专利名称：内装信号放大器的固态摄象器件及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种固态摄象器件，更具体地说，涉及一种内装信号放大器的摄象器件及其控制方法。
一个固态摄象器件是一个图象扫描器或一件传真机的基础部件。为了降低生产成本，厂商将一个信号放大器和固态摄象器件集成在一单块半导体芯片上。
图1绘示现有技术装有信号放大器的固态摄象器件。
现有技术装有放大器的固态摄象器件是制造在一块n型半导体基片1上，并包括一个掺硼的P型阱2和在P型阱2中排成线形阵列的光-电转换元件3。光-电转换元件3将载光图象转换成信号电荷束，并在其中聚集着信号电荷束。
现有技术的固态摄象器件还包括一个传送电荷束的电荷转移单元4和一个连接在光-电转换元件3和电荷转移单元4之间的转移栅单元5。转移栅单元5在经过一定的聚集时间之后将光-电转换元件3与电荷转移单元4电连接，并将信号电荷束从光-电转换元件3经转移栅单元5转移至电荷转移区4。在电荷转移区4上设置多个电荷转移电极(未示出)，并与电荷转移区4电容性耦合。有一个两相电荷转移信号P1/P2加在电荷转移电极上，并依序改变其下面的势位。信号电荷束从一个势阱移至下一个势阱，并沿箭头AR1的方向传送。
装有放大器的现有技术固态摄象器件还包括一个与电荷转移区4相连的信号电荷转换单元6，信号电荷转换单元6是用一浮动的二极管放大器类型的电荷检测器实现的，它通常被缩写成“FDA”。浮动的二极管放大器类型的电荷检测器经一电容器CFJ与地线耦连，而信号电荷束则连续地向浮动的二极管放大器型的电荷检测器提供。浮动的二极管放大器型的电荷检测器将每一电荷束转换成与信号电荷束的数量相对应的电位。这样，电荷转换单元6就从系列的信号电荷束产生输出的电位信号VFJ。
装有放大器的现有技术固态摄象器件还包括一个连接在电荷转换单元6和一根电源线VDD之间的复位晶体管7和一个连接在电荷转换单元6和一输出端9之间的输出放大器电路8。复位信号Pr周期性地送至复位晶体管7的栅电极，并向电荷转换单元6引入电源电平Vdd以消除残存的信号电荷。输出放大器电路8对输出电位信号VFJ作出响应自输出端9输出图象信号IMG。
输出放大器电路8包括一个连接在电源线VDD和地线GND之间的第一级发射跟随器8a和其它元件8b。发射跟随器8a是用串联的场效应晶体管8c和8d实现的，将输出电位信号VFJ送至场效应晶体管8c的栅电极，而另一场效应晶体管8d的栅电极则与一恒定的电位源VG相连。发射跟随器8a对输出电位信号VFJ作出响应，并向其它元件提供一输出电位信号VFJ′。其它元件是信号电位放大器、一个源跟随器、一个复位半帧通过电位箝制电路等等。
装有放大器的现有技术固志摄象器件起如下的作用。图2绘示输出放大器电路8的运转状态。复位信号Pr在时间T1、T4、T7...上升，并在时间T2、T5、T8...下降。在时间T3、T6...转移信号P1下降，并将每一电荷束转换成在复位信号Pr脉冲上升和下一次脉冲上升之间的象素帧Tp中的电位。
每一象素帧分成T1、T2和T3三段时间周期。三段时间周期T1、T2和T3分别称为“复位期”、“复位半帧通过期”和“信号期”。在复位期T1中复位信号Pr保持于高电平，而电荷转换单元6经场效应晶体管8C充电至电源电平Vdd。电荷转换单元6等待复位半帧通过期T2内的电荷束。将电荷束送至电荷转换单元6，而电容器CFJ将电荷束转换成与信号期T3中的电荷束数量相对应的电平。从电荷转换单位元6输出作为输出电位信号VFJ的电平。
