CN1228963C - 光传感器系统及其驱动控制方法 - Google Patents

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CN1228963C CNB008020531A CN00802053A CN1228963C CN 1228963 C CN1228963 C CN 1228963C CN B008020531 A CNB008020531 A CN B008020531A CN 00802053 A CN00802053 A CN 00802053A CN 1228963 C CN1228963 C CN 1228963C
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Abstract

一种包含一个含有多个按二维排列的光传感器的光传感器阵列的光传感器系统，包括用于给每个光传感器施加信号电压的一个驱动器电路和一个读出电路，还包括一个具有控制施加给每个光传感器的电压和调节每个光传感器的灵敏度的功能的控制电路。在图像读取操作和一个用于设定每个光传感器的灵敏度的读取操作中，产生了一个校正信号，该校正信号的有效电压能把施加给每个光传感器的每个门极的有效电压调节到OV或者调节到一个能使每个光传感器的特性降低最小化的值上。该校正信号施加于每个门极。

Description

光传感器系统及其驱动控制方法
技术领域
本发明涉及一种含有一个二维排列的光传感器阵列的光传感器系统和一种驱动-控制该系统的方法。
背景技术
诸如电子静态相机、电视摄像机等成像设备的应用已十分广泛。这些成像设备采用了例如CCD(电荷耦合器件)等固态成像器件作为光电转换装置，把要拍摄的物体的像转换成图像信号。众所周知，在CCD的结构中，许多光传感器(光接收元件)，例如光电二极管或薄膜晶体管(TFT)，被排列成矩阵形式，并且对应于进入每个传感器光接收部分的光量所产生的电子与正电空穴对的数量(电荷量)被一个水平扫描电路和一个垂直扫描电路探测，由此探测到辐射的亮度。
在使用这种CCD的光传感器系统中，通常需要分别向各个被扫描的光传感器提供选择晶体管，以使被扫描光传感器进入一种选定状态。目前正在开发一种光传感器(以下称作“双门光传感器”)来替代光传感器与选择晶体管的组合，双门光传感器由一个具有所谓“双门结构”的薄膜晶体管构成，同时具有光传感功能和选择功能。
图16A是说明这种双门光传感器10的结构的截面图。双门光传感器10包括：一个由无定形硅组成的半导体薄膜11、n+硅层17和18、分别形成在n+硅层17和18上的一个源极12和一个漏极13、一个形成在半导体薄膜11上方的带有一个阻挡绝缘膜14的顶部门极21，在14与21之间还夹有一个上门极绝缘膜15、一个位在顶部门极21上的保护绝缘膜20、以及一个位于半导体薄膜11下面的底部门极22，在22与11之间还夹有一个下门极绝缘膜16。双门光传感器10设置在一个例如由玻璃组成的透明绝缘基底19上。
换言之，双门光传感器10包括一个由半导体薄膜11、源极12、漏极13和顶部门极21所组成的上MOS(金属氧化物半导体)晶体管，以及一个由半导体薄膜11、源极12、漏极13和底部门极22所组成的下MOS晶体管。如图16B中的等效电路所示，双门光传感器10被认为包含了两个具有一个共同通道区域的MOS晶体管，该共同通道区域由半导体薄膜11、TG(顶部门极)、BG(底部门极)、S(源极端)、和D(漏极端)所构成。
保护绝缘膜20、顶部门极21、上部门绝缘膜15、阻挡绝缘膜14、和底部门绝缘膜16全都由对于激励半导体薄膜11的可见光具有高透过率的材料组成。从顶部门极21一侧进入传感器的光在通过顶部门极21、上门绝缘膜15和阻挡绝缘膜14之后进入半导体薄膜11，从而在通道区产生和积累电荷(正电空穴)。
图17是说明一个由一些二维排列的光传感器10所组成的光传感器系统的原理图。如图17所示，光传感器系统包括：一个由大量排列成一个(n×m)矩阵的双门光传感器10所构成的传感器阵列100、沿着行的方向连接各双门光传感器10的顶部门极TG的顶部门线101、沿着列的方向连接各光传感器10的底部门极BG的底部门线102、分别连接在顶部门线101和底部门线102上的一个顶部门极驱动器111和一个底部门极驱动器112、沿着列的方向连接各双门光传感器10的漏极端D的数据线103、以及一个连接在数据线103上的输出电路部分113。
在图17中，φtg和φbg分别代表用于产生复原脉冲信号φTi和读出脉冲信号φBi的控制信号，对此后面将有说明，φpg代表用于控制施加预先充电电压Vpg的施加时间点的预充电脉冲信号。
如后面将说明的，在上述结构中，光传感功能是通过由顶部门极驱动器111给顶部门极TG施加一个预定电压来实现的，而读出功能则是由底部门极驱动器112给底部门极BG施加一个预定电压，然后把光传感器10的输出电压通过数据线103传送给输出电路部分113以输出一个串行数据Vout来实现的。
图18A-18D是一些说明一种驱动-控制光传感器系统的方法的时序图，图中示出了传感器阵列100中的第i行在一个探测操作时期(一个第i行处理周期)上的时序。首先，如图18A所示，给第i行的顶部门线101施加一个高电平脉冲电压(复原脉冲信号；Vtg例如等于+15V)，从而在复原时期Treset中，执行对第i行双门光传感器10的放电复原操作。
接着，给第i行的顶部门线101施加一个低电平的偏置电压φTi(例如Vtg＝-15V)，由此结束复原时期Treset并开始对通道区域充电的电荷积累时期Ta。在电荷积累时期Ta中，对应于从顶部门极侧进入每个传感器的光量的电荷(正电空穴)在通道区域内积累。
然后，在电荷积累时期Ta中，给数据线103施加一个如图18C所示的电压为预先充电电压Vpg的预先充电脉冲信号φpg，经过一个能使漏极13保持一定电荷的预先充电时期Tprch之后，给第i行的底部门线102施加一个如图18B所示的高电平(例如Vbg＝+10V)偏压)读出脉冲信号φBi)。这时，第i行的双门光传感器10被导通，从而开始读出时期Tread。
在读出时期Tread中，通道区域中积累的电荷将改变施加在每个顶部门极TG上的相反极性的低电平电压(例如Vtg＝-15V)。因此在每个底部门极GB处由电压Vbg形成了一个n型通道，由此数据线103上的电压VD将根据漏极电流的大小随着施加了预先充电电压Vpg之后的时间流逝而减小。较具体地说，数据线103上电压VD的变化趋势取决于电荷积累时期Ta和接收到的光量。如图18D所示，当入射光暗弱时，也即当接收到小光量从而只积累了少量电荷时，电压VD趋于逐渐地减小，然而，当入射光明亮时，也即当接收到大光量从而积累了大量电荷时，电压VD将趋于突然地减小。由此可以理解，可以通过在读出时期Tread开始之后的一个预定时间点上探测数据线103上的电压VD，或通过探测电压VD达到某一预定阈值电压所需的时间，来计算出辐射量。
图像读取可以通过对传感器阵列100的每一行串行地执行上述驱动-控制或者通过在各驱动脉冲不重叠的不同时间点上以并行方式对每一行执行控制，来实现。
虽然上面描述了使用双门光传感器的情况，但即使对于使用光电二极管或光电晶体管作为光传感器的光传感器系统，也仍可以执行“复原操作→电荷积累操作→预先充电操作→读取操作”这样一系列的操作和类似的控制。
上述普通的光传感器系统存在以下问题。
(1)在上述普通光传感器系统的驱动-控制方法所采用的图像读取操作中，如果例如以上述双门光传感器作为光传感器，则将重复下述一系列的操作：给顶部门极TG施加复原脉冲信号，对漏极端D施加预先充电脉冲信号、和给底部门极BG施加读出脉冲信号。在此情形中，每个脉冲信号都要求在一个短时间内产生一个短脉冲波。例如，给顶部门极TG短时间地施加一个高电平电压(如+15V)，而在另外的时间则给它施加一个低电平电压(如-15V)。这样，在一个操作时期(例如图18A-18D所示的第i行处理周期)中，施加给顶部门极TG的电压信号波形相对于0V(地(GND)电平)是不对称的。施加给顶部门极TG的有效电压是图18A所示的十分偏向于低电平侧(负电压侧)的Vte。类似地，对底部门极BG施加的是短时间的高电平电压(例如+10V)，而在其他时间则对其施加了低电平(地电平)。于是，施加给底部门极BG的电压信号波形相对于0V(地电平)也是不对称的。施加给底部门极BG的有效电压是图18B所示的十分偏向于高电平侧(正电压侧)的Vbe。
