KR20060047769A - Ａｄ 변환 방법 및 물리량 분포 검지용 반도체 장치 - Google Patents

Abstract

AD 변환 장치를 동일 칩 위에 탑재한 컬러 촬상 대응의 고체 촬상 장치에 있어서, 회로 규모나 전송 신호선의 수를 콤팩트하게 하면서 컬러 화상의 촬상에 적합한 참조 신호를 AD 변환용 비교부에 공급한다. AD 변환용 참조 신호를 생성하는 기능부로서 판독 단위인 수평 행 방향에 대해 분리 필터의 반복 단위인 2화소분의 DA 변환 회로를 준비한다. DA 변환 회로에 있어서 색 특성에 따른 기울기를 가짐과 아울러 흑 기준이나 회로 오프셋 등 비색 특성에 기초한 초기치로부터 변화하는 참조 신호를 생성한다. 각 DA 변환 회로로부터 독립적으로 출력되는 각 참조 신호를 각각 독립된 신호선을 통해 공통의 색 특성을 갖는 색 필터에 대응하는 전압 비교부에 각각 공통의 신호선을 통해 실질적으로 직접 전달한다.

고체 촬상 소자, 참조 신호, 변환, 색 필터

Description

ＡＤ 변환 방법 및 물리량 분포 검지용 반도체 장치{AD CONVERSION METHOD AND SEMICONDUCTOR DEVICE FOR USE IN PHYSICAL QUANTITY DISTRIBUTION DETECTION}

도 1은 본 발명에 관한 반도체 장치의 제1 실시 형태인 CMOS 고체 촬상 장치의 개략 구성도이다.

도 2는 화소부에서 있어서의 유효 화상 영역과 광학적 흑을 부여하는 기준 화소 영역의 관계의 일례를 도시한 도면이다.

도 3은 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치에서 사용되는 참조 신호 생성부의 DA 변환 회로(DAC)의 기능을 설명하는 도면이다.

도 4는 도 1에 도시한 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 컬럼 AD 회로에서의 기본 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 CMOS 고체 촬상 장치의 개략 구성도이다.

도 6은 도 5에 도시한 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 컬럼 AD 회로에서의 기본 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트이다.

도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 CMOS 고체 촬상 장치의 개략 구성도이다.

도 8은 참조 신호 생성부의 구체적인 구성예의 제1예를 도시한 블록도이다.

도 9는 참조 신호 생성부의 구체적인 구성예의 제2예를 도시한 블록도이다.

도 10은 참조 신호 생성부의 구체적인 구성예의 제3예를 도시한 블록도이다.

도 11은 참조 신호 생성부의 구체적인 구성예의 제4예를 도시한 블록도이다.

도 12는 참조 신호 생성부의 구체적인 구성예의 제5예를 도시한 블록도이다.

도 13은 참조 신호 생성부의 구체적인 구성예의 제6예를 도시한 블록도이다.

도 14는 특허 문헌 1의 도 4에 도시된 고체 촬상 장치의 개략 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 고체 촬상 장치 3 : 단위 화소

7 : 구동 제어부 10 : 화소부

12 : 수평 주사 회로 14 : 수직 주사 회로

15 : 행 제어선 18 : 수평 신호선

19 : 수직 신호선 20 : 통신·타이밍 제어부

24 : 카운터부 25 : 컬럼 AD 회로

26 : 컬럼 처리부 27 : 참조 신호 생성부

27a, 27b : DA 변환 회로 28 : 출력 회로

270a, 270b, 270R, 270G, 272G, 272B, 272E, 274G : 정전류원 어레이

280, 282, 284 : 정전류원 선택부 290, 292 : 정전류원 어레이 선택부

298a, 298b : 분압 저항

본 발명은 일본특허출원 2004년 5월 12일에 일본특허청에 출원된 JP 2004-142142호와 관련된 내용을 포함하며, 이는 본 명세서에 참조로서 편입된다.

본 발명은 AD(아날로그-디지털) 변환 방법 및 복수의 단위 구성 요소가 배열되어 이루어진 물리량 분포 검지의 반도체 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 예컨대 빛이나 방사선 등의 외부로부터 입력되는 전자파에 대해 감응성을 하는 복수의 단위 구성 요소가 배열되어 이루어지고, 단위 구성 요소에 의해 전기 신호로 변환된 물리량 분포를 어드레스 제어에 의해 임의 선택하여 전기 신호로서 판독 가능한, 예컨대 고체 촬상 장치 등의 물리량 분포 검지의 반도체 장치에 이용하기에 적합한, 아날로그로 출력되는 전기 신호를 디지털 데이터로 변환하는 기술에 관한 것이다. 특히, 컬러 화상 등의 색 정보를 취급할 때의 디지털 데이터 변환 기술에 관한 것이다.

빛이나 방사선 등의 외부로부터 입력되는 전자파에 대해 감응성을 하는 단위 구성 요소(예컨대, 화소)를 라인 형상 혹은 매트릭스 형상으로 복수개 배열하여 이루어진 물리량 분포 검지 반도체 장치가 여러 분야에서 사용되고 있다.

예컨대, 영상 기기 분야에서는 물리량 중의 빛(전자파의 일례)을 검지하는 CCD(Charge Coupled Device)형 또는 MOS(Metal Oxide Semiconductor)나 CMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor)형 고체 촬상 장치가 사용되고 있다. 이들은 단위 구성 요소(고체 촬상 장치에 있어서는 화소)에 의해 전기 신호로 변환된 물리량 분포를 전기 신호로서 판독한다.

또한, 고체 촬상 장치내에는 전하 생성부에서 생성된 신호 전하에 따른 화소 신호를 생성하는 화소 신호 생성부에 증폭용 구동 트랜지스터를 갖는 증폭형 고체 촬상 소자(APS;Active Pixel Sensor/게인 셀이라고도 함) 구성의 화소를 구비한 증폭형 고체 촬상 장치가 있다. 예컨대, CMOS형 고체 촬상 장치의 대부분은 이와 같은 구성을 하고 있다.

이와 같은 증폭형 고체 촬상 장치에 있어서 화소 신호를 외부에 판독하기 위해서는, 복수의 단위 화소가 배열되어 있는 화소부에 대해 어드레스 제어를 하고, 개개의 단위 화소로부터의 신호를 임의로 선택하여 판독하도록 하고 있다. 즉, 증폭형 고체 촬상 장치는 어드레스 제어형 고체 촬상 장치의 일례이다.

예컨대, 단위 화소가 매트릭스 형상으로 배치된 X-Y 어드레스형 고체 촬상 소자의 일종인 증폭형 고체 촬상 소자는, 화소 그 자체에 증폭 기능을 부여하기 위해 MOS 구조 등의 능동 소자(MOS 트랜지스터)를 이용하여 화소를 구성하고 있다. 즉, 광전 변환 소자인 포토다이오드에 축적된 신호 전하(광전자)를 상기 능동 소자로 증폭하여 화상 정보로서 판독한다.

이 종류의 X-Y 어드레스형 고체 촬상 소자에서는, 예컨대 화소 트랜지스터가 2차원 행렬 형상으로 다수 배열되어 화소부가 구성되고, 라인(행)마다 또는 화소마다 입사 광에 대응하는 신호 전하의 축적이 개시되고, 그 축적된 신호 전하에 기초한 전류 또는 전압의 신호가 어드레스 지정에 의해 각 화소부터 차례로 판독된다. 여기서, MOS(CMOS를 포함함)형에서는 어드레스 제어의 일례로서 1행분을 동시에 액세스하여 행 단위로 화소 신호를 화소부부터 판독하는 열 병렬 판독 방식이 많이 이용되고 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조).

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 2000-261602호 공보

또한, 고체 촬상 소자에서는 화소부에서 판독된 아날로그의 화소 신호를 필요에 따라 아날로그-디지털 변환 장치(AD 변환 장치;Analog Digital Converter)에 의해 디지털 데이터로 변환한다. 이를 위해 여러 가지 AD 변환의 구조가 제안되어 있는데, 일례로서 톱니상의 전압 파형과 화소 신호를 반영한 전기 신호(펄스 폭 신호를 포함함)를 비교하는 비교기와 카운터를 구비한 구조가 고려되고 있다(예컨대, 비특허 문헌 1∼5, 특허 문헌 2, 3 참조).

[비특허 문헌 1]W. Yang et. al., “An Integrated 800x600 CMOS ImageSystem”, ISSCC Digest of Technical Papers, pp.304-305, Feb., 1999

[비특허 문헌 2]고메모토 카즈야 저, “CCD/CMOS 이미지 센서의 기초와 응용”, CQ 출판사, 2003년 8월 10일 초판 p201∼203

[비특허 문헌 3]이마무라 토시후미, 야마모토 미코, “3. 고속·기능 CMOS 이미지 센서의 연구”, [online], [2004년 3월 15일 검색], 인터넷 <URL:http://www.sankaken.gr.jp/project/iwataPJ/report/h12/h12index.html>

[비특허 문헌 4]이마무라 토시후미, 야마모토 미코, 하세가와 나오야, “3. 고속·기능 CMOS 이미지 센서의 연구”, [online], [2004년 3월 15일 검색], 인터넷 <URL:http://www.sankaken.gr.jp/project/iwataPJ/report/h14/h14index.html>

[비특허 문헌 5]Oh-Bong Kwon et. al., “A Novel Double Slope Analog-to-Digital Converter for a High-Quality 640x480 CMOS Imaging System”, VL3-03 1999 IEEE p335∼338

[특허 문헌 2]일본 특허 공개 평11-331883호 공보

[특허 문헌 3]일본 특허 공개 2002-232787호 공보

또한, 컬러 화상을 취급하는 경우에 있어서 톱니상의 전압 파형과 화소 신호를 반영한 전기 신호를 비교하여 AD 변환을 행할 경우, 컬러 화상을 촬상하기 위한 복수 색의 색 필터가 배치된 각 화소의 색 특성을 고려하여 AD 변환을 행하는 구조가 고려되고 있다.

예컨대, 상기 특허 문헌 1에 기재된 기술에서는 아날로그 이미지 데이터의 디지털 이미지 데이터로의 변환시, 특정 컬러의 아날로그 이미지 데이터 특성에 따라 서로 다른 기준 전압을 생성하여 비교 동작을 수행함으로써, 단위 화소로부터 출력되는 아날로그 이미지 데이터를 디지털 이미지 데이터로 변환할 때, 각각의 컬러에 따라 조절하여 더욱 치밀한 컬러 제어를 가능하게 하도록 하고 있다.

<종래의 고체 촬상 장치의 구성>

도 14는 특허 문헌 1의 도 4에 도시된 AD 변환 장치를 화소부와 동일한 반도체 기판에 탑재한 고체 촬상 장치(CMOS 이미지 센서)의 개략 구성도이다.

이 고체 촬상 장치는, 각 컬러 화소에 의해 서로 다른 초기 전압 레벨로부터 상이한 감소율로 감소하는 아날로그 기준 전압을 생성하는 아날로그 기준 전압 발생 수단과, 선택 신호에 응답하여 각 컬러 화소에 대응하여 아날로그 기준 전압을 선택적으로 출력하는 선택 수단과, 이 선택 수단으로부터 출력되는 아날로그 기준 전압과 화소 어레이로부터 출력되는 아날로그 이미지 데이터를 비교하여 디지털 이 미지 데이터를 출력하는 비교 수단을 구비하고, 각 컬러의 아날로그 이미지 데이터 특성에 따라 화소 어레이의 각 컬러 화소로부터 감지한 아날로그 이미지 데이터를 디지털 이미지 데이터로 변환하도록 하고 있다.

구체적 사례로서, 도 14에 도시한 바와 같이 고체 촬상 장치는 베이어 패턴으로 배열된 M(행선)×N(열선) 화소 어레이(50)와, 상기 화소 어레이(50)로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그-디지털 변환부(60)에 의해 구성되어 있다.

아날로그-디지털 변환부(60)는 베이어 패턴을 구성하는 색 성분 R, G, B마다 준비되는 아날로그 참조 전압 발생 장치((601A(B색용), 601B(G색용), 601C(R색용))와, 수직 열마다 배치되는 비교기(603A, 603B)와, 아날로그 참조 전압 발생 장치(601A, 601B, 601C)로부터의 참조 신호 중의 어느 하나를 선택하여 비교기(603A, 603B)에 입력하는 멀티플렉서(602A, 602B)에 의해 구성되어 있다.

여기서, 아날로그 참조 전압 발생기는 청색 화소에 대한 참조 전압을 발생하는 제1 참조 전압 발생기(601A), 녹색 화소에 대한 기준 전압을 발생하는 제2 참조 전압 발생기(601B), 및 적색 화소에 대한 참조 전압을 발생하는 제3 기준 전압 발생기(601C)에 의해 구성되고, 각 참조 전압 발생기는 각각이 담당하는 컬러 특성에 따라 서로 다른 초기 전압 레벨로부터 서로 다른 감소율을 갖는 참조 전압을 발생한다.

비교기(603A, 603B)는 합계로 수직 열분(N개)만 설치되고, 예컨대 비교기(603A)는 홀수 열에, 비교기(603B)는 짝수 열에 배치된다. 이에 대응하여 멀티플 렉서(602A)는 홀수 열의 비교기(603A)의 입력측에 배치되고, 멀티플렉서(602B)는 짝수 열의 비교기(603B)의 입력측에 배치된다.

즉, 컬러 화소에 따라 서로 다른 초기 전압 레벨로부터 상이한 감소율로 감소하는 참조 신호를 생성하는 각 아날로그 참조 전압 발생 장치와, 각 열의 비교기마다 각 아날로그 참조 전압 발생 장치로부터의 참조 신호 중의 어느 하나를 선택적으로 출력하는 선택 수단(멀티플렉서)을 설치하고 있다.

멀티플렉서(602A, 602B)는 선택 신호(SEL)에 응답하여 참조 전압 발생기(601A, 601B, 601C)로부터의 출력 신호를 선택적으로 출력한다. 비교기(603A, 603B)는 멀티플렉서(602A, 602B)로부터의 출력 신호와 화소 어레이(50)로부터의 아날로그 신호를 비교한다.

베이어 패턴인 경우, 예컨대 화소 어레이(50)내의 제1 열선, 제3 열선, 제5 열선 등 홀수 열선에는 적색 화소 또는 녹색 화소가 배열되어 있기 때문에, 컬러 화소에 따라 홀수 열선에 배열된 멀티플렉서(602A)는 제2 또는 제3 참조 전압 발생기(601B, 601C)의 출력 신호 중 1개를 출력한다. 이에 비해, 제2 열선, 제4 열선, 제6 열선 등 짝수 열선에는 녹색 화소 또는 청색 화소가 배열되어 있기 때문에, 컬러 화소에 따라 짝수 열선에 배열된 멀티플렉서(602B)는 제1 또는 제2 참조 전압 발생기(601A, 601B)의 출력 신호 중 1개를 출력한다.

그러나, 특허 문헌 1에 기재된 구조에서는 컬러 화소에 따라 서로 다른 초기 전압 레벨로부터 상이한 감소율로 감소하는 참조 신호를 각 아날로그 참조 전압 발 생 장치에서 생성한다는 것이나, 단지 「컬러 화소에 따라 서로 다른」이라고 기재하고 있을 뿐, 그 상세에 대해서는 명확하지 않다.

본원 발명자의 검토에 따르면, 참조 신호의 감소율은 컬러 화소를 구성하는 포토다이오드 등의 전하 생성부의 색 감도나 전하 생성부에서 생성된 신호 전하를 전기 신호로 변환하는 증폭용 트랜지스터 등의 단위 신호 생성부의 증폭률 등을 포함하는 색 특성에 관계한 감도 특성에 따라 조정할 필요가 있지만, 초기 전압 레벨에 관해서는 반드시 컬러 화소의 색 특성(색 필터에 기초하는 것)에 관계하여 조정할 필요는 없다는 것을 알았다. 오히려, 예컨대 흑 기준이나 회로의 오프셋 성분 등, 색 특성과는 상이한 관점에서 초기 전압 레벨을 조정하는 것이 바람직하다는 점을 발견하였다.

또한, 특허 문헌 1에 기재된 구조에서는 베이어 배열인 경우 제1 참조 전압 발생기(601A), 제2 참조 전압 발생기(601B) 및 제3 기준 전압 발생기(601C)의 3대와 같이, 컬러 화상을 촬상하기 위한 색 필터의 색 성분마다 아날로그 참조 전압 발생 장치를 준비하고, 각 아날로그 참조 전압 발생 장치로부터 출력되는 참조 신호를 수직 열마다 설치되는 비교기의 입력측까지 전달하고, 각각의 비교기의 입력측에 각 아날로그 참조 전압 발생 장치로부터의 참조 신호 중의 어느 하나를 선택적으로 출력하는 선택 수단(멀티플렉서)을 설치하고 있다.

따라서, 각 아날로그 참조 전압 발생 장치로부터 발생되는 참조 신호를 비교기의 입력측에 전달하는 신호선의 수가, 컬러 화상을 촬상하기 위한 색 필터의 색 성분만큼 필요하게 되어 각각의 비교기의 입력측에 있어서 전환할 필요가 있는 각 아날로그 참조 전압 발생 장치로부터의 참조 신호의 수보다 많아진다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 컬러 화상의 촬상에 의해 적합한 참조 신호를 생성하고, 이 적합한 참조 신호를 이용하여 AD 변환 처리를 행할 수 있는 구조를 제안하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 컬러 화소에 따른 참조 신호를 비교기의 입력측에 전달하는 신호선의 수를, 컬러 화상을 촬상하기 위한 색 필터의 색 성분의 수보다 적게 할 수 있는 구조를 제안하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 제1 AD 변환 방법에 있어서는, 단위 신호를 디지털 데이터로 변환하기 위한 참조 신호로서, 처리 대상의 단위 구성 요소에 설치되어 있는 색 필터의 색 특성에 따른 변화 특성을 가짐과 아울러 색 특성과는 상이한 관점에서 규정되는 초기치로부터 변화하는 참조 신호를 준비하고, 단위 신호의 판독 단위에 따른 소정 방향에서의 공통의 색 특성을 갖는 색 필터에 대응하는 단위 신호와 참조 신호를 비교하는 비교부에 참조 신호를 입력하는 것으로 하였다.

또한 본 발명에 관한 제2 AD 변환 방법에 있어서는, 소정의 변화 특성을 가짐과 아울러 소정의 초기치로부터 변화하는 단위 신호를 디지털 데이터로 변환하기 위한 참조 신호를, 단위 신호의 판독 단위에 따른 소정 방향에서의 공통의 색 특성을 갖는 색 필터에 대응하는 단위 신호와 참조 신호를 비교하는 비교부에 공통의 신호선을 통해 실질적으로 직접 입력하는 것으로 하였다.

또한, 본 발명에 관한 상기 제1 및 제2 AD 변환 방법을 조합한 것으로 하면, 더 바람직한 것으로 된다. 즉, 단위 신호를 디지털 데이터로 변환하기 위한 참조 신호로서, 처리 대상의 단위 구성 요소에 설치되어 있는 색 필터의 색 특성에 따른 변화 특성을 가짐과 아울러 이 색 특성과는 상이한 관점에서 규정되는 초기치로부터 변화하는 참조 신호를 준비하고, 단위 신호의 판독 단위에 따른 소정 방향에서의 공통의 색 특성을 갖는 색 필터에 대응하도록 설치된 단위 신호와 참조 신호를 비교하는 비교부에 대해 공통의 신호선을 통해 실질적으로 직접 참조 신호를 입력하는 것이 바람직하다.

여기서 「판독 단위에 따른 소정 방향」이란, 복수의 단위 신호를 동시에 판독할 때의 판독 단위를 규정하는 방향을 의미한다. 일례로서는, 단위 구성 요소가 행열 형상(2차원 매트릭스 형상)으로 배치되어 있는 경우에 동일 수평 행의 단위 구성 요소를 동시에 액세스하여 행 단위로 단위 신호를 판독하는 열 병렬 판독 방식인 경우, 소정 방향은 행 방향이다.

또한 「판독 단위에 따른 소정 방향에서의 공통의 색 특성을 갖는 색 필터에 대응하는 비교부」란, 판독 단위에 따른 소정 방향(예컨대, 행 방향)에 있어서 색 분리 필터의 반복 단위의 각 동일 색에 대응하는 비교부이다. 예컨대, R색과 G색이 행 방향으로 번갈아 배치되는 경우에는 열마다 설치되는 R색용 각 비교부와 G색용 각 비교부를 의미한다.

