JP3558516B2 - アナログ信号増幅器およびそれを含んでなる固体撮像素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、サンプルホールド回路と、ソースフォロワアンプとを有するアナログ信号増幅器およびそれを含んでなる固体撮像素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の固体撮像素子の一例として、温度により抵抗値が変化するボロメータを画素として用いたボロメータ型赤外線固体撮像素子について説明する。
【0003】
図7は、従来のボロメータ型赤外線固体撮像素子および該固体撮像素子の駆動回路の一例を示す説明図である。なお、説明を簡単にするために、図7には3×3画素のボロメータ型赤外線固体撮像素子が示されている。
【0004】
図7において、1は温度により抵抗値が変化するボロメータであり、たとえば、金属薄膜、酸化バナジュームなどのセラミックス、多結晶または非結晶シリコンなどの半導体などを用いて形成される。赤外線が入射されることに応じて、ボロメータ部の温度がわずかに変化し、かかる変化に伴いボロメータの抵抗が変化する。さらに、2は駆動線3に入力されたクロックにより駆動される画素内MOS(metal−oxide semiconductor)トランジスタであり、ボロメータ1とともに各画素を構成する。画素内MOSトランジスタ2のドレイン電極の端子は垂直信号線6に接続される。垂直信号線6には画素列ごとに固定負荷抵抗4を介して電源端子5から電源電圧VBが与えられる。なお、前記画素列とは、マトリクス状に設けられた画素のうち1つの列を構成する画素のことをいう。さらに、垂直信号線6の電位はサンプルホールドトランジスタ7とサンプルホールド容量9で構成されるサンプルホールド回路に入力される。サンプルホールドトランジスタ7のゲート電極には端子8よりサンプルホールドクロックφSHが入力される。サンプルホールドされた信号はドライバトランジスタ10とロードトランジスタ14で構成されるソースフォロワアンプに導かれる。12は、各列のソースフォロワアンプを順に動作させ、かつ、水平出力線13に接続させるための水平MOSトランジスタである。ロードトランジスタのゲート電極には端子15からバイアス電圧VGが与えられ、ソースフォロワアンプの動作点を決める。水平出力線13は出力アンプ16に接続され、出力信号は端子17から出力される。18、19は各行の画素内MOSトランジスタと各列の水平MOSトランジスタを順に動作させるためのクロック信号を発生する垂直走査回路および水平走査回路である。
【0005】
つぎに、図7のボロメータ型赤外線固体撮像素子を駆動するために用いられる信号について、図7および図8を参照しつつ説明する。図8は、図7のボロメータ型赤外線固体撮像素子を駆動するために用いられる信号の一例を示すタイミングチャートである。図8において、縦軸は電圧、横軸は時間を示す。
【0006】
垂直走査回路18より、まず、1行目の駆動線3にクロックφV1が与えられる。1行目の画素内MOSトランジスタ2が導通状態になり、1行目の3個のボロメータ1が各列に対応する垂直信号線6に接続される。垂直信号線3の電位は、電源電圧VBがボロメータ1の抵抗Rdと固体負荷抵抗4の抵抗Rlで分圧された値になる。抵抗Rdは先に述べたように赤外線が入射されることに応じて変化する。前記電位は、サンプルホールドクロックφSHの入力によりサンプルホールドトランジスタ7を介してサンプルホールド容量8に保持される。つぎに、水平走査回路19より順にクロックφH1、φH2、φH3が出力され、水平MOSトランジスタ12が導通状態になる。それに応じて、各列のドライバトランジスタ10は順にロードトランジスタ14に接続され、対応する列の垂直信号線6の電位が水平出力線13に出力される。ソースフォロワアンプのロードトランジスタが各列共通に1個しかなく、列ごとに順に1個のソースフォロワアンプしか通電しないようにしているのは消費電力を抑えるためである。水平出力線13の電位は出力アンプ16を介して外部に出力される。続いて、垂直走査回路18よりクロックφV2、φV3が順に2行目、3行目の駆動線3に加えられ、前述の動作と同様の動作が繰り返される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
