KR20020041300A

KR20020041300A - 전하 전송 소자

Info

Publication number: KR20020041300A
Application number: KR1020010073725A
Authority: KR
Inventors: 다까하시다쯔야
Original assignee: 다카노 야스아키; 산요 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2002-06-01
Also published as: US7102674B2; US20020063790A1; KR100411212B1; TW512527B; JP2002223393A

Abstract

고체 촬상 장치에 있어서, 전하 전송 소자의 출력부에서의 소비 전력을 저감한다. CCD 이미지 센서(30)의 출력 증폭기(46)를 구성하는 소스 폴로워 증폭 회로에 제어 트랜지스터 T_S1, T_S2, T_S3을 설치한다. 게이트 전압을 전하 전송 소자의 동작 상태에 따라 전환함으로써, 제어 트랜지스터의 온/오프를 전환한다. 예를 들면, 촬상 장치가 스탠바이 모드인 경우에는 제어 트랜지스터를 오프 상태로 하여 소스 폴로워 증폭 회로의 동작을 정지한다.

Description

전하 전송 소자{CHARGE TRANSFER DEVICE}

본 발명은 전하 전송 소자에 관한 것으로, 특히 전하 전송 소자의 출력부의 전력 절약화에 관한 것이다.

도 3은 CCD 이미지 센서를 이용한 고체 촬상 장치의 출력부의 구성을 설명하는 개략의 회로도이다. CCD 이미지 센서의 촬상부(2)에서 생성된 화소별 정보 전하는 수평 CCD 레지스터(4)를 통해 부유 확산층(6)에 순차적으로 전송된다.

그리고 정보 전하는 전압 신호인 화상 신호로 변환되어, 출력 증폭기(8)에 입력된다. 출력 증폭기(8)는 소스의 부하에 트랜지스터를 이용한 소스 폴로워 증폭 회로로서, 여기서는 소스 폴로워를 3단으로 접속한 구성을 나타내고 있다. 각 소스 폴로워 회로는 전원 V_D와 접지 GND 사이에 접속되고, 증폭을 행하는 트랜지스터 T_D1, T_D2, T_D3은 각각 부유 확산층(6)의 출력 신호 또는 전단의 소스 폴로워 출력이 게이트에 입력된다. 이들 트랜지스터 T_D1, T_D2, T_D3의 소스에는 부하 트랜지스터 T_L1, T_L2, T_L3의 드레인이 접속된다. 부하 트랜지스터는 설정된 게이트 바이어스 전압에 따라 소스-드레인 사이에 일정한 전류를 흘리는 정전류원으로서 기능한다.

최종 단의 소스 폴로워로부터, CCD 이미지 센서의 출력 신호로서 추출되는 CCD 출력은 주변 회로(10)에 입력된다. 주변 회로(10)에서는 에미터 폴로워 증폭 회로(12)가 CCD 출력을 받아, 증폭된 신호가 프론트 엔드 회로(14)로 입력된다.

종래의 출력 증폭기는 통상의 촬상 동작 시에 얻어지는 화상 신호의 주파수 특성을 고려하여, 충분한 대역이 얻어지도록 설계되고, 게이트 바이어스 전압도 그 관점에서 소정의 값으로 설정되어 있었다. 여기서, 주파수 특성을 개선하기 위해서는 일반적으로 소스 폴로워에 흐르는 전류를 크게 하면 좋지만, 반면에 소비 전력이 커진다고 하는 문제가 있었다. 이 문제는 주변 회로의 에미터 폴로워 증폭 회로에 대해서도 마찬가지다. 즉, CCD 출력의 주파수 특성을 열화시키지 않기 위해서는 에미터 폴로워 증폭 회로에 충분한 전류를 흘릴 필요가 있고, 그 때문에 많은 전력이 소비되는 문제가 있었다.

또한, 출력 증폭기는 화상 신호가 생기지 않는 기간을 포함하여 항상 동작하고 있다. 그 때문에, 화상 신호 이외의 불필요한 신호가 출력 증폭기 등으로 증폭되어, 후단의 화상 신호 처리 회로에 입력된다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해서 이루어진 것으로, 화질을 유지하면서, 출력부에서의 소비 전력이 저감되는 전하 전송 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 고체 촬상 장치의 개략의 회로 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 제2 실시예의 고체 촬상 장치의 주요부의 개략의 회로 구성도.

