JP2006311335A - Imaging apparatus - Google Patents

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Takashi Fujioka
崇志 藤岡
Atsushi Ueda
敦 植田
Ryohei Miyagawa
良平 宮川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging apparatus provided with an output amplifying part capable of adjusting an output DC level without using a reference voltage. <P>SOLUTION: A capacitive element C1 connects a signal output line 6 to the gate of a transistor Tr1. The transistor Tr1 inputs the voltage signal of each unit cell of an imaging part 1 to the gate via the capacitive element C1 and outputs an amplification signal from its source. A transistor Tr2 with a bias voltage Vbias applied to its gate operates as a load. A transistor Tr3 inputs a signal outputted from the source of the transistor Tr1 to its gate and outputs an inversely amplified signal VOUT from its drain. A transistor Tr4 operates as a depression type load. A transistor Tr5 connects the gate of the transistor Tr1 and the source of the transistor Tr4 by the drain and the source, respectively and performs a switching operation in response to a reset signal RESET applied to the gate. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光を入射して光電変換する単位セルを、半導体基板上に複数個配置してなる撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging device in which a plurality of unit cells that receive light and perform photoelectric conversion are arranged on a semiconductor substrate.

周知のように、家庭用ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ及び携帯電話用カメラ等の、撮像装置を用いた撮像機器が、急速に普及している。特に近年、撮像装置の高画素化及び高性能化への市場要望が高まっている。   As is well known, imaging devices using imaging devices such as home video cameras, digital still cameras, and mobile phone cameras are rapidly spreading. Particularly in recent years, there has been an increasing market demand for higher pixel and higher performance imaging devices.

これらの撮像機器に用いられる撮像装置として、増幅素子を単位セル毎に備えた増幅型のイメージセンサがある。この増幅型イメージセンサは、低消費電力や低ノイズ等の優れた特徴を有している。また、この増幅型イメージセンサは、更なるノイズ低減を図るために、単位セル毎以外にも別途増幅回路を備えているのが一般的である。   As an image pickup apparatus used for these image pickup devices, there is an amplification type image sensor provided with an amplification element for each unit cell. This amplification type image sensor has excellent features such as low power consumption and low noise. In addition, this amplification type image sensor generally includes a separate amplification circuit in addition to each unit cell in order to further reduce noise.

特許文献1には、増幅型MOS(Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサで用いられる増幅回路が開示されている。この増幅回路により、固定パターンノイズの低減や外部ノイズの影響を低減することが可能となる。   Patent Document 1 discloses an amplifier circuit used in an amplification MOS (Metal Oxide Semiconductor) image sensor. With this amplifier circuit, it is possible to reduce fixed pattern noise and the influence of external noise.

図1は、本発明及び従来に共通する一般的な撮像装置の構成を示す概略図である。図6は、図1中の出力増幅部70の回路構成例を示す図である。
増幅型MOSイメージセンサでは、一般的に図6に示す容量帰還型のオペアンプを用いた増幅回路が、出力増幅部70に用いられる。単位セルから出力された信号を出力増幅部70で増幅することで、外部ノイズの影響を低減することができる。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a general imaging apparatus common to the present invention and the related art. FIG. 6 is a diagram illustrating a circuit configuration example of the output amplifying unit 70 in FIG.
In the amplification type MOS image sensor, an amplification circuit using a capacitive feedback operational amplifier shown in FIG. By amplifying the signal output from the unit cell by the output amplifier 70, the influence of external noise can be reduced.

