JP4277911B2 - 固体撮像装置及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば画像入力システム等に適用される固体撮像装置及びこれを用いた撮像装置に関する。

固体撮像装置を用いた撮像装置として、近年、デジタルカメラやＰＣカメラ、光学マウス、携帯ＴＶ電話等が開発されている。これらは画質の点以外に、バッテリ使用時間の拡大や小型化の点から低電圧、低消費電力が要請されている。ＣＣＤセンサーではこれらの点で難があるので、ＭＯＳ型の固体撮像装置を採用するものが多くなっている。ＭＯＳ型の固体撮像装置は、単一電源、低消費電力、システムオンチップ等の特長を備え、さらに読出しの自由度が大きい。例えば、画像の一部のみを出力したり（切り出し動作）、画像の情報を飛び飛びで出力したり（間引き動作）することができる。

従来のＭＯＳ型固体撮像装置について図６を参照して説明する。
図６において、ＭＯＳ型固体撮像装置１は、光電変換を行うフォトダイオードとＭＯＳスイッチからなる単位画素が行列状に多数配列されたセンサー部２と、このセンサー部２を駆動する垂直走査回路３及び水平走査回路４と、センサー部２の１行分の画素の信号を受けるＣＤＳ（相関二重サンプリング）／信号保持回路５と、出力アンプ６と、各部の垂直走査回路３、水平走査回路４、ＣＤＳ／信号保持回路５、及び出力アンプ６を動作させるためのパルスを発生するタイミング発生回路７と、シリアルインターフェイス８とを含んで構成されている（特許文献１参照）。

センサー部２には、各行毎の画素に垂直走査回路３からの垂直走査線１０が共通接続され、垂直走査回路３から垂直走査パルスφＶ〔φＶ１、φＶ２、・・・φＶｎ〕が垂直走査線１０を通じて各行の画素に同時に供給される。また、センサー部２には各列毎の画素に垂直信号線１１が共通接続され、この各垂直信号線１１がＣＤＳ／信号保持回路５を介して水平信号線１２に接続されている。水平信号線１２は出力アンプ６の入力側に接続される。水平走査回路４は、ＣＤＳ／信号回路５からの画素信号を選択して水平信号線１２に出力するための水平走査パルスφＨ〔φＨ１、φＨ２、・・・φＨｎ〕をＣＤＳ／信号保持回路５の水平スイッチに供給するようになされている。シリアルインターフェイス８には、外部からシリアルデータが供給される。また、外部から同期信号及びクロック信号が、シリアルインターフェイス８及びタイミング発生回路７に供給される。

このようなＣＭＯＳ型固体撮像装置１においては、シリアルインターフェイス８が外部からデータを受け取り、データに応じてタイミング発生回路７の動作が制御される。タイミング発生回路７では、データに応じて垂直走査回路３、水平走査回路４、ＣＤＳ／信号保持回路５及び出力アンプ６を動作させる駆動パルスを発生し、各部へ供給するようになされる。センサー部２は、垂直走査回路３によって走査され、即ち垂直走査回路３からの垂直選択パルスφＶ〔φＶ１、φＶ２、・・・φＶｎ〕により画素の行が順次選択され、選択（走査）された行の画素の信号が垂直信号線１１を通してＣＤＳ／信号保持回路５に出力される。ＣＤＳ／信号保持回路５では、１行分の信号を受け、各画素固有のオフセット成分（固定パターンノイズ成分に相当する）を差し引いた信号が保持される。そして、水平走査回路４からの水平走査パルスφＨ〔φＨ１、φＨ２、・・・φＨｎ〕により水平スイッチが順次オンしてＣＤＳ／信号保持回路５に保持された１行分の画素の信号が水平信号線１２を通して出力アンプ６に順次読み出される。この信号は出力アンプ６で増幅され、出力端子ｔoutにアナログ信号として出力される。
特開２００２−２０９１４９号公報

ところで、このようなＭＯＳ型固体撮像装置１は、ＣＣＤ固体撮像装置の１／５程度の消費電力であるが、携帯用機器に搭載するためには更なる低消費電力化が要求される。また、画素数が増加し、出力レート（即ち、水平走査回路の駆動周波数）が高くなると、やはり消費電力が増大するという問題がある。

