に配された画素部と、画素の各列に対応してアナログデジタル変換部が設けられた列並列型のアナログデジタル変換部（以下、列並列型のアナログデジタル変換部を列ＡＤＣと表記する）と、を有する撮像装置が知られている。列ＡＤＣにおいては、各列のアナログデジタル変換部が画素から出力されるアナログ信号（以下、画素から出力されるアナログ信号を画素信号と表記する）をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換（以下、ＡＤ変換と表記する）を行う。

特許文献１に記載の撮像装置は、環境光を光電変換する第１の画素と、環境光と反射光とを含む光を光電変換する第２の画素を有する。さらに、第１と第２の画素のそれぞれに各々が対応して設けられた第１、第２の比較器と、２つの比較器に接続された差分回路と、差分回路が出力する差分信号に基づいてクロックパルスを計数してカウント信号を生成するカウンタとを有する。この撮像装置を第１の撮像装置と表記する。特許文献１にはさらにこの第１の撮像装置の構成に加えて、符号判定用の第３の比較器が設けられた第２の撮像装置が記載されている。第１の撮像装置と第２の撮像装置のそれぞれの差分回路は第１、第２の比較器の一方の比較結果信号の信号値が変化してから、他方の比較結果信号の信号値が変化するまでの期間、差分信号をカウンタに出力する。第１の撮像装置では、第１の比較器と第２の比較器の比較動作を行う前に、それぞれの比較器に入力されている電位を異ならせる形態が記載されている。これにより、第１の撮像装置では、比較結果信号が変化するタイミングが、常に第２の比較器の方が第１の比較器よりも遅くなるようにしている。これにより、第１の画素と第２の画素のそれぞれが出力するアナログ信号の大小関係に依らず、第１の画素と第２の画素のそれぞれが出力するアナログ信号の差に基づくデジタル信号を得ることができる。また、第２の撮像装置では、第１の画素と第２の画素のそれぞれが出力するアナログ信号の大小関係を符号判定用の第３の比較器により判定することができる。

特許文献２には、それぞれが異なる画素の出力する信号と参照信号とを比較する複数の比較器の比較結果信号を出力する撮像装置が記載されている。複数の比較器の比較結果信号の信号値が変化する順序に基づいて、アップカウントとダウンカウントとを切り替えるカウンタを有する撮像装置が記載されている。さらに、比較結果信号の信号値異なる期間、カウンタを動作させてクロックパルスを計数する。これにより、複数の画素の出力する信号の差に基づくデジタル信号を得ることができる。

特許文献３には、それぞれが、異なる画素の出力する信号と参照信号とを比較する複数の比較器の比較結果信号を出力する撮像装置が記載されている。信号値が同じ値の時には単位期間あたりのクロックパルスのカウント数を、複数の比較器の比較結果信号の信号値が異なる値である時の２倍とする撮像装置が記載されている。これにより、複数の画素１００が出力する信号の和に基づくデジタル信号を得ることができる。

特許文献４には、複数の光電変換部を、２次元に配列したマイクロレンズアレイのマイクロレンズ毎に設けて、位相差検出方式の焦点検出を行う撮像装置が記載されている。さらに、複数の光電変換部の第１の光電変換部の信号電荷に基づく信号、第１の光電変換部とは別の第２の光電変換部の信号電荷に基づく信号、第１の光電変換部と第２の光電変換部とを合わせた信号電荷に基づく信号を出力する形態が記載されている。

特開２０１１−２１７２０６号公報 特開２０１０−６２７６４号公報 特開２０１０−２８７８１号公報 特開２００１−８３４０７号公報

従来の撮像装置では、複数の画素が出力する信号の差に基づくデジタル信号と、複数の画素が出力する信号の和に基づくデジタル信号の両方を出力する撮像装置の検討がなされていなかった。

本発明は上記の課題を解決するために為されたものであり、一の態様は、それぞれが入射光に基づいて信号電荷を生成する光電変換部を有する第１の画素と、前記第１の画素とは別の第２の画素と、を有する撮像装置であって、前記第１の画素は前記信号電荷に基づく第１の光電変換信号を出力し、前記第２の画素は前記信号電荷に基づく第２の光電変換信号を出力し、前記撮像装置がさらに、前記第１の光電変換信号と前記第２の光電変換信号との差に基づく第１のデジタル信号と、前記第１の光電変換信号と前記第２の光電変換信号との和に基づく第２のデジタル信号とを生成するアナログデジタル変換部を有する撮像装置である。

本発明の別の態様は、アナログデジタル変換部と、それぞれが入射光に基づいて信号電荷を生成する光電変換部を有する第１の画素と、前記第１の画素とは別の第２の画素と、を有する撮像装置の駆動方法であって、前記第１の画素は前記信号電荷に基づく第１の光電変換信号を出力し、前記第２の画素は前記信号電荷に基づく第２の光電変換信号を出力し、前記アナログデジタル変換部が、前記第１の光電変換信号と前記第２の光電変換信号との差に基づく第１のデジタル信号と、前記第１の光電変換信号と前記第２の光電変換信号との和に基づく第２のデジタル信号とを、生成することを特徴とする撮像装置の駆動方法である。

本発明の別の態様は、それぞれが光電変換部を有し、光電変換部が生成する信号電荷に基づく光電変換信号を出力する複数の画素と、各々が複数の前記画素に光を集光するマイクロレンズの複数と、前記複数の画素の１つの第１の画素の前記光電変換信号と、時間に依存して電位が変化する参照信号とを比較した信号値を有する第１の比較結果信号を出力する第１の比較器と、前記第１の画素とは別の第２の画素の前記光電変換信号と、時間に依存して電位が変化する参照信号とを比較した信号値を有する第２の比較結果信号を出力する第２の比較器と、クロックパルスを計数した信号値を有するカウント信号を生成する、第１および第２のカウンタと、を有する撮像装置と、撮像装置が出力する信号を処理する出力信号処理部と、前記撮像装置に光を導く光学系と、を有する撮像システムの駆動方法であって、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が変化する順序に基づいて、前記カウント信号の前記信号値の増加と減少のいずれかを選択し、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に、前記第１のカウンタが前記クロックパルスの計数を行い、前記第１の比較器が前記第１の画素の前記光電変換信号と前記参照信号とを比較し、前記第２の比較器が前記第２の画素の前記光電変換信号と前記参照信号とを比較する場合に、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が同じ期間に前記クロックパルスの計数を行う第１の計数と、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に前記クロックパルスの計数を行う第２の計数と、によって前記第２のカウンタが前記カウント信号を生成する動作を、単位期間あたりの前記クロックパルスの計数を前記第２の計数よりも前記第１の計数の方を大きくして行い、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号がともに、前記第１の比較器の前記第１の画素の前記光電変換信号と前記参照信号との比較と、前記第２の比較器が前記第２の画素の前記光電変換信号と前記参照信号との比較と、をそれぞれ開始した時の信号値と異なる信号値の期間に、前記第１のカウンタと前記第２のカウンタとが前記クロックパルスの計数を停止して、前記第１のカウンタが前記第１の画素の前記光電変換信号と前記第２の画素の前記光電変換信号との差に基づく第１のデジタル信号を生成し、前記第２のカウンタが前記第１の画素の前記光電変換信号と前記第２の画素の前記光電変換信号との和に基づく第２のデジタル信号を生成し、前記撮像装置が前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号とを前記出力信号処理部に出力し、前記出力信号処理部が、前記第１のデジタル信号に基づいて焦点検出を行い、前記第２のデジタル信号に基づいて画像を生成することを特徴とする撮像システムの駆動方法である。

本発明の別の態様は、それぞれが光電変換部を有し、ノイズ信号と光電変換部が生成する信号電荷に基づく光電変換信号とを出力する複数の画素と、複数の前記画素に光を集光する１つのマイクロレンズの複数と、前記複数の画素の一つの第１の画素の前記ノイズ信号と前記光電変換信号の一方ずつと、時間に依存して電位が変化する参照信号とを比較した信号値を有する第１の比較結果信号を出力する第１の比較器と、前記第１の画素とは別の第２の画素の前記ノイズ信号と前記光電変換信号との一方ずつと、時間に依存して電位が変化する参照信号とを比較した信号値を有する第２の比較結果信号を出力する第２の比較器と、クロックパルスを計数した信号値を有するカウント信号を生成する、第１および第２のカウンタと、を有する撮像装置と、撮像装置が出力する信号を処理する出力信号処理部と、前記撮像装置に光を導く光学系と、を有する撮像システムの駆動方法であって、前記第１の比較器と前記第２の比較器とが前記ノイズ信号と前記参照信号とを比較する場合には、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に、前記第１のカウンタが前記カウント信号の前記信号値の増加と減少の一方によって前記クロックパルスを計数し、前記第１の比較器が前記第１の画素の前記光電変換信号と前記参照信号とを比較し、前記第２の比較器が前記第２の画素の前記光電変換信号と前記参照信号とを比較する場合には、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に、前記第１のカウンタが前記カウント信号の前記信号値の増加と減少の他方によって前記クロックパルスを計数し、前記第１の比較器が前記第１の画素の前記光電変換信号と前記参照信号とを比較し、前記第２の比較器が前記第２の画素の前記光電変換信号と前記参照信号とを比較する場合に、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が同じ期間に前記クロックパルスの計数を行う第１の計数と、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に前記クロックパルスの計数を行う第２の計数と、によって前記第２のカウンタが前記カウント信号を生成する動作を、単位期間あたりの前記クロックパルスの計数を前記第２の計数よりも前記第１の計数の方を大きくして行い、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号がともに、前記第１の比較器の前記第１の画素の前記光電変換信号と前記参照信号との比較と前記第２の比較器の前記第２の画素の前記光電変換信号と前記参照信号との比較とをそれぞれ開始した時の信号値と異なる信号値の期間に、前記第１のカウンタと前記第２のカウンタとが前記クロックパルスの計数を停止して、前記第１のカウンタが前記第１の画素の前記光電変換信号と前記第２の画素の前記光電変換信号との差に基づく第１のデジタル信号を生成し、前記第２のカウンタが前記第１の画素の前記光電変換信号と前記第２の画素の前記光電変換信号との和に基づく第２のデジタル信号を生成し、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が変化するタイミングの違いに基づいて、前記第１のデジタル信号の正負を表す信号を得て、前記撮像装置が前記第１のデジタル信号と、前記第２のデジタル信号と、前記第１のデジタル信号の正負を表す前記信号と、を前記出力信号処理部に出力し、前記出力信号処理部が、前記第１のデジタル信号と前記第１のデジタル信号の正負を表す前記信号とに基づいて焦点検出を行い、前記第２のデジタル信号に基づいて画像を生成することを特徴とする撮像システムの駆動方法である。

本発明により、複数の画素が出力する信号の差に基づくデジタル信号と、複数の画素が出力する信号の和に基づくデジタル信号の両方を出力する撮像装置を提供することができる。

撮像装置の一例のブロック図 撮像装置のカウンタ制御部の一例のブロック図 撮像装置の画素の一例の構成図 撮像装置の動作の一例を示したタイミング図 撮像装置の他の動作の一例を示したタイミング図 撮像装置の他の動作の一例を示したタイミング図 撮像装置の他の動作の一例を示したタイミング図 撮像装置の他の一例のブロック図 撮像装置の他の動作の一例を示したタイミング図 撮像装置の他の一例を示したブロック図 撮像装置のカウンタ制御部の一例を示したブロック図 撮像装置の他の動作の一例を示したタイミング図 撮像装置の他の一例を示したブロック図 撮像システムの一例を示したブロック図

