CN1543186A - 光电转换器和驱动它的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种能减小随机噪声的光电转换器。该光电转换器包括：光电转换单元，其具有被连接于放大单元和复位单元的输入端子的输出端子；保持单元，用于保持通过对光电转换单元输出端子的复位而产生的基准信号；以及信号读取单元，用于将在存储电荷之后所获得的基准信号和光信号读出到公用信号线，所述电荷是在入射到光电转换单元的光电转换面积的光的基础上产生的。
Description
技术领域
本发明涉及一种接收从原物(original)反射的光并将该光转换为电信号的光电转换器，其中所述光被照射到所述原物上；更具体而言，涉及一种线性图像传感器，其适合于诸如传真机或图像扫描仪的图像读取装置。
背景技术
图16示出被用在常规图像读取装置中的图像传感器IC的电路图，而图17示出了时序图。(例如见JP 11-239245A(第2到5页，图1))。
光电二极管101的N型区被连接于正源电压端子VDD，而P型区被连接于复位开关102的漏以及源跟随器放大器103的栅。复位开关102的源被提供了基准电压VREF1。源跟随器放大器103的输出端子的源被连接于读取开关105和恒电流源104。恒电流源104的栅被提供了基准电压的常电压VREFA。图16中所示的光电转换块An示出了第n位的光电转换块。光电转换块的数量与像素的数量相同，并且光电转换块通过相应的读取开关105连接于公用信号线106。
公用信号线106通过电阻器110输入到运算放大器109的反相端子，而运算放大器109的反相端子通过芯片选择开关112和电容器113连接于输出端子116。公用信号线106被连接于信号线复位开关107，而信号线复位开关的源被给予基准电压VREF2。电阻器111被连接于运算放大器109的反相端子和输出端子之间，而运算放大器109的非反相端子被固定于常电压VREF3。反相放大器D由运算放大器109、电阻器110和电阻器111组成。
图像传感器的输出端子116被连接于MOS晶体管114的漏，而MOS晶体管114的源被给予基准电压VREF4。此外，图像传感器的输出端子116亦被连接于诸如寄生电容器的电容器115。箝位电路C由电容器113、电容器115和MOS晶体管114组成。
然而，在以上类型的图像传感器中，在光信号在完成光电荷存储之后被读取之后，光电二极管被复位，之后基准信号被读取，并且光信号和基准信号之间的差被获取。这导致了这样的问题，即被施加于基准信号和光信号上的复位噪声是彼此不同的。就是说，由于不同时序的复位噪声被相互比较，引起了随机噪声大的问题。
发明内容
为了解决与现有技术关联的上述问题，依照本发明，提供了一种如下被构成的光电转换器和驱动它的方法。
对于顺序型(sequential type)光电转换器，提供了一种光电转换器，其包括：光电转换单元；被连接于光电转换单元的输出端子的复位单元；被连接于光电转换单元和复位单元的放大单元；电荷传递单元和电容器，用作保持单元并被连接于放大单元的输出端子；源跟随器放大器和通道选择单元，用作响应于保持单元的输出信号而输出信号的信号读取单元；以及信号读取单元所连接的公用信号线，其中保持单元保持通过复位单元对光电转换单元的复位而产生的基准信号。
有了上述配置，通道选择单元被变成ON以将基准信号输出到公用信号线，然后电荷传递单元被变成ON以将光信号读出到公用信号线。
此外，依照本发明的光电转换器：第一电流源被连接于公用信号线，而第二电流源被连接于源跟随器放大器的源；在通道选择装置被保持在ON状态时，第一电流源被变成ON以使电流流动；并且当电荷传递装置被变成ON以将基准信号读出到电容器时，第二电流源被变成ON以使电流流动。此时，采用了这样一种配置，在其中被使得通过第二电流源流动的电流基本上与被使得通过第一电流源流动的电流相同。
此外，对于分批型(batch type)光电转换器，提供了一种光电转换器，其包括：光电转换单元；被连接于光电转换单元的输出端子的复位单元；被连接于复位单元和光电转换单元的输出端子的第一放大单元；第一电荷传递单元和第一电容器，其用作第一保持单元并被连接于第一放大单元的输出端子；被连接于第一保持单元的第二放大单元；第二电荷传递单元和第二电容器，其用作第二保持单元，被连接于第二放大单元；被连接于第二保持单元的第三放大单元；第三电荷传递单元和第三电容器，其用作第三保持单元，被连接于第三放大单元；以及源跟随器放大器和通道选择单元，其用作信号读取单元，被连接于第三保持单元，其中第三电容器保持通过复位单元对光电转换单元的复位而产生的基准信号，并且第一电容和第二电容依次保持基准信号和光信号。
此外，依照本发明的光电转换器：当通道选择装置被变成ON时，基准信号被从第三电容器读出到公用信号线，并且第三电荷传递装置被变成ON以将光信号从第二电容器读出到公用信号线；在基准信号和光信号被读出到公用信号线之后，通道选择装置被变成OFF；并且由第一电容器保持的基准信号被读出到第三电容器。
