CN1708105A - 成像设备和装置 - Google Patents

Abstract

提供了这样一种成像设备，当将成像设备的晶片厚度制造得很薄时该成像设备能够抑制图像质量和输出特性的退化。所述成像设备具有一个或多个串联输出电路和缓冲电路(6)，并且处理来自光检测器的亮度信号以输出图像信息，所述缓冲电路对从一个或多个输出电路的末级输出电路中输出的信号执行阻抗变换，所述末级输出电路是具有有源元件和插入在该有源元件的源极端子和基准电压端子之间的电流源电路(5)的源极跟随电路，其中所述电流源电路(5)和缓冲电路(6)都位于具有光检测器的固态图像传感器(1)之外，并且电流源电路(5)的主要部分和缓冲电路(6)主要部分都在单个封装件中。

Description

成像设备和装置

                         技术领域

本发明涉及一种处理从光检测器输出的亮度信号以便输出图像信息的成像设备，以及使用在所述成像设备中的输出装置。更具体而言，本发明涉及一种用于通过减小因末级输出电路中的热量而造成的不良影响来抑制性能退化的技术。

                         背景技术

近年来，诸如家用摄像机和数字式静物照相机之类的成像装置已经日益地普及。

这些成像装置典型地采用固态图像传感器(solid-state image sensor)，利用一个以上的垂直CCD和至少一个水平CCD连续地从排列在二维平面中的光检测器中输出信号。

在来自松下电子工业公司的电子设备科学研究实验室的Sone及六名其它人员所著的″New Method of Driving CPD Solid-State Image Sensor(驱动CPD固态图像传感器的新方法)″(日本技术报告的电视技术人员协会，1982年3月16日)中详细描述了这类固态图像传感器。

此外，在日本专利2982353号(下文中称为专利文件1)中公开了与用于固态图像传感器的散热有关的传统技术。

专利文件1教导了这样的内容：输出单元的末级输出电路中的恒流源单元是源极跟随电路并且位于固态图像传感器以外，借此将固态图像传感器的发热量降低了一半。然而，外部恒流源单元仍然发热，并且总热量值没变。专利文件1的技术仅仅使热源多样化并且没有指出任何其它的目的和效果。

总体上讲，光检测器是位于固态图像传感器的中心部分的，并且不为每个光检测器所需的电路是设置在光检测器周围的外围区域上的。

因此，将具有高热值的输出单元置于部分外围区域上。当固态图像传感器的晶片(wafer)的厚度比某个程度薄时，在输出单元上产生的热量不传遍整个固态图像传感器。而是，温度仅仅在输出单元附近的部分光检测器上升高。

一般趋势就是：光检测器中的暗电流(dark current)量随温度增加变得较高。

由此，输出单元附近的部分光检测器上的升温增加了这些光检测器中的暗电流。这在成像质量方面具有不利影响并且使所得到的图像部分呈白色。

当固态图像传感器的晶片约500m薄时能够观察到这种现象，而当所述晶片比约400m还要薄时这种现象会变得尤为明显。

为了避免上述问题而采取的其中一个普通解决手段就是，提供位于具有光检测器的固态图像传感器之外的输出单元。

然而，这个解决手段有这样的问题：当输出单元位于固态图像传感器之外时，输出响应性因导线中的浮动电容的增加而降低，并且信噪比由于噪声量的增加而退化。

                         发明内容

鉴于上述问题，本发明意在提供一种成像设备和装置，当将晶片制薄时所述成像设备和装置能够抑制因除位于固态图像传感器以外的输出单元中的浮动电容的增加之外输出单元附近的仅仅部分光检测器上的升温而造成的性能和质量的退化。

为了实现上述目的，根据本发明的成像设备具有一个或多个串联输出电路和缓冲电路，并且处理来自光检测器的亮度信号以输出图像信息，所述缓冲电路对从一个或多个输出电路的末级输出电路中输出的信号执行阻抗变换，所述末级输出电路是具有有源元件和插入在该有源元件的源极端子和基准电压端子之间的电流源的源极跟随电路，其中所述电流源和缓冲电路都位于具有光检测器的固态图像传感器之外，并且电流源的主要部分和缓冲电路主要部分都在单个封装件中。

为了实现上述目的，一种用在根据本发明的成像设备中的装置，具有一个或多个串联输出电路和缓冲电路并且处理来自光检测器的亮度信号以输出图像信息，所述缓冲电路对从一个或多个输出电路的末级输出电路中输出的信号执行阻抗变换，所述末级输出电路是具有有源元件和插入在该有源元件的源极端子和基准电压端子之间的电流源的源极跟随电路，其中所述电流源和缓冲电路都位于具有光检测器的固态图像传感器之外，并且所述装置是由单个封装件构成的，所述单个封装件包括电流源的主要部分和缓冲电路的主要部分。

利用上述结构，电流源被提供给具有光检测器的固态图像传感器之外。因此，就可以抑制因仅仅在部分光检测器上的升温而造成的图像信息中的质量退化。此外，因为电流源和缓冲电路的主要部分都处于单个封装件中，因而可以缩短导线的长度，并由此改善输出响应性和信噪比。

