JP5207481B2 - スイッチング回路およびスイッチング回路を用いた撮像装置 - Google Patents
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Description
しかし、電子増倍CCD撮像素子(Electron Multiplying-CCD以下EM−CCDと略す)は、電子冷却と組み合わせて感度を高くできるが、EM−CCDの電子増倍を行う水平転送電極(Charge Multiplication Gate以下CMGと略す)は、例えば、TEXAS INSTRUMENTS(以下TIと略す)製の33万画素で、容量負荷約25pFで12.5MHzでのインピーダンスは約509Ωと重い負荷となり、電圧振幅が18 Vp-pから24Vp-pと大きくかつ可変な上に、CMG電圧振幅が高い高電子増倍時は、CMG電圧振幅の可変0.1Vで1.4倍感度が変化し、11℃の温度変化で1.8倍感度が変化するので、駆動波形の電圧振幅確保と高安定性と発熱つまり消費電力の低減が求められる。例えば、e2V Technology(以下e2Vと略す)製の14万画素では、CMG電圧振幅が35Vp-pから45Vp-pとさらに大きい。したがって、CCD撮像素子の他の電極駆動の様に耐圧18V程度の汎用集積回路を利用することが困難である。そこで、EM−CCDの電子増倍を行う水平転送電極に、電源電圧可変の相補のエンハンスメント型金属酸化膜形電界効果トランジスタ(MOSFET)のドレインでパルス波形を供給し、MOSFETのゲートを容量結合したCMOS論理集積回路で駆動することが一般的である。また読み出しの水平転送電極は、例えば、TI製の33万画素で、容量負荷約85pFと約55pFで12.5MHzでのインピーダンスは約150Ωと約231Ωと重い負荷となり、電圧振幅が8Vp-pで耐圧18V程度のピンドライバと呼ばれる集積回路が使用される(非特許文献2、非特許文献3参照)。CMG電圧振幅が高い高電子増倍時は水平解像度が低下するので、EM−CCDを冷却してCMG電圧振幅を最小限にする(非特許文献4参照)。水平解像度が低下するのはCMG電圧振幅が高い高電子増倍時にCMGの矩形波特性が劣化し、水平転送が不完全になるためと推定される。また、過大光量により垂直転送路へ漏れこんだ電荷が、蓄積部転送路、水平転送路へ次々と溢れだして行くブルーミングと称される状態も起こる。
また、水平転送の約600倍と遅い周期の水平同期周期でCCD撮像素子の基盤電極をバイポーラトランジスタで定電流駆動する回路も実用化されている(特許文献2参照)。
ところで、最近不要輻射低減用に、低い周波数では、低いインピーダンスで、特定周波数からインピーダンスが急激に高くなり、抵抗成分が大きいフェライトビーズが多様な種類で量産されている(非特許文献5参照)。フェライトビーズの近似の等価回路はインダクタと容量と抵抗との並列接続したものと抵抗との直列接続したものである(非特許文献6参照)。
また、発明の一実施例は、EM−CCDの読み出しの水平転送電極の容量負荷は約85pFと約55pFで、電圧振幅が8 Vp-pのEM−CCDの読み出しの水平転送電極の駆動にも適用できる。EM−CCD撮像素子を用いた撮像装置の構成を示すブロック図の図9のCMG駆動部10だけではなく、水平転送駆動部9にも適用し、図1または図2の回路を二組設けて、入力Viを正相と逆相とし、出力Voを水平転送路のSRG1,SRG2に接続すれば良い。
5:映像信号処理部、6:CPU、7:タイミング発生部(TG)、
8:垂直転送駆動部、9:水平転送駆動部、10:CMG駆動部
IC1、IC2、IC3、IC4:反転論理CMOS集積回路(Inv IC)、
Q1:PchMOSFET、 Q2:NchMOSFET、
D1〜D9:ダイオード、D10〜D13:ショットキダイオード、
C1,C2:容量、CMG:EM−CCDの電子増倍水平転送電極、
Z1〜Z6:フェライトビーズ、R1〜R8:抵抗、
6V,5.5V,5V:論理電源、VH,VL:電源、
Vi:IC1、IC2、IC3、の入力波形、
Vout1:IC1の出力波形、Vout2:IC2の出力波形、
Vout3:IC3の2/6〜6/6の出力波形、
