专利名称：用于光敏元件系统的驱动控制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于光敏元件阵列的一种驱动控制法，该光敏元件阵列包括在二维方向上排列的多个光敏元件。
近年来，诸如电子静止摄像机和视频摄像机的拾取装置已经得到了广泛的应用。在这种拾取装置中，诸如CCD(电荷耦合器件)的固态拾取装置作为一种光伏器件使用，以用于把实物图象转换成图象信号。通过已有技术可知，CCD由排列形成一个矩阵的诸如光电二极管和TFT(薄膜晶体管)的光敏元件(光接收元件)构成。根据照射到每个光敏元件光接收部分的光量而产生的电子-空穴对的量(电荷量)可通过水平扫描电路和垂直扫描电路进行检测，以检测照射光的亮度。
在使用这种CCD的光敏元件系统中，需要单独配置用于把扫描的光敏元件置于选择状态的选择晶体管。另一方面，本发明者先前已经开发了一种光敏元件(双栅极型光敏元件)，它由具有所谓“双栅极”结构的薄膜晶体管构成，其中光敏元件本身能够执行光敏功能和选择功能。
图7A的剖面图表示这种双栅极型光敏元件10的结构。如图所示，双栅极型光敏元件10包括由诸如非晶硅组成的半导体薄膜11；在半导体薄膜11两边的部分上形成的n+型硅层17、18；分别在n+型硅层17、18上形成的源极12和漏极13；在半导体薄膜11的上部形成的上栅极21，其中阻塞绝缘膜14和上栅极绝缘膜15置于它们之间；在上栅极21的上面形成的保护绝缘膜20；以及在半导体薄膜11的下部形成的下栅极22，其中下栅极绝缘膜置于它们之间。下栅极22在诸如玻璃衬底的透明绝缘衬底19上形成。
换句话说，双栅极型光敏元件10包括上MOS晶体管和下MOS晶体管，其中上MOS晶体管包括半导体薄膜11、源极12、漏极13和上栅极21，并且下MOS晶体管具有半导体薄膜11、源极12、漏极13和下栅极22。由图7B所示的等效电路图可以清晰地看出，包括作为公用沟道区的半导体薄膜11、TG(上栅极)、BG(下栅极)、S(源极端)和D(漏极端)的两个MOS晶体管可被理解为组合形成了双栅极型光敏元件10。
保护绝缘膜20、上栅极21、上栅极绝缘膜15、阻塞绝缘膜14、下栅极绝缘膜16均由一种具有高可见光透射比的材料构成，这种可见光用以激励半导体层11。从上栅极21入射的光经上栅极21、上栅极绝缘膜15和阻塞绝缘膜14传送，以入射到半导体薄膜11上，因此，电荷(空穴)产生并且累积在沟道区中。
图8示出了光敏元件系统的结构，它包括二维方向的双栅极型光敏元件10。由图可知，光敏元件系统包括通过把大量双栅极型光敏元件10排列形成一个n行和m列的矩阵而形成的传感器阵列100；上栅极线101和下栅极线102，分别由矩阵行方向上彼此连接的双栅极型光敏元件10的上栅极TG和下栅极BT组成；分别与上栅极线101和下栅极线102连接的上栅极驱动器111和下栅极驱动器112；由矩阵列方向上彼此连接的双栅极型光敏元件10的漏极端D组成的数据线103；以及与数据线103连接的列转换113。
本图中所示的符号Vtg和Vbg表示用于分别产生随后所述的复位脉冲φTi和读脉冲φBi的参考电压，并且符号φpg表示预充电(pre-charge)脉冲，用于控制施加预充电电压Vpg的定时。
在上述结构中，通过把一个预定电压从上栅极驱动器111施加到上栅极端TG可执行光敏功能，并且通过把一个预定电压从下栅极驱动器112施加到下栅极端BG可执行读功能，以把光敏元件10的输出电压经数据线103提供给列转换113，从而产生作为输出信号的串行数据Vout。
图9A至9F所示为表示光敏元件系统的驱动控制法的定时图。在第一步中，图9A所示的复位脉冲φTi在第ⅰ行的检测操作周期(第ⅰ列的处理周期)期间施加到第ⅰ列的上栅极线101以执行复位操作，以用于在复位周期Treset期间释放累积在第ⅰ行双栅极型光敏元件10中的电荷。
在复位周期Treset结束之后，在沟道区中，通过电荷累积操作而开始电荷累积周期Ta。在电荷累积周期Ta期间，根据从上栅极侧入射的光量，电荷(空穴)在沟道区中累积。
预充电周期Tprch与电荷累积周期Ta同时提供，在预充电周期Tprch期间，图9E所示的具有预充电电压Vpg的预充电脉冲φpg施加到数据线103以允许漏极保持电荷。在预充电周期Tprch之后，图9C所示的读脉冲φBi施加到下栅极线102以接通双栅极型光敏元件10，从而开始读周期Tread。
在读周期Tread期间，累积在沟道区中的电荷用于降低施加到相反极性的上栅极端TG的电压(低电平)。结果，n-沟道通过下栅极端BG的电压Vbg形成，而且，根据漏极电流，数据线103的电压VD将会随时间而从预充电电压Vpg逐步降低。换句话说，数据线103的电压VD的变化趋势根据电荷累积周期Ta和接收光的量而定。具体来说，在入射光暗且光量少的情况下，电压VD趋向于缓慢下降以减少累积的电荷量。而在入射光亮且光量大的情况下，电压VD趋向于快速下降以增加累积的电荷量。由此可见，照射光的量可通过在读周期Tread开始之后的一个预定时间检测数据线103的电压VD来计算，或者根据一个预定阈值电压检测到达特定电压所需的时间来计算。
