DE3006267A1 - Festkoerper-abbildungsanordnung - Google Patents

Festkoerper-abbildungsanordnung

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DE3006267A1 DE19803006267 DE3006267A DE3006267A1 DE 3006267 A1 DE3006267 A1 DE 3006267A1 DE 19803006267 DE19803006267 DE 19803006267 DE 3006267 A DE3006267 A DE 3006267A DE 3006267 A1 DE3006267 A1 DE 3006267A1
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Description

1. HITACHI, LTD.
5-1, 1-chome, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo (Japan)
2. HITACHI DENSHI KABUSHIKI KAISHA
23-2, Sudacho-1-chome, Kanda, Chiyoda-ku^ Tokyo (Japan)
Pestkörper-Abbildungsanordnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Festkörper-Abbildungsanordnung zur Verwendung in einer Fernsehkamera usw. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Festkörper-Abbildungsvorrichtung, die eine Mehrzahl von in einem Oberflächenbereich eines Halbleiterkörpers angeordneten Bildelementen auf v/eist. Ganz insbesondere bezieht sie sich auf einen Signalablesekreis in der Festkörper-Abbildungsvorrichtuna, der Bildelemente zum Ablesen von darin gespeicherter Photodiodenphotoinformation hat.
Der Stand der Technik ist in den Fig. 1, 2A und 2B veranschaulicht; darin zeigen:
Fig. 1 schematisch das Schaltbild einer herkömmlichen Festkörper-Abbildungsanordnung; und
Fig. 2A und 2B die typischen Wellenformen von Abtastimpulsen bzw. die Wellenformen von Ausgangssignalen, die in der in Fig. 1 dargestellten Festkörper-Abbildungsanordnung verwendet werden.
Als Bildabtasteinrichtung zur Verwendung in einer Fernsehkamera usw. wurde anstelle der herkömmlichen Bildabtaströhre eine Festkörper-Abbildungsanordnung mit Verwendung integrierter Halbleiterschaltungen entwickelt.
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Gemäß der Darstellung in Fig. 1 speichert eine Photodiode 3 bei Lichteinfall Photoelektronen in ihrer Übergangskapazität, wenn die Photodiode ein N-Kanalelement ist. Ein durch einen vertikalen Abtastkreis 2 erzeugter positiver Abtastimpuls schaltet vertikale Schalt-MOS-Transistören 4 ein, die mit einer ausgewählten der vertikalen Abtastleitungen 6 verbunden sind. Andererseits schalten durch einen horizontalen Abtastkreis 1 erzeugte Abtastimpulse nacheinander horizontale Schalt-MOS-Transistoren ein, so daß die in den Photodioden 3 gespeicherten Photoelektronen davon zu einem Sxgnalausgangsanschluß 15 abgegeben werden, um ein Videosignal zu liefern, üblicherweise wird das Videosignal in der Form einer SpannungsSchwankung ausgenutzt, die durch einen Lastwiderstand 11 abgeleitet wird. Die Bezugsziffer 12 deutet eine Spannungsquelle für Videovorspannung an.
Bei dieser Festkörper-Abbildungsanordnung wird, wenn kontinuierlich verkettete Abtastimpulse ohne Invervalle als eine horizontale Abtastimpulskette verwendet werden, der ( η + 1)te horizontale Schalt-MOS-Transistor beim Ausschalten des η-ten horizontalen Schalt-MOS-TransistorS eingeschaltet. Demgemäß wird der unter dem Tor des η-ten horizontalen Schalt-MOS-Transistors festgehaltene Restteil der Ladung zum Leiten als das (n + 1) te Signal geliefert, was zu einer Art von Festmusterrauschen führt.
Die Erfinder schlugen daher ein Abtastsystem vor, bei dem diskontinuierlich folgende Kettenabtastimpulse mit Intervallen als eine horizontale Abtastimpulskette verwendet werden (JP-OS 27313/79). Fig. 2A zeigt solche diskontinuierlichen Abtastimpulse H1, H2, H3, H4 ... . Vertikale Abtastimpulse sind darin mit V(n) und V(n+1) angedeutet.
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Die horizontalen Abtastimpulse H1, H2, H3, H4 ... haben dazwischenliegende Intervallzeiten T.
