(57)【要約】【課題】ＣＣＤ固体撮像素子とアナログフロントエンドとの間に設けるバッファ部の電力消費を抑えつつ、バッファの出力能力が撮像信号レベルの影響を受け難いようにする。【解決手段】バッファ部６０の出力段の出力トランジスタ３０２の負荷側に、一定の動作電流Ｉｏを供給する定電流部３１０を設ける。定電流部３１０は、ＣＣＤ固体撮像素子１０の動作状態に適合するように、入出力電流を調整可能なものにする。好ましくは、定電流部３１０の全部または一部は、出力トランジスタ３０２が搭載されるＩＣとは別チップにする。定電流部３１０は、ＣＣＤ固体撮像素子１０の水平駆動周波数が、高いときには動作電流Ｉｏが多くなり、低いときには動作電流Ｉｏが少なくなり、非撮像時には動作電流Ｉｏがゼロとなるように、入出力電流を調整する。【選択図】図３
2009284198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号電荷を生成する電荷生成部、前記電荷生成部で生成された信号電荷を転送して出力する電荷転送部、前記電荷転送部によって転送された信号電荷を撮像信号に変換して出力する電荷電圧変換部が、半導体基板上に設けられている撮像部と、
前記電荷電圧変換部から出力された撮像信号を後段回路に引き渡すバッファ部と、
を備え、
前記バッファ部は、
入力端に前記撮像信号が供給され、出力端が前記後段回路に接続された出力トランジスタと、
前記出力トランジスタの出力端に接続され、前記出力トランジスタの動作電流を、前記撮像部の動作状態に適合するように調整可能に構成された定電流部と、
を備える撮像装置。
【請求項２】
前記定電流部は、
前記出力トランジスタの動作電流の大きさを設定する動作電流設定部と、
前記動作電流設定部が設定した情報に基づく出力電流を増幅して前記出力トランジスタの動作電流とする電流増幅部と、
を有する請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記動作電流設定部は、前記撮像部の駆動周波数が高いときには前記出力トランジスタの動作電流が多くなり、前記撮像部の駆動周波数が低いときには前記出力トランジスタの動作電流が少なくなるように、前記出力電流を調整する
請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記動作電流設定部は、基準電流を生成する基準電流源を有し、
前記電流増幅部は、前記基準電流源と所定のミラー比でカレントミラー接続されたミラートランジスタを有する
請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記基準電流源は、前記基準電流を調整可能に構成されている
請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記電流増幅部は、それぞれ異なるミラー比で前記基準電流源とカレントミラー接続された複数のミラートランジスタを有し、
前記ミラートランジスタと前記出力トランジスタの間の電流経路をオン／オフするスイッチと、
前記スイッチをオン／オフ制御する動作電流制御部と
をさらに備える
請求項４に記載の撮像装置。
【請求項７】
撮像装置の各機能部に備えられている各定電流源と前記出力トランジスタの間の電流経路をオン／オフするスイッチと、
前記スイッチをオン／オフ制御する動作電流制御部と
をさらに備える
前記定電流部として、前記定電流源が利用されるように構成されている
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項８】
撮像装置の各機能部に備えられている各定電流源とカレントミラー接続された複数のミラートランジスタと、
前記ミラートランジスタと前記出力トランジスタの間の電流経路をオン／オフするスイッチと、
前記スイッチをオン／オフ制御する動作電流制御部と、
をさらに備え、
前記定電流部として、前記定電流源が利用されるように構成されている
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項９】
撮像装置の各機能部に備えられている各定電流源の出力電流が入力端に入力されるスイッチと、
前記スイッチをオン／オフ制御する動作電流制御部と、
前記スイッチから出力される前記定電流源の出力電流の供給を受けるダイオードもしくはダイオード接続されたトランジスタと、
をさらに備え、
前記出力トランジスタと接続される前記ミラートランジスタは、前記ダイオードもしくはダイオード接続されたトランジスタとカレントミラー接続され、
前記基準電流源として、前記定電流源が利用されるように構成されている
請求項５に記載の撮像装置。
【請求項１０】
撮像装置の各機能部に備えられている各定電流源とカレントミラー接続されたミラートランジスタと、
前記ミラートランジスタの出力電流が入力端に入力されるスイッチと、
前記スイッチをオン／オフ制御する動作電流制御部と、
前記スイッチの出力端から出力される前記ミラートランジスタの出力電流の供給を受けるダイオードもしくはダイオード接続されたトランジスタと、
をさらに備え、
前記出力トランジスタと接続される前記ミラートランジスタは、前記ダイオードもしくはダイオード接続された前記トランジスタとカレントミラー接続され、
前記基準電流源として、前記定電流源が利用されるように構成されている
請求項５に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記動作電流制御部は、前記撮像部の駆動周波数が高いときには前記出力トランジスタの動作電流が多くなり、前記撮像部の駆動周波数が低いときには前記出力トランジスタの動作電流が少なくなるように、前記スイッチをオン／オフ制御する
請求項６〜１０の内の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記定電流部は、非撮像時には前記出力トランジスタの動作電流がゼロになるようにする
請求項３または１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
信号電荷を生成する電荷生成部、前記電荷生成部で生成された信号電荷を転送して出力する電荷転送部、前記電荷転送部によって転送された信号電荷を撮像信号に変換して出力する電荷電圧変換部が、半導体基板上に設けられている撮像部と、
前記電荷電圧変換部から出力された撮像信号を後段回路に引き渡すバッファ部と、
を備え、
前記バッファ部は、
入力端に前記撮像信号が供給され、出力端が前記後段回路に接続された出力トランジスタと、
前記出力トランジスタの出力端に接続され、前記撮像部の動作状態に適合するように、前記出力トランジスタの動作電流を決定する定電流部と
を備える撮像装置。
【請求項１４】
前記定電流部は、前記出力トランジスタが配置される半導体領域とは別に形成されている
請求項１または１３に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。より詳細には、信号電荷を順次転送するタイプの固体撮像装置を使用する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディジタルカメラやカメラ付き携帯電話などにおいて、信号電荷を順次転送するタイプの固体撮像装置が使用されている（特許文献１，２を参照）。固体撮像装置で撮像された画像情報は、後段の信号処理回路へ伝達されて所定の信号処理を得て、モニター出力され、あるいは記録メディアへ保存される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６５６８８号公報
【特許文献２】特開２００７−０４９３７２号公報
【０００４】
ここで、固体撮像装置で撮像された画像情報を示す撮像信号を後段の信号処理回路へ伝達する際には、固体撮像装置と信号処理回路を直接に接続するのではなく、エミッタフォロワやソースフォロワを利用したバッファを介在させることがある。これは、固体撮像装置の信号駆動能力不足を補うためである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、エミッタフォロワやソースフォロワの負荷（エミッタやソース）側に、出力トランジスタの出力能力を規定する機能要素として抵抗素子を使用した場合、出力能力が、撮像信号レベルに左右されてしまう難点がある。出力能力が不足すると、バッファ後の出力振幅レベルの線形性がとれない。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、固体撮像装置と信号処理回路との間に配されるバッファの出力能力が、撮像信号レベルの影響を受け難くすることのできる仕組みを提供することを目的とする。
【０００７】
さらに好ましくは、固体撮像装置と信号処理回路との間に配されるバッファの動作電流を低減して低消費電力化を図ることのできる仕組み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】
【０００８】
本発明に係る撮像装置の一態様は、信号電荷を生成する電荷生成部、電荷生成部で生成された信号電荷を転送して出力する電荷転送部、電荷転送部によって転送された信号電荷を撮像信号に変換して出力する電荷電圧変換部とが半導体基板上に設けられている撮像部と、電荷電圧変換部から出力された撮像信号を後段回路に引き渡すバッファ部とを備えるものとする。
【０００９】
ここで、バッファ部は、入力端に撮像信号が供給され、出力端が後段回路に接続された出力トランジスタと、出力トランジスタの出力端に接続され、撮像部の動作状態に適合するように、出力トランジスタの動作電流を決定する定電流部とを備えるものとする。
【００１０】
好ましくは、定電流部は、出力トランジスタの動作電流を、撮像部の動作状態に適合するように、入出力電流を調整可能なものとする。入出力電流の調整に当たっては、たとえば、出力トランジスタの動作電流が、撮像部の駆動周波数が高いときには多くなり、撮像部の駆動周波数が低いときには少なくなるようにすればよい。非撮像時には撮像部は駆動されないので、駆動周波数はゼロと考えてよく、出力トランジスタの動作電流をゼロにすればよい。
【００１１】
出力トランジスタの負荷側に出力トランジスタの動作電流を決定する定電流部を配置すれば、出力トランジスタの出力能力は定電流部が決定した一定の動作電流で決まる。定電流部の存在により、撮像信号レベルに関わらず、出力トランジスタの動作電流が一定に維持される。出力トランジスタは、動作電流が一定であれば、その出力能力は撮像信号レベルの影響を受けない。
【００１２】
定電流部を、撮像部の動作状態に適合するように出力トランジスタの動作電流を調整可能なものとすれば、出力トランジスタの動作電流を、たとえば、固体撮像装置の駆動周波数や駆動モードに適合するように制御することも可能になる。撮像部の動作状態に合わせて、出力能力が不足しない程度に出力トランジスタの動作電流を低減することが可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によれば、バッファ部の出力トランジスタの出力端に、出力トランジスタの動作電流を決定する定電流部を設けたので、撮像信号レベルに関わらず、出力トランジスタを、一定の動作電流で動作させることができる。撮像信号レベルに関わらず、出力信号を劣化させずに、後段の信号処理回路に渡すことができる。出力トランジスタの負荷側に抵抗素子を使用した場合に生じていたような、出力能力が撮像信号レベルに左右されてしまう難点が解消される。
