(57)【要約】  入射した光量に応じた光電変換信号を出力する複数の画素を行列状に配置した画素アレイ部と、温度の変化に応じて変化する温度検出電圧と、温度の変化に依存しないリファレンス電圧とを生成する基準電圧生成部と、画素アレイ部が出力した光電変換信号と、基準電圧生成部が生成した温度検出電圧とのそれぞれを信号処理して読み出す読み出し部と、読み出し部で信号処理がされた光電変換信号と温度検出電圧との双方を外部に出力する出力部と、リファレンス電圧に基づいて生成したバイアス電圧を、読み出し部および出力部に供給するバイアス生成部と、を備える。
2018092269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光量に応じた光電変換信号を出力する複数の画素を行列状に配置した画素アレイ部と、
温度の変化に応じて変化する温度検出電圧と、温度の変化に依存しないリファレンス電圧とを生成する基準電圧生成部と、
前記画素アレイ部が出力した前記光電変換信号と、前記基準電圧生成部が生成した前記温度検出電圧とのそれぞれを信号処理して読み出す読み出し部と、
前記読み出し部で前記信号処理がされた前記光電変換信号と前記温度検出電圧との双方を外部に出力する出力部と、
前記リファレンス電圧に基づいて生成したバイアス電圧を、前記読み出し部および前記出力部に供給するバイアス生成部と、
を備える固体撮像素子。
【請求項２】
前記読み出し部は、
入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換回路、
を備える、
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記画素アレイ部からの前記光電変換信号の読み出しのタイミングと、前記読み出し部による前記信号処理および前記信号処理がされた前記光電変換信号と前記温度検出電圧の読み出しのタイミングとを制御するタイミングジェネレータ、
を備える、
請求項１または請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記タイミングジェネレータおよび前記バイアス生成部を制御するセンサ制御部、
を備える、
請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記温度検出電圧の電圧値に基づいて、前記タイミングジェネレータおよび前記バイアス生成部の設定を変更するためのフィードバック信号を前記センサ制御部に出力する温度フィードバック部、
を備える、
請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記出力部は、
前記光電変換信号と前記温度検出電圧との双方を外部へ出力する出力モードと、外部からの信号を前記センサ制御部に入力する入力モードと、を切り換え可能なインターフェース部、
を備える、
請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記センサ制御部は、
前記インターフェース部における前記出力モードと前記入力モードとの切り替えを、前記温度検出電圧の出力が終了した後で、前記光電変換信号の出力を開始する前に行うように、前記タイミングジェネレータを制御する、
請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
請求項４に記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子に入射する光量を制御する露光制御装置と、
前記露光制御装置と前記固体撮像素子とを制御するための制御信号を出力する撮像制御部と、
を備え、
前記固体撮像素子は、
前記撮像制御部から出力された前記制御信号が前記センサ制御部に入力される、
撮像装置。
【請求項９】
請求項６または請求項７に記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子に入射する光量を制御する露光制御装置と、
前記露光制御装置と前記固体撮像素子とを制御するための制御信号を出力する撮像制御部と、
を備え、
前記固体撮像素子は、
前記入力モードにおいて、
前記撮像制御部から出力された前記制御信号が前記センサ制御部に入力される、
撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、撮像装置のシステムとして、例えば、工業用の内視鏡装置などのように、高温の環境下で使用されるシステムがある。このような撮像装置のシステム（以下、「撮像システム」という）には、撮像部に温度センサを搭載し、この温度センサが検出した温度に基づいた通知を、撮像システムの使用者に行うことも行われている。例えば、温度センサを搭載した撮像システムでは、撮影する環境が高温である場合などおいて、警告を発するなどの通知が行われている。【０００３】
また、従来から、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されたような、温度センサを搭載した固体撮像素子（イメージセンサ）も提案されている。特許文献１に開示された温度センサを搭載したイメージセンサでは、温度センサが検出したイメージセンサの温度を表す温度検出信号を、イメージセンサに備えた画素が時系列に出力する画素信号に続いて出力する。また、特許文献２に開示された温度センサを搭載した固体撮像素子では、温度センサが検出した温度を表す温度信号を出力するための出力端子と、固体撮像素子に備えた画素が画素信号を出力するための出力端子とを共有することによって、固体撮像素子の小型化を図っている。【０００４】
このように、特許文献１や特許文献２に開示されたような温度センサを搭載した固体撮像素子では、固体撮像素子によって撮影を行うときに温度センサが検出した温度を表す温度信号、より具体的には、固体撮像素子を形成した半導体基板の温度を検出した信号を、固体撮像素子の外部に出力することができる。そして、特許文献１や特許文献２に開示されたような温度センサを搭載した固体撮像素子を備えた撮像システムでは、温度センサが検出して出力した温度信号を、撮影した画像の補正や、予期せぬ撮影動作の停止の判定などに利用することができる。【０００５】
このため、固体撮像素子に温度センサを搭載する場合には、搭載した温度センサが、より広い範囲の半導体基板の温度を検出し、検出した半導体基板の温度を表す温度信号を出力することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本国特開２００２−１１８７９１号公報
【特許文献２】日本国特開２００３−２１９２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示されたような、温度センサが検出して出力した温度信号を出力するための回路要素と、固体撮像素子に備えた画素が画素信号を出力するための回路要素とを単純に共有する構成では、温度センサによって検出することができる温度の範囲が、共有する回路要素の温度特性に依存している。より具体的には、例えば、固体撮像素子の温度変化に応じて読み出し回路や出力回路などの回路要素の性能が変化した場合、温度センサが検出した温度信号を正確に出力することができないことがある。また、例えば、固体撮像素子が高温になることによって読み出し回路や出力回路などの回路要素が機能しなくなった場合には、温度センサが検出した温度信号そのものを出力することができないこともある。【０００８】
このように、特許文献１や特許文献２に開示された温度センサを搭載した固体撮像素子では、温度センサからの温度信号と画素からの画素信号とを回路要素を単純に共有して出力している構成であるため、出力する温度信号が、共有している回路要素の温度特性の影響を受けてしまう。このことから、特許文献１や特許文献２に開示された構成の温度センサを搭載した固体撮像素子では、温度センサによって検出することができる温度の範囲が、共有する読み出し回路や出力回路などの回路要素の温度特性の影響を大きく受けない範囲、つまり、回路要素が正確に信号を出力することができる範囲に限定されてしまうことになる。【０００９】
本発明は、上記の課題に基づいてなされたものであり、広い温度の範囲で検出した正確な温度を表す温度の信号を、画素の信号と共有の回路要素から出力することができる固体撮像素子およびこの固体撮像素子を用いた撮像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、固体撮像素子は、入射した光量に応じた光電変換信号を出力する複数の画素を行列状に配置した画素アレイ部と、温度の変化に応じて変化する温度検出電圧と、温度の変化に依存しないリファレンス電圧とを生成する基準電圧生成部と、前記画素アレイ部が出力した前記光電変換信号と、前記基準電圧生成部が生成した前記温度検出電圧とのそれぞれを信号処理して読み出す読み出し部と、前記読み出し部で前記信号処理がされた前記光電変換信号と前記温度検出電圧との双方を外部に出力する出力部と、前記リファレンス電圧に基づいて生成したバイアス電圧を、前記読み出し部および前記出力部に供給するバイアス生成部と、を備える。【００１１】
本発明の第２の態様によれば、上記第１の態様の固体撮像素子において、前記読み出し部は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換回路、を備えてもよい。【００１２】
本発明の第３の態様によれば、上記第１の態様または上記第２の態様の固体撮像素子において、前記画素アレイ部からの前記光電変換信号の読み出しのタイミングと、前記読み出し部による前記信号処理および前記信号処理がされた前記光電変換信号と前記温度検出電圧の読み出しのタイミングとを制御するタイミングジェネレータ、を備えてもよい。【００１３】
本発明の第４の態様によれば、上記第３の態様の固体撮像素子において、前記タイミングジェネレータおよび前記バイアス生成部を制御するセンサ制御部、を備えてもよい。【００１４】
本発明の第５の態様によれば、上記第４の態様の固体撮像素子において、前記温度検出電圧の電圧値に基づいて、前記タイミングジェネレータおよび前記バイアス生成部の設定を変更するためのフィードバック信号を前記センサ制御部に出力する温度フィードバック部、を備えてもよい。【００１５】
本発明の第６の態様によれば、上記第４の態様の固体撮像素子において、前記出力部は、前記光電変換信号と前記温度検出電圧との双方を外部へ出力する出力モードと、外部からの信号を前記センサ制御部に入力する入力モードと、を切り換え可能なインターフェース部、を備えてもよい。【００１６】
本発明の第７の態様によれば、上記第６の態様の固体撮像素子において、前記センサ制御部は、前記インターフェース部における前記出力モードと前記入力モードとの切り替えを、前記温度検出電圧の出力が終了した後で、前記光電変換信号の出力を開始する前に行うように、前記タイミングジェネレータを制御してもよい。【００１７】
本発明の第８の態様によれば、撮像装置は、上記第４の態様の固体撮像素子と、前記固体撮像素子に入射する光量を制御する露光制御装置と、前記露光制御装置と前記固体撮像素子とを制御するための制御信号を出力する撮像制御部と、を備え、前記固体撮像素子は、前記撮像制御部から出力された前記制御信号が前記センサ制御部に入力される。【００１８】
本発明の第９の態様によれば、撮像装置は、上記第６の態様または上記第７の態様の固体撮像素子と、前記固体撮像素子に入射する光量を制御する露光制御装置と、前記露光制御装置と前記固体撮像素子とを制御するための制御信号を出力する撮像制御部と、を備え、前記固体撮像素子は、前記入力モードにおいて、前記撮像制御部から出力された前記制御信号が前記センサ制御部に入力される。
【発明の効果】
【００１９】
上記各態様によれば、広い温度の範囲で検出した正確な温度を表す温度の信号を、画素の信号と共有の回路要素から出力することができる固体撮像素子およびこの固体撮像素子を用いた撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態の固体撮像素子の概略構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の固体撮像素子に備えた基準電圧生成部の構成の一例を示した回路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の固体撮像素子に備えた出力回路の構成の一例を示した回路図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の固体撮像素子を搭載した撮像装置の概略構成を示したブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の固体撮像素子を搭載した撮像装置における信号の読み出しタイミングの一例を示したタイミングチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態の固体撮像素子を搭載した撮像装置における信号の読み出しタイミングの別の一例を示したタイミングチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態の固体撮像素子を搭載した撮像装置の概略構成を示したブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の固体撮像素子を搭載した撮像装置の概略構成を示したブロック図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の固体撮像素子における信号の切り替えタイミングの一例を示したタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の固体撮像素子の概略構成を示したブロック図である。図１に示した固体撮像素子１は、画素アレイ部１０と、複数の列（カラム）ＡＤ（アナログデジタル）変換回路２０と、温度ＡＤ変換回路２１と、画素読み出し制御部３０と、水平読み出し制御部４０と、タイミングジェネレータ５０と、センサ制御部６０と、デジタル信号処理部７０と、出力回路８０と、インターフェース部９０と、入力回路１００と、基準電圧生成部１１０と、バイアス生成部１２０と、参照電圧生成部１３０と、を備えている。
【００２２】
画素アレイ部１０は、複数の画素が二次元の行列状に配置されている。画素アレイ部１０に配置されている画素のそれぞれは、例えば、フォトダイオードなどの光電変換素子を備え、それぞれの画素に備えた光電変換素子は、一定の蓄積時間（露光時間）内に入射した光量に応じた光電変換信号を発生する。そして、画素アレイ部１０は、画素読み出し制御部３０からの読み出しの制御に従って、それぞれの画素が発生した光電変換信号に応じた画素信号を、画素アレイ部１０に配置された画素の行ごとに、対応するカラムＡＤ変換回路２０に出力する。