図9は、図7のドライバトランジスタとロードトランジスタとで形成されるソースフォロワアンプの一例を示す説明図である。図9において、rで示される抵抗は水平出力線13の抵抗を示す。水平出力線13には、ソースフォロワアンプの出力信号13にはソースフォロワアンプの出力信号と動作点を決める電流Iが流れる、この電流は、ロードトランジスタ14のサイズと、ゲート電極に加えられるゲート電圧VGとで決まる。したがって、仮に各列の垂直信号線の電位が等しくても、この抵抗の存在のために出力アンプの入力ノードAの電位は列ごとに異なってくる。たとえば、図9において、右側のソースフォロワアンプが動作したときは抵抗による電圧降下はIrに従うが、左側のソースフォロワアンプが動作したときは抵抗による電圧降下は3Irに従う。一般に、撮像素子の取り扱う信号は非常に小さなものであり、このような固定的に存在する出力分布は信号は信号に比べ大きなものとなる。素子外部の信号処理回路は信号のみをTVモニタに入力できるまで増幅する必要があるが、この出力分布は信号処理回路に大きな入力レンジを要求することになり、結果的に充分に信号を増幅することが困難となる。
【0008】
ソースフォロワアンプの電圧利得は1以下であるため、信号を出力分布に比べ素子内で増幅できれば前述の問題は軽減できる。その例を図10に示す。図10は、従来のソースフォロワアンプの他の例を示す説明図である。図10においては、列ごとに設けていたソースフォロワアンプのかわりにトランジスタ10′、14′で形成されるE/E型インバータアンプが設けられている。これにより、各列のサンプルホールドされた信号を電圧増幅して水平出力線13に伝送することができる。この増幅度はトランジスタ10′のゲートサイズ(チャネル幅÷チャネル長さ)と14′のゲートサイズとの比と製造プロセスで決まるβと呼ばれるプロセス利得係数比で決まるが列ごとに多数設けるとその増幅度はばらつきやすく、結果的に画質を劣化させやすい。さらに、このような増幅器はソースフォロワアンプに比べ出力インピーダンスが高いため、多画素比、高速駆動化が困難である欠点を有している。
【0009】
本発明はかかる問題を解決し、ソースフォロワアンプの低出力インピーダンスという特徴を維持しつつ、1以上の電圧増幅率をもち、かつ、そのばらつきが小さく、固定的な出力分布が発生しない、とくに固体撮像素子に適したアナログ信号増幅器を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1記載のアナログ信号増幅器は、サンプルホールドトランジスタおよびサンプルホールド容量を備えたサンプルホールド回路が入力端子側に設けられ、かつ、ドライバトランジスタを含んでなるソースフォロワアンプと、該ソースフォロワアンプのドライバトランジスタのドレイン電極側に設けられた通電を制御する電源スイッチと、ソースフォロワアンプの入力端子および出力端子間に設けられた帰還容量とを含んでなり、
前記電源スイッチが開放状態のばあいに、前記サンプルホールドトランジスタが入力信号をサンプルホールドし、ソースフォロワアンプの出力を放電し、
前記電源スイッチが導通状態のばあいに、ソースフォロワアンプの出力の電位の変化分が、前記帰還容量を介して、ソースフォロワアンプの入力に帰還するものである。
【0011】
本発明の請求項2記載のアナログ信号増幅器は、サンプルホールドトランジスタおよびサンプルホールド容量を備えたサンプルホールド回路が入力端子側に設けられ、かつ、ドライバトランジスタを含んでなるソースフォロワアンプと、該ソースフォロワアンプのドライバトランジスタのドレイン電極側に設けられた通電を制御する電源スイッチと、前記ドライバトランジスタのゲート電極およびチャネル領域間に設けられた帰還容量とを含んでなり、
前記電源スイッチが開放状態のばあいに、前記サンプルホールドトランジスタが入力信号をサンプルホールドし、ソースフォロワアンプの出力を放電し、
前記電源スイッチが導通状態のばあいに、ソースフォロワアンプの出力の電位の変化分がソースフォロワアンプの入力に帰還するものである。
【0012】
本発明の請求項3記載の固体撮像素子は、請求項1記載のアナログ信号増幅器を含んでなる固体撮像素子であって、
前記アナログ信号増幅器が画素列ごとに設けられ、各列のアナログ信号増幅器の出力が選択トランジスタを介して信号線に共通に接続され、各画素列からの信号が同時にサンプルホールドされたのち、各画素列の電源スイッチと前記選択トランジスタが順に同期して導通状態にして駆動することにより、各画素列の信号が順に前記信号線を伝送するものである。
【0013】
また、本発明の請求項4記載の固体撮像素子は、前記画素がボロメータからなるものである。
