DE69520933T2

DE69520933T2 - Festkörperbildaufnahmevorrichtung und Verfahren zu ihrem Betrieb

Info

Publication number: DE69520933T2
Application number: DE69520933T
Authority: DE
Inventors: Masafumi Kimata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-02-23
Filing date: 1995-08-08
Publication date: 2001-10-04
Anticipated expiration: 2015-08-09
Also published as: JPH08237551A; US5600127A; JP3687124B2; EP0729268A2; EP0729268B1; DE69520933D1; EP0729268A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Festkörperbildsensor, bei dem ein Photodetektorfeld mit Photodetektoren in zwei Dimensionen angeordnet ist, und auf ein Treiberverfahren dafür, und insbesondere auf eine Treiberschaltung des Sensors und ein Treiberverfahren dafür.

Beschreibung des Standes der Technik

Ein Festkörperbildsensor einer Ladungsabtastvorrichtungs- (CSD-)Architektur weist ein zweidimensionales Photodetektorfeld, vertikale Ladungsübertragungselemente, von denen jedes über ein Übertragungsgatter mit einer vertikalen Linie von Photodetektoren verbunden ist, einen Pixellinienselektor zum Auswählen eines der Übertragungsgatter für eine vertikale Linie und ein horizontales Ladungsübertragungselement (horizontaler CCD), der mit dem vertikalen Ladungsübertragungselement durch ein Speichergatter und ein Speichersteuergatter verbunden ist, auf. Ein Pixellinienselektor liefert ein Signal zum Bezeichnen einer horizontalen Linie an die Übertragungsgatter, und die Signalladung in einem Photodetektor wird durch ein Übertragungsgatter zu dem vertikalen Ladungsübertragungselement übertragen. Das vertikale Ladungsübertragungselement weist Gatterelektroden entsprechend zu den horizontalen Linien und eine Treiberschaltung, die Treibertakte an die Gatter liefert zum Übertragen der Signalladung aufeinanderfolgend entlang des vertikalen Ladungsübertragungselementes, auf. Das Speichergatter speichert zeitweilig die von dem vertikalen Ladungsübertragungselement übertragene Signalladung, und das Speichersteuergatter speichert die Signalladungsübertragung von dem Speichergatter zu dem horizontalen CCD. Der Festkörperbildsensor der Ladungsabtastvorrichtungs-(CSD-)Architektur ist in M. Kimata, US-Patent Nr. 4,581,539 und M. Kimata, US- Patent Nr. 4,577,233 offenbart. Der Aufbau und der Betrieb der Ladungsabtastvorrichtung ist ebenfalls erläutert in M. Kimata, M. Denda, N. Yutani, S. Iwade und N. Tsubouchi, IEEE Journal of Solid State Circuits, Bd. SC-22, 1124-1129 (1987) und M. Kimata, M. Denda, N. Yutani, S. Iwade und N. Tsubouchi, Proceedings of SPIE, 930, 11-25 (1988).
Es ist bekannt, daß Übertragungsgatter und Gatterelektroden als gemeinsame Elektroden aufgebaut sind. Das Treiben der vertikalen Ladungsübertragungselemente ist ebenfalls mit Beispielen möglich, die sich von den oben erwähnten unterscheiden, oder die Pixellinienauswahl kann eine verschränkte Abtastung annehmen.
Die Treiberschaltung für die vertikalen Ladungsübertragungselemente kann Schieberegister enthalten. Die Treiberschaltung kann jedoch Vierphasentreibertaktsignale benutzen, die gemäß einem Treibermuster an jeweils vier aufeinanderfolgende Gatter angelegt wird. Wenn solch eine Treiberschaltung Register aufweist, wenn die Eingangszustände des Treibermusters für die Schieberegister wiederholt eingeschaltet und ausgeschaltet werden, und das Treibermuster ändert sich für einen Ausgabezyklus für jedes Pixel. Dann wird ein Eingabemuster für die Schieberegister als externe Taktsignale benötigt, und dies erzeugt Rauschen eines festen Musters in einem Bild.
Zum Entfernen des Rauschens eines festen Musters, wenn vier Phasentaktsignale für die vertikalen Ladungsübertragungselemente in dem Festkörperbildsensor erzeugt werden, benutzt die Treiberschaltung externe Vierphasentaktsignale. Im Prinzip ist es möglich, die vertikalen Ladungsübertragungselemente direkt durch Benutzen der externen Taktsignale ohne Invertierung in die internen Taktsignale zu treiben. Die Zahl der Gatter in den vertikalen Ladungsübertragungselementen ist jedoch sehr groß, und wenn all die Gatter direkt getrieben werden, wird eine Schaltung mit einer sehr großen Treiberfähigkeit benötigt, während die vertikale Ladungsübertragung mit einer hohen Geschwindigkeit in einer horizontalen Periode auszuführen ist. Daher ist gegenwärtig das direkte Treiben unmöglich.
Bei der oben erwähnten Treiberschaltung, die Vierphasentaktsignale benutzt, kann das Rauschen aufgrund eines festen Musters verringert werden. Jede Ausgabe der Treiberschaltung muß jedoch Taktsignale von mindestens einer Zahl der Pixel erzeugen, die entlang der vertikalen Richtung angeordnet sind, geteilt durch vier, und die Potentiale aller Gatter werden in jedem Taktzyklus geändert. Diese Tätigkeit entspricht dem Laden oder Entladen einer großen Kapazität mit einer schnellen Rate, und die durch die vertikalen Ladungsübertragungselemente verbrauchte elektrische Leistung wird sehr groß.
Im Prinzip ist es möglich, den Leistungsverbrauch zu senken ohne andere Eigenschaften zu beeinflussen, in dem das Treiberverfahren für die vertikalen Ladungsübertragungselemente von den oben erwähnten vier Phasen auf größere Phasen geändert wird. Da sich jedoch eine Zahl von Taktsignalen, die von außen geliefert werden, aufgrund des Mehrphasentreibens vergrößert, nimmt die Zahl der elektrischen Leitungen, die mit außen verbunden sind, ebenfalls zu, und sie können als thermische Quellen der Wärmeleitungsmittel wirken. Daher ist es schwierig, das Mehrphasentreiben insbesondere auf einen Festkörperbildsensor für Infrarotstrahlen anzuwenden, der gekühlt werden muß.
Andererseits ist ein anderes Treiberverfahren vorgeschlagen, bei dem ein Startsignal der Schieberegister von außen geliefert wird, und Treibertaktsignale werden aufeinanderfolgend erzeugt, nachdem ein Startsignal empfangen ist. Obwohl ein Ausgangssignal Rauschen aufgrund des Startsignales aufweist, wird das Startsignal nur einmal pro horizontaler Periode geliefert, und es kann in einer horizontalen Austastperiode geliefert werden. Daher wird das Rauschen aufgrund des Startsignales nicht ein Problem für ein Bild.
Bei dem oben erwähnten Treiberverfahren beträgt die Zahl der Linien, die in jedem Taktzyklus ohne Erhöhung der Zahl der notwendigen externen Taktsignale geladen und entladen werden kann, jeweils eins, und der Leistungsverbrauch kann gesenkt werden. Das Treiberverfahren weist jedoch ein Problem auf, daß die Übertragungswirksamkeit abnimmt, da sich die Signalladung in dem vertikalen Ladungsübertragungselement verteilt.
Bei der vertikalen Ladungsübertragung des Festkörperbildsensors der CSD-Architektur des Standes der Technik, die oben erläutert wurde, können ein niedriger Leistungsverbrauch des Sensors und eine hohe Wirksamkeit der Ladungsübertragung nicht gleichzeitig realisiert werden.
Die US 4 805 026 offenbart einen CCD-Flächenbildsensor mit einer Mehrzahl von Photosensoren, einer Mehrzahl von vertikalen Schieberegistern und einem horizontalen Schieberegister. Der Start der Ladungsverschiebung wird von den Ladungen in der Reihenfolge der Abstände zwischen den übertragenen Positionen und der Photosensoren und des horizontalen Schieberegisters begonnen.