【００２３】
画素読み出し制御部３０は、タイミングジェネレータ５０から出力された制御タイミング信号に従って、画素アレイ部１０内に配置されたそれぞれの画素に露光を行わせるための露光信号を生成する。そして、画素読み出し制御部３０は、生成した露光信号を、画素アレイ部１０内に配置されたそれぞれの画素に出力して露光を行わせる。また、画素読み出し制御部３０は、タイミングジェネレータ５０から出力された制御タイミング信号に従って、画素アレイ部１０内に配置されたそれぞれの画素から画素信号を読み出すための読み出し制御信号を生成する。そして、画素読み出し制御部３０は、生成した読み出し制御信号を画素アレイ部１０の行ごとに出力し、それぞれの行に配置された画素の画素信号をカラムＡＤ変換回路２０に出力させる。
【００２４】
基準電圧生成部１１０は、固体撮像素子１に備えたそれぞれの構成要素が動作するためのリファレンス電圧Ｖｒと、固体撮像素子１（半導体基板）の温度を検出するための温度検出電圧Ｖｔとを生成する。なお、固体撮像素子１において基準電圧生成部１１０は、バイポーラトランジスタを用いたバンドギャップリファレンス回路で構成する。この構成によって、基準電圧生成部１１０では、温度係数がほぼゼロの電圧値となるリファレンス電圧Ｖｒと、固体撮像素子１の温度に応じた温度係数をもった電圧値の温度検出電圧Ｖｔとのそれぞれを、少ない回路規模で生成する。ここで、基準電圧生成部１１０が生成する温度検出電圧Ｖｔは、上述したように、固体撮像素子１の温度に応じた温度係数をもった電圧であるため、温度センサが出力する温度信号の役割を担っている。つまり、基準電圧生成部１１０は、温度センサの機能も兼ね備えている。基準電圧生成部１１０は、生成したリファレンス電圧Ｖｒと温度検出電圧Ｖｔとのそれぞれを、対応するそれぞれの構成要素に出力（供給）する。より具体的には、基準電圧生成部１１０は、生成したリファレンス電圧Ｖｒを、バイアス生成部１２０に出力する。また、基準電圧生成部１１０は、生成した温度検出電圧Ｖｔを温度ＡＤ変換回路２１に出力する。
【００２５】
バイアス生成部１２０は、固体撮像素子１に備えたそれぞれの構成要素が動作するためのバイアス電圧Ｖｂを生成する。より具体的には、バイアス生成部１２０は、基準電圧生成部１１０から出力されたリファレンス電圧Ｖｒから、センサ制御部６０から出力された制御信号に応じた電圧値のバイアス電圧Ｖｂを生成する。バイアス生成部１２０は、生成したバイアス電圧Ｖｂを、カラムＡＤ変換回路２０と、温度ＡＤ変換回路２１と、出力回路８０と、参照電圧生成部１３０とのそれぞれに出力する。
【００２６】
参照電圧生成部１３０は、タイミングジェネレータ５０から出力された制御タイミング信号に従って、カラムＡＤ変換回路２０と温度ＡＤ変換回路２１とのそれぞれがアナログデジタル変換する際に参照する、バイアス生成部１２０から出力されたバイアス電圧Ｖｂに基づいた参照電圧を生成する。なお、参照電圧生成部１３０は生成する参照電圧は、カラムＡＤ変換回路２０と温度ＡＤ変換回路２１とのそれぞれがアナログデジタル変換を開始するタイミングから、時間に対して一定の割合でバイアス電圧Ｖｂの電圧値が単調変化（減少または増加）するアナログの電圧信号、いわゆる、ランプ波形の電圧信号である。参照電圧生成部１３０は、生成した参照電圧を、カラムＡＤ変換回路２０と温度ＡＤ変換回路２１とのそれぞれに出力する。
【００２７】
なお、図１に示した固体撮像素子１では、全てのカラムＡＤ変換回路２０および温度ＡＤ変換回路２１に共通したバイアス生成部１２０と参照電圧生成部１３０とを１つずつ備えている構成を示している。
【００２８】
カラムＡＤ変換回路２０は、画素アレイ部１０に配置された対応する列の画素から出力された画素信号（アナログ信号）をアナログデジタル変換するＡＤ変換回路である。カラムＡＤ変換回路２０は、バイアス生成部１２０から出力されたバイアス電圧Ｖｂと、参照電圧生成部１３０から出力された参照電圧と、タイミングジェネレータ５０から出力された制御タイミング信号とに基づいて、画素信号をアナログデジタル変換する。つまり、カラムＡＤ変換回路２０は、固体撮像素子１の温度に対する温度係数がほぼゼロである（温度に対する依存の度合いが非常に少なく、温度に依存しないということができる）リファレンス電圧Ｖｒから生成されたバイアス電圧Ｖｂと参照電圧とに基づいてアナログデジタル変換することによって、安定した状態で画素信号をアナログデジタル変換する。図１に示した固体撮像素子１では、カラムＡＤ変換回路２０を、画素アレイ部１０に配置された画素の列の数だけ複数備えている。それぞれのカラムＡＤ変換回路２０は、水平読み出し制御部４０から読み出しの制御に従って、アナログデジタル変換した画素信号の大きさに応じたデジタル値のデジタルデータ（パラレルのデジタルデータ）を、デジタル信号処理部７０に順次出力する。つまり、カラムＡＤ変換回路２０のそれぞれは、画素アレイ部１０に配置されたそれぞれの画素が露光した光量を表すパラレルのデジタルデータ（以下、「画素データ」という）を、デジタル信号処理部７０に順次出力する。
【００２９】
温度ＡＤ変換回路２１は、カラムＡＤ変換回路２０と同じ構成のＡＤ変換回路である。ただし、温度ＡＤ変換回路２１は、カラムＡＤ変換回路２０がアナログデジタル変換する画素信号に代わって、基準電圧生成部１１０から出力された温度検出電圧Ｖｔ（アナログ電圧）を、固体撮像素子１の温度を検出した温度信号としてアナログデジタル変換する。温度ＡＤ変換回路２１は、カラムＡＤ変換回路２０と同様に、バイアス生成部１２０から出力されたバイアス電圧Ｖｂと、参照電圧生成部１３０から出力された参照電圧と、タイミングジェネレータ５０から出力された制御タイミング信号とに基づいて、温度検出電圧Ｖｔをアナログデジタル変換する。つまり、温度ＡＤ変換回路２１も、カラムＡＤ変換回路２０と同様に、固体撮像素子１の温度に依存しない（温度係数がほぼゼロである）リファレンス電圧Ｖｒに基づいた安定した状態で温度検出電圧Ｖｔをアナログデジタル変換する。温度ＡＤ変換回路２１は、水平読み出し制御部４０から読み出しの制御に従って、アナログデジタル変換した温度検出電圧Ｖｔの大きさに応じたデジタル値のデジタルデータ（パラレルのデジタルデータ）を、デジタル信号処理部７０に出力する。つまり、温度ＡＤ変換回路２１は、基準電圧生成部１１０が出力した温度検出電圧Ｖｔによって表される固体撮像素子１の温度を表すパラレルのデジタルデータ（以下、「温度データ」という）を、デジタル信号処理部７０に出力する。
【００３０】
タイミングジェネレータ５０は、センサ制御部６０からの制御に応じて、固体撮像素子１に備えたそれぞれの構成要素が動作するタイミングを制御する制御タイミング信号を生成する。タイミングジェネレータ５０は、生成した制御タイミング信号を、固体撮像素子１に備えたそれぞれの構成要素に出力する。より具体的には、タイミングジェネレータ５０は、固体撮像素子１に備えたカラムＡＤ変換回路２０と、温度ＡＤ変換回路２１と、画素読み出し制御部３０と、水平読み出し制御部４０と、デジタル信号処理部７０と、参照電圧生成部１３０とのそれぞれが動作するタイミングを制御する制御タイミング信号を生成して出力する。
【００３１】
さらに具体的には、タイミングジェネレータ５０は、画素アレイ部１０内に配置されたそれぞれの画素に、入射した光を露光して光電変換信号を発生させるタイミングおよび発生した光電変換信号を画素信号として読み出すタイミングを制御するための制御タイミング信号を、画素読み出し制御部３０に出力する。画素読み出し制御部３０は、入射した光を露光して光電変換信号を発生させるタイミングを表す制御タイミング信号がタイミングジェネレータ５０から入力されると、画素アレイ部１０内に配置されたそれぞれの画素に露光を行わせるための露光信号をそれぞれの画素に出力して露光を行わせる。また、画素読み出し制御部３０は、画素アレイ部１０内に配置されたそれぞれの画素から画素信号を読み出すタイミングを表す制御タイミング信号がタイミングジェネレータ５０から入力されると、それぞれの画素から画素信号を読み出すための読み出し制御信号を、画素アレイ部１０の行ごとに出力して、画素アレイ部１０内に配置されたそれぞれの画素に画素信号を出力させる。
【００３２】
また、タイミングジェネレータ５０は、カラムＡＤ変換回路２０と温度ＡＤ変換回路２１とのそれぞれがアナログデジタル変換を開始するタイミングと、アナログデジタル変換する際の基準のタイミングとを制御するための制御タイミング信号を、参照電圧生成部１３０、カラムＡＤ変換回路２０、および温度ＡＤ変換回路２１のそれぞれに出力する。参照電圧生成部１３０は、カラムＡＤ変換回路２０と温度ＡＤ変換回路２１とのそれぞれがアナログデジタル変換を開始するタイミングを表す制御タイミング信号がタイミングジェネレータ５０から入力されると、参照電圧の生成を開始し、生成した参照電圧を、カラムＡＤ変換回路２０と温度ＡＤ変換回路２１とのそれぞれに出力する。カラムＡＤ変換回路２０と温度ＡＤ変換回路２１とのそれぞれは、アナログデジタル変換を開始するタイミングを表す制御タイミング信号がタイミングジェネレータ５０から入力されると、アナログデジタル変換を開始し、アナログデジタル変換する際の基準のタイミングを表す制御タイミング信号に基づいて、入力されたアナログデジタル変換の対象の信号（画素信号または温度検出電圧Ｖｔ）をアナログデジタル変換する。
【００３３】
また、タイミングジェネレータ５０は、カラムＡＤ変換回路２０と温度ＡＤ変換回路２１とのそれぞれがアナログデジタル変換したデジタルデータを読み出すタイミングを制御するための制御タイミング信号を、水平読み出し制御部４０に出力する。また、タイミングジェネレータ５０は、水平読み出し制御部４０によってカラムＡＤ変換回路２０および温度ＡＤ変換回路２１のそれぞれから順次読み出されたデジタルデータに対して処理を行うタイミングを制御するための制御タイミング信号を、デジタル信号処理部７０に出力する。
【００３４】
水平読み出し制御部４０は、タイミングジェネレータ５０から出力された制御タイミング信号に従って、カラムＡＤ変換回路２０のそれぞれがアナログデジタル変換したデジタルデータ（画素データ）や、温度ＡＤ変換回路２１がアナログデジタル変換したデジタルデータ（温度データ）を読み出すための読み出し制御信号を生成する。水平読み出し制御部４０は、生成した読み出し制御信号をそれぞれのカラムＡＤ変換回路２０および温度ＡＤ変換回路２１に出力し、それぞれのＡＤ変換回路がアナログデジタル変換したデジタルデータをデジタル信号処理部７０に順次出力させる。
【００３５】
デジタル信号処理部７０は、タイミングジェネレータ５０から出力された制御タイミング信号に従って、水平読み出し制御部４０の制御によってカラムＡＤ変換回路２０および温度ＡＤ変換回路２１のそれぞれから順次出力されたデジタルデータに対して予め定めたデジタルデータ処理を行う。つまり、デジタル信号処理部７０は、カラムＡＤ変換回路２０のそれぞれがアナログデジタル変換したデジタルデータ（画素データ）に対するデジタルデータ処理と、温度ＡＤ変換回路２１がアナログデジタル変換したデジタルデータ（温度データ）に対するデジタルデータ処理とを行う。デジタル信号処理部７０が行うデジタルデータ処理には、カラムＡＤ変換回路２０および温度ＡＤ変換回路２１のそれぞれから出力されたパラレルのデジタルデータ、つまり、複数のビットのデータで構成されるデジタルデータを、１ビットのデータで構成されるデジタルデータ、つまり、シリアルのデジタルデータに変換するシリアライズ処理などのデジタルデータ処理が含まれている。デジタル信号処理部７０は、デジタルデータ処理を行った後のデジタルデータ（シリアルのデジタルデータ）を、出力回路８０に出力する。
【００３６】
なお、デジタル信号処理部７０は、上述したカラムＡＤ変換回路２０および温度ＡＤ変換回路２１のそれぞれから出力されたパラレルのデジタルデータのシリアライズ処理以外にも、様々なデジタルデータ処理を行う。例えば、デジタル信号処理部７０は、シリアライズ処理して変換したシリアルのデジタルデータを、再度パラレルのデジタルデータに変換する（戻す）、つまり、カラムＡＤ変換回路２０および温度ＡＤ変換回路２１のそれぞれから出力されたパラレルのデジタルデータを復元する処理を行うために必要なクロック信号や同期信号などを生成するデジタルデータ処理を行う。
【００３７】
出力回路８０は、デジタル信号処理部７０から出力されたデジタルデータ（シリアルのデジタルデータ）を、バイアス生成部１２０から出力されたバイアス電圧Ｖｂに基づいた差動信号に変換する差動バッファ回路である。出力回路８０は、変換した差動信号のそれぞれを、対応するインターフェース部９０を介して固体撮像素子１の外部に出力させる。出力回路８０は、デジタル信号処理部７０から出力されたシリアルのデジタルデータを、例えば、ＬＶＤＳ（Ｌｏｗ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）方式などの差動インターフェース方式に対応した差動信号に変換する。この場合、出力回路８０は、デジタル信号処理部７０によってシリアライズ処理された画素データに対応するＬＶＤＳ方式の差動信号（以下、「画素データ信号」という）と、デジタル信号処理部７０によってシリアライズ処理された温度データに対応するＬＶＤＳ方式の差動信号（以下、「温度データ信号」という）とのそれぞれに変換する。そして、出力回路８０は、変換したＬＶＤＳ方式の差動信号のそれぞれを、対応するインターフェース部９０を介して固体撮像素子１の外部に出力させる。なお、出力回路８０は、ＬＶＤＳ方式の終端の処理なども行う。
【００３８】
インターフェース部９０は、固体撮像素子１と外部とを接続するための端子である。図１に示した固体撮像素子１では、出力回路８０が出力する差動信号のそれぞれを外部に出力するための２つの出力端子と、外部からの信号を固体撮像素子１に入力するための２つの入力端子とを備えた構成のインターフェース部９０を示している。固体撮像素子１では、画素データ信号の出力端子と、温度データ信号の出力端子とを共有にすることによって、固体撮像素子１を形成する半導体基板のサイズ（投影面積）の小型化を図っている。
【００３９】
入力回路１００は、固体撮像素子１の外部から入力された信号をセンサ制御部６０に伝達させるためのバッファ回路である。図１に示した固体撮像素子１では、２つの入力端子のそれぞれに対応する２つのバッファ回路を備えた構成の入力回路１００を示している。入力回路１００は、対応するインターフェース部９０を介して固体撮像素子１の外部から入力されたそれぞれの信号を、センサ制御部６０に出力する。例えば、固体撮像素子１の外部の構成要素が、例えば、Ｉ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）バスによるシリアル通信によって固体撮像素子１の動作を制御する信号（例えば、コマンド信号や設定信号など）を入力した場合、入力回路１００には、Ｉ２Ｃシリアル通信のそれぞれの信号が、対応するインターフェース部９０を介して固体撮像素子１の外部から入力される。入力回路１００は、入力されたＩ２Ｃシリアル通信のそれぞれの信号を、センサ制御部６０に出力する。