ただし、出力増幅部70は、消費電力低減のための電流調整や光信号に対する出力信号のリニアリティ最適化のために、出力DCレベルを調整する必要がある。図6に示す容量帰還型のオペアンプを用いた増幅回路において、出力DCレベルの調整は、リファレンス電圧VREFを変更することによって実現している。
また、特許文献1には、オペアンプを使用しない出力増幅部も記載されているが、このオペアンプを使用しない出力増幅部においても、リファレンス電圧VREFを用いて出力DCレベルの調整を行っている。
特開2004−312700号公報
However, the output amplifying unit 70 needs to adjust the output DC level in order to adjust the current for reducing power consumption and optimize the linearity of the output signal with respect to the optical signal. In the amplifier circuit using the capacitive feedback operational amplifier shown in FIG. 6, the adjustment of the output DC level is realized by changing the reference voltage VREF.
Patent Document 1 also describes an output amplifying unit that does not use an operational amplifier, but the output amplifying unit that does not use an operational amplifier also adjusts the output DC level using the reference voltage VREF.
Japanese Patent Laid-Open No. 2004-312700

しかしながら、上述したリファレンス電圧VREFを使用する出力増幅部70を増幅型イメージセンサに用いると、リファレンス電圧VREFの変動がノイズ源になってしまうという問題がある。すなわち、図7に示すように、リファレンス電圧VREFの変動分は、出力増幅部70でゲイン(増幅利得)倍されてノイズ成分となって出力端子に現れる。このため、そのノイズ成分が出力信号VOUTのオフセットとなり、画質が悪化するという問題が生じる。   However, when the output amplifying unit 70 using the reference voltage VREF described above is used for an amplification type image sensor, there is a problem that fluctuation of the reference voltage VREF becomes a noise source. That is, as shown in FIG. 7, the fluctuation amount of the reference voltage VREF is multiplied by a gain (amplification gain) by the output amplification unit 70 and appears as a noise component at the output terminal. For this reason, the noise component becomes an offset of the output signal VOUT, which causes a problem that the image quality deteriorates.

それ故に、本発明の目的は、リファレンス電圧を用いることなく、出力DCレベルを調節できる出力増幅部を備えた撮像装置を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide an image pickup apparatus including an output amplifying unit capable of adjusting an output DC level without using a reference voltage.

本発明は、入射光量に応じた電圧を生成する単位セルを備える撮像装置に向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明の撮像装置は、撮像部、負荷部、行選択/列選択部、信号処理部、及び出力増幅部を構成に含む。
撮像部は、単位セルが行列状に複数個配列されている。負荷部は、単位セルで生成された電圧を読み出すために、列単位で撮像部の単位セルに負荷をかける。行選択/列選択部は、所望の単位セルを選択する。信号処理部は、負荷部及び行選択/列選択部によって行単位で選択かつ読み出された各単位セルの電圧を、水平信号線に出力する。出力増幅部は、信号処理部から水平信号線に出力された各単位セルの電圧を増幅する。
The present invention is directed to an imaging apparatus including a unit cell that generates a voltage corresponding to an incident light amount. In order to achieve the above object, the imaging apparatus of the present invention includes an imaging unit, a load unit, a row selection / column selection unit, a signal processing unit, and an output amplification unit.
The imaging unit has a plurality of unit cells arranged in a matrix. The load unit applies a load to the unit cells of the imaging unit in units of columns in order to read the voltage generated in the unit cells. The row selection / column selection unit selects a desired unit cell. The signal processing unit outputs the voltage of each unit cell selected and read in units of rows by the load unit and the row selection / column selection unit to the horizontal signal line. The output amplification unit amplifies the voltage of each unit cell output from the signal processing unit to the horizontal signal line.