此外，依照本发明的光电转换器：第一电流源被连接于公用信号线，而第二电流源被连接于源跟随器放大器的源；在通道选择装置被保持在ON状态时，第一电流源被变成ON以使电流流动；并且当电荷传递装置被变成ON以将基准信号读出到第三电容器时，第二电流源被变成ON以使电流流动。此时，采用了这样一种配置，在其中被使得通过第二电流源流动的电流基本上与被使得通过第一电流源流动的电流相同。
依照所述光电转换器和驱动它的方法，在其中包含复位开关的相同截止噪声(off-noise)的基准信号和光信号可被依次读出。这样，如果这些信号之间的电压差是通过利用诸如相关双重采样方法的方法来获取的，则有可能获得固定模式噪声(fixed pattern noise)和随机噪声小的光电转换器。
因此，提供一种具有简单配置和小的暗输出波动的图像传感器IC成为可能。而且有可能提供一种高度精确的近接触型图像传感器，在其中线性地安装了多个图像传感器IC。
附图简述
在附图中：
图1是依照本发明第一实施例的顺序型光电转换器的示意电路图；
图2是时序图，其对应于依照本发明第一实施例的顺序型光电转换器的示意电路图；
图3是依照本发明第二实施例的顺序型光电转换器的示意电路图；
图4是依照本发明第二实施例的顺序型光电转换器的电路图；
图5是时序图，其对应于依照本发明第二实施例的顺序型光电转换器的示意电路图；
图6是时序图，其对应于依照本发明第二实施例的顺序型光电转换器的电路图；
图7是依照本发明的整体光电转换器的配置的电路图，一部分是以方块图表示的；
图8是依照本发明第三实施例的分批型光电转换器的示意电路图；
图9是依照本发明第三实施例的分批型光电转换器的电路图；
图10是时序图，其对应于依照本发明第三实施例的分批型光电转换器的示意电路图；
图11是时序图，其对应于依照本发明第三实施例的分批型光电转换器的电路图；
图12是依照本发明第四实施例的分批型光电转换器的示意电路图；
图13是依照本发明第四实施例的分批型光电转换器的电路图；
图14是时序图，其对应于依照本发明第四实施例的分批型光电转换器的示意电路图；
图15是时序图，其对应于依照本发明第四实施例的分批型光电转换器的电路图；
图16是用于在常规图像读取装置中使用的图像传感器IC的电路图；并且
图17是用于在常规图像读取装置中使用的图像传感器IC的时序图。
优选实施例详述
第一实施例
图1是依照本发明第一实施例的顺序型光电转换器的示意电路图。顺序型光电转换器指的是这样一种光电转换器，其用于实施电荷的复位并将光电荷存储在彼此并联的图像传感器的每个光电二极管的输出中，同时移动时序。
光电转换块An示出了第n位的光电转换块。光电转换块的数量与像素的数量相同，并且光电转换块通过相应的通道选择开关7连接于公用信号线11。整体光电转换器的配置在图7中被示出。
该实施例的电路包括：用作光电转换单元的光电二极管1；用作复位单元的复位开关2；放大单元3；用作电荷传递单元的传递开关4；电容器5；构成MOS源跟随器的MOS晶体管6；用作通道选择单元的通道选择开关7；公用信号线11；以及第一电流源8。
放大单元3可由MOS源跟随器、电压跟随器放大器等构成，并亦可被提供有放大器使能端子10，操作状态是通过它来选择的。另外，寄生电容9存在于MOS晶体管6的栅和源之间。
图2是时序图，其对应于依照本发明第一实施例的顺序型光电转换器的示意电路图。
当依照ΦR(n)将复位开关2变成ON时，出现在光电二极管1的输出端子Vdi处的电压被固定于基准电压Vreset。另一方面，在依照ΦR(n)将复位开关2变成OFF时，出现在输出端子Vdi处的电压取一个通过将截止噪声添加给基准电压Vreset而获得的值。截止噪声变成随机噪声是由于电势变得不稳定，而不管何时进行复位。因此，为了防止随机噪声出现，仅有必要获取复位之后放大器3的输出电压和光电二极管随后积累光电荷之后放大器3的输出电压之间的差。
这样，如图2中所示，在依照ΦR(n)将复位开关2变成OFF之后，传递开关4依照ΦT1(n)被变成ON从而以时间间隔TR将基准信号读出到电容5。基准信号在电容5中被保持一个周期。在这个时间间隔，光电荷被积累在光电二极管1中，并且出现在输出端子Vdi处的电势与光电荷的量相对应地波动。当依照下一周期的ΦSCH(n)将通道选择开关7变成ON时，被保持在电容5中的基准信号以时间间隔REF被读出到公用信号线11。接下来，如果ΦT1(n)被变成ON从而以时间间隔TS将对应于在光电二极管1中积累的电荷量的光信号读出到电容器5，则该光信号被读出到公用信号线11。如果ΦT1(n)被变成ON，则光信号被积累于电容器5中。然而，如果在ΦT1(n)被保持在ON状态的时间间隔TS内，放大单元3的可驱动性被设置以获得出现在端子V1处的电势的解决(settling)，则ΦSCH(n)被保持在ON状态的时间间隔可被缩短以允许实现高速操作。
根据以上所述的操作，如果获取了ΦSCH(n)的时间间隔REF内的公用信号线11上的输出电压VOUT和ΦSCH(n)的时间间隔SIG内的公用信号线11上的输出电压VOUT之间的差，则有可能去除由复位开关2导致的随机噪声和固定模式噪声。
