DE4409835A1 - Festkörperbildsensor und Treiberverfahren dafür - Google Patents

Festkörperbildsensor und Treiberverfahren dafür

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Festkörperbild­ sensor, und genauer auf eine Verbesserung eines Bildsensors des AMI (intelligenter verstärkter MOS) Typs, und auf ein Treiber­ verfahren dafür.
Den Anstieg in der Auflösung in der horizontalen Richtung und den Anstieg in der Dichte bisheriger Bildsensoren wiedergebend, wird die Fläche eines Pixels (Bildpunkt) in einem Bildsensor minimiert, wodurch die Menge des einfallenden Lichtes pro 1 Pi­ xel reduziert wird. Als ein Ergebnis wird die Intensität eines Signals, das aus einem Bildsensor ausgelesen wird, reduziert, was zu einer Verminderung des SN-Verhältnisses (Signal/Rausch- Verhältnis) führt. Es wird als wünschenswert betrachtet, einen AMI-Typ Bildsensor zu verwenden, um solche Probleme zu überwin­ den.
Fig. 33 ist ein Ersatzschaltbild eines typischen AMI-Typ Bild­ sensors. Wie Fig. 33 zeigt, weist ein Bildsensor ein photoelek­ trisches Umwandlungselement 31, das durch einen pn-Übergang ge­ bildet wird, einen MOS-Transistor 32 zur Verstärkung, einen Ver­ tikalauswahl-MOS-Transistor 33, einen MOS-Transistor 34 zum Zu­ rücksetzen des photoelektrischen Umwandlungselementes 31, eine horizontale Stromversorgungsleitung 35 zum Zuführen von Strom zu einem Pixel mit den funktionalen Elementen 31 bis 34, eine Vertikalauswahlleitung 36 zur Auswahl von Pixeln, die in der vertikalen Richtung angeordnet sind, eine vertikale Signal­ leitung 37, die in der vertikalen Richtung angeordnet ist, einen Horizontalauswahl-MOS-Transistor 38 zur Auswahl von Pixeln, die in der horizontalen Richtung angeordnet sind, eine horizontale Signalleitung 39, einen I/V-Umwandlungsverstärker 40 zur Umwand­ lung eines Signalstromes in Spannung, eine horizontale Abtast­ schaltung (horizontaler Scanner) 41 und eine vertikale Abtast­ schaltung (vertikaler Scanner) 42 auf.
Fig. 34 ist ein Ersatzschaltbild zur Beschreibung des Betriebes eines willkürlichen Pixels des Bildsensors aus Fig. 33, und Fig. 35 ist ein Zeitablaufdiagramm zur Beschreibung des Betriebes des Pixels aus Fig. 34. Die Signale in entsprechenden Positionen, die in Fig. 34 durch verschiedene Bezugszeichen dargestellt sind, sind in Fig. 35 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. In Fig. 35 ist ein Zeitraum 1H ein horizontaler Zeitraum in einem allgemeinen Fernsehsystem, ein Zeitraum H-BLK ist ein horizonta­ ler Schwarztastzeitraum bzw. Austastzeitraum, und ein Zeitraum- AUSLESEN entspricht einem Signal-Lesezeitraum. Die Takte V1 und H1 stellen schematisch Takte dar, die der vertikalen Abtast­ schaltung (V-Scanner) 42 bzw. der horizontalen Abtastschaltung (H-Scanner) 41 zugeführt werden.
Zum Zeitpunkt T0 erreichen die Vertikalauswahlleitung 36 (VS) und die horizontale Stromversorgungsleitung 35 (VL) ein hohes Niveau, und die Transistoren 32 und 33 werden leitend. Da die Ausgabe des photoelektrischen Umwandlungselementes 31 mit der Gateelektrode des Transistors 32 verbunden ist, wird der Transi­ stor 32 mit einer Impedanz, die von einem Ausgabepotential Vpd des photoelektrischen Umwandlungselementes 31 abhängt, leitend. Zum Zeitpunkt T1 während eines horizontalen Auslesezeitraums AUSLESEN, wenn das Signal Hi ein hohes Niveau erreicht, damit der Horizontalauswahl-MOS-Transistor 38 einen leitenden Zustand erreicht, wird die vertikale Signalleitung 37 elektrisch mit dem I/V-Umwandlungsverstärker verbunden, wodurch ein Signalstrom, der dem Potential Vpd des photoelektrischen Umwandlungselementes 31 entspricht, als ein Spannungssignal ausgelesen wird. Zum Zeitpunkt T2 während des nächsten horizontalen Zeitraums, erreicht die Vertikalauswahlleitung 36 (VR) der nachfolgenden Zeile ein hohes Niveau, wodurch das photoelektrische Umwand­ lungselement 31 auf ein Spannungsniveau von Vreset zurückgesetzt wird, das von der horizontalen Stromversorgungsleitung 35 über den MOS-Transistor 34 zugeführt wird. Zum Zeitpunkt T3 des näch­ sten horizontalen Zeitraums erreicht das photoelektrische Um­ wandlungselement 31 einen Speichermodus, der eine in Abhängig­ keit von einfallendem Licht erzeugte Signalladung integriert.
Bei einem allgemeinen Zwischenzeilenabtastbetrieb des Bildsen­ sors wird eine erste Pixelgruppe von alternierenden bzw. sich abwechselnden Linien in einem Feld A abgetastet bzw. gescannt und eine zweite Pixelgruppe der anderen alternierenden Linien wird in einem Feld B abgetastet.
Bei einem herkömmlichen Bildsensor wird das Zurücksetzen des photoelektrischen Umwandlungselementes 31 durch die Vertikalaus­ wahlleitung 36 einer nachfolgenden Zeile, wie in Fig. 33 ge­ zeigt, ausgeführt, um die Anzahl der Verdrahtungen, die in einem Pixelfeld angeordnet ist, zu reduzieren und um die Integrations­ dichte zu erhöhen. Bei dem Bildsensor aus Fig. 33 wird die zweite Pixelgruppe während des Abtastbetriebes der ersten Pixel­ gruppe beim Auslesen von Feld A zurückgesetzt, so daß die Si­ gnalladung in der zweiten Pixelgruppe nicht verwendet werden kann. Vergleichbar wird die erste Pixelgruppe während des Ab­ tastbetriebes der zweiten Pixelgruppe beim Auslesen von Feld B zurückgesetzt, so daß die Signalladung der ersten Pixelgruppe nicht verwendet werden kann. Das bedeutet, daß das Zwei-Linien- Kombinationsauslesen, das in einem CCD Bildsensor zur Verbesse­ rung der Signalintensität realisiert ist, bei dem AMI-Typ Bild­ sensor aus Fig. 33 nicht möglich ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen AMI-Typ Bildsen­ sor mit hoher Integrationsdichte, der ein Zwei-Linien-Kombinati­ onsauslesen ermöglicht, und ein Treiberverfahren dafür zu ermög­ lichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Bildsensor nach Anspruch 1 oder 4 oder ein Verfahren nach Anspruch 13 oder 14 oder 15 oder 19.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ge­ kennzeichnet.
Ein Bildsensor nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Mehrzahl von Pixeln auf, wobei jedes Pixel ein photo­ elektrisches Umwandlungselement, einen ersten MOS-Transistor mit einem Gate, das mit dem photoelektrischen Umwandlungselement verbunden ist, einen zweiten MOS-Transistor, der in Reihe mit dem ersten MOS-Transistor verbunden ist, und einen dritten MOS- Transistor, der in Reihe mit dem photoelektrischen Umwandlungs­ element verbunden ist. Die Schwellspannung des dritten MOS-Tran­ sistors ist höher als die Schwellspannung des zweiten MOS-Tran­ sitors eingestellt.
Ein Bildsensor nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfin­ dung weist eine Mehrzahl von Pixeln auf, die in einer Matrix mit einer Mehrzahl von Zeilen entlang der horizontalen Richtung und einer Mehrzahl von Spalten entlang der vertikalen Richtung ange­ ordnet sind. Jedes der Pixel in einer ersten Gruppe von Zeilen von alternierenden (sich abwechselnden) Zeilen weist ein photo­ elektrisches Umwandlungselement, einen ersten MOS-Transistor mit einem Gate, das mit dem photoelektrischen Umwandlungselement verbunden ist, einen zweiten MOS-Transistor, der in Reihe mit dem ersten MOS-Transistor verbunden ist, und einen dritten MOS- Transistor, der in Reihe mit dem photoelektrischen Umwandlungs­ element verbunden ist, auf. Jedes der Pixel in einer zweiten Gruppe von Zeilen der entsprechenden anderen der alternierenden Zeilen weist ein photoelektrisches Umwandlungselement auf. Weiter ist ein vierter MOS-Transistor ausgebildet, der ein photoelektrisches Umwandlungselement der ersten Gruppe und ein photoelektrisches Umwandlungselement der zweiten Gruppe, die in einer Spalte benachbart sind, verbindet.
Entsprechend einem Verfahren zum Treiben eines Bildsensors mit einer Mehrzahl von Pixeln, die in einer Matrix mit einer Mehrzahl von Zeilen in der horizontalen Richtung und einer Mehr­ zahl von Spalten in der vertikalen Richtung angeordnet sind, wo­ bei jedes der Pixel in einer ersten Gruppe von Zeilen von alter­ nierenden Zeilen ein photoelektrisches Umwandlungselement, einen ersten MOS-Transistor mit einem Gate, das mit dem photoelektri­ schen Element verbunden ist, einen zweiten MOS-Transistor, der in Reihe mit dem ersten MOS-Transistor verbunden ist, und einen dritten MOS-Transistor, der in Reihe mit dem photoelektrischen Umwandlungselement verbunden ist, aufweist und jedes der Pixel in einer zweiten Gruppe von Zeilen der anderen alternierenden Zeilen ein photoelektrisches Element aufweist, und der Bildsen­ sor weiter einen vierten MOS-Transistor zum Verbinden eines pho­ toelektrischen Umwandlungselementes einer ersten Gruppe mit ei­ nem in einer Spalte benachbarten photoelektrischen Umwandlungs­ element einer zweiten Gruppe aufweist, weist die folgenden Schritte auf: Leitendmachen eines vierten MOS-Transistors einer ausgewählten Zeile, Kombinieren der Signalladung, die in der ersten und der zweiten Gruppe von mit dem ausgewählten vierten MOS-Transistor verbundenen photoelektrischen Umwandlungsele­ menten gespeichert ist, innerhalb eines photoelektrischen Umwandlungselementes der ersten Gruppe, Leitendmachen des anderen vierten MOS-Transistors, der mit jedem photoelektrischen Umwandlungselement der zweiten Gruppe, das mit dem ausgewählten vierten MOS-Transistor verbunden ist, verbunden ist und, Auslesen der Ladung, die in dem photoelektrischen Umwandlungs­ element der ersten Gruppe, das mit der Zeile des ausgewählten vierten MOS-Transistors verbunden ist, kombiniert ist.
Ein Verfahren zum Treiben eines Bildsensors nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die folgenden Schritte auf: Leitendmachen eines vierten MOS-Transistors einer ausge­ wählten Zeile, Kombinieren der in den photoelektrischen Umwand­ lungselementen von mit einem ausgewählten vierten MOS-Transistor verbundenen ersten und zweiten Gruppe gespeicherten Signalladung in einem photoelektrischen Umwandlungselement einer ersten Gruppe, Leitendmachen des vierten MOS-Transistors einer der aus­ gewählten Zeile in der Vorwärtsrichtung des vertikalen Abtastens des vierten MOS-Transistors nachfolgenden Zeile, Kombinieren der Signalladung, die in den photoelektrischen Umwandlungselementen der ersten und zweiten Gruppe, die mit dem vierten MOS- Transistor der nachfolgenden Zeile verbunden sind, gespeicherten Signalladung innerhalb des photoelektrischen Um­ wandlungselementes der ersten Gruppe, Leitendmachen des anderen vierten MOS-Transistors, der mit jedem photoelektrischen Umwand­ lungselement der ersten Gruppe, die mit dem vierten MOS-Transi­ stor der ausgewählten Zeile verbunden ist, verbunden ist, und Auslesen der Ladung, die innerhalb des photoelektrischen Umwand­ lungselementes der ersten Gruppe, das mit der Zeile des ausge­ wählten vierten MOS-Transistors verbunden ist, kombiniert ist.
