JP2009260701A - Imaging device and method of controlling solid-state imaging element - Google Patents

Imaging device and method of controlling solid-state imaging element Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging element of low power consumption suitable for operation in a high-frequency band. <P>SOLUTION: An imaging device 1 has the solid-state imaging element 10 including an output amplifier 17. The output amplifier 17 has a current control means which has an amplifier circuit 37 which includes a drive transistor Tr5 (hereinafter Tr5) and a load transistor Tr7 (hereinafter Tr7) serving as a current supply means for the Tr5, and controls an amount of current supplied to the Tr5 by applying a dedicated control signal for controlling an operation state of the Tr7 to the gate of the Tr7. The control signal includes a first signal for making the Tr7 operates so that the amount of current supplied to the Tr5 has a desired value, and a second signal for making the Tr7 operate so that the amount of current supplied to the Tr5 is smaller than the desired value. The current control means applies the first signal to the gate of the Tr7 in a signal output period wherein the output amplifier 17 is made to output a signal in the operation period of the solid-state imaging element 10, and the second signal to the gate of the Tr7 in other periods. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光電変換素子で発生した電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device having a charge transfer unit that transfers charges generated in a photoelectric conversion element and an output unit that outputs a signal corresponding to the charge transferred through the charge transfer unit.

CCD(Charge Coupled Device)型固体撮像素子は、行列状に2次元配置された光電変換素子から読み出された電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直電荷転送部と、垂直電荷転送部から転送される1ライン分の電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部と、水平電荷転送部によって転送された電荷を電圧信号に変換して出力する出力アンプとを有している。   The CCD (Charge Coupled Device) type solid-state imaging device transfers a plurality of vertical charge transfer units for transferring charges read from photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional matrix in a vertical direction, and transfers from the vertical charge transfer unit. A horizontal charge transfer unit that transfers the charge for one line in the horizontal direction, and an output amplifier that converts the charge transferred by the horizontal charge transfer unit into a voltage signal and outputs the voltage signal.

一般に、出力アンプは、水平電荷転送部から転送されてきた電荷が蓄積されるフローティングディフュージョン(以下、FDという)部と、FD部の電位変化に応じた信号を出力する多段接続されたソースフォロワ回路とから構成されている。各ソースフォロワ回路は、エンハンスメント型の駆動トランジスタと、デプレッション型の負荷トランジスタとから構成される。   In general, an output amplifier includes a floating diffusion (hereinafter referred to as FD) unit that accumulates charges transferred from a horizontal charge transfer unit, and a multi-stage connected source follower circuit that outputs a signal corresponding to a potential change in the FD unit. It consists of and. Each source follower circuit includes an enhancement type drive transistor and a depletion type load transistor.

近年、撮像装置における撮影の高速化に伴い、消費電流が増大しており、この消費電流の増大により、撮像装置の発熱量が増大してきている。固体撮像素子はシリコン基板に形成されており、温度が上昇すると暗電流が増加することが知られている。近年では、高感度化も進んでおり、暗電流の増加による画質への影響が課題となっている。消費電流の増大を防ぐ方法として特許文献1,2記載の方法が提案されている。   2. Description of the Related Art In recent years, with an increase in shooting speed in an imaging device, current consumption has increased, and due to this increase in current consumption, the amount of heat generated by the imaging device has increased. The solid-state imaging device is formed on a silicon substrate, and it is known that dark current increases as the temperature rises. In recent years, higher sensitivity has been developed, and the influence on image quality due to an increase in dark current has become a problem. As a method for preventing an increase in current consumption, methods described in Patent Documents 1 and 2 have been proposed.

特許文献1には、露光期間中、固体撮像素子の出力アンプの各ソースフォロワ回路の負荷トランジスタを、垂直転送パルスによって制御することで、出力アンプに流れる電流を抑制する方法が開示されている。又、負荷トランジスタの電流制御を行うためのパルスを、垂直転送パルスではく、電流制御専用のパルスで実現しても良いとの記載(段落0074)がある。   Patent Document 1 discloses a method of suppressing a current flowing through an output amplifier by controlling a load transistor of each source follower circuit of an output amplifier of a solid-state imaging device with a vertical transfer pulse during an exposure period. Further, there is a description (paragraph 0074) that the pulse for controlling the current of the load transistor may be realized not by the vertical transfer pulse but by a pulse dedicated to current control.

特許文献2には、固体撮像素子の出力アンプの最終段のソースフォロワ回路の負荷トランジスタに直列に電流制御用トランジスタを設け、この電流制御用トランジスタを垂直転送パルスによって制御することで、出力アンプに流れる電流を抑制する方法が開示されている。   In Patent Document 2, a current control transistor is provided in series with a load transistor of a source follower circuit at the final stage of an output amplifier of a solid-state image sensor, and the current control transistor is controlled by a vertical transfer pulse, thereby providing an output amplifier. A method for suppressing flowing current is disclosed.

特開2006−157945号公報JP 2006-157945 A 特開2002−335449号公報JP 2002-335449 A

特許文献1記載の方法では、垂直転送パルスを電流制御に用いているため、固体撮像素子の動作期間のうち、水平ブランキング期間と信号電荷掃き出し期間においては、負荷トランジスタのソース電流が抑制されない期間が発生してしまう。このため、消費電流の抑制が充分になされているとは言えない。特許文献1の段落0074には、負荷トランジスタの電流制御を行うためのパルスを、垂直転送パルスφV2でなく、電流制御専用のパルスで実現しても良いとの記載があるが、この電流制御専用のパルスがどのようなパルスであるのかの具体的な記載はない。垂直転送パルスφV2と全く同じパルスを別に生成してこれを利用した場合については開示されていると判断することは可能であるが、この場合には、水平ブランキング期間と信号電荷掃き出し期間において消費電流の抑制を充分に行うことができない。   In the method described in Patent Document 1, since the vertical transfer pulse is used for current control, the period during which the source current of the load transistor is not suppressed in the horizontal blanking period and the signal charge sweeping period in the operation period of the solid-state imaging device. Will occur. For this reason, it cannot be said that current consumption is sufficiently suppressed. In paragraph 0074 of Patent Document 1, there is a description that the pulse for performing the current control of the load transistor may be realized not by the vertical transfer pulse φV2 but by a pulse dedicated to current control. There is no specific description of what kind of pulses are. It is possible to determine that the same pulse as the vertical transfer pulse φV2 is separately generated and used, but in this case, it is consumed in the horizontal blanking period and the signal charge sweeping period. The current cannot be sufficiently suppressed.

特許文献2記載の方法では、負荷トランジスタに直列に電流制御用トランジスタを設けているため、出力アンプの出力インピーダンスが高くなってしまい、高周波帯域での動作に不向きである。又、垂直転送パルスで電流制御を行っているため、上述したように、消費電流の抑制を充分に行うことができない。   In the method described in Patent Document 2, since the current control transistor is provided in series with the load transistor, the output impedance of the output amplifier becomes high and is not suitable for operation in a high frequency band. Further, since the current control is performed by the vertical transfer pulse, the consumption current cannot be sufficiently suppressed as described above.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高周波帯域での動作に適した低消費電力の固体撮像素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a low power consumption solid-state imaging device suitable for operation in a high frequency band.