当复位信号Pr下降时，电荷转换单元6中的电平从电源电平Vdd降至一确定的电平，而电位差则称为，“复位半帧通过噪音Vn”。电荷束使电荷转换单元6中的电平下降至另一确定的电平，而在确定的电平和另一确定的电平之间的电平与电荷束的数量对应。换句话说，电位差等于输出电位信号OUT的幅度。
复位半帧通过噪音Vn是由如下情况引起的。在复位晶体管7的栅电极和电荷转换单元6之间出现一个耦合电容CP(见图1)，并在复位脉冲Pr的电位降上产生耦合噪音。当接通复位晶体管7的同时将电源电位Vdd加至电荷转换单元6，来自复位晶体管7的沟道区的热噪音流向电荷转换单元6，并重叠在输出电平VFJ上。这样，使输出电平VFJ因热噪音而受到波动，而随机噪音则形成了复位半帧通过噪音Vn的一部分。当关闭复位晶体管7时，正通过沟道区的一部分电子被向电荷转换单元6排出，而随机噪音则形成复位半帧通过噪音Vn的另一部分。
复位半帧通过噪音Vn在400毫伏至500毫伏的范围内，并以数毫伏至10毫伏在象素帧Tp上波动。因而，复位半帧通过噪音Vn是现有技术固态摄象器件图象信号IMG的典型随机噪音。
图3绘示输出放大器电路8的其它元件8b。其它元件8b有与第一级源跟随8a器相连的一个源跟随器8e，一个信号电荷放大器8f与源跟随器8e和一复位半帧通过箝制电路8g连接，一个复位半帧通过箝制电路8g则与电荷放大器8f和一源跟随器8h相连，一个源跟随器8h连接在复位半帧通过箝制电路与输出端9之间。信号电荷放大器8f是用串联的倒相器8i/8j实现的，面n-沟道型的MOS倒向器则用作各个倒相器8i/8j。
复位半帧通过箝制电路8g包含一个连接在倒相器8j和源跟随器8h之间的电容器以及连接在源跟随器8h输入结点和地线GND之间的串联的场效应晶体管8k和电位源8m。向场效应晶体管8k的栅电极上输送一箝制脉冲PC，复位半帧通过箝制电路8g就将源跟随器8h输入结点处的电位箝制在各半帧通过期T2内的恒定电位VC处。现有技术装有放大器的固态摄象器件要加入复位半帧通过箝制电路8g的原因是要消除由复位晶体管7、电荷转换单元6以及输出放大器电路8的其它元件场效应晶体管所产生的随机噪音。由于这一原因，就希望尽可能地将复位7半帧通过箝制电路8g设置在接近输出端9的地方。
图4绘示输入放大器电路8主要信号。源跟随器8e的输出电位信号、倒相器8j的输出电位信号和源跟随器8h的输入电位信号分别用V1、V2和V3标记。输出电位信号VFJ在时间t1复位至电源电平Vdd，而脉冲上升和脉冲延迟则从输出电位信号VFJ经输出电位信号V1至输出电位信号V2变缓。由于这一原因，输出电位信号V1的复位半帧通过期TRF1比复位半帧通过期T2短，而输出电位信号V2的复位半帧通过期TRF2比复位半帧通过期TRF1短，在时间t2箝制脉冲信号PC改变至高电平，并在时间T3下降。其结果是，在复位半帧通过期TRF2内复位半帧通过箝制电路8g将输出电位信号V3调至输出电位信号V2的电平，并从输出电位信号V3中消除随机噪音。
然而，经过源跟随器8e和倒相器8i/8j的复位半帧通过期变短。若是现有技术固态摄象器件以高速度向电荷转换单元6转移电荷束，象素帧Tp和复位半帧通过期T2就变短。源跟随器8e和倒相器8i/8j缩短了复位半帧通过期TRF2，而复位半帧通过箝制电路8g就难以赶上复位半帧通过期TRF2间的电平。
假设复位半帧通过噪音为400毫伏。若是在传真机或图象扫描器中装进现有技术的固态摄象器件，图象信号IMG就在1.0伏左右。预计输出放大器电路8就要产生至少超过十倍输出电位信号VFJ的图象信号IGM。因而，输出电位信号VFJ为100毫伏左右。假设源跟随器8e和倒相器8i/8j每100毫伏引入5毫微秒时间延迟。源跟随器8e和倒相器8i/8j推迟200毫秒的信号传播，即(4伏/100毫伏)×5毫微秒。复位半帧通过期TRF2比复位半帧通过期T2短200毫微秒。