Das Verfahren zum Treiben eines Bildsensors nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist folgende Schritte auf: Leitendmachen eines vierten MOS-Transistors einer ausgewählten i-ten Zeile, Kombinieren der Signalladung, die in einem photo­ elektrischen Umwandlungselement der ersten Gruppe einer j-ten Zeile und einem photoelektrischen Umwandlungselement der zweiten Gruppe einer k-ten Zeile, die mit dem vierten MOS-Transistor der i-ten Zeile verbunden sind, gespeichert ist, in einem photoelek­ trischen Umwandlungselement der j-ten Zeile, Leitendmachen der zwei vierten MOS-Transistoren, die mit den Seiten des photoelek­ trischen Umwandlungselementes der ersten Gruppe der (j-1)-ten Zeile verbunden sind, und Auslesen der Ladung, die in dem photo­ elektrischen Umwandlungselement der ersten Gruppe der j-ten Zeile kombiniert ist, wobei i, j und k die Zeilenzahl des vier­ ten MOS-Transistors in der Vorwärtsrichtung eines vertikalen Ab­ tastbetriebes, die Zeilenzahl der photoelektrischen Umwandlungs­ elemente der ersten Gruppe bzw. die Zeilenzahl der photoelektri­ schen Umwandlungselemente der zweiten Gruppe darstellen.
Entsprechend einem Verfahren zum Treiben eines Bildsensors mit einer Mehrzahl von Pixeln, die in einer Matrix mit einer Mehr­ zahl von Zeilen in der horizontalen Richtung und einer Mehrzahl von Spalten in der vertikalen Richtung angeordnet sind, wobei jedes der Pixel in einer ersten Gruppe von Zeilen von alternie­ renden Zeilen ein photoelektrisches Umwandlungselement, einen ersten MOS-Transistor mit einem Gate, das mit dem photoelektri­ schen Umwandlungselement verbunden ist, einen zweiten MOS-Tran­ sistor, der in Reihe mit einem Leitungsanschluß des ersten MOS- Transistors verbunden ist, eine Stromversorgungsleitung, die mit dem anderen Leitungsanschluß des ersten MOS-Transistors verbun­ den ist, und einem dritten MOS-Transistor, der in Reihe mit dem photoelektrischen Umwandlungselement verbunden ist, aufweist, und jedes der Pixel in einer zweiten Gruppe von Zeilen der ande­ ren alternierenden Zeilen ein photoelektrisches Umwandlungsele­ ment aufweist, und der Bildsensor weiter einen vierten MOS-Tran­ sistor zum Verbinden eines photoelektrischen Umwandlungselemen­ tes der ersten Gruppe mit einem in einer Spalte benachbarten photoelektrischen Umwandlungselementes der zweiten Gruppe auf­ weist, weist das Verfahren, wenn ein vierter MOS-Transistor ei­ ner ausgewählten Zeile leitend gemacht wird, das Setzen des Po­ tentials einer ersten Stromversorgungsleitung, die mit einem er­ sten MOS-Transistor verbunden ist, dessen Gate mit einem photo­ elektrischen Umwandlungselement der ersten Gruppe verbunden ist, das mit einem ausgewählten vierten MOS-Transistor verbunden ist, gleich dem Potential einer zweiten und einer dritten Stromver­ sorgungsleitung, die auf der einen Seite und der anderen Seite der ersten Stromversorgungsleitung benachbart sind, auf.
Bei dem Bildsensor entsprechend dem einen Aspekt der vorliegen­ den Erfindung wird das Zwei-Linien-Kombinationsauslesen ohne Verminderung der Integrationsdichte ermöglicht, da die Schwell­ spannung des dritten MOS-Transistors höher als die des zweiten MOS-Transistors eingestellt wird.
Bei dem Bildsensor entsprechend dem anderen Aspekt der vorlie­ genden Erfindung ermöglicht der vierte MOS-Transistor das Zwei- Linien-Kombinationsauslesen. Der vierte MOS-Transistor kann mit nahezu keinem zusätzlichen Halbleiterbereich zwischen einem pho­ toelektrischen Umwandlungselement der ersten Gruppe und einem photoelektrischen Umwandlungselement der zweiten Gruppe ausge­ bildet werden.
Entsprechend dem Verfahren zum Treiben eines Bildsensors kann Flackern bzw. Flimmern zwischen Feldern auf einem Darstellungs­ schirm reduziert werden, da die in einem photoelektrischen Um­ wandlungselement der zweiten Gruppe verbleibende Ladung ab- bzw. ausgetastet wird, nachdem die Signalladung in einem photoelektrischen Umwandlungselement der zweiten Gruppe in ein photoelektrisches Umwandlungselement der ersten Gruppe kombi­ niert wird.
Entsprechend dem Verfahren zum Treiben eines Bildsensors nach dem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Feldflac­ kern bzw. -flimmern, das durch kapazitive Kopplung verursacht wird, reduziert, da die Mehrzahl von Stromversorgungsleitungen in der Umgebung eines vierten MOS-Transistors auf dasselbe Po­ tential gesetzt wird, wenn dieser vierte MOS-Transistor einer ausgewählten Linie leitend gemacht wird.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figu­ ren. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild, das schematisch einen Bildsensor ent­ sprechend einer Ausführungsform zeigt;
Fig. 2 ein teilweises Schaltbild zum Beschreiben eines Betrie­ bes des Bildsensors aus Fig. 1;
Fig. 3 ein Zeitablaufdiagramm zur Steuerung des Betriebes des in Fig. 2 gezeigten Bildsensors;
Fig. 4 ein Schaltbild, das schematisch einen Bildsensor nach einer anderen Ausführungsform zeigt;
Fig. 5 ein Schaltbild, das schematisch einen Bildsensor nach einer weiteren Ausführungsform zeigt;
Fig. 6 ein Schaltbild, das schematisch einen Bildsensor nach einer weiteren Ausführungsform zeigt;
Fig. 7 ein Schaltbild, das schematisch einen Bildsensor nach einer weiteren Ausführungsform zeigt;
Fig. 8 ein teilweises Schaltbild zur Beschreibung eines Be­ triebes des Bildsensors aus Fig. 8;
Fig. 9 ein Zeitablaufdiagramm zur Steuerung des Betriebes des in Fig. 8 gezeigten Bildsensors;
Fig. 10 eine schematische Darstellung des Bildsensors aus Fig. 8, der entlang der Linie X-X zur Beschreibung eines Beispiels einer Schnittstruktur genommen wird;
Fig. 11 eine schematische Darstellung zur Beschreibung einer anderen Schnittstruktur, welche eine Alternative der in Fig. 10 gezeigten Schnittstruktur ist;
Fig. 12 ein Zeitablaufdiagramm zur Steuerung des Betriebes des Bildsensors mit der Struktur aus Fig. 11;
Fig. 13 eine Darstellung zur Beschreibung eines anderen Betrie­ bes entsprechend der Struktur aus Fig. 10(A);
Fig. 14 ein teilweises Schaltbild zur schematischen Darstellung eines Bildsensors nach einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 15 ein Zeitablaufdiagramm zur Steuerung des Betriebes des Bildsensors aus Fig. 14;
Fig. 16 ein Schaltbild, das schematisch einen Bildsensor nach einer weiteren Ausführungsform zeigt;
Fig. 17 eine teilweise Schnittansicht zur Beschreibung des Be­ triebes des Bildsensors aus Fig. 16;
Fig. 18 ein Zeitablaufdiagramm zur Steuerung des Betriebes des Bildsensors aus Fig. 17;
Fig. 19 eine schematische Schnittansicht eines Bildsensors, die ein Beispiel, das eine amorphe Halbleiterschicht als photoelektrisches Umwandlungselement verwendet, zeigt;
Fig. 20 eine schematische Schnittansicht eines Bildsensors, die ein anderes Beispiel, das eine amorphe Halbleiterschicht zur photoelektrischen Umwandlung ver­ wendet, zeigt;
Fig. 21 ein teilweises Schaltbild, bei dem die Bezugszeichen teilweise wie bei denen des Bildsensors aus Fig. 14 verändert sind;
Fig. 22 eine Potentialdarstellung zur Beschreibung eines Be­ triebes des Treibens des Bildsensors aus Fig. 21 ent­ sprechend dem Zeitablaufdiagramm aus Fig. 15;
Fig. 23 eine Potentialdarstellung zur Beschreibung eines Ver­ fahrens zum Treiben des Bildsensors aus Fig. 21 ent­ sprechend einer anderen Ausführungsform;
Fig. 24 ein Zeitablaufdiagramm zur Realisierung des in Fig. 23 gezeigten Betriebes;
Fig. 25 eine Potentialdarstellung, die einen durch das Zeitab­ laufdiagramm aus Fig. 24 realisierten Betrieb ver­ gleichbar mit Fig. 23 darstellt;
Fig. 26 eine Potentialdarstellung zur Beschreibung eines Ver­ fahrens zum Treiben des Bildsensors aus Fig. 21 ent­ sprechend einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 27 ein Zeitablaufdiagramm zur Realisierung des Betriebes aus Fig. 26;
Fig. 28 eine Potentialdarstellung, die einen durch das Zeitab­ laufdiagramm aus Fig. 27 realisierten Betrieb ver­ gleichbar zu Fig. 26 darstellt;
Fig. 29 eine Potentialdarstellung zur Beschreibung eines Ver­ fahrens zum Treiben des Bildsensors aus Fig. 21 ent­ sprechend einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 30 ein Zeitablaufdiagramm zur Realisierung des Betriebes aus Fig. 29;
Fig. 31 eine Potentialdarstellung, die den durch das Zeitab­ laufdiagramm aus Fig. 30 realisierten Betrieb ver­ gleichbar zu Fig. 29 darstellt;
Fig. 32 ein Zeitablaufdiagramm zur Beschreibung eines Verfah­ rens des Treibens des Bildsensors aus Fig. 21 entspre­ chend einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 33 ein Schaltbild, das schematisch einen AMI-Typ Bildsen­ sor darstellt;
Fig. 34 ein teilweises Schaltbild zur Beschreibung eines Be­ triebes des Bildsensors aus Fig. 33;
und
Fig. 35 ein Zeitablaufdiagramm zur Steuerung des Betriebes des Bildsensors aus Fig. 34.
Fig. 1 illustriert schematisch einen Bildsensor entsprechend ei­ ner Ausführungsform. Viele Komponenten des Bildsensors aus Fig. 1 sind ähnlich zu denen des in Fig. 33 gezeigten Bildsensors, und die entsprechenden Komponenten werden mit denselben Bezugs­ zeichen bezeichnet. Es ist anzumerken, daß bei dem Bildsensor aus Fig. 1 die Gateelektrode des MOS-Transistors 43, der zum Zurücksetzen des photoelektrischen Umwandlungselementes 31 ver­ wendet wird, mit der Vertikalauswahlleitung 36 zum Auswählen ei­ ner Zeile, zu welcher dieses photoelektrische Umwandlungselement 31 gehört, verbunden ist. Die Schwellspannung des Rücksetz-MOS- Transistors 43 ist höher als die des Vertikalauswahl-MOS-Transi­ stors 33 eingestellt.