また、ＭＯＳ型固体撮像装置の消費電力を見ると、画素部ではＣＣＤ画素に比べて１／１０以下で殆ど無視でき、デジタル部分（シリアルインターフェイス８、タイミング発生回路７、垂直走査回路３、水平走査回路４等）でも比較的に少なく、アナログ回路の出力アンプ６で最も消費されている。特に、画素数が増加してくると、駆動周波数が上がり、これに伴って出力アンプ６の周波数特性を上げていかなくてはならない。アナログ回路で周波数特性を上げることは、バイアス電流を多く流さねばならず、益々消費電力の増加が問題となる。また、画素数が増加し出力レートが高くなると、出力回路のランダムノイズも増加するという問題があった。

そこで、従来においては、出力アンプに対するバイアス電流を調整するバイアス電流調整部を設け、これにより、出力アンプの低消費電力化を可能にしている。
しかし、従来のカラムＣＤＳ型イメージセンサーより更なる高速化を図るには、カラムＡＤＣ（カラム毎にＡ／Ｄ変換する回路）型イメージセンサーのような高速に転送できるセンサーが重要になる。しかるに、カラムＡＤＣ型イメージセンサーの水平転送はデジタル転送のため高速であるが、垂直転送はアナログのため、カラムＡＤＣにおけるセットリングでスピードが減速されてしまう。また、アナログ垂直転送を高速化するには、垂直信号線に流れる電流量を増加させ、信号の安定時間（セットリング時間）を最小に抑える必要がある。
しかしながら、電流を多く流すことは消費電力の増加が問題となる一方、全体の消費電力が上がると撮像チップが熱を持つことになり、熱電流が発生してセンサー部のフォトダイオードに入り、雑音電流（暗電流）が増加するという問題がある。

本発明は、上記のような従来の問題を解決するためになされたもので、その目的は、駆動モードに応じて垂直信号線の電流を制御し、そのセットリング時間を切り換えることにより、消費電力を従来よりも低く抑えた上で高速化を実現し、かつノイズの低減を可能にした固体撮像装置及びこれを用いた撮像装置を提供するにある。

上記目的を達成するために本発明の固体撮像装置は、複数の画素が配列されたセンサー部と、前記センサー部の画素を走査する垂直走査部及び水平走査部と、前記センサー部のカラムに対応する各垂直信号線毎に設けられ該垂直信号線に読み出された信号電荷を増幅するカラムアンプ部と、前記カラムアンプ部のバイアス電流を可変して前記垂直信号線に流れる電流を制御するバイアス電流調整部と、前記垂直信号線に読み出され前記カラムアンプ部で増幅された信号電荷を画像信号に処理して出力する信号処理部と、前記信号処理部から出力された信号が供給される出力部と、前記垂直走査部、前記水平走査部、前記信号処理部及び前記出力部にタイミングパルス信号を供給するタイミング信号発生部と、前記タイミング信号発生部に複数の駆動モード信号を供給する入力部とを有し、前記複数の駆動モード信号に応じて前記タイミング信号発生部から出力される前記タイミングパルス信号の駆動周波数に基づいて、前記バイアス電流調整部から前記カラムアンプ部に供給されるバイアス電流を変化させて前記垂直信号線に流れる電流を制御し、前記タイミングパルス信号の駆動周波数が低く前記画像信号の低速転送を行う駆動モードの場合には、前記バイアス電流調整部から前記カラムアンプ部に供給されるバイアス電流を低電流に制御し、前記タイミングパルス信号の駆動周波数が高く前記画像信号の高速転送を行う駆動モードの場合には、前記バイアス電流調整部から前記カラムアンプ部に供給されるバイアス電流を、転送開始時には高電流とし、転送時間中の途中に低電流に切り替えることを特徴とする。