Die US 5 182 623 offenbart einen CCD-Bildsensor mit einem ebenen Feld von Photostellen, wobei jede Photostelle durch eine Ladungsübertragungseinrichtung mit einem Ladungsübertragungsgatter verbunden ist. Steuersignale steuern ausgewählte Reihen von Ladungsübertragungseinrichtungen zum Übertragen von Ladung zu vertikalen Ladungsübertragungskanälen. Die Ladung kann die Übertragungskanäle als Reihen von Ladung in eine Reihe von Wannen geschoben werden. Ein angelegter Spannungspuls hält die Ladung in der Speicherwanne, bis ein folgender Spannungspuls, der an die zugehörigen Ladungsübertragungsgätter angelegt wird, eine Ladungsreihe in einem horizontalen Register überträgt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Festkörperbildsensor einer Ladungsabtastvorrichtungsarchitektur und ein Treiberverfahren dafür vorzusehen, die Ladungen mit hoher Wirksamkeit und Abnahme des Leistungsverbrauches ohne Zunahme des Rauschens übertragen können.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Festkörperbildsensor mit einer Treiberschaltung für vertikale Ladungsübertragungselemente vorzusehen, die Schieberegister enthält und die Schieberegister als Mehrphasentreiben im wesentlichen unter Benutzung einer kleinen Zahl von externen Taktsignalen ohne Empfang eines Musters von außen treiben kann.
Diese Aufgaben werden gelöst durch einen Festkörperbildsensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 7. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei einem Aspekt der Erfindung weist ein Festkörperbildsensor auf: ein Photodetektorfeld, in dem Photodetektoren in zwei Dimensionen vertikal und horizontal angeordnet sind; vertikale Ladungsübertragungselemente, die jeweils mit einer Linie von Photodetektoren verbunden sind, die vertikal in dem Photodetektorfeld ausgerichtet sind; eine Pixellinienauswahlschaltung, die eine horizontale Linie oder eine Gruppe von horizontalen Linien von Photodetektoren aus den Photodetektoren in einer horizontalen Austastperiode auswählt und Signalladungen, die in den Photodetektoren in der ausgewählten Linie oder den ausgewählten Linien gespeichert sind, zu den vertikalen Ladungsübertragungselementen überträgt; ein Treibermittel zum Liefern von Signalen an die vertikalen Ladungsübertragungselemente zum Treiben der Signalladungen in den vertikalen Ladungsübertragungselementen; und ein horizontales Ladungsübertragungselement, das mit den vertikalen Ladungsübertragungselementen verbunden ist, wobei das horizontale Ladungsübertragungselement Signalladungen, die von den vertikalen Ladungsübertragungselementen übertragen sind, nach außen in einer nächsten horizontalen Periode folgend auf die horizontale Austastperiode überträgt. Die Treiberschaltung weist Schieberegister einer Mehrzahl von Stufen auf, von denen jeder einer horizontalen Linie des Photodetektorfeldes entspricht. Jede Stufe der Schiebetransistoren weist auf: Übertragungsgatter, die durch Taktsignale betrieben werden, und Inverter, die mit den Übertragungsgattern verbunden sind; Verbindungsleitungen, die einen Ausgang des Schieberegisters in einer Stufe mit einem Eingang des Schieberegisters in einer nächsten Stufe verbinden; und eine Kreisschleifenleitung, die einen Ausgang der Schieberegister der letzten Stufe in den Schieberegistern mit einem Eingang des Schieberegisters einer ersten Stufe in den Schieberegistern verbindet.
Gemäß einem zweiten Aspekt weist die Treiberschaltung Schieberegister einer Mehrzahl von Stufen auf, von denen jede einer horizontalen Linie des Photodetektorfeldes entspricht. Jede Stufe der Schiebetransistoren weist auf: Übertragungsgatter, die durch Taktsignale betrieben werden, und Inverter, die mit den Übertragungsgattern verbunden sind; und ein Mittel zum Erzeugen von Taktsignalen zum Treiben der vertikalen Ladungsübertragungselemente, wobei die Taktsignale eine Zahl aufweisen, die notwendig ist zum Lesen der Signalladungen, die in zwei Dimensionen gespeichert sind, während einer horizontalen Periode. Die Zahl der Taktsignale kann mindestens zweimal einer Zahl der Photodetektoren betragen, die vertikal angeordnet sind.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der, daß der Festkörperbildsensor der Ladungsabtasteinrichtungsarchitektur Ladungen mit hoher Wirksamkeit und einer Abnahme des Leistungsverbrauches ohne Erhöhung des Rauschens übertragen kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden klar aus der folgenden Beschreibung, wenn sie in Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen davon genommen werden, unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines vertikalen Ladungsübertragungselementes und einer Treiberschaltung dafür eines Festkörperbildsensors einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 2 ein Diagramm ist, das eine Verbindung zwischen einer Pixellinienauswahlschaltung und einem Übertragungsgatter des Festkörperbildsensors der Erfindung darstellt;
Fig. 3 ein Diagramm ist, das eine Verbindung zwischen einer Treiberschaltung für ein vertikales Ladungsübertragungselement und einer Gatterelektrode dafür des Festkörperbildsensors der Erfindung darstellt;
Fig. 4 ein Kanalpotentialdiagramm in dem vertikalen Ladungsübertragungselementes des Festkörperbildsensors zu jedem Zeitpunkt ist;
Fig. 5 ein Taktzeitablaufdiagramm von Takten ist, die durch die in Fig. 4 gezeigte Treiberschaltung erzeugt werden;
Fig. 6 ein Schaltbild einer Treiberschaltung für vertikale Ladungsübertragungselemente in dem Festkörperbildsensor ist;
Fig. 7 ein Blockschaltbild eines vertikalen Ladungsübertragungselementes und einer Treiberschaltung dafür eines Festkörperbildsensors einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Treiberschaltung dafür eines Festkörperbildsensors eines modifizierten Beispieles der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 9 ein Taktzeitdiagramm zum Erläutern der Tätigkeit der Treiberschaltung für das in Fig. 7 und 8 gezeigte vertikale Ladungsübertragungselement ist;
Fig. 10 ein Blockschaltbild eines vertikalen Ladungsübertragungselementes und einer Treiberschaltung dafür eines Festkörperbildsensors einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 11 ein Blockschaltbild einer Treiberschaltung dafür eines Festkörperbildsensors einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 12 ein Blockschaltbild einer Treiberschaltung dafür eines Festkörperbildsensors eines modifizierten Beispieles der vierten Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 13 ein Blockschaltbild einer Treiberschaltung dafür eines Festkörperbildsensors einer fünften Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 14 ein Blockschaltbild einer Treiberschaltung dafür eines Festkörperbildsensors eines modifizierten Beispieles der fünften Ausführungsform der Erfindung ist; und
Fig. 15 ein Blockschaltbild einer Treiberschaltung dafür eines Festkörperbildsensors einer fünften Ausführungsform der Erfindung und ein Kanalpotentialbild in einem vertikalen Ladungsübertragungselement zu jedem Zeitpunkt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es wird nun Bezug genommen auf die Zeichnungen, in denen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile durch die Ansichten bezeichnen, wobei Ausführungsformen der Erfindung erläutert werden.

