JPH11266399A - 固体撮像素子およびその駆動方法、並びにカメラシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ある列の水平走査パルスφＨが立ち上がって
それに対応した画素の信号が出力されているときでも、
それ以外の列のカラムアンプも常時動作状態になってい
ると、１列の画素数分に相当するカラムアンプで不要に
電力が消費され、消費電力が増大する。 【解決手段】 ＭＯＳ型あるいはＣＭＯＳ型撮像素子な
どの増幅型固体撮像素子において、各列ごとに垂直信号
線１３に接続されたカラムアンプ１５が、水平走査に応
じて増幅動作を行うときにのみ、その列のカラムアンプ
１５に電源電流を供給して動作状態にし、別の列のカラ
ムアンプ１５は休止状態としてこれらのカラムアンプ１
５での不要な電力消費をなくす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子およ
びその駆動方法、並びにカメラシステムに関し、特に一
列の画素に共通に接続された信号線に画素からの信号を
出力し、その信号線に接続されたアンプで信号電圧また
は信号電流に変換して出力する構成の増幅型固体撮像素
子およびその駆動方法、並びにこれを用いたカメラシス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＯＳ型あるいはＣＭＯＳ型撮像素子な
どの増幅型固体撮像素子では、一列の画素に共通に接続
された信号線に画素からの信号を出力し、その信号線に
接続されたアンプ（以下、カラムアンプと称する）で信
号電圧または信号電流に変換して出力する構成となって
いる。その従来例の構成の一例を図９に示す。

【０００３】図９において、従来例に係る撮像素子１０
０は、複数の単位画素１０１、垂直選択線１０２、垂直
信号線１０３、垂直走査回路１０４、カラムアンプ１０
５、水平選択トランジスタ１０６、水平走査回路１０７
および水平信号線１０８を有する構成となっている。単
位画素１０１は、フォトダイオード１１１および垂直選
択トランジスタ１１２からなり、行列状に２次元配置さ
れている。

【０００４】この単位画素１０１において、垂直選択ト
ランジスタ１１２は、フォトダイオード１１１と垂直信
号線１０２の間に接続され、その制御電極が垂直選択線
１０３に接続されている。各行の垂直選択線１０２は、
垂直走査回路１０４の対応する行の垂直走査パルスφＶ
（φＶ₁ ，…，φＶ_m ，…，φＶ_M ）の出力端に接続さ
れている。

【０００５】この垂直選択線１０２を介して垂直走査回
路１０４から垂直走査パルスφＶが順次印加されること
により、各画素１０１が行単位で選択される。各列の垂
直信号線１０３の端にはカラムアンプ１０５が接続され
ており、垂直走査パルスφＶによって選択された画素１
０１から、垂直選択トランジスタ１１２を介して垂直信
号線１０３に読み出された信号電荷を増幅する。

【０００６】水平選択トランジスタ１０６は、各列ごと
にカラムアンプ１０５と水平信号線１０８の間に接続さ
れており、水平走査回路１０７から順に出力される水平
走査パルスφＨ（φＨ₁ ，…，φＨ_n ，…，φＨ_N ）に
応答して順次導通して各列のカラムアンプ１０５を選択
する。これにより、各列のカラムアンプ１０５で増幅さ
れた信号が、水平選択トランジスタ１０６を介して水平
信号線１０８へ、さらに出力端子１０９から外部へ出力
される。

【０００７】次に、上記構成の従来の撮像素子１００の
基本動作について説明する。先ず、単位画素１０１の各
々において、フォトダイオード１１１で光電変換された
信号電荷（ここでは電子）を、テレビジョンの走査に応
じて水平ブランキング期間中に、垂直走査回路１０４が
発生する垂直走査パルスφＶにより制御された垂直選択
トランジスタ１１２を通して垂直信号線１０３に読み出
す。

【０００８】そして、垂直信号線１０３に接続されたカ
ラムアンプ１０５により、垂直信号線１０３に読み出さ
れた信号電荷を電圧に変換し、テレビジョンの水平走査
に合わせて水平走査回路１０７が発生する水平走査パル
スφＨにより制御された水平選択トランジスタ１０６を
水平映像期間中に順次導通させることで、増幅された映
像信号を水平信号線１０８および出力端子１０９を通し
て出力する。