また、本発明の撮像装置は、被写体を撮像する固体撮像装置と、前記固体撮像装置に被写体からの入射光を導く撮像光学系と、前記固体撮像装置からの出力信号を処理する信号処理部とを備え、前記固体撮像装置は、複数の画素が配列されたセンサー部と、前記センサー部の画素を走査する垂直走査部及び水平走査部と、前記センサー部のカラムに対応する各垂直信号線毎に設けられ該垂直信号線に読み出された信号電荷を増幅するカラムアンプ部と、前記カラムアンプ部のバイアス電流を可変して前記垂直信号線に流れる電流を制御するバイアス電流調整部と、前記垂直信号線に読み出され前記カラムアンプ部で増幅された信号電荷を画像信号に処理して出力する信号処理部と、前記信号処理部から出力された信号が供給される出力部と、前記垂直走査部、前記水平走査部、前記信号処理部及び前記出力部にタイミングパルス信号を供給するタイミング信号発生部と、前記タイミング信号発生部に複数の駆動モード信号を供給する入力部とを有し、前記複数の駆動モード信号に応じて前記タイミング信号発生部から出力される前記タイミングパルス信号の駆動周波数に基づいて、前記バイアス電流調整部から前記カラムアンプ部に供給されるバイアス電流を変化させて前記垂直信号線に流れる電流を制御し、前記タイミングパルス信号の駆動周波数が低く前記画像信号の低速転送を行う駆動モードの場合には、前記バイアス電流調整部から前記カラムアンプ部に供給されるバイアス電流を低電流に制御し、前記タイミングパルス信号の駆動周波数が高く前記画像信号の高速転送を行う駆動モードの場合には、前記バイアス電流調整部から前記カラムアンプ部に供給されるバイアス電流を、転送開始時には高電流とし、転送時間中の途中に低電流に切り替えることを特徴とする。

本発明の固体撮像装置及びこれを用いた撮像装置によれば、センサー部の各カラム毎に設けたカラムアンプ部のバイアス電流をバイアス電流調整部により動作モードに応じて変化させ、各カラムの垂直信号線に流れる電流量を制御させ、そのセットリング時間を切り換えるように構成したので、低消費電力化と高速化を同時に図ることができ、かつノイズの低減が可能になる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明にかかる固体撮像装置の第１の実施の形態について図１を参照して説明する。なお、本発明にかかる固体撮像装置は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。

図１は本発明の固体撮像装置、即ちＭＯＳ型固体撮像装置の第１実施の形態を示す構成図である。
本実施の形態にかかるＭＯＳ型固体撮像装置２１は、光電変換を行うフォトダイオードとＭＯＳスイッチ素子からなる単位画素が行列状に多数配列されたセンサー部２２と、このセンサー部２２を駆動する垂直走査回路２３及び水平走査回路２４と、センサー部２２の各垂直信号線に対して並列的に出力された１行分の画素信号を受けるカラムＡＤＣ部（特許請求の範囲に記載した信号処理部に相当する）２５と、カラムＡＤＣ部２５に接続されたデジタル出力部２６と、各部を動作させるためのパルスを発生するタイミング発生回路（特許請求の範囲に記載した駆動信号発生部に相当する）２７と、シリアルインターフェイス２８を有し、さらに、シリアルインターフェイス２８に入力される指令データに基づいてクロックを分周しタイミング発生回路２７へのクロック信号とする分周回路２９と、タイミング発生回路２７から出力されるタイミングパルス信号に基づいて各カラムの垂直信号線３３に流れる電流量を制御するバイアス電流調整部３０を含んで構成されている。
なお、シリアルインターフェイス２８及び分周回路２９が特許請求の範囲に記載した入力部を構成する。

センサー部２２には、各行毎の画素に垂直走査回路２３からの垂直走査線３２が共通接続され、垂直走査回路２３から垂直走査パルスφＶ〔φＶ１、φＶ２、・・・φＶｎ〕が垂直走査線３２を通じて各行の画素に同時に供給される。さらに、センサー部２２には各列毎の画素に垂直信号線３３が共通接続され、各垂直信号線３３がカラムＡＤＣ部２５を介して水平信号線３４に接続される。水平信号線３４はデジタル出力部２６の入力側に接続されている。カラムＡＤＣ部２５には、各画素列に対応して水平スイッチ素子が設けられ、この水平スイッチ素子に水平走査回路２４から水平走査パルスφＨ〔φＨ１、φＨ２、・・・φＨｎ〕が供給される。

