JP4020591B2 - デジタルカメラ及び電圧供給回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路に関し、特に固体撮像装置に用いるのに適しており、固体撮像装置に対して2種以上の設定電圧を供給できる電圧供給回路と、そのような電圧供給回路を含むデジタルカメラに関する。
【0002】
【従来の技術】
デジタルスチルカメラなどに用いられる固体撮像装置、特にCCD固体撮像装置の高密度化が図られている。
【0003】
CCD固体撮像装置では、2次元平面上に行方向及び列方向に整列して光電変換素子が多数形成されている。各光電変換素子列の間に、一方の光電変換素子絵列に近接して、各1本の垂直CCDが形成されている。
【0004】
照射される光量に応じて各光電変換素子に電荷が蓄積される。光電変換素子列に近接して形成されている垂直CCDに1の光電変換素子列からの信号電荷を読み出す。垂直CCDを介して光電変換素子に蓄積された信号電荷の量を検出することにより、撮像を行うことができる。
【0005】
光電変換素子に蓄積される電荷量は光電変換素子に照射される光量に対応する。同じ光電変換素子に蓄積することができる最大電荷量は決まっており、これを飽和光量と呼ぶ。光電変換素子に飽和光量以上の強い光が入射すると、信号電荷が溢れる。垂直CCDに余剰電荷が漏れ込むと、垂直方向(列方向)に電荷が広がって垂直の縞模様となり、画質を劣化させる。これをブルーミングと称する。
【0006】
ブルーミング現象を避けるために、CCD固体撮像装置においては、光電変換素子内の余剰電荷を捨てることができるように、光電変換素子に並列にオーバフロードレインを設けていた。
【0007】
最近では、縦型オーバフロードレイン構造が採用されている。縦型オーバフロードレイン構造では、光電変換素子が形成されているpウェルとn型基板との間にp−n接合が逆バイアスになるように基板電圧を印加することにより、余剰電荷を基板内部に捨てる。オーバフロードレインを光電変換素子の下方に設けることにより、光電変換素子の占有面積を大きくすることができる。
【0008】
ところで、最近のデジタルスチルカメラなどにおいては、静止画を撮影するための静止画撮影モードと、静止画を撮影するタイミングや構図を決定するための動画を表示させるための動画モードとを備えている。一般的に、縦型オーバフロードレイン構造を有する固体撮像装置においては、静止画モードと動画モードとで異なる基板電位が設定される。
【0009】
静止画モードにおいては、撮影直前にメカニカルシャッタを開にする。動画モードにおいては、連続して撮影が行われるためメカニカルシャッタを開のままにしておく。動画モードでは、光電変換素子に常時電荷が流れ込み、その分だけ電荷量が底上げされる。従って、動画モードの場合には、余剰の信号電荷をより多く基板側に引き抜く必要があり、通常、静止画モードの場合よりも基板電位を高くしている。基板電位として2種類の電圧を切り替えて供給する必要がある。
【0010】
図6に、2種類以上の基板電圧を発生させるための電圧供給回路の回路図を示す。
【0011】
図6に示すように、電圧供給回路Aは、直列に接続された2つの抵抗R1及び抵抗R2を含む。抵抗R1の一端P1は接地されており、他端P2は抵抗R2の一端P3と接続されている。抵抗R2の他端P4は電源電圧Vpに接続されている。
【0012】
抵抗R1と抵抗R2との節点P5から基板まで配線L1が延びており、基板電位Vsubを出力する出力端子を形成する。配線L1の途中の分岐点P6から分岐された配線L2が形成されている。配線L2の一端P7は接地されている。配線L2の途中には、分岐点P6から接地点に向けて順に抵抗R3とトランジスタTr1とが形成されている。抵抗R3は外付けの抵抗であり、トランジスタTr1は外付けのバイポーラトランジスタである。
【0013】
トランジスタTr1として外付けのバイポーラトランジスタを用いているのは、MOS型トランジスタと比べてバイポーラトランジスタの方がオン抵抗を低くできるからである。抵抗R3とトランジスタTr1とはセットで外付けされるのが一般的である。
【0014】
トランジスタTr1のベース端子Bには、オーバフロードレイン制御パルスを印加するOFD制御パルス信号発生回路101が接続されている。分岐点P6と出力端子P8との間には、逆流防止用のダイオードが形成されている。
【0015】
出力端子P8に対して容量C101を介してシャッタパルス電圧(高いパルス電圧:例えば24V)を印加するためのパルス信号電圧発生回路103が接続されている。
