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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft einen Festkörper-Bildaufnehmer
und ein Ansteuerungsverfahren für
einen solchen, und insbesondere betrifft sie einen Festkörper-Bildaufnehmer, bei
dem eine Verstärkungseinrichtung
(Spaltenverstärker)
mit jeder von vertikalen Signalleitungen verbunden ist, und ein
Ansteuerungsverfahren zum Beseitigen dort vorhandener Störsignale.
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Die 1 zeigt
einen von herkömmlichen Festkörper-Bildaufnehmern,
wie er beispielsweise im US-Patent Nr. 5,345,266 offenbart ist.
Dieser Festkörper-Bildaufnehmer verfügt über einen
solchen Grundaufbau, dass Einheitspixel 101 zweidimensional
in Matrixform angeordnet sind und eine Leitungsauswahl unter vertikalen
Auswählleitungen 103 durch
eine Vertikal-Scanschaltung 102 ausgeführt wird, und er ist ferner
auch so aufgebaut, dass mit jeder vertikalen Signalleitung 104 ein
Spaltenverstärker 105 verbunden
ist, ein Pixelsignal jeder Pixeleinheit 101 auf Leitungsbasis
im Spaltenverstärker 105 akkumuliert
wird, und eine Spaltenauswahl durch eine Horizontal-Scanschaltung
ausgeführt
wird, um das so akkumulierte Pixelsignal über eine horizontale Scansignalleitung 107 und
einen Leseverstärker 108 auszugeben.
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Beim
so aufgebauten herkömmlichen
Festkörper-Bildaufnehmer
ist sich jedoch die Vth(Schwellenwert)-Streuung jedes Pixels eines
ein jedes Einheitspixel 101 aufbauenden MOS-Transistors
direkt vor dem direkt mit dem Ausgangssignal des Bildaufnehmers überlagert.
Da die Vth-Streuung für
jedes Pixel einen festen Wert aufweist, erscheint auf dem Schirm
ein festes Rauschsignalmuster (FPN; fixed pattern noise).
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Um
das feste Rauschsignalmuster zu unterdrücken, war es bisher erforderlich,
eine Rauschbeseitigungsschaltung unter Verwendung eines Rahmenspeichers
außerhalb
des Bauteils anzubringen, um vorab entweder das Ausgangssignal (Rauschkomponente)
im dunklen Zustand oder das Ausgangssignal (Bildkomponente) im hellen
Zustand pro Pixel im Rahmenspeicher abzuspeichern, wobei zwi schen
dem so gespeicherten Signal und dem anderen Pixelsignal eine Subtraktion
ausgeführt
wurde, um die Rauschkomponente auf Grund der Vth-Streuung zu beseitigen.
Demgemäß muss ein
Kamerasystem in demjenigen Umfang größer konzipiert werden, der
der externen Montagegröße der Rauschbeseitigungsschaltung
unter Verwendung des Rahmenspeichers entspricht.
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Aus
FR-A-2 736 782 ist ein Festkörper-Bildaufnehmer
mit einem Pixelabschnitt mit zweidimensional in einer Matrixform
angeordneten Einheitspixeln bekannt, von denen jedes über ein
fotoelektrisches Wandlerelement zum fotoelektrischen Wandeln einfallenden
Lichts verfügt,
um eine Signalladung zu erhalten.
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Aus
US-A-4 041 519 ist ein integrierter Bildsensorschaltkreis mit Matrixarray
bekannt, der über
eine Horizontal- und Vertikal-Scaneinrichtung mit Sensorzellen innerhalb
Spalten des Arrays verfügt,
die einem analogen Ladungsleseverstärker zugeordnet ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Festkörper-Bildaufnehmer
zu schaffen, wie er in den Ansprüchen
1-3 angegeben ist.
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Ferner
ist ein Ansteuerungsverfahren gemäß der Erfindung geschaffen,
wie es im Anspruch 13 angegeben ist.
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Jedes
Einheitspixel des so aufgebauten Festkörper-Bildaufnehmers verfügt über einen
Auswählschalter
und einen Ausleseschalter, so dass das Pixelsignal für jedes
Pixel ausgelesen werden kann. Daher wird die vertikale Signalleitung
als erste zurückgesetzt,
und dann wird jedes Pixelsignal auf die vertikale Signalleitung
ausgelesen, wodurch der Rücksetzpegel
und der Signalpegel in dieser Reihenfolge pixelweise erhalten werden.
