JP2006165688A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像信号の出力バッファ内の回路の電流値を適正に制御して、固体撮像装置の低消費電力化を図る。
【解決手段】 撮像された信号電圧を出力バッファで増幅する場合に、その信号電圧の大小に相関関係がある電圧を、出力バッファ内の電流源電圧として供給し、その電流源電圧により増幅された信号を取り出す構成とし、出力バッファ内の素子を流れる電流量を訂正に変化させて低消費電力化を実現する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像機能を備えた各種電子機器に搭載して好適な、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）イメージセンサなどの固体撮像装置に関する。

ＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像装置においては、その固体撮像装置内のイメージセンサ部が蓄積した信号を、撮像信号として取り出すための出力回路が接続又は内蔵されている。

図４は、従来のＣＣＤイメージセンサの出力回路の一部を構成する出力バッファ（出力アンプ）の構成例を示す図である。この例では、ＣＣＤイメージセンサ１のフローティングディフュージョン部１ａに得られる電位を、多段ソースフォロワ回路で構成された出力アンプで増幅する構成としてある。

以下、図４の構成について説明すると、ここでは、３段のソースフォロワ回路で構成してあり、それぞれのソースフォロワ回路は、ドライブ（Ｄｒｉｖｅ）ＭＯＳトランジスタとロード（Ｌｏａｄ）ＭＯＳトランジスタとで構成される。即ち、第１段目のソースフォロワ回路は、ドライブＭＯＳトランジスタ１１とロードＭＯＳトランジスタ１２とで構成され、第１段目のソースフォロワ回路で増幅された信号を更に増幅する第２段目のソースフォロワ回路は、ドライブＭＯＳトランジスタ１３とロードＭＯＳトランジスタ１４とで構成され、第２段目のソースフォロワ回路で増幅された信号を更に増幅する第３段目のソースフォロワ回路は、ドライブＭＯＳトランジスタ１５とロードＭＯＳトランジスタ１６とで構成される。各ＭＯＳトランジスタ１１〜１６は、ここではＮチャンネル型ＭＯＳトランジスタを使用してある。

ＣＣＤイメージセンサ１のフローティングディフュージョン部１ａに得られる電位は、第１段目のソースフォロワ回路を構成するドライブＭＯＳトランジスタ１１のゲートに供給される。

各段のドライブＭＯＳトランジスタ１１，１３，１５のドレインには、第１の電源電圧Ｖdd１が端子２を介して供給される。この第１の電源電圧Ｖdd１としては、ＣＣＤイメージセンサの特性上、フローティングディフュージョン部１ａに得られる電位が１０Ｖ程度と高いために、比較的高い電圧（例えば１２Ｖから１５Ｖ程度）を必要とする。

各段のドライブＭＯＳトランジスタ１１，１３，１５のソースは、各段のロードＭＯＳトランジスタ１２，１４，１６のドレインに接続してあり、各段のロードＭＯＳトランジスタ１２，１４，１６のソースが接地してある。各段のロードＭＯＳトランジスタ１２，１４，１６のゲートには、第２の電源電圧Ｖggが端子３を介して供給される。この第２の電源電圧Ｖggとしては、例えば３Ｖから５Ｖ程度の比較的低い電圧であり、フローティングディフュージョン部１ａから入力した信号をロードするのに必要な一定の電流値の電流源電圧である。

そして、第１段目のソースフォロワ回路を構成するドライブＭＯＳトランジスタ１１のソースとロードＭＯＳトランジスタ１２のドレインとの接続点に得られる信号を、第２段目のソースフォロワ回路を構成するドライブＭＯＳトランジスタ１３のゲートに供給する。同様に、第２段目のソースフォロワ回路を構成するドライブＭＯＳトランジスタ１３のソースとロードＭＯＳトランジスタ１４のドレインとの接続点に得られる信号を、第３段目のソースフォロワ回路を構成するドライブＭＯＳトランジスタ１５のゲートに供給する。さらに、第３段目のソースフォロワ回路を構成するドライブＭＯＳトランジスタ１５のソースとロードＭＯＳトランジスタ１６のドレインとの接続点に得られる信号を、出力バッファの出力端子４に供給する。