【００４０】
センサ制御部６０は、固体撮像素子１の外部から入力された信号に応じて、固体撮像素子１の全体の動作を制御する。センサ制御部６０は、固体撮像素子１に備えたそれぞれの構成要素の動作を制御するための制御信号を、それぞれの構成要素に出力する。より具体的には、センサ制御部６０は、固体撮像素子１の外部から入力された信号に応じて、固体撮像素子１に備えたタイミングジェネレータ５０とバイアス生成部１２０とのそれぞれの動作を制御するための制御信号を出力する。
【００４１】
ここで、センサ制御部６０がタイミングジェネレータ５０に出力する制御信号は、固体撮像素子１における撮像の動作を制御するための制御信号である。より具体的には、固体撮像素子１によって撮像を行うことを指示するコマンド信号が、インターフェース部９０の入力端子および入力回路１００を介して固体撮像素子１の外部から入力された場合、センサ制御部６０は、撮像の動作を行うことを表す制御信号を、タイミングジェネレータ５０に出力する。これにより、タイミングジェネレータ５０は、画素アレイ部１０に配置されているそれぞれの画素による露光および画素信号の読み出しのタイミングを制御するための制御タイミング信号を、画素読み出し制御部３０に出力する。また、タイミングジェネレータ５０は、画素アレイ部１０から出力された画素信号（アナログ信号）をアナログデジタル変換するための制御タイミング信号を、参照電圧生成部１３０とカラムＡＤ変換回路２０とのそれぞれに出力する。また、タイミングジェネレータ５０は、カラムＡＤ変換回路２０のそれぞれがアナログデジタル変換した画素データの読み出しのタイミングを制御するための制御タイミング信号を、水平読み出し制御部４０に出力する。また、タイミングジェネレータ５０は、水平読み出し制御部４０によってカラムＡＤ変換回路２０のそれぞれから順次読み出された画素データをデジタルデータ処理（シリアライズ処理）するタイミングを制御するための制御タイミング信号を、デジタル信号処理部７０に出力する。タイミングジェネレータ５０によるそれぞれの構成要素に対するタイミングの制御によって、固体撮像素子１は、出力回路８０およびインターフェース部９０の出力端子を介して、画素アレイ部１０に配置されているそれぞれの画素の露光量に応じた画素データ信号を、固体撮像素子１の外部に出力する。
【００４２】
また、センサ制御部６０がタイミングジェネレータ５０に出力する制御信号は、固体撮像素子１における温度検出の動作を制御するための制御信号である。より具体的には、固体撮像素子１の温度を検出することを指示するコマンド信号が、インターフェース部９０の入力端子および入力回路１００を介して固体撮像素子１の外部から入力された場合、センサ制御部６０は、温度検出の動作を行うことを表す制御信号を、タイミングジェネレータ５０に出力する。これにより、タイミングジェネレータ５０は、基準電圧生成部１１０が出力している温度検出電圧Ｖｔ（アナログ電圧）をアナログデジタル変換するための制御タイミング信号を、参照電圧生成部１３０と温度ＡＤ変換回路２１とのそれぞれに出力する。また、タイミングジェネレータ５０は、温度ＡＤ変換回路２１がアナログデジタル変換した温度データの読み出しのタイミングを制御するための制御タイミング信号を、水平読み出し制御部４０に出力する。また、タイミングジェネレータ５０は、水平読み出し制御部４０によって温度ＡＤ変換回路２１から読み出された温度データをデジタルデータ処理（シリアライズ処理）するタイミングを制御するための制御タイミング信号を、デジタル信号処理部７０に出力する。タイミングジェネレータ５０によるそれぞれの構成要素に対するタイミングの制御によって、固体撮像素子１は、出力回路８０およびインターフェース部９０の出力端子を介して、基準電圧生成部１１０が出力している固体撮像素子１の温度に応じた温度係数をもった温度検出電圧Ｖｔの電圧値、つまり、固体撮像素子１の現在の温度を表す温度データ信号を、固体撮像素子１の外部に出力する。
【００４３】
なお、センサ制御部６０は、固体撮像素子１によって撮像を行うことを指示するコマンド信号と、固体撮像素子１の温度を検出することを指示するコマンド信号との両方が固体撮像素子１の外部から入力された場合でも、タイミングジェネレータ５０に出力する制御信号によって、画素アレイ部１０に配置されているそれぞれの画素の露光量に応じた画素データ信号と、固体撮像素子１の現在の温度を表す温度データ信号とのそれぞれを、固体撮像素子１の外部に出力することができる。例えば、センサ制御部６０は、画素アレイ部１０から出力されたそれぞれの行の画素信号のアナログデジタル変換と同時に、基準電圧生成部１１０が出力している温度検出電圧Ｖｔのアナログデジタル変換を行うように制御する制御信号を、タイミングジェネレータ５０に出力する。また、センサ制御部６０は、カラムＡＤ変換回路２０のそれぞれがアナログデジタル変換した画素データの読み出しに引き続き、温度ＡＤ変換回路２１がアナログデジタル変換した温度データを読み出すように制御する制御信号を、タイミングジェネレータ５０に出力する。これにより、固体撮像素子１は、画素アレイ部１０に配置された画素の行ごとに出力する画素データ信号に引き続き、固体撮像素子１の現在の温度を表す温度データ信号を、固体撮像素子１の外部に出力することができる。つまり、固体撮像素子１は、画素アレイ部１０のある行の画素データ信号が出力されてから、次の行の画素データ信号が出力されるまでの期間（いわゆる、水平期間）ごとに、温度データ信号を固体撮像素子１の外部に出力することができる。
【００４４】
また、センサ制御部６０がバイアス生成部１２０に出力する制御信号は、バイアス生成部１２０が生成するバイアス電圧Ｖｂの電圧値を制御するための制御信号である。より具体的には、固体撮像素子１におけるバイアス電圧Ｖｂの設定および設定値を表す設定信号が、インターフェース部９０の入力端子および入力回路１００を介して固体撮像素子１の外部から入力された場合、センサ制御部６０は、入力された設定値にバイアス電圧Ｖｂの電圧値を設定する動作を行うことを表す制御信号を、バイアス生成部１２０に出力する。これにより、バイアス生成部１２０は、基準電圧生成部１１０から出力されたリファレンス電圧Ｖｒに基づいて、センサ制御部６０から入力された設定値に応じた電圧値のバイアス電圧Ｖｂを生成し、生成したバイアス電圧Ｖｂをそれぞれの構成要素に出力する。そして、それぞれの構成要素は、バイアス生成部１２０から出力されたバイアス電圧Ｖｂに基づいて動作する。つまり、固体撮像素子１に備えたカラムＡＤ変換回路２０と、温度ＡＤ変換回路２１と、出力回路８０と、参照電圧生成部１３０とのそれぞれは、バイアス生成部１２０から出力されたバイアス電圧Ｖｂに基づいて、上述した撮像や温度検出の動作を行う。これにより、固体撮像素子１は、外部から設定された電圧値のバイアス電圧Ｖｂに基づいた画素データ信号や温度データ信号を、固体撮像素子１の外部に出力する。
【００４５】
このように、第１の実施形態の固体撮像素子１は、固体撮像素子１の温度に依存しない（固体撮像素子１の温度に影響されない）、温度係数がほぼゼロの電圧値であるリファレンス電圧Ｖｒと、固体撮像素子１の温度に応じて変化する（温度に応じた温度係数をもった）電圧値の温度検出電圧Ｖｔとを生成する基準電圧生成部１１０を備える。そして、第１の実施形態の固体撮像素子１では、基準電圧生成部１１０が生成したリファレンス電圧Ｖｒに基づいて生成したバイアス電圧Ｖｂに基づいて、カラムＡＤ変換回路２０、出力回路８０、および参照電圧生成部１３０のそれぞれが動作する。これにより、第１の実施形態の固体撮像素子１では、固体撮像素子１の温度の影響が少ない、つまり、温度に対する依存の度合い少ない状態の画素データ信号を出力することができる。
【００４６】
また、第１の実施形態の固体撮像素子１は、基準電圧生成部１１０が生成した温度検出電圧Ｖｔの電圧値をアナログデジタル変換するカラムＡＤ変換回路２０と同じ構成の温度ＡＤ変換回路２１を備える。これにより、第１の実施形態の固体撮像素子１では、基準電圧生成部１１０が生成した温度検出電圧Ｖｔの電圧値に基づいて、固体撮像素子１の温度を検出することができる。しかも、第１の実施形態の固体撮像素子１では、温度ＡＤ変換回路２１も、基準電圧生成部１１０が生成したリファレンス電圧Ｖｒに基づいて生成したバイアス電圧Ｖｂに基づいて動作する。これにより、第１の実施形態の固体撮像素子１では、固体撮像素子１の温度の影響が少ない、つまり、温度に対する依存の度合い少ない状態の温度データ信号を出力することができる。言い換えれば、第１の実施形態の固体撮像素子１では、固体撮像素子１の温度が大きく変動した場合でも、温度検出電圧Ｖｔの電圧値によって表される固体撮像素子１（半導体基板）の温度を正確に表した温度データ信号を出力することができる。
【００４７】
例えば、第１の実施形態の固体撮像素子１では、固体撮像素子１の温度が高温側に大きく変動し、高温時における暗電流の影響によって画素アレイ部１０に配置されたそれぞれの画素からの画素信号が対応するカラムＡＤ変換回路２０に正常に出力されない場合でも、温度係数がほぼゼロの電圧値であるリファレンス電圧Ｖｒに基づいて、カラムＡＤ変換回路２０のバイアス電圧Ｖｂや参照電圧、出力回路８０のバイアス電圧Ｖｂを生成している。これにより、第１の実施形態の固体撮像素子１では、カラムＡＤ変換回路２０や出力回路８０は、固体撮像素子１の温度に大きく影響されずに正しく動作することができる。
【００４８】
例えば、出力回路８０は、シリアルのデジタルデータを差動信号に変換して出力するために高速に動作する回路要素であり、温度の変動に起因するバイアス変動の影響をより受けやすい回路要素である。しかしながら、第１の実施形態の固体撮像素子１において出力回路８０は、リファレンス電圧Ｖｒに基づいてバイアス生成部１２０が生成したバイアス電圧Ｖｂによって出力する差動信号の電流値を定めることができる。このため、第１の実施形態の固体撮像素子１では、温度が変動したときに起こるバイアス変動による電流値の変動を抑えて、出力回路８０における信号の出力能力を維持することができる。このことにより、第１の実施形態の固体撮像素子１において出力回路８０は、より広い温度の範囲で、温度検出電圧Ｖｔの電圧値が表す固体撮像素子１の温度を正確に表した温度データ信号を、固体撮像素子１の外部に出力することができる。
【００４９】
例えば、固体撮像素子１の動作保証温度が８５℃であった場合、従来の固体撮像素子のように温度係数をもったバイアス電圧によって出力する差動信号の電流値を定めると、出力回路８０が正確な温度データ信号を出力することができる温度の範囲も８５℃までとなると考えられる。これに対して、温度係数がほぼゼロのリファレンス電圧Ｖｒに基づいたバイアス電圧Ｖｂによって出力する差動信号の電流値を定めると、画素アレイ部１０に備えた画素の動作保証温度が８５℃であったとしても、出力回路８０は、例えば、１２５℃までというように、従来よりも広い範囲で、正確な温度を表す温度データ信号を出力することができる。つまり、出力回路８０は、基準電圧生成部１１０が生成した温度検出電圧Ｖｔの電圧値が表すことができる固体撮像素子１の温度（例えば、１２５℃）を正確に表した温度データ信号を出力することができる。これにより、第１の実施形態の固体撮像素子１では、出力した画素データ信号に何らかの原因によって無効な状態となってしまった場合に、その原因が、温度が高くなったことによるものであるか否かを判断することができるようになる。
【００５０】
また、第１の実施形態の固体撮像素子１では、画素データ信号を出力するための構成要素と共通の構成要素、つまり、デジタル信号処理部７０、出力回路８０、およびインターフェース部９０を介して温度データ信号を出力する。つまり、第１の実施形態の固体撮像素子１では、画素データ信号を出力するための構成要素と温度データ信号を出力するための構成要素とを共有している。これにより、第１の実施形態の固体撮像素子１では、検出した温度を表す温度データ信号を固体撮像素子１の外部に出力するための構成要素（回路要素）を別に設けることなく、固体撮像素子１の回路規模の増加を少なくすることができる。
【００５１】
次に、第１の実施形態の固体撮像素子１に備えた基準電圧生成部１１０のより具体的な構成の一例について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態の固体撮像素子１に備えた基準電圧生成部１１０の構成の一例を示した回路図である。図２に示した基準電圧生成部１１０は、３つのバイポーラトランジスタＱ１〜バイポーラトランジスタＱ３と、３つの抵抗Ｒ１〜抵抗Ｒ３と、４つの電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）Ｔ１〜電界効果トランジスタＴ４と、オペアンプＵ１と、で構成されている。
【００５２】
図２に示した基準電圧生成部１１０において、オペアンプＵ１の反転入力端子は、バイポーラトランジスタＱ１のエミッタ端子および電界効果トランジスタＴ１のドレイン端子およびソース端子の一方の端子に接続されている。オペアンプＵ１の非反転入力端子は、抵抗Ｒ１の第１の端子および電界効果トランジスタＴ２のドレイン端子およびソース端子の一方の端子に接続されている。抵抗Ｒ１の第２の端子は、バイポーラトランジスタＱ２のエミッタ端子に接続されている。オペアンプＵ１の出力端子は、電界効果トランジスタＴ１のゲート端子と、電界効果トランジスタＴ２のゲート端子と、電界効果トランジスタＴ３のゲート端子と、電界効果トランジスタＴ４のゲート端子とに接続されている。電界効果トランジスタＴ１のソース端子およびドレイン端子の一方の端子と、電界効果トランジスタＴ２のソース端子およびドレイン端子の一方の端子と、電界効果トランジスタＴ３のソース端子およびドレイン端子の一方の端子と、電界効果トランジスタＴ４のソース端子およびドレイン端子の一方の端子とは、電源ＶＤＤに接続されている。電界効果トランジスタＴ３のドレイン端子およびソース端子の一方の端子は、抵抗Ｒ２の第１の端子と接続され、基準電圧生成部１１０におけるリファレンス電圧Ｖｒの出力端子となっている。抵抗Ｒ２の第２の端子は、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子に接続されている。電界効果トランジスタＴ４のドレイン端子およびソース端子の一方の端子は、抵抗Ｒ３の第１の端子と接続され、基準電圧生成部１１０における温度検出電圧Ｖｔの出力端子となっている。抵抗Ｒ３の第２の端子と、バイポーラトランジスタＱ１のコレクタ端子およびベース端子と、バイポーラトランジスタＱ２のコレクタ端子およびベース端子と、バイポーラトランジスタＱ３のコレクタ端子およびベース端子とは、接地されている。