本発明の固体撮像素子は、光電変換素子で発生した電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを含む固体撮像素子を有する撮像装置であって、前記出力部が、前記電荷に対応する信号が入力される駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタに対して電流供給手段をなす第一の負荷トランジスタとを含む増幅回路を有し、前記第一の負荷トランジスタの動作状態を制御するための専用の制御信号を前記第一の負荷トランジスタの制御端子に印加して、前記駆動トランジスタに供給する電流量を制御する電流制御手段を備え、前記制御信号が、前記駆動トランジスタに供給される電流量が所望の値となるように前記第一の負荷トランジスタを制御するための第一の信号と、前記駆動トランジスタに供給される電流量が前記所望の値よりも少なくなるように前記第一の負荷トランジスタを制御するための第二の信号とを含み、前記電流制御手段は、前記固体撮像素子の動作期間のうち、前記電荷に応じた信号を前記出力部から出力させる信号出力期間では、前記第一の信号を前記第一の負荷トランジスタの制御端子に印加し、前記信号出力期間以外の期間では、前記第二の信号を前記第一の負荷トランジスタの制御端子に印加する。   A solid-state imaging device according to the present invention includes a solid-state imaging device including a charge transfer unit that transfers charges generated by a photoelectric conversion element, and an output unit that outputs a signal corresponding to the charges transferred through the charge transfer unit. In the imaging apparatus, the output unit includes an amplifying circuit including a driving transistor to which a signal corresponding to the charge is input, and a first load transistor that forms a current supply unit for the driving transistor, Current control means for controlling the amount of current supplied to the drive transistor by applying a dedicated control signal for controlling the operating state of the first load transistor to the control terminal of the first load transistor; The control signal includes a first signal for controlling the first load transistor such that an amount of current supplied to the drive transistor becomes a desired value, and the drive transistor. And a second signal for controlling the first load transistor so that the amount of current supplied to the transistor is less than the desired value, and the current control means includes an operation period of the solid-state imaging device. In the signal output period in which a signal corresponding to the charge is output from the output unit, the first signal is applied to the control terminal of the first load transistor, and in a period other than the signal output period, A second signal is applied to the control terminal of the first load transistor.

この構成により、駆動トランジスタに供給される電流量が専用の制御信号によって制御されるため、駆動トランジスタに供給される電流量を、信号出力期間以外の全ての期間で抑制することが可能となり、低消費電力化及び発熱の抑制による暗電流の低減を実現することができる。   With this configuration, since the amount of current supplied to the drive transistor is controlled by a dedicated control signal, the amount of current supplied to the drive transistor can be suppressed in all periods other than the signal output period. Dark current can be reduced by reducing power consumption and suppressing heat generation.

本発明の固体撮像素子は、前記電流制御手段が、前記固体撮像素子を駆動したり、前記固体撮像素子から出力された信号を処理したりするためのタイミング信号を生成するタイミングジェネレータと、前記タイミング信号から前記第一の信号及び前記第二の信号を生成し、これらのいずれかを前記固体撮像素子の動作期間に応じて前記第一の負荷トランジスタの制御端子に入力する信号生成手段とから構成されている。   In the solid-state imaging device of the present invention, the current control unit generates a timing signal for driving the solid-state imaging device or processing a signal output from the solid-state imaging device, and the timing A signal generation unit configured to generate the first signal and the second signal from a signal, and to input one of them to a control terminal of the first load transistor according to an operation period of the solid-state imaging device; Has been.

この構成により、既存のタイミングジェネレータからのタイミング信号(具体例としてはAFEで使うプリブランキング信号(PBLK))に基づいて駆動トランジスタに供給される電流量を制御することができるため、制御信号を生成するための別の信号源を設ける場合と比べてコストを削減することができる。   With this configuration, the amount of current supplied to the drive transistor can be controlled based on a timing signal from an existing timing generator (specifically, a pre-blanking signal (PBLK) used in AFE), so that a control signal is generated. The cost can be reduced as compared with the case where another signal source is provided.

本発明の固体撮像素子は、前記増幅回路が、前記第一の負荷トランジスタに並列に接続され、前記駆動トランジスタに対して電流供給手段をなす第二の負荷トランジスタを有し、前記第二の負荷トランジスタは、前記固体撮像素子の動作中、常時オン状態となっており、前記第二の信号が、前記第一の負荷トランジスタをオフ状態にするための信号である。   In the solid-state imaging device of the present invention, the amplification circuit includes a second load transistor that is connected in parallel to the first load transistor and forms current supply means for the drive transistor, and the second load transistor The transistor is always on during the operation of the solid-state imaging device, and the second signal is a signal for turning off the first load transistor.

この構成により、第二の負荷トランジスタは常時オン状態となっているため、第一の負荷トランジスタがオフ状態からオン状態に復帰したときに、駆動トランジスタに供給される電流量が所要量に達するまでの時間を短縮することができる。例えば、信号出力期間の後に水平ブランキング期間を設けてその後に再度信号出力期間を設けるといった駆動を繰り替えす場合、水平ブランキング期間から信号出力期間に切り替えるときに、駆動トランジスタに供給される電流量を高速に復帰させることができることで、水平ブランキング期間の終了ぎりぎりまで第一の負荷トランジスタをオフ状態にしておくことが可能となり、消費電力をより低減することができる。   With this configuration, since the second load transistor is always on, until the amount of current supplied to the drive transistor reaches the required amount when the first load transistor returns from the off state to the on state. Can be shortened. For example, when driving is repeated such that a horizontal blanking period is provided after the signal output period and then a signal output period is provided again, the amount of current supplied to the drive transistor when switching from the horizontal blanking period to the signal output period Can be restored at high speed, the first load transistor can be turned off until the end of the horizontal blanking period, and the power consumption can be further reduced.

本発明の固体撮像素子は、前記第一の信号を前記制御端子に入力したときの前記第一の負荷トランジスタに流れる電流量が、前記第二の負荷トランジスタのオン状態で流れる電流量よりも多い。   In the solid-state imaging device of the present invention, the amount of current flowing through the first load transistor when the first signal is input to the control terminal is greater than the amount of current flowing through the on-state of the second load transistor. .

この構成により、第一の信号を制御端子に入力したときの第一の負荷トランジスタに流れる電流量が、第二の負荷トランジスタのオン状態で流れる電流量よりも少ない場合に比べて、信号出力期間以外の期間中に駆動トランジスタに供給される電流量を少なくすることができ、消費電力をより低減することができる。   With this configuration, the signal output period is smaller than when the amount of current flowing through the first load transistor when the first signal is input to the control terminal is less than the amount of current flowing when the second load transistor is on. During this period, the amount of current supplied to the drive transistor can be reduced, and power consumption can be further reduced.

本発明によれば、高周波帯域での動作に適した低消費電力の固体撮像素子を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a low power consumption solid-state imaging device suitable for operation in a high frequency band.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態である撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
図1に示す撮像装置1は、CCD型の固体撮像素子10と、アナログフロントエンド(AFE)回路20と、中央制御装置(MPU)30とを備える。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
The imaging apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a CCD solid-state imaging device 10, an analog front end (AFE) circuit 20, and a central control unit (MPU) 30.

AFE回路20は、固体撮像素子10から出力された撮像信号に対して利得制御や相関二重サンプリング処理を施すCDS38と、CDS38から出力される輝度成分を所望のゲインに増幅するアンプ(VGA)39と、アンプ39から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部(ADC)21と、固体撮像素子10を駆動する駆動手段とで構成される。   The AFE circuit 20 includes a CDS 38 that performs gain control and correlated double sampling processing on the imaging signal output from the solid-state imaging device 10, and an amplifier (VGA) 39 that amplifies the luminance component output from the CDS 38 to a desired gain. And an analog-to-digital converter (ADC) 21 that converts an analog signal output from the amplifier 39 into a digital signal, and a drive unit that drives the solid-state imaging device 10.