このように構成した出力バッファを備えることで、ＣＣＤイメージセンサ１のフローティングディフュージョン部１ａに得られる信号の電流を増幅して適正に取り出すことができる。特許文献１には、ＣＣＤイメージセンサ１のフローティングディフュージョン部に得られる信号を、ソースフォロワ回路よりなる出力バッファで取り出す構成の一例についての開示がある。
特開２００４−２７３７９２号公報

ところが、図４に示した構成の出力バッファでは、ＣＣＤイメージセンサ１のフローティングディフュージョン部１ａから供給される信号が１０Ｖ程度の高い電圧であるために、各ドライブＭＯＳトランジスタのドレインに供給する電圧Ｖdd１として、例えば１２Ｖから１５Ｖ程度の比較的高い電圧が必要であり、出力バッファの消費電力が大きいという問題があった。即ち、ＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像装置を使用する電子機器は、低消費電力化が求められており、特に、バッテリ駆動される携帯機器において、図４に示した出力バッファのように１２Ｖ以上の高い電圧を供給する必要のある素子が多数必要であることは好ましくなく、機器の低消費電力化を図る上で大きな障害になっていた。

出力バッファの低消費電力化を図るためには、大きく分けて、電源電圧を下げる方法と電流を下げる方法の２つが考えられる。ここで、従来から提案されているこれらの出力バッファの低消費電力化を図る構成について説明すると、図５は、ドライブＭＯＳトランジスタのドレインに供給する電圧Ｖddを低電圧化した構成の例である。

図５の構成について説明すると、この例でも３段のソースフォロワ回路で構成された出力アンプとしてあり、ＣＣＤイメージセンサ１のフローティングディフュージョン部１ａに得られる電位を、多段ソースフォロワ回路で構成された出力アンプで増幅する構成としてある。フローティングディフュージョン部１ａに得られる電位を、第１段目のソースフォロワ回路で増幅するまでの構成については、図４の例と同じである。

即ち、第１段目のソースフォロワ回路を構成するドライブＭＯＳトランジスタ１１のドレインに、端子２を介して第１の電源電圧Ｖdd１を供給し、ドライブＭＯＳトランジスタ１１のソースとロードＭＯＳトランジスタ１２のドレインとを接続し、ロードＭＯＳトランジスタ１２のゲートに、端子３を介して第２の電源電圧Ｖggを供給する。第１の電源電圧Ｖdd１については、例えば１２Ｖから１５Ｖ程度の比較的高い電圧を必要とする。第２の電源電圧Ｖggについては、例えば３Ｖから５Ｖ程度の比較的低い電圧でよい。

そして、第１段目のソースフォロワ回路の、ドライブＭＯＳトランジスタ１１のソースとロードＭＯＳトランジスタ１２のドレインとの接続点に得られる信号を、第２段目のソースフォロワ回路を構成する、ドライブＭＯＳトランジスタ１７のゲートに供給する。この第２段目のソースフォロワ回路のドライブＭＯＳトランジスタ１７は、酸化膜の厚さを厚くした高耐圧トランジスタとして構成してあり、例えばゲート・ソース間で約６Ｖ程度の比較的高い電圧差を持たせる。このトランジスタ１７のドレインには、端子５を介して第３の電源電圧Ｖdd２を供給する。第３の電源電圧Ｖdd２としては、例えば５Ｖ程度の電圧でよい。

第２段目のソースフォロワ回路としては、ドライブＭＯＳトランジスタ１７のソースを、ロードＭＯＳトランジスタ１４のドレインに接続し、ロードＭＯＳトランジスタ１４のゲートに、端子３を介して３Ｖ〜５Ｖ程度の第２の電源電圧Ｖggを供給する。