此外，上述成像装置还可以是这样的：电流源的主要部分是由第一有源元件构成的，并且缓冲电路的主要部分是由第二有源元件构成的。

此外，上述装置还可以是这样的：电流源的主要部分是由第一有源元件构成的，并且缓冲电路的主要部分是由第二有源元件构成的。

利用上述结构，因为在单个封装件中形成一个以上的有源元件，所以就可以缩短有源元件之间的导线长度。

此外，上述成像装置还可以是这样的：在位于固态图像传感器之外的单个半导体基板上形成第一和第二有源元件，所述半导体基板是包含在封装件中的。

此外，上述装置还可以是这样的：在位于固态图像传感器之外的单个半导体基板上形成第一和第二有源元件，所述半导体基板是包含在封装件中的。

利用上述结构，因为在单个半导体基板上形成一个以上的有源元件，所以就可以缩短有源元件之间的导线长度。此外，还可以通过在单个制造步骤中制造有源元件来提高生产率。

此外，上述成像装置还可以是这样的：固态图像传感器是包含在封装件中的，并且在封装件内连接于半导体基板。

此外，上述装置还可以是这样的：固态图像传感器是包含在封装件中的，并且在封装件内连接于半导体基板。

利用上述结构，因为半导体基板和固态图像传感器都包含在单个封装件中并且在同一个封装件中彼此连接，所以就可以缩短半导体基板和固态图像传感器之间的导线长度。此外，浮动电容利用上述结构而得以减少，因此就可以改善输出响应性和信噪比。

此外，上述成像装置还可以是这样的：在位于固态图像传感器之外的两个不同的半导体基板上形成第一和第二有源元件，所述半导体基板是包含在封装件中的并且在封装件内彼此连接。

此外，上述装置还可以是这样的：在位于固态图像传感器之外的两个不同的半导体基板上形成第一和第二有源元件，所述半导体基板是包含在封装件中的并且在封装件内彼此连接。

利用上述结构，因为在两个半导体基板上形成一个以上的有源元件并且两个半导体基板在封装件内彼此连接，所以就可以缩短有源元件之间的导线长度。

此外，上述成像装置还可以是这样的：固态图像传感器是包含在封装件中的，并且在封装件内连接于至少其中一个半导体基板。

此外，上述装置还可以是这样的：固态图像传感器是包含在封装件中的，并且在封装件内连接于至少其中一个半导体基板。

利用上述结构，两个半导体基板和固态图像传感器都包含在单个封装件中并且所述固态图像传感器在同一个封装件内连接于个两个半导体基板的至少其中之一，从而就可以缩短固态图像传感器和固态图像传感器所连接的半导体基板之间的导线长度。此外，浮动电容利用上述结构而得以减少，因此就可以改善输出响应性和信噪比。

此外，上述成像装置还可以是这样的，所述电流源包括：电阻分压器电路，可操作用于对预定恒压执行电阻分割，并输出分割后的电压；电流源缓冲电路，可操作用于降低电阻分压器电路的输出阻抗；和具有基极和集电极的共发射极晶体管，所述基极被施加以从电流源缓冲电路中输出的电压，而集电极连接于固态图像传感器的输出线，并且所述共发射极晶体管构成电流源的主要部分。

利用上述结构，因为电阻分压器电路的输出阻抗是利用电流源缓冲电路来降低的，所以就可以控制基极上的电压变动，因此源极跟随电路中的输出增益不会降低。

此外，上述成像装置还可以是这样的：所述共发射极晶体管是由NPN型晶体管构成的，所述电流源缓冲电路包括具有分割后的电压被施加到其上的基极的NPN型晶体管，所述第二有源元件是由NPN型晶体管构成的，并且在位于固态图像传感器之外的单个半导体基板上形成所述三个NPN型晶体管，所述半导体基板是包含在封装件中的。

利用上述结构，因为在单个封装件中形成由NPN型晶体管构成的三个晶体管，所以就可以在单个制造步骤中制造三个晶体管，并由此减少生产成本。

此外，上述成像装置还可以是这样的：所述共发射极晶体管是由NPN型晶体管构成的，所述电流源缓冲电路包括具有分割后的电压被施加到其上的基极的NPN型晶体管，所述第二有源元件是由PNP型晶体管构成的，并且在位于固态图像传感器之外的单个半导体基板上形成所述两个NPN型晶体管和PNP型晶体管，所述半导体基板是包含在封装件中的。

利用上述结构，因为在单个封装件中形成三个晶体管并且缓冲电路是由PNP型晶体管构成的，所以输出响应性不依赖于电流量，从而就可以改善下降回转速率，而不会比必要的情况下更多地增加发射极电流。由于CCD的输出响应性很大程度上取决于上升响应特性(rising response characteristic)，因此与采用NPN型晶体管的情况下相比，还可以获得出色的输出响应性。

此外，上述成像装置还可以是这样的：所述共发射极晶体管是由NPN型晶体管构成的，所述电流源缓冲电路包括具有分割后的电压被施加到其上的基极的PNP型晶体管，并且所述NPN型晶体管和PNP型晶体管构成电流源的主要部分。