【００５３】
このような接続によって、図２に示した基準電圧生成部１１０では、抵抗Ｒ１の第１の端子の電位が、オペアンプＵ１における反転入力端子と非反転入力端子との仮想短絡（バーチャルショート、イマジナリーショート）ＶＳによって、バイポーラトランジスタＱ１のベース端子とエミッタ端子との間の電位ＶＢＥ１になる。また、抵抗Ｒ１の第２の端子の電位は、バイポーラトランジスタＱ２のベース端子とエミッタ端子との間の電位ＶＢＥ２になる。この場合、抵抗Ｒ１に流れる電流ＩＤは、下式（１）のように表される。
【００５４】
ＩＤ＝（ＶＢＥ１−ＶＢＥ２）／Ｒ１
＝（ｋＴ／ｑ＊ｌｎ（ｎ））／Ｒ１      ・・・（１）
【００５５】
上式（１）において、Ｒ１は抵抗Ｒ１の抵抗値としている。また、上式（１）において、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑは電子の電荷である。また、上式（１）において、ｌｎ（ｎ）はバイポーラトランジスタＱ１とバイポーラトランジスタＱ２との比を表している。上式（１）において、バイポーラトランジスタＱ１とバイポーラトランジスタＱ２との比ｌｎ（ｎ）は、正の温度係数をもっている。
【００５６】
そして、図２に示した基準電圧生成部１１０では、上式（１）で表した電流ＩＤが、電界効果トランジスタＴ１、電界効果トランジスタＴ２、電界効果トランジスタＴ３、および電界効果トランジスタＴ４によって、抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ３にも流れる。このことから、抵抗Ｒ３の第１の端子の電位である温度検出電圧Ｖｔは、下式（２）のように表される。
【００５７】
Ｖｔ＝Ｒ３／Ｒ１＊（ｋＴ／ｑ＊ｌｎ（ｎ））      ・・・（２）
【００５８】
上式（２）において、Ｒ３は抵抗Ｒ３の抵抗値としている。上式（２）から、温度検出電圧Ｖｔは、正の温度係数をもち、温度に依存する、つまり、温度によって変化する電圧となる。
【００５９】
一方、抵抗Ｒ２の第１の端子の電位であるリファレンス電圧Ｖｒは、抵抗Ｒ２の第２の端子の電位が、バイポーラトランジスタＱ３のベース端子とエミッタ端子との間の電位ＶＢＥ３になるため、下式（３）のように表される。
【００６０】
Ｖｒ＝ＶＢＥ３＋Ｒ２／Ｒ１＊（ｋＴ／ｑ＊ｌｎ（ｎ））
・・・（３）
【００６１】
上式（３）において、Ｒ２は抵抗Ｒ２の抵抗値としている。上式（３）の右辺の第１項の電位ＶＢＥ３は、負の温度係数をもっている。このため、温度検出電圧Ｖｔは、上式（３）において、負の温度係数をもつ右辺の第１項の電位ＶＢＥ３と、正の温度係数をもつ右辺の第２項のＲ２／Ｒ１＊（ｋＴ／ｑ＊ｌｎ（ｎ））とで打消し合い、温度に依存しない、つまり、温度によって変化しない電圧となる。
【００６２】
なお、一般的に、抵抗も温度特性をもっている。このため、図２に示した基準電圧生成部１１０の構成では、出力する温度検出電圧Ｖｔやリファレンス電圧Ｖｒの電圧値が、抵抗の比によって定まる構成にすることによって、それぞれの抵抗の温度特性の影響を受けない構成にしている。より具体的には、温度検出電圧Ｖｔの電圧値は、上式（２）の右辺の抵抗値の比Ｒ３／Ｒ１によって定まり、リファレンス電圧Ｖｒの電圧値は、上式（３）の右辺の第２項の抵抗値の比Ｒ２／Ｒ１によって定まる構成にしている。
【００６３】
このような構成によって、図２に示した基準電圧生成部１１０では、電源ＶＤＤに基づいて、固体撮像素子１に備えたそれぞれの構成要素が動作するための、温度に応じて電圧値が変化しない（温度係数がほぼゼロである）リファレンス電圧Ｖｒと、固体撮像素子１（半導体基板）の温度を検出するための、温度に応じて電圧値が変化する（温度係数をもった）温度検出電圧Ｖｔとのそれぞれを生成して出力する。
【００６４】
なお、基準電圧生成部１１０の具体的な回路構成は、図２に示した基準電圧生成部１１０の回路構成に限定されるものではない。つまり、基準電圧生成部１１０の回路構成は、温度に応じて電圧値が変化しない（温度係数がほぼゼロである）リファレンス電圧Ｖｒと、温度に応じて電圧値が変化する（温度係数をもった）温度検出電圧Ｖｔとのそれぞれを生成して出力することができる構成であれば、いかなる回路構成であってもよい。
【００６５】
次に、第１の実施形態の固体撮像素子１に備えた出力回路８０のより具体的な構成の一例について説明する。図３は、本発明の第１の実施形態の固体撮像素子１に備えた出力回路８０の構成の一例を示した回路図である。図３に示した出力回路８０は、２つの論理否定回路ＩＮＶ１および論理否定回路ＩＮＶ２と、４つのスイッチＳＷ１〜スイッチＳＷ４と、電流源ＣＳと、で構成されている。
【００６６】
図３に示した出力回路８０において、論理否定回路ＩＮＶ１の入力端子には、デジタル信号処理部７０から出力されたシリアルのデジタルデータが入力され、出力端子は、論理否定回路ＩＮＶ２の入力端子と、スイッチＳＷ２の制御端子と、スイッチＳＷ３の制御端子とに接続されている。論理否定回路ＩＮＶ２の出力端子は、スイッチＳＷ１の制御端子と、スイッチＳＷ４の制御端子とに接続されている。スイッチＳＷ１の第１の端子と、スイッチＳＷ３の第１の端子とは、電流源ＣＳの出力端子に接続されている。電流源ＣＳの入力端子は、電源ＶＤＤに接続され、バイアス端子には、バイアス生成部１２０から出力されたバイアス電圧Ｖｂが入力されている。スイッチＳＷ１の第２の端子は、スイッチＳＷ２の第１の端子と接続され、出力回路８０における差動信号の第１の出力端子（例えば、差動正信号の出力端子）となっている。スイッチＳＷ３の第２の端子は、スイッチＳＷ４の第１の端子と接続され、出力回路８０における差動信号の第２の出力端子（例えば、差動負信号の出力端子）となっている。スイッチＳＷ２の第２の端子と、スイッチＳＷ４の第２の端子とは、接地されている。
【００６７】
このような構成によって、図３に示した出力回路８０では、入力されたシリアルのデジタルデータを表す差動信号を、第１の出力端子と第２の出力端子とのそれぞれから出力する。より具体的には、出力回路８０は、入力されたシリアルのデジタルデータを表す差動信号（例えば、差動正信号）を第１の出力端子から出力し、入力されたシリアルのデジタルデータのデジタル値を反転したデジタルデータを表す差動信号（例えば、差動負信号）を第２の出力端子から出力する。ここで、出力回路８０が第１の出力端子と第２の出力端子とのそれぞれから出力する差動信号の電流値は、バイアス生成部１２０から出力されたバイアス電圧Ｖｂに応じて電流源ＣＳによって定められた電流値である。つまり、出力回路８０が出力するそれぞれの差動信号は、上述したように、温度が変動したときに起こるバイアス変動による電流値の変動を抑えた状態の差動信号である。そして、出力回路８０が出力したそれぞれの差動信号は、対応するインターフェース部９０、より具体的には、インターフェース部９０において画素データ信号と温度データ信号との出力を兼用した出力端子を介して固体撮像素子１の外部に出力される。
【００６８】
なお、出力回路８０の具体的な回路構成は、図３に示した出力回路８０の回路構成に限定されるものではない。つまり、出力回路８０の回路構成は、入力されたシリアルのデジタルデータを、バイアス電圧Ｖｂによって定められる電流値の差動信号として出力することができる構成であれば、いかなる回路構成であってもよい。
【００６９】
第１の実施形態によれば、入射した光量に応じた光電変換信号を出力する複数の画素を行列状に配置した画素アレイ部（画素アレイ部１０）と、温度の変化に応じて変化する温度検出電圧（温度検出電圧Ｖｔ）と、温度の変化に依存しないリファレンス電圧（リファレンス電圧Ｖｒ）とを生成する基準電圧生成部（基準電圧生成部１１０）と、画素アレイ部１０が出力した光電変換信号と、基準電圧生成部１１０が生成した温度検出電圧Ｖｔとのそれぞれを信号処理して読み出す読み出し部（カラムＡＤ変換回路２０、温度ＡＤ変換回路２１、画素読み出し制御部３０、水平読み出し制御部４０、参照電圧生成部１３０）と、読み出し部で信号処理がされた光電変換信号と温度検出電圧Ｖｔとの双方を外部に出力する出力部（デジタル信号処理部７０、出力回路８０、インターフェース部９０）と、リファレンス電圧Ｖｒに基づいて生成したバイアス電圧（バイアス電圧Ｖｂ）を、読み出し部および出力部に供給するバイアス生成部（バイアス生成部１２０）と、を備える固体撮像素子（固体撮像素子１）が構成される。
【００７０】
また、第１の実施形態によれば、読み出し部は、入力されたアナログ信号（画素信号または温度検出電圧Ｖｔ：温度信号）をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換回路（カラムＡＤ変換回路２０および温度ＡＤ変換回路２１）、を備える固体撮像素子１が構成される。
【００７１】
また、第１の実施形態によれば、画素アレイ部１０からの光電変換信号の読み出しのタイミングと、読み出し部による信号処理および信号処理がされた光電変換信号と温度検出電圧Ｖｔの読み出しのタイミングとを制御するタイミングジェネレータ（タイミングジェネレータ５０）、を備える固体撮像素子１が構成される。
【００７２】
また、第１の実施形態によれば、タイミングジェネレータ５０およびバイアス生成部１２０を制御するセンサ制御部（センサ制御部６０）、を備える固体撮像素子１が構成される。
【００７３】
次に、第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置について説明する。図４は、本発明の第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置の概略構成を示したブロック図である。図４に示した撮像装置２００は、固体撮像素子１と、撮像制御部２１０と、露光制御装置２２０と、を備えている。
【００７４】
露光制御装置２２０は、撮像制御部２１０からの制御に従って、固体撮像素子１に入射する光量を制御するための装置である。露光制御装置２２０は、例えば、撮像装置２００がデジタル一眼レフカメラのシステムである場合、メカニカルシャッタや絞り装置などである。また、露光制御装置２２０は、例えば、撮像装置２００が内視鏡装置のシステムである場合、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）光源などの光源装置である。なお、露光制御装置２２０としては、固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００のシステムによって様々な構成の装置が考えられる。従って、本発明においては、露光制御装置２２０の構成に関して、特に規定しない。
【００７５】
撮像制御部２１０は、撮像装置２００において撮像を行う際に、固体撮像素子１と露光制御装置２２０とのそれぞれの設定や動作のタイミングなどの制御を行う制御部である。撮像制御部２１０は、固体撮像素子１が撮像して出力した画素データ信号や、固体撮像素子１が検出して出力した温度データ信号に基づいて、固体撮像素子１および露光制御装置２２０のそれぞれの設定や動作のタイミングなどを制御する。例えば、撮像制御部２１０は、撮像装置２００において撮像を行う前に、固体撮像素子１に温度検出の動作を行わせるための制御信号を出力し、固体撮像素子１が検出した温度データ信号を取得する。そして、撮像制御部２１０は、取得した温度データ信号に基づいて、固体撮像素子１おける撮像方法を決定し、決定した撮像方法で撮像の動作を行わせるための制御信号を出力する。これにより、撮像制御部２１０は、固体撮像素子１が検出した温度が反映された画素データ信号を取得することができる。
【００７６】
ここで、撮像制御部２１０における固体撮像素子１の制御方法の一例について説明する。図５は、本発明の第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００における信号の読み出しタイミングの一例を示したタイミングチャートである。図５に示したタイミングチャートは、撮像装置２００が、例えば、内視鏡装置のシステムである場合において、撮像制御部２１０が、固体撮像素子１に備えた画素アレイ部１０に配置されたそれぞれの画素が入射した光を露光している露光期間中に温度データ信号を取得し、露光が終了した後に画素データ信号を取得する制御を周期的に行う場合の制御タイミングである。
【００７７】
図５には、撮像制御部２１０が固体撮像素子１に光を露光させるための露光制御信号と、撮像制御部２１０が固体撮像素子１から画素データ信号と温度データ信号とのそれぞれを周期的に取得する際に基準とする垂直同期信号ＶＤおよび水平同期信号ＨＤと、固体撮像素子１が画素データ信号と温度データ信号とのそれぞれを出力するインターフェース部９０内の２つの出力端子（差動信号）とのそれぞれを示している。なお、図５に示したタイミングチャートには、１フレーム分の画素データ信号を取得する期間のそれぞれの信号を示している。
【００７８】
図５に示したタイミングチャートでは、撮像制御部２１０は、垂直同期信号ＶＤが画素データ信号を読み出さない期間を表す“Ｌｏｗ”レベルになると、つまり、垂直ブランキング期間になると、垂直同期信号ＶＤに同期した露光制御信号が“Ｈｉｇｈ”レベルの期間に、固体撮像素子１に光が入射するように、露光制御装置２２０を制御する。また、このとき、撮像制御部２１０は、例えば、Ｉ２Ｃシリアル通信によって、固体撮像素子１のインターフェース部９０の２つの入力端子に、撮像を行うことを指示するコマンド信号（以下、「撮像コマンド」という）を出力する。これにより、固体撮像素子１では、インターフェース部９０の入力端子および入力回路１００を介して、撮像制御部２１０から出力された撮像コマンドが、センサ制御部６０に入力される。センサ制御部６０は、撮像制御部２１０から入力された撮像コマンドに応じて、露光の動作を行うことを表す制御信号を、タイミングジェネレータ５０に出力する。これにより、タイミングジェネレータ５０は、画素アレイ部１０に配置されているそれぞれの画素による露光のタイミングを制御するための制御タイミング信号を、画素読み出し制御部３０に出力する。これにより、画素読み出し制御部３０は、画素アレイ部１０に配置されているそれぞれの画素に露光制御信号を出力して、入射した光の露光を行わせる。
【００７９】