出力増幅部は、容量素子、ソースフォロワ回路、反転型増幅回路、及びスイッチング素子を備える。
容量素子は、水平信号線に接続される。ソースフォロワ回路は、容量素子を介して水平信号線に出力された各単位セルの電圧をゲートに入力する増幅用の第1のnMOSトランジスタと、バイアス電圧がゲートに印加され、かつ、ドレインが第1のnMOSトランジスタのソースと接続された負荷動作用の第2のnMOSトランジスタと、で構成される。反転型増幅回路は、ソースフォロワ回路からの出力をゲートに入力する増幅用のソース接地型第3のnMOSトランジスタと、ソースが第3のnMOSトランジスタのドレインと接続された負荷動作用のデプレッション型第4のnMOSトランジスタと、で構成される。及びスイッチング素子は、反転型増幅回路の出力端とソースフォロワ回路の入力端との間に挿入され、所定のスイッチ動作によって出力増幅部の入出力に初期電圧を与える。
The output amplification unit includes a capacitive element, a source follower circuit, an inverting amplification circuit, and a switching element.
The capacitive element is connected to the horizontal signal line. The source follower circuit includes a first nMOS transistor for amplification that inputs the voltage of each unit cell output to the horizontal signal line through the capacitive element to the gate, a bias voltage is applied to the gate, and the drain is the first And a second nMOS transistor for load operation connected to the source of one nMOS transistor. The inverting amplifier circuit has a third source nMOS transistor for amplification that inputs the output from the source follower circuit to the gate, and a depletion type second transistor for load operation in which the source is connected to the drain of the third nMOS transistor. 4 nMOS transistors. The switching element is inserted between the output terminal of the inverting amplifier circuit and the input terminal of the source follower circuit, and applies an initial voltage to the input / output of the output amplifier by a predetermined switch operation.

また、好ましくは、容量素子前段に第2のソースフォロワ回路を設けた出力増幅部であってもよい。この第2のソースフォロワ回路は、水平信号線に出力された各単位セルの電圧をゲートに入力する増幅用の第5のnMOSトランジスタと、バイアス電圧がゲートに印加され、かつ、ドレインが第5のnMOSトランジスタのソースと接続された負荷動作用の第6のnMOSトランジスタと、で構成される。   Preferably, the output amplifying unit may be provided with a second source follower circuit in the previous stage of the capacitive element. The second source follower circuit has a fifth nMOS transistor for amplification that inputs the voltage of each unit cell output to the horizontal signal line to the gate, a bias voltage is applied to the gate, and the drain is the fifth And a sixth nMOS transistor for load operation connected to the source of the nMOS transistor.

上記発明によれば、電位リセット用のトランジスタを用いて、入力端の電位及び出力端の電位を基準電位にリセットすることができる。また、出力増幅部を構成する各トランジスタのトランジスタサイズや閾値電圧、及びバイアス電圧を変更することにより、リファレンス電圧を用いることなく出力DCレベルを調節することができる。これにより、出力増幅部のゲインを低下させることなくリファレンス電圧に起因するノイズを抑圧することが可能となり、良好な画像を得ることができる。さらに、容量素子の前段にソースフォロワ回路を挿入して出力インピーダンスを低くすることにより、容量素子とその後段のトランジスタとで生じるゲイン低下を防ぐために容量素子を大容量化しても、回路の高速駆動が可能となる。   According to the above invention, the potential at the input end and the potential at the output end can be reset to the reference potential using the potential resetting transistor. Further, the output DC level can be adjusted without using the reference voltage by changing the transistor size, threshold voltage, and bias voltage of each transistor constituting the output amplifier. As a result, it is possible to suppress noise caused by the reference voltage without reducing the gain of the output amplifier, and a good image can be obtained. In addition, by inserting a source follower circuit in front of the capacitive element to lower the output impedance, the circuit can be driven at high speed even if the capacity of the capacitive element is increased in order to prevent gain reduction caused by the capacitive element and the subsequent transistor. Is possible.

以下、本発明の撮像装置について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の撮像装置の構成を示す概略図である。図1において、本発明の撮像装置は、撮像部1と、負荷部2と、行選択部3と、列選択部4と、信号処理部5と、出力増幅部7とで構成される。信号処理部5と出力増幅部7とは、信号出力線6で接続されている。
Hereinafter, an imaging apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the imaging apparatus of the present invention. In FIG. 1, the imaging apparatus of the present invention includes an imaging unit 1, a load unit 2, a row selection unit 3, a column selection unit 4, a signal processing unit 5, and an output amplification unit 7. The signal processing unit 5 and the output amplification unit 7 are connected by a signal output line 6.