カラムＡＤＣ部２５は、センサー部２２のカラムに対応する各垂直信号線３３毎に設けられ垂直信号線３３に読み出された信号電荷を増幅するとともに動作モードに応じてバイアス電流調整部３０から供給されるバイアス電流により各カラムの垂直信号線３３に流れる電流量を制御するカラムアンプ部２５ａと、各カラム毎に設けられ各画素のリセットレベルと信号レベルとの差分を取ることによりノイズ除去を行うＣＤＳ（相関二重サンプリング）部２５ｂ、及びＡＧＣ（Auto Gain Control）機能とアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換機能を備えてなり、このカラムＡＤＣ部２５でデジタル量に変換された画素信号は水平走査回路２４によってデジタル出力部２６へ高速で転送され出力されるように構成されている。
また、シリアルインターフェイス２８には外部からシリアルデータが入力される。このシリアルデータは後述するセンサー部２２の駆動モードを規定するデータである。シリアルインターフェイス２８及び分周回路２９のそれぞれには、例えば外部から同期信号及びクロック信号が入力される。

タイミング発生回路２７は、後述する複数の駆動モードに対応して、複数の駆動モードのタイミングパルスを発生できるように構成されている。このタイミング発生回路２７から、垂直走査回路２３、水平走査回路２４、カラムＡＤＣ部２５、デジタル出力部２６及びバイアス電流調整部３０の各部へ動作させるための所要のパルスが供給される。分周回路２９は、シリアルインターフェイス２８からの指令に応じてクロック信号を分周してタイミング発生回路２７に入力するように構成される。シリアルインターフェイス２７の指令は、分周回路２９及びタイミング発生回路２７に入力される。また、バイアス電流調整部３０は、複数の駆動モード信号に応じてカラムアンプ部２５ａに加えられるバイアス電流を一括して変化することにより、各カラムの垂直信号線３３に流れる電流を制御するように構成されている。

次に、本実施の形態にかかるＭＯＳ型固体撮像装置２１の動作について説明する。
センサー部２２の駆動モードに応じたシリアルデータがシリアルインターフェイス２８に入力され、モード選択が行われる。駆動モードに応じたデータはシリアルインターフェイス２８によってデコードされ、分周回路２９とタイミング発生回路２７に入力される。分周回路２９では、シリアルインターフェイス２８からの指令（選択された駆動モードに基づく指令）に応じて、例えば外部から入力されたクロック信号を分周し、分周したクロック信号を同期信号に同期させてタイミング発生回路２７に入力する。

タイミング発生回路２７では、分周回路２９からのクロック信号とシリアルインターフェイス２８からのデータを受け、選択された駆動モードに応じたタイミングパルスを発生させて、垂直走査回路２３、水平走査回路２４、カラムＡＤＣ部２５、デジタル出力部２６及びバイアス電流調整部３０の各部に入力する。
バイアス電流調整部３０では、カラムＡＤＣ部２５の垂直信号線３３毎に設けられたカラムアンプ部２５ａに供給されるバイアス電流を動作モードに応じて一括して切り換え、これにより、各カラムの垂直信号線３３に流れる電流を制御する。このカラムアンプ部２５ａのゲインはプラスゲインでもマイナスゲインでもよく、例えばマイナスゲインであれば、画素でのソースフォロア回路などがその例である。また、カラムアンプ部２５ａに対するバイアス電流の切り換えは、読み出し期間、すなわち１水平期間内の水平ブランキング期間に行われる。

また、バイアス電流調整部３０には、シリアルインターフェイス２８からの指令に基づく駆動モードに応じて分周されたクロック信号がタイミング発生回路２７から供給されるが、特に駆動周波数が高い駆動モードの場合、バイアス電流調整部３０から各カラムのカラムアンプ部２５ａに供給されるバイアス電流は、駆動周波数が高い駆動モードに応じた値のバイアス電流に切り換えられる。これにより、垂直信号線３３に十分な電流が流れ、２４０ｆｐｓなどの高速転送が可能になる。
また、高速転送時には大きな電流を必要とするが、これは転送の開始時だけであり、転送途中、例えば転送時間中の半分は大電流であるが、残り半分の時間はその半分の電流にするなどのタイミングでバイアス電流を切り換えることにより、高速転送と低消費電力化を同時に図ることができる。
また、低速駆動モードにおいては十分なセットリング時間があるため、同様にバイアス電流調整部３０によってカラムアンプ部２５ａへのバイアス電流を少ない電流に切り換えられ、カラムアンプ部における消費電力を低減することができる。