Fig. 2 ist eine Darstellung zur Beschreibung des Betriebes von zwei benachbarten Pixeln in einer Spalte des Bildsensors aus Fig. 1 und Fig. 3 ist ein Zeitablaufdiagramm zur Beschreibung des Betriebes der zwei in Fig. 2 gezeigten Pixel. Zum Zeitpunkt T0 werden zwei Zeilen von Vertikalauswahlleitungen 36 und 46 (VS) und zwei Reihen von horizontalen Stromversorgungsleitungen 35 und 45 (VL) ausgewählt. Der Rücksetz-MOS-Transistor 43 arbei­ tet zum Zeitpunkt der Vertikalauswahl nicht, da er eine Schwell­ spannung Vth aufweist, die bei dem Auswahlniveau von VSS nicht überschritten bzw. angeschaltet wird. Wenn der horizontale Aus­ lese-MOS-Transistor 38 zum Zeitpunkt T1 während des nächsten ho­ rizontalen Auslesezeitraums AUSLESEN ausgewählt wird, wird die Horizontalauswahlleitung 37 elektrisch über die horizontale Si­ gnalleitung 39 mit dem I/V-Umwandlungsverstärker 40 verbunden, wodurch ein Signalstrom ausgelesen wird. Da die Eingabeimpedanz des I/V-Umwandlungsverstärkers 40 ausreichend niedriger als die Ausgabeimpedanz der Pixelschaltung ist, werden die Signalströme Isig1 und Isig2 von den photoelektrischen Umwandlungselementen PD1 und PD2 summiert und ausgelesen. Zum Zeitpunkt T2 in dem nächsten horizontalen Zeitraum, wenn die Vertikalauswahlleitun­ gen 36 und 46 ein Niveau von VSHH erreichen und der Rücksetz­ transistor 43 AN ist, wird das Potential Vpd der photoelektri­ schen Umwandlungselemente PD1 und PD2 auf das Niveau von Vreset durch die horizontalen Stromversorgungsleitungen 35 und 45 (VL) zurückgesetzt. Zum Zeitpunkt T3 während des nächsten horizonta­ len Zeitraums erreichen diese zwei Pixel einen nicht ausgewähl­ ten Zustand, d. h. einen Speicherzustand zur Integration der Si­ gnalladung.
Durch Einstellen der Schwellspannung Vth des Rücksetz-MOS-Tran­ sistors 43 des photoelektrischen Umwandlungselementes 31 (PD) auf ein Niveau, das den Transistor 43 zum Zeitpunkt der Zeilen­ auswahl nicht anschaltet, und durch Anlegen eines Potentials auf hohem Niveau, das den Transistor 43 zum Zeitpunkt des Zurück­ setzens vollständig anschaltet, kann die Speicherzeit jedes Pi­ xels unabhängig von einem Auslesen eines benachbarten Pixels ge­ steuert werden. Derart wird das Kombinieren von Signalen von zwei Zeilen zum Auslesen möglich.
Fig. 4 zeigt schematisch einen Bildsensor entsprechend einer an­ deren Ausführungsform. Der in Fig. 4 gezeigte Bildsensor ist vergleichbar zu dem aus Fig. 1, ausgenommen daß die Gateelek­ trode des Rücksetz-MOS-Transistors 43a mit einer benachbarten Pixel-Auswahlleitung 36 verbunden ist. Vergleichbar zu der oben beschriebenen Ausführungsform weist der MOS-Transistor 43a eine hohe Schwellspannung Vth auf. Das Auslesen des Signals bei dem Bildsensor aus Fig. 4 ist vergleichbar zu dem bereits unter Be­ zugnahme auf Fig. 3 beschriebenen. Die vertikale Abtastschaltung (V-Scanner) 42 wird nur mit einem geänderten Verfahren des Anle­ gens eines Rücksetztaktes zum Auswählen eines Rücksetz-MOS-Tran­ sistors 43a eines zurückzusetzenden Pixels betrieben.
Fig. 5 zeigt schematisch einen Bildsensor nach einer weiteren Ausführungsform. Der in Fig. 5 gezeigte Bildsensor ist ebenso vergleichbar zu dem aus Fig. 1, ausgenommen, daß die Gate- und Drainanschlüsse des Rücksetz-MOS-Transistors 43b gemeinsam mit einer benachbarten Vertikalauswahlleitung 36 verbunden sind. Der Rücksetz-MOS-Transistor 43b weist eine hohe Schwellspannung Vth, vergleichbar zu der der oben beschriebenen Ausführungsform, auf. Der Betrieb des Bildsensors aus Fig. 5 ist ebenso vergleichbar zu dem bereits unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebenen, vor­ ausgesetzt, daß das Rücksetzniveau Vreset auf einen Wert einge­ stellt ist, der durch die folgende Gleichung dargestellt wird:
Vreset = VSHH - Vthr
Vthr ist die Schwellspannung des Rücksetz-MOS-Transistors 43b und VSHH ist das Potential der Vertikalauswahlleitung 36 zum Zeitpunkt des Zurücksetzens. Im Gegensatz zu den Ausführungsfor­ men aus Fig. 1 und 4, bei denen das Rücksetzpotential Vreset auf einem niedrigen Niveau auf der horizontalen Stromversorgungslei­ tung 35 eingestellt ist, ist die Steuerung des Vreset niedrige­ ren Niveaus auf der horizontalen Stromversorgungsleitung 35 nicht notwendig, da das Rücksetzniveau bei der Ausführungsform aus Fig. 5 mit dem VSHH-Niveau der Vertikalauswahlleitung 36 be­ stimmt werden kann.
Fig. 6 zeigt schematisch einen Bildsensor nach einer weiteren Ausführungsform. Der in Fig. 6 gezeigte Bildsensor ist ver­ gleichbar zu dem aus Fig. 1, ausgenommen daß die vertikale Si­ gnalleitung 37 mit dem Horizontalauswahl-MOS-Transistor 38 über einen zusätzlichen Verstärker 60 niedriger Eingabeimpedanz ver­ bunden ist. Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird das Kombinieren (Überlagern) der Signale von zwei Zeilen durch den I/V-Umwandlungsverstärker 40 ausgeführt. Da die Signale der zwei Zeilen durch den I/V-Umwandlungsverstärker 40 über den AN- Widerstand des Horizontalauswahl-MOS-Transistors 38 kombiniert werden, gibt es den Nachteil der reduzierten Auslesegeschwindig­ keit oder der durch Interferenz bzw. Wechselwirkung zwischen den zwei Zeilen verursachten Verminderung der Genauigkeit der Si­ gnalkombination. Diese Probleme können durch das Vorsehen eines Verstärkers 60 niedriger Eingabeimpedanz als ein Puffer in jeder vertikalen Signalleitung 37 gelöst werden.
Fig. 7 zeigt schematisch einen Bildsensor entsprechend einer weiteren Ausführungsform. Bei den oben beschriebenen Ausfüh­ rungsformen werden die Signale von zwei Zeilen auf der vertika­ len Signalleitung 37 kombiniert bzw. überlagert. Bei dem Bild­ sensor der vorliegenden Ausführungsform werden die Signale von zwei Zeilen in einem benachbarten photoelektrischen Umwandlungs­ element kombiniert bzw. überlagert und dann ausgelesen. Wie Fig. 7 zeigt, weist der Bildsensor ein photoelektrisches Umwandlungs­ element 71, das z. B. durch einen pn-Übergang gebildet wird, einen MOS-Transistor 72 zum Verstärken, einen Vertikalauswahl- MOS-Transistor 73, einen MOS-Transistor 74 zum Kombinieren der Signalladung eines benachbarten photoelektrischen Umwandlungs­ elementes, einen Doppel-MOS-Transistor 75, der zum Zurücksetzen des photoelektrischen Umwandlungselementes 71 verwendet wird und eine hohe Schwellspannung Vth aufweist, eine horizontale Strom­ versorgungsleitung 76 zum Anlegen der Stromversorgung an ein Pi­ xel, eine Vertikalauswahlleitung 77 zum Auswählen eines in der vertikalen Richtung angeordneten Pixels, eine Steuerleitung 78 zum Kombinieren der Signalladung eines benachbarten photoelek­ trischen Umwandlungselementes 71, eine vertikale Signalleitung 79, die in der vertikalen Richtung angeordnet ist, einen hori­ zontalen MOS-Transistor 80 zum Auswählen von Pixeln, die in der horizontalen Richtung angeordnet sind, eine horizontale Signal­ leitung 81, einen I/V-Umwandlungsverstärker 82 zum Umwandeln ei­ nes Signalstromes in eine Spannung, eine horizontale Abtast­ schaltung (H-Scanner) 83 und eine vertikale Abtastschaltung (V- Scanner) 84, auf.
Fig. 8 zeigt vier in einer Spalte fortlaufende Pixel zum Be­ schreiben eines Betriebes des Bildsensors aus Fig. 7. Fig. 9 ist ein Zeitablaufdiagramm zur Beschreibung des Betriebes der Pixel aus Fig. 8. Bei dem Abtastbetrieb des Feldes A wird die horizon­ tale Stromversorgungsleitung VL1 auf ein hohes Niveau VLH und die Vertikalauswahlleitung VS1 auf ein Zwischenniveau von VSS zum Zeitpunkt T0 eingestellt. Dabei leitet der MOS-Transistor 74 zwischen den photoelektrischen Umwandlungselementen PD1 und PD2, wodurch die Signalladung, die in den entsprechenden photoelek­ trischen Umwandlungselementen gespeichert ist, kombiniert bzw. überlagert wird. Wenn der Horizontalauswahl-MOS-Transistor 80 zum Zeitpunkt T1 während eines horizontalen Auslesezeitraums AUSLESEN ausgewählt wird, wird die vertikale Signalleitung 79 elektrisch mit dem I/V-Umwandlungsverstärker 82 verbunden, wo­ durch der Signalstrom ausgelesen wird. Zum Zeitpunkt T2 des nächsten horizontalen Zeitraums wird die Vertikalauswahlleitung VS1 auf das hohe Niveau von VSHH angehoben, wodurch der Rück­ setz-MOS-Transistor 75 zum Zurücksetzen der photoelektrischen Umwandlungselemente PD1 und PD2 auf ein niedriges Niveau von Vreset der vertikalen Stromversorgungsleitung VL1 leitet. Zum Zeitpunkt T3 des nächsten horizontalen Zeitraums erreicht die Auswahlleitung VS1 ein niedriges Niveau und die photoelektri­ schen Umwandlungselemente PD1 und PD2 beginnen die Ladungsspei­ cherung.
Der Abtastbetrieb des Feldes B ist vergleichbar zu dem des Fel­ des A. Zum Zeitpunkt T0 wird die horizontale Stromversorgungs­ leitung VL1 auf ein hohes Niveau von VLH eingestellt, und die Pixelkombinationssteuerleitung VT1 wird auf ein Zwischenpoten­ tial VSS eingestellt. Dabei leitet der Transistor 74 zwischen den photoelektrischen Umwandlungselementen PD2 und PD3, wodurch die Signalladung, die in den entsprechenden photoelektrischen Umwandlungselemente gespeichert ist, kombiniert bzw. überlagert wird. Wenn der Horizontalauswahl-MOS-Transistor 80 zum Zeitpunkt T1 während des Horizontalauslesezeitraums AUSLESEN ausgewählt wird, wird die vertikale Signalleitung 79 elektrisch mit dem I/V-Umwandlungsverstärker 82 verbunden, wodurch der Signalstrom ausgelesen wird. Zum Zeitpunkt T2 des nächsten horizontalen Zeitraums wird die Spannung der Steuerleitung VT1 vom Zwischen­ niveau VSS auf ein hohes Niveau VSHH angehoben, um den Rücksetz- MOS-Transistor 75 leitend zu machen, wodurch die photoelektrischen Umwandlungselemente PD2 und PD3 auf das nied­ rige Niveau Vreset der vertikalen Stromversorgungsleitung VL1 zurückgesetzt werden. Zum Zeitpunkt T3 eines nachfolgenden hori­ zontalen Zeitraums erreichen die Auswahlleitung VS1 und die Steuerleitung VT1 ein niedriges Niveau, wodurch die photoelek­ trischen Umwandlungselemente PD2 und PD3 eine Ladungsspeicherung beginnen.