在ΦT1(n)被变成OFF之后，ΦSCH(n)被变成OFF，并且ΦR(n)被变成ON以进行光电二极管1接下来的复位。然后，ΦT1(n)被再次变成ON从而以时间间隔TR将基准信号读出到电容器5。
在ΦSCH(n)被变成OFF之后，下一位的通道选择开关7依照ΦSCH(n+1)被变成ON以开始读出下一位的基准信号的操作。第n+1位的所有其它脉冲被从第n位的脉冲向后移动ΦSCH被保持在ON状态的时间间隔。用于存储每个光接收元素的时间间隔的范围是从ΦR(n)被变成OFF的时间点直到下一周期的ΦT1(n)的时间间隔TS完成的时间点。这样，该时间间隔亦将根据位而被移动。
已被读出的光信号和基准信号之间的差是在相关双重采样电路等中获取的。例如，该过程可使用图16中所示的现有技术实例的块C的电路来实现。
第二实施例
图3是依照本发明第二实施例的顺序型光电转换器的示意电路图。与图1的配置上的不同点是第二电流源51被链接于MOS晶体管6的源。第二电流源51被设计成依照使能信号ΦRR来变成ON和OFF，并且在第二电流源51被保持在ON状态时，基本上与第一电流源8相同的电流被使得通过第二电流源51而流动。
图5是时序图，其对应于依照本发明第二实施例的顺序型光电转换器的示意电路图。
当依照ΦR(n)将复位开关2变成ON时，出现在光电二极管1的输出端子Vdi处的电压被固定于基准电压Vreset。另一方面，在依照ΦR(n)将复位开关2变成OFF时，出现在输出端子Vdi处的电压取一个通过将截止噪声添加给基准电压Vreset而获得的值。截止噪声变成随机噪声是由于电势变得不稳定，而不管何时进行复位。因此，为了防止随机噪声出现，仅有必要获取复位之后放大器3的输出电压和光电二极管随后积累光电荷之后放大器3的输出电压之间的差。
这样，如图5中所示，在依照ΦR(n)将复位开关2变成OFF之后，传递开关4依照ΦT1(n)被变成ON从而以时间间隔TR将基准信号读出到电容5。此时，第二电流源51依照使能信号ΦRR(n)被变成ON。基准信号在电容5中被保持一个周期。在这个时间间隔，光电荷被积累在光电二极管1中，并且出现在输出端子Vdi处的电势与光电荷的量相对应地波动。当依照下一周期的ΦSCH(n)将通道选择开关7变成ON时，被保持在电容5中的基准信号以时间间隔REF被读出到公用信号线11。接下来，如果ΦT1(n)被变成ON以将光信号读出到电容器5，则该光信号被读出到公用信号线11。
此时，第一电流源8被变成ON，而第二电流源51被变成OFF。第一电流源8和第二电流源51被设计成使基本上相同的ON电流从中流过。这样，当以时间间隔R1将基准信号读出到电容器23时，出现在MOS晶体管6的源极处的电势可基本上与当以时间间隔S1将光信号读出到电容器23时的相同。因此有可能减小寄生电容9对被积累于电容器5中的电荷的影响，这使得暗输出电压的偏差变小。
根据以上所述的操作，如果获取了ΦSCH(n)的时间间隔REF内的公用信号线11上的输出电压VOUT和ΦSCH(n)的时间间隔SIG内的公用信号线11上的输出电压VOUT之间的差，则有可能去除由复位开关2导致的随机噪声和固定模式噪声。接下来，在ΦT1(n)被变成OFF之后，ΦSCH(n)被变成OFF并且ΦR(n)被变成ON以进行光电二极管接下来的复位。然后，ΦT1(n)被再次变成ON从而以时间间隔TR将基准信号读出到电容器5。
在ΦSCH(n)被变成OFF之后，下一位的通道选择开关7依照ΦSCH(n+1)被变成ON以开始读出下一位的基准信号的操作。第n+1位的所有其它脉冲被从第n位的脉冲向后移动ΦSCH被保持在ON状态的时间间隔。
光信号和基准信号之间的差是在相关双重采样电路等中获取的。例如，该过程可使用图16中所示的现有技术实例的块C的电路来实现。
图4是依照本发明第二实施例的顺序型光电转换器的电路图。图1中所示的复位开关2、放大单元3、传递开关4、第二电流源51、通道选择开关7以及第一电流源8被分别替换成MOS开关35、MOS源跟随器30和电流源31、传输门32和伪开关(dummy switch)33、MOS电流源34、MOS开关36以及MOS电流源37。注意，如果MOS电流源34被去除，则依照本实施例的顺序型光电转换器变得在配置上与依照第一实施例的顺序型光电转换器相同。
图6是时序图，其对应于依照本发明第二实施例的顺序型光电转换器的电路图。与图5的不同点是ΦI1被使用而不是ΦSEL。另外，尽管未在图6中说明，ΦT1X是ΦT1的反相信号。
在图4的电路中，放大器30变成ON和OFF是依照电流源31的门电压来控制的。也就是说，在ΦT1在电平上等于电源电压时，没有电流被使得流动并因此放大器30被保持在OFF状态，并且在信号ΦT1具有比电源电压低的适当电压时，电流被使得流动并因此放大器30被保持在ON状态。
由于在图2的电路中，基片电势和MOS源跟随器30的源电势是公用的，可使增益接近1。