Fig. 2B zeigt die Wellenform 21 eines horizontalen Abtastimpulses, der der Steuerelektrode des horizontalen Schalt-MOS-Transistors 5 zugeführt wird, und auch die Wellenform 22 eines am Signalausgangsanschluß 15 erhaltenen Signalimpulses. SpannungsSchwankungen 23 und 24, die aufgrund der z_wischen der Steuerelektrode des MOS-Transistors (oder der horizontalen Abtastleitung 7) und einer horizontalen Signalausgangsleitung 9 gebildeten parasitären Kapazität auftreten, werden Spitzenrauschen genannt. Eine gestrichelte Kurve 25 tritt in dem Fall auf, wo die Signalladungen anwesend sind. Wenn das Spitzenrauschen die gleiche Form an jedem gegebenen Abtastpunkt hat, kann es leicht durch die Einschaltung eines Tiefpaßfilters beseitigt werden, so daß seine Störung beim erzeugten Videosignal kaum beträchtlich ist. In der Praxis variieren jedoch die Form und die Amplitude.des Spitzenrauschens sehr weit in Abhängigkeit von den Änderungen der Impulswellenform und der Schwellenspannung Vth des MOS-Transistors 5, und daher verursacht das Spitzenrauschen ein Störsignal. Dieses Störsignal überlagert sich den jeweiligen Signalen von den gemeinsam an eine vertikale Signalausgangsleitung 8 angeschlossenen Photodioden 3 und wird daher Ursache einer Störung festen Musters, die sich als vertikaler Streifen (oder Gürtel) auf einem Wiedergabebildschirm bemerkbar macht und die Bildqualität stark beeinträchtigt. Die von der Photodiode 3 abgeleiteten Signalladungen sind von sehr geringer Menge. Daher ist es sehr schwierig, die Abweichungen der Abtastimpulswellenform und der Eigenschaften des MOS-Transistors befriedigend klein im Vergleich mit der geringen Menge der Signa!ladungen zu machen. Dies ergibt ein Hindernis
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für die praktische Verwendung der Festkörper-Abbildungsanordnungen .
Die Erfinder schlugen ebenfalls Signalverarbeitungsschaltungen für Festkörper-Abbildungsanordnungen unter Verwendung einer diskontinuierlichen horizontalen Abtastimpulskette vor,in denen das Videoausgangssignal durch Verwendung einer Emitterfolgerschaltung integriert wird (JP-GM 155426/79 und JP-PA 12248/79). Obwohl dieser die integrierende Schaltung verwendende Sxgnalverarbeitungskreis die Festmusterstörung wirksam beseitigen kann, ist die Schaltung selbst kompliziert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Überwindung der vorstehend beschriebenen Probleme eine Festkörper-Abbildungsanordnung zu entwickeln, die in einer einfachen Schaltungsgestaltung einen Signalverarbeitungskreis enthält, der die Festmusterstörung aufgrund des Spitzenrauschens beseitigen kann, damit bei der Festkörper-Abbildungsanordnung vertikale Streifen, infolge der Festmusterstörungen auf dem Bildschirm nicht mehr auftreten können.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist eine Festkörper-Abbildungsanordnung mit einer zweidimensionen Matrix von photoelektrischen Wandlerelementen, vertikalen und horizontalen Schalt-MOS-Transistoren zum Übertragen von durch die photoelektrischen Wandlerelemente erfaßten Signalen zum Signalausgangsanschluß, vertikalen und horizontalen Abtastkreisen zum Zuführen von Abtastimpulsen zu den Steuerelektroden der vertikalen bzw. der horizontalen Schalt-MOS-Transistoren, mit dem Kennzeichen, daß ein Schaltsteuer-MOS-Transistor zwischen den horizontalen Schalt-MOS-Transistoren (oder einer horizontale , Schalt-MOS-
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Transistoren verbindenden Signalausgangsleitung) und dem zugehörigen Signalausgangsanschluß angeschlossen ist.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung gibt also eine Festkörper-Abbildungsanordnung mit in einer zweidimensionalen Matrix angeordneten Photodioden, vertikalen und horizontalen Schalt-MOS-Transistoren zum Auswählen der Photodi-oden und vertikalen und horizontalen Abtastkreisen zum Zuführen der Abtastimpulse zu den Steuerelektroden der vertikalen bzw. der horizontalen Schalt-MOS-Transistoren, in der ein Signalschaltsteuer-MOS-Transistor zwischen einem Signalausgangsanschluß und einer die horizontalen Schalt-MOB-Transistoren gemeinsam verbindenden horizontalen Signalausgangsleitung angeschlossen ist.