Bei dem Bildsensor aus Fig. 7 können die Paare von photoelektri­ schen Umwandlungselementen PD zwischen den Abtastbetrieben des Feldes A und B geändert werden. Genauer wird ein Zwei-Linien- Kombinationsauslesen beim Zeilensprung- bzw. Zwischenzeilenab­ tasten ermöglicht. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann ein Signalauslesen mit hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit ausge­ führt werden, da die Signalkombination auf der Signalleitung 37 nicht wie bei den obigen Ausführungsformen notwendig ist.
Fig. 10 ist eine Schnittansicht des Bildsensors aus Fig. 8, die entlang der Linie X-X genommen ist, zur Beschreibung eines Bei­ spieles der Schnittstruktur derselben. Wie Fig. 10 zeigt, weist die Struktur des Bildsensors aus (A) ein Halbleitersubstrat 1, z. B. des p-Typs, ein photoelektrisches Umwandlungselement 71 mit Dotierstoff, z. B. des n-Typs, und einen MOS-Transistor 74 zur Steuerung der Kombination bzw. des Überlagerns von zwei Pi­ xel, die einander in der Spaltenrichtung benachbart sind, auf. (B) zeigt schematisch das Energiepotential der photoelektrischen Umwandlungselemente PD1 bis PD3 in einem Zustand des Speicherns von Signalladung. Eine Signalleitung Qsig1 wird in dem photo­ elektrischen Umwandlungselement PD1 gespeichert und eine Signal­ leitung Qsig2 wird in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD2 gespeichert. (C) zeigt das Potential, wenn die Pixelsignale überlagert werden. Das Potential Vg der Gateelektrode des Ver­ stärkungs-MOS-Transistors 72 nach der Pixelüberlagerung wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
Vg = (Qsig1 + Qsig2)/(Cpd + Cpd)
= (Vsigl×Cpd + Vsig2×Cpd)/2×Cpd
= (Vsig1 + Vsig2)/2
Cpd stellt die parasitäre Kapazität eines photoelektrischen Um­ wandlungselementes dar, und Vsig1 und Vsig2 stellen die Poten­ tiale der photoelektrischen Umwandlungselemente PD1 und PD2 vor der Pixelüberlagerung dar. Wie die Gleichung zeigt, wird das Ga­ tepotential Vg des Verstärkungs-MOS-Transistors 72 bei dem Bild­ sensor aus Fig. 8 mit der in Fig. 10 gezeigten Struktur der Durchschnittswert der beiden überlagerten photoelektrischen Ele­ mente, was impliziert, daß das Gatepotential Vg, das den Ver­ stärkungsfaktor bestimmt, im wesentlichen gleich zu dem vor der Signalladungsüberlagerung ist.
Fig. 11 zeigt eine andere Schnittstruktur, die alternativ zu der in Fig. 10 gezeigten ist. Die Struktur aus Fig. 11(A) ist ver­ gleichbar zu der aus Fig. 10(A), wobei eine zusätzliche dünne Dotierungsschicht 2 an der Oberfläche der photoelektrischen Halbleiterelemente PD1 und PD3 ausgebildet ist. Die zusätzliche Dotierungsschicht 2 weist einen Leitungstyp (z. B. p-Typ) auf, der entgegengesetzt zu dem des photoelektrischen Umwandlungsele­ mentes (z. B. n-Typ) ist.
Fig. 11(B) zeigt die Potentialdarstellung der photoelektrischen Umwandlungselemente PD1 bis PD3, die durch die Struktur aus Fig. 11(A) ausgebildet sind. Die photoelektrischen Umwandlungsele­ mente PD1 und PD3 sind zum Zeitpunkt des Rücksetzens aufgrund der Existenz der Dotierungsschicht 2 eines entgegengesetzten Leitungstyps vollständig verarmt, wodurch das Potential auf ei­ nen konstanten Wert fixiert ist. Das Potential des photoelektri­ schen Umwandlungselementes PD2 ohne die Dotierungsschicht 2 des entgegengesetzten Leitungstyps kann durch die Drainspannung des Rücksetz-MOS-Transistors 75 gesteuert werden und ist tiefer als das Potential der photoelektrischen Umwandlungselemente PD1 und PD3 eingestellt.
Wenn die Signalladung zwischen den photoelektrischen Umwand­ lungselementen PD1 und PD2 kombiniert wird, wird der MOS-Tran­ sistor 74 zwischen den photoelektrischen Umwandlungselementen PD1 und PD2 angeschaltet, und die Signalladung Qsig1 wird vom photoelektrischen Umwandlungselement PD1 auf niedrigem Potential auf das photoelektrische Umwandlungselement PD2 auf tiefem Po­ tential übertragen, wie in Fig. 11(C) gezeigt.
Wie Fig. 11(D) zeigt, wenn der MOS-Transistor 74 zwischen den photoelektrischen Umwandlungselementen PD1 und PD2 ausgeschaltet wird, ist die Signalladung der Zwei-Zeilen Qsig1 + Qsig2 in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD2 auf tiefem Potential gespeichert. Das Gatepotential Vg′ des Verstärkungs-MOS- Transistors 72 wird durch die folgende Gleichung dargestellt.
Vg′ = (Qsig1 + Qsig2)/Cpd
= Vsig1 + Vsig2.
Es ist zu sehen, daß die Änderung des Gatepotentials Vg′ der Addition der Potentialänderungen der zwei Pixeln entspricht, wo­ durch die Kanalleitfähigkeit des Verstärkungs-MOS-Transistors 72 eine große Änderung zeigt. Darum kann der kombinierte bzw. über­ lagerte Effekt der Signalladungen von zwei Pixeln effizient ver­ wendet werden. Das photoelektrische Umwandlungselement PD1 auf niedrigem Potential wird nach der Ladungsübertragung vollständig verarmt, um auf dem Potential fixiert zu werden, wie in Fig. 11 (D) gezeigt, wodurch die Ladungsspeicherung erneut begonnen wird.
Fig. 12 ist ein Zeitablaufdiagramm, das die Realisierung des Be­ triebes, der unter Bezugnahme auf Fig. 11 beschrieben wurde, zeigt. Zum Zeitpunkt T0 werden die Ladungen von benachbarten photoelektrischen Umwandlungselementen kombiniert, und dann zum Zeitpunkt T1 ausgelesen. Zum Zeitpunkt T2 werden die photoelek­ trischen Umwandlungselemente zurückgesetzt.
Um eine Potentialdifferenz zwischen benachbarten photoelektri­ schen Umwandlungselementen zu liefern, wird eine Kombination aus vollständig verarmten photoelektrischen Umwandlungselementen (wie PD1, PD3) und einem allgemeinen photoelektrischen Umwand­ lungselement (wie PD2) bei der Struktur aus Fig. 11(A) verwen­ det. Wenn alle photoelektrischen Umwandlungselemente aus voll­ ständig verarmten photoelektrischen Umwandlungselementen ausge­ bildet werden, kann die Potentialdifferenz zwischen benachbarten photoelektrischen Umwandlungselementen ebenso durch Ändern der Dotierungskonzentration der Dotierungsschicht des Leitungstyps oder des photoelektrischen Umwandlungselementes ermöglicht wer­ den.
Der unter Bezugnahme auf (B) bis (D) in Fig. 11 beschriebene Be­ trieb ist auch mit dem Bildsensor, der die in Fig. 10(A) ge­ zeigte Struktur aufweist, möglich. Dieses wird in Fig. 13 darge­ stellt, in der die (A) gezeigte Struktur vergleichbar zu der aus Fig. 10(A) ist. Die (B) bis (D) aus Fig. 13 gezeigten Be­ triebsabläufe entsprechen denen aus (A) bis (D) in Fig. 11, und Fig. 13(E) zeigt den Zustand nach dem Zurücksetzen.
Das Rücksetzniveau der photoelektrischen Umwandlungselemente PD1 und PD3 wird durch das Potential Vx bestimmt, daß durch das Po­ tential der Gateelektrode 74 (siehe Fig. 13(C)) gebildet wird. Das Rücksetzniveau des photoelektrischen Umwandlungselementes PD2 wird durch das Rücksetzpotential von Vreset des MOS-Transi­ stors 75 bestimmt und ist auf ein Niveau eingestellt, das aus­ reichend tiefer als das durch die photoelektrischen Umwandlungs­ elemente PD1 und PD3 spezifizierte Potential ist. Darum werden Ladungen, die größer als das Potential Vx, das durch das Gate 74 eingeführt wird und ein hohes Niveau erreichen, aus den photoelektrischen Umwandlungselementen PD1 und PD3 ausgelesen. Der Betrieb, der in Fig. 13(B) bis (E) gezeigt ist, kann durch Einstellen des Niveaus eines Treibertaktes oder von ähnlichem zum Spezifizieren des Potentials von jedem photoelektrischen Umwandlungselement zum Zeitpunkt des Zurücksetzens realisiert werden.
Fig. 14 zeigt schematisch einen Bildsensor nach einer weiteren Ausführungsform. Der Bildsensor, der in Fig. 14 gezeigt ist, un­ terscheidet sich von dem Bildsensor aus Fig. 8 nur durch das Er­ setzen des Doppel-Rücksetztransistors 75 durch einen Einzel- Rücksetztransistor 75a. Genauer kann bei dem Bildsensor aus Fig. 14 die Anzahl der Rücksetztransistoren auf die Hälfte der in Fig. 8 verwendeten reduziert werden. Bei dem Bildsensor aus Fig. 14 weisen der MOS-Transistor 74a zur Pixelkombination und der Tansistor 75a zum Zurücksetzen eine hohe Schwellspannung von Vth auf.
Fig. 15 ist ein Zeitablaufdiagramm zum Beschreiben des Betriebes des Bildsensors aus Fig. 14. Zum Zeitpunkt T1 wird auf den Startzeitpunkt T0 eines horizontalen Zeitraums 1H die Pixelkom­ bination ausgeführt. Zum Zeitpunkt T2 wird ein Signal zum Ausle­ sen auf eine vertikale Signalleitung 79 verstärkt. Dann wird der horizontale Schalt-MOS-Transistor 80 sequenziell abgetastet, wo­ durch das auf die vertikale Signalleitung 79 ausgelesene Signal an eine externe Source bzw. Quelle ausgelesen wird. Das Zurück­ setzen des photoelektrischen Umwandlungselementes PD wird zum Zeitpunkt T3 während eines horizontalen Schwarztastzeitraums (Austastzeitraums) direkt nach dem Auslesen ausgeführt. Die Be­ zugszeichen H und M in Fig. 15 stellen ein hohes Niveau bzw. ein Zwischenniveau eines Taktes dar. Durch Treiben eines Taktes mit diesen Niveaus kann das Potential eines photoelektrischen Um­ wandlungselementes PD wie in Fig. 13 eingestellt werden.
Fig. 16 zeigt schematisch einen Bildsensor nach einer weiteren Ausführungsform. Im Gegensatz zu den Bildsensoren der oben be­ schriebenen Ausführungsformen, die zum Betrieb ein 3-Werte Takt­ signal benötigen, kann der in Fig. 16 gezeigte Bildsensor mit einem 2-Werte Taktsignal betrieben werden. Wie Fig. 16 zeigt, weist der Bildsensor Rücksetz-MOS-Transistoren 5 und 6, die mit­ einander in Reihe verbunden sind, auf. Die Gateelektroden der MOS-Transistoren 5 und 6 sind mit voneinander unterschiedlichen Verdrahtungen verbunden. Das photoelektrische Umwandlungselement 71 wird nur dann zurückgesetzt, wenn beide Transistoren 5 und 6 zum selben Zeitpunkt eingeschaltet sind.