另外，当基准信号REF被读出时，出现在端子V1处并包含ΦT1的截止噪声的电势被读出。然而，当光信号SIG被读出时，出现在端子V1处并且不包含ΦT1的截止噪声的电势被读出。为此，ΦT1的截止噪声分量变成暗输出偏差。为了减小暗输出偏差，传输门32而不是传递开关4被使用，并且伪开关33亦被提供。传输门的NMOS晶体管和PMOS晶体管彼此在尺寸上相等，而伪开关33的NMOS晶体管和PMOS晶体管是传输门晶体管的栅区域的尺寸的一半。
在使能信号ΦRR在电平上等于GND电势时，MOS电流源34被保持在OFF状态，而在使能信号ΦRR具有适当的电势时，MOS电流源34被保持在ON状态。处于ON状态的使能信号ΦRR的电势被设计成使通过MOS电流源34流动的电流变得基本上等于通过MOS电流源37流动的电流。为寻求简化，当MOS电流源34的尺寸被适当地确定时，亦可使处于ON状态的使能信号ΦRR的电势等于电源电压。上述情况是MOS晶体管6、MOS电流源34和MOS电流源37每个都由NMOS构成的特定情况。然而，它们亦可由PMOS构成。
第三实施例
图8是依照本发明第三实施例的分批型光电转换器的示意电路图。分批型光电转换器指的是这样一种光电转换器，其用于实施电荷的复位并将彼此并联且以相同时序存储图像传感器的每个光电二极管的输出中的光电荷。光电转换块An示出了第n位的光电转换块。光电转换块的数量与像素的数量相同，并且光电转换块通过相应的通道选择开关7连接于公用信号线11。整体光电转换器的配置在图7中被示出。
该实施例的电路包括：用作光电转换单元的光电二极管1；每个都用作电荷传递单元的传递开关18、19和20；用作复位单元的复位开关2；放大单元15、16和17；电容器21、22和23；构成MOS源跟随器的MOS晶体管6；用作通道选择单元的通道选择开关7；公用信号线11；以及第一电流源8。放大单元15、16和17的每个都可由MOS源跟随器、电压跟随器放大器等构成，并亦可被分别提供有放大器使能端子12、12和14用于选择操作状态。另外，寄生电容9存在于MOS晶体管6的栅和源之间。
图10是时序图，其对应于依照本发明第三实施例的分批型光电转换器的示意电路图。ΦR、ΦT1和ΦSEL1同时为所有的位操作。光信号被传递的ΦT2的时间间隔S1和光信号被传递的ΦSEL2的时间间隔亦同时用于所有的位。基准信号被传递的ΦT2的时间间隔R1、基准信号被传递的ΦSEL2的时间间隔和其它脉冲依赖于位而在操作时序上不同。这样，这些信号用附加的“n”来表示。
首先，将在以下描述在第n位的光电转换块中传递基准信号的操作。
当依照ΦR的脉冲R1将复位开关2变成ON时，出现在光电二极管1的输出端子Vdi处的电压被固定于基准电压Vreset。另一方面，在依照ΦR将复位开关2变成OFF时，出现在输出端子Vdi处的电压取一个通过将截止噪声添加给基准电压Vreset而获得的值。截止噪声变成随机噪声是由于电势变得不稳定，而不管何时进行复位。为了去除随机噪声的影响，仅有必要获取复位之后第一放大器15的输出电压和光电二极管随后积累光电荷之后第一放大器15的输出电压之间的差。
然后，如图10中所示，在将复位开关2变成OFF之后，第一传递开关18依照ΦT1的脉冲R1被变成ON以读出并保持基准信号于第一电容器21。之后，光电荷被积累在光电二极管1中，并且出现在输出端子Vdi处的电势与光电荷的量相对应地波动。光电荷被积累的时间间隔对应于时间间隔TS1，其范围是从ΦR的脉冲R1结束的时间点直到ΦT1的脉冲S1结束的时间点。时间间隔TS1为所有的位而被保持。
接下来，第二传递开关19依照ΦT2(n)的脉冲R1被变成ON以将基准信号读出到第二电容器22，并且第三传递开关20依照ΦT3(n)的脉冲R1被变成ON以将基准信号读出到第三电容器23。基准信号在电容器23中被保持一个周期。
接下来，现在将描述在第n位的光电转换块中传递光信号的操作。
在用于存储的时间间隔TS1结束时，第一传递开关18依照ΦT1的脉冲S1被变成ON以将对应于光电二极管中存储的电荷量的光信号读出到第一电容器21。接下来，第二传递开关19依照ΦT2(n)的脉冲S1被变成ON以将光信号读出到第二电容器22。这些操作对所有的位是同时进行的。
接下来，现在将描述从第n位的光电转换块读出基准信号和光信号的操作。
当在用于存储的时间间隔TS2内依照ΦSCH(n)的脉冲将通道选择开关7断开时，被保持在第三电容器23中的基准信号被读出到公用信号线11。该时间间隔对应于ΦSCH(n)的脉冲R1。该基准信号是依照ΦR的脉冲R1产生的基准信号。接下来，当ΦT3(n)被变成ON从而以时间间隔S1将光信号读出到电容器23时，该光信号被读出到公用信号线11。
当ΦT3(n)被变成ON时，光信号被读出到电容器23。然而，如果在ΦT3(n)被保持在ON状态的时间间隔S1内，放大单元17的可驱动性被设置以获得出现在端子V1处的电势的解决，则ΦSCH(n)的时间间隔可被缩短，并因此高速读取操作成为可能。
根据以上所述的操作，如果获取了ΦSCH(n)的时间间隔R1内的公用信号线11上的输出电压VOUT和ΦSCH(n)的时间间隔S1内的公用信号线11上的输出电压VOUT之间的差，则有可能去除由复位开关2导致的随机噪声和固定模式噪声。这是因为两个输出电压都包含复位脉冲ΦR的相同截止噪声，并且两个输出电压的输出路径是彼此相同的。
