JPH11214936A - 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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 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た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
極側に設けられた電源スイッチと、ソースフォロワアン
プの入力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、電源スイッチが開放状態のばあいに、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、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、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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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-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１
７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φＨ
１、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′、１
４′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２
２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、Ｌ
ＳＩ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、 Ｖout＝（１＋η′）／｛（１−Ｇ）＋η′｝ ×｛ＧＶin（１．５＋η′）／（１＋η′）−Ｖof｝ ＝（１．５＋η′）／｛（１−Ｇ）＋η′｝×ＧＶin −（１＋η′）／｛（１−Ｇ）＋η′｝Ｖof （９） η′＝Ｃｓ／ＣＢＢ 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Ｍ
ＯＳ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)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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。
2. 【請求項２】 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。
3. 【請求項３】 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。
4. 【請求項４】 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。
5. 【請求項５】 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。
6. 【請求項６】 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。