JP2016134907A

JP2016134907A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2016134907A
Application number: JP2015010661A
Authority: JP
Inventors: 真也伊藤; Shinya Ito
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2016-07-25

Abstract

【課題】画素セルのサイズを縮小化することができる固体撮像装置を提供すること。
【解決手段】一つの実施形態によれば、固体撮像装置が提供される。固体撮像装置は、複数の光電変換部とフローティングディフュージョンと比較部とメモリとを備える。光電変換部は、入射する光を信号電荷に変換する。フローティングディフュージョンは、光電変換部毎に設けられ、光電変換部から転送される信号電荷を保持する。比較部は、電圧値が異なる複数種類の参照信号とフローティングディフュージョンに保持される信号電荷に応じた電圧信号とを順次比較する。メモリは、比較部による比較結果である２値情報を参照信号の電圧値が変化する毎に更新して記憶する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、固体撮像装置に関する。

従来、移動する物体の撮像画像に歪が生じることを防ぐため、画素アレイ内に配置された全ての画素セルを同時に露光させるグローバルシャッタ方式の固体撮像装置がある。

かかる固体撮像装置として、各画素セル内に撮像画像における各画素の輝度を示す情報を保持するメモリ素子を備え、各画素の輝度を示す情報を同時に読み出すことでグローバルシャッタを可能としたものがある。

しかし、かかる固体撮像装置は、各画素セル内に画素の輝度を示す情報を保持するメモリ素子が画素の諧調数を表現するビット数分必要となるため、画素セルのサイズを縮小化して、撮像領域により多くの画素セルを配列することが困難である。

特開２００４−１７２８４４号公報

一つの実施形態は、画素セルのサイズを縮小化することができる固体撮像装置を提供することを目的とする。

一つの実施形態によれば、固体撮像装置が提供される。固体撮像装置は、複数の光電変換部とフローティングディフュージョンと比較部とメモリとを備える。光電変換部は、入射する光を信号電荷に変換する。フローティングディフュージョンは、光電変換部毎に設けられ、光電変換部から転送される信号電荷を保持する。比較部は、電圧値が異なる複数種類の参照信号とフローティングディフュージョンに保持される信号電荷に応じた電圧信号とを順次比較する。メモリは、比較部による比較結果である２値情報を参照信号の電圧値が変化する毎に更新して記憶する。

図１は、実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、実施形態に係る固体撮像装置における画素セルの構成を示すブロック図である。図３は、実施形態に係る固体撮像装置における画素アレイの一例を示す図である。図４は、実施形態に係る各画素セルの電圧信号の電位と参照信号の電位とクロックとの関係の一例を示す説明図である。図５は、実施形態に係る画素アレイにおけるクロック毎の２値画像を示す説明図である。図６は、実施形態に係る画素アレイにおけるクロック毎の２値画像に基づいて撮像画像を生成する手順を示す説明図である。図７は、他の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図８は、他の実施形態に係るデータ量を減らす処理の一例を示す説明図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態に係る固体撮像装置について詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る固体撮像装置１の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、固体撮像装置１は、画素アレイ１０と、タイミング制御部１１と、参照電圧生成部１２と、行選択回路１３と、２値信号読み出し回路１４と、画像生成部１５とを備える。

画素アレイ１０は、図示しない撮像光学系からの光が入射する領域に設けられる。かかる画素アレイ１０は、撮像画像の１画素に対応する複数の画素セル２を備える。画素セル２は、水平方向（行方向）Ｘおよび垂直方向（列方向）Ｙへ２次元アレイ（行列）状に配置される。

各画素セル２は、全て同時に露光される所謂グローバルシャッタ方式によって撮像を行う。かかる各画素セル２は、入射した光を光電変換し、光電変換した信号電荷の電圧信号と外部から入力される参照信号との比較により得られた各画素の輝度を示す２値情報を順次出力する。なお、画素セル２の具体的な構成および各画素セル２における２値化動作については、図２〜図６を参照して後述する。

タイミング制御部１１は、画素アレイ１０に配置された各画素セル２、参照電圧生成部１２、および２値信号読み出し回路１４にそれぞれ接続される。かかるタイミング制御部１１は、各画素セル２、参照電圧生成部１２、および２値信号読み出し回路１４に対して各動作のタイミングの基準となる同期信号をクロックに基づいて出力する。