【0016】
抵抗R1とR2とのうち少なくとも一方の抵抗は、抵抗値を調整することができるように構成されている。そして、チップごとにブルーミングを抑制できる基板電位に調整する。
【0017】
OFD制御パルス信号発生回路101により、トランジスタTr1をオン/オフすることにより、抵抗R3の一端P7を接地させるか、或いはフローティングにするかを切り替える。トランジスタTr1がオンすると、一端P7が接地される。トランジスタTr1がオフすると、一端P7がフローティングになる。
【0018】
上記の電圧供給回路Aにおいて、出力端子P8における電位、すなわち基板に供給される電位Vsubは、一端P7がフローティングの場合には(1)式で、一端P7が接地されている場合には(2)式で表される。
【0019】
すなわち、抵抗R3の一端P7がフローティングの場合には、基板電位Vsubは抵抗R3と関係がない。
【0020】
Vsub1=(Vp×R1)/(R1+R2) (1)
抵抗R3が接地されると、R1とR3とが並列に接続された状態になる。このとき、基板電位(基板に供給される電圧)Vsubは以下の式で表される。但し、トランジスタTr1のオン抵抗はR3に比べて十分に小さいものと仮定した。
【0021】
Vsub2=(Vp×R1,3)/(R1,3+R2) (2)
ここで、R1,3=(R1×R3)/(R1+R3)である。
【0022】
静止画の撮影時には、トランジスタTr1をオンする。(2)式で表されるようにVsub2は小さい値をとる。動画撮影時には、トランジスタTr1をオフにする。(1)式で表されるように、Vsub1は大きい値をとる。
【0023】
上述のように、抵抗R3はトランジスタTr1とともに外付けである。これに対して、抵抗R1と抵抗R2とは内部抵抗(オンチップ抵抗)を用いる。オンチップ抵抗は、抵抗層を半導体不純物層により形成する場合にはその不純物濃度のばらつきや抵抗層の寸法のばらつきによって変化する。但し、R1とR2とは同一基板上のほぼ同じ領域内に近接して形成されるため、両者の抵抗値は連動して変動するのが一般的であり、式(1)におけるVsub1の値に影響を与えにくい。
【0024】
これに対して抵抗R3は、外部抵抗を用いる場合が多い。外部抵抗は一定の抵抗値のものを使うが、それでも抵抗値にばらつきは生じる。特に、R1とR2のように連動して抵抗値が変動しないので、式(2)で表されるVsub2に、ばらつきが生じやすい。
【0025】
従って、(1)式で表されるVsub1は比較的安定であるが、(2)式で表されるVsub2は不安定になる。また、Vsub1は、固体撮像素子を製造する過程において調整することが可能であるが、Vsub2は、抵抗R3を固体撮像素子を製造した後に取り付けていたので、調整が難しくなっていた。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、動画撮影時よりも静止画の撮影時において、基板電位に対する高い精度が要求されるが、上述のように、(2)式で表されるVsub2の方が誤差は大きくなる。基板電位にばらつきが生じると、固体撮像素子の飽和出力電圧のばらつきも増加する。これを補償するためには、固体撮像素子の飽和出力電圧の上限を上げる必要がある。その結果、固体撮像素子のダイナミックレンジが狭くなってしまう。
【0027】
本発明は、デジタルカメラにおいて、静止画を撮影する場合の基板電位の精度を高め、ダイナミックレンジを広くすることを目的とする。
【0031】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、固体撮像装置に第1の基板電位と該第1の基板電位よりも高い第2の基板電位とを含む少なくとも2種類以上の基板電位のいずれかを供給するのに適した電圧供給回路であって、一端が接地電位に接続される第1の抵抗と、該第1の抵抗の他端とその一端が接続され、その他端が電源電位に接続される第2の抵抗と、前記第1の抵抗と前記第2の抵抗との節点から延びて基板電位を供給するための出力端子を形成する第1の配線と、前記節点と前記出力端子との間の前記第1の配線からその一端が分岐し他端において電源電位に接続される第2の配線と、該第2の配線の途中に形成された第3の抵抗と、前記第2の配線の途中に形成され、前記節点と前記電源電位との間を切断又は接続することにより、基板電位を前記第1の基板電位と前記第2の基板電位との間で切り替えるスイッチ手段とを含み、前記スイッチ手段がオフした際に得られる第1の基板電位は静止画撮影モードに適した基板電位であり、前記スイッチ手段がオンした際に得られる前記第2の基板電位は動画撮影モードに適した基板電位である電圧供給回路が提供される。