또, 판독 단위마다 생각하면 되며, 예컨대 처리 대상 행이 전환됨으로써 그 행에 존재하는 색 필터의 조합이 변경된 때에는 그 변경 후의 색 필터에 대해 생각 하면 된다. 예컨대, 어떤 행에서는 R색과 G색이 행 방향으로 번갈아 배치되고, 다음 행에서는 G색과 B색이 행 방향으로 번갈아 배치되는 경우에는, 열마다 설치되는 R색용 각 비교부와 G색용 각 비교부 혹은 열마다 설치되는 G색용 각 비교부와 B색용 각 비교부를 의미한다.

또한 「색 필터의 색 특성에 따른 변화 특성을 갖는」이란, 컬러 화소를 구성하는 포토다이오드 등의 전하 생성부의 색 감도나 전하 생성부에서 생성된 신호 전하를 전기 신호로 변환하는 증폭용 트랜지스터 등의 단위 신호 생성부의 증폭률 등을 포함하는 색 특성에 관계한 감도 특성에 따른 변화 특성을 갖는 것을 의미한다.

또한「색 특성과는 상이한 관점에서 규정되는 초기치」란, 예컨대 흑 기준이나 회로의 오프셋 성분 등 색 특성과는 상이한 관점에 기초하는(이하「비색 특성에 기초하는」이라고도 한다) 초기치를 의미한다. 흑 기준과 회로의 오프셋 성분의 쌍방의 관점에 기초한 것으로 하면 한층 더 바람직하다.

또한 「공통의 신호선을 통해 실질적으로 직접」이란, 참조 신호를 생성하여 출력하는 개별의 참조 신호 생성 출력부부터 비교 처리를 행하는 비교부까지의 사이에 색 특성에 따른 선택 동작을 행하는 선택 수단을 설치하지 않는 것을 의미한다.

요컨대, 본 발명의 AD 변환 방법에서는 판독 단위에 따른 소정 방향(예컨대, 행 방향)에 있어서 색 분리 필터의 반복 단위의 색 필터마다 설치되는 비교부에 대해 그 색 필터의 색 특성에 따른 변화 특성을 갖고 또한 비색 특성에 기초하는 초 기치로부터 변화하는 참조 신호를, 색 특성에 따른 선택 동작을 행하는 선택 수단을 통하지 않고 공통의 신호선을 통해 직접 입력한다. 처리 대상 행이 전환됨으로써 그 행에 존재하는 색 필터의 조합이 변경된 때에는 그 변경후의 색 필터에 대해 동일한 처리를 행한다.

판독 단위에 따른 소정 방향과 이 소정 방향과는 상이한 방향으로 형성되는 색 분리 필터의 반복 단위내에 존재하는 색 필터의 종류(색의 수)에 관계 없이 판독 단위에 따른 소정 방향(예컨대, 행 방향)마다 색 분리 필터의 반복 단위내에 존재하는 색 필터의 수만큼의 참조 신호 생성부를 준비해 두고, 각각으로부터 생성된 참조 신호를 대응하는 색 필터용의 각 비교부에 공통의 신호선을 통해 직접 전달한다.

본 발명에 관한 제1 반도체 장치는 상기 본 발명에 관한 제1 AD 변환 방법을 실시하기에 적합한 반도체 장치로서, 처리 대상의 단위 구성 요소에 설치되어 있는 색 필터의 색 특성에 따른 변화 특성을 가짐과 아울러 이 색 특성과는 상이한 관점에서 규정되는 초기치로부터 변화하는 참조 신호를 생성하는 참조 신호 생성부를 구비하는 것으로 하였다.

본 발명에 관한 제2 반도체 장치는 상기 본 발명에 관한 제2 AD 변환 방법을 실시하기에 적합한 반도체 장치로서, AD 변환용 참조 신호를 생성하는 참조 신호 생성부를, 참조 신호를 생성하여 출력하는 개별의 참조 신호 생성 출력부를, 판독 단위에 따른 소정 방향 및 판독 단위에 따른 소정 방향과는 상이한 방향인 이방향(異方向)의 각각에 있어서의 색 필터의 배열의 반복 단위내에 존재하는 색 필터의 색 성분의 수보다 적고 또한 단위 신호의 판독 단위에 따른 소정 방향에 있어서의 색 필터의 배열의 반복 단위내에 존재하는 색 필터의 수만큼만 갖는 것으로 함과 아울러, 참조 신호 생성 출력부로부터 독립적으로 출력되는 각 참조 신호를, 소정 방향에 있어서의 공통의 색 특성을 갖는 색 필터에 대응하는 비교부에 대해 공통의 신호선을 통해 실질적으로 직접 전달하도록 구성되어 있는 것으로 하였다.

컬러 화상을 촬상하기 위한 색 필터의 색 성분의 수보다 적은 수만큼 설치하는 상기 개별의 참조 신호 생성 출력부를 구성할 때에는, 일례로서 판독 단위에 따른 소정 방향 및 판독 단위에 따른 소정 방향과는 상이한 방향인 이방향의 각각에 있어서의 색 필터의 배열의 반복 단위내에 존재하는 색 필터의 각각에 따른 색 대응 참조 신호 생성부와 색 대응 참조 신호 생성부를 판독 단위(예컨대, 처리 대상 행)의 변경에 따라 전환하는 선택부를 설치하는 것이 아니라, 처리 대상의 단위 구성 요소에 설치되어 있는 색 필터의 색 특성에 따른 변화 특성을 가지며 변화하는 참조 신호를 생성함과 아울러, 단위 신호의 판독 단위의 전환에 따라 전환되는 색 필터의 배열의 반복 단위를 구성하는 색의 조합의 변경에 따라 변화 특성을 변경하는 것으로 할 수 있다.

예컨대, 행 단위로 단위 신호의 판독을 행하는 구성인 경우, 적어도 행 방향에는 색 필터의 배열의 반복 단위를 구성하는 색의 조합만큼만 참조 신호 생성 출력부를 설치해 두고, 처리 대상의 행이 전환되었을 때에 색의 조합의 색 요소의 변경에 따라 각각의 참조 신호 생성 출력부에서 나오는 참조 신호의 변화 특성을 변경하도록 하면 된다.

또는 다른 일례로서는 대응하는 색 필터의 색 특성에 따른 참조 신호를 생성하여 출력하는 개별의 색 대응 참조 신호 생성부를, 판독 단위에 따른 소정 방향과는 상이한 방향인 이방향에 대해서도 색 필터의 배열의 반복 단위만큼만 갖는 것으로 함과 아울러, 색 대응 참조 신호 생성부로부터 독립적으로 출력되는 각각의 참조 신호 중의 어느 한 쪽을 처리 대상의 판독 단위의 전환에 따라 선택하여 대응하는 신호선에 출력하는 선택부를 갖는 것으로 하는 것으로 할 수도 있다.

예컨대, 행 단위로 단위 신호의 판독을 행하는 구성인 경우, 행 방향뿐만아니라 열 방향에도 색 필터의 배열의 반복 단위를 구성하는 색의 조합만큼만 참조 신호 생성 출력부를 설치해 둔다. 더 구체적으로 설명하면, 개별의 색 대응 참조 신호 생성부에는 반복 단위를 구성하는 1개의 분리 필터의 2차원 매트릭스내에 존재하는 각각의 색에 따른 변화 특성을 갖는 참조 신호를 생성하는 참조 신호 생성 출력부를 설치해 둔다. 그리고, 처리 대상의 행이 전환되었을 때에는 각각의 참조 신호 생성 출력부로부터 출력되는 참조 신호를 선택부를 이용하여 색의 조합의 색 요소의 변경에 따라 선택하도록 하면 된다.

여기서, 예컨대 베이어 배열과 같이 반복 단위를 구성하는 1개의 분리 필터의 2차원 매트릭스내에 동일 색의 색 필터가 복수 존재하는 경우에는 이 동일 색의 색 필터에 관해서는 개별의 색 대응 참조 신호 생성부가 참조 신호 생성 출력부를 공통으로 이용하는 구성으로 하는 것이 좋다.

또한, 개별의 참조 신호 생성 출력부는 복수의 정전류원이 병렬로 배치되고, 대응하는 색 필터의 색 특성에 따른 참조 신호를 생성하여 출력하는 색 대응 참조 신호 생성부와, 소정의 제어 신호에 기초하여 색 대응 참조 신호 생성부로부터 출력되는 참조 신호가 대응하는 색 필터의 색 특성에 따른 변화 특성을 가지며 변화하도록 병렬로 배치된 복수의 정전류원을 선택하는 정전류원 선택부를 구비하는 구성으로 할 수 있다.

이 경우, 정전류원 선택부는 개별의 참조 신호 생성 출력부마다 설치할 수도 있고, 개별의 참조 신호 생성 출력부에 대해 공통으로 1개만 설치할 수도 있다.

또한, 본 발명에 관한 제2 반도체 장치에서는 상기 본 발명에 관한 제1 반도체 장치의 구성을 조합하면 한층 더 바람직한 것으로 된다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 이하에서는 X-Y 어드레스형 고체 촬상 장치의 일례인 CMOS 촬상 소자를 디바이스로서 사용한 경우를 예로 설명한다. 또한, CMOS 촬상 소자는 모든 화소가 NMOS 혹은 PMOS로 이루어진 것으로 하여 설명한다.

단 이는 일례로서, 대상으로 되는 디바이스는 MOS형 촬상 디바이스로 한정되지 않는다. 빛이나 방사선 등의 외부로부터 입력되는 전자파에 대해 감응성을 하는 단위 구성 요소를 라인 형상 또는 매트릭스 형상으로 복수개 배열하여 이루어진 물리량 분포 검지용 반도체 장치의 모두에 후술하는 모든 실시 형태를 동일하게 적용할 수 있다.

<제1 실시 형태;고체 촬상 장치의 구성;베이어 배열>

도 1은 본 발명에 관한 반도체 장치의 제1 실시 형태인 CMOS 고체 촬상 장치 (CMOS 이미지 센서)의 개략 구성도이다. 또한, 도 2는 화소부(촬상부)에 있어서의 유효 화상 영역(유효부)과 광학적 흑을 부여하는 기준 화소 영역의 관계의 일례를 도시한 도면이다.

또, 이 CMOS 고체 촬상 장치는 본 발명에 관한 전자 기기의 일 태양이기도 하다.

고체 촬상 장치(1)는 입사 광량에 따른 신호를 출력하는 수광 소자(전하 생성부의 일례)를 포함하는 복수개의 화소가 행 및 열로 배열된(즉, 2차원 매트릭스형상의) 화소부를 갖고, 각 화소로부터의 신호 출력이 전압 신호이며, CDS(Correlated Double Sampling;상관 2중 샘플링) 처리 기능부나 디지털 변환부(ADC;Analog Digital Converter) 등이 열 병렬로 설치되어 있는 것이다.

“열 병렬로 CDS 처리 기능부나 디지털 변환부가 설치되어 있다”란, 수직 열의 수직 신호선(19)에 대해 실질적으로 병렬로 복수의 CDS 처리 기능부나 디지털 변환부가 설치되어 있는 것을 의미한다. 복수의 각 기능부는 디바이스를 평면에서 보았을 때에 모두 화소부(10)에 대해 열 방향의 한 쪽 단연측(도면의 하측에 배치되고 있는 출력측)에만 배치되어 있는 형태인 것이어도 되고, 화소부(10)에 대해 열 방향의 한쪽 단연측(도면의 하측에 배치되어 있는 출력측)과 그 반대측인 다른 쪽 단연측(도면의 상측)에 나누어 배치되고 있는 형태인 것이어도 된다. 후자의 경우, 행 방향의 판독 주사(수평 주사)를 행하는 수평 주사부도 각 단연측에 나누어 배치하고, 각각이 독립적으로 동작 가능하게 구성하는 것이 좋다.

예컨대, 열 병렬로 CDS 처리 기능부나 디지털 변환부가 설치되어 있는 전형 예로서는, 촬상부의 출력측에 설치한 컬럼 영역이라고 불리는 부분에 CDS 처리 기능부나 디지털 변환부를 수직 열마다 설치하고, 순차적으로 출력측에 판독하는 컬럼형의 것이다. 또한 컬럼형으로 한정되지 않고, 인접하는 복수(예컨대 2개 분)의 수직 신호선(19)(수직 열)에 대해 1개의 CDS 처리 기능부나 디지털 변환부를 할당하는 형태나, N개마다(N은 양의 정수;사이에 N-1개를 배치함)의 N개분의 수직 신호선(19)(수직 열)에 대해 1개의 CDS 처리 기능부나 디지털 변환부를 할당하는 형태 등을 채택할 수도 있다.

컬럼형을 제외한 것은 어떤 형태든 복수의 수직 신호선(19)(수직 열)이 1개의 CDS 처리 기능부나 디지털 변환부를 공통으로 사용하는 구성으로 되기 때문에, 화소부(10)측으로부터 공급되는 복수 열분의 화소 신호를 1개의 CDS 처리 기능부나 디지털 변환부에 공급하는 전환 회로(스위치)를 설치한다. 또한, 후단의 처리에 의해서는 출력 신호를 저장하는 메모리를 설치하는 등의 대처가 필요하게 된다.

어느 쪽이든 복수의 수직 신호선(19)(수직 열)에 대해 1개의 CDS 처리 기능부나 디지털 변환부를 할당하는 형태 등을 채택함으로써, 각 화소 신호의 신호 처리를 화소 열 단위로 판독한 후에 행하기 때문에, 동일한 신호 처리를 각 단위 화소내에서 행하는 것에 비해 각 단위 화소내의 구성을 간소화하고, 이미지 센서의 다화소화, 소형화, 저비용화 등에 대응할 수 있다.

또한, 열 병렬로 배치된 복수의 신호 처리부에서 1행분의 화소 신호를 동시 병행 처리할 수 있으므로, 출력 회로측이나 디바이스의 외부에서 1개의 CDS 처리 기능부나 디지털 변환부에서 처리를 행하는 경우에 비해 신호 처리부를 저속으로 동작시킬 수 있어 소비 전력이나 대역 성능이나 노이즈 등의 면에서 유리하다. 반대로 말하면, 소비 전력이나 대역 성능 등을 동일하게 한 경우, 센서 전체의 고속 동작이 가능해진다.

또 컬럼형의 구성인 경우, 저속으로 동작시킬 수 있어 소비 전력이나 대역 성능이나 노이즈 등의 면에서 유리함과 아울러 전환 회로(스위치)가 필요없다는 이점도 있다. 이하의 실시 형태에서는 특별히 언급이 없는 한, 이 컬럼형으로 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)는, 화소 형상이 대략 정방 형상인 복수의 단위 화소(3)가 행 및 열(즉, 정방 격자 형상)로 배열된 화소부(촬상부)(10)와, 화소부(10)의 외측에 설치된 구동 제어부(7)와, 컬럼 처리부(26)와, 컬럼 처리부(26)에 AD 변환용 참조 전압을 공급하는 참조 신호 생성부(27)와, 출력 회로(28)를 구비하고 있다.

또한, 컬럼 처리부(26)의 전단 또는 후단에는 필요에 따라 신호 증폭 기능을 갖는 AGC(Auto Gain Control) 회로 등을 컬럼 처리부(26)와 동일한 반도체 영역에 설치하는 것도 가능하다. 컬럼 처리부(26)의 전단에서 AGC를 행하는 경우에는 아날로그 증폭, 컬럼 처리부(26)의 후단에서 AGC를 행하는 경우에는 디지털 증폭으로 된다. n비트의 디지털 데이터를 단순하게 증폭하면 계조가 손상될 가능성이 있기 때문에, 아날로그로 증폭한 후에 디지털 변환하는 것이 바람직하다고 생각된다.

구동 제어부(7)는 화소부(10)의 신호를 순차적으로 판독하기 위한 제어 회로 기능을 구비하고 있다. 예컨대, 구동 제어부(7)로서는 열 어드레스나 열 주사를 제어하는 수평 주사 회로(열 주사 회로)(12)와, 행 어드레스나 행 주사를 제어하는 수직 주사 회로(행 주사 회로)(14)와, 내부 클럭을 생성하는 등의 기능을 갖는 통신·타이밍 제어부(20)를 구비하고 있다.

또, 도면에 있어서 통신·타이밍 제어부(20)의 근방에 점선으로 나타낸 바와 같이, 고속 클럭 생성부의 일례로서, 입력된 클럭 주파수보다 고속의 클럭 주파수의 펄스를 생성하는 클럭 변환부(23)를 설치하도록 해도 된다. 통신·타이밍 제어부(20)는, 단자(5a)를 통해 입력되는 입력 클럭(마스터 클럭)(CLK0)이나 클럭 변환부(23)에서 생성된 고속 클럭에 기초하여 내부 클럭을 생성한다.

클럭 변환부(23)에서 생성된 고속 클럭을 근원으로 하는 신호를 이용함으로써, AD 변환 처리 등을 고속으로 동작시킬 수 있게 된다. 또한, 고속 클럭을 이용하여 고속의 계산을 필요로 하는 움직임 추출이나 압축 처리를 행할 수 있다. 또한, 컬럼 처리부(26)로부터 출력되는 병렬 데이터를 시리얼 데이터화하여 디바이스 외부에 영상 데이터(D1)를 출력할 수도 있다. 이렇게 함으로써, AD 변환된 디지털 데이터의 비트분보다 적은 단자로 고속 동작 출력하는 구성을 채택할 수 있다.

클럭 변환부(23)는 입력된 클럭 주파수보다 고속의 클럭 주파수의 펄스를 생성하는 체배 회로를 내장하고 있다. 이 클럭 변환부(23)는 통신·타이밍 제어부(20)로부터 저속 클럭(CLK2)을 받아들이고, 이를 바탕으로 하여 2배 이상 높은 주파수의 클럭을 생성한다. 클럭 변환부(23)의 체배 회로로서는 k1을 저속 클럭(CLK2)의 주파수의 배수로 했을 때 k1 체배 회로를 설치하면 되며, 주지의 여러 가지 회로를 이용할 수 있다.

도 1에서는 간단히 하기 위해 행 및 열의 일부를 생략하여 나타내고 있지만, 현실에서는 각 행이나 각 열에는 수십 내지 수천의 단위 화소(3)가 배치되어 화소부(10)가 구성된다. 이 단위 화소(3)는 전형적으로는 수광 소자(전하 생성부)로서의 포토다이오드와 증폭용 반도체 소자(예컨대, 트랜지스터)를 갖는 화소내 앰프로 구성된다.

화소내 앰프로서는, 예컨대 플로팅 디퓨전 앰프 구성의 것이 이용된다. 일례로서는, 전하 생성부에 대해 판독부(전송 게이트부/판독 게이트부)의 일례인 판독 선택용 트랜지스터, 리셋 게이트부의 일례인 리셋 트랜지스터, 수직 선택용 트랜지스터 및 플로팅 디퓨전의 전위 변화를 검지하는 검지 소자의 일례인 소스 종동기 구성의 증폭용 트랜지스터를 갖는 CMOS 센서로서 범용적인 4개의 트랜지스터로 이루어진 구성의 것을 사용할 수 있다.

또는 일본 특허 제2708455호에 기재된 바와 같이, 전하 생성부에 의해 생성된 신호 전하에 대응하는 신호 전압을 증폭하기 위한 드레인선(DRN)에 접속된 증폭용 트랜지스터와, 전하 생성부를 리셋하기 위한 리셋 트랜지스터와, 수직 시프트 레지스터로부터 전송 배선(TRF)을 통해 주사되는 판독 선택용 트랜지스터(전송 게이트부)를 갖는 3개의 트랜지스터로 이루어진 구성의 것을 사용할 수도 있다.

화소부(10)는 화상을 저장하는 유효 영역인 유효 화상 영역(유효부)(10a) 외에 도 2에 도시한 바와 같이 광학적 흑을 부여하는 기준 화소 영역(10b)이 유효 화상 영역(유효부)(10a)의 주위에 배치되어 구성된다. 일례로서는, 수직 열 방향의 상하로 수 행(예컨대 1∼10행)분의 광학적 흑을 부여하는 기준 화소가 배열되고, 또한 유효 화상 영역(유효부)(10a)을 포함하는 수평 행에 있어서의 좌우에 수 화소∼수십 화소(예컨대 3∼40화소)분의 광학적 흑을 부여하는 기준 화소가 배열된다.

광학적 흑을 부여하는 기준 화소는, 그 수광면측이 포토다이오드 등으로 이루어진 전하 생성부에 빛이 들어 가지 않도록 차광된다. 이 기준 화소로부터의 화소 신호는 영상 신호의 흑 기준에 사용된다.

또한, 이 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)는 화소부(10)를 컬러 촬상 대응으로 하고 있다. 즉, 화소부(10)에 있어서의 각 전하 생성부(포토다이오드 등)의 전자파(본 예에서는 빛)가 입사되는 수광면에는 컬러 화상을 촬상하기 위한 복수 색의 색 필터의 조합으로 이루어진 색 분해 필터 중 어느 하나의 색 필터가 설치되어 있다.