在此情况下，若是考虑场效应晶体管形成复位半帧通过箝制电路8g的余量是在复位半帧通过期TRF2和箝制脉冲Pc之间，复位半帧通过箝制电路8g就要求脉冲宽度TCL为50毫微秒左右。由于这一原因，现有技术的复位半帧通过箝制电路8g就至少需要250毫微秒。电荷转换单元6为复位至电源电平Vdd至少需要30毫微秒，而现在技术的输出放大器电路8至少需有280毫微秒用于复位期T1和复位半帧通过期T2。
信号期T3还受源跟随器8e和倒相器8i/8j的影响。预计输出电位信号V2的电位改变在1伏以内，而所计算的时间延迟为(1伏/100毫伏)×5毫微秒＝50毫微秒。在TSIG比信号期T3短50毫微秒的期间图象信号IMG是稳定的。在复位半帧通过期T2和信号期T3之间的过渡期约有40毫微秒。图象信号IMG经过譬如说一个取样和保持电路进行处理，至少需要50毫微秒。信号周期T3至少为50+40+50＝140毫微秒。这样现有技术装有放大器的固态摄象器件需要420毫微秒，即为每一象素帧花费280+140毫微秒，而最高数据速率则为2.38兆赫。
未审查的日本专利公报申请号No.5-284428提出另一现有技术的固态摄象器件，已从其中消除了复位半帧通过噪音的影响。图5绘示了该未审查的日本专利申请公报中公开的现有技术固态摄象器件。
电荷转移寄存器区20形成在一P型阱中。电荷转移电极TG和一输出电极OG则与电荷转换寄存器区20电容性耦合，而电荷转移脉冲信号p1/p2有选择地加在电荷转移电极TG上，使电荷束从电荷转移电极下面产生的一个势阱到一个势阱地传送。一个浮动扩散区FD延伸至电荷转移寄存器区20，而一输出信号VOG控制着至浮动扩散区FD的最后势阱。一个复位晶体管RG使浮动扩散区FD与漏区D隔开，而一复位脉冲Pr则周期性地加在复位晶体管RG的栅电极上。
输出放大器22的一输入结点与浮动扩散区FD相连，而输出放大器22的一输出结点则进一步与一取样晶体管23相连。取样晶体管23以一取样信号Sc接入栅极，且取样晶体管23进一步与一电容器24和一倒相增益放大器25的一个输入结点连接。电容器24进一步与一恒定的电位线连接，倒相增益放大器25的一个输出结点则与一运算放大器26相连。
图6绘示浮动扩散区FD的电位信号Si的波形、取样信号Sc的波形以及电位信号So的波形。复位半帧通过噪音从每一象素帧中全部消除掉。为了延长信号期Ts，对复位半帧通过期tr内的电平、信号期ts及其间的过渡期用取样信号Sc进行取样，使信号期ts内的电平Vs转移至电位信号So。
现有技术固态摄象器件只不过延长了信号期ts，而复位半帧通过期tp并未增加。由于这一原因，即若是图1至4中所示应用于现有技术固态摄象器件的公开技术，并未增加箝制电位的时间周期，而复位半帧通过箝制电路8g则赶不上电平。而且，象素帧包含在复位半帧通过期tp和信号期ts之间的过渡时间周期，而该过渡时间周期受到电荷转移脉冲信号p1/p2的定时以及电荷转移区20上移位寄存器的输入电容的影响。由于这一原因，信号期ts是变动的。短的箝制时间周期和可变的信号期ts使生产者无法提高数据速率。
因而本发明的一项重要目的是要提供一种提高数据速率的固态摄象器件。
本发明还有一项重要目的是要提供一种控制该固态摄象器件的方法。
为了实现这些目的，本发明提出对复位半帧通过期内的电平和对信号期内的电平进行取样和保持。