【0014】
本発明の請求項5記載の固体撮像素子は、請求項2記載のアナログ信号増幅器を含んでなる固体撮像素子であって、
前記アナログ信号増幅器が画素列ごとに設けられ、各列のアナログ信号増幅器の出力が選択トランジスタを介して信号線に共通に接続され、各画素列からの信号が同時にサンプルホールドされたのち、各画素列の電源スイッチと前記選択トランジスタが順に同期して導通状態にして駆動することにより、各画素列の信号が順に前記信号線を伝送するものである。
【0015】
また、本発明の請求項6記載の固体撮像素子は、前記画素がボロメータからなるものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明のアナログ信号増幅器およびそれを含んでなる固体撮像素子の一実施の形態を説明する。
【0017】
本発明では、入力端子および出力端子間に帰還容量を設けたドライバトランジスタとロードトランジスタで形成されるソースフォロワアンプにおいて、ソースフォロワアンプのドライバトランジスタのドレイン電極側に設けた電源スイッチと、ドライバトランジスタのゲート電極に接続された端子、すなわち入力端子にサンプルホールド回路を設ける。電源スイッチがオフの状態でサンプルホールド回路に入力信号が入力され、その値がホールドされる。それから電源スイッチをオンの状態にすると、ソースフォロワアンプの出力電位の上昇にともない、それが帰還容量を介して入力に帰還されで電圧増幅率が1以上になる。この増幅率はサンプルホールド容量と帰還容量との比で決まるため、固体撮像素子のなかで列ごとに多数設けてもよい。増幅率のばらつきは極めて少ない。さらに、列ごとにロードトランジスタを設けるので、水平出力線に直流電流が流れることもなく、従来のような出力分布が生じることもない。さらに、本発明のアナログ信号増幅器は、ソースフォロワアンプを用いているので、出力インピーダンスは低く、多画素化、高速駆動化にも適しているという特徴を有する。
【0018】
実施の形態1
図面を参照しながら、本発明のアナログ信号増幅器およびそれを含んでなる固体撮像素子の実施の形態1を説明する。
【0019】
図1は、本発明のアナログ信号増幅器およびそれを含んでなる固体撮像素子の実施の形態1であるアナログ信号増幅器およびそれを含んでなるボロメータ型赤外線固体撮像素子を示す回路図である。画素アレイ部は、図7に示す従来のボロメータ型赤外線固体撮像素子とまったく同一である。図7に示す従来のボロメータ型赤外線固体撮像素子と異なるところは、(1)ソースフォロワアンプのロードトランジスタが列ごとに設けられており、列ごとのソースフォロワアンプの通電を水平MOSトランジスタ12の導通に同期して行うための電源スイッチングMOSトランジスタ21が設けられていることと、(2)ソースフォロワアンプの入力端子および出力端子間に帰還容量23が設けられていることである。なお、電源スイッチングMOSトランジスタ21はNMOSとPMOSとを並列に接続した、いわゆるトランスミッションゲート構造となっている。インバータ22はトランスミッションゲートのPMOSを制御するための反転クロックをつくるためのものである。また、図1に示されるφH1、φH2、φH3は、それぞれ3つのインバータ22から出力されるクロックを示す。
【0020】
本実施の形態のボロメータ型赤外線固体撮像素子は、従来のボロメータ型赤外線固体撮像素子と全く同じクロックタイミングで動作する。つぎに、本実施の形態のボロメータ型赤外線固体撮像素子の動作について図2を参照しつつ説明する。図2は、図1に示されるアナログ信号増幅器および固体撮像素子のうち、列ごとに設けられたソースフォロワアンプおよびサンプルホールド回路のみを示す説明図である。図2において、サンプルホールドトランジスタ7と電源スイッチングMOSトランジスタ21はスイッチ記号で示しており、入力信号はVinで示した電圧源で示している。図2(a)は、サンプルホールドトランジスタ7がオン状態であり、電源スイッチングMOSトランジスタ21がオフ状態であるばあいを示し、図2(b)は、サンプルホールドトランジスタ7がオフ状態であり、電源スイッチングMOSトランジスタ21がオン状態であるばあいを示す。
【0021】
まず、図2(a)に示される状態について説明する。電源スイッチングMOSトランジスタ21がオフ状態であり、かつ、ロードトランジスタ14のゲート電極にバイアスVGが印加されているため、ドライバトランジスタ10のドレイン電極およびソース電極はともに0電位となっている。この状態で、サンプルホールドトランジスタ7がオン状態となり、入力信号Vinがドライバトランジスタ10のゲート電極に印加される。したがって、サンプルホールド容量Csと帰還容量CBはいずれもVinに充電される。
