JP2006049986A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低消費電力化及び高画質化を図ることを目的とする。
【解決手段】 二次元マトリックス状に配列された複数の画素を構成する光電変換素子２，２‥‥と、この光電変換素子２，２‥‥から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直ＣＣＤレジスタ３，３‥‥と、この信号電荷の垂直方向転送終了後に、電荷−電圧変換を行うフローティングディフュージョンアンプ４，４‥‥と、このフローティングディフュージョンアンプ４，４‥‥で電圧に変換された信号を水平走査する水平走査回路７と、この信号を増幅する出力回路９，９ａとを有し、このフローティングディフュージョンアンプ４，４‥‥の出力側に複数段のソースフォロワ回路５，５‥‥を接続したものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば携帯電話機等のモバイル機器に搭載して好適な固体撮像装置に関する。

近年、固体撮像装置が携帯電話機等のモバイル機器に搭載されるようになり、高画質化（解像度の向上、Ｓ／Ｎの向上）やチップの小型化に加え、低消費電力化が強く求められている。

現在、固体撮像装置としては、ＣＣＤイメージセンサを使用した固体撮像装置とＣＭＯＳイメージセンサを使用した固体撮像装置とがある。

また、特許文献１に記載の如き、二次元マトリックス状に配列された複数の画素を構成する光電変換素子から読み出した信号電荷を複数の垂直ＣＣＤレジスタにより垂直方向に転送し、この信号電荷の垂直方向転送終了後、フローティングディフュージョンアンプにより電荷−電圧変換を行い、この電圧に変換された信号を水平走査回路により水平走査するようにしたものが提案されている。
特開平６−９７４１４号公報

ところで、ＣＣＤイメージセンサを使用した固体撮像装置は高画質化に適した構成であるが、水平ＣＣＤレジスタの駆動に大きな電力を必要とし、低消費電力化に適さない不都合がある。

また、ＣＭＯＳイメージセンサを使用した固体撮像装置は低電源電圧のロジック回路を用いるので低消費電力化に適した構成ではあるが、高画質を得ることができない不都合がある。

また、特許文献１の記載の技術では、帯域制限による低雑音化を目的としており、何等低消費電力化に対応したものではない。

本発明は斯る点に鑑み、低消費電力化及び高画質化を図ることを目的とする。

本発明固体撮像装置は、二次元マトリックス状に配列された複数の画素を構成する光電変換素子と、この光電変換素子から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直ＣＣＤレジスタと、この信号電荷の垂直方向転送終了後に、電荷−電圧変換を行うフローティングディフュージョンアンプと、このフローティングディフュージョンアンプで電圧に変換された信号を水平走査する水平走査回路と、この信号を増幅する出力回路とを有し、このフローティングディフュージョンアンプの出力側に複数段のソースフォロワ回路を接続したものである。

本発明によれば、光電変換素子から読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤレジスタで垂直方向に転送し、この信号電荷の垂直方向転送終了後にフローティングディフュージョンアンプにより、この信号電荷を電圧信号に変換しているので、高レベルの電圧信号を得ることができ高画質を得ることができると共に、このフローティングディフュージョンアンプの出力側に設けた複数段のソースフォロワ回路により、この電圧信号のレベルを下げて水平走査するようにしているので低消費電力化を図ることができる。

以下、図１、図２を参照して本発明固体撮像装置を実施するための最良の形態の例につき説明する。

図１において、１は受光部を示し、この受光部１には、二次元マトリックス状に配列された複数の画素を構成する光電変換素子２，２‥‥と、この光電変換素子２，２‥‥から読み出した信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直ＣＣＤレジスタ３，３‥‥とが設けられている。

この複数の垂直ＣＣＤレジスタ３，３‥‥よりの垂直方向転送終了後の信号電荷を夫々電荷−電圧変換を行うフローティングディフュージョンアンプ４，４‥‥に供給する。

このフローティングディフュージョンアンプ４，４‥‥の出力側に得られる。この信号電荷を電荷−電圧変換した電圧信号を複数段例えば３段のソースフォロワ回路５，５‥‥に供給する。この複数段のソースフォロワ回路５，５‥‥によりこの電圧信号を所定の低電位までシフトする。

この複数段のソースフォロワ回路５，５‥‥の出力側に得られる所定の低電位までシフトされた電圧信号を相関二重サンプリング回路６，６‥‥に供給し、この相関二重サンプリング回路６，６‥‥の出力側に得られるノイズの除去された電圧信号を水平走査回路７よりの列選択用スイッチング信号によりスイッチングされる列選択用スイッチング回路８，８‥‥に供給する。