Ausführungsform 1

Ein Festkörperbildsensor einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 erläutert. Der Festkörperbildsensor weist vertikale Ladungsübertragungselemente (vertikaler CCD) auf. Der vertikale CCD ist zum Beispiel eine Einrichtung, die einen Oberflächenkanal benutzt, bei der Elektroden auf einem dünnen Oxidfilm angeordnet sind, der auf einem p-Halbleiter gebildet ist. Eine Potentialwanne wird in dem Halbleiter gerade unter der Elektrode durch Anlegen eines positiven elektrischen Potentiales an eine Elektrode erzeugt zum Speichern von Elektronen als Minoritätsträger in der Potentialwanne. Ladungen werden durch Anlegen eines positiven Potentiales an eine nächste Elektrode zum Bewegen der Potentialwanne übertragen. Somit werden die Ladungen aufeinanderfolgend übertragen. Bei modifizierten Beispielen ist der vertikale CCD ein CCD mit vergrabenem Kanal, bei dem eine n- Wanne in einem p-Halbleiter gebildet ist, und Elektronen als Majoritätsträger können durch die n-Wanne übertragen werden.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des Festkörperbildsensors, bei dem Photodetektoren 110a-110x, 210a-210x, 310a-310x in zwei Dimensionen vertikal und horizontal angeordnet sind. In Fig. 1 beträgt eine Zahl von Pixeln/Bildpunkten oder Photodetektoren entlang der horizontalen Richtung 3, während die entlang der vertikalen Richtung 24 beträgt, für die Einfachheit der Erläuterung. Tatsächlich beträgt die Zahl jedoch einige Hundert, und das Photosensorfeld weist zum Beispiel 512 · 512 Pixel auf. Jede vertikale Linie der Photodetektoren 110a-110x, 210a-210x oder 310a-310x ist durch Übertragungsgatter 120a-120x, 220a-220x oder 320a-320x mit vertikalen Ladungsübertragungselementen 130, 230 oder 330 verbunden. Eine Signalladung q wird von den Photodetektoren 110a-110x, 210a-210x, 310a-310x zu dem vertikalen Ladungsübertragungselement 130, 230, 330 durch das Übertragungsgatter 120a-120x, 220a-220x, 320a-320x übertragen, das die Ladungsübertragung steuert. Die in dem vertikalen Ladungsübertragungselement (vertikaler CCD) 130, 230, 330 übertragene Signalladung wird zeitweilig in einem Speichergatter 140, 240, 340 gespeichert und zu einem horizontalen Ladungsübertragungselement (horizontaler CCD) 500 unter der Steuerung eines Speichersteuergatters 150, 250, 350 übertragen. Ein Vorverstärker 600 erzeugt ein Spannungssignal gemäß dem Betrag der Signalladung, die von dem horizontalen Ladungsübertragungselement 500 ausgegeben wird, und das Spannungssignal wird nach außen 700 gesendet. Eine Pixellinienauswahlschaltung 800, die in Fig. 2 als 800a-800x für jede Stufe dargestellt ist, weist Schieberegister auf, und Fig. 2 zeigt die Verbindung zwischen der Pixellinienauswahlschaltung 800 und den Übertragungsgattern 120a-120x, 220a-220x, 320a-320x. Das heißt, eine Stufe, es sei 800a angenommen, der Pixellinienauswahlschaltung 800 ist mit den Übertragungsgattern 120a, 220a und 320a entlang einer horizontalen Linie/Leitung verbunden. Eine Treiberschaltung 900 (in Fig. 3 als 900a-900x für jede Stufe dargestellt) für die vertikale Ladungsübertragungselemente 130, 230, 330 liefert Treibertaktsignal an jede Gatterelektrode des vertikalen Ladungsübertragungselementes 130, 230 und 330, und Fig. 3 zeigt die Verbindung zwischen einer Treiberschaltung 900 für die vertikalen Übertragungselemente 130, 230, 330 und den Gatterelektroden 130a-130x, 230a-230x, 330a-330x davon. Das heißt, eine Stufe, es sei 900a angenommen, der Treiberschaltung 900 ist mit den Gatterelektroden 130a, 230a und 330a entlang einer horizontalen Linie/Leitung verbunden. Gatterelektroden des vertikalen Ladungsübertragungselementes 230, 330 werden als 230a-230x, 330a-330x bezeichnet. Einige Referenzsignale sind in den Zeichnungen zur Erleichterung der Erläuterung weggelassen.
Fig. 4 zeigt einen Aufbau des Bildsensors einschließlich der Gatterelektroden 1301-1324 des vertikalen Ladungsübertragungselementes und die Treiberschaltung 900, und sie zeigt auch ein Potentialkanalbild in dem vertikalen Ladungsübertragungselement zu jedem Zeitpunkt, wobei die Potentialzustände entlang dem Abschnitt Y-Y' in Fig. 1 gezeigt sind. Eine Schaltung 1000 setzt einen anfänglichen Zustand auf Treiben der Treiberschaltung 900 mit Schieberegistern. Ein Ausgang einer letzten Stufe der Treiberschaltung 900 für das vertikale Ladungsübertragungselement ist mit einem Eingang davon durch eine Kreisschleifenleitung 1100 verbunden. Bei dem hier erläuterten Beispiel beträgt die Zahl der Pixel entlang der vertikalen Richtung 24, und die 24 Gatterelektroden 1301-1324 des vertikalen Ladungsübertragungselementes 130 sind entlang der vertikalen Richtung angeordnet. Wie in Fig. 5 des Taktzeitablaufdiagrammes der Takte, die durch die in Fig. 4 gezeigte Treiberschaltung 900 erzeugt werden, werden Takte φ1301-φ1324 an die Gatterelektroden 1301-1324 zu den Zeitpunkten t1-tl2 angelegt.
Fig. 6 zeigt hauptsächlich die Treiberschaltung 900 für das vertikale Ladungsübertragungselement und die Schaltung 1000 zum Einstellen des anfänglichen Zustandes der Treiberschaltung. Die Kreisschleifenleitung 1100 ist mit der Treiberschaltung 900 verbunden. Die Treiberschaltung 900 weist Schieberegister auf, die CMOS-Transistoren aufweisen. In Fig. 6 weist jede Stufe der Schieberegister in der Treiberschaltung 900 zwei CMOS-Inverter 10 und ein Übertragungsgatter 20 auf, an das zwei nicht überlappende Takte φC1 und φC2 angelegt werden. (Bezugszeichen "p" und "n" stellen pMOS- bzw. nMOS-Transistoren in Fig. 6 und anderen später erläuterten Zeichnungen dar.) Zum Beispiel weist in der ersten Stufe das Schieberegister CMOS-Inverter Q012, Q013, andere CMOS-Inverter Q015, Q016 und ein Übertragungsgatter Q014 auf. Andererseits weist die Schaltung 1000 zum Einstellen des anfänglichen Zustandes der Treiberschaltung einen Rücksetztransistor 40 (z. B. QOIR in der ersten Stufe), der einen Knoten 30 (z. B. N01 in der ersten Stufe) zurücksetzt, der nach dem ersten Übertragungsgatter 20 in jeder Stufe vorgesehen ist, auf eine vorgeschriebene Spannung (Massepotential VSS oder positive Versorgungsspannung VDD) zu einem vorgeschriebenen Taktsignal φR zurücksetzt. Zum Beispiel weist in der ersten Stufe die Schaltung 1000 zum Einstellen des anfänglichen Zustandes einen Transistor QOIR auf, der den Knoten NOl zurücksetzt. Es sei angemerkt, daß Verbindungsleitungen einen Ausgang des Schieberegisters in einer Stufe mit einem Eingang des Schieberegisters in einer nächsten oder folgenden Stufe verbinden, während die Kreisschleifenleitung 1100 einen Ausgang der letzten Stufe der Stufen mit einem Eingang einer ersten Stufe verbindet. Die Ausgänge der Schieberegister werden als Treibertaktsignale φ1301-φ1324 benutzt. Obwohl es nicht in Fig. 6 gezeigt ist, sind die Rücksetztransistoren 40 angeordnet, wie unten erläutert wird. Bei der Treiberschaltung, bei der zwei aufeinanderfolgende Stufen unterschiedliche Potentiale zueinander aufweisen und ein Muster der Potentiale zu der nächsten Stufe durch erzeugende Taktsignale φ1313, φ1314 gesendet werden, wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist die Verbindung der Rücksetztransistoren ähnlich zu dem der erzeugenden Taktsignale φ1301, φ1302, oder der Eingangsknoten 30 ist mit VSS bei dem Zurücksetzen verbunden, während die Eingangsknoten 30 mit VDD bei dem Zurücksetzen in den anderen Stufen verbunden sind.
Als nächstes wird der Betrieb des Festkörperbildsensors der Ausführungsform erläutert. Zuerst werden mindestens wenn eine elektrische Leistungsquelle eingeschaltet wird, die Eingangsstufen der Schieberegister der Treiberschaltung durch Anlegen von φR zurückgesetzt. Zu dieser Zeit sind die Signale φC1 und φC2 auf den L-Pegeln, während das Übertragungsgatter 20 in dem Aus- Zustand ist. In diesem Zustand werden die Eingangsknoten NO1, N02, N13 und N14 in der ersten, zweiten, dreizehnten und vierzehnten Stufe auf das Massepotential (VSS) gesetzt, und das Massepotential wird an den ersten Inverter 10 gesendet. Dann werden, da die Sourceelektrode des pMOS-Transistors des ersten Inverters 10 einen Pegel von VDD aufweist und die Sourceelektrode des nMOS-Transistors des ersten Inverters 10 einen Pegel von VSS aufweist, der pMOS-Transistor des ersten Inverters 10 in jeder der ersten, zweiten, dreizehnten und vierzehnten Stufe eingeschaltet, und der Ausgang eines jeden ersten Inverters 10 weist einen Pegel von VDD auf. Als nächstes wird, wenn das Signal φC1 den H-Pegel annimmt zum Einschalten des zweiten Übertragungsgatters 20, die Ausgabe (VDD) des ersten Inverters 10 zu dem zweiten Inverter 20 in jeder Stufe gesendet. Dann wird, da die Sourceelektrode des pMOS-Transistors des zweiten Inverters 20 einen Pegel von VDD aufweist und die Sourceelektrode des nMOS- Transistors des zweiten Inverters 20 einen Pegel von VSS aufweist, der nMOS-Transistor des zweiten Inverters 20 eingeschaltet, und der Ausgang des zweiten Inverters 20 weist einen Pegel von VSS auf. Das heißt, die Ausgangssignale φ1301, φ1302, φ1313 und φ1314 nehmen den VSS-Pegel an.