【0032】
上記電圧供給回路を用いると、固体撮像装置の基板電位を、第1の抵抗と第2の抵抗との比のみによって規定される低い電位を静止画撮影モードに適した基板電位に設定することができる。第3の抵抗が関係する場合よりも、電位をより精度良く設定することができる。
【0035】
【発明の実施の形態】
より高い精度を要求される静止画モード用の基板バイアス電位は、精度の高い電圧分割回路で、抵抗R1、R2で静止画モード用の基板バイアス電位を形成すれば良い。このために、同一半導体基板内に抵抗R1とR2を形成する。
【0036】
動画用の基板電位として、静止画モード用の基板電位よりも高い電位を得るために、高電圧側の抵抗値を低くするか、低電圧側の抵抗値を高くすれば良い。前者は、高電圧側の抵抗R2に抵抗R3を並列に接続することによって実現できる。
【0037】
図1(A)は、2種類以上の基板電圧を発生させるための新しい電圧供給回路の回路図である。
【0038】
電圧供給回路Bは、直列に接続された抵抗R1及び抵抗R2を含む。抵抗R1の一端P1は接地端子GNDに接続されており、他端P2は抵抗R2の一端P3と相互接続されている。抵抗R2の他端P4は電源端子Vpに接続されている。
【0039】
抵抗R1と抵抗R2との相互接続点である節点P5と出力端子P8との間に、逆流防止用のダイオードD1を含む配線L1が接続されている。出力端子P8から固体撮像装置の基板に対して基板電位Vsubが供給される。
【0040】
配線L1の途中に節点P5が形成され、節点P5と電源端子Vpとの間には、節点P6から延びる配線L2により、抵抗R2と並列に抵抗R3とトランジスタT2との直列接続が形成されている。配線L2の一端P7は電源電圧に接続されている。
【0041】
抵抗R3は外付けの抵抗であり、トランジスタTr2は外付けのバイポーラトランジスタである。図の構成においては、バイポーラトランジスタのエミッタ端子が抵抗R3の一端に、コレクタ端子が電源端子Vpに接続される。
【0042】
図1(A)に示す電圧供給回路Bは、図6に示す電圧供給回路と比べて、抵抗R3とトランジスタTrとを含む配線L2が電圧分割する相互接続点P5と電源端子Vpとの間に接続されている点で異なる。
【0043】
OFD制御パルス信号発生回路1が、トランジスタTr2のベース端子に接続されている。OFD制御パルス信号発生回路1から発生するパルス信号によりトランジスタTr2をオン/オフすることにより、抵抗R3の一端P7を電源端子に接続するか、或いは抵抗R3をフローティングにするかを切り替える。トランジスタTr2をオンすると、一端P7が電源電圧Vpに接続される。トランジスタTr2をオフすると、抵抗R3がフローティングになる。
【0044】
上記の電圧供給回路Bにおいて、出力端子P8における電位、すなわち撮像装置の基板に供給される基板バイアス電位Vsubは、トランジスタTr2がオフの場合には下記の(3)式で、トランジスタTr2がオンの場合には下記の(4)式で表される。
【0045】
すなわち、抵抗R3がフローティングの場合には、Vsubと抵抗R3とは関係なくなり、Vsubは以下の式で表される。
【0046】
Vsub3=(Vp×R1)/(R1+R2) (3)
トランジスタTr2がオンすると、抵抗R2と抵抗R3とが並列に接続された状態になる。このとき、出力端子P8の電圧(基板への供給電圧)Vsubは以下の式(4)で表される。但し、トランジスタTr2のオン抵抗はR3に比べて十分に小さいものとした。
【0047】
Vsub4=(Vp×R1)/(R2,3+R2) (4)
但し、R2,3=(R2×R3)/(R2+R3)である。
【0048】
上記(3)式又は(4)式で表される電圧Vsub3とVsub4とが基板電位として供給される。
【0049】
静止画の撮影時には、トランジスタTr2をオフにする。(3)式で表されるようにVsub3は小さい値をとる。動画撮影時には、トランジスタTr2をオンにする。(4)式で表されるように、Vsub4は小さい値をとる。
【0050】
ここで、より精度の要求される静止画撮影時の基板電位Vsub3は、抵抗R1と抵抗R2とのみにより規定される。抵抗R1と抵抗R2は内部抵抗(オンチップ抵抗)で形成する。オンチップ抵抗を半導体不純物層により形成する場合には、不純物濃度のばらつきや抵抗層の寸法のばらつきによって抵抗が変化する。但し、抵抗R1と抵抗R2を同一基板上のほぼ同じ領域内に近接して形成すると、両者の抵抗値の変動は連動しているのが一般的であり、式(3)におけるVsub3の値に影響を与えにくい。