【００１４】
定電流部を、撮像部の動作状態に合わせて出力トランジスタの動作電流を調整可能なものとすれば、出力能力が不足しない程度に出力トランジスタの動作電流を低減することで、バッファで消費される電力を低減できる。バッファ部の電力消費を抑えつつ、バッファの出力能力が撮像信号レベルの影響を受け難いようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。各機能要素について実施形態別に区別する際には、Ａ，Ｂ，Ｃ，…などのように大文字の英語の参照子を付して記載し、特に区別しないで説明する際にはこの参照子を割愛して記載する。図面においても同様である。
【００１６】
＜撮像装置：全体構成＞
図１は、デジタルスチルカメラなどとして適用される撮像装置１（カメラシステム）の一実施形態を示す概略構成図である。なお、この撮像装置１は、静止画撮像動作時にカラー画像を撮像し得るカメラとして適用されるようになっている。
【００１７】
撮像装置１は、ＣＣＤ固体撮像素子１０、撮像レンズ５０、および駆動制御部９６を有する撮像装置モジュール３と、本体ユニット４とを備えている。駆動制御部９６は、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動制御する駆動装置の一例である。本体ユニット４は、撮像装置モジュール３により得られる撮像信号に基づいて映像信号を生成しモニター出力したり所定の記憶メディアに画像を格納したりする機能部分を有する。
【００１８】
駆動制御部９６は、タイミング信号生成部４０（ＴＧ）と、垂直ドライバ４２Ｖ（ＶDr）および水平ドライバ４２Ｈ（ＨDr）を具備するドライバ４２と、駆動電源４６を有する。タイミング信号生成部４０は、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するための各種のパルス信号を生成する。ドライバ４２は、タイミング信号生成部４０からのパルス信号を受けて、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するためのドライブパルスに変換する。駆動電源４６は、ＣＣＤ固体撮像素子１０やドライバ４２などに電源供給する。
【００１９】
本例では、撮像装置モジュール３内のＣＣＤ固体撮像素子１０と駆動制御部９６とにより固体撮像装置２が構成される。ＣＣＤ固体撮像素子１０のみで固体撮像装置２として取り扱ってもかまわない。固体撮像装置２は、ＣＣＤ固体撮像素子１０と駆動制御部９６とが、１枚の回路基板上に配されたものとして提供されるものであるのがよい。
【００２０】
撮像装置１の処理系統は、大別して、光学系５、信号処理系６、記録系７、表示系８、および制御系９を備える。撮像装置モジュール３および本体ユニット４が、図示しない外装ケースに収容されて、実際の製品（完成品）が仕上がる。
【００２１】
光学系５は、ＣＣＤ固体撮像素子１０と、メカシャッタ５２と、被写体の光画像を集光するレンズ５４、および光画像の光量を調整する絞り５６を有する撮像レンズ５０を備える。ＣＣＤ固体撮像素子１０は、レンズ５４で集光された光画像を光電変換して電気信号に変換する。メカシャッタ５２は、ＣＣＤ固体撮像素子１０のセンサ部（電荷生成部）における信号電荷の蓄積を停止させる機能を持つ機構的なシャッタである。
【００２２】
被写体Ｚからの光Ｌは、シャッタ５２およびレンズ５４を透過し、絞り５６により調整されて、適度な明るさでＣＣＤ固体撮像素子１０に入射する。このとき、レンズ５４は、被写体Ｚからの光Ｌからなる映像が、ＣＣＤ固体撮像素子１０上で結像されるように焦点位置を調整する。
【００２３】
信号処理系６は、バッファ部６０（CCD BUFF）と、プリアンプ部６２およびＡＤ変換部６４（Analog/Digital Converter）を具備するアナログフロントエンド６１（ＡＦＥ）と、画像処理部６６を備える。
【００２４】
バッファ部６０は、ＣＣＤ固体撮像素子１０から出力されたＣＣＤ出力信号を、劣化することなく、アナログフロントエンド６１に供給するための受渡し機能を持つ部分であり、ＣＣＤ固体撮像素子１０とは別の集積回路（ＩＣ）とされる。詳細は後述するが、バッファ部６０は、ソース（あるいはエミッタ）側に動作電流（出力能力）を規定する定電流部３１０が配置された電流基準型のソースフォロワ（あるいはエミッタフォロワ）で出力段が構成されている。その定電流部３１０や当該定電流部３１０の出力電流量を規定する基準設定回路は当該バッファ部６０に設けられることもあるし、撮像装置１に備えられる他の機能部が持つ回路（たとえば定電流源）を利用することもある。
【００２５】
プリアンプ部６２は、たとえば、ＣＣＤ固体撮像素子１０からの撮像信号をサンプリングすることによってノイズを低減させるＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング）回路や、撮像信号を増幅する増幅アンプや、撮像信号をクランプ（CLAMP ）するクランプ回路などを有する。ＡＤ変換部６４は、プリアンプ部６２が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【００２６】
画像処理部６６は、ＡＤ変換部６４から入力されるデジタル信号に所定の画像処理を施す。画像処理部６６は、たとえば信号分離部、色信号処理部（Ｃ-proc ）、輝度信号処理部（Ｙ-proc ）などを有する。
【００２７】
信号分離部は、色フィルタとして原色フィルタ以外のものが使用されているときにＡＤ変換部６４から供給されるデジタル撮像信号をＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の原色信号に分離する原色分離機能を具備する。
【００２８】
色信号処理部は、色信号処理部は、信号分離部によって分離された原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに基づいて色信号Ｃに関しての信号処理を行なう。たとえば、ホワイトバランス補正、ガンマ補正、色差マトリクス処理などを行なう。
【００２９】
輝度信号処理部は、信号分離部によって分離された原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂに基づいて輝度信号Ｙに関しての信号処理を行なう。たとえば、高周波輝度信号生成処理と、低周波輝度信号生成処理と、輝度信号生成処理などを行なう。高周波輝度信号生成処理では、信号分離部から供給される原色信号に基づいて比較的周波数が高い成分までをも含む輝度信号YHを生成する。低周波輝度信号生成処理では、ホワイトバランスが調整された原色信号に基づいて比較的周波数が低い成分のみを含む輝度信号YLを生成する。輝度信号生成処理では、２種類の輝度信号YH，YLに基づいて輝度信号Ｙを生成する。輝度信号YLは露光制御にも利用される。
【００３０】
記録系７は、メモリ７２と、ＣＯＤＥＣ７４（ＣＯＤＥＣ：Code/Decode あるいはCompression/Decompression の略）を備える。メモリ７２は、画像信号を記憶するフラッシュメモリなどの記録媒体で構成されている。ＣＯＤＥＣ７４は、画像処理部６６が処理した画像信号を符号化してメモリ７２に記録し、また、読み出して復号し画像処理部６６に供給する。
【００３１】
表示系８は、ＤＡ変換部８２と、ビデオエンコーダ８４と、ビデオモニター８６と、を備える。なお、画像処理部６６とＤＡ変換部８２は、一例として、纏めて、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）で構成される。
【００３２】
ＤＡ変換部８２は、画像処理部６６が処理した画像データ（Ｙデータ・Ｃデータ）をアナログ信号にする。ビデオエンコーダ８４は、ＤＡ変換部８２によりアナログ化された画像信号を後段のビデオモニター８６に適合する形式のビデオ信号にエンコードする。たとえば、色信号副搬送波に対応する色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙを輝度信号Ｙと合成して、映像信号Ｖ（＝Ｙ＋Ｓ＋Ｃ；Ｓは同期信号、Ｃはクロマ信号）に変換する。ビデオモニター８６は、入力される映像信号Ｖに対応する画像を表示することによりファインダとして機能する液晶（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）などを有する。
【００３３】
制御系９は、カメラ制御部９２と、露出コントローラ９４（露出制御部）と、駆動制御部９６と、操作部９８を備える。カメラ制御部９２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）やマイクロプロセッサ（microprocessor）で構成された中央制御部９２ａと、読出専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）、あるいは随時読出し・書込みが可能なメモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）などを具備する記憶部９２ｂや、図示を割愛したその他の周辺部材を有している。中央制御部９２ａは、コンピュータが行なう演算と制御の機能を超小型の集積回路に集約させたＣＰＵを代表例とする電子計算機の中枢をなすものと同様のものである。
【００３４】
カメラ制御部９２は、システム全体を制御するものであり、たとえば、撮像装置１のバス９９に接続された画像処理部６６、ＣＯＤＥＣ７４、メモリ７２、露出コントローラ９４、およびタイミング信号生成部４０を制御している。本実施形態では特に、撮像装置１の動作状態（特にＣＣＤ固体撮像素子１０の駆動周波数と関係するバッファ部６０の動作周波数）に連動してバッファ部６０の消費電力を低減する処理を行なう機能を持つ。この機能との関係においては、カメラ制御部９２は、バッファ部６０の出力段の動作電流を調整するべく、電流制御信号SWをバッファ部６０に供給する。ＲＯＭにはカメラ制御部９２の制御プログラムなどが格納されているが、特に本例では、カメラ制御部９２において、撮像装置１の動作状態と連動してバッファ出力段の動作電流Ｉｏを調整するためのプログラムが格納されている。ＲＡＭにはカメラ制御部９２が各種処理を行なうためのデータなどが格納されている。
【００３５】
なお、カメラ制御部９２は、メモリカードなどの記録媒体を挿脱可能に構成し、またインターネットなどの通信網との接続が可能に構成するとよい。このためには、図示しないがたとえば、カメラ制御部９２は、中央制御部９２ａや記憶部９２ｂの他に、メモリ読出部や通信Ｉ／Ｆ（インタフェース）を備えるようにする。
【００３６】
露出コントローラ９４は、画像処理部６６に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにシャッタ５２や絞り５６を制御する。駆動制御部９６は、ＣＣＤ固体撮像素子１０から画像処理部６６までの各機能部の動作タイミングを制御するタイミング信号生成部４０（タイミングジェネレータ；ＴＧ）、ドライバ４２、および駆動電源４６を有する。アナログフロントエンド６１、タイミング信号生成部４０、およびドライバ４２を纏めて、ＣＣＤカメラフロントエンドとも称する。