利用上述结构，因为两个不同类型的晶体管彼此消除了温度变化的影响，所以就可以抑制由温度变化造成的特性上的变化。

此外，上述成像装置还可以是这样的：所述电流源包括具有栅电极、源极和漏极的结型场效应晶体管，所述栅电极和源极接地，所述漏极连接于固态图像传感器的输出线，并且所述结型场效应晶体管构成电流源的主要部分。

利用上述结构，由于采用J-FET使偏置电阻分压器电路成为不是必须的组件，因此就可以减少必要的组件的数目，由此来抑制源极跟随电路的输出增益方面的下降。

此外，上述成像装置还可以是这样的：源极经源电阻接地。

利用上述结构，就可以抑制由温度变化而造成的漏极电流上的变化。

此外，上述成像装置还可以是这样的：将源电阻设置成某一值，以便栅极-源极电压和漏极电流之间的关系对于温度变化而言是非易感性的。

利用上述结构，就可以设置适当的电阻值并且抑制由温度变化而造成的特性上的变化。

此外，上述成像装置还可以是这样的：用于第一和第二有源元件的额定电流是在1mA到20mA的范围内的，并且包括1mA和20mA。

利用上述结构，将每个有源元件的额定电流设置成在1mA到20mA的范围内，并且包括1mA和20mA，其小于普通的超过50mA到100mA的晶体管的额定电流，由此就可以提高每个有源元件的其它特性，例如使基极和集电极之间的寄生电容变小。

                      附图说明

通过结合附图阅读下列说明书本发明的这些及其它目的、优点和特征将变得明显，所述附图举例说明了本发明的具体实施方式。

在图中：

图1示意性地举例说明了根据本发明的第一实施方式的成像系统的结构；

图2详细地举例说明了输出装置2中的电路；

图3详细地举例说明了输出装置20中的电路；

图4详细地举例说明了输出装置30中的电路；

图5为示出对于小信号结型场效应晶体管中的不同栅极-源极电压Vgs的漏源电压Vds和漏极电流Id之间的关系的图；

图6是示出对于小信号结型场效应晶体管中的不同温度Ta的栅极-源极电压Vgs和漏极电流Id之间的关系的图；

图7A、7B和7C每个都示意性地举例说明了修改后的示例1中的输出装置；和

图8A、8B和8C每个都示意性地举例说明了修改后的示例2中的输出装置。

                     具体实施方式

尽管已经参照附图通过举例的方式充分描述了本发明，但是应当注意对本领域的技术人员而言各种变化和修改将是显而易见的。因此，除非这类变化和修改脱离了本发明的范围，否则应把它们理解为包含在本发明中。

第一实施方式

[概述]

根据本发明的第一实施方式的成像系统是这样的：作为输出单元的末级输出电路的源极跟随电路的电流源位于具有光检测器的固态图像传感器之外，以便抑制因输出单元附近的仅仅部分光检测器上的升温而造成的图像信息中的质量退化，并且在单个封装件中形成电流源和末级缓冲电路，以便抑制因位于固态图像传感器以外的电流源的浮动电容的增加而造成的信噪比的退化。

[结构]

图1示意性地举例说明了根据本发明的第一实施方式的成像系统的结构。

在诸如摄像机和数字式静物照相机的这类成像设备中引入第一实施方式的成像系统。利用这个成像系统，在对透镜所聚焦的目标图像进行光电转换之后输出图像信息。如图1所示，所述成像系统包括：固态图像传感器1、输出装置2、信号处理单元3和驱动单元4。

所述固态图像传感器1是由驱动单元4驱动的半导体装置。在固态图像传感器1中，将透镜所聚焦的对象图像(在图中未绘出)投影到二维排列的光检测器上，并且利用多个垂直CCD和单个水平CCD将通过各个光检测器中的光电转换所产生的亮度信号以预定次序输出到输出装置2。除了删除了源极跟随电路的恒流源单元之外，固态图像传感器1的结构类似于其中输出单元的末级输出电路为源极跟随电路的常规固态图像传感器。所述源极跟随电路具有有源元件和插入在该有源元件的源极端子与基准电压端子之间的电流源。

注意：尽管在说明书中解释的示例采用了单个水平CCD，但是在固态图像传感器中也可以采用一个以上的水平CCD。

所述输出装置2是连接在固态图像传感器1与信号处理单元3之间的单个半导体装置，并且在单个封装件中形成用于对从固态图像传感器1中输出的信号执行必要的转换以便该信号被输出到信号处理单元3的电路。

注意：所述成像系统需要与水平CCD相等数目的输出装置2。因此，如果存在一个或多个水平CCD，则还要提供一个或多个输出装置2。

所述信号处理单元3指示驱动单元4驱动，在处理从输出装置2中输出的亮度信号之后输出图像信息。

所述驱动单元4根据信号处理单元3所给出的指令来驱动固态图像传感器1。

图2详细示出了输出装置2中的电路。

如图2所示，所述输出装置2包括电流源电路5和末级缓冲电路6。

所述电流源电路5相当于提供给常规固态图像传感器的恒流源单元，并且如图2所示包括：电阻7、电阻8、电阻9、缓冲晶体管10、电阻11、共发射极晶体管12和电阻13。所述电流源电路5连同固态图像传感器1的输出单元中的末级输出电路中的其余元件一起构成源极跟随电路。