在随后第ⅰ+1行的检测操作周期(第ⅰ+1行的处理周期)中，与第ⅰ行的操作相同，图9B所示的复位脉冲φTi+1和图9D所示的读脉冲φBi+1被施加，以执行读操作。传感器阵列100的每一行都执行这种操作。
上述操作涵盖了双栅极型光敏元件作为光敏元件使用的情况。但是，使用光电二极管或光电晶体管的光敏元件系统也具有下面的操作步骤复位操作→预充电操作→读操作，因而需要类似的驱动过程。
但是，上述的传统光敏元件系统会产生下面所指出的问题(1)在使用一种具有在二维方向上排列形成矩阵的多个光敏元件的光敏元件阵列读取实物图象的情况下，通常采用的一种驱动控制法是执行一系列的处理过程以使复位脉冲和预充电脉冲施加到该矩阵中每行的光敏元件，随后，在电荷累积周期Ta之后则施加读脉冲，并且上述驱动控制法对每一行都重复特定的处理程序。
因此，当其应用于具有n行的二维矩阵时，必须从第一行开始且在最后第n行结束重复执行n次类似的操作，以对一个屏幕的整个区域执行扫描操作。换句话说，对一个屏幕整个区域的处理时间(扫描时间)随着二维传感器阵列的行数的增加而增加。结果必须限制实物保持静止不动，直至完成屏幕整个区域的扫描操作。由此可见，光敏元件阵列的实际使用受到了非常大的限制。
(2)在使用的光敏元件类型类似于上述双栅极型光敏元件的光敏元件系统中，在实物暗并且因此而累积的电荷量小的情况下，必须设置长电荷累积周期以获得足够的检测灵敏度，其中，在该类型的光敏元件中，通过入射光产生的电荷在电荷累积周期期间累积。另一方面，在实物亮并且因此而累积的电荷量大的情况下，必须设置短电荷累积周期以防电荷饱和。换句话说，为了使用适当的灵敏度读取实物的图象，必须根据实物的亮度适当地设置光敏元件的灵敏度。因此，在使用光敏元件系统并且实物本身以各种方式变化的情况下，实物的亮度根据环境条件和实物类型而以各种方式进行变化。在这种情况下，必须就实物图象的正常读操作之前执行试读操作(或者预备读操作)，以获得一个合适的灵敏度。在使用传统驱动控制法执行预备读操作的情况下，整个屏幕的读取是通过把灵敏度设置为一个适当的值而进行的，并且如果检测结果不合适，则通过改变灵敏度再一次读取整个屏幕。该特定操作重复多次以寻找一个允许获得合适的检测结果的灵敏度设置值。当然，预备读操作需要花很长的时间，所产生的问题是不可能使用一个合适的灵敏度迅速开始实物图象的读操作。
本发明的一个目的是提供一种驱动控制法，在包括用于排列形成一个二维阵列的多个光敏元件的光敏元件系统中，该方法允许缩短实物图象读操作的所需时间。
本发明的另一个目的是提供光敏元件系统的一种驱动控制法，它允许通过使用适于使用状态的检测灵敏度迅速执行实物的图象读操作。
用于实现上述目的的本发明第一驱动控制法的目的在于一种用于缩短实物的图象读处理所需时间的驱动控制法。具体来说，在通过将复位脉冲连续施加到每行来预先执行复位操作的情况下，读脉冲连续施加到在电荷累积周期之后施加了预充电脉冲以完成预充电操作的行，从而读出光敏元件的输出电压。应当指出的是，行处理周期允许在时间上彼此重叠，以缩短屏幕的读处理时间。该特定驱动控制法的特征在于每行的复位脉冲、读脉冲和预充电脉冲的间隔设置为等于由复位脉冲执行的复位周期、由读脉冲执行的读周期和由预充电脉冲执行的预充电周期的和。因而可防止每行的复位周期、预充电周期和读周期在时间上彼此重叠，从而可执行精确地读操作，同时防止各行的输出电压彼此影响。而且，由于可以在完成所有行的复位操作之前通过施加预充电脉冲和读脉冲来开始读操作，所以可在一个更大的范围内设置电荷累积周期，即光敏元件的灵敏度。
用于实现上述目的的本发明第二驱动控制法的目的在于一种允许根据适用于使用状态的检测灵敏度来迅速执行实物的图象读处理的驱动控制法。具体来说，与上述第一驱动控制法一样，在每行的处理周期允许在时间上部分重叠的驱动控制法中，复位脉冲同时或连续应用到各行以进行复位，并且各行的电荷累积周期彼此不同，其差值是等于复位周期、读周期和预充电周期的总时间的整数倍、即和值的整数倍的一个时间周期。在这种情况下，预充电脉冲和读脉冲以每行的预充电周期和读周期在时间上彼此不重叠的定时连续地施加到各行，以执行读处理。结果，每行的电荷累积周期设定为一个根据行数而不同的值并且以整数倍于上述总时间的间隔而变化，因而，通过一个屏幕的读处理可以获得通过使用根据行数而不同的检测灵敏度所读取的图象。由于通过使用由屏幕的读处理所获得的图象数据可以获取允许最佳检测的最佳检测灵敏度的值，因而可大大缩短读取一个图象的处理时间，这是设置最佳检测灵敏度所要求的。