センサー部２２は、垂直走査回路２３によって駆動される。すなわち、駆動モードに応じて垂直走査回路２３からの選択された垂直選択パルスφＶにより画素の１行分が選択され、選択された１行分の画素信号は垂直信号線３３を通じてカラムＡＤＣ部２５に出力される。カラムＡＤＣ２５では、１行分の信号を受け、そのＣＤＳ部２５ｂで相関二重サンプリングが行われ、各画素固有のオフセット成分（固定パターンノイズ成分に相当する）を差し引いた信号が保持される。そして、水平走査回路２４から供給された水平走査パルスφＨ〔φＨ１、φＨ２、・・・φＨｎ〕により水平スイッチ素子が順次オンされることにより、カラムＡＤＣ部２５に保持された１行分の画素の信号は各画素毎にＡ／Ｄ変換され、水平信号線３４を通じてデジタル出力部２６に読み出される。デジタル出力部２６では、カラムＡＤＣ部２５からシリアルに入力される画像信号をパラレルな信号に変換されて出力端子ｔ_OUTよりデジタル信号として出力される。

このような第１の実施の形態に示す固体撮像装置２１においては、各カラム毎に設けたカラムアンプ部２５ａと、このアンプ部２５ａのバイアス電流を調整するバイアス電流調整部３０を有し、このバイアス電流調整部３０により複数の駆動モード信号に応じてカラムアンプ部２５ａのバイアス電流を変化させるようにしたので、低消費電力化と高速化を同時に図ることができる。
また、第１の実施の形態によれば、低消費電力化が可能になるので、熱電流の発生を抑え、固体撮像装置での暗電流の低減化を図ることもできる。特に、本実施形態の固体撮像装置２１を携帯機器等に搭載した場合に、消費電力の劇的な低減が図れ、且つクロック周波数を低くした駆動モードでのランダムノイズの低減が図れる。そして、ランダムノイズを低減できるので、間引きモード、切り出しモード、低速全画素読出しモード等、低駆動周波数による駆動モードでの画質、いわゆるＳ／Ｎ比、ダイナミックレンジ等を向上することができる。

次に、各カラム毎に設けたカラムアンプ部２５ａのバイアス電流を調節するバイアス電流調整部の具体例について図２、図３を参照して説明する。
図２に示すバイアス電流調整部３０１は、カレントミラー回路を応用して構成される。このバイアス電流調整部３０１では、第１、第２及び第３ＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２及びＱ３を有し、第１ＭＯＳトランジスタＱ１の一方の主電極が定電流源となる抵抗Ｒを介して電源Ｖｄｄに接続され、第１、第２、第３ＭＯＳトランジスタＱ１ 、Ｑ２及びＱ３の各ゲート電極が互いに共通接続されると共に、第１ＭＯＳトランジスタＱ１の一方の主電極と抵抗Ｒとの接続中点が各ＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３のゲート電極に接続される。第２ＭＯＳトランジスタＱ２の他方の主電極には第１スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱ４の一方の主電極が直列接続され、第３ＭＯＳトランジスタＱ３の他方の主電極には第２スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱ５の一方の主電極が直列接続される。そして、第１、第２スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱ４、Ｑ５の各他方の主電極と第１ＭＯＳトランジスタＱ１の他方の主電極とが接地され、第２及び第３ＭＯＳトランジスタＱ２及びＱ３の一方の主電極が共通接続されてバイアス電流出力端ｔBに接続されている。この例では、第１スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱ４のゲート電極にタイミング発生回路２７からの選択信号Ｐ１ が供給され、第２スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱ５のゲート電極にタイミング発生回路２７からの選択信号Ｐ２が供給される。各選択信号Ｐ１ 、Ｐ２は、夫々高レベルと低レベルの２値パルスで形成される。
抵抗Ｒと第１ＭＯＳトランジスタＱ１と第２ＭＯＳトランジスタＱ２と第１スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱ４とでカレントミラー回路が構成され、また、抵抗Ｒと第１ＭＯＳトランジスタＱ１と第３ＭＯＳトランジスタＱ３と第２スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱ５とでカレントミラー回路が構成される。