Ferner kann durch Berechnen der Differenz zwischen dem Rücksetzpegel
und dem Signalpegel die Rauschkomponente auf Grund der Streuung
und der Pixeleigenschaften aufgehoben werden. Außerdem werden der Rücksetzpegel
und der Signalpegel über
denselben Pfad ausgegeben, so dass im Prinzip keinerlei bandförmige Rauschkomponente
mit Korrelation in der vertikalen Richtung auftritt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Schaltbild, das einen herkömmlichen
Festkörper-Bildaufnehmer
zeigt;
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2 ist
ein schematisches Diagramm, das eine erste Ausführungsform eines Festkörper-Bildaufnehmers
gemäß der Erfindung
zeigt;
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3 ist
ein Timingdiagramm, das den Betrieb des Festkörper-Bildaufnehmers gemäß der Erfindung
veranschaulicht;
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4 ist
ein Potenzialdiagramm, das den Betrieb des Festkörper-Bildaufnehmers gemäß der Erfindung
veranschaulicht;
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5 ist
ein Schaltbild, das ein Beispiel des Aufbaus einer CDS-Schaltung
zeigt;
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6 ist
ein Timingdiagramm, wenn eine Feldausleseoperation ausgeführt wird;
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7 ist
ein Potenzialdiagramm, das den Betrieb einer Modifizierung des Festkörper-Bildaufnehmers
gemäß der ersten
Ausführungsform
veranschaulicht;
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8 ist
ein schematisches Diagramm, das eine zweite Ausführungsform des Festkörper-Bildaufnehmers
gemäß der Erfindung
zeigt;
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9 ist
ein Timingdiagramm, das den Betrieb des Festkörper-Bildaufnehmers gemäß der zweiten
Ausführungsform
veranschaulicht;
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10 ist
ein Potenzialdiagramm (Teil 1), das den Betrieb des Festkörper-Bildaufnehmers gemäß der zweiten
Ausführungsform
veranschaulicht;
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11 ist
eine Potenzialdiagramm (Teil 2), das den Betrieb des Festkörper-Bildaufnehmers gemäß der zweiten
Ausführungsform
veranschaulicht;
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12 ist
ein Potenzialdiagramm (Teil 1), das eine Modifizierung des Festkörper-Bildaufnehmers
gemäß der zweiten
Ausführungsform
veranschaulicht;
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13 ist
ein Potenzialdiagramm (Teil 2) der Modifizierung des Festkörper-Bildaufnehmers gemäß der zweiten
Ausführungsform;
und
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14 ist
ein Diagramm, das eine Kamera zeigt, bei der der Festkörper-Bildaufnehmer
und das zugehörige
Ansteuerungsverfahren gemäß der Erfindung
angewandt sind.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend
werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben.
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Die 2 ist
ein Diagramm, das den Aufbau einer ersten Ausführungsform eines Festkörper-Bildaufnehmers
gemäß der Erfindung
zeigt.
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In
der 2 entspricht eine durch eine gestrichelte Linie
umgebene Fläche
einem Einheitspixel 11. Das Einheitspixel 11 verfügt über eine
Fotodiode (PD) 12, die als fotoelektrisches Wandlerelement zum
Wandeln eines einfallenden Lichtsignals in ein elektrisches Signal
(Signalladung) dient, einen MOS-Auswähltransistor 13,
der als Auswählschalter zum
Auswählen
eines Pixels dient (d.h., dass das den MOS-Transistor 13 enthaltende
Pixel ausgewählt
wird, wenn dieser eingeschaltet wird), und einen MOS-Auslesetransistor 19,
der als Ausleseschalter dient, um die Signalladung aus der Fotodiode 12 auszulesen
(d.h., dass die in der Fotodiode 12 induzierte Signalladung über den
MOS-Auslesetransistor 14 ausgelesen wird, wenn dieser eingeschaltet wird).
Viele Einheitspixel 11 mit der obigen Struktur sind zweidimensional
in Form einer Matrix angeordnet.
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In
jedem Einheitspixel 11 verfügt die Fotodiode 12 über eine
Funktion zum Wandeln einfallenden Lichts in eine Signalladung (d.h.
zum Ausführen
eines fotoelektrischen Wandlungsvorgangs) und zum Ansammeln der
so enthaltenen Signalladung, d.h., sie dient sowohl als fotoelektrischer
Wandler als auch als Ladungsakkumulator. Der MOS-Auswähltransistor 13 und
der MOS-Auslesetransistor 14 sind in Reihe zwischen die
Kathodenelektrode der Fotodiode 12 und einer vertikale
Signalleitung 15 geschaltet. Die Gateelektrode des MOS-Auswähltransistors 13 ist mit
einer vertikalen Auswählleitung 16 verbunden, und
die Gateelektrode des MOS-Auslesetransistors 14 ist mit
einer Ausleseimpulsleitung 17 verbunden.