【００３７】
操作部９８は、ユーザがシャッタタイミングやその他のコマンドを入力するためのユーザインタフェースである。ビデオモニター８６は、撮像装置１のファインダの役割も担っている。ユーザが操作部９８に含まれるシャッタボタンを押下した場合、カメラ制御部９２は、タイミング信号生成部４０に対し、シャッタボタンが押下された直後の画像信号を取り込み、その後は画像処理部６６の図示しない画像メモリに画像信号が上書きされないように信号処理系６を制御させる。その後、画像処理部６６の画像メモリに書き込まれた画像データは、ＣＯＤＥＣ７４によって符号化されてメモリ７２に記録される。以上のような撮像装置１の動作によって、１枚の画像データの取り込みが完了する。
【００３８】
撮像装置１では、オートフォーカス（ＡＦ）、オートホワイトバランス（ＡＷＢ）、自動露光（ＡＥ）などの自動制御装置を備えている。これらの制御は、ＣＣＤ固体撮像素子１０から得られる出力信号を使用して処理する。たとえば、露出コントローラ９４は、画像処理部６６に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにその制御値がカメラ制御部９２により設定され、その制御値に従って絞り５６を制御する。具体的には、カメラ制御部９２が画像処理部６６に保持されている画像から適当な個数の輝度値のサンプルを獲得し、その平均値が予め定められた適当とされる輝度の範囲に収まるように絞り５６の制御値を設定する。
【００３９】
タイミング信号生成部４０は、カメラ制御部９２により制御され、ＣＣＤ固体撮像素子１０、プリアンプ部６２、ＡＤ変換部６４、画像処理部６６などの動作に必要とされるタイミングパルスを発生し、各部に供給する。操作部９８は、ユーザが、撮像装置１を動作させるとき操作される。
【００４０】
図示した例は、信号処理系６のプリアンプ部６２およびＡＤ変換部６４を撮像装置モジュール３に内蔵しているが、このような構成に限らず、プリアンプ部６２やＡＤ変換部６４を本体ユニット４内に設ける構成を採ることもできる。
【００４１】
また、タイミング信号生成部４０を撮像装置モジュール３に内蔵しているが、このような構成に限らず、タイミング信号生成部４０を本体ユニット４内に設ける構成を採ることもできる。またタイミング信号生成部４０とドライバ４２とが別体のものとしているが、このような構成に限らず、両者を一体化させたもの（ドライバ内蔵のタイミングジェネレータ）としてもよい。こうすることで、よりコンパクトな（小型の）撮像装置１を構成できる。
【００４２】
タイミング信号生成部４０やドライバ４２は、それぞれ個別のディスクリート部材で回路構成されたものでもよいが、１つの半導体基板上に回路形成されたＩＣ（Integrated Circuit）として提供されるものであるのがよい。こうすることで、コンパクトにできるだけなく、部材の取扱いが容易になるし、両者を低コストで実現できる。また、撮像装置１の製造が容易になる。
【００４３】
また、使用するＣＣＤ固体撮像素子１０との関わりの強い部分であるタイミング信号生成部４０やドライバ４２をＣＣＤ固体撮像素子１０と共通の基板に搭載することで一体化させる、あるいは撮像装置モジュール３内に搭載することで一体化させると、部材の取扱いや管理が簡易になる。また、これらがモジュールとして一体となっているので、撮像装置１（の完成品）の製造も容易になる。なお、撮像装置モジュール３は、光学系５からのみ構成されていても構わない。
【００４４】
＜ＣＣＤ固体撮像素子と周辺部の概要＞
図２は、ＣＣＤ固体撮像素子１０と、このＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動する駆動制御部９６の一実施形態とから構成された固体撮像装置２の概略図である。固体撮像装置２は、一例として、センサ部の配列（垂直方向の配列）の間に垂直電荷転送部が配列されたインターライン（InterLine ）方式のＣＣＤ固体撮像素子１０（ＩＬ−ＣＣＤ）を４相で駆動する場合を例に採って説明する。
【００４５】
図２において、ＣＣＤ固体撮像素子１０には、駆動電源４６から、ドレイン電圧Ｖddおよびリセットドレイン電圧Ｖrdが印加され、ドライバ４２にも所定の電圧が供給されるようになっている。
【００４６】
固体撮像装置２を構成するＣＣＤ固体撮像素子１０は、半導体基板２１上に、画素（ユニットセル）に対応して受光素子の一例であるフォトダイオードなどからなるセンサ部１１（感光部；フォトセル）が多数、垂直（列）方向および水平（行）方向において２次元マトリクス状に配列されている。これらセンサ部１１は、受光面から入射した入射光を検知し、その光量（強度）に応じた電荷量の信号電荷を取得（一般的に光電変換といわれる）し、この取得した信号電荷を当該センサ部１１に蓄積する。
【００４７】
またＣＣＤ固体撮像素子１０は、センサ部１１の垂直列ごとにＮ相駆動に対応する複数本の垂直転送電極２４が設けられる垂直ＣＣＤ１３（Ｖレジスタ部、垂直電荷転送部）が配列されている。本例では、４相駆動に対応するべく、２ユニットセル当たり４本の垂直転送電極２４（それぞれに参照子_1，_2，_3，_4を付して示す）が電荷転送部の一例である垂直ＣＣＤ１３上に配列されている。
【００４８】
たとえば、垂直ＣＣＤ１３上（受光面側）には、各列の同垂直位置の垂直ＣＣＤ１３に共通となるように、４種類の垂直転送電極２４が、垂直方向に所定の順序で、センサ部１１の受光面に開口部を形成するように配置されている。垂直転送電極２４は、水平方向に延在するように、すなわち、センサ部１１の受光面側に開口部を形成するようにしつつ、水平方向に横切るように配線される。
【００４９】
４種類の垂直転送電極２４は、１つのセンサ部１１に２つの垂直転送電極２４が対応するように形成され、かつ駆動制御部９６のドライバ４２から供給される４種類の垂直転送パルスΦＶ_1，ΦＶ_2，ΦＶ_3，ΦＶ_4で信号電荷を垂直方向に転送駆動するように構成されている。すなわち、２つのセンサ部１１を１組にして、４つの垂直転送電極２４にそれぞれ垂直転送パルスΦＶ_1，ΦＶ_2，ΦＶ_3，ΦＶ_4が駆動制御部９６のドライバ４２から印加されるようになっている。
【００５０】
また、ＣＣＤ固体撮像素子１０には、複数本の垂直ＣＣＤ１３の各転送先側端部すなわち、最後の行の垂直ＣＣＤ１３に隣接して、図の左右方向に延在する水平ＣＣＤ１５（Ｈレジスタ部、水平電荷転送部）が１ライン分設けられている。この水平ＣＣＤ１５は、たとえば２相の水平転送クロックＨ１，Ｈ２に基づく水平転送パルスΦＨ１，ΦＨ２によって転送駆動され、複数本の垂直ＣＣＤ１３から移された１ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間において順次水平方向に転送する。このため２相駆動に対応する複数本（２本）の水平転送電極２９（２９-1，２９-2）が設けられる。
【００５１】
ここで、図示した例では、垂直方向の４つの電極によって規定される垂直ＣＣＤ１３の一組（１パケット）に対応して、組ごとに４つの垂直転送電極２４が設けられ、その中で、垂直方向の最上部に位置するセンサ部１１は、垂直転送パルスΦＶ_1が印加される垂直転送電極２４_1に対応している。さらに１段前（より水平ＣＣＤ１５側）の垂直転送電極２４_2には垂直転送パルスΦＶ_2が印加され、さらに１段前（より水平ＣＣＤ１５側）の垂直転送電極２４_3には垂直転送パルスΦＶ_3が印加され、最も水平ＣＣＤ１５側の垂直転送電極２４_4には垂直転送パルスΦＶ_4が印加される。
【００５２】
垂直ＣＣＤ１３の転送方向は図中縦（列）方向であり、この方向に垂直ＣＣＤ１３が設けられ、この方向に直交する方向（水平方向、行方向）に垂直転送電極２４が複数本並べられる。さらに、これら垂直ＣＣＤ１３と各センサ部１１との間には読出ゲート１２（ＲＯＧ）が介在している。各画素の読出ゲート１２上には、４つの垂直転送電極２４_1〜２４_4のうちの垂直転送電極２４_1，２４_3の対応する方が読出電極を兼ねるように設けられている。また各ユニットセルの境界部分にはチャネルストップＣＳが設けられている。これらセンサ部１１の垂直列ごとに設けられ、各センサ部１１から読出ゲート部１２によって読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤ１３によって撮像エリア１４（撮像部）が構成されている。
【００５３】
センサ部１１に蓄積された信号電荷は、読出ゲート部１２に読出パルスＲＧに対応するドライブパルスΦＲＧが印加されることにより垂直ＣＣＤ１３に読み出される。このセンサ部１１から垂直ＣＣＤ１３への信号電荷の読出しを、特にフィールドシフトともいう。
【００５４】
垂直ＣＣＤ１３は、４相の垂直転送クロックＶ１〜Ｖ４に基づく垂直転送パルスΦＶ１〜ΦＶ４よって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平ブランキング期間の一部にて１走査線（１ライン）に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。この１ラインずつの信号電荷の垂直転送を、特にラインシフトともいう。
【００５５】
水平ＣＣＤ１５の転送先の端部には、たとえばフローティング・ディフュージョン・アンプ（ＦＤＡ）構成の電荷電圧変換部１６が設けられている。この電荷電圧変換部１６は、水平ＣＣＤ１５によって水平転送されてきた信号電荷を順次電圧信号に変換して出力する。この電圧信号は、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力（Ｖout ）として導出される。以上により、インターライン方式のＣＣＤ固体撮像素子１０が構成されている。
【００５６】
また固体撮像装置２は、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動するための種々のパルス信号（“Ｌ”レベルと“Ｈ”レベルの２値）を生成するタイミング信号生成部４０と、タイミング信号生成部４０から供給された種々のパルスを所定レベルのドライブパルスにしてＣＣＤ固体撮像素子１０に供給するドライバ４２とを備えている。
【００５７】
たとえば、タイミング信号生成部４０は、水平同期信号（ＨＤ）や垂直同期信号（ＶＤ）に基づいて、ＣＣＤ固体撮像素子１０のセンサ部１１に蓄積された信号電荷を読み出すための読出パルスＲＧ、読み出した信号電荷を垂直方向に転送駆動し水平ＣＣＤ１５に渡すための垂直転送クロックＶ１〜Ｖｎ（ｎは駆動時の相数を示す；たとえば４相駆動時にはＶ４）、垂直ＣＣＤ１３から渡された信号電荷を水平方向に転送駆動し電荷電圧変換部１６に渡すための水平転送クロックＨ１，Ｈ２、およびリセットパルスＲＧなどを生成し、ドライバ４２に供給する。なお、ＣＣＤ固体撮像素子１０が電子シャッタに対応するものである場合には、タイミング信号生成部４０は、電子シャッタパルスＸＳＧもドライバ４２に供給する。
【００５８】
ドライバ４２は、タイミング信号生成部４０から供給された種々のクロックパルスを所定レベルの電圧信号（ドライブパルス）に変換し、あるいは別の信号に変換しＣＣＤ固体撮像素子１０に供給する。たとえば、タイミング信号生成部４０から発せられた４相の垂直転送クロックＶ１〜Ｖ４は、ドライバ４２を介してドライブパルスΦＶ１〜ΦＶ４とされ、ＣＣＤ固体撮像素子１０内の対応する所定の垂直転送電極（２４-1〜２４-4）に印加されるようになっている。