その後、撮像制御部２１０は、垂直同期信号ＶＤが画素データ信号を読み出す期間を表す“Ｈｉｇｈ”レベルになると、水平同期信号ＨＤに同期したタイミングでそれぞれの画素から出力された画素信号に応じた画素データ信号を画素アレイ部１０の行ごとに読み出すことを指示するコマンド信号（以下、「画素読み出しコマンド」という）を、例えば、Ｉ２Ｃシリアル通信によって、固体撮像素子１のインターフェース部９０の２つの入力端子に出力する。これにより、固体撮像素子１では、インターフェース部９０の入力端子および入力回路１００を介して、撮像制御部２１０から出力された画素読み出しコマンドが、センサ制御部６０に入力される。センサ制御部６０は、撮像制御部２１０から入力された画素読み出しコマンドに応じて、画素信号の読み出しの動作を行うことを表す制御信号を、タイミングジェネレータ５０に出力する。これにより、タイミングジェネレータ５０は、画素アレイ部１０に配置されているそれぞれの画素から画素信号を読み出すタイミングを制御するための制御タイミング信号を、画素読み出し制御部３０に出力する。これにより、画素読み出し制御部３０は、画素アレイ部１０に配置されているそれぞれの画素の行ごとに読み出し制御信号を出力して画素信号を出力させる。また、タイミングジェネレータ５０は、それぞれの画素から出力された画素信号のアナログデジタル変換を開始するタイミングを制御するための制御タイミング信号を、参照電圧生成部１３０およびカラムＡＤ変換回路２０のそれぞれに出力する。これにより、参照電圧生成部１３０は、参照電圧を出力し、カラムＡＤ変換回路２０は、バイアス生成部１２０から出力されたバイアス電圧Ｖｂと、参照電圧生成部１３０から出力された参照電圧とに基づいて、対応する列の画素から出力された画素信号をアナログデジタル変換する。また、タイミングジェネレータ５０は、カラムＡＤ変換回路２０のそれぞれがアナログデジタル変換した画素データを読み出すタイミングを制御するための制御タイミング信号を、水平読み出し制御部４０に出力する。これにより、水平読み出し制御部４０は、それぞれのカラムＡＤ変換回路２０がアナログデジタル変換した画素データを順次読み出して、デジタル信号処理部７０に出力させる。また、タイミングジェネレータ５０は、水平読み出し制御部４０によって順次読み出された画素データ（パラレルのデジタルデータ）をデジタルデータ処理するタイミングを制御するための制御タイミング信号を、デジタル信号処理部７０に出力する。これにより、デジタル信号処理部７０は、順次入力された画素データに対してデジタルデータ処理（シリアライズ処理）を行った後のシリアルのデジタルデータを、出力回路８０に出力する。これにより、出力回路８０は、デジタル信号処理部７０から出力されたシリアルのデジタルデータに対応する画素データ信号を、インターフェース部９０の出力端子を介して、固体撮像素子１の外部の撮像制御部２１０に出力する。
【００８０】
また、図５に示したタイミングチャートでは、撮像制御部２１０は、垂直ブランキング期間になると、温度を検出することを指示するコマンド信号（以下、「温度読み出しコマンド」という）を、例えば、Ｉ２Ｃシリアル通信によって、固体撮像素子１のインターフェース部９０の２つの入力端子に出力する。これにより、固体撮像素子１では、インターフェース部９０の入力端子および入力回路１００を介して、撮像制御部２１０から出力された温度読み出しコマンドが、センサ制御部６０に入力される。センサ制御部６０は、撮像制御部２１０から入力された温度読み出しコマンドに応じて、温度検出の動作を行うことを表す制御信号を、タイミングジェネレータ５０に出力する。これにより、タイミングジェネレータ５０は、基準電圧生成部１１０が出力している温度検出電圧Ｖｔのアナログデジタル変換を開始するタイミングを制御するための制御タイミング信号を、参照電圧生成部１３０および温度ＡＤ変換回路２１のそれぞれに出力する。これにより、参照電圧生成部１３０は、参照電圧を出力し、温度ＡＤ変換回路２１は、バイアス生成部１２０から出力されたバイアス電圧Ｖｂと、参照電圧生成部１３０から出力された参照電圧とに基づいて、基準電圧生成部１１０から出力された温度検出電圧Ｖｔをアナログデジタル変換する。また、タイミングジェネレータ５０は、温度ＡＤ変換回路２１がアナログデジタル変換した温度データを読み出すタイミングを制御するための制御タイミング信号を、水平読み出し制御部４０に出力する。これにより、水平読み出し制御部４０は、温度ＡＤ変換回路２１がアナログデジタル変換した温度データを読み出して、デジタル信号処理部７０に出力させる。また、タイミングジェネレータ５０は、水平読み出し制御部４０によって読み出された温度データ（パラレルのデジタルデータ）をデジタルデータ処理するタイミングを制御するための制御タイミング信号を、デジタル信号処理部７０に出力する。これにより、デジタル信号処理部７０は、入力された温度データに対してデジタルデータ処理（シリアライズ処理）を行った後のシリアルのデジタルデータを、出力回路８０に出力する。これにより、出力回路８０は、デジタル信号処理部７０から出力されたシリアルのデジタルデータに対応する温度データ信号を、インターフェース部９０の出力端子を介して、固体撮像素子１の外部の撮像制御部２１０に出力する。
【００８１】
このような制御タイミングで固体撮像素子１の動作を制御することによって、撮像制御部２１０は、垂直同期信号ＶＤに同期した露光制御信号のタイミングで画素アレイ部１０に配置されたそれぞれの画素に露光を行わせ、露光期間が終了した後の水平同期信号ＨＤに同期したタイミングから、それぞれの画素から出力された画素信号に応じた画素データ信号を画素アレイ部１０の行ごとに読み出すように固体撮像素子１を制御する。また、撮像制御部２１０は、画素データ信号を読み出さない期間、図５に示したタイミングチャートでは、垂直同期信号ＶＤが画素データ信号を読み出さないことを表す垂直ブランキング期間に、温度検出電圧Ｖｔに基づいて検出した温度データ信号を読み出すように固体撮像素子１を制御する。これにより、撮像制御部２１０は、固体撮像素子１からの画素データ信号の取得に影響しない露光期間中に、固体撮像素子１において検出した温度データ信号を取得することができる。
【００８２】
なお、撮像制御部２１０は、垂直ブランキング期間中に、温度を検出することを表す温度読み出しコマンドを固体撮像素子１に複数回出力してもよい。この場合、撮像制御部２１０は、出力した温度読み出しコマンドの回数分の温度データ信号を取得することができ、すなわち、温度検出のサンプリング数を増やすことができ、固体撮像素子１の温度を、より高い精度で検出することができる。
【００８３】
なお、撮像制御部２１０は、固体撮像素子１に備えた画素アレイ部１０に配置されたそれぞれの画素の露光期間中に取得した温度データ信号は、露光が終了した後に取得した画素データ信号を固体撮像素子１の温度に応じて補正するために利用することもできるが、露光が終了した後に画素データ信号を取得する際に、固体撮像素子１の設定を変更するために利用することもできる。つまり、撮像制御部２１０は、それぞれの画素の露光期間中に取得した温度データ信号に基づいて、画素データ信号を出力する際の動作を制御するフィードバック制御に利用することもできる。より具体的には、撮像制御部２１０は、取得した温度データ信号に基づいてバイアス電圧Ｖｂの電圧値を決定し、決定した電圧値を設定することによって、カラムＡＤ変換回路２０が画素信号を画素データにアナログデジタル変換する際の変換精度の安定化や、出力回路８０が画素データを差動信号に変換して出力する際の出力能力の向上に利用することができる。
【００８４】
ここで、撮像制御部２１０における固体撮像素子１の制御方法の別の一例について説明する。図６は、本発明の第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００における信号の読み出しタイミングの別の一例を示したタイミングチャートである。図６に示したタイミングチャートは、図５に示したタイミングチャートと同様に、撮像装置２００が、例えば、内視鏡装置のシステムである場合において、撮像制御部２１０が、固体撮像素子１に備えた画素アレイ部１０に配置されたそれぞれの画素の露光期間中に温度データ信号を取得し、露光が終了した後に画素データ信号を取得する前に、取得した温度データ信号に基づいて、固体撮像素子１の設定を変更する場合の制御タイミングである。
【００８５】
図６には、図５に示したタイミングチャートと同様に、撮像制御部２１０が固体撮像素子１に光を露光させるための露光制御信号と、撮像制御部２１０が固体撮像素子１から画素データ信号と温度データ信号とのそれぞれを周期的に取得する際に基準とする垂直同期信号ＶＤおよび水平同期信号ＨＤとのそれぞれを示している。また、図６には、インターフェース部９０内の２つの出力端子と入力端子とのそれぞれを分けて示している。より具体的には、固体撮像素子１が画素データ信号と温度データ信号とのそれぞれを出力するインターフェース部９０内の２つの出力端子（差動信号）と、撮像制御部２１０が固体撮像素子１の設定を変更するために入力するインターフェース部９０内の２つの入力端子（設定信号）とのそれぞれを示している。なお、図６に示したタイミングチャートにも、図５に示したタイミングチャートと同様に、１フレーム分の画素データ信号を取得する期間のそれぞれの信号を示している。
【００８６】
なお、図６に示したタイミングチャートにおいて、撮像制御部２１０による撮像の制御、つまり、固体撮像素子１に出力するそれぞれのコマンド信号（撮像コマンドおよび画素読み出しコマンド）と、それぞれのコマンド信号に応じた固体撮像素子１内のそれぞれの構成要素の動作は、図５に示したタイミングチャートにおいて説明した動作と同様である。従って、図６に示したタイミングチャートに示した撮像制御部２１０による撮像の制御に関する詳細な説明は省略する。なお、図６に示したタイミングチャートの全体の期間を考慮すると、撮像制御部２１０がインターフェース部９０の２つの入力端子にそれぞれのコマンド信号を出力する期間は、非常に短い期間である。このため、図６に示したタイミングチャートには、撮像制御部２１０がインターフェース部９０の２つの入力端子にそれぞれのコマンド信号を出力している期間は表されていない。また、図６に示したタイミングチャートにおいて、固体撮像素子１が画素データ信号を出力している間は、撮像制御部２１０が固体撮像素子１に対して何も制御しない、つまり、インターフェース部９０の２つの入力端子に信号を出力しない未処理時間であるため、この未処理時間の期間を、アイドル（ＩＤＬＥ）期間として示している。
【００８７】
図６に示したタイミングチャートでは、撮像制御部２１０は、垂直ブランキング期間になると、温度を検出することを指示する温度読み出しコマンドを、例えば、Ｉ２Ｃシリアル通信によって、固体撮像素子１のインターフェース部９０の２つの入力端子に出力する。これにより、固体撮像素子１では、図５に示したタイミングチャートにおいて説明した動作と同様に動作し、温度データ信号を、インターフェース部９０の出力端子を介して撮像制御部２１０に出力する。なお、図６に示したタイミングチャートの全体の期間を考慮すると、撮像制御部２１０がインターフェース部９０の２つの入力端子に温度読み出しコマンドを出力する期間は、非常に短い期間である。このため、図６に示したタイミングチャートには、撮像制御部２１０が温度読み出しコマンドを出力している期間も表されていない。また、図６に示したタイミングチャートにおいて、固体撮像素子１が温度データ信号を出力している間も、撮像制御部２１０が固体撮像素子１に対して何も制御しない未処理時間であるため、この未処理時間の期間を、アイドル（ＩＤＬＥ）期間として示している。
【００８８】
また、図６に示したタイミングチャートでは、撮像制御部２１０は、出力した温度読み出しコマンドに応じた温度データ信号を取得した後、バイアス電圧Ｖｂの設定および設定値を表す設定信号を、例えば、Ｉ２Ｃシリアル通信によって、固体撮像素子１のインターフェース部９０の２つの入力端子に出力する。これにより、固体撮像素子１では、インターフェース部９０の入力端子および入力回路１００を介して、撮像制御部２１０から出力された設定信号が、センサ制御部６０に入力される。センサ制御部６０は、撮像制御部２１０から入力された設定信号に基づいて、バイアス電圧Ｖｂの電圧値を設定する動作を行うことを表す制御信号を、バイアス生成部１２０に出力する。これにより、バイアス生成部１２０は、基準電圧生成部１１０から出力されたリファレンス電圧Ｖｒに基づいて生成するバイアス電圧Ｖｂの電圧値を、センサ制御部６０から出力された設定値に変更する。そして、バイアス生成部１２０は、以降、変更した設定値に応じた電圧値のバイアス電圧Ｖｂを生成して、カラムＡＤ変換回路２０と、温度ＡＤ変換回路２１と、出力回路８０と、参照電圧生成部１３０とのそれぞれに出力する。これにより、カラムＡＤ変換回路２０と、温度ＡＤ変換回路２１と、出力回路８０と、参照電圧生成部１３０とのそれぞれは、バイアス生成部１２０から出力された変更された電圧値のバイアス電圧Ｖｂに基づいて、図５に示したタイミングチャートにおいて説明した動作と同様に動作する。つまり、カラムＡＤ変換回路２０と、温度ＡＤ変換回路２１と、出力回路８０と、参照電圧生成部１３０とのそれぞれは、撮像制御部２１０から設定された電圧値のバイアス電圧Ｖｂに基づいて、撮像制御部２１０からの制御に応じた撮像や温度検出の動作を行い、画素データ信号や温度データ信号を、インターフェース部９０の出力端子を介して、固体撮像素子１の外部の撮像制御部２１０に出力する。
【００８９】
このような制御タイミングで固体撮像素子１の動作を制御することによって、撮像制御部２１０は、固体撮像素子１から画素データ信号を取得する前に、画素アレイ部１０に配置されたそれぞれの画素の露光期間中の温度データ信号を取得する。そして、撮像制御部２１０は、取得した温度データ信号に基づいて、バイアス電圧Ｖｂの電圧値を変更して固体撮像素子１が画素データ信号や温度データ信号を出力する際の動作を制御するフィードバック制御を行う。これにより、撮像制御部２１０は、フィードバック制御したバイアス電圧Ｖｂに基づいた画素データ信号や温度データ信号、つまり、固体撮像素子１の温度に影響されていない画素データ信号や温度データ信号を取得することができる。
【００９０】
例えば、固体撮像素子１の温度が高温である場合には、それぞれの回路要素を構成する抵抗の抵抗値が変化することによって、出力する信号の波形の鈍りや、クロック信号のジッタが増加することが考えられる。特に、固体撮像素子１では、それぞれのＡＤ変換回路がアナログデジタル変換して出力したパラレルのデジタルデータをシリアルのデジタルデータにシリアライズ処理して出力するため、出力する画素データ信号や温度データ信号の周波数が高く、信号波形の鈍りやジッタの増加によって、撮像制御部２１０が画素データ信号や温度データ信号を取得する際のビットエラーレートが増加することが考えられる。しかしながら、撮像装置２００では、撮像制御部２１０が、固体撮像素子１に画素データ信号を取得する制御（画素読み出しコマンド）を行う前に取得した温度データ信号に基づいて、固体撮像素子１の温度を確認し、バイアス電圧Ｖｂの電圧値を設定することによって、出力回路８０における信号の出力能力を高めることができる。これにより、固体撮像素子１が画素データ信号や温度データ信号を出力する際のビットエラーレートの増加を抑えることができる。さらに、固体撮像素子１では、上述したように、より広い温度の範囲で、温度検出電圧Ｖｔの電圧値が表す固体撮像素子１の温度を正確に表した温度データ信号を外部に出力することができる。このため、撮像制御部２１０は、より広い温度の範囲でバイアス電圧Ｖｂの電圧値を設定することができ、より広い温度の範囲に対応した画素データ信号や温度データ信号を取得することができる。