如果在一个具有薄膜晶体管结构的光传感器中连续地对每个门极施加这样的偏置电压，则例如在传感器受到光照时电荷(正电空穴或电子)将被俘陷在每个门极中，由此将损害光传感器的元件特性，进而改变其灵敏度。其结果是光传感器的可靠性降低。
(2)此外，假定一个利用前述光传感器的光传感器系统被使用于不同场合或使用于获取各种不同类型物体的图像，这些物体可能有不同的亮度，而且这些亮度可能随它们的环境情况不同而变化。为了精确读取各种类型物体在各种环境下的图像，必须把光传感器的灵敏度设定到一个适合于每个物体和/或每种环境的值上，并在所设定的灵敏度下读取图像。光传感器的灵敏度例如是由电荷积累时期内所积累的电荷量也即对应于该时期内的入射光总量所确定的。所以，灵敏度可以通过调节电荷积累时期的长短来调节。由于如此，即使把施加给每个门极的有效电压设定到了某个最佳值上，但当把电荷积累时期改变到一个适合于每种环境的值上时，施加给每个门极的有效电压将不可避免地发生变化，从而偏离最佳值。这例如将改变前述的灵敏度特性，从而难以使图像读取设备具有足够的可靠性。
(3)
本发明公开的内容
本发明的一个目的是提供一种具有薄膜晶体管光传感器结构的高可靠性光传感器系统，其中每个光传感器都不会有因对其门极施加的信号有效电压偏向于正或负电压侧所引起的元件特性的明显降低和灵敏度特性的明显变化。
本发明的另一个目的是，即使当根据使用环境对每个光传感器设定了一个适当的读取灵敏度并在设定的灵敏度下执行读取操作时，也能防止光传感器元件特性的降低使光传感器系统的可靠性下降最小化。
为了达到这些目的，本发明提供一种光传感器系统，它包括：一个含有多个二维排列的光传感器的光传感器阵列，用于对每个光传感器施加信号电压的一个驱动器电路和一个读出电路，一个具有控制施加给每个光传感器的电压和调节每个光传感器的灵敏度的功能的控制电路，以及一个用于存储关于控制光传感器系统的数据的RAM(随机访问存储器)。
本发明还提供一种驱动-控制光传感器系统的方法，该方法的特征在于，一个具有能把在整个操作时期上施加给每个光传感器的每个门极上的有效电压调节到0V或一个能使每个光传感器的特性降低最小化的值上的有效电压的校正信号，是根据通过倒转在光传感器的图像读取时期所执行的复原操作和读取操作期间施加给每个光传感器的每个门极的电压信号的极性所得到的波形，或者通过调节信号波形的产生时序来产生的。这个校正信号被施加于每个门极。
该驱动-控制光传感器系统的方法的特征还在于，即使当为了根据使用环境来确定每个光传感器的最佳灵敏度而在紧接于对物体像进行常规读取操作之前执行了一个试验性图像读取，并在所确定的最佳灵敏度下进行常规读取操作时，上述校正信号也是根据对应于设定的最佳读出灵敏度的电荷积累时期来产生并且施加给每个光传感器的每个门极的，该校正信号能通过抵消在为设定最佳灵敏度而进行的试探性图像读取操作和常规图像读取操作期间施加在每个光传感器的每个门极上的有效电压而把在整个操作时期上施加给每个光传感器的每个门极的有效电压调节到最佳值上。
这些控制方法能把在复原和读取操作时期施加给每个光传感器的每个门极的偏置有效电压校正到一个最佳值上，从而能使每个光传感器的元件特性降低和由特性降低所造成的光传感器灵敏度特性变化最小化。其结果是能提供一个高可靠性的光传感器系统。
附图的简单说明
图1是说明根据本发明的光传感器系统的方框图；
图2A-2H是一些说明根据本发明第一实施例的光传感器控制方法中所采用的对每一行的操作时序的时序图；
图3和3B是具体说明施加给第一实施例中的光传感器的电压信号的波形的时序图；
图4A-4H是一些说明根据本发明第二实施例的光传感器控制方法中所采用的对每一行的操作时序的时序图；
图5A和5B是具体说明施加给第二实施例中的光传感器的电压信号的波形的时序图；
图6A-6H是一些说明根据本发明第三实施例的光传感器控制方法中所采用的对每一行的操作时序的时序图；
图7A和7B是具体说明施加给第三实施例中的光传感器的电压信号的波形的时序图；
图8是说明在两种施加给构成一个光传感器的晶体管的门极上的偏置电压的情况下，BT处理温度与阈值电压之间的关系的图；
9A-9H是一些说明根据本发明第四实施例的光传感器控制方法中所采用的对每一行的操作时序的时序图；
图10A和10B是具体说明施加给第四实施例中的光传感器的电压信号的波形的时序图；
图11A-11H是一些说明根据本发明第五实施例的光传感器控制方法中所采用的对每一行的操作时序的时序图；
图12A和12B是具体说明施加给第五实施例中的光传感器的电压信号的波形的时序图；
图13A-13H是一些说明根据本发明第六实施例的光传感器控制方法中所采用的对每一行的操作时序的时序图；
图14A和14B是说明在有效电压调节时期施加给第六实施例中的光传感器的信号与在预先读取操作时期和图像读取操作时期施加给第六实施例中的光传感器的信号之间的关系的概念图；
图15A-15H是一些说明在第六实施例中执行一另一种预先读取操作的时序图；
图16A是说明双门光传感器的结构的截面图；
图16B是说明双门光传感器的等效电路的图；
图17是说明含有许多二维排列的双门光传感器的光传感器系统的电路结构的图；以及
图18A-18D是一些说明一种控制双门光传感器系统的普通方法的时序图。
实行本发明的最佳模式
现在将参考附图详细说明根据本发明一些实施例的控制光传感器系统的方法。虽然在下面将说明的这些实施例中，用作光传感器的是具有薄膜晶体管结构的双门光传感器，但本发明并不局限于双门光传感器，而是也可应用于利用另外类型光传感器的光传感器系统。
如图1所示，本发明的光传感器系统包括：一个含有许多按二维排列的如图16A所示的双门光传感器10的光传感器阵列100；一个顶部门极驱动器111，用于在预定时刻点向每个双门光传感器10的顶部门极TG施加一个预定的复原脉冲信号；一个底部门极驱动器112，用于在预定时刻向每个双门光传感器10的底部门极BG施加一个预定的读出脉冲信号；一个由一个列开关114、一个预先充电开关115和一个放大器116构成的输出电路部分113，其中的列开关114和预先充电开关115分别用于读取一个数据线上的电压和给每个双门光传感器10提供预先充电电压；一个模数转换器(下面写作“A/D转换器”)117用于把读得的作为模拟信号的数据电压转换成作为数字信号的图像数据；一个控制器120，它能控制光传感器阵列100的物体像读取操作，根据本发明来执行对有效电压的调节，以及与一个外部功能部分200交换数据，它还具有后面将说明的灵敏度设定功能；以及一个RAM130，它用于存储例如读取的图像数据、关于后述读取灵敏度设定的数据、或者关于有效电压调节的数据。
这种包含了光传感器阵列100、顶部门极驱动器111、底部门极驱动器112、和输出电路部分113的结构及所具的功能与图17所示的普通光传感器系统是一样的。除了这个结构之外，本发明的光传感器系统还包括了A/D转换器117、控制器120、和RAM130，如下所述，这些器件使各种控制成为可能。
具体地说，控制器120分别向顶部门极驱动器111和底部门极驱动器112输出控制信号φtg和φbg，这两个驱动器接着分别向光传感器阵列100的每个双门光传感器10的顶部门极TG和底部门极BT输出预定的信号电压(复原脉冲信号φTi和读出脉冲信号φBi)。控制器还向预先充电开关115输出一个控制信号φpg，接着该开关又向数据线施加一个预先充电电压Vpg。结果便读得了物体的像。从每个双门光传感器10读取的数据线电压VD通过放大器116和A/D转换器117被转换成数据信号，再被作为图像数据提供给控制器120。控制器120还具有对图像数据进行预定的图像处理以及向/从RAM130写入/读出图像数据的功能。它能起到对能执行例如图像数据识别和修改等预定处理的外部功能部分200的接口的作用。如后所述，控制器120还具有另外两个功能，其一是控制准备要输出给顶部门极驱动器111和底部门极驱动器112的控制信号φtg和φbg，以把施加给每个双门光传感器10的顶部门极TG和底部门极BG的有效电压调节到最佳值，其二是根据例如室外光照等环境照明情况来设定读取物体图像时的最佳读取灵敏度，也即对每个双门光传感器10设定一个最佳光积累时期Ta。
下面将参考包括说明系统结构的图1和17在内的有关附图来说明控制具有上述结构的光传感器系统的一些方法。
如下所述，在根据每个实施例的光传感器系统控制方法中，每个操作都是受到由控制器120所提供的控制信号控制的。
<第一实施例>