駆動手段は、MPU30からの指示を受けて、固体撮像素子10を駆動したり、固体撮像素子10から出力された信号を処理したりするためのタイミング信号(例えば、ドライバ回路23に供給するための信号や、CDS38、VGA39、及びADC21に供給するための信号)を生成するタイミングジェネレータ(TG)22と、TG22から受けとったタイミング信号を所要電圧パルス信号に変換するドライバ回路23とを備える。   In response to an instruction from the MPU 30, the driving unit drives the solid-state imaging device 10 and processes a signal output from the solid-state imaging device 10 (for example, for supplying to the driver circuit 23. A timing generator (TG) 22 that generates signals and signals to be supplied to the CDS 38, VGA 39, and ADC 21), and a driver circuit 23 that converts the timing signal received from the TG 22 into a required voltage pulse signal.

図示する例では、ドライバ回路23は3つのドライバ回路23a,23b,23cを備える。ドライバ回路23aはラインメモリ駆動パルスφLMを生成し、ドライバ回路23bは水平転送パルスφH1,φH2を生成し、ドライバ回路23cは読出パルスや垂直転送パルスφV系を生成し、それぞれ生成したパルスを固体撮像素子10に供給する。TG22は、固体撮像素子10の出力アンプを制御するための専用のタイミング信号(具体例としてはAFE回路20で使うプリブランキング(PBLK)信号のような既存のタイミング信号)を固体撮像素子10に入力する。   In the illustrated example, the driver circuit 23 includes three driver circuits 23a, 23b, and 23c. The driver circuit 23a generates a line memory drive pulse φLM, the driver circuit 23b generates horizontal transfer pulses φH1 and φH2, and the driver circuit 23c generates a read pulse and a vertical transfer pulse φV system, and the generated pulses are solid-state imaged. Supply to the element 10. The TG 22 inputs a dedicated timing signal (specifically, an existing timing signal such as a pre-blanking (PBLK) signal used in the AFE circuit 20) for controlling the output amplifier of the solid-state imaging device 10 to the solid-state imaging device 10. To do.

図2は、図1に示す固体撮像素子10の概略構成を示す平面模式図である。
固体撮像素子10は、半導体基板11表面に二次元アレイ状(図示の例では正方格子状)に配列形成された多数の光電変換素子(フォトダイオード(PD))12と、各フォトダイオード列に対応してその側部に形成され、対応するフォトダイオード列の各フォトダイオード12に蓄積された信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路13と、各フォトダイオード12と垂直電荷転送路13との間に設けられた読出ゲート14とを備える。図示する例では、垂直電荷転送路13上に設けられる垂直転送電極は、1フォトダイオード当たり4電極設けられ、4枚の各電極に、垂直電荷転送路13による信号電荷の垂直転送を行うための垂直転送パルスφV1,φV2,φV3,φV4が印加される構成(4相駆動の場合)になっている。
FIG. 2 is a schematic plan view showing a schematic configuration of the solid-state imaging device 10 shown in FIG.
The solid-state imaging device 10 corresponds to a large number of photoelectric conversion elements (photodiodes (PDs)) 12 arranged in a two-dimensional array (in the illustrated example, a square lattice) on the surface of the semiconductor substrate 11 and each photodiode row. A plurality of vertical charge transfer paths 13 that are formed on the side and transfer signal charges accumulated in the photodiodes 12 of the corresponding photodiode array in the vertical direction, and the photodiodes 12 and the vertical charge transfer paths 13. And a read gate 14 provided between the two. In the example shown in the drawing, four vertical transfer electrodes provided on the vertical charge transfer path 13 are provided per one photodiode, and the vertical charge transfer path 13 performs vertical transfer of signal charges to each of the four electrodes. The vertical transfer pulses φV1, φV2, φV3, and φV4 are applied (in the case of four-phase driving).

更に、この固体撮像素子10は、半導体基板11の下辺部に設けられた水平電荷転送路15と、水平電荷転送路15の出力部に設けられたフローティングディフュージョン部(FD部)16及び出力アンプ17とを備える。   Further, the solid-state imaging device 10 includes a horizontal charge transfer path 15 provided at the lower side of the semiconductor substrate 11, a floating diffusion section (FD section) 16 and an output amplifier 17 provided at the output section of the horizontal charge transfer path 15. With.

水平電荷転送路15上には、1垂直電荷転送路当たり2枚の水平転送電極が設けられ、2枚の各電極に、水平電荷転送路15による信号電荷の水平転送を行うための水平転送パルスφH1,φH2が夫々印加される構成(2相駆動の場合)になっている。   Two horizontal transfer electrodes are provided for each vertical charge transfer path on the horizontal charge transfer path 15, and a horizontal transfer pulse for performing horizontal transfer of signal charges through the horizontal charge transfer path 15 to each of the two sheets. φH1 and φH2 are respectively applied (in the case of two-phase driving).

また、この固体撮像素子10は、各垂直電荷転送路13の端部と水平電荷転送路15との境界部分に、各垂直電荷転送路13によって転送されてきた信号電荷を受け取って一時蓄積し、垂直電荷転送路13の駆動とは独立に駆動されるバッファ用のラインメモリ18を備える。このラインメモリ18は省略しても良い。   Further, the solid-state imaging device 10 receives and temporarily accumulates signal charges transferred by the vertical charge transfer paths 13 at the boundary between the end portions of the vertical charge transfer paths 13 and the horizontal charge transfer paths 15, A buffer line memory 18 that is driven independently of the driving of the vertical charge transfer path 13 is provided. This line memory 18 may be omitted.

尚、ここでは「垂直」「水平」という用語を用いて説明したが、これは、固体撮像素子10の受光面に沿う「1方向」「この1方向に略直交する方向」という意味に過ぎない。又、フォトダイオード12の配列は正方格子状としたが、これに限らず、公知の様々な配列を適用可能である。又、垂直電荷転送路や水平電荷転送路の駆動方法についても公知の様々な方法を適用可能である。   Although the terms “vertical” and “horizontal” have been described here, this only means “one direction” along the light receiving surface of the solid-state imaging device 10 and “a direction substantially orthogonal to the one direction”. . The arrangement of the photodiodes 12 is a square lattice. However, the arrangement is not limited to this, and various known arrangements can be applied. Various known methods can be applied to the driving method of the vertical charge transfer path and the horizontal charge transfer path.

斯かる構造の撮像装置1では、各フォトダイオード12が被写体からの入射光の光量に応じた信号電荷を蓄積し、読み出しパルスがドライバ回路23から印加されたときに、読出ゲート14を通して該信号電荷がフォトダイオード12から隣接の垂直電荷転送路13に読み出される。   In the imaging apparatus 1 having such a structure, each photodiode 12 accumulates signal charges corresponding to the amount of incident light from the subject, and when the readout pulse is applied from the driver circuit 23, the signal charges are passed through the readout gate 14. Is read from the photodiode 12 to the adjacent vertical charge transfer path 13.

垂直電荷転送路13に垂直転送パルスφV1〜φV4が印加されると、信号電荷は水平電荷転送路15の方向(垂直方向)に転送され、各垂直電荷転送路13の端部まで転送されてきた水平方向一行分の信号電荷はラインメモリ18に移され、一時蓄積される。   When the vertical transfer pulses φV 1 to φV 4 are applied to the vertical charge transfer path 13, the signal charge is transferred in the direction of the horizontal charge transfer path 15 (vertical direction) and transferred to the end of each vertical charge transfer path 13. The signal charge for one horizontal line is transferred to the line memory 18 and temporarily stored.

ラインメモリ18に駆動パルスφLMが印加されると、ラインメモリ18上の信号電荷が水平電荷転送路15に移される。ラインメモリ18を制御することで、水平方向の信号電荷の画素加算が可能となる。   When the drive pulse φLM is applied to the line memory 18, the signal charge on the line memory 18 is transferred to the horizontal charge transfer path 15. By controlling the line memory 18, pixel addition of signal charges in the horizontal direction can be performed.

