JP6218428B2

JP6218428B2 - 固体撮像装置

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Description

本発明は、デジタルカメラや、デジタルビデオカメラ、内視鏡等に使用される固体撮像装置に関する。

画素から読み出される画素信号をA/D変換すると共に画素信号の高速な読み出しを実現するための手段として、カラムA/D方式の固体撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。図８は、特許文献１に記載された固体撮像装置と同等の構成を示している。

図８に示す固体撮像装置は、画素部1000と、垂直走査回路1002と、水平走査回路1003と、タイミング制御部1004と、参照信号生成部1005と、A/D変換部1006と、出力部1007とを有する。画素部1000は、行列状に配置された複数の画素1001を有する。画素1001は、入射した光を電気信号に変換する光電変換素子を有しており、画素信号を生成し、生成した画素信号を、画素列毎に配置された垂直信号線VTLに出力する。参照信号生成部1005は、時間の経過とともに電圧値が線形に増加または減少する参照信号であるランプ信号RAMPを生成する。

A/D変換部1006は、所謂、シングルスロープ方式のA/D変換回路（SSADC）を構成しており、比較器1013と、カウンタ1014とを有する。同一のA/D変換部1006が有する比較器1013とカウンタ1014は画素部1000の列方向（垂直方向、図８の縦方向）に並んでいる。A/D変換部1006は画素列毎に配置されており、画素部1000の行方向（水平方向、図８の横方向）に並んでいる。

比較器1013は、参照信号生成部1005で生成されたランプ信号RAMPと、画素1001から読み出された画素信号とを比較し、その比較結果に基づいて、画素信号の大きさに応じたパルス幅を有するパルス信号を生成する。カウンタ1014は、比較器1013で生成されるパルス信号に応じた期間に、周波数が既知のカウントクロックCNTCLKをカウントすることで、パルス信号のパルス幅をカウント値に変換する。また、カウンタ1014は、カウント値に基づくデジタル信号を保持して、水平走査回路1003で生成される水平転送制御信号H1〜H4に応じて、保持しているデジタル信号を、行方向に配置された水平信号転送線HTLに出力する。

垂直走査回路1002は、画素1001の動作を制御する。水平走査回路1003は、カウンタ1014が保持しているデジタル信号を水平信号転送線HTLに出力するための水平転送制御信号H1〜H4を生成する。出力部1007は、例えばセンスアンプで構成され、水平信号転送線HTLに出力された信号をバッファし、撮像信号として出力する。タイミング制御部1004は、参照信号生成部1005を制御するクロック、およびカウンタ1014がカウントするクロックとなるカウントクロックCNTCLKを生成する。また、タイミング制御部1004は、垂直走査回路1002と水平走査回路1003の動作を制御する制御信号を生成する。

参照信号生成部1005には、例えばD/A変換回路（DAC）が用いられている。図９は、DACで構成された参照信号生成部1005aの構成の一例を示している。参照信号生成部1005aは、電流源セル部1010と、シフトレジスタ1011と、抵抗1012とを有する。

電流源セル部1010は、行列状に配置された複数の電流源セル1015を有する。図示する例では、複数の電流源セル1015からなる行列の行数はiであり、列数はjである。シフトレジスタ1011は、カウントクロックCNTCLKに同期して電流源セル部1010に選択信号SELを出力し、電流を出力する電流源セル1015を順次選択する。抵抗1012は、電流源セル部1010に流れる電流を電圧に変換する。抵抗1012の一端は、基準電圧VREFを供給する基準電圧源に接続され、抵抗1012の他端は電流源セル部1010に接続されている。抵抗1012の他端からランプ信号RAMPが出力される。

