JP5316611B2 - 固体撮像装置、撮像装置、ａｄ変換ゲイン調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置、撮像装置、ＡＤ変換ゲイン調整方法に関する。

たとえば、映像機器の分野では、物理量のうちの光（電磁波の一例）を検知するＣＣＤ（Charge Coupled Device ）型あるいはＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor ）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-oxide Semiconductor ）型の固体撮像装置が使われている。これらは、単位構成要素（固体撮像装置にあっては画素）によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読み出す。

また、電荷生成部で生成された信号電荷に応じた画素信号を生成する画素信号生成部に増幅用の駆動トランジスタを有する増幅型固体撮像素子（ＡＰＳ；Active Pixel Sensor ／ゲインセルともいわれる）構成の画素を備えた増幅型固体撮像装置がある。たとえば、ＣＭＯＳ型固体撮像装置の多くはそのような構成をなしている。

たとえば、単位画素がマトリクス状に配されたＸ−Ｙアドレス型固体撮像素子では、画素そのものに増幅機能を持たせるために、ＭＯＳ構造などの能動素子（ＭＯＳトランジスタ）を用いて画素を構成している。すなわち、光電変換素子であるフォトダイオードに蓄積された信号電荷（光電子）を前記能動素子で増幅し、画像情報として読み出す。たとえば、画素トランジスタが２次元行列状に多数配列されて画素部が構成され、行ごとあるいは画素ごとに入射光に対応する信号電荷の蓄積が開始され、その蓄積された信号電荷に基づく電流または電圧の信号がアドレス指定によって各画素から順に読み出される。

ＭＯＳ（ＣＭＯＳを含む）型においては、アドレス制御の一例として、１行分の全画素を同時にアクセスして行単位で画素信号を画素部から読み出すカラム読出方式（列並列出力方式）が多く用いられている。画素部から読み出された１行分のアナログの画素信号は、アナログ−デジタル変換装置（ＡＤ変換装置／ＡＤＣ：Analog Digital Converter）にてデジタルデータに変換することがあり、種々のＡＤ変換の仕組みが提案されている。

ＡＤ変換方式としては、回路規模や処理速度（高速化）や分解能などの観点から様々な方式が考えられているが、たとえば、参照信号比較型のＡＤ変換方式がある（特許文献１，２を参照）。参照信号比較型はスロープ積分型やランプ信号比較型などとも称される。

参照信号比較型のＡＤ変換方式では、デジタルデータに変換するための電圧比較用に、漸次値の変化する参照信号（ランプ波）を使用する。そして、アナログの単位信号と参照信号を比較するとともに、比較処理結果に基づくカウント動作有効期間にカウント処理を行なうことで得られるカウント値に基づいて単位信号のデジタルデータを取得する。参照信号比較型のＡＤ変換方式と前述のカラム読出方式を組み合わせた方式（カラムＡＤ方式と称する）にすることで、画素からのアナログ出力を列並列に低帯域でＡＤ変換ができ、高画質と高速を両立するイメージセンサに適しているといえる。

特開２００７−６０６７１号公報 特開２００７−６００８０号公報

しかしながら、特許文献１，２に記載の仕組みでは、カラー画像撮像時の色調整の対応のために、色別に傾きの異なる参照信号を生成して供給する個別の回路構成が必要であり、回路規模の増大が問題となる。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、回路規模増大の問題を緩和しつつ各単位画素の出力振幅特性差を補正するべく、ＡＤ変換時にゲイン調整を行なうことができる仕組みを提案することを目的とする。

本発明の第１の観点に係る固体撮像装置は、複数の単位画素が行列状に配置され、前記複数の単位画素の各々に対応するように行列状に配置された異なる感度特性を持った複数種類のフィルタを有する画素部と、前記画素部から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部のゲインを調整するゲイン調整部と、を備え、前記ゲイン調整部は、前記ＡＤ変換部のカウントクロックの周波数を調整することにより、前記フィルタの感度特性に応じて複数の単位画素の間で前記ゲインを調整し、前記ＡＤ変換部は、参照信号を生成する参照信号生成部と、前記画素部から出力されるアナログ信号と前記参照信号を比較する比較部と、前記比較部の比較期間にカウント動作を行なうカウンタ部と、を有し、前記ゲイン調整部により調整された前記ゲインにより、前記カウンタ部の出力データに基づき、前記画素部から出力される複数の単位画素のアナログ信号をデジタル信号に変換する。

本発明の第２の観点に係る撮像装置は、複数の単位画素が行列状に配置され、前記複数の単位画素の各々に対応するように行列状に配置された異なる感度特性を持った複数種類のフィルタを有する画素部と、前記画素部から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部のゲインを調整するゲイン調整部と、を備え、前記ゲイン調整部は、前記ＡＤ変換部のカウントクロックの周波数を調整することにより、前記フィルタの感度特性に応じて複数の単位画素の間で前記ゲインを調整し、前記ＡＤ変換部は、参照信号を生成する参照信号生成部と、前記画素部から出力されるアナログ信号と前記参照信号を比較する比較部と、前記比較部の比較期間にカウント動作を行なうカウンタ部と、を有し、前記ゲイン調整部により調整された前記ゲインにより、前記カウンタ部の出力データに基づき、前記画素部から出力される複数の単位画素のアナログ信号をデジタル信号に変換する。

本発明の第３の観点に係るＡＤ変換ゲイン調整方法は、複数の単位画素が行列状に配置され、前記複数の単位画素の各々に対応するように行列状に配置された異なる感度特性を持った複数種類のフィルタを有する画素部と、参照信号を生成し、前記画素部から出力されるアナログ信号と前記参照信号を比較し、該比較の期間にカウントクロックに対しカウント動作を行ない、該カウント動作で得られたデータに基づき、前記画素部から出力される複数の単位画素のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部のゲインを調整するゲイン調整部とを備える撮像装置のＡＤ変換ゲイン調整方法であって、前記ゲイン調整部が、前記カウントクロックの周波数を調整することにより、前記フィルタの感度特性に応じて複数の単位画素間で前記ゲインを調整する。

本発明の一形態では、回路規模増大の問題を緩和しつつ各単位画素の出力振幅特性差を補正するべく、ＡＤ変換ゲイン調整を各別に行なうことができる。

ＣＭＯＳ型の固体撮像装置の第１実施形態の概略構成図である。 第１実施形態の固体撮像装置に使用される参照信号生成部のＤＡ変換部の構成例を示す図である。 参照信号比較型のＡＤ変換処理でのＡＤ変換ゲインを説明する図である。 ＡＤ変換処理とＣＤＳ処理に着目した第１実施形態の固体撮像装置の簡易的な回路構成図である。 第１実施形態の固体撮像装置におけるＡＤ変換処理を説明するタイミングチャートである。 第１実施形態の固体撮像装置のＡＤ変換ゲイン調整に着目したＡＤ変換処理を説明するタイミングチャートである。 第１実施形態の固体撮像装置における第１例のホワイトバランス調整動作に着目したＡＤ変換処理を説明するタイミングチャートである。 第１実施形態の固体撮像装置における第２例のホワイトバランス調整動作に着目したＡＤ変換処理を説明するタイミングチャートである。 第１実施形態の第３例で適用される色分離フィルタの色配列を説明する図である。 第１実施形態の固体撮像装置における第３例のホワイトバランス調整動作に着目したＡＤ変換処理を説明するタイミングチャートである。 ＣＭＯＳ型の固体撮像装置の第２実施形態の概略構成図である。 第２実施形態の固体撮像装置におけるホワイトバランス調整動作に着目したＡＤ変換処理を説明するタイミングチャートである。 ＣＭＯＳ型の固体撮像装置の第３実施形態の概略構成図である。 第３実施形態の固体撮像装置におけるホワイトバランス調整動作に着目したＡＤ変換処理を説明するタイミングチャートである。 ＣＭＯＳ型の固体撮像装置の第４実施形態の概略構成図である。 第４実施形態の固体撮像装置を構成する単位画素群の各構成要素の配置レイアウト例を示す図である。 単位画素群の回路構成例と、駆動部と駆動制御線と画素トランジスタの接続態様を示す図である。 図７〜図７Ｂに示した画素共有構造を持つ固体撮像装置におけるカラー撮像について説明する図である。 第４実施形態の固体撮像装置におけるＡＤ変換ゲイン調整動作に着目したＡＤ変換処理を説明するタイミングチャートである。 撮像装置（第５実施形態）の概略構成図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。各機能要素について実施形態別に区別する際は、Ａ，Ｂ，Ｃ，…のように大文字の英語の参照子を付して記載し、区別しないで説明する際は参照子を割愛して記載する。図面においても同様である。

以下においては、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置をデバイスとして使用した場合を例に説明する。特に断りのない限り、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置は、全ての単位画素がｎＭＯＳ（ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタ）よりなり、信号電荷は負電荷（電子）であるものとして説明する。ただしこれは一例であって、対象となるデバイスはＭＯＳ型の固体撮像装置に限らないし、単位画素がｐＭＯＳ（ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタ）で構成されていてもよいし、信号電荷は正電荷（正孔・ホール）であってもよい。

説明は以下の順序で行なう。
１．固体撮像装置の第１実施形態（参照信号の傾き調整でゲイン調整／ＡＤ変換部が色分離フィルタ配列ごと）
２．固体撮像装置の第２実施形態（参照信号の傾き調整でゲイン調整／ＡＤ変換部が単位画素ごと）
３．固体撮像装置の第３実施形態（ＡＤ変換用のクロック周波数調整でゲイン調整）
４．固体撮像装置の第４実施形態（参照信号の傾き調整でゲイン調整／ＡＤ変換部が単位画素群ごと）
５．撮像装置（第５実施形態）

＜１．固体撮像装置の第１実施形態＞
図１は、本発明に係る固体撮像装置の一実施形態であるＣＭＯＳ型の固体撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサ）の第１実施形態の概略構成図である。

第１実施形態の固体撮像装置１Ａは、複数個の単位画素３が２次元マトリクス状に配列された画素部１０を有し、この画素部１０をカラー撮像対応にしている。すなわち、画素部１０における各電荷生成部の電磁波（本例では光）が入射される受光面には、カラー画像を撮像するための複数色の色フィルタの組合せからなる色分解フィルタの何れかの色フィルタが設けられている。

図示した例は、ベイヤー（Ｂａｙｅｒ）配列の基本形のカラーフィルタを用いており、正方格子状に配された単位画素３がＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３色カラーフィルタに対応するように、色分離フィルタの繰返単位が２×２画素で配されて画素部１０を構成している。行方向において、Ｒと隣接するＧをGr、Ｂと隣接するＧをGb、と記載する。

奇数行奇数列には第１のカラー（赤；Ｒ）を感知するための第１のカラー画素を配し、奇数行偶数列には第２のカラー（緑；Gr）を感知するための第２のカラー画素を配する。さらに、偶数行奇数列には第３のカラー（緑；Gb）を感知するための第３のカラー画素を配し、偶数行偶数列には第４のカラー（青；Ｂ）を感知するための第４のカラー画素を配している。第２のカラー（緑；Gr）と第３のカラー（緑；Gb）は、何れもＧ色で同じである。これにより、第１実施形態の固体撮像装置１Ａは、行ごとに異なったＲ／Gr、またはGb／Ｂの２色のカラー画素が市松模様状に配置されることで、画素部１０をカラー撮像対応にしている。このようなベイヤー配列の基本形のカラーフィルタの色配列は、行方向および列方向の何れについても、Ｒ／GrまたはGb／Ｂの２色が２つごとに繰り返される。

図１では、簡単のため行および列の一部を省略して示しているが、現実には、各行や各列には、数十から数千の単位画素３が配置される。後述するように、単位画素３は検知部の一例である受光素子（電荷生成部）としてのフォトダイオードの他にたとえば、電荷転送用やリセット用や増幅用などの３個あるいは４個のトランジスタを有する画素内アンプを有する。単位画素３からは画素信号電圧Ｖｘが出力される。

垂直信号線１９の画素信号電圧Ｖｘは、時間系列として、基準レベルとしての画素信号の雑音を含むリセットレベルＳrst （リセット成分Ｖrst を表わす）の後に信号レベルＳsig が現れるものである。信号レベルＳsig はリセットレベルＳrst に信号成分Ｖsig を加えたレベルで、Ｓsig （＝Ｓrst ＋Ｖsig ）−Ｓrst で信号成分Ｖsig が得られる。

固体撮像装置１Ａはさらに、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling；相関２重サンプリング）処理機能やデジタル変換機能をなすＡＤ変換部２５０が列並列に設けられているカラムＡＤ処理部２６を有する。カラムＡＤ処理部２６におけるＡＤ変換処理過程で、リセットレベルと信号レベルの各ＡＤ変換結果の差分処理も同時に行なうことで、デジタル領域でＣＤＳ処理を行なう構成を採っている。

固体撮像装置１Ａはさらに、駆動制御部７、単位画素３に画素信号読出用の動作電流（読出電流）を供給する読出電流源部２４と、カラムＡＤ処理部２６にＡＤ変換用の参照信号SLPadcを供給する参照信号生成部２７と、出力部２８を備えている。図では、参照信号生成部２７を固体撮像装置１内に設けているが、固体撮像装置１の外部に設けてもよい。

駆動制御部７は、画素部１０の信号を順次読み出すための制御回路機能の実現のため水平走査部１２（列走査回路）、垂直走査部１４（行走査回路）、および通信・タイミング制御部２０を備えている。水平走査部１２は、データ転送動作時に読み出すべきデータのカラム位置を指示する。

水平走査部１２は、図示を割愛するが、列アドレスや列走査を制御する水平アドレス設定部や水平駆動部などを有する。垂直走査部１４は、図示を割愛するが、行アドレスや行走査を制御する垂直アドレス設定部や垂直駆動部などを有する。水平走査部１２や垂直走査部１４は、通信・タイミング制御部２０から与えられる制御信号CN_1，CN_2に応答して行・列の選択動作（走査）を開始する。

単位画素３は、行選択用の行制御線１５を介し垂直走査部１４と、また垂直信号線１９を介しカラムＡＤ処理部２６の垂直信号線１９ごとに設けられているＡＤ変換部２５０と、接続されている。行制御線１５は垂直走査部１４から単位画素３に入る配線を示す。

垂直走査部１４は、画素部１０の行を選択し、その行に必要なパルスを供給するものである。垂直走査部１４の垂直アドレス設定部は、信号を読み出す行（読出し行：選択行や信号出力行とも称する）の他に、電子シャッタ用の行なども選択する。

通信・タイミング制御部２０は、端子５ａを介して入力されるマスタークロックCLK0に同期したクロックをデバイス内の各部（走査部１２，１４やカラムＡＤ処理部２６）に供給するタイミングジェネレータ（読出アドレス制御装置の一例）の機能部を備える。さらに、通信・タイミング制御部２０は、通信インタフェースの機能部を備える。通信インタフェースの機能部は、端子５ａを介して外部の主制御部からマスタークロックCLK0を受け取り、端子５ｂを介して外部の主制御部との間で、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また、固体撮像装置１Ａの情報を含むデータを出力する。

たとえば、通信・タイミング制御部２０は、ＰＬＬ（位相同期ループ回路）などを利用して内部クロックを生成するクロック変換部の機能を持つクロック変換部２０ａおよび通信機能や各部を制御する機能を持つシステム制御部２０ｂなどを有する。クロック変換部２０ａは、端子５ａを介して入力されるマスタークロックCLK0に基づき、マスタークロックCLK0よりも高速周波数のパルスを生成する逓倍回路を内蔵しており、カウントクロックＣＫcnt1やカウントクロックＣＫdac1などの内部クロックを生成する。

出力部２８は、データ転送用の信号線（転送配線）である水平信号線１８上の信号（デジタルデータではあるが小振幅）を検出するセンスアンプ２８ａ（Ｓ・Ａ）と、固体撮像装置１Ａと外部とのインタフェース機能をなすインタフェース部２８ｂ（ＩＦ部）を有する。インタフェース部２８ｂの出力は出力端５ｃに接続されており、映像データが後段回路に出力される。出力部２８は、センスアンプ２８ａとインタフェース部２８ｂとの間に、各種のデジタル演算処理を行なうデジタル演算部２９を設けてもよい。