所述末级缓冲电路6通过电流源电路5对来自固态图像传感器1的输出信号执行阻抗变换，然后输出图像信息。所述末级缓冲电路6包括缓冲晶体管14和电阻15。

所述电阻7、8和9构成了电阻分压器电路，并且通过电阻划分来分割预定恒压。通过分割点来输出分割电压(split voltage)。可以通过经任何电阻使外部电流设置端子接地来设置电流值。

在此，所述预定恒压为VDD＝12V，所述电阻7为18k并且连接在VDD与分割点之间，所述电阻8为4.1k并且连接在分割点与外部电流设置端子之间，而所述电阻9为8.2k并且连接在外部电流设置端子与GND之间。

所述缓冲晶体管10是由NPN型晶体管构成的，在所述NPN型晶体管中分割电压被施加到基极上，集电极连接于预定恒压，并且发射极连接于共发射极晶体管12的基极端子并经电阻11连接到GND。所述缓冲晶体管10降低电阻分压器电路的输出阻抗，以便抑制因晶体管中的基极和集电极之间的寄生电容而造成的输出特性的退化。

所述共发射极晶体管12是由NPN型晶体管构成的，在所述NPN型晶体管中缓冲晶体管10的发射极连接于基极，集电极连接于固态图像传感器1的输出导线，而发射极经电阻13接地。

在此，共发射极晶体管12的集电极和发射极之间的电流仅约为1mA到10mA。因此，即使考虑高频驱动器和大容量负载，最大约20mA的额定电流也足够了。由此，人们期望使用这样的小尺寸晶体管，其额定电流在1mA到20mA范围内，并且由于小额定电流而具有出色的频率特性，比如基极和集电极之间的小寄生电容。此外，因为通常使用的晶体管的额定电流约为20mA到100mA，这对于共发射极晶体管12的电路而言过大，所以最好制造为共发射极晶体管12而设计的小尺寸晶体管。

缓冲晶体管10的集电极和发射极之间的电流仅约为1mA到10mA。由此，可以利用供共发射极晶体管12使用的相同类型的小尺寸晶体管。

另外，所述电阻11在这里为4.7k，而所述电阻13在这里为1.3k。

所述缓冲晶体管14是由NPN型晶体管构成的，在所述NPN型晶体管中来自固态图像传感器1的输出信号被施加到基极上，集电极连接于预定电位，而发射极经电阻15接地。在此，缓冲晶体管14的集电极和发射极之间的电流仅约为1mA到10mA。由此，可以利用供共发射极晶体管12使用的相同类型的小尺寸晶体管。

所述封装件可以包括单个半导体基板，在所述基板上形成输出装置2的所有组件。所述封装件还可以包括在其上形成一部分组件的单个半导体基板以及其余的组件。这类封装件的示例是这样的单个半导体基板，在其上形成诸如缓冲晶体管10、共发射极晶体管12和缓冲晶体管14之类的有源元件，而不在该基板上的其余组件都包含在封装件中。此外，可以在两或三个独立的半导体基板上形成每一个有源元件，并且该封装件可以包括两或三个半导体基板和其余组件。这类封装件的示例就是：在半导体基板A上形成缓冲晶体管10，在半导体基板B上形成共发射极晶体管12和缓冲晶体管14，并且所述封装件包括半导体基板A和B以及其余的组件。另一个示例就是：在半导体基板A上形成缓冲晶体管10，在半导体基板C上形成共发射极晶体管12，而在半导体基板D上形成缓冲晶体管14，并且所述封装件包括半导体基板A、C和D以及其余的组件。

[结论]

如上所述，在根据本发明的第一实施方式的成像系统中，在具有光检测器的固态图像传感器以外提供作为输出单元的末级输出电路的源极跟随电路的电流源。由此，可以抑制因仅仅输出单元附近的光检测器周围的升温而造成的图像信息质量的退化，当晶片比约500m薄时会出现上述情况。此外，可以通过在单个封装件中形成至少电流源的主要部分和末级缓冲电路的主要部分来缩短导线的长度，由此就可以减少浮动电容并改善信噪比。此外，因为用于降低电阻分压器电路的输出阻抗的缓冲电路是包含在电流源中的，所以就可以通过抑制基极的电压变动来改善源极跟随电路的输出增益，其中所述电压变动取决于输出信号的信号频率。

第二实施方式

[概述]

根据本发明的第二实施方式详细描述了这样的成像系统，所述成像系统包括PNP晶体管以作为缓冲晶体管，而代替了作为第一实施方式中的电流源电路5的缓冲晶体管10的NPN型晶体管，以便抑制由温度变化带来的特性上的变化。

[结构]

根据第二实施方式的成像系统包括输出装置20，代替了第一实施方式的成像系统的输出装置2。给第一和第二实施方式两者中所包含的组件指定相同的参考数字，并且在这里不对这些组件作解释。