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Ein
als Verstärkungseinrichtung
dienender Spaltenverstärker 19 zum
Wandeln der auf die vertikale Signalleitung 15 ausgelesenen
Signalladung in ein Spannungssignal, und ein Horizontal-MOS-Auswähltransistor 20 zum
selektiven Ausgeben der Ausgangsspannung des Spaltenverstärkers 19 auf
eine horizontale Signalleitung 18 sind in Reihe zwischen dem
Endabschnitt der vertikalen Signalleitung 15 und der horizontalen
Signalleitung 18 miteinander verbunden. Der Spaltenverstärker 19 kann
so konzipiert sein, dass er eine Signalladung in einen Signalstrom wandelt.
Ein Kondensator 21 und ein MOS-Rücksetztransistor 22,
die als Rücksetzeinrichtung
zum Rücksetzen
der vertikalen Signalleitung 15 dienen, sind parallel mit
dem Spaltenverstärker 19 verbunden.
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Ferner
sind eine Vertikal-Scanschaltung 23 zur Zeilenauswahl und
eine Horizontal-Scanschaltung 29 zur Spaltenauswahl vorhanden.
Jede dieser Scanschaltungen 23, 24 verfügt beispielsweise über ein
Schieberegister. Ein von der Vertikal-Scanschaltung 23 ausgegebener
Vertikalscanimpuls ΦVm
wird an die vertikale Auswählleitung 16 gelegt,
ein von der Horizontal-Scanschaltung 24 ausgegebener Ausleseimpuls ΦCn wird
an die Ausleseimpulsleitung 17 gelegt, ein Horizontalscanimpuls ΦHn wird
an die Gateelektrode des Horizontal-MOS-Auswähltransistor 20 gelegt,
und ein Rücksetzimpuls ΦRn wird
an die Gateelektrode des MOS-Rücksetztransistors 22 gelegt.
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Beispielsweise
ist eine Korrelationsdoppelabtastschaltung (nachfolgend als "CDS-Schaltung" bezeichnet) 26 als
Differenzschaltung über
einen Horizontalausgangsverstärker 25 an
der Ausgangsanschlussseite der horizontalen Signalleitung 18 vorhanden.
Die CDS-Schaltung 26 ist vorhanden, um die Differenz zwischen
dem Rücksetzpegel
und dem Signalpegel, wie sie sukzessive über die horizontale Signalleitung 18 von
jedem der Einheitspixel 11 geliefert werden, vorhanden,
und sie zeigt den Vorteil, dass ihre Schaltungsaufbau als Differenzschaltung einfach
ist. Die spezielle Schaltungskonstruktion der CDS-Schaltung 26 wird
später
detailliert beschrieben.
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Als
Nächstes
wird der Betrieb des Festkörper-Bildaufnehmers
gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf ein Potenzialdiagramm in der 9 unter
Verwendung eines Timingdiagramms in der 3 beschrieben.
Wie es aus der 4 erkennbar ist, ist die Fotodiode 12 mit einer
HAD(Löcherakkumulierdiode)-Sensorstruktur konzipiert,
bei der eine Löcherak kumulierstruktur
einer p+-Schicht zur Oberflächenseite
einer np-Diode hinzugefügt
ist. Ferner verfügt
jede Gateelektrode 13a, 14a des MOS-Auswähltransistor 13 und
des MOS-Auslesetransistors 14 über einen Doppelgatestruktur
mit einer einschichtigen Gateelektrode. Die Verwendung der Doppelgatestruktur
sorgt für
den Vorteil, dass die Fläche
verkleinert werden kann.
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Als
Erstes wird in einer Zeitperiode a, in der der Vertikalscanimpuls ΦVm der Leitung
m den Pegel L einnimmt, die Signalladung in der Fotodiode 12 in
jedem Pixel 11 der Leitung m akkumuliert, während die
Signalladung aus jedem Pixel einer anderen Leitung ausgelesen wird.
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Als
Nächstes
wird, wenn der Vertikalscanimpuls ΦVm auf den Pegel H umgeschaltet
wird, der MOS-Auswähltransistor 13 des
Einheitspixels 11 der Leitung m eingeschaltet, und die
in der Fotodiode 12 akkumulierte Signalladung fließt in ihn.
In diesem Zustand wird, wenn der Rücksetzimpuls ΦRn auf den Pegel
h gebracht wird, der MOS-Rücksetztransistor 12 eingeschaltet,
und die vertikale Signalleitung 15 der Spalte n wird auf
das Bezugspotenzial Vb des Spaltenverstärkers 19 zurückgesetzt.