水平電荷転送路15に水平転送パルスφH1,φH2が印加されると、水平電荷転送路15に沿って信号電荷がFD部16の方向(水平方向)に転送される。パルスφH1に対してパルスφH2は反転したパルスとなっており、或る1枚の水平転送電極下に形成された電位パケット内に収納された信号電荷は、パルスφH1,φH2が反転すると、隣接する水平転送電極下に形成された電位パケット内に転送される。即ち、1段分の水平方向への転送が行われ、次にパルスφH1,φH2が反転すると、次の1段分の水平方向への転送が行われる。   When the horizontal transfer pulses φH 1 and φH 2 are applied to the horizontal charge transfer path 15, signal charges are transferred along the horizontal charge transfer path 15 in the direction of the FD portion 16 (horizontal direction). The pulse φH2 is an inverted pulse with respect to the pulse φH1, and the signal charge stored in the potential packet formed under one horizontal transfer electrode is adjacent when the pulses φH1 and φH2 are inverted. It is transferred into a potential packet formed under the horizontal transfer electrode. In other words, the horizontal transfer for one stage is performed, and when the pulses φH1 and φH2 are inverted next, the horizontal transfer for the next stage is performed.

水平方向への信号電荷の転送が行われ、FD部16に入った信号電荷の電荷量に応じた撮像信号が出力アンプ17から出力されると、FD部16の信号電荷が廃棄され、その後、次の信号電荷がFD部16に入り、という動作が水平電荷転送路15上の信号電荷が無くなるまで繰り返される(この動作が繰り返される期間を水平転送期間という)。そして、次の水平転送期間が始まる前に、水平ブランキング期間が設けられる。   When the signal charge is transferred in the horizontal direction and an imaging signal corresponding to the amount of signal charge that has entered the FD unit 16 is output from the output amplifier 17, the signal charge in the FD unit 16 is discarded. The operation in which the next signal charge enters the FD section 16 is repeated until the signal charge on the horizontal charge transfer path 15 disappears (a period in which this operation is repeated is referred to as a horizontal transfer period). A horizontal blanking period is provided before the next horizontal transfer period starts.

図3は、図2に示す固体撮像素子の出力アンプの概略構成を示す回路図である。
図3に示す出力アンプ17は、固体撮像素子10のFD部16の電位変化を検出して、それに応じた撮像信号を出力する多段接続された3つの増幅回路(ソースフォロワ回路35,36,37)を備える。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the output amplifier of the solid-state imaging device shown in FIG.
The output amplifier 17 shown in FIG. 3 detects a potential change in the FD unit 16 of the solid-state image sensor 10 and outputs three imaging circuits (source follower circuits 35, 36, and 37) connected in multiple stages for outputting an image signal corresponding thereto. ).

第1段目のソースフォロワ回路35は、エンハンスメント型の駆動トランジスタTr1と、駆動トランジスタTr1に対して電流供給手段をなすデプレッション型の負荷トランジスタTr2とから構成される。駆動トランジスタTr1は、そのゲートがFD部16に接続され、そのソースが負荷トランジスタTr2のドレインに接続され、そのドレインが例えば+15V程度の電源VCC+に接続される。負荷トランジスタTr2は、そのゲート及びソースが接地されることで、固体撮像素子10の動作中は常時オン状態(電流を流す状態)となっている。   The first-stage source follower circuit 35 includes an enhancement type drive transistor Tr1 and a depletion type load transistor Tr2 that forms a current supply means for the drive transistor Tr1. The drive transistor Tr1 has a gate connected to the FD unit 16, a source connected to the drain of the load transistor Tr2, and a drain connected to a power supply VCC + of about + 15V, for example. The load transistor Tr2 is always in an on state (a state in which a current flows) during the operation of the solid-state imaging device 10 because the gate and the source of the load transistor Tr2 are grounded.

第2段目のソースフォロワ回路36は、エンハンスメント型の駆動トランジスタTr3と、駆動トランジスタTr3に対して電流供給手段をなすデプレッション型の負荷トランジスタTr4とから構成される。駆動トランジスタTr3は、そのゲートが駆動トランジスタTr1のソースと負荷トランジスタTr2のドレイン間に接続され、そのソースが負荷トランジスタTr4のドレインに接続され、そのドレインが電源VCC+に接続される。負荷トランジスタTr4は、そのゲート及びソースが接地されることで、固体撮像素子10の動作中は常時オン状態(電流を流す状態)となっている。   The second-stage source follower circuit 36 includes an enhancement type drive transistor Tr3 and a depletion type load transistor Tr4 that forms a current supply means for the drive transistor Tr3. The gate of the drive transistor Tr3 is connected between the source of the drive transistor Tr1 and the drain of the load transistor Tr2, the source is connected to the drain of the load transistor Tr4, and the drain is connected to the power supply VCC +. The load transistor Tr4 has a gate and a source that are grounded, so that the load transistor Tr4 is always in an on state (a state in which a current flows) while the solid-state imaging device 10 is in operation.

第3段目のソースフォロワ回路37は、エンハンスメント型の駆動トランジスタTr5と、駆動トランジスタTr5に対して電流供給手段をなす、並列接続されたデプレッション型の負荷トランジスタTr6及びデプレッション型の負荷トランジスタTr7とから構成される。駆動トランジスタTr5は、そのゲートが駆動トランジスタTr3のソースと負荷トランジスタTr4のドレイン間に接続され、そのソースが負荷トランジスタTr6,Tr7のドレインに接続され、そのドレインが電源VCC+に接続される。   The third-stage source follower circuit 37 includes an enhancement type drive transistor Tr5, and a depletion type load transistor Tr6 and a depletion type load transistor Tr7 connected in parallel to form a current supply means for the drive transistor Tr5. Composed. The drive transistor Tr5 has a gate connected between the source of the drive transistor Tr3 and the drain of the load transistor Tr4, a source connected to the drains of the load transistors Tr6 and Tr7, and a drain connected to the power supply VCC +.

負荷トランジスタTr6は、そのゲート及びソースが接地されることで、固体撮像素子10の動作中は常時オン状態(電流を流す状態)となっている。負荷トランジスタTr7は、そのドレインが駆動トランジスタTr5のソースと負荷トランジスタTr6のドレイン間に接続され、そのソースが接地され、そのゲートにはレベル変換回路38を介してコントロール端子39が接続されている。負荷トランジスタTr7は、レベル変換回路38からゲートに印加される制御信号によって動作状態が制御される。   The load transistor Tr6 has a gate and a source grounded, so that the load transistor Tr6 is always in an on state (a state in which a current flows) during the operation of the solid-state imaging device 10. The drain of the load transistor Tr7 is connected between the source of the driving transistor Tr5 and the drain of the load transistor Tr6, the source is grounded, and the control terminal 39 is connected to the gate via the level conversion circuit 38. The operation state of the load transistor Tr7 is controlled by a control signal applied to the gate from the level conversion circuit 38.

駆動トランジスタTr5のソースには出力端子OSが接続され、この出力端子OSから撮像信号が出力される。   An output terminal OS is connected to the source of the drive transistor Tr5, and an imaging signal is output from the output terminal OS.

コントロール端子39は、TG22からのタイミング信号を直接入力するための端子である。   The control terminal 39 is a terminal for directly inputting a timing signal from the TG 22.

レベル変換回路38は、エンハンスメント型のトランジスタTr8〜Tr10と、抵抗R1〜R5と、コンデンサC1,C2とを備える。   The level conversion circuit 38 includes enhancement type transistors Tr8 to Tr10, resistors R1 to R5, and capacitors C1 and C2.

トランジスタTr9は、そのゲートがコントロール端子39に接続され、そのドレインがトランジスタTr8のソースに接続され、そのソースが抵抗R2を介して例えば
−8V程度の電源VCC−に接続されている。
The transistor Tr9 has its gate connected to the control terminal 39, its drain connected to the source of the transistor Tr8, and its source connected to a power supply VCC− of about −8 V, for example, via a resistor R2.