【0022】
つぎに、サンプルホールドトランジスタ7がオフ状態であり、電源スイッチングMOSトランジスタ21がオン状態である図2(b)に示される状態について説明する。サンプルホールドトランジスタのゲート電極はフローティング状態となる。この状態で電源スイッチングMOSトランジスタ21がオン状態になり、ドライバトランジスタ10とロードトランジスタ14とで形成されるソースフォロワアンプにおいて通電が開始される。それにともない、ソースフォロワアンプの出力電位Voutは上昇していくが容量CB、CSに蓄えられている電荷は保存されるため、ドライバトランジスタ10のゲート電位Vgは(1)式のようになる。
【0023】
Vg=Vin+VoutCB/(CB+Cs) (1)
ここで、VgとVoutとはソースフォロワアンプの入力端子の電位と出力端子の電位との関係にあるので、
Vout=GVg−Vof (2)
がなりたつ。ここで、Gはソースフォロワアンプの電圧利得で1以下の値で、通常0.9前後の値をとる。また、Vofはソースフォロワアンプの入力端子および出力端子間の直流電位オフセットであり、通常1V前後の値をとる。(1)式および(2)式より、VinとVoutとの関係を求めると、
Vout=(1+η)/{(1−G)+η}×(GVin−Vof) (3)
η=Cs/CB
となり、従来のソースフォロワアンプ単独のばあいに比べ(1+η)/{(1−G)+η}倍だけ利得が上昇する。この増倍率は基本的に容量の比とソースフォロワアンプの電圧利得のみで決まることに特徴がある。さらに、容量の比とソースフォロワアンプの電圧利得は、LSIプロセスのなかでばらつきが少なく安定した値であるので、固体撮像素子の中で多数用いてもゲインバラツキによる画質劣化も生じない。容易に実現できる値として、G=0.95、η=0.4とすると、
【0024】
【数1】
【0025】
となる。本発明の効果は、ソースフォロワアンプ単独のばあいに比べ約3倍の利得がえられる。
【0026】
この効果がえられる理由は、ソースフォロワアンプの非通電時にロードトランジスタを介して、ソースフォロワアンプの出力端子を0電位に放電しておき、通電にともなう、出力端子の電位上昇を帰還容量を介してフローティング状態の入力端子に帰還をかけることにある。さらに、ソースフォロワアンプの通電制御はドライバトランジスタのドレイン電極側にスイッチを設けているため、固体撮像素子に適用するばあい、図1に示すようにロードトランジスタを各列に設けることが可能になり、水平出力線13には直流電流が流れないことになる。したがって、図9に示される従来の固体撮像素子のような固定的な出力分布が発生しないという効果がえられる。さらに、ソースフォロワアンプを用いていることから出力インピーダンスが低く、多画素化、高速にも適している。
【0027】
実施の形態2
つぎに、本発明のアナログ信号増幅器の実施の形態2を図面を参照しながら説明する。
【0028】
本実施の形態では、図1および図2を用いて説明した実施の形態1では、帰還容量23として外付けの容量を示したが、ドライバトランジスタ10のゲート表面積とサンプルホールド容量9の関係を適当に設計すれば、外付けの容量なしにアナログ信号増幅器を製造可能なことを図3を用いて説明する。図3は、本発明のアナログ信号増幅器の実施の形態2におけるドライバトランジスタの断面説明図である。図3において、101はP型Si基板、102は、N型拡散層を用いて形成されたドライバトランジスタ10のドレイン電極、103はN型拡散層を用いて形成されたドライバトランジスタ10のソース電極、104は、ポリシリコンなどを用いて形成されたドライバトランジスタ10のゲート電極、105は酸化膜、106はチャネル領域を示す。図3(a)は、図2(a)のように、サンプルホールドトランジスタ7がオン状態であり、電源スイッチングMOSトランジスタ21がオフ状態であるばあいを示す。図3(a)に示される状態では、ゲート電極104に入力信号が印加され、ドレイン電極およびソース電極が0電位であるので、ドライバトランジスタ10において、チャネル106はゲート電極下部に一様に形成される(線型領域)。
【0029】