Der Rücksetzimpuls ΦRn wird
auf den Pegel L umgeschaltet, und dann wird der Horizontalscanimpuls ΦHn auf den
Pegel H gebracht, wodurch der Horizontal-MOS-Auswahltransistor 20 eingeschaltet
wird und als Erstes die Rauschkomponente auf die horizontale Signalleitung 18 ausgegeben
wird (Periode b).
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Anschließend, wenn
der Ausleseimpuls ΦCn der
Spalte n auf den Pegel H umgeschaltet wird, wird der MOS-Auslesetransistor 14 des
Einheitspixels 11 der Spalte n eingeschaltet, und die in
der Fotodiode 12 akkumulierte Signalladung wird über den MOS-Auswähltransistor 13 und
den MOS-Auslesetransistor 14 auf die vertikale Signalleitung 15 der Spalte
n ausgelesen (Periode c).
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Anschließend wird,
durch die Rückführung vom
mit der vertikalen Signalleitung 15 verbundenen Spaltenverstärker 19,
die vertikale Signalleitung 15 auf das Bezugspotenzial
Vb des Spaltenverstärkers 19 gebracht,
und die dem Signal entsprechende Ladung wird auf den Kondensator 21 ausgelesen
(Periode d). In einer Periode e bis zum Umschalten des Horizontalscanimpulses ΦHn auf den
Pegel L, was durch Umschalten des Ausleseimpulses ΦCn auf den
Pegel L erfolgt, wird die Signalkomponente an die horizontale Signalleitung 18 ausgegeben.
Gleichzeitig wird in der Fotodiode 12 die nächste Ladungsakkumulierung
gestartet.
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Durch
eine Reihe von Operationen, wie sie oben beschrieben sind, werden
sukzessive Ausgangssignale der Rauschkomponente (Rauschpegel) und
der Signalkomponente (Signalpegel) über denselben Pfad (den Spaltenverstärker 19,
den Horizontal-MOS-Auswähltransistor 29 usw.)
auf die horizontale Signalleitung 18 übertragen. Es erfolgt eine weitere Übertragung über den
Horizontalausgangsverstärker 25 an
die CDS-Schaltung 26, und durch die korrelierte Doppelabtastung
wird eine Rauschaufhebung ausgeführt.
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Die 6 zeigt
eine spezielle Schaltungskonstruktion der CDS-Schaltung 26.
Die CDS-Schaltung 26 verfügt über einen Klemmkondensator 33, der
an einem zugehörigen
Ende mit einem Eingangsanschluss 31 verbunden ist, einen
MOS-Klemmtransistor 34,
dessen eine Hauptelektrode mit dem anderen Ende des Klemmkondensators 33 verbunden
ist, einen Abtast/Halte-MOS-Transistor 35, dessen eine Hauptelektrode
mit dem anderen Ende des Klemmkondensators 33 verbunden
ist, einen Abtast/Halte-Kondensator 36, der zwischen die
andere Hauptelektrode des Abtast/Halte-MOS-Transistors 35 und Masse
geschaltet ist, und einen Pufferverstärker 37, der zwischen
die andere Hauptelektrode des Abtast/Halte-MOS-Transistors 35 und
einen Ausgangsanschluss 38 geschaltet ist.
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In
dieser CDS-Schaltung 26 wird eine Klemmspannung Vc1 an
die andere Hauptelektrode des MOS-Klemmtransistors 34 gelegt,
und dessen Gateelektrode wird ein Klemmimpuls ΦCl zugeführt. Ferner wird der Gateelektrode
des Abtast/Halte-MOS-Transistors 35 ein Abtast/Halte-Impuls ΦSh zugeführt.
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Die
so aufgebaute CDS-Schaltung wird als Differenzschaltung verwendet,
und eine korrelierte Doppelabtastung erfolgt unter Verwendung der
sukzessive zugeführten
Rauschkomponente und Signalkomponente, wodurch die in der Signalkomponente enthaltende
Rauschkomponente aufgehoben werden kann. Insbesondere werden das
Rücksetzsignal und
das Signal in dieser Reihenfolge über denselben Pfad an die horizontale
Signalleitung 18 ausgegeben, und es werden sukzessive Ausgangssignale
der Rauschkomponente und der Signalkomponente erhalten. Daher kann
nicht nur die Vth-Streuung des MOS-Transistors des Einheitspixels 11 sondern
auch das Rücksetzrauschen
(sogenannte kTC-Rauschen), das zu einem streifenförmigen Rauschen
mit festem Muster führt,
unterdrückt
werden.
