DE69033613T2

DE69033613T2 - Fotoelektrischer Umwandler

Info

Publication number: DE69033613T2
Application number: DE69033613T
Authority: DE
Inventors: Hashimoto. Seiji
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-05-31
Filing date: 1990-05-30
Publication date: 2001-05-03
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: US5172249A; EP0400985B1; EP0400985A2; EP0400985A3; DE69033613D1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen fotoelektrischen Umwandler, der beabsichtigt, Sensorrauschen zu vermindern.

Beschreibung des Standes der Technik

Als Sensor in einer Halbleiterbildaufnahmeeinrichtung oder dergleichen wird vorzugsweise ein Sensor des Verstärkungstyps verwendet, um den Ausgangssignalpegel anzuheben.
Der Sensor des Verstärkungstyps ist durch einen Transistor des MOS-, SIT-, FET-, des bipolaren Typs und anderen aufgebaut und verstärkt die Ladungen oder den Strom der akkumulierten Ladungen an seinen Steuerelektroden und gibt an einer Hauptelektrode ab. Beispielsweise ist der Sensor des Verstärkungstyps in der japanischen Patentveröffentlichungsgazette Nr. 55-28456 offenbart. Als eines der Probleme eines derartigen Sensors vom Verstärkungstyp ist das hohe Sensorrauschen zu erwähnen.
Das Sensorrauschen wird allgemein klassifiziert in Festmusterrauschen (wird nachstehend als FPN bezeichnet), das feststehend auftritt, und in Zufallsrauschen, das beim Rücksetzen der Steuerelektrode in die Steuerelektrode eingebracht wird.
Da unter den Sensorrauscharten das FPN feststehend auftritt, kann es vollständig eliminiert werden, indem vom Fotosignal des Sensors sein Dunkelstromausgangssignal subtrahiert wird. Das Dunkelstromausgangssignal kann gewonnen werden durch Auslesen unmittelbar nachdem die Akkumulationszeit fast auf Null gesetzt wurde, das heißt, nach Rücksetzen des Sensors.
Zum Eliminieren des an der Steuerelektrode auftretenden zufälligen Rauschens ist es andererseits hinreichend, das Sensorausgangssignal (Fotosignal) nach Abschluß der Akkumulation direkt nach dem Start der Akkumulation vom Sensorausgangssignal (Sensorrauschen) zu subtrahieren. Ein derartiges fotoelektrisches Wandlergerät, das den Subtraktionsprozeß ausführen kann, ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 63-47492 offenbart, das vom hiesigen Anmelder angemeldet wurde. Der obige fotoelektrische Umwandler verfügt über ein Speichermittel für Fotosignale und ein Speichermittel für Sensorrauschen, wobei die Differenz zwischen gespeicherten Fotosignal und dem gespeicherten Sensorrauschen gebildet wird.
Obwohl ein derartiger fotoelektrischer Umwandler für einen Zeilensensor sehr praktisch ist, vergrößert sich ein Chipbefläche des Speichermittels für das Sensorrauschen. Selbst wenn man das Speichermittel außerhalb der Bildaufnahmeeinrichtung vorsieht, ist ein Teilbildspeicher oder ein Vollbildspeicher erforderlich, und dann kommen Probleme bezüglich der Kosten auf, so daß es schwierig ist, einen derartigen Umwandler der praktischen Verwendung zuzuführen.
Andererseits gibt es einen Umwandler, bei dem ein fotoelektrischer Wandlerbereich auf den oberen Abschnitt eines Verstärkungstransistors laminiert ist, um die Empfindlichkeit des Sensors zu erhöhen und um einen Einfluß durch Sensorrauschen relativ zu reduzieren. Als einen derartigen Halbleiterbildaufnahmewandler ist ein Wandler in der japanischen Patentanmeldung Nr. 1-9098 (EP-A-0 379 349) offenbart, der bereits vom Anmelder der vorliegenden Erfindung angemeldet wurde.
Gemäß dem Halbleiterbildaufnahmegerät, bei dem ein fotoleitender Film laminiert ist, ist eine numerische Apertur des fotoelektrischen Wandlerbereichs extrem groß, so daß ein Sensorausgangssignal (S) auch gleichermaßen ansteigt. Zur Realisierung eines weiter verbesserten Rauschabstands ist es jedoch erforderlich, das Sensorrauschen (N) zu reduzieren.
Die Dokumente EP-A-0232593 und EP-A-0260954 beschreiben Anordnungen, bei denen ein Rauschsignal und ein Fotosignal aus einem Verstärkungssensortransistor ausgelesen und in einem Differentialverstärker subtrahiert werden. In der EP-A-0 260 954 verbindet ein Umschaltmittel das Rauschsignal und das Fotosignal der Reihe nach zur Eingabe in einen gemeinsamen Verstärker, so daß die Signale verstärkt werden, bevor sie den Differentialverstärker erreichen.
Die JP-A-63-100879 schlägt eine fotoelektrische Wandlereinrichtung mit einer zweidimensionalen Pixelanordnung vor. Jedes Pixel enthält einen Verstärkungs-MOSFET, eine Fotodiode, zwei Umschalt-MOSFET und einen Rücksetz-MOSFET. Die Fotodiode ist an das Gate des Verstärkungs-MOSFET über die zwei Umschalt-MOSFET angeschlossen. Im Pixel wird ein Umschalt- MOSFET von einer Zeilenauswahlsteuerzeile umgeschaltet, und der andere Umschalt-MOSFET wird von einer Spaltenauswahlsteuerleitung gesteuert. Der Rücksetz-MOSF13T ist ebenfalls mit dem Gate des Verstärkungs-MOSFET verbunden. Im Betrieb wird das Gate des Verstärkungs-MOSFET zurückgesetzt, und dann wird dieser Transistor leitend geschaltet, wobei er ein Source- Folgeausgangssignal an ein Korrelationsdoppelabtastmittel abgibt. Danach werden die Umschalt-MOSFET für das ausgewählte Pixel leitend geschaltet, wobei die Fotodiode mit dem Gate des Verstärkungs-MOSFET verbunden wird, und ein weiteres Source- Folgeausgangssignal wird für das Korrelationsdoppelabtastmittel bereitgestellt. Somit ist das Korrelationsdoppelabtastmittel in der Lage, das zweite Source-Folgeausgangssignal (stellt das Fotodiodensignal dar) hinsichtlich der Rauschkomponente zu kompensieren, die durch das erste Source-Folgeausgangssignal dargestellt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Nach der vorliegenden Erfindung ist ein fotoelektrischer Umwandler vorgesehen, wie er im Patentanspruch 1 angegeben ist. Die übrigen Ansprüche stellen optionale Merkmale dar.