根据第二实施方式的成像系统包括：固态图像传感器1、输出装置20、信号处理单元3和驱动单元4。

图3详细地举例说明了输出装置20的电路。

如图3所示，所述输出装置20包括电流源电路21和末级缓冲电路6。

所述电流源电路21是相当于常规固态图像传感器中所包含的恒流源单元的电路。如图3所示，所述电流源电路21包括：电阻24、电阻8、电阻9、缓冲晶体管22、电阻23、共发射极晶体管12和电阻13。固态图像传感器1中所包含的输出单元中的末级输出电路中的电流源电路21和其余元件构成了源极跟随电路。在这里，将电阻24设置为30k。

所述缓冲晶体管22是由PNP晶体管构成的，在所述PNP晶体管中分割电压被施加到基极上，集电极连接于GND，而发射极连接于共发射极晶体管12的基极端并且经电阻23连接于预定恒压。所述缓冲晶体管22是用于降低电阻分压器电路的输出阻抗的缓冲电路，以便抑制因基极和集电极之间的寄生电容而造成的输出特性的退化。类似于缓冲晶体管10的情形，最好制造为缓冲晶体管22而设计的具有在1mA和20mA范围内的额定电流的小尺寸晶体管。

在这里，将电阻23设置为8.2kΩ。

所述封装件可以包括单个半导体基板，在所述半导体基板上形成输出装置20的所有组件。所述封装件还可以包括在其上形成一部分组件的单个半导体基板以及其余的组件。这类封装件的示例是这样的单个半导体基板，在其上形成诸如缓冲晶体管22、共发射极晶体管12和缓冲晶体管14之类的有源元件，并且其余的组件都包含在封装件中。此外，可以在两或三个独立的半导体基板上形成每一个有源元件，并且所述封装件可以包括两或三个半导体基板和其余的组件。这类封装件的示例就是：在半导体基板E上形成缓冲晶体管22，在半导体基板F上形成共发射极晶体管12和缓冲晶体管14，并且所述封装件包括半导体基板E和F以及其余的组件。另一个示例就是：在半导体基板E上形成缓冲晶体管22，在半导体基板G上形成共发射极晶体管12，而在半导体基板H上形成缓冲晶体管14，并且所述封装件包括半导体基板E、G和H以及其余的组件。

[结论]

如上所述，在根据本发明的第二实施方式的成像系统中，电流源电路中所包含的缓冲晶体管是PNP型晶体管，而不是第一实施方式的NPN型晶体管。利用这种改变，第二实施方式的成像系统就生产成本而言没有第一实施方式的成像系统有利，在所述第一实施方式中所有晶体管都是相同类型并且集成了制造步骤。然而，除生产成本以外，第二实施方式的成像系统与第一实施方式的成像系统具有相同的效果。此外，因为晶体管的不同类型彼此消除了温度变化的影响，所以第二实施方式的成像系统在抑制因温度变化而造成的特性上的变化上具有特别有利的效果。

第三实施方式

[概述]

根据本发明的第三实施方式的成像系统，类似于第一实施方式，即：作为输出单元的末级输出电路的源极跟随电路的电流源位于具有光检测器的固态图像传感器之外，以便抑制因仅仅输出单元附近的部分光检测器上的温升而造成的图像信息中的质量的退化，并且在单个封装件中形成电流源和末级缓冲电路，以便抑制因位于固态图像传感器以外的电流源的浮动电容的增加而造成的信噪比的退化。第三实施方式同第一实施方式相比的差别在于电流源中的电路结构不同。

[结构]

根据第三实施方式的成像系统包括输出装置30，代替了第一实施方式的成像系统的输出装置2。给第一和第三实施方式两者中所包含的组件指定相同的参考数字，并且在这里不对这些组件作解释。

根据第三实施方式的成像系统包括：固态图像传感器1、输出装置30、信号处理单元3和驱动单元4。

图4详细地举例说明了输出装置30的电路。

如图4所示，所述输出装置30包括电流源电路31和末级缓冲电路6。

所述电流源电路31是相当于常规固态图像传感器中所包含的恒流源单元的电路。如图4所示，所述电流源电路21包括结型场效应晶体管(J-FET)32和源电阻33。固态图像传感器1中所包含的输出单元中的末级输出电路中的电流源电路31和其余元件构成了源极跟随电路。

所述J-FET 32为小信号的J-FET，在所述J-FET中基极接地，源极经电源电阻33接地，而漏极连接于固态图像传感器1的输出线。因为J-FET 32的漏极和源极之间的电流仅约为3mA，所以在这里使用漏极电流约为3mA的小信号的J-FET。

注意：也可以代替小信号J-FET而使用同小信号的J-FET具有等效特性的装置或电路。这类装置或电路的示例包括整流二极管。

此外，尽管源电阻33并不总是必要的，但是提供源电阻33是有利的，这是因为漏极电流中的变化能够通过源电阻33所产生的栅极-源极电压得以抑制。在此，将J-FET 32的额定电流设置成大于必要的电流值，并在栅极和源极之间插入这样的源电阻，所述源电阻可能会将所述电流设置成必要的电流值。

在这里，将源电阻33设置为160。

图5是示出对于小信号的结型场效应晶体管(2SK1103)的不同栅极-源极电压Vgs(0V、-0.1V、-0.2V、-0.3V和-0.4V)的漏源电压Vds和漏极电流Id之间的关系的图。