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Aus
dem Timingdiagramm der 3 ist es ersichtlich, dass als
Modifizierung dieser Ausführungsform
der Ausleseimpuls ΦCn
der Spalte n und der Rücksetzim puls ΦRn + 1 der
Spalte n + 1 gemeinsam verwendet werden können. Ferner kann derselbe
Betrieb, wie er oben beschrieben ist, auch entsprechend einem Timing
erzielt werden, bei dem der Horizontalscanimpuls ΦHn der Spalte
n und der Rücksetzimpuls ΦRn + 1 der
Spalte n + 1 gemeinsam verwendet werden.
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Betreffend
die Schaltungsfunktion kann dieselbe Operation ausgeführt werden,
wenn die Anordnung des MOS-Auswähltransistors 13 und
des MOS-Auslesetransistors 14 invertiert ist. Wenn jedoch
der MOS-Auslesetransistor 14, der wiederholt mit jeder
1H (Horizontalperiode) ein-/ausschaltet, auf der Seite der die Ladungsakkumulierung
ausführenden
Fotodiode 12 vorhanden ist, führt dies zum Auftreten eines
Dunkelstroms. Daher ist es bevorzugter, dass der MOS-Auswähltransistor 13 auf
der Seite der Fotodiode 12 vorhanden ist, wie es in der 2 dargestellt
ist, da dann das Auftreten eines Dunkelstroms unterdrückt werden
kann.
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Ferner
werden, wie es im Timingdiagramm der 6 dargestellt
ist, die Signalladungen zweier Pixel in der vertikalen Richtung
auf der vertikalen Signalleitung 15 beim Signalladungs-Lesevorgang durch
gleichzeitiges Ansteuern jeweils zweier benachbarter vertikaler
Auswählleitungen
zu einander addiert, und so kann ein Halbbild-Lesevorgang, der das
Zeilensprungverfahren unterstützt,
implementiert werden. Genauer gesagt, werden die Vertikalscanimpulse ΦGv in den
ungeradzahligen Halbbildern gleichzeitig in der Kombination ΦVm – 2 und ΦVm – 1, ΦVm und ΦVm + 1, Φvm + 2 und ΦVm + 3,...
und im geradzahligen Halbbild in der Kombination ΦVm – 1 und ΦVm, ΦVm + 1 und ΦVm + 2,...
erzeugt.
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Bei
der obigen Ausführungsform
verfügt
die jeweilige Gateelektrode 13a, 14a des MOS-Auswähltransistors 13 bzw.
des MOS-Auslesetransistors 14 über eine einschichtige Gatestruktur,
und so ist die Ausführungsform
hinsichtlich des Prozesses einfach und zeigt eine kleinere Anzahl
von Schritten, so dass ein Vorteil dahingehend besteht, dass der
Preis niedrig ist.
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Umgekehrt
ist, wie es aus der 4 erkennbar ist, zwischen den
Gateelektroden 13a, 14a ein n+-Diffusionsbereich
vorhanden, so dass die Gefahr besteht, dass beim Übergangszeitpunkt
von der Periode d zur Periode e die Rauschkomponente aufgrund der
Streuung des Felddurchgriffs, wie er an der Gateelektrode 14a des
MOS-Auslesetransistors 14 auftritt, verbleibt. Ferner besteht
auch die Gefahr, dass Überlaufladungen,
die Pixeln einer nicht ausgewählten
Lei tung auftreten, zwischen den MOS-Auswähltransistor 13 und
den MOS-Auslesetransistor 14 eindringen, so dass eine verschmierung
auftritt.
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Daher
ist beim Festkörper-Bildaufnehmer gemäß der Modifizierung
der ersten Ausführungsform,
wie im Potenzialdiagramm der 7 dargestellt,
jede Gateelektrode 13a, 14a des MOS-Auswähltransistors 13 und
des MOS-Auslesetransistors 14 als Doppelgatestruktur mit
einer zweischichtigen Gateelektrode konzipiert, und benachbarte
Abschnitte überlappen
miteinander. In derselben Figur repräsentiert die Periode a bis
zur Periode e den Potenzialzustand von der Periode a bis zur Periode
e im Timingdiagramm der 3, und die Grundoperation ist dieselbe
wie bei der 9.
