JP2006238284A - 固体撮像装置およびそれを用いたカメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】水平信号線に供給されるバイアス電圧における電源電圧の影響を無くし、低雑音の固体撮像装置を提供する。
【解決手段】水平信号線９に、水平信号線リセットトランジスタ１０を介してバイアス電圧を供給するバイアス電圧発生回路１１を、ドレインに電源電圧１３が接続され、ゲートが接地されたデプレッション型トランジスタ１５と、ドレインにデプレッション型トランジスタ１５のソースが接続され、ゲートおよびソースが接地されたデプレッション型トランジスタ１６とで構成し、デプレッション型トランジスタ１５のソース電圧をバイアス電圧とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、主にＭＯＳ型固体撮像装置に関し、電源からのノイズを低減する技術に関する。

図５は、従来のＭＯＳ型撮像装置の構成を示す一例である（特許文献１，２参照）。

この固体撮像装置は、フォトダイオード１と、前記フォトダイオードに蓄積された電荷を転送する転送ゲート２と、リセットするリセットゲート４と、増幅トランジスタ５と、選択トランジスタ３を有する単位画素が二次元状に配列され、列方向に画素を選択する垂直シフトレジスタ７と、水平方向の信号を読み出す水平選択トランジスタ６と、水平選択トランジスタ６に選択パルスを供給する水平シフトレジスタ８と、水平選択トランジスタ６からの信号を受け取る水平信号線９と、水平信号線９をリセットする水平信号線リセットトランジスタ１０と、水平信号線リセットトランジスタ１０により水平信号線９の電圧を決めるバイアス電圧発生回路１１と、を備えている。雑音抑圧回路１２は、増幅トランジスタ５が発生する雑音を抑圧する機能を持っている。

図６に従来のバイアス電圧発生回路１１の一例を示す。図６（ａ）は抵抗分割により構成したものである。図６（ａ）はＭＯＳトランジスタを用いたものである。どちらも電源電圧１３とグランド（０Ｖ）の間を分割して中間電圧を発生させ、出力電圧１４としている。
特開平１０−９３０６６号公報 特開平９−２４７５３８号公報

従来、これらの固体撮像装置は、家庭用ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等に応用してきた。

しかし、近年、携帯電話等に応用されるため小型化が進み、その結果、固体撮像装置に印加される電圧に雑音が多く重畳される場合が増えてきた。図３からわかるように信号を出力する水平信号線９には、水平信号線リセットトランジスタ１０を介しバイアス電圧発生回路１１の出力電圧が直接出力される。

図６に示すように、バイアス電圧発生回路１１の出力電圧１４は、電源電圧１３が分割されて発生しているので、電源電圧１３に雑音が重畳すると、その雑音が水平信号線９に直接現われ、固体撮像装置の雑音となり、感度低下、Ｓ／Ｎ低下等の弊害をもたらす。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、水平信号線に電源電圧の雑音が重畳しないバイアス電圧発生回路を提案し、電源雑音に強い固体撮像装置を提供するものである。

前記課題を解決するために、本発明の固体撮像装置は、半導体基板上に、少なくとも入射光を電荷に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段の信号電荷を増幅する増幅手段と、を有する単位画素を行列状に配列した感光領域と、前記感光領域の列選択を行う列選択手段と、前記列選択手段により選択された前記単位画素からの出力を行選択する行選択手段と、前記行選択手段からの出力を受ける水平選択スイッチと、前記水平選択スイッチからの出力を受ける水平信号線と、前記水平信号線をリセットする水平信号線リセット手段と、前記水平信号線リセット手段に入力されリセットされる前記水平信号線のバイアス電圧を決める水平信号線バイアス手段と、を備え、前記水平信号線バイアス手段は、ドレインが電源電圧に、ゲート電極が接地されたデプレッション型トランジスタのソースに一端が接地された抵抗手段が接続された構成であり、前記デプレッション型トランジスタのソース電圧を前記バイアス電圧とすることを特徴とする。

前記抵抗手段が、ゲート電極が接地された別のデプレッション型トランジスタであることが好ましい。

前記抵抗手段が、ゲート電極がドレインと接続されたエンハンスメント型トランジスタであってもよい。

本発明のカメラシステムは、上記本発明の固体撮像装置を備えることを特徴とする。

前記カメラシステムが、携帯機器であることが好ましい。

本発明のバイアス回路を用いると、電源電圧に無関係なバイアス電圧を作ることができ、この電圧を水平信号線９に水平信号線リセットトランジスタ１０を介し印加することにより、低雑音の固体撮像素子を実現できる。特に、雑音の多い電源電圧をもったカメラシステムにおいても、高感度でかつＳ／Ｎ比の高いシステムが実現できる。

本発明の実施形態におけるバイアス電圧発生回路の構成を図１に示す。

第１のデプレッション型トランジスタ（Ｍ１）１５はゲートが接地されており、そのチャネル電位は電源電圧１３より小さい値に設定する。チャネル電位とグランド電位（０Ｖ）の間をゲートが接地された第２のデプレッション型トランジスタ（Ｍ２）１６のチャネル抵抗と第１のデプレッション型トランジスタ（Ｍ１）１５のチャネル抵抗で分圧しバイアス電圧を作り、出力電圧１４とする。

この原理を電位図で説明する。図２はＭ１とＭ２の直列回路の電位図である。下方が＋方向の電位である。図中斜線部は電子を現しており、接地（０Ｖ）レベルからＭ２→Ｍ１と通り、電源電圧１３に流れ込んでいる。なお、電子は負の電荷をもっているので、０Ｖから電源電圧１３に流れ込む。