Durch Vorsehen des Umschalttransistors zwischen dem Akkumulationsmittel zum Akkumulieren fotoinduzierter Ladungen und der Steuerzone des Verstärkungstransistors kann das Sensorrauschen unabhängig ausgelesen werden, ungeachtet der Arbeitsweise des Akkumulationsmittels. Nicht nur das FPN, sondern auch die Dunkelstromkomponente der Verstärkungseinrichtung und das Zufallsrauschen können beseitigt werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist ein Rücksetzmittel vorgesehen, das die Steuerzone des Verstärkungstransistors zurücksetzt, bevor die Ladungen des Akkumulationsmittels diese beaufschlagen, wobei das Ausgangssignal des Verstärkungstransistors als das erste Signal, nachdem die Steuerzone zurückgesetzt ist, ausgelesen wird; und nachdem der Umschalttransistor die Ladungen in das Akkumulationsmittel zur Steuerelektrode koppelt, wird das Ausgangssignal des Verstärkungstransistors als das zweite Signal ausgelesen. Dadurch wird die Dunkelstromkomponente des Verstärkungstransistors beseitigt, bevor die Fotoladungen gekoppelt werden, und das Potential der Steuerzone des Verstärkungstransistors wird auf einen niedrigeren Pegel gebracht als das Akkumulationspotential des Akkumulationsmittels. Somit können die Fotoladungen vollständig vom Akkumulationsmittel zum Verstärkungstransistor übertragen werden.
Wenn eine Akkumulationszone, die als Akkumulationsmittel dient, und der Verstärkungstransistor auf einem Substrat gebildet sind und eine fotoelektrische Wandlerzone über den Verstärkungstransistor laminiert ist und die fotoelektrische Wandlerzone und die Akkumulationszone verbunden werden, kann die numerische Apertur vergrößert werden, und der Störabstand kann verbessert werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist ein fotoelektrischer Umwandler vorgesehen mit einer Vielzahl von Pixeln in jedem der Akkumulationsmittel zum Akkumulieren von lichterregten Ladungen, ein Verstärkungstransistor zum Verstärken von Ladungen einer Steuerzone, und eine Übertragungseinrichtung zum Verbinden des Akkumulationsmittels mit der Steuerzone werden als Komponentelemente verwendet, wobei der Wandler ausgestattet ist mit: einem Rücksetzmittel, das zwischen den Steuerzonen und den Pixeln vorgesehen ist, die einander in Unterabtastrichtung benachbart sind; einem Mittel (i), das die Steuerzonen durch das Rücksetzmittel zurücksetzt und ein Ausgangssignal des Verstärkungstransistors als ein erstes Signal ausliest; (ii) Leitendschalten der Übertragungsseinrichtungen und zum Übertragen der Ladungen des Akkumulationsmittels zur Steuerzone; und (iii) zum Auslesen des Ausgangssignals des Verstärkungstransistors als ein zweites Signal, nachdem die Ladungen übertragen worden sind; und ein Subtrahierverarbeitungsmittel zum Ausführen eines Subtraktionsprozesses zwischen dem ersten und dem zweiten Signal.
Nach dem obigen Ausführungsbeispiel werden folglich des weiteren das Rücksetzmittel zum Rücksetzen der Steuerzone des Verstärkungstransistors, bevor die Ladungen im Akkumulationsmittel zum Verstärkungstransistor übertragen sind, vorgesehen, das Ausgangssignal des Verstärkungstransistors wird als ein erstes Signal ausgelesen, nachdem die Steuerzonen zurückgesetzt worden sind, und das Ausgangssignal des Verstärkungstransistors wird als zweites Signal ausgelesen, nachdem die Übertragungseinrichtungen leitend geschaltet sind und die Ladungen im Akkumulationsmittel zu den Steuerzonen übertragen worden sind. Folglich wird die Dunkelstromkomponente des Verstärkungstransistors eliminiert, bevor die Fotoladungen übertragen werden, und das Potential der Steuerzone des Verstärkungstransistors wird auf einen niedrigeren Wert gebracht als das Akkumulationspotential vom Akkumulationsmittel. Folglich können die Fotoladungen vollständig vom Akkumulationsmittel zum Verstärkungstransistors übertragen werden.
Nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist andererseits das Rücksetzmittel zwischen den Steuerzonen der Pixel vorgesehen, die einander in Unterabtastrichtung benachbart sind, und die Steuerzonen werden vom Rücksetzmittel zurückgesetzt. Die Pixel, die in Unterabtastrichtung angeordnet sind, können folglich gleichzeitig mit der Rücksetzoperation in Hauptabtastrichtung zurückgesetzt werden, und ein Betrieb wird erzielt, bei dem Unschärfen reduziert werden. In der Beschreibung bedeutet der Ausdruck "Unschärfe" ein Phänomen, bei dem beim Auslesen des Signals gemäß den akkumulierten Ladungen die Potentiale der Steuerzonen der Verstärkungstransistoren, die nicht ausgewählt sind, ansteigen und Ausgangssignale erscheinen von diesen Verstärkungstransistoren aufgrund exzessiv starker Lichtbestrahlung und dergleichen.
Der Grund, weswegen mit dem Ausführungsbeispiel Unschärfe reduziert werden kann, liegt daran, daß die Steuerzonen der Verstärkungstransistoren, die nicht ausgewählt sind, ebenfalls gemeinsam mit der Steuerzone des ausgewählten Verstärkungstransistors zuruckgesetzt werden können, bevor das Signal gemäß der akkumulierten Ladungen aus dem ausgewählten Verstärkungstransistor ausgelesen wird, so daß kein Ausgangssignal von den Verstärkungstransistoren auftritt, die nicht ausgewählt sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend detailliert anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist ein Teilschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines fotoelektrischen Wandlers nach der Erfindung;
Fig. 2 ist eine schematische Aufsicht von Pixeln des fotoelektrischen Umwandlers von Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X' des fotoelektrischen Umwandlers von Fig. 2;
Fig. 4A und 4B sind Querschnittsansichten entlang der Linie Y-Y' des fotoelektrischen Umwandlers von Fig. 2;
Fig. 5 ist eine Zeittafel für den fotoelektrischen Umwandler von Fig. 1;
Fig. 6 ist ein Teilschaltdiagramm des zweiten Ausführungsbeispiels eines fotoelektrischen Umwandlers der Erfindung;
Fig. 7 ist ein Teilschaltdiagramm des dritten Ausführungsbeispiels eines fotoelektrischen Umwandlers nach der Erfindung;
Fig. 8A und 8B sind Querschnittsansichten von Sensoren im vierten und fünften Ausführungsbeispiel nach der Erfindung;
Fig. 9 ist ein schematisches strukturelles Diagramm einer Halbleiterbildaufnahmeeinrichtung, bei der die vorliegende Erfindung angewandt ist;
Fig. 10 ist eine Zeittafel für einen fotoelektrischen Umwandler des sechsten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung;
Fig. 11 ist ein Teilschaltungsdiagramm des siebenten Ausführungsbeispiels eines fotoelektrischen Umwandlers nach der Erfindung;
Fig. 12 ist eine schematische Aufsicht von Pixeln des fotoelektrischen Umwandlers von Fig. 11;
Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X des fotoelektrischen Umwandlers von Fig. 12;
Fig. 14 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie Y-Y' des fotoelektrischen Umwandlers von Fig. 12; und
Fig. 15 ist eine Zeittafel zur Erläuterung der Arbeitsweise des fotoelektrischen Umwandlers von Fig. 11.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 ist ein Teilschaltdiagramm des ersten Ausführungsbeispiels eines fotoelektrischen Umwandlers nach der Erfindung.