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Wie
oben beschrieben, überlappen
die benachbarten Abschnitte der Gateelektroden 13a, 19a des
MOS-Auswähltransistors 13 und
des MOS-Auslesetransistors 14 miteinander, wodurch der
in der 4 dargestellte n+-Diffusionsbereich
nicht zwischen ihnen auftritt, so dass die Rauschkomponente aufgrund
der Streuung des in der Gateelektrode 14a des MOS-Auslesetransistors 14 auftretenden
Felddurchgriffs beim Übergangszeitpunkt
von der Periode d zur Periode e ebenfalls vollständig übertragen werden kann.
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Demgemäß tritt
keinerlei Rauschen aufgrund der Gateelektrode 14a des MOS-Auslesetransistors 14 auf.
Ferner wird die Überlaufsladung
aus der Fotodiode 12 direkt an den mit der vertikalen Signalleitung 15 verbundenen
n+-Diffusionsbereich
geliefert, so dass die Verschmierung auf alleine diejenigen Ladungen
herabgedrückt
werden kann, wie sie innerhalb einer Pixelauslesezeit auftreten,
was durch Zurücksetzen
der vertikalen Signalleitung 15 unmittelbar vor dem Auslesen
der Signalladung (Pixelsignal) erfolgt.
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Die 8 ist
ein schematisches Diagramm, das eine zweite Ausführungsform des Festkörper-Bildaufnehmers
gemäß der Erfindung
zeigt. In der 8 repräsentiert eine durch eine gestrichelte Linie
umgebene Fläche
ein Einheitspixel 51. Wie bei der ersten Ausführungsform
verfügt
das Einheitspixel 51 über
eine als fotoelektrisches Wandlerelement dienende Fotodiode (PD) 52,
einen als Auswählschalter
zum Auswählen
eines Pixels dienenden MOS-Auswähltransistor 53 sowie
einen als Ausleseschalter dienenden MOS-Auslesetransistor 54 zum Auslesen
einer Signalladung aus der Fotodiode 52, wobei sie zweidimensional
in Form einer Matrix angeordnet sind.
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Im
Einheitspixel 51 ist der MOS-Auslesetransistor 54 zwischen
die Kathodenelektrode der Fotodiode 52 und der vertikale
Signalleitung 55 geschaltet. Ferner ist der MOS-Auswähltransistor 53 zwischen die
Gateelektrode des MOS-Auslesetransistors 54 und
die Ausleseimpulsleitung 57 geschaltet. Beispielsweise
wird als MOS-Auswähltransistor 53 ein solcher
vom Verarmungstyp verwendet. Die Gateelektrode des MOS-Auswähltransistors 53 ist
mit der vertikalen Signalleitung 56 verbunden.
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Ein
Spaltenverstärker 59 zum
Wandeln der aus der vertikalen Signalleitung 55 ausgelesenen
Signalladung in ein Spannungssignal sowie ein Horizontal-MOS-Auswähltransistor 60 zum
selektiven Ausgeben der Ausgangsspannung des Spaltenverstärkers 59 an
die horizontale Signalleitung 58 sind in Reihe miteinander
zwischen die vertikale Signalleitung 55 und die horizontale
Signalleitung 58 geschaltet. Ein Kondensator 61 und
ein MOS-Rücksetztransistor 62 zum
Rücksetzen
der vertikalen Signalleitung 55 sind parallel mit dem Spaltenverstärker 59 verbunden.
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Ferner
sind eine Vertikal-Scanschaltung 63 zur Zeilenauswahl und
eine Horizontal-Scanschaltung 64 zur Spaltenauswahl vorhanden.
Jede dieser Scanschaltungen 63 und 64 verfügt beispielsweise über ein
Schieberegister. Der von der Vertikal-Scanschaltung 63 ausgegebene
Vertikalscanimpuls ΦGm wird
an die vertikale Auswählleitung 56 geliefert,
und der von der Horizontal-Scanschaltung 64 ausgegebene
Ausleseimpuls ΦCn
wird an die Ausleseimpulsleitung 57 gegeben, ein Horizontalscanimpuls ΦHn wird
an die Gateelektrode des Horizontal-MOS-Auswähltransistors 60 gegeben,
und ein Rücksetzimpuls ΦRn wird
an die Gateelektrode des MOS-Rücksetztranstors 62 gegeben.
Eine CDS-Schaltung 66 mit dem in der 5 dargestellten
Schaltungsaufbau ist als Differenzschaltung über einen Horizontalausgangsverstärker 65 hinweg
vorhanden.
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Als
Nächstes
wird der Betrieb des Festkörper-Bildaufnehmers
gemäß der zweiten
Ausführungsform
mit diesem Aufbau unter Bezugnahme auf die Potenzialdiagramme der 10 und 11 unter
Verwendung des Timingdiagramms der 9 beschrieben.