〔実施例１〕
以下、図面を参照しながら本実施例に関わる撮像装置について説明する。

図１は本実施例の撮像装置の一例を表したブロック図である。撮像装置は複数の画素１００−１〜１００−８が行列状に配されている。図１では模式的に２行４列の画素１００を表した。各列の画素１００は垂直信号線７−１〜７−４に信号を出力する。画素１００には、不図示の垂直走査回路からパルスＰＲＥＳ、ＰＴＸ、ＰＳＥＬが与えられる。１行目に与えられる各パルスは、パルスを表す符号の末尾に［０］を付して表している。また、２行目に与えられる各パルスについては、同様にパルスを表す符号の末尾に［１］を付して表している。

電流源６−１〜６−４は、垂直信号線７−１〜７−４にそれぞれ電流を供給する。また、垂直信号線７−１〜７−４のそれぞれに画素１００から出力された信号は、比較器８−１〜８−４の各々の一の端子に与えられる。ランプ発生回路９には不図示のタイミングジェネレータからパルスＲＭＰ＿ＥＮ、ＲＭＰ＿ＲＳＴが与えられる。また、ランプ発生回路９はパルスＲＭＰ＿ＥＮ、ＲＭＰ＿ＲＳＴに基づいて、比較器８−１〜８−４の他の端子にランプ信号を与える。比較器８−１〜８−４はそれぞれ、比較結果信号ＣＭＰ１〜ＣＭＰ４をカウンタ制御部１０に出力する。不図示のタイミングジェネレータは、カウンタ制御部１０にパルスＳＭＯＤを出力する。また、不図示のタイミングジェネレータは、カウンタ１１−１〜１１−４にパルスＣＮＴ＿ＥＮ、ＣＮＴ＿ＣＬＫ、ＣＮＴ＿ＲＳＴを出力する。カウンタ制御部は、カウンタ１１−１〜１１−４のそれぞれにパルスＣＥＮ１〜４のそれぞれと、パルスＣＭＯＤ１〜４のそれぞれを出力する。比較器８−１〜８−４は、画素１００が配された列に対応して設けられている。また、カウンタ１１−１〜１１−４についても、画素１００が配された各列に対応して設けられている。本実施例のアナログ信号出力部５０は複数の画素１００を含んでいる。

次に、カウンタ制御部１０の構成の一例について以下、図２を参照しながら説明する。図２は図１で例示した撮像装置の比較器８−１とカウンタ１１−１、比較器８−２とカウンタ１１−２が配された列を抜き出して記載したものである。本実施例のカウンタ制御部１０は、信号演算部２０、カウンタ制御信号出力部３０を含んだ構成とすることができる。信号演算部２０には、比較器８−１、８−２が出力する比較結果信号ＣＭＰ１、ＣＭＰ２が入力される。比較結果信号ＣＭＰ１は第１の比較結果信号である。比較結果信号ＣＭＰ２は第２の比較結果信号である。信号演算部２０は比較結果信号ＣＭＰ１、ＣＭＰ２に基づいて、信号ＤＥＦ＿ＳＩＧをカウンタ制御信号出力部３０に出力する。カウンタ制御信号出力部３０は、信号演算部２０が出力する信号Ａｄｄ＿ＳＩＧ、ＤＥＦ＿ＳＩＧに加えて、比較結果信号ＣＭＰ１、ＣＭＰ２が入力される。また、パルスＳＭＯＤとパルスＣＮＴ＿ＥＮが入力される。カウンタ制御信号出力部３０はパルスＳＭＯＤの信号レベルに基づいて、比較結果信号ＣＭＰ１、ＣＭＰ２、信号Ａｄｄ＿ＳＩＧ、ＤＥＦ＿ＳＩＧから選択してカウンタ１１−１、１１−２にパルスＣＥＮ１、ＣＥＮ２を出力する。パルスＳＭＯＤがＬレベルの場合、カウンタ制御信号出力部３０は、パルスＣＥＮ１として比較結果信号ＣＭＰ１をカウンタ１１−１に出力する。また、カウンタ制御信号出力部３０は、比較結果信号ＣＭＰ２をパルスＣＥＮ２としてカウンタ１１−２に出力する。一方、パルスＳＭＯＤがＨレベルの場合、カウンタ制御信号出力部３０はパルスＣＥＮ１として信号Ａｄｄ＿ＳＩＧをカウンタ１１−１に出力し、パルスＣＥＮ２として信号ＤＥＦ＿ＳＩＧを出力する。逆に、パルスＣＥＮ１として信号ＤＥＦ＿ＳＩＧを出力し、パルスＣＥＮ２として信号Ａｄｄ＿ＳＩＧを出力する形態であっても良い。また、カウンタ制御信号出力部３０は、パルスＣＭＯＤ１をカウンタ１１−１に出力する。また、カウンタ制御信号出力部３０は、パルスＣＭＯＤ２をカウンタ１１−２に出力する。信号演算部２０、カウンタ制御信号出力部３０の回路構成は本実施例では特に限定されない。例えば、信号演算部２０は、ＥＸＯＲ回路を用いて構成することができる。パルスＣＭＯＤは少なくとも２ビットの信号である。２ビットのパルスＣＭＯＤをビット毎にＣＭＯＤ（０）、ＣＭＯＤ（１）と表記する。

本実施例の撮像装置では、カウンタ１１−１が、複数の比較器の出力する比較結果信号の信号値が同じ期間に行うクロックパルスの計数の重みを、複数の比較器の出力する比較結果信号の信号値が異なる期間に行うクロックパルスの計数の重みよりも大きくする。これによって、カウンタ１１−１は画素１００−１が出力する画素信号と画素１００−２が出力する画素信号との和に基づくカウント信号を生成する。カウンタ１１−１は第２のカウンタである。また、複数の比較器の出力する比較結果信号の信号値が同じ期間に行うクロックパルスの計数は第１の計数である。また、複数の比較器の出力する比較結果信号の信号値が異なる期間に行うクロックパルスの計数は第２の計数である。また、カウンタ１１−２は、複数の比較器の出力する比較結果信号の信号値が異なる期間にクロックパルスの計数を行う。カウンタ１１−２は第１のカウンタである。

次に本実施例の画素１００について図３を参照しながら説明する。

図３は本実施例の画素１００の一例を示した構成図である。画素１００はフォトダイオード１、転送ＭＯＳトランジスタ２、リセットＭＯＳトランジスタ３、増幅ＭＯＳトランジスタ４、選択ＭＯＳトランジスタ５を含む。

フォトダイオード１は、入射光量に応じて信号電荷を生成する。フォトダイオード１は光電変換部である。転送ＭＯＳトランジスタ２の導通を制御するパルスＰＴＸがアクティブになると、フォトダイオード１で生成した信号電荷が増幅ＭＯＳトランジスタ４の制御電極のノードに転送される。このノードを以下ではＦＤ部（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｐｏｒｔｉｏｎ）と称する。選択ＭＯＳトランジスタ５の導通を制御するパルスＰＳＥＬをアクティブとすると、選択ＭＯＳトランジスタ５を介して増幅ＭＯＳトランジスタ４が出力する信号が垂直信号線７に与えられる。リセットＭＯＳトランジスタ３の導通を制御するパルスＰＲＥＳをアクティブとすると、ＦＤ部の電位が電源ＶＤＤの電位に応じてリセットされる。

次に図４を参照しながら、本実施例の撮像装置のＡＤ変換動作の一例について説明する。

以下に説明する動作では、トランジスタの制御電極に与えられるパルスは、Ｈｉｇｈレベル（以下、Ｈレベルと表記する。同様にＬｏｗレベルについてはＬレベルと表記する。）がアクティブであるものとする。すなわち、トランジスタの制御電極に与えられるパルスをＨレベルとすると、そのトランジスタの主電極間が導通するものとして説明する。また、以下の動作タイミングを通じて、カウンタ制御部１０に与えられるパルスＳＭＯＤはＨレベルのままである。カウンタ制御部１０に与えられるパルスＳＭＯＤがＨレベルの時に、カウンタ制御部１０は複数の比較器８の出力する比較結果信号が変化するタイミングの違いに基づく差分信号をカウンタ１１に出力する。一方、パルスＳＭＯＤがＬレベルの時には、カウンタ制御部１０は比較器８のそれぞれが出力する比較結果信号を、比較器８のそれぞれに対応して設けられたカウンタ１１のそれぞれに出力する。つまり、比較器８−１が出力する比較結果信号ＣＭＰ１に基づいて、カウンタ１１−１が動作する。図４に示したＶＬは垂直信号線７の電位を示しており、ＶＬ１は垂直信号線７−１、ＶＬ２は垂直信号線７−２の電位である。

ＦＤ部の電位をリセットしたことによって、画素１００が垂直信号線７に出力する信号を、以下ＡＮ信号と表記する。特に、画素１００−１が垂直信号線７−１に出力するＡＮ信号をＡＮ１信号と表記する。同様に、画素１００−２が垂直信号線７−２に出力するＡＮ信号をＡＮ２信号と表記する。また、入射光に基づいてフォトダイオード１で生成した信号電荷がＦＤ部に転送されることで画素１００が垂直信号線７に出力する信号を、以下ＡＳ信号と表記する。さらに、画素１００−１が垂直信号線７−１に出力するＡＳ信号をＡＳ１信号と表記する。同様に、画素１００−２が垂直信号線７−２に出力するＡＳ信号をＡＳ２信号と表記する。本実施例の第１の比較器は比較器８−１である。本実施例の第２の比較器は比較器８−２である。本実施例のアナログ信号出力部５０から第１の比較器に出力される第１の光電変換信号は画素１００−１が出力するＡＳ１信号である。また、アナログ信号出力部５０から第２の比較器に出力される第２の光電変換信号は画素１００−２が出力するＡＳ２信号である。

本実施例では、ＡＮ１信号とＡＮ２信号、ＡＳ１信号とＡＳ２信号との信号振幅の大小関係として、以下の４つの場合について説明する。尚、ここでいう信号振幅とは、画素１００から信号が出力されていない状態の垂直信号線７の電位からの変化量を指している。
（１）ＡＮ１信号＜ＡＮ２信号、かつＡＳ１信号＜ＡＳ２信号
（２）ＡＮ１信号＞ＡＮ２信号、かつＡＳ１信号＞ＡＳ２信号
（３）ＡＮ１信号＞ＡＮ２信号、かつＡＳ１信号＜ＡＳ２信号
（４）ＡＮ１信号＜ＡＮ２信号、かつＡＳ１信号＞ＡＳ２信号
＜垂直信号線７−１、７―２の信号振幅の大小関係とパルスＣＭＯＤ１（０）、ＣＭＯＤ２（０）との関係＞
以下の表１に、信号振幅の大小関係（１）〜（４）と、カウンタ制御部１０がカウンタ１１に出力するパルスＣＭＯＤ１（０）、ＣＭＯＤ２（０）との関係についてまとめる。パルスＣＭＯＤはカウンタ１１が生成するカウント信号の信号値のクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの計数による増加と減少とを切り替えるパルスである。パルスＣＭＯＤがＬレベルでは、クロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの計数によってカウンタ１１の生成するカウント信号の信号値が増加する。このクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの計数によってカウンタ１１が生成するカウント信号の信号値が増加する動作をアップカウントと表記する。また、パルスＣＭＯＤがＨレベルでは、クロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの計数によってカウンタ１１の生成するカウント信号の信号値が減少する。このクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの計数によってカウンタ１１が生成するカウント信号の信号値が減少する動作をダウンカウントと表記する。尚、以下の表１では、パルスＣＭＯＤ１（０）について次のように表記する。「Ｎ変換期間」の欄は、パルスＣＭＯＤ１（０）がＬレベルからＨレベルとなる期間がＮ変換期間の少なくとも一部にあればＨとし、Ｎ変換期間中、ＬレベルのままではＬとする。「Ｓ変換期間」の欄についても、Ｎ変換期間の欄と同様に表記する。パルスＣＭＯＤ２（０）についても、パルスＣＭＯＤ１（０）と同様の表記を行う。