Als nächstes wird der Betrieb der anderen Stufen mit Ausnahme der ersten, zweiten, dreizehnten und vierzehnten Stufe auf der dritten Stufe als repräsentatives Beispiel erläutert. Wenn zuerst eine elektrische Leistungsquelle eingeschaltet wird, werden die Eingangsstufen der Schieberegister durch Anlegen von φR zurückgesetzt. Zu dieser Zeit sind die Signale φC1 und φC2 auf den L-Pegeln, während das Übertragungsgatter 20 in dem Aus-Zustand ist. In diesem Zustand ist der Eingangsknoten N03 in der dritten Stufe auf das positive Leistungsversorgungspotential (VDD) gesetzt, das an den ersten Inverter 10 gesendet wird. Dann wird, da die Sourceelektrode des pMOS-Transistors des ersten Inverters 10 einen Pegel von VDD aufweist und die Sourceelektrode des nMOS-Transistors des ersten Inverters 10 einen Pegel von VSS aufweist, der nMOS-Transistor des ersten Inverters 10 eingeschaltet, und der Ausgang des ersten Inverters 10 nimmt den Pegel VSS an. Wenn als nächstes das Signal φC2 den H-Pegel annimmt zum Einschalten des zweiten Übertragungsgatters 20 (Q034), wird die Ausgabe (VSS) des ersten Inverters 10 zu dem zweiten Inverter 20 gesendet. Dann wird, da die Sourceelektrode des pMOS- Transistors des zweiten Inverters 20 einen Pegel von VDD aufweist und die Sourceelektrode des nMOS-Transistors des zweiten Inverters 20 einen Pegel von VSS aufweist, der pMOS-Transistor (Q035) des zweiten Inverters 20 eingeschaltet, und der Ausgang des zweiten Inverters 20 weist einen Pegel von VDD auf. Das heißt, das Signal φ1303 nimmt den VDD-Pegel an.
Der oben erwähnte Betrieb wird zu einem Zeitpunkt t1 ausgeführt, der in Fig. 5 gezeigt ist, die einen Taktzustand realisiert. Wenn dann φC1 den H-Pegel annimmt zum Einschalten des ersten Übertragungsgatters 20, wird eine Ausgabe einer jeden Stufe zu einem Eingangsanschluß des ersten Inverters 10 einer nächsten Stufe gesendet. Zum Beispiel wird eine Ausgabe φ1324 der letzten Stufe durch die Kreisschleifenleitung 1100 zu einem Eingangsanschluß des ersten Inverters 10 der ersten Stufe gesendet. In diesem Zustand empfangen die Eingangsknoten N02, N03, N14, N15 des ersten Inverters 10 den VSS-Pegel, während die Eingangsknoten der anderen Stufen den VDD-Pegel empfangen. Das heißt, die oben erläuterten anfänglichen Zustände werden zu dem Zeitpunkt t1 um eine Stufe verschoben. Dann empfängt in der dritten Stufe der Eingangsknoten N3 den VSS-Pegel, und der pMOS-Transistor (Q032) wird in dem ersten Inverter 10 auf den Ausgangs-VDD-Pegel eingeschaltet. Wenn als nächstes φC2 den H-Pegel annimmt, empfängt der zweite Inverter den VDD-Pegel zum Einschalten des nMOS-Transistors (Q036) auf den Ausgangs-VSS-Pegel. Das heißt, die Ausgangssignale φ1302, φ1303, φ1314 und φ1315 nehmen den VSS- Pegel an, während die Ausgangssignale der anderen Stufe den VDD- Pegel annehmen. Der oben beschriebene Betrieb realisiert einen Taktzustand zu dem Zeitpunkt t2, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Durch Wiederholen des oben erwähnten Betriebes verschieben sich die Ausgaben von VSS jedesmal um eine Stufe, jedesmal wenn φC2 den H-Pegel annimmt, so daß Taktsignale erzeugt werden, wie in Fig. 5 gezeigt ist. In den anderen Stufen nehmen die Eingangsknoten N03-N12, N15-N24 den VDD-Pegel an, und der Ausgang des ersten Inverters 10 in diesen Stufen nimmt den VSS-Pegel an.
Die in Fig. 5 gezeigten Take erzeugen Potentialzustände, die bei t1-t12 in Fig. 4 gezeigt sind, und Signalladungen werden von links nach rechts in Fig. 4 übertragen.
Bei dem oben erwähnten Beispiel liefert die Treiberschaltung 900 die Taktsignale von 12 Phasen im wesentlichen. In dem Fall, wenn Signalladungen zu der rechten Seite durch ein Gatter in dem vertikalen Ladungsübertragungselement 130, 230, 330 von 24 Stufen übertragen werden, werden die Taktspannungen von nur vier Gattern geändert. Wenn dagegen im Stand der Technik das Vierphasentreiberschema an ein vertikales Ladungsübertragungselement von 24 Stufen angewendet wird, müssen die Takte, die an 12 Gatter oder an die Hälfte aller Gatter angelegt werden, zum Übertragen um ein Gatter geändert werden. Dann wird eine zu ladende oder zu entladende Kapazität dreimal wie die der Ausführungsform bei dem Übertragen um den gleichen Abstand, so daß der Leistungsverbrauch um dreimal ansteigt im Vergleich mit der Erfindung bei der gleichen Treiberspannung. Wenn eine Zahl von Schieberegistern, die zu einem Taktzeitpunkt getrieben wird, relativ zu der Gesamtzahl der Schieberegister kleiner wird, wie es bei der Erfindung der Fall ist, oder wenn eine Zahl von Schieberegistern, die zu treiben sind, kleiner wird, kann der Leistungsverbrauchgesenkt werden. Daher ist es bevorzugt, daß eine Zahl von Schieberegistern mit einem Ausgang des H-Pegels größer ist als jene mit einem Ausgang des L-Pegels, oder daß die Zahl der Schieberegister, die getrieben werden, kleiner als eine Hälfte der Gesamtzahl davon ist.
Diese Ausführungsform zeigt ein Beispiel eines Zwölfphasentreibens. Es ist jedoch leicht ein Mehrphasentreiben für die vertikalen Ladungsübertragungselemente zu realisieren mit einer größeren Zahl von Phasen durch Ändern des Entwurfes der Schaltung zum Einstellen des anfänglichen Zustandes des Treibens für das vertikale Ladungsübertragungselement, und der Leistungsverbrauch kann weiter gesenkt werden durch Erhöhen der Zahl der Phasen. Der Entwurf kann einfach geändert werden, in dem die Verbindung der Rücksetztransistoren 40 (Q01R-Q24R in Fig. 6) auf gewünschte Spannungen.
Der oben erwähnte Betrieb ist auch vorteilhaft zum Verringern eines maximalen Betrages von übertragener Ladung durch Vergrößern eines Verhältnisses einer Signalspeicherfläche in dem vertikalen Ladungsübertragungselement. Die Signalspeicherfläche entspricht einer Fläche eines Niederpegelabschnittes, der von einem Hochpegelabschnitt eingeschlossen ist, wie in dem Potentialbild von Fig. 4 gezeigt ist, oder einer Fläche (Breite) der Wanne. Wenn dann das Treiben mit Mehrphasentreibertaktsignalen durchgeführt wird und eine Ausgangsänderung des Schieberegisters an jeder Stufe klein ist, wie es bei der Ausführungsform der Fall ist, wird die Fläche größer. Andererseits ist die Potentialwanne durch 12 Phasen definiert, und die Ladung wird in der Breite der Wanne eingeschlossen, so daß sie sich nicht über all die vertikal angeordneten Elemente verteilt, wie es bei dem Element des Standes der Technik ist, und ein Problem der Abnahme der Ladungsübertragungswirksamkeit ist gelöst. Weiter wird die Potentialwanne durch Taktsignale von zwei Stufen bei der Ausführungsform definiert, aber wenn das Taktsignal geändert wird, kann eine Potentialbarriere ausreichend unter Benutzung von mindestens zwei Stufen gebildet werden.
Bei der oben erwähnten Ausführungsform ist die Zahl der H-Pegelausgänge, die zwischen die L-Pegeleingänge gesetzt ist, auf die gleiche gesetzt. Der Leistungsverbrauch kann jedoch gesenkt werden, wenn die Zahl nicht die gleiche ist.
Da bei der Ausführungsform die Schaltung 1000 zum Einstellen des anfänglichen Zustandes des vertikalen Ladungsübertragungselementes und der Kreisschleifenleitung 1100 vorgesehen ist, ist es nicht notwendig, ein Treibermuster von außen vorzusehen. Bei dem Treiben ist eine Zahl von internen Taktsignalen, die Zustände ändern die gleiche für jeden Zeitpunkt, Festmusterrauschen wird nicht erzeugt aufgrund einer Kombination von Ausgaben von Taktsignalen.
Bei der Ausführungsform beträgt die Zahl der Eingangssignale der Takte φC1, φC2, φR und der elektrischen Leistungsquellen VDD und VSS, die für den Betrieb notwendig sind, fünf, was um eins kleiner ist als bei dem Vierphasentreiberverfahren des Standes der Technik. Dieses ist vorteilhaft für den Aufbau, den Betrieb (Kühlen, Stabilität und ähnliches) und Kosten des Bildsensors.
Bei der Ausführungsform ist jede Stufe durch die gleiche Schaltung aufgebaut. Eine Treiberlast des zweiten Inverters in der letzten Stufe enthält das vertikale Ladungsübertragungselement und die Kreisschleifenleitung 1100, daher wird eine Lastkapazität groß. Der Betrieb als der Schieberegister kann stabilisiert werden durch Vergrößern der Kanalbreite des Transistors des zweiten Inverters in der letzten Stufe oder durch Vorsehen eines Puffers zwischen dem Inverter und der Kreisschleifenleitung 1100.
Bei der Ausführungsform wird die Treiberschaltung für das vertikale Ladungsübertragungselement zurückgesetzt, wenn eine elektrische Leistungsquelle eingeschaltet wird. Das Rücksetzen wird mindestens ausgeführt, wenn die elektrische Leistungsquelle eingeschaltet wird. Es ist auch möglich, ein Rücksetzen für jede horizontale und vertikale Austastperiode durchzuführen. In diesem Fall können Takte wie φTS, die sich bei der horizontalen oder vertikalen Austastperiode ändern, als Rücksetztakte benutzt werden, so daß die Zahl der Eingangs/Ausgangsstifte verringert werden kann.

