(57)【要約】【課題】それぞれのシーンに最適な入力電圧レンジで撮影できる固体撮像装置を提供する。【解決手段】固体撮像装置１は、行列状に配列された複数の画素１１ａと、画素１１ａの列に対応して設けられた複数の垂直信号線１３と、複数の垂直信号線１３のそれぞれに設けられた列増幅回路１４ａとを備え、列増幅回路１４ａは、複数の垂直信号線１３のうちの対応する垂直信号線１３からの信号を増幅する増幅トランジスタＮＭ５と、第１電流源トランジスタＰＭ１と、第１電流源トランジスタＰＭ１とカスコード接続され、増幅トランジスタＮＭ５に電流を供給する第２電流源トランジスタＰＭ２とを有し、固体撮像装置１は、第２電流源トランジスタＰＭ２のソースとドレインを短絡するか否かを切り替える切替部１００をさらに備える。【選択図】図２
2011029726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像装置であって、
行列状に配列され、入射光の強度に応じた信号を出力する複数の画素と、
前記画素の列に対応して設けられ、前記画素からの信号を列方向に伝達する複数の垂直信号線と、
前記複数の垂直信号線のそれぞれに設けられた列増幅回路とを備え、
前記列増幅回路は、
前記複数の垂直信号線のうちの対応する前記垂直信号線からの信号を増幅する増幅トランジスタと、
第１電流源トランジスタと、
前記第１電流源トランジスタとカスコード接続され、前記増幅トランジスタに電流を供給する第２電流源トランジスタとを有し、
前記固体撮像装置は、
前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの一方のソースとドレインを短絡するか否かを切り替える切替部をさらに備える
固体撮像装置。
【請求項２】
前記増幅トランジスタは、ソースがグランドに接続されたｎ型のＭＯＳトランジスタにより構成され、
前記第１電流源トランジスタは、ソースが電源に接続されたｐ型のＭＯＳトランジスタにより構成され、
前記第２電流源トランジスタは、ドレインが前記増幅トランジスタのドレインに接続されソースが前記第１電流源トランジスタのドレインに接続されたｐ型のＭＯＳトランジスタにより構成される
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記切替部は、
前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方のゲートに印加される電圧として、グランド電圧または電源電圧を印加するか、バイアス電圧を印加するかを切り替える
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記固体撮像装置は、
前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方のゲートに印加される電圧を生成するバイアス回路をさらに備え、
前記バイアス回路は、
ゲートが前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方のゲートに接続されソースが電源またはグランドに接続された第３電流源トランジスタと、
ドレインが前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方のゲートおよび前記第３電流源トランジスタのゲートに接続されソースがグランドまたは電源に接続された電流源負荷トランジスタとを有し、
前記切替部は、
ソースが前記第３電流源トランジスタのドレインに接続され、ドレインが前記第３電流源トランジスタのゲートおよび前記電流源負荷トランジスタのドレインに接続されたスイッチトランジスタで構成され、
外部からゲートに供給される制御信号により、前記バイアス回路から出力される電圧として、グランド電圧または電源電圧を出力するか、バイアス電圧を出力するかを切り替える
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記切替部は、
ソースおよびドレインが前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方のソースおよびドレインにそれぞれ接続され、外部からゲートに供給される制御信号により、前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方のソースとドレインを短絡するスイッチトランジスタで構成される
請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記スイッチトランジスタのゲートアスペクト比は、前記スイッチトランジスタによりソースとドレインが短絡される前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方のゲートアスペクト比と同じ若しくはそれ以上となる
請求項４または５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置を備えているカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置およびそれを備えたカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）センサを用いた固体撮像装置に代わる固体撮像装置として、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサを用いた固体撮像装置が主流になりつつある。
【０００３】
一般的なＣＣＤセンサは、行列状に配置された受光素子であるＰＤ（フォトダイオード）で入射光によって生成、蓄積された信号電荷Ｑを、複数の高電圧からなる転送パルスによって垂直、水平方向に転送し、センサ出力端に設けられたＦＤＡ（フローティングディフュージョンアンプ）でＱ−Ｖ（電荷−電圧）変換して信号を出力する。
【０００４】
これに対し、一般的なＭＯＳセンサは、行列状に配置された画素にそれぞれ受光素子であるＰＤとＦＤＡを設けることで、入射光によってＰＤで生成、蓄積された信号電荷Ｑを、画素毎にＱ−Ｖ変換し、単一電源で構成された出力回路を通って信号を出力する。
【０００５】
近年、ＭＯＳセンサが主流になってきたのは、ＣＣＤでは信号を読み出すのに複数の高電圧からなる転送パルスが必要であるのに対し、ＭＯＳセンサでは単一電源で信号を読み出すことができ、消費電力を抑えることができるためである。またＣＣＤのように特殊な製造プロセスを必要としないため、アナログ回路、デジタル回路を同一チップ内に配置でき、映像信号の処理が容易に実現できるためである。