一方、図3(b)は、図2(b)のように、サンプルホールドトランジスタ7がオフ状態であり、電源スイッチングMOSトランジスタ21がオン状態であるばあいを示す。出力端子に接続されるソース電極103は充電され、ドライバトランジスタ10は飽和状態にある。したがって、チャネル領域106はドレイン電極102近傍でピンチオフしている。
【0030】
単位面積当りのゲート電極および基板間の容量をCox、ゲート電極104の幅をW、長さをLとすると、図2においてCBで示される容量に相当する容量は次の(5)式および(6)式のようになる。
【0031】
図3(a)の状態
CB=LWCox (5)
図3(b)の状態
CB=2LWCox/3 (6)
となる。区別するために(5)式のCBをCBA、(6)式のCBをCBBとする。
【0032】
したがって、図2(a)の状態と図2(b)の状態とにおいて、ドライバトランジスタ10のゲート電極に電荷が保存されることを考慮したばあいに満たすべき関係は、
CsVin+CBAVin=CsVg+CBB(Vg−Vout) (7)
となり、(7)式をVgについて解くと、
Vg=Vin(CBA+Cs)/(CBB+Cs)+VoutCBB/(CBB+Cs) (8)
をうる。VgとVoutとのあいだには(2)式の関係が成り立つので、
となり、(3)式と同じく容量比η′とソースフォロワアンプの利得で利得の増倍率が決まる。容量比η′はドライバトランジスタ10のゲート表面積で決まるから、ゲート表面積を適当に設定することにより、外付け容量無しで、実施の形態1のアナログ信号増幅器と同様の効果がえられる。
【0033】
実施の形態3
つぎに、本発明のアナログ信号増幅器の実施の形態3を図面を参照しながら説明する。
【0034】
実施の形態1または2では、ソースフォロワアンプのドライバトランジスタおよびロードトランジスタとしてNチャネル型のMOSトランジスタを用いたばあいについて説明したが、ドライバトランジスタとしてNチャネル型のMOSトランジスタを用い、負荷として抵抗を設けてもよい。
【0035】
図4は、本発明のアナログ信号増幅器の実施の形態3を示す回路図である。図4において、図2と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。さらに、24は負荷としての抵抗を示す。本実施の形態においても、実施の形態1または2と同様の効果がえられる。
【0036】
実施の形態4
つぎに、本発明のアナログ信号増幅器の実施の形態4を図面を参照しながら説明する。
【0037】
実施の形態1または2では、ソースフォロワアンプのドライバトランジスタおよびロードトランジスタとしてNチャネル型のMOSトランジスタを用いたばあいについて説明したが、ドライバトランジスタおよびロードトランジスタとしてPチャネル型のMOSトランジスタを用いてもよい。
【0038】
図5は、本発明のアナログ信号増幅器の実施の形態4を示す回路図である。図5において、図4と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。さらに、25は、Pチャネル型のMOSトランジスタからなるドライバトランジスタ、26は、Pチャネル型のMOSトランジスタからなるロードトランジスタを示す。このばあい、電源スイッチングMOSトランジスタ21は、ドライバトランジスタのドレイン電極すなわち、図5中では接地側に設けられている。本実施の形態においても、実施の形態1または2と同様の効果がえられる。
【0039】
実施の形態5
つぎに、本発明のアナログ信号増幅器の実施の形態5を図面を参照しながら説明する。
【0040】
実施の形態1または2では、ソースフォロワアンプのドライバトランジスタおよびロードトランジスタとしてNチャネル型のMOSトランジスタを用いたばあいについて説明したが、ドライバトランジスタとしてpチャネル型のMOSトランジスタを用い、負荷として抵抗を設けてもよい。
【0041】
図6は、本発明のアナログ信号増幅器の実施の形態5を示す回路図である。図6において、図5と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。さらに、27は負荷としての抵抗を示す。本実施の形態においても、実施の形態1または2と同様の効果がえられる。
【0042】
実施の形態6
つぎに、本発明の固体撮像素子の他の実施の形態について説明する。
【0043】
前述の実施の形態1では、固体撮像素子としてボロメータ型赤外線固体撮像素子を用いて説明をした。しかし、画素の構造や回路を変更すれば、他の赤外線固体撮像素子や可視光または紫外線など、画素の感光波長に応じた固体撮像素子を用いることができる。かかるばあいも、実施の形態1と同様の効果がえられる。