＜信号振幅の大小関係が（１）の場合について＞
以下に述べる動作は、信号振幅がＡＮ１信号＜ＡＮ２信号、かつＡＳ１信号＜ＡＳ２信号の関係にある場合を説明する。

以下に説明する動作は図１で示した撮像装置の左から１列目、２列目（以下、単にｎ列目と表記する場合には図面の左から数えたものとして表す）の画素１００、比較器８、カウンタ１１について説明する。３列目、４列目の画素１００、比較器８、カウンタ１１についてもそれぞれ１列目、２列目の画素１００、比較器８、カウンタ１１と同様とすることができる。

まず、カウンタ１１−２に関する動作を中心に説明する。

時刻ｔ１にタイミングジェネレータは、パルスＰＳＥＬをＨレベルとする。これにより、垂直信号線７−１、７−２には各画素１００のＦＤ部の電位に基づく信号が垂直信号線７−１、７−２のそれぞれに出力される。またタイミングジェネレータは、パルスＰＲＥＳをＨレベルとしている。これによりリセットＭＯＳトランジスタ３が導通し、ＦＤ部の電位がリセットされている。

時刻ｔ２にタイミングジェネレータはパルスＰＲＥＳをＬレベルとしてＦＤ部の電位のリセットを解除する。また時刻ｔ２にタイミングジェネレータは、パルスＣＮＴ＿ＲＳＴをＨレベルとした後、Ｌレベルとする。これにより、カウンタ１１−１〜１１−４が保持しているカウント信号が初期値にリセットされる。

また時刻ｔ３に、タイミングジェネレータはパルスＲＭＰ＿ＲＳＴをＬレベルとする。パルスＲＭＰ＿ＲＳＴをＨレベルとしていたことにより、ランプ発生回路９で生成するランプ信号ＲＭＰの電位がリセットされている。ランプ信号は本実施例の参照信号である。

時刻ｔ４にタイミングジェネレータはパルスＲＭＰ＿ＥＮをＨレベルとする。これにより、ランプ発生回路９はランプ信号の時間に依存した電位の変化を開始する。比較器８−１は画素１００−１が垂直信号線７−１に出力しているＡＮ１信号とランプ信号とを比較する。比較器８−２は画素１００−２が垂直信号線７−２に出力しているＡＮ２信号とランプ信号とを比較する。

また時刻ｔ４において、タイミングジェネレータはパルスＣＮＴ＿ＥＮをＨレベルとする。比較器８−１、８−２がカウンタ制御部１０に出力する比較結果信号ＣＭＰ１、ＣＭＰ２はＨレベルである。比較結果信号ＣＭＰ１、ＣＭＰ２が共にＨレベルの期間、カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ２をＬレベルとする。このパルスＣＥＮ２がＬレベルの時、カウンタ１１−２はクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの計数は行わない。

時刻ｔ５に、垂直信号線７−１の電位ＶＬ１とランプ信号ＲＭＰの電位との大小関係が逆転すると、比較結果信号ＣＭＰ１の信号レベルがＬレベルとなる。

カウンタ制御部１０は、比較結果信号ＣＭＰ１と比較結果信号ＣＭＰ２とが異なる信号値の時にパルスＣＥＮ２をＨレベルとする。従って、時刻ｔ５に、カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ２をＨレベルとする。パルスＣＮＴ＿ＥＮがＨレベルであり、かつパルスＣＥＮ２をＨレベルとする事で、カウンタ１１−２はクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を開始する。カウンタ制御部１０は、パルスＣＭＯＤ２（０）をＬレベルとする。これにより、カウンタ１１−２はアップカウントにてクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を行う。

時刻ｔ６に垂直信号線７−２の電位ＶＬ２とランプ信号の電位ＲＭＰとの大小関係が逆転すると、比較結果信号ＣＭＰ２の信号レベルがＬレベルとなる。これを受けて、カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ２をＬレベルとする。これにより、カウンタ１１−２はこの時点におけるカウント信号を保持する。カウンタ１１−２が保持したカウント信号は、垂直信号線７−１の電位ＶＬ１と垂直信号線７−２の電位ＶＬ２との電位差の絶対値に基づくデジタル信号である。即ち、ＡＮ１信号とＡＮ２信号との差の絶対値に基づくデジタル信号である。この信号を｜ＤＮ１−ＤＮ２｜信号と表記する。以下、後述する本実施例のＤＳ´１−ＤＳ´２信号についても同様に絶対値の符号を付して表す。なお、ＤＮ２信号はカウンタ１１−２が時刻ｔ４から時刻ｔ６までクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫを計数した場合に得られると想定されるカウント信号である。｜ＤＮ１−ＤＮ２｜信号は本実施例の第１の差分信号である。

時刻ｔ７に、パルスＲＭＰ＿ＥＮをＬレベルとする。これにより、ランプ発生回路９はランプ信号の時間に依存した電位の変化を終了する。また、タイミングジェネレータはパルスＣＮＴ＿ＥＮをＬレベルとする。また、カウンタ制御部１０はパルスＣＭＯＤ１（０）をＬレベルとする。時刻ｔ４から時刻ｔ７までの期間に行う動作を、以下Ｎ変換と表記する。また、時刻ｔ４から時刻ｔ７までの期間、すなわちＡＮ信号とランプ信号とを比較する期間をＮ変換期間と表記する。

時刻ｔ８に、タイミングジェネレータはパルスＲＭＰ＿ＲＳＴをＨレベルとする。これにより、ランプ信号の電位がリセットされる。

時刻ｔ９に、タイミングジェネレータはパルスＰＴＸをＨレベルとする。

時刻ｔ１０に、タイミングジェネレータはパルスＰＴＸをＬレベルとする。これにより、垂直信号線７−１にはＡＳ１信号、垂直信号線７−２にはＡＳ２信号が出力される。

時刻ｔ１１に、タイミングジェネレータはパルスＲＭＰ＿ＲＳＴをＬレベルとする。

時刻ｔ１２に、タイミングジェネレータはパルスＲＭＰ＿ＥＮをＨレベルとする。これにより、ランプ発生回路９はランプ信号の電位ＲＭＰの時間に依存した変化を開始する。比較器８−１は画素１００−１が垂直信号線７−１に出力している信号（以下、時刻ｔ１２において画素１００−１が垂直信号線７−１に出力する信号をＡＳ１信号と表記する）とランプ信号とを比較する。比較器８−２は画素１００−２が垂直信号線７−２に出力している信号（以下、時刻ｔ１２において画素１００−２が垂直信号線７−２に出力する信号をＡＳ２信号と表記する）とランプ信号とを比較する。

また時刻ｔ１２に、タイミングジェネレータはパルスＣＮＴ＿ＥＮをＨレベルとする。比較器８−１、８−２がカウンタ制御部１０に出力する比較結果信号ＣＭＰ１、ＣＭＰ２はＨレベルである。カウンタ制御部１０が出力するパルスＣＭＯＤ１（０）はＬレベルのままである。これにより、カウンタ１１−１のクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの計数がアップカウントで行われる。カウンタ１１−１は、時刻ｔ５で保持したカウント信号からクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫのカウントを開始する。また、比較結果信号ＣＭＰ１、ＣＭＰ２が共にＨレベルの期間、カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ２をＬレベルとする。このパルスＣＥＮ２がＬレベルの時、カウンタ１１−２はクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの計数は行わない。

時刻ｔ１３に、垂直信号線７−１の電位ＶＬ１とランプ信号の電位ＲＭＰとの大小関係が逆転すると、比較結果信号ＣＭＰ１の信号レベルがＬレベルとなる。

カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ２をＨレベルとする。パルスＣＮＴ＿ＥＮがＨレベルであり、かつパルスＣＥＮ２をＨレベルとする事で、カウンタ１１−２はクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を開始する。カウンタ制御部１０は、パルスＣＭＯＤ２（０）をＨレベルとする。これにより、カウンタ１１−１はダウンカウントでクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫを計数する。

時刻ｔ１４に垂直信号線７−２の電位ＶＬ２とランプ信号の電位ＲＭＰとの大小関係が逆転すると、比較結果信号ＣＭＰ２の信号レベルがＬレベルとなる。これを受けて、カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ２をＬレベルとする。これにより、カウンタ１１−２はこの時点におけるカウント信号を保持する。カウンタ１１−２が保持したカウント信号は、垂直信号線７−１の電位ＶＬ１と垂直信号線７−２の電位ＶＬ２との電位差の絶対値に基づくデジタル信号である。即ち、ＡＳ１信号とＡＳ２信号との差の絶対値に基づくデジタル信号である。この信号を｜ＤＳ´１−ＤＳ´２｜信号と表記する。なお、ＤＳ´１信号はカウンタ１１が時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までダウンカウントによってクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫを計数した場合に得られると想定されるカウント信号である。ＤＳ´１信号は、ＡＳ１信号をデジタル変換して得られる信号（ＤＳ１信号と表記する）からＡＮ１信号をデジタル変換して得られるＤＮ１信号を差し引いた信号に基づくデジタル信号である。ＤＳ´２信号はカウンタ１１−２が時刻ｔ１２から時刻ｔ１４までダウンカウントによってクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫを計数した場合に得られると想定されるカウント信号である。画素１００のノイズ成分と、複数の比較器８の比較器毎の動作ばらつきを差し引いたデジタル信号を得ることができる。すなわち、複数のＡＳ信号の差から、複数のＡＮ信号の差を差し引いた信号に基づくデジタル信号が得られる。比較結果信号ＣＭＰ１と比較結果信号ＣＭＰ２がともに、比較器８−１、８−２がともに比較動作を開始した時の信号値（Ｈレベル）と異なる信号値（Ｌレベル）である期間、カウンタ１１−２はクロックパルスの計数を停止する。これにより、カウンタ１１−１は｜ＤＳ´１−ＤＳ´２｜信号を保持し続ける。

時刻ｔ１５に、タイミングジェネレータはパルスＲＭＰ＿ＥＮをＬレベルとする。これにより、ランプ発生回路９はランプ信号の時間に依存した電位の変化を終了する。また、タイミングジェネレータはパルスＣＮＴ＿ＥＮをＬレベルとする。また、カウンタ制御部１０はパルスＣＭＯＤ２（０）をＬレベルとする。時刻ｔ１２から時刻ｔ１５までの期間に行う動作を、以下Ｓ変換と表記する。また、時刻ｔ１２から時刻ｔ１５までの期間、すなわちＡＳ信号とランプ信号とを比較する期間をＳ変換期間と表記する。

