專利名稱：光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，此光電轉(zhuǎn)換設(shè)備有排列成矩陣形式的光電轉(zhuǎn)換元件且能夠獲得高質(zhì)量圖象。


圖1是說明普通光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的電路圖。參照?qǐng)D1，光電轉(zhuǎn)換元件(例如，光電二極管)1按照入射光量貯存電荷且構(gòu)成二維陣列(圖1中的4×4單元)。光電轉(zhuǎn)換元件1的一個(gè)端子連接到源極跟隨器輸入MOS2的柵極。源極跟隨器輸入MOS2的源極連接到垂直選擇開關(guān)MOS3的漏極。源極跟隨器輸入MOS2的漏極經(jīng)過供電線4連接到供電端子5。垂直選擇開關(guān)MOS3的源極經(jīng)過垂直輸出線6連接到負(fù)載電源7。源極跟隨器輸入MOS2，垂直選擇開關(guān)MOS3，和負(fù)載電源7組成源極跟隨器電路。光電轉(zhuǎn)換元件1，源極跟隨器輸入MOS2，垂直選擇開關(guān)MOS3，和負(fù)載電源7組成一個(gè)象素。
按照每個(gè)象素光電轉(zhuǎn)換元件中積累的電荷，光電轉(zhuǎn)換元件1的信號(hào)電壓產(chǎn)生在源極跟隨器輸入MOS2的柵極處。這個(gè)信號(hào)電壓被源極跟隨器電路作電流放大并讀出。
垂直選擇開關(guān)MOS3的柵極經(jīng)過垂直柵極線8連接到垂直掃描電路9。源極跟隨器電路的輸出信號(hào)經(jīng)過垂直輸出線6，水平轉(zhuǎn)移MOS開關(guān)10，水平輸出線11，和輸出放大器12輸出到外部。借助這種布置，各個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電壓通過連接到垂直掃描電路9的垂直柵極線8上脈沖電壓按順序接通垂直選擇開關(guān)MOS3。此信號(hào)電壓被讀出到相應(yīng)的垂直線上。水平轉(zhuǎn)換MOS開關(guān)10被水平掃描電路13的移位寄存器信號(hào)按順序接通。各個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電壓作為以象素為單元的時(shí)序信號(hào)從輸出放大器12輸出。
在上述現(xiàn)有技術(shù)中，由于有限電阻分布在垂直輸出線6上，垂直方向上的寄生信號(hào)因電阻兩端的電壓降而出現(xiàn)在信號(hào)中。為了敘述方便，圖2中畫出了一個(gè)象素及其周圍部分。參照?qǐng)D2，電阻201分布在垂直輸出線6上。假設(shè)有M行象素，r1是每行垂直輸出線的電阻值。于是，第K行象素與水平轉(zhuǎn)移MOS開關(guān)10之間的總電阻表示為r1×K(1≤K≤M)…(1)設(shè)Ia,Rm,Vth0，和Vsig0分別表示流過負(fù)載電源7的電流，垂直選擇開關(guān)MOS3的串聯(lián)電阻，源極跟隨器輸入MOS2的閾值電壓，和源極跟隨器輸入MOS2柵極上的信號(hào)電壓。于是，被源極跟隨器電流作電流放大和讀出的信號(hào)Vsig1表示為Vsig1=Vsig0-Vth0-Ia×Rm-Ia×r1×K(1≤K≤M)…(2)就是說，即使各個(gè)象素上產(chǎn)生相同的信號(hào)電壓Vsig0，由于垂直輸出線6電阻r1上的電壓降，以行為單元讀出的電壓Vsig1有差別因而造成垂直寄生信號(hào)。圖象的質(zhì)量嚴(yán)重地下降。
近年來，在光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的發(fā)展過程中，象素?cái)?shù)目增多且尺寸減小。光電轉(zhuǎn)換設(shè)備中的布線趨向于又細(xì)又長(zhǎng)。垂直輸出線6電阻r1引起的電壓降就成了一個(gè)嚴(yán)重問題。
另一個(gè)問題是由于以行為單元的源極跟隨器電路有不同動(dòng)態(tài)范圍造成的，因?yàn)橛邢揠娮璺植荚诠╇娋€4上。參照?qǐng)D2來敘述這個(gè)問題。圖8中的電阻202分布在供電線4上。假設(shè)有M行象素，r2是每行供電線的電阻值。于是，第K行象素與供電端子5之間的總電阻為r2×K(1≤K≤M)…(3)令Vd為供電端子5的電壓，源極跟隨器輸入MOS2必須作為一個(gè)五極管來運(yùn)行，為的是使源極跟隨器電路作為一個(gè)線性放大器。這個(gè)條件是由下式給出Vd-Ia×r2×K＞Vsig0-Vth0(1≤K≤M)…(4)以上條件可以寫成Vsig0＜Vd+Vth0-Ia×r2×K(1≤K≤M)…(5)不滿足以上條件的信號(hào)電壓值隨行數(shù)而不同。即，信號(hào)有不同的動(dòng)態(tài)范圍。