【０００６】
また最近のＭＯＳセンサでは、列毎に画素からの信号を増幅する増幅回路を備えるものがある。例えば、一般的なＭＯＳセンサが列毎に画素で発生するＦＰＮ（固定パターンノイズ）を除去するための列ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関２重サンプリング）回路や、信号を増幅して出力するための出力アンプ回路を設けている。これは、これらの出力回路で発生するノイズに対して、画素信号を増幅し、高Ｓ／Ｎ（信号／ノイズ比）を実現するためである。
【０００７】
図１３に増幅回路を備えた一般的なＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置のブロック図を示す。
【０００８】
同図に示すように、固体撮像装置２００は、ＭＯＳセンサにより構成され行列状に配置された複数の画素２０１ａを備える画素アレイ２０１と、行ごとに画素２０１ａを選択する垂直走査回路２０２と、列ごとに設けられ、一列の画素２０１ａに共通に接続された垂直信号線２０３と、垂直信号線２０３のそれぞれと接続された列増幅回路２０４を備えている。列増幅回路２０４の出力は列ＣＤＳ回路２０５に接続されており、水平走査回路２０６からの選択信号を使って水平共通信号線２０７に順次読み出しを行う。水平共通信号線２０７には、出力アンプ回路２０８が接続されており、増幅された信号が順次出力され、出力画像が得られる。
【０００９】
また、特許文献１に列増幅回路２０４の消費電流を一定にするための手段として、列増幅回路２０４が有する電流源トランジスタに電流源カスコードトランジスタを設ける従来技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２５２５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に開示された従来技術では、電流源トランジスタに電流源カスコードトランジスタを配置すると、列増幅回路の入力電圧レンジ（ダイナミックレンジ）が小さくなり、入力電圧レンジが撮影するシーンに最適でない場合が発生するという課題を有している。ここでいうシーンとは、センサ出力を増幅するような暗い被写体を撮像する状態と、それ以外の明るい被写体を撮像する状態のことを表す。
【００１２】
前記課題を鑑み、本発明は、それぞれのシーンに最適な入力電圧レンジで撮影できる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を鑑みて、本発明の一形態における固体撮像装置は、行列状に配列され、入射光の強度に応じた信号を出力する複数の画素と、前記画素の列に対応して設けられ、前記画素からの信号を列方向に伝達する複数の垂直信号線と、前記複数の垂直信号線のそれぞれに設けられた列増幅回路とを備え、前記列増幅回路は、前記複数の垂直信号線のうちの対応する前記垂直信号線からの信号を増幅する増幅トランジスタと、第１電流源トランジスタと、前記第１電流源トランジスタとカスコード接続され、前記増幅トランジスタに電流を供給する第２電流源トランジスタとを有し、前記固体撮像装置は、前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの一方のソースとドレインを短絡するか否かを切り替える切替部をさらに備える。
【００１４】
この構成によれば、切替部により、シーンによって前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方のソースとドレインを短絡するか否かを切り替えることが可能となり、列増幅回路を消費電流の変動が小さい状態または入力電圧レンジが大きい状態に切り替えて、それぞれのシーンに最適な入力電圧レンジで撮影することができる。また、前記増幅トランジスタは、ソースがグランドに接続されたｎ型のＭＯＳトランジスタにより構成され、前記第１電流源トランジスタは、ソースが電源に接続されたｐ型のＭＯＳトランジスタにより構成され、前記第２電流源トランジスタは、ドレインが前記増幅トランジスタのドレインに接続されソースが前記第１電流源トランジスタのドレインに接続されたｐ型のＭＯＳトランジスタにより構成されるようにしてもよい。
【００１５】
また、前記切替部は、前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方のゲートに印加される電圧として、グランド電圧または電源電圧を印加するか、バイアス電圧を印加するかを切り替えるようにしてもよい。
【００１６】
また、前記固体撮像装置は、前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方のゲートに印加される電圧を生成するバイアス回路をさらに備え、前記バイアス回路は、ゲートが前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方のゲートに接続され、ソースが電源またはグランドに接続された第３電流源トランジスタと、ドレインが前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方のゲートおよび前記第３電流源トランジスタのゲートに接続されソースがグランドまたは電源に接続された電流源負荷トランジスタとを有し、前記切替部は、ソースが前記第３電流源トランジスタのドレインに接続され、ドレインが前記第３電流源トランジスタのゲートおよび前記電流源負荷トランジスタのドレインに接続されたスイッチトランジスタで構成され、外部からゲートに供給される制御信号により、前記バイアス回路から出力される電圧として、グランド電圧または電源電圧を出力するか、バイアス電圧を出力するかを切り替えるようにしてもよい。
【００１７】
この構成によれば、前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方のゲートに印加される電圧として、グランド電圧または電源電圧を出力するか、バイアス電圧を出力するかを切り替えることによって、前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方の使用状態を切り替えることが可能となり、列増幅回路を消費電流の変動が小さい状態または入力電圧レンジが大きい状態に切り替えて、それぞれのシーンに最適な入力電圧レンジで撮影することができる。
