(57)【要約】【課題】高周波帯域での動作に適した低消費電力の固体撮像素子を提供する。【解決手段】出力アンプ１７を含む固体撮像素子１０を有する撮像装置１であって、出力アンプ１７が、駆動トランジスタＴｒ５（以下Ｔｒ５）とＴｒ５に対して電流供給手段をなす負荷トランジスタＴｒ７（以下Ｔｒ７）とを含む増幅回路３７を有し、Ｔｒ７の動作状態を制御するための専用の制御信号をＴｒ７のゲートに印加してＴｒ５に供給する電流量を制御する電流制御手段を備え、制御信号が、Ｔｒ５に供給される電流量が所望の値となるようにＴｒ７を動作させるための第一の信号と、Ｔｒ５に供給される電流量が所望の値よりも少なくなるようにＴｒ７を動作させるための第二の信号を含み、電流制御手段は、固体撮像素子１０の動作期間のうち出力アンプ１７から信号を出力させる信号出力期間では第一の信号をＴｒ７のゲートに印加し、それ以外の期間では第二の信号をＴｒ７のゲートに印加する。【選択図】図３
2009260701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子で発生した電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを含む固体撮像素子を有する撮像装置であって、
前記出力部が、前記電荷に対応する信号が入力される駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタに対して電流供給手段をなす第一の負荷トランジスタとを含む増幅回路を有し、
前記第一の負荷トランジスタの動作状態を制御するための専用の制御信号を前記第一の負荷トランジスタの制御端子に印加して、前記駆動トランジスタに供給する電流量を制御する電流制御手段を備え、
前記制御信号が、前記駆動トランジスタに供給される電流量が所望の値となるように前記第一の負荷トランジスタを制御するための第一の信号と、前記駆動トランジスタに供給される電流量が前記所望の値よりも少なくなるように前記第一の負荷トランジスタを制御するための第二の信号とを含み、
前記電流制御手段は、前記固体撮像素子の動作期間のうち、前記電荷に応じた信号を前記出力部から出力させる信号出力期間では、前記第一の信号を前記第一の負荷トランジスタの制御端子に印加し、前記信号出力期間以外の期間では、前記第二の信号を前記第一の負荷トランジスタの制御端子に印加する撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記電流制御手段が、前記固体撮像素子を駆動したり、前記固体撮像素子から出力された信号を処理したりするためのタイミング信号を生成するタイミングジェネレータと、前記タイミング信号から前記第一の信号及び前記第二の信号を生成し、これらのいずれかを前記固体撮像素子の動作期間に応じて前記第一の負荷トランジスタの制御端子に入力する信号生成手段とから構成されている撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の撮像装置であって、
前記増幅回路が、前記第一の負荷トランジスタに並列に接続され、前記駆動トランジスタに対して電流供給手段をなす第二の負荷トランジスタを有し、
前記第二の負荷トランジスタは、前記固体撮像素子の動作中、常時オン状態となっており、
前記第二の信号が、前記第一の負荷トランジスタをオフ状態にするための信号である撮像装置。
【請求項４】
請求項３記載の撮像装置であって、
前記第一の信号を前記制御端子に入力したときの前記第一の負荷トランジスタに流れる電流量が、前記第二の負荷トランジスタのオン状態で流れる電流量よりも多い撮像装置。
【請求項５】
光電変換素子で発生した電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを有し、前記出力部が、前記電荷に対応する信号が入力される駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタに対して電流供給手段をなす負荷トランジスタとを含む増幅回路を備える固体撮像素子の制御方法であって、
前記第一の負荷トランジスタの動作状態を制御するための専用の制御信号を前記第一の負荷トランジスタの制御端子に印加して、前記駆動トランジスタに供給する電流量を制御する電流制御ステップを備え、
前記制御信号が、前記駆動トランジスタに供給される電流量が所望の値となるように前記第一の負荷トランジスタを動作させるための第一の信号と、前記駆動トランジスタに供給される電流量が前記所望の値よりも低くなるように前記第一の負荷トランジスタを動作させるための第二の信号とを含み、