這就導(dǎo)致小光量特性一側(cè)上因光電二極管1極性組合造成的飽和電壓寄生信號(hào)或輸出寄生信號(hào)，從而大大地降低圖象質(zhì)量。
本發(fā)明的一個(gè)目的是避免光電轉(zhuǎn)換設(shè)備中圖象質(zhì)量的下降。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例提供這樣一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，此光電轉(zhuǎn)換設(shè)備包括安裝成多行的光電轉(zhuǎn)換元件；含有排列成以垂直輸出線為單元的負(fù)載裝置的放大裝置；用于放大安裝成多行光電轉(zhuǎn)換元件中積累的信號(hào)電荷；垂直掃描裝置，用于按順序掃描被放大裝置放大的信號(hào)，把此信號(hào)讀出到垂直輸出線上；以及水平掃描裝置，用于按順序掃描被放大裝置放大的信號(hào)，把此信號(hào)讀出到水平輸出線上；其中負(fù)載裝置放在與放大裝置輸出信號(hào)方向的垂直相反一側(cè)。
按照另一個(gè)實(shí)施例提供這樣一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，此光電轉(zhuǎn)換設(shè)備包括安裝成多行的光電轉(zhuǎn)換元件；含有排列成以垂直輸出線為單元的負(fù)載裝置的放大裝置，用于放大安裝成多行光電轉(zhuǎn)換元件中積累的信號(hào)電荷；垂直掃描裝置，用于按順序掃描被放大裝置放大的信號(hào)，把此信號(hào)讀出到垂直輸出線上；以及水平掃描裝置，用于按順序掃描被放大裝置放大的信號(hào)，把此信號(hào)讀出到水平輸出線上；其中負(fù)載裝置放在與放大裝置輸出信號(hào)方向的垂直相同一側(cè)，來自放大裝置的一些信號(hào)輸出到與信號(hào)輸出方向相反的方向上。
按照另一個(gè)實(shí)施例提供這樣一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，此光電轉(zhuǎn)換設(shè)備包括安裝成多行的光電轉(zhuǎn)換元件；放大裝置，用于放大安裝成多行光電轉(zhuǎn)換元件中積累的信號(hào)電荷；垂直掃描裝置，用于按順序掃描被放大裝置放大的信號(hào)，把此信號(hào)讀出到垂直輸出線上；水平掃描裝置，用于按順序掃描被放大裝置放大的信號(hào)，把此信號(hào)讀出到水平輸出線上；以及供電裝置，用于給放大裝置提供電源電壓；其中一個(gè)供電裝置放在與放大裝置輸出信號(hào)方向垂直的相反一側(cè)。
按照另一個(gè)實(shí)施例提供這樣一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，此光電轉(zhuǎn)換設(shè)備包括安裝成多行的光電轉(zhuǎn)換元件；輸出裝置，用于輸出安裝成多行光電轉(zhuǎn)換元件中積累的信號(hào)電荷作為電壓信號(hào)；垂直掃描裝置，用于按順序掃描來自輸出裝置的電壓信號(hào)，把此電壓信號(hào)讀出到垂直輸出線上；水平輸出裝置，用于按順序掃描垂直輸出線上的電壓信號(hào)，把此電壓信號(hào)讀出到水平輸出線上；以及寄生信號(hào)修正裝置，用于修正不同行上光電轉(zhuǎn)換元件之間電壓信號(hào)電平差引起的寄生信號(hào)，此電壓信號(hào)是從輸出裝置輸出的。
借助以上各種安排，能夠提供高質(zhì)量的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備。
本發(fā)明的上述及其他目的，特征和優(yōu)點(diǎn)可以從結(jié)合附圖幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中變得顯而易見。
圖1是說明普通光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的示圖；圖2是說明普通光電轉(zhuǎn)換設(shè)備工作的電路圖；圖3是說明本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例運(yùn)行的示圖；圖4是說明本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例運(yùn)行的電路圖；圖5是說明本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的示圖；圖6是說明本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的示圖；圖7是說明本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的示圖；以及圖8是說明本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的示圖。