Ausführungsform 2

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 bis 9 erläutert. Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild, das hauptsächlich eine Treiberschaltung 900 für die vertikalen Ladungsübertragungselemente enthält. In Fig. 7 ist die Treiberschaltung 900 des vertikalen Ladungsübertragungselementes mit Schieberegistern mit einer Leitung 1100 zum Aufbauen einer Kreisschleifenleitung verbunden. Ein MOS-Transistor 60 (Qsc) ist zwischen die Kreisschleifenleitung 1100 und einen Eingang der Treiberschaltung 900 geschaltet, während ein MOS-Transistor 70 (Qpi) zwischen den Eingang der Treiberschaltung 900 und ein externes Taktsignal φSP geschaltet ist. Taktsignale φSC und φPI werden an die Gateelektroden der MOS-Transistoren 60 und 70 angelegt.
Fig. 8 zeigt die Verbindung der Kreisschleifenleitung 1100 und der Schieberegister mit CMOS-Transistoren der Treiberschaltung 900. Die Rücksetztransistoren 40 und der Takt φR, die in Fig. 6 gezeigt sind, sind weggelassen, während ein Schaltmittel (oder die durch die Takte gesteuerten MOS-Transistoren) für die Kreisschleifenleitung 1100 vorgesehen sind, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Fig. 9 zeigt anfängliche Taktzeitpunkte für das in Fig. 7 und 8 gezeigte Schaltmittel.
Als nächstes wird der Betrieb der Treiberschaltung 900 erläutert. Wie in dem Taktzeitablaufdiagramm von Fig. 9 gezeigt ist, werden, wenn eine elektrische Leistungsquelle eingeschaltet wird, Taktsignale φPI und φSC auf einen H-Pegel bzw. auf einen L- Pegel gesetzt, so daß der Eingangsanschluß der ersten Stufe mit dem externen Takt φSP verbunden wird, bis der Bildsensor beginnt, normal tätig zu werden. Zu dieser Zeit ist der MOS- Transistor 60 (Qsc) in dem Aus-Zustand, und die Kreisschleifenleitung 1100 ist nicht durch den MOS-Transistor 60 (Qsc) verbunden. In diesem Zustand wird φSC geändert, während die Schieberegister der Treiberschaltung 900 tätig sind, so daß der anfängliche Zustand der Schieberegister initialisiert wird. Der anfängliche Zustand wird eingestellt durch Treiben der Schieberegister durch eine Zahl der Stufen davon. Nachdem der anfängliche Zustand eingestellt ist, werden φPI und φSC auf den L-Pegel bzw. den H-Pegel gesetzt, so daß sie mit der Kreisschleifenleitung 1100 verbunden sind und nicht der externe Takt φSP. Dann werden die Schieberegister 900 getrieben, und Mehrphasentreibertakte werden wie bei der ersten Ausführungsform erzeugt. Sobald der Betrieb startet, ist der anfängliche Zustand eindeutig bestimmt, oder die Initialisierung wird nicht benötigt, und Rauschen aufgrund des externen Taktes φSP wird verringert.
Bei der obigen Ausführungsform wird der für die erste Ausführungsform benutzt Takt φR nicht benötigt. Obwohl die Zahl der Takte φSP, φPI und φSC, die für den Betrieb notwendig sind, zunimmt, wird eine Gesamtzahl von Elementen um die Zahl der Rücksetztransistoren verringert. Weiterhin kann das Taktmuster zum Initialisieren zum Treiben leicht geändert werden, indem der externe Takt φSP geändert wird, oder das Treiben kann flexibel geändert werden.