トランジスタTr8は、そのドレインが電源VCC+に接続され、そのソースがトランジスタTr9のドレインに接続され、そのゲートが、電源VCC+と接地ラインとの間に直列接続された抵抗R3と抵抗R4の間に接続されている。   The transistor Tr8 has its drain connected to the power supply VCC +, its source connected to the drain of the transistor Tr9, and its gate connected between the resistor R3 and the resistor R4 connected in series between the power supply VCC + and the ground line. Has been.

トランジスタTr10は、そのゲートにトランジスタTr9のソースが抵抗R5を介して接続され、そのソースに負荷トランジスタTr7のゲートが接続され、そのドレインに負荷トランジスタTr7のソースが接続されている。   The transistor Tr10 has a gate connected to the source of the transistor Tr9 via a resistor R5, a source connected to the gate of the load transistor Tr7, and a drain connected to the source of the load transistor Tr7.

トランジスタTr10のゲートと抵抗R5の間には、コンデンサC1を介して電源VCC−が接続されている。負荷トランジスタTr7のゲートと電源VCC−の間には、コンデンサC2と抵抗R1が並列に接続されている。   A power supply VCC− is connected between the gate of the transistor Tr10 and the resistor R5 via a capacitor C1. A capacitor C2 and a resistor R1 are connected in parallel between the gate of the load transistor Tr7 and the power supply VCC−.

このような構成のレベル変換回路38とTG22は、負荷トランジスタTr7の動作状態を制御するための専用の制御信号を負荷トランジスタTr7の制御端子であるゲート端子に印加して負荷トランジスタTr7の動作状態を制御することで、駆動トランジスタTr5に供給する電流量を制御する電流制御手段として機能する。   The level conversion circuit 38 and the TG 22 configured as described above apply a dedicated control signal for controlling the operation state of the load transistor Tr7 to the gate terminal which is the control terminal of the load transistor Tr7, thereby changing the operation state of the load transistor Tr7. By controlling, it functions as current control means for controlling the amount of current supplied to the drive transistor Tr5.

この制御信号としては、駆動トランジスタTr5に供給される電流量が撮像信号の出力に必要な所望の値(例えば5mA)となるように負荷トランジスタTr7を制御するための第一の信号と、駆動トランジスタTr5に供給される電流量が上記所望の値よりも少なく(例えば0.1mA)なるように負荷トランジスタTr7を制御するための第二の信号とを含む。   As this control signal, the first signal for controlling the load transistor Tr7 so that the amount of current supplied to the drive transistor Tr5 becomes a desired value (for example, 5 mA) necessary for the output of the imaging signal, and the drive transistor And a second signal for controlling the load transistor Tr7 so that the amount of current supplied to Tr5 is less than the desired value (for example, 0.1 mA).

レベル変換回路38は、TG22から供給された専用のタイミング信号から第一の信号と第二の信号を生成し、固体撮像素子10の動作期間のうち、フォトダイオード12で発生した信号電荷に応じた撮像信号を出力アンプ17から出力させる信号出力期間(上記水平転送期間に相当)では、第一の信号を負荷トランジスタTr7のゲート端子に印加し、信号出力期間以外の期間では、第二の信号を負荷トランジスタTr7のゲート端子に印加することで、駆動トランジスタTr5に供給する電流量を制御する。   The level conversion circuit 38 generates the first signal and the second signal from the dedicated timing signal supplied from the TG 22 and corresponds to the signal charge generated in the photodiode 12 during the operation period of the solid-state imaging device 10. In the signal output period (corresponding to the horizontal transfer period) in which the imaging signal is output from the output amplifier 17, the first signal is applied to the gate terminal of the load transistor Tr7, and in the period other than the signal output period, the second signal is applied. By applying the voltage to the gate terminal of the load transistor Tr7, the amount of current supplied to the drive transistor Tr5 is controlled.

例えば、コントロール端子39に入力されるタイミング信号がハイレベルになったときに、負荷トランジスタTr7はオン状態となり、4.9mAの電流を駆動トランジスタTr5に供給するように、各トランジスタの特性を決めておく。これにより、タイミング信号がハイレベルのときに、負荷トランジスタTr7のゲートには第一の信号が印加されることになり、駆動トランジスタTr5には、負荷トランジスタTr6から常時供給される0.1mAの電流と併せて計5.0mAの電流が供給される。   For example, when the timing signal input to the control terminal 39 becomes high level, the load transistor Tr7 is turned on, and the characteristics of each transistor are determined so that a current of 4.9 mA is supplied to the drive transistor Tr5. deep. As a result, when the timing signal is at a high level, the first signal is applied to the gate of the load transistor Tr7, and the drive transistor Tr5 has a current of 0.1 mA that is constantly supplied from the load transistor Tr6. In addition, a total current of 5.0 mA is supplied.

一方、コントロール端子39に入力されるタイミング信号がローレベルになったときに、負荷トランジスタTr7はオフ状態(電流をほぼ流さない高抵抗の状態)となるように各トランジスタの特性を決めておく。これにより、タイミング信号がハイレベルのときに、負荷トランジスタTr7のゲートには負荷トランジスタTr7をオフ状態にするための第二の信号が印加されることになり、駆動トランジスタTr5には、負荷トランジスタTr6から供給される0.1mAの電流のみが供給される。   On the other hand, when the timing signal input to the control terminal 39 becomes low level, the characteristics of each transistor are determined so that the load transistor Tr7 is turned off (high resistance state in which almost no current flows). Thus, when the timing signal is at a high level, the second signal for turning off the load transistor Tr7 is applied to the gate of the load transistor Tr7, and the load transistor Tr6 is applied to the drive transistor Tr5. Only a current of 0.1 mA supplied from is supplied.

負荷トランジスタTr7は、デプレッション型であるため、ゲート端子に印加される信号(電圧)を充分大きなマイナスレベルの信号にしなくてはオフ状態にすることができない。TG22で生成されたタイミング信号では、負荷トランジスタTr7をオフ状態にできるほどの信号は作っていないため、このタイミング信号をレベル変換回路39によってレベル変換することで、負荷トランジスタTr7をオフ状態にすることが可能となっている。   Since the load transistor Tr7 is a depletion type, it cannot be turned off unless the signal (voltage) applied to the gate terminal is a sufficiently large negative signal. Since the timing signal generated by the TG 22 does not generate a signal that can turn off the load transistor Tr7, the level conversion circuit 39 converts the level of the timing signal to turn off the load transistor Tr7. Is possible.

尚、出力アンプ17では、消費電力を効果的に削減するために、負荷トランジスタTr6に常時流れる電流量が、負荷トランジスタTr7のゲートに第一の信号が印加されたときに負荷トランジスタTr7に流れる電流量よりも充分に少なくなるように、負荷トランジスタTr6,Tr7のそれぞれのサイズが決定されている。勿論、負荷トランジスタTr6に常時流れる電流量が、負荷トランジスタTr7のゲートに第一の信号が印加されたときに負荷トランジスタTr7に流れる電流量より多くても、多少の消費電力の削減は可能となる。   In the output amplifier 17, in order to effectively reduce power consumption, the amount of current that always flows through the load transistor Tr6 is equal to the current that flows through the load transistor Tr7 when the first signal is applied to the gate of the load transistor Tr7. The sizes of the load transistors Tr6 and Tr7 are determined so as to be sufficiently smaller than the amount. Of course, even if the amount of current that always flows through the load transistor Tr6 is larger than the amount of current that flows through the load transistor Tr7 when the first signal is applied to the gate of the load transistor Tr7, it is possible to reduce power consumption somewhat. .