図１０は、電流源セル1015の構成の一例を示している。電流源セル1015は、電流源1016と、スイッチ1017，1018とを有する。電流源1016は定電流（電流値：IREF）を流す。スイッチ1017，1018は、定電流が流れる経路を切り替えるためのスイッチである。スイッチ1017の一端は、ランプ信号RAMPを出力する出力端子に接続され、スイッチ1017の他端は電流源1016の一端に接続されている。スイッチ1018の一端は、基準電圧VREFを供給する基準電圧源に接続され、スイッチ1018の他端は電流源1016の一端に接続されている。スイッチ1017のオンとオフの切替は選択信号SELによって制御され、スイッチ1018のオンとオフの切替は、選択信号SELを反転した反転信号xSELによって制御される。

選択信号SELがHighのとき、反転信号xSELはLowである。このとき、スイッチ1017がオン、スイッチ1018がオフとなり、抵抗1012に定電流が流れる。選択信号SELがLowのとき、反転信号xSELはHighである。このとき、スイッチ1017がオフ、スイッチ1018がオンとなり、基準電圧源から電流が流れる。このため、電流源1016は常に電流を流し続ける。これによって、選択信号SELがHighになった直後から電流源セル1015は、安定した電流を流すことができる。

図１１は、参照信号生成部1005aの動作を示している。図１１では、カウントクロックCNTCLKおよび選択信号SELの波形と、ランプ信号RAMPの電流値IRAMPおよび電圧値VRAMPとが示されている。図１１の横軸は時間であり、縦軸は電圧または電流である。

以下、参照信号生成部1005aの動作について説明する。シフトレジスタ1011にカウントクロックCNTCLKが入力されると、シフトレジスタ1011は、カウントクロックCNTCLKの立上りまたは立下り（図示する例では立下り）に同期して選択信号SEL(m,n)（ただし、1≦m≦i、1≦n≦j）を出力し、電流源セル1015を順次選択する。

このとき、１つの電流源セル1015が選択される度に、抵抗1012に流れる電流値IRAMPは、１つの電流源セル1015が出力する電流値IREF[A]だけ増加する。このため、抵抗1012の抵抗値をRREFとすると、ランプ信号RAMPの電圧値VRAMPがIREF×RREF[V]だけ低下する。この動作を繰り返すことで、参照信号生成部1005aは、カウントクロックCNTCLKに同期して、電圧値がVREF[V]から（VREF-i×j×IREF×RREF）[V]まで変化するランプ信号を生成する。例えば、電流源セル1015が16行16列に配置されており、RREF=51[Ω]、IREF=76.6[μA]であれば、8bit（16×16）の分解能を有する、振幅が1Vのランプ信号を生成することができる。

D/A変換回路（DAC）だけでなく、例えば、積分回路で参照信号生成部1005を構成することもできる。図１２は、容量を有する積分回路で構成された参照信号生成部1005bの構成の一例を示している。参照信号生成部1005bは、電流源1016と、容量1019と、スイッチ1020，1021とを有する。電流源1016は定電流を流す。スイッチ1020は、容量1019をリセットするためのスイッチである。スイッチ1021は、容量1019と電流源1016を接続するためのスイッチである。スイッチ1020の一端は、基準電圧VREFを供給する基準電圧源に接続され、スイッチ1020の他端は容量1019の一端に接続されている。スイッチ1021の一端は容量1019の一端およびスイッチ1020の他端に接続され、スイッチ1021の他端は電流源1016の一端に接続されている。スイッチ1020のオンとオフの切替はリセット信号RSTによって制御され、スイッチ1021のオンとオフの切替はスタート信号STによって制御される。

図１３は、参照信号生成部1005bの動作を示している。図１３では、リセット信号RSTおよびスタート信号STの波形と、ランプ信号RAMPの電圧値VRAMPとが示されている。図１３の横軸は時間であり、縦軸は電圧である。

まず、リセット信号RSTがHighになることで、スイッチ1020がオンになる。これによって、容量1019がリセットされ、ランプ信号RAMPの電圧値VRAMPがVREFとなる。続いて、リセット信号RSTがLowになることで、スイッチ1020がオフになる。

