CN101132487A - 固体摄像器件 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种固体摄像器件，能够降低根据输入信号电平产生的列放大器的放大器电源与接地布线之间流动电流的变化，而不减少有关固体摄像器件的光电变换特性的制造裕量及动作裕量。本发明的固体摄像器件，具备：在行方向及列方向配置了摄像像素(20)的像素阵列(1)；共同输出从所述像素阵列(1)的各列的所述摄像像素(20)来的信号的多条垂直信号线(108)；以及对所述多个垂直信号线(108)设置的多个列放大器(109)；其中，在所述多个列放大器(109)的列放大器电源(30)与地(31)之间，具有生成补偿电流的电流生成电路(29)，该补偿电流用于消除所述列放大器(109)的动作电流的变化。

Description

固体摄像器件

技术领域

本发明涉及固体摄像器件，特别涉及即使在对高亮度被摄物体摄像时也能够得到高像质的图像，并且能够取得更大的制造裕量及动作条件裕量的固体摄像器件。

背景技术

在MOS型固体摄像器件中，为了从摄像像素以矩阵状配置的像素阵列读出图像信号，一般是在各个列设置模拟存储器并以行为单位从各摄像像素读出信号，之后，将保持在各个列存储器中的信号串行地向外部输出。另外，在众多的以往例中，在像素阵列与列存储器之间插入有列放大器。这是因为，串行读出部需要高速动作，因而难以抑制噪声，而如果以低速动作的列电路部对信号进行放大，则能够得到高S/N比的图像信号。

以往的固体摄像器件对信号电位V1与信号电位V2这两者之间的信号电位差进行检测并放大，该信号电位V1是摄像像素的漂移扩散(Floating Diffusion：FD)部处于复位状态时的信号电位，该信号电位V2是FD复位后处于向FD转送了由光电二极管(PD)生成的电荷后的状态时的信号电位。两者间的信号电位差是由PD检测出的光照射量。

关于这种以往的固体摄像器件，在图15中表示了其列放大器的电路结构的第1例。在第1例中，首先，通过来自列放大器复位信号线27的信号使列放大器复位晶体管24导通，作为来自该状态下的摄像像素的列放大器输入电位102，被输入第1电位V1。设此时的列放大器输出电位26为Vamprst。接着，在使列放大器复位晶体管24处于截止的状态下，从摄像像素输入信号V2，列放大器输出电位26变为Vamprst+(C1/C2)(V2-V1)。这意味着与光照射量相对应的摄像像素信号以C1/C2的增益被放大。在此，C1为列放大器输入电容21，C2为列放大器反馈电容101。另外，在图15中，30为列放大器电源，23为列放大器负载晶体管，22为列放大器驱动晶体管、25为其栅极电位，31为地(JPOH05-207220)。

图16表示在以往固体摄像器件上搭载了列放大器的第2例的电路结构。与图15不同的是，通过对列放大器负载晶体管23施加列放大器偏置电位28，使源极接地放大器的负载为恒流源，以及在放大器输出部上连接了钳位晶体管104。由于对钳位晶体管104施加了输出限制电位103，因此放大器输出电平增加，直到列放大器负载晶体管23在饱和区域不动作为止，具有避免了恒流动作被破坏的效果。该列放大器同以往的固体摄像器件一样，也具备将来自摄像像素的2个信号V1、V2之差、即与光照射量相对应的像素信号，以列放大器的输入电容21与列放大器的反馈电容101的电容之比、即增益C1/C2进行放大的功能。(JP02005-252529)

在此，研究按每列设置了放大器的MOS型固体摄像器件的电源布局图形的特殊性。图17表示通常的布局结构。在按每列设置了放大器的MOS型固体摄像器件中，与多个摄像像素20以矩阵状配置的像素阵列1的各列垂直信号线108相对应地配置有一个列放大器109，其向信号输出部110传送像素信号，因此列放大器配置部3必然是横向并列多个列放大器109的结构。对于像这样并列了多个的列放大器109，从放大器电源电极105对其提供放大器电源，并通过接地电极106对其提供接地电位，它们从各自的电极开始在横向形成较长的布线，由此寄生电阻107的影响将变得不可忽视。