以下、図3に示す出力アンプ17の動作の詳細について説明する。
信号出力期間(水平転送期間)においては、コントロール端子39にハイレベルのタイミング信号(入力Hi電圧という)が入力される。この入力Hi電圧が入力されている期間では、トランジスタTr9のバイアス状態がVds(ドレイン・ソース間電圧)>Vgs(ゲート・ソース間電圧)であれば、トランジスタTr9のソース電圧(=トランジスタTr10のゲート電圧)が、“入力Hi電圧−Vgs(トランジスタTr9のもの)”となり、負荷トランジスタTr7のゲート電位は、“GND(接地電位)−Vds(トランジスタTr10のもの)”(=第一の信号)となる。負荷トランジスタTr7はデプレッション型であるため、動作状態となり、通常の出力可能なバイアス条件となる。つまり、駆動トランジスタTr5には、負荷トランジスタTr6から供給される電流と、負荷トランジスタTr7から供給される電流とを合計した電流が供給されることになり、信号電荷に応じた撮像信号の出力が可能な状態となる。
Details of the operation of the output amplifier 17 shown in FIG. 3 will be described below.
In the signal output period (horizontal transfer period), a high-level timing signal (referred to as input Hi voltage) is input to the control terminal 39. During the period when the input Hi voltage is input, if the bias state of the transistor Tr9 is Vds (drain-source voltage)> Vgs (gate-source voltage), the source voltage of the transistor Tr9 (= the gate of the transistor Tr10). Voltage) becomes “input Hi voltage −Vgs (for transistor Tr9)”, and the gate potential of the load transistor Tr7 is “GND (ground potential) −Vds (for transistor Tr10)” (= first signal). Become. Since the load transistor Tr7 is a depletion type, the load transistor Tr7 is in an operating state and becomes a bias condition that allows normal output. That is, the drive transistor Tr5 is supplied with a total current of the current supplied from the load transistor Tr6 and the current supplied from the load transistor Tr7, and can output an imaging signal corresponding to the signal charge. It becomes a state.

固体撮像素子10の動作期間のうち信号出力期間(水平転送期間)以外の期間においては、コントロール端子39にローレベルのタイミング信号(入力Lo電圧という)が入力される。この入力Lo電圧が入力されている期間では、トランジスタTr9のソース電圧(=トランジスタTr10のゲート電圧)が、“入力Lo電圧−Vgs(トランジスタTr9のもの)”となり、負荷トランジスタTr7のゲート電位は、“入力Lo電圧−Vgs(トランジスタTr9のもの)−Vgs(トランジスタTr10のもの)”(=第二の信号)となる。トランジスタTr9,Tr10のサイズは、“入力Lo電圧−Vgs(トランジスタTr9のもの)−Vgs(トランジスタTr10のもの)”<“負荷トランジスタTr7の閾値”となるように設定しておく。これにより、負荷トランジスタTr7はオフ状態(電流を流さない高抵抗の状態)となる。よって、駆動トランジスタTr5には、負荷トランジスタTr6から供給される電流のみが供給されることになり、信号出力期間以外の期間では、出力アンプ17での消費電力が大幅に抑制される。   During a period other than the signal output period (horizontal transfer period) in the operation period of the solid-state imaging device 10, a low-level timing signal (referred to as input Lo voltage) is input to the control terminal 39. During the period when the input Lo voltage is input, the source voltage of the transistor Tr9 (= the gate voltage of the transistor Tr10) becomes “input Lo voltage−Vgs (of the transistor Tr9)”, and the gate potential of the load transistor Tr7 is "Input Lo voltage -Vgs (for transistor Tr9) -Vgs (for transistor Tr10)" (= second signal). The sizes of the transistors Tr9 and Tr10 are set so that “input Lo voltage−Vgs (for transistor Tr9) −Vgs (for transistor Tr10)” <“threshold of load transistor Tr7”. As a result, the load transistor Tr7 is turned off (a high resistance state in which no current flows). Therefore, only the current supplied from the load transistor Tr6 is supplied to the drive transistor Tr5, and the power consumption in the output amplifier 17 is greatly suppressed during periods other than the signal output period.

尚、抵抗R3,R4とトランジスタTr8は、コントロール端子39に入力されるタイミング信号がハイレベルのときに抵抗R2を介して電源VCC−に流れる電流を小さく抑えるために有効であるが、抵抗R2の値を充分大きくとり、トランジスタTr10のゲート耐圧を高くしておけば不要である。   The resistors R3 and R4 and the transistor Tr8 are effective for suppressing the current flowing to the power supply VCC− via the resistor R2 when the timing signal input to the control terminal 39 is at a high level. This is not necessary if the value is sufficiently large and the gate breakdown voltage of the transistor Tr10 is increased.

又、コンデンサC1と抵抗R5は、コントロール端子39からのノイズの影響を軽減するローパルフィルタとして機能する。抵抗R1は、トランジスタTr10に流れる電流を抑制するための抵抗であると同時に、コンデンサC2との組み合わせでローパルフィルタを形成し、負荷トランジスタTr7のゲートの揺れを軽減する。   The capacitor C1 and the resistor R5 function as a low-pass filter that reduces the influence of noise from the control terminal 39. The resistor R1 is a resistor for suppressing the current flowing through the transistor Tr10, and at the same time forms a low-pass filter in combination with the capacitor C2, thereby reducing the swing of the gate of the load transistor Tr7.

以上のように、本実施形態の撮像装置は、負荷トランジスタTr7のゲートを垂直転送パルスではなく、これとは独立した専用の制御信号によって制御しているため、固体撮像素子10の動作期間のうち、信号出力期間では負荷トランジスタTr7をオン状態にして撮像信号の出力に必要な電流が駆動トランジスタTr5に供給されるようにし、それ以外の期間では負荷トランジスタTr7をオフ状態にして負荷トランジスタTr6からの少量の電流のみを駆動トランジスタTr5に供給するといったことが可能となる。このため、垂直転送パルスによって負荷トランジスタを制御する従来と比較して、負荷トランジスタTr7から供給される電流量を抑制する時間を大幅に増やすことができる。したがって、消費電力をより削減することができ、撮像装置の発熱を抑制し、暗電流の発生を抑制してS/N特性を良好にすることでダイナミックレンジをより広く確保することができる。   As described above, since the imaging device of the present embodiment controls the gate of the load transistor Tr7 not by the vertical transfer pulse but by a dedicated control signal independent of this, the operation period of the solid-state imaging device 10 In the signal output period, the load transistor Tr7 is turned on so that a current necessary for outputting the imaging signal is supplied to the drive transistor Tr5. In other periods, the load transistor Tr7 is turned off and the load transistor Tr6 is turned off. Only a small amount of current can be supplied to the drive transistor Tr5. For this reason, it is possible to significantly increase the time for suppressing the amount of current supplied from the load transistor Tr7 as compared with the conventional case where the load transistor is controlled by the vertical transfer pulse. Therefore, the power consumption can be further reduced, and the dynamic range can be secured more broadly by suppressing the heat generation of the imaging device, suppressing the generation of dark current, and improving the S / N characteristics.

特許文献1,2では、信号出力期間中にいずれかの垂直転送パルスをアクティブレベルにする必要がある。このアクティブレベルをローレベルにする場合には、pチャンネルトランジスタが必要となり、製造工程数が増加してコスト増につながる。又、アクティブレベルをハイレベルにする場合には、電荷転送路における暗電流増加につながり好ましくない。本実施形態の撮像装置によれば、垂直転送パルスとは独立した専用の制御信号によって負荷トランジスタTr7を制御しているため、上述したコスト増や暗電流増加を防ぎ、低消費電力化が可能となる。   In Patent Documents 1 and 2, it is necessary to set one of the vertical transfer pulses to an active level during the signal output period. In order to set the active level to a low level, a p-channel transistor is required, which increases the number of manufacturing steps and increases costs. In addition, when the active level is set to the high level, the dark current increases in the charge transfer path, which is not preferable. According to the imaging apparatus of this embodiment, since the load transistor Tr7 is controlled by a dedicated control signal independent of the vertical transfer pulse, the above-described cost increase and dark current increase can be prevented, and low power consumption can be achieved. Become.