如图5所示，当栅极-源极电压Vgs为-0.4V或以上且漏源电压Vds为3V或以上时，所述漏极电流几乎是恒定的。当栅极和源极之间的电位差较大时，漏极电流Id能够以较低的漏源电压Vds而达到饱和。另外，利用自偏压(self-bias)效应，就可以抑制个体之间的电流的变化。

此外，还可以通过将源电阻33设置成适当的值来抑制因温度变化而造成的特性上的变化。

图6是示出对于小信号的结型场效应晶体管(2SK1103)的不同温度Ta(-25℃、25℃和75℃)的栅极-源极电压Vgs和漏极电流Id之间的关系的图。

如图6所示，当栅极-源极电压Vgs等于0.45V时，漏极电流在任何的温度下几乎都是恒定的。

因此，就可以通过将源电阻33设置成某一值来抑制因温度变化而造成的特性上的变化，其中在所述数值下栅极-源极电压和漏极电流之间的关系对于温度变化而言是非易感性的。

例如，利用小信号的J-FET，将源电阻33设置成栅极-源极电压Vgs等于-0.45V，借此来抑制因温度变化而造成的特性上的变化。

所述封装件可以包括单个半导体基板，在所述半导体基板上形成输出装置30的所有组件。所述封装件还可以包括在其上形成一部分组件的单个半导体基板以及其余的组件。这类封装件的示例是这样的单个半导体基板，在所述半导体基板上形成诸如J-FET 32和缓冲晶体管14之类的有源元件，而其余的组件是包含在封装件中的。此外，可以在两个独立的半导体基板上形成每一个有源元件，并且所述封装件可以包括两个半导体基板和其余的组件。这类封装件的示例就是：在半导体基板X上形成J-FET 32，而在半导体基板Y上形成缓冲晶体管14，并且所述封装件包括半导体基板X和Y以及其余的组件。

[结论]

如上所述，在根据本发明的第三实施方式的成像系统中，在具有光检测器的固态图像传感器之外提供作为输出单元的末级输出电路的源极跟随电路的电流源。由此，就可以抑制因仅仅输出单元附近的光检测器的周围温升而造成的图像信息的质量的退化，所述情况是当晶片比约500m薄时产生的。此外，可以通过在单个封装件中形成至少电流源的主要部分和末级缓冲电路的主要部分来缩短导线的长度，由此就可以减少浮动电容并改善信噪比。此外，通过由J-FET构成电流源，用于设置电流的偏置电阻分压器电路变得不必要，并且能够减少必要的组件的数目。这改善了源极跟随电路的输出增益。

此外，通过使用处于适当值的源电阻，就可以使漏极电流稳定，抑制个体之间的变化，并借此来抑制因温度变化而造成的特性上的变化。

修改示例1

[概述]

在本发明的修改示例1中，不同于其中所有电流源电路和末级缓冲电路都包含在单个封装件中的第一到第三实施方式，至少电流源的一部分和末级缓冲电路的一部分是包含在单个封装件中的。

[结构]

在根据本发明的第一实施方式中，电流源电路5和末级缓冲电路6两者都包含在单个封装件中。在根据本发明的第二实施方式中，电流源电路21和末级缓冲电路6两者都包含在单个封装件中。在根据本发明的第三实施方式中，电流源电路31和末级缓冲电路6两者都包含在单个封装件中。然而，并不总是必须将这些组件包含在单个封装件中。

以下描述了本发明的修改示例1，其中位于固态图像传感器之外的电流源电路的一部分和末级缓冲电路的一部分都包含在单个封装件中。

与第一实施方式相对应的修改示例1是这样的：电流源电路5的主要部分和末级缓冲电路6的主要部分都包含在封装件中，而其余的组件是形成于位于封装件以外的印刷电路板上的。例如，在单个半导体基板形成作为有源元件的缓冲晶体管10、共发射极晶体管12和缓冲晶体管14，而该半导体基板是包含在封装件中的。另一个示例就是：在两或三个半导体基板上形成每一个有源元件，并且两个半导体基板当中的两个或三个半导体基板当中的两或三个都是包含在封装件中的。

与第二实施方式相对应的修改示例1是这样的：电流源电路5的主要部分和末级缓冲电路6的主要部分都包含在封装件中，而其余的组件是形成于位于封装件以外的印刷电路板上的。例如，在单个半导体基板上形成作为有源元件的缓冲晶体管22、共发射极晶体管12和缓冲晶体管14，而该半导体基板是包含在封装件中的。另一个示例就是：在两或三个半导体基板上形成每一个有源元件，并且两个半导体基板当中的两个或三个半导体基板当中的两或三个都是包含在封装件中的。

与第三实施方式相对应的修改示例1是这样的：电流源电路5的主要部分和末级缓冲电路6的主要部分都包含在封装件中，而其余的组件是形成于位于封装件以外的印刷电路板上的。例如，在单个半导体基板上形成作为有源元件的J-FET 32和缓冲晶体管14，而该半导体基板是包含在封装件中的。另一个示例就是：在两个半导体基板上形成每一个有源元件，并且两个半导体基板都是包含在封装件中的。