時刻ｔ１６に、タイミングジェネレータはパルスＲＭＰ＿ＲＳＴをＨレベルとする。これにより、ランプ信号の電位がリセットされる。

また時刻ｔ１６に、タイミングジェネレータはパルスＰＲＥＳをＨレベルとする。これにより、ＦＤ部の電位がリセットされる。

上記の動作により、カウンタ１１−２には｜ＤＳ´１−ＤＳ´２｜信号が得られる。

次にカウンタ１１−１に関する動作を中心に説明する。

時刻ｔ４に、カウンタ制御部１０はパルスＣＭＯＤ１（０）、ＣＭＯＤ１（１）をＨレベルとする。カウンタ１１−１のクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの１パルスあたりのカウント数は、パルスＣＭＯＤ１（１）がＨレベルの時には、パルスＣＭＯＤ１（１）がＬレベルの時の２倍とする。具体的には、カウンタ１１−１は、パルスＣＭＯＤ１（１）がＬレベルの時にはクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの立ち上がりあるいは立ち下りのいずれか一方に応じてカウントする。そして、パルスＣＭＯＤ１（１）がＨレベルの時にはクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの立ち上がりと立ち下りの両方に応じてカウントを行う。このパルスＣＭＯＤ１（１）がＬレベルの時のカウントモードをシングルカウントモード、パルスＣＭＯＤ１（１）がＨレベルの時のカウントモードをダブルカウントモードと以下表記する。カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ１をＨレベルとする。これにより、カウンタ１１−１はダブルカウントモードで、クロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫをダウンカウントにて計数する。

時刻ｔ５に、垂直信号線７−１の電位ＶＬ１とランプ信号の電位ＲＭＰとの大小関係が逆転すると、比較結果信号ＣＭＰ１の信号レベルがＬレベルとなる。これにより、カウンタ制御部１０はパルスＣＭＯＤ１（１）をＬレベルとする。これにより、カウンタ１１−１はダブルカウントモードからシングルカウントモードに変更してクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を行う。

時刻ｔ６に垂直信号線７−２の電位ＶＬ２とランプ信号の電位ＲＭＰとの大小関係が逆転すると、比較結果信号ＣＭＰ２の信号レベルがＬレベルとなる。これを受けて、カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ１をＬレベルとする。

カウンタ１１−１が時刻ｔ６で保持したカウント信号について説明する。

カウンタ１１−１は時刻ｔ４から時刻ｔ５の期間、ダブルカウントモードでクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を行った。この時刻ｔ５でカウンタ１１−１が有していた信号は、ＡＮ１信号を２倍にした信号（以下、２ＡＮ１信号と表記する）に基づくデジタル信号である。カウンタ１１−１は時刻ｔ５から時刻ｔ６の期間、シングルカウントモードでクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を行った。この時刻ｔ５から時刻ｔ６の期間のみにクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫを計数して得たデジタル信号は、ＡＮ２信号からＡＮ１信号を差し引いた信号（以下、ＡＮ２−ＡＮ１信号と表記する）に基づくデジタル信号である。従って時刻ｔ４から時刻ｔ６までの期間にカウンタ１１−１がクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫを計数して得たデジタル信号は、２ＡＮ１信号とＡＮ２−ＡＮ１信号を足し合わせた信号に基づくデジタル信号である。即ち、ＡＮ１信号とＡＮ２信号との和（以下、ＡＮ１＋ＡＮ２信号と表記する）に基づくデジタル信号である。このカウンタ１１−１が時刻ｔ６に保持したデジタル信号をＤＮ１＋ＤＮ２信号と表記する。

時刻ｔ７に、パルスＣＭＯＤ１（０）をＬレベルとする。

時刻ｔ１２に、パルスＣＭＯＤ１（１）をＨレベルとし、カウンタ１１−１をダブルカウントモードとする。また、パルスＣＭＯＤ１（０）をＬレベルとし、パルスＣＥＮ１をＨレベルとする。これにより、カウンタ１１−１はダブルカウントモードで、クロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫをアップカウントで計数する。

時刻ｔ１３に、垂直信号線７−１の電位ＶＬ１とランプ信号の電位ＲＭＰとの大小関係が逆転すると、比較結果信号ＣＭＰ１の信号レベルがＬレベルとなる。これを受けてカウンタ制御部１０は、パルスＣＭＯＤ１（１）をＬレベルとする。これにより、カウンタ１１−１はダブルカウントモードからシングルカウントモードに変更してクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を行う。

時刻ｔ１４に垂直信号線７−２の電位ＶＬ２とランプ信号の電位ＲＭＰとの大小関係が逆転すると、比較結果信号ＣＭＰ２の信号レベルがＬレベルとなる。これを受けて、カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ１をＬレベルとする。これにより、カウンタ１１−１はこの時点におけるカウント信号を保持する。

カウンタ１１−１が時刻ｔ１４に保持したデジタル信号について説明する。

カウンタ１１−１は時刻ｔ１２から時刻ｔ１３の期間、ダブルカウントモードでクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を行った。この時刻ｔ１３でカウンタ１１−１が有していた信号は、ＡＳ１信号を２倍にした信号（以下、２ＡＳ１信号と表記する）に基づくデジタル信号である。カウンタ１１−１は時刻ｔ１３から時刻ｔ１４の期間、シングルカウントモードでクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を行った。この時刻ｔ１３から時刻ｔ１４の期間のみにクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫを計数して得たデジタル信号は、ＡＳ２信号からＡＳ１信号を差し引いた信号（以下、ＡＳ２−ＡＳ１信号と表記する）に基づくデジタル信号である。従って時刻ｔ１２から時刻ｔ１４までの期間にカウンタ１１−１がクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫを計数して得たデジタル信号は、２ＡＳ１信号とＡＳ２−ＡＳ１信号を足し合わせた信号に基づくデジタル信号である。即ち、ＡＳ１信号とＡＳ２信号との和（以下、ＡＳ１＋ＡＳ２信号と表記する）に基づくデジタル信号である。このカウンタ１１−１が時刻ｔ１４に保持したデジタル信号をＤＳ´１＋ＤＳ´２信号と表記する。比較結果信号ＣＭＰ１と比較結果信号ＣＭＰ２がともに、比較器８−１、８−２がともに比較動作を開始した時の信号値（Ｈレベル）と異なる信号値（Ｌレベル）である期間、カウンタ１１−１はカウンタ１１−２と同様にクロックパルスの計数を停止する。これにより、カウンタ１１−１はＤＳ´１＋ＤＳ´２信号を保持し続ける。

時刻ｔ１５にパルスＣＭＯＤ２（１）をＬレベルとする。

この撮像装置では、第２のカウンタのカウンタ１１−１をダブルカウントモード、シングルカウントモードとで動作させている。つまり、カウンタ１１−１は、複数の比較器の出力する比較結果信号の信号値が同じ期間に行う第１の計数と、複数の比較器が出力する比較結果信号の信号値の異なる期間に行う第２の計数とを行う。そして、クロックパルスの単位期間あたりの計数を、第１の計数の方が第２の計数よりも大きくする。この動作により、ＤＳ´１＋ＤＳ´２信号と、｜ＤＳ´１−ＤＳ´２｜信号とをそれぞれ得ることができる。本実施例の第１のデジタル信号は｜ＤＳ´１−ＤＳ´２｜信号である。また、本実施例の第２のデジタル信号はＤＳ´１＋ＤＳ´２信号である。つまり、複数の画素１００が出力する信号の差に基づく第１のデジタル信号と、和に基づく第２のデジタル信号とを得ることができる。

＜信号振幅の大小関係が（２）の場合について＞
次に、信号振幅がＡＮ１信号＞ＡＮ２信号、かつＡＳ１信号＞ＡＳ２信号の関係にある場合について説明する。

以下、図５を参照しながら説明する。以下の説明は先の図４を用いて説明した動作と異なる点を中心に説明する。

時刻ｔ１から時刻ｔ４のそれぞれにおける動作は、先の図４を用いて説明した時刻ｔ１から時刻ｔ４のそれぞれの動作と同様とすることができる。

時刻ｔ５（２）に垂直信号線７−２の電位ＶＬ２とランプ信号の電位ＲＭＰとの大小関係が逆転すると、比較結果信号ＣＭＰ２の信号レベルがＬレベルとなる。

カウンタ制御部１０は、比較結果信号ＣＭＰ１と比較結果信号ＣＭＰ２とが異なる信号値の時にパルスＣＥＮ２をＨレベルとする。従って、時刻ｔ５（２）に、カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ２をＨレベルとする。比較結果信号ＣＭＰ２がＬレベルの期間、パルスＣＥＮ２はＨレベルである。パルスＣＮＴ＿ＥＮもＨレベルとし、カウンタ１１−２はクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を開始する。カウンタ制御部１０はパルスＣＭＯＤ２（０）をＨレベルとする。これにより、カウンタ１１−２はダウンカウントでクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫを計数する。

時刻ｔ６（２）に垂直信号線７−１の電位ＶＬ１とランプ信号の電位ＲＭＰとの大小関係が逆転すると、比較結果信号ＣＭＰ１の信号レベルがＬレベルとなる。これを受けて、カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ１、ＣＥＮ２を共にＬレベルとする。これにより、カウンタ１１−１、１１−２はこの時点におけるカウント信号を保持する。カウンタ１１−１が保持したカウント信号はＤＮ１＋ＤＮ２信号である。カウンタ１１−２が保持したカウント信号は｜ＤＮ１−ＤＮ２｜信号である。

時刻ｔ７（２）に、タイミングジェネレータはパルスＲＭＰ＿ＥＮをＬレベルとする。また、タイミングジェネレータはパルスＣＮＴ＿ＥＮをＬレベルとする。また、カウンタ制御部１０はパルスＣＭＯＤ１（０）、ＣＭＯＤ２（０）をＬレベルとする。

時刻ｔ８〜ｔ１２のそれぞれにおける動作は、先の図４を用いて説明した時刻ｔ８〜ｔ１２のそれぞれの動作と同様とすることができる。

時刻ｔ１３（２）に、垂直信号線７−２の電位ＶＬ１とランプ信号の電位ＲＭＰとの大小関係が逆転すると、比較結果信号ＣＭＰ２の信号レベルがＬレベルとなる。これを受けて、カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ２をＨレベルとする。パルスＣＮＴ＿ＥＮもＨレベルのため、カウンタ１１−２はクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの計数を開始する。カウンタ制御部１０はパルスＣＭＯＤ２（０）をＬレベルとして、カウンタ１１−２はアップカウントでクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫを計数する。

時刻ｔ１４（２）に垂直信号線７−１の電位ＶＬ１とランプ信号の電位ＲＭＰとの大小関係が逆転すると、比較結果信号ＣＭＰ１の信号レベルがＬレベルとなる。これを受けて、カウンタ制御部１０はパルスＣＥＮ１、ＣＥＮ２をともにＬレベルとする。これにより、カウンタ１１−１、１１−２はこの時点におけるカウント信号を保持する。この時点でカウンタ１１−１が保持したカウント信号がＤＳ´１＋ＤＳ´２信号である。カウンタ１１−２が保持したカウント信号は｜ＤＳ´１−ＤＳ´２｜信号である。