第１実施形態では、色別ゲイン調整のため、行方向に関して、従前のカラムＡＤ方式のように行方向について一斉読出しにするのではなく、同色の色情報を持つ画素信号電圧Ｖｘごとに順番に読み出して、カラムＡＤ方式によりデジタルデータに変換する方式を採る。この対応のため、先ず画素部１０は、同色の単位画素３ごとに行制御線１５を備える。

また、画素部１０とカラムＡＤ処理部２６との接続関係に関して、第１実施形態では、色分離フィルタの行方向の繰返し単位ごとに１つの垂直信号線１９を介して画素信号電圧ＶｘがカラムＡＤ処理部２６に供給されるように構成している。「色分離フィルタの行方向の繰返し単位ごと」を、以下、「色分離フィルタ配列ごと」と称する。

たとえば、Ｒ，Gr，Gb，Ｂの色フィルタがベイヤー配列とされている色分離フィルタを使用するときには、奇数行では、当該行の全てのＲ色の単位画素３に共通に接続されるＲ用の行制御線１５_Rと当該行の全てのGr色の単位画素３に共通に接続されるGr用の行制御線１５_Gr が設けられる。また、偶数行では、当該行の全てのGb色の単位画素３に共通に接続されるGb用の行制御線１５_Gb と、当該行の全てのＢ色の単位画素３に共通に接続されるＢ用の行制御線１５_Bが設けられる。

２列分の単位画素３（２つの垂直列）つまり色分離フィルタ配列ごとに、垂直信号線１９を介して、画素信号電圧ＶｘがカラムＡＤ処理部２６のＡＤ変換部２５０に供給される。後述する第２実施形態との対比では、ＡＤ変換部２５０の数を半分にできる利点がある。一方、行内でＲ，Gr（奇数行のとき）やGb，Ｂ（偶数行のとき）の画素信号電圧Ｖｘを順番に読み出す必要があるので、第１実施形態を適用しない従来構成と同じフレームレートにする場合、通常よりも２倍の速度で垂直走査駆動（倍速駆動）を行なう必要がある。

［カラムＡＤ回路と参照信号生成部の詳細］
ＡＤ変換方式としては、回路規模や処理速度（高速化）や分解能などの観点から様々な方式が考えられるが、本実施形態では、参照信号比較型のＡＤ変換方式を採用する。この手法は、簡単な構成でＡＤ変換器が実現できるため、並列に設けても回路規模が大きくならないという特徴を有している。参照信号比較型のＡＤ変換に当たっては、変換開始（比較処理の開始）から変換終了（比較処理の終了）までの時間に基づいてカウント動作有効期間Ｔenを決定し、その期間のクロック数に基づき処理対象信号をデジタルデータに変換する。カウント動作有効期間Ｔenを示す信号をカウントイネーブル信号ENとする。

参照信号比較型ＡＤ変換方式を採用する場合に、考え方としては、参照信号生成部２７も列並列で（本実施形態では色分離フィルタ配列ごとに）設けることも考えられる。たとえば、各画素列に比較器と参照信号発生器を設け、自列の比較器の比較結果を基に、逐次、参照信号の値を対応する列の参照信号発生器で変化させていく構成を採る場合である。しかしながらこれでは回路規模や消費電力が増える。そこで、本実施形態では、参照信号生成部２７を全列共通に使用する構成を採り、参照信号生成部２７から発生される参照信号SLPadcを色分離フィルタ配列ごとのＡＤ変換部２５０が共通に使用する構成にする。

このため、参照信号生成部２７は、ＤＡ変換部２７０（ＤＡＣ；Digital Analog Converter）を有する。ＤＡ変換部２７０は、通信・タイミング制御部２０からの制御データCN_4で示される初期値からカウントクロックＣＫdac1に同期して、制御データCN_4で示される傾き（変化率）の参照信号SLPadcを生成する。カウントクロックＣＫdac1はカウンタ部２５４用のカウントクロックＣＫcnt1と同一にしてもよい。参照信号SLPadcは、全体的にある傾きを持って線形に変化する波形を持つものであればよく、その変化が滑らかなスロープ状を呈するものであってもよいし、階段状に順次変化するものであってもよい。

参照信号比較型のＡＤ変換に当たっては、比較部２５２による参照信号SLPadcと画素信号電圧Ｖｘとの比較結果に基づいてカウント動作有効期間Ｔenを決定し、カウントイネーブル信号ENがアクティブな期間のカウントクロックＣＫcnt1のクロック数に基づきアナログの処理対象信号（画素信号電圧Ｖｘ）をデジタルデータに変換する。

リセットレベルＳrst についての処理をプリチャージ相（Ｐ相と省略して記すこともある）の処理と称し、信号レベルＳsig についての処理をデータ相（Ｄ相と省略して記すこともある）の処理と称する。Ｐ相の処理後にＤ相の処理を行なう場合、Ｄ相の処理はリセットレベルＳrst に信号成分Ｖsig を加えた信号レベルＳsig についての処理となる。

カウント動作有効期間Ｔenの取り方は、ＡＤ変換部２５０にてＰ相レベルとＤ相レベルの間の差分処理を行なうこととも関係し様々な手法が考えられる。たとえば一般的には、各相の処理時に何れも、カウント開始を参照信号SLPadcの変化開始時点としカウント終了を参照信号SLPadcと処理対象信号電圧とが一致する時点（事実上は交差する時点：以下同様）とする第１処理例を採り得る。Ｐ相・Ｄ相の何れのＡＤ変換処理時にも、比較出力Ｃｏの変化点に対して前半でカウントを行なう方式（前半カウント方式と称する）である。

１画素の信号成分Ｖsig のデジタルデータＤsig を取得するためのＰ相・Ｄ相のカウント処理において、カウンタを、ダウンカウント動作とアップカウント動作を切り替えて動作させると、ＣＤＳ処理も同時に実現でき効率的である。Ｐ相処理で得られる信号レベルＳsig のデジタルデータをＤrst 、信号成分Ｖsig のデジタルデータをＤsig とすると、Ｄ相処理で得られるデジタルデータはＤrst ＋Ｄsig となる。ここで、Ｐ相・Ｄ相でカウントモードを異ならせるとＤrst ＋Ｄsig −Ｄrst ＝Ｄsig （あるいはその負の値）の演算結果がＤ相処理後に自動的に取得される。

第１処理例に対する変形例として、Ｐ相・Ｄ相の何れのＡＤ変換処理時にも、比較出力Ｃｏの変化点に対して後半でカウントを行なう方式（後半カウント方式と称する）にしてもよい。Ｐ相・Ｄ相の差分処理を、カウント動作有効期間Ｔenを同一（後半カウント方式）にしたまま、カウントモードを異ならせることで、実現する方式にすることもできる。

各相の処理で、カウント動作有効期間Ｔenの取り方を異ならせる第２処理例を採ることもできる。この場合、各相の処理の何れか一方は、カウント開始を参照信号SLPadcの変化開始時点としカウント終了を参照信号SLPadcと処理対象信号電圧とが一致する時点とする。他方は、カウント開始を参照信号SLPadcと処理対象信号電圧とが一致する時点としカウント終了をその回の規定カウント数に到達する時点（典型的には最大ＡＤ変換期間が到達した時点）とする。Ｐ相・Ｄ相の一方のＡＤ変換処理時には比較出力Ｃｏの変化点に対して前半でカウントを行ない、Ｐ相・Ｄ相の他方のＡＤ変換処理時には比較出力Ｃｏの変化点に対して後半でカウントを行なう手法（前後半カウント方式と称する）である。

後半カウントの考え方は、フルレンジのデジタルデータをＤｍ、画素信号電圧ＶｘのデジタルデータをＤｘとしたとき、後半カウントで得られるデータはＤｍ−Ｄｘ（つまりＤｘに対しては補数）になることを利用するものである。この特質と前半カウントで得られるデータの特質（実数）を利用するのが前後半カウント方式である。この場合、カウンタは、Ｐ相・Ｄ相のカウント処理において、ダウンカウント動作とアップカウント動作の何れか一方のみで動作すればよく、この場合も、ＣＤＳ処理も同時に実現できる。

すなわち、Ｐ相処理時の初期値をＤini とすると、Ｐ相処理で得られるデジタルデータはＤini ±Ｄrst になり、その後のＤ相処理で得られるデジタルデータは｛（Ｄini ±Ｄrst ）±（Ｄｍ−（Ｄsig ＋Ｄrst ））｝になる。“±”は、カウントモードに依存し、アップモード時は“＋”、ダウンモード時は“−”である。ここで、アップモード時は、Ｄini ＝−Ｄｍにすることで、Ｄ相処理後に−Ｄsig が自動的に取得されるし、ダウンモード時は、Ｄini ＝Ｄｍにすることで、Ｄsig がＤ相処理後に自動的に取得される。

考え方としては、Ｐ相処理結果とＤ相処理結果を独立に保持し、ＡＤ変換部２５０の後段（たとえばデジタル演算部２９）でＰ相レベルとＤ相レベルの間の差分処理を行なう第３処理例にすることも考えられる。Ｐ相データとＤ相データを個別に出力部２８側に転送し、デジタル演算部２９でＣＤＳ処理を行なうということである。参照信号SLPadcの傾き方向（正か負か）との組合せも考慮すれば、さらに、種々の態様を採り得ることになる。

何れの処理例においても、原理的には、コンパレータ（電圧比較器）に参照信号SLPadcを供給し、垂直信号線１９を介して入力されたアナログの画素信号を参照信号SLPadcと比較する。その後、カウント動作有効期間Ｔenに入るとクロック信号でのカウント（計数）を開始することによって、指定されているカウント動作有効期間Ｔenにおけるクロック数をカウントすることでＡＤ変換を行なう。

参照信号比較型のＡＤ変換を行なうため、本実施形態のＡＤ変換部２５０は、比較部２５２（COMP）と、カウント動作制御部２５３（ＥＮ生成）と、カウンタ部２５４を備える。カウンタ部２５４のクロック端子ＣＫには、他のカウンタ部２５４のクロック端子ＣＫと共通に、通信・タイミング制御部２０からカウントクロックＣＫcnt1が入力されている。好ましくは、カウンタ部２５４は、アップカウントモードとダウンカウントモードを切替可能なものにする。本例ではさらに、カウンタ部２５４の後段に、水平転送用のラッチ２５７（メモリ）を内蔵したデータ記憶部２５６を備える。

比較部２５２は、参照信号生成部２７で生成される参照信号SLPadcと、選択行の単位画素３から垂直信号線１９（Ｈ１，Ｈ２，…，Ｈｈ）を経由し得られるアナログの画素信号電圧Ｖｘを比較する。比較部２５２は、参照信号SLPadcと画素信号電圧Ｖｘが一致したとき比較出力Co（コンパレート出力）を反転する。

カウント動作制御部２５３は、処理対象信号である画素信号電圧Ｖｘについて、Ｎビット分のデータを取得するように、ＡＤ変換部２５０のカウンタ部２５４の動作期間を制御する。カウント動作制御部２５３は、カウントイネーブル信号ENをカウンタ部２５４に供給して、カウンタ部２５４のカウント動作期間を制御する。

カウント動作制御部２５３は、比較部２５２からの比較出力Coを参照して、比較部２５２の比較出力Coと一定の関係を持つ次のカウント動作有効期間Ｔenを規定するカウントイネーブル信号ENを生成する。これらの実現のため、参照信号生成部２７からカウント動作制御部２５３に制御情報が供給される。「制御情報」は、ＤＡ変換部２７０の構成や、それに対応したカウント動作制御部２５３の具体的な構成に適合したものが使用される。カウンタ部２５４は、カウント動作制御部２５３からのカウントイネーブル信号ENのアクティブ期間をカウントクロックＣＫcnt1でカウントし、カウント結果を保持する。

このような構成において、ＡＤ変換部２５０は、画素信号読出期間において、カウント動作を行ない、カウント結果を出力する。すなわち、先ず、比較部２５２では、参照信号生成部２７からの参照信号SLPadcと、垂直信号線１９を介して入力される画素信号電圧Ｖｘを比較する。双方の電圧が同じになると、比較部２５２の比較出力Coが反転する。たとえば比較部２５２は、電源電位などのＨレベルをインアクティブ状態として、画素信号電圧Ｖｘと参照信号SLPadcとが一致したときにＬレベル（アクティブ状態）へ遷移させる。

通信・タイミング制御部２０から各ＡＤ変換部２５０のカウンタ部２５４には、カウンタ部２５４の各相でのカウントモード（アップかダウンか）や、Ｐ相のカウント処理における初期値Ｄini の設定やリセット処理などを指示する制御信号CN_5が入力されている。

比較部２５２の入力端（＋）は他の比較部２５２の入力端（＋）と共通に参照信号生成部２７で生成される参照信号SLPadcが入力され、入力端（−）には対応する垂直列の垂直信号線１９が接続され画素部１０からの画素信号電圧Ｖｘが個々に入力される。

データ記憶部２５６を設けない場合、カウンタ部２５４には、水平走査部１２から制御線１２ｃ（列走査線）を介して制御パルス（水平走査パルス）が入力される。カウンタ部２５４は、カウント結果を保持するラッチ機能を有しており、制御線１２ｃを介しての制御パルスによる指示があるまでは、カウンタ出力値を保持する。因みに、出力部２８側に通知されるデータは、参照信号SLPadcのステップ変更直前のカウント値にする方式と、参照信号SLPadcのステップ変更直後のカウント値にする方式の何れをも採り得る。どちらを採るかでデータとしては１ＬＳＢ分の差があるが、全体として１ＬＳＢ分シフトして出力されるだけであり、量子化誤差の範疇と考えてよい。比較出力Coが反転してからデータを確定させる点を考慮すれば、後者の方が回路構成がコンパクトになると考えられる。

水平走査部１２や垂直走査部１４などの駆動制御部７の各要素は、画素部１０とともに、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成さる。いわゆる１チップもの（同一の半導体基板上に設けられているもの）として、本実施形態の固体撮像装置１Ａが構成される。

固体撮像装置１Ａは、このように各部が半導体領域に一体的に形成された１チップとして形成された形態であってもよい。図示を割愛するが、画素部１０、駆動制御部７、カラムＡＤ処理部２６などの各種の信号処理部の他に、撮影レンズ、光学ローパスフィルタなどの光学系をも含む状態で、これらを纏めてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態としてもよい。

個々のＡＤ変換部２５０の出力側は、たとえば、カウンタ部２５４の出力を水平信号線１８に接続することができる。図示のように、カウンタ部２５４の後段に、このカウンタ部２５４の保持したカウント結果を保持するラッチ２５７を具備したメモリ装置としてのデータ記憶部２５６を備える構成を採ることもできる。データ記憶部２５６は、通信・タイミング制御部２０から制御信号CN_9で指示されたタイミングでカウンタ部２５４から出力されたカウントデータを保持・記憶する。

水平走査部１２は、カラムＡＤ処理部２６の各比較部２５２とカウンタ部２５４とが、それぞれが担当する処理を行なうのと並行して、各データ記憶部２５６が保持していたカウント値を読み出す読出走査部の機能を持つ。データ記憶部２５６の出力は、水平信号線１８に接続されている。

水平信号線１８は、ＡＤ変換部２５０のビット幅分やその２倍幅分（たとえば相補出力とするとき）の信号線を有し、各出力線に対応したセンスアンプ２８ａを有する出力部２８に接続される。水平信号線１８の水平転送チャネルは１つに限らず、複数チャネルにし複数カラムずつグループ化してデータ転送を行なってもよい。カウンタ部２５４、データ記憶部２５６、および水平信号線１８はそれぞれ、Ｎビットに対応した構成を採る。