Vg1:PchMOSFETのQ1のゲート電圧波形、
Vg2:NchMOSFETのQ2のゲート電圧波形、
Vd1:PchMOSFETのQ1のドレイン電圧波形、
Vd2:NchMOSFETのQ2のドレイン電圧波形、
Vcmg:負荷容量CMGに印加される出力電圧波形、
Claims (7)
- 電源電圧が6Vを超え、負荷を駆動し、Pch金属酸化膜形電界効果トランジスタ(MOSFET)とNchMOSFETと論理バッファとを用いるスイッチング回路において、前記論理バッファの出力と前記PchMOSFETと前記NchMOSFETのゲート電極との間に直列に挿入された導通終了方向のダイオードに並列にスイッチング基本波周波数におけるインピーダンスが前記PchMOSFETと前記NchMOSFETのゲート電極インピーダンスのおおよそ1/2より低い第1のフェライトビーズを接続することを特徴とするスイッチング回路。
- 請求項1のスイッチング回路において、前記負荷が容量性負荷であり、スイッチング基本波周波数におけるインピーダンスがスイッチング基本波周波数における前記容量性負荷のインピーダンスのおおよそ1/2より低い第2のフェライトビーズを前記PchMOSFETと前記NchMOSFETとの少なくとも一つのドレイン電極に挿入することを特徴とするスイッチング回路。
- 請求項2のスイッチング回路において、スイッチング基本波周波数におけるインピーダンスがスイッチング基本波周波数における前記容量性負荷のインピーダンスのおおよそ1/2より低い第2のフェライトビーズを前記PchMOSFETのドレイン電極と前記NchMOSFETとのドレイン電極とに挿入することを特徴とするスイッチング回路。
- 電源電圧が6Vを超え、容量性負荷を駆動し、PchMOSFETとNchMOSFETと論理バッファとを用いるスイッチング回路において、スイッチング基本波周波数におけるインピーダンスがスイッチング基本波周波数における前記容量性負荷のインピーダンスのおおよそ1/2より低い第2のフェライトビーズを前記PchMOSFETと前記NchMOSFETとの少なくとも一つのドレイン電極に挿入することを特徴とするスイッチング回路。
- 請求項4のスイッチング回路において、スイッチング基本波周波数におけるインピーダンスがスイッチング基本波周波数における前記容量性負荷のインピーダンスのおおよそ1/2より低い第2のフェライトビーズを前記PchMOSFETのドレイン電極と前記NchMOSFETとのドレイン電極とに挿入することを特徴とするスイッチング回路。
- 電源電圧が6Vを超え、負荷を駆動し、PchMOSFETとNchMOSFETと論理バッファとを用いるスイッチング回路において、前記論理バッファの出力と前記PchMOSFETと前記NchMOSFETのゲート電極との間に直列に挿入された導通終了方向のダイオードに並列にスイッチング基本波周波数におけるインピーダンスが前記PchMOSFETと前記NchMOSFETのゲート電極インピーダンスのおおよそ1/2より低い第1のフェライトビーズを接続することを特徴とするスイッチング回路と、電荷転送型撮像素子とを有し、前記スイッチング回路の出力を、容量性負荷の前記電荷転送型撮像素子の水平転送電極に接続し、前記スイッチング回路で前記電荷転送型撮像素子の水平転送電極を駆動することを特徴とする撮像装置。
- 電源電圧が6Vを超え、容量性負荷を駆動し、PchMOSFETとNchMOSFETと論理バッファとを用いるスイッチング回路において、スイッチング基本波周波数におけるインピーダンスがスイッチング基本波周波数における前記容量性負荷のインピーダンスのおおよそ1/2より低い第2のフェライトビーズを前記PchMOSFETと前記NchMOSFETとの少なくとも一つのドレイン電極に挿入することを特徴とするスイッチング回路と、電荷転送型撮像素子とを有し、前記スイッチング回路の出力を、容量性負荷の前記電荷転送型撮像素子の水平転送電極に接続し、前記スイッチング回路で前記電荷転送型撮像素子の水平転送電極を駆動することを特徴とする撮像装置。
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