圖3是說明本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的示圖。恒定電流源7放在與源極跟隨器電路輸出信號(hào)電壓方向垂直的相反一側(cè)。參照?qǐng)D3，光電轉(zhuǎn)換元件(例如，光電二極管)1按照入射光量貯存電荷且構(gòu)成二維陣列(圖3中的4×4單元)。光電轉(zhuǎn)換元件1的一個(gè)端子連接到源極跟隨器輸入MOS2的柵極。源極跟隨器輸入MOS2的源極連接到垂直選擇開關(guān)MOS3的漏極。源極跟隨器輸入MOS2的漏極經(jīng)過供電線4連接到供電端子5。垂直選擇開關(guān)MOS3的源極經(jīng)過垂直輸出線6連接到負(fù)載電源7。源極跟隨器輸出MOS2，垂直選擇開關(guān)MOS3，和負(fù)載電源7組成源極跟隨器電路。光電轉(zhuǎn)換元件1，源極跟隨器輸入MOS2，垂直選擇開關(guān)MOS3，和負(fù)載電源7組成一個(gè)象素。
按照每個(gè)象素光電轉(zhuǎn)換元件中積累的電荷，光電轉(zhuǎn)換元件1的信號(hào)電壓產(chǎn)生在源極跟隨器輸入MOS2的柵極處。這個(gè)信號(hào)電壓被源極跟隨器電路作電流放大并讀出。
垂直選擇開關(guān)MOS3的柵極經(jīng)過垂直柵極線8連接到垂直掃描電路9。源極跟隨器電路的輸出信號(hào)經(jīng)過垂直輸出線6，水平轉(zhuǎn)移MOS開關(guān)10，水平輸出線11，和輸出放大器12輸出到外部。每個(gè)水平轉(zhuǎn)移MOS開關(guān)10的柵極連接到水平掃描電路13。借助這種布置，各個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電壓通過連接到垂直掃描電路9的垂直柵極線8上脈沖電壓按順序接通垂直選擇開關(guān)MOS3。此信號(hào)電壓被讀出到相應(yīng)的垂直線上，水平轉(zhuǎn)移MOS開關(guān)10被水平掃描電路13的移位寄存器信號(hào)按順序接通。各個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電壓作為以象素為單元的時(shí)序信號(hào)從輸出放大器12中輸出。最好是，諸如具有高輸入阻抗的MOS放大器的這種放大器用作輸出放大器12。
圖4表示便于說明的一個(gè)象素及其周圍部分。參照?qǐng)D4，源極跟隨器與恒定電流源7之間存在電阻401。恒定電流源7的穩(wěn)定電流經(jīng)過這個(gè)電阻401流入恒定電流源7。源極跟隨器與輸出端之間存在電阻201。
源極跟隨器輸出端的電壓Vsig1′由下式給出Vsig′=Vsig0-Vth0-Ia×Rm…(6)這個(gè)值是一個(gè)恒定值，它是由晶體管和穩(wěn)定電流的設(shè)計(jì)值所確定。
如上所述，穩(wěn)定電流Ia經(jīng)過電阻401流入恒定電流源7，恒定電流源7與電阻401之間各個(gè)連接點(diǎn)處的電壓Vsig1因存在電阻401而有以象素行為單元的電位差，如以上公式(2)所指出的。
負(fù)載電源7放在與源極跟隨器電路輸出信號(hào)電壓方向垂直的相反一側(cè)。因此，只有最初讀出周期內(nèi)的瞬態(tài)電流流過電阻201，而沒有穩(wěn)定電流流過。電阻201與水平轉(zhuǎn)移MOS開關(guān)10之間連接點(diǎn)處的電壓Vsig2由下式給出Vsig2=Vsig1′…(7)電阻上不出現(xiàn)電位差效應(yīng)。所以，能夠大大減少垂直的寄生信號(hào)，可以提高圖象的質(zhì)量。
在這個(gè)實(shí)施例中，以上描述了利用恒定電流型負(fù)載的源極跟隨器電路。然而，本發(fā)明不受這種類型的局限。利用電阻型電路也能獲得上述相同的效果。利用倒相放大器型電路也是如此，這種類型電路不是源極跟隨器電路，而是這樣一種電路，它把光電轉(zhuǎn)換元件中積累的電荷加以倒相和放大，并把此電荷輸出到垂直輸出線上，如美國(guó)專利(U.S.P.)No.5,698,844中所披露的。
此外，即使當(dāng)信號(hào)暫地貯存在電容器中，然后再?gòu)钠渲凶x出，取出信號(hào)直接地輸入到放大器中，也能獲得相同的效果。