このスイッチング回路８，８‥‥の出力信号を出力信号線９ａ及び増幅回路９より成る出力回路を介して撮像信号出力端子１０に供給する。

この図１の複数段のソースフォロワ回路５及び相関二重サンプリング回路６の具体例を図２に示す。この図２につき説明するに、図２において、４ａはフローティングディフュージョンアンプ４よりの電圧信号が供給される電圧信号入力端子を示す。

この電圧信号入力端子４ａを第１段のソースフォロワ回路を構成するＮチャンネルＭＯＳトランジスタ５ａのゲートに接続し、このＮチャンネルＭＯＳトランジスタ５ａのドレインを例えば１２Ｖの電源電圧が供給される電源端子５ｂに接続し、このＮチャンネルＭＯＳトランジスタ５ａのソースを定電流回路５ｃを介して接地する。

また、このＮチャンネルＭＯＳトランジスタ５ａのソースを第２段のソースフォロワ回路を構成するＮチャンネルＭＯＳトランジスタ５ｄのゲートに接続し、このＮチャンネルＭＯＳトランジスタ５ｄのドレインを電源端子５ｂに供給される電源電圧よりも低い、例えば９Ｖの電源電圧が供給される電源端子５ｅに接続し、このＮチャンネルＭＯＳトランジスタ５ｄのソースを定電流回路５ｆを介して接地する。

また、このＮチャンネルＭＯＳトランジスタ５ｄのソースを第３段のソースフォロワ回路を構成するＮチャンネルＭＯＳトランジスタ５ｇのゲートに接続し、このＮチャンネルＭＯＳトランジスタ５ｇのドレインを電源端子５ｅに供給される電源電圧よりも低い例えば６Ｖの電源電圧が供給される電源端子５ｈに接続し、このＮチャンネルＭＯＳトランジスタ５ｇのソースを定電流回路５ｉを介して接地する。

この場合、この３段のソースフォロワ回路５はフローティングディフュージョンアンプ４よりの例えば１２Ｖの電圧信号を例えば６Ｖの電圧信号にレベルダウンする。

この３段のソースフォロワ回路５の最終段である第３段のソースフォロワ回路の出力信号を相関二重サンプリング回路６に供給する。

即ち、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ５ｇのソースを相関二重サンプリング回路６を構成するコンデンサ６ａを介してサンプリングホールド回路を構成するＮチャンネルＭＯＳトランジスタ６ｂのソースに接続し、このコンデンサ６ａ及びＮチャンネルＭＯＳトランジスタ６ｂのソースの接続点をクランプ回路を構成するＮチャンネルＭＯＳトランジスタ６ｃのソースに接続する。

このＮチャンネルＭＯＳトランジスタ６ｃのドレインを例えば３．３Ｖのクランプ電圧が供給されるクランプ電圧入力端子６ｄに接続し、このＮチャンネルＭＯＳトランジスタ６ｃのゲートをクランプパルスが供給されるクランプパルス入力端子６ｅに接続する。

このＮチャンネルＭＯＳトランジスタ６ｂのゲートをデータをホールドするホールドパルスを供給されるホールドパルス入力端子６ｆに接続し、このＮチャンネルＭＯＳトランジスタ６ｂのドレインを選択用のスイッチング回路８を構成するＮチャンネルＭＯＳトランジスタ８ａのソースに接続し、このＮチャンネルＭＯＳトランジスタ６ｂのドレイン及びＮチャンネルＭＯＳトランジスタ８ａのソースの接続点をサンプリングホールド回路を構成するコンデンサ６ｇを介して接地する。

この場合、クランプ電圧入力端子６ｄに供給されるクランプ電圧をＶｃｌａｍｐ例えば３．３Ｖとしたとき、ホールド用のコンデンサ６ｇの耐圧をＶｃ２としたとき、
Ｖｃｌａｍｐ＜Ｖｃ２
となる如くする。

またソースフォロワ回路５の出力電圧をＶｓとしクランプ用のコンデンサ６ａの耐圧をＶｃ１としたとき、
Ｖｃ１＞Ｖｓ−Ｖｃｌａｍｐ
とすることが必要であり、本例においては、
Ｖｓ＜Ｖｃ１＋Ｖｃｌａｍｐ
となるまで、ソースフォロワ回路５の段数を直列接続し、所望電圧まで、このソースフォロワ回路で電圧信号のレベルをシフトする如くする。