Fig. 17 zeigt vier fortlaufende Pixel in einer Spalte zum Be­ schreiben des Betriebes des Bildsensors aus Fig. 16. Fig. 18 ist ein Zeitablaufdiagramm zum Beschreiben des Betriebes der Pixel aus Fig. 17. Wie Fig. 18 zeigt, wird zum Zeitpunkt T0 ein Pixel­ kombinieren ausgeführt, und zum Zeitpunkt T1 wird ein Signal ausgelesen. Das Pixelrücksetzen wird zum Zeitpunkt T3 während eines horizontalen Zeitraums zwei horizontale Zeiträume nach einem Auslesen ausgeführt. Genauer werden eine benachbarte Ver­ tikalauswahlleitung VS und Pixelkombinationssteuerleitung VT gleichzeitig zum Zeitpunkt T3 auf ein hohes Niveau eingestellt, wodurch drei fortlaufende photoelektrische Umwandlungselemente (PD1-PD3) gleichzeitig zurückgesetzt werden. Obwohl ein Rück­ setztakt nur während eines horizontalen Schwarztastzeitraums H- BLK eingeführt wird, kann ein Rücksetztakt über einen horizonta­ len Zeitraum 1H eingeführt werden, wie in den bereits beschrie­ benen Ausführungsformen gezeigt. In einem solchen Fall wird das Niveau von Vreset niedriger als die Schwellspannung Vth des Transistors 73 eingestellt.
Die vorliegende Erfindung wurde an einem Bildsensor mit einem photoelektrischen Umwandlungselement PD, das in einem Halblei­ tersubstrat 1 ausgebildet ist, beschrieben. Die vorliegende Er­ findung ist auch auf einem Bildsensor vom Stapeltyp, der eine amorphe Halbleiterschicht als photoelektrisches Umwandlungsele­ ment PD verwendet, anwendbar. Wie Fig. 19 zeigt, weist der Bild­ sensor ein p-Typ Halbleitersubstrat 1, eine n-Typ Dotierungs­ schicht 11 zum Speichern von Ladung, eine Zwischenschicht-Iso­ lierschicht 12, eine Pixelelektrode 13, eine photoelektrische Umwandlungsschicht 14 aus einem amorphen Halbleiter wie amorphem Si, eine transparente Elektrode 15 wie ITO und einen MOS-Transi­ stor 74 zur Pixelkombinatin bzw. -überlagerung auf.
Der MOS-Transistor 74 zur Steuerung der Pixelkombination ist in Fig. 19 als ein Transistor vom monolithischen Typ mit einer Struktur, die vergleichbar zu der in Fig. 10(A) gezeigten ist, gezeigt. Da weitere MOS-Transistoren zur Ausbildung eines Pixels benötigt werden, wird der Pixelkombinations-MOS-Transistor 74 bevorzugterweise zur Anpassung an den Anstieg der Integrations­ dichte so klein wie möglich ausgebildet.
Fig. 20 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Bildsensors, der eine amorphe Halbleiterschicht als photoelektrisches Umwand­ lungselement PD verwendet. Der in Fig. 20 gezeigte Bildsensor ist vergleichbar zu dem aus Fig. 19, ausgenommen daß TFT (Dünnschichttransistor) als der Transistor zur Steuerung der Pi­ xelkombination verwendet wird. Genauer weist der Bildsensor aus Fig. 20 eine TFT-Gateoxidschicht 16, eine Gateelektrode 17 des TFT zur Pixelkombinationssteuerung, eine Schicht 18, die z. B. aus einer Polysiliziumschicht ausgebildet ist, mit einer unten­ liegenden Pixelelektrode 13a und einem Kanalbereich 19 des TFTs 17 und einen Leiter 20 zur Verbindung der Pixelelektrode 13a mit einem leitenden Bereich 11, auf. Durch Verwendung des TFT als Transistor zur Pixelkombination kann eine Stapelschichtstruktur mit dem Gate eines Verstärkungs-MOS-Transistors oder dem Gate eines Vertikalauswahl-MOS-Transistors (in Fig. 20 nicht gezeigt) als die untenliegende Schicht des Gates eines TFT zur Erhöhung der Integrationsdichte eines Bildsensors erreicht werden.
Eine Verbesserung und ein bevorzugtes Verfahren des Treibens des Bildsensors aus Fig. 14 wird im folgenden beschrieben.
Fig. 21 zeigt einen Bildsensor, der mit dem aus Fig. 14 iden­ tisch ist, aber zum Zwecke der Vereinfachung der folgenden Be­ schreibung einige geänderte Bezugszeichen aufweist. Genauer ent­ sprechen die MOS-Transistoren 74A und 74B, die die Kombinierung der Signalladung in den Feldern A und B betreffen, dem Pi­ xelkombinations-MOS-Transistor 74a aus Fig. 14. Die Signallei­ tungen VTA und VTB entsprechen den Signalleitungen VS und VT aus Fig. 14. Wenn die Schwellspannungen der Pixelkombinations-MOS- Transistoren 74A und 74B aus Fig. 21 nicht gleich sind, oder wenn die kapazitive Kopplung in der Umgebung dieser MOS-Transi­ storen im Ungleichgewicht ist, gibt es die Möglichkeit des Feld­ flimmerns bzw. -flackerns zwischen den Feldern A und B auf dem Darstellungsbildschirm des Bildsensors aus Fig. 21, der entspre­ chend dem Zeitablaufdiagramm, das in Fig. 15 gezeigt ist, ge­ trieben bzw. betrieben wird.
Fig. 22 zeigt schematisch die Potentialänderung in einem Quer­ schnitt eines photoelektrischen Umwandlungselementes PD entlang einer Spalte, wenn der Bildsensor aus Fig. 21 entsprechend dem Zeitablaufdiagramm aus Fig. 15 getrieben wird. In Fig. 22 weist der MOS-Transistor 74A der Gruppe A, der zur Kombination der Si­ gnalladungen beim Auslesen von Feld A verwendet wird, eine Schwellspannung auf, die höher als die des MOS-Transistors 74B der Gruppe B ist, der zur Kombination der Signalladung beim Aus­ lesen von Feld B verwendet wird. In Fig. 22 stellen (A1) und (A2) den Betrieb des Auslesens der Signalladung aus dem photo­ elektrischen Umwandlungselement PD3 in Feld A dar, und (B1) und (B2) stellen einen Auslesebetrieb in Feld B dar. Es ist anzumer­ ken, daß das vertikale Abtasten von links nach rechts gerichtet ist.
In (A1) sind Ladungen von (Qa + ΔQa), Qc und (Qb + ΔQb) in den photoelektrischen Umwandlungselementen PD2, PD3 bzw. PD4 gespeichert. Wenn der Pixelkombinations-MOS-Transistor 74A2 zum Erreichen eines leitenden Zustandes ausgewählt wird, wird die Ladung Qa, die in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD2 gespeichert ist, in das photoelektrische Umwandlungselement PD3 kombiniert, wie durch den Pfeil in (A2) gezeigt. Dabei weist der Transistor 74A2 rechts von dem photoelektrischen Umwandlungs­ element PD2 eine Schwellspannung auf, die höher als die des Transistors 74B1, der auf der linken Seite angeordnet ist, ist, so daß die Restladung ΔQa in dem photoelektrischen Umwandlungs­ element PD2 verbleibt. Die Signalladung Qsig, die in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD3 kombiniert ist, weist die Ladung Qa und Qb auf. Vergleichbar verbleibt in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD4 die Restladung ΔQb, nachdem die Ladung Qb in dem photoelektrischen Umwandlungs­ element PD4 in das photoelektrische Umwandlungselement PD5 kombiniert ist.
Dann, in Feld B sind Ladungen Qc und (Qb + ΔQb) in den photoelektrischen Umwandlungselementen PD3 bzw. PD4 gespeichert, entsprechend einem Ladungsspeicherbetrieb von 1 Feldzeitraum. Jedoch ist in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD4 die Restladung ΔQb von dem vorhergehenden Feld A verblieben. Darum wird die Ladung (Qb + 2ΔQb) in dem photoelektrischen Um­ wandlungselement PD4 angesammelt, wie in (B1) gezeigt. Es ist anzumerken, daß die Ladung des photoelektrischen Umwandlungsele­ mentes PD2 bereits in das photoelektrische Umwandlungselement PD1 kombiniert ist (B1).
Wenn der Pixelkombinations-MOS-Transistor 74B2 leitend gemacht wird, wie in (B) gezeigt, wird die Ladung (Qb + 2ΔQb) in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD4 in das photoelektrische Umwandlungselement PD3 kombiniert, wie durch den Pfeil ange­ zeigt. Genauer enthält die Ladung Qsig, die aus dem photoelek­ trischen Umwandlungselement PD3 ausgelesen wird, die Ladung (Qb + Qc + 2ΔQb).
Derart ist im Feld A die Signalladung, die aus dem photoelektri­ schen Umwandlungselement PD3 ausgelesen wird, Qsig = Qa + Qb, während in Feld B die Signalladung, die aus dem photoelektri­ schen Umwandlungselement PD3 ausgelesen wird, Qsig = Qb + Qc + 2ΔQb, ist. Darum gibt es entsprechend der Restladung beim Si­ gnalladungsauslesen in den Feldern A und B eine Ladungsdifferenz von 2AQb. Diese Ladungsdifferenz von 2ΔQb ist der Grund für das Feldflimmern.
Es ist im Vergleich von (A2) und (B2) in Fig. 22 zu entnehmen, daß das photoelektrische Umwandlungselement PD4 beim Auslesen der Signalladung des photoelektrischen Umwandlungselementes PD3 in Feld A eine gespeicherte Ladung von (Qb + ΔQb) enthält, wäh­ rend das photoelektische Umwandlungselement PD4 keine ange­ sammelte Ladung beim Auslesen der Signalladung des photoelektri­ schen Umwandlungselementes PD3 in Feld B enthält. D. h., daß die Kopplungskapazität der von dem Auslesen der Signalladung betrof­ fenen Leitungen und Zufuhrleitungen, der Transistorübergänge und der Gates zwischen den Feldern differieren. Solche ungleichen Kopplungskapazitäten können auch der Grund für ein Feldflimmern sein.
Fig. 23 zeigt eine weitere Ausführungsform, die auf die Reduzie­ rung des oben beschriebenen Feldflimmerns zielt. Obwohl die Po­ tentialänderung aus Fig. 23 vergleichbar zu der aus Fig. 22 ist, zeigt Fig. 23 die Potentialänderung des Bildsensors aus Fig. 21, der entsprechend dem Zeitablaufdiagramm aus Fig. 24 betrieben wird. In Fig. 23 weist der Transistor 74A der Gruppe A eine Schwellspannung auf, die niedriger als die des Transistors 74B der Gruppe B ist.
Wie in Fig. 24 gezeigt, sind zum Zeitpunkt T0 des Feldes A Ladungen von (Qa + ΔQa), Qc und (Qb + ΔQb) in den photoelek­ trischen Umwandlungselementen PD2, PD3 bzw. PD4 gespeichert, wie in Fig. 23 (A1) gezeigt. In anderen Worten ein Ladungsspeicher­ betrieb eines Feldzeitraums geht dem Zeitpunkt T0 voraus.
Zum Zeitpunkt T1 erreicht die Signalleitung VTA2 H-Niveau (logisch hoch), wodurch der MOS-Transistor 74A2 zur Signalla­ dungskombination leitet, wie in Fig. 23 (A2) gezeigt. Die Si­ gnalladung des photoelektrischen Umwandlungselementes PD2 wird in das photoelektrische Umwandlungselement PD3 kombiniert, wie durch den durchgezogenen Pfeil T1 gezeigt. Dabei weist der Tran­ sistor 74A2 rechts von dem photoelektrischen Umwandlungselement PD2 eine Schwellspannung auf, die niedriger als die des Transi­ stors 74B1 ist, der auf der linken Seite angeordnet ist. Darum verbleibt keine Restladung in dem photoelektrischen Umwandlungs­ element PD2. Derart ist die in dem photoelektrischen Umwand­ lungselement PD3 kombinierte Ladung Qsig = Qa + Qb + ΔQa.
Wenn die Signalleitung VTB1 ein H-Niveau zum Zeitpunkt T2 er­ reicht, wird der Transistor 74B1 links von dem photoelektrischen Umwandlungselement PD2 leitend gemacht, wie in Fig. 23 (A2) ge­ zeigt, wobei die Restladung (in diesem Fall keine Ladung) ausge­ tastet bzw. ausgeladen wird, wie durch den gepunkteten Pfeil T2 dargestellt.