データ記憶部２５６を設けない場合、カウンタ部２５４には、水平走査部１２から制御線１２ｃ（列走査線）を介して制御パルス（水平走査パルス）が入力される。カウンタ部２５４は、カウント結果を保持するラッチ機能を有しており、制御線１２ｃを介しての制御パルスによる指示があるまでは、カウンタ出力値を保持する。因みに、出力部２８側に通知されるデータは、参照信号SLPadcのステップ変更直前のカウント値にする方式と、参照信号SLPadcのステップ変更直後のカウント値にする方式の何れをも採り得る。どちらを採るかでデータとしては１ＬＳＢ分の差があるが、全体として１ＬＳＢ分シフトして出力されるだけであり、量子化誤差の範疇と考えてよい。比較出力Coが反転してからデータを確定させる点を考慮すれば、後者の方が回路構成がコンパクトになると考えられる。

水平走査部１２や垂直走査部１４などの駆動制御部７の各要素は、画素部１０とともに、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成さる。いわゆる１チップもの（同一の半導体基板上に設けられているもの）として、本実施形態の固体撮像装置１Ａが構成される。

＜参照信号生成部：基本構成＞
図２は、第１実施形態の固体撮像装置１Ａに使用される参照信号生成部２７のＤＡ変換部２７０の構成例を示す図である。図２Ａは、参照信号比較型のＡＤ変換処理におけるゲイン（ＡＤ変換ゲイン）を説明する図である。

ＤＡ変換部２７０は、定電流源の組合せで構成されている電流源部３０２と、カウンタ部３１２と、オフセット生成部３１４と、電流源制御部３１６と、基準電流値Ｉ_0を設定する基準電流源部３３０を備え、電流出力型のＤＡ変換回路となっている。電流源部３０２の電流出力端には、電流電圧変換用の素子として、抵抗値Ｒ_340の抵抗素子３４０が接続されている。電流源部３０２、電流源制御部３１６、抵抗素子３４０で、電流電圧変換部３０１が構成され、電流源部３０２と抵抗素子３４０との接続点の発生する電圧が参照信号SLPadcとして利用される。

電流源部３０２は、規定電流値を出力する定電流源３０４を有する。電流源部３０２の各定電流源３０４の電流値を如何様に設定するかや、どのように配列して制御するかは様々である。ここでは、理解を容易にするため、一例として、定電流源３０４は、ビット分の定電流源３０４を有し、各定電流源３０４は基準電流源部３３０により設定された基準電流値Ｉ_0に対してビットの重みを持つ電流を出力するものとする。

１２ビット対応とする場合、０ビット目の定電流源３０４_0は２＾０×Ｉ_0（“＾”はべき乗）、１ビット目の定電流源３０４_1は２＾１×Ｉ_0、…、１１ビット目の定電流源３０４_11 は２＾１１×Ｉ_0を出力する。

定電流源３０４の各電流出力端は共通に接続され、さらに抵抗素子３４０を介して、参照信号SLPadcの初期電位SLP_ini に相当する基準電源Ｖref に接続されている。基準電源Ｖref は制御データCN_4に含まれている比較処理ごとの参照信号SLPadcの初期値を指示する情報に基づき設定されるが、この基準電源Ｖref を設定するための回路構成はどのようなものであってもよい。

基準電流源部３３０は、定電流源３３２、定電流源３３２の負荷となるＰch型のトランジスタ３３４、ゲイン変更部３３６、ゲイン変更部３３６から出力された電流を電流源部３０２の各定電流源３０４に与えるＮch型のトランジスタ３３８を有する。定電流源３３２は、一端が負電源や接地に接続され初期電流Iiniを発生する。トランジスタ３３４は、ソースが正電源に接続され、ドレインとゲートが共通に定電流源３３２の出力端に接続されかつゲイン変更部３３６の図示しないトランジスタとカレントミラー接続される。

ゲイン変更部３３６は、その詳細は図示を割愛するが、トランジスタ３３４からのミラー電流を所定倍にした基準電流値Ｉ_0をトランジスタ３３８に供給する。トランジスタ３３８は、ソースが負電源もしくは接地に接続され、ドレイン・ゲートが共通にゲイン変更部３３６の出力端に接続され、かつ電流源部３０２の各定電流源３０４とカレントミラー接続されている。

ゲイン変更部３３６は、制御データCN_4に含まれている比較処理ごとの参照信号SLPadcの傾きを指示する情報に基づき、１クロック当たりの電圧変化量ΔSLPdac（＝Ｉ_0×Ｒ_340）を設定し、カウントクロックＣＫdac1ごとに１ずつカウント値を変化させる。実際には、カウントクロックＣＫdac1の最大カウント数（たとえば１０ビットで１０２４など）に対しての最大電圧幅を設定するだけでよい。

基準電流源部３３０の定電流源３３２の初期電流量Ｉini に対するゲインを変えることで、カウントクロックＣＫdac1が１つ当たりのΔSLPdacが調整され、結果的に参照信号SLPadcの傾き（変化率）が調整される。ＡＤ変換部２５０側のカウントクロックＣＫcnt1に対するΔSLPdacの大きさを調整することで、換言すると、一定のΔSLPdacに対するカウントクロックＣＫcnt1の数を調整することで、ＡＤ変換ゲインを調整できる。

図２Ａ（１）に示すように、カウンタ部２５４が使用するカウントクロックＣＫcnt1が１つ（つまり単位期間）当たりの参照信号SLPadcのステップ幅ΔSLP がビット分解能になる。したがって、参照信号SLPadcの傾きの大きさとカウントクロックＣＫcnt1の周波数（カウント周波数Ｆcnt1）がビット分解能に影響を与える。Ｎビット精度を取得するときのカウント周波数Ｆcnt1に対して、その周波数を１／ＭにしたときのカウントクロックＣＫcnt1をカウントクロックＣＫcnt1/M、その周波数をカウント周波数Ｆcnt1/Mと記述する。

図２Ａ（２）に示すように、カウント周波数Ｆcnt1が一定の場合、参照信号SLPadcの傾きが急なときはステップ幅ΔSLP が大きくビット分解能が粗であるが、参照信号SLPadcの傾きが緩やかなときはステップ幅ΔSLP が小さくビット分解能が精密である。換言すると、参照信号SLPadcの傾きが急なときはステップ幅ΔSLP に対するカウントクロック数が少なくゲインが小さいのに対し、参照信号SLPadcの傾きが緩やかなときはステップ幅ΔSLP に対するカウントクロック数が多くなりゲインが大きくなる。

一方、図２Ａ（３）に示すように、参照信号SLPadcの傾きが一定の場合、カウント周波数Ｆcnt1が低いときはステップ幅ΔSLP が大きくビット分解能が粗であるが、カウント周波数Ｆcnt1が高いときにはステップ幅ΔSLP が小さくビット分解能が精密である。換言すると、カウント周波数Ｆcnt1が低いときはステップ幅ΔSLP に対するカウントクロック数が少なくゲインが小さいのに対し、カウント周波数Ｆcnt1が高いときはステップ幅ΔSLP に対するカウントクロック数が多くなりゲインが大きくなる。

図２Ａ（２）および図２Ａ（３）の何れの方式も、単位時間当たりの電圧変化量に対するカウントクロック数を調整することで、ＡＤ変換時にゲイン調整ができることを示している。図示しないが、図２Ａ（２）に示す仕組みと図２Ａ（３）に示す仕組みの双方を組み合わせてもよい。本実施形態では、これらの特質を利用して、ホワイトバランス調整を行なう。この点については、後で詳しく説明する。

第１実施形態の固体撮像装置１Ａは、ＡＤ変換部２５０用のカウントクロックＣＫcnt1の周波数は一定にし、図２Ａ（２）に示すように、参照信号SLPadcの傾きを調整して、ＡＤ変換ゲインを調整する手法を採る。このため、通信・タイミング制御部２０からＤＡ変換部２７０に、傾き調整用の制御データCN_4が供給される。制御データCN_4は、出力振幅特性差を補正する計算（たとえばホワイトバランス調整の計算）に基づいて設定される。

第１実施形態では、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色をベイヤー配列にした色分離フィルタを使用しており、Gr，Gbは同じＧ色であるので、出力振幅特性差がないものとし、ホワイトバランス調整用のゲイン設定は画素信号電圧Ｖｘ_Gr ，Ｖｘ_Gb に対して同じ値を使用する。

ＡＤ変換後のデジタルデータを元に、後段のデジタル処理部にて、繰返し単位内（色分離フィルタ配列ごと）の各単位画素３の出力振幅特性差に基づきホワイトバランス調整の計算を行なう。この際、出力された各色情報を持つデジタルデータに対してデジタルゲインにてホワイトバランス調整を行なうのではなく、色ごとに調整したいゲイン値を示すゲイン制御データを参照信号生成部２７に送信する。

カウンタ部３１２は、通信・タイミング制御部２０からのカウントクロックＣＫdac1に基づきカウント動作をし、カウント結果を電流源制御部３１６に供給する。オフセット生成部３１４は、カウンタ部３１２のカウント値に基づく変化とは別に参照信号SLPadcに一定電位（オフセット量）を与えるものであり、その情報を電流源制御部３１６に供給する。電流源制御部３１６は、カウンタ部３１２のカウント値と電流源制御部３１６からのオフセット量の情報に基づき、何れの定電流源３０４をオン／オフさせるかを判断し、その判断結果に基づき定電流源３０４をオン／オフする。

理解を容易にするため断りのない限りオフセット量はゼロであるものとする。よって、ＤＡ変換部２７０は、カウンタ部３１２のカウント値が進むごとに、制御データCN_4に含まれている初期値を示す電圧から、１つのカウントクロックＣＫdac1ごとにΔSLPdacずつ電圧を変化させる。アップカウント動作ではΔSLPdacずつ電圧が低下するので負の傾きになるし、ダウンカウント動作ではΔSLPdacずつ電圧が上昇するので正の傾きになる。

ＤＡ変換部２７０の規定電流Ｉ_0、電流電圧変換用の抵抗素子３４０の抵抗値、ＤＡ変換部２７０を構成するカウンタ部３１２が使用するカウントクロックＣＫdac1の何れかを変更することで、参照信号SLPadcの傾きを変更できる。逆に、それら何れかを変更した場合でも、他の要素でそれとは逆方向に補正を加えることで、傾きを不変にできる。

参照信号SLPadcの傾きを変更するには、ＤＡ変換部２７０の規定電流Ｉ_0や電流電圧変換用の抵抗素子３４０の抵抗値を変更せずにＤＡ変換部２７０を構成するカウンタ部３１２が使用するカウントクロックＣＫdac1を変更する手法が考えられる。この手法をＤＡ変換部２７０のカウンタ部３１２のクロック動作の変更で傾き変更を行なう手法と称する。

クロック動作の変更で傾き変更を実現するには、たとえば、クロック変換部２０ａにて、カウントクロックＣＫdac1をｎ／ｍ倍にする仕組みを採るとよい。

ＡＤ変換用の参照信号SLPadcの傾きを変更する他の手法として、ＤＡ変換部２７０の規定電流Ｉ_0やＤＡ変換部２７０を構成するカウンタ部３１２の動作速度を変更せずに、電流電圧変換用の抵抗素子３４０の抵抗値を変更する手法も考えられる。この手法を、電流電圧変換の抵抗値切替えで傾き変更を行なう手法と称する。

抵抗値切替えで傾き変更を実現するには、たとえば、抵抗素子３４０を、複数の抵抗素子とスイッチで構成される抵抗切替回路にすればよい。抵抗素子とスイッチは直列回路や並列回路の任意の組合せにより、様々な回路構成をとれる。電流電圧変換時の抵抗値を、得たいＡＤ変換ゲインに合わせて調整できるものであればどのような構成でもよい。

ＤＡ変換部２７０を構成するカウンタ部３１２の動作速度や電流電圧変換用の抵抗素子３４０の抵抗値を変更せずに、ＤＡ変換部２７０の規定電流Ｉ_0を変更することでカウンタ部３１２のカウント値に対応する重みを変更する手法を採ることもできる。この手法を、電流電圧変換の電流切替えで傾き変更を行なう手法と称する。電流電圧変換の電流切替えで傾き変更を行なう手法を実現するには、たとえば、基準電流源部３３０が生成する基準電流値Ｉ_0を得たいＡＤ変換ゲインに合わせて調整する構成を採るとよい。

［基本動作：第１実施形態］
図３〜図３Ａは、第１実施形態の固体撮像装置１Ａの基本動作を説明する図である。ここで、図３はＡＤ変換処理とＣＤＳ処理に着目した固体撮像装置１Ａの簡易的な回路構成図である。図３Ａは、第１実施形態の固体撮像装置１ＡにおけるＡＤ変換処理を説明するタイミングチャートである。

図３に示すように、単位画素３は一例として、電荷生成部３２の他に、４個のトランジスタ（読出選択用トランジスタ３４、リセットトランジスタ３６、垂直選択用トランジスタ４０、増幅用トランジスタ４２）を画素信号生成部５を構成する基本素子として備える。転送部を構成する読出選択用トランジスタ３４は、転送配線５４を介して転送信号TRG で駆動される。初期化部を構成するリセットトランジスタ３６は、リセット配線５６を介してリセット信号RST で駆動される。垂直選択用トランジスタ４０は、垂直選択線５８を介して垂直選択信号VSELで駆動される。

電荷生成部３２は、物理量の変化を電荷で検知する検知部の一例である。画素信号生成部５は、電荷生成部３２で検知された電荷を画素信号電圧Ｖｘに変換する。読出選択用トランジスタ３４は、入力される転送制御電位（転送信号TRG ）に基づいて電荷生成部３２で検知された電荷を画素信号生成部５へ転送する転送部の一例である。リセットトランジスタ３６は、画素信号生成部５の電位を初期化する初期化部の一例である。

フォトダイオードPDなどの受光素子DET で構成される電荷生成部３２は、受光素子DET の一端（アノード側）が低電位側の基準電位Ｖss（負電位：たとえば−１Ｖ程度）に接続され、他端（カソード側）が読出選択用トランジスタ３４の入力端（典型的にはソース）に接続されている。なお、基準電位Ｖssは接地電位GND としてもよい。読出選択用トランジスタ３４は、出力端（典型的にはドレイン）がリセットトランジスタ３６とフローティングディフュージョン３８と増幅用トランジスタ４２とが接続される接続ノードに接続される。リセットトランジスタ３６は、ソースがフローティングディフュージョン３８に、ドレインがリセット電源Ｖrd（通常は電源Ｖddと共通にする）にそれぞれ接続される。

垂直選択用トランジスタ４０は、ドレインが増幅用トランジスタ４２のソースに、ソースが画素線５１にそれぞれ接続され、ゲート（特に垂直選択ゲートSELVという）が垂直選択線５８に接続されている。増幅用トランジスタ４２は、ゲートがフローティングディフュージョン３８に接続され、ドレインが電源Ｖddに、ソースは垂直選択用トランジスタ４０を介して画素線５１に接続され、垂直信号線１９に接続される。このような接続構成に限らず、垂直選択用トランジスタ４０と増幅用トランジスタ４２の配置を逆にし、垂直選択用トランジスタ４０は、ドレインが電源Ｖddに、ソースは増幅用トランジスタ４２のドレインに接続し、増幅用トランジスタ４２のソースは画素線５１に接続してもよい。

垂直信号線１９は、一端がカラムＡＤ処理部２６側に延在し、その経路において、読出電流源部２４が接続されている。読出電流制御部２４は、その詳細は図示を割愛するが、各垂直列に対して負荷ＭＯＳトランジスタを有し、基準電流源部とトランジスタとの間でゲート同士が接続されカレントミラー回路を構成し、垂直信号線１９に対し電流源２４ａとして機能するようになっている。そして、増幅用トランジスタ４２との間で、略一定の動作電流（読出電流）が供給されるソースフォロワ構成が採られるようになっている。