参照電圧生成部１２は、画素アレイ１０に配置された各画素セル２にそれぞれ接続される。かかる参照電圧生成部１２は、クロックに基づいて電圧値が段階的に上昇する参照信号を各画素セル２へ出力する。

行選択回路１３は、水平信号線Ｈｌｉｎによって水平方向Ｘに並ぶ各画素セル２にそれぞれ接続される。かかる行選択回路１３は、読み出し対象となる画素セル２を行単位で順次選択する選択信号を各画素セル２へ出力する。

２値信号読み出し回路１４は、垂直信号線Ｖｌｉｎによって垂直方向Ｙに並ぶ各画素セル２にそれぞれ接続される。また、２値信号読み出し回路１４は、画像生成部１５に接続される。かかる２値信号読み出し回路１４は、各画素セル２において電圧信号と参照信号とが比較された結果である画素の輝度を示す２値情報を行単位で順次読み出し、読み出した２値情報を画像生成部１５へ出力する。

画像生成部１５は、２値信号読み出し回路１４から順次入力される各画素セル２における２値情報に基づいてクロック毎の２値画像を生成し、かかる２値画像を時系列順に合成して濃淡を有する一つの撮像画像を生成する。

上述の実施形態に係る固体撮像装置１における各画素セル２は、電圧信号と参照信号との比較により得られた画素の輝度を示す０または１の２値のデジタル信号を保持する１ビットメモリを備える。かかる１ビットメモリは、クロックにより参照信号の電圧値が段階的に大きくなる毎に、比較結果である２値のデジタル信号を保持する。

ここで、一般的な固体撮像装置は、グローバルシャッタを可能とするために、各画素セル内に画素の輝度に対応する複数諧調のデジタル信号を保持するための複数ビットのメモリが必要となる。

したがって、かかる固体撮像装置は、各画素セル内におけるメモリの占有面積が大きいため、画素セルのサイズを縮小化して、撮像領域により多くの画素セルを配列することが困難である。

そこで、実施形態に係る固体撮像装置１は、上述のように各画素セル２内に、クロック毎に画素の輝度を示す０または１の２値のデジタル信号を保持する１ビットメモリを備えた。固体撮像装置１は、各画素セル２内に１ビットメモリを備えることで、各画素セル２から２値のデジタル信号を順次出力し、かかる２値のデジタル信号に基づいて諧調数分の２値画像を生成する。そして、固体撮像装置１は、これら２値画像を合成することで撮像画像を生成する。これによって、かかる固体撮像装置１は、画素セル２内におけるメモリの占有面積を小さくすることで画素セル２のサイズを縮小化することができる。

次に、図２を参照して、実施形態に係る画素セル２の具体的な構成について説明する。なお、固体撮像装置１の各画素セル２は同じ構成であるため、ここでは１つの画素セル２について説明する。

図２は、実施形態に係る固体撮像装置１における画素セル２の構成を示すブロック図である。図２に示すように、画素セル２は、光電変換部２０と、フローティングディフュージョン２１と、比較部２２と、１ビットメモリ２３と、スイッチ部２４とを備える。

光電変換部２０は、入射光量に応じた量の信号電荷を発生するフォトダイオードを備える。フローティングディフュージョン２１は、フォトダイオードから転送される信号電荷を一時的に保持する。

比較部２２は、フローティングディフュージョン２１から入力されるフローティングディフュージョン２１の電位に応じた電圧信号と、参照電圧生成部１２から入力される参照信号とを比較する。具体的には、比較部２２は、フローティングディフュージョン２１の電位に応じた電圧信号とクロックのカウントに応じて電圧値が段階的に上昇する参照信号とを参照信号の電圧値が大きくなる毎に比較する。そして、比較部２２は、電圧信号と参照信号との比較により得られた画素の輝度を示す０または１の２値のデジタル信号を順次出力する。

この例では、比較部２２は、電圧信号が参照信号よりも高い場合に「０」の２値のデジタル信号を出力し、電圧信号が参照信号よりも低い場合に「１」の２値のデジタル信号を出力する。また、比較結果における画素の輝度は、電圧信号が参照信号よりも高ければ暗く、電圧信号が参照信号よりも低ければ明るい。