另外，在上述的作为以往的固体摄像器件的第1例所示的列放大器中，列放大器的动作电流将随输入信号电平的变化而产生较大的变动，这是不可避免的。由此，如果考虑对譬如仅中央部分是高亮度的被摄物体进行摄像的情形，则在输入了来自像素的信号V2时，中央部分的列放大器，随着其输入电位增高，动作电流降低，结果，位于其周围的周边部分的列放大器的施加电压与本来的电压值变得不同。于是，在周边部分的这些列放大器中，产生了以下问题：输入了复位信号V1时与输入了光信号V2时，将产生施加电压差，形成放大器输出的偏移，从而在高亮度被摄物体的左右产生黑电平偏移。

此外，在上述的作为以往的固体摄像器件的第2例所示的列放大器中，成为恒流源的晶体管因钳位电路的功能而仅在饱和区域动作，因此能够降低放大器的动作电流的变动。不过，钳位晶体管的阈值变动，将导致列放大器的动作范围缩小的问题，以及，由于在列放大器输出接近钳位电平时，特性发生变动，因此难以确保充分的制造裕量的问题。并且，还存在以下问题：相对于因周围温度的变动而引起的阈值的变动，光电变换特性也同样地发生变化。

发明内容

本发明就是鉴于这些课题而提出的，目的在于提供一种能够降低与输入信号电平对应而产生的在列放大器的放大器电源与接地布线之间流动的电流的变动，而不会减小固体摄像器件的与光电变换特性有关的制造裕量及动作裕量的固体摄像器件。

为了解决上述课题，本发明的固体摄像器件，其特征在于具有：在行方向及列方向配置了摄像像素的像素阵列，共同输出从所述像素阵列的各列的所述摄像像素的信号来的多条垂直信号线，以及对所述多条垂直信号线设置的多个列放大器；其中，在所述多个列放大器的列放大器电源与地之间具有生成补偿电流的电流生成电路，该补偿电流用于消除所述列放大器的动作电流的变化。

这样，本发明的固体摄像器件，通过由电流生成电路产生的电流，能够降低在列放大器电源与地之间流动的电流的变动，而不影响列放大器的特性。因此，能够实现即使在对高亮度被摄物体进行摄像时在其周边也不会发生黑电平的偏移，并且具有较高的制造裕量与动作裕量的固体摄像器件。

对于上述的本发明的固体摄像器件，优选作为与输入到所述列放大器的输入信号的电平对应的、所述动作电流与所述补偿电流之和的电流值的变动，比所述动作电流的变动小。这样，当在对高亮度被摄物体进行摄像时等，列放大器的动作电流随其输入信号的变化而产生变动时，能切实地降低对其它列放大器的影响。

另外，本发明的固体摄像器件优选所述电流生成电路的偏置电位生成电路与所述列放大器是同样的电路结构。这样，能够容易地控制随列放大器的动作电流的变动而在电流生成电路中生成的电流。

再者，最好是所述电流生成电路根据所述列放大器内的一个或者多个节点的电位，以2个以上的电平切换所述补偿电流，并且所述补偿电流的电平的切换是以所述电流偏置电位生成电路的输出为基准来进行的，进而，最好所述电流生成电路流过恒定电流。这样，能够容易而且切实地进行电流生成电路的调整。

另外，优选具备所述电流生成电路自身的通/断切换功能，并且基于所述列放大器的输入信号或输出信号的电平来切换所述电流生成电路自身的通/断，优选还具备控制包含增益功能的模拟信号处理部及整体的控制部，根据所述模拟信号处理部的增益设定切换所述电流生成电路自身的通/断。由此能够降低电流生成电路的功耗。