도 3은 CCD 이미지 센서를 이용한 종래의 고체 촬상 장치의 출력부의 구성을 설명하는 개략의 회로도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

30 : CCD 이미지 센서

32 : CCD 제어 LSI

34 : 주변 회로

40 : 촬상부

42 : 수평 CCD 레지스터

44 : 부유 확산층

46 : 출력 증폭기

50 : 에미터 폴로워 증폭 회로

52 : 프론트 엔드 회로

60 : 구동 회로

62 : 출력 제어 회로

70 : 제어 신호 생성 회로

T_S1, T_S2, T_S3: 제어 트랜지스터

본 발명에 따른 전하 전송 소자는 정보 전하를 패킷 단위로 전송하는 전하 전송부와, 상기 전하 전송부의 출력측에 설치되고, 상기 정보 전하를 패킷 단위로 전압치로 변환하는 출력부와, 상기 출력부로부터 얻어지는 전압치를 임피던스 변환하여 추출하는 소스 폴로워 증폭 회로를 포함하는 전하 전송 소자에 있어서, 상기 소스 폴로워 증폭 회로는 상기 출력부의 전압치를 게이트로 받아, 소스로부터 전압치의 변화에 대응하는 출력 신호를 얻는 증폭 트랜지스터와, 상기 증폭 트랜지스터와 접지점과의 사이에 접속되어 상기 증폭 트랜지스터로부터 접지측으로 정전류를 흘리는 부하 트랜지스터와, 상기 증폭 트랜지스터와 전원과의 사이에 접속되고, 게이트에 인가되는 제어 신호에 응답하여, 전원으로부터 상기 증폭 트랜지스터로 흐르는 전류를 제어하는 제어 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

전하 전송 소자의 출력부에는 순차적으로 전송 출력되는 정보 전하에 따른 신호를 증폭하는 출력 증폭기가 설치된다. 이 출력 증폭기는 전하 전송 소자 내에 설치되고, 전하 전송 소자와 동일 프로세스로 제조되는 것으로, MOSFET를 이용한 소스 폴로워 증폭 회로를 다단으로 설치한 구성이 된다. 여기서 소스 폴로워 증폭 회로는 입력된 신호를 증폭하는 트랜지스터와, 여기에 정전류를 공급하는 부하 트랜지스터를 포함하여 구성되고, 부하 트랜지스터가 공급하는 정전류량은 게이트에 인가되는 게이트 바이어스 전압에 따라 정해진다. 본 발명에 따르면, 소스 폴로워 증폭 회로는 또한 제어 트랜지스터가 증폭 트랜지스터의 드레인과 전원과의 사이에 접속된다. 이 제어 트랜지스터의 게이트 전압을 제어함으로써, 소스 폴로워 증폭 회로에 흐르는 전류를 절단/접속, 또는 증감시킬 수 있다. 이에 따라, 소스 폴로워 증폭 회로를 동작시킬 필요가 없는 경우에는 정지시킬 수 있으며, 또한 필요한 주파수 특성 등에 따라 소스 폴로워 증폭 회로에 흐르는 전류를 가변할 수 있기 때문에, 출력 증폭기에서의 필요 이상의 전력 소비를 피할 수 있다.

그 밖의 본 발명에 따른 전하 전송 소자에 있어서는 상기 제어 트랜지스터가 증강형이다.

본 발명에 따르면, 제어 트랜지스터는 드레인에 접속된 전원의 전압을 게이트에 인가함으로써 기본적으로 오프 상태가 되고, 소스 폴로워 증폭 회로에 흐르는 전류가 차단되어, 전력 소비가 기본적으로 없어진다. 한편, 게이트 전압을 0V로 하면 온 상태로 할 수 있다. 여기서, 공핍형 트랜지스터에서는 충분한 오프 상태 가 되는 게이트 전압으로서 전원 전압 이상의 전압을 필요로 한다. 이에 대하여 증강형에서는 공핍형보다 낮은 전압으로 오프 상태로 할 수 있고, 제어 신호의 생성상, 형편이 좋다. 즉, 전하 전송 소자의 구동에 통상 사용되는 신호를 이용하여, 제어 트랜지스터의 절단/접속을 제어할 수 있다.

그 밖의 본 발명에 따른 전하 전송 소자는 상기 제어 트랜지스터의 게이트와 부하 트랜지스터의 게이트가 해당 전하 전송 소자의 동일한 입력 단자에 접속되는 것이다.

본 발명에 따르면, 제어 트랜지스터의 게이트와 부하 트랜지스터의 게이트가 공통 단자에 접속되고, 전하 전송 소자의 입출력 단자 수가 억제된다. 제어 트랜지스터가 오프 상태로 될 때에는 소스 폴로워 증폭 회로의 동작은 기본적으로 오프 상태가 되기 때문에, 이 때 부하 트랜지스터에 인가되는 게이트 전압이 부하 트랜지스터를 온 상태로 할지 오프 상태로 할지는 어느 경우라도 좋다.

본 발명에 따른 전하 전송 소자는 상기 제어 트랜지스터의 게이트와 상기 입력 단자와의 사이에, 외부로부터 해당 입력 단자로 입력되는 입력 신호에 기초하여 상기 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성 회로를 포함하고, 상기 부하 트랜지스터가 상기 입력 신호에 대하여 온 상태를 유지하는 것이다.