１ビットメモリ２３は、例えば、ラッチ回路であり、比較部２２から順次出力される１ビットである２値のデジタル信号を、タイミング制御部１１から出力される同期信号に基づいて保持する。すなわち、１ビットメモリ２３は、比較部２２からあるタイミングで出力された２値のデジタル信号を、比較部２２から次のタイミングで新たな２値のデジタル信号が出力されるまで保持する。

スイッチ部２４は、行選択回路１３から選択信号が入力されるとオンになる。これにより、１ビットメモリ２３は、保持している２値のデジタル信号を２値信号読み出し回路１４へ出力する。また、スイッチ部２４への選択信号の入力は、同期信号に基づいてクロックにより参照信号の電圧値が大きくなる毎に行われる。

上述の実施形態に係る画素セル２は、比較部２２において参照信号の電圧値が段階的に上昇する毎に、電圧信号と参照信号との比較によって電圧信号が参照信号よりも高いか低いか、つまり、画素の輝度が暗いか明るいかの２値情報を出力する。そして、画素セル２における１ビットメモリ２３は、クロック毎に比較結果である２値情報を保持し、クロックに応じてスイッチ部２４に選択信号が入力されることで、保持した２値情報を出力する。

このように、各画素セル２は、電圧信号と参照信号との比較結果である２値情報を順次出力する。したがって、各画素セル２は、画素の輝度に対応する複数諧調の多値の情報をメモリに保持する必要がないため、つまり、複数ビットを記憶するメモリを必要としないため、画素セル２内におけるメモリの占有面積を小さくすることができる。

こうして、上述の実施形態に係る固体撮像装置１は、各画素セル２から順次出力される２値情報に基づいて画素アレイ１０におけるクロック毎の２値画像を生成し、かかる２値画像を時系列順に合成して濃淡を有する一つの撮像画像を生成する。

次に、図３から図６を参照して実施形態に係る固体撮像装置１において２値情報の出力から撮像画像の生成までの動作についてより詳細に説明する。図３は、実施形態に係る固体撮像装置１における画素アレイ１０の一例を示す図である。図４は、実施形態に係る各画素セル２の電圧信号の電位と参照信号の電位とクロックとの関係の一例を示す説明図である。図５は、実施形態に係る画素アレイ１０におけるクロック毎の２値画像を示す説明図である。図６は、実施形態に係る画素アレイ１０におけるクロック毎の２値画像に基づいて撮像画像を生成する手順を示す説明図である。

図３に示す画素アレイ１０では、固体撮像装置１の動作の理解を容易にするために、３行３列の９個の画素セル２が配置された様子を示しているが、実際には数百万個の画素セル２が配置される。なお、同図に示す９個の画素セル２は、画素のアドレス位置を（行，列）により表示する。例えば、１行１列目の画素セル２は（１，１）とし、２行３列目の画素セル２は（２，３）とし、３行３列目の画素セル２は（３，３）として表示する。

実施形態に係る固体撮像装置１は、画素アレイ１０に配置される画素セル２の露光が、グローバルシャッタ方式によって行われる。つまり、図３に示す各画素セル２は、露光開始のタイミングと露光期間とが同一である。

各画素セル２では、露光によって光電変換部２０に入射光量に応じた量の信号電荷が発生する。この例では、信号電荷の発生量が一番多い画素セル２は、画素セル２（１，１）と画素セル２（３，３）であり、この組は信号電荷の発生量も同じである。次に信号電荷の発生量が多い画素セル２は、画素セル２（１，２）と画素セル２（３，２）であり、この組は信号電荷の発生量も同じである。次に信号電荷の発生量が多い画素セル２は、画素セル２（３，１）である。次に信号電荷の発生量が多い画素セル２は、画素セル２（２，１）と画素セル２（２，３）であり、この組は信号電荷の発生量も同じである。次に信号電荷の発生量が多い画素セル２は、画素セル２（１，３）と画素セル２（２，２）であり、この組は信号電荷の発生量も同じである。