附图说明

图1是表示本发明第1实施方式涉及的固体摄像器件的框图。

图2是表示本发明第1实施方式涉及的固体摄像器件的主要部分的电路图。

图3是表示本发明第1实施方式涉及的固体摄像器件的动作的时序图。

图4是表示本发明第1实施方式涉及的固体摄像器件的偏置电位生成电路的电路图。

图5是表示本发明第1实施方式涉及的固体摄像器件的流过列放大器的电流对输入电平的依赖性的图。

图6是表示本发明第2实施方式涉及的固体摄像器件的主要部分的电路图。

图7是表示本发明第2实施方式涉及的固体摄像器件的流过列放大器的电流对输入电平的依赖性的图。

图8是表示本发明第3实施方式涉及的固体摄像器件的主要部分的电路图。

图9是表示本发明第3实施方式涉及的固体摄像器件的流过列放大器的电流对输入电平的依赖性的图。

图10是表示本发明第4实施方式涉及的固体摄像器件的框图。

图11示构成本发明第4实施方式涉及的固体摄像器件的固体摄像元件的列放大器部的电路图。

图12是表示本发明第5实施方式涉及的固体摄像元件的框图。

图13是表示本发明第5实施方式涉及的固体摄像元件的列放大器的电路图。

图14是表示本发明第5实施方式涉及的固体摄像元件的动作的时序图。

图15是表示以往的固体摄像器件的列放大器的结构例子的电路图。

图16是表示以往的固体摄像器件的列放大器的其它结构例子的电路图。

图17是表示固体摄像器件的列放大器的配置图形。

图号说明

1.像素列阵；            2.垂直移位寄存器

3.列放大器配置部分；    4.噪声消除电路

5.多路复用器；          6.水平移位寄存器

7.输出放大器；          8.光电二极管(PD)

9.转送晶体管               10.漂移扩散部(FD)

11.复位晶体管；            12.读出寄存器

13.选择晶体管；            14.电流源

15.电荷转送信号线；        16.像素复位信号线

17.像素选择信号线；        18.采样保持端子

19.像素驱动电源布线；      20.摄像像素

21.列放大器输入电容；      22.列放大器驱动晶体管

23.列放大器负载晶体管      24.列放大器复位晶体管

25.列放大器驱动晶体管栅极电位；

26.列放大器输出电位；      27.列放大器复位信号线

28.列放大器偏置电位        29.列放大器电流生成电路

30.列放大器电源；          31.地

32.第1调整晶体管；         33.第2调整晶体管

34.电流生成电路偏置电位；  35.钳位电容元件

36.采样保持电容元件；      37.钳位开关

38.钳位电位；              39.钳位开关信号线

108.垂直信号线；           109.列放大器

具体实施方式

以下参照附图对本发明的固体摄像器件的各种实施方式进行说明。

(第1实施方式)

图1是表示本发明的第1实施方式涉及的固体摄像器件的框图。

摄像像素以矩阵状配置的像素阵列1，由垂直移位寄存器2以行为单位进行复位、电荷蓄积、读出各个动作。在此，以行为单位读出的信号由与各列信号线对应地配置于列放大器配置部分3的列放大器进行放大，由噪声消除电路4保持消除了放大器的补偿偏差后的值。由噪声消除电路4保持的1行的量的像素信号被水平移位寄存器6所选择，经由多路复用器5、输出放大器7依次输出。

图2是表示固体摄像器件的摄像像素20、1列的量的列放大器109以及噪声消除电路4的具体结构的电路框图。

摄像像素20具有进行光电转换而生成电荷的光电二极管(PD)8，将PD8生成的电荷变换成电压的漂移扩散部(FD)10，以及读出与FD10的电位对应的信号的读出晶体管12。在PD8与FD10之间，连接有栅极与电荷转送信号线15相连、由电荷转送信号控制的转送晶体管9。FD10与像素复位信号线16相连，通过由像素复位信号控制的复位晶体管11，与像素驱动电源布线19相连接。选择晶体管13的栅极端子与像素选择信号线17相连，并由像素选择信号控制。读出晶体管12的源极端子与像素驱动电源布线19连接，漏极端子经由选择晶体管13与读出像素信号的垂直信号线108相连，在垂直信号线108的一端设置有电流源14。