图1A到1C所示为表示根据本发明的光敏元件系统的一种驱动控制法的概念的定时图；图2A到2I所示为表示根据本发明光敏元件系统的驱动控制法的第一实施例的每行处理操作的定时图；图3A到3I所示为表示根据本发明光敏元件系统的驱动控制法的第二实施例的每行处理操作的定时图；图4A到4J所示为表示根据本发明光敏元件系统的驱动控制法的第三实施例的每行处理操作的定时图；图5A到5J所示为表示根据本发明光敏元件系统的驱动控制法的第四实施例的每行处理操作的定时图；图6A到6N所示为表示根据本发明光敏元件系统的驱动控制法的第五实施例的每行处理操作的定时图7A所示为表示一种双栅极型光敏元件结构的剖面图；图7B所示为该双栅极型光敏元件的等效电路图；图8表示通过在二维方向上排列多个双栅极型光敏元件而配备的一种光敏元件系统的结构；图9A到9F所示为表示光敏元件系统的传统驱动控制法的定时图。
根据附图所示的实施例将详细描述本发明的光敏元件系统的驱动控制法。在下面所述的每一个实施例中，双栅极型光敏元件用于形成光敏元件系统。但是，本发明并不限于使用双栅极型光敏元件。换句话说，在本发明的光敏元件系统中也可使用另一种结构的光敏元件。
下述每个实施例中的光敏元件系统的组成与图8所示的具有n行光敏元件阵列100的传统光敏元件系统的组成相同。因此，在对本发明实施例进行如下描述时，将根据需要参考图8所示的光敏元件系统的结构。
图1A到1C所示为表示根据本发明的一种光敏元件阵列的驱动控制法的概念的定时图。
在该驱动控制法中，图1A所示的复位脉冲φT1、φT2、φT3…φTn连续施加到上栅极线101，以开始复位周期Treset，并因此初始化每行的双栅极型光敏元件10，其中上栅极线101在行方向上与多个双栅极型光敏元件10的上栅极端TG连接。
当复位脉冲φT1、φT2、φT3…φTn连续降至较低电平以连续终止复位周期Treset时，电荷累积周期Ta连续开始，因此，根据从每行双栅极光敏元件10的上栅极侧入射的光量，电荷(空穴)在沟道区中产生以进行累积。
接着，图1C所示的预充电脉冲φpg在电荷累积周期Ta期间施加到所有的数据线103以开始预充电周期Tprch，从而执行预充电操作，以允许双栅极型光敏元件10的漏极保持一个预定电压。
在下一步中，图1B所示的读脉冲φB1、φB2、φB3…φBn在电荷累积周期Ta之后并且在预充电周期Tprch之后通过下栅极线102连续施加到光敏元件10，以开始读周期Tread。因此，对应于在每个双栅极型光敏元件10中累积的电荷的电压变化通过数据线103进入列转换113，以便于读取该电压变化。与已有技术的情况相同，为了检测辐照光量，可通过检测在读周期Tread开始之后的一个预定时间周期的电压值，或者根据一个预定阈值电压检测达到该电压值所需的时间来检测数据线103的压降趋势，从而计算辐照光量。
在已有技术的驱动控制法中，包括复位操作、电荷累积操作和读操作的一系列操作在用于光敏元件阵列100中每行的一个读处理周期内执行，并且对每行都重复这些处理过程。但在本发明的驱动控制法中，对每行施加预充电脉冲φpg和读脉冲φB1、φB2、φB3…φBn的定时并不设置为彼此重叠。因此，每行的读处理周期期间的电荷累积周期Ta在时间上允许部分重叠。由此可见，即使在允许行处理周期彼此部分重叠来缩短整个读处理时间的情况下，各行的输出电压也不会相互影响，从而可以精确地执行读操作。
<第一实施例>
图2A至2I的定时图表示在根据本发明第一实施例的光敏元件中使用的一种驱动控制法中的每行处理操作的定时。
通常，在光敏元件系统中，读周期Tread的设置要长于复位周期Treset，目的是为了提高光量的检测灵敏度。而且，对应于检测灵敏度的每行的电荷累积周期Ta设置为一个固定值，以便于进行驱动控制和检测结果的处理。由此可见，在连续执行每行复位操作的情况下，第二行双栅极型光敏元件10的电荷累积周期Ta可在第一行双栅极型光敏元件10的电荷累积周期Ta之后的读周期Tread期间延续(lapse away)，从而不同行的读周期Tread彼此重叠。结果，对应于不同行的读出数据同时输出到一条数据线103中，从而引起数据串扰的问题，并且因此而不能精确地读取数据。而且，由于必须把预充电周期Tprch排在每行读周期Tread之前，所以读周期Tread在时间上可能与预充电周期Tprch重叠，从而不可能精确读取数据。