次に、図４を参照しながら上記した９個の画素セル２における電圧信号と、かかる電圧信号を比較するための基準となる参照信号について説明する。図４に示すように、電圧信号Ｖｓｉｇ（１，１）は画素セル２（１，１）についての電圧波形であり、その他の電圧信号Ｖｓｉｇについても上記した表示に対応させた各画素セル２についての電圧波形である。同図に示すように、電圧信号Ｖｓｉｇの電圧波形は、光電変換部２０で発生する信号電荷量が多いほど、つまり、入射光量が多いほど波形の落ち込みが大きくなる。この例では、画素セル２（１，１）および画素セル２（３，３）が信号電荷の発生量が一番多いので、電圧信号Ｖｓｉｇ（１，１）および電圧信号Ｖｓｉｇ（３，３）の電圧波形の落ち込みが一番大きい。

また、図４に示すように、参照信号Ｖｒｅｆの電圧波形は、１クロック毎に一定の電圧値分だけ段階的に上昇する。この例では、参照信号Ｖｒｅｆは、全１２回のクロックで全ての電圧信号Ｖｓｉｇ（１，１）〜Ｖｓｉｇ（３，３）の電位を越えて段階的な上昇を終えている。なお、参照信号Ｖｒｅｆの電圧波形は、複数クロック毎に一定の電圧値分だけ段階的に上昇してもよい。

また、１クロックの時間間隔Δｔは、この例では２値信号読み出し回路１４が９個の画素セル２から２値のデジタル信号を全て読み出すまでに掛かる時間分だけ空いている。このため、全画素セル２は、電圧値が同じ参照信号Ｖｒｅｆで電圧信号Ｖｓｉｇとの比較を行うことができる。

次に、図４および図５を参照しながら上記した９個の画素セル２における全１２回のクロックについての電圧信号Ｖｓｉｇ（１，１）〜Ｖｓｉｇ（３，３）と参照信号Ｖｒｅｆとの比較について説明する。なお、以下では、図４に示す時刻ｔ１〜ｔ６の各クロックにおける電圧信号Ｖｓｉｇ（１，１）〜Ｖｓｉｇ（３，３）と参照信号Ｖｒｅｆとの比較について説明する。

また、この例では、比較部２２は、電圧信号Ｖｓｉｇ（１，１）〜Ｖｓｉｇ（３，３）が参照信号Ｖｒｅｆよりも高い場合に２値のデジタル信号として「０」を論理値として出力する。また、比較部２２は、電圧信号Ｖｓｉｇ（１，１）〜Ｖｓｉｇ（３，３）が参照信号Ｖｒｅｆよりも低い場合に２値のデジタル信号として「１」を論理値として出力する。なお、比較部２２は、電圧信号Ｖｓｉｇ（１，１）〜Ｖｓｉｇ（３，３）と参照信号Ｖｒｅｆとの高さ位置が同じ場合には２値のデジタル信号として「１」を論理値として出力する。また、図５では、「０」が出力された画素セル２（１，１）〜画素セル２（３，３）については黒色を表示するものとし、「１」が出力された画素セル２（１，１）〜画素セル２（３，３）については白色を表示するものとする。

図４に示すように、先ず、１クロック目である時刻ｔ１では、全ての電圧信号Ｖｓｉｇ（１，１）〜Ｖｓｉｇ（３，３）は参照信号Ｖｒｅｆに対して高い位置にある。したがって、全ての画素セル２（１，１）〜画素セル２（３，３）は、比較部２２による比較結果が「０」である。このため、図５（ａ）に示すように、画素セル２（１，１）〜画素セル２（３，３）における２値画像では、すべての画素セル２（１，１）〜画素セル２（３，３）が黒色となる。

次に、４クロック目である時刻ｔ２では、電圧信号Ｖｓｉｇ（１，１）および電圧信号Ｖｓｉｇ（３，３）は参照信号Ｖｒｅｆに対して低い位置にある。したがって、画素セル２（１，１）および画素セル２（３，３）は、比較部２２による比較結果が「１」である。このため、図５（ｂ）に示すように、画素セル２（１，１）〜画素セル２（３，３）における２値画像では、画素セル２（１，１）および画素セル２（３，３）が白色となる。その他の画素セル２（１，２）〜画素セル２（３，２）については、比較部２２による比較結果が「０」であるため、黒色となる。