【００５９】
なお、読出パルスＲＧはドライバ４２を介して垂直転送クロックＶ１，Ｖ３と組み合わされて、読出電圧を含む３値レベルのドライブパルスΦＶ１，ΦＶ３とされ垂直転送電極２４-1，２４-3に印加されるようになっている。
【００６０】
同様に、２相の水平転送クロックＨ１，Ｈ２は、ドライバ４２を介してドライブパルスΦＨ１，ΦＨ２とされ、ＣＣＤ固体撮像素子１０内の対応する所定の水平転送電極２９-1，２９-2に印加されるようになっている。
【００６１】
ここで、ドライバ４２は、上述のように、読出パルスＲＧについては、４相の垂直転送クロックＶ１〜Ｖ４のうちのＶ１，Ｖ３と組み合わせることで、３値レベルを採る垂直転送パルスΦＶ１，ΦＶ３として、ＣＣＤ固体撮像素子１０に供給する。つまり、垂直転送パルスΦＶ１，ΦＶ３は、本来の垂直転送動作だけでなく、信号電荷の読出しにも兼用されるようにする。
【００６２】
このような構成のＣＣＤ固体撮像素子１０の一連の動作を概説すれば以下の通りである。先ず、タイミング信号生成部４０は、垂直転送用の転送クロックＶ１〜Ｖ４や読出パルスＲＧなどの種々のパルス信号を生成する。これらのパルス信号は、ドライバ４２により所定電圧レベルのドライブパルスに変換された後に、ＣＣＤ固体撮像素子１０の所定端子に入力される。
【００６３】
センサ部１１の各々に蓄積された信号電荷は、タイミング信号生成部４０から発せられた読出パルスＲＧが読出ゲート部１２の転送チャネル端子電極に印加され、転送チャネル端子電極下のポテンシャルが深くなることにより、当該読出ゲート部１２を通して垂直ＣＣＤ１３に読み出される。そして、４相の垂直転送パルスΦＶ１〜ΦＶ４に基づいて垂直ＣＣＤ１３が駆動されることで、順次水平ＣＣＤ１５へ転送される。
【００６４】
水平ＣＣＤ１５は、タイミング信号生成部４０から発せられた２相の水平転送クロックＨ１，Ｈ２がドライバ４２により所定電圧レベルに変換された２相の水平転送パルスΦＨ１，ΦＨ２に基づいて、複数本の垂直ＣＣＤ１３の各々から垂直転送された１ラインに相当する信号電荷を順次電荷電圧変換部１６側に水平転送する。
【００６５】
電荷電圧変換部１６は、水平ＣＣＤ１５から順に注入される信号電荷を図示しないフローティングディフュージョンに蓄積し、この蓄積した信号電荷を信号電圧に変換して、たとえば図示しないソースフォロア構成の出力回路を介して、撮像信号Ｖout （ＣＣＤ出力信号）として出力する。
【００６６】
すなわち上記ＣＣＤ固体撮像素子１０においては、センサ部１１を縦横に２次元状に配置してなる撮像エリア１４で検出した信号電荷を、各センサ部１１の垂直列に対応して設けられた垂直ＣＣＤ１３により水平ＣＣＤ１５まで垂直転送し、この後、２相の水平転送パルスＨ１，Ｈ２に基づいて、信号電荷を水平ＣＣＤ１５により水平方向に転送するようにしている。そして、電荷電圧変換部１６にて水平ＣＣＤ１５からの信号電荷に対応した電位に変換してから出力するという動作を繰り返す。
【００６７】
なお、図では、水平ＣＣＤ１５を１系統で示しているが、素子構成によっては、この水平ＣＣＤ１５を複数系統備えるようにすることもある。この場合、電荷電圧変換部１６は各水平ＣＣＤ１５に対して設けられ、バッファ部６０は各電荷電圧変換部１６とインタフェース可能な構成にする。
【００６８】
ここで、電荷電圧変換部１６の出力段のソースフォロアは、十分な駆動能力が無い。このため、ソースフォロワで増幅したＣＣＤ出力信号が劣化しないように、電荷電圧変換部１６から出力された撮像信号Ｖout は先ず、バッファ部６０に入力され、このバッファ部６０を介してアナログフロントエンド６１に送られる。
【００６９】
＜ＣＣＤ出力段からアナログフロントエンドまでのインタフェース：第１実施形態＞
図３および図３Ａは、ＣＣＤ出力段（電荷電圧変換部１６）からアナログフロントエンド６１の入力段（バッファ部６０）までの信号インタフェースの第１実施形態を説明する図である。ここで、図３は第１実施形態の信号インタフェースに着目して第１実施形態の撮像装置１Ａの概要を簡略して示した図である。図３Ａは、比較例の信号インタフェースに着目して撮像装置１Ｚの概要を簡略して示した図である。
【００７０】
図３に示すように、第１実施形態の撮像装置１Ａは、ソース（あるいはエミッタ）側に定電流部３１０が配置された電流基準型のソースフォロワ（あるいはエミッタフォロワ）で出力段が構成されているバッファ部６０Ａを有する。なお、図（後述するものも含む）では、トランジスタを、バイポーラの記号で示すこともあるが、ＦＥＴ（Field Effect Transistor ：電界効果トランジスタ）にすることもできる。以下、特に断りのない限り、トランジスタはＦＥＴであるものとして説明する。
【００７１】
バッファ部６０Ａは、ＣＣＤ固体撮像素子１０が形成される単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成するのではなく、別の半導体領域に形成される。つまり、ＣＣＤ固体撮像素子１０とバッファ部６０は、別チップとされる。
【００７２】
因みに、図３（１）に示す第１例のバッファ部６０Ａ_1は、出力段にｐチャネル型の出力トランジスタ３０２が使用され、そのソース（信号出力端）と上側電源（正電源）との間に定電流部３１０が配置され、定電流部３１０から駆動電流（動作電流Ｉｏ）を吐き出すタイプ（吐出し型）の構成である。図３（２）に示す第２例のバッファ部６０Ａ_2は、出力段にｎチャネル型の出力トランジスタ３０２が使用され、そのソース（信号出力端）と下側電源（負電源や接地）の間に定電流部３１０が配置され、定電流部３１０に駆動電流（動作電流Ｉｏ）を吸い込むタイプ（吸込み型）の構成である。
【００７３】
なお、出力トランジスタ３０２は、図では便宜的に１段で示しているが、複数段で構成されることもある。その場合、最も大きな動作電流Ｉｏが流れるのは最終段のトランジスタであり、また、駆動能力が問題となるのも、この最終段である。したがって、本実施形態の仕組みを適用すべき部分は、特に最終段であると考えてよい。
【００７４】
定電流部３１０の回路構成としては、たとえばオペアンプ（演算増幅器）と電流増幅部を使用した帰還回路構成のものや、カレントミラー構成のものや、それらの組合せなど、様々なものを使用できる。また、定電流部３１０は、出力トランジスタ３０２の動作電流Ｉｏとなる出力電流を調整可能な可変電流源にすることもできる。これら各回路については、後で説明する。
【００７５】
第１実施形態では、定電流部３１０や、定電流部３１０の基準となる電流や電圧を生成することで出力トランジスタ３０２の動作電流Ｉｏを設定する動作電流設定部（ここでは図示せず）を、当該バッファ部６０Ａに備える仕組みを採る。定電流部３１０や動作電流設定部の一部または全部は、出力トランジスタ３０２が形成される単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成された１チップものとしてもよい（図３右側の＜同一チップ＞の状態を参照）。
【００７６】
好ましくは、定電流部３１０や動作電流設定部の一部または全部は、動作電流Ｉｏを設定するための素子（外部素子）や設定用の回路を構成して出力トランジスタ３０２の半導体チップとは別にして、その外部（近傍）に配置する（図３右側の＜別チップ＞の状態を参照）。何故なら、定電流部３１０や動作電流設定部の全てが出力トランジスタ３０２の半導体チップ内に配置される態様では、予め出力トランジスタ３０２の動作周波数に適応した動作電流Ｉｏの設定がなされるように定数設定をしてＩＣ化しておく必要がある。一方、定電流部３１０や動作電流設定部の一部または全部をその半導体チップの外部に配置する態様では、出力トランジスタ３０２の実際の動作周波数に適応した動作電流Ｉｏを、半導体チップの外部から設定できる利点がある。
【００７７】
一方、図３Ａに示すように、比較例の撮像装置１Ｚは、ソース（あるいはエミッタ）側に動作電流設定用の抵抗素子３９０が配置された一般的な抵抗基準型のソースフォロワ（あるいはエミッタフォロワ）で出力段が構成されているバッファ部６０Ｚを有する。以下、抵抗基準型のソースフォロワとして説明する。抵抗素子３９０は、たとえば、バッファ部６０Ｚの外部に接続される外付け抵抗として使用される。外付け抵抗として使用される意義については後述する。
【００７８】
図３Ａ（１）に示す第１例のバッファ部６０Ｚ_1は、出力段にｐチャネル型の出力トランジスタ３０２が使用され、そのソース（信号出力端）と上側電源（正電源）の間に抵抗素子３９０が配置され、抵抗素子３９０を介して上側電源から信号出力端に動作電流Ｉｏが流れるタイプの構成であり、第１実施形態（第１例）の吐出し型に対応する。図３Ａ（２）に示す第２例のバッファ部６０Ｚ_2は、出力段にｎチャネル型の出力トランジスタ３０２が使用され、そのソース（信号出力端）と下側電源（負電源や接地）の間に抵抗素子３９０が配置され、抵抗素子３９０を介して信号出力端から下側電源に動作電流Ｉｏが流れるタイプの構成であり、第１実施形態（第２例）の吸込み型に対応する。
【００７９】
つまり、比較例のバッファ部６０Ｚでは、トランジスタと抵抗素子３９０（外付け抵抗）にて出力段を構成しているが、第１実施形態のバッファ部６０Ａでは、トランジスタと定電流部３１０を用いて出力段を構成している点で相違がある。
【００８０】
比較例のバッファ部６０Ｚでは、抵抗基準型のソースフォロワであるため、抵抗素子３９０により出力能力が決定されてしまう。抵抗素子３９０が単一で定数が固定であると、ＣＣＤ固体撮像素子１０から出力される撮像信号Ｖout の信号レベルやＣＣＤ固体撮像素子１０の駆動周波数やＣＣＤ固体撮像素子１０の駆動モードごとに出力能力を最適化することは困難である。
【００８１】
たとえば、バッファ部６０の駆動能力は、その出力段のトランジスタ３０２に流れる動作電流Ｉｏに依存し、動作電流Ｉｏが大きければ十分な駆動能力を持つ。ｐチャネル型の出力トランジスタ３０２を出力段に使用するバッファ部６０Ｚ_1では、ＣＣＤ出力信号レベルの下限側では出力トランジスタ３０２に十分な電流が流れるので大きな駆動能力を持つ。しかし、上限側では出力トランジスタ３０２に十分な電流が流れないので駆動能力が低下してしまう。
【００８２】
ｎチャネル型の出力トランジスタ３０２を出力段に使用するバッファ部６０Ｚ_2では、ＣＣＤ出力信号レベルの上限側では出力トランジスタ３０２に十分な電流が流れるので大きな駆動能力を持つ。しかし、下限側では出力トランジスタ３０２に十分な電流が流れないので駆動能力が低下してしまう。
【００８３】
つまり、抵抗基準型のソースフォロワである比較例のバッファ部６０Ｚでは、ＣＣＤ出力信号レベルによって動作電流Ｉｏが変化する。抵抗素子３９０が出力能力を決定することになり、ＣＣＤ出力信号レベルの上限側と下限側で駆動能力に大きな相違が生じ出力能力を最適化できず、バッファ後の出力振幅レベルの線形性がとれない。
【００８４】