【０００９】続いて、図１０のタイミングチャートを用
いて、さらに具体的な動作について説明する。水平走査
期間１Ｈの最初に位置する水平ブランキング期間中に、
ｍ行目の画素行を選択するために垂直走査パルスφＶ_m
が立ち、ｍ行目の画素の垂直選択トランジスタ１１２が
導通状態になることで、フォトダイオード１１１から信
号電荷が垂直信号線１０３に読み出される。そして、こ
の読み出された信号電荷を、垂直信号線１０３の端に接
続されたカラムアンプ１０５により増幅し、保持する。

【００１０】この水平走査期間１Ｈで水平ブランキング
期間が完了し、水平映像期間では水平走査パルスφＨ
（φＨ₁ ，…，φＨ_n ，…，φＨ_N ）が順次立ち上が
り、それらにより制御された水平選択トランジスタ１０
６が順次導通することにより、カラムアンプ１０５に保
持されていた信号が水平選択トランジスタ１０６および
水平信号線１０８を介して出力端子１０９から映像信号
として出力される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の撮像素
子１００では、ある列（ｎ列）の水平走査パルスφＨ_n
が立ち上がってそれに対応した画素の信号が出力されて
いるときでも、それ以外の列のカラムアンプ１０５も常
時動作状態になっているため、１列の画素数分に相当す
るカラムアンプ１０５で不要に電力が消費され、消費電
力が増大するという問題があった。

【００１２】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、消費電力の大幅な低
減を可能とした固体撮像素子およびその駆動方法、並び
にカメラシステムを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像素
子は、行列状に２次元配置された複数の画素と、これら
複数の画素に対して各列ごとに配線され、一列の画素に
共通に接続された信号線と、この信号線に対して各列ご
とに接続され、画素から信号線に出力される画素信号を
増幅するアンプと、このアンプがその動作を行うときに
のみ当該アンプに対して電源供給を行うべく制御する制
御手段とを備えた構成となっている。

【００１４】上記構成の固体撮像素子において、各画素
から信号線へ行単位で出力された画素信号は、水平走査
によって各列ごとに順次アンプで増幅される。このと
き、制御手段による制御によって、水平走査に応じて増
幅動作を行う列のアンプにのみ電源供給が行われる。し
たがって、ある列のアンプのみ動作状態となっていると
きには、別の列のアンプに対する電源供給は停止され、
休止状態となるため、増幅動作を行う必要のない列のア
ンプで不要な電力を消費しなくて済む。

【００１５】また、本発明による駆動方法は、行列状に
２次元配置された複数の画素と、これら複数の画素に対
して各列ごとに配線され、一列の画素に共通に接続され
た信号線と、この信号線に対して各列ごとに接続され、
画素から信号線に出力される画素信号を増幅するアンプ
とを備えた固体撮像素子において、各列のアンプがその
動作を行うときにのみ当該アンプに対して電源供給を行
うようにする。

【００１６】また、本発明によるカメラシステムは、上
記構成の固体撮像素子を撮像デバイスとして用いた構成
となっている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一
実施形態を示す概略構成図である。図１において、本実
施形態に係る撮像素子１０は、単位画素１１、垂直選択
線１２、垂直信号線１３、垂直走査回路１４、カラムア
ンプ１５、水平選択トランジスタ１６、水平走査回路１
７および水平信号線１８を有する構成となっている。

【００１８】この撮像素子１０において、単位画素１１
は、光電変換素子であるフォトダイオード２１と垂直選
択トランジスタ２２とからなり、行列状（Ｍ行Ｎ列）に
２次元配置されて撮像領域を構成している。これら単位
画素１１において、垂直選択トランジスタ２２は、フォ
トダイオード２１と垂直信号線１３の間に接続され、そ
の制御電極（ゲート電極）が垂直選択線１２に接続され
ている。

【００１９】垂直走査回路１４は、例えばシフトレジス
タによって構成され、垂直走査のための垂直走査パルス
φＶ（φＶ₁ ，…，φＶ_m ，…φＶ_M ）を順次出力す
る。垂直選択線１２は各行ごとに配線されており、これ
ら各行の垂直選択線１２は、垂直走査回路１４の対応す
る行の垂直走査パルスφＶ（φＶ₁ ，…，φＶ_m ，…，
φＶ_M ）の出力端に接続されている。そして、この垂直
選択線１２を介して垂直走査回路１４から垂直走査パル
スφＶが順次印加されることにより、各単位画素１１が
行単位で選択される。