そして、第２段目のソースフォロワ回路の、ドライブＭＯＳトランジスタ１７のソースとロードＭＯＳトランジスタ１４のドレインとの接続点に得られる信号を、第３段目のソースフォロワ回路を構成する、ドライブＭＯＳトランジスタ１８のゲートに供給する。このトランジスタ１８のドレインには、端子５を介して第３の電源電圧Ｖdd２を供給する。トランジスタ１８のソースは、ロードＭＯＳトランジスタ１６のドレインに接続し、ロードＭＯＳトランジスタ１６のゲートに、端子３を介して３Ｖ〜５Ｖ程度の第２の電源電圧Ｖggを供給する。

そして、第３段目のソースフォロワ回路の、ドライブＭＯＳトランジスタ１８のソースとロードＭＯＳトランジスタ１６のドレインとの接続点に得られる信号を、出力バッファの出力端子４に供給する。

この図５に示す構成の場合には、第２段目のソースフォロワ回路を構成する、ドライブＭＯＳトランジスタ１７として、ゲート酸化膜の厚さを厚くした高耐圧トランジスタとして構成してあり、例えばゲート・ソース間で約６Ｖ程度の比較的高い電圧差を持たせる構成としたことで、第２段目及び第３段目のソースフォロワ回路のドライブＭＯＳトランジスタ１７及び１８のドレインには、その電圧差に対応して低い５Ｖ程度の電源電圧Ｖdd２を供給すればよい。従って、ドレイン電圧として高い電圧が必要なのは、第１段目のソースフォロワ回路のドライブＭＯＳトランジスタ１１だけでよく、それだけ低消費電力化が図れる。

ところが、図５に示す構成の場合には、第２段目のソースフォロワ回路を構成する、ドライブＭＯＳトランジスタ１７として、ゲート酸化膜の厚さを厚くした高耐圧トランジスタが必要であり、出力バッファを構成する回路の製造コストが上昇する問題があった。

図６は、電流を下げる方法により低消費電力化を図る回路構成の例である。この例では、出力段としてプッシュプル回路で構成して、低電流化を図った例である。

図６の構成について説明すると、この例では、ＣＣＤイメージセンサ１のフローティングディフュージョン部１ａに得られる電位を、第１段目のソースフォロワ回路と第２段目のソースフォロワ回路で増幅するまでの構成については、図４の例と同じである。

即ち、第１段目のソースフォロワ回路を構成するドライブＭＯＳトランジスタ１１のドレインに、端子２を介して第１の電源電圧Ｖdd１を供給し、ドライブＭＯＳトランジスタ１１のソースとロードＭＯＳトランジスタ１２のドレインとを接続し、ロードＭＯＳトランジスタ１２のゲートに、端子３を介して第２の電源電圧Ｖggを供給する。第１の電源電圧Ｖdd１については、例えば１２Ｖから１５Ｖ程度の比較的高い電圧を必要とする。第２の電源電圧Ｖggについては、例えば３Ｖから５Ｖ程度の比較的低い電圧でよい。

そして、第１段目のソースフォロワ回路の、ドライブＭＯＳトランジスタ１１のソースとロードＭＯＳトランジスタ１２のドレインとの接続点に得られる信号を、第２段目のソースフォロワ回路を構成する、ドライブＭＯＳトランジスタ１３のゲートに供給する。このトランジスタ１３のドレインには、端子２を介して第１の電源電圧Ｖdd１を供給する。

第２段目のソースフォロワ回路としては、ドライブＭＯＳトランジスタ１３のソースを、ロードＭＯＳトランジスタ１４のドレインに接続し、ロードＭＯＳトランジスタ１４のゲートに、端子３を介して第２の電源電圧Ｖggを供給する。

そして、第２段目のソースフォロワ回路の、ドライブＭＯＳトランジスタ１３のソースとロードＭＯＳトランジスタ１４のドレインとの接続点に得られる信号を、プッシュプル回路を構成する２個のＭＯＳトランジスタ１９，２０のゲートに供給する。この２個のＭＯＳトランジスタ１９，２０は、一方のトランジスタ１９がＮチャンネル型のＭＯＳトランジスタであり、他方のトランジスタ２０がＰチャンネル型のＭＯＳトランジスタである。