본 발명에 따르면, 부하 트랜지스터는 입력 신호의 어느 전압 레벨에서도 온 상태를 유지한다. 그와 같은 입력 신호를 직접, 제어 트랜지스터의 게이트에 인가해도, 제어 트랜지스터의 온/오프를 제어할 수 있다고는 할 수 없다. 그래서, 제어 신호 생성 회로는 입력 신호의 전압 레벨의 변화를 제어 트랜지스터를 온/오프 상태로 하는 레벨 변화로 변환한다. 이에 따라, 제어 트랜지스터가 오프 상태에 있을 때, 부하 트랜지스터는 온 상태에 있으며, 출력 증폭기의 출력 단자는 부하 트랜지스터의 소스에 접속되는 접지에 단락된다. 즉, 제어 트랜지스터가 오프 상태에 있을 때, 출력 단자가 소정 전위로 설정된다. 통상, 전하 전송 소자의 출력 단자에 접속되는 주변 회로에서는 전하 전송 소자의 출력을 에미터 폴로워 증폭 회로 또는 소스 폴로워 증폭 회로에서 받는다. 특히, 통상적으로 이들은 NPN 트랜지스터를 이용한 에미터 폴로워 증폭 회로 또는 N 채널의 소스 폴로워 증폭 회로로 구성되고, 이 경우, 본 발명의 전하 전송 소자에 따르면, 제어 트랜지스터를 오프 상태로 하면, 주변 회로의 에미터 폴로워 증폭 회로 또는 소스 폴로워 증폭 회로도 오프 상태 또는 저전류 상태가 되어, 주변 회로에서의 전력 절약화가 도모된다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

〈제1 실시예〉

도 1은 본 발명의 전하 전송 소자에 따른 제1 실시예의 고체 촬상 장치의 개략의 회로 구성도이다. 본 장치는 전하 전송 소자의 일종인 CCD 이미지 센서(30)를 이용하여, CCD 이미지 센서(30)의 동작을 제어하는 CCD 제어 LSI(32), 및 CCD 이미지 센서(30)의 출력 신호를 처리하는 주변 회로(34)를 포함하여 구성된다.

CCD 이미지 센서(30)의 촬상부(40)에서 화소마다 생성된 정보 전하는 수직 CCD 레지스터에 의해 수평 CCD 레지스터(42)에 1라인씩 판독된다. 수평 CCD 레지스터(42)는 정보 전하를 수평 전송하여 부유 확산층(44)으로 출력한다. 부유 확산층(44)은 수평 CCD 레지스터(42)로부터 입력되는 전하량에 따라 전압 신호인 화상 신호를 출력한다. 이에 따라, 얻어진 화상 신호는 출력 증폭기(46)에 입력된다.

출력 증폭기(46)는 소스 폴로워 회로를 복수단 접속한 것으로, 본 실시예에서는 3단 구성이다. 각 소스 폴로워 회로는 전원 V_D와 접지 GND와의 사이에 접속된다. 소스 폴로워 회로는 제어 트랜지스터 T_S1, T_S2, T_S3과, 증폭을 행하는 트랜지스터 T_D1, T_D2, T_D3과, 부하 트랜지스터 T_L1, T_L2, T_L3으로 구성된다. 증폭 트랜지스터 T_D1, T_D2, T_D3은 각각 부유 확산층(44)의 출력 신호 또는 전단의 소스 폴로워 출력을 게이트로 받는다. 이들 증폭 트랜지스터 T_D1, T_D2, T_D3의 소스에는 부하 트랜지스터 T_L1, T_L2, T_L3의 드레인이 접속된다. 부하 트랜지스터는 설정된 게이트 바이어스 전압에 따라 소스-드레인 사이에 일정한 전류를 흘리는 정전류원으로서 기능한다.각 부하 트랜지스터의 게이트는 CCD 이미지 센서(30)의 게이트 바이어스 입력 단자 V_GB에 접속되고, 일정한 전압이 인가된다. 또한, 제어 트랜지스터 T_S1, T_S2, T_S3은 전원 V_D와 각 증폭 트랜지스터의 드레인과의 사이에 접속되고, 각 소스 폴로워 회로에 흐르는 전류를 제어한다. 각 제어 트랜지스터의 게이트는 CCD 이미지 센서(30)의 제어 단자 V_SC에 접속되고, 이 제어 단자 V_SC는 CCD 제어 LSI(32)로부터 제어 전압 신호가 입력된다. 여기서는 각 트랜지스터 T_S1∼T_S3, T_D1∼T_D3, T_L1∼T_L3은 촬상부(40) 등과 동일한 기판 상에 형성된 MOSFET으로, T_S1∼T_S3은 P 채널 증강형 MOSFET이고, 또한 T_D1∼T_D3, T_L1∼T_L3은 N 채널 공핍형 MOSFET이다. 또한 전원 V_D는 정전압, 예를 들면 10∼15V의 전압을 공급한다. 본 장치에서는, 제어 트랜지스터는 소스 폴로워 회로에 흐르는 전류를 온/오프 제어하는 스위치로서 기능하고, 온 상태에서 소스 폴로워 회로에 흐르는 전류에 제한을 두지 않도록 구성된다. 구체적으로는 제어 트랜지스터는 상당히 큰 채널 폭으로 하는 등의 구성에 의해 채널의 임피던스가 낮아지도록 형성되어 있다.