続いて、スタート信号STがHighになることで、スイッチ1021がオンになる。これによって、電流源1016と容量1019が接続される。電流源1016と容量1019が接続された時点から、ある時間tが経過すると、容量1019に蓄積された電荷は、IREF×t[C]（t：時間）だけ放出される。このため、ランプ信号RAMPの電圧値VRAMPは、IREF×t/CREF[V]だけ低下する。このとき、IREFは一定なので、時間tの間におけるランプ信号RAMPの電圧値VRAMPの傾きは線形となる。例えば、CREF=10p[F]、IREF=1[mA]であれば、時間10μsecの間に振幅が1Vだけ線形に変化するランプ信号を生成することができる。

特開２００５−３２３３３１号公報

参照信号生成部1005は、上述したように、多数の電流源や大きな容量などで構成されるので、回路面積が大きい。そのため、従来技術においては、参照信号生成部1005は画素部1000およびA/D変換部1006の左側に配置されている。

しかし、このことによる問題点がある。それは、参照信号生成部1005が画素部1000およびA/D変換部1006の左側に配置されているため、固体撮像装置の横幅（画素部1000の行方向における固体撮像装置の幅）が大きくなることである。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、画素部の行方向における固体撮像装置の幅を小さくすることを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、光電変換素子を有し、画素信号を出力する複数の画素が行列状に配置された画素部と、複数の電流源を有し、時間の経過とともに増加または減少する参照信号を生成する参照信号生成部と、前記画素部の1列または複数列毎に配置され、前記画素部の行方向に並んだ複数のA/D変換部と、を有し、前記A/D変換部は、前記参照信号と前記画素信号とを比較する比較器と、前記比較器による比較の結果に基づいて、前記画素信号の大きさに応じた期間、カウントクロックをカウントするカウンタと、を有し、同一の前記A/D変換部が有する前記比較器および前記カウンタは、前記画素部の列方向に並んでおり、前記複数の電流源の少なくとも一部は、前記画素部の行方向に並んでいると共に、前記複数のA/D変換部が有する複数の前記比較器に対して前記画素部の列方向に対向しており、前記複数のA/D変換部が有する複数の前記比較器は、前記複数の電流源と、前記複数のA/D変換部が有する複数の前記カウンタとの間に配置されていることを特徴とする固体撮像装置である。

また、本発明の固体撮像装置において、前記複数の電流源が配置されている領域の、前記画素部の列方向における幅は、前記複数の電流源が配置されている領域の、前記画素部の行方向における幅よりも小さいことを特徴とする。

また、本発明の固体撮像装置において、前記参照信号生成部は、前記カウントクロックに同期して入力信号を遅延させて出力する複数の遅延回路を直列に接続して構成され、前記複数の電流源を選択する選択回路を有し、前記複数の遅延回路は、前記画素部の行方向に並んでいると共に、前記複数の電流源の少なくとも一部と前記画素部の列方向に対向しており、前記複数のA/D変換部が有する複数の前記比較器は、前記複数の電流源および前記複数の遅延回路と、前記複数のA/D変換部が有する複数の前記カウンタとの間に配置されていることを特徴とする。

また、本発明の固体撮像装置において、前記参照信号生成部は、前記複数の電流源および複数の容量を有する積分回路であり、前記複数の電流源の少なくとも一部および前記複数の容量の少なくとも一部は、前記画素部の行方向に並んでいると共に、前記複数のA/D変換部が有する複数の前記比較器と前記画素部の列方向に対向しており、前記複数のA/D変換部が有する複数の前記比較器は、前記複数の電流源および前記複数の容量と、前記複数のA/D変換部が有する複数の前記カウンタとの間に配置されていることを特徴とする。

また、本発明の固体撮像装置は、前記参照信号の生成時に、前記複数の電流源が並列に接続されると共に、前記複数の容量が並列に接続されることを特徴とする。

また、本発明の固体撮像装置は、第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板を接続する接続部と、をさらに有し、前記第１の基板には、前記画素部が配置され、前記第２の基板には、前記参照信号生成部と、前記複数のA/D変換部と、が配置され、前記接続部は、前記画素信号を前記複数のA/D変換部に伝送する複数のバンプを有することを特徴とする。