Beispiel 3

Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf Fig. 10. Bei dieser Ausführungsform wird der externe Takt φSP der zweiten Ausführungsform als Treibermuster der Schieberegister zuvor in einer Treibermusterspeichereinrichtung 1001 für die vertikalen Ladungsübertragungselemente gespeichert. Wenn eine elektrische Leistungsquelle eingeschaltet wird, werden die Schieberegister der Treiberschaltung 900 gemäß dem in der Speichereinrichtung 1001 gespeicherten Treibermuster initialisiert. Der Betrieb nach der Initialisierung ist ähnlich zu der zweiten Ausführungsform mit Ausnahme dieses Punktes.
Jede Stufe bei der zweiten und dritten Ausführungsform ist durch die gleiche Schaltung wie bei der ersten Ausführungsform aufgebaut, so daß eine Treiberlast des zweiten Inverters in der letzten Stufe das vertikale Ladungsübertragungselement und die Kreisschleifenleitung 1100 enthält, oder die Lastkapazität wird groß. Dann kann der Betrieb als Schieberegister stabilisiert werden durch Vergrößern der Kanalbreite des Transistors des zweiten Inverters in der letzten Stufe oder durch Vorsehen eines Puffers zwischen dem Inverter und der Kreisschleifenleitung 1100.

Ausführungsform 4

Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 11 erläutert, die ein Schaltbild zeigt, das hauptsächlich eine Treiberschaltung 900 für die vertikalen Ladungsübertragungselemente des Festkörperbildsensors der Erfindung enthält. Die in Fig. 11 gezeigte Schaltung ist ähnlich zu der in Fig. 6 gezeigten mit der Ausnahme, daß Übertragungsgatter 80 (Q01T-Q24T) an Ausgangsabschnitten vorgeschnitten sind, die mit Gattern (nicht gezeigt) des vertikalen Ladungsübertragungselementes verbunden sind. Wenn bei dieser Schaltung ein externes Taktsignal φEN, das mit den Gatterelektroden der Übertragungsgatter 80 verbunden ist, den H-Pegel annimmt, wird die Treiberschaltung 900 mit den Gatterelektroden des vertikalen Ladungsübertragungselementes verbunden, während, wenn ein externes Taktsignal φEN den L-Pegel annimmt, die Treiberschaltung 900 elektrisch von den Gatterelektroden getrennt wird. Somit durch Vorsehen der Übertragungsgatter 80 an den Ausgangsabschnitten der Gateelektroden der vertikalen Ladungsübertragungselemente 130, 230, 330 die Gateelektroden (z. B. 120a-120x, 220a-220x, 320a-320x in Fig. 1) des vertikalen Ladungsübertragungselementes und als die Gatterelektroden (nicht gezeigt) der Übertragungsgatter in den Pixeln, und die Auswahl der Pixellinie kann aufgebaut werden als gemeinsame Gatterelektroden, und das Treiben der vertikalen Ladungsübertragungselemente wird mit gemeinsamen Leitungen unter Benutzung gemeinsamer Taktsignale ausgeführt.
Bei der vierten Ausführungsform sind die Übertragungsgatter 80 zu der Treiberschaltung der ersten Ausführungsform hinzugefügt. Die Übertragungsgatter 80 können jedoch auch zu der Treiberschaltung der zweiten oder dritten Ausführungsform hinzugefügt werden. Fig. 12 zeigt ein Beispiel, bei dem die Übertragungsgatter 80 zu dem Sensor der zweiten Ausführungsform hinzugefügt sind. Das heißt, Übertragungsgatter 80 (Q01T-Q24T) sind an Ausgangsabschnitten vorgesehen, die mit Gattern (nicht gezeigt) des vertikalen Ladungsübertragungselementes zu verbinden sind.

Ausführungsform 5

Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 13 erläutert, die ein Schaltbild zeigt, das hauptsächlich eine Treiberschaltung 900 für die vertikalen Ladungsübertragungselemente des Festkörperbildsensors enthält. In Fig. 13 sind Inverter 90 an den Ausgangsabschnitten hinzugefügt, die mit Gattern der vertikalen Ladungsübertragungselemente in den Ausgangsabschnitten der in Fig. 6 gezeigten Treiberschaltung 900 der ersten Ausführungsform verbunden sind, und die Ausgaben der Schieberegister werden durch die Inverter 90 ausgegeben. Mit andern Worten, die Inverter 90 sind anstelle der Übertragungsgatter der vierten Ausführungsform vorgesehen. Weiter ist die Verbindung der Rücksetztransistoren zum Ausgeben durch die Inverter 90 geändert. Eine andere Leistungsversorgungsspannung VCH unterschiedlich von der Leistungsversorgungsspannung VDD für die Schieberegister wird für die Inverter 90 benutzt. Ein Leistungsverbrauch zum Treiben der vertikalen Ladungsübertragungselemente kann durch Verringern der elektrischen Spannung zum Laden und Entladen für eine Lastkapazität verringert werden, während eine besondere hohe Spannung für einen stabilen Betrieb der Schieberegister notwendig ist. Dann ist eine Leistungsversorgungsspannung zum direkten Treiben der Schieberegister getrennt von VCH zum Treiben der Lasten vorgesehen, und die letztere wird so niedrig wie möglich zum Verringern des Leistungsverbrauches abgesenkt.
Bei der Ausführungsform weist der Treiber 900 Inverter auf. Die Treiber können jedoch eine Schaltung aufweisen, die nicht invertierte Ausgangssignale liefert. Bei dieser Ausführungsform sind die Inverter 90 zu der Treiberschaltung der ersten Ausführungsform hinzugefügt. Die Inverter 90 werden jedoch zu der Treiberschaltung der zweiten und dritten Ausführungsform hinzugefügt.
Fig. 14 zeigt ein Beispiel, bei dem der Inverter 90 zu dem Sensor der zweiten Ausführungsform hinzugefügt ist.
Bei dieser Ausführungsform werden die Inverter 90 hinzugefügt. Es können jedoch ähnliche Vorteile realisiert werden durch Hinzufügen von Puffern mit einer großen Treiberfähigkeit.