최종 단의 소스 폴로워로부터, CCD 이미지 센서의 출력 신호로서 추출되는 CCD 출력은 주변 회로(34)에 입력된다. 주변 회로(34)에서는 에미터 폴로워 증폭 회로(50)가 CCD 출력을 받아, 증폭된 신호가 프론트 엔드 회로(52)에 입력된다. 프론트 엔드 회로(52)의 후단에는 영상 신호 처리 회로(도시하지 않음)가 이어지고, 영상 신호에 대한 처리가 행해진다. 그 처리에는 예를 들면, 이득 제어나 감마 보정 외에, 모니터(도시하지 않음)에의 화상 표시나, 기록 매체에의 화상 신호의 기록 등도 포함된다. 또한, 에미터 폴로워 증폭 회로(50)는 종래와 마찬가지로 NPN형 트랜지스터를 이용하여 구성되어 있다.

CCD 제어 LSI(32)는 CCD 이미지 센서(30)의 동작을 제어하는 회로가 집적된 반도체 소자이다. CCD 제어 LSI(32)는 구동 회로(60)와 출력 제어 회로(62)를 포함한다.

구동 회로(60)는 촬상부(40)에서의 신호 전하의 축적과, CCD를 이용하여 행해지는 정보 전하의 수직 전송 및 수평 전송을 제어하는 각종 클럭 펄스를 생성하여 CCD 이미지 센서(30)로 공급한다. 예를 들면, 구동 회로(60)는 수직 전송 클럭 펄스 φ_V, 수평 전송 클럭 펄스 φ_H, 전자 셔터 동작을 위한 전압 펄스 φ_SH등을 공급한다.

출력 제어 회로(62)는 출력 증폭기(46)의 동작을 제어하는 회로로서, 구체적으로는 제어 트랜지스터 T_S1, T_S2, T_S3의 게이트 전압을 제어한다. 출력 제어 회로 (62)는 구동 회로(60)로부터 구동 상태의 정보를 취득하고, 그 구동 상태에 따라 제어 트랜지스터의 게이트 전압을 전환하여, 그 온/오프를 제어한다.

본 장치에서는 출력 제어 회로(62)는 제어 트랜지스터를 온 상태로 하는 게이트 전압인 온 전압과, 오프 상태로 하는 게이트 전압인 오프 전압과의 각각에 따른 디지털 값을 저장하고 있으며, 그 중 어느 하나를 선택하여 출력한다. DAC (Digital-to-Analog Converter: 66)는 출력 제어 회로(62)로부터 출력된 디지털 값에 따른 전압을 발생시킨다. 생성된 전압은 게이트 전압으로서 CCD 이미지 센서 (30)의 게이트 입력 단자로 출력된다. 여기서는 제어 트랜지스터에 P 채널 증강형을 채용하고, 또한 제어 트랜지스터는 드레인을 전원 V_D에 접속하고 있기 때문에, 예를 들면, 온 전압은 0V, 오프 전압은 전원 V_D의 전압으로 할 수 있다. 또, 여기서는 DAC(66)를 이용하여 전압 신호를 발생시켰지만, 이를 이용하지 않고, 출력 제어 회로(62)가 직접, 전압 신호를 발생하도록 구성해도 좋다. 그리고, 출력 제어 회로(62)는 인터페이스(64)를 통해 외부 시스템에 접속할 수 있어, 접속된 외부 시스템으로부터 조건의 설정/변경이나, 그 외부 시스템의 제어에 기초하여 제어 트랜지스터의 제어를 행할 수도 있다.

다음으로, 본 장치에서의 CCD 이미지 센서(30)의 출력부에 대한 동작을 설명한다. 전술한 바와 같이 본 장치에서는 출력 제어 회로(62)가 소정의 조건에 기초하여 제어 트랜지스터 T_S1∼T_S3의 게이트 전압을 변경한다.

예를 들면, 제어 트랜지스터의 온/오프는 CCD 출력에 화소 신호가 출력되는 기간인지에 따라 전환된다. 출력 제어 회로(62)는 수평 블랭킹 기간, 또는 수직 블랭킹 기간 중 적어도 한쪽에 대응하여, 부유 확산층(44)에 화소 신호가 판독되어 있지 않는 기간에 있어서, 제어 트랜지스터를 오프 상태로 한다. 한편, 부유 확산층(44)에 화소 신호가 판독되어 있는 기간에는 제어 트랜지스터를 온 상태로 한다. 이에 따라, 화소 신호가 판독되는 기간에 있어서는 출력 증폭기(46)를 동작시켜서 화소 신호에 따라 부유 확산층(44)에 생기는 전압 변동을 증폭하여 CCD 출력 신호로 하는 한편, 화소 신호가 판독되지 않는 기간에 있어서는 출력 증폭기를 기본적으로 정지시킨다. 즉, 화소 신호가 판독되지 않는 기간에 있어서는 출력 증폭기 (46)를 구성하는 소스 폴로워 회로에 흐르는 전류를 거의 0으로 할 수 있어서, 소비 전력의 억제가 도모된다.