图2A-2H是一些说明本发明第一实施例的光传感器系统控制方法中所采用的对每一行的操作时序的时序图。第一实施例所针对的情况是，施加给每个顶部门线101的每个复原脉冲信号的高低电平和施加给每个底部门线102的读出脉冲信号的高低电平都具有相反的极性(相对于地电平(0V)而言)和相同的绝对值。
在该实施例的控制方法中，首先依次地对各个顶部门线101施加复原脉冲信号φT1、φT2、…、φTn，由此依次地开始各个行的复原时期Treset，并初始化各个行上的双门光传感器10，如图2A-2C所示。复原脉冲信号φT1、φT2、…、φTn各自都有一个正电压(高电平)VtgH和一个负电压(低电平)VtgL。电压VtgH和VtgL的极性相反但相对于地电平(0V)是对称的。
复原脉冲φT1、φT2、…、φTn依次地下降从而依次地结束复原时期Treset和开始相应的光积累时期Ta，从而根据从每一行的各个双极光传感器10的顶部门极侧进入光传感器10的光量将在每个通道区域产生和积累电荷(正电空穴)。在光积累时期Ta中，依次地施加预先充电信号φpg，由此开始图2G所示的预先充电时期Tprch。结果，预先充电电压Vprch被提供给每个数据线103，由此执行预先充电操作以使得每个双门光传感器10的漏极保持一个预定电压。
其后，如图2D-2F中的图像读取操作时期所示，在经过了光积累时期Ta和预先充电时期Tprch后，读出脉冲信号φB1、φB2、…、φBn通过各个行的底部门线102被依次施加给这些双门光传感器，由此依次开始读出时期Tread，从而依次通过相应的数据线103的从输出电路部分113读取对应于积累在各个双门光传感器10中的电荷的电压变化VD，并依次地把读得的电压变化存入RAM130。每个读出脉冲信号φB1、φB2、…、φBn都有一个正电压(高电平)VbgH和一个负电压(低电平)VbgL。正负电压VbgH和VbgL的极性相反，但相对于地电平(0V)它们的绝对值是相同的。
如同普通情形一样，通过在读出时期Tread开始后的一个预定时间点上探测数据线103上的电压VD，或者通过探测电压VD达到一个预定阈值电压所需的时间，计算出辐射量。
当对光传感器阵列100的所有行都执行了上述一系列图像读取操作(复原操作→光积累操作→预先充电操作→读出操作)之后，向每一行的顶部和底部门线101和102施加一个电压，该电压相对于图像读取操作时施加给每一行的顶部和底部门线101和102的电压来说是一个反向的偏置。
具体地说，在图2A一2C所示的有效电压调节时期内所执行的复原操作中，将产生一个作为每个顶部门线101的校正信号的电压信号，该电压信号的波形具有与施加给每个双门光传感器10的顶部门极TG的复原脉冲信号φT1、φT2、…、φTn的波形相反的极性，也就是说，该电压信号的波形是通过相对于地电平(0V)倒转在图像读取时期中施加给每个双门光传感器10的顶部门极TG的电压信号波形来获得的。所产生的电压信号可以紧接在图像读取时期之前或之后施加(图2A-2C示出的是紧接在图像读取时期之后施加该信号的情况)。
类似地，在图2D-2F所示的有效电压调节时期内所执行的读出操作时期内，将产生一个作为每个底部门线102的校正信号的电压信号，该电压信号的波形具有与施加给每个双门光传感器10的底部门极BG的读出脉冲信号φB1、φB2、…、φBn的波形相反的极性，也就是说，该电压信号的波形是通过相对于地电压(0V)倒转在图像读取时期中施加给每个双门光传感器10的底部门极BG的电压信号波形来获得的。所产生的电压信号可以在紧接于图像读取时期之前或之后施加(图2D-2F示出的是紧接在图像读取时期之后施加的情况)。
下面将更详细地说明施加给每个双门光传感器10的顶部和底部门极TG和BG的电压信号的波形。
图3A和3B是详细说明本实施例中施加给每个双门光传感器10的顶部和底部门极TG和BG的电压信号波形的时序图。虽然这两个图只示出了施加给第一行的顶部和底部门线的电压信号波形，但施加给其他行的门线的电压信号是相似的。
如图3A所示，当在图像读取时期执行复原操作时，通过顶部门线101只给每个双门光传感器的顶部门极TG施加非常短时间(复原时期Ta)的具有正电压VtgH的复原脉冲信号φT1。在除了复原时期之外比较长的时间内，所施加的是负电压VtgL。这样，施加给每个顶部门极TG的有效电压是十分偏向于负电压侧的。
另一方面，如图3B所示，也是在图像读取时期，通过相应的底部门线102也只给每个双门光传感器的底部门极BG施加了非常短时间(读出时期Tread)的具有正电压VbgH的读出脉冲信号φB1。在除了读出时期之外的比较长的时间内，所施加的是负电压VbgL。这样，施加给每个底部门极BG的有效电压是十分偏向于负电压侧的。当给门极连续地施加一个偏向于某一极性侧的电压信号时，电荷(正电空穴或电子)将被俘陷在门极区，由此改变了光传感器的灵敏度特性或降低了光传感器的元件特性。
为了避免这一问题，在本实施例中通过相对于电平(0V)倒转在图像读取时期所施加的电压信号的极性产生一个具有反向偏置的波形的校正信号，并把该校正信号在紧接着图像读取时期之前或者在紧接于图像读取时期之后的有效电压调节时期内施加给每个门极。在该光传感器系统控制方法中，两种电压信号是在图像读取时期和有效电压调节时期中的相似时刻施加给顶部或底部门极TG或BG的，并且两种电压信号具有大小相同但极性相反的时间积分值。于是，在包括图像读取时期和有效电压调节时期的整个操作时期中，施加给顶部或底部门极TG或BG的电压信号互相抵消，由此消除了有效电压的偏置极性。
更具体地说，如图3A和3B所示，假定在图像读取时期施加给顶部和底部门极TG和BG的有效电压分别为Vte1和Vbe1，在有效电压调节时期施加给顶部和底部门极TG和BG的有效电压分别为Vte2和Vbe2。在本情形中，在两个时期中施加给门极端的有效电压具有相同的绝对值和不同的极性，所以有|Vte1|＝|Vte2|和|Vbe1|＝|Vbe2|。于是，由于在两个时期中施加给顶部或底部门极TG或BG的有效电压互相抵消，所以在包括图像读取时期和有效电压调节时期的整个操作时期中施加给顶部和底部门极TG和BG的平均电压(平均有效电压)Vte和Vbe为0V。结果，防止了电荷(正电空穴或电子)在门极区的积累，从而可以使每个光传感器的元件特性降低或灵敏度特性降低最小化。
此外，在本实施例的图像读取时期和有效电压调节时期中，施加给每个顶部门极TG的信号所需的电压是一对正负电压VtgH和VtgL(＝-VtgH)，它们相对于地电平(0V)具有相反的极性。类似地，施加给每个底部门极BG的信号所需的电压是一对正负电压VbgH和VbgL(＝-VbgH)，它们相对于地电平(0V)具有相反的极性。因此，顶部门极驱动器111和底部门极驱动器112都可以由一个双值输出驱动器组成。由于这种类型的驱动器价格低廉，可以用低成本制造使用这种驱动器的光传感器系统。
<第二实施例>
下面将参考图4A-5B说明根据本发明第二实施例的一种控制光传感系统的方法。
本实施例与第一实施例的不同在于，在第一实施例中图像读取时期内使用的复原脉冲信号和读出脉冲信号都有相对于地电平(0V)对称的一个高电平电压和一个低电平电压。
图4A-4H是一些说明在本发明第二实施例的光传感器系统控制方法中对每一行所采用的操作时序的时序图。图5A和5B是详细说明本实施例中施加在每个双门光传感器10的顶部和底部门极TG和BG上的电压信号波形的时序图。与上述第一实施例中相同的控制不再详细说明。
在本实施例的控制方法中，首先依次地给顶部门线101施加图4A-4C所示的复原脉冲信号φT1、φT2、…、φTn，由此依次地开始各个行的复原时期Treset，并初始化各个行上的双门光传感器10和开始相应的光积累时期Ta。其结果是，对应于入射光光量的电荷(正电空穴)将在每个通道区域内积累。每个复原脉冲信号φT1、φT2、…、φTn都有一个正电压(高电平)VtgH2和一个负电压(低电平)VtgL1(≠-VtgH2)，这两个电压相对于地电平(0V)是不对称的。
其后，在光积累时期Ta和预先充电时期Tprch结束之后，依次地通过各个行的底部门线102给这些双极光传感器10施加如图4D-4F所示的读出脉冲信号φB1、φB2、…、φBn，由此依次地开始读出时期Tread、依次地通过相应的数据线103从输出电路部分113读取(如图4H所示的对应于积累在每个双门光传感器10中电荷的电压变化VD，并依次地把读到的电压变化存入RAM130。读出脉冲信号φB1、φB2、…、φBn各自都有一个正电压(高电平)VbgH2和一个负电压(低电平)VbgL1，这两个电压相对于地电平(0V)是不对称的。