また、本発明の固体撮像装置において、前記複数のバンプの各々は、前記参照信号生成部と前記複数のA/D変換部との間に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、複数の電流源の少なくとも一部は、画素部の行方向に並んでいると共に、複数のA/D変換部が有する複数の比較器に対して画素部の列方向に対向しているので、画素部の行方向における固体撮像装置の幅を小さくすることができる。

本発明の第１の実施形態による固体撮像装置の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態による参照信号生成部の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態による参照信号生成部の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態による参照信号生成部の構成を示す回路図である。本発明の第３の実施形態による固体撮像装置の構成を示すブロック図である。本発明の第３の実施形態による固体撮像装置が有する接続部の周辺の断面構造を示す断面図である。本発明の第４の実施形態による固体撮像装置の構成を示すブロック図である。従来の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。従来の参照信号生成部の構成を示すブロック図である。従来の電流源セルの構成を示す回路図である。従来の参照信号生成部の動作を示すタイミングチャートである。従来の参照信号生成部の構成を示す回路図である。従来の参照信号生成部の動作を示すタイミングチャートである。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態による固体撮像装置の構成を示している。

図１に示す固体撮像装置は、画素部100と、垂直走査回路102と、水平走査回路103と、タイミング制御部104と、参照信号生成部105と、A/D変換部106と、出力部107とを有する。画素部100は、行列状に配置された複数の画素101を有する。画素101は、入射した光を電気信号に変換する光電変換素子を有しており、画素信号を生成し、生成した画素信号を、画素列毎に配置された垂直信号線VTLに出力する。参照信号生成部105は、時間の経過とともに電圧値が線形に増加または減少する参照信号であるランプ信号RAMPを生成する。

A/D変換部106は、所謂、シングルスロープ方式のA/D変換回路（SSADC）を構成しており、比較器113と、カウンタ114とを有する。同一のA/D変換部106が有する比較器113とカウンタ114は画素部100の列方向（垂直方向、図１の縦方向）に並んでいる。A/D変換部106は画素列毎に配置されており、画素部100の行方向（水平方向、図１の横方向）に並んでいる。

A/D変換部106は画素部100の1列毎に配置されているが、A/D変換部106が画素部100の複数列毎に配置されていてもよい。A/D変換部106が画素部100の複数列毎に配置されている場合、異なる複数の列の画素101から出力された画素信号が1つのA/D変換部106に時分割で入力され、A/D変換部106によってA/D変換が行われる。

比較器113は、参照信号生成部105で生成されたランプ信号RAMPと、画素101から読み出された画素信号とを比較し、その比較結果に基づいて、画素信号の大きさに応じたパルス幅を有するパルス信号を生成する。カウンタ114は、比較器113で生成されるパルス信号に応じた期間に、周波数が既知のカウントクロックCNTCLKをカウントすることで、パルス信号のパルス幅をカウント値に変換する。また、カウンタ114は、カウント値に基づくデジタル信号を保持して、水平走査回路103で生成される水平転送制御信号H1〜Hk（k：列数）に応じて、保持しているデジタル信号を、行方向に配置された水平信号転送線HTLに出力する。

垂直走査回路102は、画素101の動作を制御する。水平走査回路103は、カウンタ114が保持しているデジタル信号を水平信号転送線HTLに出力するための水平転送制御信号H1〜Hkを生成する。出力部107は、例えばセンスアンプで構成され、水平信号転送線HTLに出力された信号をバッファし、撮像信号として出力する。タイミング制御部104は、参照信号生成部105を制御するクロック、およびカウンタ114がカウントするクロックとなるカウントクロックCNTCLKを生成する。また、タイミング制御部104は、垂直走査回路102と水平走査回路103の動作を制御する制御信号を生成する。