また、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ８ａのドレインを信号線９ａに接続すると共にこのＮチャンネルＭＯＳトランジスタ８ａのゲートに水平走査回路７よりの水平走査を行う選択用のスイッチング信号を供給する如くする。

本例によれば、二次元マトリックス状に配列された複数の画素を構成する光電変換素子２，２‥‥から読み出した信号電荷を複数の垂直ＣＣＤレジスタ３，３‥‥で垂直方向に転送し、この信号電荷の垂直方向転送終了後にフローティングディフュージョンアンプ４，４‥‥により、この信号電荷を電圧信号に変換し、この電圧信号を複数段のソースフォロワ回路５，５‥‥によりレベルシフトし、その後相関二重サンプリング回路６，６‥‥でノイズを除去し、その後水平走査回路７及びスイッチング回路８，８‥‥により列選択して水平走査しているので、撮像信号出力端子１０に撮像信号を得ることができる。

本例によれば、光電変換素子２，２‥‥から読み出した信号電荷を垂直ＣＣＤレジスタ３，３‥‥で垂直方向に転送し、この信号電荷の垂直方向転送終了後に、フローティングディフュージョンアンプ４，４‥‥により、この信号電荷を電圧信号に変換しているので高レベルの電圧信号を得ることができ、高画質を得ることができると共にこのフローティングディフュージョンアンプ４，４‥‥の出力側に設けた複数段のソースフォロワ回路５，５‥‥により、この電圧信号のレベルを下げて水平走査するようにしているので、低消費電力化を図ることができる。

尚、上述例では垂直ＣＣＤレジスタ３，３‥‥毎にフローティングディフュージョンアンプ４，４‥‥を設けたが、複数の垂直ＣＣＤレジスタにつき１つのフローティングディフュージョンアンプを設け、時分割で使用するようにしても良い。この場合フローティングディフュージョンアンプの総数を減らすことができ、消費電力を減らすことができる。

また上述例ではソースフォロワ回路の段数を３段としたが、必要に応じ２段あるいは４段以上であっても良いことは勿論である。

また本発明は上述例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることは勿論である。

本発明固体撮像装置を実施するための最良の形態の例を示す構成図である。 図１の要部の具体例を示す接続図である。

符号の説明

１‥‥受光部、２‥‥光電変換素子、３‥‥垂直ＣＣＤレジスタ、４‥‥フローティングディフュージョンアンプ、５‥‥複数のソースフォロワ回路、６‥‥相関二重サンプリング回路、７‥‥水平走査回路、８‥‥スイッチング回路、９‥‥増幅回路、９ａ‥‥出力信号線、１０‥‥撮像信号出力端子

Claims (4)

1. 二次元マトリックス状に配列された複数の画素を構成する光電変換素子と、
   前記光電変換素子から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直ＣＣＤレジスタと、
   前記信号電荷の垂直方向転送終了後に、電荷−電圧変換を行うフローティングディフュージョンアンプと、
   前記フローティングディフュージョンアンプで電圧に変換された信号を水平走査する水平走査回路と、
   前記信号を増幅する出力回路とを有し、
   前記フローティングディフュージョンアンプの出力側に複数段のソースフォロワ回路を接続したことを特徴とする固体撮像装置。
2. 請求項１記載の固体撮像装置において、
   前記ソースフォロワ回路の最終段の出力側に相関二重サンプリング回路を接続したことを特徴とする固体撮像装置。
3. 請求項２記載の固体撮像装置において、
   前記相関二重サンプリング回路のクランプ電位Ｖｃｌａｍｐと、前記ソースフォロワ回路の最終段の出力電位Ｖｓと、相関二重サンプリング回路のクランプ用のコンデンサの耐圧をＶｃ１と、ホールド用のコンデンサの耐圧をＶｃ２との関係が
   Ｖｓ＜Ｖｃｌａｍｐ＋Ｖｃ１
   Ｖｃｌａｍｐ＜Ｖｃ２
   となることを特徴とする固体撮像装置。
4. 請求項１記載の固体撮像装置において、
   前記複数の直列接続されたソースフォロワ回路において、後段にあるソースフォロワ回路の電源電圧はその前段のソースフォロワ回路の電源電圧よりも低くなることを特徴とする固体撮像装置。

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