【００９１】
第１の実施形態によれば、固体撮像素子（固体撮像素子１）と、固体撮像素子１に入射する光量を制御する露光制御装置（露光制御装置２２０）と、露光制御装置２２０と固体撮像素子１とを制御するための制御信号を出力する撮像制御部（撮像制御部２１０）と、を備え、固体撮像素子１は、撮像制御部２１０から出力された制御信号がセンサ制御部（センサ制御部６０）に入力される、撮像装置（撮像装置２００）が構成される。
【００９２】
このように、第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００では、撮像制御部２１０が、固体撮像素子１の動作を制御することによって、固体撮像素子１の温度の影響が少ない、つまり、温度に対する依存の度合い少ない状態の温度データ信号を取得する。これにより、第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００では、撮像制御部２１０が画素データ信号を取得する際に、固体撮像素子１の温度の影響がさらに少ない、つまり、温度に対する依存の度合いさらに少ない状態に固体撮像素子１を設定することができる。
【００９３】
なお、第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００では、撮像装置２００に備えた撮像制御部２１０が、固体撮像素子１から取得した温度データ信号に基づいてバイアス電圧Ｖｂの電圧値を変更することによって、以降に取得する画素データ信号や温度データ信号に対してフィードバック制御を行う構成について説明した。つまり、第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００では、固体撮像素子１の外部の撮像制御部２１０によって、固体撮像素子１が出力する画素データ信号や温度データ信号に対してフィードバック制御を行う構成について説明した。しかし、固体撮像素子１が検出した温度データ信号に基づいてフィードバック制御を行う構成は、固体撮像素子１の外部の構成要素（撮像装置２００では、撮像制御部２１０）が行う構成に限定されるものではない。例えば、固体撮像素子が、自身が検出した温度データ信号に基づいてフィードバック制御を行う構成であってもよい。
【００９４】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の固体撮像素子を搭載した撮像装置について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態の固体撮像素子を搭載した撮像装置の概略構成を示したブロック図である。図７に示した撮像装置３００は、固体撮像素子３と、撮像制御部３１０と、露光制御装置２２０と、を備えている。また、固体撮像素子３は、画素アレイ部１０と、複数のカラムＡＤ変換回路２０と、温度ＡＤ変換回路２１と、画素読み出し制御部３０と、水平読み出し制御部４０と、タイミングジェネレータ５０と、センサ制御部３６０と、デジタル信号処理部３７０と、出力回路８０と、インターフェース部９０と、入力回路１００と、基準電圧生成部１１０と、バイアス生成部１２０と、参照電圧生成部１３０と、温度フィードバック（ｆｅｅｄｂａｃｋ：ＦＢ）部３４０と、を備えている。
【００９５】
なお、図７に示した固体撮像素子３およびの撮像装置３００の構成要素には、図１に示した第１の実施形態の固体撮像素子１および図４に示した第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００の構成要素と同様の構成要素も含まれている。従って、固体撮像素子３およびの撮像装置３００の構成要素において、第１の実施形態の固体撮像素子１およびの撮像装置２００の構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付与し、それぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。
【００９６】
固体撮像素子３は、第１の実施形態の固体撮像素子１内に温度フィードバック部３４０を備え、第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００において撮像制御部２１０が行っていた温度データ信号に基づいたフィードバック制御を、温度フィードバック部３４０が行う構成の固体撮像素子である。つまり、固体撮像素子３は、検出した温度データ信号に基づいたフィードバック制御を、固体撮像素子３自身で行う構成の固体撮像素子である。
【００９７】
このため、固体撮像素子３では、第１の実施形態の固体撮像素子１に備えたセンサ制御部６０がセンサ制御部３６０に、デジタル信号処理部７０がデジタル信号処理部３７０にそれぞれ代わっている。また、撮像装置３００では、第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００に備えた撮像制御部２１０が、撮像制御部３１０に代わっている。
【００９８】
撮像制御部３１０は、第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００に備えた撮像制御部２１０と同様に、撮像装置３００において撮像を行う際に、固体撮像素子３と露光制御装置２２０とのそれぞれの設定や動作のタイミングなどの制御を行う。ただし、撮像制御部３１０は、固体撮像素子３が検出した温度データ信号に基づいたフィードバック制御を行わない。なお、撮像制御部３１０における固体撮像素子３のその他の制御方法は、第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００に備えた撮像制御部２１０と同様である。従って、撮像制御部３１０における固体撮像素子３の制御方法に関する詳細な説明は省略する。
【００９９】
なお、上述したように、撮像制御部３１０は、固体撮像素子３が検出した温度データ信号に基づいたフィードバック制御を行わない。このため、撮像制御部３１０は、固体撮像素子３から温度データ信号を読み出すことを指示するコマンド信号を出力しないような制御を行ってもよい。つまり、撮像制御部３１０は、撮像コマンドおよび画素読み出しコマンドのみを固体撮像素子３に出力する制御を行ってもよい。ただし、温度データ信号に基づいて露光制御装置２２０を制御する場合には、フィードバック制御を行わない場合でも、第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００に備えた撮像制御部２１０と同様に、固体撮像素子３から温度データ信号を取得し、取得した温度データ信号に基づいて、露光制御装置２２０の設定や動作のタイミングなどを制御する。
【０１００】
デジタル信号処理部３７０は、第１の実施形態の固体撮像素子１に備えたデジタル信号処理部７０と同様に、タイミングジェネレータ５０から出力された制御タイミング信号に従って、カラムＡＤ変換回路２０および温度ＡＤ変換回路２１のそれぞれから順次出力されたデジタルデータ（画素データおよび温度データ）に対してデジタルデータ処理とを行う。なお、デジタル信号処理部３７０が行うデジタルデータ処理は、第１の実施形態の固体撮像素子１に備えたデジタル信号処理部７０と同様である。従って、デジタル信号処理部３７０におけるデジタルデータ処理に関する詳細な説明は省略する。ただし、デジタル信号処理部３７０では、デジタルデータ処理を行った後の温度データ（シリアルのデジタルデータ）は、出力回路８０と温度フィードバック部３４０との両方に出力する。なお、デジタル信号処理部３７０は、温度ＡＤ変換回路２１から出力された温度データ（パラレルのデジタルデータ）に対してデジタルデータ処理を行わずに、温度フィードバック部３４０に出力する構成であってもよい。
【０１０１】
温度フィードバック部３４０は、デジタル信号処理部３７０から出力された温度データに基づいて、バイアス電圧Ｖｂの電圧値を決定する。なお、温度フィードバック部３４０におけるバイアス電圧Ｖｂの電圧値の決定方法は、第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００に備えた撮像制御部２１０におけるフィードバック制御と同様の方法である。温度フィードバック部３４０は、決定したバイアス電圧Ｖｂの電圧値を表すフィードバック信号を、センサ制御部３６０に出力する。ここで、温度フィードバック部３４０が出力するフィードバック制御は、第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００において温度データ信号に基づいたフィードバック制御を行う際に撮像制御部２１０が固体撮像素子１に出力する、バイアス電圧Ｖｂの設定および設定値を表す設定信号に相当する。
【０１０２】
なお、温度フィードバック部３４０は、バイアス電圧Ｖｂの電圧値を決定する処理を行うか否かを選択する、つまり、温度フィードバック部３４０の機能を停止するか否かを選択する機能を備えていてもよい。この温度フィードバック部３４０の機能を停止するか否かを選択は、例えば、固体撮像素子３の外部から入力された信号に応じたセンサ制御部３６０からの制御信号によって制御される。
【０１０３】
センサ制御部３６０は、第１の実施形態の固体撮像素子１に備えたセンサ制御部６０と同様に、固体撮像素子３の外部から入力された信号に応じて、固体撮像素子３の全体の動作を制御する。より具体的には、センサ制御部３６０は、第１の実施形態の固体撮像素子１に備えたセンサ制御部６０と同様に、固体撮像素子３に備えたタイミングジェネレータ５０とバイアス生成部１２０とのそれぞれの動作を制御するための制御信号を出力する。ただし、センサ制御部３６０は、温度フィードバック部３４０から出力されたフィードバック信号が表すバイアス電圧Ｖｂの電圧値の設定値に基づいて、バイアス生成部１２０の動作を制御するための制御信号を出力する。なお、センサ制御部３６０における固体撮像素子３に備えたそれぞれの構成要素に対するその他の制御方法は、第１の実施形態の固体撮像素子１に備えたセンサ制御部６０と同様である。従って、センサ制御部３６０におけるそれぞれの構成要素の制御方法に関する詳細な説明は省略する。
【０１０４】
なお、センサ制御部３６０は、第１の実施形態の固体撮像素子１に備えたセンサ制御部６０と同様に、固体撮像素子３の外部から入力された設定信号に応じて、バイアス生成部１２０が生成するバイアス電圧Ｖｂの電圧値を制御する機能を備えていてもよい。この場合、バイアス生成部１２０が生成するバイアス電圧Ｖｂの電圧値を、温度フィードバック部３４０から出力されたフィードバック信号に基づいて制御するか、固体撮像素子３の外部から入力された設定信号に応じて制御するかを切り替える機能を備えていてもよい。
【０１０５】
なお、固体撮像素子３が自身で行うフィードバック制御は、図６に示した第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００における信号の読み出しタイミングにおいて、撮像制御部２１０がバイアス電圧Ｖｂの設定および設定値を表す設定信号を固体撮像素子１に入力するタイミングと同様のタイミングで行う。つまり、図６に示した信号の読み出しタイミングにおけるインターフェース部９０内の２つの入力端子（設定信号）のタイミングを、固体撮像素子３が自身で行うフィードバック制御の制御タイミングとして考えることによって容易に理解することができる。従って、固体撮像素子３におけるフィードバック制御の制御タイミングに関する詳細な説明は省略する。
【０１０６】
第２の実施形態によれば、温度検出電圧（温度検出電圧Ｖｔ）の電圧値に基づいて、タイミングジェネレータ（タイミングジェネレータ５０）およびバイアス生成部（バイアス生成部１２０）の設定を変更するためのフィードバック信号をセンサ制御部（センサ制御部３６０）に出力する温度フィードバック部（温度フィードバック部３４０）、を備える固体撮像素子（固体撮像素子３）が構成される。
【０１０７】
このような構成によって、第２の実施形態の固体撮像素子３でも、第１の実施形態の固体撮像素子１と同様に、固体撮像素子３の温度の影響が少ない、つまり、温度に対する依存の度合い少ない状態の画素データ信号を出力することができる。また、第２の実施形態の固体撮像素子３でも、第１の実施形態の固体撮像素子１と同様に、固体撮像素子３の温度の影響が少ない（温度に対する依存の度合い少ない）状態の温度データ信号を出力することができる。つまり、第２の実施形態の固体撮像素子３でも、第１の実施形態の固体撮像素子１と同様に、固体撮像素子３の温度が大きく変動した場合でも、温度検出電圧Ｖｔの電圧値によって表される固体撮像素子３（半導体基板）の温度を正確に表した温度データ信号を出力することができる。
【０１０８】
また、第２の実施形態の固体撮像素子３は、検出した温度データに基づいてバイアス電圧Ｖｂの電圧値を決定する温度フィードバック部３４０を備える。これにより、第２の実施形態の固体撮像素子３では、検出した温度データ信号に基づいたフィードバック制御を、固体撮像素子３自身で行うことができる。このことにより、固体撮像素子３では、固体撮像素子３の温度の影響を少なくした、つまり、温度に対する依存の度合いを少なくした状態の画素データ信号を出力することができる。
【０１０９】
これにより、第２の実施形態の固体撮像素子３を搭載した撮像装置３００でも、第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００と同様の効果を得ることができる。
【０１１０】
なお、第２の実施形態の固体撮像素子３では、温度フィードバック部３４０が、デジタル信号処理部３７０から出力された温度データ（シリアルのデジタルデータ）に基づいてバイアス電圧Ｖｂの電圧値を決定する構成について説明した。しかし、温度フィードバック部３４０は、温度ＡＤ変換回路２１がアナログデジタル変換した温度データ（パラレルのデジタルデータ）に基づいてバイアス電圧Ｖｂの電圧値を決定する構成であってもよい。
【０１１１】