도시한 예는, 소위 베이어(Bayer) 배열의 기본형 컬러 필터를 사용하고 있고, 정방 격자 형상으로 배치된 단위 화소(3)가 적(R), 녹(G), 청(B)의 3색 컬러 필터에 대응하도록 색 분리 필터의 반복 단위가 2화소×2화소로 배치되어 화소부(10)를 구성하고 있다.

예컨대, 홀수 행 홀수 열에는 제1 컬러(적;R)를 감지하기 위한 제1 컬러 화소를 배치하고, 홀수 행 짝수 열 및 짝수 행 홀수 열에는 제2 컬러(초록;G)를 감지하기 위한 제2 컬러 화소를 배치하고, 짝수 행 짝수 열에는 제3 컬러(청;B)를 감지하기 위한 제3 컬러 화소를 배치하고 있고, 행마다 상이한 R/G 또는 G/B의 2색의 컬러 화소가 체크 무늬 형상으로 배치되어 있다.

이러한 베이어 배열의 기본형 컬러 필터의 색 배열은 행 방향 및 열 방향 모 두에 대해 R/G 또는 G/B의 2색이 2개마다 반복된다.

또한, 구동 제어부(7)의 다른 구성 요소로서 수평 주사 회로(12), 수직 주사 회로(14) 및 통신·타이밍 제어부(20)가 설치되어 있다. 수평 주사 회로(12)는 컬럼 처리부(26)로부터 카운트 값을 판독하는 판독 주사부의 기능을 갖는다. 이들 구동 제어부(7)의 각 요소는 화소부(10)와 함께 반도체 집적 회로 제조 기술과 동일한 기술을 이용하여 단결정 실리콘 등의 반도체 영역에 일체적으로 형성되어 반도체 시스템의 일례인 고체 촬상 소자(촬상 디바이스)로서 구성된다.

단위 화소(3)는 행 선택을 위한 행 제어선(15)을 통해 수직 주사 회로(14)와, 또한 수직 신호선(19)을 통해 컬럼 AD 회로(25)가 수직 열마다 설치되어 있는 컬럼 처리부(26)와 각각 접속되어 있다. 여기서, 행 제어선(15)은 수직 주사 회로(14)로부터 화소에 들어가는 배선 전반을 나타낸다.

수평 주사 회로(12)나 수직 주사 회로(14)는 후술하는 바와 같이 디코더를 포함하며 구성되고, 통신·타이밍 제어부(20)로부터 공급되는 제어 신호(CN1, CN2)에 응답하여 시프트 동작(주사)을 개시하도록 되어 있다. 이 때문에, 행 제어선(15)에는 단위 화소(3)를 구동하기 위한 여러 가지 펄스 신호(예컨대, 리셋 펄스(RST), 전송 펄스(TRF), DRN 제어 펄스(DRN) 등)가 포함된다.

통신·타이밍 제어부(20)는 도시하지는 않았으나 각 부의 동작에 필요한 클럭이나 소정 타이밍의 펄스 신호를 공급하는 타이밍 제너레이터 TG(판독 어드레스 제어 장치의 일례)의 기능 블록과, 단자(5a)를 통해 마스터 클럭(CLK0)을 받아 들이고, 또한 단자(5b)를 통해 동작 모드 등을 명령하는 데이터(DATA)를 받아 들이 고, 나아가 고체 촬상 장치(1)의 정보를 포함하는 데이터를 출력하는 통신 인터페이스의 기능 블록을 구비한다.

예컨대, 수평 어드레스 신호를 수평 디코더(12a)로, 또한 수직 어드레스 신호를 수직 디코더(14a)로 출력하고, 각 디코더(12a, 14a)는 그것을 받아 대응하는 행 혹은 열을 선택한다.

이 때, 단위 화소(3)를 2차원 매트릭스 형상으로 배치하고 있기 때문에, 화소 신호 생성부(5)에 의해 생성되어 수직 신호선(19)을 통해 열 방향으로 출력되는 아날로그의 화소 신호를 행 단위(열 병렬)로 액세스하여 저장하는 (수직) 스캔 판독을 행하고, 이 후에 수직 열의 배열 방향인 행 방향에 액세스하여 화소 신호(본 예에서는 디지털화된 화소 데이터)를 출력측 판독하는 (수평) 스캔 판독을 행하도록 함으로써, 화소 신호나 화소 데이터의 판독의 고속화를 도모하는 것이 좋다. 물론, 스캔 판독으로 한정되지 않고, 판독하고자 하는 단위 화소(3)를 직접 어드레스 지정함으로써 필요한 단위 화소(3)의 정보만을 판독하는 랜덤 액세스도 가능하다.

또한 제1 실시 형태의 통신·타이밍 제어부(20)에서는, 단자(5a)를 통해 입력되는 마스터 클럭(마스터 클럭)(CLK0)과 동일한 주파수의 클럭(CLK1)이나 이를 2 분주한 클럭이나 더 분주한 저속의 클럭을 디바이스 내의 각 부, 예컨대 수평 주사 회로(12), 수직 주사 회로(14), 컬럼 처리부(26) 등에 공급한다. 이하, 2분주한 클럭이나 그 이하의 주파수의 클럭 전반을 합쳐서 저속 클럭(CLK2)이라고 한다.

수직 주사 회로(14)는 화소부(10)의 행을 선택하고, 그 행에 필요한 펄스를 공급하는 것이다. 예컨대, 수직 방향의 판독 행을 규정하는(화소부(10)의 행을 선택하는) 수직 디코더(14a)와, 수직 디코더(14a)에서 규정된 판독 어드레스 위(행 방향)의 단위 화소(3)에 대한 행 제어선(15)에 펄스를 공급하여 구동하는 수직 구동 회로(14b)를 갖는다. 또, 수직 디코더(14a)는 신호를 판독하는 행 외에 전자 셔터용 행 등도 선택한다.

수평 주사 회로(12)는 저속 클럭(CLK2)에 동기하여 컬럼 처리부(26)의 컬럼 AD 회로(25)를 차례로 선택하고, 그 신호를 수평 신호선(수평 출력선)(18)에 유도하는 것이다. 예컨대, 수평 방향의 판독 열을 규정하는(컬럼 처리부(26)내의 개개의 컬럼 AD 회로(25)를 선택하는) 수평 디코더(12a)와, 수평 디코더(12a)에서 규정된 판독 어드레스에 따라 컬럼 처리부(26)의 각 신호를 수평 신호선(18)에 유도하는 수평 구동 회로(12b)를 갖는다. 또한, 수평 신호선(18)은 예컨대 컬럼 AD 회로(25)가 취급하는 비트 수(n;n은 정의 정수)만큼, 예컨대 10(=n) 비트이면, 그 비트 수에 대응하여 10개 배치된다.

이러한 구성의 고체 촬상 장치(1)에 있어서, 단위 화소(3)로부터 출력된 화소 신호는 수직 열마다 수직 신호선(19)을 통해 컬럼 처리부(26)의 컬럼 AD 회로(25)에 공급된다.

컬럼 처리부(26)의 각 컬럼 AD 회로(25)는 1열분의 화소의 신호를 받아 그 신호를 처리한다. 예컨대, 각 컬럼 AD 회로(25)는 아날로그 신호를, 예컨대 저속 클럭(CLK2)을 이용하여 예컨대 10비트의 디지털 데이터로 변환하는 ADC(Analog Digital Converter) 회로를 갖는다.

ADC 회로의 구성에 대해서는 상세한 내용은 후술하지만, 콤퍼레이터(전압 비교기)에 램프 형상의 참조 신호(참조 전압)(RAMP)을 공급함과 동시에 클럭 신호에서의 카운트(계수)를 개시하고, 수직 신호선(19)을 통해 입력된 아날로그의 화소 신호를 참조 신호(RAMP)와 비교함으로써 펄스 신호가 얻어질 때까지 카운트하여 AD 변환을 행한다.

또한, 이 때 회로 구성을 연구함으로써 AD 변환과 함께 수직 신호선(19)을 통해 입력된 전압 모드의 화소 신호에 대해 화소 리셋 직후의 신호 레벨(노이즈 레벨)과 진정한(수광 광량에 따른) 신호 레벨(Vsig)의 차분을 얻는 처리를 행할 수 있다. 이에 따라, 고정 패턴 노이즈(FPN;Fixed Pattern Noise)나 리셋 노이즈로 되는 노이즈 신호 성분을 제거할 수 있다.

이 컬럼 AD 회로(25)에 의해 디지털화된 화소 데이터는 수평 주사 회로(12)로부터의 수평 선택 신호에 의해 구동되는 도시하지 않은 수평 선택 스위치를 통해 수평 신호선(18)에 전달되고, 다시 출력 회로(28)에 입력된다. 또, 10비트는 일례로서, 10비트 미만(예컨대 8비트)나 10비트를 초과하는 비트 수(예컨대 14비트)등, 그 밖의 비트 수로 해도 된다.

이러한 구성에 의해, 전하 생성부로서의 수광 소자가 행렬 형상으로 배치된 화소부(10)로부터는 행마다 각 수직 열에 대해 화소 신호가 순차적으로 출력된다. 그리고, 수광 소자가 행렬 형상으로 배치된 화소부(10)에 대응하는 1장분의 화상 즉 프레임 화상이 화소부(10) 전체의 화소 신호의 집합으로 나타나는 것으로 된다.

<컬럼 AD 회로와 참조 신호 생성부의 상세>

참조 신호 생성부(27)는 화소부(10)에 있어서의 색 분해 필터를 구성하는 색 필터의 색의 종류나 배열에 따라 AD 변환용 참조 신호를 발생하는 기능 요소인 DA 변환 회로(DAC;Digital Analog Converter)를 개별적으로 구비한다.

사용할 화소부(10)(디바이스)를 결정하면, 색 분해 필터에 있어서의 색 필터의 색의 종류나 배열은 결정되고, 2차원 격자 위치에서의 임의 위치의 색 필터가 무슨 색인지를 일의적으로 특정할 수 있다. 색 필터의 횡 방향 및 열 방향의 각 반복 사이클도 그 배열에 의해 일의적으로 결정되고, 열 병렬로 설치한 각 컬럼 AD 회로(25)가 처리 대상으로 하는 1개의 처리 대상 행에는 색 분해 필터에서 사용되는 모든 색이 아니라 반복 사이클로 결정되는 것보다 적은 소정 색의 조합의 화소 신호만이 존재하게 된다.

본 실시 형태에서는, 이 성질에 착안하여 비교 회로와 카운터로 AD 변환 회로를 구성할 때에 비교 회로에 공급하는 AD 변환용 참조 신호를 발생하는 기능 요소인 개별의 참조 신호 생성 출력부의 일례인 DA 변환 회로를 색 분해 필터에서 사용되는 모든 색만큼 설치하는 것이 아니라 우선 화소 신호의 판독 단위인 행 방향에 관하여 색 필터의 반복 사이클내에 존재하는 소정 색의 색 필터의 조합에 따른 수만큼으로 함으로써, 2차원에 있어서의 색 필터의 반복 사이클내에 존재하는 색 필터의 모든 색보다 적게 한다.

또한, 각 DA 변환 회로(27a, 27b)로부터 독립적으로 출력되는 각각의 참조 신호(RAMPa, RAMPb)를 각각 독립된 신호선(252a, 252b)을 통해 공통의 색 특성을 갖는 색 필터에 대응하는 전압 비교부(252)에, 각각 공통의 신호선(252a, 252b)을 통해 실질적으로 직접 전달하도록 구성한다.

또한, 판독 단위에 따른 행 방향과는 상이한 방향인 이방향, 즉 수직 열 방향에 관해서는 컬러 화소의 색 특성에 대응한 변화 특성(구체적으로는 기울기)이나 흑 기준이나 회로 오프셋 성분 등의 색 특성과는 상이한 비색 특성의 관점에서 규정된 초기치를 가지며 변화하는 색 대응 참조 신호 생성부를, 수직 열 방향에서의 색 필터의 반복 사이클내에 존재하는 소정 색의 색 필터의 조합에 따른 수만큼 개별의 DA 변환 회로(참조 신호 생성 출력부)의 각각에 설치하고, 그 각 출력 중의 어느 한 쪽을 처리 대상 행의 전환에 따라 선택하는 구성으로 할 수 있다.

이 경우, 예컨대 베이어 배열과 같이 2차원에 있어서의 색 필터의 반복 사이클내에 동색의 색 필터가 존재하는 경우, 이 동색의 색 필터에 관해서는 개별의 DA 변환 회로(참조 신호 생성 출력부)의 각각이 1개의 색 대응 참조 신호 생성부를 겸용(공용)하는 구성으로 할 수도 있다.

혹은, 개별의 DA 변환 회로(참조 신호 생성 출력부)의 각각에 대해 처리 대상 행이 전환될 때마다 그 전환에 수반하는 색 필터의 배열의 반복 단위를 구성하는 색의 조합의 변경에 따라 대응하는 컬러 화소의 색 특성에 대응한 변화 특성(구체적으로는 기울기)이나, 흑 기준이나 회로 오프셋 성분 등의 색 특성과는 상이한 관점에 기초하는 초기치를 통신·타이밍 제어부(20)로부터 설정하도록 하여도 된다. 이렇게 함으로써, 개별의 DA 변환 회로(참조 신호 생성 출력부)의 각각에 색 대응 참조 신호 생성부나 색 대응 참조 신호 생성부 중의 하나를 선택하는 선택부를 설치할 필요가 없어진다.

어느 구성에서나 각 DA 변환 회로(참조 신호 생성 출력부)의 각각은, 처리 대상 행이 전환됨으로써 그 처리 대상 행에 존재하는 소정 색의 조합이 전환됨에 따라 DA 변환 회로가 발하는 참조 신호(아날로그 기준 전압)의 변화 특성(구체적으로는 기울기)을 색 필터 즉 아날로그의 화소 신호의 특성에 따라 전환하여 출력한다. 또한, 초기치에 관해서는 예컨대 흑 기준이나 회로의 오프셋 성분 등 색 특성과는 상이한 관점에 기초하여 설정하게 된다.

이렇게 함으로써, 참조 전압 발생기(본 예에서는 DA 변환 회로에 상당)나 이 참조 전압 발생기로부터의 배선을 색 분해 필터를 구성하는 색 필터의 수보다 적게 할 수 있다. 또한, 색 필터마다 참조 전압 발생기를 준비한 경우에 필요로 했던(특허 문헌 1 참조) 각 참조 전압 발생기로부터의 아날로그 기준 전압(본 예의 참조 신호에 상당)을 선택적으로 출력하는 수직 열마다의 선택 수단(멀티플렉서)도 필요 없어지기 때문에 회로 규모를 축소할 수 있다. 컬러 화소에 따른 참조 신호를 비교기의 입력측에 전달하는 신호선의 수를, 컬러 화상을 촬상하기 위한 색 필터의 색 성분의 수보다 적게 할 수 있다.

또한, 변화 특성(구체적으로는 기울기)이나 초기치를 처리 대상 행이 전환될 때마다 그 전환에 수반하는 색 필터의 배열의 반복 단위를 구성하는 색의 조합의 변경에 따라 DA 변환 회로에 설정하도록 하면, 색 필터의 각각에 따른 색 대응 참조 신호 생성부와 색 대응 참조 신호 생성부를 처리 대상 행에 따라 전환하는 선택부(후술하는 구체예 1∼5를 참조)를 설치할 필요가 없어 참조 신호 생성부(27)의 전체 구성의 규모를 더욱 축소할 수 있다(후술하는 구체예 6을 참조).

본 예에서는 고체 촬상 장치(1)로서 베이어 방식의 기본 배열의 것을 사용하고 있고, 앞에서도 설명한 바와 같이 색 필터의 반복은 2행 및 2열마다로 된다. 행 단위로 화소 신호를 판독하여 수직 신호선(19)마다 열 병렬로 설치한 각 컬럼 AD 회로(25)에 화소 신호를 입력하기 때문에, 1개의 처리 대상 행에는 R/G 또는 G/B 중 어느 2색만의 화소 신호가 존재한다. 따라서, 본 예에서는 홀수 열에 대응한 DA 변환 회로(27a)와 짝수 열에 대응한 DA 변환 회로(27b)를 설치하는 것으로 한다.

각 DA 변환 회로(27a, 27b)는 통신·타이밍 제어부(20)로부터의 제어 데이터(CN4(CN4a, CN4b))로 표시되는 초기치로부터, 통신·타이밍 제어부(20)로부터의 카운트 클럭(CKdaca, CKdacb)(카운트 클럭(CK0)과 동일해도 됨)에 동기하여 계단상의 톱니 파동(램프 전압)을 생성하고, 컬럼 처리부(26)의 대응하는 개개의 컬럼 AD 회로(25)에 이 생성한 톱니 파동을 AD 변환용 참조 신호(ADC 기준 신호)(RAMPa, RAMPb)로서 공급하도록 되어 있다. 또, 도시하지는 않았으나 노이즈 방지용 필터를 설치하면 좋다.

DA 변환 회로(27a, 27b)는, 본 실시 형태 특유의 기능으로서 소정 위치의 화소 신호(Vx)에서의 신호 성분(Vsig)에 대해 전압 비교부(252)와 카운터부(254)를 이용하여 AD 변환 처리를 행할 때에는 각각이 발하는 참조 신호(RAMPa, RAMPb)의 초기 전압을, 화소의 특성이나 회로 변동을 반영시켜 리셋 성분(ΔV)에 대한 AD 변환 처리시와는 상이한 값으로 설정함과 아울러, 색 필터의 배열을 고려하여 화소 특성에 적합하도록 각각의 기울기(βa, βb)를 설정하는 점에 특징을 갖는다.

구체적으로 설명하면, 우선 신호 성분(Vsig)에 대한 참조 신호(RAMPa, RAMPb)의 초기 전압(Vas, Vbs)에 관해서는 임의의 복수의 흑 기준을 생성하는 화소로부터 얻어지는 신호를 바탕으로 산출된 것으로 한다. 또, 흑 기준을 생성하는 화소는 컬러 화소 밖에 배치된 전하 생성부(32)를 이루는 광전 변환 소자로서의 포토다이오드 등 위에 차광층을 갖는 화소로 한다. 그 배치 장소나 배치 수 등의 배치 형태 및 차광 수단은 특별히 한정되지 않고, 공지의 구조를 채택할 수 있다.

또한, 이 초기 전압은 각 DA 변환 회로(27a, 27b)의 특성에 따라 각각 발생하는 고유의 변동 성분을 포함하는 것으로 한다. 통상, 각 초기 전압(Vas, Vbs)은 리셋 성분(ΔV)에 대한 참조 신호(RAMPa, RAMPb)의 초기 전압(Var, Vbr)에 대해 각각 오프셋(OFFa, OFFb)만큼 낮게 한다.

리셋 성분(ΔV)에 대한 참조 신호(RAMPa, RAMPb)의 초기 전압(Var, Vbr)을 동일한 것으로 하고 있어도, 통상 오프셋(OFFa, OFFb)분은 상이한 값으로 되기 때문에, 신호 성분(Vsig)에 대한 참조 신호(RAMPa, RAMPb)의 초기 전압(Vas, Vbs)은 상이한 것으로 된다.

또, 신호 성분(Vsig)에 대한 참조 신호(RAMPa, RAMPb)의 초기 전압(Vas, Vbs)은 흑 기준을 생성하는 화소로부터 얻어지는 신호 이외에도 임의의 오프셋을 포함하는 것으로 해도 된다.

참조 신호 생성부(27)의 각 DA 변환 회로(27a, 27b)가 행하는 오프셋(OFFa, OFFb)분의 제어는, 예컨대 임의의 복수의 흑 기준을 생성하는 기준 화소로부터 얻어지는 신호를 바탕으로 초기 전압을 산출하는 기능을 통신·타이밍 제어부(20)에 부여하고, 이 통신·타이밍 제어부(20)로부터의 제어 데이터(CN4)로 표시되는 초기치에 기초하여 행하도록 해도 된다. 물론, DA 변환 회로(27a, 27b)가 초기 전압을 산출하는 기능을 가지며 자신이 초기 전압을 산출하도록 하여도 된다.

혹은, 칩 내의 통신·타이밍 제어부(20)나 DA 변환 회로(27a, 27b)에 참조 전압의 초기 전압을 산출하는 기능을 갖지 않고, 칩 밖의 외부 시스템에서 흑 기준을 생성하는 기준 화소로부터 얻어지는 신호를 바탕으로 초기 전압을 산출하고, 단자(5b)를 통해 동작 모드의 일부로서 초기 전압을 나타내는 정보를 통신·타이밍 제어부(20)에 통지하고, 이 통신·타이밍 제어부(20)로부터의 제어 데이터(CN4)로 참조 신호 생성부(27)에 통지하도록 하여도 된다.