参照信号生成部105は、D/A変換回路（DAC）で構成されており、電流源セル部110と、シフトレジスタ111と、抵抗112とを有する。電流源セル部110は、行方向に配置された複数の電流源セル115を有する。シフトレジスタ111は、カウントクロックCNTCLKに同期して電流源セル部110に選択信号を出力し、電流を出力する電流源セル115を順次選択する。抵抗112は、電流源セル部110に流れる電流を電圧に変換する。抵抗112の一端は、基準電圧VREFを供給する基準電圧源に接続され、抵抗112の他端は電流源セル部110に接続されている。抵抗112の他端からランプ信号RAMPが出力される。

複数の電流源セル115を選択する選択回路を構成するシフトレジスタ111は、複数の遅延回路116（図示する例ではD-フリップフロップ）を直列に接続して構成されている。左端の遅延回路116にはカウントクロックCNTCLKが入力される。左端の遅延回路116は、入力されたカウントクロックCNTCLKを遅延させて出力する。残りの遅延回路116は、左側に隣接する遅延回路116から出力された信号を遅延させて出力する。これによって、複数の遅延回路116は、カウントクロックCNTCLKに同期して動作する。

電流源セル115の構成は、例えば図１０に示した電流源セル1015の構成と同様である。また、参照信号生成部105の動作は、図１１に示した動作と同様であるので、参照信号生成部105の動作についての説明を省略する。

参照信号生成部105は、行方向に並んだ複数のA/D変換部106に対して列方向に対向している。より具体的には、参照信号生成部105の電流源セル部110を構成する複数の電流源セル115が複数のA/D変換部106に対して列方向に対向している。電流源セル部110を構成する複数の電流源セル115およびシフトレジスタ111を構成する複数の遅延回路116は行方向に並んでいる。

参照信号生成部105が有する複数の電流源セル115、複数のA/D変換部106が有する複数の比較器113、および複数のA/D変換部106が有する複数のカウンタ114は、この順番で列方向に並んでいる。つまり、複数のA/D変換部106が有する複数の比較器113は、参照信号生成部105が有する複数の電流源セル115と、複数のA/D変換部106が有する複数のカウンタ114との間に配置されている。

また、画素部100、参照信号生成部105、および複数のA/D変換部106は、この順番で列方向に並んでいる。つまり、参照信号生成部105は画素部100と複数のA/D変換部106との間に配置されている。

参照信号生成部105と垂直信号線VTLは異なる層に形成されている。例えば、垂直信号線VTLが形成された層の上にある別の層に参照信号生成部105が形成されている。

上記のように、電流源セル部110を構成する複数の電流源セル115およびシフトレジスタ111を構成する複数の遅延回路116は行方向に分散して配置されている。図示する例では、画素部100の1列毎に1つの電流源セル115および1つの遅延回路116が配置されている。このため、参照信号生成部105を、比較器113と対向するように、画素部100と比較器113との間に配置することができる。したがって、固体撮像装置の横幅（画素部100の行方向における固体撮像装置の幅）を小さくすることができる。

電流源セル115の配置形態は、図１における形態に限定されない。図２および図３は、電流源セル115の他の配置形態を示している。図２に示す参照信号生成部105aの電流源セル部110aでは、画素部100の複数列（図示する例では2列）毎に1つの電流源セル115が配置されている。2列よりも多い数の列毎に1つの電流源セル115を配置してもよい。また、画素部100のp列（p≧2）に対してq個（q≧2）の割合で電流源セル115を配置してもよい。図３に示す参照信号生成部105bの電流源セル部110bでは、複数行（図示する例では3行）に渡って電流源セル115が配置されている。2行に渡って電流源セル115を配置してもよいし、3行よりも多い数の行に渡って電流源セル115を配置してもよい。

例えば図３に示すように電流源セル115を行列状に配置する場合には、列方向における参照信号生成部105の幅をより小さくすることが望ましい。このため、列方向における電流源セル部110の幅（縦幅）は、行方向における電流源セル部110の幅（横幅）よりも小さいことが望ましい。言い換えると、複数の電流源セル115が配置されている領域の、列方向における幅は、複数の電流源セル115が配置されている領域の、行方向における幅よりも小さいことが望ましい。

