JP2008147991A

JP2008147991A - 固体撮像装置及びこれを備えた電子機器

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Publication number: JP2008147991A
Application number: JP2006332731A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Oshima; 敏行大嶋; Nobuyuki Fukuba; 信行福場
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2026-12-11
Also published as: JP4311689B2; TW200843492A; TWI379585B; WO2008072490A1

Abstract

【課題】発熱による性能悪化の抑制と消費電流の低減とを図ることができる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】出力部の最終段がソースフォロワ回路からなる固体撮像素子と、前記出力部の最終段であるソースフォロワ回路の負荷になる負荷部（ＮＰＮトランジスタＱ２〜Ｑ４、抵抗Ｒ３〜Ｒ５、ダイオードＤ１、及び外付け抵抗Ｒ６とからなる定電流源部）と、前記固体撮像素子の信号出力期間でない場合には前記負荷部に流れる電流を遮断又は低減するように前記負荷部を制御する制御回路（抵抗Ｒ１及びＲ２と、ＮＰＮトランジスタＱ１とによって構成される回路）とを備え、前記負荷部が前記固体撮像素子に対して外付けされていることを特徴とする固体撮像装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置、特に出力部の最終段がソースフォロワ回路からなる固体撮像素子を有する固体撮像装置及びこれを備える電子機器に関する。

一般的に固体撮像素子の出力部は、ソースフォロワ回路からなり、当該ソースフォロワ回路の負荷部とともに一つの半導体パッケージ内に設けられている。そして、従来の一般的な固体撮像素子では、固定撮像素子がどんな状態であっても、出力部であるソースフォロワ回路の負荷部がソースフォロワ回路の駆動トランジスタに常に電流を供給しているため、固体撮像素子が発熱し、S/Nの悪化及び暗時出力ムラ、白欠陥が発生していた。
特開２００２−３３５４４９号公報特開平４−２９１５８１号公報

したがって、発熱による性能悪化の抑制が性能向上のために必要となっている。また、省エネルギー化の観点から消費電流の低減も必要となってきている。

特許文献１に記載された固体撮像素子は、駆動ＭＯＳトランジスタＤＭ１〜ＤＭ３及び負荷トランジスタＬＭ１〜ＬＭ３からなる３段ソースフォロワ回路の出力部を固体撮像素子に内蔵し、出力部を流れる電流を制御する電流制御用ＭＯＳトランジスタＴｒ１を負荷ＭＯＳトランジスタＬＭ１〜ＬＭ３のソース側に設けており、電流制御用ＭＯＳトランジスタＴｒ１のゲートに垂直転送クロックパルスＶφ₂（固体撮像素子の信号蓄積期間でＬｏｗバイアス、固体撮像素子の信号出力期間でＨｉｇｈバイアスとなるパルス）で代用した制御クロックパルスを印加することで、固体撮像素子の信号蓄積期間中に出力部に流れる電流を抑制している（図２参照）。しかしながら、特許文献１に記載された固体撮像素子は、出力部を固体撮像素子に内蔵しているため、発熱による性能悪化を抑制することができない。なお、特許文献１に記載された固体撮像素子は、出力部を流れる電流を制御する電流制御手段（電流制御用ＭＯＳトランジスタＴｒ１）を固体撮像素子内部に設けることにより、簡易な構成を実現していることを特徴としている（特許文献１の段落０００９及び００１２参照）。

特許文献２に記載された固体撮像素子は、出力部の最終段がソースフォロワ回路からなり、出力部の最終段の定電流源部（負荷トランジスタＱｄ、抵抗Ｒａ、及び定電圧手段Ｅからなる回路）を固体撮像素子外部に設けているので、固体撮像素子の信号蓄積期間及び信号出力期間の発熱による性能悪化を抑制することができる（図３参照）。しかしながら、出力部であるソースフォロワ回路の定電流源となる負荷トランジスタＱｂ、Ｑｄがそれぞれソースフォロワ回路の駆動トランジスタＱａ、Ｑｃに常に電流を供給しているため、消費電流の低減を図ることができなかった。

本発明は、上記の状況に鑑み、発熱による性能悪化の抑制と消費電流の低減とを図ることができる固体撮像装置及びこれを備えた電子機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る固体撮像装置は、出力部の最終段がソースフォロワ回路からなる固体撮像素子と、前記出力部の最終段であるソースフォロワ回路の負荷になる負荷部と、前記固体撮像素子の信号出力期間でない場合には前記負荷部に流れる電流を遮断又は低減するように前記負荷部を制御する制御回路とを備え、前記負荷部が前記固体撮像素子に対して外付けされている構成とする。