또한, 참조 신호 생성부(27)가 발하는 계단상의 참조 신호, 자세히는 DA 변환 회로(27a)가 발하는 참조 신호(RAMPa) 및 DA 변환 회로(27b)가 발하는 참조 신호(RAMPb)는, 클럭 변환부(23)로부터의 고속 클럭, 예컨대 체배 회로에서 생성되는 체배 클럭을 바탕으로 생성함으로써 단자(5a)를 통해 입력되는 마스터 클럭(CLK0)에 기초하여 생성하는 것보다 고속으로 변화시킬 수 있다.

통신·타이밍 제어부(20)로부터 참조 신호 생성부(27)의 DA 변환 회로(27a)에 공급하는 제어 데이터(CN4a, CN4b)는, 비교 처리마다의 램프 전압의 기울기(변화의 정도;시간 변화량)를 지시하는 정보도 포함하고 있다.

컬럼 AD 회로(25)는, 참조 신호 생성부(27)의 DA 변환 회로(27a)에서 생성되는 참조 신호(RAMP) 및 행 제어선(15)(H0, H1, …)마다 단위 화소(3)로부터 수직 신호선(19)(V0, V1,…)을 경유하여 얻어지는 아날로그의 화소 신호를 비교하는 전 압 비교부(콤퍼레이터)(252)와, 전압 비교부(252)가 비교 처리를 완료할 때까지의 시간을 카운트하고, 그 결과를 저장하는 카운터부(254)를 구비하여 구성되는 n비트 AD 변환 기능을 갖고 있다.

통신·타이밍 제어부(20)는, 전압 비교부(252)가 화소 신호의 리셋 성분(ΔV)과 신호 성분(Vsig) 중의 어느 것에 대해 비교 처리를 행하고 있는가에 따라 카운터부(254)에 있어서의 카운트 처리의 모드를 전환하는 제어부의 기능을 갖는다. 이 통신·타이밍 제어부(20)로부터 각 컬럼 AD 회로(25)의 카운터부(254)에는, 카운터부(254)가 다운 카운트 모드로 동작하는 것인지 업 카운트 모드로 동작하는 것인지를 지시하기 위한 제어 신호(CN5)가 입력되고 있다.

전압 비교부(252)의 한 쪽 입력 단자(RAMP)에는 다른 전압 비교부(252)의 입력 단자(RAMP)와 공통으로 참조 신호 생성부(27)에서 생성되는 계단상의 참조 신호(RAMP)가 입력되고, 다른 쪽 입력 단자에는 각각 대응하는 수직 열의 수직 신호선(19)이 접속되어 화소부(10)로부터의 화소 신호 전압이 개개에 입력된다. 전압 비교부(252)의 출력 신호는 카운터부(254)에 공급된다.

카운터부(254)의 클럭 단자(CK)에는 다른 카운터부(254)의 클럭 단자(CK)와 공통으로 통신·타이밍 제어부(20)로부터 카운트 클럭(CK0)이 입력되어 있다.

이 카운터부(254)는 그 구성에 대해서는 도시를 생략하지만, 도 6에 도시한 래치로 구성된 데이터 기억부(255)의 배선 형태를 동기 카운터 형식으로 변경함으로써 실현할 수 있고, 1개의 카운트 클럭(CK0)의 입력으로 내부 카운트를 행하도록 되어 있다. 카운트 클럭(CK0)도 계단상의 전압 파형과 마찬가지로 클럭 변환부 (23)로부터의 고속 클럭(예컨대, 체배 클럭)을 바탕으로 생성함으로써, 단자(5a)를 통해 입력되는 마스터 클럭(CLK0)보다 고속으로 할 수 있다.

n개의 래치의 조합으로 n비트의 카운터부(254)를 실현할 수 있고, 도 6에 도시한 2계통의 n개의 래치로 구성된 데이터 기억부(255)의 회로 규모에 대해 반으로 된다. 또한, 카운터부(24)가 필요 없어지므로 전체적으로는 도 6에 도시한 구성보다 대폭 콤팩트하게 된다.

여기서, 제1 실시 형태의 카운터부(254)는 상세한 내용은 후술하지만, 카운트 모드에 상관없이 공통의 업다운 카운터(U/D CNT)를 이용하여 다운 카운트 동작과 업 카운트 동작을 전환하여(구체적으로는 번갈아) 카운트 처리를 행하는 것이 가능하게 구성되어 있는 점에 특징을 갖는다. 또한, 제1 실시 형태의 카운터부(254)는 카운트 출력치가 카운트 클럭(CK0)에 동기하여 출력되는 동기 카운터를 사용한다.

또한 동기 카운터의 경우, 모든 플립플롭(카운터 기본 요소)의 동작이 카운트 클럭(CK0)으로 제한된다. 따라서, 고주파수 동작이 더욱 요구되는 경우, 카운터부(254)는 그 동작 제한 주파수가 최초의 플립플롭(카운터 기본 요소)의 제한 주파수에 의해서만 결정되기 때문에 고속 동작에 적합한 비동기 카운터의 사용이 더 바람직하다.

카운터부(254)에는 수평 주사 회로(12)로부터 제어선(12c)을 통해 제어 펄스가 입력된다. 카운터부(254)는 카운트 결과를 저장하는 래치 기능을 갖고 있고, 제어선(12c)을 통한 제어 펄스에 의한 지시가 있을 때까지는 카운터 출력치를 유지 한다.

이러한 구성의 컬럼 AD 회로(25)는 앞에서도 설명한 바와 같이, 수직 신호선(19)(V0, V1, …)마다 배치되어 열 병렬 구성의 ADC 블록인 컬럼 처리부(26)가 구성된다.

개개의 컬럼 AD 회로(25)의 출력측은 수평 신호선(18)에 접속되어 있다. 앞에서도 설명한 바와 같이, 수평 신호선(18)은 컬럼 AD 회로(25)의 비트 폭인 n비트 폭분의 신호선을 갖고, 도시하지 않은 각각의 출력선에 대응한 n개의 센스 회로를 경유하여 출력 회로(28)에 접속된다.

이러한 구성에 있어서, 컬럼 AD 회로(25)는 수평 블랭킹 기간에 상당하는 화소 신호 판독 기간에서 카운트 동작을 행하여 소정의 타이밍으로 카운트 결과를 출력한다. 즉, 우선, 전압 비교부(252)에서는 참조 신호 생성부(27)로부터의 램프 파형 전압과, 수직 신호선(19)을 통해 입력되는 화소 신호 전압을 비교하고, 쌍방의 전압이 동일해지면 전압 비교부(252)의 콤퍼레이터 출력이 반전(본 예에서는 H 레벨에서 L 레벨로 천이)된다.

카운터부(254)는, 참조 신호 생성부(27)에서 나오는 램프 파형 전압에 동기하여 다운 카운트 모드 혹은 업 카운트 모드로 카운트 동작을 개시하고 있고, 콤퍼레이터 출력의 반전된 정보가 카운터부(254)에 통지되면, 카운트 동작을 정지하여 그 시점의 카운트 값을 화소 데이터로서 래치(저장·기억)함으로써 AD 변환을 완료한다.

이 후, 카운터부(254)는 소정의 타이밍으로 수평 주사 회로(12)로부터 제어 선(12c)을 통해 입력되는 수평 선택 신호(CH(i))에 의한 시프트 동작에 기초하여 기억·저장한 화소 데이터를 순차적으로 컬럼 처리부(26) 밖이나 화소부(10)를 갖는 칩 밖으로 출력 단자(5c)를 통해 출력한다.

또, 본 실시 형태의 설명에서는 직접 관련되지 않기 때문에 특별히 도시하지는 않았으나, 그 밖의 각종 신호 처리 회로 등도 고체 촬상 장치(1)의 구성 요소에 포함되는 경우가 있다.

<참조 신호 생성부의 기능 설명>

도 3은 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에 있어서 사용되는 참조 신호 생성부(27)의 DA 변환 회로(DAC)의 기능을 설명하는 도면이다.

DA 변환 회로(27a, 27b)는 통신·타이밍 제어부(20)로부터 DAC용 카운트 클럭(CKdac)의 공급을 받고, 카운트 클럭(CKdaca, CKdacb)에 동기하여 예컨대 선형적으로 감소하는 계단상의 톱니 파동(램프 파형)을 생성하고, 컬럼 AD 회로(25)의 전압 비교부(252)에 이 생성한 톱니 파동을 AD 변환용 참조 전압(ADC 기준 신호)로서 공급한다.

여기서, DA 변환 회로(27a, 27b)는 우선 제어 데이터(CN4)에 포함되어 있는 비교 처리마다의 램프 전압의 초기치를 지시하는 정보에 기초하여 초기 전압을 설정함과 아울러, 제어 데이터(CN4)에 포함되어 있는 비교 처리마다의 램프 전압의 기울기(변화율)를 지시하는 정보에 기초하여 1클럭당 전압 변화분(ΔRAMP)을 설정하고, 단위 시간(카운트 클럭(CKdac))마다 1씩 카운트 값을 변화시키도록 한다. 실제로는 카운트 클럭(CKdac)의 최대 카운트 수(예컨대, 10 비트에서 2.0 등)에 대 한 최대 전압 폭을 설정하기만 하면 된다. 초기 전압을 설정하기 위한 회로 구성은 어떠한 것이어도 된다.

이렇게 함으로써, DA 변환 회로(27a, 27b)는 제어 데이터(CN4)에 포함되어 있는 초기치를 나타내는 전압(예컨대, 3.0V)으로부터 1개의 카운트 클럭(CKdaca, CKdacb)마다 ΔRAMP씩 전압을 저하시킨다.

또한, 단위 화소(3)로부터의 화소 신호(자세히는 진정한 신호 성분)에 대한 계수를 설정할 때에는, 통신·타이밍 제어부(20)는 계수 1을 설정하는 카운트 클럭(CKdac1)의 기준 주기에 대해 1/m 분주한 카운트 클럭(CKdacm)을 DA 변환 회로(27a)에 공급한다. DA 변환 회로(27a)는 제어 데이터(CN4)에 포함되어 있는 초기치를 나타내는 전압(예컨대, 3.0V)으로부터 1개의 카운트 클럭(CKdacm)마다 ΔRAMP씩 전압을 저하시킨다.

이렇게 함으로써, 전압 비교부(252)에 공급되는 참조 신호(RAMPa, RAMPb)의 기울기가 카운트 클럭(CKdac1(=CK0))으로 참조 신호(RAMPa, RAMPb)를 생성하는 경우에 비해 1/m배로 되고, 카운터부(254)에서는 동일한 화소 전압에 비해 카운트 값이 m배로 되는, 즉 계수로서 m을 설정할 수 있다.

즉, 카운트 클럭(CKdaca, CKdacb)의 주기를 조정함으로써 참조 신호(RAMPa, RAMPb)의 기울기를 바꿀 수 있다. 예컨대, 기준에 대해 1/m 분주한 클럭을 사용하면 기울기가 1/m으로 된다. 카운터부(254)에서의 카운트 클럭(CK0)을 동일하게 하면, 카운터부(254)에서는 동일한 화소 전압에 비해 카운트 값이 m배로 되는, 즉 계수로서 m을 설정할 수 있다. 즉, 참조 신호(RAMPa, RAMPb)의 기울기를 바꿈으로써 후술하는 차분 처리시의 계수를 조정할 수 있다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 참조 신호(RAMPa, RAMPb)의 기울기가 클수록 단위 화소(3)에 축적된 정보량에 걸리는 계수는 작고, 기울기가 작을수록 계수가 큰 것으로 된다. 예컨대, 카운트 클럭(CKdac1)의 기준 주기에 대해 1/2 분주한 카운트 클럭(CKdac2)을 부여함으로써 계수를 “2”로 설정할 수 있고, 1/4 분주한 카운트 클럭(CKdac4)을 부여함으로써 계수를 “4”로 설정할 수 있다. 또한, n/m 분주한 카운트 클럭(CKdacnm)을 부여함으로써 계수를 m/n으로 설정할 수도 있다.

이와 같이 카운트 클럭(CKdacm)마다 ΔRAMP씩 전압을 변화(본 예에서는 저하)시키도록 하면서 참조 신호 생성부(27)에 부여하는 카운트 클럭(CKdacnm)의 주기를 조정함으로써, 간단하면서 또한 정밀도 좋게 계수를 설정할 수 있다. 또한, 화소 신호의 신호 성분(Vsig)에 대한 카운트 처리의 모드를 조정함으로써 계수의 부호(+/-)를 지정할 수 있다.

또, 여기서 나타낸 참조 신호(RAMPa, RAMPb)의 기울기를 이용한 계수의 설정 방법은 일례이며, 이러한 방법으로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 참조 신호 생성부(27)에 부여하는 카운트 클럭(CKdaca, CKdacb)의 주기를 일정하게 하면서 카운터 출력치를 x, 제어 데이터(CN4)에 포함되어 있는 램프 전압의 기울기(변화율)를 β라 하면 y=α(초기치)-β*x에 의해 산출되는 전위를 출력하는 등, 제어 데이터(CN4)에 포함되어 있는 램프 전압의 기울기(변화율)를 지시하는 정보에 의해 1개의 카운트 클럭(CKdac)마다의 전압 변화분(ΔRAMP)을 조정하는 등, 임의의 회로를 이용할 수 있다. 램프 전압의 기울기, 즉 RAMP 슬로프의 기울기(β)의 조정은, 예컨 대 클럭 수를 바꾸는 것 이외에 단위 전류원의 전류량을 바꿈으로써 클럭당 ΔRAMP를 조정함으로써 실현할 수 있다.

오프셋을 부여할 수 있는 α(초기치)나 기울기를 부여할 수 있는 β(계수)의 설정 수법은, 카운트 클럭(CKdaca, CKdacb)마다 조금씩 전압 변화하는 램프 파형을 발생시키는 회로 구성에 따른 것으로 하면 된다. 일례로서는, 램프 파형을 발생시키는 회로를 정전류원의 조합과, 그 정전류원 중의 어느 하나(1개 또는 임의 수의 복수)를 선택하는 선택 회로로 구성할 경우, 오프셋을 부여하는 α(초기치)나 기울기를 부여하는 β(계수)는 모두 정전류원을 이용하여 그 정전류원에 흐르는 전류를 조정함으로써 실현할 수 있다(상세한 내용은 후술한다).

참조 신호의 생성 수법에 관계 없이 참조 신호를 컬러 화소의 색 특성에 따른 기울기를 가짐과 아울러, 예컨대 흑 기준이나 회로의 오프셋 성분 등, 색 특성과는 상이한 관점에 기초하는 초기치를 갖도록 함으로써, 색 특성의 관점과 색 특성과는 상이한 관점의 쌍방에 대해 적합한 참조 신호를 이용하여 AD 변환 처리를 행할 수 있게 된다.

<제1 실시 형태;고체 촬상 장치의 동작>

도 4는 도 1에 도시한 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)의 컬럼 AD 회로(25)에 있어서의 기본 동작인 신호 취득 차분 처리를 설명하기 위한 타이밍 차트이다.

화소부(10)의 각 단위 화소(3)에서 감지된 아날로그의 화소 신호를 디지털 신호로 변환하는 구조로서는, 예컨대 소정의 기울기로 하강하는 램프파 형상의 참 조 신호(RAMP)와 단위 화소(3)로부터의 화소 신호에 있어서의 기준 성분이나 신호 성분의 각 전압이 일치하는 점을 찾고, 이 비교 처리에서 이용하는 참조 신호(RAMP)의 생성 시점으로부터 화소 신호에 있어서의 기준 성분이나 신호 성분에 따른 전기 신호와 참조 신호가 일치한 시점까지를 카운트 클럭에 카운트(계수)함으로써, 기준 성분이나 신호 성분의 각 크기에 대응한 카운트 값을 얻는 방법을 채택한다.

여기서, 수직 신호선(19)으로부터 출력되는 화소 신호는 시간 계열로서 기준 성분으로서의 화소 신호의 잡음을 포함하는 리셋 성분(ΔV) 후에 신호 성분(Vsig)이 나타나는 것이다. 1회째의 처리를 기준 성분(리셋 성분(ΔV))에 대해 행할 경우, 2회째의 처리는 기준 성분(리셋 성분(ΔV))에 신호 성분(Vsig)을 더한 신호에 대한 처리로 된다. 이하 구체적으로 설명한다.

1회째의 판독을 위해, 우선 통신·타이밍 제어부(20)는 모드 제어 신호(CN5)를 로우 레벨로 하여 카운터부(254)를 다운 카운트 모드로 설정함과 아울러, 리셋 제어 신호(CN6)를 소정 기간 액티브(본 예에서는 하이 레벨)로 하여 카운터부(254)의 카운트 값을 초기치 “0”에 리셋시킨다(t9). 그리고, 임의의 행(Hx)의 단위 화소(3)로부터 수직 신호선(19)(V0, V1, …)으로의 1회째의 판독이 안정된 후, 통신·타이밍 제어부(20)는 참조 신호 생성부(27)을 향해 참조 신호(RAMPa, RAMPb) 생성용 제어 데이터(CN4a, CN4b)를 공급한다.

이것을 받아 참조 신호 생성부(27)에서는 우선 Hx행 위에 존재하는 한 쪽 색(홀수 열의 R 또는 G)의 컬러 화소 특성에 정합한 기울기(βa)를 가지며 전체적으 로 톱니상(RAMP 형상)으로 시간 변화시킨 계단상의 파형(RAMP 파형)을 갖는 참조 신호(RAMPa)를 DA 변환 회로(27a)에서 생성하고, 홀수 열에 대응하는 컬럼 AD 회로(25)의 전압 비교부(252)의 한 쪽 입력 단자(RAMP)에 비교 전압으로서 공급한다.

마찬가지로, Hx 행 위에 존재하는 다른 쪽 색(짝수 열의 G 또는 B)의 컬러 화소 특성에 정합한 기울기(βb)를 가지며 전체적으로 톱니상(RAMP상)으로 시간 변화시킨 계단상의 파형(RAMP 파형)을 갖는 참조 신호(RAMPb)를 DA 변환 회로(27b)에서 생성하고, 짝수 열에 대응하는 컬럼 AD 회로(25)의 전압 비교부(252)의 한 쪽 입력 단자(RAMP)에 비교 전압으로서 공급한다.

전압 비교부(252)는, 이 RAMP 파형의 비교 전압과 화소부(10)로부터 공급되는 임의의 수직 신호선(19)(Vx)의 화소 신호 전압을 비교한다.

또한, 전압 비교부(252)의 입력 단자(RAMP)로의 참조 신호(RAMPa, RAMPb)의 입력과 동시에 전압 비교부(252)에 있어서의 비교 시간을 행마다 배치된 카운터부(254)에서 계측하기 위해, 참조 신호 생성부(27)로부터 발생되는 램프 파형 전압에 동기하여(t10) 카운터부(254)의 클럭 단자에 통신·타이밍 제어부(20)로부터 카운트 클럭(CK0)을 입력하고, 1회째의 카운트 동작으로서 초기치 “0”부터 다운 카운트를 개시한다. 즉, 음의 방향으로 카운트 처리를 개시한다.

전압 비교부(252)는 참조 신호 생성부(27)로부터의 램프 형상의 참조 신호(RAMP)와 수직 신호선(19)을 통해 입력되는 화소 신호 전압(Vx)를 비교하고, 쌍방의 전압이 동일해졌을 때에 콤퍼레이터 출력을 H레벨로부터 L레벨로 반전시킨다(t12). 즉, 리셋 성분(Vrst)에 따른 전압 신호와 참조 신호(RAMP)를 비교하여 리 셋 성분(Vrst)의 크기에 대응한 시간 경과후에 액티브 로우(L)의 펄스 신호를 생성하여 카운터부(254)에 공급한다.

이 결과를 받아 카운터부(254)는 콤퍼레이터 출력의 반전과 거의 동시에 카운트 동작을 정지하고, 그 시점의 카운트 값을 화소 데이터로서 래치(저장·기억)함으로써 AD 변환을 완료한다(t12). 즉, 전압 비교부에 공급하는 램프 형상의 참조 신호(RAMP)의 생성과 동시에 다운 카운트를 개시하고, 비교 처리에 의해 액티브 로우(L)의 펄스 신호가 얻어질 때까지 클럭(CK0)으로 카운트(계수)함으로써, 리셋 성분(Vrst)의 크기에 대응한 카운트 값을 얻는다.

통신·타이밍 제어부(20)는 소정의 다운 카운트 기간을 경과하면(t14), 전압 비교부(252)로의 제어 데이터의 공급과 카운터부(254)로의 카운트 클럭(CK0)의 공급을 정지한다. 이에 따라, 전압 비교부(252)는 램프 형상의 참조 신호(RAMP)의 생성을 정지한다.