なお、第１の実施形態の固体撮像素子１および第２の実施形態の固体撮像素子３では、インターフェース部９０を構成する端子が、信号の入力または出力のいずれか一方に対応する端子、つまり、入力端子または出力端子である構成について説明した。しかし、固体撮像素子１や固体撮像素子３の小型化、つまり、固体撮像素子を形成する半導体基板のサイズ（投影面積）の小型化を図るために、インターフェース部９０を構成する端子の数を少なくしてもよい。
【０１１２】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態の固体撮像素子を搭載した撮像装置について説明する。図８は、本発明の第３の実施形態の固体撮像素子を搭載した撮像装置の概略構成を示したブロック図である。図８に示した撮像装置４００は、固体撮像素子４と、撮像制御部４１０と、露光制御装置２２０と、を備えている。また、固体撮像素子４は、画素アレイ部１０と、複数のカラムＡＤ変換回路２０と、温度ＡＤ変換回路２１と、画素読み出し制御部３０と、水平読み出し制御部４０と、タイミングジェネレータ４５０と、センサ制御部６０と、デジタル信号処理部７０と、出力回路８０と、インターフェース部４９０と、入力回路１００と、基準電圧生成部１１０と、バイアス生成部１２０と、参照電圧生成部１３０と、を備えている。
【０１１３】
なお、図８に示した固体撮像素子４およびの撮像装置４００の構成要素には、図１に示した第１の実施形態の固体撮像素子１および図４に示した第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００の構成要素と同様の構成要素も含まれている。従って、固体撮像素子４およびの撮像装置４００の構成要素において、第１の実施形態の固体撮像素子１およびの撮像装置２００の構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付与し、それぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。
【０１１４】
固体撮像素子４は、図１に示した第１の実施形態の固体撮像素子１に備えたインターフェース部９０を構成する端子の数を少なくした構成の固体撮像素子である。つまり、固体撮像素子４は、第１の実施形態の固体撮像素子１の小型化を図った固体撮像素子である。
【０１１５】
このため、固体撮像素子４では、第１の実施形態の固体撮像素子１に備えたタイミングジェネレータ５０がタイミングジェネレータ４５０に、インターフェース部９０がインターフェース部４９０にそれぞれ代わっている。また、撮像装置４００では、第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００に備えた撮像制御部２１０が、撮像制御部４１０に代わっている。
【０１１６】
撮像制御部４１０は、第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００に備えた撮像制御部２１０と同様に、撮像装置４００において撮像を行う際に、固体撮像素子４と露光制御装置２２０とのそれぞれの設定や動作のタイミングなどの制御を行う。ただし、撮像制御部４１０は、固体撮像素子４と接続する信号線が双方向の信号線となっている。なお、撮像制御部４１０が固体撮像素子４との間でやり取りする信号の方式は、第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００に備えた撮像制御部２１０と同様である。より具体的には、撮像制御部４１０は、例えば、ＬＶＤＳ方式の差動信号で画素データ信号および温度データ信号の入力を受け取り、Ｉ２Ｃシリアル通信によって固体撮像素子４の動作を制御するためのコマンド信号や設定信号などを出力する。また、撮像制御部４１０における固体撮像素子４の制御方法は、第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００に備えた撮像制御部２１０と同様である。従って、撮像制御部４１０における固体撮像素子４の制御方法に関する詳細な説明は省略する。
【０１１７】
タイミングジェネレータ４５０は、第１の実施形態の固体撮像素子１に備えたタイミングジェネレータ５０と同様に、センサ制御部６０からの制御に応じて、固体撮像素子４に備えたそれぞれの構成要素が動作するタイミングを制御する制御タイミング信号を生成し、生成した制御タイミング信号を、固体撮像素子４に備えたそれぞれの構成要素に出力する。より具体的には、タイミングジェネレータ４５０は、第１の実施形態の固体撮像素子１に備えたタイミングジェネレータ５０と同様に、固体撮像素子４に備えたカラムＡＤ変換回路２０と、温度ＡＤ変換回路２１と、画素読み出し制御部３０と、水平読み出し制御部４０と、デジタル信号処理部７０と、参照電圧生成部１３０とのそれぞれが動作するタイミングを制御する制御タイミング信号を生成して出力する。なお、タイミングジェネレータ４５０が、カラムＡＤ変換回路２０と、温度ＡＤ変換回路２１と、画素読み出し制御部３０と、水平読み出し制御部４０と、デジタル信号処理部７０と、参照電圧生成部１３０とのそれぞれに出力する制御タイミング信号は、第１の実施形態の固体撮像素子１に備えたタイミングジェネレータ５０と同様である。従って、タイミングジェネレータ４５０が出力する制御タイミング信号に関する詳細な説明は省略する。
【０１１８】
また、タイミングジェネレータ４５０は、第１の実施形態の固体撮像素子１に備えたタイミングジェネレータ５０が出力する制御タイミング信号に加えて、インターフェース部４９０のそれぞれの端子を入力端子とする入力モードで動作させるか、出力端子とする出力モードで動作させるかを切り替えるためのインターフェース切り替え信号ＩＦＳを、インターフェース部４９０のそれぞれの端子に出力する。
【０１１９】
より具体的には、タイミングジェネレータ４５０は、出力回路８０が画素データ信号または温度データ信号を固体撮像素子４の外部に出力させるときに、インターフェース切り替え信号ＩＦＳを、インターフェース部４９０のそれぞれの端子を出力モードで動作させることを表す状態にする。また、タイミングジェネレータ４５０は、出力回路８０が画素データ信号または温度データ信号を固体撮像素子４の外部に出力させるとき以外のときに、インターフェース切り替え信号ＩＦＳを、インターフェース部４９０のそれぞれの端子を入力モードで動作させることを表す状態にする。これにより、固体撮像素子４が画素データ信号または温度データ信号を出力する以外の期間は、インターフェース部４９０に備えたそれぞれの端子を、外部に備えた撮像制御部４１０が固体撮像素子４の動作を制御するためのコマンド信号や設定信号などの入力を受け取る状態にする。
【０１２０】
インターフェース部４９０は、第１の実施形態の固体撮像素子１に備えたインターフェース部９０と同様に、固体撮像素子４と外部とを接続するための端子である。インターフェース部４９０を構成する端子は、入出力端子、つまり、双方向端子である。インターフェース部４９０を構成する端子は、タイミングジェネレータ４５０から出力されたインターフェース切り替え信号ＩＦＳによって、入力端子または出力端子のいずれか一方の機能の端子として動作するように制御される。固体撮像素子４では、出力回路８０が出力する差動信号のそれぞれ（画素データ信号および温度データ信号）を外部に出力するための２つの出力端子と、外部からの信号を固体撮像素子４に入力するための２つの入力端子を共有にすることによって、固体撮像素子４を形成する半導体基板のサイズ（投影面積）を、第１の実施形態の固体撮像素子１よりも小型化している。
【０１２１】
ここで、固体撮像素子４に備えたインターフェース部４９０の入出力の切り替え、つまり、入力モードと出力モードとの切り替えタイミングの一例について説明する。図９は、本発明の第３の実施形態の固体撮像素子４における信号の切り替えタイミングの一例を示したタイミングチャートである。図９には、図６に示した第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００におけるフィードバック制御と同様に、固体撮像素子４を搭載した撮像装置４００が、例えば、内視鏡装置のシステムである場合において、撮像制御部４１０がフィードバック制御を行う場合の制御タイミングの一例を示している。
【０１２２】
図９に示したタイミングチャートにおいても、図６に示したタイミングチャートと同様に、撮像制御部４１０が、固体撮像素子４に備えた画素アレイ部１０に配置されたそれぞれの画素の露光期間中に温度データ信号を取得し、露光が終了した後に画素データ信号を取得する前に、取得した温度データ信号に基づいて、固体撮像素子４の設定を変更するフィードバック制御を行う。
【０１２３】
図９には、図６に示したタイミングチャートと同様に、撮像制御部４１０が固体撮像素子４に光を露光させるための露光制御信号と、撮像制御部４１０が固体撮像素子４から画素データ信号と温度データ信号とのそれぞれを周期的に取得する際に基準とする垂直同期信号ＶＤおよび水平同期信号ＨＤとのそれぞれを示している。また、図９には、インターフェース部４９０内の２つの入出力端子の信号と、タイミングジェネレータ４５０が出力するインターフェース切り替え信号ＩＦＳとのそれぞれを示している。なお、図９においては、インターフェース切り替え信号ＩＦＳが“Ｈｉｇｈ”レベルときを出力モードとし、インターフェース切り替え信号ＩＦＳが“Ｌｏｗ”レベルときを入力モードとして示している。
【０１２４】
なお、図９に示したタイミングチャートにおいて、撮像制御部４１０による撮像の制御、つまり、固体撮像素子４に出力するそれぞれのコマンド信号（撮像コマンドおよび画素読み出しコマンド）と、それぞれのコマンド信号に応じた固体撮像素子４内のそれぞれの構成要素の動作は、図６に示したタイミングチャートにおいて説明した動作と同様である。また、図９に示したタイミングチャートにおいて、撮像制御部４１０が、取得した温度データ信号に基づいて、バイアス電圧Ｖｂの電圧値を変更して固体撮像素子４が画素データ信号や温度データ信号を出力する際の動作を制御するフィードバック制御の動作も、図６に示したタイミングチャートにおいて説明した動作と同様である。従って、図９に示したタイミングチャートに示した撮像制御部４１０による撮像の制御およびフィードバック制御に関する詳細な説明は省略する。なお、図９に示したタイミングチャートにおいても、図６に示したタイミングチャートと同様に、全体の期間を考慮した場合に撮像制御部４１０がインターフェース部４９０の２つの入出力端子が入力モードであるときにそれぞれのコマンド信号を出力する期間は、非常に短い期間である。このため、図９に示したタイミングチャートにおいても、図６に示したタイミングチャートと同様に、撮像制御部４１０がインターフェース部４９０の２つの入出力端子が入力モードであるときにそれぞれのコマンド信号を出力している期間は表されていない。
【０１２５】
図９に示したタイミングチャートでは、撮像制御部４１０は、垂直ブランキング期間になると、温度を検出することを指示する温度読み出しコマンドを、例えば、Ｉ２Ｃシリアル通信によって、固体撮像素子４のインターフェース部４９０の２つの入出力端子が入力モードであるときに出力する。これにより、固体撮像素子４では、タイミングジェネレータ４５０が、インターフェース切り替え信号ＩＦＳを出力モードで動作させることを表す状態（“Ｈｉｇｈ”レベル）にする。これにより、インターフェース部４９０のそれぞれの入出力端子は、出力端子として動作し、固体撮像素子４に備えたそれぞれの構成要素は、図６に示したタイミングチャートにおいて説明した動作と同様に動作して、温度データ信号を、インターフェース部４９０の入出力端子を介して撮像制御部４１０に出力する。なお、図９に示したタイミングチャートにおいても、図６に示したタイミングチャートと同様に、全体の期間を考慮した場合に撮像制御部４１０がインターフェース部４９０の２つの入出力端子が入力モードであるときに温度読み出しコマンドを出力する期間は、非常に短い期間である。このため、図９に示したタイミングチャートにおいても、図６に示したタイミングチャートと同様に、撮像制御部４１０がインターフェース部４９０の２つの入出力端子が入力モードであるときに温度読み出しコマンドを出力している期間も表されていない。
【０１２６】
また、図９に示したタイミングチャートでは、固体撮像素子４は、撮像制御部４１０からの温度読み出しコマンドに応じた温度データ信号の出力が終了すると、タイミングジェネレータ４５０が、インターフェース切り替え信号ＩＦＳを入力モードで動作させることを表す状態（“Ｌｏｗ”レベル）にする。これにより、インターフェース部４９０のそれぞれの入出力端子は、入力端子として動作する。そして、図９に示したタイミングチャートでは、撮像制御部４１０は、出力した温度読み出しコマンドに応じた温度データ信号を取得した後、バイアス電圧Ｖｂの設定および設定値を表す設定信号を、例えば、Ｉ２Ｃシリアル通信によって、固体撮像素子４のインターフェース部４９０の２つの入出力端子に出力する。これにより、固体撮像素子４では、インターフェース部４９０の入出力端子および入力回路１００を介して、撮像制御部４１０から出力された設定信号が、センサ制御部６０に入力される。これにより、固体撮像素子４に備えたそれぞれの構成要素は、図６に示したタイミングチャートにおいて説明した動作と同様に動作して、バイアス電圧Ｖｂの電圧値を、撮像制御部４１０によって設定された設定値の電圧値に変更し、以降、変更された電圧値のバイアス電圧Ｖｂに基づいて動作する。
【０１２７】
その後、撮像制御部４１０は、垂直同期信号ＶＤが画素データ信号を読み出す期間（“Ｈｉｇｈ”レベル）になると、水平同期信号ＨＤに同期したタイミングで画素アレイ部１０から行ごとに画素データ信号を読み出することを指示する画素読み出しコマンドを、例えば、Ｉ２Ｃシリアル通信によって、固体撮像素子４のインターフェース部４９０の２つの入出力端子（入力モード）に出力する。これにより、固体撮像素子４では、タイミングジェネレータ４５０が、インターフェース切り替え信号ＩＦＳを出力モードで動作させることを表す状態（“Ｈｉｇｈ”レベル）にする。これにより、インターフェース部４９０のそれぞれの入出力端子は、出力端子として動作する。そして、固体撮像素子４に備えたそれぞれの構成要素は、図６に示したタイミングチャートにおいて説明した動作と同様に動作して、画素データ信号を、インターフェース部４９０の入出力端子を介して撮像制御部４１０に出力する。なお、図９に示したタイミングチャートにおいても、図６に示したタイミングチャートと同様に、全体の期間を考慮した場合に撮像制御部４１０がインターフェース部４９０の２つの入出力端子が入力モードであるときに画素読み出しコマンドを出力する期間は、非常に短い期間である。このため、図９に示したタイミングチャートにおいても、図６に示したタイミングチャートと同様に、撮像制御部４１０がインターフェース部４９０の２つの入出力端子が入力モードであるときに画素読み出しコマンドを出力している期間も表されていない。