本実施形態の例では、行方向における電流源セル部110の幅は行方向における画素部100の幅と略同一である。また、電流源セル部110の左端の電流源セル115の位置は画素部100の左端の画素101の位置と略同一であり、電流源セル部110の右端の電流源セル115の位置は画素部100の右端の画素101の位置と略同一である。

行方向における電流源セル部110の幅が行方向における画素部100の幅よりも大きくてもよい。また、電流源セル部110の左端の電流源セル115の位置が画素部100の左端の画素101の位置よりも左側であってもよいし、電流源セル部110の右端の電流源セル115の位置が画素部100の右端の画素101の位置よりも右側であってもよい。ただし、固体撮像装置の横幅の増加を抑えるため、電流源セル部110の全体の横幅に対して、画素部100の左端または右端の画素101の位置よりも左側または右側に位置している電流源セル部110の部分の横幅が占める割合は、例えば20%以下であることが望ましい。

上述したように、本実施形態によれば、複数の電流源セル115の少なくとも一部は、画素部100の行方向に並んでいると共に、複数のA/D変換部106が有する複数の比較器113に対して画素部100の列方向に対向しているので、画素部100の行方向における固体撮像装置の幅を小さくすることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。第２の実施形態における固体撮像装置の構成は、参照信号生成部の構成を除いて、第１の実施形態における固体撮像装置の構成と同一である。

第２の実施形態における参照信号生成部は、容量を有する積分回路で構成されている。図４は、第２の実施形態における参照信号生成部105cの構成を示している。参照信号生成部105cは、複数の電流源117と、複数の容量118と、複数のスイッチ119，120とを有する。

電流源117は定電流を流す。容量118の一端は、行方向に配置されたランプ信号線121に接続されている。スイッチ119は、容量118をリセットするためのスイッチである。スイッチ120は、容量118と電流源117を接続するためのスイッチである。スイッチ119の一端は、基準電圧VREFを供給する基準電圧源に共通に接続され、スイッチ119の他端はランプ信号線121に接続されている。スイッチ120の一端はスイッチ119の他端およびランプ信号線121に接続され、スイッチ120の他端は電流源117の一端に接続されている。スイッチ119のオンとオフの切替はリセット信号RSTによって制御され、スイッチ120のオンとオフの切替はスタート信号STによって制御される。

参照信号生成部105cは、行方向に並んだ複数のA/D変換部106に対して列方向に対向している。より具体的には、参照信号生成部105cを構成する電流源117および容量118が複数のA/D変換部106に対して列方向に対向している。複数の参照信号生成部105cを構成する複数の電流源117および複数の容量118は行方向に並んでいる。また、電流源117および容量118は交互に並んでいる。

参照信号生成部105cが有する複数の電流源117および複数の容量118、複数のA/D変換部106が有する複数の比較器113、および複数のA/D変換部106が有する複数のカウンタ114は、この順番で列方向に並んでいる。つまり、複数のA/D変換部106が有する複数の比較器113は、参照信号生成部105cが有する複数の電流源117および複数の容量118と、複数のA/D変換部106が有する複数のカウンタ114との間に配置されている。

また、画素部100、参照信号生成部105c、および複数のA/D変換部106は、この順番で列方向に並んでいる。つまり、参照信号生成部105cは画素部100と複数のA/D変換部106との間に配置されている。

参照信号生成部105cの動作は、電流源および容量と２種類のスイッチとが複数であることを除いて、図１３に示した動作と同様であるので、参照信号生成部105cの動作についての説明を省略する。

図４に示す構成では、複数の容量118は、並列に接続されており、１つの大きな容量を構成している。さらに、ランプ信号RAMPの生成時にスタート信号STがHighになると、スイッチ120がオンになることにより、複数の電流源117が、並列に接続されて１つの大きな電流源を構成する。これによって、従来と同じ大きさの電流を流すことができる。