此外，列放大器109具有列放大器输入电容21、列放大器驱动晶体管22、列放大器负载晶体管23、列放大器复位晶体管24、电流生成电路29。列放大器输入电容21的一个端子连接垂直信号线108，另一个端子与列放大器驱动晶体管22的栅极电位25相连，将垂直信号线108的电位变化传送给列放大器驱动晶体管22。在列放大器负载晶体管23的栅极连接有列放大器偏置电位28，作为基于列放大器驱动晶体管22的接地放大器的负载来动作。在列放大器驱动晶体管22的栅极电位25与列放大器输出电位26之间，连接有其栅极端子与列放大器复位信号线27相连并由复位信号控制的列放大器复位晶体管24。电流生成电路29连接在列放大器电源30与地31之间。

噪声消除电路4具有：一个端子与列放大器109的列放大器输出电位26相连接的钳位电容元件35；连接在钳位电容元件35的另一个端子与地31之间的采样保持电容元件36；以及钳位开关37，其连接在钳位电容元件35的另一个端子与钳位电位38之间，钳位开关信号线39与其栅极端子连接，由钳位开关信号控制。

接下来，参照图3所示的时序图对本实施方式涉及的图像摄像器件的像素信号的读出动作进行说明。在时刻t0，使像素复位信号线16的像素复位信号电位为H电平，将FD的电位复位到Vprst(＝VDD-Vth)。与此同时，使电荷转送信号线15的电荷转送信号电位为H电平，将残留于PD中的电荷转送到FD侧，使PD蓄积电荷为0。

接着，在时刻t1，使像素复位信号电位与电荷转送信号电位返回到L电平。由此，开始在PD中的光生成电荷的蓄积。

接着，在时刻t2，使像素复位信号电位为H电平，将FD的电位再次复位到Vprst。与此同时，使像素选择信号电位为H电平，形成由读出晶体管12与电流源14构成的源极跟随放大器，使得Vprst-Vth的电位输出到垂直信号线108。(不过，在此严格地讲，应为Vprst-Vth-α，为了简化说明而省略了α)。另外，使列放大器复位信号线的列放大器复位信号电位为H电平，将列放大器驱动晶体管22的栅极电位25与列放大器输出电位26设定为放大器的复位电位Vamprst。并且，使钳位开关信号线39的钳位开关信号电位为H电平，将采样保持端子18的电位(SH电位)设定为钳位电位38(Vc1)。

接着，在时刻t3，使像素复位信号电位为L电平。

接着，在时刻t4，使列放大器复位信号电位为L电平，而使列放大器109处于放大动作状态。与此同时，钳位开关信号电位变为L电平，使SH电位成为浮置状态。并且，使电荷转送信号电位为H电平，蓄积于PD8的电荷被转送给FD10。结果，使得FD的电位变为Vprst-ΔV1，输出到垂直信号线108的信号电位降低为Vprst-Vth-ΔV1。在此，ΔV1的值与蓄积于PD8的电荷成比列。列放大器驱动晶体管22的栅极电位25因该电位降低的影响而下降ΔV1，列放大器输出电位升高ΔV2。ΔV2/ΔV1相当于放大器109的增益。SH电位也因该列放大器109的输出上升的影响而通过钳位电容元件35从暗时的输出Vc1增加到Vc1+ΔV2/2。在此，假定钳位电容元件35与采样保持电容元件36的电容相等。通过将SH电位向外部读出，并检测与暗时的输出Vc1的差，能够读出像素信号。

接下来，对电流生成电路29进行说明。如图2所示，电流生成电路29具有第1调整晶体管32与第2调整晶体管33。第2调整晶体管33的栅极与列放大器输出电位26相连，流经电流生成电路29的电流量由列放大器输出电位26控制。具体地讲，在列放大器109处于复位状态时，第2调整晶体管33的栅极电位较低，电流几乎不流向电流生成电路29。在解除列放大器109的复位而使之处于放大模式的状态下，当列放大器驱动晶体管22的栅极电位25开始下降时，列放大器输出电位26上升，第1调整晶体管32的漏极电位上升，流经电流生成电路29的电流增加。进而，当栅极电位下降，第1调整晶体管32的漏极电位超过电流生成电路偏置电位34时，第1调整晶体管32从线性区域移动到饱和区域，电流的增加停止。