【００１８】
また、前記切替部は、ソースおよびドレインが前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方のソースおよびドレインにそれぞれ接続され、外部からゲートに供給される制御信号により、前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方のソースとドレインを短絡するスイッチトランジスタで構成されるようにしてもよい。
【００１９】
この構成によれば、切替部により前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方のソースとドレインを短絡することによって、前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方の使用状態を切り替えることが可能となり、列増幅回路を消費電流の変動が小さい状態または入力電圧レンジが大きい状態に切り替えて、それぞれのシーンに最適な入力電圧レンジで撮影することができる。
【００２０】
また、前記スイッチトランジスタのゲートアスペクト比は、前記スイッチトランジスタによりソースとドレインが短絡される前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方のゲートアスペクト比と同じ若しくはそれ以上となるようにしてもよい。
【００２１】
この構成によれば、簡易な回路構成で前記第１電流源トランジスタおよび前記第２電流源トランジスタの前記一方の使用状態を容易に切り替えることができる。
【００２２】
また、本発明は、固体撮像装置として実現できるだけでなく、上記した構成を備えるカメラとして実現することもできる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、それぞれのシーンに最適な入力電圧レンジで撮影することができる固体撮像装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素、列増幅回路、バイアス回路の詳細な構成を示す回路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素、列増幅回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置における列増幅回路の入力信号と消費電流の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の画素及び列増幅回路の詳細な構成を示す回路図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の変形例の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る撮像装置（カメラシステム）の一例を表す構成を示す図である。
【図９】本発明の比較例に係る固体撮像装置の画素及び列増幅回路の構成を示す回路図である。
【図１０】本発明の比較例に係る固体撮像装置の画素及び列増幅回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】本発明の比較例に係る固体撮像装置における列増幅回路の入力信号と消費電流の関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の比較例に係る固体撮像装置の横帯状のノイズが現れた出力画像の一例を示す図である。
【図１３】従来の一般的な列増幅回路を備える一般的な固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を説明する。本実施形態では、本発明の切替部として、列増幅回路が有する第２電流源トランジスタのソースとドレインを短絡するか否かを切り替えるスイッチ素子を備える固体撮像装置について説明する。これにより、それぞれのシーンに最適な入力電圧レンジで撮影することができる固体撮像装置を提供することが可能である。
【００２６】
まず、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１の構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るＭＯＳ型の固体撮像装置１の構成を示すブロック図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施の形態にかかる固体撮像装置１は、入射光の強度に応じた信号を出力する画素１１ａが行列状に複数個配置された画素回路（画素アレイ）１１と、行単位で画素１１ａを選択する垂直走査回路１２と、画素１１ａの列に対応して設けられ、各列の画素１１ａに共通に接続された垂直信号線１３と、複数の垂直信号線１３のそれぞれと接続され、対応する画素１１ａからの信号を増幅する列増幅回路１４ａを備えた列増幅回路部１４と、列ＣＤＳ回路１５と、水平走査回路１６と、水平共通信号線１７及び出力アンプ回路１８とを備えている。また、列増幅回路部１４にバイアス電圧を印加して列増幅回路部１４の入力電圧レンジを切り替えるバイアス回路１９と、バイアス回路１９から列増幅回路部１４に印加するバイアス電圧として、グランド電圧または電源電圧を印加するか、バイアス電圧を印加するかを切り替えるスイッチ素子１００とを備えている。
【００２８】
垂直信号線１３は、画素１１ａから出力された信号を列方向に伝達する。スイッチトキャパシタアンプから構成される列増幅回路部１４の出力は列ＣＤＳ回路１５に接続されており、水平走査回路１６からの選択信号を使って出力信号が水平共通信号線１７に順次読み出される。水平共通信号線１７には、出力アンプ回路１８が接続されており増幅された出力信号が固体撮像装置１から出力され、出力画像が得られる。
【００２９】
図２は、本実施形態に係る画素回路１１、列増幅回路部１４、バイアス回路１９の詳細な構成を示した回路図である。尚、各垂直信号線１３には垂直走査線Ｓ０〜Ｓｎに対応する数の画素１１ａが並列に接続された画素列１１ｘが構成されているが、今回は回路図の簡略化のため、１画素分の画素１１ａの回路とその列に接続される列増幅回路１４ａおよびバイアス回路１９のみを示す。
【００３０】