当在单个半导体基板上形成一个以上的有源元件时，所述有源元件可以在该半导体基板上彼此连接，并且可以在该半导体基板上通过蚀刻来形成电阻。

此外，当多个半导体基板都包含在封装件中时，所述这些半导体基板可以通过利用金或铝的导线进行引线接合(wire bonding)而相连。

给第一和第三实施方式两者中所包含的组件指定相同的参考数字，并且在这里不对这些组件作解释。

图7A中所示的输出装置40是由共发射极晶体管12和缓冲晶体管14构成的。

图7B中所示的输出装置50是由J-FET 32和缓冲晶体管14构成的。

图7C中所示的输出装置60是由J-FET 32、源电阻33和缓冲晶体管14构成的。

修改示例2

[概述]

在本发明的修改示例2中，不仅像第一到第三实施方式以及修改示例1那样、至少电流源电路和末级缓冲电路中的有源元件是包含在单个封装件中的，而且构成固态图像传感器的半导体基板也是包含在同一个封装件中的。

注意：电流源电路和末级缓冲电路不是形成于固态图像传感器的半导体基板上的。

[结构]

以下描述了本发明的修改示例2，其中至少部分电流源电路和末级缓冲电路以及固态图像传感器的半导体基板都是包含在单个封装件中的。

与第一实施方式相对应的修改示例2是这样的：固态图像传感器1的半导体基板、电流源电路5的半导体基板和末级缓冲电路6的半导体基板都是形成于单个封装件中的。

与第二实施方式相对应的修改示例2是这样的：固态图像传感器1的半导体基板、电流源电路21的半导体基板和末级缓冲电路6的半导体基板都是形成于单个封装件中的。

与第三实施方式相对应的修改示例2是这样的：固态图像传感器1的半导体基板、电流源电路31的半导体基板和末级缓冲电路6的半导体基板都是形成于单个封装件中的。

与修改示例1相对应的修改示例2是这样的：固态图像传感器1的半导体基板、以及电流源电路和缓冲电路的主要部分都是形成于单个封装件中的，而电流源电路和缓冲电路的其余部分是形成于位于封装件以外的印刷电路板上的。

注意：固态图像传感器1的半导体基板以及封装件中的其余组件可以在封装件内通过利用金或铝的导线进行引线接合而相连。

图8A、8B和8C每个都示意性地举例说明了本发明的修改示例2中的输出装置。给第一到第三实施方式以及修改示例1中所包含的组件指定相同的参考数字，并且在这里不对这些组件作解释。

图8A中所示的输出装置70是由固态图像传感器1的半导体基板71、用于至少包含共发射极晶体管12的电流源电路5的半导体基板72和用于至少包含缓冲晶体管14的末级缓冲电路6的半导体基板73构成的。

图8B中所示的输出装置80是由固态图像传感器1的半导体基板71、用于至少包含共发射极晶体管12的电流源电路21的半导体基板72和用于至少包含缓冲晶体管14的末级缓冲电路6的半导体基板73构成的。

图8C中所示的输出装置90是由固态图像传感器1的半导体基板81、用于至少包含J-FET 32的电流源电路31的半导体基板82和用于至少包含缓冲晶体管14的末级缓冲电路6的半导体基板83构成的。

尽管在上面的实施方式和修改示例中NPN型晶体管是供末级缓冲电路6使用的，但是还可以用PNP型晶体管代替。一般而言，CCD的输出响应性很大程度上取决于上升响应特性，因此就可以通过为末级缓冲电路6采用PNP型晶体管来改善下降回转速率(falling slew rate)，而不会比必要的情况下更多地增加发射极电流。因此，就响应特性而言，当末级缓冲电路6是CCD的输出单元时为末级缓冲电路6采用PNP型晶体管是有利的。

此外，可以将约100的基极电阻插入到末级缓冲电路6的缓冲晶体管14处。通过插入这类基极电阻，就可以抑制当以高速驱动CCD的输出信号时所引起的诸如过冲(overshoot)、下冲(undershoot)和振荡之类的问题。

此外，尽管在上面的实施方式和修改示例中将本发明到CCD中的输出单元的应用作为示例加以解释，但是当包含与CCD的输出单元中的输出级相似的输出级时也可以将本发明应用于诸如CMOS传感器之类的MOS传感器。

工业实用性

可以将本发明应用于诸如家用摄像机和数字式静物照相机之类的成像装置。本发明提供了这样一种固态图像传感器，当固态图像传感器晶片薄时，它能够抑制除由于位于固态图像传感器以外的输出单元中的浮动电容而造成的信噪比的退化之外因仅仅输出单元附近的部分光检测器升温而造成的图像质量的退化，并且由此提高了诸如成像装置的图像质量之类的性能。

此外，本发明的应用不限于家庭装置，而是可以将本发明应用于任何种类的成像装置。

Claims (20)

1.一种成像设备，所述成像设备具有一个或多个串联输出电路和缓冲电路，并且处理来自光检测器的亮度信号以输出图像信息，所述缓冲电路对从所述一个或多个输出电路的末级输出电路中输出的信号执行阻抗变换，所述末级输出电路是具有有源元件和插入在该有源元件的源极端子和基准电压端子之间的电流源的源极跟随电路，其中：