行制御線１５には、転送配線５４、リセット配線５６、垂直選択線５８が含まれるが、第１実施形態の固体撮像装置１Ａにおいては、行方向において、色分離フィルタ配列ごとに１つの垂直信号線１９を介して画素信号電圧ＶｘがカラムＡＤ処理部２６に供給される。この読出制御のため、奇数行の全てのＲ色の単位画素３に共通に接続されるＲ用の行制御線１５_Rと全てのGr色の単位画素３に共通に接続されるGr用の行制御線１５_Gr が設けられる。また、偶数行の全てのGb色の単位画素３に共通に接続されるGb用の行制御線１５_Gb と全てのＢ色の単位画素３に共通に接続されるＢ用の行制御線１５_Bが設けられる。また、２列分の単位画素３ごとに、垂直信号線１９を介して、画素信号電圧Ｖｘ_R，Ｖｘ_Grが選択的に（奇数行のとき）または画素信号電圧Ｖｘ_Gb，Ｖｘ_Bが選択的に（偶数行のとき）、カラムＡＤ処理部２６のＡＤ変換部２５０に供給される。

ＡＤ変換部２５０では、単位画素３から垂直信号線１９に読み出した画素信号電圧Ｖｘを、ＡＤ変換部２５０の比較部２５２で参照信号SLPadcと比較する。比較部２５２と同様に垂直信号線１９ごとに配置されたカウンタ部２５４をカウントイネーブル信号ENに基づき動作させ、そのカウント動作と１対１の対応をとりながらを参照信号電位を変化させ、垂直信号線１９の画素信号電圧Ｖｘをデジタルデータに変換する。

たとえば、図３Ａは、Ｐ相・Ｄ相の差分処理を、カウント動作有効期間Ｔenを前半カウント方式にし、カウントモードを異ならせることで実現する方式を採る例で示している。

リセットレベルＳrst についてのＡＤ変換期間であるＰ相の処理期間では、カウンタ部２５４の各フリップフロップのカウント値を初期値“０”にリセットする。カウンタ部２５４をダウンカウントモードに設定し、比較部２５２による参照信号SLPadcと画素信号電圧ＶｘのＰ相レベルとの比較処理とカウンタ部２５４によるカウントクロックＣＫcnt1を用いたカウント処理を並行して動作させて、Ｐ相レベルのＡＤ変換を行なう。これにより、カウンタ部２５４には、リセットレベルＳrst の大きさに対応したデジタル値（リセットデータ）Ｄrst を示す（符号を加味すれば−Ｄrst を示す）カウント値が保持される。

信号レベルＳsig についてのＡＤ変換期間であるＤ相の処理期間には、リセットレベルＳrst に加えて、単位画素３ごとの入射光量に応じた信号成分Ｖsig を読み出し、Ｐ相の読出しと同様の動作を行なう。カウンタ部２５４をＰ相処理時とは逆のアップカウントモードに設定して、比較部２５２による参照信号SLPadcと画素信号電圧ＶｘのＤ相レベルとの比較処理とカウンタ部２５４によるカウント処理を並行して動作させることで、Ｄ相レベルのＡＤ変換を行なう。

このとき、Ｐ相の読出しおよびＡＤ変換時に取得された画素信号電圧ＶｘのリセットレベルＳrst のデジタル値（リセットデータ）Ｄrst をスタート点として、Ｐ相とは逆にアップカウントする。信号レベルＳsig は、リセットレベルＳrst に信号成分Ｖsig を加えたレベルであるので、信号レベルＳsig のＡＤ変換結果のカウント値は、基本的には“Ｄrst ＋Ｄsig ”である。しかし、アップカウントの開始点を、リセットレベルＳrst のＡＤ変換結果である“−Ｄrst ”としているので、実際にカウンタ部２５４に保持されるカウント値は、“−Ｄrst ＋（Ｄsig ＋Ｄrst ）＝Ｄsig ”となる。

つまり、カウンタ部２５４におけるカウント動作を、Ｐ相の処理時にはダウンカウント、Ｄ相の処理時にはアップカウントと、それぞれのカウントモードを異なるものとしている。このため、カウンタ部２５４内で自動的に、リセットレベルＳrst のＡＤ変換結果であるカウント数“−Ｄrst ”と信号レベルＳsig のＡＤ変換結果であるカウント数“Ｄrst ＋Ｄsig ”との間での差分処理が自動的に行なわれる。差分処理結果に応じたカウント数Ｄsig がカウンタ部２５４に保持される。差分処理結果に応じたカウンタ部２５４に保持されるカウント数Ｄsig は信号成分Ｖsig に応じた信号データを表すものとなる。

２回の信号読出しとカウント処理によるカウンタ部２５４内での差分処理によって、単位画素３ごとのばらつきを含んだリセットレベルＳrst を除去でき、単位画素３ごとの入射光量に応じた信号成分Ｖsig のみのＡＤ変換結果を簡易な構成で取得できる。よって、ＡＤ変換部２５０は、アナログの画素信号をデジタルの画素データに変換するデジタル変換部としてだけでなく、ＣＤＳ処理機能部としても動作することとなる。

［ＡＤ変換ゲイン調整：第１実施形態］
図３Ｂは、第１実施形態の固体撮像装置１ＡのＡＤ変換ゲイン調整に着目したＡＤ変換処理を説明するタイミングチャートである。

一例として、カウントクロックＣＫcntは一定であるとし、Ｐ相処理とＤ相処理を通じて、参照信号SLPadcの時間当たりの電圧変化量ΔSLPdacをＳ１，Ｓ２，Ｓ３のように可変することでＡＤ変換ゲイン調整を行なう場合で説明する。たとえば、図のタイミングチャートにおけるＳ１の時間当たりの電圧変化量ΔSLPdacを１とすると、Ｓ２の時間当たりの電圧変化量をＳ１／２とし、Ｓ３の時間当たりの電圧変化量をＳ１／４として考える。

先ず、参照信号SLPadcの時間当たりの電圧変化量ΔSLPdacがＳ１のときの動作について説明する。Ｐ相の処理期間においては、カウンタ部２５４の各フリップフロップのカウント値を初期値“０”にリセットさせる。そして、カウンタ部２５４をダウンカウントモードに設定して、比較部２５２による参照信号SLPadcと画素信号電圧ＶｘのＰ相レベルとの比較処理とカウンタ部２５４によるカウント処理を並行して動作させることで、Ｐ相レベルのＡＤ変換を行なう。このとき、参照信号SLPadcと画素信号電圧Ｖｘの比較を比較部２５２で行なう。比較部２５２は、双方の電圧が同じになった時点Ｃ１_Pで出力をＨレベルからＬレベルに反転させる。カウンタ部２５４は、参照信号SLPadcの変化開始から比較部２５２の出力がＨレベルからＬレベルになった時点までを計数することでＡＤ変換を終了する。これにより、カウンタ部２５４には、電圧変化量ΔSLPdacがＳ１のときの、リセットレベルＳrst の大きさに対応したデジタル値（リセットデータ）Ｄrst1を示す（符号を加味すれば−Ｄrst1を示す）カウント値が保持される。

続いてのＤ相の処理期間には、リセットレベルＳrst に加えて、単位画素３ごとの入射光量に応じた信号成分Ｖsig を読み出し、Ｐ相の読出しと同様の動作を行なう。先ず、カウンタ部２５４をＰ相処理時とは逆のアップカウントモードに設定して、比較部２５２による参照信号SLPadcと画素信号電圧ＶｘのＤ相レベルとの比較処理とカウンタ部２５４によるカウント処理を並行して動作させることで、Ｄ相レベルのＡＤ変換を行なう。

比較部２５２は、双方の電圧が同じになった時点Ｃ１_Dで出力をＨレベルからＬレベルに反転させる。カウンタ部２５４は、参照信号SLPadcの変化開始から比較部２５２の出力がＨレベルからＬレベルになった時点までを計数することでＡＤ変換を終了する。これにより、カウンタ部２５４には、電圧変化量ΔSLPdacがＳ１のときの、信号レベルＳsig の大きさに対応したデジタル値（リセットデータ）を示すカウント値が保持される。

Ｐ相の読出しおよびＡＤ変換時に取得された画素信号電圧ＶｘのリセットレベルＳrst のデジタル値（リセットデータ）Ｄrst1をスタート点とし、Ｐ相とは逆にアップカウントする。信号レベルＳsig は、リセットレベルＳrst に信号成分Ｖsig を加えたレベルであるので、電圧変化量ΔSLPdacがＳ１のときの、信号レベルＳsig のＡＤ変換結果のカウント値は、基本的には“Ｄrst1＋Ｄsig1”である。しかし、アップカウントの開始点をリセットレベルＳrst のＡＤ変換結果である“−Ｄrst1”としているので、実際にカウンタ部２５４に保持されるカウント値は、“−Ｄrst1＋（Ｄsig1＋Ｄrst1）＝Ｄsig1”となる。

次に、参照信号SLPadcの時間当たりの電圧変化量ΔSLPdacがＳ２のときの動作について説明する。基本的には、電圧変化量ΔSLPdacがＳ１のときと同様で、Ｐ相処理とＤ相処理を行なうと、カウンタ部２５４には、“−Ｄrst2＋（Ｄsig2＋Ｄrst2）＝Ｄsig2”を示すカウント値が保持される。このときのＳ２の単位時間当たりの電圧変化量はＳ１の１／２である。したがって、Ｐ相処理時に参照信号SLPadcと画素信号電圧Ｖｘが同じになる時点Ｃ２_Pは電圧変化量がＳ１の時点Ｃ１_Pよりも遅れる。Ｄ相処理時に参照信号SLPadcと画素信号電圧Ｖｘが同じになる時点Ｃ２_Dは電圧変化量がＳ１の時点Ｃ１_Dよりも遅れる。

参照信号SLPadcの時間当たりの電圧変化量ΔSLPdacがＳ３のときも同様であり、Ｐ相処理とＤ相処理を行なうことで、カウンタ部２５４には、“−Ｄrst3＋（Ｄsig3＋Ｄrst3）＝Ｄsig3”を示すカウント値が保持される。このときのＳ３の単位時間当たりの電圧変化量はＳ１の１／４である。したがって、Ｐ相処理時に参照信号SLPadcと画素信号電圧Ｖｘが同じになる時点Ｃ３_Pは電圧変化量がＳ１の時点Ｃ１_PやＳ２の時点Ｃ２_Pよりも遅れる。Ｄ相処理時に参照信号SLPadcと画素信号電圧Ｖｘが同じになる時点Ｃ３_Dは電圧変化量がＳ１の時点Ｃ１_DやＳ２の時点Ｃ２_Dよりも遅れる。

参照信号SLPadcの電圧の単位時間当たりの電圧変化量ΔSLPdacがＳ１とＳ２のときの動作を比較してみる。参照信号SLPadcのＳ２はＳ１に対して、電圧変化量ΔSLPdacは１／２であるので、参照信号SLPadcの変化開始時点からＣ２_Pまでの時間は、参照信号SLPadcの電圧変化量ΔSLPdacをＳ１としたときの参照信号SLPadcの変化開始時点からＣ１_Pまでの時間に対して２倍の時間となる。また、参照信号SLPadcの変化開始時点からＣ２_Dまでの時間は、参照信号SLPadcの電圧変化量ΔSLPdacをＳ１としたときの参照信号SLPadcの変化開始時点からＣ２_Dまでの時間に対して２倍の時間となる。

つまり、電圧変化量ΔSLPdacがＳ２のとき、カウンタ部２５４がカウントクロックＣＫcntを計数する時間は、電圧変化量ΔSLPdacがＳ１の参照信号SLPadcを用いたときと比較して２倍で、Ｓ２時のカウント値はＳ１時のカウント値の２倍となる。カウントクロックＣＫcnt1を一定とすると、Ｓ２の参照信号SLPadcを使用して参照信号SLPadcの単位時間当たりの電圧変化量ΔSLPdacを１／２とするとＡＤ変換後の出力が２倍となることが分かる。同様に、カウントクロックＣＫcnt1を一定とするとき、Ｓ３の参照信号SLPadcを使用して参照信号SLPadcの単位時間当たりの電圧変化量ΔSLPdacを１／４とすることで、ＡＤ変換後の出力が４倍となることが分かる。

Ｄsig1＝−Ｄrst1＋（Ｄsig1＋Ｄrst1）
Ｄsig2＝−Ｄrst2＋（Ｄsig2＋Ｄrst2）＝−２・Ｄrst1＋（２・Ｄsig1＋２・Ｄrst1）＝２・Ｄsig1
Ｄsig3＝−Ｄrst3＋（Ｄsig3＋Ｄrst3）＝−４・Ｄrst1＋（４・Ｄsig1＋４・Ｄrst1）＝４・Ｄsig1

ここまでが、参照信号比較型のＡＤ変換処理において、ゲインアップ動作となるＡＤ変換ゲイン調整の駆動方法の説明である。本実施形態では、この参照信号比較型のＡＤ変換処理時のＡＤ変換ゲイン調整を利用して、ホワイトバランス調整を行なう。次に、この点について説明する。

［ホワイトバランス調整：第１実施形態］
［第１例］
図４は、第１実施形態の固体撮像装置１Ａにおける第１例のホワイトバランス調整動作に着目したＡＤ変換処理を説明するタイミングチャートである。

Ｒ，Ｇ（Gr，Gb），Ｂの３色成分でなる色分離フィルタが配置された各単位画素３の画素信号電圧Ｖｘを順次異なる時間で読み出す。たとえば行方向に関して、奇数行では、先ずＲ用の行制御線１５_Rのみを制御することで、当該奇数行の全てのＲ色の単位画素３から一斉に画素信号電圧Ｖｘ_RがカラムＡＤ処理部２６に供給される。その後、Gr用の行制御線１５_Gr のみを制御すると、当該奇数行の全てのGr色の単位画素３から一斉に画素信号電圧Ｖｘ_Gr がカラムＡＤ処理部２６に供給される。

次に、偶数行の読出しに移行し、Gb用の行制御線１５_Gb のみを制御すると、当該偶数行の全てのGb色の単位画素３から一斉に画素信号電圧Ｖｘ_Gb がカラムＡＤ処理部２６に供給される。その後、Ｂ用の行制御線１５_Bのみを制御すると、当該偶数行の全てのＢ色の単位画素３から一斉に画素信号電圧Ｖｘ_BがカラムＡＤ処理部２６に供給される。

カラムＡＤ処理部２６では、それぞれの色フィルタが配置された各単位画素３の画素信号電圧Ｖｘ_R，Ｖｘ_Gr ，Ｖｘ_Gb ，Ｖｘ_Bに応じて、ＡＤ変換ゲイン調整を行なうことでホワイトバランスを調整する。

第１実施形態では、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色カラーフィルタをベイヤー配列にした色分離フィルタを使用しており、Gr，Gbは何れも同じＧ色であるので、ホワイトバランス調整用のゲイン設定は画素信号電圧Ｖｘ_Gr ，Ｖｘ_Gb に対して同じ値を使用するものとする。

ＡＤ変換後のデジタルデータを元に、後段のデジタル処理部にて、ホワイトバランス調整の計算を行なう。後段のデジタル処理部としては、図１に示したデジタル演算部２９や、デバイス外部に設けられる主制御部などが該当する。この際、出力された各色情報を持つデジタルデータに対してデジタルゲインにてホワイトバランス調整を行なうのではなく、色ごとに調整したいゲイン値を示すゲイン調整用の制御データCN_4を通信・タイミング制御部２０を介して参照信号生成部２７に送信する。

Ｒ色の画素信号電圧Ｖｘ_RをＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０はＲ色ゲイン調整用の制御データCN_4に対応する電圧変化量ΔSLPdac_Rを持つ参照信号SLPadcを生成する。ＡＤ変換部２５０は、電圧変化量ΔSLPdac_Rの参照信号SLPadcを用いて比較処理を行ない、カウントクロックＣＫcnt1で計数することで、ＡＤ変換する。カウンタ部２５４には、Ｐ相処理後にはＲ色のリセット成分Ｖrst_R を示すリセットデータＤrst_R が保持され、Ｄ相処理後にはＲ色の信号成分Ｖsig_R を示す信号データＤsig_R が保持される。