同図に示すように、画素１１ａは、入射光に応じた信号電荷を生成、蓄積するフォトダイオードＰＤ１と、フォトダイオードＰＤ１から転送された信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョンＦＤ１を有している。フォトダイオードＰＤ１とフローティングディフュージョンＦＤ１との間には電荷転送トランジスタＮＭ１が設けられ、フローティングディフュージョンＦＤ１と電源信号線ＰＩＸＰＯＷとの間にはリセットトランジスタＮＭ２が設けられている。また、電荷転送トランジスタＮＭ１のゲートは転送信号線ＴＲに接続され、リセットトランジスタＮＭ２のゲートはリセット信号線ＲＳに接続されている。フローティングディフュージョンＦＤ１は、垂直信号線１３と電源信号線ＰＩＸＰＯＷとの間に接続された増幅トランジスタＮＭ３のゲートと接続されている。また、増幅トランジスタＮＭ３は、垂直信号線１３に接続された電流源負荷トランジスタＮＭ４と共にソースフォロア回路を形成し、フォトダイオードＰＤ１からフローティングディフュージョンＦＤ１に転送された信号電荷に応じた信号電圧を垂直信号線１３に出力する。
【００３１】
また垂直信号線１３には、列増幅回路１４ａが接続されている。列増幅回路１４ａは、垂直信号線１３からの信号を増幅する増幅トランジスタＮＭ５と、ドレインが増幅トランジスタＮＭ５のドレインに接続された電流源カスコード（シールド）トランジスタＰＭ２と、ドレインが電流源カスコードトランジスタＰＭ２のソースに接続されソースが電源に接続された電流源トランジスタＰＭ１とを備えている。また、列増幅回路１４ａは、入力容量Ｃｉｎと、帰還容量Ｃｆｂと、増幅トランジスタＮＭ５と、クランプトランジスタＮＭ６とを備えている。なお、増幅トランジスタＮＭ５、電流源トランジスタＰＭ１、電流源カスコードトランジスタＰＭ２が、それぞれ本発明における増幅トランジスタ、第１電流源トランジスタ、第２電流源トランジスタに相当する。
【００３２】
また、電流源トランジスタＰＭ１のゲート及び電流源カスコードトランジスタＰＭ２のゲートには、バイアス回路１９が接続され、電流源トランジスタＰＭ１のゲートには電圧Ｖｃｕｒ、電流源カスコードトランジスタＰＭ２のゲートには電圧Ｖｃａｓがそれぞれ印加される。
【００３３】
バイアス回路１９は、電流源Ｉ１、ＭＯＳトランジスタＮＭ７、ＮＭ８、ＮＭ９、ＰＭ３、ＰＭ４、ＰＭ５により構成されたカレントミラー回路と、スイッチ素子１００とを備えている。スイッチ素子１００は、ソースが電流源トランジスタＰＭ１５のドレインに接続され、ドレインがＭＯＳトランジスタＰＭ５のゲートおよびＭＯＳトランジスタＮＭ８のドレインに接続されたスイッチトランジスタＰＭ６で構成され、スイッチトランジスタＰＭ６のゲートには、外部から制御信号Ｖｓｅｌが与えられ、バイアス回路１９から列増幅回路１４ａの電流源カスコードトランジスタＰＭ２のゲートに印加される電圧Ｖｃａｓを、所定のバイアス電圧（“Ｈｉｇｈ”レベルの信号）またはほぼグランドの電圧（“Ｌｏｗ”レベルの信号）に切り替える構成となっている。ここで、スイッチ素子１００が、本発明における切替部に相当し、ＭＯＳトランジスタＰＭ５、ＭＯＳトランジスタＮＭ８がそれぞれ本発明における第３電流源トランジスタ、電流源負荷トランジスタに相当する。
【００３４】
なお、本実施形態では、電流源カスコードトランジスタＰＭ２としてｐ型のＭＯＳトランジスタを使用し、電流源カスコードトランジスタＰＭ２のゲートに印加される電圧Ｖｃａｓを、所定のバイアス電圧（“Ｈｉｇｈ”レベルの信号）またはほぼグランドの電圧（“Ｌｏｗ”レベルの信号）に切り替える構成としているが、電流源カスコードトランジスタＰＭ２としてｎ型のＭＯＳトランジスタを使用し、電流源カスコードトランジスタＰＭ２のゲートに印加される電圧Ｖｃａｓを、所定のバイアス電圧（“Ｌｏｗ”レベルの信号）またはほぼ電源の電圧（“Ｈｉｇｈ”レベルの信号）に切り替える構成としてもよい。
【００３５】
この列増幅回路１４ａの増幅率Ａｃは、
【数１】
2011029726.tif 000003
で表される。
【００３６】
次に、本発明における画素回路１１ａと列増幅回路１４ａの動作について図３のタイミングチャートを使って説明する。
【００３７】
まずｔ１〜ｔ２のタイミングで、リセット信号線ＲＳに“Ｈｉｇｈ”レベルの信号を与え、画素回路１１ａ内のフローティングディフュージョンＦＤ１を電源信号線ＰＩＸＰＯＷの電圧にリセットする。同時に列増幅回路１４ａのクランプトランジスタＮＭ６のゲートに接続されたリセット信号線ＣＬに“Ｈｉｇｈ”レベルの信号を与え、クランプトランジスタＮＭ６をＯＮにして列増幅回路１４ａのリセットを行い、ｔ３のタイミングでリセット信号線ＣＬに“Ｌｏｗ”レベルの信号を与え、クランプトランジスタＮＭ６のリセットを解除する。その後、ｔ４〜ｔ５のタイミングで、転送信号線ＴＲに“Ｈｉｇｈ”レベルの信号を与え、画素回路１１ａ内の電荷転送トランジスタＮＭ１のゲートをＯＮすることでフォトダイオードＰＤ１に蓄積された信号電荷ＱをフローティングディフュージョンＦＤ１に転送する。すると信号電荷ＱはＦＤ容量ＣｆｄによりＱ−Ｖ変換され、
【数２】
2011029726.tif 000004
の信号が垂直信号線１３に出力され、列増幅回路１４ａでは更にこの信号をＡｃ倍に増幅した信号
【数３】
2011029726.tif 000005
が出力端子Ｖｏｕｔに出力される。但し、ソースフォロア回路のゲインを１としている。
【００３８】
ここで、スイッチ素子１００の動作について説明する。
【００３９】
図４は、列増幅回路１４ａの入力信号Ｖｉｎと消費電流Ｉａｍｐの関係を表したグラフであり、スイッチ素子１００は、電流源カスコードトランジスタＰＭ２の使用状態（図４に示すカスコードトランジスタあり、または、カスコードトランジスタなし）を切り替える動作をする。
【００４０】
Ｖｓｅｌを電源にした（カスコードトランジスタがない、つまり電流源カスコードトランジスタＰＭ２が消費電流Ｉａｍｐの変動を抑制するように動作していない状態）場合は、図４のグラフに破線で示すように、入力信号Ｖｉｎに応じた消費電流Ｉａｍｐの変動が大きくなる。
【００４１】
具体的には、スイッチ素子１００のクランプトランジスタＮＭ６のゲートに印加される制御信号Ｖｓｅｌを電源に接続すると、スイッチトランジスタＰＭ６がＯＦＦになり、電流源カスコードトランジスタＰＭ２のゲートにはほぼグランドの電圧（“Ｌｏｗ”レベルの信号）が与えられ、電流源カスコードトランジスタＰＭ２はＯＮになり、電流源カスコードトランジスタＰＭ２のソースとドレインが短絡して電流が流れ、電流源カスコードトランジスタＰＭ２が消費電流Ｉａｍｐの変動を抑制するように動作していない状態となる。