【００２０】垂直信号線１３は各列ごとに配線されてお
り、これら各列の垂直信号線１３の端にはカラムアンプ
１５が接続されている。このカラムアンプ１５は、垂直
走査パルスφＶによって選択された単位画素１１の各々
において、フォトダイオード２１から垂直選択トランジ
スタ２２を介して垂直信号線１３に読み出された信号電
荷を増幅する。

【００２１】水平選択トランジスタ１６は、各列ごとに
カラムアンプ１５の出力端と水平信号線１８の間に接続
されている。水平走査回路１７は、例えばシフトレジス
タによって構成され、水平走査のための水平走査パルス
φＨ（φＨ₁ ，…，φＨ_n ，…，φＨ_N ）を順次出力す
る。

【００２２】この水平走査回路１７から出力される水平
走査パルスφＨが水平選択トランジスタ１６のゲート電
極に印加されることにより、水平選択トランジスタ１６
が順次導通して各列のカラムアンプ１５を選択する。こ
れにより、各列のカラムアンプ１５で増幅された信号
が、水平選択トランジスタ１６を介して水平信号線１８
へ、さらに出力端子１９から外部へ出力される。

【００２３】水平走査回路１７は、水平走査パルスφＨ
の他に、この水平走査パルスφＨに同期して電源制御パ
ルスφＰ（φＰ₁ ，…，φＰ_n ，…，φＰ_N ）を順次出
力する。この電源制御パルスφＰは、カラムアンプ１５
の電源電流を制御するためのものである。一方、カラム
アンプ１５は、水平走査回路１７から出力される電源制
御パルスφＰを取り込むための電源制御端子を備えてい
る。

【００２４】ここで、上記構成の撮像素子１０の基本動
作について説明する。先ず、単位画素１１の各々におい
て、フォトダイオード２１で光電変換された信号電荷
（ここでは電子）を、テレビジョンの走査に応じて水平
ブランキング期間中に、垂直走査回路１４が発生する垂
直走査パルスφＶにより制御された垂直選択トランジス
タ２２を通して垂直信号線１３に読み出す。

【００２５】そして、垂直信号線１３に接続されたカラ
ムアンプ１５により、垂直信号線１３に読み出された信
号電荷を電圧に変換し、テレビジョンの水平走査に合わ
せて水平走査回路１７が発生する水平走査パルスφＨに
より制御された水平選択トランジスタ１６を水平映像期
間中に順次導通させることで、増幅された映像信号を水
平信号線１８および出力端子１９を通して出力する。

【００２６】このとき、カラムアンプ１５には、水平走
査回路１７から水平走査パルスφＨに同期した電源制御
パルスφＰがその電源制御端子に印加される。これによ
り、水平走査パルスφＨが立っている（発生している）
列の信号が出力されているときに、その列のカラムアン
プ１５が動作状態に入るようになっている。これに対
し、信号出力に寄与しない別の列のカラムアンプ１５
は、電源制御パルスφＰが印加されないので休止状態に
ある。

【００２７】上述したように、ＭＯＳ型あるいはＣＭＯ
Ｓ型撮像素子などの増幅型固体撮像素子において、各列
ごとに垂直信号線１３に接続されたカラムアンプ１５
が、水平走査に応じて増幅動作を行うときにのみ、その
列のカラムアンプ１５に電源電流を供給して動作状態に
するようにしたことにより、別の列のカラムアンプ１５
は休止状態となるため、これらのカラムアンプ１５での
不要な電力消費がなくなる。

【００２８】図２は、電源制御端子を持つカラムアンプ
の回路構成の第１具体例を示す回路図である。この第１
具体例に係るカラムアンプは、カレントミラー回路３
１、ソース結合型の差動増幅器３２、検出容量３３およ
びリセットトランジスタ３４を有する構成となってい
る。

【００２９】カレントミラー回路３１は、電源制御端子
となる一方の主電極に電源制御パルスφＰ_n が印加され
るトランジスタ３０１と、このトランジスタ３０１の他
方の主電極とグランドの間に接続されたダイオード接続
のトランジスタ３０２と、このトランジスタ３０２と制
御電極が共通に接続され、一方の主電極が接地されたト
ランジスタ３０３とによって構成されている。

【００３０】ソース結合型の差動増幅器３２は、上記ト
ランジスタ３０３と、このトランジスタ３０３の他方の
主電極に各一方の主電極が共通に接続されて差動動作を
なすトランジスタ３０４，３０５と、トランジスタ３０
４の他方の主電極と電源ＶＤＤの間に接続されたトラン
ジスタ３０６と、このトランジスタ３０６と制御電極が
共通に接続され、トランジスタ３０５と電源ＶＤＤの間
に接続されたダイオード接続のトランジスタ３０７とか
ら構成されている。