当对光传感器阵列100的所有行都执行了上述一系列的图像读取操作之后，在紧接于图像读取时期之后的有效电压调节时期中，作为相对于在图像读取操作中施加给每一行的顶部和底部门线101和102的电压信号的反向偏置信号的校正信号将被施加给每一行的顶部和底部门线101和102，施加的时间长度等于在所有行上进行图像读取操作所需的时间。或者，这一校正信号也可以紧接在图像读取时期之前施加。
较具体地说，如图5A和5B所示，通过相对于地电平(0V)倒转在图像读取时期施加给每个顶部门极TG的电压信号的极性的电压信号的极性所产生的，以正电压VtgH1(＝-VtgL1)为高电平、以负电压VtgL2(＝-VtgH2)为低电平的校正信号被在有效电压调节时期施加给每个顶部门极TG。另一方面，通过相对于地电平(0V)倒转在图像读取时期施加给每个底部门极BG的电压信号的极性所产生的，以正电压VbgH1(＝-VbgL1)为高电平、以负电压VbgL2(＝-VbgH2)为低电平的校正信号被在有效电压调节时期施加给每个底部门极BG。
在该光传感器系统控制方法中，两种电压信号是在图像读取时期和有效电压调节时期的类似时间上施加给顶部或底部门极TG和BG的，而且它们具有相同的时间积分值和相反的极性。于是，在包括图像读取时期和有效电压调节时期的整个操作时期中，施加给顶部和底部门极TG和BG的平均电压Vte和Vbe都为0V，由此防止了每个门极区域内的电荷(正电空穴或电子)积累，从而使光传感器的灵敏度特性的变化或元件特性的降低最小化。
由于在本实施例中在图像读取时期所使用的每个复原脉冲信号和读出脉冲信号的高电平与低电平相对于地电平(0V)是不对称的。所以准备在图像读取时期和有效电压调节时期施加给顶部和底部门极TG和BG的信号所需的电压是两个正电压和两个负电压，即总共4个电压，它们相对于地电平(0V)是不对称的。于是，顶部和底部门极驱动器111和112都可以由一个多电平输出驱动器组成。这使得能根据每个光传感器的灵敏度特性施加一个适当的电压，从而能进行合适的图像读取操作。
<第三实施例>
现在将参考图6A-7B说明根据本发明第三实施例的控制光传感系统的方法。
该实施例针对的情况与第二实施例类似，其中在图像读取时期所用的复原脉冲信号和读出脉冲信号各自都有相对于地电平(0V)不对称的一个高电平电压和一个低电平电压。
图6A-6H是一些说明本发明第三实施例的光传感器系统控制方法中所采用的对每一行的操作时序的时序图。图7A和7B是详细说明本实施例中施加给顶部和底部门极TG和BG的电压信号的波形的时序图。与前两实施例中相同的控制不再详细说明。
在本实施例的控制方法中，首先依次地给顶部门线101施加图6A-6C所示的复原脉冲信号φT1、φT2、…、φTn，由此依次地对各个行开始复原时期Treset，初始化各个行中的双门光传感器10、并开始各个光积累时期Ta。其结果是，在每个通道区域内将积累对应于入射光光量的电荷(正电空穴)。复原脉冲信号φT1、φT2、…、φTn各自都有一个正电压(高电平)VtgH和一个负电压(低电平)VtgL(≠-VtgH)，这两个电压相对于地电平(0V)是不对称的。
其后，在经过了光积累时期Ta和预先充电时期Tprch之后，依次地通过各个行的底部门线102给这些双门光传感器10施加如图6D-6F所示的读出脉冲信号φB1、φB2、…、φBn，由此依次地开始读出时期Tread，依次地通过相应的数据线103从输出电路部分113读出如图6H所示的对应于在各个双门光传感器10中积累的电荷的电压变化VD，以及依次地把读得的电压变化存入RAM130。读出脉冲信号φB1、φB2、…、φBn各自都有相对于地电平(0V)不对称的一个正电压(高电平)VbgH和一个负电压(低电平)VbgL(≠-VbgH)。
当对光传感器阵列100的所有行都执行了一系列上述图像读取操作之后，在紧接着图像读取时期后面的有效电压调节时期中，对每一行的顶部和底部门线101和102施加能抵消在图像读取操作中施加给每一行的顶部和底部门线101和102的有效电压从而使总有效电压为0V的具有反向偏置电压波形的校正信号。或者，该校正信号也可紧接在图像读取时期之前施加。
具体地说，在有效电压调节时期，产生一个具有与在图像读取时期所施加给每个顶部门极TG的脉冲信号相同的正负电压VtgH和VtgL的校正信号并把它施加给每个顶部门极TG，该校正信号的有效电压Vte2(＝-Vte1)是通过调节正负电压VtgH和VtgL的信号宽度和相对于地电平(0V)倒转在图像读取时期所施加给每个顶部门极TG的有效电压Vte1的极性来产生的。此外，在有效电压调节时期，产生一个具有与在图像读取时期所施加给每个底部门极BG的脉冲信号相同正负电压VbgH和VbgL的校正信号并把它施加给每个底部门极BG，该校正信号的有效电压Vbe2(＝-Vbe1)是通过调节正负电压VbgH和VbgL的信号宽度和相对于地电平(0V)倒转在图像读取时期所施加给每个底部门极BG的有效电压的极性产生的。
更具体地说，如图7A和7B所示，在有效电压调节时期，产生一个具有正电压(高电平)VtgH和负电压(低电平)VtgL并且具有通过相对于地电平(0V)倒转在图像读取时期施加给每个顶部门极TG的有效电压Vte1的极性所产生的有效电压Vte2的校正信号，并把该校正信号施加给每个顶部门极TG。此外，在有效电压调节时期，产生一个具有正电压(高电平)VbgH和负电压(低电平)VbgL并且具有通过相对于地电平(0V)倒转在图像读取时期施加给每个底部门极BG的有效电压Vbe1的极性所产生的有效电压Vbe2的校正信号，并把该校正信号施加给每个底部门极BG。有效电压调节时期的时间长度可以与图像读取操作所需的时间相同，或者也可以不同，也就是可以小于上述时间。换言之，只要把电压信号设定得能使在有效电压调节时期所施加给顶部和底部门极TG和BG的有效电压可以抵消在图像读取时期所施加的有效电压便足够了。
在上述光传感器系统控制方法中，在包括了图像读取时期和有效电压调节时期的整个操作时期中，施加给顶部和底部门极TG和BG的平均有效电压Vte和Vbe都为0V(地电平)，由此防止了电荷(正电空穴或电子)在门极区域的积累，从而抑制了每个光传感器的元件特性降低或灵敏度特性降低。
此外，在本实施例中，在图像读取操作和有效电压调节时期中，每个准备在图像读取时期和有效电压调节时期施加给顶部和底部门线101和102的信号所需的电压都是一对正负电压，它们具有相反的极性并且相对于地电平(0V)是不对称的。于是，顶部门极驱动器111和底部门极驱动器112都可以由一个双值输出驱动器组成。由于这种类型的驱动器价格低廉，可以以低成本制造采用这种驱动器的光传感器系统。
<第四实施例>
现在将参考图8-10B说明根据本发明第四实施例的控制光传感系统的方法。
该实施例针对的情况与第二实施例类似，其中在图像读取时期所使用的复原脉冲信号和读出脉冲信号都有相对于地电平(0V)不对称的一个高电平电压和一个低电平电压。然而，第四实施例的特征在于，其中设定了一个反向偏置电压波形，以使构成光传感器的晶体管的阈值变化最小化。
图8示出在给构成光传感器的晶体管的门极施加两种偏置电压的情况下，BT处理温度与晶体管阈值电压之间的关系。经BT处理后阈值的变化是用CV测量方法测量的。
在图8所示的例子中，当给门极施加正偏压时，阈值电压从几个伏特变成十几个伏特，变化很大；而当施加负偏压时，阈值电压仅在几个伏特或更小的范围内变化。因此，由于如上所述，施加正偏压时阈值电压的变化要比施加负偏压时大得多，所以如果施加给门极的有效电压为0V，并且施加正偏压和施加负偏压的时间相同，则双门光传感器的灵敏度特性可能改变，或者其元件特性可能降低。于是，为了减小阈值电压的变化，最好能使施加给门极的有效电压偏向于负电压侧。如前所述，在本实施例中，施加给门极的有效电压被设定在一个不为0V的能使阈值电压变化最小化的值上。为此目的而产生的一个反向偏置电压信号被在紧接于图像读取时期之前或之后施加给每个门极。
在图8的情形下，施加正偏压时阈值电压的变化要比施加负偏压时大。不过这仅仅是一个例子，也存在着相反的情况，即当给门极施加负偏压时阈值电压的变化较大。这种差别取决于元件的结构和所用材料等等。