而且，在ΦT3(n)被变成OFF，ΦSCH(n)被变成OFF，第二传递开关19依照ΦT2(n)的脉冲R2被变成ON，并且复位脉冲信号ΦR的脉冲R2到达结束之后，基准信号被读出到第二电容器22。还有，第三传递开关20依照ΦT3(n)的脉冲R2被变成ON以将基准信号读出到第三电容器23。
另一方面，在ΦSCH(n)被变成OFF之后，下一位的通道选择开关7依照ΦSCH(n+1)被变成ON以开始读出下一位的基准信号的操作。被用于读出第n+1位的基准信号的ΦT2的脉冲和ΦT3的脉冲全部被从第n位的脉冲向后移动信号ΦSCH被保持在ON状态的时间间隔。
所读出的光信号和基准信号之间的差是在相关双重采样电路等中获取的。例如，该操作可使用图16中所示的现有技术实例的块C的电路来实现。
在图8和10中所示的实施例中，当光电二极管处于以时间间隔TS2进行存储的操作中时，有可能读出被积累了先前存储的时间间隔TS1的光信号。因此，三种颜色R、G和B的LED可被依次变成ON以读出颜色图像数据。例如，红的LED可被变成ON从而以时间间隔TS1读出红分量，绿的LED可被变成ON从而以时间间隔TS2读出绿分量，并且蓝的LED可被变成ON从而以时间间隔TS2之后的时间间隔读出蓝分量。在此情况下，红的光信号在时间间隔TS2内被读出。
图9是依照本发明第三实施例的分批型光电转换器的电路图。图8中所示的复位开关2，放大单元15、16和17，传递开关18和19，传递开关20，通道选择开关7，以及第一电流源8被分别替换成MOS开关35，MOS源跟随器38、40和42和电流源39、41和43，MOS开关44和45，传输门32和伪开关33，MOS开关36，以及MOS电流源37。
图11是时序图，其对应于依照本发明第三实施例的分批型光电转换器的电路图。与图10的不同点是ΦI1、ΦI2和ΦI3被使用，而分别不是ΦSEL1、ΦSEL2和ΦSEL3。另外，尽管未在图11中说明，ΦT3X是ΦT3的反相信号。
在图9中所示的电路中，放大器38、40和42变成ON和OFF是分别依照电流源39、41和43的门电压来控制的。由于基片电势和MOS源跟随器38和42的源电势是公用的，可使增益接近1。
另外，当基准信号R1被读出时，出现在端子V1处并包含ΦT3的截止噪声的电势被读出，而当光信号S1被读出时，出现在端子V1处并且不包含ΦT3的截止噪声的电势被读出。为此，ΦT3的截止噪声分量变成暗输出偏差。为了减小暗输出偏差，传输门32而不是传递开关被使用，并且伪开关32亦被提供。传输门的NMOS晶体管和PMOS晶体管彼此在尺寸上相同，而伪开关33的NMOS晶体管和PMOS晶体管是传输门晶体管的栅区域的尺寸的一半。
从电流消耗的观点来看，需要将ΦT3的脉冲S1缩短以实现高速读取操作。为了达到该目的，以有必要增加放大单元14和电流源43的电流大小。在图10或图11的驱动方法中，由于ΦT3的脉冲S1是根据位来移动的，所消耗的电流可被分散。这可从图10的ΦSEL3或图11的ΦI3每个位都被移动的事实示出。另一方面，需要为所有的位将ΦT1和ΦT2同时变成ON。然后，通过延长这些信号被保持在ON状态的时间间隔，有可能将放大单元15、16和电流源39、41的电流大小抑制到低水平。也就是说，如果图10和11中所示的ΦT1和ΦT2的ON时间周期比ΦSCH和ΦT3的ON时间周期长，则这是足够的。尽管在图10和11中示出了ΦT2的时间间隔R2与ΦSCH的ON时间周期相同，但ΦT2的周期R2可以比ΦSCH的ON时间周期长。
另外，尽管需要产生诸如ΦT2、ΦT3或ΦSCH的脉冲信号以使每个位都被移动，这样的脉冲信号可从移位寄存器的脉冲形成。
第四实施例
图12是依照本发明第四实施例的分批型光电转换器的示意电路图。光电转换块An示出了第n位的光电转换块。光电转换块的数量与像素的数量相同，并且光电转换块通过相应的通道选择开关7连接于公用信号线11。整体光电转换器的配置在图7中被示出。
该实施例的电路包括：用作光电转换单元的光电二极管1；每个都用作电荷传递单元的传递开关18、19和20；用作复位单元的复位开关2；放大单元15、16和17；电容器21、22和23；构成MOS源跟随器的MOS晶体管6；被连接于MOS晶体管的源的第二电流源；用作通道选择单元的通道选择开关7；公用信号线11；以及第一电流源8。放大单元15、16和17的每个都可由MOS源跟随器、电压跟随器放大器等构成，并亦可被分别提供有放大器使能端子12、12和14用于选择操作状态。另外，寄生电容9存在于MOS晶体管6的栅和源之间。
第二电流源51被设计成依照使能信号ΦRR来变成ON和OFF，并且在ON状态下，基本上与第一电流源8相同的电流被使得通过第二电流源而流动。
图14是时序图，其对应于依照本发明第四实施例的分批型光电转换器的示意电路图。ΦR、ΦT1和ΦSEL1同时为所有的位操作。光信号被传递的ΦT2的时间间隔S1和光信号被传递的ΦSEL2的时间间隔亦同时对所有的位有效。基准信号被传递的ΦT2的时间间隔R1、基准信号被传递的ΦSEL2的时间间隔和其它脉冲依赖于位而在操作时序上不同。这样，这些信号用附加的“n”来表示。