Ｎチャンネル型の一方のＭＯＳトランジスタ１９のドレインには、端子２を介して第１の電源電圧Ｖdd１を供給し、Ｐチャンネル型の他方のＭＯＳトランジスタ２０のドレインは、抵抗器Ｒ１を介して接地する。そして、両トランジスタ１９，２０のソースを接続し、その接続点に得られる信号を、出力バッファの出力端子４に供給する。

この図６に示す構成の場合には、出力段をプッシュプル回路で構成してあるので、効率のよい出力処理が行われ、トランジスタを流れる電流を減らすことができ、それだけ低消費電力化が図れる。ところが、図６に示す構成の場合には、プッシュプル回路内の１つのトランジスタ２０がＰチャンネル型のＭＯＳトランジスタであり、他のトランジスタが全てＮチャンネル型のトランジスタで構成された中に、１個だけＰチャンネル型のＭＯＳトランジスタを構成させると、それだけ回路の製造工程が増え、製造コストが上昇してしまう問題がある。

ここで、この種のバッファ回路が備えるソースフォロワ回路を設計する際に検討が必要な一般的な事項について説明する。図７は、一般的なソースフォロワ回路の構成を示した図で、ドライブＭＯＳトランジスタＱ１とロードＭＯＳトランジスタＱ２とで構成されて、ドライブＭＯＳトランジスタＱ１のゲートが接続された端子２１に得られる信号を増幅して、両トランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に得られる信号を、次段の回路と接続された端子２３に供給する。図４などで説明したように、ドライブＭＯＳトランジスタＱ１のドレインには、比較的高い電圧が供給され、ロードＭＯＳトランジスタＱ２のゲートには、端子２２を介して所定の電圧が供給される。

この図７に示すようなソースフォロワ回路において、ドライブＭＯＳトランジスタＱ１のソースには、配線や次段ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜容量、ロードＭＯＳトランジスタのドレイン容量といった寄生容量Ｃ１が負荷容量として存在する。そして、ソースフォロワ回路では、駆動タイミング内にこの負荷容量に十分電荷を充放電し、ソース電位を変動するだけの電流（ＳｌｅｗＲａｔｅ）が必要となる。ＣＣＤイメージセンサにおけるソースフォロワ回路の入力電位（ドライブＭＯＳトランジスタのゲート電位）の変動量は、フローティングディフュージョン部での電位変動量とほぼ等しい。その為、ソースフォロワ回路で必要となる電流値は、フローティングディフュージョン部での電位変動量の最大値（即ちセンサ部から転送される最大電荷に対応した電位変動量）に対してマージンを持った設計となっている。

しかし、カメラでの撮像は、その様なセンサ部に最大電荷を蓄えた状態（即ちもっとも明るい状態）は通常の撮影条件では少ない為、ソースフォロワ回路の電流値としては、オーバースペックになっていて、それだけ無駄な電流消費があることになる。低消費電力化を実現できる事がわかる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、撮像信号の出力バッファ内の回路の電流値を適正に制御して、低消費電力化を図ることを目的とする。

本発明は、撮像された信号電圧を出力バッファで増幅する場合に、その信号電圧の大小に相関関係がある電圧を、出力バッファ内の電流源電圧として供給し、その電流源電圧により増幅された信号を取り出す構成としたことを特徴とする。

このようにしたことで、撮像されて出力される信号電圧に応じて、出力バッファ内の素子を流れる電流量が変化するので、それだけ低消費電力化を実現できる。この場合、撮像された信号電圧と電流源電圧とは相関関係があるので、入力した信号電圧を取り出すのに十分な電流が確保できる。

本発明によると、撮像されて出力される信号電圧に応じて、出力バッファ内の素子を流れる電流量が変化するので、それだけ低消費電力化を実現でき、固体撮像装置を低消費電力化することができる。