Gr色の画素信号電圧Ｖｘ_Gr をＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０はＧ色ゲイン調整用の制御データCN_4に対応する電圧変化量ΔSLPdac_Gを持つ参照信号SLPadcを生成する。ＡＤ変換部２５０は、電圧変化量ΔSLPdac_Gの参照信号SLPadcを用いて比較処理を行ない、カウントクロックＣＫcnt1で計数することで、ＡＤ変換する。カウンタ部２５４には、Ｐ相処理後にはGr色のリセット成分Ｖrst_Grを示すリセットデータＤrst_Grが保持され、Ｄ相処理後にはGr色の信号成分Ｖsig_Grを示す信号データＤsig_Grが保持される。

Gb色の画素信号電圧Ｖｘ_Gb をＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０はＧ色ゲイン調整用の制御データCN_4に対応する電圧変化量ΔSLPdac_Gを持つ参照信号SLPadcを生成する。ＡＤ変換部２５０は、電圧変化量ΔSLPdac_Gの参照信号SLPadcを用いて比較処理を行ない、カウントクロックＣＫcnt1で計数することで、ＡＤ変換する。カウンタ部２５４には、Ｐ相処理後にはGb色のリセット成分Ｖrst_Gbを示すリセットデータＤrst_Gbが保持され、Ｄ相処理後にはGb色の信号成分Ｖsig_Gbを示す信号データＤsig_Gbが保持される。

Ｂ色の画素信号電圧Ｖｘ_BをＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０はＢ色ゲイン調整用の制御データCN_4に対応する電圧変化量ΔSLPdac_Bを持つ参照信号SLPadcを生成する。ＡＤ変換部２５０は、電圧変化量ΔSLPdac_Bの参照信号SLPadcを用いて比較処理を行ない、カウントクロックＣＫcnt1で計数することで、ＡＤ変換する。カウンタ部２５４には、Ｐ相処理後にはＢ色のリセット成分Ｖrst_B を示すリセットデータＤrst_B が保持され、Ｄ相処理後にはＢ色の信号成分Ｖsig_B を示す信号データＤsig_B が保持される。

ここで、色分離フィルタ配列ごとにＡＤ変換部２５０を設けている第１実施形態の固体撮像装置１Ａにおける１行分の画素データの水平転送動作としては、次の２つの手法を採り得る。第１の手法は、データ記憶部２５６は１列分の画素データを記憶する構成を採り、図４に示すように、Ｒ，Gr（奇数行のとき）やGb，Ｂ（偶数行のとき）の各画素データが得られる都度水平転送を行なう手法である。第２の手法は、データ記憶部２５６は行方向の色分離フィルタ配列分（本例では２列分）の画素データを各別に記憶する構成を採り、図示しないが、Ｒ，Gr（奇数行のとき）やGb，Ｂ（偶数行のとき）の両画素データが得られてから水平転送を行なう手法である。

第１の手法は、第１実施形態を適用しない従来構成と比較してＡＤ変換部２５０を半減できる利点がある反面、通常時と同じフレームレートにする場合は、通常よりも２倍の速度で水平転送する必要がある。第２の手法は、第１実施形態を適用しない従来構成と比較して、ＡＤ変換部２５０の削減効果はないが、従来構成と同じフレームレートにする場合でも通常時と同じ速度で水平転送すればよい。

このような駆動方法により動作させることで、各色情報を持つ画素信号電圧Ｖｘ_R，Ｖｘ_Gr ，Ｖｘ_Gb ，Ｖｘ_Bについて、ＡＤ変換時にＲ，Ｇ，Ｂの各単位画素３の出力振幅特性別にゲイン調整ができ、ＡＤ変換とともにホワイトバランス調整が可能となる。

本実施形態を適用しない従来の列並列型のＡＤ変換器が搭載された固体撮像装置では、ＡＤ変換後のデジタルデータの領域でゲイン調整し、ホワイトバランスを調整する。このため、デジタルゲイン調整が行なわれた色情報を持つデータは、ＡＤ変換後のデータに小数点以下の情報を持っていないため、本来のＡＤ変換後のＡＤ変換ビット精度から精度を落とすこととなる。これに対して、本実施形態の仕組みでは、参照信号比較型のＡＤ変換処理時にゲイン調整を行なうことでホワイトバランスを調整する。このため、ホワイトバランス調整後のデジタルデータは、本来のＡＤ変換ビット精度を保つことができる。

また、本例は、参照信号SLPadcの単位時間当たりの電圧変化量ΔSLPdacに対するカウントクロック数を調整してホワイトバランス調整を行なう際、１つのＤＡ変換部２７０が参照信号SLPadcの傾きを色別に調整することで実現される点に特徴がある。本来のＡＤ変換ビット精度を保つことができる点を加味すれば、各カラーの特性を緻密に制御することができるので、ホワイトバランスを緻密に調整できる利点がある。

［比較例との対比］
色別の参照信号生成部を設け、各別に生成された複数の参照信号SLPadcを用いて各色情報を持つ画素信号電圧ＶｘをＡＤ変換することが考えられる。しかしながら、この場合、参照信号生成部を複数設ける必要があるので回路規模が増える難点がある。また、個々の参照信号生成部のバラツキのため各別の参照信号生成部で生成された複数の参照信号SLPadcにバラツキが生じ、精度の高いゲイン調整を行なうことが難しくなる。個々の参照信号生成部のバラツキを補正するなど、精度向上にはより多くの回路規模が見込まれる。

第１実施形態では、行方向に関しても、同色の色情報を持つ画素信号電圧Ｖｘごとに順番に読み出し、それに合わせて、１つのＤＡ変換部２７０で参照信号SLPadcの傾きを色別に調整するので、参照信号生成部の回路規模が増える難点はない。参照信号生成部のバラツキの影響を考慮する必要がなく、精度の高いホワイトバランス調整が可能となる。

たとえば、特許文献１の仕組みでは、同文献１の図１、図２に示されるように、列並列アナログデジタル変換器を有したイメージセンサの構成を取っており、図６で示されるランプ信号生成部で列並列アナログ変換器で用いられるランプ信号ＶRAMPを生成する。そして、図９で示されるランプ信号生成部を制御する回路で、ランプ波の傾きを色ごと（Ｒ，Gr，Gb，Ｂ）で制御することで、センサ内部でホワイトバランスなどを調整できるとしている。ランプ波の傾きを調整することをアナログゲインを制御すると称している。

同文献１の図９で示される回路で、アナログゲイン設定値を色ごとに持ち、その設定値をアナログデジタル変換の対象となる図１、図２のＲ，Gr，Gb，Ｂに対応するＶＲＥＳ，ＶＳＩＧに応じて９１１，９２１，９３１，９４１を切り替える。図６のランプ信号生成部への信号ＴＧＴとして用い、ランプ信号生成部により生成されるランプ信号ＶRAMPの傾きを変えることで、色チャネルごとのアナログゲイン調整が可能であるとしている。

しかし、特許文献１では、同文献１図２で示されるように１行分の全画素から一斉に画素信号を読み出す画素アクセス構成を取っており、Gb，ＢあるいはGr，Ｂが同時にアクセスされる構成になる。この場合、図１で示している１本のランプ信号線ＶRAMPの構成では、実際には、色ごとのアナログゲイン調整は不可能である。行方向にも色ごとのアナログゲイン調整をするには、ランプ信号線ＶRAMPが少なくとも２本は必要となる。つまり、ランプ信号生成部が２つ必要ということになる。そして、２つのランプ信号生成部を有すると個々のランプ信号生成部のバラツキを補正するなど精度向上には、より多くの回路規模が見込まれる。

特許文献２に記載の仕組みでは、同文献２の図１に示されるように、色別のランプ生成部（ＤＡ変換部２７ａ）を備えるイメージセンサの構成を取る。ランプ生成部としては、たとえば、たとえば同文献２の図１２に示されるような構成が示されている。各色に対応する複数のランプ信号生成部を有しており、そのランプ信号生成部で生成されるランプ信号を各色の信号量に合わせてランプ信号の傾きを変え、スイッチにて切り替えて出力する。そして、各色に対応する同文献２の図１の垂直信号線１９にて出力される画素信号のアナログデジタル変換を行なう。

この特許文献２に記載の仕組みも、特許文献１の仕組みと同様に、複数のランプ信号生成部を必要とする構成であり、複数のランプ信号生成部のバラツキを補正する必要がある。さらには、複数のランプ信号生成部の出力がスイッチを介して物理的に接続されているため、スイッチのリークにより複数のランプ信号生成部の出力が干渉し、ホワイトバランス調整として適正なアナログゲインを得られない懸念がある。

［第２例］
図４Ａは、第１実施形態の固体撮像装置１Ａにおける第２例のホワイトバランス調整動作に着目したＡＤ変換処理を説明するタイミングチャートである。

第１実施形態（第１例）のホワイトバランス調整動作では、Gr，Gbは何れも同じＧ色の色情報を持つ画素として取り扱い、Gr，Gbの画素信号電圧Ｖｘ_Gr ，Ｖｘ_Gb のＡＤ変換を行なう際は、ホワイトバランス調整用のゲイン設定は同じ値を使用するものとしている。ベイヤー配列の色分離フィルタを構成する４つの単位画素３に対するゲイン設定は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色についてであれば良く、４つの単位画素３について個別に設定するよりもゲイン設定制御が簡易である利点がある。

しかしながら、単位画素の微細化や、GrとGbの画素レイアウトパターンの違いなどにより、同一の光量を受光した場合、同じＧ色ではあっても、出力振幅特性差のため、信号成分Ｖsig_Gr，Ｖsig_Gbに相違が生じ、同様に取り扱うことが難しくなる。

第１実施形態（第２例）は、このような場合への対処を行なうもので、ホワイトバランス調整用のゲイン設定は、画素信号電圧Ｖｘ_Gr ，Ｖｘ_Gb に対して個別の値を使用する。つまり、ベイヤー配列の色分離フィルタを構成する４色分（Ｒ，Gr，Gb，Ｂ）の単位画素３に対するゲイン設定は、４色分の単位画素３について個別に行なう手法を採る。

Ｒ色の画素信号電圧Ｖｘ_RをＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０はＲ色ゲイン調整用の制御データCN_4に対応する電圧変化量ΔSLPdac_Rを持つ参照信号SLPadcを生成する。ＡＤ変換部２５０は、電圧変化量ΔSLPdac_Rの参照信号SLPadcを用いて比較処理を行ない、カウントクロックＣＫcnt1で計数することで、ＡＤ変換する。

Gr色の画素信号電圧Ｖｘ_Gr をＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０はGr色ゲイン調整用の制御データCN_4に対応する電圧変化量ΔSLPdac_Gr を持つ参照信号SLPadcを生成する。ＡＤ変換部２５０は、電圧変化量ΔSLPdac_Gr の参照信号SLPadcを用いて比較処理を行ない、カウントクロックＣＫcnt1で計数することで、ＡＤ変換する。

Gb色の画素信号電圧Ｖｘ_Gb をＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０はGb色ゲイン調整用の制御データCN_4に対応する電圧変化量ΔSLPdac_Gb を持つ参照信号SLPadcを生成する。ＡＤ変換部２５０は、電圧変化量ΔSLPdac_Gb の参照信号SLPadcを用いて比較処理を行ない、カウントクロックＣＫcnt1で計数することで、ＡＤ変換する。

Ｂ色の画素信号電圧Ｖｘ_BをＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０はＢ色ゲイン調整用の制御データCN_4に対応する電圧変化量ΔSLPdac_Bを持つ参照信号SLPadcを生成する。ＡＤ変換部２５０は、電圧変化量ΔSLPdac_Bの参照信号SLPadcを用いて比較処理を行ない、カウントクロックＣＫcnt1で計数することで、ＡＤ変換する。

同じＧ色の画素信号電圧Ｖｘ_Gr ，Ｖｘ_Gb に対して、それぞれの出力振幅特性差を補正するように各別の電圧変化量ΔSLPdac_Gr，ΔSLPdac_Gbの参照信号SLPadcを用いてＡＤ変換を行なうので、Ｄ相処理後の信号データＤsig_Gr，Ｄsig_Gbは同じ値となる。

このような駆動方法で動作させると、各色情報を持つ画素信号電圧Ｖｘ_R，Ｖｘ_Gr ，Ｖｘ_Gb ，Ｖｘ_Bについて、ＡＤ変換時にＲ，Gr，Gb，Ｂ別にゲイン調整が可能で、結果的に、ＡＤ変換とともにホワイトバランス調整が可能となる。Grの単位画素３とGbの単位画素３に特性差が生じた場合でも、その特性差を、それぞれに応じた電圧変化量ΔSLPdac_Gr ，ΔSLPdac_Gb （つまりGr，Gb別のＡＤ変換ゲイン）で調整することが可能となる。

ホワイトバランス調整後のデジタルデータは本来のＡＤ変換ビット精度を保てる点や、ホワイトバランス調整用のＡＤ変換ゲイン調整は１つのＤＡ変換部２７０が参照信号SLPadcの傾きを色別に調整することで実現される点は第１実施形態（第１例）と同様である。

［第３例］
図４Ｂ〜図４Ｃは、第１実施形態の固体撮像装置１Ａにおける第３例のホワイトバランス調整を説明する図である。図４Ｂは、第３例で適用される色分離フィルタの色配列を説明する図である。図４Ｃは、第１実施形態の固体撮像装置１Ａにおける第３例のホワイトバランス調整動作に着目したＡＤ変換処理を説明するタイミングチャートである。

第１実施形態の第１例や第２例では、正方格子状に配された単位画素３に対して、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色成分をベイヤー配列の基本形に従って配列していたが、フィルタ色やその配列順はベイヤー配列の基本形に限定されない。たとえば、ベイヤー配列の改良形にすることもできるし、補色フィルタあるいはその他のフィルタ色を用いることができる。

たとえば、図４Ｂ（１）に示すように、偶数行奇数列には、緑（Ｇ）画素に代えて、第３のカラーとしてホワイト（Ｗ）を感知するための第３のカラー画素（ホワイト画素Ｗ）を配してもよい。行ごとに異なったＲ／ＧまたはＷ／Ｂの２色のカラー画素が市松模様状に配置される。行方向および列方向の何れについても、Ｒ／ＧまたはＷ／Ｂの２色が２つごとに繰り返される点においては、ベイヤー配列の基本形と同じである。なお、Ｗ色が配される単位画素３は、可視光帯の全成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を通過させるものであり、この点においては、事実上、カラーフィルタを設けない構成を採ることができる。

第４のカラーとしてホワイト（Ｗ）を使用する目的は、赤外線カットフィルタを使用する構成で、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素に加えてＷ画素を新たに設けて、演算アルゴリズムとの組み合わせにより高感度化を達成することにある。Ｗ画素は、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素よりも感度が高いので、Ｗ画素を輝度信号として用いることで、高感度を達成することができる。

補色フィルタシアン（Cy），マゼンタ（Mg），イエロ（Ye）をベイヤー配列にしてもよい。たとえば、図４Ｂ（２）に示すように、奇数行奇数列の原色フィルタＲをシアンに、奇数行偶数列と偶数行奇数列の原色フィルタＧをマゼンタに、偶数行偶数列の原色フィルタＢをイエロに、それぞれ置き換えた配置とするとよい。行ごとに異なったCy／MgまたはMg／Yeの２色のカラー画素が市松模様状に配置されている。行方向および列方向の何れについても、Cy／MgまたはMg／Yeの２色が２つごとに繰り返される点においては、ベイヤー配列の基本形と同じである。また、図示しないが、対角に２つ存在することになるマゼンタの一方に、Ｗ画素を配してもよい。