图4是表示对电流生成电路29施加偏置电位的偏置电位生成电路的结构的电路图。

偏置电位生成电路具有驱动晶体管22与负载晶体管23，其大小以及负载晶体管23的偏置电位28与列放大器109相同。因此，在图4中，使用与列放大器109相同的符号。驱动晶体管22的栅极与漏极相连接，这意味着偏置电位28与列放大器复位电位Vamprs相同。由此，流经电流生成电路29的最大电流与列放大器109处于复位状态时流过的电流变得大致相等。另外，该偏置电位生成电路不必按各列设置，可以多个列放大器共有。

图5是表示流经列放大器109的电流对列放大器驱动晶体管22的栅极电位25的依赖性的图。其中，纵轴为电流，横轴是栅极电位25。I1是流经放大器主体的电流，I2是流经电流生成电路的电流，I0是这两者的和、即总电流。虽然驱动晶体管22的栅极电位25的最大值是Vamprst，但随着光信号的变大，栅极电位的下降，I1变小。另一方面，I2随着栅极电位的下降而变大。结果，相对于I1单独的变动(ΔI1)，作为两者电流值的和的I0的变动(ΔI0)，大幅地降低。

因为该电流变动的降低，即使在对高亮度被摄物体进行摄像时一部分列放大器的输入信号变大，由电流变动产生的对周边的其它列放大器的影响也很小，从而能够抑制黑电平偏移的产生，得到高像质的图像。另外，即使流经电流生成电路的电流值因制造偏差及动作条件的变动而发生变动，也不会对列放大器自身的输入输出特性带来影响。这意味着能够实现制造裕量、耐环境裕量较大的固体摄像器件。

另外，在此，作为列放大器，说明了源极接地放大器、无反馈的结构的例子，但是，即使是差动放大器以及有反馈的放大器等其它的结构，通过使电流生成电路具有消除列放大器自身电流的输入依赖性的特性，也能得到同样的效果。

(第2实施方式)

接下来，参照附图对本发明的固体摄像器件的第2实施方式进行说明。图6是表示本发明的第2实施方式涉及的固体摄像器件的列电路部中的列放大器109及噪声消除电路4的电路图。在此，除了电流生成电路29的部分之外，与图2所示的所述第1实施方式的固体摄像器件相同，像素信号的读出动作也和所述第1实施方式是相同的，因此省略说明。

电流生成电路29具有第1调整晶体管32、第2调整晶体管33、复位晶体管40、判定晶体管42。第1调整晶体管32与第2调整晶体管33在列放大器电源30与地31之间串联连接。第2调整晶体管33根据其栅极电位，切换电流生成电路29在列放大器电源30与地31之间是否流过电流。流过电流时的电流量由与第1调整晶体管32的栅极相连的电流生成电路偏置电位34决定。复位晶体管40由电流生成电路复位信号41控制，并将第2调整晶体管33的栅极电位设定为L电平。判定晶体管42连接在电流生成电路偏置电位34与第2调整晶体管33的栅极之间，其栅极与列放大器驱动晶体管22的栅极电位25相连。列放大器驱动晶体管22的栅极电位25比电流生成电路偏置电位34低Vth的量时，电流生成电路偏置电位34由调整晶体管33的栅极设定。

电流生成电路偏置电位34的生成电路与图4中所示的生成电路具有相同的结构。因此，与第1实施方式一样，电流生成电路偏置电位34与列放大器109的复位电位Vamprst相同。

接下来，对本实施方式涉及的固体摄像器件的动作进行说明。对应于列放大器109的复位，使电流生成电路复位信号41为H电平，使第2调整晶体管33的栅极电位为L电平。接着，当解除列放大器109的复位，转到放大步骤时，使电流生成电路复位信号41也为L电平。在列放大器109的输入信号108较小时，判定晶体管42截止，第2调整晶体管33的栅极电位为L电平不变，在电流生成电路29中不流过电流。另一方面，当列放大器109的输入信号108比Vth大时，判定晶体管42导通，第2调整晶体管33的栅极电位被设定为Vamprst，由此在电流生成电路29中流过电流。