この場合、出力バッファは、ソースフォロワ回路を用いて増幅することで、ソースフォロワ回路内の素子を流れる電流量を効果的に低減させることができる。

また、信号電圧の大小に相関関係がある電圧は、信号電圧の電位を反転する反転アンプを用いて生成したことで、簡単な構成で信号電圧の大小に相関関係がある電圧を生成させることができる。

さらに、この反転アンプを使用する場合に、反転アンプの入力端を、出力バッファを構成するソースフォロワ回路のドライブＭＯＳトランジスタに接続し、反転アンプの出力端を、出力バッファを構成するソースフォロワ回路のロードＭＯＳトランジスタのゲートに接続したことで、ソースフォロワ回路の駆動が低消費電力で良好に行える構成が得られる。

さらにまた、反転アンプを使用する場合に、複数段接続されたソースフォロワ回路の内の、１段目のソースフォロワ回路のロードＭＯＳトランジスタのゲートには、一定の電圧を供給し、１段目以外のソースフォロワ回路のロードＭＯＳトランジスタのゲートに、反転アンプの出力を供給することで、安定して固体撮像装置の撮像信号を取り出すことができる。

以下、本発明の第１の実施の形態を、図１及び図２を参照して説明する。この図１及び図２において、背景技術として説明した図４〜図７に対応する部分には同一符号を付す。

本例においては、ＣＣＤイメージセンサで構成される固体撮像装置に適用したものである。まず、ＣＣＤイメージセンサの基本的な構成について説明すると、ＣＣＤイメージセンサは、二次元状に配列された光電変換部を備え、それぞれの光電変換部に入射した光量に応じた電荷が、各光電変換部に隣接した電荷蓄積部で蓄積される。

この電荷蓄積部に蓄積された信号電荷は、水平及び垂直のレジスタ部で転送して、その転送された信号電荷を信号電圧に変換する処理が変換部で行われる。その変換された信号電圧を取り出す構成の１つとして、フローティングディフュージョン部を設けるものがある。本例においては、そのフローティングディフュージョン部に得られる信号電圧を出力回路（出力バッファ）に供給する構成としてある。

図１は、本例の出力回路の一部を構成する出力バッファ（出力アンプ）を示した図である。以下、図１に示した構成について説明すると、ここでは、ＣＣＤイメージセンサ１のフローティングディフュージョン部１ａに得られる電位を、多段ソースフォロワ回路で構成された出力アンプで増幅する構成としてある。

具体的には、図１に示すように、３段のソースフォロワ回路で構成してあり、それぞれのソースフォロワ回路は、ドライブＭＯＳトランジスタとロードＭＯＳトランジスタとで構成される。即ち、第１段目のソースフォロワ回路は、ドライブＭＯＳトランジスタ１１とロードＭＯＳトランジスタ１２とで構成され、第１段目のソースフォロワ回路で増幅された信号を更に増幅する第２段目のソースフォロワ回路は、ドライブＭＯＳトランジスタ１３とロードＭＯＳトランジスタ１４とで構成され、第２段目のソースフォロワ回路で増幅された信号を更に増幅する第３段目のソースフォロワ回路は、ドライブＭＯＳトランジスタ１５とロードＭＯＳトランジスタ１６とで構成される。各ＭＯＳトランジスタ１１〜１６は、ここではＮチャンネル型ＭＯＳトランジスタを使用してある。

ＣＣＤイメージセンサ１のフローティングディフュージョン部１ａに得られる電位は、第１段目のソースフォロワ回路を構成するドライブＭＯＳトランジスタ１１のゲートに供給される。

各段のドライブＭＯＳトランジスタ１１，１３，１５のドレインには、第１の電源電圧Ｖdd１が端子２を介して供給される。この第１の電源電圧Ｖdd１としては、ＣＣＤイメージセンサの特性上、フローティングディフュージョン部１ａに得られる電位が１０Ｖ程度と高いために、比較的高い電圧（例えば１２Ｖから１５Ｖ程度）を必要とする。