Ausführungsform 6

Als nächstes wird eine sechste Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 15 erläutert, die hauptsächlich eine Treiberschaltung 900 für vertikale Ladungsübertragungselemente eines Festkörperbildsensors und ein Kanalpotentialdiagramm in den vertikalen Ladungsübertragungselementen zu jeder Zeit zeigt. In Fig. 15 weist die Treiberschaltung 900 für das vertikale Ladungsübertragungsgatter eine Halteschaltung 1002 zum Halten eines Treibermusters für das vertikale Ladungsübertragungsgatter zum Treiben von Schieberegistern anstelle einer Kreisschleifenleitung auf.
Bei der Ausführungsform wird ein Treibermuster zum Treiben der Schieberegister, die Treibertakte einer Zahl erzeugen, die notwendig ist zum Lesen von Signalladungen für eine Abtastung einer horizontalen Periode, in einer externen Speichereinrichtung 1002 gespeichert, anstatt daß ein Muster durch die Kreisschleifenleitung wiederholt benutzt wird, wie bei den vorherigen Ausführungsformen. Der Betrieb wird unten erläutert. Die Halteschaltung 1002 liefert ein Taktmuster an die Schieberegister der Treiberschaltung 900 für die vertikalen Ladungsübertragungselemente in Synchronisation mit den Treibertakten für die Schieberegister. Wenn zum Beispiel ein Wert in der Halteschaltung 1002 "HHHHHHHHHHLLHHHHHHHHHLL" enthält, ändert sich das Kanalpotential, wie in Fig. 15 in dem unteren Teil gezeigt ist. Es sei angemerkt, daß das Kanalpotential niedrig wird, wenn das Gatterpotential auf dem "H"-Pegel ist.
Zuerst wird in dem anfänglichen Zustand (oder dem letzten Zustand in dem vorherigen Zyklus), der mit t1 bezeichnet ist, der "H"-Pegel an die erste Stufe der Schieberegister der Treiberschaltung 900 eingegeben. Zu dem nächsten Zeitpunkt t2 wird der Ausgang der ersten Stufe der Schieberegister der Treiberschaltung 900 gleich dem "H"-Pegel, und das Kanalpotential unter dem Gate, an das das Taktsignal angelegt wird, wird tief. Dann ändern sich die Kanalpotentiale gemäß den Eingaben von der Halteschaltung 1002, wie zu den Zeitpunkten t3-t11 gezeigt ist, und wenn der "L"-Pegel von der Halteschaltung eingegeben wird, wird der Ausgang der ersten Stufe der Schieberegister der Treiberschaltung 900 gleich dem "L"-Pegel zu dem Zeitpunkt t12, und das Kanalpotential unter dem Gate, an daß das Taktsignal angelegt wird, wird flach. Zu dem nächsten Zeitpunkt t13 kehrt der Zustand zu dem Zustand an dem Zeitpunkt t1 zurück. Bei der oben erwähnten Abtastung wird die Signalladung über den halben Abstand des vertikalen Ladungsübertragungselementes übertragen. Wenn weiter die Halteschaltung 1002 Daten in der Reihenfolge von "HHHHHHHHHHLL" liefert, werden die Zustände zu den Zeitpunkten t2-t13 wiederholt, und die Signalladung wird nach außen übertragen. Bei dem oben erwähnten Betrieb wird die Übertragung einmal oder zu der letzten Zeit ausgeführt. Die Übertragungswirksamkeit kann verbessert werden durch Wiederholen des Treibens, oder die in der Schaltung 1002 gehaltenen Daten werden bevorzugt erhöht.
Wenn zum Beispiel Daten von "HHHHHHHHHHLLHHHHHHHHHHLLHHHHHHHHHHLLHHHHHHHHHHLL" in der Schaltung 1002 gehalten werden, kann die Übertragung zweimal ausgeführt werden. Durch in Betacht ziehen der Übertragungswirksamkeit wird die Übertragung von mindestens zweimal (oder Taktsignale einer Zahl von zweimal einer Zahl der Photodetektoren, die entlang der vertikalen Richtung angeordnet sind) wird tatsächlich benötigt.
Die Halteschaltung 1002 kann eine Kombination einer Speichereinrichtung und einer Schaltung zum sequentiellen Ändern einer Adresse sein. Sie kann auch Schieberegister enthalten mit einer Schaltung zum Einstellen ähnlicher Zustände.
Wenn das Taktmuster, das von der Halteschaltung 1002 erzeugt wird, wiederholt wird wie bei dem oben erwähnten Beispiel brauchen nur die Daten einer Wiederholungsperiode als die Daten gespeichert zu werden, und die Daten können in der Halteschaltung 1002 zum Beispiel mit einer Kreisschleifenleitung zirkulieren.
Bei der Ausführungsform stimmt eine Zahl der Schieberegister der Treiberschaltung 900 für das vertikale Ladungsübertragungselement mit der der Photodetektoren wie bei einer gewöhnlichen Schaltung überein. Die Schieberegister können jedoch in einer Mehrzahl von Linien mit einer Zahl zum Erzeugen von Takten angeordnet werden, die notwendig ist zum Lesen von Signalladungen für eine Abtastung einer horizontalen Periode. Die Zahl der Schieberegister, die anzuordnen ist, wird gemäß der Übertragungswirksamkeit und der Übertragungsgeschwindigkeit bestimmt. Signalladungen werden genau durch wiederholtes Abtasten übertragen. In dem die Übertragungswirksamkeit in Betracht gezogen wird, ist die Zahl der Schieberegister, die anzuordnen ist, mindestens zweimal einer Zahl der Photodetektoren, die entlang der vertikalen Richtung angeordnet sind. Durch Vorsehen der Schieberegister, die notwendig sind zum Lesen der Signalladung für eine Abtastung einer horizontalen Periode wird der Ausgang nicht durch Rauschen für eine Abtastung beeinflußt. Durch Zurücksetzen in einer Austastperiode können Takte stabil erzeugt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig in Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen davon unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben worden ist, sei angemerkt, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen dem Fachmann ersichtlich sind. Solche Änderungen und Modifikationen sind als in dem Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten zu verstehen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, es sei denn sie verlassen dieses.

Claims

1. Festkörperbildsensor mit:

einem Photodetektorfeld (110a-110x, 210a-210x, 310a-310x), bei dem Photodetektoren in zwei Dimensionen vertikal und horizontal angeordnet sind;

vertikalen Ladungsübertragungselementen (130, 230, 330), von denen jedes mit einer Linie von Photodetektoren verbunden ist, die vertikal in dem Photodetektorfeld ausgerichtet sind;

einer Pixellinienauswahlschaltung (800), die eine horizontale Linie oder eine Gruppe von horizontalen Linien von Photodetektoren aus den Photodetektoren während einer horizontalen Austastperiode auswählt und Übertragungssignalladungen, die in den Photodetektoren in der oder den ausgerichteten Linien gespeichert sind, zu den vertikalen Ladungsübertragungselementen überträgt;

einem Treibermittel (900) zum Liefern von Signalen an die vertikalen Ladungsübertragungselemente zum Treiben der Signalladungen in den vertikalen Ladungsübertragungselementen; und

einem horizontalen Ladungsübertragungselement (500), das mit den vertikalen Ladungsübertragungselementen verbunden ist, wobei das horizontale Ladungsübertragungselement Signalladungen, die von den vertikalen Ladungsübertragungselementen übertragen werden, nach außen in der nächsten horizontalen Periode überträgt, die der horizontalen Austastperiode folgt;

wobei das Treibermittel (900) Schieberegister (10, 20) einer Mehrzahl von Stufen aufweist, von denen jede einer horizontalen Linie des Photodetektorfeldes entspricht;

worin jede Stufe der Schieberegister (10, 20) aufweist:

Übertragungsgatter (20), die durch Taktsignale betrieben werden, und Inverter (10), die mit den Übertragungsgattern verbunden sind;

Verbindungsleitungen, die einen Ausgang des Schieberegisters in einer Stufe mit einem Eingang des Schieberegisters in der nächsten Stufe verbinden; und

eine Kreisschleifenleitung (1100), die einen Ausgang der Schieberegister der letzten Stufe in den Schieberegistern mit einem Eingang des Schieberegisters in einer ersten Stufe in den Schieberegistern verbindet.

2. Festkörperbildsensor nach Anspruch 1,

bei dem jedes der Schieberegister (10, 20) des Treibermittels (900) aufweist:

eine Schaltung (1000) zum Einstellen anfänglicher Zustände der Schieberegister in jeder Stufe;

ein erstes Übertragungsgatter (20), das durch ein erstes Taktsignal (φC1) getrieben wird;

einen ersten Inverter (10), der mit dem ersten Übertragungsgatter (20) verbunden ist;

ein zweites Übertragungsgatter (20), das mit dem ersten Inverter (10) verbunden ist und durch ein zweites Signal (φC2) getrieben wird; und

einen zweiten Inverter (10), der mit dem zweiten Übertragungsgatter (20) verbunden ist; und

die Schaltung (1000) zum Einstellen der anfänglichen Zustände der Schieberegister einen Transistor (40) für jedes Schieberegister aufweist, ein Anschluß des Transistors mit dem ersten Übertragungsgatter (20) und dem ersten Inverter (10) des Schieberegisters verbunden ist, der andere Anschluß davon mit einer Spannung (VSS) in Entsprechung des einzustellenden anfänglichen Zustandes verbunden ist, ein Gateanschluß des Transistors mit einem Steuersignal (φR) zur Leitung zwischen den zwei Anschlüssen verbunden ist.