時刻ｔ１５、ｔ１６のそれぞれにおける動作は、先の図４を用いて説明した時刻ｔ１５、ｔ１６のそれぞれの動作と同様とすることができる。

上記の動作により、ＤＳ´１＋ＤＳ´２信号、｜ＤＳ´１−ＤＳ´２｜信号が得られる。

＜信号振幅の大小関係が（３）の場合について＞
次に、信号振幅がＡＮ１信号＞ＡＮ２信号、かつＡＳ１信号＜ＡＳ２信号の関係にある場合を説明する。

以下、図６を参照しながら説明する。

時刻ｔ１から時刻ｔ４のそれぞれの動作は、先の図４を用いて説明した時刻ｔ１から時刻ｔ４のそれぞれの動作と同様とすることができる。

時刻ｔ５（３）、ｔ６（３）、ｔ７（３）のそれぞれの動作は、先の図５の時刻ｔ５（２）、ｔ６（２）、ｔ７（２）のそれぞれの動作と同様とすることができる。

時刻ｔ８から時刻ｔ１２までのそれぞれの動作は、先の図４を用いて説明した時刻ｔ１から時刻ｔ４のそれぞれの動作と同様とすることができる。

時刻ｔ１３（３）、ｔ１４（３）、ｔ１５（３）のそれぞれの動作は、先の図４を用いて説明した時刻ｔ１３、ｔ１４、ｔ１５のそれぞれの動作と同様とすることができる。

時刻ｔ１６での動作は、先の図４を用いて説明した時刻ｔ１６の動作と同様とすることができる。

上記の動作により、ＤＳ´１＋ＤＳ´２信号、｜ＤＳ´１−ＤＳ´２｜信号が得られる。

＜信号振幅の大小関係が（４）の場合について＞
次に、信号振幅がＡＮ１信号＜ＡＮ２信号、かつＡＳ１信号＞ＡＳ２信号の関係にある場合を説明する。

以下、図７を参照しながら説明する。

時刻ｔ１から時刻ｔ４のそれぞれの動作は、先の図４を用いて説明した時刻ｔ１から時刻ｔ４のそれぞれの動作と同様とすることができる。

時刻ｔ５（４）、ｔ６（４）、ｔ７（４）のそれぞれの動作は、先の図４の時刻ｔ５、ｔ６、ｔ７のそれぞれの動作と同様とすることができる。

時刻ｔ８から時刻ｔ１２までのそれぞれの動作は、先の図４を用いて説明した時刻ｔ１から時刻ｔ４のそれぞれの動作と同様とすることができる。

時刻ｔ１３（４）、ｔ１４（４）、ｔ１５（４）のそれぞれの動作は、先の図５を用いて説明した時刻ｔ１３（２）、ｔ１４（２）、ｔ１５（２）のそれぞれの動作と同様とすることができる。

時刻ｔ１６での動作は、先の図４を用いて説明した時刻ｔ１６の動作と同様とすることができる。

上記の動作により、ＤＳ´１＋ＤＳ´２信号、｜ＤＳ´１−ＤＳ´２｜信号が得られる。

本実施例の撮像装置は、比較結果信号ＣＭＰ１、ＣＭＰ２の信号値が異なる期間に、比較結果信号ＣＭＰ１，ＣＭＰ２の信号値が変化する順序に基づいてカウント信号の信号値の増加と減少のいずれかを選択してカウンタにクロックパルスの計数を行わせるカウンタ制御部１０を有する。カウンタ制御部１０は、これまで述べたように、複数の画素信号の信号振幅の大小関係に基づいて、Ｎ変換期間、Ｓ変換期間のパルスＣＭＯＤ２（０）の信号値を設定する。これにより、信号振幅が（１）〜（４）の関係のそれぞれにおいて、複数の比較器８の基準電位を異ならせる期間を設けずとも、｜ＤＳ´１−ＤＳ´２｜信号を得ることができる。

さらに本実施例のカウンタ制御部１０は、カウンタ１１−１が複数の比較器の出力する比較結果信号の信号値が同じ期間に行うクロックパルスの計数の重みを、複数の比較器の出力する比較結果信号の信号値が異なる期間に行うクロックパルスの計数の重みよりも大きくする。これによって、カウンタ１１−１は画素１００−１が出力する画素信号と画素１００−２が出力する画素信号との和に基づくカウント信号を生成する。

本実施例では、画素１００−１、１００−２が出力する画素信号の和と差のそれぞれに基づくデジタル信号を得る形態を説明した。画素信号の和と差の組み合わせは本実施例の画素１００−１、１００−２以外であってもよく、種々の組み合わせが可能である。例えば、画素１００−１、１００−３が出力する画素信号の和、差に基づくデジタル信号を、比較器８−１、８−３が出力する比較結果信号ＣＭＰ１、ＣＭＰ３に基づいて得る形態であっても良い。

本実施例では、ランプ信号の時間に依存して電位が変化する形態の一例として、なめらかに電位が変化する信号を用いた形態を基に説明した。本実施例のランプ信号はこれに限定されるものではなく、階段状に電位が時間に依存して変化する信号であっても良い。このようなランプ信号として、例えば抵抗アレイを有し、抵抗値を順次切り替える構成を有するデジタルアナログコンバータによって生成される信号がある。

また、本実施例の撮像装置では、画素１００が出力した画素信号が比較器８に出力される形態を説明した。他の形態として、垂直信号線７上に、一の電極に画素信号が出力され、他の電極が比較器８の入力端子に電気的に接続された容量を有する形態であっても良い。この容量を用いて、相関二重サンプリングを行う形態であっても良い。つまり、この容量に、ＡＮ信号を保持させた後、画素１００がＡＳ信号を垂直信号線７に出力することにより、比較器８にはＡＳ信号とＡＮ信号の差分の信号が入力される形態である。この形態であっても、本実施例の図４〜図６を参照しながら述べた動作によって動作させることができる。この形態でのＮ変換で得られる｜ＤＮ１−ＤＮ２｜信号は、複数の比較器８−１〜８−４のそれぞれの動作ばらつきの成分を含む信号である。このような形態においても、比較器８に出力される信号は、画素１００が出力する信号に基づく信号である。

次に、図１３に本実施例の撮像装置の利用形態の一例を示す。

図１３に、図１で説明した画素１００と、フォトダイオード１に光を集光するマイクロレンズ２３との配置の一例を示す。入射光を複数の画素１００のフォトダイオード１に導くための１つのマイクロレンズ２３が、複数の画素１００のフォトダイオード１を覆うように配されている。つまり、１つのマイクロレンズは複数の光電変換部に対応して設けられている。本形態の撮像装置は、複数のマイクロレンズ２３を有するマイクロレンズアレイを有する。

本実施例の撮像装置に設けられた画素１００は、位相差検出方式による焦点検出に用いるための信号を出力する。画素１００が出力する、焦点検出に用いるための信号を以下、焦点検出基礎信号と表記する。例えば、画素部のうちの、ライン状またはクロス状の位置にある複数の画素から焦点検出基礎信号が出力される。本実施例の撮像装置では、この焦点検出基礎信号がＡＳ１信号、ＡＳ２信号である。本実施例の撮像装置は｜ＤＳ´１−ＤＳ´２｜信号により、画素１００−１と画素１００−２への入射光の位相差を検出することができる。また、ＤＳ´１＋ＤＳ´２信号により、１つのマイクロレンズ２３が集光した入射光に基づくデジタル信号を得ることができる。つまり、｜ＤＳ´１−ＤＳ´２｜信号を用いた位相差に基づく焦点検出と、ＤＳ´１＋ＤＳ´２信号を用いた画像形成と、を行うことができる。本実施例の撮像装置は、この焦点検出と画像形成に用いる｜ＤＳ´１−ＤＳ´２｜信号とＤＳ´１＋ＤＳ´２信号を同時に出力することができる。

さらに、撮像装置と、撮像装置から出力される信号を処理する出力信号処理部とを有する撮像システムの形態が考えられる。撮像装置がＤＳ´１信号とＤＳ´２信号とを個別に出力する場合では、撮像装置の外部に設けられた出力信号処理部がＤＳ´１−ＤＳ´２信号とＤＳ´１＋ＤＳ´２信号を得るための演算処理を行う必要があった。これに対して、本実施例の撮像装置は｜ＤＳ´１−ＤＳ´２｜信号とＤＳ´１＋ＤＳ´２信号を出力するため、出力信号処理部の演算処理の負荷を減らすことができる。よって、撮像装置と信号処理部とを有する撮像システムの動作を高速化することができる。

また、本実施例では、画素１００の配された列に比較器８が対応して設けられた列ＡＤＣを有する撮像装置について説明した。本実施例はこの形態に限定されるものではなく、例えば、２列の画素に１つの比較器８が配された形態であっても良い。また、本実施例は列ＡＤＣを有する撮像装置に限定されない。例えば、次の形態の撮像装置であっても実施できる。複数の画素１００が出力するアナログ信号を保持する容量が各列に設けられている。水平走査回路が、各列の容量の保持したアナログ信号を順次出力する。この水平走査回路によって出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部が設けられた形態の撮像装置がある。このＡＤ変換部は第１の比較器、第２の比較器、カウンタ制御部、カウンタを有する形態であれば良い。

本実施例では、第２のカウンタがダブルカウントモード、シングルカウントモードを行う形態を例として説明した。本実施例はこの形態に限定されない。例えば、３つの画素１００−１〜１００−３が出力する信号の和に基づくデジタル信号を得る場合には、以下の形態とすれば良い。比較結果信号ＣＭＰ１〜３が全てＨレベルの時には、１つのクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫに対して３つカウントする。そして、比較結果信号ＣＭＰ１〜３のいずれか２つがＨレベルの時には１つのクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫに対して２つカウントする。そして、比較結果信号ＣＭＰ１〜３のいずれか１つのみがＨレベルの時には１つのクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫに対して１つカウントするように重み付けをすればよい。

また、ＤＮ１＋ＤＮ２信号、ＤＳ１＋ＤＳ２信号を得る形態として、第２のカウンタがダブルカウントモード、シングルカウントモードを行う形態を例として説明した。前記第１の光電変換信号と前記第２の光電変換信号との和に基づく第２のデジタル信号を得る形態はこの形態の他に、次のような形態とすることができる。例えば第２のカウンタが比較結果信号ＣＭＰ１，ＣＭＰ２が同じ信号値の時のみ計数したカウント信号Ａと、比較結果信号ＣＭＰ１、ＣＭＰ２が異なる信号値の時のみ計数したカウント信号Ｂをそれぞれ保持する。図４の形態では、カウント信号Ａは、時刻ｔ４から時刻ｔ５にダウンカウントで計数したＤＮ１信号と、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３にアップカウントで計数したＤＳ１信号の差の、ＤＳ１−ＤＮ１信号である。カウント信号Ｂは、時刻ｔ５から時刻ｔ６にダウンカウントで計数したＤＮ２−ＤＮ１信号と、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４にアップカウントで計数したＤＳ２−ＤＳ１信号との差の信号である。つまり、ＤＳ２−ＤＳ１−（ＤＮ２−ＤＮ１）信号である。第２のカウンタは撮像装置に設けられた不図示のデジタル信号処理回路にカウント信号Ａ，カウント信号Ｂをそれぞれ出力する。デジタル信号処理回路は、カウント信号Ａに２倍のゲインを掛けた後、カウント信号Ｂを加算する。よって、
２ＤＳ１−２ＤＮ１＋ＤＳ２−ＤＳ１−（ＤＮ２−ＤＮ１）＝ＤＳ１−ＤＮ１＋ＤＳ２−ＤＮ２
となる。ＤＳ１−ＤＮ１信号はＤＳ´１信号、ＤＳ２−ＤＮ２信号はＤＳ´２信号であることから、ＤＳ´１＋ＤＳ´２信号を得ることができる。

また、本実施例の撮像装置では、Ｎ変換期間とＳ変換期間とをそれぞれ設ける形態を説明した。他の形態として、Ｎ変換期間を省略し、Ｓ変換期間のみとしても良い。この形態の場合には、撮像装置が出力する信号は、｜ＤＮ１−ＤＮ２｜信号を含んだ｜ＤＳ１―ＤＳ２｜信号と、ＤＮ１＋ＤＮ２信号を含んだＤＳ１＋ＤＳ２信号である。