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Wie
es aus den 10 und 11 ersichtlich
ist, verfügt
die Fotodiode 52 über
einen HAD-Sensoraufbau, bei dem eine aus einer p+-Schicht
bestehende Löcherackumulierstruktur
zur Oberflächenseite
einer np-Diode hinzugefügt
ist.
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Als
Erstes wird während
der Periode a, in der sich der Vertikalscanimpuls ΦVm der Zeile
m auf dem Pegel L befindet, die Signalladung in der Fotodiode 52 jedes
der Pixel 51 der Zeile m akkumuliert, während die Signalladung aus
den Pixeln der anderen Zeilen ausgelesen wird.
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Anschließend wird,
wenn der Vertikalscanimpuls ΦVm
auf den Pegel H umgeschaltet wird, der MOS-Auswähltransistor 53 des
Einheitspixels 51 der Zeile m eingeschaltet. Wenn der Rücksetzimpuls ΦRn in diesem
Zustand auf den Pegel N gebracht wird, wird der MOS-Rücksetztransistor 62 eingeschaltet,
und die vertikale Signalleitung 55 der Spalte n wird auf
das Bezugspotenzial Vb des Spaltenverstärkers 69 rückgesetzt.
Danach, wenn der Rücksetzimpuls ΦRn auf den
Pegel L umgeschaltet wird und gleichzeitig der Horizontalscanimpuls ΦHn auf den
Pegel H gebracht wird, wird der Horizontal-MOS-Auswähltransistor 60 eingeschaltet,
und die Rauschkomponente wird als Erstes an die horizontale Signalleitung 58 ausgegeben
(Periode b).
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Anschließend, wenn
der Ausleseimpuls ΦCn der
Spalte n auf den Pegel H umgeschaltet ist, wird der Ausleseimpuls ΦCn über den
MOS-Auswähltransistor 53,
der sich im EIN-Zustand befand, an die Gateelektrode des MOS-Auslesetransistors 54 gegeben,
wodurch die in der Fotodiode 52 akkumulierte Signalladung über den
MOS-Auslesetransistor 54 auf die vertikale Signalleitung 55 der
Spalte n ausgelesen wird (Periode c).
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Anschließend wird,
durch die Rückführung vom
mit der vertikalen Signalleitung 55 verbundenen Spaltenverstärker 59,
diese vertikale Signalleitung 55 auf das Bezugspotenzial
Vb des Spaltenverstärkers 59 gebracht,
und die dem Signal entsprechende Ladung wird auf den Kondensator 61 ausgelesen
(Periode d). Danach, wenn der Ausleseimpuls ΦCn auf den Pegel L umgeschaltet
ist, wird die Signalkomponente in der Periode e an die horizontale
Signalleitung 58 ausgegeben, bis der Horizontalscanimpuls ΦHn auf den
Pegel L umgeschaltet wird. Gleichzeitig wird die nächste Ladungsakkumulierung
in der Fotodiode 62 gestartet.
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Über eine
Reihe von Vorgängen,
wie sie oben beschrieben sind, wird, wie im Fall der ersten Ausführungsform,
eine sukzessive Ausgabe der Rauschkomponente (Rauschsignalpegel)
und der Signalkomponente (Signalpegel) auf der horizontalen Signalleitung 58 erhalten,
und es erfolgt eine weitere Übertragung über den
Horizontalausgangsverstärker 65 an
die CDS-Schaltung 66, in der eine Rauschaufhebung durch
korrelierte Doppelabtastung ausgeführt wird.
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Insbesondere
wird bei dieser Ausführungsform
der Ausleseimpuls ΦCn über den
Source/Drainanschluss des MOS-Auswähltransistors an die Gateelektrode
des MOS-Auslesetransistors geliefert, so dass das Auftreten eines
kTC-Rauschens des MOS-Auswähltransistors 53 und
des MOS-Auslesetransistors 54 unterdrückt werden kann. In diesem Fall
kann jede der Gateelektroden des MOS-Auswähltransistors 53 und
des MOS-Auslesetransistors 54 als einschichtige Gateelektrode
aufgebaut sein. Daher werden Vorteile dahingehend erzielt, dass
der Prozess einfach ist, die Anzahl der Schritte klein ist und der
Preis niedrig ist.
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Ferner
wird als MOS-Auswähltransistor 53 ein
MOS-Transistor vom Verarmungstyp verwendet, und so können die
folgenden Vorteile erzielt werden.
- (1) Pro
1H werden mit dem Timing der Periode a in der 10 0V
an die Gateelektrode des MOS-Auslesetransistors 54 angelegt.