上記のように、複数の電流源117および複数の容量118は行方向に分散して配置されている。図示する例では、画素部100の1列毎に1つの電流源117および1つの容量118が配置されている。このため、参照信号生成部105cを、比較器113と対向するように、画素部100と比較器113との間に配置することができる。したがって、固体撮像装置の横幅（画素部100の行方向における固体撮像装置の幅）を小さくすることができる。

電流源117および容量118の配置形態は、図４における形態に限定されない。例えば、画素部100の複数列毎に1つ以上の電流源117および容量118を配置してもよい。また、複数行に渡って電流源117および容量118を配置してもよい。

複数の電流源117および複数の容量118が配置される領域の、列方向における幅（縦幅）、および行方向における幅（横幅）の条件については、第１の実施形態で説明した、電流源セル部110の各幅の条件と同様である。

上述したように、本実施形態によれば、複数の電流源117および複数の容量118の少なくとも一部は、行方向に並んでいると共に、複数のA/D変換部106が有する複数の比較器113に対して画素部100の列方向に対向しているので、行方向における固体撮像装置の幅を小さくすることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。図５は、本実施形態による固体撮像装置の構成を模式的に示している。図５に示す固体撮像装置は第１基板10と第２基板20を有する。第１基板10と第２基板20は、互いの主面（側面よりも相対的に表面積が大きい面）が向かい合った状態で重ねられ、接合されている。図５では、固体撮像装置が有する構成を分かりやすく示すため、第１基板10と第２基板20をずらして示している。

第１基板10は、画素部100と、垂直走査回路102とを有する。第２基板20は、水平走査回路103と、タイミング制御部104と、参照信号生成部105と、A/D変換部106と、出力部107とを有する。図５において、図１に示した構成と同一の構成には同一の符号が付与されている。参照信号生成部105は、図２に示した参照信号生成部105aや、図３に示した参照信号生成部105b、図４に示した参照信号生成部105c等であってもよい。

第１基板10と第２基板20は、接続部を介して接続されている。接続部は複数のバンプ130，131を含む。バンプ130は、第１基板10において画素列毎に配置された垂直信号線VTLと、第２基板20において比較器113の入力端子に接続された信号線とを接続しており、第１基板10から第２基板20（画素部100からA/D変換部106）に画素信号を伝送する。バンプ131は、第２基板20のタイミング制御部104から出力された制御信号を第１基板10に伝送する。バンプ131によって伝送された制御信号は第１基板10の垂直走査回路102に入力される。

図６は、接続部の周辺の断面構造を示している。第１基板10は半導体基板140と配線層141を有する。配線層141は、複数層の配線142と、異なる層の配線142を接続する接続層143とを有する。接続層143は、ビアまたはコンタクトとして形成されている。第２基板20は半導体基板200と配線層201を有する。配線層201は、複数層の配線202と、異なる層の配線202を接続する接続層203とを有する。接続層203は、ビアまたはコンタクトとして形成されている。第１基板10と第２基板20の間には接続部30が配置されている。接続部30はバンプ130で構成されている。バンプ130は、第１基板10の接続層143と第２基板20の接続層203に接続されている。バンプ131に関する構造も上記と同様である。

上述したように、本実施形態によれば、画素部100および垂直走査回路102を有する第１基板10と、その他の回路を有する第２基板20とを設けることによって、行方向における固体撮像装置の幅を小さくすることができることに加えて、列方向における固体撮像装置の幅も小さくすることができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。第４の実施形態における固体撮像装置の構成は、第１基板10から第２基板20に画素信号を伝送するバンプ130が配置されている位置を除いて、第３の実施形態における固体撮像装置の構成と同一である。