撮像部1は、単位セルである画素が2次元に配列された撮像領域である。図1では、3×3の2次元状に配列された9画素を例示しているが、撮像機器に実際に用いられる撮像部1の画素数は、概ね数十万から数百万個程度である。負荷部2は、撮像部1の信号(出力電圧)を読み出すために、列単位で撮像部1の画素に負荷をかける。この負荷部2には、縦1列毎に同一の回路が1つ接続された構成が用いられる。行選択部3は、所定の制御線を用いて、撮像部1の画素に対して、行単位によるリセット(初期化)、リード(読み出し)及び行選択を制御する。列選択部4は、所定の制御線を用いて、撮像部1の画素に対して、列単位による列選択を制御する。信号処理部5は、撮像部1から出力される列単位の画素信号を処理して、信号出力線6に順次出力する。この信号処理部5には、縦1列毎に同一の回路が1つ接続された構成が用いられる。出力増幅部7は、信号出力線6から伝達された各々の画素信号を増幅して出力する。
本発明の撮像装置では、出力増幅部7の回路構成に特徴がある。以下、特徴を有する出力増幅部7について、具体的な説明を行う。
The imaging unit 1 is an imaging region in which pixels that are unit cells are two-dimensionally arranged. In FIG. 1, nine pixels arranged in a 3 × 3 two-dimensional shape are illustrated, but the number of pixels of the imaging unit 1 actually used in the imaging device is approximately several hundred thousand to several millions. is there. The load unit 2 applies a load to the pixels of the imaging unit 1 in units of columns in order to read the signal (output voltage) of the imaging unit 1. The load unit 2 has a configuration in which one identical circuit is connected for each vertical column. The row selection unit 3 controls reset (initialization), reading (reading), and row selection in units of rows for the pixels of the imaging unit 1 using a predetermined control line. The column selection unit 4 controls column selection in units of columns for the pixels of the imaging unit 1 using a predetermined control line. The signal processing unit 5 processes the pixel signals in units of columns output from the imaging unit 1 and sequentially outputs them to the signal output line 6. The signal processing unit 5 has a configuration in which one identical circuit is connected for each vertical column. The output amplifier 7 amplifies and outputs each pixel signal transmitted from the signal output line 6.
The imaging apparatus according to the present invention is characterized by the circuit configuration of the output amplifying unit 7. Hereinafter, the output amplifying unit 7 having characteristics will be specifically described.

(第1の実施形態)
図2は、本発明の第1の実施形態に係る出力増幅部7の回路構成を示す図である。図2において、第1の実施形態に係る出力増幅部7は、容量素子C1と、ソースフォロワ回路9と、反転型増幅回路8と、電位リセット用の第5のトランジスタTr5とを備える。ソースフォロワ回路9は、増幅用の第1のトランジスタTr1と、負荷動作用の第2のトランジスタTr2とで構成される。反転型増幅回路8は、増幅用の第3のトランジスタTr3と、負荷動作用の第4のトランジスタTr4とで構成される。典型的には、第1〜第4のトランジスタTr1〜Tr4はnMOSトランジスタであり、第5のトランジスタTr5はMOSトランジスタである。
(First embodiment)
FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of the output amplifying unit 7 according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, the output amplifying unit 7 according to the first embodiment includes a capacitive element C1, a source follower circuit 9, an inverting amplifier circuit 8, and a fifth transistor Tr5 for potential reset. The source follower circuit 9 includes a first transistor Tr1 for amplification and a second transistor Tr2 for load operation. The inverting amplifier circuit 8 includes a third transistor Tr3 for amplification and a fourth transistor Tr4 for load operation. Typically, the first to fourth transistors Tr1 to Tr4 are nMOS transistors, and the fifth transistor Tr5 is a MOS transistor.