在這個(gè)實(shí)施例中，寄生信號(hào)修正裝置是這樣一種安排，其中恒定電流源7放在與源極跟隨器電路輸出信號(hào)電壓方向垂直的相反一側(cè)。這種安排有這樣一種功能，它修正各行中源極跟隨器電路輸出信號(hào)電平差引起的寄生信號(hào)。
在這個(gè)實(shí)施例中，電流輸出裝置是這樣一種安排，其中恒定電源源7放在與源極跟隨器電路輸出信號(hào)電壓方向垂直的相反一側(cè)。
以上安排有這樣一種功能，垂直輸出線上的電流流到恒定電流源一側(cè)，而不是在源極跟隨器電路輸出信號(hào)的方向上。
圖5是說明本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的示意圖，恒定電流源放在與源極跟隨器電路輸出信號(hào)電壓方向垂直的相同一側(cè)，與此同時(shí)，以行為單元的信號(hào)電壓交替地從相反的方向輸出。
參照?qǐng)D5，光電轉(zhuǎn)換元件(例如，光電二極管)1按照入射光量貯存電荷且構(gòu)成二維陣列(圖5中的4×4單元)。光電轉(zhuǎn)換元件1的一個(gè)端子連接到源極跟隨器輸入MOS2的柵極。源極跟隨器輸入MOS2的源極連接到垂直選擇開關(guān)MOS3的漏極。源極跟隨器輸入MOS2的漏極經(jīng)過供電線4連接到供電端子5。垂直選擇開關(guān)MOS3的源極經(jīng)過垂直輸出線6連接到負(fù)載電源7。源極跟隨器輸入MOS2，垂直選擇開關(guān)MOS3，和負(fù)載電源7組成源極跟隨器電路。光電轉(zhuǎn)換元件1，源極跟隨器輸入MOS2，垂直選擇開關(guān)MOS3，和負(fù)載電源7組成一個(gè)象素。
按照每個(gè)象素光電轉(zhuǎn)換元件中積累的電荷，光電轉(zhuǎn)換元件1的信號(hào)電壓產(chǎn)生在源極跟隨器輸入MOS2的柵極處。這個(gè)信號(hào)電壓被源極跟隨器電路作電流放大并讀出。
垂直選擇開關(guān)MOS3的柵極經(jīng)過垂直柵極線8連接到垂直掃描電路9。源極跟隨器電路的輸出信號(hào)經(jīng)過垂直輸出線6，水平轉(zhuǎn)移MOS開關(guān)10，水平輸出線11，和輸出放大器12輸出到外部。每個(gè)水平轉(zhuǎn)移MOS開關(guān)10的柵極連接到水平掃描電路13。借助這種布置，各個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電壓通過連接到垂直掃描電路9的垂直柵極線8上脈沖電壓按順序接通垂直選擇開關(guān)MOS3。此信號(hào)電壓被讀出到相應(yīng)的垂直線上。水平轉(zhuǎn)移MOS開關(guān)10被水平掃描電路13的移位寄存器信號(hào)按順序接通。各個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電壓作為以象素為單元的時(shí)序信號(hào)從輸出放大器12輸出。
水平轉(zhuǎn)移MOS開關(guān)10連接到每隔一條的垂直輸出線6，對(duì)于每條垂直輸出線6，每個(gè)水平掃描電路13從相應(yīng)的水平轉(zhuǎn)移MOS開關(guān)10輸出一個(gè)信號(hào)到相應(yīng)的水平輸出線11。作為源極跟隨器電路負(fù)載的恒定電流源7連接到垂直輸出線6一側(cè)上水平轉(zhuǎn)移MOS開關(guān)10的源極。垂直輸出線的電阻值隨垂直柵極線8的位置而不同。水平掃描電路13安排在每條垂直輸出線6的兩個(gè)端子上。兩個(gè)端子上的水平掃描電路13同步地工作，接通以垂直輸出線6為單元的每個(gè)水平轉(zhuǎn)移MOS開關(guān)10。每個(gè)水平掃描電路13從光電轉(zhuǎn)換元件1讀出一個(gè)光學(xué)電荷信號(hào)到相應(yīng)的水平輸出線11上，因而從相應(yīng)的輸出放大器12中輸出信號(hào)。在此情況下，兩個(gè)端子上的水平轉(zhuǎn)移MOS開關(guān)10被接通以增大讀出速率。
雖然并未畫出，兩個(gè)端子上來自輸出放大器器12的輸出信號(hào)可以作為時(shí)序圖象信號(hào)序列連在一起，并作為一個(gè)視頻信號(hào)經(jīng)過取樣保持電路，寄生信號(hào)修正電路，等等輸出。