按照本发明的一种方式，提供一种制造在单块半导体芯片上的固态摄象器件，它包括一个将入射光转换成光载流子的光一电转换单元，一个周期地向一确定的电平复位并从一系列电荷束产生一输出电位信号的转换单元，所述一系列电荷束有一将其电平改变至确定电平的复位期、一将其电平从一复位半帧通过电平改变成表示每一电荷束数量的信号电平的信号期以及一个设在前述复位期和保持其电平为复位半帧通过电平的信号期之间的复位半帧通过期，一个电连接在光电转换单元和电荷转换单元之间并将光载流子从光-电转换单元作为系列电荷束传送至电荷转换单元的电荷转移装置，以及一个与一用以从输出电位信号产生图象信号的电荷转换单元相互电连接的输出放大器电路，所述输出放大器电路并包括一用以提高电位信号幅度的信号放大电路、一与信号放大电路相互电连接并提供一与复位半帧通过电平相对应的参考电平用以由参考电平改变图象信号的复位半帧箝制电路以及一电连接在电荷转换单元和信号放大装置之间并有用以将复位半帧通过期内的第一电平和信号期内的第二电位转换成电位信号的取样和保持电路的噪音消除电路。
按照本发明的另一种方式，提供一种控制装有信号放大器的固态摄象器件的方法，它所包括的步骤有a)将经一电荷转移单元与一光一电转换装置相连的电荷转换单元复位至一复位电平；b)将复位电平改变成一复位半帧通过电平；c)对复位半帧通过电平取样用以将电位信号调节至一参考电平；d)将复位半帧通过电平改变成与从光一电转换装置输送至电荷转换单元的每一电荷束的数量相对应的第一信号电平；e)对第一信号电平取样用以将电位信号从参考电平改变成与第一信号电平相对应的第二信号电平；以及f)将由箝制参考电平改变成与第二信号电平对应的第三信号电平的图象信号输出。
从以下结合附图进行的说明中将对固态摄象器件及其控制方法得到更加清楚的了解，其中图1为表示现有技术装有放大器的固态摄象器件的布置示意图；图2为表示装入现有技术固态摄象器件中的输出放大器电路工作状况的时卡；图3为表示装入现有技术固态摄象器件中的输出放大器电路的电路图；图4为表示输出放大器的主要信号的时卡；图5为申请号为NO.5-284428在未经审查的日本专利公报上公开的现有技术固态摄象器件的布置示意图；图6为表示现有技术固态摄象器件工作状况的时卡；图7为表示本发明固态摄象器件布置的电路图；图8为表示装入固态摄象器件中的输出放大器电路工作状况的时卡；图9为表示本发明另一固态摄象器件布置的电路；以及图10为表示装入图9中所示固态摄象器件中的输出放大器电路工作状况的时卡。
第一实施例参阅附图的图7，采用本发明的固态摄象器件制造在一块半导体基片30上，并且作线性图象传感器。固态摄象器件主要包括光电二极管31、一个电荷转移单元32、连接在光电二极管31和电荷转移单元32之间的转移栅极33以及一个和电荷转换单元32相连的电荷转换单元34。
载象光线落在光电二极管上，而光电二极管31将载象光线转换成光生载流子。转移栅33同时对读出控制信号Pread作出响应将光生载流子转移至电荷转移单元32，并且光生载流子在电荷转移单元32中形成电荷束。电荷转移单元32对电荷转移脉冲信号p1/p2作出响应将电荷束在电荷转移单元32中逐级在传送，并继续流入电荷转换单元34。电荷转换单元34将每一电荷束转换至与其数量相对应的一电平，并从成串的电荷束产生输出的电位信号VFJ。光电二极管31、电荷转移单元32、转移栅33以及电荷转换单元34都与现有技术固态摄象器件中的类似，因而此后无需再予描述。
电荷转换单元34有一复位晶体管34a，复位晶体管34a对一复位信号Pr作出响应使电荷转换单元34周期地复位至电源电压的电平Vdd。
固态摄象器件还包括一个输出放大器电路35。输出放大器电路35与电荷转换单元34相连，并由输出电位信号VFJ产生图象信号IMG。输出电位信号VFJ代表各个电荷束的数量，经输出放大器电路35按象素帧进行处理，象素帧被分成复位期TRST、复位半帧通过期TRFFJ和信号期TSIGFJ。