抵抗基準型のソースフォロワを採用しつつ、この問題を解消するには、ＣＣＤ出力信号レベルの駆動能力が低下する側においても必要な駆動能力が得られるように、抵抗素子３９０の抵抗値を小さくすることが考えられる。しかしながらこの場合、反対側のレベルでは過剰な駆動能力を持ってしまうことになり、バッファ部６０Ｚで余計な電力を消費することになる。また、この電力消費によってバッファ部６０Ｚの内部で発熱が生じ、ＣＣＤ固体撮像素子１０に悪影響を与えてしまう。
【００８５】
また、バッファ部６０の駆動能力は、周波数依存性も有し、その出力段の出力トランジスタ３０２に流れる動作電流Ｉｏが同じ条件では、動作周波数が高くなると駆動能力が低下する。換言すると、動作周波数が高くなるほど動作電流Ｉｏを大きくする必要がある。したがって、ある駆動周波数において、抵抗素子３９０の抵抗値を適正にしたとしても、駆動周波数が高くなると駆動能力が低下してしまう。なお、バッファ部６０の動作周波数は、撮像装置１の動作モードやこの動作モードと対応したＣＣＤ駆動周波数と関係する。
【００８６】
抵抗基準型のソースフォロワを採用しつつ、この問題を解消するには、たとえば抵抗素子３９０の抵抗値は変更せずに、上側電源や下側電源を複数にして、それら複数の電源を動作周波数に応じてスイッチで切り替える構成にすることが考えられる。あるいは、電源は変更せずに、複数の抵抗素子３９０を外付け抵抗として接続可能にし、複数の抵抗素子３９０を動作周波数に応じてスイッチで切り替える構成にすることが考えられる。あるいは、これらを組み合わせることも考えられる。
【００８７】
しかしながらこの場合、切替回路が複雑になる。すなわち、バッファ部６０Ｚを構成する回路として、ＣＣＤ出力信号レベルやＣＣＤ駆動周波数やＣＣＤ駆動モードごとに駆動能力を最適化するために、複数の電源電圧源または外付け部品（抵抗素子３９０やスイッチ）を接続して、動作電流Ｉｏを切り替える必要がある。
【００８８】
そのため、接続される部品数が増加し、かつバッファ部６０を動作させる電源電圧の制約もあり、出力能力を柔軟に設定することが困難になる。もちろん、先に述べた、バッファ部６０Ｚで余計な電力を消費する点は解消されない。また、電源電圧を複数化する対処では電源電圧特性に対して出力能力が影響を受け易くなる。また、抵抗素子３９０を複数化する対処では、抵抗素子３９０の温度特性や絶対精度ばらつき特性に対して出力能力が影響を受け易くなる。
【００８９】
これに対して、第１実施形態のバッファ部６０Ａのように、電流基準型のソースフォロワで出力段を構成すれば、動作電流Ｉｏは、定電流部３１０の入出力電流と等しく、ＣＣＤ出力信号レベルの影響を受けない。つまり、定電流部３１０の入出力電流を基準として、バッファ部６０Ａの駆動能力（出力能力）が規定される。
【００９０】
ただし、定電流部３１０の入出力電流が一定であれば、周波数依存性を持つ。この問題を解消するには、定電流部３１０の入出力電流を動作周波数に応じて調整するとよい。出力トランジスタ３０２の動作周波数はＣＣＤ固体撮像素子１０の駆動周波数と一定の関係があり、水平ＣＣＤ１５を駆動する水平駆動信号（水平転送クロックＨ１，Ｈ２、水平転送パルスΦＨ１，ΦＨ２）の周波数（水平駆動周波数）と一致する。よって、動作電流Ｉｏを調整する際の基本的な考え方は、ＣＣＤ固体撮像素子１０の水平駆動周波数が、高いときには動作電流Ｉｏが多くなり、低いときには動作電流Ｉｏが少なくなるようにする。また、非撮像時には電力消費を抑えるためＣＣＤ固体撮像素子１０は駆動しないので、水平駆動周波数はゼロと考えてよく、動作電流Ｉｏをゼロにしてもかまわない。
【００９１】
バッファ部６０Ａを実現する回路において、定電流部３１０の入出力電流を基準としてバッファ部６０Ａの駆動能力を設定すれば、ＣＣＤ出力信号レベル・ＣＣＤ駆動周波数・駆動モードごとに、駆動能力を最適化することできる。定電流部３１０の入出力電流の調整は、その回路構成に応じた適正な方式を採る。
【００９２】
このように、第１実施形態のバッファ部６０Ａによれば、定電流部３１０の入出力電流を基準としてバッファ部６０Ａの駆動能力を設定するので、ＣＣＤ出力信号レベルに関わらず、出力能力を最適化することできる。さらに、出力電流を調整可能な可変電流源にして、動作状態に応じて動作電流Ｉｏを調整する仕組みにすれば、ＣＣＤ駆動周波数・ＣＣＤ駆動モードごとに、出力トランジスタ３０２の出力能力を最適化することができる。
【００９３】
たとえば、図３（１）に示す吐出し型では、ＣＣＤ出力信号レベルを上げた場合でも、定電流部３１０により出力能力を最適化する一定電流が流れる。図３（２）に示す吸込み型では、ＣＣＤ出力信号レベルを下げた場合でも、定電流部３１０により出力能力を最適化する一定電流が流れる。ＣＣＤ出力信号レベルに関わらず、出力トランジスタ３０２には、定電流部３１０により出力能力を最適化する一定の動作電流Ｉｏが流れ、バッファ後の出力振幅レベルの線形性を取ることができる。
【００９４】
＜定電流部：第１例の基本＞
図４は、バッファ部６０に使用される定電流部３１０の第１例の基本構成を示した図である。因みに、図４（１）に示す構成は吸込み型であり、図４（２）に示す構成は吐出し型である。
【００９５】
第１例の定電流部３１０_1は、オペアンプ（演算増幅器）と電流増幅部を使用した帰還回路構成のものである。オペアンプ３２０は、あまり出力電流を流すことができないので、出力増強用として、トランジスタ３２４を電流増幅部３２２に使用している。定電流部３１０_1は、オペアンプ３２０と電流増幅部３２２（トランジスタ３２４）を使用した帰還回路構成の定電流部３１０_1において、動作電流設定部３４０を抵抗分圧回路で構成している。抵抗分圧回路は外部から設定可能にしておくのがよい。
【００９６】
図４（１）に示す吸込み型では、オペアンプ３２０の出力がｎチャネル型のトランジスタ３２４のゲートに接続され、トランジスタ３２４のソースと接地との間に帰還抵抗３２６が接続されている。トランジスタ３２４のドレインが、ｎチャネル型の出力トランジスタ３０２のソース（信号出力端）に接続される。一方、図４（２）に示す吐出し型では、上下を逆にして、ｐチャネル型のトランジスタ３２４を電流増幅部３２２に使用し、そのトランジスタ３２４のソースと正電源との間に帰還抵抗３２６が接続されている。トランジスタ３２４のドレインが、ｐチャネル型の出力トランジスタ３０２のソース（信号出力端）に接続される。
【００９７】
オペアンプ３２０は、反転入力端子（−）にトランジスタ３２４のソースと帰還抵抗３２６との接続点に発生する電圧が帰還信号Ｖfbとして入力され、非反転入力端子（＋）に動作電流設定部３４０からの電流設定信号Ｖｉが入力される。
【００９８】
動作電流設定部３４０は、第１の抵抗素子３４２と、第２の抵抗素子３４４と、基準電圧Ｖref0（基準信号）を生成する基準信号生成部３４６を有する。第１の抵抗素子３４２は、一端が基準信号生成部３４６の出力端に接続され、他端が第２の抵抗素子３４４の一端に接続されている。第２の抵抗素子３４４の他端は接地されている。動作電流設定部３４０は、基準電圧Ｖref0と接地間の電圧を抵抗素子３４２，３４４で抵抗分圧して電流設定信号Ｖｉを生成する。誤差増幅回路として機能するオペアンプ３２０は、この電流設定信号Ｖｉと帰還信号Ｖfbの差分を増幅して制御電圧Ｖｏを生成し、トランジスタ３２４に供給する。全体として負帰還回路が構成されている。
【００９９】
第１例の定電流部３１０_1は、第１の抵抗素子３４２と第２の抵抗素子３４４の抵抗比Ｒ_342／Ｒ_344に基づき電流設定信号Ｖｉを設定し、これによって、トランジスタ３２４に流れるドレイン電流Ｉds（つまり動作電流Ｉｏ）を設定する。このとき、出力トランジスタ３０２の実働状態の動作周波数において最適なドレイン電流Ｉds（＝動作電流Ｉｏ）となるように抵抗比Ｒ_342／Ｒ_344を設定する。
【０１００】
動作電流Ｉｏは、トランジスタ３２４のドレイン電流Ｉdsで規定され、動作電流Ｉｏの設定は、比較例のように電源電圧や抵抗素子３９０による設定ではなく、ドレイン電流Ｉdsの調整で済む。帰還抵抗３２６で動作電流Ｉｏを監視しながら、オペアンプ３２０の非反転入力端の電流設定信号Ｖｉの設定により、電流増幅部３２２（トランジスタ３２４）で電流増幅する前のオペアンプ３２０の出力電流を設定している。抵抗素子３６６、帰還抵抗３２６が管理されていれば、精度よく動作電流Ｉｏを設定することができる。もちろん、抵抗素子３６６、帰還抵抗３２６の精度が動作電流Ｉｏの精度に影響を与える。
【０１０１】
＜定電流部：第１例の調整対応＞
図４Ａは、バッファ部６０に使用される定電流部３１０の第１例の変形例を示した図である。因みに、図４Ａ（１）に示す構成は図４（１）（吸込み型）に対する変形例であり、図４Ａ（２）に示す構成は図４（２）（吐出し型）に対する変形例である。
【０１０２】
この変形例の定電流部３１０_1Ａは、第１例の基本例の定電流部３１０_1をベースにして、バッファ部６０の出力トランジスタ３０２の動作電流Ｉｏを、撮像装置１の動作状態に応じて適宜最適化できるように対応を採ったものである。基本的な考え方は、抵抗比Ｒ_342／Ｒ_344に基づく電流設定信号Ｖｉの設定により動作電流Ｉｏを設定できるので、抵抗比Ｒ_342／Ｒ_344を調整する対応を採る。抵抗比Ｒ_342／Ｒ_344の調整は第１の抵抗素子３４２と第２の抵抗素子３４４の何れで行なってもよいが、本例では第２の抵抗素子３４４側で行なうものとして説明する。
【０１０３】
具体的には、第２の抵抗素子３４４を、抵抗素子とスイッチの組合せで構成されたものとし、スイッチをオン／オフ制御することで、第２の抵抗素子３４４の抵抗値Ｒ_344を調整し、これによって、基準信号Ｖref0・ドレイン電流Ｉdsを調整する仕組みにする。複数の抵抗素子の配置の仕方としては直列回路や並列回路や直並列回路など様々な回路構成を採り得る。その様々な抵抗回路構成に対して合成抵抗値を適宜変更するようにスイッチを配置する。以下では、一例として、複数の抵抗素子が縦続接続されて第２の抵抗素子３４４が構成される例で説明する。
【０１０４】
変形例の定電流部３１０_1Ａは、第１例の基本例の定電流部３１０_1をベースに、さらに動作電流制御部３５０を備える。また、第２の抵抗素子３４４の部分は、複数個の第２の抵抗素子３４４_1〜３４４_x（ｘは２以上）の縦続接続を有する。各第２の抵抗素子３４４_xには、並列にスイッチ３５８_xが接続されている。各スイッチ３５８_xの制御入力端には、動作電流制御部３５０からスイッチ制御信号SW_xが供給されている。動作電流制御部３５０は、ＣＣＤ固体撮像素子１０の水平駆動周波数が、高いときには動作電流Ｉｏが多くなり、低いときには動作電流Ｉｏが少なくなるように、各スイッチ３５８_xをオン／オフ制御する。ＣＣＤ固体撮像素子１０の水平駆動周波数が、高いときには動作電流Ｉｏが多くなり、低いときには動作電流Ｉｏが少なくなるように、各スイッチ３５８_xをオン／オフ制御する。
【０１０５】
動作電流制御部３５０は、出力トランジスタ３０２の動作周波数に対応した外部からの設定に応じて、スイッチ３５８_xの何れをオンさせるかを制御する。その結果、第２の抵抗素子３４４の抵抗値Ｒ_344が外部設定に応じて調整され、結果的に、ドレイン電流Ｉdsが外部設定に応じて調整される。外部設定を、撮像装置１の動作モードやこの動作モードと対応したＣＣＤ駆動周波数に応じて切り替えることにより、トランジスタ３２４に流れるドレイン電流Ｉds（つまり動作電流Ｉｏ）がバッファ部６０の動作周波数に応じて調整され、バッファ部６０の駆動能力が出力トランジスタ３０２の動作周波数に追従したものとなる。各スイッチ３５８_xを全てオンさせると電流設定信号Ｖｉがゼロになるので、動作電流Ｉｏをほぼゼロにできる。「動作電流Ｉｏをほぼゼロ」と称したのは、オペアンプ３２０の動作可能範囲（飽和レベル）に左右されるからである。