借助以上布置，我們假設(shè)一個(gè)有M行和N列元件的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備。從第K行和第L列(1≤K≤M,1≤L≤N)象素讀出的信號(hào)電壓由下式給出VsigKL=Vsig0-Vth0-Ia×Rm-Ia×r1×K(1≤K≤M)…(8)(其中Rm是垂直選擇開關(guān)MOS 3接通時(shí)串聯(lián)電阻值，r1是每行垂直輸出線6的電阻值，Vsig0是光電轉(zhuǎn)換元件1的輸出電壓，Vth0是源極跟隨器輸入MOS2的閾值電壓，Ia是恒定電流源7的電流)。從第K行和第(L+1)列象素讀出的信號(hào)電壓受到不同電阻值的影響，因?yàn)殡妷哼x取方向是相反的，此信號(hào)電壓為VsigKL+1=Vsig0-Vth0-Ia×Rm-Rm-Ia×r1×(M-K)(1≤K≤M)…(9)從以上式子可以看出，例如，當(dāng)考慮奇數(shù)列時(shí)，如同普通情況一樣，在這個(gè)實(shí)施例中出現(xiàn)寄生信號(hào)，但是偶數(shù)列中出現(xiàn)的寄生信號(hào)與寄數(shù)列中出現(xiàn)的相反，因而平均和抵消了寄生信號(hào)，極大地提高了圖象質(zhì)量。
在實(shí)際中，可以在設(shè)備的外部或內(nèi)部安裝恰當(dāng)?shù)耐獠侩娐罚瓜噜彽男盘?hào)相加或求平均以進(jìn)一步減少寄生信號(hào)。在一個(gè)利用濾色片讀出彩色圖象的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備中，例如，利用互補(bǔ)濾色片，相鄰信號(hào)的相加和讀出處理一般是上鄰象素信號(hào)的相加和讀出完成的，通過外部矩陣操作再現(xiàn)視頻信號(hào)。在此情況下，利用本發(fā)明的布置可以減少寄生信號(hào)而不會(huì)帶來任何麻煩。
這個(gè)實(shí)施例是以恒定電流源交替地連接到各列上作為示范。恒定電流源可以每隔兩列或每隔三列連接起來以獲得與上述相同的效果，這取決于寄生信號(hào)的嚴(yán)重程度。或者，恒定電流源可以交替地連接到光電轉(zhuǎn)換設(shè)備中僅僅光接接收部分的中央部分。
在這個(gè)實(shí)施例中，我們已經(jīng)描述了使用恒定電流負(fù)荷的源極跟隨器電路。然而，本發(fā)明不受此限制。使用電阻型負(fù)載也可以獲得與這個(gè)實(shí)施例相同的效果。使用倒相放大器型電路也是如此，這種電路不是源極跟隨器電路，而是把光電轉(zhuǎn)換元件中積累的電荷加以倒相和放大，再把電荷輸出到垂直輸出線上的電路，如美國(guó)專利No.5,698,844中所披露的。
此外，即使當(dāng)信號(hào)暫時(shí)地貯存在電容器中，然后再?gòu)钠渲凶x出，取代信號(hào)直接地輸入到放大器中，也能獲得相同的效果。
在這個(gè)實(shí)施例中，寄生信號(hào)修正裝置是這樣一種安排，其中恒定電源源7放在與源極跟隨器電路輸出信號(hào)電壓方向垂直的相同一側(cè)，與此同時(shí)，以行為單元的信號(hào)電壓從相反的方向交替地輸出。這個(gè)安排有這樣一種功能，修正因各行源極跟隨器電路輸出信號(hào)電平差引起的寄生信號(hào)。
在這個(gè)實(shí)施例中，電流輸出裝置是這樣一種安排，其中恒定電流源7放在與源極跟隨器電路輸出信號(hào)電壓方向垂直的相反一側(cè)，與此同時(shí)，以行為單元的信號(hào)電壓從相反的方向交替地輸出；在這種安排中，從源極跟隨器電路輸出的不同行之間電壓信號(hào)電平差是互相交替地相反。
圖6是說明本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的示圖。源極跟隨器電路的供電端子交替地安排在垂直方向相反的位置處。
參照?qǐng)D6，光電轉(zhuǎn)換元件(例如，光電二極管)1按照入射光量貯存電荷且構(gòu)成二維陣列(圖6中的4×4單元)。光電轉(zhuǎn)換元件1的一個(gè)端子連接到源極跟隨器輸入MOS2的柵極。源極跟隨器輸入MOS2的源極連接到垂直選擇開關(guān)MOS3的漏極。源極跟隨器輸入MOS2的漏極經(jīng)過供電線4連接到供電端子5。垂直選擇開關(guān)MOS3的源極經(jīng)過垂直輸出線6連接到負(fù)載電源7。源極跟隨器輸入MOS2，垂直選擇開關(guān)MOS3，和負(fù)載電源7組成源極跟隨器電路。光電轉(zhuǎn)換元件1，源極跟隨器輸入MOS2，垂直選擇開關(guān)MOS3，和負(fù)載電源7組成一個(gè)象素。
按照每個(gè)象素光電轉(zhuǎn)換元件中積累的電荷，光電轉(zhuǎn)換元件1的信號(hào)電壓產(chǎn)生在源極跟隨器輸入MOS2的極極處。這個(gè)信號(hào)電壓被源極跟隨器電路作電流放大并讀出。各個(gè)源極跟隨器電路的電源連接到以行為單元的供電線4上。供電線4交替地連接到供電端子5。