一般的に、原色系は補色系に比べて色再現性がよく、補色系はカラーフィルタの光透過率が高いことから感度の点で有利となる。つまり、補色系の色フィルタは原色系の色フィルタよりも感度が高いので、可視領域の透過光が３原色の各々の補色である補色系の色フィルタを使用することで撮像装置の感度を高めることができる。逆に、原色系の色フィルタを用いることで、差分処理を行なわなくても原色の色信号を取得でき信号処理が簡易になる利点がある。映像の再生時には、原色系あるいは補色系のカラーフィルタを用いて得られた色信号（たとえばＲ，Ｇ，Ｂの原色信号）に対して信号処理が行なわれ、輝度信号および色差信号が合成される。

図４Ｂ（３）に示すように、偶数行奇数列には、緑（Ｇ）画素に代えて、第３のカラー（エメラルド；Ｅ）を感知するための第３のカラー画素を配してもよい。行ごとに異なったＲ／ＧまたはＥ／Ｂの２色のカラー画素が市松模様状に配置されている。行方向および列方向の何れについても、Ｒ／ＧまたはＥ／Ｂの２色が２つごとに繰り返される点においては、ベイヤー配列の基本形と同じである。

色信号処理についての詳細な説明は割愛するが、４色カラーフィルタに対応して、４色で撮影された各色の映像信号から、人間の目に近いＲＧＢの３色を作り出すためのマトリックス演算を行なう画像処理プロセッサを設ける。この画像処理プロセッサは、たとえばデジタル演算部２９に設けてもよいし、デバイス外部のデジタル処理部に設けてもよい。赤，緑，青のフィルタに加えてエメラルドのフィルタを搭載すれば、３色カラーフィルタよりも色再現の差を低減させることができ、青緑色や赤色の再現性が向上する。

何れの配置態様でも、４色のＡＤ変換ゲインを個別に調整すればよく、全体動作は、第１実施形態の第２例と同様に考えてよい。ベイヤー配列の色分離フィルタを構成する４つの単位画素３に対するゲイン設定は、４つの単位画素３について個別に行なう手法を採ればよい。処理対象行に存在する色の組合せが異なることに応じて、ＤＡ変換部２７０が発する参照信号SLPadcの電圧変化量ΔSLPdac（＝ＡＤ変換ゲイン）を色分離フィルタの色に応じて切り替えればよい。ＤＡ変換部２７０を削減できる点（１つでよい）やマルチプレクサが不要、各色に応じて参照信号SLPadcの傾きを調節することで各色の特性を緻密に制御することができるなど、第１実施形態の第１例で述べたと同様の効果を享受できる。

たとえば図４Ｃは、図４Ｂ（１）に示すように、ホワイト画素Ｗを備える場合の動作例を示す。ホワイト画素Ｗは他のＲ，Ｇ，Ｂの単位画素３より感度が高いため、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｗの各単位画素３の蓄積時間が同一の場合、ホワイト画素Ｗの画素信号電圧Ｖｘ_Wで示される信号成分Ｖsig_W が大きくなる。したがって、画素信号電圧Ｖｘ_Wに対しては、画素信号電圧Ｖｘ_R，Ｖｘ_G，Ｖｘ_BよりもＡＤ変換ゲインを小さく設定する。具体的には、Ｒ，Ｇ，Ｂ，用の電圧変化量ΔSLPdac_R，ΔSLPdac_G，ΔSLPdac_Bよりも、Ｗ用の電圧変化量ΔSLPdac_Wを大きくすることで、参照信号SLPadcの傾きを大きくする。

Ｒ色の画素信号電圧Ｖｘ_RをＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０はＲ色ゲイン調整用の制御データCN_4に対応する電圧変化量ΔSLPdac_Rを持つ参照信号SLPadcを生成する。ＡＤ変換部２５０は、電圧変化量ΔSLPdac_Rの参照信号SLPadcを用いて比較処理を行ない、カウントクロックＣＫcnt1で計数することで、ＡＤ変換する。

Ｇ色の画素信号電圧Ｖｘ_GをＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０はＧ色ゲイン調整用の制御データCN_4に対応する電圧変化量ΔSLPdac_Gを持つ参照信号SLPadcを生成する。ＡＤ変換部２５０は、電圧変化量ΔSLPdac_Gの参照信号SLPadcを用いて比較処理を行ない、カウントクロックＣＫcnt1で計数することで、ＡＤ変換する。

Ｗ色の画素信号電圧Ｖｘ_WをＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０はＷ色ゲイン調整用の制御データCN_4に対応する電圧変化量ΔSLPdac_Wを持つ参照信号SLPadcを生成する。ＡＤ変換部２５０は、電圧変化量ΔSLPdac_Wの参照信号SLPadcを用いて比較処理を行ない、カウントクロックＣＫcnt1で計数することで、ＡＤ変換する。

Ｂ色の画素信号電圧Ｖｘ_BをＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０はＢ色ゲイン調整用の制御データCN_4に対応する電圧変化量ΔSLPdac_Bを持つ参照信号SLPadcを生成する。ＡＤ変換部２５０は、電圧変化量ΔSLPdac_Bの参照信号SLPadcを用いて比較処理を行ない、カウントクロックＣＫcnt1で計数することで、ＡＤ変換する。

こうすることで、ホワイト画素ＷについてのＡＤ変換時に、他のＲ，Ｇ，Ｂの各単位画素３より出力が大きい出力もオーバーフローすることなくＡＤ変換が可能となる。

＜２．固体撮像装置の第２実施形態＞
図５は、本発明に係る固体撮像装置の一実施形態であるＣＭＯＳ型の固体撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサ）の第２実施形態の概略構成図である。

第２実施形態の固体撮像装置１Ｂは先ず、第１実施形態と同様に、画素部１０は、同色の単位画素３ごとに行制御線１５を備える。また、画素部１０とカラムＡＤ処理部２６との接続関係に関して、第２実施形態では、色分離フィルタ配列ごとではなく、垂直列ごとに１つの垂直信号線１９を介して画素信号電圧ＶｘがカラムＡＤ処理部２６のＡＤ変換部２５０に供給される。

［ホワイトバランス調整：第２実施形態］
図５Ａは、第２実施形態の固体撮像装置１Ｂにおけるホワイトバランス調整動作に着目したＡＤ変換処理を説明するタイミングチャートである。

第２実施形態では、色分離フィルタ配列ごとではなく、垂直列ごとに１つの垂直信号線１９を介して画素信号電圧ＶｘがカラムＡＤ処理部２６のＡＤ変換部２５０に供給される点を除いて第１実施形態と相違がない。ＡＤ変換処理時のホワイトバランス調整動作は第１実施形態と同様であればよい。ここでは、第１実施形態（第２例）と同様に、ベイヤー配列の色分離フィルタを構成する４色分（Ｒ，Gr，Gb，Ｂ）の単位画素３に対するゲイン設定は、４色分の単位画素３について個別に行なう手法を採る場合で示している。

詳細説明は割愛するが、ホワイトバランス調整後のデジタルデータは本来のＡＤ変換ビット精度を保てる点や、ホワイトバランス調整用のＡＤ変換ゲイン調整は１つのＤＡ変換部２７０が参照信号SLPadcの傾きを色別に調整することで実現される点は第１実施形態と同様である。

ここで、第２実施形態の固体撮像装置１Ｂにおける１行分の画素データの水平転送動作としては、次の２つの手法を採り得る。第１の手法は、Ｒ，Gr（奇数行のとき）やGb，Ｂ（偶数行のとき）の各画素データが得られる都度水平転送を行なう手法である。第２の手法は、Ｒ，Gr（奇数行のとき）やGb，Ｂ（偶数行のとき）の両画素データが得られてから水平転送を行なう手法である。第１実施形態とは異なり、第１・第２の何れの手法を採るかに拘わらず、データ記憶部２５６は行方向の色分離フィルタ配列分（本例では２列分）の画素データを各別に記憶する構成が採られているが、各手法そのものは第１実施形態で説明したものと同様である。なお第１の手法を採る場合、水平走査部１２は、奇数列の水平転送時には奇数列のラッチ２５７のみからデータを水平信号線１８に読み出し、偶数列の水平転送時には偶数列のラッチ２５７のみからデータを水平信号線１８に読み出す。

第２実施形態は、第１実施形態との対比では、ＡＤ変換部２５０の数が倍になるが、デバイス的には色分離フィルタを使用しないモノクロ用との共通化ができる利点がある。モノクロ撮像では行方向に順番に読むことが不要であり、一般的なカラム方式のように、行方向は全画素一斉読出しにするのがよい。第２実施形態のデバイス構成にしてモノクロ撮像時に、奇数行ではＲ用とGr用の行制御線１５_R，１５_Gr を共通の駆動信号で駆動し、偶数行ではGb用とＢ用の行制御線１５_Gb ，１５_Bを共通の駆動信号で駆動すれば、行方向の全画素一斉読出しに対応できる。

＜３．固体撮像装置の第３実施形態＞
図６は、本発明に係る固体撮像装置の一実施形態であるＣＭＯＳ型の固体撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサ）の第３実施形態の概略構成図である。図では、第２実施形態に対する変形例で示しているが、第１実施形態に対しても同様の仕組みを適用できる。

第３実施形態は、ＤＡ変換部２７０が生成する参照信号SLPadcの傾きは一定にしつつ、図２Ａ（３）に示したように、ＡＤ変換部２５０用のカウントクロックＣＫcnt1 の周波数を調整することで、ＡＤ変換ゲインを調整する手法を採るものである。このため、第３実施形態の固体撮像装置１Ｃは、通信・タイミング制御部２０からＡＤ変換部２５０のカウンタ部２５４に、クロック周波数調整済みのカウントクロックカウントクロックＣＫcnt_j/k が供給される。このカウントクロックＣＫcnt_j/k は、基準クロック（カウントクロックＣＫcnt1）をｊ／ｋ倍にしたもので、制御データCN_4と同様に、ホワイトバランス調整の計算に基づいて設定される。

たとえば、ＡＤ変換後のデジタルデータを元に後段のデジタル処理部にてホワイトバランス調整の計算を行なう。色ごとに調整したいゲイン値を示す情報が通信・タイミング制御部２０に送られる。通信・タイミング制御部２０は、その情報に基づいてクロック変換部２０ａを制御することで、カウントクロックＣＫcnt1をｊ／ｋ倍にした調整済みのカウントクロックＣＫcnt_j/k を取得し、これをカウンタ部２５４に供給する。

［ホワイトバランス調整：第３実施形態］
図６Ａは、第３実施形態の固体撮像装置１Ｃにおけるホワイトバランス調整動作に着目したＡＤ変換処理を説明するタイミングチャートである。

第３実施形態では、ＤＡ変換部２７０が使用するカウント周波数の調整によりＡＤ変換ゲインを調整する点を除いて第１実施形態と相違がなく、ＡＤ変換処理やデジタルＣＤＳ処理は、第１実施形態と同様であればよい。

ここでは、第１実施形態（第２例）と同様に、ベイヤー配列の色分離フィルタを構成する４色分（Ｒ，Gr，Gb，Ｂ）の単位画素３に対するゲイン設定は、４色分の単位画素３について個別に行なう手法で示す。

Ｒ色の画素信号電圧Ｖｘ_RをＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０は電圧変化量ΔSLPdacを持つ参照信号SLPadcを生成する。ＡＤ変換部２５０は、Ｒゲイン調整用のカウント周波数Ｆ_Rを持つカウントクロックＣＫcnt_j/k に基づくカウント処理によりＡＤ変換する。Gr色の画素信号電圧Ｖｘ_Gr をＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０は電圧変化量ΔSLPdacを持つ参照信号SLPadcを生成し、ＡＤ変換部２５０はGrゲイン調整用のカウント周波数Ｆ_Gr を持つカウントクロックＣＫcnt_j/k に基づくカウント処理によりＡＤ変換する。

Gb色の画素信号電圧Ｖｘ_Gb をＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０は電圧変化量ΔSLPdacを持つ参照信号SLPadcを生成し、ＡＤ変換部２５０はGbゲイン調整用のカウント周波数Ｆ_Gb を持つカウントクロックＣＫcnt_j/k に基づくカウント処理によりＡＤ変換する。Ｂ色の画素信号電圧Ｖｘ_BをＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０は電圧変化量ΔSLPdacを持つ参照信号SLPadcを生成する。ＡＤ変換部２５０は、Ｂゲイン調整用のカウント周波数Ｆ_Bを持つカウントクロックＣＫcnt_j/k に基づくカウント処理によりＡＤ変換する。

第３実施形態では、ホワイトバランス調整用のＡＤ変換ゲイン調整はＡＤ変換部２５０が使用するカウントクロックＣＫcnt の周波数を色別に調整することで実現される。ホワイトバランス調整後のデジタルデータは本来のＡＤ変換ビット精度を保てる点は第１実施形態と同様である。

色別に異なる周波数のカウントクロックＣＫcnt を生成しＡＤ変換部２５０に供給する各別のクロック生成部を設け、各別に生成された周波数の異なる複数のカウントクロックＣＫcnt を用いて各色情報を持つ画素信号電圧ＶｘをＡＤ変換することが考えられる。この場合、クロック生成部を複数設ける必要があるので回路規模が増える難点がある。

第３実施形態では、行方向に関しても、同色の色情報を持つ画素信号電圧Ｖｘごとに順番に読み出すのと合わせて、ＡＤ変換部２５０が使用するカウントクロックＣＫcnt の周波数を色別に調整する。第１実施形態と同様、回路規模が増える難点や参照信号生成部のバラツキの影響を考慮する必要がなく精度の高いホワイトバランス調整が可能となる。

＜４．固体撮像装置の第４実施形態＞
図７は、本発明に係る固体撮像装置の一実施形態であるＣＭＯＳ型の固体撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサ）の第４実施形態の概略構成図である。ここでは、参照信号SLPadcの傾き調整でＡＤ変換ゲイン調整を行なう第１実施形態に対する変形例で示すが、ＡＤ変換用のクロック周波数調整でＡＤ変換ゲイン調整を行なう第３実施形態に対しても、同様の変形が可能である。

図７に示すように、第４実施形態の固体撮像装置１Ｄは、単位画素３の内の一部の要素を複数の単位画素３で共有した構成を持つ画素共有構造の単位画素群２が画素部１０に備えられているものである。

第４実施形態では、単位画素群２ごとに、１つの垂直信号線１９を介して画素信号電圧ＶｘがカラムＡＤ処理部２６に供給されるように構成する。このため、単位画素群２ごとに制御される行制御線１５_aと単位画素群２内で単位画素３ごとに制御される行制御線１５_bが設けられる。画素部１０の構成を除くその他は第１実施形態と同様である。

ここで、詳細は後述するが、カラー撮像時にベイヤー配列を適用する場合、行方向に関して、２列で「色分離フィルタ配列ごと」が形成される点では、第１実施形態と同様である。因みに、画素部１０とカラムＡＤ処理部２６との接続関係に関しては、第１実施形態と同様に、行方向の色分離フィルタ配列ごとにＡＤ変換部２５０を１つ設けてもよいし、第２実施形態と同様に、垂直列ごとにＡＤ変換部２５０を１つ設けてもよい。図示した例は、第２実施形態と同様の構成例で示している。後述する図７Ｃ（２）は、第１実施形態と同様の構成例で示している。

［単位画素群の回路構成］
図７Ａおよび図７Ｂは、図７に示した第４実施形態の固体撮像装置１Ｄに使用される単位画素群２の構成例を説明する図である。ここで、図７Ａは、単位画素群２を構成する各構成要素の配置レイアウト例を示す図である。また、図７Ｂは、その単位画素群２の回路構成例と、駆動部と駆動制御線と画素トランジスタの接続態様を示す図である。画素部１０内の単位画素群２の構成は、先ず、単位画素３の内の一部の要素を複数の単位画素３で共有した構成を持つ画素共有構造を有する点に特徴を有する。画素部１０内の単位画素群２を構成する単位画素３の基本的な構成は、第１実施形態の単位画素３と同様である。

ここでは、画素共有構造の一例として、４つの単位画素３の組み合わせで単位画素群２が構成される４画素共有の場合で示す。この点は、ベイヤー配列の色分離フィルタを使用する場合、２行×２列の４つの単位画素３で、色分離フィルタの１つ分が構成されるのと似通っている。