输出放大器电路35包括一个与电荷转换单元34耦连的第一级源跟随器35a，而第一级源跟随器35a由输出电位信号VFJ产生输出电位信号VFJ′。
输出放大器电路还包括一个与第一级源跟随器35a相连的噪音消除电路35b、一个与噪音消除电路35d相连的中间级源跟随器35c、一个与中间级源跟随器35c相连的信号电荷放大器35d、一个与信号电荷放大器35d相连的复位半帧通过箝制电路35e、一个连接在复位半帧通过箝制电路35e和一输出端35g之间的末级源跟随器35f。中间级源跟随器35c、信号电荷放大器35d、复位半帧通过箝制电路35e以及末级源跟随器35f分别与源跟随器8e、信号电荷放大器8f、复位半帧通过箝制电路8g以及源跟随器8h相似，而那些电路35d/35e的元件与相应电路8f/8g的相应电路元件用相同的标注无需详述。
噪音消除电路35b包括两个取样和保持电路。第一取样和保持电路有一个连接在第一级源跟随器35a和中间级源跟随器35c之间的转移晶体管35h以及一个连接在中间级源跟随器35c的输入结点和地线GND之间的电容器35j。转移晶体管35h对取样控制信号PSHCA作出响应将输出电位信号VFJ′的电平转移到电容器35j上。在复位半帧通过期TRFFJ内取样控制信号PSHCA被改变到工作电平，并在复位半帧通过期TRFFJ内在电容器35j中贮存着电平。
第二取样和保持电路有一个连接第一级源跟随器35a和中间级源跟随器35c之间的转移晶体管35k以及一个连接在中间级源跟随器35c的输入结点和地线GND之间的电容器35m。这样，第二取样和保持电路就是与第一取样和保持电路并列地连接起来的。转移晶体管35k对取样控制信号PSHCB作出响应将输出电位信号VFJ′的电平转移到电容器35m上。在信号期TSIGFJ内取样控制信号PSHCB被改变到工作电平，并在信号期TSIGFJ内在电容器35m中贮存着电平。
图8绘示输出放大器电路35的工作状况。一帧象素在时间t1起始，而电荷转换单元3 4则复位至电源电平Vdd。在时间t2电荷转换单元34进入复位半帧通过期TRFFJ，并产生复位半帧通过噪音。在时间t4电荷转换单元34进入信号期TSIGFJ，而输出电位信号VFJ的电平受到与电荷束数量相当的信号电位的推迟离开复位半帧通过电平。在时间t6，电荷转换单元34再次复位至正电平Vdd。
在复位半帧通过期TRFFJ内的时间t3，取样控制信号PSHCA从低电平改变至高电平。然后，转移晶体管35h接通，并对输出电位信号VFJ′取样。当取样控制信号PSHCA从高电平改变成低电平时，电容器35j在复位半帧通过期TRFFJ内保持住电平。
在信号期TSIGFJ内的时间t5，取样控制信号PSHCB从低电平改为高电平。转移晶体管35k接通，并对输出电位信号VFJ′取样。当取样控制信号PSHCB改变成低电平时，电容器35m在信号期TSIGFJ内保持住电平。
电容器35j将输出电位信号VO保持在取样控制信号PSHCA的脉冲下降与取样控制信号PSHCB的脉冲上升之间的复位半帧通过期TRFFJ内的输出电位信号VFJ′的相等电平上。这样，两个取样和保持电路将输出电位信号VFJ′的复位半帧通过期TRFFJ改变成电位信号VO的复位半帧通过期TRF，并从电位信号VO中清除了复位半帧通过噪音。
与其类似，电容器35mm将输出电位信号保持在取样控制信号PSHCB的脉冲下降和取样控制信号PSHCA的脉冲上升之间信号期TSIGFJ内的输出电位信号VFJ′的相等电平上。这样，两个取样和保持电路还将输出电位信号VFJ′的信号期TSIGFJ改变成电位信号VO的信号期TSIG。这样，复位半帧通过期TRF和信号期TSIG就由取样控制信号PSHCA/PSHCB确定，并随取样控制信号PSHCA/PSHCB而变动。