이 1회째의 판독시에는 화소 신호 전압(Vx)으로의 리셋 레벨(Vrst)을 전압 비교부(252)에서 검지하여 카운트 동작을 행하고 있기 때문에, 단위 화소(3)의 리셋 성분(ΔV)를 판독하고 있는 것으로 된다.

이 리셋 성분(ΔV)내에는 단위 화소(3)마다 변동되는 잡음이 오프셋으로서 포함되어 있다. 그러나, 이 리셋 성분(ΔV)의 변동은 일반적으로 작고 또한 리셋 레벨(Vrst)은 대략 전체 화소 공통이기 때문에, 임의의 수직 신호선(19)의 화소 신호 전압(Vx)에 있어서의 리셋 성분(ΔV)의 출력치는 대개 이미 알고 있는 값이다.

따라서, 1회째의 리셋 성분(ΔV)의 판독 시에는 RAMP 전압을 조정함으로써, 다운 카운트 기간(t10∼t14;비교 기간)을 짧게 하는 것이 가능하다. 본 실시 형태에서는, 리셋 성분(ΔV)에 대한 비교 처리의 최장 기간을 7 비트분의 카운트 기간(128 클럭)으로 하여 리셋 성분(ΔV)의 비교를 행하고 있다.

계속되는 2회째의 판독시에는 리셋 성분(ΔV)에 더하여 단위 화소(3)마다의 입사 광량에 따른 전기 신호 성분(Vsig)을 판독하고, 1회째의 판독과 동일한 동작을 행한다. 즉, 우선 통신·타이밍 제어부(20)는 모드 제어 신호(CN5)를 하이 레벨로 하여 카운터부(254)를 업 카운트 모드로 설정한다(t18). 그리고, 임의의 행(Hx)의 단위 화소(3)로부터 수직 신호선(19)(V0, V1, …)으로의 2회째 판독이 안정된 후, 통신·타이밍 제어부(20)는 신호 성분(Vsig)에 대한 AD 변환 처리를 위해 참조 신호(RAMPa) 생성용 제어 데이터(CN4a)(여기서는 오프셋(OFFa)과 기울기(βa)를 포함함)를 DA 변환 회로(27a)에 공급함과 아울러 참조 신호(RAMPb) 생성용 제어 데이터 CN4b(여기서는 오프셋(OFFb)와 기울기(βb)를 포함함)를 DA 변환 회로(27b)에 공급한다.

이것을 받아 참조 신호 생성부(27)에서는 우선 Hx행 위에 존재하는 한 쪽 색(홀수 열의 R 또는 G)의 컬러 화소 특성에 정합한 기울기(βa)를 가지며 전체적으로 톱니상(RAMP상)으로 시간 변화시킨 계단상의 파형(RAMP 파형)을 가짐과 아울러 리셋 성분(ΔV)용 초기치(Var)에 비해 오프셋(OFFa)만큼 내려간 참조 신호(RAMPa)를 DA 변환 회로(27a)에서 생성하고, 홀수 열에 대응하는 컬럼 AD 회로(25)의 전압 비교부(252)의 한 쪽 입력 단자(RAMP)에 비교 전압으로서 공급한다.

마찬가지로, Hx 행 위에 존재하는 다른 쪽 색(짝수 열의 G 또는 B)의 컬러 화소 특성에 정합한 기울기(βb)를 가지며 전체적으로 톱니상(RAMP상)으로 시간 변화시킨 계단상의 파형(RAMP 파형)을 가짐과 아울러 리셋 성분(ΔV)용 초기치(Var)에 비해 오프셋(OFFb)만큼 내려간 참조 신호(RAMPb)를 DA 변환 회로(27b)에서 생성하고, 짝수 열에 대응하는 컬럼 AD 회로(25)의 전압 비교부(252)의 한 쪽 입력 단자(RAMP)에 비교 전압으로서 공급한다.

전압 비교부(252)는, 이 RAMP 파형의 비교 전압과 화소부(10)로부터 공급되는 임의의 수직 신호선(19)(Vx)의 화소 신호 전압을 비교한다.

앞에서도 설명한 바와 같이, 이 때의 각 참조 전압의 초기 전압은 임의의 복수의 흑 기준을 생성하는 화소로부터 얻어지는 신호를 바탕으로 산출된 것이고, DA 변환 회로(27a)에서 나오는 참조 신호(RAMPa)와 DA 변환 회로(27b)에서 나오는 참조 신호(RAMPb)에서 각각 생기는 고유의 변동 성분을 포함하는 상이한 값(오프셋(OFFa) 및 오프셋(OFFb))으로 된다. 또한, 참조 전압의 초기 전압은 흑 기준을 생성하는 화소로부터 얻어지는 신호 이외에도 임의의 오프셋을 포함하는 경우도 있다.

전압 비교부(252)의 입력 단자(RAMP)로의 참조 신호(RAMPa, RAMPb)의 입력과 동시에 전압 비교부(252)에 있어서의 비교 시간을 행마다 배치된 카운터부(254)에서 계측하기 위해, 참조 신호 생성부(27)로부터 발생되는 램프 파형 전압에 동기하여(t20) 카운터부(254)의 클럭 단자에 통신·타이밍 제어부(20)로부터 카운트 클럭(CK0)을 입력하고, 2회째의 카운트 동작으로서 1회째의 판독시에 취득된 단위 화소(3)의 리셋 성분(ΔV)에 대응하는 카운트 값부터 1회째와는 반대로 업 카운트를 개 시한다. 즉, 양의 방향으로 카운트 처리를 개시한다.

전압 비교부(252)는 참조 신호 생성부(27)로부터의 램프 형상의 참조 신호(RAMP)와 수직 신호선(19)을 통해 입력되는 화소 신호 전압(Vx)를 비교하고, 쌍방의 전압이 동일해졌을 때에 콤퍼레이터 출력을 H 레벨로부터 L 레벨로 반전시킨다(t22). 즉, 신호 성분(Vsig)에 따른 전압 신호와 참조 신호(RAMP)를 비교하여 신호 성분(Vsig)의 크기에 대응한 시간 경과후에 액티브 로우(L)의 펄스 신호를 생성하여 카운터부(254)에 공급한다.

이 결과를 받아 카운터부(254)는 콤퍼레이터 출력의 반전과 거의 동시에 카운트 동작을 정지하고, 그 시점의 카운트 값을 화소 데이터로서 래치(저장·기억)함으로써 AD 변환을 완료한다(t22). 즉, 전압 비교부에 공급하는 램프 형상의 참조 신호(RAMP)의 생성과 동시에 다운 카운트를 개시하고, 비교 처리에 의해 액티브 로우(L)의 펄스 신호가 얻어질 때까지 클럭(CK0)으로 카운트(계수)함으로써, 신호 성분(Vsig)의 크기에 대응한 카운트 값을 얻는다.

통신·타이밍 제어부(20)는 소정의 다운 카운트 기간을 경과하면(t24), 전압 비교부(252)로의 제어 데이터의 공급과 카운터부(254)로의 카운트 클럭(CK0)의 공급을 정지한다. 이에 따라, 전압 비교부(252)는 램프 형상의 참조 신호(RAMP)의 생성을 정지한다.

이 2회째의 판독시에는 화소 신호 전압(Vx)에 있어서의 신호 성분(Vsig)을 전압 비교부(252)에서 검지하여 카운트 동작을 행하고 있기 때문에, 단위 화소(3)의 신호 성분(Vsig)을 판독하고 있는 것으로 된다.

여기서, 본 실시 형태에서는 카운터부(254)에 있어서의 카운트 동작을 1회째 의 판독시에는 다운 카운트, 2회째의 판독시에는 업 카운트로 하고 있기 때문에, 카운터부(254)내에서 자동적으로 수학식 1로 나타내는 감산이 행해지고, 이 감산 결과에 따른 카운트치가 카운터부(254)에 저장된다.

(2회째의 비교 기간에 있어서의 카운트 값)－(2회째의 비교 기간에 있어서의 카운트 값) …(1)

여기서, 수학식 1은 수학식 2와 같이 변형할 수 있고, 결과적으로는 카운터부(254)에 저장되는 카운트 값은 신호 성분(Vsig)에 따른 것으로 된다.

(2회째의 비교 기간)－(1회째의 비교 기간)

=(신호 성분(Vsig)＋리셋 성분(ΔV)＋컬럼 AD 회로(25)의 오프셋 성분－(흑 기준 성분))－(리셋 성분(ΔV)＋컬럼 AD 회로(25)의 오프셋 성분)

=(신호 성분(Vsig))－(흑 기준 성분) …(2)

즉, 전술한 바와 같이 하여 1회째의 판독시에 있어서의 다운 카운트와 2회째의 판독시에 있어서의 업 카운트와 같은 2회의 판독과 카운트 처리에 의한 카운터부(254)내에서의 감산 처리에 의해 단위 화소(3)마다의 변동을 포함한 리셋 성분(ΔV)과 컬럼 AD 회로(25)마다의 오프셋 성분을 제거할 수 있고, 단위 화소(3)마다의 입사 광량에 따른 신호 성분(Vsig)에 흑 기준 성분의 보정을 더한 신호에 대한 디지털 데이터만을 간이한 구성으로 취출할 수 있다. 이 때, 회로 변동이나 리셋 잡음도 제거할 수 있는 이점이 있다.

따라서, 본 실시 형태의 컬럼 AD 회로(25)는 아날로그 화소 신호를 디지털 화소 데이터로 변환하는 디지털 변환부로서뿐만 아니라 CDS(Correlated Double Sampling;상관 2중 샘플링) 처리 기능부로서도 동작하게 된다.

또한, 수학식 2에서 얻어지는 카운트 값이 나타내는 화소 데이터는 양의 신호 전압을 나타내기 때문에, 보수 연산 등이 필요 없어져서 기존의 시스템과의 친화성이 높다.

여기서, 2회째의 판독시에는 입사 광량에 따른 신호 성분(Vsig)을 판독하기 때문에, 광량의 대소를 넓은 범위에서 판정하기 위해 업 카운트 기간(t20∼t24;비교 기간)을 넓게 취하여 전압 비교부(252)에 공급하는 램프 전압을 크게 변화시킬 필요가 있다.

따라서, 본 실시 형태에서는 신호 성분(Vsig)에 대한 비교 처리의 최장 기간을 10비트분의 카운트 기간(1024 클럭)으로 하여 신호 성분(Vsig)의 비교를 행하고 있다. 즉, 리셋 성분(ΔV)(기준 성분)에 대한 비교 처리의 최장 기간을 신호 성분(Vsig)에 대한 비교 처리의 최장 기간보다 짧게 한다. 리셋 성분(ΔV)(기준 성분)과 신호 성분(Vsig)의 쌍방의 비교 처리의 최장 기간, 즉 AD 변환 기간의 최대치를 동일하게 하는 것은 아니라 리셋 성분(ΔV)(기준 성분)에 대한 비교 처리의 최장 기간을 신호 성분(Vsig)에 대한 비교 처리의 최장 기간보다 짧게 함으로써, 2회에 걸친 AD 변환의 총기간이 짧아지도록 고안한다.

이 경우, 1회째와 2회째의 비교 비트 수가 상이하지만, 통신·타이밍 제어부 (20)로부터 제어 데이터를 참조 신호 생성부(27)에 공급하고, 이 제어 데이터에 기초하여 참조 신호 생성부(27)에서 램프 전압을 생성하도록 함으로써, 램프 전압의 기울기 즉 참조 신호(RAMP)의 변화율을 1회째와 2회째에서 동일하게 한다. 디지털 제어로 램프 전압을 생성하기 때문에, 램프 전압의 기울기를 1회째와 2회째에서 동일하게 하는 것이 용이하다. 이에 따라, AD 변환의 정밀도를 동등하게 할 수 있기 때문에, 업 다운 카운터에 의한 수학식 1로 나타낸 감산 결과를 정확하게 얻을 수 있다.

2회째의 카운트 처리가 완료된 후의 소정 타이밍에서(t28), 통신·타이밍 제어부(20)는 수평 주사 회로(12)에 대해 화소 데이터의 판독을 지시한다. 이것을 받아 수평 주사 회로(12)는 제어선(12c)을 통해 카운터부(254)에 공급하는 수평 선택 신호(CH(i))를 순차적으로 시프트시킨다.

이렇게 함으로써, 카운터부(254)에 기억·저장한 수학식 2로 표시되는 카운트 값, 즉 n비트의 디지털 데이터로 표시된 화소 데이터가 n개의 수평 신호선(18)을 통해 순차적으로 컬럼 처리부(26) 밖이나 화소부(10)를 갖는 칩 밖으로 출력 단자(5c)로부터 출력되고, 그 후 순차적으로 행마다 동일한 동작이 반복됨으로써 2차원 화상을 나타내는 영상 데이터(D1)가 얻어진다.

이상 설명한 바와 같이 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치에 따르면, 업 다운 카운터를 이용하면서 그 처리 모드를 전환하여 2회에 걸쳐 카운트 처리를 행하도록 하였다. 또한, 행렬 형상으로 단위 화소(3)가 배열된 구성에 있어서 컬럼 AD 회로(25)를 수직 열마다 설치한 열 병렬 컬럼 AD 회로로 구성하였다.

여기서, 비교 회로와 카운터로 AD 변환 회로를 구성할 때에 비교 회로에 공급하는 AD 변환용의 참조 신호를 발생하는 기능 요소인 DA 변환 회로를, 컬러 화상 촬상에 사용하는 색 분해 필터에 있어서의 색 필터의 모든 색만큼 준비하는 것이 아니라 색의 종류나 배열로 결정되는 색의 반복 사이클에 따른 소정 색의 조합에 따른 분만 설치하도록 하였다. 또한, 처리 대상 행이 전환됨으로써 그 처리 대상 행에 존재하는 소정 색의 조합이 전환됨에 따라, DA 변환 회로가 발하는 참조 신호(아날로그 기준 전압)의 변화 특성(구체적으로는 기울기)나 초기치를 색 필터, 즉 아날로그 화소 신호의 특성에 따라 전환하도록 하였다.

이에 따라, 참조 전압 발생기로서 기능하는 DA 변환 회로나 참조 전압 발생기로부터의 배선을 색 분해 필터를 구성하는 색 필터의 수보다 적게 할 수 있고, 또한 색 필터마다 참조 전압 발생기를 준비한 경우에 필요해지는 아날로그 기준 전압(참조 신호)을 선택적으로 출력하는 멀티플렉서도 필요 없어지기 때문에 회로 규모를 대폭 축소할 수 있다.

또한, 처리 대상 행에 존재하는 소정 색의 조합이 전환됨에 따라 DA 변환 회로가 발하는 참조 신호의 변화 특성(구체적으로는 기울기)을 전환하여 설정하도록 하였기 때문에, 화소부(10)를 구성하는 각 컬러 화소의 특성에 따라 서로 다른 기준 전압을 각각 생성하여 비교 처리를 행함으로써, 단위 화소로부터 출력되는 아날로그 화소 신호를 디지털 데이터로 변환할 때에 각각의 컬러에 따라 참조 신호의 기울기를 조절함으로써 각 컬러의 특성을 치밀하게 제어할 수 있다.

또한, DA 변환 회로가 발하는 참조 신호의 초기치를 DA 변환 회로에서 생기 는 고유의 변동 성분이나 흑 기준 성분에 따라 전환 설정하도록 하였기 때문에, 회로 변동을 보정할 수 있음과 아울러 흑 기준 성분의 보정을 가한 신호에 대해서만 간이한 구성으로 AD 변환할 수 있다.

또한, 기준 성분(리셋 성분)과 신호 성분의 감산 처리가 2회째의 카운트 결과로서 수직 열마다 직접 취득할 수 있고, 기준 성분과 신호 성분 각각의 카운트 결과를 저장하는 메모리 장치를 카운터부가 구비하는 래치 기능으로 실현할 수 있으므로, AD 변환된 데이터를 저장하는 전용 메모리 장치를 카운터와 별도로 준비할 필요가 없다.

또한, 기준 성분과 신호 성분의 차이를 얻기 위한 특별한 감산기가 필요 없게 된다. 따라서, 종래 구성보다 회로 규모나 회로 면적을 적게 할 수 있고, 또한 잡음의 증가나 전류 혹은 소비 전력의 증대를 해소할 수 있다.

또한, 비교부와 카운터부로 컬럼 AD 회로(AD 변환부)를 구성하였기 때문에, 비트 수에 상관 없이 카운터부를 동작시키는 카운트 클럭 1개와 카운트 모드를 전환하는 제어선으로 카운트 처리를 제어할 수 있으므로, 종래 구성에서 필요로 했던 카운터부의 카운트 값을 메모리 장치까지 유도하는 신호선이 필요 없게 되어 잡음의 증가나 소비 전력의 증대를 해소할 수 있다.

즉, AD 변환 장치를 동일 칩 위에 탑재한 고체 촬상 장치(1)에 있어서, 전압 비교부(252)와 카운터부(254)를 쌍으로 하여 AD 변환부로서의 컬럼 AD 회로(25)를 구성함과 아울러, 카운터부(254)의 동작으로서 다운 카운트와 업 카운트를 조합하여 사용하면서 처리 대상 신호의 기본 성분(본 실시 형태에서는 리셋 성분)과 신호 성분의 차이를 디지털 데이터로 함으로써, 회로 규모나 회로 면적이나 소비 전력 혹은 다른 기능부와 사이의 인터페이스용 배선의 수나, 이 배선에 의한 노이즈나 소비 전류 등의 문제를 해소할 수 있다.

<제2 실시 형태;고체 촬상 장치의 구성>

도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 CMOS 고체 촬상 장치의 개략 구성도이다. 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)는 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에 비해 컬럼 AD 회로(25)의 구성을 변형하고 있다.

즉, 제2 실시 형태에 있어서의 컬럼 AD 회로(25)는, 카운터부(254)의 후단에 이 카운터부(254)가 저장한 카운트 결과를 저장하는 n비트의 메모리 장치로서의 데이터 기억부(256)와, 카운터부(254)와 데이터 기억부(256) 사이에 배치된 스위치(258)를 구비하고 있다.

스위치(258)에는 다른 수직 열의 스위치(258)와 공통으로 통신·타이밍 제어부(20)로부터 소정 타이밍으로 제어 펄스로서의 메모리 전송지시 펄스(CN8)가 공급된다. 스위치(258)는 메모리 전송 지시 펄스(CN8)가 공급되면, 대응하는 카운터부(254)의 카운트 값을 데이터 기억부(256)에 전송한다. 데이터 기억부(256)는 전송된 카운트치를 저장·기억한다.

또, 카운터부(254)의 카운트 값을 소정 타이밍으로 데이터 기억부(256)에 저장시키는 구조는, 양자 사이에 스위치(258)를 배치하는 구성으로 한정되지 않고, 예컨대 카운터부(254)와 데이터 기억부(256)를 직접 접속하면서 카운터부(254)의 출력 인에이블을 메모리 전송 지시 펄스(CN8)로 제어함으로써 실현할 수도 있고, 데이터 기억부(256)의 데이터 취득 타이밍을 결정하는 래치 클럭으로서 메모리 전송 지시 펄스(CN8)를 이용함으로써도 실현할 수 있다.

데이터 기억부(256)에는 수평 주사 회로(12)로부터 제어선(12c)을 통해 제어 펄스가 입력된다. 데이터 기억부(256)는 제어선(12c)을 통한 제어 펄스에 의한 지시가 있을 때까지는 카운터부(254)로부터 취득한 카운트 값을 저장한다.

수평 주사 회로(12)는, 컬럼 처리부(26)의 각 전압 비교부(252)와 카운터부(254)가 각각이 담당하는 처리를 행하는 것과 병행하여 각 데이터 기억부(256)가 저장하고 있었던 카운트 값을 판독하는 판독 주사부의 기능을 갖는다.

<제2 실시 형태;파이프 라인 처리의 동작>

도 6은 도 5에 도시한 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)의 컬럼 AD 회로(25)에 있어서의 기본 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트이다. 컬럼 AD 회로(25)에 있어서의 AD 변환 처리는 제1 실시 형태와 동일하다. 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.

제2 실시 형태에서는 제1 실시 형태의 구성에 데이터 기억부(256)를 추가한 것으로서, AD 변환 처리를 비롯한 기본적인 동작은 제1 실시 형태와 마찬가지이지만, 카운터부(254)의 동작전(t6)에 통신·타이밍 제어부(20)로부터의 메모리 전송지시 펄스(CN8)에 기초하여 전행(Hx-1)의 처리시에 있어서의 카운트 결과를 데이터 기억부(256)에 전송한다.