垂直選擇開關(guān)MOS3的柵極經(jīng)過垂直柵極線8連接到垂直掃描電路9。源極跟隨器電路的輸出信號(hào)經(jīng)過垂直輸出線6，水平轉(zhuǎn)移MOS開關(guān)10，水平輸出線11，和輸出放大器12輸出到外部。每個(gè)水平轉(zhuǎn)移MOS開關(guān)10的柵極連接到水平掃描電路13。借助這種布置，各個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電壓通過連接到垂直掃描電路9的垂直柵極線8上脈沖電壓按順序接通垂直選擇開關(guān)MOS3。此信號(hào)電壓被讀出到相應(yīng)的垂直線上。水平轉(zhuǎn)移MOS開關(guān)10被水平掃描電路13的移位寄存器信號(hào)按順序接通。各個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電壓作為以象素為單元的時(shí)序信號(hào)從輸出放大器12輸出。
借助上述安排，從第K行和第L列(1≤K≤M,1≤L≤N)象素讀出的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍落在以下范圍內(nèi)VsigKL＜Vd+Vth0-Ia×r2×K(1≤k≤M)…(10)(其中Vd是電源電壓，Vth0是源極跟隨器輸入MOS 2的閾值電壓，r2是相應(yīng)于供電線4中每個(gè)垂直柵極線8的源極跟隨器輸入MOS2漏極與相應(yīng)于下一條垂直柵極線8的源極跟隨器輸入MOS2漏極之間的電阻值)。此時(shí)，從第K行和第(L+1)列(1≤K≤M,1≤L≤N)象素讀出的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍為VsigKL＜Vd+Vth0-Ia×r2×(M-K)(1≤K≤M)…(11)從以上條件可以看出，例如，當(dāng)考慮奇數(shù)列時(shí)，如同普通的情況一樣，光電轉(zhuǎn)換元件1光電轉(zhuǎn)換特性飽和電壓的寄生信號(hào)或小光量一側(cè)輸出寄生信號(hào)出現(xiàn)在這個(gè)實(shí)施例中，但是偶數(shù)列中出現(xiàn)了與奇數(shù)列中相反的寄生信號(hào)，因而平均和抵消了寄生信號(hào)，極大地提高了圖象質(zhì)量。
這個(gè)實(shí)施例是以恒定電流源交替地連接到各列上作為示范。恒定電流源可以每隔兩列或每隔三列連接以獲得與上述相同的效果，這取決于寄生信號(hào)的嚴(yán)重程度?；蛘?，恒定電流源可以交替地連接到光電轉(zhuǎn)換設(shè)備中僅僅光接收部分的中央部分。
在這個(gè)實(shí)施例中，我們已經(jīng)描述了使用恒定電流負(fù)載的源極跟隨器電路。然而，本發(fā)明不受此限制，使用電阻型負(fù)載也可以獲得與這個(gè)實(shí)施例相同析效果。使用倒相放大器型電路也是如此，這種電路不是源極跟隨器電路，而是把光電轉(zhuǎn)換元件中積累的電荷加以倒相和放大，再把電荷輸出到垂直輸出線上的電路，如美國(guó)專利No.5,698,844中所披露的。
此外，即使當(dāng)信號(hào)暫時(shí)地貯存在電容器中，然后再?gòu)钠渲凶x出，取代信號(hào)直接地輸入到放大器中，也能獲得相同的效果。
在這個(gè)實(shí)施例中，寄生信號(hào)修正裝置是這樣一種安排，其中源極跟隨器電路的供電端子與交替地放在各列垂直的相反方向上。這個(gè)安排有這樣一種功能，修正因各行源極跟隨器電路輸出信號(hào)的電平差引起的寄生信號(hào)。
在這個(gè)實(shí)施例中，電源電壓裝置是這樣一種安排，其中源極跟隨器電路的供電端子5交替地放在各列垂直的相反方向上。這個(gè)安排有這樣一種功能，交替地顛倒方向上減少以列為單元的電源電壓量的方向，為的是從源極跟隨器輸出信號(hào)電壓。
當(dāng)使用電流讀出型放大器時(shí)，可以得到一種新的效果，即，減少輸出電流寄生信號(hào)。
圖7是說明本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的示圖。參照?qǐng)D7，復(fù)位開關(guān)701去除光電轉(zhuǎn)換元件1中積累的電荷。復(fù)位開關(guān)701的源極連接到光電轉(zhuǎn)換元件1，復(fù)位開關(guān)701的漏極連接到源極跟隨器電路共用的供電線4。復(fù)位柵極線702控制復(fù)位開關(guān)701。這個(gè)實(shí)施例的象素安排適用于第一個(gè)至第三個(gè)實(shí)施例。與第一個(gè)至第三個(gè)實(shí)施例比較，借助這種象素安排，能夠準(zhǔn)確地控制光電轉(zhuǎn)換元件1的復(fù)位電壓?？梢詼p少?gòu)?fù)位電壓變化產(chǎn)生的信號(hào)電壓DC電平變化，以及減少?gòu)?qiáng)光照射后保留下來的復(fù)位電壓產(chǎn)生圖象之后的任何變化。尤其是，當(dāng)這種象素安排應(yīng)用于上述的第三個(gè)實(shí)施例時(shí)，供電端子5交替地放在以列為單元或以多列為單元的垂直相反方向上。