在这种情况下，本发明第一实施例的目的就在于一种驱动控制法，其中与图1A到1C中所示的操作过程相同，在电荷累积周期之后并且在预充电操作结束之后，且同时在预先执行用于连续施加复位脉冲φT1、φT2、φT3、…φTn的复位操作之后，读脉冲φB1、φB2、φB3…φBn从第一行双栅极型光敏元件10开始通过下栅极线102连续施加到双栅极型光敏元件10，以执行用于读取漏极电压变化的处理过程，从而允许每行的处理周期在时间上彼此部分重叠。应当注意的是，在第一实施例中，图2A到2D所示的复位脉冲φT1、φT2、φT3…φTn，图2E到2H所示的读脉冲φB1、φB2、φB3…φBn，图2I所示的预充电脉冲φpg的相应间隔设置为等于使用读脉冲的读周期Tread和使用预充电脉冲的预充电周期Tprch之和。换句话说，每行复位脉冲、每行读脉冲和预充电脉冲的间隔分别构成第一脉冲间隔Tint，它可由下面给出的公式(1)表示Tint=Tprch+Tread…(1)在这种情况下，可以防止每行双栅极型光敏元件10的读周期Tread，施加到数据线的预充电周期Tprch，以及读周期Tread在时间上彼此重叠，从而可防止每行的输出电压彼此干扰而产生串扰。由此可精确地执行读操作。但在这种情况下不可能以任选的时间来设置电荷累积周期Ta，并且电荷累积周期Ta的设置周期是第一脉冲间隔Tint在其中形成一个单位的时间。
应当注意的是，如下所述，第一实施例的特定结构可以大大缩短操作处理时间。而且，由于读周期Tread设置为常数，并且等于读周期Tread和预充电周期Tprch之和的相邻复位操作之间的间隔也设置为常数，因而可简化驱动控制。
现在将描述使用第一实施例的驱动控制法缩短操作处理时间的过程。在光敏元件阵列100的行数是n的情况下，传统技术中对整个光敏元件阵列(对整个屏幕)的扫描时间为公式(2)所示的Tp_o1d,这是因为如图9A至9F所示，由复位周期Treset、电荷累积周期Ta和读周期Tread的全部时间构成的一行处理时间被重复用于n行。另一方面，如图2A到2I所示，第一实施例的扫描时间Tp1可由公式(3)表示，这是因为扫描时间Tp1等于第一行的复位周期Treset、电荷累积周期Ta、读周期Tread和预充电周期Tprch连续重复n-1次的时间以及之后的读周期Tread之和。由此可见，已有技术的扫描时间Tp_o1d和第一实施例的扫描时间Tp1间的差值，即通过第一实施例缩短的操作处理时间就是公式(4)所示的ToffTp_old=n×(Tread+Ta+Tread)…(2)Tp1=Treset+Ta+(n-1)×(Tread+Tprch)+Tread=Treset+Ta+n×(Tread+Tprch)-Tprch…(3)Toff=Tp_old-Tp1=(n-1)×(Treset+Ta-Tprch)…(4)应当注意的是，在由双栅极型光敏元件接收的光亮度是数十勒克斯的情况下，一行(扫描线)约需0.15秒的处理时间。因此，在行数约为200的情况下，已有技术所需的扫描时间约为30秒。但在本发明的第一实施例中，扫描时间可设置为约0.3秒。因此，缩短的处理时间约为29.7秒。换句话说，第一实施例可把扫描处理时间大大缩短至已有技术扫描时间的1/100。
图3A至3I的定时图表示在根据本发明第二实施例的光敏元件中使用的驱动控制法中每行的处理操作的定时。
本发明第一实施例的目的就在于一种驱动控制法，与图1A到1C中所示的操作过程相同，在电荷累积周期之后并且在预充电操作结束之后，且同时在预先执行用于连续施加复位脉冲φT1、φT2、φT3、…φTn的复位操作之后，读脉冲φB1、φB2、φB3…φBn从第一行双栅极型光敏元件10开始通过下栅极线102连续施加到双栅极型光敏元件10，以执行用于读取漏极电压变化的处理过程，从而允许每行的处理周期在时间上彼此部分重叠。应当注意的是，在第二实施例中，图3A到3D所示的复位脉冲φT1、φT2、φT3…φTn，图3E到3H所示的读脉冲φB1、φB2、φB3…φBn，图3I所示的预充电脉冲φpg之间的间隔设置为等于使用复位脉冲的复位脉冲周期Treset、使用读脉冲的读周期Tread和使用预充电脉冲的预充电周期Tprch之和。换句话说，复位脉冲、读脉冲、预充电脉冲之间的间隔构成第二脉冲间隔Tdelay，它可由下面给出的公式(5)表示Tdelay=Treset+Tprch+Tread…(5)下面将描述第二实施例优于第一实施例之处。具体来说，在第一实施例中，复位脉冲、读脉冲、预充电脉冲之间的间隔以第一脉冲间隔Tint设置，它等于读周期Tread和预充电周期Tprch之和，以防每行读周期和预充电周期在时间上彼此重叠。但是，如果缩短电荷累积周期Ta以在完成所有行的复位操作之前开始读操作，则每行的复位周期Treset可能会在时间上与预充电周期Tprch或读周期Tread重叠，从而不可能执行精确地读操作。因此，在第一实施例中，必须在完成所有行的复位操作之后开始预充电操作和读操作。如此带来的问题是不可能使电荷累积周期Ta比用于完成所有行的复位操作的时间短。
但在第二实施例中，复位脉冲、读脉冲和预充电脉冲之间的间隔以公式(5)表示的第二脉冲间隔Tdelay来设置。因此，即使每行的预充电操作和读操作在每行的相邻复位操作之间的周期间执行，也可防止这些预充电操作和读操作在时间上彼此重叠。换句话说，读操作可以在所有行的复位操作完成之前开始，以使电荷累积周期Ta比用于完成所有行的复位操作的时间短。因此，可以增加电荷累积周期Ta可被设置的宽度，以增加灵敏度可被设置的宽度。但在这种情况下不可能以一个任选的时间来设置电荷累积周期Ta，并且周期Ta由下面给出的公式(6)表示，式中k是一个大于等于0的整数。由公式(6)可以看出，电荷累积周期Ta的设置周期是第二脉冲间隔Tdelay在其中构成一个单位的时间。