前記電流制御ステップにおいて、前記固体撮像素子の動作期間のうち、前記電荷に応じた信号を前記出力部から出力させる信号出力期間では、前記第一の信号を前記第一の負荷トランジスタの制御端子に印加し、前記信号出力期間以外の期間では、前記第二の信号を前記第一の負荷トランジスタの制御端子に印加する固体撮像素子の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子で発生した電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型固体撮像素子は、行列状に２次元配置された光電変換素子から読み出された電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直電荷転送部と、垂直電荷転送部から転送される１ライン分の電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部と、水平電荷転送部によって転送された電荷を電圧信号に変換して出力する出力アンプとを有している。
【０００３】
一般に、出力アンプは、水平電荷転送部から転送されてきた電荷が蓄積されるフローティングディフュージョン（以下、ＦＤという）部と、ＦＤ部の電位変化に応じた信号を出力する多段接続されたソースフォロワ回路とから構成されている。各ソースフォロワ回路は、エンハンスメント型の駆動トランジスタと、デプレッション型の負荷トランジスタとから構成される。
【０００４】
近年、撮像装置における撮影の高速化に伴い、消費電流が増大しており、この消費電流の増大により、撮像装置の発熱量が増大してきている。固体撮像素子はシリコン基板に形成されており、温度が上昇すると暗電流が増加することが知られている。近年では、高感度化も進んでおり、暗電流の増加による画質への影響が課題となっている。消費電流の増大を防ぐ方法として特許文献１，２記載の方法が提案されている。
【０００５】
特許文献１には、露光期間中、固体撮像素子の出力アンプの各ソースフォロワ回路の負荷トランジスタを、垂直転送パルスによって制御することで、出力アンプに流れる電流を抑制する方法が開示されている。又、負荷トランジスタの電流制御を行うためのパルスを、垂直転送パルスではく、電流制御専用のパルスで実現しても良いとの記載（段落００７４）がある。
【０００６】
特許文献２には、固体撮像素子の出力アンプの最終段のソースフォロワ回路の負荷トランジスタに直列に電流制御用トランジスタを設け、この電流制御用トランジスタを垂直転送パルスによって制御することで、出力アンプに流れる電流を抑制する方法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１５７９４５号公報
【特許文献２】特開２００２−３３５４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１記載の方法では、垂直転送パルスを電流制御に用いているため、固体撮像素子の動作期間のうち、水平ブランキング期間と信号電荷掃き出し期間においては、負荷トランジスタのソース電流が抑制されない期間が発生してしまう。このため、消費電流の抑制が充分になされているとは言えない。特許文献１の段落００７４には、負荷トランジスタの電流制御を行うためのパルスを、垂直転送パルスφＶ２でなく、電流制御専用のパルスで実現しても良いとの記載があるが、この電流制御専用のパルスがどのようなパルスであるのかの具体的な記載はない。垂直転送パルスφＶ２と全く同じパルスを別に生成してこれを利用した場合については開示されていると判断することは可能であるが、この場合には、水平ブランキング期間と信号電荷掃き出し期間において消費電流の抑制を充分に行うことができない。
【０００９】
特許文献２記載の方法では、負荷トランジスタに直列に電流制御用トランジスタを設けているため、出力アンプの出力インピーダンスが高くなってしまい、高周波帯域での動作に不向きである。又、垂直転送パルスで電流制御を行っているため、上述したように、消費電流の抑制を充分に行うことができない。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高周波帯域での動作に適した低消費電力の固体撮像素子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】
【００１１】