Fig. 2 ist eine schematische Aufsicht von Pixeln des fotoelektrischen Umwandlers.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X' des fotoelektrischen Umwandlers von Fig. 2;
Fig. 4A und 4B sind Querschnittsansichten entlang der Linie Y-Y' eines fotoelektrischen Umwandlers von Fig. 2. Wie in Fig. 1 gezeigt, setzt sich ein Pixel zusammen aus:
einem PMOS-Transistor TrA zum Rücksetzen des Pixels; einem Kondensator CoR zur Steuerung der Übergangsrücksetzoperation des Pixels und der Akkumulier- und Leseoperation eines Signals; einer Fotodiode D, die als Akkumulationsmittel zum Akkumulieren von durch Licht erregten Ladungen dient; einem Verstärkungstransistor TrC zum Verstärken eines Signals aus der Fotodiode D; und einem PMOS-Transistor TrB, der als Umschalteinrichtung zum Übertragen der Ladungen dient, die in einer fotoelektrischen Wandlereinheit der Fotodiode D erzeugt werden, zu einer Basis, die als Steuerelektrode des Verstärkungstransistors TrC dient. VR und TB bedeuten Impulse zur Steuerung der PMOS-Transistoren TrA beziehungsweise TrB.
Ein Emitter des Verstärkungstransistors Trc ist mit den Akkumulationskondensatoren C&sub1; und C&sub2; über MOS-Transistoren T&sub1; und T&sub2; verbunden. T1 und T2 bedeuten Impulse zur Steuerung der MOS- Transistoren T&sub1; beziehungsweise T&sub2;. Tvc bedeutet einen MOS- Transistor zum Rücksetzen einer Vertikalsignalleitung. Ein Potential des MOS-Transistors Tvc wird durch die Steuerung eines Impulses VC auf ein Potential Vvc gebracht.
Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, sind die Pixel durch die PMOS-Transistoren TrA (durch eine Strichlinie in Fig. 3 dargestellt) getrennt. Der Kondensator CoR ist in einem Teil der Basis B des Verstärkungstransistors Trc durch eine Vielfachschicht L1 gebildet, die auf einer SiO&sub2;-Schicht vorgesehen ist. Ein Emitter E ist als eine Vertikalausgangsleitung über die Pixelisolationszone durch eine Al-Schicht L&sub2; verdrahtet und verbunden. Wie in den Fig. 2, 4A und 4B gezeigt, dient die Fotodiode D als eine fotoelektrische Wandlereinheit, und die Basis B des Verstärkungstransistors TrC ist entkoppelt durch die Schalteinrichtung mit dem PMOS- Transistor TrB (gezeigt durch Strichlinien in den Fig. 4A und 4B). Obwohl die anderen Abschnitte der Fotodiode D generell gegen Licht abgeschirmt sind, ist eine Lichtabschirmschicht in den Fig. 2 bis 4B fortgelassen. Bezugszeichen n' bedeutet eine Kanaldotierungszone.
Die Arbeitsweise des fotoelektrischen Umwandlers wird nun nachstehend anhand der Fig. 1 bis 4B beschrieben.
Fig. 5 ist eine Zeittafel zur Erläuterung der Arbeitsweise des fotoelektrischen Umwandlers.
In Fig. 5 bedeutet zunächst T&sub1; ein Rücksetzintervall (f&sub0;) einer Pixelleitung in Horizontalrichtung. Die Impulse VR und TB werden auf ein negatives Potential (-V) gebracht, und der PMOS- Transistor TrA und die Umschalteinrichtung TrH werden in den Leitendzustand gebracht, und die Horizontalpixelleitung wird nach Abschluß der Leseoperation der Ladungen zurückgesetzt.
Bezugszeichen T&sub2; bedeutet ein Übergangsrücksetzintervall einer Pixelleitung in der Horizontalrichtung. Wenn der Impuls VR ein positives Potential (+V) erlangt, wird der PMOS-Transistor TrA gesperrt, und das Potential der Basis des Verstärkungstransistors TrC und das Potential der Fotodiode D erhöhen sich durch den Kondensator CoR. Zur selben Zeit wird der Impuls VC auf H-Pegel gebracht, und der MOS-Transistor TVC wird leitend geschaltet, wodurch der Emitter des Verstärkungstransistors TrC auf ein vorbestimmtes Potential Vac gebracht wird. Zu dieser Zeit werden die Restladungen in der Fotodiode D und der Basis des Verstärkungstransistors TrC durch Rekombination mit einem Emitterstrom eliminiert (ein derartiger Zustand wird Übergangsrücksetzung genannt). Wenn danach der Impuls VC auf L-Pegel gebracht und der MOS-Transistor TVC gesperrt wird und der Impuls VR vom positiven Potential auf Massepotential (GND) gebracht wird, fällt auch das Potential der Basis des Verstärkungstransistors TrC und das Potential der Fotodiode D auch durch den Kodensator CoX ab. Wenn des weiteren der Impuls TB auf H-Pegel und auf Massepotential (GND) gebracht wird, erfolgt ein Sperren des PMOS-Transistors TrB, und die Fotodiode D startet die Akkumulation.
Bezugszeichen T&sub3; bedeutet ein Umschaltintervall (f&sub0; → f&sub1;) der Zeile, die durch Vertikalabtastung ausgewählt ist. Die Vertikalabtastung zum Umschalten der Zeilen wird von einem Vertikalschieberegister (nicht dargestellt) ausgeführt. Eine Horizontalpixelzeile wird als nächstes durch Steuerung von Impulsen V1 und V2 ausgewählt.
Bezugszeichen T&sub4; zeigt das Restladungs-Löschintervall des Akkumulationskondensators C&sub1; an. Wenn die Impulse VC und T1 auf H-Pegel kommen, werden die MOS-Transistoren TVC und T&sub1; leitend geschaltet, und die Restladungen im Akkumulationskondensator C&sub1; werden gelöscht. Danach werden die Impulse VC auf L-Pegel gesetzt, und der MOS-Transistor TVC wird gesperrt.
Bezugszeichen T&sub5; stellt ein Leseintervall des Sensorrauschens dar. Durch Einstellen des Impulses VR auf ein positives Potential (+V) und Anstieg des Basispotentials vom Verstärkungstransistor Trc wird die Leseoperation des Signals aus dem Verstärkertransistor Trc ausgeführt.
Zu dieser Zeit ist das Basispotential ein Dunkelzustands- Ausgangspotential. Eine von den Eigenschaften des Verstärkungstransistors TrC abhängige Ausgangsspannung tritt im Emitter auf. Eine derartige Ausgangsspannung wird im allgemeinen als Offsetspannung bezeichnet. Da Parameter einer Vielzahl von Verstärkungstransistoren sich voneinander geringfügig unterscheiden, unterscheiden sich auch ihre Emitterausgangsspannungen, das heißt, ihre Offsetspannungen unterscheiden sich. Unterschiede unter den Offsetpotentialen werden nun Sensorrauschen genannt. Das Sensorrauschen wird im Akkumulationskondensator C&sub1; akkumuliert.
Bezugszeichen T&sub6; bedeutet ein Restlade-Löschintervall des Akkumulationskondensators C&sub2;. Wenn die Impulse VC und T2 auf H- Pegel gesetzt werden, leiten die MOS-Transistoren TVC und T&sub2;, und die Restladungen im Akkumulationskondensator C&sub2; werden gelöscht. Durch Einstellen des Impulses VC danach auf L-Pegel wird der MOS-Transistor TVC gesperrt.