【0044】
実施の形態7
つぎに、本発明の固体撮像素子のさらに他の実施の形態について説明する。
【0045】
前述の実施の形態1または2では、画素が水平および垂直に並んだ2次元固体撮像素子を用いて説明した。しかし、図1に示される垂直走査回路18を含まない1次元の固体撮像素子として用いても同様の効果がえられる。
【0046】
実施の形態8
つぎに、本発明のアナログ信号増幅器の他の実施の形態について説明する。
【0047】
本発明による効果をうる必要最低限の構成要素は、サンプルホールド回路に接続され、かつ、電源端子側において通電制御を行うソースフォロワアンプにおいて、帰還容量により増幅を行う回路である。したがって、固体撮像素子に限らず、他の一般的なアナログ信号回路にも適用可能である。かかるばあいも、1以上の電圧増幅率をもち、かつ、低出力インピーダンスで、増幅率のばらつきが少ないアナログ信号増幅器を実現することができる。
【0048】
【発明の効果】
本発明の請求項1記載のアナログ信号増幅器は、サンプルホールドトランジスタおよびサンプルホールド容量を備えたサンプルホールド回路が入力端子側に設けられ、かつ、ドライバトランジスタを含んでなるソースフォロワアンプと、該ソースフォロワアンプのドライバトランジスタのドレイン電極側に設けられた通電を制御する電源スイッチと、ソースフォロワアンプの入力端子および出力端子間に設けられた帰還容量とを含んでなり、前記電源スイッチが開放状態のばあいに、前記サンプルホールドトランジスタが入力信号をサンプルホールドし、ソースフォロワアンプの出力を放電し、前記電源スイッチが導通状態のばあいに、ソースフォロワアンプの出力の電位の変化分が、前記帰還容量を介して、ソースフォロワアンプの入力に帰還するものであるので、低出力インピーダンスで1以上の電圧増幅率をうることができる。
【0049】
本発明の請求項2記載のアナログ信号増幅器は、サンプルホールドトランジスタおよびサンプルホールド容量を備えたサンプルホールド回路が入力端子側に設けられ、かつ、ドライバトランジスタを含んでなるソースフォロワアンプと、該ソースフォロワアンプのドライバトランジスタのドレイン電極側に設けられた通電を制御する電源スイッチと、前記ドライバトランジスタのゲート電極およびチャネル領域間に設けられた帰還容量とを含んでなり、前記電源スイッチが開放状態のばあいに、前記サンプルホールドトランジスタが入力信号をサンプルホールドし、ソースフォロワアンプの出力を放電し、前記電源スイッチが導通状態のばあいに、ソースフォロワアンプの出力の電位の変化分がソースフォロワアンプの入力に帰還するものであるので、請求項1と同じ効果を、外付け容量を設けることなくうることができる。
【0050】
本発明の請求項3記載の固体撮像素子は、請求項1記載のアナログ信号増幅器を含んでなる固体撮像素子であって、
前記アナログ信号増幅器が画素列ごとに設けられ、各列のアナログ信号増幅器の出力が選択トランジスタを介して信号線に共通に接続され、各画素列からの信号が同時にサンプルホールドされたのち、各画素列の電源スイッチと前記選択トランジスタが順に同期して導通状態にして駆動することにより、各画素列の信号が順に前記信号線を伝送するものであるので、ソースフォロワアンプの通電制御はドライバトランジスタのドレイン電極側にいれたスイッチを用いて行うことができ、固定的な出力分布の発生を防止できる。
【0051】
また、本発明の請求項4記載の固体撮像素子は、前記画素がボロメータからなるものである。ボロメータの信号は非常に小さいものであるので、出力分布が小さく、電圧増幅率1以上が得られる特徴はカメラを構成する上で信号処理回路を簡素化できる効果がある。
【0052】
本発明の請求項5記載の固体撮像素子は、請求項2記載のアナログ信号増幅器を含んでなる固体撮像素子であって、
前記アナログ信号増幅器が画素列ごとに設けられ、各列のアナログ信号増幅器の出力が選択トランジスタを介して信号線に共通に接続され、各画素列からの信号が同時にサンプルホールドされたのち、各画素列の電源スイッチと前記選択トランジスタが順に同期して導通状態にして駆動することにより、各画素列の信号が順に前記信号線を伝送するものであるので、ソースフォロワアンプの通電制御はドライバトランジスタのドレイン電極側にいれたスイッチを用いて行うことができ、固定的な出力分布の発生を防止できる。
【0053】