【００３１】この差動増幅器３２において、トランジス
タ３０４の制御電極が差動増幅器３２の反転入力端とな
り、入力ＩＮが印加される。また、トランジスタ３０５
の制御電極が差動増幅器３２の非反転入力端となり、所
定のバイアスが印加される。そして、トランジスタ３０
４の他方の主電極が差動増幅器３２の出力端となり、こ
の出力端から出力ＯＵＴが導出されるようになってい
る。

【００３２】検出容量３３は、電荷検出アンプとして動
作するためのものであり、差動増幅器３２の出力端であ
るトランジスタ３０４の他方の主電極と、反転入力端で
あるトランジスタ３０４の制御電極の間に接続されてい
る。また、リセットトランジスタ３４は、検出容量３３
に対して並列に接続され、制御電極に印加されるリセッ
トパルスφＲに応答して検出容量３３をリセットする。

【００３３】この種のアンプにおいては、通常の場合、
カレントミラー回路３１のトランジスタ３０１の主電極
が電源ＶＤＤに接続されることにより、常に一定の電流
が差動増幅器３２に流れるようになっている。これに対
し、この第１具体例に係るカラムアンプの場合には、ト
ランジスタ３０１の主電極が電源制御端子となり、この
トランジスタ３０１の主電極に電源制御パルスφＰ_n が
入力されるようになっている。

【００３４】このように、カレントミラー回路３１は、
電源制御パルスφＰ_n をトランジスタ３０１の主電極の
入力とすることにより、カラムアンプの電源電流値を制
御するとともに、カラムアンプの動作状態と休止状態を
切り替える動作も兼ねることになる。

【００３５】以下に、その具体的な動作について説明す
る。先ず、電源制御パルスφＰ_n が低レベル（接地レベ
ル＝０Ｖ）のときは、カレントミラー回路３１のトラン
ジスタ３０１，３０２には電流が流れないので、差動増
幅器３２にも必然的に電源電流は流れない。したがっ
て、カラムアンプは休止状態となる。

【００３６】一方、電源制御パルスφＰ_n が高レベル
（電源レベル＝ＶＤＤ）のときは、トランジスタ３０１
の抵抗で規定される電流が、トランジスタ３０１を通し
てトランジスタ３０２に流れ、その電流に対してトラン
ジスタ３０２とトランジスタ３０３の相互コンダクタン
スや閾値電圧などから計算される比例係数が掛かった電
流がトランジスタ３０３に流れる。この電流がカラムア
ンプの動作状態における電源電流となる。

【００３７】次に、図１の構成の撮像素子１０におい
て、カラムアンプ１５として上記構成のカラムアンプを
用いた場合の動作について、図３のタイミングチャート
を用いて説明する。

【００３８】水平走査パルスφＨ（φＨ₁ ，…，φ
Ｈ_n ，…，φＨ_N ）に対して電源制御パルスφＰ（φＰ
₁ ，…，φＰ_n ，…，φＰ_N ）は各列ごとに同期してい
る。具体的には、あるｎ列の水平走査パルスφＨ_n の立
ち上がりに対して電源制御パルスφＰ_n の立ち上がりは
１列分早くなっており、これによりカラムアンプ１５が
休止状態から動作状態に移行するのに必要な時間を確保
している。

【００３９】つまり、カラムアンプ１５が休止状態から
動作状態に遷移するのに多くの時間がかかる場合に、予
めｎ列目の信号が出力される期間よりも前にｎ列目のカ
ラムアンプ１５を動作状態にしておくことがその目的で
ある。これにより、カラムアンプ１５が信号を出力する
時点では、当該カラムアンプ１５を適正な動作状態にす
ることができる。勿論、カラムアンプ１５の休止状態か
ら動作状態への遷移期間が無視できるほど短ければ、電
源制御パルスφＰ_n は水平走査パルスφＨ_n と同じタイ
ミングでも構わない。

【００４０】また、このカラムアンプ１５の電力制御に
は直接関係はないが、図２のリセットトランジスタ３４
の制御電極に印加されるリセットパルスφＲは、水平走
査パルスφＨに同期して、それぞれのパルスφＨ₁ ，
…，φＨ_n ，…，φＨ_N が立ち上がっている期間の中頃
に立ち上がり、検出容量３３、垂直信号線１３およびフ
ォトダイオード２１をリセットする役目を持っている。