容量素子C1は、信号出力線6と、ソースフォロワ回路9の入力端、すなわち第1のトランジスタTr1のゲートとを、接続する。第1のトランジスタTr1は、電源VDDにドレインを接続し、容量素子C1を介して撮像部1の各単位セルの電圧信号をゲートに入力して、増幅した信号をソースから出力する。第2のトランジスタTr2は、第1のトランジスタTr1のソースにドレインを接続しかつGNDにソースを接続し、ゲートにバイアス電圧Vbiasが印加されて負荷として動作する。   The capacitive element C1 connects the signal output line 6 and the input end of the source follower circuit 9, that is, the gate of the first transistor Tr1. The first transistor Tr1 has a drain connected to the power supply VDD, inputs a voltage signal of each unit cell of the imaging unit 1 to the gate via the capacitive element C1, and outputs an amplified signal from the source. The second transistor Tr2 has a drain connected to the source of the first transistor Tr1 and a source connected to the GND, and operates as a load when a bias voltage Vbias is applied to the gate.

第3のトランジスタTr3は、GNDにソースを接続し、第1のトランジスタTr1のソースから出力される信号をゲートに入力して、反転増幅した信号VOUTをドレインから出力する。第4のトランジスタTr4は、電源VDDにドレイン及びゲートを接続し、第3のトランジスタTr3のドレインにソースを接続して、デプレッション型の負荷として動作する。第5のトランジスタTr5は、ソースフォロワ回路9の入力端と、反転型増幅回路8の出力端、すなわち第4のトランジスタTr4のソースとを、ドレイン及びソースでそれぞれ接続する。そして、第5のトランジスタTr5は、ゲートに印加されるリセット信号RESETに応じてスイッチング動作を行い、ソースフォロワ回路9の入力端と反転型増幅回路8の出力端との電位を一致させる。   The third transistor Tr3 has a source connected to GND, a signal output from the source of the first transistor Tr1 is input to the gate, and an inverted and amplified signal VOUT is output from the drain. The fourth transistor Tr4 has a drain and a gate connected to the power supply VDD, and a source connected to the drain of the third transistor Tr3, and operates as a depletion type load. The fifth transistor Tr5 connects the input terminal of the source follower circuit 9 and the output terminal of the inverting amplifier circuit 8, that is, the source of the fourth transistor Tr4, with a drain and a source, respectively. Then, the fifth transistor Tr5 performs a switching operation in accordance with the reset signal RESET applied to the gate, and matches the potentials of the input terminal of the source follower circuit 9 and the output terminal of the inverting amplifier circuit 8.

図3は、第1の実施形態に係る出力増幅部7で処理される信号のタイミング例を示す図である。図3において、期間T1は、リセット信号RESETにHigh信号が供給されるリセット期間(フィールドスルー期間)であり、出力増幅部7に基準電位を与える期間である。期間T2は、リセット信号RESETにLow信号が供給される信号読み出し期間であり、出力増幅部7が信号出力線6に現れる信号を増幅出力する期間である。   FIG. 3 is a diagram illustrating a timing example of signals processed by the output amplifying unit 7 according to the first embodiment. In FIG. 3, a period T <b> 1 is a reset period (field-through period) in which a high signal is supplied to the reset signal RESET, and is a period in which a reference potential is applied to the output amplifier 7. The period T2 is a signal readout period in which a Low signal is supplied to the reset signal RESET, and is a period in which the output amplifier 7 amplifies and outputs a signal appearing on the signal output line 6.

期間T1では、第5のトランジスタTr5がONの状態となり、反転型増幅回路8は、図4に示す等価回路となる。従って、このON状態における出力信号VOUTのDCレベル、すなわち基準電位は、抵抗R1と抵抗R2との比率によって定まる。抵抗R1は、第4のトランジスタTr4のサイズ(幅W×長さL)及び閾値で決定され、抵抗R2は、第3のトランジスタTr3のサイズ(幅W×長さL)及び閾値とゲート電圧とで決定される。ゲート電圧は、ソースフォロワ回路9の入出力電位差によって調整可能である。なお、入出力電位差とは、第1のトランジスタTr1のゲート電位とソース電位との差である。   In the period T1, the fifth transistor Tr5 is turned on, and the inverting amplifier circuit 8 becomes an equivalent circuit shown in FIG. Therefore, the DC level of the output signal VOUT in this ON state, that is, the reference potential is determined by the ratio of the resistor R1 and the resistor R2. The resistor R1 is determined by the size (width W × length L) of the fourth transistor Tr4 and the threshold value, and the resistor R2 is determined by the size (width W × length L) of the third transistor Tr3, the threshold value, and the gate voltage. Determined by The gate voltage can be adjusted by the input / output potential difference of the source follower circuit 9. Note that the input / output potential difference is a difference between the gate potential and the source potential of the first transistor Tr1.