【0051】
動画撮影時よりも静止画の撮影時の方が基板電位に対して高い精度が要求される。上述のように、(3)式で表されるVsub3は誤差が小さいため、基板電位にばらつきが生じにくい。従って、固体撮像素子の飽和出力電圧のばらつきも低減し、固体撮像素子のダイナミックレンジを広くとることが可能となる。
【0052】
抵抗R3として、外部抵抗を用いると抵抗値にばらつきが生じる。抵抗R1と抵抗R2と抵抗R3とは、独立に変動する。このため、式(4)で表されるVsub4にはばらつきが生じやすい。但し、動画撮影時の方が静止画の撮影時よりも、基板電位に対する要求精度が低いため、実用上特に問題が生じない。
【0053】
尚、節点P6と節点P7との間には、節点P6から順に、抵抗R3とトランジスタTr2とが接続されている回路を例に説明したが、節点P6から順にトランジスタTr2と、抵抗R3とが接続されている回路も、本発明の範疇に入るものとする。より具体的には、請求項1などに記載されている発明の範囲に入るものとする。
【0054】
電圧分割回路を2つの抵抗で形成する場合を説明したが、一方の抵抗を定電流源で置換しても良い。
【0055】
図1(B)に示す電圧供給回路は、図1(A)の電圧供給回路において抵抗R1を定電流源に置換している。定電流源としては、D型MOSFET:Tr2’が用いられている。D型MOSFET:Tr2’のゲート端子Gに印加する電圧により抵抗値を調整することができる。
【0056】
この回路においても、図1(A)に示す電圧供給回路と同様の回路動作が可能である。尚、上記の回路においては、R1を定電流源(FET)としたが、R2のみ或いはR1とR2の両方を定電流源(FET)としても良い。R1又はR2のいずれかの代わりに定電流源(FETなど)を用いると、残った方の抵抗(R1又はR2の値)を決めることにより、一定の電流値い基づいて電圧(V=IR)を決めることができる。
【0057】
本発明の第1の実施の形態による電圧供給回路について図2及び図3を参照して説明する。
【0058】
図2は、本発明の第1の実施の形態による電圧供給回路とCCD固体撮像装置との関係を示す図である。図3は、本実施の形態による電圧供給回路と、電圧供給回路から供給される基板電位Vsubを受けて動作するCCD固体撮像素子とを示す概略回路図である。
【0059】
電圧供給回路Cの出力は固体撮像装置Dの基板に接続されている。
【0060】
固体撮像装置Dは、n型シリコン基板10と、n型シリコン基板10に形成される光電変換素子13とを含む。尚、実際には、基板上に多数の光電変換素子13が形成されている。光電変換素子13は、n型シリコン基板10内に形成されるpウェル層11と、pウェル層11内に形成されるn型半導体層14とのpn接合により形成されている。光電変換素子13に近接してn型半導体層により垂直電荷転送チャネル15が形成されている。光電変換素子13と垂直電荷転送チャネル15との間に読み出しゲート17が形成されている。光電変換素子13や垂直電荷転送チャネル15の上に、例えば酸化シリコンにより絶縁膜23が形成されている。絶縁膜23上に、例えば多結晶シリコンにより電荷転送電極25が形成されている。さらに基板上には、平坦化膜31が形成されている。平坦化膜31内に、光電変換素子13の開口部以外の領域を覆う遮光膜33が例えばAlにより形成されている。
【0061】
上記の固体撮像装置Dにおいて、pウェル層11は接地(GND)されている。n型半導体基板10には、電圧供給回路Cから出力端子P8を介して基板電位Vsubが供給される。基板電位Vsubの値を調整することにより、光電変換素子13内の過剰な電荷(電子)を基板10側に引き抜くことができる。
【0062】
ところで、基板に供給される電圧は、通常、動画モードにおいて6Vから14Vの間の値が必要である。静止画モードでは、4Vから11.5Vの電圧であり、かつ、動画モードの場合よりも低い電圧が必要になる。電源電圧Vpは一般的に16Vである。従って、通常のCMOS回路の電源電圧、例えば、0Vと3.3Vとの2種類の電圧をバイポーラトランジスタのベース端子に供給しても、バイポーラトランジスタをオンオフさせることは難しい。
【0063】