【００４１】図４は、電源制御端子を持つカラムアンプ
の回路構成の第２具体例を示す回路図である。この第２
具体例に係るカラムアンプも、第１具体例に係るカラム
アンプの場合と同様に、カレントミラー回路４１、ソー
ス結合型の差動増幅器４２、検出容量４３およびリセッ
トトランジスタ４４を有する構成となっているが、カレ
ントミラー回路４１の具体的な回路構成において第１具
体例の場合と異なっている。

【００４２】すなわち、カレントミラー回路４１は、電
源制御端子となる一端に電源制御パルスφＰ_n が印加さ
れるキャパシタ４０１と、このキャパシタ４０１の他端
とグランドの間に接続されたクランプダイオード４０２
と、キャパシタ４０１の他端に制御電極が接続され、一
方の主電極が接地されたトランジスタ４０３とによって
構成されている。

【００４３】ソース結合型の差動増幅器４２は、上記ト
ランジスタ４０３と、このトランジスタ４０３の他方の
主電極に各一方の主電極が共通に接続されて差動動作を
なすトランジスタ４０４，４０５と、トランジスタ４０
４の他方の主電極と電源ＶＤＤの間に接続されたトラン
ジスタ４０６と、このトランジスタ４０６と制御電極が
共通に接続され、トランジスタ４０５と電源ＶＤＤの間
に接続されたダイオード接続のトランジスタ４０７とか
ら構成されている。

【００４４】この差動増幅器４２において、トランジス
タ４０４の制御電極が差動増幅器４２の反転入力端とな
り、入力ＩＮが印加される。また、トランジスタ４０５
の制御電極が差動増幅器４２の非反転入力端となり、所
定のバイアスが印加される。そして、トランジスタ４０
４の他方の主電極が差動増幅器４２の出力端となり、こ
の出力端から出力ＯＵＴが導出されるようになってい
る。

【００４５】検出容量４３は、電荷検出アンプとして動
作するためのものであり、差動増幅器４２の出力端であ
るトランジスタ４０４の他方の主電極と、反転入力端で
あるトランジスタ４０４の制御電極の間に接続されてい
る。また、リセットトランジスタ４４は、検出容量４３
に対して並列に接続され、制御電極に印加されるリセッ
トパルスφＲに応答して検出容量４３をリセットする。

【００４６】次に、上記構成の第２具体例に係るカラム
アンプの具体的な動作について説明する。電源制御パル
スφＰ_n が低レベル（接地レベル＝０Ｖ）に変化した後
は、カレントミラー回路４１において、キャパシタ４０
１で容量結合されているクランプダイオード４０２に接
地側から少しずつ電流が流れ込み、結果的にトランジス
タ４０３の制御電極は接地レベルにクランプされる。

【００４７】一方、電源制御パルスφＰ_n が高レベル
（電源レベル＝ＶＤＤ）に変化したときは、電源制御パ
ルスφＰ_n がキャパシタ４０１の容量結合によりクラン
プダイオード４０２にかかる。そのとき、キャパシタ４
０１とトランジスタ４０３の入力容量の比率によって電
源制御パルスφＰ_n の振幅が容量分割される。これによ
り、トランジスタ４０３の制御電極に適正な電圧をかけ
ることができるため、カラムアンプに設計値通りの電流
が流れる。

【００４８】この第２具体例に係るカラムアンプを図１
のカラムアンプ１５として用いるときの駆動タイミング
は、図３に示した第１具体例の場合の駆動タイミングと
同じである。すなわち、電源制御パルスφＰは水平走査
パルスφＨに先んじて立ち上がり、カラムアンプが休止
状態から動作状態に移行するのに必要な時間を確保する
ようにする。

【００４９】図５は、第２具体例におけるキャパシタ４
０１およびクランプダイオード４０２の構成の一例を示
す断面構造図である。この構造例では、キャパシタ４０
１とクランプダイオード４０２が一体になっているた
め、素子面積を小さく構成できるという特徴がある。そ
の結果、撮像素子のサイズを小さくすることができるこ
とになる。

【００５０】具体的には、ＭＯＳトランジスタの制御電
極に使われ、一般的にポリシリコンで形成される電極５
１と、そのゲート酸化膜として使われるＳｉＯ₂ などの
絶縁膜５２と、その主電極として使われるソースドレイ
ン拡散領域５３と、その基板５５との分離のためのウェ
ル領域５５とにより形成されている。