又、本実施形態の撮像装置は、垂直転送パルスとは独立した制御信号を用いて負荷トランジスタTr7を制御しているため、負荷トランジスタTr7の制御のために垂直転送パルスの設計変更を行う必要がなく、既存の撮像装置に容易に適用することができる。又、この制御信号は、TG22からのタイミング信号(例えば、AFEで使うプリブランキング信号のような既存のタイミング信号)をレベル変換して生成することができるため、マイナス電圧レベルを有する制御信号を生成するための別の信号源を設ける場合と比べて製造コストを削減することができる。   In addition, since the imaging apparatus according to the present embodiment controls the load transistor Tr7 using a control signal independent of the vertical transfer pulse, it is necessary to change the design of the vertical transfer pulse in order to control the load transistor Tr7. And can be easily applied to an existing imaging apparatus. Further, this control signal can be generated by converting the level of the timing signal from the TG 22 (for example, an existing timing signal such as a pre-blanking signal used in AFE), so that a control signal having a negative voltage level is generated. The manufacturing cost can be reduced as compared with the case where another signal source is provided.

又、本実施形態の撮像装置は、出力アンプ17の出力端子OSと接地ラインとの間には負荷トランジスタTr6又は負荷トランジスタTr7のみが介在することになるため、負荷トランジスタの電流制御を行わない一般的な出力アンプと同等の出力インピーダンスを維持することができ、高周波帯域の動作にも対応することが可能となる。   In the imaging apparatus of the present embodiment, only the load transistor Tr6 or the load transistor Tr7 is interposed between the output terminal OS of the output amplifier 17 and the ground line. An output impedance equivalent to that of a typical output amplifier can be maintained, and operation in a high frequency band can be supported.

又、本実施形態の撮像装置は、ソースフォロア回路37の負荷トランジスタを、並列接続された負荷トランジスタTr6と負荷トランジスタTr7とで構成している。負荷トランジスタTr6は常時オン状態となっているため、負荷トランジスタTr7がオフ状態からオン状態に復帰したときに、駆動トランジスタTr5に供給される電流量が所要量に達するまでの時間を短縮することができる。具体的には、水平ブランキング期間から信号出力期間に切り替えるときに、駆動トランジスタTr5に供給される電流量を高速に復帰させることができることで、水平ブランキング期間終了のぎりぎりまで負荷トランジスタTr7をオフ状態にしておくことができ、消費電力をより低減することができる。   In the imaging apparatus of the present embodiment, the load transistor of the source follower circuit 37 is configured by a load transistor Tr6 and a load transistor Tr7 connected in parallel. Since the load transistor Tr6 is always on, when the load transistor Tr7 returns from the off state to the on state, the time until the amount of current supplied to the drive transistor Tr5 reaches the required amount can be shortened. it can. Specifically, when switching from the horizontal blanking period to the signal output period, the amount of current supplied to the drive transistor Tr5 can be restored at high speed, so that the load transistor Tr7 is turned off until the end of the horizontal blanking period. Thus, power consumption can be further reduced.

又、本実施形態の撮像装置は、負荷トランジスタTr6がオン状態のときに流れる電流量が、負荷トランジスタTr7のゲートに第一の信号を印加したときに負荷トランジスタTr7に流れる電流量よりも少なくなるように、負荷トランジスタTr6,Tr7のサイズが決められている。このため、負荷トランジスタTr7のゲートに第一の信号を印加したときの負荷トランジスタTr7に流れる電流量が、負荷トランジスタTr6のオン状態で流れる電流量よりも少ない場合に比べて、信号出力期間以外の期間中に駆動トランジスタTr5に供給される電流量を少なくすることができ、消費電力をより低減することができる。   Further, in the imaging device of the present embodiment, the amount of current that flows when the load transistor Tr6 is on is less than the amount of current that flows through the load transistor Tr7 when the first signal is applied to the gate of the load transistor Tr7. As described above, the sizes of the load transistors Tr6 and Tr7 are determined. For this reason, when the first signal is applied to the gate of the load transistor Tr7, the amount of current flowing through the load transistor Tr7 is smaller than the amount of current flowing when the load transistor Tr6 is on. The amount of current supplied to the drive transistor Tr5 during the period can be reduced, and the power consumption can be further reduced.

以下、本実施形態の撮像装置の変形例について列挙する。   Hereinafter, modifications of the imaging device according to the present embodiment will be listed.

(1)ソースフォロア回路37の負荷トランジスタTr6を省略した構成としても良い。
この場合、信号出力期間以外の期間では、駆動トランジスタTr5に供給される電流がほぼゼロとなるため、消費電力の低減効果が高い。
(1) The load transistor Tr6 of the source follower circuit 37 may be omitted.
In this case, since the current supplied to the drive transistor Tr5 is substantially zero during periods other than the signal output period, the effect of reducing power consumption is high.

(2)負荷トランジスタTr7は、第二の信号がゲートに印加されたときにオフ状態とならなくても良い。
負荷トランジスタTr7は、第二の信号がゲートに印加されたときに、完全にオフ状態とはならず、第一の信号がゲートに印加されたときよりも電流を抑制する状態になるように設計しておいても良い。この場合でも、信号出力期間と、それ以外の期間とでは、信号出力期間の方が駆動トランジスタTr5に供給される電流量が減少するため、消費電力低減の効果を得ることは可能である。
(2) The load transistor Tr7 may not be turned off when the second signal is applied to the gate.
The load transistor Tr7 is designed not to be completely turned off when the second signal is applied to the gate, but to suppress the current more than when the first signal is applied to the gate. You can keep it. Even in this case, in the signal output period and other periods, the amount of current supplied to the drive transistor Tr5 is reduced in the signal output period, so that an effect of reducing power consumption can be obtained.

(3)出力アンプ17の構成は、3段構成のソースフォロア回路に限らず、例えば、1段又は2段あるいは4段以上の構成であっても良い。   (3) The configuration of the output amplifier 17 is not limited to a three-stage source follower circuit, and may be a one-stage, two-stage, or four or more stages, for example.

(4)ソースフォロア回路に用いるトランジスタはMOSトランジスタに限らず、接合型FETやバイポーラ型トランジスタを用いた構成であっても良い。   (4) The transistor used for the source follower circuit is not limited to a MOS transistor, and may be a structure using a junction FET or a bipolar transistor.

(5)ソースフォロア回路37の負荷トランジスタの構成を、その他のソースフォロア回路に適用しても良い。
例えば、負荷トランジスタTr2、負荷トランジスタTr4、又はこの両方にそれぞれ並列にデプレッション型の負荷トランジスタを設け、この負荷トランジスタを、負荷トランジスタTr7と同様に制御信号によって制御しても良い。このようにすることで、信号出力期間以外の期間では、駆動トランジスタTr1,Tr3に供給される電流量も抑制することができるため、消費電力をより低減することができる。多段接続されたソースフォロア回路の場合は、最終段のソースフォロア回路での消費電力が最も支配的となるため、図3に示したように、最終段のソースフォロア回路37の負荷トランジスタを制御することだけでも、消費電力削減の効果を充分に得ることができる。
(5) The configuration of the load transistor of the source follower circuit 37 may be applied to other source follower circuits.
For example, a depletion type load transistor may be provided in parallel with each of the load transistor Tr2, the load transistor Tr4, or both, and this load transistor may be controlled by a control signal in the same manner as the load transistor Tr7. By doing in this way, in the period other than the signal output period, the amount of current supplied to the drive transistors Tr1 and Tr3 can also be suppressed, so that power consumption can be further reduced. In the case of source follower circuits connected in multiple stages, the power consumption in the source follower circuit in the final stage is the most dominant, and as shown in FIG. 3, the load transistor of the source follower circuit 37 in the final stage is controlled. Only by this, the effect of reducing power consumption can be sufficiently obtained.