图7是第2实施方式涉及的固体摄像器件的流经列放大器109的电流对列放大器驱动晶体管22的栅极电位25的依赖性的图。流经列放大器109主体的电流I1在Vamprst时最大，输入一降低就急剧地变小。另一方面，电流生成电路29在栅极电位为Vamprst时虽然是零，但当栅极电位比Vamprst-Vth低时，流过与列放大器109复位时的电流相同大小的电流。该电流生成电路的效果使得列放大器109的总电流的变动(ΔI0)比单个列放大器的电流变动(ΔI1)小。

以上，在第2实施方式中，说明了电流生成电路29根据列放大器109内的列放大器驱动晶体管22的栅极电位25、即一个节点电位，切换补偿电流而动作的例子。补偿电流的切换是以对电流生成电路施加偏置电位的偏置电位生成电路的输出为基准进行的。由此，与第1实施方式所示的固体摄像器件一样，可降低列放大器的电流变动，从而能够得到高像质的图像，并且，可以得到能够实现制造裕量、耐环境裕量较大的固体摄像器件这样的与所述第1实施方式相同的效果。

另外，在此说明了列放大器为源极接地放大器、且无反馈的结构的例子，但是，即使是差动放大器以及有反馈的放大器等其它的结构，通过判定列放大器的输入是否处于流经列放大器的电流的变动较小的范围内，在超出电流变动的范围时，切换流经电流生成电路的电流，以消除列放大器的变动，能够得到与上述同样的效果。

另外，作为切换电流生成电路的输出的列放大器内的节点，除了上述之外，还有列放大器输出电位26、垂直信号线108等，并且它们可以使用多个。此外，电流生成电路的切换，还可以不通过其偏置生成电路的电位来进行，而通过从外部提供的判定电位、列放大器动作电流的监测电路输出等来进行，也能够取得相同的效果。再有，补偿电流的切换电平数目，不限于上述的仅针对两个电平的切换，以3个以上的电平来切换也是可以的。

(第3实施方式)

以下，参照附图对本发明的固体摄像器件的第3实施方式进行说明。图8是表示本发明第3实施方式涉及的固体摄像器件的列电路部中的列放大器109及噪声消除电路4的电路图。本实施方式与第2实施方式相同，电流生成电路29部分以外的结构与图2所示的第1实施方式涉及的固体摄像元件相同，像素信号的读出动作也和第1实施方式是相同的，因而省略该部分的说明。

在本实施方式中，电流生成电路29仅具有第1调整晶体管32，没有使用第2调整晶体管。而且，由与第1调整晶体管32的栅极相连的电流生成电路偏置电位34的电平所决定的恒定电流，流经电流生成电路29。

图9是表示在本实施方式的情况下，流经列放大器的电流对列放大器驱动晶体管22的栅极电位25的依赖性的图。流经列放大器主体的电流I1在Vamprst时最大，当输入一降低就急剧地变小。另一方面，电流生成电路29不管栅极电位如何，都流过恒定电流I2。合成这些电流而得到的列放大器部的总电流I0的变动率(ΔI0)变得比单个在放大器的电流变动率(ΔI1)小。

这样，即使电流生成电路流过恒定电流，也能够与所述第1及第2实施方式一样，得到高像质的图像，另外，能够实现制造裕量、耐环境裕量较大的固体摄像器件。而且，作为列放大器的结构，使用其它的差动放大器以及有反馈的放大器等，也可以得到相同的效果，这与上述实施形式是相同的。

(第4实施方式)

以下，参照附图对本发明的第4实施方式进行说明。图10是表示本发明第4实施方式涉及的固体摄像器件的至更靠周边部分的结构的框图。将上述第1至第3实施方式中说明的固体摄像器件的像素阵列和列放大器集合为像素信号输出部42，从这里输出的像素信号经由噪声消除电路4、增益放大器43、模数转换器(ADC)44，输入到数字信号处理器(DSP)45。DSP45对所输入的像素信号进行图像处理，并且输出通断信号46和控制增益放大器43的增益设定的增益设定信号47，该通断信号46进行后面所述的位于像素信号输出部42的列放大器109内的电流生成电路29的通/断控制。