本発明の固体撮像素子は、光電変換素子で発生した電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを含む固体撮像素子を有する撮像装置であって、前記出力部が、前記電荷に対応する信号が入力される駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタに対して電流供給手段をなす第一の負荷トランジスタとを含む増幅回路を有し、前記第一の負荷トランジスタの動作状態を制御するための専用の制御信号を前記第一の負荷トランジスタの制御端子に印加して、前記駆動トランジスタに供給する電流量を制御する電流制御手段を備え、前記制御信号が、前記駆動トランジスタに供給される電流量が所望の値となるように前記第一の負荷トランジスタを制御するための第一の信号と、前記駆動トランジスタに供給される電流量が前記所望の値よりも少なくなるように前記第一の負荷トランジスタを制御するための第二の信号とを含み、前記電流制御手段は、前記固体撮像素子の動作期間のうち、前記電荷に応じた信号を前記出力部から出力させる信号出力期間では、前記第一の信号を前記第一の負荷トランジスタの制御端子に印加し、前記信号出力期間以外の期間では、前記第二の信号を前記第一の負荷トランジスタの制御端子に印加する。
【００１２】
この構成により、駆動トランジスタに供給される電流量が専用の制御信号によって制御されるため、駆動トランジスタに供給される電流量を、信号出力期間以外の全ての期間で抑制することが可能となり、低消費電力化及び発熱の抑制による暗電流の低減を実現することができる。
【００１３】
本発明の固体撮像素子は、前記電流制御手段が、前記固体撮像素子を駆動したり、前記固体撮像素子から出力された信号を処理したりするためのタイミング信号を生成するタイミングジェネレータと、前記タイミング信号から前記第一の信号及び前記第二の信号を生成し、これらのいずれかを前記固体撮像素子の動作期間に応じて前記第一の負荷トランジスタの制御端子に入力する信号生成手段とから構成されている。
【００１４】
この構成により、既存のタイミングジェネレータからのタイミング信号（具体例としてはＡＦＥで使うプリブランキング信号（ＰＢＬＫ））に基づいて駆動トランジスタに供給される電流量を制御することができるため、制御信号を生成するための別の信号源を設ける場合と比べてコストを削減することができる。
【００１５】
本発明の固体撮像素子は、前記増幅回路が、前記第一の負荷トランジスタに並列に接続され、前記駆動トランジスタに対して電流供給手段をなす第二の負荷トランジスタを有し、前記第二の負荷トランジスタは、前記固体撮像素子の動作中、常時オン状態となっており、前記第二の信号が、前記第一の負荷トランジスタをオフ状態にするための信号である。
【００１６】
この構成により、第二の負荷トランジスタは常時オン状態となっているため、第一の負荷トランジスタがオフ状態からオン状態に復帰したときに、駆動トランジスタに供給される電流量が所要量に達するまでの時間を短縮することができる。例えば、信号出力期間の後に水平ブランキング期間を設けてその後に再度信号出力期間を設けるといった駆動を繰り替えす場合、水平ブランキング期間から信号出力期間に切り替えるときに、駆動トランジスタに供給される電流量を高速に復帰させることができることで、水平ブランキング期間の終了ぎりぎりまで第一の負荷トランジスタをオフ状態にしておくことが可能となり、消費電力をより低減することができる。
【００１７】
本発明の固体撮像素子は、前記第一の信号を前記制御端子に入力したときの前記第一の負荷トランジスタに流れる電流量が、前記第二の負荷トランジスタのオン状態で流れる電流量よりも多い。
【００１８】
この構成により、第一の信号を制御端子に入力したときの第一の負荷トランジスタに流れる電流量が、第二の負荷トランジスタのオン状態で流れる電流量よりも少ない場合に比べて、信号出力期間以外の期間中に駆動トランジスタに供給される電流量を少なくすることができ、消費電力をより低減することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高周波帯域での動作に適した低消費電力の固体撮像素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態である撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
図１に示す撮像装置１は、ＣＣＤ型の固体撮像素子１０と、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）回路２０と、中央制御装置（ＭＰＵ）３０とを備える。
【００２２】