(6)第一の信号と第二の信号を生成し、これらを負荷トランジスタTr7のゲートに印加するTG22とは独立した回路を設けても良い。   (6) A circuit independent of the TG 22 that generates the first signal and the second signal and applies them to the gate of the load transistor Tr7 may be provided.

本発明の実施形態である撮像装置の概略構成を示すブロック図1 is a block diagram showing a schematic configuration of an imaging apparatus that is an embodiment of the present invention. 図1に示す固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図1 is a schematic plan view showing a schematic configuration of the solid-state imaging device shown in FIG. 図2に示す固体撮像素子の出力アンプの概略構成を示す回路図2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of an output amplifier of the solid-state imaging device shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 撮像装置
10 固体撮像素子
17 出力アンプ
Tr5 駆動トランジスタ
Tr7 負荷トランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Imaging device 10 Solid-state image sensor 17 Output amplifier Tr5 Drive transistor Tr7 Load transistor

Claims (5)

光電変換素子で発生した電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを含む固体撮像素子を有する撮像装置であって、
前記出力部が、前記電荷に対応する信号が入力される駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタに対して電流供給手段をなす第一の負荷トランジスタとを含む増幅回路を有し、
前記第一の負荷トランジスタの動作状態を制御するための専用の制御信号を前記第一の負荷トランジスタの制御端子に印加して、前記駆動トランジスタに供給する電流量を制御する電流制御手段を備え、
前記制御信号が、前記駆動トランジスタに供給される電流量が所望の値となるように前記第一の負荷トランジスタを制御するための第一の信号と、前記駆動トランジスタに供給される電流量が前記所望の値よりも少なくなるように前記第一の負荷トランジスタを制御するための第二の信号とを含み、
前記電流制御手段は、前記固体撮像素子の動作期間のうち、前記電荷に応じた信号を前記出力部から出力させる信号出力期間では、前記第一の信号を前記第一の負荷トランジスタの制御端子に印加し、前記信号出力期間以外の期間では、前記第二の信号を前記第一の負荷トランジスタの制御端子に印加する撮像装置。
An image pickup apparatus having a solid-state image pickup device including a charge transfer unit that transfers charges generated by a photoelectric conversion element and an output unit that outputs a signal corresponding to the charge transferred through the charge transfer unit,
The output unit includes an amplifying circuit including a driving transistor to which a signal corresponding to the electric charge is input, and a first load transistor that forms current supply means for the driving transistor;
Current control means for controlling the amount of current supplied to the drive transistor by applying a dedicated control signal for controlling the operating state of the first load transistor to the control terminal of the first load transistor;
The control signal includes a first signal for controlling the first load transistor so that a current amount supplied to the drive transistor becomes a desired value, and a current amount supplied to the drive transistor A second signal for controlling the first load transistor to be less than a desired value;
The current control unit is configured to output the first signal to a control terminal of the first load transistor in a signal output period in which a signal corresponding to the charge is output from the output unit in an operation period of the solid-state imaging device. An imaging apparatus that applies and applies the second signal to a control terminal of the first load transistor in a period other than the signal output period.
請求項1記載の撮像装置であって、
前記電流制御手段が、前記固体撮像素子を駆動したり、前記固体撮像素子から出力された信号を処理したりするためのタイミング信号を生成するタイミングジェネレータと、前記タイミング信号から前記第一の信号及び前記第二の信号を生成し、これらのいずれかを前記固体撮像素子の動作期間に応じて前記第一の負荷トランジスタの制御端子に入力する信号生成手段とから構成されている撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 1,
The current control means generates a timing signal for driving the solid-state imaging device or processing a signal output from the solid-state imaging device, the first signal from the timing signal, and An image pickup apparatus comprising: a signal generation unit configured to generate the second signal and input one of the signals to a control terminal of the first load transistor according to an operation period of the solid-state image sensor.
請求項1又は2記載の撮像装置であって、
前記増幅回路が、前記第一の負荷トランジスタに並列に接続され、前記駆動トランジスタに対して電流供給手段をなす第二の負荷トランジスタを有し、
前記第二の負荷トランジスタは、前記固体撮像素子の動作中、常時オン状態となっており、
前記第二の信号が、前記第一の負荷トランジスタをオフ状態にするための信号である撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 1 or 2,
The amplifier circuit includes a second load transistor connected in parallel to the first load transistor and serving as a current supply means to the drive transistor;
The second load transistor is always on during the operation of the solid-state imaging device,
The imaging apparatus, wherein the second signal is a signal for turning off the first load transistor.
請求項3記載の撮像装置であって、
前記第一の信号を前記制御端子に入力したときの前記第一の負荷トランジスタに流れる電流量が、前記第二の負荷トランジスタのオン状態で流れる電流量よりも多い撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 3,
An imaging apparatus in which an amount of current flowing through the first load transistor when the first signal is input to the control terminal is greater than an amount of current flowing when the second load transistor is on.
光電変換素子で発生した電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを有し、前記出力部が、前記電荷に対応する信号が入力される駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタに対して電流供給手段をなす負荷トランジスタとを含む増幅回路を備える固体撮像素子の制御方法であって、
前記第一の負荷トランジスタの動作状態を制御するための専用の制御信号を前記第一の負荷トランジスタの制御端子に印加して、前記駆動トランジスタに供給する電流量を制御する電流制御ステップを備え、
前記制御信号が、前記駆動トランジスタに供給される電流量が所望の値となるように前記第一の負荷トランジスタを動作させるための第一の信号と、前記駆動トランジスタに供給される電流量が前記所望の値よりも低くなるように前記第一の負荷トランジスタを動作させるための第二の信号とを含み、
前記電流制御ステップにおいて、前記固体撮像素子の動作期間のうち、前記電荷に応じた信号を前記出力部から出力させる信号出力期間では、前記第一の信号を前記第一の負荷トランジスタの制御端子に印加し、前記信号出力期間以外の期間では、前記第二の信号を前記第一の負荷トランジスタの制御端子に印加する固体撮像素子の制御方法。
A charge transfer unit configured to transfer a charge generated in the photoelectric conversion element; and an output unit configured to output a signal corresponding to the charge transferred through the charge transfer unit, wherein the output unit is a signal corresponding to the charge. A solid-state imaging device control method comprising an amplifier circuit including a drive transistor to which is input and a load transistor that forms current supply means for the drive transistor,
A current control step for controlling the amount of current supplied to the drive transistor by applying a dedicated control signal for controlling the operating state of the first load transistor to the control terminal of the first load transistor;
The control signal includes a first signal for operating the first load transistor so that a current amount supplied to the drive transistor becomes a desired value, and a current amount supplied to the drive transistor A second signal for operating the first load transistor to be lower than a desired value,
In the current control step, in the signal output period in which a signal corresponding to the charge is output from the output unit in the operation period of the solid-state imaging device, the first signal is supplied to the control terminal of the first load transistor. A solid-state imaging device control method that applies and applies the second signal to a control terminal of the first load transistor during a period other than the signal output period.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2016006302A1 (en) * 2014-07-10 2016-01-14 オリンパス株式会社 Imaging element, imaging device, endoscope, endoscope system, and method for driving imaging element

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