所述电流源和所述缓冲电路都位于具有所述光检测器的固态图像传感器之外，并且

所述电流源的主要部分和所述冲电路主要部分都在单个封装件中。

2.根据权利要求1所述的成像设备，其中：

所述电流源的所述主要部分是由第一有源元件构成的，并且

所述缓冲电路的所述主要部分是由第二有源元件构成的。

3.根据权利要求2所述的成像设备，其中：

在位于所述固态图像传感器之外的单个半导体基板上形成所述第一和第二有源元件，所述半导体基板是包含在封装件中的。

4.根据权利要求3所述的成像设备，其中：

所述固态图像传感器是包含在所述封装件中的，并且在所述封装件内连接于所述半导体基板。

5.根据权利要求2所述的成像设备，其中：

在位于所述固态图像传感器之外的两个不同的半导体基板上形成所述第一和第二有源元件，所述半导体基板是包含在封装件中的并且在所述封装件内彼此连接。

6.根据权利要求5所述的成像设备，其中：

所述固态图像传感器是包含在所述封装件中的，并且在所述封装件内连接于至少其中一个所述半导体基板。

7.根据权利要求2所述的成像设备，其中：

所述电流源包括：

电阻分压器电路，可操作用于对预定恒压执行电阻分割，并输出分割后的电压；

电流源缓冲电路，可操作用于降低电阻分压器电路的输出阻抗；和

具有基极和集电极的共发射极晶体管，所述基极被施加以从所述电流源缓冲电路中输出的电压，并且所述集电极连接于所述固态图像传感器的输出线，并且

所述共发射极晶体管构成所述电流源的主要部分。

8.根据权利要求7所述的成像设备，其中：

所述共发射极晶体管是由NPN型晶体管构成的，

所述电流源缓冲电路包括具有分割后的电压被施加到其上的基极的NPN型晶体管，

所述第二有源元件是由NPN型晶体管构成的，并且

在位于固态图像传感器之外单个半导体基板上形成所述三个NPN型晶体管，所述半导体基板是包含在封装件中的。

9.根据权利要求7所述的成像设备，其中：

所述共发射极晶体管是由NPN型晶体管构成的，

所述电流源缓冲电路包括具有分割后的电压被施加到其上的基极的NPN型晶体管，

所述第二有源元件是由PNP型晶体管构成的，并且

在位于所述固态图像传感器之外的单个半导体基板上形成两个NPN型晶体管和PNP型晶体管，所述半导体基板是包含在封装件中的。

10.根据权利要求7所述的成像设备，其中：

所述共发射极晶体管是由NPN型晶体管构成的，

所述电流源缓冲电路包括具有分割后的电压被施加到其上的基极的PNP型晶体管，并且

所述NPN型晶体管和PNP晶体管构成所述电流源的主要部分。

11.根据权利要求2所述的成像设备，其中：

所述电流源包括具有栅极、源极和漏极的结型场效应晶体管，所述栅极和源极都接地，所述漏极连接于所述固态图像传感器的输出线，并且

所述结型场效应晶体管构成所述电流源的主要部分。

12.根据权利要求11所述的成像设备，其中：

所述源极经电源电阻接地。

13.根据权利要求12所述的成像设备，其中：

将电源电阻设置成某一值，以便栅极-源极电压和漏极电流之间的关系对于温度变化而言是非易感性的。

14.根据权利要求2所述的成像设备，其中：

第一和第二有源元件的额定电流处于1mA到20mA的范围内且包括1mA和20mA。

15.一种用在成像设备中的装置，所述成像设备具有一个或多个串联输出电路和缓冲电路，并且处理来自光检测器的亮度信号以输出图像信息，所述缓冲电路对从一个或多个输出电路的末级输出电路中输出的信号执行阻抗变换，所述末级输出电路是具有有源元件和插入在该有源元件的源极端子和基准电压端子之间的电流源的源极跟随电路，其中：

所述电流源和缓冲电路都位于具有光检测器的固态图像传感器之外，并且

所述装置是由单个封装件构成的，所述单个封装件包括所述电流源的主要部分和所述缓冲电路的主要部分。

16.根据权利要求15所述的装置，其中：

所述电流源的主要部分是由第一有源元件构成的，并且

所述缓冲电路的主要部分是由第二有源元件构成的。

17.根据权利要求16所述的装置，其中：

在位于所述固态图像传感器之外的单个半导体基板上形成所述第一和第二有源元件，所述半导体基板是包含在所述封装件中的。

18.根据权利要求17所述的装置，其中：

所述固态图像传感器是包含在所述封装件中的，并且在封装件内连接于所述半导体基板。

19.根据权利要求16所述的装置，其中：

在位于所述固态图像传感器之外的两个不同的半导体基板上形成所述第一和第二有源元件，所述半导体基板是包含在所述封装件中的并且在封装件内彼此连接。

20.根据权利要求19所述的装置，其中：

所述固态图像传感器是包含在所述封装件中的，并且在封装件内连接于至少其中一个所述半导体基板。

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