単位画素群２の構成は一例であり、ここで示すものには限定されない。図７Ａおよび図７Ｂに示した構成においては、４つの単位画素３で１つ単位画素群２を構成するが、これに限らず、たとえば、２つや８つの単位画素３で１つ単位画素群２を構成してもよい。

単位画素群２は、レイアウト面では、図７Ａに示すように、トランジスタ領域と、電圧変換部とトランジスタ領域における回路群とを電気的に接続する配線を備えている。トランジスタ領域では、電荷生成部３２、電荷生成部３２で生成された信号電荷を電圧信号に変換する電圧変換部、読出選択用トランジスタ３４、電圧変換部に転送された電荷や電圧変換部で変換された電圧信号に対する処理を行なう回路群が配置される。電圧変換部は、図７Ｂに示すように、フローティングディフュージョン３８とフローティングディフュージョン３８の電位変化を検知する検知素子の一例であるソースフォロア構成の増幅用トランジスタ４２を主要部として有する。

単位画素群２は、各構成要素の配置レイアウトに大きな特徴がある。図７Ｂ（１）に示すように、複数列と複数行とからなる２次元アレイ状に配置された電荷生成部３２に対して、２次元アレイ中で斜めに隣り合う２つの電荷生成部３２の間に１つの電圧変換部が配置される。２つの電荷生成部３２が各電荷生成部３２に付設された読出選択用トランジスタ３４を介して１つの電圧変換部やトランジスタ領域を共用するように構成されている。

共用は、たとえば図７Ａ（２）に示すように、ｉ，ｉ＋１，ｉ＋２，…列とｊ，ｊ＋１，ｊ＋２，…行からなる２次元アレイ中にて組合せが定まる態様が採られる。たとえば、第１の単位画素群２_1は、（ｉ＋１，ｊ）座標の電荷生成部３２ａと（ｉ，ｊ＋１）座標の電荷生成部３２ｂとがそれぞれ１つのフローティングディフュージョン３８および増幅用トランジスタ４２で構成された電圧変換部を共用する。また、（ｉ＋１，ｊ＋２）座標の電荷生成部３２ｃと（ｉ，ｊ＋３）座標の電荷生成部３２ｄとがそれぞれ他の１つのフローティングディフュージョン３８および増幅用トランジスタ４２で構成された電圧変換部を共用する。

行方向に隣接する第２の単位画素群２_2は、（ｉ＋２，ｊ）座標の電荷生成部３２ａと（ｉ＋１，ｊ＋１）座標の電荷生成部３２ｂとがそれぞれ１つのフローティングディフュージョン３８および増幅用トランジスタ４２で構成された電圧変換部を共用する。また、（ｉ＋２，ｊ＋２）座標の電荷生成部３２ｃと（ｉ＋１，ｊ＋３）座標の電荷生成部３２ｄとがそれぞれ他の１つのフローティングディフュージョン３８および増幅用トランジスタ４２で構成された電圧変換部を共用する。

図７Ａに示すように、電圧変換部が配されていない電荷生成部３２同士の間には、トランジスタ領域が設けられているが、そのトランジスタ領域における回路群を、回路群と配線を介して電気的に接続する２つの電荷生成部３２が共用するように構成されている。各単位画素群２は、電荷生成部３２ａ，３２ｂが共用する電圧変換部と電荷生成部３２ｃ，３２ｄが共用する電圧変換部を接続することで、４行２列でジグザグに配置された電荷生成部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが同じ電圧変換部を共用する構成となる。このとき共用される回路群としては、図７Ｂに示すように、リセットトランジスタ３６や垂直選択用トランジスタ４０などがあるが、これらの各回路要素は、複数のトランジスタ領域に分散した配置されているものとする。

第４実施形態の固体撮像装置１Ｄでは、２次元アレイの列方向に沿って並ぶ２つのトランジスタ領域に分散配置された１組の回路群を、同列方向に沿って並ぶ２つの電圧変換部が共用する。さらに、各電圧変換部を２次元アレイ中で斜めに隣り合う２つの電荷生成部３２が共用する。そして、これら１つの回路群、２つの電圧変換部および計４つの電荷生成部３２が、１つの共有単位（単位ブロック）である単位画素群２を構成している。

回路構成的には、単位画素群２は、４つの電荷生成部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを有し、フローティングディフュージョン３８や増幅用トランジスタ４２でなる１つの画素信号生成部５を共有する構成となっている。共有対象の画素は、隣接しているものとし、隣接方向は、正方格子状に単位画素３が配列されている場合には、画面の垂直方向、水平方向、その両方（すなわち斜め）の何れであってもよく、図７Ａは一例に過ぎない。

４画素でＦＤＡ構成の画素信号生成部５を共有するように、４つの単位画素３で１つ単位画素群２を構成しているので、読出選択用トランジスタ３４が４つの電荷生成部３２に蓄積された信号電荷を共通の画素信号生成部５に移送する手段として機能するようにする。読出選択用トランジスタ３４も独立して、読出選択用トランジスタ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄが設けられ、転送駆動バッファＢＦ１も独立して、転送駆動バッファＢＦ１ａ，ＢＦ１ｂ，ＢＦ１ｃ，ＢＦ１ｄが設けられる。電荷生成部３２ａ，３２ｂ，３４ｃ，３４ｄから信号電荷Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄを独立にフローティングディフュージョン３８に移送（転送）させる。単位画素群２ごとに制御される行制御線１５_aとしては、リセット配線５６および垂直選択線５８が該当する。単位画素群２内で単位画素３ごとに制御される行制御線１５_bとしては転送配線５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄが該当する。

単位画素３ａ（第１画素）については転送配線５４ａを介して転送信号TRGaで読出選択用トランジスタ３４ａが駆動されることで画素信号電圧Ｖｘ_aが読み出される。単位画素３ｂ（第２画素）については転送配線５４ｂを介して転送信号TRGbで読出選択用トランジスタ３４ｂが駆動されることで画素信号電圧Ｖｘ_bが読み出される。単位画素３ｃ（第３画素）については転送配線５４ｃを介して転送信号TRGcで読出選択用トランジスタ３４ｃが駆動されることで画素信号電圧Ｖｘ_cが読み出される。単位画素３ｄ（第４画素）については転送配線５４ｄを介して転送信号TRGdで読出選択用トランジスタ３４ｄが駆動されることで画素信号電圧Ｖｘ_dが読み出される。

電荷生成部３２ａと読出選択用トランジスタ３４ａと画素信号生成部５で第１の単位画素３ａが構成され、電荷生成部３２ｂと読出選択用トランジスタ３４ｂと画素信号生成部５で第２の単位画素３ｂが構成される。電荷生成部３２ｃと読出選択用トランジスタ３４ｃと画素信号生成部５で第３の単位画素３ｃが構成され、電荷生成部３２ｄと読出選択用トランジスタ３４ｄと画素信号生成部５で第４の単位画素３ｄが構成される。つまり、このような構成では、全体としては、７つのトランジスタで単位画素群２が構成されているが、それぞれの電荷生成部３２ａ，３２ｂ，３４ｃ，３４ｄから見た場合には、４つのトランジスタで単位画素３が構成された４ＴＲ構成である。

［画素共有構造とカラー撮像の関係］
図７Ｃは、図７〜図７Ｂに示した画素共有構造を持つ固体撮像装置１Ｄにおけるカラー撮像について説明する図である。カラー撮像用とする場合には、共有対象となる単位画素３は、同色画素だけに限らず複数色でＦＤＡ構成の画素信号生成部５を共有するように構成してもよいし、同色画素だけでＦＤＡ構成の画素信号生成部５を共有するように構成してもよい。

ところが、共有方式によっては、行方向について一斉読出しにする従前方式との組合せでは、画素別のゲイン調整（カラー撮像時にはホワイトバランス調整）を行なう場合、傾きの異なる参照信号を生成して供給する個別の回路構成が必要になる。あるいは、周波数の異なるカウントクロックＣＫcntを生成して供給する個別の回路構成が必要になる。何れも、回路規模が増える難点が起こる。

たとえば、図７Ｃは、Ｒ，Gr，Gb，Ｂの原色フィルタがベイヤー配列され、４行２列でジグザグに配置された４つの単位画素３で単位画素群２が構成される場合である。ここで、図７Ｃ（１）は、行方向について一斉読出しにする比較例を示し、図７Ｃ（２）は、行方向については、第１（〜第３）実施形態と同様に、同色の色情報を持つ画素信号電圧Ｖｘごとに順番に読み出す第４実施形態を示す。

図７Ａとの対応では、第１の単位画素群２_1は、電荷生成部３２ａ，３２ｃがＲ画素、電荷生成部３２ｂ，３２ｄがＢ画素であり、第２の単位画素群２_2は、電荷生成部３２ａ，３２ｃがGr画素、電荷生成部３２ｂ，３２ｄがGb画素である。

図７Ｃ（１）に示す比較例の場合、Ｒ，Gr行を読み出す際にはＲ，Grを同時に読み出し、Gb，Ｂ行を読み出す際にはGb，Ｂを同時に読み出す構成になる。Ｒ，GrやGb，Ｂを同時に読み出すために色ごとのＡＤ変換ゲイン調整を参照信号SLPadcの傾き調整により行なう場合には、参照信号生成部２７（ＤＡ変換部２７０）が２つ必要になる。Ｒ，GrやGb，Ｂを同時に読み出すために色ごとのＡＤ変換ゲイン調整をカラムＡＤ処理部２６（ＡＤ変換部２５０）のカウントクロックＣＫcntの周波数調整により行なう場合には、周波数の異なるカウントクロックＣＫcntを生成する各別のカウントクロック生成回路が必要になる。

一方、図７Ｃ（２）に示す第４実施形態の場合、行方向に関しても同色の色情報を持つ画素信号電圧Ｖｘごとに順番に読み出し、それに合わせて、参照信号SLPadcの単位時間当たりの電圧変化量ΔSLPdacに対するカウンタ側のカウントクロック数を各別に調整する。この点は、第１〜第３実施形態と同様である。行方向（水平方向）における配列の繰返し単位に関しては、本例の場合、単位画素群２の色配列の繰返し単位ごととして見るが、実際には、単位画素３の水平方向における色配列の繰返し単位である点で、第１実施形態と同様である。

［ＡＤ変換ゲイン調整：第４実施形態］
図７Ｄは、第４実施形態の固体撮像装置１ＤにおけるＡＤ変換ゲイン調整動作（ホワイトバランス調整動作）に着目したＡＤ変換処理を説明するタイミングチャートである。ここでは、第１実施形態と同様に、参照信号SLPadcの傾き調整でＡＤ変換ゲイン調整を行なう場合で示す。図示しないが、第３実施形態と同様に、カウントクロックＣＫcntの周波数調整でＡＤ変換ゲイン調整を行なうようにしてもよい。

画素共有構造にする場合、各単位画素３の微細化を含めて各単位画素３のレイアウトパターンの違いなどにより、同一の光量を受光した場合、画素信号電圧Ｖｘ_a，Ｖｘ_b，Ｖｘ_c，Ｖｘ_dに相違が生じ出力振幅特性が異なるので同様に取り扱うことが難しくなる。第４実施形態は、このような場合への対処を行なうもので、単位画素群２を構成する単位画素３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄから読み出される画素信号電圧Ｖｘ_a，Ｖｘ_b，Ｖｘ_c，Ｖｘ_dについてＡＤ変換ゲインを個別に調整する。全体動作は、第１実施形態の第２例と同様で、単位画素群２を構成する４つの単位画素３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに対するゲイン設定は４つの単位画素３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄについて個別に行なう手法を採ればよい。

つまり、単位画素群２に存在する各単位画素３の出力振幅特性が異なることに応じて、ＤＡ変換部２７０が発する参照信号SLPadcの電圧変化量ΔSLPdac（つまりＡＤ変換ゲイン）を、単位画素群２を構成する各単位画素３の出力振幅特性に応じて切り替えればよい。

たとえば、第１の単位画素群２_1の単位画素３ａ，３ｃの画素信号電圧Ｖｘ_a，Ｖｘ_c（＝Ｖｘ_R）をＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０はＲ画素用の電圧変化量ΔSLPdac_Rを持つ参照信号SLPadcを生成する。ＡＤ変換部２５０は、電圧変化量ΔSLPdac_Rの参照信号SLPadcを用いて比較処理を行ない、カウントクロックＣＫcnt1で計数することで、ＡＤ変換する。

第２の単位画素群２_2の単位画素３ａ，３ｃの画素信号電圧Ｖｘ_ａ，Ｖｘ_c（＝Ｖｘ_Gr ）をＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０はGr画素用の電圧変化量ΔSLPdac_Gr を持つ参照信号SLPadcを生成する。ＡＤ変換部２５０は、電圧変化量ΔSLPdac_Gr の参照信号SLPadcを用いて比較処理を行ない、カウントクロックＣＫcnt1で計数することで、ＡＤ変換する。

第２の単位画素群２_2の単位画素３ｂ，３ｄの画素信号電圧Ｖｘ_b，Ｖｘ_d（＝Ｖｘ_Gb ）をＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０はGb画素用の電圧変化量ΔSLPdac_Gb を持つ参照信号SLPadcを生成する。ＡＤ変換部２５０は、電圧変化量ΔSLPdac_Gb の参照信号SLPadcを用いて比較処理を行ない、カウントクロックＣＫcnt1で計数することで、ＡＤ変換する。

第１の単位画素群２_1の単位画素３ｂ，３ｄの画素信号電圧Ｖｘ_b，Ｖｘ_d（＝Ｖｘ_B）をＡＤ変換する際、ＤＡ変換部２７０はＢ画素用の電圧変化量ΔSLPdac_Bを持つ参照信号SLPadcを生成する。ＡＤ変換部２５０は、電圧変化量ΔSLPdac_Bの参照信号SLPadcを用いて比較処理を行ない、カウントクロックＣＫcnt1で計数することで、ＡＤ変換する。

単位画素群２を構成する各単位画素３から読み出された各画素信号電圧ＶｘについてのＡＤ変換時に、各単位画素３の出力振幅特性別にゲイン調整が可能で、結果的に、ＡＤ変換とともに出力振幅特性補正が可能となる。各単位画素３の出力振幅特性に差が生じた場合でも、その特性差を、それぞれに応じた電圧変化量ΔSLPdac_a，ΔSLPdac_b，ΔSLPdac_c，ΔSLPdac_d（つまり単位画素３別のＡＤ変換ゲイン）で調整することが可能となる。

ホワイトバランス調整に着目したときには、行方向において異なる色情報を持つ画素信号電圧Ｖｘ_R，Ｖｘ_Gr や画素信号電圧Ｖｘ_Gb ，Ｖｘ_Bについて、ＡＤ変換時にＲ，Ｇ，Ｂの各単位画素３の出力振幅特性別にゲイン調整ができ、ＡＤ変換とともにホワイトバランス調整が可能となる。したがって、カラムＡＤ処理部２６にてホワイトバランス調整用のＡＤ変換ゲイン調整を、参照信号生成部やカウントクロック生成回路（本例ではクロック変換部２０ａ）の回路規模を増やすことなく、また高精度で実現できる。

前例では、各単位画素群２が、４行２列でジグザグに配置されて共用される状態での説明であったが、このことは必須ではない。図７Ａ（２）で、ｉ列の電荷生成部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄで第１の単位画素群２_1、ｉ＋１列の電荷生成部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄで第２の単位画素群２_2が構成された縦４画素の共有の場合でも、第４実施形態の仕組みが同様に適用される。

ＡＤ変換ゲイン調整（ホワイトバランス調整）後のデジタルデータは本来のＡＤ変換ビット精度を保てる点や、ＡＤ変換ゲイン調整は１つのＤＡ変換部２７０が参照信号SLPadcの傾きを出力振幅特性別に調整することで実現される点は第１実施形態と同様である。