【００４２】
このときの列増幅回路１４ａの入力信号Ｖｉｎに応じた消費電流Ｉａｍｐは、図４のグラフに破線で示すように一定でなく変動（減少）する。
【００４３】
またＶｓｅｌをグランドにした（カスコードトランジスタがある、つまり電流源カスコードトランジスタＰＭ２が消費電流Ｉａｍｐの変動を抑制するように動作している状態）場合は、図４のグラフに実線で示すように、入力信号Ｖｉｎに応じた消費電流Ｉａｍｐの変動を十分に抑制できるが、回路ダイナミックレンジが小さくなる。
【００４４】
具体的には、スイッチ素子１００のクランプトランジスタＮＭ６のゲートに印加される制御信号Ｖｓｅｌをグランドに接続すると、スイッチトランジスタＰＭ６がＯＮ状態になり、電流源カスコードトランジスタＰＭ２のゲートには所定のバイアス電圧（“Ｈｉｇｈ”レベルの信号）が与えられ、電流源カスコードトランジスタＰＭ２に流れる電流が減少し、電流源カスコードトランジスタＰＭ２が消費電流Ｉａｍｐの変動を抑制するように動作している状態となる。
【００４５】
このときの列増幅回路１４ａの入力信号Ｖｉｎに応じた消費電流Ｉａｍｐは、図４のグラフに実線で示すようにほぼ一定となるが、入力信号Ｖｉｎに対する入力電圧レンジＤＲが小さくなるので、入力電圧レンジが撮影するシーンに最適でない場合が発生する。
【００４６】
したがって、シーンが明るい場合には、入力信号Ｖｉｎに対する入力電圧レンジＤＲを大きくするために、上記したようにスイッチ素子１００に与える制御信号Ｖｓｅｌを電源に接続してスイッチ素子１００をＯＦＦにし、電流源カスコードトランジスタＰＭ２のソースとドレインを短絡することにより、電流源カスコードトランジスタＰＭ２がない状態にして、列増幅回路１４ａを入力信号Ｖｉｎに対する入力電圧レンジＤＲが大きい状態に切り替える。
【００４７】
また、シーンが暗い場合には、入力信号Ｖｉｎに対する入力電圧レンジＤＲを大きくしなくてよいので、上記したようにスイッチ素子１００に与える制御信号Ｖｓｅｌをグランドに接続してスイッチ素子１００をＯＮにし、電流源カスコードトランジスタＰＭ２がある状態にして、列増幅回路１４ａを消費電流Ｉａｍｐの変動が小さい状態に切り替える。
【００４８】
このように本発明によれば、スイッチ素子１００のＯＮ、ＯＦＦにより、シーンによって電流源カスコードトランジスタＰＭ２の使用状態を切り替えることにより、列増幅回路１４ａを入力信号Ｖｉｎに対する入力電圧レンジＤＲが大きい状態または消費電流Ｉａｍｐの変動が小さい状態に切り替えて、それぞれのシーンに最適な入力電圧レンジで撮影することが可能である。
【００４９】
なお、上記した実施形態では、第２電流源トランジスタである電流源カスコードトランジスタのソースとドレインを短絡するか否かを切り替える構成について説明しているが、第１電流源トランジスタのソースとドレインを短絡するか否かを切り替える構成であってもよい。
【００５０】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、本発明の切替部として、ソースが第２電流源トランジスタのソースに接続され、ドレインが第２電流源トランジスタのドレインに接続され、外部からゲートに供給される制御信号により、第２電流源トランジスタのソースとドレインを短絡するか否かを切り替えるスイッチ素子１１０を備える点である。これにより、それぞれのシーンに最適な入力電圧レンジで撮影することができる固体撮像装置を提供することが可能である。
【００５１】
図５は、本実施形態に係るＭＯＳ型の固体撮像装置２の構成を示すブロック図である。固体撮像装置２は、第１の実施形態の固体撮像装置１の列増幅回路１４ａとは異なる構成の列増幅回路２４ａを備えた列増幅回路部２４を有し、複数の画素２１ａを行列状に配置した画素回路（画素アレイ）２１と、垂直走査回路２２と、垂直信号線２３と、列ＣＤＳ回路２５と、水平走査回路２６と、水平共通信号線２７と、出力アンプ回路２８とを備えている。列増幅回路２４の出力は列ＣＤＳ回路２５に接続されており、水平走査回路２６からの選択信号を使って出力信号が水平共通信号線２７に順次読み出される。また、列増幅回路部２４にバイアス電圧を印加して列増幅回路部２４の入力電圧レンジを切り替えるバイアス回路２９を備えている。
【００５２】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る画素回路２１、列増幅回路部２４、バイアス回路２９の詳細な構成を示した回路図である。尚、各垂直信号線２３には垂直走査線Ｓ０〜Ｓｎに対応する数の画素２１ａが並列に接続された画素列２１ｘが構成されているが、今回は回路図の簡略化のため、１画素分の画素２１ａとその列に接続される列増幅回路２４ａおよびバイアス回路２９のみを示す。
【００５３】
同図に示すように、画素回路２１ａは、入射光に応じた信号電荷を生成、蓄積するフォトダイオードＰＤ１１と、フォトダイオードＰＤ１１から転送された信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョンＦＤ１１を有している。フォトダイオードＰＤ１１とフローティングディフュージョンＦＤ１１との間には電荷転送トランジスタＮＭ１１が設けられ、フローティングディフュージョンＦＤ１１と電源信号線ＰＩＸＰＯＷとの間にはリセットトランジスタＮＭ１２が設けられている。また、転送トランジスタＮＭ１１のゲートは転送信号線ＴＲに接続され、リセットトランジスタＮＭ１２のゲートはリセット信号線ＲＳに接続されている。フローティングディフュージョンＦＤ１１は、垂直信号線２３と電源信号線ＰＩＸＰＯＷとの間に接続された増幅トランジスタＮＭ１３のゲートと接続されている。また、増幅トランジスタＮＭ１３は、垂直信号線２３に接続された電流源負荷トランジスタＮＭ１４と共にソースフォロア回路を形成し、フォトダイオードＰＤ１１からフローティングディフュージョンＦＤ１１に転送された信号電荷に応じた信号電圧を垂直信号線２３に出力する。
【００５４】
また垂直信号線２３には、列増幅回路２４ａが接続されている。列増幅回路２４ａは、垂直信号線２３からの信号を増幅する増幅トランジスタＮＭ１５と、ドレインが増幅トランジスタＮＭ１５のドレインに接続された電流源カスコード（シールド）トランジスタＰＭ１２と、ドレインが電流源カスコードトランジスタＰＭ１２のソースに接続されソースが電源に接続された電流源トランジスタＰＭ１１とを備えている。
【００５５】