このバイアス電流調整部３０１においては、抵抗Ｒで電流を決め、その電流値をカレントミラー回路で折り返して端子ｔ_B にバイアス電流として出力する。ここで、第２及び第３ＭＯＳトランジスタＱ２、Ｑ３のゲート幅を適切に組み合わせることにより、電流０を含む４通りのバイアス電流を出力することができる。例えば、第２ＭＯＳトランジスタＱ２のゲート幅を、第１ＭＯＳトランジスタＱ１のゲート幅と同じにし、第３ＭＯＳトランジスタＱ３のゲート幅を第１ＭＯＳトランジスタＱ１のゲート幅の２倍にすれば、第１スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱ４をオンした時には１単位のバイアス電流が流れ、第１スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱ４をオフし第２スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱ５をオンした時には２倍のバイアス電流が流れ、両スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱ４、Ｑ５をオンした時には３倍のバイアス電流が流れる。スタンバイ（両スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱ４、Ｑ５をオフの状態：バイアス電流０）を含めると、４通りのバイアス電流に変えられる。

ＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３のゲート幅の取り方には自由度がある。このような回路構成により、タイミング発生回路２７からの選択信号Ｐ１、Ｐ２を適当に入力することで、バイアス電流を変えることができ、カラムアンプ部２５ａのバイアス電流が切り換えられる。図２において、破線で示す回路を追加すれば８通りのバイアス電流を変えることができる。

図３に示すバイアス電流調整部３０２もカレントミラー回路を応用している。このバイアス電流調整部３０２は、第１ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１、第２ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１２と、定電流源となる第１ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１３及び第２ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１４とを有して成る。そして、第１ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１の一方の主電極は、互いに並列接続された第１、第２ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１３、Ｑ１４を介して電源Ｖｄｄに接続され、第１及び第２ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１及びＱ１２のゲート電極が互いに共通接続されると共に、第１ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１の一方の主電極と両ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１３、Ｑ１４との接続中点が両ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１、Ｑ１２のゲート電極に接続される。第１、第２ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１１、Ｑ１２の他方の主電極は互いに接地され、第２ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１２の一方の主電極がバイアス電流出力端ｔBに接続される。この例では、第１ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１３のゲート電極にタイミング発生回路２７からの選択信号Ｐ１ が供給され、第２ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１４のゲート電極にタイミング発生回路２７からの選択信号Ｐ２が供給される。各選択信号Ｐ１、Ｐ２は、夫々高レベルと低レベルの２値パルスで形成される。

このバイアス電流調整部３０２においては、しきい値を適当に調節したｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１３、Ｑ１４で電流を決め、その電流値をカレントミラー回路で折り返して端子ｔB にバイアス電流として出力する。ここで、第１、第２ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１３、Ｑ１４のゲート幅を適切に設定し、タイミング発生回路２７からの２種類の選択信号Ｐ１、Ｐ２をｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１３、Ｑ１４に選択的に入力させ、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１３、Ｑ１４に流れる電流を制御することにより、図２に示すバイアス電流３０１の場合と同様に、第２ｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ１２に流れる電流が４通りとなり、電流０を含む４通りのバイアス電流を出力することができる。

（第２の実施の形態）
図４は、本発明にかかるＭＯＳ型固体撮像装置の第２実施の形態を示す構成図である。
この第２の実施の形態に示す固体撮像装置４１において、図１に示す第１実施の形態の固体撮像装置２１と同一の構成要素には同一符号を付してその構成説明を省略し、図１と異なるところを重点に述べる。
この第２の実施の形態に示す固体撮像装置４１において、図１と異なる点は、タイミング発生回路２７からのタイミングパルス信号に基づいて各カラムの垂直信号線３３に流れる電流量を別々に制御するバイアス電流調整部４２を備えるところにある。