Zum Zeitpunkt T3, wenn die Signalleitungen VL2 und VTA2 auf M- Niveau eingestellt sind, wird die Signalleitung H1 auf ein H-Ni­ veau zur Auswahl des horizontalen MOS-Transistors 80 gebracht. Als ein Ergebnis wird die Signalladung Qsig in dem photoelektri­ schen Umwandlungselement PD3 ausgelesen.
Zum Zeitpunkt T4 wird der 1 horizontalen Periode nachfolgend die Signalleitung VL2 auf ein H-Niveau gebracht, wodurch das photoelektrische Umwandlungselement PD3 zum Initiieren der La­ dungsspeicherung zurückgesetzt wird. In anderen Worten wird der Rücksetzbetrieb für das photoelektrische Umwandlungselement PD1 während des Zeitraums der Kombinierung der Signalladung der pho­ toelektrischen Umwandlungselemente PD2 und PD3 und des Auslesens der Signalladung aus dem photoelektrischen Umwandlungselement PD3 ausgeführt. Die gespeicherte Ladung von (Qb + ΔQb) des pho­ toelektrischen Umwandlungselementes PD4 wird in das photo­ elektrische Umwandlungselement PD5 kombiniert, wenn der Transi­ stor 74A3 leitet, so daß keine Restladung in dem photo­ elektrischen Umwandlungselement PD4 verbleibt.
In Feld B, das den Ladungsspeicherbetrieb von 1 Feldzeitraum nachfolgt, sind Ladungen (Qa + ΔQa), Qc und (Qb + ΔQb) in den photoelektrischen Umwandlungselementen PD2, PD3 bzw. PD4 gespei­ chert, wie in dem vorherigen Feld A. Fig. 23 (B1) stellt das Po­ tential zum Zeitpunkt T0 in Feld B dar. Die gespeicherte Ladung Qa des photoelektrischen Umwandlungselementes PD2 ist bereits in das photoelektrische Umwandlungselement PD1 kombiniert, und die Restladung ΔQa ist in das photoelektrische Umwandlungselement PD3 kombiniert. Da es keine Restladung aus dem vorhergehenden Feld A in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD4 gibt, existiert nur die Ladung (Qb + ΔQb), die in einem Feldzeitraum gespeichert ist.
Zum Zeitpunkt T1 erreicht die Signalleitung VTB 2 ein H-Niveau, um den Transistor 74B2 leitend zu machen, wie in Fig. 23 (B2) gezeigt, wodurch die gespeichert Ladung Qb in den photoelektri­ schen Umwandlungselement PD4 in das photoelektrische Umwand­ lungselement PD3 kombiniert wird, wie durch den durchgezogenen Pfeil T1 gezeigt. Dabei verbleibt die Restladung Δb in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD4, da der Transistor 74B2 links von dem photoelektrischen Umwandlungselement PD4 eine Schwellspannung aufweist, die höher als die des rechtsseitigen Transistors 74A3 ist. Darum ist die in dem photoelektrischen Um­ wandlungselement PD3 kombinierte Ladung Qsig = Qa + Qb + ΔQa.
Zum Zeitpunkt T2 erreicht die Signalleitung Vta3 H-Niveau, um den Transistor 74A3 leitend zu machen, wodurch die Restladung ΔQb im photoelektrischen Umwandlungselement PD4 in das photo­ elektrische Umwandlungselement PD5 überführt wird, wie durch den gestrichelten Pfeil T2 gezeigt.
Es kann aus (A2) und (B2) aus Fig. 23 entnommen werden, daß die Signalladung, die aus dem photoelektrischen Umwandlungselement PD3 ausgelesen wird, Qsig = Qa + Qc + ΔQa in Feld A und Qsig = Qb + Qc + ΔQa in Feld B ist. D. h., daß ein Feldflimmern, daß durch eine Restladung verursacht wird, nicht erzeugt werden wird, da beide Signalladungen, die aus den Fel­ dern A und B ausgelesen werden, die Restladung für ΔQa enthal­ ten.
Fig. 25 ist vergleichbar zu Fig. 23 und zeigt den Fall, in dem der MOS-Transistor 74A der Gruppe A eine Schwellspannung auf­ weist, die höher als die des MOS-Transistors 74B der Gruppe B ist. Zum Zeitpunkt T0 aus Fig. 24 sind die photoelektrischen Um­ wandlungselemente PD2, PD3 und PD4 mit den Ladungen (Qa + ΔQa), Qc bzw. (Qb + ΔQb) in Feld A geladen, wie in Fig. 25 (A1) ge­ zeigt.
Zum Zeitpunkt T1 wird die Ladung Qa des photoelektrischen Um­ wandlungselementes PD2 in das photoelektrische Umwandlungsele­ ment PD3 kombiniert, wie in Fig. 25 (A2) gezeigt. Hier verbleibt die Restladung ΔQa in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD2, da der Transistor 74A2 rechts von PD2 eine Schwellspannung aufweist, die höher als die des Transistors 74B1 ist, der auf der linken Seite angeordnet ist. Genauer ist die in dem photo­ elektrischen Umwandlungselement PD3 kombinierte Signalleitladung Qsig = Qa + Qc.
Zum Zeitpunkt T2 wird die Restladung ΔQa in PD2 in das photo­ elektrische Umwandlungselement PD1 überführt. Dabei wird die Restladung ΔQa weggeworfen, da das photoelektrische Umwand­ lungselement PD1 zurückgesetzt wird. Vergleichbar wird die Rest­ ladung ΔQb in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD4 zum Wegwerfen überführt, wenn das photoelektrische Umwandlungsele­ ment PD3 zurückgesetzt wird. In anderen Worten gibt es keine Restladung in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD4, wenn das Abtasten des Feldes A endet.
Fig. 25 (B1) zeigt das Potential zum Zeitpunkt T0 im Feld B. Die gespeicherte Ladung (Qa + ΔQa) im photoelektrischen Umwand­ lungselement PD2 ist bereits in das photoelektrische Umwand­ lungselement PD1 kombiniert, und es gibt keine Restladung in PD2. Im photoelektrischen Umwandlungselement PD4 ist eine Restladung ΔQb des vorhergehenden Feldes A zurückgeblieben, so daß die Ladung (Qb + ΔQb) in 1 Feldzeitraum gespeichert wird.
Zum Zeitpunkt T1 wird die gespeicherte Ladung (Qb + ΔQb) im photoelektrischen Umwandlungselement PD4 in das photoelektrische Umwandlungselement PD3 kombiniert, wie in Fig. 25 (B2) gezeigt. Es verbleibt keine Restladung in dem photoelektrischen Umwand­ lungselement PD4, da der Transistor 74B2 links vom photoelektri­ schen Umwandlungselement PD4 eine Schwellspannung aufweist, die niedriger als die des Transistors 74A3 auf der rechten Seite ist. Genauer ist die in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD3 kombinierte Ladung Qsig = Qb + Qc + ΔQb.
Es kann aus (A2) und (B2) aus Fig. 25 entnommen werden, daß die Signalladung, die aus dem photoelektrischen Umwandlungselement PD3 ausgelesen wird, Qsig = Qa + Qc und Qsig = Ob + Qc + ΔQb in den Feldern A bzw. B ist. In anderen Worten weist die in Feld B ausgelesene Signalladung zusätzlich die Restladung ΔQb im Ver­ gleich mit der in Feld A ausgelesenen auf. Die Restladung ΔQb in der Signalladung aus Fig. 25 (B2) ist die Hälfte der Restla­ dung 2ΔQb der Signalladung aus Fig. 22 (B2). Daher wird das durch die Restladung in der Signalladung verursachte Feldflim­ mern auf die Hälfte reduziert.
Es kann dem Vergleich der Fig. 23 bis 25 entnommen werden, daß der Pixelkombinations-MOS-Transitor 74A der Gruppe A bevorzug­ terweise eine Schwellspannung aufweist, die niedriger als die des Transistors 74B der Gruppe B ist. Die Kanallänge des Transi­ stors 74A der Gruppe A ist kleiner eingestellt als die des Tran­ sistors 74B der Gruppe B, damit der Transistor 74A eine Schwell­ spannung aufweist, die niedriger als die des Transistors 74B ist. Es ist leicht zu erkennen, daß eine solche Steuerung der Kanallänge leicht ohne eine Erhöhung der Hcrstellungsschritte desselben ausgeführt werden kann. Alternativ kann die Ka­ nalbreite des Transistors 74A der Gruppe A größer als die des Transistors 74B der Gruppe B gemacht werden, damit der Transi­ stor 74A eine Schwellspannung aufweist, die niedriger als die des Transistors 74B ist. Die Kanalbreite eines MOS-Transistors kann leicht ohne Erhöhung der Zahl der Herstellungsschritte ge­ steuert werden.
Ein Effekt, der dem niedrigeren Einstellen der Schwellspannung des Transistors 74A der Gruppe A als der des Transistors 74B der Gruppe B vergleichbar ist, kann durch Auswahl einer Spannung des Steuersignals VTA des Transistors 74A auf einen höheren Wert als der des Steuersignals VTB des Transistors 74B erreicht werden.
Ein Verfahren zum Treiben eines Bildsensors entsprechend einer weiteren Ausführungsform wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 26 und 27 betrieben. Fig. 26 zeigt eine Potentialdarstel­ lung, die vergleichbar zu der von Fig. 25 ist, die den Betrieb entsprechend dem Zeitablaufdiagramm aus Fig. 27 darstellt.
Zum Zeitpunkt T1 in Feld A wird die Signalleitung VTA2 auf ein H-Niveau gebracht, um den Transistor 74A2 leitend zu machen, wo­ durch die gespeicherte Ladung Qa in dem photoelektrischen Um­ wandlungselement PD2 in das photoelektrische Umwandlungselement PD3 kombiniert wird. Dabei werden die Ladungen Qa und Qc in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD3 kombiniert, und die Restladung ΔQa verbleibt in dem photoelektrischen Umwandlungs­ element PD2. Zum Zeitpunkt T2 wird die Signalleitung VTB1 auf ein H-Niveau gebracht, um den Transistor 74B1 leitend zu machen, wodurch die Restladung ΔQa in dem photoelektrischen Umwand­ lungselement PD2 in das photoelektrische Umwandlungselement PD1 überführt wird. Fig. 26 (A1) zeigt den Zustand zum Zeitpunkt T2.
Vergleichbar wird zum Zeitpunkt T3 des nächsten horizontalen Zeitraums die Signalleitung VTA3 auf ein H-Niveau gebracht, um den Transistor 74A3 leitend zu machen, wodurch die gespeicherte Ladung Qb in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD4 in das photoelektrische Umwandlungselement PD5 kombiniert wird, wie durch den durchgezogenen Pfeil T3 gezeigt. Zum Zeitpunkt T4 wird die Signalleitung VTB2 auf ein H-Niveau gebracht, um den Transi­ stor 74B2 leitend zu machen, wodurch die Restladung ΔQb in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD4 in das photoelektrische Umwandlungselement PD3 überführt wird, wie durch den gestrichel­ ten Pfeil T4 gezeigt. Genauer ist die in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD3 kombinierte Signalladung
Qsig = Qs + Qc + ΔQb.
Zum Zeitpunkt T5 wird die Signalleitung H1 auf ein H-Niveau ge­ bracht, während die Signalleitungen VL2 und VTA2 auf einem Zwi­ schenniveau bleiben, wodurch die Signalladung Qsig über den ho­ rizontalen MOS-Transistor 80 ausgelesen wird. Dabei erreicht das Signal VL1 ein H-Niveau, wodurch das photoelektrische Umwand­ lungselement PD1 zurückgesetzt wird.
Zum Zeitpunkt T1 in Feld B wird die Signalleitung VTB2 auf ein H-Niveau gebracht, um den Transistor 74B2 leitend zu machen, wo­ durch die gespeicherte Ladung (Qb + ΔQb) in dem photoelektri­ schen Umwandlungselement PD4 in das photoelektrische Umwand­ lungselement PD3 kombiniert wird. Dabei ist die in PD3 kombi­ nierte Ladung (QB + Qc + ΔQb). Dieser Zustand ist in Fig. 26 (B1) gezeigt.