また、電流源カスコードトランジスタＰＭ１２と並列に、スイッチ素子１１０が配置されている。スイッチ素子１１０は、ソースが電流源カスコードトランジスタＰＭ１２のソースに接続され、ドレインが電流源カスコードトランジスタＰＭ１２のドレインに接続され、外部からゲートに供給される制御信号Ｖｓｅｌにより、電流源カスコードトランジスタＰＭ１２のソースとドレインを短絡するスイッチトランジスタＰＭ１６で構成されている。
【００５６】
また、列増幅回路２４ａは、入力容量Ｃｉｎと、帰還容量Ｃｆｂと、増幅トランジスタＮＭ１５と、クランプトランジスタＮＭ１６とを備えている。
【００５７】
また、電流源トランジスタＰＭ１１のゲート及び電流源カスコードトランジスタＰＭ１２のゲートには、電流源Ｉ１１、ＭＯＳトランジスタＮＭ１７、ＮＭ１８、ＮＭ１９、ＰＭ１３、ＰＭ１４、ＰＭ１５により構成されたカレントミラー回路を備えたバイアス回路２９の出力がそれぞれ接続されており、バイアス回路２９から電流源トランジスタＰＭ１１ゲートには電圧Ｖｃｕｒ、電流源カスコードトランジスタＰＭ１２には電圧Ｖｃａｓがそれぞれ印加される。
【００５８】
なお、スイッチ素子１１０が、本発明における切替部に相当し、増幅トランジスタＮＭ１５、電流源トランジスタＰＭ１１、電流源カスコードトランジスタＰＭ１２、ＭＯＳトランジスタＰＭ１５、ＭＯＳトランジスタＮＭ１８がそれぞれ本発明における増幅トランジスタ、第１電流源トランジスタ、第２電流源トランジスタ、第３電流源トランジスタ、電流源負荷トランジスタに相当する。
【００５９】
この増幅回路の増幅率Ａｃは、
【数４】
2011029726.tif 000006
で表される。
【００６０】
本発明における画素回路２１ａと列増幅回路２４ａの動作は第１の実施形態と同様であり、図３のタイミングチャートを使って説明する。
【００６１】
まずｔ１〜ｔ２のタイミングで、リセット信号線ＲＳに“Ｈｉｇｈ”レベルの信号を与え、画素回路２１ａ内のフローティングディフュージョンＦＤ１１を電源信号線ＰＩＸＰＯＷの電圧にリセットする。同時に列増幅回路２４のクランプトランジスタＮＭ１６のゲートに接続されたリセット信号線ＣＬに“Ｈｉｇｈ”レベルの信号を与え、クランプトランジスタＮＭ１６をＯＮにして列増幅回路２４ａのリセットを行い、ｔ３のタイミングでリセット信号線ＣＬに“Ｌｏｗ”レベルの信号を与え、クランプトランジスタＮＭ１６のリセットを解除する。その後、ｔ４〜ｔ５のタイミングで、転送信号線ＴＲに“Ｈｉｇｈ”レベルの信号を与え、画素回路２１ａ内の電荷転送トランジスタＮＭ１１のゲートをＯＮにすることでフォトダイオードＰＤ１１に蓄積された信号電荷ＱをフローティングディフュージョンＦＤ１１に転送する。すると信号電荷ＱはＦＤ容量ＣｆｄによりＱ−Ｖ変換され、
【数５】
2011029726.tif 000007
の信号が垂直信号線２３に出力され、列増幅回路２４ａでは更にこの信号をＡｃ倍に増幅した信号
【数６】
2011029726.tif 000008
が出力端子Ｖｏｕｔに出力される。但し、ソースフォロア回路のゲインを１としている。
【００６２】
ここで、スイッチ素子１１０の動作について説明する。
【００６３】
列増幅回路２４ａの入力振幅Ｖｉｎと消費電流Ｉａｍｐの関係は、第１の実施形態と同様、図４のように表される。
【００６４】
Ｖｓｅｌをグランドにした（カスコードトランジスタがない、つまり電流源カスコードトランジスタＰＭ１２が消費電流Ｉａｍｐの変動を抑制するように動作していない状態）場合は、図４のグラフに破線で示すように、入力信号Ｖｉｎに応じた消費電流Ｉａｍｐの変動が大きくなる。
【００６５】
具体的には、スイッチ素子１１０のクランプトランジスタＮＭ１６のゲートに印加される制御信号Ｖｓｅｌをグランドに接続すると、スイッチトランジスタＰＭ１６がＯＮになり、電流源カスコードトランジスタＰＭ１２のソースとドレインが短絡されるので、電流源カスコードトランジスタＰＭ１２が消費電流Ｉａｍｐの変動を抑制するように動作していない状態となる。
【００６６】
このときの列増幅回路２４の入力信号Ｖｉｎに応じた消費電流Ｉａｍｐは、図４のグラフに破線で示すように一定でなく変動（減少）する。
【００６７】
またＶｓｅｌを電源にした（カスコードトランジスタがある、つまり電流源カスコードトランジスタＰＭ１２が消費電流Ｉａｍｐの変動を抑制するように動作している状態）場合は、図４のグラフに実線で示すように、入力信号Ｖｉｎに応じた消費電流Ｉａｍｐの変動を十分に抑制できるが、回路ダイナミックレンジが小さくなる。
【００６８】
具体的には、スイッチ素子１１０のクランプトランジスタＮＭ１６のゲートに印加される制御信号Ｖｓｅｌを電源に接続すると、スイッチトランジスタＰＭ１６がＯＦＦになり、電流源カスコードトランジスタＰＭ１２のソースとドレインは短絡されないので、電流源カスコードトランジスタＰＭ１２が消費電流Ｉａｍｐの変動を抑制するように動作している状態となる。
【００６９】
このときの列増幅回路２４の入力信号Ｖｉｎに応じた消費電流Ｉａｍｐは、図４のグラフに実線で示すようにほぼ一定となるが、入力信号Ｖｉｎに対する入力電圧レンジＤＲが小さくなるので、入力電圧レンジが撮影するシーンに最適でない場合が発生する。
【００７０】
したがって、シーンが明るい場合には、入力信号Ｖｉｎに対する入力電圧レンジＤＲを大きくするために、上記したようにスイッチ素子１１０に与える制御信号Ｖｓｅｌをグランドに接続してスイッチ素子１１０をＯＮにし、電流源カスコードトランジスタＰＭ１２のソースとドレインを短絡することにより、電流源カスコードトランジスタＰＭ１２がない状態にして、入力信号Ｖｉｎに対する入力電圧レンジＤＲが大きい状態に切り替える。
【００７１】
また、シーンが暗い場合には、入力信号Ｖｉｎに対する入力電圧レンジＤＲを大きくしなくてよいので、上記したようにスイッチ素子１１０に与える制御信号Ｖｓｅｌを電源に接続してスイッチ素子１１０をＯＦＦにし、電流源カスコードトランジスタＰＭ１２がある状態にして、列増幅回路２４を消費電流Ｉａｍｐの変動が小さい状態に切り替える。
【００７２】
このように本発明によれば、スイッチ素子１１０のＯＮ、ＯＦＦにより、シーンによって電流源カスコードトランジスタＰＭ１２の使用状態を切り替えることにより、列増幅回路２４を入力信号Ｖｉｎに対する入力電圧レンジＤＲが大きい状態または消費電流Ｉａｍｐの変動が小さい状態に切り替えて、それぞれのシーンに最適な入力電圧レンジで撮影することが可能である。
【００７３】
（変形例）