首先，将在以下描述在第n位的光电转换块中传递基准信号的操作。
当依照ΦR的脉冲R1将复位开关2变成ON时，出现在光电二极管1的输出端子Vdi处的电压被固定于基准电压Vreset。另一方面，在依照ΦR将复位开关2变成OFF时，出现在输出端子Vdi处的电压取一个通过将截止噪声添加给基准电压Vreset而获得的值。截止噪声变成随机噪声是由于电势变得不稳定，而不管何时进行复位。为了去除随机噪声的影响，仅有必要获取复位之后第一放大器15的输出电压和光电二极管随后积累光电荷之后第一放大器15的输出电压之间的差。
然后，如图14中所示，在将复位开关2变成OFF之后，第一传递开关18依照ΦT1的脉冲R1被变成ON以读出并保持基准信号于第一电容器21。之后，光电荷被积累在光电二极管1中，并且出现在输出端子Vdi处的电势与光电荷的量相对应地波动。光电荷被积累的时间间隔对应于时间间隔TS1，其范围是从ΦR的脉冲R1结束的时间点直到ΦT1的脉冲S1结束的时间点。时间间隔TS1为所有的位而被保持。
接下来，第二传递开关19依照ΦT2(n)的脉冲R1被变成ON以将基准信号读出到第二电容器22，然后第三传递开关20依照ΦT3(n)的脉冲R1被变成ON以将基准信号读出到第三电容器23。此时，第二电流源51依照使能信号ΦRR(n)被变成ON。基准信号在电容器23中被保持一个周期。
接下来，现在将描述在第n位的光电转换块中传递光信号的操作。
在用于存储的时间间隔TS1结束时，第一传递开关18依照ΦT1的脉冲S1被变成ON以将对应于光电二极管中存储的电荷量的光信号读出到第一电容器21。接下来，第二传递开关19依照ΦT2(n)的脉冲S1被变成ON以将光信号读出到第二电容器22。这些操作对所有的位是同时进行的。
接下来，现在将描述从第n位的光电转换块读出基准信号和光信号的操作。
当在用于存储的时间间隔TS2内依照ΦSCH(n)的脉冲将通道选择开关7断开时，被保持在第三电容器23中的基准信号被读出到公用信号线11。该时间间隔对应于ΦSCH(n)的脉冲R1。该基准信号是依照ΦR的脉冲R1产生的基准信号。接下来，当ΦT3(n)被变成ON从而以时间间隔S1将光信号读出到电容器23时，该光信号被读出到公用信号线11。
此时，第一电流源8被变成ON，而第二电流源51被变成OFF。第一电流源8和第二电流源51被设计成使基本上相同的ON电流从中流过。这样，当以时间间隔R1将基准信号读出到电容器23时，出现在MOS晶体管6的源极处的电势可基本上与当以时间间隔S1将光信号读出到电容器23时的相同。因此有可能减小寄生电容9对被积累于电容器23中的电荷的影响，这使得暗输出电压的偏差变小。
还有，当ΦT3(n)被变成ON时，光信号被读出到电容器23。然而，如果在ΦT3(n)被保持在ON状态的时间间隔S1内，放大单元17的可驱动性被设置以获得出现在端子V1处的电势的解决，则ΦSCH(n)的时间间隔可被缩短，并因此高速读取操作成为可能。
根据以上所述的操作，如果获取了ΦSCH(n)的时间间隔R1内的公用信号线11上的输出电压VOUT和ΦSCH(n)的时间间隔S1内的公用信号线11上的输出电压VOUT之间的差，则有可能去除由复位开关2导致的随机噪声和固定模式噪声。这是因为两个输出电压都包含复位脉冲ΦR的相同截止噪声，并且两个输出电压的输出路径是彼此相同的。
接下来，ΦT3(n)被变成OFF，ΦSCH(n)被变成OFF，第二传递开关19依照ΦT2(n)的位置R2处的脉冲被变成ON，然后在复位脉冲信号ΦR的时间间隔R2终止之后，基准信号被读出到第二电容器22。接下来，第三传递开关20依照ΦT3(n)的位置R2处的脉冲被变成ON以将基准信号读出到第三电容器23。
另一方面，在ΦSCH(n)被变成OFF之后，下一位的通道选择开关7依照ΦSCH(n+1)被变成ON以开始读出下一位的基准信号的操作。被用于读出第n+1位的基准信号的ΦT2的脉冲、ΦT3的脉冲和ΦRR的脉冲全部被从第n位的脉冲向后移动信号ΦSCH被保持在ON状态的时间间隔。
光信号和基准信号之间的差是在相关双重采样电路等中获取的。例如，该操作可使用图16中所示的现有技术实例的块C的电路来实现。
在图12和14中所示的实施例中，当光电二极管处于以时间间隔TS2进行存储的操作中时，有可能读出被积累了先前存储的时间间隔TS1的光信号。因此，三种颜色R、G和B的LED可被依次变成ON以读出颜色图像数据。例如，红的LED可被变成ON从而以时间间隔TS1读出红分量，绿的LED可被变成ON从而以时间间隔TS2读出绿分量，并且蓝的LED可被变成ON从而以时间间隔TS2之后的时间间隔读出蓝分量。在此情况下，红的光信号在时间间隔TS2内被读出。
图13是依照本发明第四实施例的分批型光电转换器的电路图。图12中所示的复位开关2，放大单元15、16和17，传递开关18和19，传递开关20，第二电流源51，通道选择开关7，以及第一电流源8被分别替换成MOS开关35，MOS源跟随器38、40和42和电流源39、41和43，MOS开关44和45，传输门32和伪开关33，MOS电流源34，MOS开关36，以及MOS电流源37。