ゲートが接地されたＭ１のチャネル電位は電源電圧より低く設定しており、このチャネル電位と０Ｖの間をＭ１のチャネル抵抗とＭ２のチャネルで分圧する。この場合はＭ１、Ｍ２とも五極管領域で動作している場合である。Ｍ２のチャネル電位が小さいのでバイアス電圧となる出力電圧１４はＭ２のチャネル電位より高い。

バイアス電圧発生回路を上記の構成とすれば、ゲートが接地されたデプレッション型トランジスタを直列接続して用いるため、高い方のチャネル電位をそれらのチャネル抵抗で分割でき、電源電圧と無関係なバイアス電圧を発生させることができる。

Ｍ１とＭ２の別の電位図を図３に示す。図２はＭ２のチャネル電位をＭ１のチャネル電位よりも低く設定した場合に対応するが、図３は、Ｍ１とＭ２とが、同じ種類のトランジスタである場合に対応し、Ｍ１とＭ２のチャネル電位が同じである。

図２に示したのと動作上、異なる点は、出力のバイアス電圧すなわちＭ２のドレイン電圧がＭ２のチャネル電位より低いためＭ２が三極管領域で動作している点である。

しかし、効果としては図２に示した場合と同じである。

以上のように、本実施形態におけるバイアス電圧発生回路によれば、バイアス電圧は電源電圧とは無関係なので、電源電圧の雑音の影響を受けない。

また、Ｍ１のチャネル電位として、必要なバイアス電圧の約２倍のチャネル電位を用いると、分圧する上下のトランジスタの抵抗がほぼ等しくなり、電流が一定の場合に最も低インピーダンスのバイアス回路が作れる。

また、本実施の形態における回路構成の基本的な考え方は、ゲートを接地したデプレッショントランジスタのチャネル電位と０Ｖの間を、そのデプレッショントランジスタの抵抗と他の抵抗とで分割して、電源電圧と無関係な電圧を発生させることにあるので、例えば、図４に示すような構成を用いてもよい。図４（ａ）は他の抵抗（Ｍ２にあたる）としてゲートとドレインを結線したエンハンスメントトランジスタ１７を用いた例であり、図４（ｂ）は抵抗素子１８を用いた例である。

また、本実施の形態に示したバイアス電圧発生回路を、図１に示した固体撮像装置におけるバイアス電圧発生回路１１として用いることにより、ノイズが低減でき、高感度の固体撮像装置を実現できる。

また、この固体撮像装置を、携帯電話に代表される携帯機器等の雑音の多い電源電圧をもったカメラシステムに適用すれば、高感度で、かつＳ／Ｎ比の高いシステムが実現できる。

本発明における固体撮像装置によれば、電源電圧の変動に影響を受けない低雑音の固体撮像装置を実現でき、雑音の多い電源電圧をもったカメラシステムにおいて、高感度で、かつＳ／Ｎ比の高いシステムが実現できる点で有用である。

本発明の実施形態におけるバイアス電圧発生回路の構成を示す図 本発明の実施形態におけるバイアス電圧発生回路の電位図 本発明の実施形態におけるバイアス電圧発生回路の電位図 本発明の実施形態におけるバイアス電圧発生回路の別の構成を示す図 従来のＭＯＳ型撮像装置の構成の一例を示す図 従来のバイアス電圧発生回路の構成を示す図

符号の説明

１ フォトダイオード
２ 転送ゲート
３ 選択トランジスタ
４ リセットゲート
５ 増幅トランジスタ
６ 水平選択トランジスタ
７ 垂直シフトレジスタ
８ 水平シフトレジスタ
９ 水平信号線
１０ 水平信号線リセットトランジスタ
１１ バイアス電圧発生回路
１２ 雑音抑圧回路
１３ 電源電圧
１４ バイアス発生回路の出力電圧
１５ 第１のデプレッション型トランジスタ
１６ 第２のデプレッション型トランジスタ
１７ ゲートとドレインを結線したエンハンスメント型トランジスタ
１８ 抵抗素子

Claims (5)

1. 半導体基板上に、少なくとも入射光を電荷に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段の信号電荷を増幅する増幅手段と、を有する単位画素を行列状に配列した感光領域と、前記感光領域の列選択を行う列選択手段と、前記列選択手段により選択された前記単位画素からの出力を行選択する行選択手段と、前記行選択手段からの出力を受ける水平選択スイッチと、前記水平選択スイッチからの出力を受ける水平信号線と、前記水平信号線をリセットする水平信号線リセット手段と、前記水平信号線リセット手段に入力されリセットされる前記水平信号線のバイアス電圧を決める水平信号線バイアス手段と、を備え、
   前記水平信号線バイアス手段は、ドレインが電源電圧に、ゲート電極が接地されたデプレッション型トランジスタのソースに一端が接地された抵抗手段が接続された構成であり、
   前記デプレッション型トランジスタのソース電圧を前記バイアス電圧とすることを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記抵抗手段が、ゲート電極が接地された別のデプレッション型トランジスタであることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記抵抗手段が、ゲート電極がドレインと接続されたエンハンスメント型トランジスタであることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の固体撮像装置を備えることを特徴とするカメラシステム。
5. 前記カメラシステムが、携帯機器であることを特徴とする請求項４記載のカメラシステム。

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