Bezugszeichen T&sub7; bedeutet einen Intervall zum Übertragen der Fotoladungen von der Fotodiode D auf die Basis des Verstärkungstransistors TrC. Wenn der Impuls 4B auf L-Pegel und auf ein negatives Potential (-V) kommt, wird der PMOS-Transistor TrB leitend, so daß die in der Fotodiode D akkumulierten Fotoladungen zur Basis des Verstärkungstransistors Trc übertragen werden.
Bezugszeichen Ta stellt ein Leseintervall eines Fotosignals dar. Wenn der Impuls VR auf ein positives Potential (+V) gebracht wird, erhöht sich das Basispotential des Verstärkungstransistors TrC durch den Kondensator CoX, und ein abgegebenes Fotosignal wird aus dem Verstärkungstransistor Trc ausgelesen. Das zuvor genannte Sensorrauschen ist im Fotosignal enthalten und wird im Akkumulationskondensator C&sub2; akkumuliert.
Signale jeweiliger Spalten aus den Akkumulationskondensatoren C&sub1;, in denen das Rauschen akkumuliert ist, und Signale jeweiliger Spalten aus den Akkumulationskondensatoren C&sub2;, in denen die Fotosignale akkumuliert sind, werden zu Horizontalausgangsleitungen durch Horizontalübertragungsschalter Th übertragen, die angesteuert und ausgewählt werden von einem Horizontalschieberegister HSR. Da Ausgangsanschlüsse der Horizontalausgangsleitungen mit einem Differentialverstärker DA verbunden sind, wird das Sensorrauschen schließlich von den Fotosignalen subtrahiert, und nur die Fotosignale können dargestellt werden.
Der Subtraktionsprozeß des Sensorrauschens wird nun nachstehend detailliert beschrieben.
Gemäß den Ergebnissen von Untersuchungen unterscheidet sich das FPN nach Abschluß der Übergangsrücksetzung aufgrund von Differenzen von Parametern, wie beispielsweise hFE und dergleichen, weicht der Verstärkungstransistoren Trc ab, und eine Variation von ΔV tritt unter Basispotentialen VB nach Abschluß der Übergangsrücksetzung auf. Im Falle des Emitterausgangssignals wird eine derartige Variation ΔV etwa (1 + Cbe/CB)-fach durch die Leseoperation erhöht. Bezugszeichen CB bedeutet eine zusammengesetzte Kapazität aus einer Basis- Kollektor-Kapazität CbC, einer Basis-Emitter-Kapazität Cbe und der Kapazität CoR.
Andererseits entspricht die Zufallsrauschkomponenete dem kTC-Rauschen nach Rücksetzung, das von der zusammengesetzten Kapazität CH für das Intervall T&sub1; abhängt, Zufallsrauschen nach Ausführen der Leseoperation des Sensortransistors und Zufallsrauschen nach Übertragung der Fotoladungen der Fotodioden D für die Intervalle T&sub7; und Ta. Das kTC-Rauschen nach Rücksetzen fällt durch die Übergangsrücksetzung leicht ab und wird auf einen Wert mit etwa K ( = 1/ 2) multipliziert. Jedoch wird ein derartiges kTC-Rauschen durch den obigen Subtraktionsprozeß eliminiert.
Andererseits ist das Zufallsrauschen nach Übertragung der Fotoladungen durch die Basiseingangszeitkonstante bandbegrenzt und ist gering und kann von daher ignoriert werden.
Obwohl das Zufallsrauschen nach der Leseoperation von der Basiskapazität CB, einer Ladekapazität CV und einer Akkumulationskapazität CT, die von der Emitterseite gesehen werden, einem Stromverstärkungsfaktor hFE und dergleichen abhängt, ist herausgefunden worden, daß durch Einstellen des Stromverstärkungsfaktors hFE auf einen hohen Wert, um dadurch einen nicht-zerstörerischen Grad zu erreichen, das Zufallsrauschen nach der Leseoperation auf einen extrem kleineren Wert als das Zufallsrauschen nach Rücksetzen eingestellt werden kann. Dies bedeutet, daß in Hinsicht auf das FPN- und kTC- Rauschen des Sensors der Rauschabstand weitestgehend durch den Subtraktionsprozeß zwischen dem Fotosignal und dem Sensorrauschen verbessert werden kann. Nachdem in der CCD das Ladungs- /Spannungswandelausgangssignal verstärkt worden ist, wird das kTC-Rauschen aufgrund des Rücksetztransistors durch ein Korrelationsdoppelabtastverfahren eliminiert; jedoch ist das Verstärkungsrauschen der Hochgeschwindigkeitsansteuerung dominant.
Im Wandler, bei dem jedes Pixel durch eine Verstärkungseinrichtung wie im Ausführungsbeispiel aufgebaut ist, wird die Abtastung mit geringer Geschwindigkeit durch einen Horiozontalabtastintervall (1H) ausgeführt, so daß das Verstärkungsrauschen, das heißt, das ausgelesene Rauschen extrem gering ist.
Andererseits wird auch die Dunkelstromkomponente des Verstärkungstransistors eliminiert, wenn die Subtraktion zwischen dem Sensorrauschen und dem Fotosignal ausgeführt wird.
Fig. 6 ist ein Teilschaltungsdiagramm des zweiten Ausführungsbeispiels eines fotoelektrischen Umwandlers nach der Erfindung.
Es ist ein Merkmal des zweiten Ausführungsbeispiels, daß die PMOS-Transistoren TrA und Trs in Reihe geschaltet sind, und die Fotodiode D ist an einem Knoten dieser Transistoren angeschlossen. Eine derartige Anordnung wird vorzugsweise dann verwendet, wenn die Horizontalpixelgröße größer als die Vertikalpixelgröße ist.
Die Pixel werden von Rücksetzimpulsen VR1 und R2 auf negatives Potential zurückgesetzt und schalten die PMOS- Transistoren TrA und TrB leitend.
Die Übergangsrücksetzung wird in einer solchen Weise ausgeführt, daß der Impuls VR2 auf ein positives Potential gebracht wird, wodurch der PMOS-Transistor TrB sperrt, das Potential der Basis des Verstärkungstransistors TrC wird durch den Kondensator Cox erhöht, und der Emitter des Verstärkungstransistors Trc wird auf ein vorbestimmtes Potential gebracht.
Die Akkumulation von Ladungen wird in einer solchen Weise ausgeführt, daß die Impulse VR1 und VR2 auf Massepotential (GND) gebracht werden, um dadurch die PMOS-Transistoren TrA und TrH zu sperren, und die Ladungen werden in der Fotodiode D akkumuliert.
Das Sensorrauschen wird in einer solchen Weise ausgelesen, daß nach Abschluß der Ladungsakkumulation der Impuls VR2 auf ein positives Potential gebracht wird, wodurch der PMOS-Transistor TrB gesperrt wird, das Basispotential des Verstärkungstransistors Trc wird durch den Kondensator Cox erhöht, und das Rauschen wird vom Emitter des Verstärkungstransistors Trc ausgelesen.
Das Fotosignal wird auf folgende Weise ausgelesen. Das heißt, der Impuls VR2 wird auf Massepotential (GND) gebracht, wodurch der PMOS-Transistor TrE gesperrt wird. Der Impuls VR1 wird auf ein negatives Potential gesetzt, um dadurch den PMOS- Transistor TrA zu sperren. Die Fotoladungen der Fotodiode D werden zur Basis des Verstärkungstransistors TrC übertragen. Der Impuls VR1 wird auf Massepotential (GND) gebracht, wodurch der PMOS-Transistor TrA gesperrt wird. Der Impuls VR2 wird auf ein positives Potential gebracht, wodurch der PMOS-Transistor TrH gesperrt wird. Das Basispotential des Verstärker-MOS-Transistors Trc wird durch den Kondensator CoX erhöht. Das Fotosignal wird vom Emitter des Verstärker-MOS-Transistors Trc ausgelesen.