６クロック目である時刻ｔ３では、電圧信号Ｖｓｉｇ（１，２）および電圧信号Ｖｓｉｇ（３，２）は参照信号Ｖｒｅｆに対して低い位置にある。したがって、画素セル２（１，２）および画素セル２（３，２）は、比較部２２による比較結果が「１」である。このため、図５（ｃ）に示すように、画素セル２（１，１）〜画素セル２（３，３）における２値画像では、画素セル２（１，２）および画素セル２（３，２）が白色となる。その他の画素セル２（１，３）〜画素セル２（３，１）については、比較部２２による比較結果が「０」であるため、黒色となる。

また、画素セル２（１，１）および画素セル２（３，３）については、時刻ｔ２においてすでに反転しているが、時刻ｔ３においても電圧信号Ｖｓｉｇ（１，１）および電圧信号Ｖｓｉｇ（３，３）と再度参照信号Ｖｒｅｆとの高低関係が比較される。そして、画素セル２（１，１）および画素セル２（３，３）は、比較部２２による比較結果が「１」である。このため、図５（ｃ）に示すように、画素セル２（１，１）および画素セル２（３，３）における２値画像では、画素セル２（１，１）および画素セル２（３，３）が白色となる。

また、７クロック目である時刻ｔ４および９クロック目である時刻ｔ５についても、上記のように、同様にして電圧信号Ｖｓｉｇ（１，１）〜Ｖｓｉｇ（３，３）と参照信号Ｖｒｅｆとの高低関係が比較される。その比較結果の２値画像は、図５（ｄ）および図５（ｅ）に示す通りである。

そして、アップカウントが終了する１２クロック目である時刻ｔ６では、全ての電圧信号Ｖｓｉｇ（１，１）〜Ｖｓｉｇ（３，３）は参照信号Ｖｒｅｆに対して低い位置にある。したがって、全ての画素セル２（１，１）〜画素セル２（３，３）は、比較部２２による比較結果が「１」である。このため、図５（ｆ）に示すように、画素セル２（１，１）〜画素セル２（３，３）における２値画像では、すべての画素セル２（１，１）〜画素セル２（３，３）が白色となる。

このようにして、９個の画素セル２における比較部２２は、全１２回のクロックにおいて電圧信号Ｖｓｉｇ（１，１）〜Ｖｓｉｇ（３，３）と参照信号Ｖｒｅｆとの比較を行う。そして、かかる比較部２２は、この比較結果に基づいて０または１の２値のデジタル信号を１クロック毎に１ビットメモリ２３へ出力する。

そして、２値信号読み出し回路１４は、９個の画素セル２から２値のデジタル信号を読み出し、各画素セル２のアドレス位置を示す（行、列）に対応させて時系列順に保存し、さらに、保存した２値のデジタル信号を画像生成部１５へ出力する。

その後、画像生成部１５は、各画素セル２のアドレス位置（１，１）〜（３，３）に対応させて保存した２値のデジタル信号に基づいて全１２回のクロック毎について２値画像をそれぞれ生成する。

画像生成部１５は、図６（ａ）に示すように、全１２回のクロック毎について生成した２値画像を、１クロック目から１２クロック目まで順次重ね合わせる。そして、画像生成部１５は、図６（ｂ）に示すように、重ね合わせた２値画像から濃淡のある一つの撮像画像を生成する。これにより、固体撮像装置１は、画素セル２（１，１）〜画素セル２（３，３）に、この例では１２諧調で表現した濃淡を有する画像を撮像する。

なお、この実施形態では、アップカウントの終了までのクロックの数を１２回としているが、クロックの数を増やすことで、画素セル２（１，１）〜画素セル２（３，３）に表示される画像を高精細にすることができる。例えば、クロックの数を２５６回にすれば、全２５６回のクロック毎について２値画像が生成される。これにより、画素セル２（１，１）〜画素セル２（３，３）には、２５６諧調で表現した濃淡を有する画像が表示される。

上述の実施形態に係る固体撮像装置１は、各画素セル２に光電変換部２０とフローティングディフュージョン２１と比較部２２と１ビットメモリ２３とを備える。各画素セル２は、上記のようにして比較部２２から０または１の２値のデジタル信号をクロック毎に出力し、１ビットメモリ２３において出力された２値のデジタル信号を次の２値のデジタル信号が出力されるまで保持する。

これにより、各画素セル２は、画素の輝度に対応する複数諧調のデジタル信号をメモリにすべて保持しておく必要がないため、画素セル２内におけるメモリの占有面積を小さくすることができる。