このような構成によると、固体撮像素子の出力部の最終段であるソースフォロワ回路の負荷になる負荷部を固体撮像素子に対して外付けしているので、発熱による性能悪化の抑制を図ることができる。また、このような構成によると、固体撮像素子の信号出力期間でない場合には負荷部に流れる電流が遮断又は低減されるので、消費電流の低減を図ることができる。

また、上記構成の固体撮像装置において、少なくとも前記負荷部と前記制御回路を１チップの集積回路に集積化し、少なくとも前記集積回路と前記固体撮像素子とを含むようにしてもよい。

また、上記各構成の固体撮像装置において、前記負荷部が定電流源部であり、前記制御回路が、前記固体撮像素子の信号出力期間でない場合には前記定電流源部に流れる定電流を遮断又は低減し、前記固体撮像素子の信号出力期間である場合には前記定電流源部が定電流を出力するように、前記定電流源部を制御するようにしてもよい。

そして、前記定電流源部が、負荷トランジスタと、前記負荷トランジスタの制御端子に定電圧を印加する定電圧回路とを備え、前記制御回路が、前記固体撮像素子の信号出力期間でない場合には前記定電圧回路が出力停止状態になり、前記固体撮像素子の信号出力期間である場合には前記定電圧回路が定電圧を出力するように、前記定電圧回路を制御するようにしてもよい。

さらに、前記定電圧回路が、前記定電流源部本体に対して外付けされる外付け抵抗を備え、前記外付け抵抗の抵抗値に応じて前記定電圧回路が出力する定電圧の値が可変するようにしてもよい。このような構成によると、前記固体撮像素子の設定が異なる場合でも前記定電流源部本体の共通化を図ることができる。

また、上記各構成の固体撮像装置において、前記制御回路が、外部から供給される制御信号（例えば、前記固体撮像素子に各種駆動パルス信号を供給する駆動回路の出力信号）に応じて前記負荷部を制御するようにしてもよい。

また、上記目的を達成するために本発明に係る電子機器は、上記各構成の固体撮像装置を備える構成とする。

本発明によると、固体撮像装置において、固体撮像素子の出力部の最終段であるソースフォロワ回路の負荷になる負荷部を固体撮像素子に対して外付けし、固体撮像素子の信号出力期間でない場合には負荷部に流れる電流を遮断又は低減するので、発熱による性能悪化の抑制と消費電流の低減とを図ることができる固体撮像装置及びこれを備えた電子機器を実現することができる。

本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。本発明に係る固体撮像装置として、ここではＣＣＤイメージセンサを例に挙げて説明する。

本発明に係るＣＣＤイメージセンサの概略構成例を図１に示す。図１に示すＣＣＤイメージセンサは、出力部が２段ソースフォロワ回路である固体撮像素子を備えている。上記固体撮像素子は、各画素のフォトダイオード（不図示）と、垂直方向転送用ＣＣＤ（不図示）と、水平方向転送用ＣＣＤ（不図示）と、水平方向転送用ＣＣＤと出力部との間に設けられるフローティング・ディフュージョン（不図示）と、フローティング・ディフュージョンをリセットするためのリセット・トランジスタ（不図示）と、出力部の１段目駆動トランジスタＱａと、出力部の１段目負荷トランジスタＱｂと、出力部の２段目駆動トランジスタＱｃと、電源電圧Ｖ_CCが印加される外部端子とグランドに接続される外部端子との間の電圧を分圧して得られる定電圧Ｖ_GGを１段目負荷トランジスタＱｂのゲートに印加する分圧回路（不図示）とによって構成され、第１の半導体パッケージ１内の１チップの集積回路に集積化されている。上記固体撮像素子の２段目ソースフォロワ回路の負荷になる定電流源は第１の半導体パッケージ１に対して外付けされる。このように、図１に示すＣＣＤイメージセンサは、上記固体撮像素子の最終段ソースフォロワ回路の負荷になる定電流源部（上記固体撮像素子の２段目ソースフォロワ回路の負荷になる定電流源）が上記固体撮像素子に対して外付けされるので、発熱による性能悪化の抑制を図ることができる。

上記固体撮像素子の２段目ソースフォロワ回路の負荷になる定電流源は、２段目負荷トランジスタであるＮＰＮトランジスタＱ４と、抵抗Ｒ５と、ＮＰＮトランジスタＱ４のベースに定電圧を供給する定電圧回路とによって構成される。ＮＰＮトランジスタＱ４のベースに定電圧を供給する定電圧回路は、抵抗Ｒ３及びＲ４と、ダイオードＤ１と、ＮＰＮトランジスタＱ２及びＱ３と、外付け抵抗Ｒ６とからなり、外付け抵抗Ｒ６を除く全ての構成部品が第２の半導体パッケージ２内の１チップの集積回路に集積化され、外付け抵抗Ｒ６が第２の半導体パッケージ２に対して外付けされる。

