JP3558516B2

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

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Publication number: JP3558516B2
Application number: JP01238398A
Authority: JP
Inventors: 雅史上野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 2004-08-25
Anticipated expiration: 2018-01-26
Also published as: JPH11214936A

Description

【０００１】
【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−ｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）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

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。