또한, 이와 같이 블랭킹 기간에 있어서, 출력 증폭기(46)의 동작을 기본적으로 정지시킴으로써, 블랭킹 기간에 CCD 출력에 불필요한 노이즈 신호가 나타나는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 전자 셔터 동작은 어느 하나의 수평 블랭킹 기간에 있어서 CCD 이미지 센서(30)의 기판에 전압 펄스를 인가하여, 그 타이밍까지 화소에 축적되어 있던 신호 전하를 기판으로 배출한다. 또한, 수평 블랭킹 기간에는 수평 CCD 레지스터(42)로 1행분의 신호 전하를 수직 전송하는 라인 이송 동작이 행해진다. 또한, CCD 이미지 센서(30)가 프레임 트랜스퍼형인 경우에는 촬상 영역에서 축적 영역으로 신호 전하를 고속으로 수직 전송하는 프레임 시프트 동작이 수직 블랭킹 기간에 행해진다. 이러한 블랭킹 기간 내에 행해지는 동작에 있어서 CCD 이미지 센서(30)에 인가되는 전압 펄스에 기인하여, 예를 들면 부유 확산층 (44)의 전위가 변동하고, 그것이 출력 증폭기(46)로 증폭됨으로써, CCD 출력에 불필요한 전압 변동을 일으킬 우려가 있다. 본 장치에서는 전술된 바와 같이 블랭킹 기간에 있어서 제어 트랜지스터를 오프 상태로 하여 출력 증폭기(46)의 동작을 기본적으로 정지시킴으로써, 이들 불필요한 전압 변동이 프론트 엔드 회로(52)에 전달되는 것이 방지된다.

또한, 본 장치에서는 CCD 이미지 센서(30)에 있어서, 출력 증폭기(46) 이외의 부분을 구동하여 촬상은 행하면서, 게이트 전압의 제어에 의해 출력 증폭기(46)를 정지시키는 스탠바이 모드를 설치할 수 있다. 이 스탠바이 모드에서는 출력 증폭기(46)의 소비 전력이 저감되는 한편, 그 해제 시에는 촬상부(40)나 CCD 레지스터의 구동의 개시 시간을 필요로 하지 않고 즉시 CCD 출력에서 안정된 화상 신호가 얻어진다.

본 장치에 따르면, 제어 트랜지스터를 증강형 MOSFET로 구성함으로써, 공핍형과 달리 게이트 전압을 드레인에 인가된 전원의 전압으로 하면, 소스 폴로워 증폭 회로가 기본적으로 완전히 차단된다. 또한, 게이트 전압을 예를 들면 접지 전위인 0V로 함으로써, 제어 트랜지스터는 도통 상태가 된다. 이와 같이 제어 트랜지스터를 온/오프 상태로 하는 제어 신호는 소스 폴로워 증폭 회로의 구동 전압의 범위 내에서 생성할 수 있고, 제어 신호의 생성 회로가 간단하게 된다.

또한, 고체 촬상 장치에서는 대부분의 경우, 에미터 폴로워 증폭 회로(50)는 NPN 트랜지스터를 이용하여 구성되고, 또한 출력 증폭기(46)의 증폭 트랜지스터, 부하 트랜지스터는 N 채널로 구성된다. 본 장치의 제어 트랜지스터를 이용한 출력 증폭기(46)를 이용하면, 이 종래의 구성을 기본적으로 유지하면서, 전술한 출력 증폭기(46) 자체의 소비 전력의 저감뿐만 아니라, 주변 회로의 에미터 폴로워 증폭 회로의 소비 전력도 저감시킬 수 있다. 그 이유를 설명한다. 소스 폴로워 최종 단의 제어 트랜지스터 T_S3이 온 상태일 때, 에미터 폴로워 증폭 회로(50)는 베이스 바이어스 전압에 접지 전위와 전원의 정전압 V_D와의 중간의 정전압이 인가되어 온상태가 된다. 한편, 제어 트랜지스터 T_S3이 오프 상태가 됐을 때, 부하 트랜지스터 T_L3은 온 상태를 유지하고 있기 때문에, 에미터 폴로워 증폭 회로의 베이스는 부하 트랜지스터 T_L3을 통해 접지에 접속된다. 즉, 제어 트랜지스터가 오프 상태가 됐을 때에는 에미터 폴로워 증폭 회로의 베이스 바이어스 전압이 접지 전위로 시프트하고, 에미터 폴로워 증폭 회로도 동작을 정지한다.

또, 이는 주변 회로(34)에 있어서 에미터 폴로워 증폭 회로(50) 대신에 소스 폴로워 증폭 회로를 이용하여 CCD 출력을 받는 경우도 마찬가지다. 구체적으로는 출력 증폭기(46)의 전원 V_D가 정전압인 본 장치의 구성인 경우에는 주변 회로(34)의 소스 폴로워 증폭 회로에는 N 채널 MOSFET가 채용된다.