Die Erfindung wird anhand der in den Fig. 3 bis 11 veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:
Fig. 3 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Festkörper-Abbildungsanordnung gemäß der Erfindung;
Fig. 4 die Wellenformen verschiedener in der in Fig. 3 gezeigten Schaltung auftretenden Signale;
Fig. 5 und 6 Schaltbilder weiterer Ausführungsbeispiele der Festkörper-Abbildungsanordnung gemäß der Erfindung;
Fig. 7 im Querschnitt eine im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 verwendete MlS-Kapazität;
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Fig. 8 die Wellenformen verschiedener in der Schaltung nach Fig. 6 auftretender Signale;
Fig. 9 und 10 Schaltbilder weiterer Ausführungsbeispiele der Festkörper-Abbildungsanor dnung gemäß der Erfindung; und
Fig.11 die Wellenformen verschiedener in der Schaltung nach Fig. 10 auftretender Signale.
Fig. 3 zeigt das Schaltbild des wesentlichen Teils eines Ausführungsbeispiels der Festkörper-Abbildungsanordnung gemäß der Erfindung. Ein Signalschaltsteuerelement, nämlich ein MOS-Feldeffekttransistor 30, der zur leichten Bildung geeignet ist, ist zwischen der horizontalen Signalausqangsleitung 9 und dem Signalausgangsanschluß 15 eingefügt. Die Teile 5, 7, 10, 11, 12 und 14 entsprechen gleichen Teilen im Schaltbild nach Fig. 1. Fig. 4 zeigt die Wellenform 21 eines horizontalen Abtastimpulses(aus einer Reihe von diskontinuierlich verketteten Abtastimpulsen mit Intervallen), die Wellenform 26 eines der Steuerelektrode 31 des MOS-Transistors 30 zugeführten Schaltimpulses, die Wellenform 27, die die Änderung der Spannung an der horizontalen Signalausgangsleitung 9 darstellt, und die Wellenform 22 eines am Sxgnalausgangsanschluß 15 verfügbaren Signals. In den Wellenformen 27 und 22 entsprechen voll ausgezogene Kurven den Fällen, wo keine Signalladungen existieren, während gestrichelte Kurven dem Fall entsprechen, wo Signalladungen existieren.
Der MOS-Transistor 30 wird eingeschaltet, nachdem der horizontale Schalt-MOS-Transistor ausgeschaltet ist (d. h. nachdem die Spannung an der Signalleitung 9 von der Beein-
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flussung durch die parasitäre Kapazität befreit ist und ihren Anfangszustand wieder einstellt), und der MOS-Transistor 30 wird abgeschaltet, bevor der horizontale Schalt-MOS-Transistor in der nächsten Reihe einaeschaltet wird. Während dar horizontale Abtastinpuls zugeführt wird, wird die horizontale Signalausganasleitung 9 elektrisch vom Signalausgangsanschluß 15 oder dan Lastwiderstand 11 getrennt. Demgemäß fließt kein Strom durch die betrachtete Bahn, und daher können die Einflüsse aufgrund der Abweichungen der Wellenforman der Abtastimpulse und der Eiaenschaftan der MOS-Transistoren eliminiert v/erden. WiG in Fin. 4 gezeiat ist, hat das Spitzenrauschen, das durch die Schaltwirkung des MOS-Transistors 30 allein erzeugt wird, in diesem Fall eine konstante Form und ist daher unschädlich, da es leicht durch Vorsehen eines Tiefpaßfilters od. dgl. beseitigt warden kann. Dies gilt ebenfalls für die folgenden Ausführungsbeispiele .
Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel· dar Erfindung. Bei diesem Ausfünrungsbeispial ist eine zusätzliche Kapazität 32 mit der horizontalen Signalausganrrsleitung 9 verbunden. Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels ist ähnlich der des Ausführungsbeispiels nach rig. 3.
Da die vertikale Signalausgangsleitung 8 eine parasitäre Kapazität 13 bezüglich des Substrats (Krda) hat und die parasitäre Kapazität 14 der horizontalen Signalausgangslaitung 9 in Reihe mit der parasitären Kapazität 13 zwischen den vertikalen und horizontalen Signalausgangsleitunaen 3 und ist, bleiben Signalladungen mit ihrer der parasitären Kapazität 13 proportionalen Menge auf der vertikalen Signalausgangsleitung 8. Wenn die parasitäre Kapazität 14 viel
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größer als die parasitäre Kapazität 13 ist, ergibt sich kein Problem (dies ist der übliche Fall). Wenn daaerren dia parasitäre Kapazität 14 im Vergleich mit der parasitären
über
er-\
Kapazität 13 nicht so groß ist, soHacrcrn sich die verbleibenden Signalladungen dem nächsten Signal unter Verschlechterung der Bildauflösung in der Vertikalrichtung auf dem Bildschirm. Dieses Problem läßt sich leicht durch Vorsehen dör zusätzlichen Kapazität 32 beseitigen, die viel größer als die parasitäre Kapazität 13 ist.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfinduna. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet eine Metall-Isolator-Halbleiter (1MIS) -Kapazität 33 zur Schaffung einer zusätzlichen Kapazität, deren Wert variabel ist. Der Aufbau der MIS-Kapazität 33 ist im Querschnitt in Fig. 7 dargestellt. Wenn eine isolierte Steuerelektrode 41 mit einem ähnlichen Aufbau wie dem der Steuerelektrode eines MOS-Transistors an ein ausreichend hohes Potential bezüglich einer Diffusionsschicht 4 gelegt wird, dehnt sich eine aufgrund von aus der Diffusionsschicht 42 gezogenen Elektronen gebildete N-Inversionsschicht 47 in den Oberflächenbereich eines Halbleitersubstrats 43 unter der Elektrode 41 aus, so daß die Kapazität zwischen den Anschlüssen 45 und 46 groß wird. Wenn die hohe Spannung beseitigt wird, verschwindet die Inversionsschicht 47, und auch die große Kapazität verschwindet. In dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
der Anschluß 46 mit der horizontalen Signalausgangsleitung 9 verbunden, und der Anschluß 45 entspricht dem Anschluß 34.