电位信号VO经中间源跟随器35C和信号放大器35d加至复位半帧通过箝制电路35e，而复位半帧通过箝制帧电路35e产生电位信号v3。电位信号在复位半帧通过电平和相当于各电荷束数量的信号电平之间变动电平，并且电位信号V3以及相应地图象信号IMG不含复位半帧通过噪音。
假设输出放大器电路35是在与现有技术相同的条件下工作的，即增益为十，图象信号在1伏内改变电平以及源跟随器/倒相器引入每100毫伏5毫微秒的时间延迟。在每一复位半帧通过期和信号期的时间延迟为(1伏/100毫伏)×5毫微秒＝50毫微秒。箝制脉冲信号Pc有50毫微秒的脉冲宽度，并且复位半帧通过期TRF为50+50＝100毫微秒。假设一个取样和保持电路(未示出)需50毫微秒用于信号处理，而信号期TSIG为50+50＝100毫微秒。取样控制信号PSHCA/PSHCB有30毫微秒的脉冲宽度。整个时间周期需要100+100+30+30＝260毫微秒，而数据速率则为3.85兆赫。因此，本发明的固态摄象器件处理图象的速度比现有技术固态摄象器件快1.6倍。
第二实施例图5绘示在一单块半导体芯片40上制成的另一固态摄象器件的布置。除输出放大器电路45之外，实施第二实施例的固态摄象器件与第一实施例的相类似。由于这一原因，用与第一实施例的相应元部件的标注表示其它的元部件而不作具体说明。
噪音消除电路45a是在输出放大器电路35和输出放大器电路45之间唯一的差别。由于这一原因，用输出放大器电路35相应电路元件的标准表示其它元件，而专注于对噪音消除电路45a的说明。
噪音消除电路45a包括一个连接在第一级源跟随器35a和中间级源跟随器35c之间的转移晶体管45b以及一个连接在中间级源跟随器35c的输入结点和地线GND之间的电容器45c。从而，噪音消除电路45a只是用一个取样和保持电路实现的。
将取样控制信号PSHC加到转换晶体管45b的栅电极上，在取样控制信号PSHC处于高电平时转换晶体管45b接通。转换晶体管45b将输出电位信号VFJ′的电平送至电容器45c，并在那里保持住。
图10绘示输出放大器电路45的工作状况。在此情况下，取样时钟信号PSHC在每一象素帧的时间t10和t12两次改变至高电平。第一次脉冲上升是在复位半帧通过期TRFFJ内，而第二次脉冲上升则是在信号期TSIGFJ内。在时间t11和t13取样时钟信号PSHC恢复到低电平，并确定在时间t11和时间t12之间为一复位半帧通过期TRF以及在时间t13和时间t14之间为一信号期TSIG。这样，取样控制信号PSHC就以两倍于第一/第二取样控制信号PSHCA/PSHCB的一确定频率在高电平和低电平之间改变，并用作第一取样控制信号PSHCA和第二取样控制信号PSHCB。电容器45b不仅保持住复位半帧通过期TRFFJ内的电平而且还保持住信号期TSIGFJ内的电平。
具体地说，取样控制信号PSHC在时间t10改变至高平，而输出电位信号VFJ在时间t11保持在电容器45c中。电容器45c在时间t11和时间T12之间的复位半帧通过期TRFFJ内保持住电平。因此，取样和保持电路在电位信号VO中引入时间延迟，并从电位信号VO中消除复位半帧通过噪音。
取样控制信号PSHC在时间t12再次变至高电平，而信号期TSIGFJ内的输出电位信号VFJ则在时间t13保持在电容器45c中。电容器45c保持住时间t13和时间t14之间信号期TTSIGFJ内的电平。从而，取样和保持电路在电位信号VO中引入时间延迟，并确定电位信号VO中的信号期TSIG。