Obwohl das Betriebsverfahren des zweiten Ausführungsbeispiels sich geringfügig von demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels unterscheidet, kann das Sensorrauschen in einer gleichen Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel beseitigt werden.
Fig. 7 ist ein Teilschaltdiagramm des dritten Ausführungsbeispiels eines fotoelektrischen Umwandlers nach der Erfindung.
Ein Merkmal des dritten Ausführungsbeispiels besteht darin, daß ein MOS-Transistor als Verstärkungsvorrichtung verwendet wird.
Im Diagramm ist ein MOS-Transistor TrA' ein Rücksetz-MOS- Transistor, um die Restladungen in einer Gate-Zone zu löschen, die als Steuerelektrode eines MOS-Transistors Trc' dient. Im ersten Ausführungsbeispiel ist das Rücksetzen ausgeführt worden, weil die Verstärkungseinrichtung mit einem bipolaren Transistor aufgebaut ist. Da im dritten Ausführungsbeispiel jedoch die Verstärkungseinrichtung einen MOS-Transistor hält, ist die Übergangsrücksetzoperation nicht erforderlich. Das Zufallsrauschen, das in den Fotoladungen enthalten und in der Fotodiode D akkumuliert ist, das zum Gate übertragen und vom MOS- Transistor ausgelesen wird, führt dazu, daß die Korrelation zwischen dem Sensorrauschen und dem im abgegebenen Fotosignal enthaltenen Sensorrauschen sehr hoch ist, weil die Gate-Ladungen in einer Steuerelektrode nicht nach dem Lesen zerstört werden, wenn ein MOS-Transistor oder ein FET als eine Verstärkungseinrichtung des Sensor-MOS-Transistors verwendet wird. Folglich kann der Sensor letztlich einen hohen Rauschabstand erreichen.
Fig. 8A und 8B sind Querschnittsansichten von Sensoren im vierten beziehungsweise fünften Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.
Es ist ein Merkmal des vierten und fünften Ausführungsbeispiels, daß ein laminierter fotoleitfähiger Film in einer fotoelektrischen Wandlerzone verwendet wird.
Wie in den Diagrammen gezeigt, ist eine Pixelelektrode vom fotoleitfähigen Film mit der Fotodiodeneinheit in Fig. 4 im ersten Ausführungsbeispiel des photoelektrischen Umwandlers verbunden.
Im Diagramm bedeutet Bezugszeichen 1 einen fotoleitfähigen Film; 2 bedeutet eine transparente Elektrode; 3 eine Pixelelektrode; und 4 eine Isolierschicht. Der Film 1 ist mit einer p-dotierten Halbleiterzone verbunden, die die Fotodiodeneinheit durch die Pixelelektrode 3 aufbaut.
Nach dem vierten und fünften Ausführungsbeispiel können die numerische Apertur und der Rauschabstand erhöht werden, da der fotoleitfähige Film über der Verstärkungseinrichtungseinheit vorgesehen sein kann.
Fig. 9 ist ein schematisches Schaltdiagramm einer Halbleiterbildaufnahmeeinrichtung, bei der die Erfindung verwendet werden kann.
Im Diagramm werden die Bildaufnahmeeinrichtungen, in der Fotosensoren in einer Fläche angeordnet sind, fernsehmäßig von einer Vertikalabtasteinheit 202 und einer Horizontalabtasteinheit 203 abgetastet.
Ein von der Horizontalabtasteinheit 203 abgegebenes Signal wird als Fernsehnormsignal durch eine Verarbeitungsschaltung 204 ausgegeben.
Ansteuerimpulse HS, H1, H2, VS, V1, V2 und so weiter der Vertikal- und Horizontalabtasteinheiten 202 und 203 werden von einem Treiber 205 geliefert. Andererseits wird der Treiber 205 von einer Steuerung 206 angesteuert.
Gemäß dem zuvor detailliert beschriebenen fotoelektrischen Umwandler in jedem der Ausführungsbeispiele nach der Erfindung kann durch Vorsehen des Umschaltmittels zwischen dem Akkumuliermittel zum Akkumulieren der lichterregten Ladungen und des Verstärkermittels zum Verstärken der Ladungen der Steuerelektrode das Sensorrauschen die Verstärkungseinrichtung unabhängig ausgelesen werden, ungeachtet der Arbeitsweise des Akkumuliermittels. Nicht nur das FPN, sondern auch die Dunkelstromkomponente und das Zufallsrauschen der Verstärkungseinrichtungen können beseitigt werden. Andererseits kann die Verstärkungseinrichtung mit langsamer Geschwindigkeit angesteuert werden. Das Rauschen nach Auslesen kann weitestgehend reduziert werden. Somit kann eine Bildaufnahmeeinrichtung mit hohem Störabstand realisiert werden.
Wenn die Akkumulationszone, die als Akkumuliermittel dient, und die Verstärkerzone, die als Verstärkungsmittel dient, auf dem Substrat gebildet sind, und die fotoelektrische Wandlerzone auf der Verstärkungszone und der fotoelektrischen Wandlerzone laminiert ist und die Akkumulationszone angeschlossen ist, kann die numerische Apertur erhöht werden und ebenso der Störabstand.
Fig. 10 ist eine Zeittafel des siebenten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung.
In Fig. 10 bedeutet T11 ein vollständiges Rücksetzintervall des Verstärkungstransistors TrC in Horizontalrichtung. T11 zeigt auch ein Ausgangsintervall von Signalen und Sensorrauschen aus den Akkumulationskondensatoren C&sub1; und C&sub2;, die nachstehend erläutert werden. Das vollständige Rücksetzen wird durch Einstellen des Impulses VR auf ein negatives Potential (VL, gezeigt im Diagramm) eingestellt und schaltet den PMOS-Transistor TrA leitend.
Das Basispotential ist durch die vollständige Rücksetzung an GND geklammert. Aufgrund dieser Tatsache kann die Dunkelstromkomponente des Verstärkungstransistors eliminiert werden.
Für ein Intervall T&sub1;&sub2; wird die Übergangsrücksetzung nach dem Abschluß der Rücksetzung im Intervall T&sub1;&sub1; ausgeführt. Durch Einstellen des Impulses VR auf ein positives Potential (VH im Diagramm), wird der PMOS-Transistor TrA gesperrt. Das Basispotential des Verstärkungstransistors TrC erhöht sich über den Kondensator Cox. Zur selben Zeit wird durch Einstellen des Impulses VC auf H-Pegel der MOS-Transistor TVC leitend geschaltet, wodurch der Emitter des Verstärkungstransistors Trc auf ein vorbestimmtes Potential VVC gebracht wird. Zu dieser Zeit fällt die Menge der Basisladungen des Verstärkungstransistors Trc aufgrund der Rekombination mit dem Emitterstrom schnell ab. Andererseits wird durch Einstellen des Impulses T1 auf den H- Pegel der MOS-Transistor T&sub1; leitend geschaltet, und der Akkumulationskondensator C&sub1; wird auf ein vorbestimmte Potential VVC zurückgesetzt.
Bezugszeichen T13 bedeutet ein Leseintervall des Sensorrauschens. Der Impuls VR wird auf einem positiven Potential VH gehalten. In diesem Zustand wird durch Einstellen des Impulses VC auf L-Pegel der MOS-Transistor VC gesperrt, und der Emitter des Verstärkungstransistors Trc wird in den Schwebezustand versetzt. Somit wird die Spannung des Emitteranschlusses auf ein Potential gebracht, an dem die Basisspannung wiedergegeben wird.