Fig. 8 zeigt die Wellenform 50 eines dem Anschluß 34 zugeführten Spannungsimpulses. Während der MOS-Transistor
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leitend ist, wird dem Anschluß 34 ein positiver Impuls zugeführt, und wenn der MOS-Transistor 30 eingeschaltet wird, entfällt die Spannung. Als Ergebnis wird die Kapazität 33 groß, wenn die Signalladungen zur Signalausgangsleitung 9 abgezogen werden. Dies ist der gleiche Effekt wie durch die Kapazität 32 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5. Andererseits wird, während das Signal abgelesen wird (wobei der MOS-Transistor 30 leitend ist), die Kapazität 33 klein, was zu einer kleinen Zeitkonstanten für die Signalablesung und damit zu einer erhöhten Betriebsgeschwindigkeit führt.
Auch wenn die MIS-Kapazität 33 mit umgekehrter Polarität angeschlossen wird, läßt sich eine gleichartige Wirkung erhalten. In diesem Fall muß die Wellenform des dem Anschluß zugeführten Spannungsimpulses bezüglich der in Fig. 8 dargestellten Wellenform 50 von umgekehrter Polarität sein.
Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine zusätzliche Kapazität mit der horizontalen Signalausgangsleitung 9 an der Seite des Ausgangsanschlusses 15 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 verbunden. Die Kapazität 35 dient zur Absorption der Signalladungen von der horizontalen Signalausgangsleitung 9, wodurch die Schaltfunktion des MOS-Transistors 30 unterstützt wird und die Menge der Restladungen auf der horizontalen Signaü^ausgangsleitung 9 sinkt. Diese Kapazität 35 kann auch in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 5 und 6 verwendet werden.
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Pig. 10 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel läßt sich verwirklichen, indem man einfach eine MlS-Kapazität 36 als variable Kapazität für die Kapazität 35 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 einsetzt. Durch Zuführen einer Impulsspannung mit einer in Fig. 11 gezeigten Wellenform 51 zur Elektrode 37 wird die Kapazität 36 groß, während der MOS-Transistor 30 leitend ist, so daß die Signalladungen rasch von der horizontalen Signalausgangsleitung 9 zum Signalausgangsanschluß 15 überführt werden. Danach wird die Kapazität klein gemacht, so daß die.Zeitkonstante für die Signalablesung verringert wird und sich die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht. Diese Kapazität 36 kann auch bei den Ausführungsbeispielen nach Fig.5 und 6 verwendet werden.
Ähnlich dem Fall des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6 kann der Anschluß der MIS-Kapazität 36 umgekehrt werden, um eine ähnliche Wirkung zu erhalten, wenn auch die Polarität der Impulswellenform umgekehrt wird.