本実施例の撮像装置はアナログデジタル変換部の一例として、時間に依存して電位が変化する参照信号と画素が出力する画素信号とを比較する形態を説明したが、他の形態のアナログデジタル変換部であっても実施することができる。例えば、逐次比較型、デルタシグマ型などのアナログデジタル変換部であっても実施することができる。これらのアナログデジタル変換部の場合には、ＡＤ変換によって得られたＤＳ１信号とＤＳ２信号とを個別に保持するメモリを有する。さらに撮像装置が演算部を有し、演算部はメモリに保持されたＤＳ１信号とＤＳ２信号とを加算してＤＳ１＋ＤＳ２信号を得る。さらに演算部は、ＤＳ１信号とＤＳ２信号との差のＤＳ１−ＤＳ２信号を得る。これにより、撮像装置はＤＳ１＋ＤＳ２信号とＤＳ１−ＤＳ２信号とを出力することができる。よって、図１〜図７、図１３に示した撮像装置と同様の効果を得ることができる。

〔実施例２〕
本実施例の撮像装置を、実施例１とは異なる部分を中心に説明する。

以下、図面を参照しながら説明する。

図８は、本実施例の撮像装置の一例を示したブロック図である。実施例１で説明した図１と同じ機能を有するものについては、図１で付した符号と同一の符号を付している。

複数の反転増幅器１２は、行列状に配された複数の画素１００の列に対応して設けられている。反転増幅器１２は、画素１００が出力する画素信号を増幅して比較器８に出力する増幅部である。実施例１と異なるのは、画素１００から出力されたＡＮ信号、ＡＳ信号のそれぞれが反転増幅器１２によって反転増幅されて比較器８に出力される点である。垂直信号線については、画素１００から反転増幅器１２までの電気的経路を第１の垂直信号線７−１〜７−４、反転増幅器１２から比較器８までの電気的経路を反転増幅信号線１３−１〜１３−４と分けて示した。本実施例では画素１００が出力するＡＮ信号に基づいて反転増幅器１２が出力する信号が比較器８に与えられる。この画素１００が出力するＡＮ信号に基づいて反転増幅器１２が出力する信号をＧＮ信号と表記する。同様に、画素１００が出力するＡＳ信号に基づいて反転増幅器１２が出力する信号をＧＳ信号と表記する。本実施例のアナログ信号出力部５０は複数の画素１００と、反転増幅器１２を含んでいる。本実施例において、アナログ信号出力部５０が出力するノイズ信号はＧＮ信号である。ＧＮ信号は画素１００のノイズ成分と反転増幅器１２のオフセット成分とを有する信号である。すなわち、ＧＮ信号は画素１００の出力するＡＮ信号に基づく信号である。また、アナログ信号出力部５０が出力する光電変換信号はＧＳ信号である。ＧＳ信号は、画素１００が出力する光電変換信号のＡＳ信号に基づく信号である。

図９は、図８で例示した撮像装置の動作の一例を示したタイミング図である。図９では、第１の垂直信号線７の電位ＶＬに加え、反転増幅器１２から比較器８までの電気的経路である反転増幅信号線１３の電位ＣＡを示した。また、図９は先の実施例１で図４を参照しながら述べた（１）ＡＮ１信号＜ＡＮ２信号、ＡＳ１信号＜ＡＳ２信号の信号振幅の場合について説明する。つまり、ＧＮ１＜ＧＮ２信号、ＧＳ１信号＜ＧＳ２信号の信号振幅の形態である。このＧＮ信号、ＧＳ信号の信号振幅とは、画素１００から信号が出力されていない時に反転増幅器１２が出力する信号からの変化量である。

反転増幅信号線１３の電位ＣＡは、垂直信号線７の電位ＶＬを反転増幅した信号である。従って、本実施例においては、画素１００からＡＮ信号、ＡＳ信号が出力されて反転増幅信号線１３の電位ＣＡが変化する方向が第１の垂直信号線７の電位ＶＬとは反対方向になる。従って、ランプ信号の電位ＲＭＰの時間に依存して電位が変化する方向も、実施例１とは反対方向としている。

その他の点については、実施例１で述べた図４の動作と同様とすることができる。

また、実施例１で述べた、画素１００−１，１００−２が出力する画素信号の信号振幅の大小関係が（２）〜（４）の場合であっても実施することができる。つまり、ランプ信号の電位ＲＭＰの時間に依存して電位が変化する方向が実施例１とは反対方向である点を除き、実施例１で図５〜図７を用いて説明した動作と同様とすることができる。上記の動作により、第１のデジタル信号の｜ＤＳ´１−ＤＳ´２｜信号と第２のデジタル信号のＤＳ´１＋ＤＳ´２信号が得られる。これにより、実施例１と同様の効果を得ることができる。

〔実施例３〕
本実施例の撮像装置を、実施例１とは異なる部分を中心に説明する。

以下、図面を参照しながら説明する。

図１０は、本実施例の撮像装置の一例を示した等価回路図である。実施例１で説明した図４と同じ機能を有するものについては、図４で付した符号と同一の符号を付している。

実施例１と異なるのは、カウンタ制御部１０から信号ＳＩＧが与えられる符号メモリ１４が、それぞれのカウンタ１１に対応して設けられている点と、カウンタ制御部１０が判定回路１５、符号メモリ制御回路１６とを有している点である。符号メモリ１４が、それぞれのカウンタ１１に対応して設けられている形態の一例として、符号メモリ１４とカウンタ１１とを有する回路部が複数設けられている形態を示した。判定回路１５は、カウンタ１１が保持するカウント信号の正負の符号を判定する符号判定部である。図１０に示した符号メモリ１４−１〜１４−４のそれぞれにはカウンタ制御部１０から信号ＳＩＧ１〜４が与えられる。信号ＳＩＧ１〜４は、Ｎ変換期間、Ｓ変換期間で比較結果信号ＣＭＰ１が比較結果信号ＣＭＰ２よりも早くＬレベルになる場合にＨレベルとなる。逆に、比較結果信号ＣＭＰ１が比較結果信号ＣＭＰ２よりも遅くＬレベルになる場合にはＬレベルとなる。つまり、複数の画素１００の出力する画素信号の大小関係を符号メモリ１４に保持させる信号である。符号メモリ１４には不図示のタイミングジェネレータからパルスＳＩＧＮ＿ＷＥＮ，ＳＩＧＳ＿ＷＥＮが与えられる。

次に図１１を参照しながら、本実施例のカウンタ制御部１０について説明する。

カウンタ制御部１０はフリップフロップ回路ＦＦ１、ＦＦ２を有している。フリップフロップ回路ＦＦ１のＤ端子には、比較器８−１の出力する比較結果信号ＣＭＰ１が入力される。フリップ回路ＦＦ１の第２の入力端子には、比較器８−２の出力する比較結果信号ＣＭＰ２を反転した信号が入力される。フリップフロップ回路ＦＦ１はＤ端子、第２の入力端子のそれぞれに入力される信号に基づいて、Ｑ端子から信号ＱＡを符号メモリ制御回路１６に出力する。フリップフロップ回路ＦＦ２のＤ端子には、比較器８−２が出力する比較結果信号ＣＭＰ２が入力される。また、フリップフロップ回路ＦＦ２の第２の入力端子にはクロックパルスＣＮＴ＿ＣＬＫの代わりに比較器８−１の出力する比較結果信号ＣＭＰ１を反転した信号が入力される。フリップフロップ回路ＦＦ２はＤ端子、第２の入力端子のそれぞれに入力される信号に基づいて、Ｑ端子から信号ＱＢを符号メモリ制御回路１６に出力する。

以下の表２に、比較結果信号ＣＭＰ１、ＣＭＰ２がＨレベルからＬレベルに遷移するタイミングの違いと、信号ＱＡ、ＱＢの信号値との関係について示す。

ＣＭＰ１、ＣＭＰ２が同時にＬレベルからＨレベルに遷移する場合には、信号ＱＡと信号ＱＢの信号値は同一となる。同様に、ＣＭＰ１、ＣＭＰ２が共にＨレベルのままであり、Ｌレベルに遷移しない場合についても、信号ＱＡ，ＱＢの信号値は同一となる。つまり、これらの場合では信号ＱＡ、ＱＢの信号値は共に、０、１、フリップフロップ回路ＦＦ１，ＦＦ２の初期値のいずれかの値となる。

符号メモリ制御回路１６は、この信号ＱＡ、ＱＢの信号値に基づいて信号ＳＩＧを生成する。本実施例の撮像装置では、信号ＳＩＧ１、ＳＩＧ２はいずれか一方を使用する形態とすることができる。信号ＳＩＧ１をＬレベルに固定し、信号ＳＩＧ２を信号ＱＡ、ＱＢの信号値に基づいて変化させる形態について説明する。信号ＱＡの信号値が１、信号ＱＢの信号値が０の場合、信号ＳＩＧ２の信号値をＬレベルとする。また、信号ＱＡの信号値が０、信号ＱＢの信号値が１の場合、信号ＳＩＧ２の信号値をＨレベルとする。符号メモリ１４−２は、信号ＳＩＧ２がＬレベルであれば、符号メモリ１４−２はＬレベルの信号を保持する。符号メモリ１４−２の保持したＬレベルの信号が出力されることで、画素１００−１の出力する画素信号から画素１００−２の出力する画素信号を差し引いた信号が正の値であることが分かる。逆に、信号ＳＩＧ２がＨレベルであれば、符号メモリ１４−２はＨレベルの信号を保持する。符号メモリ１４−２の保持したＨレベルの信号が出力されることで、画素１００−１の出力する画素信号から画素１００−２の出力する画素信号を差し引いた信号が負の値であることが分かる。信号ＱＡ、ＱＢの信号値が共に０あるいは共に１である時、信号ＳＩＧ２の信号値はＨレベルとしてもＬレベルとしても良い。

次に、図１２を参照しながら図１０で例示した撮像装置の動作について、実施例１と異なる点を中心に説明する。図１２で示したＭＥＭＮ、ＭＥＭＳは、符号メモリ１４が保持する信号を表したものである。本実施例の符号メモリ１４−２はＡＮ１−ＡＮ２信号の符号の情報の信号ＭＥＭＮと、ＡＳ１−ＡＳ２信号の符号の情報の信号ＭＥＭＳとをそれぞれ保持する。図１２で示した動作は、符号メモリ１４−１は使用しない形態、即ち信号ＳＩＧ１はＬレベルのまま固定した形態である。図１２で示した動作は、画素１００−１の出力する画素信号が画素１００−２の出力する画素信号よりも小さい場合について示したものである。

時刻ｔ２１では、信号ＳＩＧ２、ＳＩＧＮ＿ＷＥＮ，ＳＩＧＳ＿ＷＥＮ、ＭＥＭＮ，ＭＥＭＳは全てＬレベルである。その他の動作は実施例１で図４を参照しながら説明した時刻ｔ１での動作と同様とすることができる。

時刻ｔ２２から時刻ｔ２４までのそれぞれの動作は、実施例１で図４を参照しながら説明した時刻ｔ２から時刻ｔ４までのそれぞれの動作と同様とすることができる。

時刻ｔ２５に、比較結果信号ＣＭＰ１がＬレベルとなると、比較結果信号ＣＭＰ２はＨレベルのままであるので、信号ＱＡの信号値は０、信号ＱＢの信号値は１である。従って、信号ＳＩＧ２はＨレベルとなる。その他の時刻ｔ２５における動作は、実施例１で図４を参照しながら説明した時刻ｔ５での動作と同様とすることができる。