【００５１】この素子構造において、電極５１と絶縁膜
５２と拡散領域５３によってキャパシタ４０１が構成さ
れ、拡散領域５３とウェル領域５５によってクランプダ
イオード４０２が構成されている。そして、電極５１に
電源制御パルスφＰ_n が印加され、拡散領域５３がキャ
パシタ４０１とクランプダイオード４０２の接続点にな
ってトランジスタ４０３の制御電極に接続され、ウェル
領域５５はクランプ電位が与えられるように接地されて
いる。

【００５２】図６は、電源制御端子を持つカラムアンプ
の回路構成の第３具体例を示す回路図である。この第３
具体例に係るカラムアンプは、反転増幅回路６１、検出
容量６２およびリセットトランジスタ６３を有する構成
となっている。反転増幅回路６１は、初段のソースフォ
ロワ６４と、その後段の反転増幅器６５とから構成され
ている。

【００５３】ソースフォロワ６４は、電源ＶＤＤとグラ
ンドの間に直列に接続されたドライブトランジスタ６０
１および負荷トランジスタ６０２からなり、ドライブト
ランジスタ６０１の制御電極に入力ＩＮが印加され、負
荷トランジスタ６０２の制御電極の電源制御パルスφＰ
_n が印加される。反転増幅器６５は、電源ＶＤＤとグラ
ンドの間に直列に接続され、かつ各制御電極がソースフ
ォロワ６４の出力端に共通に接続されたトランジスタ６
０３，６０４からなるＣＭＯＳインバータ構成となって
いる。

【００５４】検出容量６２は、電荷検出アンプとして動
作するためのものであり、反転増幅回路６１の入力端で
ある初段ソースフォロワ６４のドライブトランジスタ６
０１の制御電極と、その出力端である反転増幅器６５の
トランジスタ６０３，６０４のドレイン共通接続点の間
に接続されている。また、リセットトランジスタ６３
は、検出容量６２に対して並列に接続され、制御電極に
印加されるリセットパルスφＲに応答して検出容量６２
をリセットする。

【００５５】次に、上記構成の第３具体例に係るカラム
アンプの具体的な動作について説明する。電源制御パル
スφＰ_n が低レベル（接地レベル＝０Ｖ）のときは、初
段のソースフォロワ６４の負荷トランジスタ６０２が非
導通状態となるため、初段のソースフォロワ６４には電
流が流れない。また、そのときの初段のソースフォロワ
６４の出力端（ドライブトランジスタ６０１のソース電
極）の電位は、負荷トランジスタ６０２が非導通状態に
あることから、電源電圧ＶＤＤと接地電位の中間電圧よ
りも高くなるため、次段の反転増幅器６５も出力電圧が
接地レベルになって電流が流れない。

【００５６】一方、電源制御パルスφＰ_n が高レベル
（電源レベル＝ＶＤＤ）のときは、初段のソースフォロ
ワ６４の負荷トランジスタ６０２は抵抗として動作する
とともに、次段の反転増幅器６５および検出容量６２と
の組合せにおいて電荷検出アンプとしても動作する。勿
論このときは、ソースフォロワ６４および反転増幅器６
５には適正な電源電流が流れる。

【００５７】この第３具体例に係るカラムアンプを図１
のカラムアンプ１５として用いるときの駆動タイミング
は、図３に示した第１具体例の場合の駆動タイミングと
同じである。すなわち、電源制御パルスφＰは水平走査
パルスφＨに先んじて立ち上がり、カラムアンプが休止
状態から動作状態に移行するのに必要な時間を確保する
ようにする。

【００５８】図７は、電源制御端子を持つカラムアンプ
の回路構成の第４具体例を示す回路図である。この第４
具体例に係るカラムアンプは、第３具体例の変形例であ
り、反転増幅回路６１、検出容量６２およびリセットト
ランジスタ６３に加え、電源制御パルスφＰ_n に対して
振幅制御を行う振幅制御回路６６を有する構成となって
いる。

【００５９】振幅制御回路６６は、電源制御端子となる
一端に電源制御パルスφＰ_n が印加されるキャパシタ６
０５と、このキャパシタ６０５の他端とグランドの間に
接続されたクランプダイオード６０６とから構成されて
おり、初段のソースフォロワ６４の負荷トランジスタ６
０２の制御電極に印加される電圧が電源電圧ＶＤＤでは
高すぎて適正な動作が期待できない場合に有用な回路で
ある。