Das in Fig. 10 dargestellte Ausführungsbeispiel ergibt eine weitere Maßnahme zur Verbesserung. Wenn der Leitzustand des MOS-Transistors 30 so hoch wird, daß er von den mit dem Lastwiderstand 11, der horizontalen Signalausgangsleitung 9 und dem Signalausgangsanschluß 15 verbundenen parasitären Kapazitäten unabhängig ist, dann kann nämlich die MIS-Kapazität 36 aufgrund des oben beschriebenen Effekts entfallen. Jedoch ist ein MOS-Transistor mit so hoher Leitfähigkeit üblicherweise von großer Abmessung, so daß der MOS-Transistor hoher Leitfähigkeit starkes Spitzenrauschen der weiter oben beschriebenen Art erzeugt. Obwohl das Spitzenrauschen durch Vorsehen eines Tiefpaßfilters beseitigt werden kann, ist es schädlich im Verstärkunasverfahren und
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sollte daher am Entstehen gehindert werden* Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird durch Zuführen eines Impulses mit einer in Fig. 11 dargestellten Wellenform 52 zur Elektrode der MIS-Kapazität 36, wobei die Polarität der Wellenform derjenigen der Wellenform 26 des der Steuerelektrode 31 des MOS-Transistors 30 zugeführten Impulses entgegengesetzt ist, das Spitzenrauschen aufgrund der inversen kapazitiven Kopplung zum Signalausgangsanschluß geleitet,um das Spitzenrauschen zu beseitigen. Demgemäß kann das Signal unabhängig vom Rauschen abgeleitet werden, so daß sich die Signalverarbeitung erleichtern läßt.
In allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann man als Schaltsteuer-MDS-Transistor 30 irgendeinen Schalttransistor, wie z. B. einen Ubergangstor- oder Feldeffekttransistortyp, einen Schottky-Sperrschicht-Feldeffekttransistor oder einen bipolaren Transistor anstelle des dargestellten Feldeffekttransistors mit isoliertem Tor verwenden.
Wie vorstehend beschrieben, kann erfindungsgemäß die Festmusterstörung, die bei einer Festkörper-Abbildungsanordnung sehr ernstliche Nachteile bringt, leicht beseitigt v/erden, und daher wird erfindungsgemäß eine praktisch einsatzfähige Festkörper-Abbildungsanordnung geboten, die zur Erzeugung von Bildern hoher Güte geeignet ist.
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Claims (11)

  1. Patentansprüche
    \J. Festkörper-Abbildungsanordnung mit einer zweidimensionalen Matrix von photoelektrischen Wandlerelementen, vertikalen und horizontalen Schalt-MOS-Transistoren zum Übertragen von durch die photoelektrischen Wandlerelemente erfaßten Signalen zum Signalausgangsanschluß, vertikalen und horizontalen Abtastkreisen zum Zuführen von Abtastimpulsen zu den Steuerelektroden der vertikalen bzw. der horizontalen Schalt-MOS-Transistoren,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltsteuer-MOS-Transistor (30) zwischen den horizontalen Schalt-MOS-Transistoren (5) und dem zugehörigen Signalausgangsanschluß (15) angeschlossen ist.
  2. 2. Abbildungsanordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltsteuer-MOS-Transistor (30) eingeschaltet wird, wenn der horizontale Schalt-MOS-Transistor (5) ausgeschaltet wird.
  3. 3. Abbildungsanordnung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß eine Kapazität (32; 33) an einem Ende mit der horizontalen Signalausgangsleitung (9) zwischen dem Schaltsteuer-MOS-Transistor (30) und den horizontalen Schalt-MOS-Transistoren (5)
    verbunden ist.
  4. 4. Abbildungsanordnung nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (33) vom MIS-Typ variabler Kapazität ist.
  5. 5. Abbildungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine bestimmte Spannung an das andere Ende (34) der variablen MIS-Kapazität (33) angelegt wird, während der horizontale Schalt-MOS-Transistor (5) leitend ist. 81-(A4413-O3)TF 030035/0838
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  6. 6. Abbildungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kapazität (35; 36) an ihrem einen Ende mit der horizontalen Signalausgangsleituna (9) zwischen dem Schaltsteuer-MOS-Transistor (30) und dem Signalausgangsanschluß (15) verbunden ist.
  7. 7. Abbildungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (36) vom MIS-Typ variabler Kapazität ist.
  8. 8. Abbildungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch qekennzeichnet, daß eine bestimmte Spannung an das andere Ende (37) der variablen MIS-Kapazität (36) angelegt wird, während der Schaltsteuer-MOS-Transistor (30) leitend ist.
  9. 9. Abbildungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Spannung die gleiche Polarität
    (31)
    wie die an die Steuerelektrode des Schaltsteuer-MOS-Transistors
    (30) angelegte Spannung hat.
  10. 10. Abbildungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Spannung von entaegengesetzter Polarität zu der an die Steuerelektrode (31) der Schaltsteuer-MOS-Transistors (30) angelegten Spannung ist.
  11. 11. Abbildungsanordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale Abtastkreis (1) diskontinuierlich verkettete horizontale Abtastimpulse mit Intervallen dazwischen liefert.
    030035/0838
    , , ·, BAD ORIGINAL
DE3006267A 1979-02-21 1980-02-20 Festkörper-Abbildungsanordnung Expired DE3006267C2 (de)

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JP (1) JPS55112081A (de)
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