【０１０６】
つまり、動作電流制御部３５０は、第２の抵抗素子３４４にスイッチ３５８_xを設けて抵抗値Ｒ_344を外部設定に応じて可変にし、抵抗素子３４２，３４４の抵抗分圧比を変えるようにすることで、出力トランジスタ３０２の動作周波数に応じたドレイン電流Ｉdsの調整を行なう。動作電流設定部３４０の抵抗素子３４２，３４４の抵抗分圧の調整により電流設定信号Ｖｉを調整してドレイン電流Ｉdsを決定するような回路を用いることにより、小規模の回路で動作周波数に応じたドレイン電流Ｉdsの調整を容易に実現できる。
【０１０７】
動作電流Ｉｏは、トランジスタ３２４のドレイン電流Ｉdsで規定され、動作電流Ｉｏの調整は、比較例のように電源電圧や抵抗素子３９０の切替えではなく、ドレイン電流Ｉdsの調整で済む。抵抗比Ｒ_342／Ｒ_344の調整に基づく電流設定信号Ｖｉの調整により、電流増幅部３２２（トランジスタ３２４）で電流増幅する前のオペアンプ３２０の出力電流を調整しており、結果的に、精度よく各レベルの動作電流Ｉｏを設定することができる。第１の抵抗素子３４２、第２の抵抗素子３４４、基準信号生成部３４６が管理されていれば、精度よく動作電流Ｉｏを設定することができる。もちろん、第１の抵抗素子３４２、第２の抵抗素子３４４、基準信号生成部３４６の精度が動作電流Ｉｏの精度に影響を与える。
【０１０８】
変形例としては、無段階に抵抗値を調整可能な可変抵抗素子（たとえば半導体素子の動作抵抗を利用する）を使用して無段階で電流設定信号Ｖｉ（その結果としてのドレイン電流Ｉds）を調整する構成を採ることも可能である。ただし、一般的にそのような可変抵抗素子の抵抗値は温度などの環境の影響を受け、電流設定信号Ｖｉつまりドレイン電流Ｉdsの管理精度が悪くなる。この点では、第２の抵抗素子３４４を、第２の抵抗素子３４４_xとスイッチSW_xの組合せで等価的に構成されたものとし、動作電流制御部３５０でスイッチSW_xをオン／オフ制御する仕組みの方が、電流設定信号Ｖｉ・ドレイン電流Ｉds・動作電流Ｉｏの管理精度を高くできる利点がある。
【０１０９】
他の変形例としては、抵抗比Ｒ_342／Ｒ_344を一定を一定にしたまま、基準電圧Ｖref0を調整することで電流設定信号Ｖｉを調整することも考えられる。この場合、図示しないが、それぞれ異なる基準電圧Ｖref0_xを生成する基準信号生成部３４６_xとスイッチ３５８_x（ｘは２以上）の組合せで構成する。基準信号生成部３４６_xとスイッチ３５８_xは直列接続する。各スイッチ３５８_xの制御入力端には、制御ロジック３５４からスイッチ制御信号SW_xを供給する。出力電圧制御部３５０は、各スイッチ３５８_xを制御する。このような構成では、複数の基準信号生成部３４６_xを用意する必要があるので回路規模が大きくなると考えられる。
【０１１０】
＜定電流部：第２例の基本＞
図５は、バッファ部６０に使用される定電流部３１０の第２例の基本構成を示した図である。第２例の定電流部３１０_2は、カレントミラー構成のもので、先ず、動作電流設定部３４０の一例として基準電流源３６０を使用している。そして、この基準電流源３６０に対して、吸込み型の場合、ソースが接地されたｎチャネル型のトランジスタ３７０をカレントミラー接続で配置している。トランジスタ３６２とトランジスタ３７０が電流増幅部３２２を構成することになる。以下、トランジスタ３７０を特にミラートランジスタ３７０と称する。
【０１１１】
吸込み型では、図５（１）に示すように、基準電流源３６０は、ソースが接地されベースがミラートランジスタ３７０のベースと共通に接続されたｎチャネル型のトランジスタ３６２と、ソースがトランジスタ３６２，３７０のベースと接続されたｎチャネル型のトランジスタ３６４を有している。これらトランジスタ３６２，３６４，３７０はカレントミラー接続されている。
【０１１２】
基準電流源３６０はさらに、一端がトランジスタ３６２のドレインおよびトランジスタ３６４のゲートと接続された抵抗値Ｒ_368の抵抗素子３６６を有する。トランジスタ３６４のドレインと抵抗素子３６６の他端には図示しない基準電圧源からの基準電圧Ｖref1が供給される。なお、トランジスタ３６４を取り外して、トランジスタ３６２のゲート・ドレインを共通接続してダイオード接続にしてもよい。この場合、トランジスタ３６２をダイオードそのものに置き換えてもよい。
【０１１３】
吐出し型では、図５（２）に示すように、上下を逆にして、各トランジスタをｐチャネル型にして、カレントミラー接続で配置すればよい。
【０１１４】
ミラートランジスタ３７０のドレイン電流Ｉds（＝動作電流Ｉｏ）は、トランジスタ３６２のドレイン・ソース間電圧をＶds（本例では閾値電圧に相当）とすると、Ｉref ＝（Ｖref1−Ｖds）／Ｒ_368となる。トランジスタ３６２，３７０の特性を揃えておくことで、ミラートランジスタ３７０のドレイン電流Ｉds（＝動作電流Ｉｏ）は、トランジスタ３６２のドレイン電流（特に基準電流Ｉref と称する）でほぼ決定され、抵抗素子３６６、基準電圧Ｖref1が管理されていれば高精度の定電流源となる。もちろん、抵抗素子３６６、基準電圧Ｖref1の精度が動作電流Ｉｏの精度に影響を与える。
【０１１５】
基準電流Ｉref は、抵抗素子３６６の抵抗値Ｒ_368に左右される。よって、ミラートランジスタ３７０のドレイン電流Ｉdsを安定にするには、好ましくは、抵抗素子３６６は外部素子として、たとえば金属皮膜抵抗など、温度による抵抗値変化が少なく抵抗値も管理された精密抵抗を使用するようにするとよい。また、トランジスタ３６４のドレインと抵抗素子３６６の他端を通常の電源電圧にすることも考えられるが、基準電流Ｉref は、基準電圧Ｖref1にも左右されるので、電源電圧依存性を無視できるか否かで何れにするかを決定するとよい。
【０１１６】
集積回路上ではトランジスタ特性を揃えることは容易であり、Ｉds＝Ｉref やＩds＝Ｍ・Ｉref （Ｍはミラー比）が容易に実現できる。回路図上では明示されないが、トランジスタ３６２，３７０のベース電流特性を変えずにｐｎ接合面積のみを変えると言う集積回路上での対処によりミラー比Ｍを設定でき、各ミラートランジスタ３７０のドレイン電流Ｉdsを自由に設定することができる。ミラー比Ｍを大きく設定すれば、小さな基準電流Ｉref で大きな動作電流Ｉｏを設定できる。
【０１１７】
第２例の構成では、動作電流Ｉｏは、ミラートランジスタ３７０のドレイン電流Ｉdsで規定され、動作電流Ｉｏの調整は、比較例のように電源電圧や抵抗素子３９０の切替えではなく、抵抗素子３６６で設定される基準電流Ｉref に基づくドレイン電流Ｉdsの設定で済む。ミラートランジスタ３７０で電流増幅する前の基準電流源３６０の基準電流Ｉref を、１つの抵抗素子３６６で規定しており、抵抗素子３６６、基準電圧Ｖref1の管理精度の影響を受けるものの、精度よく動作電流Ｉｏを設定することができる。
【０１１８】
＜定電流部：第２例の調整対応＞
図５Ａは、バッファ部６０に使用される定電流部３１０の第２例の変形例を示した図である。因みに、図５Ａ（１）に示す構成は図５（１）（吸込み型）に対する変形例であり、図５Ａ（２）に示す構成は図５（２）（吐出し型）に対する変形例である。
【０１１９】
この変形例の定電流部３１０_2Ａは、第２例の基本例の定電流部３１０_2をベースにして、バッファ部６０の出力トランジスタ３０２の動作電流Ｉｏを、撮像装置１の動作状態に応じて適宜最適化できるように対応を採ったものである。基本的な考え方は、ミラー比Ｍの設定により動作電流Ｉｏを設定できるので、ミラー比Ｍを調整する対応を採る。
【０１２０】
ミラー比Ｍの調整としては、トランジスタ３６２とミラートランジスタ３７０のｐｎ接合面積のみを調整する手法を採ることが考えられる。また、この手法に代えて、トランジスタ３６２，３７０のソース・接地間にミラー比Ｍを調整する抵抗素子を追加することも考えられる。ただし、集積回路上では抵抗よりもトランジスタの方が作り易く、ミラー比Ｍも精度よく管理できる。前者の方が好ましいので、本例ではｐｎ接合面積のみを調整するものとして説明する。
【０１２１】
変形例の定電流部３１０_2Ａは、第２例の基本例の定電流部３１０_2をベースに、さらに動作電流制御部３５０を備える。また、ミラートランジスタ３７０の部分は、動作電流Ｉｏを切り替えるべく、複数個のミラートランジスタ３７０_x（ｘは２以上）とスイッチ３５８_xの組合せにしている。トランジスタ３６２と各ミラートランジスタ３７０_xが電流増幅部３２２を構成することになる。スイッチ３５８_xは、一方の入出力端を各ミラートランジスタ３７０_xのドレインに接続し、他方の入出力端を共通に出力トランジスタ３０２のソース（信号出力端）に接続する。なお、電流経路をオン／オフできればよく、ミラートランジスタ３７０のソースと接地間にスイッチ３５８_xを配置してもよい。各スイッチ３５８_xの制御入力端には、動作電流制御部３５０からスイッチ制御信号SW_xが供給される。動作電流制御部３５０は、ＣＣＤ固体撮像素子１０の水平駆動周波数が、高いときには動作電流Ｉｏが多くなり、低いときには動作電流Ｉｏが少なくなるように、各スイッチ３５８_xをオン／オフ制御する。各スイッチ３５８_xを全てオフさせると動作電流Ｉｏを完全にゼロにできる。
【０１２２】
トランジスタ３６２，３７０_xの特性を揃えておくことで、ミラートランジスタ３７０_xのドレイン電流Ｉds_x（＝動作電流Ｉｏ）は、トランジスタ３６２のドレイン電流（特に基準電流Ｉref と称する）でほぼ決定され、精度のよい定電流源となる。前述のように、集積回路上ではトランジスタ特性を揃えることは容易であり、Ｉds_x＝Ｍ_x・Ｉref が容易に実現できる。回路図上では明示されないが、トランジスタ３６２，３７０_xのベース電流特性を変えずにｐｎ接合面積のみを変えると言う集積回路上での対処によりミラー比Ｍを調整でき、各ミラートランジスタ３７０_xのドレイン電流Ｉds_xを自由に設定することができる。各スイッチ３５８_xを全てオフさせると動作電流Ｉｏを完全にゼロにできる。
【０１２３】
動作電流Ｉｏは、ミラートランジスタ３７０のドレイン電流Ｉds_xで規定される。動作電流Ｉｏの調整は、抵抗素子３６６で設定される基準電流Ｉref に基づくドレイン電流Ｉds_xの調整で済み、基準電流Ｉref に対しては、精度よく各レベルの動作電流Ｉｏを設定することができる。１つの抵抗素子３６６の定数設定だけで各レベルの動作電流Ｉｏを設定して切り替えることができ、複数の外付け抵抗を削減可能となる。ただし、各ミラートランジスタ３７０_xのミラー比Ｍ_xの関係を保ったままで各レベルが調整されるので、動作電流Ｉｏのレベル設定の自由度は低い。
【０１２４】