Zu dieser Zeit entspricht das Basispotential dem Dunkelzustands-Ausgangspotential. Eine Offsetspannung, die von den Eigenschaften des Verstärkungstransistors Trc abhängt, tritt am Emitter auf. In dieser Beschreibung werden die Unterschiede zwischen den Offsetpotentialen der Verstärkungstransistoren Sensorrauschen genannt. Das Sensorrauschen wird im Akkumulationskondensastor C&sub1; akkumuliert.
Nachdem das Sensorrauschen ausgelesen ist, ändert der Impuls sich von der hohen Spannung VH auf eine dazwischen liegende Spannung VM. Die Basis des Verstärkungstransistores Trc ist über den Kondensator Cox durch eine derartige Potentialänderung umgekehrt vorgespannt.
Bezugszeichen T&sub1;&sub4; bedeutet einen Intervall zum Übertragen der Fotoladungen der Fotodiode D zur Basis des Verstärkungstransistors Trc. Durch Einstellen des Impulses TB auf eine niedrige Spannung und auf ein negatives Potential (VL) wird die Übertragungseinrichtung TrB leitend geschaltet, und die Fotoladungen, die in der Fotodiode D akkumuliert sind, werden zur Basis des Verstärkungstransistors Trc übertragen.
Da das Basispotential des Verstärkungstransistors Trc niedriger eingestellt wird als das Potential der Fotodiode D, werden die Fotoladungen vollständig von der Fotodiode D zum Verstärkungstransistor Trc übertragen.
Nach dem Intervall T&sub1;&sub4; wird durch Einstellen des Impulses VC auf den H-Pegel der MOS-Transistor TVC leitend geschaltet. Durch Einstellen des Impulses % auf H-Pegel wird der Transistor T&sub2; leitend geschaltet. Somit wird der Akkumulationskondensator C&sub2; auf ein vorbestimmtes Rücksetzpotential VVC gebracht.
Bezugszeichen T&sub1;&sub5; zeigt ein Leseintervall des Fotosignals an. Wenn der Impuls VR auf ein positives Potential (VB) gebracht wird, steigt das Basispotential des Verstärkungstransistors Trc durch den Kondensator CoX an, und das abgegebene Fotosignal wird aus dem Verstärkungstransistor Trc gelesen. Das obige Sensorrauschen ist im Fotosignal enthalten und im Akkumulationskondensator C&sub2; akkumuliert.
Signale der jeweiligen Spalten aus den Akkumulationskondensatoren C&sub1;, in denen das Sensorrauschen akkumuliert ist, und Signale jeweiliger Spalten aus dem Akkumulationskondensatoren C&sub2;, in denen die Fotosignale akkumuliert sind, werden zu Horizontalausgabeleitungen durch Horizontalübertragungsschalter Th übertragen, die vom Horizontalschieberegister HSR angesteuert und ausgewählt werden. Da die Ausgangsanschlüsse der Horizontalausgangsleitungen mit dem Differentialverstärker DA verbunden sind, wird Sensorrauschen schließlich von Fotosignalen subtrahiert, und nur die Fotosignale können in gleicher Weise wie im Falle des ersten bis fünften Ausführungsbeispiels dargestellt werden.
Bei der Zeitvorgabe im in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Übergangsrücksetzung im Intervall T&sub1;&sub2; ausgeführt. Jedoch ist die Übergangsrücksetzung keine unverzichtbare Bedingung. Wenn beispeilsweise ein Bipolartransistor als ein Verstärkungstransistor verwendet wird, kann die Übergangsrücksetzung ausgeführt werden. Wenn jedoch ein MOS-Transistor verwendet wird, kann die Übergangsrücksetzung nicht ausgeführt werden.
Nach dem sechsten bereits zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Rücksetzmittel zum Rücksetzen der Steuerelektrode des Verstärkungsmittels, bevor die Ladungen des Akkumuliermittels zum Verstärkungsmittel übertragen sind, vorgesehen, und nachdem die Steuerelektrode zurückgesetzt wurde, wobei das Ausgangssignal des Verstärkungsmittels als erstes Signal ausgelesen wird, während nachdem die Übertragungseinrichtung leitend geschaltet wurde und die Ladungen im Akkumuliermittel zur Steuerelektrode übertragen wurden, wird das Ausgangssignal des Verstärkungsmittels als zweites Signal ausgelesen. Somit kann die Dunkelstromkomponente des Verstärkungsmittels eliminiert werden, bevor die Fotoladungen übertragen werden. Das Potential der Steuerelektrode des Verstärkungsmittels wird niedriger eingestellt als das Akkumulationspotential des Akkumulationsmittels. Die Fotoladungen können vollständig vom Akkumulationsmittel zum Verstärkungsmittel übertragen werden.
Das siebente Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben.
Fig. 11 ist ein Teilschaltdiagramm des siebenten Ausführungsbeispiels eines fotoelektrischen Umwandlers nach der Erfindung.
Fig. 12 ist eine schematische Aufsicht auf Pixel des fotoelektrischen Umwandlers von Fig. 11.
Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X' des fotoelektrischen Umwandlers von Fig. 12.
Fig. 14 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie Y-Y' des fotoelektrischen Umwandlers von Fig. 12.
Obwohl fotoelektrische Wandlereinheiten des fotoelektrischen Umwandlers vom siebenten Ausführungsbeispiel wie eine Matrix angeordnet sind, sind nur vier Pixel der Zeichnung in Fig. 11 aus Gründen besserer Übersichtlichkeit gezeigt.
Wie in Fig. 11 gezeigt, setzt sich ein Pixel zusammen aus:
dem PMOS-Transistor TrA zum Rücksetzen des Pixels; dem Kondensator CoX zum Steuern der Übergangsrücksetzung des Pixels und der Akkumulation und Leseoperationen des Signals; der Fotodiode D, die als Akkumulationsmittel zum Akkumulieren der lichterregten Ladungen dient; dem Verstärkungstransistor Trc zur Verstärkung des Signals aus der Fotodiode D und der Übertragungseinrichtung TrB; zum Übertragen der Ladungen, die in der fotoelektrischen Wandlereinheit der Fotodiode D erzeugt werden, zur Basis, die als Steuerelektrode des Verstärkungstransistors Trc dient. Die Gates der PMOS- Transistoren TrB der in Hauptabtastrichtung angeordneten Pixel und einem der Anschlüsse eines jeden der Kondensatoren CoX sind zusammengeschaltet. Alle die Gates der PMOS-Transistoren TrA der in Hauptabtastrichtung angeordneten Pixel und der Unterabtastrichtung sind zusammengeschaltet. c und VR(D) bedeuten Impulse zur Steuerung des PMOS-Transistors TrA beziehungsweise der Übertragungseinrichtung TrB.
Der Emitter des Verstärkungstransistors Trc ist mit den Akkumulationskondensatoren C&sub1; und C&sub2; über die MOS-Transistoren T&sub1; und T&sub2; verbunden. Das Sensorrauschen und die Signale werden jeweils in den Akkumulationskondensatoren C&sub1; beziehungsweise C&sub2; akkumuliert und werden als ein Sensorrauschsignal (Sout) und ein Ausgangssignal (Nout) durch die Steuerung der Impulse H&sub1; und H2 aus dem Horizontalschieberegister HSR ausgegeben. Bezugszeichen T1 und T2 bedeuten die Impulse zum Steuern der MOS-Transistoren T&sub1; beziehungsweise T&sub2;. Bezugszeichen TVC bedeutet einen MOS- Transistor zum Rücksetzen vertikaler Signalleitungen. Der MOS- Transistor Tvc wird durch die Steuerung des Impulses VC auf das Potential VVC gebracht.