各段のドライブＭＯＳトランジスタ１１，１３，１５のソースは、各段のロードＭＯＳトランジスタ１２，１４，１６のドレインに接続してあり、各段のロードＭＯＳトランジスタ１２，１４，１６のソースが接地してある。ここまでの構成については、背景技術として図４に示した構成と同じである。

そして本例においては、各段のロードＭＯＳトランジスタ１２，１４，１６のゲートに供給されるゲート電圧を生成させるために、反転アンプ３１を用意してある。即ち、ＣＣＤイメージセンサ１のフローティングディフュージョン部１ａに得られる電位を、反転アンプ３１に供給して、その電位の極性を反転させる。この反転アンプ３１で極性が反転した信号を、各段のロードＭＯＳトランジスタ１２，１４，１６のゲートに供給する電流源電圧Ｖggとする。

そして、第１段目のソースフォロワ回路を構成するドライブＭＯＳトランジスタ１１のソースとロードＭＯＳトランジスタ１２のドレインとの接続点に得られる信号を、第２段目のソースフォロワ回路を構成するドライブＭＯＳトランジスタ１３のゲートに供給する。同様に、第２段目のソースフォロワ回路を構成するドライブＭＯＳトランジスタ１３のソースとロードＭＯＳトランジスタ１４のドレインとの接続点に得られる信号を、第３段目のソースフォロワ回路を構成するドライブＭＯＳトランジスタ１５のゲートに供給する。さらに、第３段目のソースフォロワ回路を構成するドライブＭＯＳトランジスタ１５のソースとロードＭＯＳトランジスタ１６のドレインとの接続点に得られる信号を、出力バッファの出力端子４に供給する。

次に、この図１に示す回路で、フローティングディフュージョン部１ａから出力される信号の処理状態について説明すると、フローティングディフュージョン部１ａからドライブＭＯＳトランジスタ１１のゲートに供給される信号電位と、反転アンプ３１で反転させた信号電位は、例えば図２に示す状態となる。

図２（ａ）は、ＣＣＤイメージセンサ１のフローティングディフュージョン部１ａに得られる電位Ｖａ（図１参照）の変化状態の例である。ＣＣＤイメージセンサ１のフローティングディフュージョン部１ａに得られる信号は、そのときに読み出される画素に蓄積した信号電荷に対応して、電位が変動する信号であり、図２（ａ）に示すように、各画素の信号が読み出される信号期間と、リセット期間とが交互に存在する。リセット期間には一定の電位となり、信号期間の電位が、そのときに読み出される画素に蓄積した電荷量に対応して変化し、ここでは電荷量が多いほど（即ち受光光量が多いほど）、電位が低くなる。

このように変化する電位Ｖａを反転アンプ３１に供給することで、図２（ｂ）に示すような信号状態の出力電圧Ｖｂ（図１参照）が得られる。即ち、リセット期間には低い一定の電位となり、信号期間の電位が、そのリセット期間の電位よりも高い、画素に蓄積した信号電荷に対応して上昇する電位となる。この出力電圧Ｖｂが、各ロードＭＯＳトランジスタ１２，１４，１６のゲートに供給する電流源電圧Ｖggとなる。

ここで、撮像装置の出力バッファでは、フローティングディフュージョン部１ａに得られる電位の内の、信号期間に得られる電位を増幅すればよく、図２から判るように、信号期間では、その信号期間の信号を増幅処理するのに十分な電位となっており、ソースフォロワ回路を流れる電流が確保される。即ち、フローティングディフュージョン部１ａの電位変動量が大きいほど、ソースフォロワ回路を流れる電流が大きくなる。