제1 실시 형태에서는 처리 대상의 화소 신호에 있어서의 2회째의 판독 처리, 즉 AD 변환 처리가 완료한 후가 아니면 화소 데이터를 컬럼 처리부(26)의 외부에 출력할 수 없기 때문에 판독 처리에 제한이 있음에 비해, 제2 실시 형태의 구성에서는 처리 대상의 화소 신호에 있어서의 1회째의 판독 처리(AD 변환 처리)에 앞서 전회의 감산 처리 결과를 나타내는 카운트 값을 데이터 기억부(256)에 전송하고 있기 때문에 판독 처리에는 제한이 없다.

따라서, 이러한 제2 실시 형태의 구성에 따르면, 카운터부(254)가 저장한 카운트 결과를 데이터 기억부(256)에 전송할 수 있기 때문에, 카운터부(254)의 카운트 동작 즉 AD 변환 처리와 카운트 결과의 수평 신호선(18)으로의 판독 동작을 독립적으로 제어 가능하고, AD 변환 처리와 외부(우선은 수평 신호선(18))로의 신호의 판독 동작을 독립·병행하여 행하는 파이프 라인 동작을 실현할 수 있다.

<제3 실시 형태;고체 촬상 장치의 구성;에메랄드 화소를 추가>

도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 CMOS 고체 촬상 장치의 개략 구성도이다. 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)는 색 분리 필터의 색 필터의 배열을 변형하고 있는 점에 특징을 갖는다. 구체적으로 설명하면, 제1 및 제2 실시 형태에서는 정방 격자 형상으로 배치된 단위 화소(3)에 대해 적(R), 녹(G),청(B)의 3색 컬러 필터를 베이어(Bayer) 배열의 기본형에 따라 배열했었지만, 필터 색이나 그 배열 순은 베이어 배열의 기본형으로 한정되지 않는다. 예컨대, 베이어 배열의 개량형으로 할 수도 있고, 보색 필터 혹은 그 밖의 필터 색을 이용할 수 있다.

예컨대, 도 7에 도시한 바와 같이 홀수 행 짝수 열로 배치한 제2 컬러(초록;G)을 감지하기 위한 제2 컬러 화소 대신에 제4 컬러(에메랄드;E)를 감지하기 위한 제4 컬러 화소를 배치해도 된다.

이 경우에도 행마다 상이한 R/E 또는 G/B의 2색의 컬러 화소가 체크 무늬 형상으로 배치되어 있다. 이러한 색 배열은 행 방향 및 열 방향 모두에 대해 R/E 또는 G/B의 2색이 2개마다 반복되는 점에서는 베이어 배열의 기본형과 동일하다.

즉, 컬러 화소에 색 재현성을 높이기 위해 제4 컬러 화소(E)가 더해진 것으로서, 전체 동작은 제1 실시 형태와 완전히 동일하게 할 수 있고, 처리 대상 행에 존재하는 소정 색의 조합이 전환됨에 따라 DA 변환 회로가 발하는 참조 신호의 변화 특성(기울기)나 초기치를 색 필터 즉 아날로그 화소 신호의 특성에 따라 전환하는 등에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하게 하면 되고, 참조 전압 발생기로서 기능하는 DA 변환 회로를 삭감할 수 있는 점이나 멀티플렉서가 필요 없고, 각각의 컬러에 따라 참조 신호의 기울기를 조절함으로써 각 컬러의 특성을 치밀하게 제어할 수 있고, 혹은 흑 기준 성분이나 회로 오프셋 성분의 보정을 가한 신호에 대해서만 간이한 구성으로 AD 변환할 수 있는 등, 제1 실시 형태에서 진술한 바와 동일한 효과를 누릴 수 있다.

색 신호 처리에 대한 상세한 설명은 생략하지만, 4색 컬러 필터에 대응하여 4색으로 촬영된 각 색의 영상 신호로부터 인간의 눈에 친숙한 RGB의 3색을 만들어내기 위한 매트릭스 연산을 행하는 화상 처리 프로세서를 출력 회로(28)의 후단에 설치한다. 적(R), 녹(G), 청(B)의 필터 외에 에메랄드(E)의 필터를 탑재하면, 3색 컬러 필터보다 색 재현의 차이를 저감시킬 수 있으므로, 예컨대 청녹색이나 적색의 재현성을 향상시킬 수 있다.

<참조 신호 생성부의 구성예;제1예>

도 8은 참조 신호 생성부(27)의 구체적인 구성예의 제1예를 도시한 블록도이다. 이 제1예의 참조 신호 생성부(27)는, 판독 단위인 수평 행 방향에 관하여 색 분리 필터의 반복 단위내에 존재하는 색 필터의 수만큼만 설치한 각 참조 신호 생성 출력부(본 예에서는 DA 변환 회로(27a, 27b))의 각각에 대해 대응하는 색 필터의 색 특성의 관점에서 결정되는 기울기를 가짐과 아울러, 흑 레벨이나 회로 오프셋 등 색 특성과는 상이한 관점에서 결정되는 초기치를 갖는 참조 신호를 생성하여 출력하는 색 대응 참조 신호 생성부를, 수평 행 방향과는 상이한 방향인 이방향으서의 수직 열 방향에 관하여 색 필터 배열의 반복 단위내에 존재하는 색 필터의 수만큼만 설치함과 아울러, 이 색 대응 참조 신호 생성부로부터 독립적으로 출력되는 각 참조 신호 중의 어느 한 쪽을 처리 대상 행의 전환(판독 단위의 전환)에 따라 선택하여 대응하는 신호선에 출력하는 선택부를 설치하도록 한 점에 제1 특징을 갖는다.

또한, 각각의 색 대응 참조 신호 생성부를 병렬로 배치된 복수의 정전류원을 포함하여 구성되는 것으로 함과 아울러, 소정의 제어 신호에 기초하여 병렬로 배치된 복수의 정전류원 중에서 1개 혹은 복수를 선택하는 정전류원 선택부와, 병렬로 배치된 복수의 정전류원에 흐르는 전류를 제어함으로써 색 대응 참조 신호 생성부로부터 출력되는 참조 신호가, 대응하는 색 필터의 색 특성에 따른 변화 특성을 가지며 변화하도록 제어하는 변화 특성 제어부를 설치하도록한 점에 제2 특징을 갖는다. 특히, 정전류원 선택부를 개별의 참조 신호 생성 출력부마다 설치하고 있는 점에 특징을 갖는다.

또한, 변화 특성 제어부를 병렬로 배치된 복수의 정전류원에 대해 전류 미러 구조를 갖는 기준 정전류원을 갖는 것으로 구성하고, 이 기준 정전류원에 흐르는 전류를 조정 가능하게 구성함으로써 색 대응 참조 신호 생성부로부터 출력되는 참조 신호가 대응하는 색 필터의 색 특성에 따른 변화 특성을 가지며 변화하도록 한 점에 제3 특징을 갖는다.

또한, 각각의 색 대응 참조 신호 생성부에 설치되는 병렬로 배치된 복수의 정전류원에 의해 생성되는 참조 신호의 초기치를 설정하는 초기치 설정부를 각 색 대응 참조 신호 생성부에 설치함과 아울러, 색 대응 참조 신호 생성부로부터 출력되는 참조 신호의 초기치가 흑 기준이나 회로 오프셋 성분 등 대응하는 색 필터의 색 특성과는 상이한 비색 특성에 기초하는 것으로 설정 가능하게 한 점에 제4 특징을 갖는다. 특히, 이 초기치 설정부를 병렬로 배치된 복수의 정전류원에 흐르는 전류에 초기치를 부여하는 전류를 중첩하는 초기치 설정 전류원을 갖는 것으로 구성하고, 이 초기치 설정 전류원에 흐르는 전류를 조정 가능하게 구성하고 있는 점에 특징을 갖는다.

구체적으로 설명하면, 도 8에 도시한 제1예의 참조 신호 생성부(27)는 베이어 배열의 화소부(10)를 갖는 제1 및 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에 대응하는 것으로서, 우선 Hx행 위에 존재하는 한 쪽 색(홀수 열의 R 또는 G)용 참조 신호(RAMPa)를 발하는 DA 변환 회로(27a)는, 이 홀수 열의 R색에 대응한 내부에 병렬로 배치된 복수의 정전류원(270R-1∼-n)을 포함하는 정전류원 어레이(270R) 및 G색에 대응한 내부에 병렬로 배치된 복수의 정전류원(270G-1∼-n)을 포함하는 정전류원 어레이(270G)와, 각 정전류원 어레이(270R, 270G)의 각 정전류원을 소정의 규칙에 따라 선택하는 정전류원 선택부(280)를 포함하여 구성되어 있다.

또한, DA 변환 회로(27a)는 순차적으로 전환되는 처리 대상 행에 따라 정전류원 어레이(270R, 270G) 중 한 쪽으로 전환하는 정전류원 어레이 선택부(290)와, 기준 전압(Vref)을 정전류원 어레이(270B, 270G)가 조합으로 분압하는 분압 저항(298a)을 포함하여 구성되어 있다.

분압 저항(298a)과 정전류원 어레이 선택부(290)의 접속점은 DA 변환 회로(27a)의 출력단(299a)에 접속되고, 이 출력단(299a)으로부터 램프 파형을 나타내는 참조 신호(RAMPa)가 출력된다.

또한, 마찬가지로 Hx행 위에 존재하는 다른 쪽 색(짝수 열의 G 또는 B)용 참조 신호(RAMPb)를 발하는 DA 변환 회로(27b)는, 이 짝수 열의 G에 대응한 내부에 병렬로 배치된 복수의 정전류원(272G-1∼-n)을 포함하는 정전류원 어레이(272G) 및 내부에 병렬로 배치된 복수의 정전류원(272B-1∼-n)을 포함하는 정전류원 어레이(272B)와, 각 정전류원 어레이(272G, 272B)의 각 정전류원을 소정 규칙에 따라 선택하는 정전류원 선택부(282)를 포함하여 구성되어 있다.

또한, DA 변환 회로(27b)는 순차적으로 전환되는 처리 대상 행에 따라 정전류원 어레이(272G, 272B) 중 한 쪽으로 전환하는 정전류원 어레이 선택부(290)와, 기준 전압(Vref)를 정전류원 어레이(272G, 272B)의 조합으로 분압하는 분압 저항(298b)을 포함하여 구성되어 있다.

분압 저항(298b)와 정전류원 어레이 선택부(292)의 접속점은 DA 변환 회로 (27a)의 출력단(299b)에 접속되고, 이 출력단(299b)으로부터 램프 파형을 나타내는 참조 신호(RAMPb)가 출력된다.

정전류원 어레이(270R, 270G, 272G, 272B)는 모두 대응하는 색 필터의 색 특성에 따른 참조 신호를 생성하여 출력하는 개별의 색 대응 참조 신호 생성부의 일례이다.

정전류원 선택부(280)에는 카운트 클럭(CKdaca)이, 또한 정전류원 선택부(282)에는 카운트 클럭(CKdacb)이 각각 통신·타이밍 제어부(20)로부터 입력된다. 정전류원 선택부(280, 282)는 각 정전류원 어레이(270R, 270G, 272G, 272B)에 내장되어 있는 소정 수의 정전류원 중에서 카운트 클럭(CKdaca, CKdacb)마다 1개 혹은 복수개 선택함으로써, 계단상의 톱니 파동(램프 전압)이 참조 신호(RAMPa, RAMPb)로서 DA 변환 회로(27a, 27b)의 각 출력단(299a, 299b)으로부터 출력되도록 한다.

정전류원 어레이(270R)에 설치되는 정전류원(270R-1∼-n)으로서는 제1예로서 전류값의 가중치 부여가 모두 동일한 것을, 예컨대 8 비트 대응인 경우에는 n=256, 10 비트 대응인 경우에는 n=1024와 같이 비트 수에 따른 단수만큼만 준비하면 된다. 정전류원 선택부(280)는 카운트 클럭(CKdaca)의 액티브 엣지(예컨대 하강 엣지)가 입력될 때마다 온하는 정전류원을 순차적으로 늘려 간다. 이러한 구성으로 하면, 온하는 정전류원이 순차적으로 증가해 가기 때문에 램프 파형에 단차가 발생하는 일이 없다. 또한, 예컨대 n= 128 또는 256 정도마다 별도로 설치한 카운터로 카운트하고, 가중치를 부여한 별도의 정전류원을 순차적으로 온하도록 하여도 된다.

혹은, 제2예로서는 정전류원 어레이(270R)에 설치되는 정전류원(270R-1∼-n)은 비트 수만큼만 준비한다. 각 정전류원에 대해서는 비트에 따른 전류치의 가중치를 부여한다. 정전류원 선택부(280)에는 카운터 회로를 설치하고, 그 카운터 회로의 비트 출력으로 비트 수만큼의 각 정전류원을 온/오프한다. 이러한 구성으로 하면, 제1예의 구성에 비해 정전류원의 수가 비약적으로 적어지지만, 비트에 따른 가중치 부여의 변동이나 온도 등의 환경 변화로 인해 비트의 자릿수가 올라가는 부분에서 램프 파형에 단차가 발생할 우려가 있다.

또한, 이 제1예 특유의 구성으로서 정전류원 어레이(270R)는 리셋 성분(ΔV)용 초기치(Var)에 대해 오프셋(offaR)을 제어 신호(J1-R)에 따라 설정하는 정전류원(270R-off)을 가짐과 아울러, 홀수 열의 R색의 컬러 화소 특성에 정합한 기울기(βaR)를 제어 신호(J2-R)에 따라 설정하는 정전류원(270R-βa)을 갖는다.

정전류원(270R-off)은 처리 대상의 단위 화소(3)(단위 구성 요소)에 설치되어 있는 색 필터의 색 특성과는 상이한 관점에 기초하여 초기치를 설정하는 초기치 설정부의 일례이다. 이 정전류원(270R-off)에 흐르는 전류를 제어 신호(J1-R)에 의해 조정함으로써 신호 성분(Vsig)용 초기치(Vas)를 설정할 수 있고, DA 변환 회로(27a)의 출력단(299a)으로부터 출력되는 계단상을 나타내는 참조 신호(RAMPa)에 있어서의 리셋 성분(ΔV)용 초기치(Var)에 대한 오프셋(offaR)을 설정할 수 있다.

또한, 정전류원(270R-βa)은 정전류원 어레이(270R)내에 존재하는 복수의 정전류원(270R-1∼-n) 및 정전류원(270R-off)에 흐르는 전류를 제어함으로써, 색 대응 참조 신호 생성부로서의 R색용 정전류원 어레이(270R)로부터 출력되는 참조 신 호(RAMPaR)가 대응하는 R색 필터의 색 특성에 따른 변화 특성을 가지며 변화하도록 제어하는 변화 특성 제어부의 일례이다.

이 정전류원(270R-βa)은 정전류원(270R-1∼-n) 및 정전류원(270R-off) 사이에서 전류 미러(CM;Current Mirror)를 구성하고 있고, 정전류원(270R-βa)에 흐르는 전류와 정전류원(270R-1∼-n) 및 정전류원(270R-off)에 흐르는 전류 사이에는 비의 관계가 있다. 따라서, 정전류원(270R-βa)에 흐르는 전류를 제어 신호(J2-R)에 의해 조정함으로써, 정전류원(270R-1∼-n) 및 정전류원(270R-off)에 흐르는 전류, 즉 정전류원 어레이(270R)의 출력단에 나타나는 참조 신호(RAMPaR)의 기울기(βaR), 결과적으로는 DA 변환 회로(27a)의 출력단에 나타나는 참조 신호(RAMPa)의 기울기(βaR)를 조정할 수 있다.

마찬가지로, 정전류원 어레이(270G)는 리셋 성분(ΔV)용 초기치(Vag)에 대해 오프셋(offaG)을 제어 신호(J1-G)에 따라 설정하는 정전류원(270G-off)을 가짐과 아울러 홀수 열의 G색의 컬러 화소 특성에 정합한 기울기(βaG)를 제어 신호(J2-G)에 따라 설정하는 정전류원(270G-βa)을 갖는다. 또한, 정전류원 어레이(272G)는 리셋 성분(ΔV)용 초기치(Vbg)에 대해 오프셋(offbG)을 제어 신호(J3-G)에 따라 설정하는 정전류원(272G-off)을 가짐과 아울러 짝수 열의 G색의 컬러 화소 특성에 정합한 기울기(βbG)를 제어 신호(J4-G)에 따라 설정하는 정전류원(272G-βb)을 갖는다. 또한, 정전류원 어레이(272B)는 리셋 성분(ΔV)용 초기치(Vbb)에 대해 오프셋(offbB)을 제어 신호(J3-B)에 따라 설정하는 정전류원(272B-off)을 가짐과 아울러 짝수 열의 B색의 컬러 화소 특성에 정합한 기울기(βbB)를 제어 신호(J4-B)에 따라 설정하는 정전류원(272B-βb)을 갖는다.

정전류원(270G-off), 정전류원(270G-βa), 정전류원(272G-off), 정전류원(272G-βb), 정전류원(272B-off), 정전류원(272B-βb) 모두 각 기능부의 기본적인 동작은, DA 변환 회로(27a)에서의 정전류원 어레이(270R)의 것과 동일하다. 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다.

이러한 제1예의 DA 변환 회로(27a, 27b)에 따르면, 정전류원의 조합과 그 정전류원을 온/오프함으로써 램프 전압을 나타내는 참조 신호를 생성하는 정전류원 어레이의 구성에 더하여, 정전류원(27#@-off(#은 0, 2 중의 하나, @는 R, G, B 중의 어느 하나))을 이용하여 리셋 성분(ΔV)용 초기치(Va, Vb)에 대한 오프셋(off)을 설정함과 아울러, 마찬가지로 정전류원(27#@-β*(#은 0, 2 중의 하나, @는 R, G, B 중의 어느 하나, *는 a, b 중의 하나))을 이용하여 램프 전압을 나타내는 참조 신호의 기울기(β*@)를 조정하도록 하였다. 기본이 되는 참조 신호를 생성하는 정전류원(27#@-1∼-n)의 어레이(병렬 배치)의 구성과의 매칭도 좋고, 간이한 구성으로 임의의 행의 2색의 컬러 화소 특성에 정합한 기울기(βa 혹은 βb)를 갖는 참조 전압을 생성할 수 있고 또한 오프셋도 조정할 수 있기 때문에, 흑 기준 성분이나 회로 오프셋의 보정을 가할 수도 있다는 이점이 있다.

또한, 이 제1예에서는 참조 신호의 오프셋 및 기울기 변경용으로 오프셋 변경용 정전류원(27#@-off)과 기울기 변경용 정전류원(27#@-β*)을 설치하고 있지만, 그 외의 수단으로서 예컨대 오프셋은 기준 전압(Vref)을 직접 변경함으로써도 조정 가능하다. 또한, 기울기는 정전류원(27#@-1∼n)의 단위 전류원의 전류량을 직접 제어함으로써도 조정 가능하다.

<참조 신호 생성부의 구성예;제2예>

도 9는 참조 신호 생성부(27)의 구체적인 구성예의 제2예를 도시한 블록도이다. 이 제2예의 참조 신호 생성부(27)는 제1예의 구성을 채택함과 아울러 제4 컬러 화소로서 에메랄드 화소를 추가한 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에 대응하는 것이다. 정전류원 어레이(272G)를 정전류원 어레이(272E)로 변경했을 뿐, 기본적인 동작이나 효과는 제1예의 것과 동일하다. 여기서는 정전류원 어레이(272E)에 대한 상세한 설명을 생략한다.

<참조 신호 생성부의 구성예;제3예>

도 10은 참조 신호 생성부(27)의 구체적인 구성예의 제3예를 도시한 블록도이다. 이 제3예의 참조 신호 생성부(27)는, 소정의 제어 신호에 기초하여 병렬로 배치된 복수의 정전류원 중에서 1개 혹은 복수를 선택하는 정전류원 선택부를 개별의 참조 신호 생성 출력부에 대해 공통으로 설치하도록 한 점에 특징을 갖는다.

구체적으로 설명하면, 도 10에 도시한 제3예의 참조 신호 생성부(27)는 베이어 배열의 화소부(10)를 갖는 제1 및 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에 대응하는 것으로서, 제1예의 구성에 있어서의 DA 변환 회로(27a) 및 DA 변환 회로(27b)마다 설치했었던 정전류원 선택부(280, 282)를 공통의 정전류원 선택부284로 변경하고 있는 점에 특징을 갖는다.

정전류원 선택부(284)에는 카운트 클럭(CKdac)이 통신·타이밍 제어부(20)로부터 입력된다. 정전류원 선택부(284)는 각 정전류원 어레이(270R, 270G, 272G, 272B)에 내장되어 있는 소정 수의 정전류원 중에서 카운트 클럭(CKdac)마다 1개 혹은 복수개 선택함으로써 계단상의 톱니 파동(램프 전압)이 참조 신호(RAMPa, RAMPb)로서 DA 변환 회로(27a, 27b)의 각 출력단(299a, 299b)으로부터 출력되도록 한다.