時刻ｔ２６における動作は、実施例１で図４を参照しながら説明した時刻ｔ６での動作と同様とすることができる。

時刻ｔ２７に、信号ＳＩＧＮ＿ＷＥＮをＨレベルとする。これにより、符号メモリ１４−２は信号ＳＩＧ２の信号値、すなわちＨレベルの信号を保持する。よって、信号ＭＥＭＮがＨレベルとなる。

時刻ｔ２８から時刻ｔ３１までのそれぞれの動作は、実施例１で図４を参照しながら説明した時刻ｔ８から時刻ｔ１１までのそれぞれの動作と同様とすることができる。

時刻ｔ３２に、信号ＳＩＧ２をＬレベルにリセットする。その他の動作については、実施例１で図４を参照しながら説明した時刻ｔ１２での動作と同様とすることができる。

時刻ｔ３３に、比較結果信号ＣＭＰ１がＬレベルになると、比較結果信号ＣＭＰ２がＨレベルのままであるので、信号ＱＡの信号値は１、信号ＱＢの信号値は０である。従って、信号ＳＩＧ２はＨレベルとなる。その他の動作については、実施例１で図４を参照しながら説明した時刻ｔ１３での動作と同様とすることができる。

時刻ｔ３４での動作は、実施例１で図４を参照しながら説明した時刻ｔ１４での動作と同様とすることができる。

時刻ｔ３５に、信号ＳＩＧＳ＿ＷＥＮをＨレベルとする。これにより、符号メモリ１４−２は信号ＳＩＧ２の信号値、すなわちＨレベルの信号を保持する。よって、信号ＭＥＭＳがＨレベルとなる。その他の動作については、実施例１で図４を参照しながら説明した時刻ｔ１５での動作と同様とすることができる。

時刻ｔ３６での動作は、実施例１で図４を参照しながら説明した時刻ｔ１６での動作と同様とすることができる。

符号メモリ１４−２は信号ＭＥＭＮ、ＭＥＭＳが共にＨレベルである。この信号を不図示の水平走査回路が撮像装置の外部に電気的に接続された信号処理部に出力させる。これにより、撮像装置から画素１００−１、１００−２が出力する画素信号の大小関係を記録した信号を出力させることができる。

本実施例の撮像装置では、ＤＳ´１＋ＤＳ´２信号と、ＤＳ´１−ＤＳ´２信号とを得ることができる。また、ＤＳ´１−ＤＳ´２信号を、第１の比較器と第２の比較器のそれぞれの基準電位を異ならせる時間を設けずに得ることができる。

また、特許文献１に記載の第２の撮像装置では、符号判定用の第３の比較器を設けることに依る回路規模の増大が生じていた。これに対し、本実施例の撮像装置では、第３の比較器を設けることによって生じる回路規模の増大を低減しながら、ＡＮ１−ＡＮ２信号、ＡＳ１−ＡＳ２信号の符号の判定を行うことができる。

また、特許文献１に記載の第２の撮像装置では、符号判定用の第３比較器の比較結果が判定回路に入力される。そして、判定回路が出力する判定信号により、補数制御回路が第１の画素と第２の画素のそれぞれが出力するアナログ信号の差に基づくカウント信号を２の補数化するか否かを決定する。このようにして、第１の画素と第２の画素のそれぞれが出力するアナログ信号の大小関係に依らず、第１の画素と第２の画素のそれぞれが出力するアナログ信号の差に基づくデジタル信号を得られるようにしていた。これに対し、本実施例の撮像装置では符号判定部を有することにより、正負が判定されたＡＮ１−ＡＮ２信号、ＡＳ１−ＡＳ２信号を得ることができる。よって、本実施例の撮像装置は、カウント信号の２の補数化を行わずとも、画素１００−１と画素１００−２のそれぞれが出力するアナログ信号の差に基づくデジタル信号を得られる効果を有する。

本実施例の判定回路１５のフリップフロップ回路ＦＦ１、ＦＦ２の第２の入力端子には、比較結果信号ＣＭＰ１、ＣＭＰ２を反転した信号が入力されていた。本実施例ではこの形態に限定されるものではない。本実施例では比較器８がランプ信号と画素信号との大小関係が逆転すると比較結果信号ＣＭＰがＨレベルからＬレベルに遷移する形態であったが、ＬレベルからＨレベルに遷移する形態の比較器８を用いることもできる。この形態の場合には、フリップフロップ回路ＦＦ１、ＦＦ２第２の入力端子に入力される信号を比較結果信号ＣＭＰ１，ＣＭＰ２とすれば良い。

本実施例では判定回路１５の一例として、図１１にフリップフロップ回路ＦＦ１、ＦＦ２を含む回路を説明した。本実施例の判定回路１５はこの構成に限られるものではなく、比較結果信号ＣＭＰ１、ＣＭＰ２の信号値のどちらが先に変化したかを検出できる論理回路を用いれば実施することができる。例えば、フリップフロップ回路ＦＦ１，ＦＦ２の代わりに、Ｄラッチ回路で構成されていても良い。

〔実施例４〕
これまで実施例１〜３で述べた撮像装置を撮像システムに適用した場合の実施例について述べる。撮像システムとして、デジタルスチルカメラやデジタルカムコーダーや監視カメラなどがあげられる。図１４に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラに撮像装置を適用した場合の模式図を示す。

図１４において、撮像システムは被写体の光学像を撮像装置１５４に結像させるレンズ１５２、レンズ１５２の保護のためのバリア１５１、レンズ１５２を通った光量を可変にするための絞り１５３を有する。レンズ１５２、絞り１５３は撮像装置１５４に光を導く光学系である。また、撮像システムは撮像装置１５４より出力される出力信号の処理を行う出力信号処理部１５５を有する。

出力信号処理部１５５はデジタル信号処理部を有し、撮像装置１５４から出力される信号を、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って信号を出力する動作を行う。

また、撮像システムは、画像データを一時的に記憶する為のバッファメモリ部１５６、記録媒体に記録または読み出しを行うための記憶媒体制御インターフェース部１５８を有する。さらに撮像システムは、撮像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体１５９を有する。さらに、撮像システムは、外部コンピュータ等と通信する為の外部インターフェース部１５７、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部１５１０、撮像装置１５４を有する。さらに撮像システムは、出力信号処理部１５５に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部１５１１を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システムは少なくとも撮像装置１５４と、撮像装置１５４から出力された出力信号を処理する出力信号処理部１５５とを有すればよい。また、図１３に示した撮像装置の構成の場合では、出力信号処理部１５５が焦点検出信号の処理を行う形態とすることができる。さらに出力信号処理部１５５がＤＳ´１＋ＤＳ´２信号から画像を形成する形態とすることができる。

以上のように、本実施例の撮像システムは、撮像装置１５４を適用して撮像動作を行うことが可能である。

７ 垂直信号線
８ 比較器
９ ランプ発生回路
１０ カウンタ制御部
１１ カウンタ
５０ アナログ信号出力部

Claims (17)