ＡＦＥ回路２０は、固体撮像素子１０から出力された撮像信号に対して利得制御や相関二重サンプリング処理を施すＣＤＳ３８と、ＣＤＳ３８から出力される輝度成分を所望のゲインに増幅するアンプ（ＶＧＡ）３９と、アンプ３９から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部（ＡＤＣ）２１と、固体撮像素子１０を駆動する駆動手段とで構成される。
【００２３】
駆動手段は、ＭＰＵ３０からの指示を受けて、固体撮像素子１０を駆動したり、固体撮像素子１０から出力された信号を処理したりするためのタイミング信号（例えば、ドライバ回路２３に供給するための信号や、ＣＤＳ３８、ＶＧＡ３９、及びＡＤＣ２１に供給するための信号）を生成するタイミングジェネレータ（ＴＧ）２２と、ＴＧ２２から受けとったタイミング信号を所要電圧パルス信号に変換するドライバ回路２３とを備える。
【００２４】
図示する例では、ドライバ回路２３は３つのドライバ回路２３ａ，２３ｂ，２３ｃを備える。ドライバ回路２３ａはラインメモリ駆動パルスφＬＭを生成し、ドライバ回路２３ｂは水平転送パルスφＨ１，φＨ２を生成し、ドライバ回路２３ｃは読出パルスや垂直転送パルスφＶ系を生成し、それぞれ生成したパルスを固体撮像素子１０に供給する。ＴＧ２２は、固体撮像素子１０の出力アンプを制御するための専用のタイミング信号（具体例としてはＡＦＥ回路２０で使うプリブランキング（ＰＢＬＫ）信号のような既存のタイミング信号）を固体撮像素子１０に入力する。
【００２５】
図２は、図１に示す固体撮像素子１０の概略構成を示す平面模式図である。
固体撮像素子１０は、半導体基板１１表面に二次元アレイ状（図示の例では正方格子状）に配列形成された多数の光電変換素子（フォトダイオード（ＰＤ））１２と、各フォトダイオード列に対応してその側部に形成され、対応するフォトダイオード列の各フォトダイオード１２に蓄積された信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路１３と、各フォトダイオード１２と垂直電荷転送路１３との間に設けられた読出ゲート１４とを備える。図示する例では、垂直電荷転送路１３上に設けられる垂直転送電極は、１フォトダイオード当たり４電極設けられ、４枚の各電極に、垂直電荷転送路１３による信号電荷の垂直転送を行うための垂直転送パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４が印加される構成（４相駆動の場合）になっている。
【００２６】
更に、この固体撮像素子１０は、半導体基板１１の下辺部に設けられた水平電荷転送路１５と、水平電荷転送路１５の出力部に設けられたフローティングディフュージョン部（ＦＤ部）１６及び出力アンプ１７とを備える。
【００２７】
水平電荷転送路１５上には、１垂直電荷転送路当たり２枚の水平転送電極が設けられ、２枚の各電極に、水平電荷転送路１５による信号電荷の水平転送を行うための水平転送パルスφＨ１，φＨ２が夫々印加される構成（２相駆動の場合）になっている。
【００２８】
また、この固体撮像素子１０は、各垂直電荷転送路１３の端部と水平電荷転送路１５との境界部分に、各垂直電荷転送路１３によって転送されてきた信号電荷を受け取って一時蓄積し、垂直電荷転送路１３の駆動とは独立に駆動されるバッファ用のラインメモリ１８を備える。このラインメモリ１８は省略しても良い。
【００２９】
尚、ここでは「垂直」「水平」という用語を用いて説明したが、これは、固体撮像素子１０の受光面に沿う「１方向」「この１方向に略直交する方向」という意味に過ぎない。又、フォトダイオード１２の配列は正方格子状としたが、これに限らず、公知の様々な配列を適用可能である。又、垂直電荷転送路や水平電荷転送路の駆動方法についても公知の様々な方法を適用可能である。
【００３０】
斯かる構造の撮像装置１では、各フォトダイオード１２が被写体からの入射光の光量に応じた信号電荷を蓄積し、読み出しパルスがドライバ回路２３から印加されたときに、読出ゲート１４を通して該信号電荷がフォトダイオード１２から隣接の垂直電荷転送路１３に読み出される。
【００３１】
垂直電荷転送路１３に垂直転送パルスφＶ１〜φＶ４が印加されると、信号電荷は水平電荷転送路１５の方向（垂直方向）に転送され、各垂直電荷転送路１３の端部まで転送されてきた水平方向一行分の信号電荷はラインメモリ１８に移され、一時蓄積される。
【００３２】
ラインメモリ１８に駆動パルスφＬＭが印加されると、ラインメモリ１８上の信号電荷が水平電荷転送路１５に移される。ラインメモリ１８を制御することで、水平方向の信号電荷の画素加算が可能となる。
【００３３】