图9A-9H是一些说明本发明第四实施例的光传感器系统控制方法所采用的对每一行的操作时序的时序图。图10A和10B是详细说明本实施例中施加给每个双门光传感器的顶部和底部门极TG和BG的电压信号波形的时序图。与第二实施例相似，第四实施例所针对的情况也是在图像读取时期中所使用的复原脉冲信号和读出脉冲信号各自都有相对于电平(0V)不对称的一个正电平信号和一个负电平信号。与上述各实施例中相同的控制这里不再详细说明。
在本实施例的控制方法中，首先依次地给顶部门线101施加图9A-9C所示的复原脉冲信号φT1、φT2、…、φTn，由此依次地开始复原时期Treset，初始化各个行上的双门光传感器10，并开始各个光积累时期Ta。其结果是，在每个通道区域将积累对应于入射光光量的电荷(正电空穴)。复原脉冲信号φT1、φT2、…、φTn各自都有一个正电压(高电平)VtgH2和一个负电压(低电平)VtgL1(≠-VtgH2)，它们相对于地电平(0V)是不对称的。
其后，在经过了光积累时期Ta和预先充电时期Tprch之后，依次地通过各个行的底部门线102给这些双门光传感器10施加图9D-9F所示的读出脉冲信号φB1、φB2、…、φBn，由此依次地开始读出时期Tread，依次地通过相应的数据线103从输出电路部分113读取如图9H所示的对应于每个双门光传感器10中所积累的电荷的电压变化VD，并依次地把读得的电压变化存入RAM130。读出脉冲信号φB1、φB2、…、φBn各自都有相对于地电平(0V)不对称的一个正电压(高电平)VbgH2和一个负电压(低电平)VbgL1(≠-VbgH2)。
当对光传感器陈列的所有行都执行了上述一系列的图像读取操作之后，在紧接着图像读取时期之后的有效电压调节时期中，对每一行的顶部和底部门线101和102施加校正信号，该校正信号具有能抵消和最小化每个晶体管的阈值电压变化的反向偏置电压波形，上述晶体管的阈值电压变化的发生取决于在图像读取时期施加给每一行的顶部和底部门线101和102的电压的极性。或者，该校正信号也可以在紧接着图像读取时期之前施加。
具体地说，在有效电压调节时期，产生一个通过相对于一个设定得能使每个双门光传感器10的顶部门极TG侧的晶体管的阈值电压变化最小化或等于0的最佳电压Vte倒转在图像读取时期施加给每个顶部门极TG的电压信号的极性所得到的、并且具有一个正电压VtgH1(高电平)和一个负电压(低电平)VtgL2的校正信号，并把该校正信号施加给每个顶部门极TG。此外，在有效电压调节时期，产生一个通过相对于一个设定得能使每个双门光传感器10的底部门极TG侧的晶体管的阈值电压变化最小化或等于0的最佳电压Vbe倒转在图像读取时期施加给每个底部门极BG的电压信号的极性所得到的、并且具有一个正电压(高电平)VbgH1和一个负电压(低电平)VbgL2的校正信号，并把该校正信号施加给每个底部门极BG。
更具体地说，如图10A和10B所示，有效电压调节时期所使用的反向偏置电压信号的有效电压Vte2和Vbe2是根据在图像读取时期施加给相应门极上的有效电压Vte1和Vbe1设定的，使得能让每个光传感器的每个晶体管的阈值电压变化最小或等于0的最佳电压Vte和Vbe可以作为包括了图像读取时期和有效电压调节时期的整个处理时期上的平均有效电压来得到。换言之，反向偏置电压被设定得能使在图像读取时期所施加的有效电压Vte1与Vbe1的平均值和在有效电压调节时期所施加的有效电压Vte2与Vbe2的平均值分别等于最佳电压Vte和Vbe。
在上述光传感器系统控制方法中，对顶部门极TG和底部门极BG施加了反向偏置电压信号，使得在包括了图像读取时期和有效电压调节时期的总的处理时期上的平均有效电压能让每个晶体管的阈值电压变化最小化或等于0。这样，本发明能提供一种可以抑制因施加给顶部和底部门极TG和BG的电压极性所造成的每个晶体管的阈值电压的变化，从而可以使每个光传感器的灵敏度特性或元件特性的降低最小化的高可靠性的光传感器系统。
在本实施例中，准备的图像读取时期和有效电压调节时期施加给每个顶部和底部门极TG和BG的信号所需的电压是两个正电压和两个负电压，总共4个电压，它们相对于地电平(OV)是不对称的。所以顶部门极驱动器111和底部门报驱动器112都可以用一个多电平输出驱动器组成。这使得能为每个光传感器的灵敏度特性施加一个适当的电压，从而能进行合适的图像读取操作。
<第五实施例>
现在将参考图11A-12B来说明根据本发明第五实施例的控制光传感系统的方法。
该实施例所针对的情况类似于第四实施例，其中在图像读取时期所使用的复原脉冲信号和读出脉冲信号各自都有相对于地电平(0V)不对称的一个高电平电压和一个低电平电压，其特征在于，反向偏置电压波形的设定使得能让构成光传感器的晶体管的阈值变化最小化。
图11A-11H是一些说明本发明第五实施例的光传感器系统控制方法中所采用的对每一行的操作时序的时序图。图12A和12B是详细说明本实施例中施加给每个双门光传感器的顶部和底部门极TG和BG的电压信号波形的时序图。与前述各实施例中相同的控制这里不再详细说明。
在本实施例的控制方法中，首先依次地给各顶部门线101施加图11A-11C所示的复原脉冲信号ΦT1、ΦT1、…、φTn，由此依次地对每个行开始复原时期Treset，初始化各个行上的双门光传感器10，并开始相应的各个光积累时期Ta，其结果是，在每个通道区域将积累对应于入射光光量的电荷(正电空穴)。复原脉冲信号ΦT1、ΦT2…、φTn各自都有一个正电压(高电平)VtgH和一个负电压(低电平)VtgL(≠-VtgH)，它们相对于地电平(0V)是不对称的。
其后，在经过了光积累时期Ta和预先充电时期Tprch之后，依次地通过各个行的底部门线102给这些双门光传感器10施加图11D-11F所示的读出脉冲信号ΦB1、ΦB2、…、φBn，由此依次地开始读出时期Tread，依次地通过相应的数据线103，从输出电路部分113读取对应于每个双门光传感器10中所积累的电荷的如图11H所示的电压变化VD，并依次地把读得的电压变化存入RAM130。读出脉冲信号ΦB1、ΦB2、…、φBn各自都有相对于地电平(0V)不对称的一个正电压(高电平)VbgH2和一个负电压(低电平)VbgL1(≠-VbgH2)。
当对光传感器陈列的所有行都执行了上述一系列图像读取操作之后，在紧接于图像读取时期之后的有效电压调节时期中，给每一行的顶部和底部门线101和102施加具有能抵消或最小化每个晶体管的阈值电压变化的反向偏置电压波形的校正信号，上述阈值电压变化的发生取决于在图像读取时期施加给每一行的顶部和底部门线101和102的电压的极性。或者，该校正信号也可以紧接在图像读取时期之前施加。
具体地说，在有效电压调节时期，产生一个通过相对于一个设定得能使每个双门光传感器10的顶部门极TG侧晶体管的阈值变化最小化或等于0的最佳电压信号Vte倒转在图像读取时期施加给每个顶部门极TG的电压信号的极性所得到的、具有一个正电压(高电平)VtgH和一个负电压(低电平)VtgL并且这正负电压信号成份的宽度已经过调节的校正信号，并把该校正信号施加给每个顶部门极TG。此外，在有效电压调节时期，产生一个通过相对于一个设定得能使每个双门光传感器10的底部门极BG侧晶体管的阈值变化最小化的最佳电压Vbe倒转在图像读取时期施加给每个底部门极BG的电压信号的极性所得到的、具有一个正电压(高电平)VbgH和一个负电压(低电平)VbgL并且这正负电压信号成份的宽度已经过调节的校正信号，并把该校正信号施加给每个底部门极BG。
更具体地说，如图12A和12B所示，有效电压调节时期所使用的反向偏置电压信号的有效电压Vte2和Vbe2是根据在图像读取时期施加给每个门极的有效电压Vte1和Vbe1设定的，使得能让每个光传感器的每个晶体管的阈值变化最小化或等于0的最佳电压Vte和Vbe可以作为在包括图像获取时期和有效电压调节时期的整个处理时期上的平均有效电压来得到。换言之，反向偏置电压信号被设定得能使在图像读取时期所施加的有效电压Vte1与Vbe1的平均电压和在有效电压调节时期所施加的有效电压Vte2与Vbe2的平均电压分别等于最佳电压Vte和Vbe。
有效电压调节时期的时间长度可以等于图像读取操作所需的时间，也可以不同于该时间，也就是说，可以小于该时间。换言之，只要电压信号的设定能使得在有效电压调节时期施加给顶部和底部门极TG和BG的有效电压等于平均有效电压Vte和Vbe就足够了。
在上述光传感器系统控制方法中，对顶部门极TG和底部门极BG施加了反向偏置电压信号，使得在包括了图像读取时期和有效电压调节时期的整个处理时期上的平均有效电压能让每个晶体管的阈值电压变化最小化或等于0。从而，本发明能够提供一种能抑制由施加给顶部和底部门极TG和BG的电压极性对每个晶体管的阈值电压变化的影响，进而能使每个光传感器的灵敏度特性或元件特性的降低最小化的高可靠性光传感器系统。