期間T2では、第5のトランジスタTr5がOFFの状態となる。このOFF状態の場合、出力信号VOUTには、信号出力線6に伝達された信号V0をアンプゲイン(電圧利得)倍した信号V1が出力される。なお、列選択部4によって順次選択されて信号出力線6に伝達される列毎の信号V0の変化量を列単位で確実に検出するために、信号出力線6のリセットと出力増幅回路7のリセットとを同期させる必要がある。   In the period T2, the fifth transistor Tr5 is turned off. In the OFF state, a signal V1 obtained by multiplying the signal V0 transmitted to the signal output line 6 by an amplifier gain (voltage gain) is output as the output signal VOUT. In order to reliably detect the change amount of the signal V0 for each column sequentially selected by the column selection unit 4 and transmitted to the signal output line 6, the reset of the signal output line 6 and the output amplifier circuit 7 It is necessary to synchronize with the reset.

以上のように、本発明の第1の実施形態に係る出力増幅部によれば、電位リセット用のトランジスタを用いて、入力端の電位及び出力端の電位を基準電位にリセットすることができる。また、出力増幅部を構成する各トランジスタのトランジスタサイズや閾値電圧、及びバイアス電圧を変更することにより、リファレンス電圧を用いることなく出力DCレベルを調節することができる。これにより、出力増幅部のゲインを低下させることなくリファレンス電圧に起因するノイズを抑圧することが可能となり、良好な画像を得ることができる。   As described above, according to the output amplifying unit of the first embodiment of the present invention, the potential at the input end and the potential at the output end can be reset to the reference potential by using the potential reset transistor. Further, the output DC level can be adjusted without using the reference voltage by changing the transistor size, threshold voltage, and bias voltage of each transistor constituting the output amplifier. As a result, it is possible to suppress noise caused by the reference voltage without reducing the gain of the output amplifier, and a good image can be obtained.

(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態に係る出力増幅部7の回路構成を示す図である。図5において、第2の実施形態に係る出力増幅部7は、容量素子C1と、第1のソースフォロワ回路9と、反転型増幅回路8と、電位リセット用の第5のトランジスタTr5と、第2のソースフォロワ回路10とを備える。第1のソースフォロワ回路9は、増幅用の第1のトランジスタTr1と、負荷動作用の第2のトランジスタTr2とで構成される。第2のソースフォロワ回路10は、増幅用の第6のトランジスタTr6と、負荷動作用の第7のトランジスタTr7とで構成される。反転型増幅回路8は、増幅用の第3のトランジスタTr3と、負荷動作用の第4のトランジスタTr4とで構成される。典型的には、第1〜第4及び第6〜第7のトランジスタTr1〜Tr4及びTr6〜Tr7はnMOSトランジスタであり、第5のトランジスタTr5はMOSトランジスタである。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration of the output amplifying unit 7 according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 5, the output amplifying unit 7 according to the second embodiment includes a capacitive element C1, a first source follower circuit 9, an inverting amplifier 8, a fifth transistor Tr5 for potential reset, 2 source follower circuits 10. The first source follower circuit 9 includes a first transistor Tr1 for amplification and a second transistor Tr2 for load operation. The second source follower circuit 10 includes a sixth transistor Tr6 for amplification and a seventh transistor Tr7 for load operation. The inverting amplifier circuit 8 includes a third transistor Tr3 for amplification and a fourth transistor Tr4 for load operation. Typically, the first to fourth and sixth to seventh transistors Tr1 to Tr4 and Tr6 to Tr7 are nMOS transistors, and the fifth transistor Tr5 is a MOS transistor.