水平電荷転送路１５に水平転送パルスφＨ１，φＨ２が印加されると、水平電荷転送路１５に沿って信号電荷がＦＤ部１６の方向（水平方向）に転送される。パルスφＨ１に対してパルスφＨ２は反転したパルスとなっており、或る１枚の水平転送電極下に形成された電位パケット内に収納された信号電荷は、パルスφＨ１，φＨ２が反転すると、隣接する水平転送電極下に形成された電位パケット内に転送される。即ち、１段分の水平方向への転送が行われ、次にパルスφＨ１，φＨ２が反転すると、次の１段分の水平方向への転送が行われる。
【００３４】
水平方向への信号電荷の転送が行われ、ＦＤ部１６に入った信号電荷の電荷量に応じた撮像信号が出力アンプ１７から出力されると、ＦＤ部１６の信号電荷が廃棄され、その後、次の信号電荷がＦＤ部１６に入り、という動作が水平電荷転送路１５上の信号電荷が無くなるまで繰り返される（この動作が繰り返される期間を水平転送期間という）。そして、次の水平転送期間が始まる前に、水平ブランキング期間が設けられる。
【００３５】
図３は、図２に示す固体撮像素子の出力アンプの概略構成を示す回路図である。
図３に示す出力アンプ１７は、固体撮像素子１０のＦＤ部１６の電位変化を検出して、それに応じた撮像信号を出力する多段接続された３つの増幅回路（ソースフォロワ回路３５，３６，３７）を備える。
【００３６】
第１段目のソースフォロワ回路３５は、エンハンスメント型の駆動トランジスタＴｒ１と、駆動トランジスタＴｒ１に対して電流供給手段をなすデプレッション型の負荷トランジスタＴｒ２とから構成される。駆動トランジスタＴｒ１は、そのゲートがＦＤ部１６に接続され、そのソースが負荷トランジスタＴｒ２のドレインに接続され、そのドレインが例えば＋１５Ｖ程度の電源ＶＣＣ＋に接続される。負荷トランジスタＴｒ２は、そのゲート及びソースが接地されることで、固体撮像素子１０の動作中は常時オン状態（電流を流す状態）となっている。
【００３７】
第２段目のソースフォロワ回路３６は、エンハンスメント型の駆動トランジスタＴｒ３と、駆動トランジスタＴｒ３に対して電流供給手段をなすデプレッション型の負荷トランジスタＴｒ４とから構成される。駆動トランジスタＴｒ３は、そのゲートが駆動トランジスタＴｒ１のソースと負荷トランジスタＴｒ２のドレイン間に接続され、そのソースが負荷トランジスタＴｒ４のドレインに接続され、そのドレインが電源ＶＣＣ＋に接続される。負荷トランジスタＴｒ４は、そのゲート及びソースが接地されることで、固体撮像素子１０の動作中は常時オン状態（電流を流す状態）となっている。
【００３８】
第３段目のソースフォロワ回路３７は、エンハンスメント型の駆動トランジスタＴｒ５と、駆動トランジスタＴｒ５に対して電流供給手段をなす、並列接続されたデプレッション型の負荷トランジスタＴｒ６及びデプレッション型の負荷トランジスタＴｒ７とから構成される。駆動トランジスタＴｒ５は、そのゲートが駆動トランジスタＴｒ３のソースと負荷トランジスタＴｒ４のドレイン間に接続され、そのソースが負荷トランジスタＴｒ６，Ｔｒ７のドレインに接続され、そのドレインが電源ＶＣＣ＋に接続される。
【００３９】
負荷トランジスタＴｒ６は、そのゲート及びソースが接地されることで、固体撮像素子１０の動作中は常時オン状態（電流を流す状態）となっている。負荷トランジスタＴｒ７は、そのドレインが駆動トランジスタＴｒ５のソースと負荷トランジスタＴｒ６のドレイン間に接続され、そのソースが接地され、そのゲートにはレベル変換回路３８を介してコントロール端子３９が接続されている。負荷トランジスタＴｒ７は、レベル変換回路３８からゲートに印加される制御信号によって動作状態が制御される。
【００４０】
駆動トランジスタＴｒ５のソースには出力端子ＯＳが接続され、この出力端子ＯＳから撮像信号が出力される。
【００４１】
コントロール端子３９は、ＴＧ２２からのタイミング信号を直接入力するための端子である。
【００４２】
レベル変換回路３８は、エンハンスメント型のトランジスタＴｒ８〜Ｔｒ１０と、抵抗Ｒ１〜Ｒ５と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを備える。
【００４３】
トランジスタＴｒ９は、そのゲートがコントロール端子３９に接続され、そのドレインがトランジスタＴｒ８のソースに接続され、そのソースが抵抗Ｒ２を介して例えば
−８Ｖ程度の電源ＶＣＣ−に接続されている。
【００４４】
トランジスタＴｒ８は、そのドレインが電源ＶＣＣ＋に接続され、そのソースがトランジスタＴｒ９のドレインに接続され、そのゲートが、電源ＶＣＣ＋と接地ラインとの間に直列接続された抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の間に接続されている。