図１に示すＣＣＤイメージセンサは、ＮＰＮトランジスタＱ４のベースに定電圧を供給する定電圧回路の出力ひいては上記固体撮像素子の２段目ソースフォロワ回路の負荷になる定電流源の出力を制御する制御回路も有している。当該制御回路は、抵抗Ｒ１及びＲ２と、ＮＰＮトランジスタＱ１とによって構成され、全ての構成部品が第２の半導体パッケージ２内の１チップの集積回路に集積化される。

また、図１に示すＣＣＤイメージセンサは、上記固体撮像素子の出力信号Ｖｏｕｔをインピーダンス変換するバッファ回路も有している。当該バッファ回路は、外付け抵抗Ｒ７とＮＰＮトランジスタＱ５とからなり、ＮＰＮトランジスタＱ５が第２の半導体パッケージ２内の１チップの集積回路に集積化され、外付け抵抗Ｒ７が第１の半導体パッケージ１及び第２の半導体パッケージ２に対して外付けされる。

次に、第２の半導体パッケージ２内の回路構成について説明する。ＮＰＮトランジスタＱ１のベースは、抵抗Ｒ１を介して外部端子Ｔ１に接続され、抵抗Ｒ２を介して外部端子端子Ｔ２に接続される。外部端子Ｔ１には制御信号ＳＴＢＹが供給され、外部端子Ｔ２はグランドに接続される。ＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタは外部端子Ｔ２に接続され、ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタは外部端子Ｔ３、ＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタ、及びＮＰＮトランジスタＱ３のベースに接続される。外部端子Ｔ３は外付け抵抗Ｒ６の一端に接続され、外付け抵抗Ｒ６の他端に電源電圧Ｖ_CCが印加される。

ＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタは抵抗Ｒ３を介して外部端子Ｔ２に接続され、ＮＰＮトランジスタＱ２のベースはＮＰＮトランジスタＱ３のエミッタ、ＮＰＮトランジスタＱ４のベース、及びダイオードＤ１のアノードに接続される。ダイオードＤ１のカソードは抵抗Ｒ４を介して外部端子Ｔ２に接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４のエミッタは抵抗Ｒ５を介して外部端子Ｔ２に接続される。

ＮＰＮトランジスタＱ４のコレクタは外部端子Ｔ４に接続される。ＮＰＮトランジスタＱ３のコレクタは外部端子Ｔ６及びＮＰＮトランジスタＱ５のコレクタに接続される。ＮＰＮトランジスタＱ５のベースは外部端子Ｔ５に接続され、ＮＰＮトランジスタＱ５のエミッタは外部端子端子Ｔ７に接続される。外部端子Ｔ４は、第１の半導体パッケージ１の２段目駆動トランジスタが接続されている外部端子と、外付け抵抗Ｔ７の一端とに接続される。外部端子Ｔ５は外付け抵抗Ｔ７の他端に接続され、外部端子Ｔ６には電源電圧Ｖ_CCが印加される。外部端子Ｔ７は、サンプルホールド部やＡ／Ｄ変換部等を内蔵している後段の信号処理ＩＣの入力端子に接続される。

次に、上述した構成の上記固体撮像素子の２段目ソースフォロワ回路の負荷になる定電流源及び制御回路の動作について説明する。外部端子Ｔ１に供給される制御信号ＳＴＢＹは、上記固体撮像素子の信号出力期間でないときにＨｉｇｈレベルになり、上記固体撮像素子の信号出力期間中にＬｏｗレベルになる信号である。制御信号ＳＴＢＹは、上記固体撮像素子に各種駆動パルス信号を供給する駆動回路の出力信号（例えば垂直ＣＣＤ駆動パルス）を利用することができる。

上記固体撮像素子の信号出力期間でないとき、外部端子Ｔ１に供給される制御信号ＳＴＢＹがＨｉｇｈレベルになりＮＰＮトランジスタＱ１がＯＮ状態になるので、ＮＰＮトランジスタＱ３のベースがグランド電位になりＮＰＮトランジスタＱ３がＯＦＦ状態となる。これにより、抵抗Ｒ３及びＲ４と、ダイオードＤ１と、ＮＰＮトランジスタＱ２及びＱ３と、外付け抵抗Ｒ６とからなる定電圧回路が出力停止状態になり、ＮＰＮトランジスタＱ４のベースに定電圧が供給されないので、上記固体撮像素子の２段目ソースフォロワ回路の負荷になる定電流源は出力停止状態になる。このように、図１に示すＣＣＤイメージセンサは、上記固体撮像素子の信号出力期間でないときに上記固体撮像素子の最終段ソースフォロワ回路の負荷になる定電流源（上記固体撮像素子の２段目ソースフォロワ回路の負荷になる定電流源）が出力停止状態になるので、消費電流の低減を図ることができる。