変形例としては、電流増幅部３２２にはトランジスタ３６２と１つのミラートランジスタ３７０を配置し、基準電流源３６０の基準電流Ｉref を調整する構成にしてもよい。たとえば、それぞれ異なる抵抗値の複数個の抵抗素子３６６_xを配置し、それらと基準電圧源の接続をスイッチで切り替える構成にすることが考えられる。あるいは、それぞれ異なる基準電圧を生成する複数個の基準電圧源を用意し、それらと抵抗素子３６６の接続をスイッチで切り替える構成にすることも考えられる。これらの変形例の場合、基準電流Ｉref を規定する電圧基準を可変させてドレイン電流Ｉds（＝動作電流Ｉｏ）を調整する構成となる。また、基準電流Ｉref の設定に定電流源を使用することも考えられ、その定電流源そのものを可変電流源型にするか、あるいは複数の定電流源を用意してスイッチで切り替えることも考えられる。後述する第３例で第１例の調整手法を利用している構成や第２実施形態は、この仕組みを取り入れたものである。
【０１２５】
回路構成上に複数個の抵抗素子３６６や基準電圧源が配置されるので回路構成が少し複雑になるが、ミラートランジスタ３７０と出力トランジスタ３０２とがスイッチ３５８を介さずに直接に接続され、スイッチ３５８のオン抵抗の影響を受けない利点がある。また、各抵抗素子３６６_xの抵抗値や各基準電圧源の基準電圧を自由に調整できるので、動作電流Ｉｏのレベル設定の自由度が高い。
【０１２６】
＜定電流部：第３例の基本＞
図６は、バッファ部６０に使用される定電流部３１０の第３例の基本構成を示した図である。図６（１）は吐出し型であり、図６（２）は吸込み型である。
【０１２７】
第３例の定電流部３１０_1は、図４に示した帰還回路構成の第１例と図５に示したカレントミラー構成の第２例を組合せたものである。端的には、第２例の定電流部３１０_2のトランジスタ３６２の基準電流Ｉref を、抵抗素子３６６ではなく、第１例の定電流部３１０_1で規定する構成にしている。
【０１２８】
図６（１）に示す吐出し型の電流部３１０_3は、第２例の定電流部３１０_2のトランジスタ３６２，３７０をそれぞれｐチャネル型にしている。トランジスタ３６４は取り外して、トランジスタ３６２のゲート・ドレインを共通接続してダイオード接続にしている。トランジスタ３６２，３７０は、ソースが電源に接続される。
【０１２９】
そして、トランジスタ３６２のドレイン側に、抵抗素子３６６に代えて、第１例の定電流部３１０_1を配置している。第３例では、第１例の定電流部３１０_1とトランジスタ３６２により基準電流源３６０が構成され、トランジスタ３６２の基準電流Ｉref は抵抗比Ｒ_342／Ｒ_344に基づくトランジスタ３２４のドレイン電流Ｉdsで規定されることになる。したがって、第３例の定電流部３１０_1において、動作電流Ｉｏを設定する仕組みとしては、第１例を採用することになる。動作電流Ｉｏの設定は、抵抗比Ｒ_342／Ｒ_344に基づく基準電流Ｉref の設定で済む。ミラートランジスタ３７０で電流増幅する前の基準電流Ｉref （トランジスタ３２４のドレイン電流Ｉds）の設定で動作電流Ｉｏが設定されるので、精度よく動作電流Ｉｏを設定することができる。
【０１３０】
吸込み型にするには、図示しないが、上下を逆にして、オペアンプ３２０にはｐチャネル型のトランジスタ３２４を接続し、そのドレイン側と接地との間に、ｎチャネル型のミラートランジスタ３７０をカレントミラー接続で配置すればよい。
【０１３１】
あるいは、図６（２）に示すように、図６に示す吐出し型（ミラートランジスタ３７０が１つのタイプ）の出力側に、ｎチャネル型のトランジスタ３６２，３７０をカレントミラー接続で配置して吸込み型に変換してもよい。この場合も、抵抗比Ｒ_342／Ｒ_344により電流基準Ｉref を設定してドレイン電流Ｉds（＝動作電流Ｉｏ）を設定する構成となる。
【０１３２】
＜定電流部：第３例の調整対応＞
図６Ｂは、バッファ部６０に使用される定電流部３１０の第３例の変形例を示した図である。因みに、図６Ｂ（１）に示す構成は図６（１）（吐出し型）に対する変形例であり、図６Ｂ（２）に示す構成は図６（２）（吸込み型）に対する変形例である。
【０１３３】
この変形例の定電流部３１０_3Ａは、第３例の基本例の定電流部３１０_3をベースにして、バッファ部６０の出力トランジスタ３０２の動作電流Ｉｏを、撮像装置１の動作状態に応じて適宜最適化できるように対応を採ったものである。
【０１３４】
変形例の第３例の定電流部３１０_3Ａにおいて、動作電流Ｉｏを切り替える仕組みとしては、第１例の変形例を採用できるし、第２例の変形例を採用することもできる。
【０１３５】
図６Ｂ（１）は、吐出し型において第１例の変形例を採用して電流調整を行なう場合を示している。電流部３１０_3Ａは、第２例の定電流部３１０_2のトランジスタ３６２，３７０をそれぞれｐチャネル型にしている。トランジスタ３６４は取り外して、トランジスタ３６２のゲート・ドレインを共通接続してダイオード接続にしている。トランジスタ３６２，３７０は、ソースが電源に接続される。
【０１３６】
そして、トランジスタ３６２のドレイン側に、抵抗素子３６６に代えて、第１例の変形例の定電流部３１０_1Ａを配置している。この構成では、第１例の変形例の定電流部３１０_1Ａとトランジスタ３６２により基準電流源３６０が構成され、基準電流Ｉref はトランジスタ３２４のドレイン電流Ｉdsで規定されることになる。そして、抵抗比Ｒ_342／Ｒ_344の調整によってドレイン電流Ｉds（＝基準電流Ｉref ）が調整され、その結果として動作電流Ｉｏが調整される。各スイッチ３５８_xを全てオンさせることで動作電流Ｉｏをほぼゼロにすることもできる。
【０１３７】
一方、図６Ｂ（２）は、吐出し型において第２例の変形例を採用して電流調整を行なう場合を示している。電流部３１０_3Ａは、図６Ｂに示す構成をベースにして、先ず第２例の変形例と同様に、ミラートランジスタ３７０の部分を、複数個のミラートランジスタ３７０_x（ｘは２以上）とスイッチ３５８_xの組合せにしている。動作電流設定部３４０の部分については、第１例の基本例と同様に、第１の抵抗素子３４２と第２の抵抗素子３４４をそれぞれ１つ配置した構成にしている。動作電流制御部３５０は、ＣＣＤ固体撮像素子１０の水平駆動周波数が、高いときには動作電流Ｉｏが多くなり、低いときには動作電流Ｉｏが少なくなるように、各スイッチ３５８_xをオン／オフ制御する。各スイッチ３５８_xを全てオフさせると動作電流Ｉｏを完全にゼロにできる。
【０１３８】
何れも、電流基準Ｉref を可変させてドレイン電流Ｉds（＝動作電流Ｉｏ）を調整する構成となる。動作電流Ｉｏの切り替えに第１例・第２例の何れを採用する場合でも、動作電流Ｉｏの調整は、基準電流Ｉref の調整で済む。ミラートランジスタ３７０，３７０_xで電流増幅する前のトランジスタ３６２の基準電流Ｉref （トランジスタ３２４のドレイン電流Ｉds）の調整で動作電流Ｉｏが調整される。第１例や第２例の各調整対応の説明から理解されるように、第３例においても、精度よく各レベルの動作電流Ｉｏを設定することができる。
【０１３９】
図６Ｂ（２）は、吸込み型にする場合を示している。基本例と同様に、図６（１）に示す吐出し型（ミラートランジスタ３７０が１つのタイプ）の出力側に、ｎチャネル型のトランジスタ３６２，３７０（，３７０_x）をカレントミラー接続で配置して吸込み型に変換している。この場合も、電流基準Ｉref を可変させてドレイン電流Ｉds（＝動作電流Ｉｏ）を調整する構成となる。
【０１４０】
なお、トランジスタ３６２のドレイン側に、複数の定電流源（基準電流源３６０と同様の構成でよい）と各定電流源を切り替えるスイッチを設けることで電流基準Ｉref を可変にすることも考えられる。しかしながら、複数の定電流源をバッファ部６０に別途設ける場合は、バッファ部６０の回路規模が大きくなる難点がある。これに対して、図６Ｂ（１）、図６Ｂ（２）では、定電流源が１つであり、その難点はない。
【０１４１】
＜電圧基準と電流基準の相違＞
ここで、図６Ｂ（２）に示す構成を、同じ吸込み型である図５（１）に示した第２例の定電流部３１０_2において１つのミラートランジスタ３７０を配置して電圧基準の設定によりドレイン電流Ｉds（＝動作電流Ｉｏ）を設定する構成と比較してみる。
【０１４２】
電圧基準を可変にしてドレイン電流Ｉds（＝動作電流Ｉｏ）を制御する場合、所望な動作電流Ｉｏを設定するのに当たって、微小可変幅をもつ基準電圧源または複数の絶対精度のよい抵抗が必要である。
【０１４３】
これに対して、電流基準において所望な動作電流Ｉｏを設定すれば、複数の外付け抵抗を削減可能で、外付けの抵抗の温度特性、電源電圧特性、絶対精度ばらつき特性に対して影響を受け難くなる。また、電流基準であれば、電流増幅回路で増幅する前の基準電流そのものを調整できるので精度よく動作電流Ｉｏを設定することが可能である。
【０１４４】
また、定電流部３１０をカレントミラー構成とする場合に、電圧基準を可変させて動作電流Ｉｏを制御する場合、所望な動作電流Ｉｏを設定するのに当たって微小可変幅をもつ電源電圧源または複数の絶対精度のよい抵抗が必要である。これに対して、電流基準で動作電流Ｉｏを設定する場合は、電流増幅部で電流増幅する前の基準電流（あるいはこれを規定する基準電圧）そのものを調整することも可能で、精度よく動作電流Ｉｏを設定することができる。
【０１４５】
＜ＣＣＤ出力段からアナログフロントエンドまでのインタフェース：第２実施形態＞
図７〜図９は、ＣＣＤ出力段（電荷電圧変換部１６）からアナログフロントエンド６１の入力段（バッファ部６０）までの信号インタフェースの第２実施形態を説明する図である。ここで、図７〜図７Ｂは、第２実施形態の信号インタフェースに着目して第２実施形態の撮像装置の概要を簡略して示した図である。図８は、撮像装置１の各部の定電流源とバッファ部６０とのインタフェースの詳細例を示す図である。図９は、撮像装置１（ＣＣＤ固体撮像素子１０）の動作モード・ＣＣＤ駆動周波数と、出力トランジスタ３０２の動作電流Ｉｏの関係を説明する図である。
【０１４６】
第２実施形態の撮像装置１Ｂは、定電流部３１０の基準となる基準電流を生成する動作電流設定部３４０を、バッファ部６０Ｂに設けるのではく、撮像装置１内の各部に存在する定電流源をバッファ部６０Ｂが利用するものである。たとえば、撮像装置１には、アナログフロントエンド６１や、タイミング信号生成部４０や、ＤＳＰで構成されている画像処理部６６などが存在し、それらには定電流源（定電流回路）が使用されている。そこで、第２実施形態では、バッファ部６０の電流基準である定電流部３１０の基準電流Ｉref の設定に、それら定電流源の電流値を利用する。
【０１４７】
たとえば、図７に示す構成では、アナログフロントエンド６１に存在する定電流源３８０_61（１つに限らない）の電流情報がカレントミラー回路３８２を介して供給されている。図７Ａに示す構成では、タイミング信号生成部４０に存在する定電流源３８０_40（１つに限らない）の電流情報がカレントミラー回路３８２を介して供給されている。図７Ｂに示す構成では、画像処理部６６に存在する定電流源３８０_66（１つに限らない）の電流情報がカレントミラー回路３８２を介して供給されている。図示しないが、これらを任意に組み合わせた構成にしてもよい。
【０１４８】
図７〜図７Ｂにおいて、各（１）に示す構成は、各部の定電流源３８０の出力電流を、直接にバッファ部６０の定電流部３１０に供給するものである。この場合、第１例の定電流部３１０_1との組合せにおいては、各部の定電流源３８０の出力電流が、そのまま出力トランジスタ３０２の動作電流Ｉｏとして扱われる。第２例の定電流部３１０_2との組合せにおいては、抵抗素子３６６に各定電流源３８０が置き換わり、第３例の定電流部３１０_3との組合せにおいては、第１例の定電流部３１０_1に各定電流源３８０が置き換わるので、各部の定電流源３８０の出力電流が、定電流部３１０の基準電流Ｉref として扱われる。