Ta=Tdelay×k+Tprch…(6)第二实施例的扫描时间Tp2等于第一行的复位周期Treset、电荷累积Ta、Tread和预充电周期Tprch以第二脉冲间隔Tdelay重复n-1次的时间以及之后的读周期Tread读周期之和。因此，扫描时间Tp2可由下面的公式(7)表示Tp2=Treset+Ta+(n-1)×(Treset+Tprch+Tread)+Tread=Ta+n×(Treset+Tprch+Tread)-Tprch…(7)在第一和第二实施例的电荷累积周期Ta相等的情况下，第二实施例的每行操作间隔比第一实施例的要长一个复位周期Treset，因此，第二实施例的扫描时间Tp2也比第一实施例的扫描时间Tp1长。但在第二实施例中可以使电荷累积周期Ta比第一实施例的电荷累积周期短。在这种情况下，第二实施例的扫描时间Tp2可比第一实施例的扫描时间Tp1短。与第一实施例相同，扫描时间至少可以比已有技术的扫描时间大大缩短。
<第三实施例>
图4A至4J的定时图表示在根据本发明第三实施例的光敏元件中使用的驱动控制法中每行的处理操作的定时。
第三实施例的目的在于在结合本发明第一和第二实施例所述实物的读操作(扫描操作)之前的用于获得一个最佳灵敏度设置值的处理(预备处理)中使用的一种驱动控制法，该最佳灵敏度设置值可根据诸如环境亮度和被检测实物类别的各种条件而变化。
在根据本发明第三实施例的用于预备读处理的驱动控制法中，图4A到4D所示的复位脉冲φT1、φT2、…φTn-1、φTn同时施加到上栅极线101，以初始化所有行的双栅极型光敏元件10，其中上栅极线101在行方向上与双栅极型光敏元件10的上栅极端TG连接。
这些复位脉冲φT1、φT2、…φTn-1、φTn同时降至较低电平以终止复位周期Treset。因此，所有行的双栅极型光敏元件10的电荷累积周期Ta同时开始，以允许电荷(空穴)根据从每行双栅极光敏元件10的上栅极侧入射的光量而在沟道区中累积。
接着，电荷累积周期Ta每行以第二脉冲间隔Tdelay的间隔而变化，以把图4I所示的预充电脉冲φpg和图4E到4H所示的读脉冲φB1、φB2、…φBn-1、φBn以每行预充电周期Tprch与读周期Tread在时间上不重叠的定时施加到每行，其中，图5所示的第二脉冲间隔Tdelay形成一个单位时间。换句话说，通过在电荷累积周期Ta之内以第二脉冲间隔Tdelay连续施加预充电脉冲φpg可开始预充电周期Tprch，以便于执行预充电操作，其中预充电电压提供给数据线103以允许双栅极型光敏元件10的漏极保持一个预定电压。接着，读脉冲φB1、φB2、…φBn-1、φBn在电荷累积周期Ta和预充电周期Tprch之后通过下栅极线102而以第二脉冲间隔Tdelay连续施加到双栅极型光敏元件10，以开始读周期Tread。因此，与累积在每个双栅极型光敏元件10中的电荷一致的电压VD1、VD2、VD3…VDm的变化通过数据线103导入列转换113以被读出。顺便说，就单独考虑第三实施例而言，即使公式(1)给出的等于读周期Tread和预充电周期Tprch之和的第一脉冲间隔Tint取代第二脉冲间隔Tdelay而作为电荷累积周期Ta的设置间隔使用，也可以防止预充电周期Tprch和读周期Tread在时间上彼此重叠。但是，如果通过第三实施例的检测结果而获得的最佳电荷累积周期Ta应用于在普通实物的图象读操作中的电荷累积周期Ta，并且如果第二实施例中的驱动控制法应用于该读操作，则电荷累积周期Ta的设置间隔等于第二脉冲间隔Tdelay在其中构成一个单位的值。因而，如果第三实施例的电荷累积周期Ta的设置间隔也等于第二脉冲间隔Tdelay，则可以把在第三实施例获得的最佳电荷累积周期的值应用到普通读操作的驱动控制法。因此，可使第三实施例中的电荷累积周期Ta的设置间隔等于第二脉冲间隔Tdelay的时间。这种情况也适用于随后描述的第四和第五实施例。
如上所述，在第三实施例中，电荷累积周期Ta以第二脉冲间隔Tdelay的时间间隔而增加，因而，通过对一个屏幕的整个区域的预备读处理可以获得以一个检测灵敏度读取的一个图象，其中检测灵敏度随着行数级而有所不同。换句话说，每行的电荷累积周期Ta可通过下面给出的公式(8)表示Ta=Tdelay×J+Tprch…(8)式中J是一个由等于或大于0的整数所组成的变量。J的值在第一到第n行中是0,1,…n-2,n-1。具体来说，通过对一个屏幕的读操作，可允许设定电荷累积周期Ta为n种约为第二脉冲间隔Tdelay整数倍的不同值，以使用n种不同的灵敏度执行读处理。在第三实施例中读取一个屏幕所需的时间Tp3由公式(9)表示，式中n表示传感器阵列100的行数Tp3=[Tdelay×(n-1)+Tprch]+Treset+Tread=Tdelay×n=(Treset+Tprch+Tread)×n…(9)根据第三实施例的驱动控制法，对应于行数的多种灵敏度的检测结果可通过只读取一个屏幕而获得，从而可获得符合环境条件变化和被检测实物变化的最佳检测灵敏度值。因此，灵敏度调整所需的时间可大大缩短。