図5に示すように、第2の実施形態に係る出力増幅部7の回路構成は、上記第1の実施形態に係る出力増幅部7の回路構成に対して容量素子C1の前段に、第2のソースフォロワ回路10をさらに加えた構成である。   As shown in FIG. 5, the circuit configuration of the output amplifying unit 7 according to the second embodiment is the second stage before the capacitive element C1 with respect to the circuit configuration of the output amplifying unit 7 according to the first embodiment. The source follower circuit 10 is further added.

第6のトランジスタTr6は、電源VDDにドレインを接続し、信号出力線6を伝達してくる撮像部1の各単位セルの電圧信号をゲートに入力して、増幅した信号をソースから出力する。第7のトランジスタTr7は、第6のトランジスタTr6のソースにドレインを接続しかつGNDにソースを接続し、ゲートにバイアス電圧Vbiasが印加されて負荷として動作する。第6のトランジスタTr6のソースから出力される信号は、容量素子C1を介して第1のトランジスタTr1のゲートに入力される。   The sixth transistor Tr6 has a drain connected to the power supply VDD, inputs a voltage signal of each unit cell of the imaging unit 1 that transmits the signal output line 6 to the gate, and outputs an amplified signal from the source. The seventh transistor Tr7 operates as a load when the drain is connected to the source of the sixth transistor Tr6 and the source is connected to GND, and the bias voltage Vbias is applied to the gate. A signal output from the source of the sixth transistor Tr6 is input to the gate of the first transistor Tr1 through the capacitive element C1.

以上のように、本発明の第2の実施形態に係る出力増幅部によれば、容量素子の前段にソースフォロワ回路を挿入することにより、上述した低ノイズ化の効果に加えて、容量素子と信号処理部とで生じるゲイン低下を抑制することが可能となる。   As described above, according to the output amplifying unit according to the second embodiment of the present invention, by inserting the source follower circuit in the previous stage of the capacitive element, in addition to the above-described effect of reducing noise, It is possible to suppress the gain reduction that occurs in the signal processing unit.

本発明の撮像装置は、高画質化が求められている家庭用ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ及び携帯電話用カメラ等の撮像機器に利用可能であり、特にリファレンス電圧に起因するノイズを抑圧して良好な画像を得たい場合等に適している。   The image pickup apparatus of the present invention can be used for image pickup devices such as home video cameras, digital still cameras, and mobile phone cameras that require high image quality, and is particularly good at suppressing noise caused by the reference voltage. It is suitable when you want to get a clear image.

本発明及び従来に共通する一般的な撮像装置の構成を示す概略図Schematic showing the configuration of a general imaging device common to the present invention and the prior art 本発明の第1の実施形態に係る出力増幅部7の回路構成を示す図The figure which shows the circuit structure of the output amplification part 7 which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態に係る出力増幅部7で処理される信号のタイミング例を示す図The figure which shows the example of a timing of the signal processed in the output amplification part 7 which concerns on 1st Embodiment 本発明の第2の実施形態に係る出力増幅部7の回路構成を示す図The figure which shows the circuit structure of the output amplification part 7 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. リセット期間における反転型増幅回路8の等価回路を示す図The figure which shows the equivalent circuit of the inverting type amplifier circuit 8 in a reset period 従来の出力増幅部70の回路構成を示す図The figure which shows the circuit structure of the conventional output amplification part 70. 従来の出力増幅部70における課題を説明する図The figure explaining the subject in the conventional output amplification part 70

符号の説明Explanation of symbols

1 撮像部
2 負荷部
3 行選択部
4 列選択部
5 信号処理部
6 信号出力線
7、70 出力増幅部
8 反転増幅回路
9、10 ソースフォロワ回路
19 オペアンプ
C1、C21、C23 容量素子
R1、R2 抵抗
Tr1〜Tr7、Tr22 トランジスタ