이상의 제1 실시예에서는 제어 트랜지스터를 온/오프의 2치 제어로 했지만, 출력 제어 회로(62)가 본 장치의 동작 상태에 따라 제어 트랜지스터의 게이트 전압을 변경하고, 출력 증폭기(46)의 소스 폴로워 증폭 회로에 흐르는 전류가 다른 복수의 온 상태를 제공하도록 구성할 수도 있다.

예를 들면, 디지털 스틸 카메라를 구성하는 경우, 동작 상태로서는 출력 증폭기(46)로부터 CCD 출력 신호를 출력하지 않는 스탠바이 모드 외에, 촬상 모드로서 동화상 촬상 모드 및 정지 화상 촬상 모드를 갖고 있다.

동화상 촬상 모드에서는, 구동 회로(60)는 CCD 이미지 센서(30)에 화상 신호의 생성 및 판독을 반복시키고, 이에 따라 연속적인 복수 화상으로 구성되는 동화상이 생성된다. 생성된 동화상은 조작자가 피사체를 확인하는 뷰 파인더(viewfinder)에 모니터 화상으로 표시됨과 함께, 조작자의 지시에 의해 기록 매체(도시생략)에 기록할 수도 있다. 이 동화상 촬상 모드에서는 인간의 시각 특성상, 또는 뷰 파인더의 해상도의 제약 때문에 그만큼 높은 해상도는 필요로 하지 않는다. 따라서, 인터레이스 주사로 할 수 있다. 한편, 정지 화상 촬상 모드에서는 구동 회로(60)는 CCD 이미지 센서(30)를 논인터레이스 주사로 구동하고, 이에 따라 해상도가 높은 정지 화상이 생성된다. 이 정지 화상의 촬영은 조작자가 모니터 화상으로 피사체를 확인하여 셔터 버튼(도시하지 않음)을 누름으로써 행해진다. 즉, 셔터 보튼을 누름으로써 정지 화상 촬영 지시 신호가 생성되고, 이것이 구동 회로(60)에 전달되면, 구동 회로(60)는 촬상 모드를 정지 화상 촬상 모드로 전환한다. 촬영된 정지 화상은 기록 매체에 기록된다.

또한, 구동 회로(60)는 CCD 이미지 센서(30)로부터의 CCD 출력 신호의 판독 속도가 다른 복수의 판독 모드를 제공할 수 있다. 예를 들면, 동화상 촬상 모드에서는 1초 사이에 30 프레임의 화소 신호를 판독하도록 구성된다. 한편, 정지 화상 촬상 모드에서는 임의의 정지 화상의 촬영으로부터 다음의 정지 화상의 촬영까지의 인터벌은 일반적으로 1/30초보다 크게 할 수 있고, 그 경우에는 동화상 촬상 모드보다 낮은 판독 속도로 화소 신호를 판독하도록 구성할 수 있다.

또한, 정지 화상의 촬영에 앞서, 노광 조건을 결정하기 위한 예비 촬상을 행하도록 구성할 수 있다. 예를 들면, 이 예비 촬상은 셔터 버튼이 반 눌림으로써 기동되도록 구성되고, 정지 화상 촬상의 직전 타이밍에서 노광 상태를 검출한다. 정지 화상 촬상은 예비 촬상으로 검지된 노광 조건에 기초하여 실행된다. 이 예비촬상은 정지 화상 촬상 지시가 있던 시점에서는 완료되어 있는 것이 바람직하기 때문에, 단시간에 노광하고, 단시간에 판독하도록 구성된다. 이 때문에, 구동 회로 (60)는 이 예비 촬상의 화소 신호를 동화상 촬상 모드보다 고속으로 판독하도록 구성된다.

본 장치에서는 이들 각 동작 상태에 적합한 출력 증폭기 특성이 얻어지도록, 제어 트랜지스터의 채널의 컨덕턴스를 제어한다. 즉, 정지 화상 촬상 모드에 대해서는 양호한 화질로 화소 신호가 출력되도록, 출력 증폭기(46)의 소스 폴로워 회로에 비교적 큰 전류를 흘리는 게이트 전압 V_SC1이 제어 트랜지스터에 인가된다. 소스 폴로워 회로에 흐르는 전류가 큰 것에 의해, 소스 폴로워 회로의 주파수 특성이 향상하고, 화상 신호의 파형의 열화가 억제되어 양호한 화질이 확보된다. 출력 제어 회로(62)는 이 전압 V_SC1에 따른 디지털 값을 보유하고, 구동 회로(60)가 정지 화상 촬상 모드에서 CCD 이미지 센서(30)를 구동하는 경우에 있어서는 그에 연동하여, 이를 판독하여 DAC(66)로 출력한다.