在第三实施例的驱动控制法中，需要把复位脉冲同时施加到所有行的双栅极型光敏元件中。因此要求上栅极驱动器111具备足够的驱动能力，以充分满足上述需要。
在上述例子中，每行读脉冲和预充电脉冲的施加以时间间隔Tdelay设置。但该时间间隔可以是间隔Tdelay的整数倍。而且，每行的施加间隔不必是常数。具体来说，各行的施加间隔可以彼此不同，其相差的时间是间隔Tdelay的整数倍。
<第四实施例>
图5A至5J的定时图表示在根据本发明第四实施例的光敏元件中使用的驱动控制法中的每行的处理操作的定时。
与第三实施例的情况一样，第四实施例的目的在于预备处理中的驱动控制法。
在根据本发明第四实施例的用于预备读处理的驱动控制法中，图5A到5D所示的复位脉冲φT1、φT2、…φTn-1、φTn通过上栅极线101而以公式(5)所示的第二脉冲间隔Tdelay从第一行开始连续施加到双栅极型光敏元件10，从而开始复位周期Treset，并因此而初始化每行双栅极型光敏元件10，其中上栅极线101在行方向上与上栅极端GT连接。
当每个复位脉冲φT1、φT2、…φTn-1、φTn均降至较低电平以终止复位周期Treset时，电荷累积周期Ta开始。因此，根据从每行的双栅极型光敏元件10的上栅极侧入射的光量，电荷(空穴)在沟道区中累积。
在下一步中，在最后一行(第n行)的复位脉冲φTn降至较低电平之后，每行的电荷累积周期Ta以第二脉冲间隔Tdelay变化，其中公式(5)所示的第二脉冲间隔Tdelay作为一个单位时间使用，并且图5I所示的预充电脉冲φpg和图5E至5H所示的读脉冲φB1、φB2、…φBn-1、φBn以每行预充电周期Tprch和读周期Tread彼此在时间上不重叠的定时施加到从最后一行开始至第一行为止的每一行中。换句话说，在电荷累积周期Ta期间，预充电脉冲φpg以每个第二脉冲间隔Tdelay连续施加，以开始预充电周期Tprch，并且预充电电压提供给数据线103以执行预充电操作，其中允许双栅极型光敏元件10的漏极保持一个预定电压。接着，在电荷累积周期Ta和预充电周期Tprch之后，读脉冲φBn、φBn-1、…φB2、φB1通过下栅极线102的从第n行到第一行的每一行，并以第二脉冲间隔Tdelay连续施加到光敏元件10，以开始从第n行开始的读周期Tread。因此，图5J所示的累积在双栅极型光敏元件10中的电压VD1、VD2、VD3…VDm的变化通过数据线103导入列转换113以被读出。
如上所述，在第四实施例中，每行的电荷累积周期以两倍于图5所示的第二脉冲间隔Tdelay的时间间隔增加。换句话说，每行的电荷累积周期Ta通过下面给出的公式(10)表示Ta=2×Tdelay×L+Tparch…(10)式中L是由大于等于0的一个整数组成的变量。在第n行到第一行中的L值是0、1、2…n-2、n-1。具体来说，通过对一个屏幕的读处理，电荷累积周期Ta被允许设定为n种作为第二脉冲间隔Tdelay两倍的整数倍的不同值，以便于使用n种不同灵敏度执行读处理。第四实施例的预备读处理读取一个屏幕的整个区域所需的时间Tp4由下面给出的公式(11)表示Tp4=Tdelay×(2n-1)=(Treset+Tprch+Tread)×(2n-1)…(11)另外，与第三实施例的情况一样，在电荷累积周期Ta足以包含n×Tdelay的情况下，它足以执行涵盖整个屏幕的一半(n/2行)的读操作。因此，该读操作所需的时间Tp4’由下面给出的公式(12)表示Tp4’=Tdelay×(3n/2-1)=(Treset+Tprch+Tread)×(3n/2-1)…(12)
在第四实施例的驱动控制法中，电荷累积周期Ta以两倍于第二脉冲间隔Tdelay的时间间隔而变化。因此，与第三实施例的情况一样，不可能使用第二脉冲间隔Tdelay精确调节电荷累积周期Ta。但是，通过对整个屏幕的预读处理，电荷累积周期能够以两倍于第三实施例中的电荷累积周期的值来设置。例如，在使用256行传感器阵列100的情况下，灵敏度可调节至512级，从而可通过比第三实施例范围更广的灵敏度设置值来获得图象。而且，在根据第四实施例的驱动控制法中，复位脉冲以第二脉冲间隔Tdelay连续施加到每行。因此，由上栅极驱动器提供的复位脉冲在一个时刻仅仅提供给一个光敏元件。因此，第四实施例的优点在于不需要象第三实施例那样具备大的驱动能力。