여기서, 제1예의 구성에 있어서의 정전류원 선택부(280, 282)의 선택 동작은 정전류원 어레이(270R, 270G, 272G, 272B)를 동일한 구성으로 하면 기본적으로 동일하며, 1개의 회로에 의한 온/오프 동작으로 계단상의 톱니 파동을 참조 신호(RAMPa, RAMPb)로서 DA 변환 회로(27a, 27b)의 각 출력단(299a, 299b)으로부터 출력시킬 수 있다.

제3예의 구성은 이 점에 착안하여 이루어진 것이다. 이와 같이 구성함으로써, 정전류원 어레이내의 정전류원을 선택 전환하는 회로를 제1예의 구성에 비해 줄일 수 있게 된다.

<참조 신호 생성부의 구성예;제4예>

도 11은 참조 신호 생성부(27)의 구체적인 구성예의 제4예를 도시한 블록도이다. 이 제4예의 참조 신호 생성부(27)는 제3예의 구성을 채택함과 아울러 제4 컬러 화소로서 에메랄드 화소를 추가한 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에 대응하는 것이다. 정전류원 어레이(272G)를 정전류원 어레이(272E)로 변경했을 뿐, 기본적인 동작은 제3예의 것과 동일하다. 여기서는, 정전류원 어레이(272E)나 정전류원 선택부(284)에 대한 상세한 설명을 생략한다.

<참조 신호 생성부의 구성예;제5예>

도 12는 참조 신호 생성부(27)의 구체적인 구성예의 제5예를 도시한 블록도이다. 이 제5예의 참조 신호 생성부(27)는, 색 분리 필터의 2차원의 반복 단위내에 동일 색의 색 필터가 복수 존재하는 경우에 그 동일 색 필터에 대응하는 제1 색 대응 참조 신호 생성부를 설치하고, 단독으로 존재하는 색 성분에 대한 개별의 참조 신호 생성 출력부에는 단독으로 존재하는 색 성분에 대한 제2 색 대응 참조 신호 생성부를 설치함과 아울러 상기 제1 색 대응 참조 신호 생성부를 공통으로 사용하도록(겸용하도록) 구성한 점에 특징을 갖는다.

또한, 제1 색 대응 참조 신호 생성부 및 제2 색 대응 참조 신호 생성부로부터 독립적으로 출력되는 각각의 참조 신호 중의 어느 한 쪽을 처리 대상의 판독 단위(예컨대 처리 대상 행)의 전환에 따라 선택하여 대응하는 신호선에 출력하는 선택부를 설치하도록 한 점에 특징을 갖는다.

구체적으로 설명하면, 도 12에 도시한 제5예의 참조 신호 생성부(27)는 베이어 배열의 화소부(10)를 갖는 제1 및 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에 대응하는 것이고, 제3예의 구성에 있어서의 DA 변환 회로(27a) 및 DA 변환 회로(27b)마다 설치했었던 정전류원 어레이(270G)와 정전류원 어레이(272G)를 공통의 정전류원 어레이(274G)로 변경하고 있는 점에 특징을 갖는다. 즉, 베이어 배열에 있어서의 2개소에 나타나는 제2 컬러 화소(G)에 대응한 정전류원 어레이를 공유하도록 하고 있는 점에 특징을 갖는다.

처리 대상 행에 따라 정전류원 어레이 선택부(290) 및 정전류원 어레이 선택부(292) 중의 한 쪽이 정전류원 어레이(270G)를 선택한다. 구체적으로 설명하면, 처리 대상 행이 홀수 행일 때에는 정전류원 어레이 선택부(290)가 정전류원 어레이(270R)를 선택하고, 정전류원 어레이 선택부(290)가 정전류원 어레이(270G)를 선택한다. 한편, 처리 대상 행이 짝수 행일 때에는 정전류원 어레이 선택부(290)가 정전류원 어레이(270G)를 선택하고, 정전류원 어레이 선택부(290)가 정전류원 어레이(270B)를 선택한다.

이러한 구성으로 함으로써, 정전류원 어레이내의 정전류원을 선택 전환하는 회로와, 베이어 배열에 따른 쌍을 이루는 2개의 정전류원 어레이 중의 한 쪽을 선택하는 회로를 제1예나 제3예의 구성에 비해 줄일 수 있게 된다.

또, 이 제5예에서는 제3예의 구성에 비해 G색용 정전류원 어레이를 공유하도록 변경하였지만, 제1예의 구성에 비해 G색용 정전류원 어레이를 공유하도록 변경할 수도 있다.

<참조 신호 생성부의 구성예;제6예>

도 13은 참조 신호 생성부(27)의 구체적인 구성예의 제6예를 도시한 블록도이다. 이 제6예의 참조 신호 생성부(27)는 각 DA 변환 회로(27a, 27b)에 수직 열 방향의 색 필터 배열에 따른 개별의 색 대응 참조 신호 생성부를 설치하는 것이 아니라 1개의 색 대응 참조 신호 생성부를 설치해 두고, 처리 대상 행이 전환될 때마다 그 전환에 수반하는 색 필터의 배열의 반복 단위를 구성하는 색의 조합의 변경에 따라 통신·타이밍 제어부(20)가 변화 특성(구체적으로는 기울기)이나 초기치를 DA 변환 회로에 설정하도록 한 점에 특징을 갖는다.

필터 배열로서는 색 분리 필터의 반복 사이클이 2화소×2화소의 2차원 매트 릭스인 한, 어느 것에나 대응할 수 있으며, 예컨대 제1 혹은 제2 실시 형태와 같은 베이어 배열에 대응할 수도 있고, 제4색을 에메랄드로 한 제3 실시 형태와 같은 배열에도 대응할 수 있다.

회로 구성으로서는 우선 DA 변환 회로(27a)는 우선 정전류원 어레이 선택부(290)를 제거하고, 색 대응 참조 신호 생성부의 일례인 1개의 정전류원 어레이(270a)를 설치한다. 정전류원 어레이(270a)의 출력측을 출력단(299a)에 직접 접속한다.

정전류원 어레이(270a)는, 리셋 성분(ΔV)용 초기치(Var)에 대해 오프셋(offa)을 제어 신호(J1-a)에 따라 설정하는 정전류원(270a-off)를 가짐과 아울러 홀수 열의 R색이나 G색의 컬러 화소 특성에 정합한 기울기(βa)를 제어 신호(J2-a)에 따라 설정하는 정전류원(270a-βa)을 갖는다.

정전류원(270a-off)에 흐르는 전류를 제어 신호(J1-a)에 의해 조정함으로써 신호 성분(Vsig)용 초기치(Vas)를 설정할 수 있고, DA 변환 회로(27a)의 출력단(299a)으로부터 출력되는 계단상을 나타내는 참조 신호(RAMPa)에 있어서의 리셋 성분(ΔV)용 초기치(Var)에 대한 오프셋(offa)을 설정할 수 있다.

또한, 정전류원(270a-βa)은 정전류원(270a-1∼-n) 및 정전류원(270a-off) 사이에서 전류 미러(CM;Current Mirror)를 구성하고 있고, 정전류원(270a-βa)에 흐르는 전류와 정전류원(270a-1∼-n) 및 정전류원(270a-off)에 흐르는 전류 사이에는 비의 관계가 있다. 따라서, 정전류원(270a-βa)에 흐르는 전류를 제어 신호(J2-a)에 의해 조정함으로써, 정전류원(270a-1∼-n) 및 정전류원(270a-off)에 흐르 는 전류, 즉 DA 변환 회로(27a)의 출력단에 나타나는 기울기(βa)를 조정할 수 있다.

마찬가지로, DA 변환 회로(27b)는 우선 정전류원 어레이 선택부(292)를 제거하고, 색 대응 참조 신호 생성부의 일례인 1개의 정전류원 어레이(270b)를 설치한다. 정전류원 어레이(270b)의 출력측을 출력단(299b)에 직접 접속한다.

정전류원 어레이(270b)는, 리셋 성분(ΔV)용 초기치(Vbr)에 대해 오프셋(offb)를 제어 신호(J1-b)에 따라 설정하는 정전류원(270b-off)을 가짐과 아울러 짝수 열의 G색(혹은 E색)이나 B색의 컬러 화소 특성에 정합한 기울기(βb)를 제어 신호(J2-b)에 따라 설정하는 정전류원(270b-βb)을 갖는다.

정전류원(270b-off)에 흐르는 전류를 제어 신호(J1-b)에 의해 조정함으로써 신호 성분(Vsig)용 초기치(Vbs)를 설정할 수 있고, DA 변환 회로(27b)의 출력단(299b)으로부터 출력되는 계단상을 나타내는 참조 신호(RAMPb)에 있어서의 리셋 성분(ΔV)용 초기치(Vbr)에 대한 오프셋(offb)을 설정할 수 있다.

또한, 정전류원(270b-βb)은 정전류원(270b-1∼-n) 및 정전류원(270b-off) 사이에서 전류 미러(CM;Current Mirror)를 구성하고 있고, 정전류원(270b-βb)에 흐르는 전류와 정전류원(270b-1∼-n) 및 정전류원(270b-off)에 흐르는 전류 사이에는 비의 관계가 있다. 따라서, 정전류원(270b-βb)에 흐르는 전류를 제어 신호(J2-b)에 의해 조정함으로써, 정전류원(270b-1∼-n) 및 정전류원(270b-off)에 흐르는 전류, 즉 DA 변환 회로(27b)의 출력단에 나타나는 기울기(βb)를 조정할 수 있다.

이와 같이, 판독 단위인 수평 행 방향에 관하여 색 필터의 반복 사이클(배열 단위)내에 존재하는 색 필터 수만큼만의 색 대응 참조 신호 생성부(본 예에서는 정전류원 어레이(270a, 270b))를 설치해 두고, 변화 특성(구체적으로는 기울기)이나 초기치를 처리 대상 행이 전환될 때마다 그 전환에 수반하는 색 필터의 배열의 반복 단위를 구성하는 색의 조합의 변경에 따라 각 DA 변환 회로(본 예에서는 색 대응 참조 신호 생성부의 일례인 정전류원 어레이)에 설정하도록 하면, 제1예∼제5예와 같은 수직 열 방향에 관한 색 필터의 각각에 따른 색 대응 참조 신호 생성부와, 그 색 대응 참조 신호 생성부를 처리 대상 행에 따라 전환하는 선택부를 설치할 필요가 없으므로 참조 신호 생성부(27)의 전체 구성의 규모를 더욱 축소할 수 있다.

이상, 본 발명을 실시 형태를 이용하여 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시 형태에 기재된 범위로 한정되는 것은 않는다. 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 상기 실시 형태에 다양한 변경 또는 개량을 가할 수 있으며, 그와 같은 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

또한, 상기한 실시 형태는 클레임(청구항)에 관한 발명을 한정하는 것은 아니며, 또 실시 형태에서 설명되어 있는 특징의 조합의 모두가 발명의 해결 수단에 필수적인 것이라고는 할 수 없다. 전술한 실시 형태에는 여러 단계의 발명이 포함되고 있고, 개시되는 복수의 구성 요건에 있어서의 적절한 조합에 의해 여러 가지 발명을 추출할 수 있다. 실시 형태에 나타난 모든 구성 요건에서 몇 가지 구성 요건이 삭제되더라도 효과를 얻을 수 있다면, 그 몇 가지 구성 요건이 삭제된 구성이 발명으로서 추출될 수 있다.

예컨대, 상기 실시 형태에서는 정방 형상의 단위 화소(3)가 정방 격자 형상으로 배열되고, 또한 2화소(행 방향)×2화소(열 방향)를 반복 단위로 하는 색 분리 필터를 구비한 것을 대상으로 행 방향에 있어서의 반복 단위인 2화소분의 DA 변환 회로(27a, 27b)를 준비한 구성에 대해 설명하였으나, 색 분리 필터의 반복 단위는 2화소(행 방향)×2화소(열 방향)의 것으로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 3화소(행 방향)×2화소(열 방향)의 것인 경우 행방향에 있어서의 반복 단위인 3화소분의 DA 변환 회로를 준비하면 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는 정방 형상의 단위 화소(3)가 정방 격자 형상으로 배열된 것을 대상으로 설명하였으나, 단위 화소의 배열은 정방 격자 형상으로 한정되지 않고, 예컨대 도 1에 도시한 화소부(10)를 경사 45도로 기울인 배열 상태의 사행 격자 형상이 것이어도 된다.

또한, 단위 화소를 평면에서 볼 때의 형상이 정방인 것으로 하였으나, 정방으로 한하지 않고, 예컨대 6각형(허니콤 형상)이어도 된다. 이 경우, 단위 화소의 배열은 예컨대 다음과 같이 한다. 1개의 단위 화소 열 및 1개의 단위 화소 행은 각각 복수개의 단위 화소를 포함하도록 한다.

짝수 열을 구성하고 있는 복수개의 단위 화소의 각각은, 홀수 열을 구성하고 있는 복수개의 단위 화소에 대해 각 단위 화소 열내에서의 단위 화소끼리의 피치의 약 1/2, 열 방향으로 어긋난다. 마찬가지로, 짝수 행을 구성하는 복수개의 단위 화소의 각각은, 홀수 행을 구성하는 복수개의 단위 화소에 대해 각 단위 화소 행내에서의 단위 화소끼리의 피치의 약1/2, 행 방향으로 어긋난다. 단위 화소 열의 각 각은 홀수 행 또는 짝수 행의 단위 화소만을 포함하도록 한다.

이들 단위 화소의 전하 생성부에 축적된 신호 전하에 기초한 화소 신호를 컬럼 처리부(26)측으로 판독하기 위해 행 제어선을 설치하는데, 그 배치는 허니콤 형상의 단위 화소(3)의 주위에 사행하여 배치된다. 반대로 말하면, 행 제어선을 허니콤 형상으로 배치함으로써 발생하는 6각형의 간극 각각에 단위 화소의 각각이 평면에서 볼 때 위에 위치하도록 한다. 이렇게 함으로써, 전체적으로 화소를 약 1/2 피치 번갈아 어긋나게 하면서 수직 방향으로 화소 신호를 판독하게 된다.

이 단위 화소나 행 제어선을 허니콤 배열로 하면, 개개의 단위 화소에 있어서의 전하 생성부의 수광면의 면적 저하를 억제하면서 화소 밀도를 향상시킬 수 있다.

단위 화소의 형상이나 배열에 관계 없이 모든 경우에 화소부(10)를 컬러 촬상 대응으로 하는 경우, 동시 액세스하는 판독 단위에 따른 소정 방향에 있어서 색 분리 필터의 반복 단위내에 존재하는 색 필터의 각각에 대응시켜 개별의 참조 신호 생성 출력부를 준비하면 된다. 요컨대, 색 분리 필터의 반복 단위내에 존재하는 색 필터의 수만큼의 독립된 참조 신호 생성 출력부를 준비하면 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는 모드 전환후의 카운트 처리시에 전환하기 전의 최종 카운트 값부터 카운트 처리를 개시하도록 하였으나, 카운트 출력값이 카운트 클럭(CK0)에 동기하여 출력되는 동기식 업 다운 카운터를 이용하는 경우에는 모드 전환시에 특단의 대처를 요하지 않고 이를 실현할 수 있다.

그러나, 동작 제한 주파수가 최초의 플립플롭(카운터 기본 요소)의 제한 주 파수에 의해서만 결정되어 고속 동작에 적합한 이점이 있는 비동기식 업 다운 카운터를 이용하는 경우에는, 카운트 모드를 전환하였을 때에 카운트 값이 파괴되어 전환 전후에서 값을 유지한 상태로 연속해서 정상적인 카운트 동작을 행하지 못한다는 문제를 갖는다. 따라서, 모드 전환전의 카운트 값부터 모드 전환후의 카운트 처리를 개시 가능하게 하는 조정 처리부를 설치하는 것이 바람직하다. 또, 여기서는 조정 처리부의 상세에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 복수의 신호 사이에서 가산 처리를 행하는 경우, 전단과 후단의 각 카운트 모드를 동일하게 하면 되고, 이와 같은 대처는 필요 없다.

또한, 상기 실시 형태에서는 화소 신호가 시간 계열로서 동일 화소에 대해 리셋 성분(ΔV)(기준 성분)후에 신호 성분(Vsig)이 나타나고, 후단의 처리부가 정극성(신호 레벨이 클수록 양의 값이 큰) 신호에 대해 처리하는 것에 대응하여 진정한 신호 성분을 구할 때에 1회째의 처리로서 리셋 성분(ΔV)(기준 성분)에 대해 비교 처리와 다운 카운트 처리를 행하고, 2회째의 처리로서 신호 성분(Vsig)에 대해 비교 처리와 업 카운트 처리를 행하도록 하였으나, 기준 성분과 신호 성분이 나타나는 시간 계열에 관계 없이 대상 신호 성분과 카운트 모드의 조합이나 처리순은 임의이다. 처리 수순에 따라서는 2회째의 처리에서 얻어지는 디지털 데이터가 음의 값이 되는 경우도 있지만, 그 경우에는 부호 반전이나 보정 연산을 하는 등의 대처를 취하면 된다.

물론, 화소부(10)의 디바이스 아키텍처로서 신호 성분(Vsig) 후에 리셋 성분(ΔV)(기준 성분)을 판독해야만 하고, 후단의 처리부가 정극성 신호에 대해 처리하 는 것인 경우에는, 1회째의 처리로서 신호 성분(Vsig)에 대해 비교 처리와 다운 카운트 처리를 행하고, 2회째의 처리로서 리셋 성분(ΔV)(기준 성분)에 대해 비교 처리와 업 카운트 처리를 행하는 것이 효율적이다.

또한, 상기 실시 형태에서는 화소 신호가 시간 계열로서 동일 화소에 대해 리셋 성분(ΔV)(기준 성분) 후에 신호 성분(Vsig)이 나타나는 것으로 하여 화소 신호마다 진정한 신호 성분을 구하는 차분 처리를 행하도록 하였으나, 리셋 성분(ΔV)(기준 성분)을 무시할 수 있는 등, 신호 성분(Vsig)만을 대상으로 해도 좋은 경우에는 진정한 신호 성분을 구하는 차분 처리를 생략할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는 업 다운 카운터를 동작 모드에 관계 없이 공통으로 사용하면서 그 처리 모드를 전환하여 카운트 처리를 행하도록 하였으나, 다운 카운트 모드와 업 카운트 모드를 조합하여 카운트 처리를 행하는 것이면 되고, 모드 전환 가능한 업 다운 카운터를 이용한 구성으로 한정되지 않는다.

예컨대, 다운 카운트 처리를 행하는 다운 카운터 회로와 업 카운트 처리를 행하는 업 카운터 회로의 조합으로 카운터부를 구성할 수도 있다. 이 경우, 카운터 회로는 공지의 기술을 이용하여 임의의 초기치를 로드할 수 있는 구성의 것으로 하는 것이 좋다.

이렇게 함으로써, 후단의 카운터 회로의 출력으로서는 기준 성분과 신호 성분 사이에서 감산 처리를 직접 할 수 있으므로, 각 신호의 차이를 얻기 위한 특별한 가산 회로(혹은 감산 회로)가 필요 없게 된다. 또한, 비특허 문헌 1에서는 필요로 했었던 감산기로의 데이터 전송이 필요 없게 되어 그로 인한 잡음의 증가나 전류 혹은 소비 전력의 증대를 해소할 수 있다.

또, 다운 카운터 회로와 업 카운터 회로의 조합으로 카운터부를 구성하는 경우, 2회째의 카운트 처리시에 1회째의 카운트 처리에서 취득한 카운트 값을 초기치로서 설정하지 않아 제로부터 카운트하는 구성을 배제하는 것은 아니다.

이 경우, 업 카운터 회로의 출력(Qup)(양 방향의 값)과 다운 카운터 회로의 출력(Qdown)(음 방향의 값)의 합을 얻는 가산 회로가 필요하게 되지만, 이 경우에도 비교부와 카운터부로 구성되는 AD 변환부마다 가산 회로를 설치하기 때문에, 배선 길이를 짧게 할 수 있어 데이터 전송을 위한 잡음의 증가나 전류 혹은 소비 전력의 증대를 해소할 수 있다.