圖8是說明本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的示圖。參照?qǐng)D8，電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)801完全地耗盡和轉(zhuǎn)移從光電轉(zhuǎn)換元件1到源極跟隨器輸入MOS2的信號(hào)電荷。轉(zhuǎn)移柵極線802控制轉(zhuǎn)移開關(guān)801。一般來說，為了增加光電轉(zhuǎn)移設(shè)備的靈敏度，就增大光電轉(zhuǎn)換元件1的尺寸和增大光信號(hào)轉(zhuǎn)變到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換量。源極跟隨器輸入MOS2柵極的寄生電容值也相應(yīng)地增大，讀出速率下降，就不能有效地增加靈敏度。借助這個(gè)實(shí)施例的安排，源極跟隨器輸入MOS2輸入柵極的電容值設(shè)計(jì)成成小于光電轉(zhuǎn)換元件1(例如，光電二極管)的電容值，實(shí)現(xiàn)完全的耗盡轉(zhuǎn)移以增加靈敏度。
如圖8所示，垂直選擇開關(guān)MOS3插入到供電線4與源極跟隨器輸入MOS2之間，可以消除′a式(2)中由垂直選擇開關(guān)MOS3電阻引起的電壓降Ia×Rm…(12)從而獲得寬的動(dòng)態(tài)范圍。
這個(gè)實(shí)施例的象素安排可以應(yīng)用到第一個(gè)至第三個(gè)實(shí)施例中以獲得與上述相同的效果。
在第一個(gè)至第五個(gè)實(shí)施例中，不管使用NMOS晶體管或PMOS晶體管，都可以獲得相同的效果。以上的實(shí)施例可以結(jié)合起來以進(jìn)一步減小或避免寄生信號(hào)，例如，第三個(gè)實(shí)施例中所示不同供電端子位于供電線兩個(gè)端子的情況與第二個(gè)實(shí)施例中所示水平輸出線11位于水平輸出線11兩個(gè)端子的情況結(jié)合，能夠消由于垂直輸出線電阻引起的寄生信號(hào)和由于供電線電阻引起的寄生信號(hào)。
本發(fā)明不局限于第一個(gè)至第五個(gè)實(shí)施例中所示的象素結(jié)構(gòu)。例如，可以利用這樣一種安排，光電轉(zhuǎn)換元件中積累的電荷在輸出之前并不放大，即，沒有放大就輸出電荷。晶體管不局限于MOS元件，而可以是SIT元件或BASIS元件。
如上所述，按照第一個(gè)至第五個(gè)實(shí)施例，能夠減少?gòu)墓怆娹D(zhuǎn)換設(shè)備中輸出信號(hào)的垂直寄生信號(hào)。
此外，還能夠減少?gòu)墓怆娹D(zhuǎn)換設(shè)備中輸出信號(hào)的垂直飽和電壓寄生信號(hào)，能夠放大每個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的輸出動(dòng)態(tài)范圍。
在不偏離本發(fā)明的精神和范圍條件下，可以構(gòu)造許多十分不同的本發(fā)明實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)明白，除了在所附權(quán)利要求書中規(guī)定的以外，本發(fā)明不局限于技術(shù)說明中所描述的幾個(gè)具體實(shí)施例。
權(quán)利要求
1．一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，包括安排成多行的光電轉(zhuǎn)換元件放大裝置，含有安排成以垂直輸出線為單元的負(fù)載裝置，用于放大安排成多行的光電轉(zhuǎn)換元件中積累的信號(hào)電荷；垂直掃描裝置，用于按順序掃描被所述放大裝置放大的信號(hào)，把此信號(hào)讀出到垂直輸出線上；以及水平掃描裝置，用于按順序掃描被所述放大裝置放大的信號(hào)，把此信號(hào)讀出到水平輸出線上，其中所述負(fù)載裝置放在與所述放大裝置輸出信號(hào)方向的垂直相反一側(cè)。
2．按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述放大裝置是MOS源極跟隨器電路，用作所述源極跟隨器電路負(fù)載的所述負(fù)載裝置是恒定電流源。