【０１２８】
このような切り替えタイミングで固体撮像素子４は、撮像制御部４１０から入力されたコマンド信号や設定信号に応じた動作をする。これにより、撮像制御部４１０は、固体撮像素子４から画素データ信号を取得する前に、画素アレイ部１０に配置されたそれぞれの画素の露光期間中の温度データ信号を取得して、バイアス電圧Ｖｂの電圧値を変更するフィードバック制御を行う。これにより、撮像制御部４１０は、図６に示した第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００におけるフィードバック制御と同様に、フィードバック制御したバイアス電圧Ｖｂに基づいた画素データ信号や温度データ信号、つまり、固体撮像素子４の温度に影響されていない画素データ信号や温度データ信号を取得することができる。
【０１２９】
第３の実施形態によれば、出力部（デジタル信号処理部７０、出力回路８０、インターフェース部４９０）は、光電変換信号と温度検出電圧（温度検出電圧Ｖｔ）との双方を外部へ出力する出力モードと、外部からの信号をセンサ制御部（センサ制御部６０）に入力する入力モードと、を切り換え可能なインターフェース部（インターフェース部４９０）、を備える固体撮像素子（固体撮像素子４）が構成される。
【０１３０】
また、第３の実施形態によれば、センサ制御部６０は、インターフェース部４９０における出力モードと入力モードとの切り替えを、温度検出電圧Ｖｔの出力が終了した後で、光電変換信号の出力を開始する前に行うように、タイミングジェネレータ（タイミングジェネレータ４５０）を制御する固体撮像素子４が構成される。
【０１３１】
また、第３の実施形態によれば、固体撮像素子４と、固体撮像素子４に入射する光量を制御する露光制御装置（露光制御装置２２０）と、露光制御装置２２０と固体撮像素子４とを制御するための制御信号を出力する撮像制御部（撮像制御部４１０）と、を備え、固体撮像素子４は、入力モードにおいて、撮像制御部４１０から出力された制御信号がセンサ制御部（センサ制御部６０）に入力される、撮像装置（撮像装置４００）が構成される。
【０１３２】
このような構成によって、第３の実施形態の固体撮像素子４でも、第１の実施形態の固体撮像素子１と同様に、固体撮像素子４の温度の影響が少ない、つまり、温度に対する依存の度合い少ない状態の画素データ信号を出力することができる。また、第３の実施形態の固体撮像素子４でも、第１の実施形態の固体撮像素子１と同様に、固体撮像素子４の温度の影響が少ない（温度に対する依存の度合い少ない）状態の温度データ信号を出力することができる。つまり、第３の実施形態の固体撮像素子４でも、第１の実施形態の固体撮像素子１と同様に、固体撮像素子４の温度が大きく変動した場合でも、温度検出電圧Ｖｔの電圧値によって表される固体撮像素子４（半導体基板）の温度を正確に表した温度データ信号を出力することができる。
【０１３３】
また、第３の実施形態の固体撮像素子４は、インターフェース部４９０に備える端子を入出力端子とし、タイミングジェネレータ４５０が、入出力端子を入力端子として動作させるか、出力端子として動作させるかを切り替える。より具体的には、第３の実施形態の固体撮像素子４では、タイミングジェネレータ４５０が、画素データ信号または温度データ信号を出力するときのみインターフェース部４９０に備えたそれぞれの入出力端子を出力端子として動作させる出力モードにし、それ以外ではインターフェース部４９０に備えたそれぞれの入出力端子を入力端子として動作させる入力モードにする。これにより、第３の実施形態の固体撮像素子４では、インターフェース部４９０に備える入出力端子の数を少なくして、固体撮像素子４の小型化を図ることができる。
【０１３４】
これにより、第３の実施形態の固体撮像素子４を搭載した撮像装置４００でも、第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００と同様の効果を得ることができる。例えば、第３の実施形態の固体撮像素子４を搭載した撮像装置４００でも、撮像制御部４１０が、固体撮像素子４の動作を制御することによって、第１の実施形態の固体撮像素子１を搭載した撮像装置２００と同様に、画素データ信号や温度データ信号に対してフィードバック制御を行うことができる。
【０１３５】
なお、第３の実施形態では、図１に示した第１の実施形態の固体撮像素子１に備えたインターフェース部９０を構成する端子の数を少なくした構成の固体撮像素子４を示した。しかし、第２の実施形態の固体撮像素子３に備えたインターフェース部９０を構成する端子の数を少なくする、つまり、第２の実施形態の固体撮像素子３の小型化を図ることもできる。この場合の構成や動作は、第３の実施形態において説明した第１の実施形態の固体撮像素子１の小型化を図った場合と同様に考えることができる。従って、第２の実施形態の固体撮像素子３の小型化を図った場合の構成や動作に関する詳細な説明は省略する。
【０１３６】
上記に述べたように、本発明の各実施形態によれば、固体撮像素子の温度に依存しない（固体撮像素子の温度に影響されない）、温度係数がほぼゼロの電圧値であるリファレンス電圧と、固体撮像素子の温度に応じて変化する（温度に応じた温度係数をもった）電圧値の温度検出電圧とを生成する基準電圧生成部を備える。そして、本発明の各実施形態では、基準電圧生成部が生成したリファレンス電圧に基づいて生成したバイアス電圧に基づいて、固体撮像素子に備えたカラムＡＤ変換回路、出力回路、および参照電圧生成部（アナログ系の構成要素）のそれぞれが動作する。これにより、本発明の各実施形態では、固体撮像素子の温度の影響が少ない、つまり、温度に対する依存の度合い少ない状態で、画素の信号を出力することができる。
【０１３７】
また、本発明の各実施形態では、基準電圧生成部が生成した温度検出電圧を温度信号としてアナログデジタル変換する温度ＡＤ変換回路を備える。これにより、本発明の各実施形態では、基準電圧生成部が生成した温度検出電圧の電圧値に基づいて、固体撮像素子の温度を検出することができる。しかも、本発明の各実施形態では、温度ＡＤ変換回路も、基準電圧生成部が生成したリファレンス電圧から生成したバイアス電圧および参照電圧に基づいて動作する。これにより、本発明の各実施形態では、固体撮像素子の温度が大きく変動した場合でも、広い温度の範囲で固体撮像素子の温度を検出し、温度に対する依存の度合い少ない、つまり、固体撮像素子の温度の影響が少ない状態で、温度検出電圧の電圧値によって表される固体撮像素子（半導体基板）の温度を正確に表した温度の信号を出力することができる。
【０１３８】
このことにより、本発明の各実施形態では、固体撮像素子を搭載した撮像装置において、固体撮像素子の温度の影響が少ない、つまり、温度に対する依存の度合い少ない状態の温度の信号を取得することができる。そして、本発明の各実施形態では、取得した温度の信号に基づいて、画素の信号を出力する際の固体撮像素子の動作を制御するフィードバック制御を行う。より具体的には、本発明の各実施形態では、リファレンス電圧から生成するバイアス電圧の電圧値に、取得した温度の信号の情報をフィードバックする。これにより、本発明の各実施形態では、カラムＡＤ変換回路や温度ＡＤ変換回路におけるアナログデジタル変換の変換精度の安定化、出力回路が信号を出力する際の出力能力の向上など、固体撮像素子内のアナログ系の構成要素を、固体撮像素子の温度に影響が少ない状態で動作させることができる。
【０１３９】
なお、本発明における具体的な構成は、本発明の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。例えば、本発明の各実施形態においては、固体撮像素子に、アナログ系の構成要素としてＡＤ変換回路を備えた構成を示した。しかし、固体撮像素子に備えるアナログ系の構成要素としては、他にも、画素アレイ部１０に配置された対応する列の画素から出力された画素信号（アナログ信号）のノイズを抑圧する相関二重サンプリング（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ：ＣＤＳ）処理を行うカラム信号処理部などもある。このようなアナログ系の構成要素においても、基準電圧生成部が生成したリファレンス電圧から生成される電圧で動作させることによって、固体撮像素子の温度に影響が少ない状態で動作させることができ、特性の安定化を図ることができる。また、本発明の各実施形態においては、固体撮像素子と、撮像制御部と、露光制御装置とを備えた撮像装置の構成を示したが、撮像装置に備える具体的な構成要素は、本発明の各実施形態に限定されるものではない。
【０１４０】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態およびその変形例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更をすることができる。
また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
上記各実施形態によれば、広い温度の範囲で検出した正確な温度を表す温度の信号を、画素の信号と共有の回路要素から出力することができる固体撮像素子およびこの固体撮像素子を用いた撮像装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１４２】
１、３，４  固体撮像素子
１０  画素アレイ部
２０  カラムＡＤ変換回路（読み出し部，ＡＤ変換回路）
２１  温度ＡＤ変換回路（読み出し部，ＡＤ変換回路）
３０  画素読み出し制御部（読み出し部）
４０  水平読み出し制御部（読み出し部）
５０，４５０  タイミングジェネレータ
６０，３６０  センサ制御部
７０，３７０  デジタル信号処理部（出力部）
８０  出力回路（出力部）
９０，４９０  インターフェース部（出力部，インターフェース部）
１００  入力回路
１１０  基準電圧生成部
１２０  バイアス生成部
１３０  参照電圧生成部（読み出し部）
２００，３００，４００  撮像装置
２１０，３１０，４１０  撮像制御部
２２０  露光制御装置
３４０  温度フィードバック部
【図１】
2018092269.tif 000003
【図２】
2018092269.tif 000004
【図３】
2018092269.tif 000005
【図４】
2018092269.tif 000006
【図５】
2018092269.tif 000007
【図６】
2018092269.tif 000008
【図７】
2018092269.tif 000009
【図８】
2018092269.tif 000010
【図９】
2018092269.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月24日(2017.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光量に応じた光電変換信号を出力する複数の画素を行列状に配置した画素アレイ部と、
温度の変化に応じて変化する温度検出電圧と、温度の変化に依存しないリファレンス電圧とを生成する基準電圧生成部と、
前記画素アレイ部が出力した前記光電変換信号と、前記基準電圧生成部が生成した前記温度検出電圧とのそれぞれを信号処理して読み出す読み出し部と、
前記読み出し部で前記信号処理がされた前記光電変換信号と前記温度検出電圧との双方を外部に出力する出力部と、
前記リファレンス電圧に基づいて生成したバイアス電圧を、前記読み出し部および前記出力部の双方に供給するバイアス生成部と、
を備える固体撮像素子。
【請求項２】
前記読み出し部は、
入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換回路、
を備え、
前記出力部は、
前記デジタル信号をシリアル化しつつ差動信号として出力する、
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記画素アレイ部からの前記光電変換信号の読み出しのタイミングと、前記読み出し部による前記信号処理および前記信号処理がされた前記光電変換信号と前記温度検出電圧の読み出しのタイミングとを制御するタイミングジェネレータ、
を備える、
請求項１または請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記タイミングジェネレータおよび前記バイアス生成部を制御するセンサ制御部、
を備える、
請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記温度検出電圧の電圧値に基づいて、前記タイミングジェネレータおよび前記バイアス生成部の設定を変更するためのフィードバック信号を前記センサ制御部に出力する温度フィードバック部、
を備える、
請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記出力部は、
前記光電変換信号と前記温度検出電圧との双方を外部へ出力する出力モードと、外部からの信号を前記センサ制御部に入力する入力モードと、を切り換え可能なインターフェース部、
を備える、
請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記センサ制御部は、
前記インターフェース部における前記出力モードと前記入力モードとの切り替えを、前記温度検出電圧の出力が終了した後で、前記光電変換信号の出力を開始する前に行うように、前記タイミングジェネレータを制御する、
請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
請求項４に記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子に入射する光量を制御する露光制御装置と、
前記露光制御装置と前記固体撮像素子とを制御するための制御信号を出力する撮像制御部と、
を備え、
前記固体撮像素子は、
前記撮像制御部から出力された前記制御信号が前記センサ制御部に入力される、
撮像装置。
【請求項９】
請求項６または請求項７に記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子に入射する光量を制御する露光制御装置と、
前記露光制御装置と前記固体撮像素子とを制御するための制御信号を出力する撮像制御部と、
を備え、
前記固体撮像素子は、
前記入力モードにおいて、
前記撮像制御部から出力された前記制御信号が前記センサ制御部に入力される、
撮像装置。
【国際調査報告】
2018092269.tif 000012
2018092269.tif 000013
2018092269.tif 000014
2018092269.tif 000015