そこで、図3に示すように、抵抗R3の一端P21と電源電圧端子Vpとの間に、複合デジタルトランジスタ回路35を接続する。複合デジタルトランジスタ回路35は、抵抗R3の一端と電源電圧Vpとの間に接続されており、例えば、4つの抵抗R5からR8までと、2つのトランジスタTr3及びTr4とを含む。
【0064】
より詳細には、P23とP21との間に1つのバイポーラトランジスタTr3のエミッタ端子E3とコレクタ端子C3とが接続されている。バイポーラトランジスタTr3のベース端子B3とエミッタ端子E3との間に抵抗R5が接続されている。抵抗R5と接地点GNDとの間に、抵抗R5側から順に抵抗R6とバイポーラトランジスタTr4とが接続されている。抵抗R5と抵抗R6との間の点P25とバイポーラトランジスタTr3のベース端子B3との間が結線されている。バイポーラトランジスタTr4のベース端子B4(P28)とエミッタ端子E4とは抵抗R8を介して接続されている。点P28とOFD電圧制御パルス発生回路1(電源電圧3.3V)との間には抵抗R7が接続されている。
【0065】
複合デジタルトランジスタ回路35の動作について以下に説明する。
【0066】
複合デジタルトランジスタ回路35においては、トランジスタTr4のトランジスタ特性と、抵抗R5及び抵抗R6との直列接続負荷抵抗(R5+R6)による負荷線とによって動作点が決まる。OFD電圧パルス信号発生回路1から、トランジスタTr4のベース端子に対して例えば0Vの電圧が印加されると、トランジスタTr4はオフ状態となる。トランジスタTr4のコレクタ端子と抵抗R6との間の節点における電位は、例えば8V程度と高くなる。節点P25における電位は、この8Vと電源電位16Vとの間の電位であって、抵抗R5と抵抗R6との抵抗値によって電圧分割される値で決まる。例えば、抵抗R5と抵抗R6との値を等しくすると、接点P25における電位は、12Vとなる。トランジスタTr3のエミッタ−ベース間に印加される電圧は、4Vとなる。バイポーラトランジスタTr3はオンしない。従って、抵抗R3はフローティングとなり、OFD端子34の電位は、抵抗R1と抵抗R2との電圧分割により決まる電位になる。
【0067】
一方、トランジスタTr4のベース端子に3.3Vの電圧が印加されると、トランジスタTr4はオンする。従って、トランジスタTr4のコレクタ端子と抵抗R6との間の節点における電位は、例えば1V程度と低くなる。接点P25における電位は、例えば8.5V程度となり、トランジスタTr3のエミッタ−ベース間電圧は、7.5V程度と高くなる。トランジスタTr3がオン状態となる。
【0068】
従って、抵抗R3は抵抗R2と並列接続の状態なり、OFD端子34の電位は、抵抗R1と抵抗R2及び抵抗R3の並列抵抗との電圧分割により決まる電位になる。
【0069】
以上のように、複合デジタルトランジスタ回路35を用いると、通常のCMOS回路の電源電圧である3.3Vを用いて、本実施の形態による電圧供給回路を正常に動作させることができる。
【0070】
本実施の形態による電圧供給回路を用いれば、高い精度を要求される静止画撮影時の基板電位Vsub3のばらつきを低減することができる。従って、固体撮像素子の飽和出力電圧のばらつきも低減し、固体撮像素子のダイナミックレンジを広くとることが可能となる。
【0071】
次に、本発明の第2の実施の形態による電圧供給回路について図4を参照して説明する。
【0072】
本発明の第2の実施の形態による電圧供給回路は、回路構成としては第1の実施の形態による電圧供給回路(図1及び図3に示す)と同様である。但し、抵抗R3を、抵抗R1及びR2と同様に同一チップ上に形成している点が異なる。
【0073】
図4は、本発明の第2の実施の形態による電圧供給回路(分圧回路)の回路図である。図4に示す回路は、図6に示す回路と同様の回路である。従って、半導体基板に供給される電圧Vsubは、上記の式(1)から(3)までによって表される。
【0074】
但し、本実施の形態による電圧供給回路(分圧回路)は、抵抗R3が、抵抗R1及び抵抗R2と同じチップ上に形成されている点で、図6の回路構成と異なる。抵抗R3としてオンチップ抵抗を用いると、抵抗の変動が少なくなる。
【0075】
尚、図4では、トランジスタTr2’としてはMOS型トランジスタを用いている。MOS型トランジスタの変わりに、MOS型トランジスタと製造工程の整合性が良いBiCMOSプロセスにより形成したバイポーラトランジスタを用いても良いし、CMOSプロセスと整合する縦型のバイポーラトランジスタを用いても良い。MOSトランジスタを用いる場合には、例えばゲート幅の大きなトランジスタを用いてトランジスタのオン抵抗を低くするのが好ましい。