【００４５】
トランジスタＴｒ１０は、そのゲートにトランジスタＴｒ９のソースが抵抗Ｒ５を介して接続され、そのソースに負荷トランジスタＴｒ７のゲートが接続され、そのドレインに負荷トランジスタＴｒ７のソースが接続されている。
【００４６】
トランジスタＴｒ１０のゲートと抵抗Ｒ５の間には、コンデンサＣ１を介して電源ＶＣＣ−が接続されている。負荷トランジスタＴｒ７のゲートと電源ＶＣＣ−の間には、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ１が並列に接続されている。
【００４７】
このような構成のレベル変換回路３８とＴＧ２２は、負荷トランジスタＴｒ７の動作状態を制御するための専用の制御信号を負荷トランジスタＴｒ７の制御端子であるゲート端子に印加して負荷トランジスタＴｒ７の動作状態を制御することで、駆動トランジスタＴｒ５に供給する電流量を制御する電流制御手段として機能する。
【００４８】
この制御信号としては、駆動トランジスタＴｒ５に供給される電流量が撮像信号の出力に必要な所望の値（例えば５ｍＡ）となるように負荷トランジスタＴｒ７を制御するための第一の信号と、駆動トランジスタＴｒ５に供給される電流量が上記所望の値よりも少なく（例えば０．１ｍＡ）なるように負荷トランジスタＴｒ７を制御するための第二の信号とを含む。
【００４９】
レベル変換回路３８は、ＴＧ２２から供給された専用のタイミング信号から第一の信号と第二の信号を生成し、固体撮像素子１０の動作期間のうち、フォトダイオード１２で発生した信号電荷に応じた撮像信号を出力アンプ１７から出力させる信号出力期間（上記水平転送期間に相当）では、第一の信号を負荷トランジスタＴｒ７のゲート端子に印加し、信号出力期間以外の期間では、第二の信号を負荷トランジスタＴｒ７のゲート端子に印加することで、駆動トランジスタＴｒ５に供給する電流量を制御する。
【００５０】
例えば、コントロール端子３９に入力されるタイミング信号がハイレベルになったときに、負荷トランジスタＴｒ７はオン状態となり、４．９ｍＡの電流を駆動トランジスタＴｒ５に供給するように、各トランジスタの特性を決めておく。これにより、タイミング信号がハイレベルのときに、負荷トランジスタＴｒ７のゲートには第一の信号が印加されることになり、駆動トランジスタＴｒ５には、負荷トランジスタＴｒ６から常時供給される０．１ｍＡの電流と併せて計５．０ｍＡの電流が供給される。
【００５１】
一方、コントロール端子３９に入力されるタイミング信号がローレベルになったときに、負荷トランジスタＴｒ７はオフ状態（電流をほぼ流さない高抵抗の状態）となるように各トランジスタの特性を決めておく。これにより、タイミング信号がハイレベルのときに、負荷トランジスタＴｒ７のゲートには負荷トランジスタＴｒ７をオフ状態にするための第二の信号が印加されることになり、駆動トランジスタＴｒ５には、負荷トランジスタＴｒ６から供給される０．１ｍＡの電流のみが供給される。
【００５２】
負荷トランジスタＴｒ７は、デプレッション型であるため、ゲート端子に印加される信号（電圧）を充分大きなマイナスレベルの信号にしなくてはオフ状態にすることができない。ＴＧ２２で生成されたタイミング信号では、負荷トランジスタＴｒ７をオフ状態にできるほどの信号は作っていないため、このタイミング信号をレベル変換回路３９によってレベル変換することで、負荷トランジスタＴｒ７をオフ状態にすることが可能となっている。
【００５３】
尚、出力アンプ１７では、消費電力を効果的に削減するために、負荷トランジスタＴｒ６に常時流れる電流量が、負荷トランジスタＴｒ７のゲートに第一の信号が印加されたときに負荷トランジスタＴｒ７に流れる電流量よりも充分に少なくなるように、負荷トランジスタＴｒ６，Ｔｒ７のそれぞれのサイズが決定されている。勿論、負荷トランジスタＴｒ６に常時流れる電流量が、負荷トランジスタＴｒ７のゲートに第一の信号が印加されたときに負荷トランジスタＴｒ７に流れる電流量より多くても、多少の消費電力の削減は可能となる。
【００５４】
以下、図３に示す出力アンプ１７の動作の詳細について説明する。
信号出力期間（水平転送期間）においては、コントロール端子３９にハイレベルのタイミング信号（入力Ｈｉ電圧という）が入力される。この入力Ｈｉ電圧が入力されている期間では、トランジスタＴｒ９のバイアス状態がＶｄｓ（ドレイン・ソース間電圧）＞Ｖｇｓ（ゲート・ソース間電圧）であれば、トランジスタＴｒ９のソース電圧（＝トランジスタＴｒ１０のゲート電圧）が、“入力Ｈｉ電圧−Ｖｇｓ（トランジスタＴｒ９のもの）”となり、負荷トランジスタＴｒ７のゲート電位は、“ＧＮＤ（接地電位）−Ｖｄｓ（トランジスタＴｒ１０のもの）”（＝第一の信号）となる。負荷トランジスタＴｒ７はデプレッション型であるため、動作状態となり、通常の出力可能なバイアス条件となる。つまり、駆動トランジスタＴｒ５には、負荷トランジスタＴｒ６から供給される電流と、負荷トランジスタＴｒ７から供給される電流とを合計した電流が供給されることになり、信号電荷に応じた撮像信号の出力が可能な状態となる。