＜５．撮像装置（第５実施形態）＞
図８は、第５実施形態を説明する図である。第５実施形態は、前述の固体撮像装置１の各実施形態で採用したゲイン調整付きのＡＤ変換処理の仕組みを、物理情報取得装置の一例である撮像装置に適用したものである。図８は、その撮像装置８の概略構成図である。

撮像装置としても、参照信号比較型のＡＤ変換処理時にゲイン調整を行なうことで、ＤＡ変換部２７０（参照信号生成部２７）やカウントクロックＣＫcnt を生成する回路の規模を増大させずに、単位画素３ごとの出力振幅特性差を補正する仕組みを実現できる。ゲイン調整のための参照信号SLPadcの傾きやカウントクロックＣＫcnt の周波数の設定など、ＡＤ変換ゲイン調整に関わる制御は、外部の主制御部で、制御用の指示情報を通信・タイミング制御部２０に対するデータ設定で指定できるようにする。ＡＤ変換ゲイン調整処理を行なわない通常の参照信号比較型のＡＤ変換処理の制御もできる。

たとえば撮像装置８は、撮影レンズ８０２、光学ローパスフィルタ８０４、色フィルタ群８１２、画素部１０、駆動制御部７、カラムＡＤ処理部２６、参照信号生成部２７、カメラ信号処理部８１０を備える。図中に点線で示すように、光学ローパスフィルタ８０４と合わせて赤外光成分を低減させる赤外光カットフィルタ８０５を設けることもできる。

撮影レンズ８０２は、照明下にある被写体Ｚの像を表す光Ｌを撮像装置側に導光して結像させる。色フィルタ群８１２は、Ｒ，Ｇ，Ｂの色フィルタがベイヤー配列とされている。駆動制御部７は、画素部１０を駆動する。読出電流制御部２４は、画素部１０から出力される画素信号の動作電流を制御する。カラムＡＤ処理部２６は、画素部１０から出力された画素信号に対してＣＤＳ処理やＡＤ変換処理などを施す。参照信号生成部２７は、カラムＡＤ処理部２６に参照信号SLP_ADC を供給する。カメラ信号処理部８１０は、カラムＡＤ処理部２６から出力された撮像信号を処理する。

カラムＡＤ処理部２６の後段に設けられたカメラ信号処理部８１０は、撮像信号処理部８２０と、撮像装置８の全体を制御する主制御部として機能するカメラ制御部９００を有する。撮像信号処理部８２０は、信号分離部８２２と、色信号処理部８３０と、輝度信号処理部８４０と、エンコーダ部８６０を有する。

信号分離部８２２は、色フィルタとして原色フィルタ以外のものが使用されているときにカラムＡＤ処理部２６のＡＤ変換機能部から供給されるデジタル撮像信号をＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の原色信号に分離する原色分離機能を具備する。色信号処理部８３０は、信号分離部８２２によって分離された原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに基づいて色信号Ｃに関しての信号処理を行なう。輝度信号処理部８４０は、信号分離部８２２によって分離された原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに基づいて輝度信号Ｙに関しての信号処理を行なう。エンコーダ部８６０は、輝度信号Ｙ／色信号Ｃに基づいて映像信号ＶＤを生成する。

色信号処理部８３０は、図示を割愛するが、ガンマ補正部、色差マトリクス部などを有する。輝度信号処理部８４０は、図示を割愛するが、高周波輝度信号生成部と、低周波輝度信号生成部と、輝度信号生成部を有する。高周波輝度信号生成部は、信号分離部８２２の原色分離機能部から供給される原色信号に基づいて比較的周波数が高い成分までをも含む輝度信号YHを生成する。低周波輝度信号生成部は、原色信号に基づいて比較的周波数が低い成分のみを含む輝度信号YLを生成する。輝度信号生成部は、２種類の輝度信号YH，YLに基づいて輝度信号Ｙを生成しエンコーダ部８６０に供給する。

エンコーダ部８６０は、色信号副搬送波に対応するデジタル信号で色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙをデジタル変調した後、輝度信号処理部８４０にて生成された輝度信号Ｙと合成して、デジタル映像信号ＶＤ（＝Ｙ＋Ｓ＋Ｃ；Ｓは同期信号、Ｃはクロマ信号）に変換する。エンコーダ部８６０から出力されたデジタル映像信号ＶＤは、さらに後段の図示を割愛したカメラ信号出力部に供給され、モニター出力や記録メディアへのデータ記録などに供される。ＤＡ変換によってデジタル映像信号ＶＤがアナログ映像信号Ｖに変換される。

カメラ制御部９００は、マイクロプロセッサ９０２、読出専用の記憶部であるＲＯＭ９０４、ＲＡＭ９０６、図示を割愛したその他の周辺部材を有する。マイクロプロセッサ９０２は、コンピュータが行なう演算と制御の機能を超小型の集積回路に集約させたＣＰＵを代表例とする電子計算機の中枢をなすものと同様のものである。９０６は、随時書込みおよび読出しが可能であるとともに揮発性の記憶部の一例である。マイクロプロセッサ９０２、ＲＯＭ９０４、およびＲＡＭ９０６を纏めて、マイクロコンピュータとも称する。

カメラ制御部９００は、システム全体を制御するもので、単位画素３ごとの出力振幅特性差を補正するＡＤ変換ゲイン調整（たとえばホワイトバランス調整）との関係では、たとえば、ホワイトバランス調整の計算機能を有する。さらに、この計算結果に基づいて、参照信号SLP_ADC の傾きやカウントクロックＣＫcnt の周波数を調整する機能を有する。

ＲＯＭ９０４にはカメラ制御部９００の制御プログラムなどが格納されるが、特に本例では、カメラ制御部９００によって通常の参照信号比較型のＡＤ変換処理や出力振幅特性差を補正するＡＤ変換ゲイン調整処理を制御するためのプログラムが格納される。ＲＡＭ９０６にはカメラ制御部９００が各種処理を行なうためのデータなどが格納されている。

カメラ制御部９００は、メモリカードなどの記録媒体９２４を挿脱可能に構成し、インターネットなどの通信網との接続が可能に構成している。カメラ制御部９００は、マイクロプロセッサ９０２、ＲＯＭ９０４、およびＲＡＭ９０６の他、メモリ読出部９０７や通信Ｉ／Ｆ９０８を備える。記録媒体９２４は、マイクロプロセッサ９０２にソフトウェア処理をさせるプログラムデータ、輝度系信号に基づく露光制御処理、ホワイトバランス調整用のＡＤ変換ゲイン調整処理、などのデータを登録するために利用される。メモリ読出部９０７は、記録媒体９２４から読み出したデータをＲＡＭ９０６に格納する。通信Ｉ／Ｆ９０８は、インターネットなどの通信網との間の通信データの受け渡しを仲介する。

撮像装置８は、駆動制御部７およびカラムＡＤ処理部２６を、画素部１０と別体にしてモジュール状のもので示しているが、これらが画素部１０と同一の半導体基板上に一体的に形成されたワンチップものの固体撮像装置１を利用してもよい。図では、画素部１０やカラムＡＤ処理部２６やカメラ信号処理部８１０の他、撮影レンズ８０２を始めとする光学系も含む状態で示しており、この態様は、これらを纏めてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態とする場合に好適である。

図示を割愛するが、画素部１０と撮影レンズ８０２などの光学系とが纏めてパッケージングされた状態で撮像機能を有するモジュール状の形態で固体撮像装置１を提供するようにしてもよい。この場合、そのモジュール状の形態で提供された固体撮像装置１に加え、カメラ信号処理部８１０をもモジュール内に設けて、撮像装置８の全体を構成するようにしてもよい。また固体撮像装置１におけるモジュールの形態として、カメラ信号処理部８１０を含めてもよく、この場合、事実上、固体撮像装置１と撮像装置８とが同一のものと見なすこともできる。このような撮像装置８は、「撮像」を行なうための、たとえば、カメラや撮像機能を有する携帯機器として提供される。なお、「撮像」は、通常のカメラ撮影時の像の撮り込みだけではなく、広義の意味として、指紋検出なども含むものである。

このような構成の撮像装置８では、固体撮像装置１の全ての機能を包含して構成されており、固体撮像装置１の基本的な構成および動作と同様とすることができる。マイクロプロセッサ９０２は、カラムＡＤ処理部２６から入力されるＡＤ変換後のデジタルデータを元にホワイトバランス調整の計算を行ない、色ごとに調整したいゲイン値を示すゲイン制御データを駆動制御部７（通信・タイミング制御部２０）を介して参照信号生成部２７に送信する。本実施形態の撮像装置８でも、通常の参照信号比較型のＡＤ変換処理だけでなく、出力振幅特性差を補正するＡＤ変換ゲイン調整処理を行なう仕組みを実現できる。

以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で前記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

また、前記の実施形態は、クレーム（請求項）にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

前記実施形態では、正方形状の単位画素３が正方格子状に配列され、かつ２×２画素を繰返単位とする色分離フィルタを備えたものを対象に説明したが、色分離フィルタの繰返単位は、これに限らない。３×２の場合、行方向の繰返単位である３画素分について、同色の単位画素３ごとに行制御線１５を設け、同色の色情報を持つ画素信号電圧Ｖｘごとに順番に読み出して、デジタルデータに変換する方式を採ればよい。

前記実施形態では、正方形状の単位画素３が正方格子状に配列されたものを対象に説明したが、単位画素の配列は、正方格子状に限らず、たとえば、図１に示した画素部１０を斜め４５度に傾けた配列状態の斜行格子状でもよい。正方に限らず、各単位画素の電荷生成部の受光面の面積低下を抑制し画素密度を向上させるように、ハニカム状でもよい。

単位画素の形状や配列に拘らず、何れの場合も、画素部１０をカラー撮像対応にする場合、従来構成で同時アクセスする読出単位に応じた方向において、色分離フィルタの繰返単位の内に存在する各色フィルタに対応させてＡＤ変換ゲインを調整すればよい。要するに、色分離フィルタの繰返単位内に存在する色フィルタ別の単位画素３の出力振幅特性に合わせて、ＡＤ変換ゲインを調整することでホワイトバランスを調整すればよい。また、色分離フィルタを用いるか否かに拘わらず、従来構成で同時アクセスする読出単位に応じた方向において、繰返単位内に存在する各単位画素３の出力振幅特性に合わせて、ＡＤ変換ゲインを調整することでそれぞれの出力振幅特性を補正すればよい。

前記実施形態では、アドレス制御により各単位画素からの信号を選択して読出可能な固体撮像装置の一例として、ＮＭＯＳあるいはＰＭＯＳより構成されている単位画素が行列状に配された画素部を備えたＣＭＯＳセンサを例に示した、これは一例に過ぎない。信号電荷の生成は、光に限らず、赤外線、紫外線、Ｘ線などの電磁波一般に適用可能であり、この電磁波を受けてその量に応じたアナログ信号を出力する素子が多数配列された単位構成要素を備えた半導体装置に、前記実施形態で示した事項を適用可能である。

前記実施形態では、単位画素３が２次元マトリクス状に配列されている画素部１０を有するエリアセンサ型の固体撮像装置１について説明したが、単位画素３が２次元マトリクス状に配列されていることは必須ではない。たとえば、単位画素３が１行分や数行分だけ配列されたいわゆるラインセンサ型に対しても、前記実施形態の仕組みを適用できる。

行方向について一斉読出しにするのではなく、色分離フィルタ配列ごとなど配列の繰返し単位内で画素信号電圧Ｖｘを順番に読み出し、参照信号比較型ＡＤ変換処理時に各単位画素３の出力振幅特性を補正するようにＡＤ変換ゲインを調整すればよい。

１…固体撮像装置、２…単位画素群、３…単位画素、５…画素信号生成部、７…駆動制御部、８…撮像装置、１０…画素部、１２…水平走査部、１４…垂直走査部、１５…行制御線、１８…水平信号線、１９…垂直信号線、２０…通信・タイミング制御部、２６…カラムＡＤ処理部、２７…参照信号生成部、２８…出力部、２５０…ＡＤ変換部、２５２…比較部、２５３…カウント動作制御部、２５４…カウンタ部、２５６…データ記憶部、２７０…ＤＡ変換部、９００…カメラ制御部（主制御部）

Claims (7)

1. 複数の単位画素が行列状に配置され、前記複数の単位画素の各々に対応するように行列状に配置された異なる感度特性を持った複数種類のフィルタを有する画素部と、
   前記画素部から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、
   前記ＡＤ変換部のゲインを調整するゲイン調整部と、
   を備え、
   前記ゲイン調整部は、
   前記ＡＤ変換部のカウントクロックの周波数を調整することにより、前記フィルタの感度特性に応じて複数の単位画素の間で前記ゲインを調整し、
   前記ＡＤ変換部は、
   参照信号を生成する参照信号生成部と、
   前記画素部から出力されるアナログ信号と前記参照信号を比較する比較部と、
   前記比較部の比較期間にカウント動作を行なうカウンタ部と、
   を有し、
   前記ゲイン調整部により調整された前記ゲインにより、前記カウンタ部の出力データに基づき、前記画素部から出力される複数の単位画素のアナログ信号をデジタル信号に変換する、
   固体撮像装置。
2. 前記ゲイン調整部は、
   前記ＡＤ変換部のゲインを、前記フィルタの感度特性毎に異なるゲインとし、かつ、同じ感度特性のフィルタに対応する単位画素の間でも前記画素部における各単位画素の配置に応じて異なるゲインとする、
   請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記フィルタは、赤、青、緑の３色がベイヤー配列されており、
   前記ゲイン調整部は、
   前記ＡＤ変換部のゲインを、前記フィルタの色毎に異なるゲインとし、かつ、緑色のフィルタに対応する単位画素の間でも前記画素部における各単位画素の配置に応じて異なるゲインとする、
   請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 前記ゲイン調整部は、
   前記同じ感度特性のフィルタに対応する単位画素についてのゲインを、前記画素部における各単位画素の行に応じて異なるものとする、
   請求項２または３に記載の固体撮像装置。
5. 前記画素部は、
   前記複数の単位画素の行列状の配置領域に、同じ感度特性の前記フィルタに対応する複数の単位画素に対して一律でない配置関係で、垂直信号線が形成され、
   前記ゲイン調整部は、
   前記同じ感度特性のフィルタに対応する複数の単位画素の各単位画素について、前記垂直信号線との配置関係に応じたゲインに調整する、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
6. 複数の単位画素が行列状に配置され、前記複数の単位画素の各々に対応するように行列状に配置された異なる感度特性を持った複数種類のフィルタを有する画素部と、
   前記画素部から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、
   前記ＡＤ変換部のゲインを調整するゲイン調整部と、
   を備え、
   前記ゲイン調整部は、
   前記ＡＤ変換部のカウントクロックの周波数を調整することにより、前記フィルタの感度特性に応じて複数の単位画素の間でゲインを調整し、
   前記ＡＤ変換部は、
   参照信号を生成する参照信号生成部と、
   前記画素部から出力されるアナログ信号と前記参照信号を比較する比較部と、
   前記比較部の比較期間にカウント動作を行なうカウンタ部と、
   を有し、
   前記ゲイン調整部により調整された前記ゲインにより、前記カウンタ部の出力データに基づき、前記画素部から出力される複数の単位画素のアナログ信号をデジタル信号に変換する、
   撮像装置。
7. 複数の単位画素が行列状に配置され、前記複数の単位画素の各々に対応するように行列状に配置された異なる感度特性を持った複数種類のフィルタを有する画素部と、参照信号を生成し、前記画素部から出力されるアナログ信号と前記参照信号を比較し、該比較の期間にカウントクロックに対しカウント動作を行ない、該カウント動作で得られたデータに基づき、前記画素部から出力される複数の単位画素のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部のゲインを調整するゲイン調整部とを備える撮像装置のＡＤ変換ゲイン調整方法であって、
   前記ゲイン調整部が、前記カウントクロックの周波数を調整することにより、前記フィルタの感度特性に応じて複数の単位画素間で前記ゲインを調整する、
   ＡＤ変換ゲイン調整方法。

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