如上所述，在根据第四实施例的驱动控制法中，即使在使用小驱动能力的上栅极驱动器的情况下，通过只读取整个屏幕一次也可以获得对应于行数的灵敏度范围比第三实施例更广的多种灵敏度的检测结果，从而可获得灵敏度调节所需的更多信息。当然，驱动电路可以被缩减，并且可获得对应于环境条件和被检测实物的大范围变化的一个最佳检测灵敏度值。
另外，由于需要改变在复位操作中从第一行到第n行以及在读操作中从第n行到第一行的信号脉冲的施加顺序，所以下栅极驱动器112的移位寄存器必须具备一种用于转换移位方向的功能。
而且，在上述实施例中，每行的复位脉冲、读脉冲和预充电脉冲以Tdelay的时间间隔施加。但是可将该时间间隔的值设置为间隔Tdelay的整数倍。还能够以整数倍于间隔Tdelay的时间间隔把这些脉冲施加到每行，而不是每行都采用固定的脉冲施加间隔。
<第五实施例>
图6A至6N的定时图表示根据本发明第五实施例的光敏元件系统的驱动控制法中的每行的处理操作的定时。类似于第三和第四实施例，第五实施例的目的在于预备读处理中的驱动控制法。
在根据第五实施例的用于预备读处理的驱动控制法中，复位脉冲φT1、φT2、…φTn/2、φTn/2+1、…φTn-1和φTn通过上栅极线101而以公式(5)所示的第二脉冲间隔Tdelay从第一行开始至第n行止施加到双栅极型光敏元件10，从而开始复位周期Treset，并因此而初始化每行的双栅极型光敏元件10，其中上栅极线101在行方向上与上栅极端TG连接。当复位周期Treset终止时，电荷累积周期Ta开始，因此，根据从每行的双栅极光敏元件的上栅极侧入射的光量，电荷(空穴)在沟道区中累积。
而且，在复位脉冲施加期间，图6L至6G所示的读脉冲φBn、φBn-1、…φBn/2+1、φBn/2、…φB2和φB1以第二脉冲间隔Tdelay而从第n行开始至第一行连续施加到下栅极线102的每行。而且，图6M所示的预充电脉冲φpg根据读脉冲φBn/2、…φB2、φB1而以第二脉冲间隔Tdelay连续施加到第n/2行及以下行，以执行读操作。
在最低一行的复位脉冲φTn降至较低电平之后并且在经过第二脉冲间隔Tdelay之后，对应于读脉冲的预充电脉冲φpg以第二脉冲间隔Tdelay而从最低一行(第n行)至第n/2+1行再一次连续施加，同时，读脉冲φBn、φBn-1、…φBn/2+1连续施加以执行读操作。
在这种模式中，图6N所示的电压VD1、…VDm的变化通过数据线103进入列转换113以被读出，其中电压VD1、…VDm的变化与为每行设置的电荷累积周期Ta期间累积的电荷一致。
在第五实施例中，每行的电荷累积周期Ta通过公式(13)表示，涉及第一行到第n/2行Ta=2Tdelay×K+Tprch…(13)从第n/2+1行到第n行的Ta由公式(14)表示
Ta=Tdelay×K+Tprch…(14)式中K是由大于等于0的一个整数组成的变量。第一行到第n/2行的K值是n-2,n-4…0。第n/2+1行到第n行的K值是n-1,n-3…3,1。具体来说，各行的K值变化是不连续的，而是断续的，其中在相邻的k值之间插入了一个整数。但从整体上来说，K值是以从0到n-1的n级而逐步变化。由此可见，通过对一个屏幕的读操作，电荷累积周期Ta能够以第二脉冲间隔Tdelay整数倍的时间间隔而设定为n种不同值，以便于使用n种不同的灵敏度执行读处理。
在第五实施例的预备读处理中，读取一个屏幕所需的时间Tp5由公式(15)表示。
Tp5=Tdelay×(3n/2+1)=(Treset+Tprch+Tread)×(3n/2+1)…(15)由此可见，与第四实施例的情况一样，根据基于本发明第五实施例的驱动控制法，电荷累积周期在相邻行之间以两倍于第二脉冲间隔Tdelay的时间间隔而变化。但是，在考虑整个屏幕时，可以使用与第三实施例中相同的范围和相同的设置间隔来获得一个图象。而且，在根据第五实施例的驱动控制法中，复位脉冲以第二脉冲间隔Tdelay连续施加到各行，因此其优点在于上栅极驱动器不需要象第三实施例一样具备大驱动能力。
根据本发明第五实施例的驱动控制法，通过只读取整个屏幕一次，可使用对应于行数的多种灵敏度来获得与第三实施例中有同样精度的检测结果。因而可以缩减驱动电路并且可以获得与环境条件和被检测实物的变化一致的合适的检测灵敏度的值。
顺便说，信号脉冲施加顺序在复位操作中是从第一行到第n行并且在读操作中是从第n行到第1行而变化的，从而使下栅极驱动器112的移位寄存器必须具备移位方向的转换功能。
在上述实施例中，每行读脉冲和预充电脉冲的施加间隔以Tdelay设置。但是，所设置的施加间隔的值也可以是Tdelay的整数倍。而且，每行的施加间隔可以不是常数。换句话说，可以使施加间隔逐行不同并且其值可以是Tdelay的整数倍。
权利要求