【００５５】
固体撮像素子１０の動作期間のうち信号出力期間（水平転送期間）以外の期間においては、コントロール端子３９にローレベルのタイミング信号（入力Ｌｏ電圧という）が入力される。この入力Ｌｏ電圧が入力されている期間では、トランジスタＴｒ９のソース電圧（＝トランジスタＴｒ１０のゲート電圧）が、“入力Ｌｏ電圧−Ｖｇｓ（トランジスタＴｒ９のもの）”となり、負荷トランジスタＴｒ７のゲート電位は、“入力Ｌｏ電圧−Ｖｇｓ（トランジスタＴｒ９のもの）−Ｖｇｓ（トランジスタＴｒ１０のもの）”（＝第二の信号）となる。トランジスタＴｒ９，Ｔｒ１０のサイズは、“入力Ｌｏ電圧−Ｖｇｓ（トランジスタＴｒ９のもの）−Ｖｇｓ（トランジスタＴｒ１０のもの）”＜“負荷トランジスタＴｒ７の閾値”となるように設定しておく。これにより、負荷トランジスタＴｒ７はオフ状態（電流を流さない高抵抗の状態）となる。よって、駆動トランジスタＴｒ５には、負荷トランジスタＴｒ６から供給される電流のみが供給されることになり、信号出力期間以外の期間では、出力アンプ１７での消費電力が大幅に抑制される。
【００５６】
尚、抵抗Ｒ３，Ｒ４とトランジスタＴｒ８は、コントロール端子３９に入力されるタイミング信号がハイレベルのときに抵抗Ｒ２を介して電源ＶＣＣ−に流れる電流を小さく抑えるために有効であるが、抵抗Ｒ２の値を充分大きくとり、トランジスタＴｒ１０のゲート耐圧を高くしておけば不要である。
【００５７】
又、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ５は、コントロール端子３９からのノイズの影響を軽減するローパルフィルタとして機能する。抵抗Ｒ１は、トランジスタＴｒ１０に流れる電流を抑制するための抵抗であると同時に、コンデンサＣ２との組み合わせでローパルフィルタを形成し、負荷トランジスタＴｒ７のゲートの揺れを軽減する。
【００５８】
以上のように、本実施形態の撮像装置は、負荷トランジスタＴｒ７のゲートを垂直転送パルスではなく、これとは独立した専用の制御信号によって制御しているため、固体撮像素子１０の動作期間のうち、信号出力期間では負荷トランジスタＴｒ７をオン状態にして撮像信号の出力に必要な電流が駆動トランジスタＴｒ５に供給されるようにし、それ以外の期間では負荷トランジスタＴｒ７をオフ状態にして負荷トランジスタＴｒ６からの少量の電流のみを駆動トランジスタＴｒ５に供給するといったことが可能となる。このため、垂直転送パルスによって負荷トランジスタを制御する従来と比較して、負荷トランジスタＴｒ７から供給される電流量を抑制する時間を大幅に増やすことができる。したがって、消費電力をより削減することができ、撮像装置の発熱を抑制し、暗電流の発生を抑制してＳ／Ｎ特性を良好にすることでダイナミックレンジをより広く確保することができる。
【００５９】
特許文献１，２では、信号出力期間中にいずれかの垂直転送パルスをアクティブレベルにする必要がある。このアクティブレベルをローレベルにする場合には、ｐチャンネルトランジスタが必要となり、製造工程数が増加してコスト増につながる。又、アクティブレベルをハイレベルにする場合には、電荷転送路における暗電流増加につながり好ましくない。本実施形態の撮像装置によれば、垂直転送パルスとは独立した専用の制御信号によって負荷トランジスタＴｒ７を制御しているため、上述したコスト増や暗電流増加を防ぎ、低消費電力化が可能となる。
【００６０】
又、本実施形態の撮像装置は、垂直転送パルスとは独立した制御信号を用いて負荷トランジスタＴｒ７を制御しているため、負荷トランジスタＴｒ７の制御のために垂直転送パルスの設計変更を行う必要がなく、既存の撮像装置に容易に適用することができる。又、この制御信号は、ＴＧ２２からのタイミング信号（例えば、ＡＦＥで使うプリブランキング信号のような既存のタイミング信号）をレベル変換して生成することができるため、マイナス電圧レベルを有する制御信号を生成するための別の信号源を設ける場合と比べて製造コストを削減することができる。
【００６１】