Vergleichbar wird zum Zeitpunkt T3 in dem nächsten horizontalen Zeitraum die Signalleitung VTB3 auf ein H-Niveau gebracht, um den Transistor 74B3 leitend zu machen, wodurch die in dem photo­ elektrischen Umwandlungselement PD6 gespeicherte Ladung in das photoelektrische Umwandlungselement PD5 kombiniert wird. Zum Zeitpunkt T4 wird die Signalleitung VTA2 auf ein H-Niveau ge­ bracht, um den Transistor 74A2 leitend zu machen, wodurch die Restladung (in diesem Fall gibt es keine Restladung) in dem pho­ toelektrischen Umwandlungselement PD2 in das photoelektrische Umwandlungselement PD3 überführt wird.
Dann wird zum Zeitpunkt T5 die Signalleitung H1 auf ein H-Niveau gebracht, wodurch die Signalladung Qsig = Qs + Qc + ΔQb in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD3 über den horizontalen MOS-Transistor 80 ausgelesen wird. Hier erreicht die Signallei­ tung VL1 ein H-Niveau, und das photoelektrische Umwandlungsele­ ment PD1 wird zurückgesetzt.
Es ist aus (A2) und (B2) aus Fig. 26 zu entnehmen, daß das Feld­ flimmern, das durch die Restladung verursacht wird, nicht er­ zeugt wird, da es keine Differenz in den Restladungen in der Signalladung Qsig in den Feldern A und B gibt. Es ist ebenso zu entnehmen, daß es keine Restladung in den photoelektrischen Um­ wandlungselementen PD2 und PD4, die auf den beiden Seiten des photoelektrischen Umwandlungselementes PD3, aus dem die Signal­ ladung ausgelesen wird, angeordnet sind, gibt. Darum wird das Feldflimmern aufgrund einer ungleichen Kopplungskapazität redu­ ziert.
Obwohl eine Ausführungsform beschrieben wurde, bei der der MOS- Transistor 74A der Gruppe A eine Schwellspannung aufweist, die höher als die des MOS-Transistors 74B der Gruppe B in Fig. 26 ist, ist aus Fig. 28 zu verstehen, daß ein vergleichbarer Effekt im entgegengesetzten Fall erreicht werden kann.
Ein Verfahren zum Treiben eines Bildsensors entsprechend einer weiteren Ausführungsform wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 29 und 30 beschrieben. Die Fig. 29 zeigt eine Potenti­ aldarstellung, die vergleichbar zu der aus Fig. 25 ist, und die den Betrieb entsprechend dem Zeitablaufdiagramm aus Fig. 30 dar­ stellt.
Wie Fig. 29 (A1) zeigt, speichern die photoelektrischen Umwand­ lungselemente PD2, PD3 und PD4 Ladung in Feld A. Wie Fig. 29 (A2) zeigt, wird die Signalleitung VTA2 zum Zeitpunkt T1 auf ein hohes Niveau gebracht, um den Transistor 74A2 leitend zu machen, wodurch die gespeicherte Ladung Qa in dem photoelektrischen Um­ wandlungselement PD2 in das photoelektrische Umwandlungselement PD3 kombiniert wird. Dabei verbleibt die Restladung ΔQa in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD2, da der Transistor 74A2 rechts von dem photoelektrischen Umwandlungselement PD2 eine Schwellspannung aufweist, die höher als die des Transistors 74B1 ist, der auf der linken Seite angeordnet ist.
Zum Zeitpunkt T2 werden die Signalleitungen VT1 und VTB1 auf ein H-Niveau gebracht, um die Transistoren 74A1 und 74B1 leitend zu machen, die auf den beiden Seiten eines photoelektrischen Um­ wandlungselementes PD1 angeordnet sind, wodurch die Restladung ΔQa in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD2 in das photoelektrische Umwandlungselement PD1 überführt bzw. übergeben wird. Zum Zeitpunkt T3, wenn die Signalleitungen VL2 und VTA2 ein Zwischenniveau erreichen, wird die Signalleitung H1 auf ein H-Niveau gebracht, wodurch die Signalladung Qsig = Qa + Qc aus dem photoelektrischen Umwandlungselement PD3 über den horizontalen MOS-Transistor 80 ausgelesen wird. Dabei erreicht die Signalleitung VL1 ein H-Niveau und das photoelektrische Umwandlungselement PD1 wird zurückgesetzt.
In Feld B, gezeigt in Fig. 29 (B1), ist die in dem photoelektri­ schen Umwandlungselement PD2 gespeicherte Ladung bereits in das photoelektrische Umwandlungselement PD1 kombiniert. Zum Zeit­ punkt T1 wird die Signalleitung VTB2 auf ein H-Niveau gebracht, um den Transistor 74B2 leitend zu machen, wodurch die gespei­ cherte Ladung (Qb+ΔQb) in dem photoelektrischen Umwandlungsele­ ment PD4 in das photoelektrische Umwandlungselement PD3 kombi­ niert wird. Es gibt keine Restladung in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD4, wie in Fig. 29 (B2) gezeigt, und die Si­ gnalladung, die in dem photoelektrischen Umwandlungselement PD3 kombiniert ist, wird Qsig = Qb + Qc + ΔQb. Vergleichbar zu Feld A werden zum Zeitpunkt T2 die Signalleitungen VTA1 und VTB1 auf ein H-Niveau gebracht, wodurch die Restladung (in diesem Fall keine Restladung) in das photoelektrische Umwandlungselement PD1 überführt wird. Zum Zeitpunkt T3 wird die Signalleitung H1 auf ein H-Niveau gebracht, wodurch die Signalladung Qsig aus dem photoelektrischen Umwandlungselement PD3 über den horizontalen MOS-Transistor 80 ausgelesen wird.
Es ist aus (A2) und (B2) aus Fig. 29 zu entnehmen, daß die Si­ gnalladung, die in Feld B ausgelesen wird, eine zusätzliche Restladung von ΔQb im Vergleich zu der in Feld A ausgelesenen aufweist. Bei dem Treiberverfahren aus Fig. 22 weist die Signal­ ladung in Feld B die Restladung 2ΔQb auf. Es ist zu entnehmen, daß das Treiberverfahren entsprechend der Ausführungsform aus Fig. 29 das Feldflimmern, das durch die Restladung verursacht wird, im Vergleich zu dem Treiberverfahren aus Fig. 22 auf die Hälfte reduziert.
Obwohl bei der zu Fig. 29 beschriebenen Ausführungsform der MOS- Transistor 74A der Gruppe A eine Schwellspannung aufweist, die höher als die des MOS-Transistors 74B der Gruppe B ist, ist aus Fig. 31 zu entnehmen, daß ein vergleichbarer Effekt im umgekehr­ ten Fall erhalten wird.
Bei den in den Fig. 23 bis 31 gezeigten Ausführungsformen wird die Mehrzahl der Stromversorgungsleitungen VLs in der Umgebung der Signalleitungen VTA und VTB, die ein H-Niveau erreichen, auf ein H-Niveau ein M-Niveau bzw. ein L-Niveau (siehe z. B. die Zeitpunkte T1 und T2 in Fig. 24) eingestellt, wenn die Signal­ leitungen VTA und VTB beim Kombinieren der Signalladung und beim Überführen der Restladung ein H-Niveau erreichen. Wenn eine Mehrzahl von Stromversorgungsleitungen VLs, die in geringem Ab­ stand angeordnet ist, voneinander unterschiedliche Potentiale aufweisen, werden die Potentiale der Signalleitungen VTA und VTB, die ein H-Niveau erreichen, durch eine kapazitive Kopplung mit der Stromversorgungsleitung VL beeinflußt. Eine Änderung des Potentials der Signalleitungen VTA oder VTB, die ein H-Niveau erreichen, wird den leitenden Zustand der Pixelkombinations- Transistoren 74A oder 74B beeinflussen, was zu einem Anstieg des Flimmerns zwischen den Feldern führt.
Es ist daher wünschenswert, auf der Mehrzahl von Stromversor­ gungsleitungen VLs nahe der Signalleitung VTA oder VTB, die ein H-Niveau erreicht, ein miteinander gleiches Potential (bevorzugterweise auf einem L-Niveau) herzustellen.
Fig. 32 ist ein zu Fig. 24 alternatives Zeitablaufdiagramm. Das Zeitablaufdiagramm aus Fig. 32 ist vergleichbar zu dem aus Fig. 24, wobei nur das Signal der Stromversorgungsleitung VL teil­ weise modifiziert ist. Genauer erreicht, wenn entweder die Si­ gnalleitung VTA oder VTB ein H-Niveau erreichen, die Mehrzahl von Stromversorgungsleitungen VLs nahe der Signalleitung VTA oder VTB ein L-Niveau.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden ein AMI-Bildsen­ sor mit einer hohen Integrationsdichte, der ein Zwei-Linien-Kom­ binationsauslesen ermöglicht, und ein bevorzugtes Treiberverfah­ ren dazu, ermöglicht.

Claims (17)

1. Bildsensor mit einer Mehrzahl von Pixeln, wobei jedes Pixel ein photoelektrisches Umwandlungselement (31, PD),
einen ersten MOS-Transistor (32) mit einem Gate, das mit dem photoelektrischen Umwandlungselement verbunden ist,
einen zweiten MOS-Transistor (33), der in Reihe mit dem ersten MOS-Transistor verbunden ist und
einen dritten MOS-Transistor (43), der in Reihe mit dem photo­ elektrischen Umwandlungselement verbunden ist, aufweist,
wobei die Schwellspannung des dritten MOS-Transistors (43) höher als die des zweiten MOS-Transistors (33) eingestellt ist.
2. Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Pixeln in einer Matrix mit einer Mehrzahl von Zeilen entlang einer horizontalen Richtung und einer Mehr­ zahl von Spalten entlang einer vertikalen Richtung angeordnet ist, und
daß der Bildsensor weiter eine Mehrzahl von vertikalen Signal­ leitungen (37) entlang jeder der Spalten und eine Mehrzahl von Horizontalauswahl-MOS-Transistoren (38) zur Auswahl der vertika­ len Signalleitungen aufweist,
wobei jeder der zweiten Transistoren (33) mit einer entsprechen­ den vertikalen Signalleitung verbunden ist.
3. Bildsensor nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Verstärker (60) niedriger Impedanz zwischen der vertikalen Auswahlleitung (37) und dem Horizontalauswahl-MOS-Transistor (38).
4. Bildsensor mit einer Mehrzahl von Pixeln, die in einer Ma­ trix mit einer Mehrzahl von Zeilen entlang einer horizontalen Richtung und einer Mehrzahl von Spalten entlang einer vertikalen Richtung angeordnet sind,
wobei jedes der in einer ersten Gruppe von Zeilen von alternie­ renden Zeilen angeordneten Pixel,
ein photoelektrisches Umwandlungselement (71, PD), einen ersten MOS-Transistor (72) mit einem Gate, das mit dem photoelektrischen Umwandlungselement verbunden ist,
einen zweiten MOS-Transistor (73), der in Reihe mit dem ersten MOS-Transistor verbunden ist, und
einen dritten MOS-Transistor (75, 5), der in Reihe mit dem pho­ toelektrischen Umwandlungselement verbunden ist, aufweist,
wobei jedes der in einer zweiten Gruppe von Zeilen der anderen alternierenden Zeilen enthaltenen Pixel ein photoelektrisches Umwandlungselement (71) aufweist, und
wobei der Bildsensor weiter einen vierten MOS-Transistor (74) zum Verbinden eines photoelektrischen Umwandlungselementes der ersten Gruppe und eines in der Spalte benachbarten photoelektri­ schen Umwandlungselementes der zweiten Gruppe aufweist.
5. Bildsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellspannung des dritten MOS-Transistors (75, 5) hö­ her als die des zweiten MOS-Transistors (72) eingestellt ist.
6. Bildsensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellspannung des vierten MOS-Transistors (74) höher als die des dritten MOS-Transistors (75, 5) eingestellt ist.
7. Bildsensor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Energiepotential eines photoelektrischen Umwandlungsele­ mentes der ersten Gruppe tiefer als das eines photoelektrischen Umwandlungselementes der zweiten Gruppe eingestellt ist.
8. Bildsensor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch einen fünften MOS-Transistor (6), der in Reihe mit dem dritten MOS-Transistor (5) verbunden ist, wobei die Gates des dritten und des fünften MOS-Transistors mit voneinander unterschiedli­ chen Verdrahtungen verbunden sind.
9. Bildsensor nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der vierte MOS-Transistor (74) einen Dünnschichttransistor (TFT) aufweist.
10. Bildsensor nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß der vierte MOS-Transistor (74) in eine Gruppe A (74A), die mit einem photoelektrischen Umwandlungselement der zweiten Gruppe von Zeilen in der Vorwärtsrichtung eines vertikalen Abta­ stens verbunden ist, und eine Gruppe B (74B), die mit einem photoelektrischen Umwandlungselement der zweiten Gruppe von Zei­ len in einer dem vertikalen Abtasten entgegengesetzten Richtung verbunden ist, geteilt ist,
wobei der vierte MOS-Transistor der Gruppe A eine Schwellspan­ nung aufweist, die niedriger als die des aus Gruppe B ist.
11. Bildsensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte MOS-Transistor aus Gruppe A (74A) eine Kanallänge aufweist, die kleiner als die des aus Gruppe B (74B) ist.
12. Bildsensor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte MOS-Transistor (74A) der Gruppe A eine Ka­ nalbreite aufweist, die größer als die des aus Gruppe B (74B) ist.
13. Verfahren zum Treiben eines Bildsensors mit einer Mehrzahl von Pixeln, die in einer Matrix mit einer Mehrzahl von Zeilen in einer horizontalen Richtung und einer Mehrzahl von Spalten in einer vertikalen Richtung angeordnet sind,
wobei jedes der in einer ersten Gruppe von Zeilen von alternie­ renden Zeilen enthaltenen Pixel,
ein photoelektrisches Umwandlungselement (71, PD), einen ersten MOS-Transistor (72) mit einem Gate, das mit dem photoelektrischen Umwandlungselement verbunden ist,
einen zweiten MOS-Transistor (73), der in Reihe mit dem ersten MOS-Transistor verbunden ist, und
einen dritten MOS-Transistor (75, 5), der in Reihe mit dem pho­ toelektrischen Umwandlungselement verbunden ist, aufweist,
und
wobei jedes der in einer zweiten Gruppe von Zeilen der entspre­ chenden anderen der alternierenden Zeilen enthaltenen Pixel ein photoelektrisches Umwandlungselement aufweist, und
wobei der Bildsensor weiter einen vierten MOS-Transistor (74) aufweist, der ein photoelektrisches Umwandlungselement der er­ sten Gruppe mit einem in der Spalte benachbarten photoelektri­ schen Umwandlungselement der zweiten Gruppe verbindet,
wobei das Verfahren die Schritte Leitendmachen eines vierten MOS-Transistors einer ausgewählten Zeile zum Kombinieren einer Signalladung, die in den photoelek­ trischen Umwandlungselementen der ersten und der zweiten Gruppe, die mit dem ausgewählten vierten MOS-Transistor verbunden sind, gespeichert ist, in einem photoelektrischen Umwandlungselement der ersten Gruppe,
Leitendmachen des anderen vierten MOS-Transistors, der mit dem entsprechenden photoelektrischen Umwandlungselement der zweiten Gruppe, das mit dem ausgewählten vierten MOS-Transistor verbun­ den ist, verbunden ist, und
Auslesen der in dem photoelektrischen Umwandlungselement der er­ sten Gruppe, das mit der Zeile des ausgewählten vierten MOS- Transistors verbunden ist, kombinierten Ladung, aufweist.
14. Verfahren zum Treiben eines Bildsensors mit einer Mehrzahl von Pixeln, die in einer Matrix mit einer Mehrzahl von Zeilen entlang einer horizontalen Richtung und einer Mehrzahl von Spal­ ten entlang einer vertikalen Richtung angeordnet sind,
wobei jedes der in einer ersten Gruppe von Zeilen von alternie­ renden Zeilen enthaltenen Pixel,
ein photoelektrisches Umwandlungselement (71, PD), einen ersten MOS-Transistor (72) mit einem Gate, das mit dem photoelektrischen Umwandlungselement verbunden ist, einen zweiten MOS-Transistor (73), der in Reihe mit dem ersten MOS-Transistor verbunden ist, und
einen dritten MOS-Transistor (75, 5), der in Reihe mit dem pho­ toelektrischen Umwandlungselement verbunden ist, aufweist, wobei jedes der in einer zweiten Gruppe von Zeilen der anderen alternierenden Zeilen enthaltenen Pixel ein photoelektrisches Umwandlungselement aufweist, und
wobei der Bildsensor weiter einen vierten MOS-Transistor (74) aufweist, der ein photoelektrisches Umwandlungselement der er­ sten Gruppe und ein in der Spalte benachbartes photoelektrisches Umwandlungselement aus der zweiten Gruppe verbindet,
wobei das Verfahren die Schritte Leitendmachen eines vierten MOS-Transistors einer ausgewählten Zeile zum Kombinieren von Signalladungen, die in photoelektri­ schen Umwandlungselementen der ersten und der zweiten Gruppe, die mit dem ausgewählten vierten MOS-Transistor verbunden sind, gespeichert sind, in einem photoelektrischen Umwandlungselement der ersten Gruppe,
Leitendmachen eines vierten MOS-Transistors einer Zeile, die der Zeile des ausgewählten vierten MOS-Transistors in einer Vor­ wärtsrichtung eines vertikalen Abtastens des vierten MOS-Transi­ stors nachfolgt, zum Kombinieren von Signalladungen, die in pho­ toelektrischen Umwandlungselementen der ersten und der zweiten Gruppe, die mit dem vierten MOS-Transistor einer nachfolgenden Reihe verbunden sind, in einem photoelektrischen Umwandlungsele­ ment der ersten Gruppe,
Leitendmachen des anderen vierten MOS-Transistors, der mit dem entsprechenden photoelektrischen Umwandlungselement der ersten Gruppe, das mit dem vierten MOS-Transistor der ausgewählten Reihe verbunden ist, verbunden ist, und
Auslesen der Ladung, die in dem photoelektrischen Umwandlungs­ element der ersten Gruppe, das mit der Zeile des ausgewählten vierten MOS-Transistors verbunden ist, kombiniert ist.
15. Verfahren zum Treiben eines Bildsensors mit einer Mehrzahl von Pixeln, die in einer Matrix mit einer Mehrzahl von Zeilen in horizontaler Richtung und einer Mehrzahl von Spalten in einer vertikalen Richtung angeordnet sind,
wobei jedes in einer ersten Gruppe von Zeilen von alternierenden Zeilen enthaltene Pixel,
ein photoelektrisches Umwandlungselement (71, PD), einen ersten MOS-Transistor (72) mit einem Gate, das mit dem photoelektrischen Umwandlungselement verbunden ist,
einen zweiten MOS-Transistor (73), der in Reihe mit dem ersten MOS-Transistor verbunden ist, und
einen dritten MOS-Transistor (75, 5), der in Reihe mit dem pho­ toelektrischen Umwandlungselement verbunden ist, aufweist, und wobei jedes in einer zweiten Gruppe von Zeilen der anderen al­ ternierenden Zeilen enthaltene Pixel ein photoelektrisches Um­ wandlungselement aufweist, und
wobei der Bildsensor weiter einen vierten MOS-Transistor (74), der ein photoelektrisches Umwandlungselement einer ersten Gruppe und ein in der Spalte benachbartes photoelektrisches Umwand­ lungselement einer zweiten Gruppe miteinander verbindet, aufweist,
wobei das Verfahren die Schritte Leitendmachen des vierten MOS-Transistors einer ausgewählten i- ten Zeile zum Kombinieren der Signalleitung, die in einem photo­ elektrischen Umwandlungselement der ersten Gruppe aus einer j­ ten Zeile und einem photoelektrischen Umwandlungselement aus ei­ ner k-ten Zeile, die mit einem vierten MOS-Transistor der i-ten Zeile verbunden sind, gespeichert ist, in einem photoelektri­ schen Umwandlungselement der j-ten Zeile,
Leitendmachen zweier der vierten MOS-Transistoren, die jeweils auf beiden Seiten eines photoelektrischen Umwandlungselementes der ersten Gruppe einer (j-1)-ten Zeile verbunden sind, und dann Auslesen der Ladung, die in dem photoelektrischen Umwand­ lungselement der ersten Gruppe der j-ten Zeile kombiniert ist, wobei i, j und k eine Zeilennummer des vierten MOS-Transistors in einer Vorwärtsrichtung eines vertikalen Abtastens, eine Zeilennummer eines photoelektrischen Umwandlungselementes der ersten Gruppe bzw. eine Zeilennummer eines photoelektrischen Umwandlungselementes der zweiten Gruppe darstellen, aufweist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der vierte MOS-Transistor (74) in eine Gruppe A (74A), die mit einem photoelektrischen Umwandlungselement der zweiten Gruppe von Zeilen in einer Vorwärtsrichtung des vertikalen Abta­ stens verbunden ist, und einer Gruppe B (74B), die mit einem photoelektrischen Umwandlungselement der zweiten Gruppe von Zei­ len in einer Richtung, die dem vertikalen Abtasten entgegenge­ setzt ist, verbunden ist, aufgeteilt ist, wobei an einem vierten MOS-Transistor (74A) der Gruppe A eine Gatespannung angelegt wird, die höher als die der Gruppe B (74B) ist.
17. Verfahren zum Treiben eines Bildsensors mit einer Mehrzahl von Pixeln, die in einer Matrix mit einer Mehrzahl von Zeilen entlang einer horizontalen Richtung und einer Mehrzahl von Spal­ ten entlang einer vertikalen Richtung angeordnet sind,
wobei jedes in einer ersten Gruppe von Zeilen von alternierenden Linien enthaltene Pixel
ein photoelektrisches Umwandlungselement (71, PD), einen ersten MOS-Transistor (72) mit einem Gate, das mit dem photoelektrischen Umwandlungselement verbunden ist,
einen zweiten MOS-Transistor (73), der in Reihe mit einem Lei­ tungsanschluß des ersten MOS-Transistors verbunden ist, eine Stromversorgungsleitung (VL), die mit dem anderen Leitungs­ anschluß verbunden ist, und
einen dritten MOS-Transistor (75, 5), der in Reihe mit dem pho­ toelektrischen Umwandlungselement verbunden ist, aufweist,
wobei jedes in einer zweiten Gruppe von Zeilen der anderen al­ ternierenden Zeilen enthaltene Pixel ein photoelektrisches Um­ wandlungselement (71, PD) aufweist, und
wobei der Bildsensor weiter einen vierten MOS-Transistor (74), der ein photoelektrisches Umwandlungselement der ersten Gruppe und ein in der Spalte benachbartes photoelektrisches Umwand­ lungselement der zweiten Gruppe verbindet, aufweist, wobei bei dem Verfahren, wenn ein vierter MOS-Transistor einer ausgewählten Zeile leitend gemacht wird,
das Potential einer ersten Stromversorgungsleitung, die mit ei­ nem ersten MOS-Transistor verbunden ist, der ein Gate aufweist, das mit einem photoelektrischen Umwandlungselement der ersten Gruppe verbunden ist, das mit dem ausgewählten vierten MOS-Tran­ sistor verbunden ist, gleich dem von mindestens einer zweiten und einer dritten Stromversorgungsleitung, die der ersten Stromversorgungsleitung auf der einen und der anderen Seite benachbart sind, eingestellt wird.
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