図７は、本実施形態による固体撮像装置の構成を模式的に示している。図７において、図５に示した構成と同一の構成には同一の符号が付与されている。図７に示す固体撮像装置では、参照信号生成部105と比較器113の間に複数のバンプ130の各々が配置されている。このため、第２基板20に出力された画素信号が参照信号生成部105を通過することなく、比較器113に入力される。これによって、第１〜第３の実施形態で画素信号が参照信号生成部105を通過するときに重畳していたノイズ（例えば、ランプ信号RAMPとのカップリングによって発生するノイズや、DACのシフトレジスタなどのデジタル系ノイズの回り込みなど）がなくなる。

したがって、本実施形態によれば、第３の実施形態で得られる効果と同様の効果を得ると共に、良好なS/Nの画像を得ることができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

10 第１基板、20 第２基板、30 接続部、100，1000 画素部、101，1001 画素、102，1002 垂直走査回路、103，1003 水平走査回路、104，1004 タイミング制御部、105，105a，105b，105c，1005，1005a，1005b 参照信号生成部、106，1006 A/D変換部、107，1007 出力部、110，110a，110b，1010 電流源セル部、111，1011 シフトレジスタ、112，1012 抵抗、113，1013 比較器、114，1014 カウンタ、115，1015 電流源セル、116 遅延回路、117，1016 電流源、118，1019 容量、119，120，1017，1018，1020，1021 スイッチ、130，131 バンプ

Claims

光電変換素子を有し、画素信号を出力する複数の画素が行列状に配置された画素部と、
複数の電流源を有し、時間の経過とともに増加または減少する参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記画素部の1列または複数列毎に配置され、前記画素部の行方向に並んだ複数のA/D変換部と、
を有し、
前記A/D変換部は、
前記参照信号と前記画素信号とを比較する比較器と、
前記比較器による比較の結果に基づいて、前記画素信号の大きさに応じた期間、カウントクロックをカウントするカウンタと、
を有し、
同一の前記A/D変換部が有する前記比較器および前記カウンタは、前記画素部の列方向に並んでおり、
前記複数の電流源の少なくとも一部は、前記画素部の行方向に並んでいると共に、前記複数のA/D変換部が有する複数の前記比較器に対して前記画素部の列方向に対向しており、
前記複数のA/D変換部が有する複数の前記比較器は、前記複数の電流源と、前記複数のA/D変換部が有する複数の前記カウンタとの間に配置されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
前記複数の電流源が配置されている領域の、前記画素部の列方向における幅は、前記複数の電流源が配置されている領域の、前記画素部の行方向における幅よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
前記参照信号生成部は、前記カウントクロックに同期して入力信号を遅延させて出力する複数の遅延回路を直列に接続して構成され、前記複数の電流源を選択する選択回路を有し、
前記複数の遅延回路は、前記画素部の行方向に並んでいると共に、前記複数の電流源の少なくとも一部と前記画素部の列方向に対向しており、
前記複数のA/D変換部が有する複数の前記比較器は、前記複数の電流源および前記複数の遅延回路と、前記複数のA/D変換部が有する複数の前記カウンタとの間に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
前記参照信号生成部は、前記複数の電流源および複数の容量を有する積分回路であり、
前記複数の電流源の少なくとも一部および前記複数の容量の少なくとも一部は、前記画素部の行方向に並んでいると共に、前記複数のA/D変換部が有する複数の前記比較器と前記画素部の列方向に対向しており、
前記複数のA/D変換部が有する複数の前記比較器は、前記複数の電流源および前記複数の容量と、前記複数のA/D変換部が有する複数の前記カウンタとの間に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
前記参照信号の生成時に、前記複数の電流源が並列に接続されると共に、前記複数の容量が並列に接続されることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
第１の基板と、
第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板を接続する接続部と、
をさらに有し、
前記第１の基板には、前記画素部が配置され、
前記第２の基板には、前記参照信号生成部と、前記複数のA/D変換部と、が配置され、
前記接続部は、前記画素信号を前記複数のA/D変換部に伝送する複数のバンプを有する
ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
前記複数のバンプの各々は、前記参照信号生成部と前記複数のA/D変換部との間に配置されている
ことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。