従って、図１に示した本例の回路によると、ＣＣＤイメージセンサ１のフローティングディフュージョン部１ａに得られる電位を良好に出力処理できることになる。この場合、本例においてはソースフォロワ回路を流れる電流が、信号電圧の大小と相関をもって変化するので、従来のようにロードＭＯＳトランジスタのゲート電圧Ｖggが一定の回路に比べて、低消費電力化を図ることができる。また、ＣＣＤイメージセンサ１の出力のリセット期間に流す電流を減らすことができ、この点からも低消費電力化を図ることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態を、図３を参照して説明する。この図３において、背景技術として説明した図４〜図７、及び第１の実施の形態で説明した図１及び図２に対応する部分には同一符号を付す。

本例においても、第１の実施の形態と同様に、ＣＣＤイメージセンサで構成される固体撮像装置に適用したものである。ＣＣＤイメージセンサの構成の説明は省略する。

図３は、本例の出力回路の一部を構成する出力バッファ（出力アンプ）を示した図である。以下、図３に示した構成について説明すると、ここでは、ＣＣＤイメージセンサ１のフローティングディフュージョン部１ａに得られる電位を、３段のソースフォロワ回路で構成された出力アンプで増幅する構成としてある。

それぞれのソースフォロワ回路は、ドライブＭＯＳトランジスタとロードＭＯＳトランジスタとで構成される。即ち、第１段目のソースフォロワ回路は、ドライブＭＯＳトランジスタ１１とロードＭＯＳトランジスタ１２とで構成され、第１段目のソースフォロワ回路で増幅された信号を更に増幅する第２段目のソースフォロワ回路は、ドライブＭＯＳトランジスタ１３とロードＭＯＳトランジスタ１４とで構成され、第２段目のソースフォロワ回路で増幅された信号を更に増幅する第３段目のソースフォロワ回路は、ドライブＭＯＳトランジスタ１５とロードＭＯＳトランジスタ１６とで構成される。各ＭＯＳトランジスタ１１〜１６は、ここではＮチャンネル型ＭＯＳトランジスタを使用してある。

ＣＣＤイメージセンサ１のフローティングディフュージョン部１ａに得られる電位は、第１段目のソースフォロワ回路を構成するドライブＭＯＳトランジスタ１１のゲートに供給される。

各段のドライブＭＯＳトランジスタ１１，１３，１５と、ロードＭＯＳトランジスタ１２，１４，１６の接続構成については、ロードＭＯＳトランジスタ１２，１４，１６のゲート電圧が供給される構成以外は、図１に示した第１の実施の形態の構成と同じあり、第３段目のソースフォロワ回路を構成するドライブＭＯＳトランジスタ１５のソースとロードＭＯＳトランジスタ１６のドレインとの接続点に得られる信号を、出力バッファの出力端子４に供給する構成としてある点も同じである。

そして本例においては、第１段目のソースフォロワ回路のロードＭＯＳトランジスタ１２のゲートには、端子３に得られる電源電圧Ｖggを供給する。この電源電圧Ｖggとしては、例えば３Ｖ程度の比較的低圧の電源でよい。

そして、第２段目及び第３段目のソースフォロワ回路のロードＭＯＳトランジスタ１４及び１６のゲートには、反転アンプ３２の出力を供給する。この反転アンプ３２は、第１段目のソースフォロワ回路のドライブＭＯＳトランジスタ１１のソースに得られる信号の極性を反転する構成としてある。

このように構成したことで、３段のソースフォロワ回路で構成された出力アンプの内の、第１段目のソースフォロワ回路については、端子３に得られる一定電圧のゲート電圧Ｖggで設定される電流で増幅され、第２段目及び第３段目のソースフォロワ回路については、第１段目のソースフォロワ回路の出力を反転した信号で設定される電流で増幅される。

このように構成したことで、上述した第１の実施の形態と同様に、出力バッファ内での増幅が、ＣＣＤイメージセンサ１のフローティングディフュージョン部１ａに得られる電位に対応して変化する電圧を使用して行われ、低消費電力化が図れる。