以下に、第２の実施形態の変形例について説明する。本変形例に係る固体撮像装置は、列ＣＤＳ回路の代わりにカラムＡＤＣ（ＡＤコンバータ）回路を備えている点が第２の実施形態と異なる。図７に本変形例に係る固体撮像装置の構成を示す。最近のＭＯＳセンサでは、図７に示すように、図５に示した列ＣＤＳ回路２５の代わりに列毎にカラムＡＤＣ（ＡＤコンバータ）３３を配置したカラムＡＤＣ(ＡＤコンバータ)回路３４を内蔵するものもある。また、カラムＡＤＣ回路３４の列毎の出力は、デジタルメモリ３５、シフトレジスタ３６に接続されている。このような構成によると、従来のアナログ出力の構成と比較して、ＡＤ変換の際に画素や列増幅回路で発生するＦＰＮも除去することができ、また画素信号を読み出した直後にデジタル信号に変換できるため、列ＣＤＳ回路、出力アンプ回路などの出力回路で発生するノイズを抑制でき、デジタル信号処理をチップ内で行うことができるなどのメリットがあるためである。
【００７４】
本発明は、このようにカラムＡＤＣを内蔵しているチップの列増幅回路に搭載しても、同様の効果を得ることができる。
【００７５】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を説明する。第３の実施形態では、本発明に係る固体撮像装置を備えたカメラシステムについて説明する。図８は、本発明の第３の実施形態に係る撮像装置（カメラシステム）を示す図である。
【００７６】
同図に示すように、本実施形態の撮像装置１２０は、外光を集光する光学部材（レンズ）１２１と、本発明の第１または第２の実施形態に係るＭＯＳ型の固体撮像装置１２２と、固体撮像装置１２２内の回路の動作タイミングを制御するタイミング制御部１２３とを備えている。
【００７７】
図８は、撮像装置１２０が、光学部材１２１を通って入射した光を画像信号に変換して出力するＭＯＳ型撮像素子１２２と、ＭＯＳ型撮像素子１２２から出力された画像信号を処理して表示装置などの外部機器に信号を出力する信号処理部１２４とを有する例を示している。ＭＯＳ型撮像素子１２２と信号処理部１２４とは同一半導体チップ上に形成されているが、互いに別々の半導体チップ上に形成される場合もある。
【００７８】
撮像装置１２０としては、本発明の第１または第２の実施形態に係る固体撮像装置１、２が用いられる。従って、ＭＯＳ型撮像素子１２２は、入射した光を電圧信号に変換する画素１３１と、画素１３１から出力された信号を処理する信号処理部１３２と、信号処理部１３２から出力された信号を画像信号として出力する出力回路１３３とを有している。ＭＯＳ型撮像素子１２２内の各回路は、第１の実施形態または第２の実施形態に係る固体撮像装置内の各回路と同一である。画像信号処理部１２４は、出力回路１３３からの画像信号を受ける相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）１３４と、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）１３５と、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１３６と、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１３７とを有している。
【００７９】
本実施形態のＭＯＳ型撮像素子１２２では、シーンによって消費電流Ｉａｍｐの変動が小さい状態または入力信号Ｖｉｎに対する入力電圧レンジＤＲが大きい状態に切り替えて、それぞれのシーンに最適な入力電圧レンジを簡単な回路構成で実現できるため、撮像装置１２０のサイズを小さくし、カメラシステム全体としてサイズの縮小を図ることができる。
【００８０】
（比較例）
以下、本発明の第１および第２の実施形態の比較例として、第２電流源トランジスタを備えていない固体撮像装置について説明する。
【００８１】
図９は、本比較例に係る画素回路４１、列増幅回路部４４、バイアス回路４９の詳細な構成を示した回路図である。尚、第１および第２の実施形態と同様に、各垂直信号線４３には垂直走査線Ｓ０〜Ｓｎに対応する数の複数の画素４１ａが並列に接続された画素列４１ｘが構成されているが、今回は回路図の簡略化のため、１画素分の画素回路４１ａの回路とその列に接続される列増幅回路４４ａおよびバイアス回路４９のみを示す。
【００８２】
同図に示すように、画素回路４１ａと列増幅回路４４ａは、入射光に応じた信号電荷を生成、蓄積するフォトダイオードＰＤ２１と、フォトダイオードＰＤ２１から転送された信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョンＦＤ２１を有している。フォトダイオードＰＤ２１とフローティングディフュージョンＦＤ２１との間には電荷転送トランジスタＮＭ２１が設けられ、フローティングディフュージョンＦＤ２１と電源信号線ＰＩＸＰＯＷとの間にはリセットトランジスタＮＭ２２が設けられている。また、転送トランジスタＮＭ２１のゲートは転送信号線ＴＲに接続され、リセットトランジスタＮＭ２１のゲートはリセット信号線ＲＳに接続されている。フローティングディフュージョンＦＤ２１は、垂直信号線２１と電源信号線ＰＩＸＰＯＷとの間に接続された増幅トランジスタＮＭ２３のゲートと接続されている。また、増幅トランジスタＮＭ２３は、垂直信号線４３に接続された電流源負荷トランジスタＮＭ２４と共にソースフォロア回路を形成し、フォトダイオードＰＤ２１からフローティングディフュージョンＦＤ２１に転送された信号電荷に応じた信号電圧を垂直信号線４３に出力する。
【００８３】
また垂直信号線４３には、入力容量Ｃｉｎと、帰還容量Ｃｆｂと、増幅トランジスタＮＭ２５と、電流源トランジスタＰＭ２１と、クランプトランジスタＮＭ２６からなる列増幅回路４４ａが接続されている。
【００８４】
また電流源トランジスタＰＭ２１のゲートＶｃｕｒには、電流源Ｉ４１、ＭＯＳトランジスタＮＭ２７、ＮＭ２９、ＰＭ２３により構成されたカレントミラー回路を備えたバイアス回路４９の出力が接続されている。ここで電流源トランジスタＰＭ２１のゲートには、バイアス電圧Ｖｃｕｒが印加されており飽和領域で動作している。
【００８５】
この増幅回路の増幅率Ａｃは、
【数７】
2011029726.tif 000009
で表される。
【００８６】
画素４１ａと列増幅回路４４ａの動作は第１および第２の実施形態と同様であり、図１０のタイミングチャートを使って説明する。
【００８７】