Andererseits wird, wenn ein normaler MOS-Transistor vom Anreicherungstyp
verwendet wird, der MOS-Auswähltransistor 53 in
der Periode a in der 12 ausgeschaltet, und so werden
keine 0V an die Gateelektrode des MOS-Auslesetransistors 54 angelegt.
Demgemäß muss das
Potenzial des MOS-Auslesetransistors 54 für eine Halbbildperiode
aufrechterhalten werden. Wenn jedoch ein Inverservorspannungsleckstrom
groß ist
oder ein Lichtleck groß ist,
kann das Potenzial des Gates nicht aufrechterhalten werden, sondern
es variiert während
der Periode eines Halbbilds.
- (2) Durch Anpassen des Potenzials des MOS-Auslesetransistors 54 wird
mit dem Timing der Periode f der 11 unter
Verwendung eines Verarmungstyps für den MOS-Auswähltransistor 53 ein
positives Potenzial an die Gateelektrode des MOS-Auslesetransistors 54 gelegt,
obwohl er vom Anreicherungstyp ist, und es kann eine Überlaufoperation
ausgeführt
werden. Im Ergebnis kann eine Aufhellverschmierung unterdrückt werden.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist als MOS-Auswähltransistor 53 ein
MOS-Transistor vom Verarmungstyp
verwendet, jedoch besteht keine Einschränkung auf den Verarmungstyp.
Selbst wenn der Anreicherungstyp verwendet wird, kann der der oben beschriebenen
Ausführungsform
innewohnende Effekt erzielt wer den, obwohl nicht der Effekt erzielt werden
kann, wie er dem oben beschriebenen Verarmungstyp innewohnt.
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Die 12 und 13 sind
Potenzialdiagramme, wenn als MOS-Auswähltransistor 53 ein MOS-Transistor
vom Anreicherungstyp verwendet wird.
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Beim
Festkörper-Bildaufnehmer
der zweiten Ausführungsform
kann die das Zeilensprungsverfahren unterstützende Halbbild-Ausleseoperation
dadurch implementiert werden, dass jeweils zwei benachbarte Vertikalauswählsignale
gleichzeitig betrieben werden, wie es im Timingdiagramm der 6 dargestellt
ist, wie im Fall des Festkörper-Bildaufnehmers
gemäß der ersten
Ausführungsform.
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Die 14 ist
ein Diagramm, das eine Kamera zeigt, bei der der Festkörper-Bildaufnehmer und
das Abtast/Halte-MOS-Transistor für diesen, wie sie oben beschrieben
sind, angewandt sind. In der 14 wird
einfallendes Licht von einem Gegenstand durch ein optisches System
mit einer Linse 70 auf die Bildaufnahmefläche des
Festkörper-Bildaufnehmers 71 fokussiert.
Einer der oben beschriebenen Festkörper-Bildaufnehmer kann als
Festkörper-Bildaufnehmer 71 verwendet
werden. Der Festkörper-Bildaufnehmer 71 wird
entsprechend dem oben beschriebenen Abtast/Halte-MOS-Transistor durch
ein Ansteuerungssystem 62 angesteuert, das einen Timinggenerator
enthält.
Das Ausgangssignal des Festkörper-Bildaufnehmers
wird durch einen Signalprozessor 73 verschiedenen Signalverarbeitungen
unterzogen, um Videosignale zu erhalten.
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Wie
oben beschrieben, kann, gemäß der Erfindung,
bei einem Festkörper-Bildaufnehmer,
bei dem der Spaltenverstärker
mit jeder vertikalen Signalleitung verbunden ist, das Signal jedes
Pixels auf Pixelbasis ausgelesen werden, wobei als Erstes die vertikale
Signalleitung rückgesetzt
wird und dann ein Pixelsignal an diese vom fotoelektrischen Wandlerelement
ausgelesen wird, um dadurch den Rücksetzpegel und den Signalpegel
sukzessive an denselben Pfad auszugeben, und danach wird die Differenz
zwischen dem Rücksetzpegel
und dem Signalpegel berechnet. Daher können ein Rauschen mit festem Muster
aufgrund einer Charakteristikstreuung aller Einheitspixel und ein
streifenförmiges
Rauschen mit festem Muster mit Korrelation in der vertikalen Richtung
bei diesem Bauteil unterdrückt
werden, so dass dies zu einer Verringerung der Größe des Kamerasystems
bei der oben beschriebenen Kamera unter Verwendung des Festkörper-Bildaufnehmers
als Bildaufnehmer beitragen kann.