一方、上記固体撮像素子の信号出力期間であるとき、外部端子Ｔ１に供給される制御信号ＳＴＢＹがＬｏｗレベルになりＮＰＮトランジスタＱ１がＯＦＦ状態になる。これにより、抵抗Ｒ３及びＲ４と、ダイオードＤ１と、ＮＰＮトランジスタＱ２及びＱ３と、外付け抵抗Ｒ６とからなる定電圧回路がＮＰＮトランジスタＱ４のベースに定電圧を供給するので、上記固体撮像素子の２段目ソースフォロワ回路の負荷になる定電流源は定電流を出力する。

なお、図１に示すＣＣＤイメージセンサでは、外付け抵抗Ｒ６の抵抗値設定を変更することにより、抵抗Ｒ３及びＲ４と、ダイオードＤ１と、ＮＰＮトランジスタＱ２及びＱ３と、外付け抵抗Ｒ６とからなる定電圧回路がＮＰＮトランジスタＱ４のベースに供給する定電圧の値、ひいては上記固体撮像素子の２段目ソースフォロワ回路の負荷になる定電流源が出力する定電流の値を変更することができる。したがって、第１の半導体パッケージ１の仕様が異なる場合でも、外付け抵抗Ｒ６の抵抗値設定の変更のみで対応でき、第２の半導体パッケージ２の共通化を図ることができる。

また、本発明に係る電子機器の一構成例としては、図１に示すＣＣＤイメージセンサと、上記ＣＣＤイメージセンサの後段に設けられる信号処理ＩＣと、被写体からの像を前記ＣＣＤイメージセンサ上に結像させる光学レンズと、上記ＣＣＤイメージセンサに設けられる固体撮像素子に各種駆動パルス信号を供給する駆動回路とを備える構成が挙げられる。本発明に係る電子機器の例としては、カメラ付携帯電話、デジタルカメラ、監視カメラ等が挙げられる。

は、本発明に係るＣＣＤイメージセンサの概略構成例を示す図である。は、従来の固体撮像素子の出力部の構成例を示す図である。は、従来の固体撮像素子の出力部の他の構成例を示す図である。

符号の説明

１第１の半導体パッケージ
２第２の半導体パッケージ
Ｑ１〜Ｑ５ＮＰＮトランジスタ
Ｑａ出力部の１段目駆動トランジスタ
Ｑｂ出力部の１段目負荷トランジスタ
Ｑｃ出力部の２段目駆動トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ５抵抗
Ｒ６、Ｒ７外付け抵抗

Claims

出力部の最終段がソースフォロワ回路からなる固体撮像素子と、
前記出力部の最終段であるソースフォロワ回路の負荷になる負荷部と、
前記固体撮像素子の信号出力期間でない場合には前記負荷部に流れる電流を遮断又は低減するように前記負荷部を制御する制御回路とを備え、
前記負荷部が前記固体撮像素子に対して外付けされていることを特徴とする固体撮像装置。
少なくとも前記負荷部と前記制御回路を１チップの集積回路に集積化し、少なくとも前記集積回路と前記固体撮像素子とを含む請求項１に記載の固体撮像装置。
前記負荷部が定電流源部であり、
前記制御回路が、前記固体撮像素子の信号出力期間でない場合には前記定電流源部に流れる定電流を遮断又は低減し、前記固体撮像素子の信号出力期間である場合には前記定電流源部が定電流を出力するように、前記定電流源部を制御する請求項１又は請求項２に記載の固体撮像装置。
前記定電流源部が、負荷トランジスタと、前記負荷トランジスタの制御端子に定電圧を印加する定電圧回路とを備え、
前記制御回路が、前記固体撮像素子の信号出力期間でない場合には前記定電圧回路が出力停止状態になり、前記固体撮像素子の信号出力期間である場合には前記定電圧回路が定電圧を出力するように、前記定電圧回路を制御する請求項３に記載の固体撮像装置。
前記定電圧回路が、前記定電流源部本体に対して外付けされる外付け抵抗を備え、前記外付け抵抗の抵抗値に応じて前記定電圧回路が出力する定電圧の値が可変する請求項４に記載の固体撮像装置。
前記制御回路が、外部から供給される制御信号に応じて前記負荷部を制御する請求項１〜５のいずれかに記載の固体撮像装置。
請求項１〜６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電子機器。