まずｔ１〜ｔ２のタイミングで、リセット信号線ＲＳに“Ｈｉｇｈ”レベルの信号を与え、画素回路４１ａ内のフローティングディフュージョンＦＤ２１を電源信号線ＰＩＸＰＯＷの電圧にリセットする。同時に列増幅回路４４ａのクランプトランジスタＮＭ２６のゲートに接続されたリセット信号線ＣＬに“Ｈｉｇｈ”レベルの信号を与え、クランプトランジスタＮＭ２６をＯＮにして列増幅回路４４ａのリセットを行い、ｔ３のタイミングでリセット信号線ＣＬに“Ｌｏｗ”レベルの信号を与え、クランプトランジスタＮＭ２６のリセットを解除する。その後、ｔ４〜ｔ５のタイミングで、転送信号線ＴＲに“Ｈｉｇｈ”レベルの信号を与え、画素回路４１ａ内の電荷転送トランジスタＮＭ２１ゲートをＯＮにすることでフォトダイオードＰＤ２１に蓄積された信号電荷ＱをフローティングディフュージョンＦＤ２１に転送する。するとフローティングディフュージョンＦＤ２１からＦＤ容量ＣｆｄでＱ−Ｖ変換された
【数８】
2011029726.tif 000010
の信号が垂直信号線４３に出力され、列増幅回路４４ａでは更にこの信号をＡｃ倍に増幅した信号
【数９】
2011029726.tif 000011
が出力端子Ｖｏｕｔに出力される。但し、ソースフォロア回路のゲインを１としている。
【００８８】
列増幅回路４４ａの電源、グランドはチップ端に設けられたボンディングパッドから配線されており、少なからずそれぞれ寄生抵抗Ｒｖｄｄ，Ｒｇｎｄをもっている。そこに、列毎に図９のようなシングルエンドの列増幅回路４４ａを設けると、入力信号Ｖｉｎに応じて電流源トランジスタＰＭ２１のＶｄｓ（ドレイン−ソース間電圧）が変動し、チャネル長変調効果により、図１１に示すように、列増幅回路４４ａの消費電流Ｉａｍｐが変動してしまう。この入力信号Ｖｉｎに応じた列増幅回路４４ａの電流変動は、寄生抵抗Ｒｖｄｄ，Ｒｇｎｄにより、各列増幅回路４４ａにおける電源、グランドにノイズとして現れる。この結果、図１２に示すように、列並列処理において同タイミングで読み出す行に高輝度被写体５０があるかないかで、特にセンサ出力信号を増幅した時に黒レベルの変動が生じて、図１２に示すように、横帯状のノイズとなって出力画像に出力段差発生部５１が現れる。
【００８９】
（まとめ）
本発明の固体撮像装置は、列増幅回路に設けられた電流源カスコードトランジスタのソースとドレインを短絡する切替部を有する。この構成によれば、切替部により、電流源カスコードトランジスタのソースとドレインを短絡して、電流源カスコードトランジスタの使用状態を切り替えることが可能となり、列増幅回路を消費電流の変動が小さい状態または入力信号に対する入力電圧レンジが大きい状態に切り替えて、それぞれのシーンに最適な入力電圧レンジで撮影することができる。ここでいうシーンとは、センサ出力を増幅するような暗い被写体を撮像する状態と、それ以外の明るい被写体を撮像する状態のことを表す。
【００９０】
すなわち、本発明の固体撮像装置は、例えば暗いシーンの場合には、センサ出力信号を増幅して使用するため大きい入力電圧レンジを必要としない。そこで、スイッチ素子を切り替えてカスコードトランジスタがある状態にすることで、前記列増幅回路で発生する横帯状のノイズを抑制する。
【００９１】
反対に明るいシーンの場合には、大きい入力電圧レンジを必要とするため、スイッチ素子を切り替えてカスコードトランジスタがない状態にすることで、入力電圧レンジを大きくすることが可能である。
【００９２】
このようにシーンによって電流源カスコードトランジスタの使用状態を切り替えることにより、それぞれのシーンに最適な入力電圧レンジを得ることが可能である。
【００９３】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形を行ってもよい。
【００９４】
例えば、上記した実施形態では、第２電流源トランジスタである電流源カスコードトランジスタのソースとドレインを短絡するか否かを切り替える構成としているが、第１電流源トランジスタのソースとドレインを短絡するか否かを切り替える構成であってもよい。
【００９５】
また、スイッチ素子を構成するスイッチトランジスタのゲートアスペクト比を、電流源カスコードトランジスタのアスペクト比と同じ若しくはそれ以上となるようにしてもよい。
【００９６】
また、使用する各トランジスタの種類は、ｐ型、ｎ型どちらであってもよい。
【００９７】
また、本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明に係る固体撮像装置およびカメラは、列増幅回路を備えた固体撮像装置において、列増幅回路の入力電圧レンジをシーンによって切り替えることが可能であり、特に、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラなど種々の撮像機器の固体撮像装置及びカメラとして有用である。
【符号の説明】
【００９９】
１、２、２００    固体撮像装置
１１、２１、２０１    画素回路
１１ａ、２１ａ、２０１ａ、４１ａ、１３１    画素
１３、２３、４３、２０３    垂直信号線
１４ａ、２４ａ、４４ａ    列増幅回路
１９、２９、４９    バイアス回路
１００、１１０    スイッチ素子（切替部）
１２０    撮像装置（カメラ）
１２２    ＭＯＳ型撮像素子（固体撮像装置）
ＮＭ５、ＮＭ１５、ＮＭ２５    増幅トランジスタ
ＮＭ８、ＮＭ１８    ＭＯＳトランジスタ（電流源負荷トランジスタ）
ＰＭ１、ＰＭ１１、ＰＭ２１    電流源トランジスタ（第１電流源トランジスタ）
ＰＭ２、ＰＭ１２    電流源カスコードトランジスタ（第２電流源トランジスタ）
ＰＭ５、ＰＭ１５    ＭＯＳトランジスタ（第３電流源トランジスタ）
ＰＭ６、ＰＭ１６    スイッチトランジスタ
【図１】
2011029726.tif 000012
【図２】
2011029726.tif 000013
【図３】
2011029726.tif 000014
【図４】
2011029726.tif 000015
【図５】
2011029726.tif 000016
【図６】
2011029726.tif 000017
【図７】
2011029726.tif 000018
【図８】
2011029726.tif 000019
【図９】
2011029726.tif 000020
【図１０】
2011029726.tif 000021
【図１１】
2011029726.tif 000022
【図１２】
2011029726.tif 000023
【図１３】
2011029726.tif 000024