1. それぞれが入射光に基づいて信号電荷を生成する光電変換部を有する第１の画素と、前記第１の画素とは別の第２の画素と、を有する撮像装置であって、
   前記第１の画素は前記信号電荷に基づく第１の光電変換信号を出力し、
   前記第２の画素は前記信号電荷に基づく第２の光電変換信号を出力し、
   前記撮像装置がさらに、
   前記第１の光電変換信号と前記第２の光電変換信号との差に基づく第１のデジタル信号と、前記第１の光電変換信号と前記第２の光電変換信号との和に基づく第２のデジタル信号とを生成するアナログデジタル変換部を有する撮像装置。
2. 前記アナログデジタル変換部はさらに、前記第１の光電変換信号と時間に依存して電位が変化する参照信号とを比較した信号値を有する第１の比較結果信号を出力する第１の比較器と、前記第２の光電変換信号と前記参照信号とを比較した信号値を有する第２の比較結果信号を出力する第２の比較器とを有し、
   前記アナログデジタル変換部が、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号に基づいて前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号とを生成することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記アナログデジタル変換部がさらに、
   クロックパルスを計数した信号値を有するカウント信号を生成する、第１および第２のカウンタと、
   カウンタ制御部と、を有し、
   前記カウンタ制御部は、
   前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号のそれぞれの前記信号値が変化する順序に基づいて、前記カウント信号の前記信号値の増加と減少のいずれかを選択し、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に、前記クロックパルスの計数を前記第１のカウンタに行わせ、
   前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が同じ期間に前記クロックパルスの計数を行う第１の計数と、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に前記クロックパルスの計数を行う第２の計数と、によって前記第２のカウンタに前記カウント信号を生成させる動作を、単位期間あたりの前記クロックパルスの計数を前記第２の計数よりも前記第１の計数の方を大きくして行わせ、
   前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号がともに、前記第１の比較器の前記第１の光電変換信号と前記参照信号との比較と前記第２の比較器の前記第２の光電変換信号と前記参照信号との比較とをそれぞれ開始した時の信号値と異なる信号値の期間に、前記第１のカウンタと前記第２のカウンタの前記クロックパルスの計数を停止させて、前記第１のカウンタに前記第１のデジタル信号を生成させ、前記第２のカウンタに前記第２のデジタル信号を生成させることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記第１の画素と前記第２の画素の各々が、さらにノイズ信号を出力し、
   前記アナログデジタル変換部がさらに、
   クロックパルスを計数した信号値を有するカウント信号を生成する、第１、第２のカウンタと、
   カウンタ制御部と、
   符号判定部と、を有し、
   前記カウンタ制御部は、
   前記第１の比較器と前記第２の比較器が前記第１の画素と前記第２の画素のそれぞれが出力する前記ノイズ信号と前記参照信号とを比較する場合には、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に、前記カウント信号の前記信号値の増加と減少との一方によって前記クロックパルスの計数を前記第１のカウンタに行わせ、
   前記第１の比較器が前記第１の光電変換信号と前記参照信号とを比較し、前記第２の比較器が前記第２の光電変換信号と前記参照信号とを比較する場合には、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に、前記カウント信号の前記信号値の増加と減少との他方によって前記クロックパルスの計数を前記第１のカウンタに行わせ、
   前記第１の比較器が前記第１の光電変換信号と前記参照信号とを比較し、前記第２の比較器が前記第２の光電変換信号と前記参照信号とを比較する場合に、
   前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号との前記信号値が同じ期間に前記クロックパルスの計数を行う第１の計数と、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号との前記信号値が異なる期間に前記クロックパルスの計数を行う第２の計数と、によって前記第２のカウンタに前記カウント信号を生成させる動作を、単位期間あたりの前記クロックパルスの計数を前記第２の計数よりも前記第１の計数の方を大きくして行わせ、
   前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号がともに、前記第１の比較器の前記第１の光電変換信号と前記参照信号との比較と前記第２の比較器の前記第２の光電変換信号と前記参照信号との比較とをそれぞれ開始した時の信号値と異なる信号値の期間に、前記第１のカウンタと前記第２のカウンタの前記クロックパルスの計数を停止させて、前記第１のカウンタに前記第１のデジタル信号を生成させ、前記第２のカウンタに前記第２のデジタル信号を生成させ、
   前記符号判定部は、前記第１のデジタル信号の正負を、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値の変化する順序に基づいて判定することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
5. 前記符号判定部によって判定された前記第１のデジタル信号の正負の符号を保持する符号メモリを複数有し、
   前記符号メモリと前記第１のカウンタとが電気的に接続された回路部が複数設けられていることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記撮像装置がさらに反転増幅器を含み、
   前記第１の画素と前記第２の画素とが前記第１および第２の比較器にそれぞれ出力する信号が、前記反転増幅器によって増幅された信号であることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の撮像装置。
7. 前記カウンタ制御部が、前記第１の画素および前記第２の画素から、前記第１の比較器と前記第２の比較器のそれぞれに至る経路に設けられていることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の撮像装置。
8. 前記撮像装置はさらに、各々が複数の前記画素に光を集光するマイクロレンズを複数有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の撮像装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の撮像装置と、前記撮像装置から出力される信号を処理する出力信号処理部と、を有することを特徴とする撮像システム。
10. アナログデジタル変換部と、
    それぞれが入射光に基づいて信号電荷を生成する光電変換部を有する第１の画素と、前記第１の画素とは別の第２の画素と、
    を有する撮像装置の駆動方法であって、
    前記第１の画素は前記信号電荷に基づく第１の光電変換信号を出力し、
    前記第２の画素は前記信号電荷に基づく第２の光電変換信号を出力し、
    前記アナログデジタル変換部が、前記第１の光電変換信号と前記第２の光電変換信号との差に基づく第１のデジタル信号と、前記第１の光電変換信号と前記第２の光電変換信号との和に基づく第２のデジタル信号とを、生成することを特徴とする撮像装置の駆動方法。
11. 前記アナログデジタル変換部はさらに、前記第１の光電変換信号と時間に依存して電位が変化する参照信号とを比較した信号値を有する第１の比較結果信号を出力する第１の比較器と、前記第２の光電変換信号と前記参照信号とを比較した信号値を有する第２の比較結果信号を出力する第２の比較器とを有し、
    前記アナログデジタル変換部が、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号に基づいて前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号とを生成することを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置の駆動方法。
12. クロックパルスを計数した信号値を有するカウント信号を生成する、第１および第２のカウンタと、をさらに有する撮像装置の駆動方法であって、
    前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が変化する順序に基づいて、前記カウント信号の前記信号値の増加と減少のいずれかを選択し、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の信号値が異なる期間に、前記第１のカウンタが前記クロックパルスの計数を行い、
    前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が同じ期間に前記クロックパルスの計数を行う第１の計数と、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に前記クロックパルスの計数を行う第２の計数と、によって前記第２のカウンタが前記カウント信号を生成する動作を、単位期間あたりの前記クロックパルスの計数を前記第２の計数よりも前記第１の計数の方を大きくして行い、
    前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号がともに、前記第１の光電変換信号と前記参照信号との比較および前記第２の光電変換信号と前記参照信号との比較を開始した時の信号値と異なる信号値の期間に、前記第１のカウンタと前記第２のカウンタとが前記クロックパルスの計数を停止して、前記第１のカウンタが前記第１のデジタル信号を生成し、前記第２のカウンタが前記第２のデジタル信号を生成することを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置の駆動方法。
13. 前記第１の画素と前記第２の画素の各々が、さらにノイズ信号を出力し、
    前記アナログデジタル変換部がさらに、
    クロックパルスを計数した信号値を有するカウント信号を生成する、第１および第２のカウンタと、を有する撮像装置の駆動方法であって、
    前記第１の比較器と前記第２の比較器とが前記第１の画素と前記第２の画素のそれぞれが出力する前記ノイズ信号と前記参照信号とを比較する場合には、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号との前記信号値が異なる期間に、前記第１のカウンタが前記カウント信号の前記信号値の増加と減少の一方によって前記クロックパルスを計数し、
    前記第１の比較器が前記第１の光電変換信号と前記参照信号とを比較し、前記第２の比較器が前記第２の光電変換信号と前記参照信号とを比較する場合には、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の信号値が異なる期間に、前記第１のカウンタが前記カウント信号の前記信号値の増加と減少の他方によって前記クロックパルスを計数し、
    前記第１の比較器が前記第１の光電変換信号と前記参照信号とを比較し、前記第２の比較器が前記第２の光電変換信号と前記参照信号とを比較する場合に、
    前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が同じ期間に前記クロックパルスの計数を行う第１の計数と、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に前記クロックパルスの計数を行う第２の計数と、によって前記第２のカウンタが前記カウント信号を生成する動作を、単位期間あたりの前記クロックパルスの計数を前記第２の計数よりも前記第１の計数の方を大きくして行い、
    前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号がともに、前記第１の比較器の前記第１の光電変換信号と前記参照信号との比較と前記第２の比較器の前記第２の光電変換信号と前記参照信号との比較とをそれぞれ開始した時の信号値と異なる信号値の期間に、前記第１のカウンタと前記第２のカウンタとが前記クロックパルスの計数を停止して、前記第１のカウンタが前記第１のデジタル信号を生成し、前記第２のカウンタが前記第２のデジタル信号を生成し、
    前記第１のデジタル信号の正負を表す信号を、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が変化する順序に基づいて得ることを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置の駆動方法。
14. 前記撮像装置がさらに反転増幅器を含み、
    前記第１の画素と前記第２の画素とが前記第１および第２の比較器にそれぞれ出力する信号が、前記反転増幅器によって増幅された信号であることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の撮像装置の駆動方法。
15. それぞれが光電変換部を有し、光電変換部が生成する信号電荷に基づく光電変換信号を出力する複数の画素と、
    各々が複数の前記画素に光を集光するマイクロレンズの複数と、
    前記複数の画素の１つの第１の画素の前記光電変換信号と、時間に依存して電位が変化する参照信号とを比較した信号値を有する第１の比較結果信号を出力する第１の比較器と、
    前記第１の画素とは別の第２の画素の前記光電変換信号と、時間に依存して電位が変化する参照信号とを比較した信号値を有する第２の比較結果信号を出力する第２の比較器と、
    クロックパルスを計数した信号値を有するカウント信号を生成する、第１および第２のカウンタと、
    を有する撮像装置と、
    撮像装置が出力する信号を処理する出力信号処理部と、
    前記撮像装置に光を導く光学系と、
    を有する撮像システムの駆動方法であって、
    前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が変化する順序に基づいて、前記カウント信号の前記信号値の増加と減少のいずれかを選択し、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に、前記第１のカウンタが前記クロックパルスの計数を行い、
    前記第１の比較器が前記第１の画素の前記光電変換信号と前記参照信号とを比較し、前記第２の比較器が前記第２の画素の前記光電変換信号と前記参照信号とを比較する場合に、
    前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が同じ期間に前記クロックパルスの計数を行う第１の計数と、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に前記クロックパルスの計数を行う第２の計数と、によって前記第２のカウンタが前記カウント信号を生成する動作を、単位期間あたりの前記クロックパルスの計数を前記第２の計数よりも前記第１の計数の方を大きくして行い、
    前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号がともに、前記第１の比較器の前記第１の画素の前記光電変換信号と前記参照信号との比較と、前記第２の比較器が前記第２の画素の前記光電変換信号と前記参照信号との比較と、をそれぞれ開始した時の信号値と異なる信号値の期間に、前記第１のカウンタと前記第２のカウンタとが前記クロックパルスの計数を停止して、前記第１のカウンタが前記第１の画素の前記光電変換信号と前記第２の画素の前記光電変換信号との差に基づく第１のデジタル信号を生成し、前記第２のカウンタが前記第１の画素の前記光電変換信号と前記第２の画素の前記光電変換信号との和に基づく第２のデジタル信号を生成し、
    前記撮像装置が前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号とを前記出力信号処理部に出力し、
    前記出力信号処理部が、前記第１のデジタル信号に基づいて焦点検出を行い、前記第２のデジタル信号に基づいて画像を生成することを特徴とする撮像システムの駆動方法。
16. それぞれが光電変換部を有し、ノイズ信号と光電変換部が生成する信号電荷に基づく光電変換信号とを出力する複数の画素と、
    複数の前記画素に光を集光する１つのマイクロレンズの複数と、
    前記複数の画素の一つの第１の画素の前記ノイズ信号と前記光電変換信号の一方ずつと、時間に依存して電位が変化する参照信号とを比較した信号値を有する第１の比較結果信号を出力する第１の比較器と、
    前記第１の画素とは別の第２の画素の前記ノイズ信号と前記光電変換信号との一方ずつと、時間に依存して電位が変化する参照信号とを比較した信号値を有する第２の比較結果信号を出力する第２の比較器と、
    クロックパルスを計数した信号値を有するカウント信号を生成する、第１および第２のカウンタと、
    を有する撮像装置と、
    撮像装置が出力する信号を処理する出力信号処理部と、
    前記撮像装置に光を導く光学系と、
    を有する撮像システムの駆動方法であって、
    前記第１の比較器と前記第２の比較器とが前記ノイズ信号と前記参照信号とを比較する場合には、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に、前記第１のカウンタが前記カウント信号の前記信号値の増加と減少の一方によって前記クロックパルスを計数し、
    前記第１の比較器が前記第１の画素の前記光電変換信号と前記参照信号とを比較し、前記第２の比較器が前記第２の画素の前記光電変換信号と前記参照信号とを比較する場合には、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に、前記第１のカウンタが前記カウント信号の前記信号値の増加と減少の他方によって前記クロックパルスを計数し、
    前記第１の比較器が前記第１の画素の前記光電変換信号と前記参照信号とを比較し、前記第２の比較器が前記第２の画素の前記光電変換信号と前記参照信号とを比較する場合に、
    前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が同じ期間に前記クロックパルスの計数を行う第１の計数と、前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が異なる期間に前記クロックパルスの計数を行う第２の計数と、によって前記第２のカウンタが前記カウント信号を生成する動作を、単位期間あたりの前記クロックパルスの計数を前記第２の計数よりも前記第１の計数の方を大きくして行い、
    前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号がともに、前記第１の比較器の前記第１の画素の前記光電変換信号と前記参照信号との比較と前記第２の比較器の前記第２の画素の前記光電変換信号と前記参照信号との比較とをそれぞれ開始した時の信号値と異なる信号値の期間に、前記第１のカウンタと前記第２のカウンタとが前記クロックパルスの計数を停止して、前記第１のカウンタが前記第１の画素の前記光電変換信号と前記第２の画素の前記光電変換信号との差に基づく第１のデジタル信号を生成し、前記第２のカウンタが前記第１の画素の前記光電変換信号と前記第２の画素の前記光電変換信号との和に基づく第２のデジタル信号を生成し、
    前記第１の比較結果信号と前記第２の比較結果信号の前記信号値が変化するタイミングの違いに基づいて、前記第１のデジタル信号の正負を表す信号を得て、
    前記撮像装置が前記第１のデジタル信号と、前記第２のデジタル信号と、前記第１のデジタル信号の正負を表す前記信号と、を前記出力信号処理部に出力し、
    前記出力信号処理部が、前記第１のデジタル信号と前記第１のデジタル信号の正負を表す前記信号とに基づいて焦点検出を行い、前記第２のデジタル信号に基づいて画像を生成することを特徴とする撮像システムの駆動方法。
17. 前記撮像装置がさらに反転増幅器を含み、
    前記第１の画素と前記第２の画素とが前記第１および第２の比較器にそれぞれ出力する信号が、前記反転増幅器によって増幅された信号であることを特徴とする請求項１５または１６に記載の撮像システムの駆動方法。

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