【００６０】すなわち、電源制御パルスφＰ_n が高レベ
ル（電源レベル＝ＶＤＤ）に変化したとき、電源制御パ
ルスφＰ_n がキャパシタ６０５の容量結合によりクラン
プダイオード６０６にかかる。そのとき、キャパシタ６
０５と初段のソースフォロワ６４の負荷トランジスタ６
０２の入力容量の比率によって電源制御パルスφＰ_nの
振幅が容量分割される。これにより、トランジスタ６０
２の制御電極に適正な電圧をかけることができるため、
カラムアンプに設計値通りの電流が流れる。なお、カラ
ムアンプとしての動作は、第３具体例のカラムアンプと
同じである。

【００６１】図８は、本発明が適用されるカメラシステ
ムの一例を示す概略構成図である。本例のカメラシステ
ムは、ＭＯＳ型あるいはＣＭＯＳ型撮像素子などの固体
撮像素子７１と、この固体撮像素子７１の撮像面上に被
写体（図示せず）からの像光を結像させるレンズ７２
と、固体撮像素子７１から出力される映像信号に対して
種々の信号処理を行う信号処理回路７３とを有する構成
となっている。

【００６２】そして、上記構成のカメラシステムにおい
て、固体撮像素子７１として、図１に示した構成の撮像
素子１０、即ち垂直信号線１３に出力された信号電荷を
増幅するカラムアンプ１５を、それが動作するとき以外
は電源電流をカットするようにした構成の撮像素子１０
を用いる。また、カラムアンプ１５としては、第１乃至
第４具体例の構成のものを用いる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＭＯＳ型あるいはＣＭＯＳ型撮像素子などの固体撮像素
子およびこれを撮像デバイスとして用いたカメラシステ
ムにおいて、各画素から行単位で信号が出力される信号
線に各列ごとに接続されてその信号を増幅するアンプ
が、水平走査に応じて増幅動作を行うときにのみ、その
列のアンプに電源供給をなして動作状態にするようにし
たことにより、別の列のアンプは休止状態となり、これ
らのアンプでの不要な電力消費がなくなるため、消費電
力を大幅に低減できることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。

【図２】カラムアンプの第１具体例を示す回路図であ
る。

【図３】本実施形態に係る動作説明のためのタイミング
チャートである。

【図４】カラムアンプの第２具体例を示す回路図であ
る。

【図５】第２具体例におけるキャパシタおよびクランプ
ダイオードの構成の一例を示す断面構造図である。

【図６】カラムアンプの第３具体例を示す回路図であ
る。

【図７】カラムアンプの第４具体例を示す回路図であ
る。

【図８】本発明が適用されるカメラシステムの一例を示
す概略構成図である。

【図９】従来例を示す概略構成図である。

【図１０】従来例の動作説明のためのタイミングチャー
トである。

【符号の説明】 １０…撮像素子、１１…単位画素、１２…垂直選択線、
１３…垂直信号線、１４…垂直走査回路、１５…カラム
アンプ、１６…水平選択トランジスタ、１７…水平走査
回路、１８…水平信号線、２１…フォトダイオード、２
２…垂直選択トランジスタ、３１，４１…カレントミラ
ー回路、３２，４２…差動増幅器、３３，４３，６２…
検出容量、３４，４４，６３…リセットトランジスタ、
６１…反転増幅回路、６４…ソースフォロワ、６５…反
転増幅器（インバータ）、６６…振幅制御回路、４０
１，６０５…キャパシタ、４０２，６０６…クランプダ
イオード、６０１…ドライブトランジスタ、６０２…負
荷トランジスタ