한편, 동화상 촬상 모드에 대해서는 정지 화상 촬상 모드 정도의 화질은 요구되지 않는다. 그 때문에, 출력 증폭기(46)의 주파수 특성도 정지 화상 촬상 모드만큼 양호할 필요는 없고, 출력 증폭기(46)의 소스 폴로워 회로에는 정지 화상 촬상 모드정도의 큰 전류를 흘리지 않아도 좋다. 따라서, 동화상 촬상 모드에서는 정지 화상 촬상 모드에 비하여 작은 전류가 흐르는 게이트 전압 V_SC2가 제어 트랜지스터에 인가되고, 소비 전력이 억제된다. 특히, 디지털 스틸 카메라의 동작에 있어서, 동화상 촬상 모드는 정지 화상 촬상 모드에 비하여 긴 시간을 차지하기 때문에, 동화상 촬상 모드에서의 소비 전력의 저감 효과는 디지털 스틸 카메라의 장시간 동작에 크게 기여한다.

또한, 본 장치에서는 제어 트랜지스터에 P 채널 MOSFET를 채용하고 있기 때문에, 게이트 전압이 낮을수록 제어 트랜지스터의 채널 컨덕턴스가 커지고, 소스 폴로워 증폭 회로에 흐르는 전류량은 커진다. 따라서, 본 장치에서는 V_SC1<V_SC2이다.

또한, CCD 출력의 판독 속도에 따라 제어 트랜지스터의 게이트 전압을 변경할 수 있다. 전술한 바와 같이 본 장치는 동화상 촬상 모드, 정지 화상 촬상 모드, 및 예비 촬상 동작에서의 구동이 가능하고, 이들은 다른 속도로 화소 신호를 판독하도록 구성된다. 예를 들면, 동화상 촬상 모드보다 예비 촬상 동작에서의 판독을 고속으로 행하도록 구성된다. 예비 촬상 동작에 대하여 동화상 촬상 모드와 같은 정도의 화질을 요구하는 것으로 한 경우, 판독 속도가 고속인 만큼 예비 촬상 동작에서는 출력 증폭기(46)의 주파수 특성이 양호할 필요가 있다. 그 때문에, 본 장치에서는 예비 촬상 동작에 있어서는 소스 폴로워 증폭 회로에 충분한 전류가 흐르는 게이트 전압 V_SC3이 제어 트랜지스터에 인가되고, 본 장치의 동작 기간에 있어서 큰 비율을 차지하는 동화상 촬상 모드에 있어서는 소스 폴로워 증폭 회로에 흐르는 전류가 예비 촬상 동작에서의 전류보다 작아지는 게이트 전압 V_SC2가 제어 트랜지스터에 인가된다. 출력 제어 회로(62)는 이 전압 V_SC3에 따른 디지털 값을 보유하고, 예비 촬상 동작에 있어서는 이를 판독하여 DAC(66)로 출력한다. 이와 같이 출력 제어 회로(62)가 CCD 이미지 센서(30)의 각 동작 상태에 따라 필요 충분한 전류가 출력 증폭기(46)에 흐르도록, 제어 트랜지스터의 게이트 전압을 제어함으로써, 본 장치에서는 불필요한 전력 소비가 억제된다.

〈제2 실시예〉

도 2는 본 발명의 전하 전송 소자에 따른 제2 실시예의 고체 촬상 장치의 주요부의 개략의 회로 구성도이다. 이 도면에 있어서, 도 1과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 설명의 간략화를 도모한다. 또한, CCD 이미지 센서(30)의 촬상부(40)나 CCD 제어 LSI(32)는 도 1과 마찬가지의 구성이기 때문에, 도시를 생략했다. 본 장치가 상기 실시예와 서로 다른 점은 제어 트랜지스터의 게이트와, 부하 트랜지스터의 게이트가 CCD 이미지 센서(30)의 동일한 입력 단자 V_SC에 접속되는 구성에 있다. 이 입력 단자의 공통화에 의해, CCD 이미지 센서(30)의 IC 패키지의 핀 수를 줄일 수 있다.

입력 단자 V_SC와 제어 트랜지스터의 게이트와의 사이에는 제어 신호 생성 회로(70)가 설치된다. 한편, 부하 트랜지스터의 게이트는 입력 단자 V_SC에 직접 접속된다. V_SC에는 출력 제어 회로(62)로부터 H 레벨(전압 V_H)과 L 레벨(전압 V_L)과의 두 개의 레벨을 갖는 2치화 전압 신호가 입력된다. 여기서, 제어 신호 생성 회로 (70)가 입력 전압 V_H, V_L에 대하여 출력하는 전압을 각각 V_H', V_L'로 나타낸다. V_H, V_L은 모두 부하 트랜지스터를 온 상태로 하는 조건을 충족시키도록 설정된다. 한편, V_H', V_L'에 대해서는 어느 한쪽이 제어 트랜지스터를 온 상태로 하고, 다른 쪽이 제어 트랜지스터를 오프 상태로 하는 조건이 주어진다. 이들 조건이 만족하도록, V_H, V_L이 정해지고, 또한 제어 신호 생성 회로(70)가 구성된다.