3. Festkörperbildsensor nach Anspruch 2, bei dem die Schaltungen (1100) zum Einstellen der anfänglichen Zustände für die Schieberegister eine von einer H-Pegelspannung und einer L-Pegelspannung für den Anschluß einstellt, der mit dem ersten Inverter von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Stufen unter den Stufen der Schieberegister verbunden ist, und die andere der H-Pegelspannung und der L-Pegelspannung für den Anschluß der Schieberegister der anderen Stufen einstellt.

4. Festkörperbildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter mit einem Schaltmittel zum Eingeben eines Musters zum Einstellen der anfänglichen Zustände der Schieberegister von einer externen Schaltung, wobei das Schaltmittel zwischen einer Kreisschleifenleitung (1100) und dem Eingang der ersten Stufe des Schieberegisters geschaltet ist;

wobei das Schaltmittel bevorzugt aufweist:

einen ersten MOS-Transistor, der zwischen den Eingang der ersten Stufe des Schieberegisters und der externen Schaltung geschaltet ist; und

einen zweiten MOS-Transistor, der zwischen die Kreisschleifenleitung und den Eingang der ersten Stufe des Schieberegisters geschaltet ist zum Steuern einer Mustereingabe von der externen Schaltung; und

wobei die externe Schaltung bevorzugt eine Speichereinrichtung aufweist, die das Muster speichert.

5. Festkörperbildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter mit:

Invertern (90) oder Puffern, die mit den Ausgängen der Schieberegister verbunden sind, wobei die Inverter oder Puffer eine Treiberfähigkeit größer als der erste und der zweite Inverter aufweisen, die in den Schieberegistern vorgesehen sind, die Inverter oder Puffersignale für die vertikalen Ladungsübertragungselemente vorsehen zum Übertragen von Signalladung entlang der vertikalen Ladungsübertragungselemente, und/oder dritte Übertragungsgatter (80), die mit den Ausgängen der Schieberegister verbunden sind, wobei die dritten Übertragungsgattersignale für die vertikalen Ladungsübertragungselemente zum Übertragen von Signalladung entlang der vertikalen Ladungsübertragungselemente vorsehen,

worin eine Treiberfähigkeit eines Inverters, der in dem Schieberegister der letzten Stufe angeordnet ist, die mit einem Eingang des Schieberegisters der ersten Stufe durch eine Kreisschleifenleitung verbunden ist, bevorzugt größer als sein Gegenstückinverter ist, der in der letzten Stufe eines jeden der Schieberegister der anderen Stufen angeordnet ist.

6. Festkörperbildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Schieberegister der letzten Stufe einen Puffer aufweist, der nach einem Inverter verbunden ist, der in der letzten Stufe in dem Schieberegister angeordnet ist, wobei der Puffer eine Treiberfähigkeit größer als der Inverter aufweist, der in der letzten Stufe in dem Schieberegister angeordnet ist.

7. Festkörperbildsensor mit:

einer Pixellinienauswahlschaltung (800), die eine horizontale Linie oder eine Gruppe von horizontalen Linien von Photodetektoren aus den Photodetektoren in einer horizontalen Austastperiode auswählt und Signalladungen, die in den Photodetektoren in der ausgewählten Linie oder den Linien gespeichert sind, zu den vertikalen Ladungsübertragungselementen überträgt;

einem Treibermittel (900) zum Liefern von Signalen zu den vertikalen Ladungsübertragungselementen zum Treiber der Signalladungen in den vertikalen Ladungsübertragungselementen;

wobei das Treibermittel (900) Schieberegister (10, 20) einer Mehrzahl von Stufen aufweist, von denen jede einer horizontalen Linie des Photodetektorfeldes entspricht,

jede Stufe der Schieberegisterübertragungsgatter, die durch Taktsignale betätigt werden, und Inverter, die mit den Übertragungsgattern verbunden sind, aufweist;

einem horizontalen Ladungsübertragungselement (500), das mit den vertikalen Ladungsübertragungselementen verbunden ist, wobei das horizontale Ladungsübertragungselement Signalladungen, die von den vertikalen Ladungsübertragungselementen übertragen sind, nach außen in der nächsten horizontalen Periode überträgt, die der horizontalen Austastperiode folgt; und

einem Mittel (1002) zum Erzeugen von Taktsignalen zum Treiben der Schieberegister in dem Treibermittel, wobei das Mittel zum Erzeugen der Taktsignale mit dem Treibermittel verbunden ist, die Taktsignale eine Zahl aufweisen, die notwendig ist zum Lesen der Signalladungen, die in zwei Dimensionen gespeichert sind, während einer horizontalen Periode.

8. Festkörperbildsensor nach Anspruch 7, bei dem die Zahl der Taktsignale mindestens zweimal einer Zahl der Photodetektoren entspricht, die vertikal angeordnet sind.

9. Festkörperbildsensor nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Mittel zum Erzeugen von Taktsignalen (φ1301-φ1324) eine Speichereinrichtung (1002) und Schieberegister aufweist, die gemäß einem Treibermuster getrieben werden, das in der Speichereinrichtung (1002) gespeichert ist, oder Schieberegister aufweist, die in Reihe geschaltet sind, wobei eine Zahl der Schieberegister eine Zahl ist, die notwendig ist zum Lesen einer Abtastlinie der Signalladungen, die in zwei Dimensionen gespeichert sind, in einer horizontalen Periode, wobei die Zahl mindestens zweimal einer Zahl der Photodetektoren ist, die vertikal angeordnet sind.

10. Verfahren zum Treiben eines Festkörperbildsensors mit den Merkmalen von einem der Ansprüche 1 bis 9; wobei das Verfahren aufweist:

einen ersten Schritt des Rücksetzens einer Eingangsstufe der Schieberegister (10, 20) einer jeden Stufe in den vertikalen Ladungsübertragungselementen (130, 230, 330) durch externe Takte auf vorbestimmte elektrische Potentiale;

einen zweiten Schritt des Vorsehens von Ausgaben der Schieberegister (10, 20) zu den vertikalen Ladungsübertragungselementen (130, 230, 330) zum Übertragen von Signalladung entlang der vertikalen Ladungsübertragungselementen; und

einen Schritt des Eingebens der Ausgabe der Schieberegister (10, 20) einer Stufe an einen Eingang der Schieberegister (10, 20) an einer nächsten Stufe und Eingeben der Ausgabe des Schieberegisters der letzten Stufe an eine Eingabe des Schieberegisters an der ersten Stufe;

wobei der zweite und dritte Schritt iteriert werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem bevorzugt der erste Schritt ist:

Ausführen in einer Zeit, wenn eine elektrische Leistung angeschaltet wird, in einer vertikalen Austastperiode oder einer horizontalen Austastperiode;

in dem zweiten Schritt bevorzugt eine der Ausgaben des zweiten Inverters (10) des Schieberegisters einer jeden Stufe an das Gatter des vertikalen Ladungsübertragungselementes eingegeben wird und das Übertragungsgatter (20) ausgeschaltet wird, wenn die Pixellinienauswahlschaltung betätigt wird;

wobei das elektrische Potentialrücksetzen in den Schieberegistern von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Stufen bevorzugt sich von der Einstellung in den anderen Stufen unterscheidet.