バイアス電流調整部４２は、各カラムの各垂直信号線３３毎に設けられ垂直信号線３３に読み出された信号電荷を増幅するカラムアンプ部４２ａを有し、この各カラムアンプ部４２ａに加えられるバイアス電流は、駆動モード信号に応じて切り換えられるバイアス電流調整部４２により別々に調整され、これにより、各カラムの垂直信号線３３に流れる電流量を制御するように構成されている。

また、カラムＡＤＣ部２５は、各カラム毎に設けられ各画素のリセットレベルと信号レベルとの差分を取ることによりノイズ除去を行うＣＤＳ（相関二重サンプリング）機能、及びＡＧＣ（Auto Gain Control）機能とアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換機能を備えてなり、このカラムＡＤＣ部２５でデジタル量に変換された画素信号は水平走査回路２４によってデジタル出力部２６へ高速で転送され出力されるように構成されている。

このような第２の実施の形態に示す固体撮像装置４１においては、この各カラムアンプ部４２ａに加えられるバイアス電流をバイアス電流調整部４２により別々に調整することで、各カラムの垂直信号線３３に流れる電流量を制御する点が第１の実施の形態と異なるものの、駆動モード信号に応じてカラムアンプ部２５ａのバイアス電流を変化させること第１の実施の形態と同一である。したがって、この第２の実施の形態に示す固体撮像装置４１においても、上記第１の実施の形態と同様な作用効果が得られる。

（第３実施の形態）
次に、本実施の形態に示した固体撮像装置を動画撮影可能なビデオカメラや携帯電話に内蔵されるカメラ等の撮像装置に適用した場合の例について図５を参照して説明する。
図５において、撮像装置５０は、固体撮像装置５１と、この固体撮像装置５１に被写体からの入射光を導く光学系５２と、固体撮像装置５１からの出力信号を処理する信号処理部５３と、固体撮像装置５１を駆動する駆動回路５４と、信号処理部５３により処理された画像データを表示する液晶表示器等からなる表示部５５と、信号処理部５３により処理された画像データを記録媒体に記録する記録部５６を含んで構成されている。
上記撮像装置５０において、固体撮像装置５１には、前記各実施の形態に示す固体撮像装置が使用される。

駆動回路５４は、固体撮像装置５１の転送動作および固体撮像装置５１に内蔵されたシャッタ装置（図示せず）のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路５４から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置５１の電荷転送を行う。信号処理部５３は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた画像データは記録部５６の記憶媒体に記憶され、また、表示部５５に出力され画像として表示される。

このような撮像装置によれば、上述した実施の形態にかかる固体撮像装置を用いることにより、低消費電力化と高速化を同時に図ることができるとともに、低消費電力化が可能になることにより、熱電流の発生が抑えられ、固体撮像装置での暗電流の低減化を図ることもでき、高画質の撮像画像を得ることができるほか、高画質の撮像装置を提供できる。

本発明にかかる固体撮像装置の第１実施の形態を示す構成図である。 本発明の固体撮像装置に適用されるバイアス電流調整部の一例を示す回路図である。 本発明の固体撮像装置に適用されるバイアス電流調整部の他の例を示す回路図である。 本発明にかかる固体撮像装置の第２実施の形態を示す構成図である。 本発明の実施の形態による固体撮像装置を用いた撮像装置の構成例を示すブロック図である。 従来の固体撮像装置を示す構成図である。

２１，４１……固体撮像装置、２２……センサー部、２３……垂直走査回路、２４……水平走査回路、２５……カラムＡＤＣ部、２５ａ……カラムアンプ部、２５ｂ……ＣＤＳ部、２６……デジタル出力部、２７……タイミング発生回路、２８……シリアルインターフェイス、２９……分周回路、３０、４２……バイアス電流調整部、４２ａ……カラムアンプ部、５０……撮像装置、５１……固体撮像装置、５２……光学系、５３……信号処理部、５４……駆動回路、５５……表示部、５６……記録部。

Claims (6)