在本实施例中，准备在图像读取时期和有效电压调节时期施加给每个顶部和底部门极TG和BG的信号所需的电压是一对相对于地电平(0V)不对称的正电压和负电压。所以顶部和底部门极驱动器111和112都可以用一个双值输出驱动器组成。由于这种驱动器价格低廉，所以可以以低成本制造采用这种驱动器的光传感器系统。
<第六实施例>
现在将参考图13A-14B说明根据本发明第六实施例的控制光传感系统的方法。
该实施例所针对的控制方法除了包含第一至第五实施例所述的物体读取步骤之外，还包含紧接在图像读取时期之前执行一个确定光传感器的最佳灵敏度的步骤(以下称作“预先读取操作”)，这个最佳灵敏度随着例如环境亮度和待测物体的种类等各种条件而变化，它被使用于图像读取操作。
图13A-13H是一些说明本发明第六实施例的光传感器系统控制方法中所采用的对每一行的操作时序的时序图。与前述各实施例中相同的控制这里不再详细说明。在本实施例中，施加给顶部和底部门线101和102的电压信号的高低电平电压相对于地电平(OV)是不对称的，并且与第四和第五实施例类似，反向置电压波形被设定得能使构成光传感器的晶体管的阈值电压变化最小化。
当执行本实施例中的预先读取操作时，首先以有规则的延时期TDELAY依次地给顶部门线101施加图13A-13C所示的复原脉冲信号φT1、φT2、…、φTn，由此依次地开始各个行的复原时期Treset并初始化各个行上的双门光传感器10。复原脉冲信号φT1、φT2、…、φTn各自都有一个正电压(高电平)VtgH和一个负电压(低电平)VtgL(≠-VtgH)，这两个电压相对于地电平(0V)是不对称的。
复原脉冲φT1、φT2、…、φTn依次地下降并由此依次地结束复原时期Treset和开始各个光积累时期TA1、TA2、…、TAn。其结果是，在各个光传感器的通道区域将积累对应于通过相应门极侧进入每一行双门光传感器10的光的光量的电荷(正电空穴)。对每一行设定的光积累时期TA1、TA2、…、TAn是以预定的延时期TDELAY的倍数为单位逐步变小的，在最后一个复原脉冲φTn下降之后，施加图13G所示的预先充电信号φpg。此外，依次地给各底部门线102施加图13D-13F所示的读出脉冲信号ΦB1、ΦB2、…、φBn，由此依次地开始读出时期Tread，依次地通过相应的数据线103从输出电路部分113读取图13H所示的对应于积累在每个双门光传感器10中的电荷的电压变化VD，并依次地把读得的电压变化存入RAM130。
读出脉冲信号φB1、φB2、…φBn各自都有相对于地电平(OV)不对称的一个正电压(高电平)VbgH和一个负电压(低电平)VbgL(≠-VbgH)。
在上述预先读取处理中，由于对每一行设定的光积累时期TA1、TA2、…、TAn以两倍于预定的延时期TDELAY的时间为单位变化，所以可以得到在不同读取灵敏度下读取的图像数据，这些读取灵敏度是按一个大于光传感器陈列100的行数的灵敏度调节宽度来设定的。根据这些图像数据，控制器120可以提取到一个例如能使明暗对比度最大的光积累时期，从而确定一个最佳光积累时期Ta、。根据图像数据确定最佳光积累时期Ta的方法不限于上述把最大对比度作为提取条件的方法。
在预先读取操作之后，利用由预先读取操作所确定的最佳光积累时期Ta来执行图像读取操作。该图像读取操作基本上相同于第一至第五实施例中的相应操作。
具体地说，首先依次地给顶部门线101施加复原脉冲信号φT1、φT2、…、φTn，由此依次地开始各个行的复原时期Treset，并初始化各个行上双门光传感器10。与预先读取操作中所使用的复原脉冲信号相同，这些复原脉冲信号φT1、φT2、…、φTn也各自有一个正电压(高电平)VtgH和一个负电压(低电压)VtgL(≠-VghH)，这两个电压相对于地电平(OV)是不对称的。
复原脉冲φT1、φT2、…、φTn将依次下降从而依次地结束各个行的复原时期Treset并开始上述的最佳光积累时期Ta，由此在每个双门光传感器10的通道区域内将根据通过相应顶部门级侧进入的光的光量产生和积累电荷(正电空穴)。
其后，在经过了最佳光积累时期Ta和预先充电时期Tprch之后，依次地通过各个行的底部门线102给这些双门光传感器10施加读出脉冲信号φB1、φB2、…、φBn，由此依次地开始读出时期Tread，依次地通过相应的数据线103从输出电路部分113读取对应于积累在每个双门传感器10中的电荷的电压变化VD，并依次地把读得的电压变化存入RMA130。
与预先读取操作中所使用的读出脉冲信号相同，这些读出脉部冲信号φB1、φB2、…φBn也各自有相对于地电平(OV)不对称的一个正电压(高电平)VbgH和一个负电压(低电平)VbgL(≠-VbgH)。
当对所有的行都执行了图像读取操作之后，在有效电压调节时期执行有效电压调节操作，其目的是调节和优化在预先读取操作和图像读取操作期间施加给每个门线的偏置有效电压信号。
具体地说，在有效电压调节时期，产生具有下述性质的两种校正信号并分别将它们施加给每一行的顶部的底部门线101和102，这两种校正信号的有效电压分别把在预先读取时期和图像读取时期作为复原脉冲信号施加给门线101和102的有效与在有效地电压调节时期施加给门线101和102的有效电压的平均值调节到能使每个光传感器的每个晶体管的阀值变化最小化或等于0的最佳电压Vte和Vbe上。
下面将参考有关附图更详细地说明在有效电压调节时期施加给每个顶部门极TG和每个底部门极BG的信号。为了易于说明，假定施加给每个顶部门极TG的有效电压和施加给每个底部门极BG的有效电压都偏向于低电平侧，并且仅对第一行的顶部和底部门线进行说明。
图14A和14B示出根据本实施例的光传感器系统控制方法所采用的在有效电压调节时期施加给每个顶部门极TG和每个底部门极BG的信号与在预先读取时期和图像读取时期施加给每个TG和BG的信号之间的关系。
如图13A-13H所示，在预先读取时期和图像读取时期的复原操作中，复原脉冲信号φT1通过相应的顶部门线101给每个顶部门极TG只施加了很短时间(等于复原时期Treset长度)的高电平电压(正电压)VtgH。在除了复原时期之外的较长的时间内给每个TG施加的是低电平电压(负电压)VtgL。图像读取操作中所采用的光积累时期Ta是在预先读取时期中根据例如环境光照情况来确定的。
另一方面，也是在预先读取时期和图像读取时期的读出操作中，读出脉冲信号φB1通过相应的底部门线102给每个底部门极BG只施加了很短时间(等于读出时期Treset的长度)的高电平电压(正电压)VbgH。在除了读出时期之外的较长时间内给每个BG施加的是低电平电压(负电压)VbgL。图像读取操作中所采用的光积累时期Ta是在预先读取时期中根据例如环境光照来确定的。
在本实施例中，产生了具有下述性质的两种信号，这两种信号的电压波形能使得在预先读取时期、图像读取时期，以及在将要执行的有效电压调节操作时期中施加给每个光传感器的每个顶部和底部门极的电压波形的高电平侧时间积分值的相对于根据双门光传感器灵敏度特性设定的施加给每个顶部门极TG的最佳有效电压Vte和施加给每个底部门极BG的最佳有效电压Vbe的绝对值分别等于两种门极相应的低电平侧时间积分值的绝对值。这两种产生的信号在有效电压调节时期的预定时间点上的被分别施加给双方光传感器的每个顶部门线101和每个底部门线102。
如图13A-13C所示，在有效电压调节时期施加给每个顶部门线101的校正信号包含一个相对于每个顶部门极TG的最佳有效电压Vte在低电平侧的具有预定信号宽度(时间长度)TTPL的电压成份和一个相对于Vte在高电平侧的具有预定信号宽度TTPH的电压成份。
另一方面，在有效电压调节时期施加给每个底部门线102的校正信号包含一个相对于每个底部门极BG的最佳有效电压Vbe在低电平侧的具有预定信号宽度TBPLA和TBPLB的电压成份和一个相对于Vbe在高电平侧的具有预定信号宽度TBPH的电压成份。
施加给每个顶部门极TG的校正信号与其他信号之间的关系示于图14A。在图14A中假定了：Vte代表每个顶部门极TG的最佳有效电压，VtgH代表在预先读取时期和图像读取时期施加给每个TG的信号中所含的高电压，VtgL代表上述信号中所含的低电压，Ta代表在图像读取时期中采用的最佳光积累时期，TLT代表在预先读取时间和图像读取时期中除了Ta之外的低电平时间长度，THT代表在预先读取时期和图像读取时期中的高电平时间长度(即TRESET+TRESET)。于是可给出下述等式：