예를 들면, V_H=7V, V_L=2V로 설정한다. 부하 트랜지스터는 N 채널 공핍형이기 때문에, 정전압 V_H, V_L로 구성되는 V_SC신호에 대하여 온 상태를 유지한다. 제어 신호 생성 회로(70)는 예를 들면 V_H와 V_L과의 사이에 임계치를 갖는 비교기와, 그 출력에 접속되는 인버터를 이용하여 구성된다. 비교기는 V_H, V_L각각에 대하여 예를 들면 논리치 "0", "1"에 대응하는 전압 0V, V_D를 출력하고, 인버터는 논리치를 반전하여 입력 전압 0V에 대하여 V_D를 출력하고, 입력 전압 V_D에 대하여 0V를 출력한다. 이에 따라, 제어 신호 생성 회로(70)는 V_H'=0V, V_L'=V_D를 출력한다. 제어 트랜지스터는 P 채널 증강형이고, 드레인을 전원 V_D에 접속하기 때문에, V_H'=0V에 대하여 온 상태로 하고, V_L'=V_D에 대하여 오프 상태로 한다.

제어 트랜지스터의 오프 상태에서 부하 트랜지스터가 온 상태를 유지함으로써, 상기 제1 실시예와 마찬가지로, 주변 회로의 NPN 트랜지스터를 이용한 에미터 폴로워 증폭 회로(50)의 베이스 바이어스 전압이 접지 전위로 시프트한다. 이에 따라, 출력 증폭기(46)의 정지에 연동하여 에미터 폴로워 증폭 회로(50)의 동작을 정지시킬 수 있어, 소비 전력의 억제가 도모된다. 또, 제어 트랜지스터를 온/오프상태로 하는 조건에 대해서는 상기 제1 실시예와 마찬가지이다.

본 발명의 전하 전송 소자에 따르면, 전하 전송 소자의 출력 증폭기를 구성하는 소스 폴로워 증폭 회로에 제어 트랜지스터가 설치되고, 그 게이트 전압을 제어함으로써, 소스 폴로워 증폭 회로에 흐르는 전류의 절단/접속, 또는 가변 제어가 실시된다. 이에 따라, 출력 증폭기에 흐르는 전류가 저감되고, 전하 전송 소자에서의 소비 전력이 저감되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제어 트랜지스터의 오프 상태에서, 전하 전송 소자의 출력단에 접속되는 에미터 폴로워 증폭 회로 또는 소스 폴로워 증폭 회로가 오프 상태로 되도록 구성함으로써, 주변 회로의 에미터 폴로워 증폭 회로 또는 소스 폴로워 증폭 회로에서의 소비 전력도 저감되는 효과가 있다. 또한, CCD 이미지 센서로부터 판독되는 화소 신호의 간헐 기간에 있어서, 제어 트랜지스터를 오프 상태로 하여 출력 증폭기의 동작을 정지시킴으로써, 출력 증폭기의 소비 전력의 저감이 도모됨과 함께 그 기간에 불필요한 전압 변동이 전하 전송 소자로부터 출력되는 것이 방지된다.

Claims

정보 전하를 패킷 단위로 전송하는 전하 전송부와, 상기 전하 전송부의 출력측에 설치되고, 상기 정보 전하를 패킷 단위로 전압치로 변환하는 출력부와, 상기 출력부로부터 얻어지는 전압치를 임피던스 변환하여 추출하는 소스 폴로워 증폭 회로를 포함하는 전하 전송 소자에 있어서,

상기 소스 폴로워 증폭 회로는

상기 출력부의 전압치를 게이트로 받아, 소스로부터 전압치의 변화에 대응하는 출력 신호를 얻는 증폭 트랜지스터와,

상기 증폭 트랜지스터와 접지점과의 사이에 접속되어 상기 증폭 트랜지스터로부터 접지측으로 정전류를 흘리는 부하 트랜지스터와,

상기 증폭 트랜지스터와 전원과의 사이에 접속되고, 게이트에 인가되는 제어 신호에 응답하여 전원으로부터 상기 증폭 트랜지스터로 흐르는 전류를 제어하는 제어 트랜지스터

를 구비한 것을 특징으로 하는 전하 전송 소자.
제1항에 있어서,

상기 제어 트랜지스터는 증강형인 것을 특징으로 하는 전하 전송 소자.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제어 트랜지스터의 게이트와 상기 부하 트랜지스터의 게이트에 공통으로 접속되는 입력 단자를 구비하는 것

을 특징으로 하는 전하 전송 소자.
제3항에 있어서,

상기 제어 트랜지스터의 게이트와 상기 입력 단자와의 사이에, 외부로부터 해당 입력 단자로 입력되는 입력 신호에 기초하여 상기 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성 회로를 포함하고,

상기 부하 트랜지스터는 상기 입력 신호에 대하여 온 상태를 유지하는 것

을 특징으로 하는 전하 전송 소자.