图11是表示本实施方式涉及的固体摄像元件的列电路部中的列放大器109及噪声消除电路4的电路图。与图2不同的是，在电流生成电路29中，在列放大器输出电位26与第2调整晶体管33的栅极之间插入了电流生成电路输入晶体管50，以及，同样在第2调整晶体管33的栅极与地31之间插入了电流生成电路停止晶体管51。在电流生成电路输入晶体管50的栅极上连接有通断信号46，在电流生成电路停止晶体管51的栅极上连接了由反相器49将通断信号46进行了反转后的信号。通断信号46为H电平时，电流生成电路29为如第1实施方式所述那样动作的接通状态，当通断信号46为L电平时，第2调整晶体管33的栅极固定于地33，电流生成电路29变成不流过电流的断开状态。

该通断信号46与增益放大器的增益设定信号47被联动控制。具体地讲，增益设定较小时，使电流生成电路29断开，而增益设定较大时，使电流生成电路29接通。增益设定较小时，因为列放大器109的电流变动对像质的影响较小，因此使电流生成电路29断开，来降低消费电流是有效的。另一方面，增益设定较大时，电流生成电路29的作用可提高像质。如上所述，本实施方式有利于实现高像质、低功耗的固体摄像器件。

另外，除此以外，基于列放大器的输入信号电平及输出信号电平来切换电流生成电路自身的通/断，在降低电流生成电路的功耗方面也是有效的。具体地讲，只要在输入信号电平较高时，使电流生成电路29断开，在输入信号电平较低时，使电流生成电路29接通即可。关于输出信号电平，与输入信号电平是一样的。

另外，虽然在图10中示出的是将固体摄像器件的各结构分成各个块而成的独立部件的组合，但是，也可以将这些电路部分的全体或多个块集合起来，集成化为IC。此外，图10中的增益放大器43可以是模拟元件，也可以在AD转换后，以数字处理方式进行放大。

再者，虽然本实施方式示出的是利用通断信号46与增益设定联动控制电流生成电路自身的通/断切换的例子，但是，其它的方法，如根据摄像相机的状态来控制也是可以的。例如，可以考虑在数字相机进行监视动作时使之断开，在拍摄记录画面时使之接通这样的控制。

(第5实施方式)

参照附图对本发明的第5实施方式进行说明。图12是本发明第5实施方式涉及的固体摄像元件的框图，为与像素阵列1的各列对应地进行AD转换的结构。

由像素阵列1的各摄像像素20输出的像素信号，在通过垂直信号线108在噪声消除电路4中对各像素的输出偏差进行补偿后，被输入到在列放大器配置部分3中形成的差动型列放大器111的一个输入端子。斜坡波形(ramp waveform)生成电路53的输出被输入到差动型列放大器111的另一个端子。差动型列放大器111具有较高的放大倍数，起到进行2个输入信号的大小比较的比较器的作用。具体地讲，在斜坡波形比像素信号大时，输出L信号。此外，各列上设置有4位的锁存器52，锁存器52被输入4位计数器54的输出。另外，列放大器的输出与锁存器52的写入信号端子相连。锁存器52在写入信号从H电平变化到L电平时，被写入输入数据。

图13表示了这种差动型列放大器111的电路结构。来自像素阵列的垂直信号线108的输入和来自斜坡波形生成电路53的斜坡波形58，分别通过第1输入开关55、第2输入开关56与列放大器输入电容21相连。它们通过输入切换信号57和由第1反相器49-1生成的其反转信号被有选择地输入。列放大器输出电位26通过输出开关59与输出端子61相连。放大器复位信号27的反转信号与输出开关59的栅极相连接。另外，在输出端子61与列放大器电源30之间插入有输出电平固定开关60。在输出电平固定开关60的栅极连接有来自该列放大器复位信号线27的列放大器复位信号的反转信号，对于输出开关59和输出电平固定开关60，只有其中之一接通。另外，在列放大器电源30与地31之间配置有电流生成电路29。在电流生成电路29上还连接有列放大器驱动晶体管22的栅极电位25。在此，与第2实施方式一样，仅在列放大器驱动晶体管22的栅极电位25较低时，在电流生成电路29中流过电流。