Ht·(TTPH+THT)＝Lt·(Ta+TLT+TTPL)     (1)
其中Ht代表高电压VtgH与最佳电压Vte之间的差的绝对值(|VtgH-Vte|)，Lt代表低电压VtgL与最佳电压Vte之间的差的绝对值(|VtgL-Vte|)。
根据式(1)可以给出在有效电压调节时期给每个顶部门线101的校正信号的施加时间长度分配关系，即高电平侧电压成份的信号宽度TTPH与低电平侧电压成份的信号宽度TTPL之间的关系。
TTPH＝Lt/Ht·(Ta+TLT+TTPL)-THT     (2)
于是，即使当图像读取操作时的最佳光积累时间根据环境照明情况发生了变化，但如果对每个顶部门线101施加对应于由式(2)表示的TTPH的时间长度的高电压VtgH信号，则施加给每个顶部门极TG的偏置有效电压也可被调节到最佳电压Vte，由此使因双门光传感器的元件特性降低而造成的每个双门光传感灵敏度特性的变化最小化。
另一方面，施加给每个底部门线102的校正信号与其他信号之间的关系示于图14B。在图14B中假定了Vbe代表每个底部门极BG的最佳有效电压，VbgH代表含在预先读取时期和图像读取时期施加给每个BG的信号中的高电压，VbgL代表含在上述信号中的低电压，Ta代表图像读取时期所采用的最佳光积累时期，TLB代表在预先读取时期和图像读取时期和读取时期中除了Ta之外的其余低电平时间长度，THB代表预先读取时期和图像读取时期中的高电平时间长度(即TREAD+TREAD)。于是，可以给出下述等式：
Hb·(TBPH+THB)＝Lb·(Ta+TLB+TBPL)       (3)
其中Hb代表高电压VbgH与最佳电压Vbe之间的差的绝对值(|VbgH-Vbe|)，Lb代表低电压VbgL与最佳电压Vbe之间的差的绝对值(|VgbL-Vbe|)。此外，TBPL代表低电平侧电压成份的总信号宽度(TBPLA+TBPLB)。
根据式(3)，施加给每个底部门线102的校正信号的时间分配，也即高电平侧电压成份的信号宽度TBPH与低电平侧电压成份的信号宽度TBPL之间的关系为：
TBPH＝Lb/Hb·(Ta+TLB+TBPL)-THB       (4)
于是，即使当图像读取操作中的最佳光积累时期Ta，根据环境照明的情况发生了变化，但如果施加给每个底部门线102的高电压VtgH信号的时间长度对应于由式(4)表示的TBPH，则施加给每个底部门极BG的偏置有效电压也可以被调节到最佳值Vbe，由此使因双门光传感器元件特性的降低所造成的每个双门光传感器灵敏度特性的变化最小化。
在上述有效电压调节操作中根据双门光传感器的灵敏度特性分别对每个顶部门极TG和每个底部门极BG所设定的最佳有效电压Vte和Vbe是根据门光传感器的元件结构或所用材料确定的，它们可以是正电压、负电压、或OV。
此外，在本实施例中，在有效电压调节操作中施加给每个顶部门极TG或底部门极BG的校正信号的高电平侧电压成份和低电平侧电压成份分别等于在预先读取时期和图像读取时期施加给它们的电压信号的相应电压成份。在此情形中，施加给顶部和底部门极TG和BG的都是两个电压，因此与第一、第三、第五实施例相同，顶部门极驱动器111和底部门极驱动器112都可以用一个双值输出驱动器组成。由于这种驱动器价格低廉，所以采用这种驱动器的光传感器系统的制造成本可以低。然而，第六实施例不限于这种结构，它可以被修改得像第二和第四实施例一样，使得在图像读取时期和有效电压调节时期施加给每个顶部或底部门极TG或BG的信号具有不同的高电平电压和低电平电压，因此顶部和底部门极限驱动器111和112都可以用多电平输出驱动器组成。
还有，在第六实施例中，执行预先读出操作的方式不限于图13A-13H所示的方式，而是可以改变的。
图15A-15H是一些说明可以在第六实施例中采用的另一种预先读取操作的时序图。
在这种预先读取操作中，首先同时地给所有的顶部门线101施加图15A-15C所示的复原脉冲信号φT1、φT2、…、φTn，由此同时地开始所有行的复原时期Treset和初始化所有行上的双门光传感器10。
复原脉冲φT1、φT2、…、φTn将同时下降以结束复原时期Treset并同时开始所有行的双门光传感器10的光积累时期TB1、TB2、…TBn，由此在每个通道区域产生和积累对应于通过相应顶部门极侧进入每一行的双门光传感器的光量的电荷(正电空穴)。
施加图15G所示的预先充电信号φpg使对各个行所设定的光积累时期TB1、TB2、…、TBn按延时期TDELAY依次地增大；依次地对底部门线102施加图15D-15F所示的读出脉冲信号ΦB1、ΦB2、…ΦBn将依次地开始读出时期Tread，依次地通过相应的数据线L03以输出电路部分113读取对应于积累在各个行的双门传感器10中的电荷的电压变化VD1、VD2、…、VDn，并依次地把读得的电压变化存入RAM130。
这样，通过只读取一次物体像，就可以得到在对物体像的各个行所设定的不同的读取灵敏度下读取的图像数据。
本实施例所采用的预先读取操作方式不限于上述方式。只要能以不同的读取灵敏度去读取物体像便足够了。例如，为了得到不同读取灵敏度下的图像数据，可以一方面依次地改变读取灵敏度，一方面在各个灵敏度下重复执行一系列操作：复原操作→光积累操作→预先充电操作→读取操作。当然，也可以采用任何其他合适的方法。
虽然在上述各实施例中使用了双门光传感器作为光传感器，但本发明并不局限于此。本发明的控制方法可以应用于使用另外类型光传感器的光传感器系统，只要这种光传感器的灵敏度特性或元件特性易于因预先读取操作或图像读取操作中所施加的信号电压极性而发生改变或降质，并且这种改变或降质可以通过在有效电压调节操作中施加一个校正信号被最小化。
虽然在上述各实施例中在有效电压调节操作时根据双门光传感器的工作特性或光传感器系统的结构施加了一个具有相反电压极性的脉冲信号，但本发明并不局限于此。只要能够谁在包括预先读取时期和图像读取时期的整个时期中的平均有效电压设定到一个能抑制光传感器特性变化的值(0V或某一预定值)上，就可以用施加一个具有预定电压的信号来代替施加具有相反电压极性的脉冲信号。

Claims (15)

1、一种光传感器系统，它包括：
一个含有多个按二维排列的光传感器的光传感器阵列，该光传感器具备作为门极端子且至少用于控制半导体层和该半导体层中的通道区域的形成状态的多个控制端子，并具有根据施加在上述控制端子上的信号读出输出信号的结构，该输出信号基于与受光量对应而被积累的电荷；
初始化装置，用于对光传感器阵列的所述各个光传感器的第1控制端子施加复位脉冲(ΦTi)，由此初始化所述各个光传感器；
信号读出装置，用于对所述初始化完成后的所述光传感器阵列的所述各个光传感器施加预先充电脉冲(Φpg)，同时对所述各个光传感器的第2控制端子施加读出脉冲(ΦBi)，从而从所述各个光传感器接收输出电压；以及
有效电压调节装置，用于施加校正信号，该校正信号用于将通过施加由所述初始化装置施加的所述复位脉冲而施加到所述第1控制端子上的脉冲信号的有效电压，以及通过施加由所述信号读出装置施加的所述读出脉冲而施加到第2控制端子上的脉冲信号的有效电压设定为0V或者所述各个光传感器的阀值电压的变化量为最小的电压值中的任一值构成的最佳值。
2、根据权利要求1的光传感器系统，所述各个光传感器的图像读取灵敏度是通过所述初始化装置和信号读出装置，根据从所述复位脉冲施加结束到所述读出脉冲施加开始为止的电荷积累时期而设定的，
所述光传感器具有最佳读取灵敏度设定装置，该最佳读取灵敏度设定装置用于改变所述图像读取灵敏度，同时利用所述信号读出装置读取由对应于所述二维排列的多个光传感器的像素所构成的物体像，并根据对每个所述图像读取灵敏度的每个所述物体像的每个所述图像读取灵敏度在每次变化时的对比值的比较来求出最佳图像读取灵敏度。
3、根据权利要求1的光传感器系统，其特征是：所述有效电压调节装置中的所述校正信号的电压波形，相对于在所述初始化装置和信号读出装置中，以被施加在所述各光传感器的所述控制端子上的各脉冲信号的电压波形的所述有效电压的最佳值为基准的时间积分值，具有极性相反且绝对值相等的时间积分值。
4、根据权利要求1的光传感器系统，其中由所述初始化装置和所述有效电压调节装置施加给所述各个光传感器的所述控制端子上的各个脉冲信号的电压波形，以及由所述信号读出装置和所述有效电压调节装置施加给所述光传感器上的各个脉冲信号的电压波形都具有由一对高电平和低电平构成的双值电压。