图15是时序图，其对应于依照本发明第四实施例的分批型光电转换器的电路图。与图14的不同点是ΦI1、ΦI2和ΦI3分别被使用，而不是ΦSEL1、ΦSEL2和ΦSEL3。另外，尽管未在图15中说明，ΦT3X是ΦT3的反相信号。
在图13中所示的电路中，放大器38、40和42变成ON和OFF是分别依照电流源39、41和43的门电压来控制的。由于基片电势和MOS源跟随器38和42的源电势是公用的，可使增益接近1。
另外，当基准信号R1被读出时，出现在端子V1处并包含ΦT3的截止噪声的电势被读出，而当光信号S1被读出时，出现在端子V1处并且不包含ΦT3的截止噪声的电势被读出。为此，ΦT3的截止噪声分量变成暗输出偏差。为了减小暗输出偏差，传输门32而不是传递开关被使用，并且伪开关32亦被提供。传输门的NMOS晶体管和PMOS晶体管彼此在尺寸上相同，而伪开关33的NMOS晶体管和PMOS晶体管是传输门晶体管的栅区域的尺寸的一半。
在使能信号ΦRR处于GND电势时，MOS电流源34被保持在OFF状态，而在使能信号ΦRR处于适当的电势时，MOS电流源34被保持在ON状态。处于ON状态的使能信号ΦRR的电势被设计成使通过MOS电流源34流动的电流变得基本上等于通过MOS电流源37流动的电流。为寻求简化，MOS电流源34的尺寸被适当地确定以使处于ON状态的使能信号ΦRR的电势等于电源电压。上述情况是MOS晶体管6、MOS电流源34和MOS电流源3 7每个都由NMOS构成的特定情况。然而，它们亦可每个都由PMOS构成。
从电流消耗的观点来看，需要将ΦT3的脉冲S1缩短以实现高速读取操作。为了达到该目的，以有必要增加放大单元14和电流源43的电流大小。然而，在图14或图15的驱动方法中，由于ΦT3的脉冲是根据位来移动的，所消耗的电流可被分散。这可从图14的ΦSEL3或图15的ΦI3每个位都被移动的事实示出。另一方面，需要为所有的位将ΦT1和ΦT2同时变成ON。然后，通过延长这些信号被保持在ON状态的时间间隔，有可能将放大单元15、16和电流源39、41的电流大小抑制到低水平。也就是说，如果图14和15中所示的ΦT1和ΦT2的ON时间周期比ΦSCH和ΦT3的ON时间周期长，则这是足够的。尽管在图14和15中示出了ΦT2的时间间隔R2与ΦSCH的ON时间周期相同，但ΦT2的周期R2可以比ΦSCH的ON时间周期长。
另外，尽管需要产生诸如ΦT2、ΦT3、ΦSCH或ΦRR的脉冲信号以使每个位都被移动，这样的脉冲信号可从移位寄存器的脉冲形成。
本发明并不想要被局限于以上所述的优选实施例，并因此可在本发明的主题内做出各种变化。
以上提及的电路可以以一个半导体基片上的线性图像传感器IC的形式来形成。另外，多个线性图像传感器IC可被线性地安装以提供近接触型图像传感器。
本发明可被利用在线性图像传感器IC中，其被应用于诸如传真机或图像扫描仪的图像读取装置，以及其中安装了多个图像传感器IC的近接触型图像传感器。另外，本发明可被应用于面图像传感器IC。
Claims (21)
1.一种光电转换器，包括：
光电转换电路，用于对应于入射光而产生光信号；
复位电路，被连接于光电转换电路的输出端子；
放大电路，被连接于复位电路和光电转换电路的输出端子；
保持电路，被连接于放大电路的输出端子；以及
信号读取装置，用于从保持电路读出信号，
其中保持电路保持通过复位电路对光电转换电路的复位而产生的基准信号。
2.权利要求1的光电转换器，其中信号读取装置读出基准信号然后读出光信号。
3.一种光电转换器，包括：
光电转换电路，用于对应于入射光而产生光信号；
复位电路，被连接于光电转换电路的输出端子；
放大电路，被连接于复位电路和光电转换电路的输出端子；
电荷传递装置，其一端子被连接于放大电路的输出端子；
电容器，被连接于电荷传递装置的另一个端子；
源跟随器放大器，其栅被连接于电荷传递装置和电容器；
通道选择电路，被连接于源跟随器放大器的源；以及
公用信号线，通道选择电路的输出端子被连接于其，
其中电容器保持通过复位电路对光电转换电路的复位而产生的基准信号，并且当通道选择电路被变成ON时，基准信号被从电容器读出到公用信号线，然后电荷传递装置被变成ON以将光信号读出到公用信号线。
4.权利要求3的光电转换器，其中在基准信号和光信号被读出到公用信号线之后，通道选择电路被变成OFF，并且电荷传递装置被变成ON以将通过复位电路对光电转换电路的复位而产生的基准信号读出到电容器。
5.权利要求3的光电转换器，其中第一电流源被连接于公用信号线，而第二电流源被连接于源跟随器放大器的源。
6.权利要求5的光电转换器，其中在通道选择电路被保持在ON状态时，第一电流源被变成ON以使电流流动，并且当电荷传递装置被变成ON以将基准信号读出到电容器时，第二电流源被变成ON以使电流流动。
7.权利要求5的光电转换器，其中被使得通过第二电流源流动的电流基本上与被使得通过第一电流源流动的电流相同。