又、本実施形態の撮像装置は、出力アンプ１７の出力端子ＯＳと接地ラインとの間には負荷トランジスタＴｒ６又は負荷トランジスタＴｒ７のみが介在することになるため、負荷トランジスタの電流制御を行わない一般的な出力アンプと同等の出力インピーダンスを維持することができ、高周波帯域の動作にも対応することが可能となる。
【００６２】
又、本実施形態の撮像装置は、ソースフォロア回路３７の負荷トランジスタを、並列接続された負荷トランジスタＴｒ６と負荷トランジスタＴｒ７とで構成している。負荷トランジスタＴｒ６は常時オン状態となっているため、負荷トランジスタＴｒ７がオフ状態からオン状態に復帰したときに、駆動トランジスタＴｒ５に供給される電流量が所要量に達するまでの時間を短縮することができる。具体的には、水平ブランキング期間から信号出力期間に切り替えるときに、駆動トランジスタＴｒ５に供給される電流量を高速に復帰させることができることで、水平ブランキング期間終了のぎりぎりまで負荷トランジスタＴｒ７をオフ状態にしておくことができ、消費電力をより低減することができる。
【００６３】
又、本実施形態の撮像装置は、負荷トランジスタＴｒ６がオン状態のときに流れる電流量が、負荷トランジスタＴｒ７のゲートに第一の信号を印加したときに負荷トランジスタＴｒ７に流れる電流量よりも少なくなるように、負荷トランジスタＴｒ６，Ｔｒ７のサイズが決められている。このため、負荷トランジスタＴｒ７のゲートに第一の信号を印加したときの負荷トランジスタＴｒ７に流れる電流量が、負荷トランジスタＴｒ６のオン状態で流れる電流量よりも少ない場合に比べて、信号出力期間以外の期間中に駆動トランジスタＴｒ５に供給される電流量を少なくすることができ、消費電力をより低減することができる。
【００６４】
以下、本実施形態の撮像装置の変形例について列挙する。
【００６５】
（１）ソースフォロア回路３７の負荷トランジスタＴｒ６を省略した構成としても良い。
この場合、信号出力期間以外の期間では、駆動トランジスタＴｒ５に供給される電流がほぼゼロとなるため、消費電力の低減効果が高い。
【００６６】
（２）負荷トランジスタＴｒ７は、第二の信号がゲートに印加されたときにオフ状態とならなくても良い。
負荷トランジスタＴｒ７は、第二の信号がゲートに印加されたときに、完全にオフ状態とはならず、第一の信号がゲートに印加されたときよりも電流を抑制する状態になるように設計しておいても良い。この場合でも、信号出力期間と、それ以外の期間とでは、信号出力期間の方が駆動トランジスタＴｒ５に供給される電流量が減少するため、消費電力低減の効果を得ることは可能である。
【００６７】
（３）出力アンプ１７の構成は、３段構成のソースフォロア回路に限らず、例えば、１段又は２段あるいは４段以上の構成であっても良い。
【００６８】
（４）ソースフォロア回路に用いるトランジスタはＭＯＳトランジスタに限らず、接合型ＦＥＴやバイポーラ型トランジスタを用いた構成であっても良い。
【００６９】
（５）ソースフォロア回路３７の負荷トランジスタの構成を、その他のソースフォロア回路に適用しても良い。
例えば、負荷トランジスタＴｒ２、負荷トランジスタＴｒ４、又はこの両方にそれぞれ並列にデプレッション型の負荷トランジスタを設け、この負荷トランジスタを、負荷トランジスタＴｒ７と同様に制御信号によって制御しても良い。このようにすることで、信号出力期間以外の期間では、駆動トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３に供給される電流量も抑制することができるため、消費電力をより低減することができる。多段接続されたソースフォロア回路の場合は、最終段のソースフォロア回路での消費電力が最も支配的となるため、図３に示したように、最終段のソースフォロア回路３７の負荷トランジスタを制御することだけでも、消費電力削減の効果を充分に得ることができる。
【００７０】
（６）第一の信号と第二の信号を生成し、これらを負荷トランジスタＴｒ７のゲートに印加するＴＧ２２とは独立した回路を設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態である撮像装置の概略構成を示すブロック図
【図２】図１に示す固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図
【図３】図２に示す固体撮像素子の出力アンプの概略構成を示す回路図
【符号の説明】
【００７２】
１      撮像装置
１０    固体撮像素子
１７    出力アンプ
Ｔｒ５  駆動トランジスタ
Ｔｒ７  負荷トランジスタ
【図１】
2009260701.tif 000003
【図２】
2009260701.tif 000004
【図３】
2009260701.tif 000005