카운터 회로의 변형예로서의 모든 구성에 있어서, 다운 카운터 회로와 업 카운터 회로의 동작의 지시는 상기 실시 형태와 같이 통신·타이밍 제어부(20)가 행할 수 있다. 또한, 다운 카운터 회로와 업 카운터 회로는 모두 카운트 클럭(CK0)으로 동작시키면 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는 어드레스 제어에 의해 개개의 단위 화소로부터의 신호를 임의 선택하여 판독 가능한 고체 촬상 장치의 일례로서, 센서 광을 수광함으로써 신호 전하를 생성하는 NMOS 혹은 PMOS로 구성되어 있는 단위 화소가 행렬 형상으로 배치된 화소부를 구비한 CMOS 센서를 예로 도시하였으나, 신호 전하의 생성은 빛으로 한정되지 않고, 예컨대 적외선, 자외선 혹은 X 선 등의 전자파 일반에 적용 가능하고, 이 전자파를 받아 그 양에 따른 아날로그 신호를 출력하는 소자가 다수 배열된 단위 구성 요소를 구비한 반도체 장치에 상기 실시 형태에서 나타낸 사항을 적용할 수 있다.

본 발명의 제1 구성에 따르면, 색 특성에 따른 변화 특성을 가짐과 아울러 이 색 특성과는 상이한 관점에서 규정되는 초기치로부터 변화하는 참조 신호를 이용하여 AD 변환 처리를 행하도록 하였기 때문에, 색 특성의 관점과 색 특성과는 상이한 관점의 쌍방에 대해 적합한 참조 신호를 이용하여 AD 변환 처리를 행할 수 있게 되었다. 그 결과, 종래보다 적절한 신호 처리를 행할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 제2 구성에 따르면, 참조 신호를 생성하는 참조 신호 생성부의 구성을 참조 신호를 생성하여 출력하는 개별의 참조 신호 생성 출력부로 구성함과 아울러, 이 참조 신호 생성 출력부를 판독 단위에 따른 소정 방향 및 판독 단위에 따른 소정 방향과는 상이한 방향인 이방향의 각각에 있어서의 색 필터의 배열의 반복 단위내에 존재하는 색 필터의 색 성분의 수보다 적고, 또한 단위 신호의 판독 단위에 따른 소정 방향에서의 색 필터의 배열의 반복 단위내에 존재하는 색 필터의 수만큼만 설치하고, 또한 각 참조 신호 생성 출력부로부터 독립적으로 출력되는 각각의 참조 신호를 공통의 색 특성을 갖는 색 필터에 대응하는 비교부에 공통의 신호선을 통해 실질적으로 직접 전달하도록 구성한다.

요컨대, 판독 단위에 따른 소정 방향과 이 소정 방향과는 상이한 방향으로 형성되는 색 분리 필터의 반복 단위내에 존재하는 색 필터의 색종에 관계 없이 판독 단위에 따른 소정 방향마다 색 분리 필터의 반복 단위내에 존재하는 색 필터의 수만큼의 참조 신호 생성부를 준비해 두고, 각각으로부터 생성한 참조 신호를 대응 하는 색 필터용 각 비교부에 공통의 신호선을 통해 직접 전달한다.

따라서, 본 발명의 제2 구성에 따르면 컬러 화상을 촬상하기 위한 색 분리 필터의 단위가 2차원으로 규정되는 경우에 컬러 화소에 따른 참조 신호를 비교기의 입력측에 전달하는 신호선의 수를 모든 색 성분의 수보다 적게 할 수 있게 되었다.

또한, 각 참조 신호 생성 출력부로부터 독립적으로 출력되는 각각의 참조 신호를 공통의 색 특성을 갖는 색 필터에 대응하는 비교부에 공통의 신호선을 통해 실질적으로 직접 전달하기 때문에, 특허 문헌 1에서 필요로 했었던 수직 열마다의 선택 수단(멀티플렉서)이 필요 없게 되어 회로 규모를 대폭 축소할 수 있다.

또한, 색 필터의 각각에 따른 색 대응 참조 신호 생성부와 색 대응 참조 신호 생성부를 처리 대상 행에 따라 전환하는 선택부를 설치하는 것이 아니라, 판독 단위의 전환이 이루어졌을 때에 그 전환에 수반하는 색 필터의 배열의 반복 단위를 구성하는 색의 조합의 변경에 따라 개별의 참조 신호 생성 출력부로부터 출력되는 참조 신호의 변화 특성을 변경하도록 하면, 참조 신호 생성부의 전체 구성의 규모를 더욱 축소할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 구성과 제2 구성을 조합함으로써, AD 변환 장치를 동일 칩 위에 탑재한 컬러 촬상 대응의 반도체 장치를 구성할 때에 회로 규모나 전송 신호선의 수를 콤팩트하게 하면서 컬러 촬상에 적합한 참조 신호를 AD 변환용 비교부에 공급할 수 있다.

Claims (26)

1. 전자파가 입사되는 표면에, 색 정보를 취득하기 위한 복수 색의 색 필터의 조합으로 이루어진 색 분해 필터 중 어느 하나의 색 필터가 설치되어 입사된 전자파에 대응하는 전하를 생성하는 전하 생성부, 및 상기 전하 생성부에 의해 생성된 전하에 따른 아날로그의 단위 신호를 생성하는 단위 신호 생성부를 단위 구성 요소 내에 포함하는 반도체 장치에 있어서의 상기 단위 신호를 디지털 데이터로 변환하는 AD 변환 방법으로서,

   상기 단위 신호를 디지털 데이터로 변환하기 위해, 처리 대상의 상기 단위 구성 요소에 설치되어 있는 상기 색 필터의 색 특성에 따른 변화 특성을 가짐과 아울러 당해 색 특성과는 상이한 관점에서 규정되는 초기치로부터 변화하는 참조 신호를 준비하는 단계와,

   상기 단위 신호와 상기 참조 신호를 비교하고 상기 단위 신호의 판독 단위에 따른 소정 방향에서의 공통의 색 특성을 갖는 상기 색 필터에 대응하는 비교부에 상기 참조 신호를 입력하는 단계를 포함하는 AD 변환 방법.
2. 전자파가 입사되는 표면에, 색 정보를 취득하기 위한 복수 색의 색 필터의 조합으로 이루어진 색 분해 필터 중 어느 하나의 색 필터가 설치되어 입사된 전자파에 대응하는 전하를 생성하는 전하 생성부, 및 상기 전하 생성부에 의해 생성된 전하에 따른 아날로그의 단위 신호를 생성하는 단위 신호 생성부를 단위 구성 요소 내에 포함하는 반도체 장치에 있어서의 상기 단위 신호를 디지털 데이터로 변환하는 AD 변환 방법으로서,

   소정의 변화 특성을 가짐과 아울러 소정의 초기치로부터 변화하는 상기 단위 신호를 디지털 데이터로 변환하기 위한 참조 신호를, 상기 단위 신호의 판독 단위에 따른 소정 방향에서의 공통의 색 특성을 갖는 상기 색 필터에 대응하는 상기 단위 신호와 상기 참조 신호를 비교하는 비교부에 공통의 신호선을 통해 실질적으로 직접 입력하는 단계를 포함하는 AD 변환 방법.
3. 입사된 전자파에 대응하는 전하를 생성하는 전하 생성부 및 상기 전하 생성부에 의해 생성된 전하에 따른 아날로그의 단위 신호를 생성하는 단위 신호 생성부를 단위 구성 요소 내에 포함하는 유효 영역을 구비함과 아울러, 상기 단위 신호를 디지털 데이터로 변환하기 위한 참조 신호와 비교하고, 이 비교 처리와 병행하여 소정의 카운트 클럭으로 카운트 처리를 행하고, 상기 비교 처리가 완료된 시점의 카운트 값을 저장함으로써 상기 단위 신호를 디지털로 변환하는 AD 변환부를 구비한 물리량 분포 검지용 반도체 장치로서,

   상기 유효 영역에 있어서의 각각의 상기 전하 생성부의 상기 전자파가 입사되는 표면에는, 색 정보를 취득하기 위한 복수 색의 색 필터의 조합으로 이루어진 색 분해 필터 중 어느 하나의 색 필터가 설치되어 있고,

   처리 대상의 상기 단위 구성 요소에 설치되어 있는 상기 색 필터의 색 특성에 따른 변화 특성을 가짐과 아울러 당해 색 특성과 상이한 관점에서 규정되는 초 기치로부터 변화하는 상기 참조 신호를 생성하는 참조 신호 생성부를 포함하는 반도체 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 유효 영역을 제외한 기준 영역에 있어서의 각각의 상기 전하 생성부의 상기 전자파가 입사되는 측은, 상기 기준 영역의 상기 단위 신호 생성부로부터 출력되는 상기 단위 신호가 상기 유효 영역의 상기 단위 신호 생성부로부터 출력되는 상기 단위 신호에 대해 기준 레벨을 부여하도록 구성되어 있고,

   상기 참조 신호 생성부는, 상기 색 특성과는 상이한 관점에서 규정되는 초기치를 상기 기준 레벨에 기초하여 설정하는 반도체 장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 참조 신호 생성부는, 상기 색 특성과는 상이한 관점에서 규정되는 초기치를 상기 단위 구성 요소나 상기 AD 변환부를 구성하는 회로에 기인하며 상기 유효 영역의 상기 단위 신호 생성부로부터 출력되는 상기 단위 신호에 포함되는 오프셋 성분에 기초하여 설정하는 반도체 장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 유효 영역을 제외한 부분인 기준 영역에 있어서의 각각의 상기 전하 생성부의 상기 전자파가 입사되는 측은, 상기 기준 영역의 상기 단위 신호 생성부로부터 출력되는 상기 단위 신호가 상기 유효 영역의 상기 단위 신호 생성부로부터 출력되는 상기 단위 신호에 대해 기준 레벨을 부여하도록 구성되어 있고,

   상기 참조 신호 생성부는, 상기 색 특성과는 상이한 관점에서 규정되는 초기치를 상기 기준 레벨과, 상기 단위 구성 요소나 상기 AD 변환부를 구성하는 회로에 기인하며 상기 유효 영역의 상기 단위 시간 생성부로부터 출력되는 상기 단위 신호에 포함되는 오프셋 성분에 기초하여 설정하는 반도체 장치.
7. 입사된 전자파에 대응하는 전하를 생성하는 전하 생성부 및 상기 전하 생성부에 의해 생성된 전하에 따른 아날로그의 단위 신호를 생성하는 단위 신호 생성부를 단위 구성 요소내에 포함하는 유효 영역을 구비하고, 또한 상기 단위 신호를 디지털 데이터로 변환하는 기능 요소로서 상기 단위 신호를 디지털 데이터로 변환하기 위한 참조 신호를 생성하는 참조 신호 생성부와, 상기 단위 신호와 상기 참조 신호 생성부에 의해 생성된 참조 신호를 비교하는 비교부와, 이 비교부에 있어서의 비교 처리와 병행하여 소정 카운트 클럭으로 카운트 처리를 행하고, 상기 비교부에 있어서의 비교 처리가 완료된 시점의 카운트 값을 저장하는 카운트부를 구비한 물리량 분포 검지용 반도체 장치로서,

   상기 유효 영역에 있어서의 각각의 상기 전하 생성부의 상기 전자파가 입사되는 측의 면에는, 색 정보를 취득하기 위한 복수 색의 색 필터의 조합으로 이루어진 색 분해 필터 중 어느 하나의 색 필터가 설치되어 있고,

   상기 참조 신호 생성부는, 상기 참조 신호를 생성하여 출력하는 개별의 참조 신호 생성 출력부를, 상기 판독 단위에 따른 소정 방향 및 당해 판독 단위에 따른 소정 방향과는 상이한 방향에 있어서의 상기 색 필터의 배열의 반복 단위 내에 존 재하는 상기 색 필터의 색 성분의 수보다 적고 또한 상기 단위 신호의 판독 단위에 따른 소정 방향에 있어서의 상기 색 필터의 배열의 반복 단위내에 존재하는 색 필터의 수만큼 가지며,

   상기 참조 신호 생성 출력부로부터 독립적으로 출력되는 각각의 상기 참조 신호를, 상기 소정 방향에 있어서의 공통의 색 특성을 갖는 상기 색 필터에 대응하는 상기 비교부에 공통의 신호선을 통해 실질적으로 직접 전달하도록 구성되어 있는 반도체 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 개별의 참조 신호 생성 출력부의 각각은,

   처리 대상의 상기 단위 구성 요소에 설치되어 있는 상기 색 필터의 색 특성에 따른 변화 특성을 가지며 변화하는 상기 참조 신호를 생성함과 아울러, 상기 단위 신호의 판독 단위의 전환에 따라 전환되는 상기 색 필터의 배열의 반복 단위를 구성하는 색의 조합의 변경에 따라 상기 변화 특성을 변경하는 반도체 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 개별의 참조 신호 생성 출력부의 각각은,

   대응하는 상기 색 필터의 색 특성에 따른 상기 참조 신호를 생성하여 출력하는 개별의 색 대응 참조 신호 생성부를 상기 판독 단위에 따른 소정 방향과는 상이한 방향에 있어서의 상기 색 필터의 배열의 반복 단위 내에 존재하는 상기 색 필터의 수만큼 가짐과 아울러,

   상기 색 대응 참조 신호 생성부로부터 독립적으로 출력되는 각각의 상기 참 조 신호 중의 어느 한 쪽을 처리 대상의 상기 판독 단위의 전환에 따라 선택하여 대응하는 상기 신호선에 출력하는 선택부를 포함하는 반도체 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 색 대응 참조 신호 생성부는,

    당해 색 대응 참조 신호 생성부로부터 출력되는 상기 참조 신호가 대응하는 상기 색 필터의 색 특성에 따른 변화 특성을 가지며 변화하도록 제어하는 변화 특성 제어부를 포함하는 반도체 장치.
11. 제7항에 있어서, 상기 개별의 참조 신호 생성 출력부는,

    공통적으로 상기 판독 단위에 따른 소정 방향 및 당해 판독 단위에 따른 소정 방향과는 상이한 방향에 있어서의 상기 색 필터의 배열의 반복 단위 내에서 복수 존재하는 색 성분에 대해 당해 색 성분마다 상기 복수에 대해 공통으로 사용되는 대응하는 상기 색 필터의 색 특성에 따른 상기 참조 신호를 생성하여 출력하는 제1 색 대응 참조 신호 생성부를 포함하고,

    상기 개별의 참조 신호 생성 출력부의 각각은 개별적으로

    상기 배열의 반복 단위내에서 단독으로 존재하는 색 성분에 대해 당해 색성분마다 대응하는 상기 색 필터의 색 특성에 따른 상기 참조 신호를 생성하여 출력하는 제2 색 대응 참조 신호 생성부를 가짐과 아울러,

    상기 제1 색 대응 참조 신호 생성부 및 상기 제2 색 대응 참조 신호 생성부로부터 독립적으로 출력되는 각각의 상기 참조 신호 중의 어느 한 쪽을 처리 대상 의 상기 판독 단위의 전환에 따라 선택하여 대응하는 상기 신호선에 출력하는 선택부를 포함하는 반도체 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 각 색 대응 참조 신호 생성부는,

    당해 색 대응 참조 신호 생성부로부터 출력되는 상기 참조 신호가 대응하는 상기 색 필터의 색 특성에 따른 변화 특성을 가지며 변화하도록 제어하는 변화 특성 제어부를 포함하는 반도체 장치.
13. 제7항에 있어서, 상기 개별의 참조 신호 생성 출력부는,

    병렬로 배치된 복수의 정전류원을 포함하고, 상기 참조 신호를 생성하여 출력하는 색 대응 참조 신호 생성부와,

    소정의 제어 신호에 기초하여 상기 복수의 정전류원을 선택하는 정전류원 선택부와,

    상기 복수의 정전류원에 흐르는 전류를 제어함으로써 상기 색 대응 참조 신호 생성부로부터 출력되는 상기 출력 신호가 대응하는 상기 색 필터의 색 특성에 따른 변화 특성을 가지며 변화하도록 제어하는 변화 특성 제어부를 포함하는 반도체 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 변화 특성 제어부는,

    상기 복수의 정전류원에 대해 전류 미러 구조를 갖는 기준 정전류원을 갖고, 당해 기준 정전류원에 흐르는 전류가 조정 가능하게 구성되어 있는 반도체 장치.
15. 제13항에 있어서, 상기 색 대응 참조 신호 생성부는,

    상기 판독 단위에 따른 소정 방향 및 당해 판독 단위에 따른 소정 방향과는 상이한 방향 중 적어도 일측에 있어서의 상기 색 필터의 배열의 반복 단위 내에 존재하는 색 필터의 수만큼 설치되어 있는 반도체 장치.
16. 제13항에 있어서,

    상기 정전류원 선택부는 상기 개별의 참조 신호 생성 출력부마다 설치되어 있는 반도체 장치.
17. 제13항에 있어서,

    상기 정전류원 선택부는 상기 개별의 참조 신호 생성 출력부에 대해 공통으로 설치되어 있는 반도체 장치.
18. 제7항에 있어서, 상기 개별의 참조 신호 생성 출력부는,

    처리 대상의 상기 단위 구성 요소에 설치되어 있는 상기 색 필터의 색 특성과는 상이한 관점에 기초하여 상기 초기치를 설정하는 초기치 설정부를 포함하는 반도체 장치.
19. 제18항에 있어서,

    상기 유효 영역을 제외한 부분인 기준 영역에 있어서의 각각의 상기 전하 생성부의 상기 전자파가 입사되는 측은, 상기 기준 영역의 상기 단위 신호 생성부로부터 출력되는 상기 단위 신호가 상기 유효 영역의 상기 단위 신호 생성부로부터 출력되는 상기 단위 신호에 대해 기준 레벨을 부여하도록 구성되어 있고,

    상기 초기치 설정부는 상기 색 특성과는 상이한 관점에서 규정되는 초기치를 상기 기준 레벨에 기초하여 설정하는 반도체 장치.
20. 제18항에 있어서, 상기 초기치 설정부는, 상기 색 특성과는 상이한 관점에서 규정되는 초기치를 상기 단위 구성 요소나 상기 AD 변환부를 구성하는 회로에 기인한 상기 유효 영역의 상기 단위 신호 생성부로부터 출력되는 상기 단위 신호에 포함되는 오프셋 성분에 기초하여 설정하는 반도체 장치.
21. 제18항에 있어서, 상기 유효 영역을 제외한 부분인 기준 영역에 있어서의 각각의 상기 전하 생성부의 상기 전자파가 입사되는 측은, 상기 기준 영역의 상기 단위 신호 생성부로부터 출력되는 상기 단위 신호가 상기 유효 영역의 상기 단위 신호 생성부로부터 출력되는 상기 단위 신호에 대해 기준 레벨을 부여하도록 구성되어 있고,

    상기 초기치 설정부는, 상기 색 특성과는 상이한 관점에서 규정되는 초기치를 상기 기준 레벨과 상기 단위 구성 요소나 AD 변환부를 구성하는 회로에 기인한 상기 유효 영역의 상기 단위 신호 생성부로부터 출력되는 상기 단위 신호에 포함되는 오프셋 성분에 기초하여 설정하는 반도체 장치.
22. 제18항에 있어서,

    상기 개별의 참조 신호 생성 출력부는 병렬로 배치된 복수의 정전류원을 포함하고, 상기 참조 신호를 생성하여 출력하는 색 대응 참조 신호 생성부를 갖고,

    상기 초기치 설정부는 상기 복수의 정전류원과 병렬로 배치되고, 상기 색 대응 참조 신호 생성부로부터 출력되는 상기 참조 신호가 처리 대상의 상기 단위 구성 요소에 설치되어 있는 상기 색 필터의 색 특성과는 상이한 관점에 기초한 초기치로부터 변화하도록 제어하는 반도체 장치.
23. 제22항에 있어서, 상기 초기치 설정부는,

    상기 병렬로 배치된 복수의 정전류원에 흐르는 전류에 상기 초기치를 부여하는 전류를 중첩하는 초기치 설정 전류원을 포함하고,

    당해 초기치 설정 전류원에 흐르는 전류는 조정 가능하게 구성되어 있는 반도체 장치.
24. 제7항에 있어서,

    상기 카운터부는 다운 카운트 모드 및 업 카운트 모드 중의 한 쪽 모드를 선택하여 카운트 처리를 행할 수 있게 구성되어 있는 반도체 장치.
25. 제24항에 있어서,

    상기 단위 신호는 기준 성분과 신호 성분을 포함하여 나타내지는 것이고,

    상기 카운터부는, 상기 비교부가 상기 기준 성분과 상기 신호 성분 중의 어느 것에 대해 상기 비교 처리를 행하고 있는가에 따라 상기 카운트 처리의 모드를 전환하는 반도체 장치.
26. 사물로부터 광을 수광하는 화소를 포함하는 화상 전송부와,

    상기 화상 전송부로부터 전송된 화상 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부와,

    상기 AD 변환부에 참조 신호를 공급하는 참조 신호 생성부를 포함하고,

    상기 참조 신호는 상기 화소의 색 특성에 기초한 제1 규칙에 따라 전압 레벨 변화의 기울기 특성 및 상기 제1 규칙과는 상이한 제2 규칙에 따른 초기값을 갖는 고체 촬상 소자.

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