【0076】
図4に示すように、抵抗R1及び抵抗R3は、電圧供給回路(分圧回路)Eと固体撮像装置とを製造した後に、それらの抵抗値を調整できるように構成されている。より詳細には、抵抗R1は、直列に接続された7つの抵抗R1−1からR1−7までを含んでいる。抵抗体R1−1からR1−7までは、例えばポリシリコン層により形成されている。ポリシリコン層とポリシリコン層との間は、低抵抗金属、例えばAl配線により接続されている。抵抗体としてポリシリコン層を用いる。半導体中に不純物を拡散させることにより形成する不純物拡散層などを用いても良いが、ポリシリコン層を用いた方が、リニアな電流電圧特性を得ることができる。
【0077】
抵抗R1−2から抵抗R1−7までの各抵抗とそれぞれ並列に、ヒューズH1−1からH1−6が直列接続されている。ヒューズH1−1からH1−6までの間と両端には、パッドPAD1からPAD7が形成されている。例えばパッドPAD1とPAD2との間にはヒューズH1−1が抵抗R1−2と並列に配置されている。尚、ヒューズは、例えばアモルファスシリコン層又は多結晶シリコン層などにより半導体基板に形成することができる。
【0078】
抵抗R3は、抵抗R3−1とR3−2とR3−3との3つの抵抗が直列に接続されて形成されている。抵抗R3−1及び抵抗R3−2と並列にヒューズH3−1とH3−2と、パッドPAD8及びPAD9が形成されている。
【0079】
尚、抵抗R2は1つの抵抗によって形成されているが、R1やR3と同様に複数個の抵抗を直列に接続することにより形成しても良い。ひょうーずをもうければ、R2の抵抗値を調整することもできる。
【0080】
電圧供給回路における抵抗の調整方法について、抵抗R1の抵抗値を調整する方法を例に説明する。ヒューズH1−1からH1−6までが全て短絡されている場合には、抵抗R1はほとんど抵抗R1−1の値によって決まる。抵抗R1の値を高く調整するためには、例えばパッドPAD1とPAD2との間にヒューズH1−1が切断できる程度の高電圧を印加する。ヒューズH1−1が切断されると、抵抗R1を、抵抗R1−1と抵抗R1−2との直列抵抗によって決まる抵抗値に調整できる。同様に、ヒューズH1−2からH1−6までのいずれか、或いは全てを切断すると、抵抗値をほぼ所望の値に調整することができる。抵抗R3についても同様である。
【0081】
本実施の形態による電圧供給回路では、抵抗R1と抵抗R2に加えて抵抗R3も内部抵抗(オンチップ抵抗)により形成している。加えて、オンチップ抵抗の抵抗値を精密に調整するための調整手段を具備している。
【0082】
従って、抵抗R1、R2およびR3の値をかなりの精度で調整することが可能である。 前述のように、動画撮影時のみならず静止画撮影時の基板電位も高い精度で調整することができる。従って、固体撮像素子の飽和出力電圧のばらつきも低減し、固体撮像素子のダイナミックレンジを広くとることが可能となる。
【0083】
次に、本発明の第2の実施の形態の変形例による電圧供給回路(分圧回路)について図4及び図5を参照して説明する。
【0084】
この変形例による電圧供給回路においては、例えば抵抗R1を構成する抵抗R1−1を基準にして、抵抗R1−2からR1−7までが、順に抵抗R1−1の2倍体、4倍体、8倍体、・・・、32倍体、すなわち、R1−nの2n-1倍体の抵抗とする。抵抗体をこのように構成すれば、R1−2からR1−7までのいずれの抵抗を用いるかにより、R1の値を調整することが容易になる。
【0085】
抵抗R1−1をユニット抵抗として、そのユニット抵抗の2n-1倍体の抵抗を形成する技術について図5を参照して説明する。図5は、抵抗ユニット50の構成と、抵抗ユニット50を用いて形成された抵抗ユニット50の4倍体抵抗R1−3の構成とを示す概略図である。
【0086】
図5に示すように、抵抗ユニット50は、例えばAlにより形成された対向する2つの接続部51a及び51bと、接続部51aと接続部51bとの間に、例えば棒状の4本の微小抵抗体55−1から55−4までを含む。微小抵抗体55−1から55−4までは、その両端が、例えばコンタクトホール53を介して接続部51aと接続部51bとに電気的に接続されている。微小抵抗体55−1から55−4までは同じ抵抗値を有しており、そのうちの1本分の抵抗をrとすると、抵抗ユニット50の抵抗はr/4となる。
【0087】