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image pick-up part 2 Load part 3 Row selection part 4 Column selection part 5 Signal processing part 6 Signal output line 7, 70 Output amplification part 8 Inversion amplification circuit 9, 10 Source follower circuit 19 Operational amplifier C1, C21, C23 Capacitance element R1, R2 Resistors Tr1-Tr7, Tr22 Transistors

Claims (2)

入射光量に応じた電圧を生成する単位セルを備える撮像装置であって、
前記単位セルが行列状に複数個配列された撮像部と、
前記単位セルで生成された電圧を読み出すために、列単位で前記撮像部の単位セルに負荷をかける負荷部と、
所望の単位セルを選択する行選択/列選択部と、
前記負荷部及び前記行選択/列選択部によって行単位で選択かつ読み出された各単位セルの電圧を、信号出力線に出力する信号処理部と、
前記信号処理部から前記信号出力線に出力された各単位セルの電圧を増幅する出力増幅部とを構成に含み、
前記出力増幅部は、
前記信号出力線に接続される容量素子、
前記容量素子を介して前記信号出力線に出力された各単位セルの電圧をゲートに入力する増幅用の第1のnMOSトランジスタと、バイアス電圧がゲートに印加され、かつ、ドレインが第1のnMOSトランジスタのソースと接続された負荷動作用の第2のnMOSトランジスタと、で構成されるソースフォロワ回路、
前記ソースフォロワ回路からの出力をゲートに入力する増幅用のソース接地型第3のnMOSトランジスタと、ソースが第3のnMOSトランジスタのドレインと接続された負荷動作用のデプレッション型第4のnMOSトランジスタと、で構成される反転型増幅回路、及び
前記反転型増幅回路の出力端と前記ソースフォロワ回路の入力端との間に挿入され、所定のスイッチ動作によって出力増幅部の入出力に初期電圧を与えるスイッチング素子、を備えることを特徴とする、撮像装置。
An imaging apparatus including a unit cell that generates a voltage according to the amount of incident light,
An imaging unit in which a plurality of the unit cells are arranged in a matrix;
In order to read the voltage generated in the unit cell, a load unit that applies a load to the unit cell of the imaging unit in a column unit,
A row selection / column selection unit for selecting a desired unit cell;
A signal processing unit that outputs the voltage of each unit cell selected and read in units of rows by the load unit and the row selection / column selection unit to a signal output line;
An output amplifying unit for amplifying the voltage of each unit cell output from the signal processing unit to the signal output line;
The output amplifier is
A capacitive element connected to the signal output line;
A first nMOS transistor for amplification that inputs the voltage of each unit cell output to the signal output line via the capacitive element to the gate, a bias voltage is applied to the gate, and the drain is the first nMOS A source follower circuit comprising: a second nMOS transistor for load operation connected to the source of the transistor;
A third source nMOS transistor for amplification that inputs the output from the source follower circuit to the gate, a fourth nMOS transistor for depletion operation for load operation, the source of which is connected to the drain of the third nMOS transistor; And an inverting amplifier circuit, and inserted between the output terminal of the inverting amplifier circuit and the input terminal of the source follower circuit, and applies an initial voltage to the input / output of the output amplifier unit by a predetermined switch operation. An imaging device comprising a switching element.
前記容量素子前段に、前記水平信号線に出力された各単位セルの電圧をゲートに入力する増幅用の第5のnMOSトランジスタと、バイアス電圧がゲートに印加され、かつ、ドレインが第5のnMOSトランジスタのソースと接続された負荷動作用の第6のnMOSトランジスタと、で構成される第2のソースフォロワ回路をさらに設けることを特徴とする、請求項1に記載の撮像装置。

A fifth nMOS transistor for amplification that inputs the voltage of each unit cell output to the horizontal signal line to the gate, a bias voltage is applied to the gate, and a drain is the fifth nMOS in the stage preceding the capacitive element The imaging apparatus according to claim 1, further comprising a second source follower circuit including a sixth nMOS transistor for load operation connected to a source of the transistor.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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