1．一种包括多行的光敏元件阵列的驱动控制法，每个阵列具有排列形成一个矩阵的多个光敏元件，包括第一步骤用于把复位脉冲施加到所述光敏元件阵列的预定行，以初始化所述行中的多个光敏元件；第二步骤在完成所述初始化之后，在用于累积由光辐射产生的电荷的电荷累积周期之后，并且在预定充电脉冲施加到所述多个光敏元件的预充电操作之后，用于把读脉冲施加到所述行的多个光敏元件中，以输出通过所述电荷累积周期期间累积的电荷而产生的电压，以作为输出电压；其中施加每行预充电脉冲和读脉冲的定时设置为在时间上彼此不重叠，并且各行的电荷累积周期在至少两个不同行之间具有一个重叠周期。
2．根据权利要求1所述的光敏元件系统的驱动控制法，其中所述复位脉冲在所述第一步骤连续施加到光敏元件阵列的各行，以连续初始化所述多个光敏元件，并且在所述初始化之后，在预定电荷累积周期之后并且在完成由所述预充电脉冲执行的预充电操作之后，读脉冲在所述第二步骤中连续施加到所述多个光敏元件，以连续输出通过所述电荷累积周期期间累积的电荷而产生的电压，以作为输出电压。
3．根据权利要求2所述的光敏元件系统的驱动控制法，其中在所述第二步骤中的每行的所述预充电脉冲和所述读脉冲的施加周期等于或大于预充电脉冲的脉冲宽度和读脉冲的脉冲宽度之和。
4．根据权利要求2所述的光敏元件系统的驱动控制法，其中在所述第一步骤中的每行的所述复位脉冲的施加周期和在所述第二步骤中的每行的所述预充电脉冲和所述读脉冲的施加周期等于或大于预充电脉冲的脉冲宽度和读脉冲的脉冲宽度之和。
5．根据权利要求2所述的光敏元件系统的驱动控制法，其中在所述第一步骤中的每行的所述复位脉冲的施加周期和在所述第二步骤中的每行的所述预充电脉冲和所述读脉冲的施加周期等于或大于在第一步骤中的复位脉冲的脉冲宽度、在所述第二步骤中的预充电脉冲的脉冲宽度和读脉冲的脉冲宽度之和。
6．根据权利要求2所述的光敏元件系统的驱动控制法，其中在所述第二步骤中的所述电荷累积周期以一个周期来设置，在该周期中，第二步骤中的每行的所述预充电脉冲和所述读脉冲的施加时间构成一个单位时间。
7．根据权利要求1所述的光敏元件系统的驱动控制法，其中每个所述光敏元件包括一个源极和一个漏极，具有一个由置于它们之间的半导体层构成的沟道区；以及至少在所述沟道区的上部和下部形成的、有绝缘层置于其间的第一电极和第二电极，其中电荷以对应于照射到所述沟道区的光量的量产生并且累积。
8．根据权利要求7所述的光敏元件系统的驱动控制法，其中所述复位脉冲在所述第一步骤施加到所述光敏元件的所述第一电极，以初始化所述光敏元件；并且所述预充电脉冲在所述第二步骤施加到光敏元件的所述漏极，并且所述读脉冲在完成通过施加预充电脉冲而执行的预充电操作之后施加到光敏元件的所述第二电极，以输出作为输出电压的漏极电压。
9．根据权利要求1所述的光敏元件系统的驱动控制法，其中在所述第二步骤中的每行的所述预充电脉冲和所述读脉冲的施加周期等于或整数倍于在所述第二步骤中的预充电脉冲的脉冲宽度和读脉冲的脉冲宽度之和。
10．根据权利要求9所述的光敏元件系统的驱动控制法，其中所述第二步骤中的各行的所述电荷累积周期等于或整数倍于所述和值，并且根据行数而设置为彼此不同。
11．根据权利要求9所述的光敏元件系统的驱动控制法，其中所述复位脉冲在所述第一步骤同时施加到所述光敏元件阵列的各行，并且所述预充电脉冲在所述第二步骤以等于或整数倍于所述和值的时间间隔施加，并且所述读脉冲施加到每行。
12．根据权利要求9所述的光敏元件系统的驱动控制法，其中所述复位脉冲在所述第一步骤以等于或整数倍于所述和值的时间间隔施加到所述光敏元件阵列的每行，在完成复位脉冲对所有行的施加之后，所述预充电脉冲在所述第二步骤施加并且读脉冲以复位脉冲在第一步骤施加到光敏元件阵列每行的顺序相反的顺序施加到每行。
13．根据权利要求9所述的光敏元件系统的驱动控制法，其中所述复位脉冲在所述第一步骤以等于或整数倍于所述和值的时间间隔连续施加到所述光敏元件阵列的每行；与所述第一步骤同步，所述预充电脉冲在所述第二步骤施加，并且读脉冲以复位脉冲在第一步骤施加到光敏元件阵列每行的顺序相反的顺序施加到每行；并且在完成预充电电压施加和读脉冲施加之后，并且在所述时间之和经过之后，所述预充电脉冲被施加而且读脉冲以读脉冲施加到每行的顺序相同的顺序并且以等于或整数倍于所述时间之和的时间间隔再次施加到每行。
全文摘要
通过允许各行处理周期彼此部分重叠可缩短一个屏幕的读处理时间,通过防止复位周期、预充电周期和读周期在时间上彼此重叠可以精确地执行读操作。上述的驱动控制法中,各行的电荷累积时间在各行同时或连续复位之后变化,并且读操作被执行。通过整个屏幕的读处理,可获得通过使用对应于行数而在数量上不同的电荷累积周期来读取图象,从而可根据如此获得的图象数据获取一个最佳检测灵敏度的值。
文档编号H04N5/353GK1300500SQ00800538
公开日2001年6月20日 申请日期2000年3月28日 优先权日1999年4月9日
发明者角忍, 中村善亮 申请人:卡西欧计算机株式会社