例えば、抵抗R1−3は、この上記と同様の抵抗ユニット50を4つ直列に接続することにより形成されており、その抵抗はほぼrとなる。直列接続する抵抗ユニット数により、抵抗値を調整することができる。同一チップ上に形成される同じ抵抗ユニットを用いて、抵抗R1を構成する抵抗R1−1からR1−7までと、R2と、R3−1からR3−3までと、を構成する。
【0088】
抵抗ユニット50を、例えば4本の微小抵抗体を並列接続にすると、抵抗値を調節するためにヒューズを切断する際に、パッドPAD間に高電圧を印加しても抵抗体が切断されにくくなる。抵抗体に流れる電流が、各微小抵抗体に分割されるため、各微小抵抗体に流れる電流値が小さくなるためである。
【0089】
加えて、微小抵抗体の寸法等に若干のばらつきが生じても、複数本の微小抵抗体により抵抗ユニットを形成するため、抵抗ユニット自体の抵抗値をほぼ一定に保つことができる。
【0090】
従って、動画の撮影時のみならず、静止画の撮影時においても基板電位の精度を高めることができ、デジタルカメラのダイナミックレンジを大きくとることができる。
【0091】
尚、第2の実施の形態による電圧供給回路では、抵抗R3も抵抗R1及び抵抗R2と同様に同一の半導体基板上に形成できる。上記第2の実施の形態及びその変形例による電圧供給回路においては、第1の実施の形態による電圧供給回路の場合と異なり、必ずしも抵抗R3の一端を電源電圧側と接続しなくても良い。一般的な電圧供給回路と同様に抵抗R3の一端を接地することも可能である。
【0092】
以上、第1及び第2の実施の形態について縦型OFD構造を有する固体撮像装置において基板電位を供給するための電圧供給回路を例にして説明したが、上記の各構成は、横型OFD構造を有する固体撮像装置に適用することもできる。加えて、上記の各構成は、CCD固体撮像装置のみでなく、CMOS型の固体撮像装置に適用することも可能である。
その他、固体撮像装置に供給する他の電位、例えば、リセットゲート(RS)の基準電位を変調する場合にも用いることができる。
【0093】
以上、実施の形態に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明あろう。
【0094】
【発明の効果】
2種以上の電圧を供給する電圧供給回路において、低電圧側の供給電圧のばらつきを低減できる。特に、固体撮像装置の基板に供給される基板電位の精度を高め、デジタルカメラのダイナミックレンジを広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 2種類以上の基板電圧を発生させるための電圧供給回路の原理を説明するための概略図である。図1(A)は分圧抵抗として全て抵抗体を用いた回路であり、図1(B)は抵抗R1の代わりに低電流源を用いた電圧供給回路の回路図である。
【図2】 本発明の第1の実施の形態による電圧供給回路とCCD固体撮像装置との関係を示す構造断面図である。
【図3】 本発明の第1の実施の形態による電圧供給回路と、電圧供給回路から供給される基板電位Vsubを受けて動作するCCD固体撮像素子とを示す概略図である。
【図4】 本発明の第2の実施の形態による電圧供給回路の回路図である。
【図5】 本発明の第2の実施の形態の変形例による電圧供給回路である。
【図6】 2種類以上の基板電圧を発生させるための一般的な電圧供給回路の回路図である。
【符号の説明】
B 分圧回路(電圧供給回路)
R1、R2、R3 抵抗
Tr2 トランジスタ
Tr2’ D型FET
L1 配線
1 OFD制御パルス信号発生回路
3 パルス信号発生回路
GND 接地電位(接地端子)
Vp 電源電位(電源端子)
H ヒューズ
PAD パッド
35 複合デジタルトランジスタ回路(電圧調整回路)
50 抵抗ユニット
55 微小抵抗体
Claims (13)
- 相互に直列に接続された第1及び第2の抵抗であって、第1の電位が印加される第1の端子に該第1の抵抗が接続され、該第1の電位より高い第2の電位が印加される第2の端子に該第2の抵抗が接続された第1及び第2の抵抗と、
前記第1及び第2の抵抗の相互接続点に電気的に接続され、基板電位を供給する出力端子と、
前記相互接続点と前記第2の端子とを接続する、第3の抵抗とスイッチ手段との直列接続、及び、該スイッチ手段を制御するスイッチ制御回路を含み、該スイッチ手段を制御して、該相互接続点と該第2の端子とが接続されず前記出力端子から第1の基板電位が供給される状態と、前記相互接続点と前記第2の端子とが接続されて前記出力端子から該第1の基板電位より高い第2の基板電位が供給される状態とを切り替える、分圧比の制御回路と