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 行列状に２次元配置された複数の画素
   と、 前記複数の画素に対して各列ごとに配線され、一列の画
   素に共通に接続された信号線と、 前記信号線に対して各列ごとに接続され、前記画素から
   前記信号線に出力される画素信号を増幅するアンプと、 前記アンプがその動作を行うときにのみ前記アンプに対
   して電源供給を行うべく制御する制御手段とを備えたこ
   とを特徴とする固体撮像素子。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記アンプに対して電
   源供給の制御を行う制御パルスを与えることを特徴とす
   る請求項１記載の固体撮像素子。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記アンプに電源供給
   が行われない休止状態から電源供給が行われる動作状態
   に移行するタイミングを、前記アンプが信号を出力する
   期間よりも前に設定することを特徴とする請求項１記載
   の固体撮像素子。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記複数の画素に対す
   る水平走査をなす水平走査回路であり、その水平走査に
   同期して前記制御パルスを発生することを特徴とする請
   求項２記載の固体撮像素子。
5. 【請求項５】 前記アンプは、ソース結合型の差動増幅
   器と、前記差動増幅器の動作電流を決める電流源とを有
   し、前記制御パルスを前記電流源のトランジスタの制御
   電極の入力とすることを特徴とする請求項２記載の固体
   撮像素子。
6. 【請求項６】 前記電流源はカレントミラー回路であ
   り、前記制御パルスを前記カレントミラー回路の基準電
   流が流れる側の端子入力とすることを特徴とする請求項
   ５記載の固体撮像素子。
7. 【請求項７】 前記アンプは、前記電流源のトランジス
   タの制御電極に与えられる前記制御パルスの振幅を制御
   する振幅制御回路を有することを特徴とする請求項５記
   載の固体撮像素子。
8. 【請求項８】 前記振幅制御回路は、前記制御パルスを
   容量結合により前記電流源のトランジスタの制御電極に
   与えるキャパシタを有し、その結合容量と前記制御電極
   の入力容量の比で前記制御パルスの振幅を決めることを
   特徴とする請求項７記載の固体撮像素子。
9. 【請求項９】 前記電流源のトランジスタの制御電極に
   接続され、前記制御パルスの低レベルまたは高レベルを
   クランプするクランプダイオードを有し、 前記クランプダイオードはＭＯＳ構造の結合容量の拡散
   領域とウェル領域で構成されることを特徴とする請求項
   ５記載の固体撮像素子。
10. 【請求項１０】 前記アンプは、ソースフォロワと反転
    増幅器の２段で構成され、前記制御パルスを前記ソース
    フォロワの負荷トランジスタの制御電極の入力とするこ
    とを特徴とする請求項２記載の固体撮像素子。
11. 【請求項１１】 前記アンプは、前記負荷トランジスタ
    の制御電極に与えられる前記制御パルスの振幅を制御す
    る振幅制御回路を有することを特徴とする請求項１０記
    載の固体撮像素子。
12. 【請求項１２】 前記振幅制御回路は、前記制御パルス
    を容量結合により前記負荷トランジスタの制御電極に与
    えるキャパシタを有し、その結合容量と前記制御電極の
    入力容量の比で前記制御パルスの振幅を決めることを特
    徴とする請求項１１記載の固体撮像素子。
13. 【請求項１３】 前記負荷トランジスタの制御電極に接
    続され、前記制御パルスの低レベルまたは高レベルをク
    ランプするクランプダイオードを有し、 前記クランプダイオードはＭＯＳ構造の結合容量の拡散
    領域とウェル領域で構成されることを特徴とする請求項
    １０記載の固体撮像素子。
14. 【請求項１４】 行列状に２次元配置された複数の画素
    と、前記複数の画素に対して各列ごとに配線され、一列
    の画素に共通に接続された信号線と、前記信号線に対し
    て各列ごとに接続され、前記画素から前記信号線に出力
    される画素信号を増幅するアンプとを備えた固体撮像素
    子において、 前記アンプがその動作を行うときにのみ前記アンプに対
    して電源供給を行うことを特徴とする固体撮像素子の駆
    動方法。
15. 【請求項１５】 前記アンプに電源供給が行われない休
    止状態から電源供給が行われる動作状態に移行するタイ
    ミングを、前記アンプが信号を出力する期間よりも前に
    設定することを特徴とする請求項１４記載の固体撮像素
    子の駆動方法。
16. 【請求項１６】 行列状に２次元配置された複数の画素
    と、 前記複数の画素に対して各列ごとに配線され、一列の画
    素に共通に接続された信号線と、 前記信号線に対して各列ごとに接続され、前記画素から
    前記信号線に出力される画素信号を増幅するアンプと、 前記アンプがその動作を行うときにのみ前記アンプに対
    して電源供給を行うべく制御する制御手段とを備えた固
    体撮像素子を撮像デバイスとして用いたことを特徴とす
    るカメラシステム。
17. 【請求項１７】 前記制御手段は、前記アンプに電源供
    給が行われない休止状態から電源供給が行われる動作状
    態に移行するタイミングを、前記アンプが信号を出力す
    る期間よりも前に設定することを特徴とする請求項１６
    記載のカメラシステム。