8.权利要求5的光电转换器，其中第一和第二电流源分别由MOS晶体管构成，而MOS晶体管的漏被连接于源跟随器放大器的源，并且用于将第一和第二电流源变成ON和OFF的控制是通过改变MOS晶体管的栅电压而实现的。
9.一种光电转换器，包括：
光电转换电路，用于对应于入射光而产生光信号；
复位电路，被连接于光电转换电路的输出端子；
第一放大电路，被连接于复位电路和光电转换电路的输出端子；
第一保持电路，被连接于第一放大电路的输出端子；
第二保持电路，被连接于第一保持电路；
第三保持电路，被连接于第二保持电路；以及
信号读取装置，被连接于第三保持电路，
其中第三保持电路保持通过复位电路对光电转换电路的复位而产生的基准信号，并且第一保持电路和第二保持电路依次保持基准信号和光信号。
10.权利要求9的光电转换器，其中信号读取装置读出基准信号然后读出光信号。
11.权利要求9的光电转换器，其中第一电流源被连接于公用信号线，其被连接于信号读取装置，而第二电流源被连接于构成信号读取装置的源跟随器放大器的源。
12.一种光电转换器，包括：
光电转换电路，用于对应于入射光而产生光信号；
复位电路，被连接于光电转换电路的输出端子；
第一放大电路，被连接于复位电路和光电转换电路的输出端子；
第一电荷传递装置，其一端子被连接于第一放大电路的输出端子；
第一电容器，被连接于第一电荷传递装置的另一个端子；
第二放大电路，被连接于第一电荷传递装置和第一电容器；
第二电荷传递装置，其一端子被连接于第二放大电路的输出端子；
第二电容器，被连接于第二电荷传递装置的另一个端子；
第三放大电路，被连接于第二电荷传递装置和第二电容器；
第三电荷传递装置，其一端子被连接于第三放大电路的输出端子；
第三电容器，被连接于第三电荷传递装置的另一个端子；
源跟随器放大器，其栅被连接于第三电荷传递装置和第三电容器；
通道选择电路，被连接于源跟随器放大器的源；以及
公用信号线，被连接于通道选择电路的输出端子。
13.权利要求12的光电转换器，其中当通道选择电路被变成ON时，基准信号被从第三电容器读出到公用信号线，然后第三电荷传递装置被变成ON以将光信号从第二电容器读出到公用信号线。
14.权利要求12的光电转换器，其中在基准信号和光信号被读出到公用信号线之后，通道选择电路被变成OFF，并且由第一电容器保持的基准信号被读出到第三电容器。
15.权利要求12的光电转换器，其中第一电流源被连接于公用信号线，而第二电流源被连接于源跟随器放大器的源。
16.权利要求15的光电转换器，其中在通道选择电路被保持在ON状态时，第一电流源被变成ON以使电流流动，并且当第三电荷传递装置被变成ON以将基准信号读出到第三电容器时，第二电流源被变成ON以使电流流动。
17.权利要求15的光电转换器，其中被使得通过第二电流源流动的电流基本上与被使得通过第一电流源流动的电流相同。
18.权利要求15的光电转换器，其中第一和第二电流源分别由MOS晶体管构成，而MOS晶体管的漏被连接于源跟随器放大器的源，并且用于将第一和第二电流源变成ON和OFF的控制是通过改变MOS晶体管的栅电压而实现的。
19.一种用于光电转换器的驱动方法，该光电转换器具有：
光电转换电路，用于对应于入射光而产生光信号；
复位电路，被连接于光电转换电路的输出端子；
放大电路，被连接于复位电路和光电转换电路的输出端子；
保持电路，被连接于放大电路的输出端子；以及
信号读取装置，被连接于保持电路和放大电路的输出端子，所述驱动方法包括以下步骤：
通过复位电路来复位光电转换电路；
从放大电路读出通过复位产生的基准信号以被保持在保持电路中；
在释放光电转换电路中的复位之后以固定的时间间隔积累对应于入射光而产生的光信号；
通过信号读取装置从保持电路读出基准信号；以及
通过信号读取装置从光电转换电路读出光信号。
20.一种用于光电转换器的驱动方法，该光电转换器具有：
光电转换电路，用于对应于入射光而产生光信号；
复位电路，被连接于光电转换电路的输出端子；
第一放大电路，被连接于复位电路和光电转换电路的输出端子；
第一保持电路，被连接于第一放大电路的输出端子；
第二保持电路，被连接于第一保持电路；
第三保持电路，被连接于第二保持电路；以及
信号读取装置，被连接于第三保持电路，所述驱动方法包括以下步骤：
通过复位电路来复位光电转换电路；
从放大电路读出通过复位产生的基准信号以被保持在第三保持电路中；
在释放复位之后以固定的时间间隔从放大电路读出对应于入射光而在光电转换电路中产生的光信号以被保持在第二保持电路中；
通过信号读取装置从第三保持电路读出基准信号；以及
通过信号读取装置从第二保持电路读出光信号。
21.权利要求20的用于光电转换器的驱动方法，进一步包括以下步骤：
通过复位电路来复位光电转换电路；
从第一放大电路读出通过复位产生的基准信号以被保持在第一保持电路中；
通过信号读取装置读出基准信号和光信号；以及
将基准信号从第一保持电路读出到第三保持电路。
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