Wie in den Fig. 12 und 14 gezeigt, dienen die Basen B als Steuerelektroden der Pixel und sind in Unterabtastrichtung durch den PMOS-Transistor TrA entkoppelt (gezeigt durch eine gestrichelte Linie in Fig. 14). Wenn der PMOS-Transistor TrA leitend geschaltet ist, wird die Basis B eines jeden Pixels zurückgesetzt. Obwohl jedes Pixel über ein p-dotiertes Substrat verfügt, wie in den Fig. 13 und 14 gezeigt, kann es auch über ein n-dotiertes Substrat gebildet sein.
Wie andererseits in Fig. 13 gezeigt, ist der Kondensator CoX in einem Teil der Basis B des Verstärkungstransistors Trc durch die Mehrfachschicht L&sub1; gebildet, vorgesehen über der SiO&sub2;- Schicht. Der Emitter E ist verdrahtet und verbunden als eine Vertikalausgangsleitung durch die Al-Schicht L&sub2;. Wie in Fig. 12 gezeigt, sind die Fotodiode D, die als fotoelektrische Wandlereinheit dient, und die Basis B vom Verstärkungstransistor Trc durch die Übertragungseinrichtung mit dem PMOS-Transistor TrB entkoppelt (gezeigt durch eine unterbrochene Linie in Fig. 13). Beim Leitendschalten der PMOS-Transistor TrB werden die in der Fotodiode D akkumulierten Ladungen zur Basis B des Verstärkungstransistors Trc übertragen. Obwohl die anderen Abschnitte, außer der Fotodiode D, im allgemeinen gegen Licht abgeschirmt sind, ist dies in den Fig. 12 bis 14 nicht dargestellt.
Die Arbeitsweise des fotoelektrischen Umwandlers wird nun nachstehend anhand der Fig. 11 bis 14 beschrieben.
Fig. 15 ist eine Zeittafel zur Erläuterung der Arbeitsweise des fotoelektrischen Umwandlesrs.
In Fig. 15 bedeutet T&sub2;&sub1; ein Rücksetzintervall eines Pixelzuges in Unterabtastrichtung. Durch Einstellen des Impulses C Auf ein negatives Potential (-V) wird der PMOS-Transistor TrA leitend geschaltet, und die Steuerelektrode (Basis) des Verstärkungstransistors TrC wird zurückgesetzt, bevor das Sensorrauschen und das Signal ausgelesen werden.
Bezugszeichen T&sub2;&sub2; zeigt ein Übergangsrücksetzintervall des Pixelzuges in Unterabtastrichtung. Wenn der Impuls VR auf ein positives Potential gebracht wird (+V), steigt das Basispotential des Verstärkungstransistors Trc durch den Kondensator CoX an. Durch Einstellen des Impulses VC, auf H-Pegel wird zur selben Zeit der MOS-Transistor TVC leitend geschaltet, und der Emitter des Verstärkungstransistors Trc wird auf ein vorbestimmtes Potential VVC gebracht. Das Basispotential des Verstärkungstransistors TrC fällt zu dieser Zeit schnell durch die Rekombination in den Ladungen in der Basis ab, und der Emitterstrom ebenfalls (ein derartiges Phänomen wird Übergangsrücksetzung genannt). Indem ebenfalls der Impuls T1 auf H-Pegel gebracht wird, wird der MOS-Transistor T&sub1; leitend geschaltet, und das Potential des Akkumulationskondensators C&sub1; wird auf das Potential VVC gebracht.
Für ein Intervall T&sub2;&sub3; wird der MOS-Transistor TVC durch Einstellen des Impulses VC auf den L-Pegel gesperrt, der Emitter des Verstärkungstransistors TrC wird in eine Schwebezustand versetzt, und das Sensorrauschen wird ausgelesen.
Das Basispotential entspricht zu dieser Zeit dem Dunkelzustandsausgangspotential, und die Ausgangsspannung, die von den Eigenschaften des Verstärkungstransistors TrC abhängt, tritt am Emitter auf. Eine derartige Ausgangsspannung wird im allgemeinen mit Offsetspannung bezeichnet. Da Parameter einer Vielzahl von Verstärkungstransistoren sich geringfügig voneinander unterscheiden, unterscheiden sich auch die Emitterausgangsspannungen, das heißt, die Offsetspannungen. Die Unterschiede der Offsetpotentiale werden Sensorrauschen genannt.
Das Sensorrauschen wird im Akkumulationskondensator C&sub1; akkumuliert. Nach dem Intervall T&sub2;&sub3; wird der Impuls VC auf den H- Pegel gesetzt, und der MOS-Transistor TVC wird leitend geschaltet. Durch Einstellen des Impulses auf H-Pegel wird der MOS-Transistor T&sub2; leitend geschaltet, und das Potential des Akkumulationskondensators C&sub2; wird auf das Potential VVC gebracht.
Bezugszeichen T&sub2;&sub4; bedeutet einen Intervall zum Übertragen der Fotoladungen in der Fotodiode D zur Basis des Verstärkungstransistors TrC. Wenn der Impuls VR(n) auf einen L- Pegel und auf ein negatives Potential (-V) gebracht wird, wird der PMOS-Transistor TrB leitend geschaltet. Die in der Fotodiode D akkumulierten Fotoladungen werden zur Basis des Verstärkungstransistors Trc übertragen.
Bezugszeichen T&sub2;&sub5; bedeutet ein Leseintervall des Fotosignals. Wenn der Impuls VR auf ein positives Potential (+V) gebracht wird, steigt das Basispotential des Verstärkungstransistors TrC durch den Kondensator CoR an, und das ausgegebene Fotosignal wird vom Verstärkungstransistor TrC ausgelesen. Das Sensorrauschen ist im Fotosignal enthalten. Das Sensorrauschen wird in den Akkumulationskondensator C&sub2; akkumuliert.
Die Horizontalübertragungsschalter Th werden gesteuert, um von Impulsen H1 und H2 leitend und sperrend geschaltet zu werden, die vom Horizontalschieberegister HSR abgegeben werden, und die Signale bezüglich Spalten aus den Akkumulationskondensatoren C&sub1;, in denen das Rauschen akkumuliert ist, und die Signale jeweiliger Spalten aus den Akkumulationskondensatoren C&sub2; in denen die Fotosignale akkumuliert sind, werden als ein Sensorrauschausgangssignal (Sout) und ein Ausgangssignal (Nout) auf die Horizontalausgangsleitungen (Intervall T&sub2;&sub6;) unter der Steuerung der Horizontalübertragungsschalter ausgegeben. Da die Ausgangsanschlüsse der Horizontalausgangsleitungen mit einem Differentialverstärker verbunden sind, wird das Sensorrauschen schließlich vom Fotosignal subtrahiert, und das Fotosignal kann dargestellt werden.
Nach dem siebenten Ausführungsbeispiel der Erfindung können durch Bereitstellen der Rücksetzmittel zwischen den Steuerelektroden und den Pixeln, die in Unterabtastrichtung einander benachbart sind, und durch Rücksetzen der Steuerelektroden mit dem Rücksetzmittel, die in Unterabtastrichtung angeordneten Pixel gleichzeitig mit dem Rücksetzen der Pixel zurückgesetzt werden, die in Hauptabtastrichtung angeordnet sind, und die Unschärfen können reduziert werden.