したがって、かかる固体撮像装置１は、画素セル２のサイズが複数ビットの情報を保持する画素セルに比べて小さいので、画素アレイ１０に従来に比べてより多くの画素セル２を配列することができ、撮像画像の画質を向上させることができる。

次に、図７を参照して他の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。かかる固体撮像装置は、読み出された２値情報の論理値に基づいて画像生成部１５へ出力する２値情報を選択する処理を行う情報選択部を備える。これにより、固体撮像装置は、２値信号読み出し回路１４から画像生成部１５へ送るデータ量を低減する。具体的には、固体撮像装置は、情報選択部において画像生成部１５へ受け渡す０または１の２値のデジタル信号のデータ量を減らす処理を行う。

図７は、他の実施形態に係る固体撮像装置１ａの概略構成を示すブロック図である。なお、図７に示す構成要素のうち、図１に示す構成要素と同様の機能を有する構成要素については、図１に示す符号と同一の符号を付すことにより、その説明を省略する。

図７に示すように、固体撮像装置１ａは、２値信号読み出し回路１４において保存された２値のデジタル信号を画像生成部１５に受け渡す際に、２値のデジタル信号のデータ量を減らす処理を行う情報選択部１６を備える。

かかる処理について、具体的に図８を参照しながら説明する。図８は、他の実施形態に係るデータ量を減らす処理の一例を示す説明図である。なお、図８は、上記した９個の画素セル２において全１２回のクロック毎に読み出された２値のデジタル信号を示している。

図８に示すように、先ず、１クロック目から３クロック目までは、画素セル２（１，１）〜画素セル２（３，３）における電圧信号Ｖｓｉｇ（１，１）〜Ｖｓｉｇ（３，３）と参照信号Ｖｒｅｆとの比較結果が「０」である。したがって、情報選択部１６は、画素アドレス位置に対応させた（０，０，０，０，０，０，０，０，０）の９アドレス分の２値のデジタル信号を画像生成部１５に受け渡す。

次に、４クロック目では、画素セル２（１，１）および画素セル２（３，３）における電圧信号Ｖｓｉｇ（１，１）、Ｖｓｉｇ（３，３）と参照信号Ｖｒｅｆとの比較結果が「１」である。その他の画素セル２（１，２）〜画素セル２（３，２）は、比較結果が「０」である。したがって、情報選択部１６は、画素アドレス位置に対応させた（１，０，０，０，０，０，０，０，１）の９アドレス分の２値のデジタル信号を画像生成部１５に受け渡す。

続いて、５クロック目では、画素セル２（１，１）および画素セル２（３，３）に加えて、画素セル２（１，２）および画素セル２（３，２）における電圧信号Ｖｓｉｇ（１，２）、Ｖｓｉｇ（３，２）と参照信号Ｖｒｅｆとの比較結果が「１」である。その他の画素セル２（１，３）〜画素セル２（３，１）は、比較結果が「０」である。

ここで、データ量を減らす処理が実施されない場合であれば、画素アドレス位置に対応させた（１，１，０，０，０，０，０，１，１）の９アドレス分の２値のデジタル信号が画像生成部１５に受け渡される。しかし、画像生成部１５では、すでに、４クロック目において画素セル２（１，１）および画素セル２（３，３）の比較結果が「１」であることを記憶している。つまり、画像生成部１５は、４クロック目以降において画素セル２（１，１）および画素セル２（３，３）の比較結果を「１」として記憶し続ける。

したがって、情報選択部１６は、画素セル２（１，１）および画素セル２（３，３）を読み飛ばして画素セル２（１，２）〜画素セル２（３，２）に対応させた（１，０，０，０，０，０，１）の７アドレス分の２値のデジタル信号を画素生成回路１５に受け渡す。つまり、情報選択部１６は、（１，１，０，０，０，０，０，１，１）の９アドレス分の２値のデジタル信号を（１，０，０，０，０，０，１）の７アドレス分の２値のデジタル信号にデータ量を減らす処理を行う。