1. 複数の画素が配列されたセンサー部と、
   前記センサー部の画素を走査する垂直走査部及び水平走査部と、
   前記センサー部のカラムに対応する各垂直信号線毎に設けられ該垂直信号線に読み出された信号電荷を増幅するカラムアンプ部と、
   前記カラムアンプ部のバイアス電流を可変して前記垂直信号線に流れる電流を制御するバイアス電流調整部と、
   前記垂直信号線に読み出され前記カラムアンプ部で増幅された信号電荷を画像信号に処理して出力する信号処理部と、
   前記信号処理部から出力された信号が供給される出力部と、
   前記垂直走査部、前記水平走査部、前記信号処理部及び前記出力部にタイミングパルス信号を供給するタイミング信号発生部と、
   前記タイミング信号発生部に複数の駆動モード信号を供給する入力部とを有し、
   前記複数の駆動モード信号に応じて前記タイミング信号発生部から出力される前記タイミングパルス信号の駆動周波数に基づいて、前記バイアス電流調整部から前記カラムアンプ部に供給されるバイアス電流を変化させて前記垂直信号線に流れる電流を制御し、
   前記タイミングパルス信号の駆動周波数が低く前記画像信号の低速転送を行う駆動モードの場合には、前記バイアス電流調整部から前記カラムアンプ部に供給されるバイアス電流を低電流に制御し、
   前記タイミングパルス信号の駆動周波数が高く前記画像信号の高速転送を行う駆動モードの場合には、前記バイアス電流調整部から前記カラムアンプ部に供給されるバイアス電流を、転送開始時には高電流とし、転送時間中の途中に低電流に切り替える、
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記信号処理部は、各画素のリセットレベルと信号レベルとの差分を取ることによりノイズ除去を行うＣＤＳ機能と、ＡＧＣ機能及びアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換機能を備えることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記出力部に前記信号処理部でデジタル量に変換された画素信号が前記水平走査部によって高速で転送されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
4. 被写体を撮像する固体撮像装置と、
   前記固体撮像装置に被写体からの入射光を導く撮像光学系と、
   前記固体撮像装置からの出力信号を処理する信号処理部とを備え、
   前記固体撮像装置は、
   複数の画素が配列されたセンサー部と、
   前記センサー部の画素を走査する垂直走査部及び水平走査部と、
   前記センサー部のカラムに対応する各垂直信号線毎に設けられ該垂直信号線に読み出された信号電荷を増幅するカラムアンプ部と、
   前記カラムアンプ部のバイアス電流を可変して前記垂直信号線に流れる電流を制御するバイアス電流調整部と、
   前記垂直信号線に読み出され前記カラムアンプ部で増幅された信号電荷を画像信号に処理して出力する信号処理部と、
   前記信号処理部から出力された信号が供給される出力部と、
   前記垂直走査部、前記水平走査部、前記信号処理部及び前記出力部にタイミングパルス信号を供給するタイミング信号発生部と、
   前記タイミング信号発生部に複数の駆動モード信号を供給する入力部とを有し、
   前記複数の駆動モード信号に応じて前記タイミング信号発生部から出力される前記タイミングパルス信号の駆動周波数に基づいて、前記バイアス電流調整部から前記カラムアンプ部に供給されるバイアス電流を変化させて前記垂直信号線に流れる電流を制御し、
   前記タイミングパルス信号の駆動周波数が低く前記画像信号の低速転送を行う駆動モードの場合には、前記バイアス電流調整部から前記カラムアンプ部に供給されるバイアス電流を低電流に制御し、
   前記タイミングパルス信号の駆動周波数が高く前記画像信号の高速転送を行う駆動モードの場合には、前記バイアス電流調整部から前記カラムアンプ部に供給されるバイアス電流を、転送開始時には高電流とし、転送時間中の途中に低電流に切り替える、
   ことを特徴とする撮像装置。
5. 前記信号処理部は、各画素のリセットレベルと信号レベルとの差分を取ることによりノイズ除去を行うＣＤＳ機能と、ＡＧＣ機能及びアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換機能を備えることを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
6. 前記出力部に前記信号処理部でデジタル量に変換された画素信号が前記水平走査部によって高速で転送されるように構成されていることを特徴とする請求項４記載の撮像装置。

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