Claims

1. Fotoelektrischer Umwandler mit einer zweidimensionalen Anordnung von Pixeln, wobei jedes Pixel versehen ist mit:

(i) einem Verstärkungstransistor (TrC, TrC'), der ein verstärktes Auslesesignal gemäß der Wirkung fotoinduzierter Ladungen auf seiner Steuerzone an eine Ausgangsleitung liefert;

(ii) einem Akkumuliermittel (D), das fotoinduzierte Ladungen akkumuliert; und

(iii) einem Schalttransistor (TrH, Fig. 1-5, 7, 8, 10-15; TrA, Fig. 6), der das Akkumuliermittel von der Steuerzone des Verstärkungstransistors trennt und die fotoinduzierten Ladungen aus dem Akkumuliermittel zur Steuerzone koppelt,

wobei der fotoelektrische Umwandler des weiteren versehen ist mit einem Mittel, das vor Ankoppeln der gespeicherten Ladungen an die Steuerzone ein erstes Signal aus dem Verstärkungstransistor liest, und das nach Ankoppeln der gespeicherten Ladungen an die Steuerzone ein zweites Signal aus dem Verstärkungstransistor liest, wobei das erste Signal ein Rauschkompensationssignal zur Verwendung bei der Verarbeitung des zweiten Signals durch Subtrahieren des ersten Signals vom zweiten Signal bereitstellt, und mit einem Mittel (TVC), das die Ausgangsleitung auf ein vorbestimmtes Potential (VVC) zurücksetzt.

2. Umwandler nach Anspruch 1, dessen Schalttransistor ein MOS- Transistor ist.

3. Umwandler nach Anspruch 1 oder 2, dessen Akkumuliermittel (D) eine Fotodiode enthält.

4. Umwandler nach Anspruch 1 oder 2, dessen Akkumuliermittel über eine Akkumulierzone verfügt, die auf einem gemeinsamen Substrat mit dem Verstärkungstransistor gebildet ist, und mit einer fotoelektrischen Wandlerzone (1), die über dem Verstärkungstransistor gebildet und elektrisch mit der Akkumulierzone verbunden ist.

5. Umwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Verstärkungstransistor (TrC') ein MOS-Transistor und dessen Steuerzone ein isoliertes Gate ist.

6. Umwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen Verstärkungstransistor (TrC) ein bipolarer Transistor ist, dessen Steuerzone die Basis ist.

7. Umwandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, der über ein Rücksetzmittel (TrA, Fig. 1-5, 10-15; TrA, TrB, Fig. 6, TrA', Fig. 7, Cox, Fig. 1-6, 8, 10-15) verfügt, um die Steuerzone des Verstärkungstransistors vor Ankoppeln der Ladungen im Akkumuliermittel an die Steuerzone zurückzusetzen.

8. Umwandler nach Anspruch 7, sofern abhängig von Anspruch 6, dessen Rücksetzmittel über einen Kondensator (Cox) verfügt, der durch eine Elektrode (L1) gebildet ist, die kapazitiv mit der Basiszone durch eine Isolierschicht gekoppelt ist, wobei die Elektrode mit einer Potentialquelle zum Anlegen eines Spannungsimpulses zur Vorwärtsvorspannung des Basis- Emitterübergangs des bipolaren Transistors verbunden ist.

9. Umwandler nach Anspruch 7 oder 8, dessen Rücksetzmittel einen MOS-Transistor enthält, um die Steuerzone mit einer Potentialquelle zu verbinden.

10. Umwandler nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dessen Rücksetzmittel zwischen die Steuerzonen der Verstärkungstransistoren von einander in Unterabtastrichtung benachbarten Pixeln geschaltet ist.

11. Umwandler nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dessen Rücksetzmittel zwischen die Steuerzonen der Verstärkungstransistoren von einander in Hauptabtastrichtung benachbarten Pixeln geschaltet ist.

12. Umwandler nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dessen Rücksetzmittel von einander in Hauptabtastrichtung benachbarten Pixeln gemeinsam verbunden sind, und dessen Rücksetzmittel von in Unterabtastrichtung benachbarten Pixeln gemeinsam verbunden sind, so daß das Rücksetzmittel die Steuerzonen der Verstärkungstransistoren der jeweiligen Pixel gleichzeitig zurücksetzt.

13. Umwandler nach einem der Ansprüche 7 bis 9, der über ein Steuermittel verfügt, das zur gemeinsamen Steuerung der Rücksetzmittel für eine Vielzahl von in Hauptabtastrichtung verteilten Pixeln verschaltet ist.

14. Umwandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, der über ein Speichermittel verfügt, das das erste und zweite Signal speichert.

15. Umwandler nach Anspruch 14, dessen Speichermittel über einen ersten Kondensator (C&sub1;) zum Speichern des ersten Signals und über einen zweiten Kondensator (C&sub2;) verfügt, der das zweite Signal speichert.

16. Umwandler nach Anspruch 15, dessen Verstärkungstransistoren der Vielzahl von in Unterabtastrichtung voneinander beabstandeten Pixeln mit einem gemeinsamen ersten Kondensator (C&sub1;) verbunden sind, der das erste Signal speichert, und mit einem gemeinsamen zweiten Kondensator (C&sub2;), der das zweite Signal speichert.

17. Umwandler nach Anspruch 15 oder 16, dessen erster und zweiter Kondensator (C&sub1; und C&sub2;) verbunden sind, um auf das vorbestimmte Potential (VC) vom Mittel (TVA) die Ausgangsleitung zurückzusetzen.

18. Umwandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Steuermittel zum Betreiben des Mittels (TVC) zum Zurücksetzen der Ausgangsleitung zu einer ersten Zeit (T&sub4;, T&sub1;&sub2;, T&sub2;&sub2;) unmittelbar vor Lesen des ersten Signals aus dem Verstärkungstransistor und zu einer zweiten Zeit (T&sub6;, zwischen T14 und T15, zwischen T&sub2;&sub3; und T&sub2;&sub4;) nach Auslesen des ersten Signals und vor Lesen des zweiten Signals aus dem Verstärkungstransistor.

19. Umwandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, der über ein Steuermittel zum Auslesen des ersten und des zweiten Signals von den Pixeln und zum Steuern der Schalttransistoren verfügt, um die fotoinduzierten Ladungen aus dem Akkumuliermittel an die Steuerzonen zu koppeln.

20. Umwandler nach Anspruch 19, dessen Steuermittel verbunden ist zur gleichzeitigen Steuerung einer Vielzahl von in Hauptabtastrichtung verteilten Schalttransistoren.

21. Umwandler nach Anspruch 19 oder 20, dessen Steuermittel zum gleichzeitigen Steuern einer Vielzahl der in Hauptabtastrichtung verteilten Verstärkungstransistoren geschaltet ist.

22. Umwandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, der über ein Subtrahierverarbeitungsmittel verfügt, um die jeweiligen ersten Signale von den jeweiligen zweiten Signalen abzuziehen.

23. Umwandler nach Anspruch 22, dessen Subtrahierverarbeitungsmittel einen Differentialverstärker enthält.