この場合、図３に示した本例の構成の場合には、第１段目のソースフォロワ回路については、用意された定電圧源からの一定電圧を、端子３を介して供給する構成としたので、低消費電力化という観点からは、第１の実施の形態の構成より若干劣る。しかしながら、本実施の形態の場合には、フローティングディフュージョン部１ａと反転アンプとが直接的には接続されていないので、フローティングディフュージョン部１ａに余計な容量が付加されることがなく、フローティングディフュージョン部に得られる信号を取り出す変換効率を低下させる悪影響を回避でき、良好な出力が得られる効果を有する。

なお、ここまで説明した各実施の形態では、３段にソースフォロワ回路が接続された出力バッファとして説明したが、３段以外の段数でソースフォロワ回路が接続された構成に適用してもよい。

また、ソースフォロワ回路以外の回路を使用した出力回路において、その回路内で必要とする電圧を、撮像信号としてのイメージャの出力電圧より生成させた電圧（即ちイメージャの出力電圧の大小に相関関係がある電圧）を、出力回路の電流源電圧として供給する構成としてもよい。

イメージャの出力電圧の大小に相関関係がある電圧を得る構成についても、上述した各実施の形態では、反転アンプを信号したが、その他の回路構成で、イメージャの出力電圧の大小に相関関係がある電圧を得て、ソースフォロワ回路内のトランジスタなどの素子に供給する構成としてもよい。

また、上述した各実施の形態では、固体撮像装置を構成するＣＣＤイメージセンサの具体的な詳細構成については特に説明しなかったが、撮像された信号が電圧として出力される各種構成の固体撮像装置に適用可能である。同様の出力回路を必要とする場合には、ＣＣＤイメージセンサ以外の固体撮像装置に適用してもよい。

本発明の第１の実施の形態による構成例を示す回路図である。 本発明の第１の実施の形態による波形例を示す波形図である。 本発明の第２の実施の形態による構成例を示す回路図である。 従来の多段ソースフォロワ回路の例を示した回路図である。 従来のレベルシフト段を設けた多段ソースフォロワ回路の例を示した回路図である。 従来のプッシュプル回路を使用した出力バッファの例を示した回路図である。 ソースフォロワ回路を説明するための回路図である。

符号の説明

１…ＣＣＤイメージセンサ、１ａ…フローティングディフュージョン部、２，３…電源入力端子、４…出力端子、１１，１３，１５…ドライブＭＯＳトランジスタ、１２，１４，１６…ロードＭＯＳトランジスタ、３１，３２…反転アンプ

Claims (5)

1. 二次元状に配列された光電変換部及び電荷蓄積部と、
   前記電荷蓄積部に蓄積された信号電荷を転送するレジスタ部と、
   前記レジスタ部で転送された信号電荷を信号電圧に変換する変換部と、
   前記変換部で変換された信号電圧を増幅する出力バッファを備えた固体撮像装置において、
   前記信号電圧の大小に相関関係がある電圧を、前記出力バッファの電流源電圧として供給し、
   前記電流源電圧により増幅された信号を取り出す構成と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、
   前記出力バッファは、ソースフォロワ回路を用いて増幅することを特徴とする
   固体撮像装置。
3. 請求項１記載の固体撮像装置において、
   前記信号電圧の大小に相関関係がある電圧は、前記信号電圧の電位を反転する反転アンプを用いて生成したことを特徴とする
   固体撮像装置。
4. 請求項３記載の固体撮像装置において、
   前記反転アンプの入力端を、前記出力バッファを構成するソースフォロワ回路のドライブＭＯＳトランジスタに接続し、
   前記反転アンプの出力端を、前記出力バッファを構成するソースフォロワ回路のロードＭＯＳトランジスタのゲートに接続したことを特徴とする
   固体撮像装置。
5. 請求項４記載の固体撮像装置において、
   複数段接続されたソースフォロワ回路の内の、１段目のソースフォロワ回路のロードＭＯＳトランジスタのゲートには、一定の電圧を供給し、
   １段目以外のソースフォロワ回路のロードＭＯＳトランジスタのゲートには、前記反転アンプの出力を供給することを特徴とする
   固体撮像装置。

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