5、根据权利要求1的光传感器系统，其中由所述初始化装置和所述有效电压调节装置施加给所述各个光传感器的所述控制端子上的各个脉冲信号的电压波形，以及由所述信号读出装置和所述有效电压调节装置施加给所述光传感器上的各个脉冲信号的电压波形都具有由多对的高电平和低电平构成的多值电压。
6、根据权利要求1的光传感器系统，其中：
每个光传感器都具有双门结构，该双门结构具有：夹持由半导体层构成的通道区域而形成的源电极和漏电极，作为第1及第2控制端子而至少在所述通道区域的上方及下方隔着各个绝缘膜而形成的顶部门电极及底部门电极，；并且
所述初始化装置中，通过给所述顶部门电极施加所述复位脉冲(ΦTi)而进行初始化，
所述信号读出装置中，给所述底部门电极施加读出脉冲(ΦBi)，把对应于在从初始化结束到开始施加读出脉冲(ΦBi)为止的电荷积累时期中所述通道区域内所积累的电荷的电压作为所述输出电压输出。
7、一种控制包含一个含有多个按二维排列的光传感器的光传感器阵列的光传感器系统的方法，
所述各光传感器具有作为门极端子的多个控制端子，该控制端子至少用于控制半导体层和该半导体层中的通道区域的形成状态，并具有根据施加在上述控制端子上的信号而读出输出信号的结构，该输出信号基于与受光量对应而被积累的电荷；
光传感器系统的控制方法包括：
一个初始化步骤，其中给光传感器阵列的每个光传感器的第1控制端子上施加一个复位脉冲(ΦTi)，由此初始化每个光传感器；
一个信号读出步骤，在对完成所述初始化的所述光传感器阵列的每个光传感器施加一个预先充电脉冲(Φpg)后，对每个光传感器的第2控制端子施加一个读出脉冲(ΦBi)，并从每个光传感器接收一个输出电压；以及
一个有效电压调节步骤，在通过所述初始化步骤而实现的所述各光传感器的初始化以及通过所述信号读出步骤而实现的所述输出电压的接收完成后，将通过施加所述复位脉冲而施加在所述各光传感器的第1控制端子上的脉冲信号的有效电压，以及通过施加所述读出脉冲而施加在所述各光传感器的第2控制端子上的脉冲信号的有效电压设定为0V，或者所述各个光传感器的阀值电压的变化量为最小的电压值中的任一值所构成的最佳值。
8、根据权利要求7的方法，其中：
每个光传感器都具有双门结构，该双门结构具有：夹持由半导体层构成的通道区域而形成的源电极和漏电极，作为第1及第2控制端子而至少在所述通道区域的上方及下方隔着各个绝缘膜而形成的顶部门电极及底部门电极，；并且
给所述顶部门电极施加所述复位脉冲信号(ΦTi)，并通过给所述底部门电极施加所述读出脉冲(ΦBi)，把对应于在从初始化结束到开始施加读出脉冲(ΦBi)的电荷积累时期中于通道区域内积累的电荷的电压输出。
9、根据权利要求7的方法，
所述各个光传感器的图像读取灵敏度是通过所述初始化步骤和所述信号读出步骤而根据从所述复位脉冲施加结束到所述读出脉冲施加开始为止的电荷积累时期而设定的，
所述光传感器系统的驱动控制方法包括：
一个执行预先读取动作的步骤，改变所述图像读取灵敏度，同时读取由对应于所述二维排列的光传感器的像素所构成的物体像，并根据对每个所述读取灵敏度的每个所述物体像的每个所述图像读取灵敏度在每次变化时的对比值的比较来设定最佳图像读取灵敏度；
一个执行图像读取动作步骤，其中利用所述最佳图像读取灵敏度来读取全部的所述物体像；以及
一个有效电压调节步骤，其中把在所述预先读取动作和所述图像读取动作期间施加给所述光传感器阵列的每个光传感器的所述控制端子上的信号的有效电压调节到所述最佳值上。
10、根据权利要求9的方法，其中执行所述预先读取动作的步骤包括：
一个第一步骤，其中在一个第一时期中给各个光传感器的所述控制端子上依次施加一个具有预定极性电压的第一复位脉冲(ΦTi)，由此使光传感器初始化，并且，在除了第一时期的其余期间内则施加一个第一信号电压，其具有与所述第一复位脉冲不同的电平；以及
一个第二步骤，其中，在所述第一步骤中的初始化完成之后，对完成了根据预先充电脉冲(Φpg)的预先充电动作的所述各个光传感器的所述控制端子，在一个第二时期中施加一个具有预定极性的第一读出脉冲(ΦBi)，从而输出一个对应于在一个从初始化结束到开始施加第一读出脉冲(ΦBi)为止的电荷积累时期中所积累的电荷的第一读出电压，并且，在除了第二时期之外的其他期间内则施加一个第二信号电压，其具有与第一读出脉冲不同的电平；并且，
在第二时期中所施加的第一读出脉冲(ΦBi)按一个预定的比例改变各光传感器的所述电荷积累时期，并且根据由对应于每个电荷积累时期中积累的电荷而输出的所述第一读出电压获得的物体像的图像图形确定一个最佳电荷积累时期。
11、根据权利要求10的方法，其中执行所述图像读取动作的步骤包括：
一个第三步骤，其中在一个第三时期中给各个光传感器的所述控制端子上施加一个具有预定极性电压的第二复位脉冲(ΦTi)，从而使所述光传感器初始化，并且在除了第三时期的其余期间内则施加一个第三信号电压，其具有与所述第二复位脉冲不同的电平；以及
一个第四步骤，其中在所述第三步骤中的初始化完成之后，对完成了根据预先充电脉冲(Φpg)的预先充电动作的所述各个光传感器的所述控制端子，在一个规定由预先读取动作确定的所述最佳电荷积累时期的第四时期中施加一个具有预定极性电压的第二读出脉冲(ΦBi)，从而输出一个对应于在从初始化结束到开始施加第二读出脉冲(ΦBi)为止的最佳电荷积累时期内所积累的电荷的第二读出电压，在除了第四时期之外的期间内则施加一个第四信号电压，其具有与第二读出脉冲不同的电平；并且，
有效电压调节步骤包括：
一个第五步骤，将第五脉冲信号施加在所述光传感器的所述控制端子上，从而根据第一和第三步骤中的所述第一和第二复位脉冲(ΦTi)、所述第一和第三信号电压及所述第五脉冲信号，把施加给上述光传感器的有效电压设定到最佳值上；以及
一个第六步骤，将第六脉冲信号施加在所述光传感器的所述控制端子上，从而根据第二和第四步骤中的第一和第二读出脉冲(ΦBi)、所述第二和第四信号电压及所述第六脉冲信号，把施加给所述光传感器的有效电压设定到最佳值上。
12、根据权利要求11的方法，其中：
所述第五脉冲信号，相对于以根据所述光传感器的阀值电压的变化特性而设定的有效电压的所述最佳值为基准，在所述第一和第三步骤中根据所述第一和第二复位脉冲(ΦTi)以及所述第一和第三信号电压而施加给所述光传感器的所述控制端子的有效电压，具有以所述最佳值为基准，极性相反且绝对值相等的有效电压，另外，
所述第六脉冲信号，相对于以根据所述光传感器的阀值电压的变化特性而设定的有效电压的所述最佳值为基准，在所述第二和第四步骤中根据所述第一和第二读出脉冲(ΦBi)以及所述第二和第四信号电压而施加给所述光传感器的所述控制端子的有效电压，具有以所述最佳值为基准，极性相反且绝对值相等的有效电压。
13、根据权利要求11的方法，其中：
第五步骤中的所述的第五脉冲信号，以根据所述光传感器的阀值电压的变化特性而设定的有效电压的最佳值为基准，具有一个低于该最佳值的第五电压成份和一个高于该最佳值的第六电压成份，以所述最佳值为基准，将所述第五电压成份和第六电压成份分别设定为预定的时间宽度，以使所述第一和第三信号电压以及所述第五电压的时间积分值和所述第一和第二复位脉冲(ΦTi)以及所述第六电压的时间积分值相互极性相反且绝对值相等，另外，
第六步骤中的所述的第六脉冲信号，以根据所述光传感器的阀值电压的变化特性而设定的有效电压的最佳值为基准，具有一个低于该最佳值的第七电压成份和一个高于该最佳值的第八电压成份，以所述最佳值为基准，将所述第七电压成份和第八电压成份分别设定为预定的时间宽度，以使所述第二和第四信号电压以及第七电压的时间积分值和所述第一和第二读出脉冲(ΦBi)以及所述第八电压成份的时间积分值相互极性相反且绝对值相等。
14、根据权利要求11的方法，其中于所述第一、第三、第五步骤中施加给所述光传感器的所述控制端子上的信号的电压波形，以及于所述第二、第四、第六步骤中施加给所述光传感器的信号的电压波形，分别通过生成、输出由一对高电平和低电平构成的双值电压的双值驱动器施加于所述光传感器。
15、根据权利要求11的方法，其中于所述第一、第三、第五步骤中施加给所述光传感器的所述控制端子上的信号的电压波形，以及于所述第二、第四、第六步骤中施加给所述光传感器的信号的电压波形，分别通过生成、输出由多对高电平和低电平构成的多值电压的多值驱动器施加于所述光传感器。
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