接下来，参照图14的时序图对AD转换动作进行说明。首先，在时刻t0时输入像素信号，并将输入切换信号设定为H电平，将放大器复位信号也设定为H电平。差动型列放大器111在复位状态下被输入像素信号，其电平由输入电容保持。因为在输出部，电平固定开关侧接通，因此输出端子变成H电平。另外，将斜坡波形设定为像素信号的最小值，将计数器设定为0。

接下来，在时刻t1，将输入切换信号设定为L电平，将放大器复位信号也设定为L电平。此时，放大器的复位被解除，输入斜坡波形。由于斜坡波形的电平比像素信号低，因此驱动晶体管22的栅极电位25变得比Vamprst低，列放大器输出电位成为H电平。虽然输出部的输出开关侧接通，但是，由于列放大器输出电位为H电平，所以输出端子的电平也保持在H电平。此外，斜坡波形的电平开始上升。上升的斜度设定为在时刻t3达到最大值。计数器也与斜坡波形的上升同步地进行增加计数。

在时刻t2，斜坡波形变得比像素信号大，因此列放大器输出切换为L电平，此时的计数值被写入锁存器。如此前所述，由于斜坡波形的上升与增加计数同步进行，因此写入锁存器的数字数值变成与像素信号对应的值。以上的动作，在各列中并行地进行，并行地对1行的量的模拟像素信号进行AD转换，并保持在各列的锁存器中。

另外，在本实施方式中，作为起到比较器的作用的差动型列放大器111的电流变动，在电流生成电路29的作用下被降低。因此，可以避免放大器彼此之间通过细长的公共电源布线的寄生电阻产生干扰，从而能够进行高精度的AD转换。

另外，虽然在此示出了在各列设置积分型AD转换器的情况，但在包含其它的具有放大器功能的元件的AD转换器中，也可这样考虑。

本发明涉及的固体摄像器件，即使在对高亮度被摄物体进行摄像时也不会在其周边发生黑电平的偏移，并且，能够实现能在多种工作环境中得到稳定的像质的摄像机，作为用于追求高像质、高质量的数字照相机、摄像机、监视摄像机等的器件是有用的。

Claims (9)

1.一种固体摄像器件，其特征在于具有：

在行方向及列方向配置了摄像像素的像素阵列；

共同输出从所述像素阵列的各列的所述摄像像素来的信号的多条垂直信号线；以及

对所述多条垂直信号线设置的多个列放大器；

在所述多个列放大器的列放大器电源与地之间具有生成补偿电流的电流生成电路，该补偿电流用于消除所述列放大器的动作电流的变化。

2.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，

作为与输入到所述列放大器的输入信号的电平相对应的、所述动作电流和所述补偿电流之和的电流值的变动，比所述动作电流的变动小。

3.如权利要求2所述的固体摄像器件，其中，

对所述电流生成电路施加偏置电位的偏置电位生成电路的电路结构与所述列放大器是同样的。

4.如权利要求1～3中任意1项所述的固体摄像器件，其中，

所述电流生成电路根据所述列放大器内的一个或者多个节点的电位，以2个以上的电平切换所述补偿电流。

5.如权利要求4所述的固体摄像器件，其中，

所述补偿电流的电平的切换是以所述偏置电位生成电路的输出为基准进行的。

6.如权利要求1～3中任意1项所述的固体摄像器件，其中，

所述电流生成电路流过恒定电流。

7.如权利要求1～3中任意1项所述的固体摄像器件，其中，

具备所述电流生成电路自身的通/断切换功能。

8.如权利要求7所述的固体摄像器件，其中

基于所述列放大器的输入信号或输出信号的电平，切换所述电流生成电路自身的通/断。

9.如权利要求7所述的固体摄像器件，其中，

还具备控制包含增益功能的模拟信号处理部及整体的控制部，根据所述模拟信号处理部的增益设定，切换所述电流生成电路自身的通/断。

Images