そして、６クロック目においては、情報選択部１６は、すでに画像生成部１５において比較結果を「１」として記憶している画素セル２（１，１）、画素セル２（１，２）、画素セル２（３，２）、および画素セル２（３，３）を読み飛ばす。これにより、情報選択部１６は、画素セル２（１，３）〜画素セル２（３，１）に対応させた（０，０，０，０，０）の５アドレス分の２値のデジタル信号を画像生成部１５に受け渡す。

情報選択部１６は、上記のように同様の処理を行うことによって、７クロック目では５アドレス分、８クロック目および９クロック目では４アドレス分、１０クロック目では２アドレス分の２値のデジタル信号を画像生成部１５に受け渡す。

また、情報選択部１６は、１１クロック目および１２クロック目では、画像生成部１５が１０クロック目で９個の画素セル２の比較結果が「１」であることを記憶しているため、２値のデジタル信号の受け渡し動作を終了する。

このように、情報選択部１６は、画素セル２（１，１）〜画素セル２（３，３）において、あるクロックで「１」の２値のデジタル信号を画像生成部１５へ受け渡した場合、次のクロックで受け渡した「１」の２値のデジタル信号を間引く処理を行う。

一方、画像生成部１５は、情報選択部１６から入力される２値のデジタル信号と、記憶している反転済みの２値のデジタル情報とに基づいて、クロック毎の２値画像を生成する。

これにより、かかる固体撮像装置１ａは、画像生成部１６への２値のデジタル信号の受け渡し速度を向上させることができ、信号の受け渡しに掛かる消費電力の増大を抑制することができる。

なお、上述の実施形態に係る固体撮像装置１，１ａは、白黒画像およびカラー画像に対して適用可能である。カラー画像に適用した場合は、赤、青、緑のカラーフィルターによって各色に対応する波長領域の光がフォトダイオードに入射されるため、各画素において各色に対応する２値のデジタル信号が出力されることになる。

また、上述の実施形態に係る固体撮像装置１，１ａは、参照電圧生成部１２から出力される参照信号がクロックのカウントに応じて電圧値が段階的に上昇しているが、参照信号の電圧波形はこれに限られない。参照信号は、例えば、クロックのカウントに応じて電圧値が段階的に下降する電圧波形であってもよい。かかる参照信号を用いた場合には、信号電荷の発生量が少ない画素セルから順番に２値情報の反転結果が得られる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１固体撮像装置、１０画素アレイ、１１タイミング制御部、１２参照電圧生成部、１３行選択回路、１４２値信号読み出し回路、１５画像生成部、１６情報選択部、２画素セル、２０光電変換部、２１フローティングディフュージョン、２２比較部、２３１ビットメモリ、２４スイッチ部、Ｘ水平方向、Ｙ垂直方向、Ｈｌｉｎ水平信号線、Ｖｌｉｎ垂直信号線、Ｖｒｅｆ参照信号、Ｖｓｉｇ電圧信号

Claims

入射する光を信号電荷に変換する複数の光電変換部と、
前記光電変換部毎に設けられ、前記光電変換部から転送される前記信号電荷を保持するフローティングディフュージョンと、
電圧値が異なる複数種類の参照信号と前記フローティングディフュージョンに保持される前記信号電荷に応じた電圧信号とを順次比較する比較部と、
前記比較部による比較結果である２値情報を前記参照信号の電圧値が変化する毎に更新して記憶するメモリと
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
前記メモリに記憶される前記２値情報に基づいて、前記参照信号の電圧値に対応した複数の２値画像を生成し、前記複数の２値画像を合成して撮像画像を生成する画像生成部
を備えることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
複数の前記メモリから前記２値情報を順次読み出し、前記２値情報の論理値が反転するまで、当該２値情報を前記画像生成部へ順次出力し、以降、前記複数のメモリのうち、前記論理値が反転済みの前記２値情報を記憶するメモリを除くメモリから読み出した前記２値情報を選択的に前記画像生成部へ出力する情報選択部
を備え、
前記画像生成部は、
前記情報選択部から入力される前記２値情報と前記論理値が反転済みの前記２値情報とに基づいて、前記２値画像を生成する
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
電圧値が段階的に変化する前記参照信号を生成して前記比較部へ出力する参照電圧生成部
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の固体撮像装置。
前記参照電圧生成部は、
全ての前記メモリに記憶される前記２値情報の論理値が反転するまで、電圧値が段階的に上昇する前記参照信号を生成する
ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。