を含む電圧供給回路と、
縦型オーバフロードレイン構造を持ち、静止画撮影モードのとき、前記電圧供給回路から前記第1の基板電位を供給され、動画撮影モードのとき、前記電圧供給回路から前記第2の基板電位を供給される固体撮像装置と
を有するデジタルカメラ。 - 前記第1及び第2の抵抗は、オンチップ抵抗である請求項1記載のデジタルカメラ。
- 前記スイッチ手段は、第1及び第2のトランジスタと、第4及び第5の抵抗とを含み、該第1のトランジスタの一方の電流端子が前記第2の端子に接続され、該第1のトランジスタの他方の電流端子が前記相互接続点に電気的に接続され、該第4の抵抗が前記第2の端子と該第1のトランジスタの制御端子とを接続し、該第5の抵抗が該第1のトランジスタの制御端子と該第2のトランジスタの一方の電流端子とを接続し、該第2のトランジスタの他方の電流端子が前記第1の電位の印加される端子に接続され、該第2のトランジスタの制御端子に、前記スイッチ制御回路から制御信号が入力される請求項1または2に記載のデジタルカメラ。
- 前記第1の電位は接地電位であり、前記第2の電位は電源電位である請求項1〜3のいずれか1項に記載のデジタルカメラ。
- 前記第3の抵抗は、外付け抵抗である請求項2〜4のいずれか1項に記載のデジタルカメラ。
- 前記第3の抵抗もオンチップ抵抗である請求項2〜4のいずれか1項に記載のデジタルカメラ。
- 前記第1〜第3の抵抗のうち少なくともいずれかは、抵抗体とヒューズの並列接続を直列に接続した構造を含む請求項6に記載のデジタルカメラ。
- 前記第1又は第2の抵抗の代わりに、定電流源が用いられる請求項1に記載のデジタルカメラ。
- 前記定電流源は、デプリーション型のFETを含む請求項8に記載のデジタルカメラ。
- さらに、前記出力端子に接続され、シャッタパルス電圧を発生させる回路を含む請求項1〜9のいずれか1項に記載のデジタルカメラ。
- 固体撮像装置に第1の基板電位と該第1の基板電位よりも高い第2の基板電位とを含む少なくとも2種類以上の基板電位のいずれかを供給するのに適した電圧供給回路であって、
一端が接地電位に接続される第1の抵抗と、
該第1の抵抗の他端とその一端が接続され、その他端が電源電位に接続される第2の抵抗と、
前記第1の抵抗と前記第2の抵抗との節点から延びて基板電位を供給するための出力端子を形成する第1の配線と、
前記節点と前記出力端子との間の前記第1の配線からその一端が分岐し他端において電源電位に接続される第2の配線と、
該第2の配線の途中に形成された第3の抵抗と、
前記第2の配線の途中に形成され、前記節点と前記電源電位との間を切断又は接続することにより、基板電位を前記第1の基板電位と前記第2の基板電位との間で切り替えるスイッチ手段とを含み、
前記スイッチ手段がオフした際に得られる第1の基板電位は静止画撮影モードに適した基板電位であり、前記スイッチ手段がオンした際に得られる前記第2の基板電位は動画撮影モードに適した基板電位である電圧供給回路。 - 前記固体撮像装置は、2次元平面を有する基板上に形成された多数の光電変換素子と、
該光電変換素子の飽和出力電圧を前記基板電位により調整できるオーバフロードレイン構造と
を有している請求項11に記載の電圧供給回路。 - 固体撮像装置に第1の基板電位と該第1の基板電位よりも高い第2の基板電位とを含む少なくとも2種類以上の基板電位のいずれかを供給するのに適した電圧供給回路であって、
一端が接地電位に接続される第1の抵抗と、
該第1の抵抗の他端とその一端が接続され、その他端が電源電位に接続される第2の抵抗と、
前記第1の抵抗と前記第2の抵抗との節点から延びて基板電位を供給するための出力端子を形成する第1の配線と、
前記節点と前記出力端子との間の前記第1の配線からその一端が分岐し他端において電源電位に接続される第2の配線と、
該第2の配線の途中に形成され前記第1及び第2の抵抗と同一基板上に形成される第3の抵抗と、
前記第2の配線の途中に形成され、前記節点と前記電源電位との間を切断又は接続することにより、基板電位を前記第1の基板電位と前記第2の基板電位との間で切り替えるスイッチ手段とを含み、
前記スイッチ手段がオフした際に得られる第1の基板電位は静止画撮影モードに適した基板電位であり、前記スイッチ手段がオンした際に得られる前記第2の基板電位は動画撮影モードに適した基板電位である電圧供給回路。
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