【０１４９】
一方、各（２）に示す構成は、各部の定電流源３８０の出力電流を、カレントミラー構成（ＣＭ）でバッファ部６０の定電流部３１０の基準電流Ｉref として供給するものである。各部の定電流源の電流値を利用する際に、より確実に、各部の動作に影響を与えないように、それらの定電流源３８０の電流情報をカレントミラー構成で参照するようにする。たとえば、図８に示すように、カレントミラー回路３８２は、吸込み型（図８（１），（３））、吐出し型（図８（２），（４））の何れも、定電流源３８０とカレントミラー接続されたミラートランジスタ３８４を備える。
【０１５０】
各部の定電流源３８０からの電流情報を受け取るバッファ部６０においては、何れの箇所からの電流情報を利用するかを切り替える電流切替機構Ｉswを備える。電流切替機構Ｉswは、図８に示すように、スイッチ３５８_xと、スイッチ３５８_xをオン／オフ制御する動作電流制御部３５０を備える。各スイッチ３５８_xの制御入力端には、動作電流制御部３５０からスイッチ制御信号SW_xが供給される。動作電流制御部３５０は、ＣＣＤ固体撮像素子１０の水平駆動周波数が、高いときには動作電流Ｉｏが多くなり、低いときには動作電流Ｉｏが少なくなるように、各スイッチ３５８_xをオン／オフ制御する。各スイッチ３５８_xを全てオフさせると動作電流Ｉｏを完全にゼロにできる。動作電流制御部３５０の機能は、出力トランジスタ３０２の動作電流Ｉｏを調整するもので前述の各例と同様である。これらは、（１）の構成でも同様である。
【０１５１】
第１例の定電流部３１０_1との組合せにおいては、定電流部３１０_1に各定電流源３８０が置き換わるものである。よって、図８（１），（２）に示すように、各スイッチ３５８_xは、一端に各部の定電流源３８０_xからの電流情報が基準電流Ｉref_x として供給され、他端は共通に出力トランジスタ３０２のソースに接続される。
【０１５２】
第２例の定電流部３１０_2との組合せにおいては、抵抗素子３６６に各定電流源３８０が置き換わるものである。第３例の定電流部３１０_3との組合せにおいては、第１例の定電流部３１０_1に各定電流源３８０が置き換わるものである。よって、これらの場合は、図８（３），（４）に示すように、各スイッチ３５８_xは、一端に各部の定電流源３８０_xからの電流情報が基準電流Ｉref_x として供給され、他端は共通に基準電流源３６０のトランジスタ３６２のドレインのドレインに接続される。
【０１５３】
このように、撮像装置１のアナログフロントエンド６１、タイミング信号生成部４０、あるいは画像処理部６６に搭載している定電流源３８０を利用することで、出力トランジスタ３０２の動作電流Ｉｏを多数に設定することが容易に実現できる。
【０１５４】
本実施形態の仕組みでは、出力トランジスタ３０２の出力側に定電流部３１０を配置して、出力トランジスタ３０２の動作電流Ｉｏを電流源により管理することで出力トランジスタ３０２の駆動能力の適正化を図るようにしている。定電流部３１０の基準電流Ｉref の設定で動作電流Ｉｏを管理する仕組みとの組合せにおいては、撮像装置１の各部の定電流源３８０の電流情報を参照する仕組みにすることはマッチングがよい。動作電流設定部３４０での基準電流Ｉref の調整機構としてはスイッチ３５８があればよく、基準電流源３６０を別途設ける必要がなく、バッファ部６０としては簡易な構成になる。
【０１５５】
＜動作電流の最適化の事例＞
図９は、バッファ部６０の出力トランジスタ３０２の動作電流Ｉｏを、撮像装置１の動作状態に応じて最適化する手法の適用例を説明する図である。第１実施形態および第２実施形態の何れにおいても、出力トランジスタ３０２の動作電流Ｉｏを適宜変更することが可能である。
【０１５６】
ここで、本実施形態では、その動作電流Ｉｏの設定を、撮像装置１の動作状態に応じて、最適な電流値になるようにする。基本的な考え方は、ＣＣＤ出力信号レベル・ＣＣＤ駆動周波数・駆動モードごとに、出力トランジスタ３０２の駆動能力が最適な状態となるようにする。出力トランジスタ３０２の負荷（ソース）側を、抵抗素子ではなく、定電流部３１０にすることで、ＣＣＤ出力信号レベルに対しての対処は採られている。そこで、残る「ＣＣＤ駆動周波数」・「駆動モード」について、撮像装置１の動作状態を考慮して動作電流Ｉｏを調整する。
【０１５７】
たとえば、図９（１）に示すように、駆動周波数がｆＭＨｚの通常モード、駆動周波数がｆ／２の低速モード、スタンバイモード、の３つのモードを考える。低速モードは、たとえばモニター出力時などのように間引きで読み出す状態が該当する。スタンバイモードは、非撮像時（待機時）であり、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動していない状態である。
【０１５８】
図９（２）に示すように、出力トランジスタ３０２の動作周波数は、水平ＣＣＤ１５を駆動する水平転送クロックＨ１，Ｈ２の周波数と一致している。出力トランジスタ３０２の動作電流Ｉｏが適正であるか否かは、図９（２）に示すように、出力トランジスタ３０２の出力端の出力電圧Ｖout （ＣＣＤ出力波形）において、信号波形の立下り特性や立上り特性で分かる。立下り特性は、Ｐ相レベル（リセットレベルＳrst ）からＤ相レベル（信号レベルＳsig ）への立下り時間ｔｆで判断でき、立上り特性はＤ相レベルからＰ相レベルへの立上り時間ｔｒで判断できる。駆動能力が不足すると、立上り時間ｔｒ・立下り時間ｔｆが劣化する（長くなる）。動作モードに関わらず、立上り時間ｔｒ・立下り時間ｔｆが、駆動周期に対して％比で一定水準以下を満たしていれば（ＣＣＤの出力特性を維持していれば）問題ない。
【０１５９】
ＣＣＤ固体撮像素子１０の水平駆動周波数が低い場合は、出力電圧Ｖout の立上り時間ｔｒ・立下り時間ｔｆの絶対値に余裕が生じる。動作電流Ｉｏを少なくしても、ＣＣＤの出力特性が基準を満たす範囲にできる。通常モードと低速モードを比べた場合、低速モードでは、ＣＣＤの出力特性を維持したままで、出力トランジスタ３０２の動作電流Ｉｏを少なくできる。スタンバイモードでは、ＣＣＤ固体撮像素子１０を駆動していない状態であるから動作電流Ｉｏをゼロにしてもよい。
【０１６０】
よって、撮像装置１の動作モードとの連動による具体的な効果としては、図９（１）に示すように、通常モードよりも低速モードでは動作電流Ｉｏを絞ることで、消費電力を削減することが可能となる。同様に、スタンバイモードにおいては動作電流Ｉｏをゼロにすることで、待機時のバッファ部６０での電力消費を限りなくゼロに近づけることが可能となる。
【０１６１】
こうすることで、ＣＣＤ出力信号レベル・ＣＣＤ駆動周波数・ＣＣＤ駆動モードごとに、最適な駆動能力を設定でき、各ＣＣＤ出力信号波形の最適化と低消費電力化を実現することができる。
【０１６２】
ここで、ＣＣＤ出力信号レベル・ＣＣＤ駆動周波数・ＣＣＤ駆動モードを変えるのは、ＣＣＤカメラフロントエンドのため、システムでの連動も容易に実現できる。
【０１６３】
なお、出力トランジスタ３０２の動作周波数に影響を与える（周波数変更を伴う）動作モードは前述の３つに限定されない。それら各モードに応じて動作電流Ｉｏが最適な状態となるように調整すればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】撮像装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】ＣＣＤ固体撮像素子と駆動制御部の一実施形態とから構成された固体撮像装置の概略図である。
【図３】第１実施形態の信号インタフェースに着目して第１実施形態の撮像装置の概要を簡略して示した図である。
【図３Ａ】比較例の信号インタフェースに着目して撮像装置の概要を簡略して示した図である。
【図４】バッファ部に使用される定電流部の第１例の基本構成を示した図である。
【図４Ａ】バッファ部に使用される定電流部の第１例の変形例を示した図である。
【図５】バッファ部に使用される定電流部の第２例の基本構成を示した図である。
【図５Ａ】バッファ部に使用される定電流部の第２例の変形例を示した図である。
【図６】バッファ部に使用される定電流部の第３例の基本構成を示した図である。
【図６Ａ】バッファ部に使用される定電流部（吐出し型）の第３例の変形例を示した図である。
【図６Ｂ】バッファ部に使用される定電流部（吸込み型）の第３例の変形例を示した図である。
【図７】第２実施形態の信号インタフェースに着目して第２実施形態の撮像装置の概要を簡略して示した図（その１）である。
【図７Ａ】第２実施形態の信号インタフェースに着目して第２実施形態の撮像装置の概要を簡略して示した図（その２）である。
【図７Ｂ】第２実施形態の信号インタフェースに着目して第２実施形態の撮像装置の概要を簡略して示した図（その３）である。
【図８】撮像装置の各部の定電流源とバッファ部とのインタフェースの詳細例を示す図である。
【図９】バッファ部の出力トランジスタの動作電流を、撮像装置の動作状態に応じて最適化する手法の適用例を説明する図である。
【符号の説明】
【０１６５】
１…撮像装置、１０…ＣＣＤ固体撮像素子、１１…センサ部、１３…垂直ＣＣＤ、１４…撮像エリア、１５…水平ＣＣＤ、１６…電荷電圧変換部、２…固体撮像装置、３…撮像装置モジュール、３０２…出力トランジスタ、３１０…定電流部、３２２…電流増幅部、３４０…動作電流設定部、３５０…動作電流制御部、３５８…スイッチ、３６０…基準電流源、３７０…ミラートランジスタ、３８０…定電流源、３８２…カレントミラー回路、３８４…ミラートランジスタ、３８６…トランジスタ、４…本体ユニット、４０…タイミング信号生成部、４２…ドライバ、４６…駆動電源、５…光学系、５０…撮像レンズ、５２…メカシャッタ、５４…レンズ、５６…絞り、６…信号処理系、６０…バッファ部、６１…アナログフロントエンド、６２…プリアンプ部、６４…ＡＤ変換部、６６…画像処理部、７…記録系、７２…メモリ、７４…ＣＯＤＥＣ、８…表示系、８２…ＤＡ変換部、８４…ビデオエンコーダ、８６…ビデオモニター、９…制御系、９２…カメラ制御部、９４…露出コントローラ、９６…駆動制御部、９８…操作部、Ｉsw…電流切替機構
【図１】
2009284198.tif 000003
【図２】
2009284198.tif 000004
【図３】
2009284198.tif 000005
【図３Ａ】
2009284198.tif 000006
【図４】
2009284198.tif 000007
【図４Ａ】
2009284198.tif 000008
【図５】
2009284198.tif 000009
【図５Ａ】
2009284198.tif 000010
【図６】
2009284198.tif 000011
【図６Ａ】
2009284198.tif 000012
【図６Ｂ】
2009284198.tif 000013
【図７】
2009284198.tif 000014
【図７Ａ】
2009284198.tif 000015
【図７Ｂ】
2009284198.tif 000016
【図８】
2009284198.tif 000017
【図９】
2009284198.tif 000018