3．一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，包括安排成多行的光電轉(zhuǎn)換元件；放大裝置，含有安排成以垂直輸出線為單元的負(fù)載裝置，用于放大安排成多行的光電轉(zhuǎn)換元件中積累的信號(hào)電荷；垂直掃描裝置，用于按順序掃描被所述放大裝置放大的信號(hào)，把此信號(hào)讀出到垂直輸出線上；以及水平掃描裝置，用于按順序掃描被所述放大裝置放大的信號(hào)，把此信號(hào)讀出到水平輸出線上，其中所述負(fù)載裝置放在與所述放大裝置輸出信號(hào)方向的垂直相同一側(cè)，來自所述放大裝置的一些信號(hào)沿與信號(hào)輸出方向相反的方向輸出。
4．按照權(quán)利要求3的設(shè)備，其中來自所述放大裝置的信號(hào)輸出到以列為單元或以多列為單元的相反方向上。
5．按照權(quán)利要求3的設(shè)備，其中相鄰光電轉(zhuǎn)換象素之間的信號(hào)是加以平均的。
6．按照權(quán)利要求3至5中任一條的設(shè)備，其中所述放大裝置是MOS源極跟隨器電路，用作所述源極跟隨器電路負(fù)載的所述負(fù)載裝置是恒定電流源。
7．一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，包括安排成多行的光電轉(zhuǎn)換元件；放大裝置，用于放大安排成多行的所述光電轉(zhuǎn)換元件中積累的信號(hào)電荷；垂直掃描裝置，用于按順序掃描被所述放大裝置放大的信號(hào)，把此信號(hào)讀出到垂直輸出線上；水平掃描裝置，用于按順序掃描被所述放大裝置放大的信號(hào)，把此信號(hào)讀出到水平輸出線上；以及供電裝置，用于給所述放大裝置提供電源電壓，其中一些所述供電裝置放在與所述放大裝置輸出信號(hào)方向的垂直相反一側(cè)。
8．按照權(quán)利要求7的設(shè)備，其中所述供電裝置放在與以列為單元或以多列為單元的垂直相反方向上。
9．按照權(quán)利要求7的設(shè)備，其中相鄰光電轉(zhuǎn)換象素之間的信號(hào)是加以平均的。
10．按照權(quán)利要求7的設(shè)備，還包括復(fù)位裝置，用于復(fù)位所述光電轉(zhuǎn)換元件的電荷，其中所述復(fù)位裝置的一個(gè)端子連接到所述供電裝置。
11．一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，包括安排成多行的光電轉(zhuǎn)換元件；輸出裝置，用于輸出安排成多行的所述光電轉(zhuǎn)換元件中積累的信號(hào)電荷作為電壓信號(hào)；垂直掃描裝置，用于按順序掃描來自所述輸出裝置的電壓信號(hào)，把此電壓信號(hào)讀出到垂直輸出線上；水平輸出裝置，用于按順序掃描垂直輸出線上的電壓信號(hào)，把此電壓信號(hào)讀出到水平輸出線上；以及寄生信號(hào)修正裝置，用于修正不同行上所述光電轉(zhuǎn)換元件之間電壓信號(hào)電平差引起的寄生信號(hào)，此電壓信號(hào)是從所述輸出裝置輸出的。
12．按照權(quán)利要求11的設(shè)備，其中所述寄生信號(hào)修正裝置包括電流輸出裝置，用于沿與所述輸出裝置輸出信號(hào)方向相反的方向把信號(hào)輸出到垂直輸出線上。
13．按照權(quán)利要求11的設(shè)備，其中所述寄生信號(hào)修正裝置包括信號(hào)電平調(diào)整裝置，用于把以任意幾列為單元從所述輸出裝置輸出的不同行之間的信號(hào)的垂直信號(hào)電平差的方向顛例。
14．按照權(quán)利要求11的設(shè)備，其中所述寄生信號(hào)修正裝置包括電源電壓裝置，用于把以任意幾列為單元從所述輸出裝置輸出信號(hào)的垂直方向減少電源電壓量的方向顛倒。
全文摘要
為了解決以行為單元的讀電壓Vsig1有差異引起垂直寄生信號(hào)而使圖象質(zhì)量下降的問題,以及解決因有限電阻分布在供電線上使以行為單元的源極跟隨電路動(dòng)態(tài)范圍不同的問題,提出了一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備。此設(shè)備包括:排列成多行的光電轉(zhuǎn)換部件;放大部分,含有以垂直輸出線為單元排列成的負(fù)載部分;垂直掃描部分;以及水平掃描部分;其中負(fù)載部分放在與放大部分輸出信號(hào)方向垂直的相反一側(cè)。
文檔編號(hào)H04N5/369GK1213249SQ98120849
公開日1999年4月7日 申請(qǐng)日期1998年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月29日
發(fā)明者光地哲伸 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社