また、本発明の請求項6記載の固体撮像素子は、前記画素がボロメータからなるものである。ボロメータの信号は非常に小さいものであるので、出力分布が小さく、電圧増幅率1以上が得られる特徴はカメラを構成する上で信号処理回路を簡素化できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアナログ信号増幅器およびそれを含んでなる固体撮像素子の実施の形態1であるアナログ信号増幅器およびそれを含んでなるボロメータ型赤外線固体撮像素子を示す回路図である。
【図2】図1に示されるアナログ信号増幅器および固体撮像素子のうち、列ごとに設けられたソースフォロワアンプおよびサンプルホールド回路のみを示す説明図である。
【図3】本発明のアナログ信号増幅器の実施の形態2におけるドライバトランジスタの断面説明図である。
【図4】本発明のアナログ信号増幅器の実施の形態3を示す回路図である。
【図5】本発明のアナログ信号増幅器の実施の形態4を示す回路図である。
【図6】本発明のアナログ信号増幅器の実施の形態5を示す回路図である。
【図7】従来のボロメータ型赤外線固体撮像素子および該固体撮像素子の駆動回路の一例を示す説明図である。
【図8】図7のボロメータ型赤外線固体撮像素子を駆動するために用いられる信号の一例を示すタイミングチャートである。
【図9】図7のドライバトランジスタとロードトランジスタとで形成されるソースフォロワアンプの一例を示す説明図である。
【図10】従来のソースフォロワアンプにかわるインバータアンプの例を示す説明図である。
【符号の説明】
7 サンプルホールドトランジスタ、9 サンプルホールド容量、10 ドライバトランジスタ、12 水平MOSトランジスタ、14 ロードトランジスタ、21 電源スイッチングMOSトランジスタ、23 帰還容量。
Claims (6)
- サンプルホールドトランジスタおよびサンプルホールド容量を備えたサンプルホールド回路が入力端子側に設けられ、かつ、ドライバトランジスタを含んでなるソースフォロワアンプと、該ソースフォロワアンプのドライバトランジスタのドレイン電極側に設けられた通電を制御する電源スイッチと、ソースフォロワアンプの入力端子および出力端子間に設けられた帰還容量とを含んでなり、
前記電源スイッチが開放状態のばあいに、前記サンプルホールドトランジスタが入力信号をサンプルホールドし、ソースフォロワアンプの出力を放電し、
前記電源スイッチが導通状態のばあいに、ソースフォロワアンプの出力の電位の変化分が、前記帰還容量を介して、ソースフォロワアンプの入力に帰還する
アナログ信号増幅器。 - サンプルホールドトランジスタおよびサンプルホールド容量を備えたサンプルホールド回路が入力端子側に設けられ、かつ、ドライバトランジスタを含んでなるソースフォロワアンプと、該ソースフォロワアンプのドライバトランジスタのドレイン電極側に設けられた通電を制御する電源スイッチと、前記ドライバトランジスタのゲート電極およびチャネル領域間に設けられた帰還容量とを含んでなり、
前記電源スイッチが開放状態のばあいに、前記サンプルホールドトランジスタが入力信号をサンプルホールドし、ソースフォロワアンプの出力を放電し、
前記電源スイッチが導通状態のばあいに、ソースフォロワアンプの出力の電位の変化分がソースフォロワアンプの入力に帰還する
アナログ信号増幅器。 - 請求項1記載のアナログ信号増幅器を含んでなる固体撮像素子であって、
前記アナログ信号増幅器が画素列ごとに設けられ、各列のアナログ信号増幅器の出力が選択トランジスタを介して信号線に共通に接続され、各画素列からの信号が同時にサンプルホールドされたのち、各画素列の電源スイッチと前記選択トランジスタが順に同期して導通状態にして駆動することにより、各画素列の信号が順に前記信号線を伝送する固体撮像素子。 - 前記画素がボロメータからなる請求項3記載の固体撮像素子。
- 請求項2記載のアナログ信号増幅器を含んでなる固体撮像素子であって、
前記アナログ信号増幅器が画素列ごとに設けられ、各列のアナログ信号増幅器の出力が選択トランジスタを介して信号線に共通に接続され、各画素列からの信号が同時にサンプルホールドされたのち、各画素列の電源スイッチと前記選択トランジスタが順に同期して導通状態にして駆動することにより、各画素列の信号が順に前記信号線を伝送する固体撮像素子。 - 前記画素がボロメータからなる請求項5記載の固体撮像素子。
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