从以上描述中将会理解到，噪音消除电路35b/35a对取样控制信号PSHC或信号PSHCA/PSHCB作出响应对输出电位信号VFJ取样，并将复位半帧通过期TRFFJ内的电平和信号期TSIGFJ内的电平精确地转移成电位信号VO。而且，噪音消除电路35b/45a将复位半帧通过期TRFFJ内的电平和信号期TSIGFJ内的电平转移成电位信号VO，并从电位信号VO中消除复位半帧通过噪音。由于这一原因，即使提高数据速率，输出放大器电路35/34也能从输出电位信号VFJ精确地产生出图象信号IMG。
复位半帧通过期TRF和信号期TSIG是由改变取样控制信号或信号恰当地确定的。
尽管已示出并描述了本发明的特定实施例，但专业技术人员们所能进行的显而易见的各种变动和改进均不超出本发明的精神和范围。
例如，本发明的输出放大器电路可以装入固态摄象器件用作面积传感器。
权利要求
1.一种制造在一块单片半导体芯片(30；4)上的固态摄象器件，包含有一个光电转换单元(31)，它将入射光转换成光生载流子；一个电荷转换单元(34)，它周期地向一确定的电平(Vdd)复位，并由一系列电荷束产生一输出电位信号(VFJ)，每一电荷束的所述输出电位信号(VFJ)有一将其电平改变至所述确定的电平(Vdd)的复位期(TRST)、一将其电平从一复位半帧通过电平改变至一表示所述第一电荷束的数量的信号电平的信号期(TSIGFJ)以及一设在所述复位期和所述信号期之间将其所述电平保持为所述复位半帧通过电平的复位半帧通过期(TRFFJ)；一个电荷转移装置(32/33)，它电连接在所述光-电转换单元和所述电荷转换单元之间，并将所述光生载流子作为所述系列电荷束从所述光-电转换单元传送到所述电荷转换单元；以及一个输出放大器电路(35；45)，它与所述的电荷转换单元电连接用以从所述输出电位信号产生一图象信号(IMG)，并包括一用以提高电位信号(VO/VI)幅度的信号放大电路(35d)，以及一复位半帧通过箝制电路(35e)，它与所述信号放大电路电连接并提供一与所述复位半帧通过电平相对应的参考电平用以由所述参考电平改变所述图象信号，所述固态摄象器件的特征在于所述输出放大器电路还包括一个电连接在所述电荷转换单元和所述信号放大装置之间的噪音消除电路(35b；45a)并有一个取样和保持电路(35h/35j/35k/35m；45b/45c)用以将所述复位半帧通过期内的第一电平和所述信号期内的第二电位转移至所述电位信号(VO)。
2.按照权利要求1所述的固态摄象器件，其特征在于，所述的取样和保持电路包括一个第一取样和保持分电路(35h/35j)，它电连接在所述电荷转换单元和所述信号放大电路之间并对在所述复位半帧通过期内改变的第一取样控制信号(PSHCA)作出响应用以保持所述第一电平，以及一个第二取样和保持分电路(35k/35m)，它电连接在所述电荷转换单元和所述放大电路之间与所述第一取样和保持分电路并列并对在所述信号期内改变的第二取样控制信号(PSHCB)作出响应用以保持所述第二电位。
3.按照权利要求2所述的固态摄象器件，其特征在于，所述第一取样和保持分电路有一第一电容器(35j)与所述信号放大电路的一个输入结点连接并保持所述第一电平以及一个第一转移晶体管(35h)连接在所述电荷转换单元和所述信号放大电路之间并对所述第一取样控制信号作出响应用以向所述第一电容器转移所述第一电平，以及所述第二取样和保持分电路有一第二电容器(35m)与所述信号放大电路的所述输入结点电连接并保持所述第二电平以及一个连接在所述电荷转换单元和所述信号放大电路之间的第二转移晶体管(35k)并对所述第二取样控制信号作出响应用以向所述第二电容器转移所述第二电平。
4.按照权利要求1所述的固态摄象器件，其特征在于，所述取样和保持电路对在所述复位半帧通过期和所述信号期两者期内改变的取样控制信号(PSHC)作出呼应用以保持在所述复位半帧通过期内的所述第一电平和在所述信号期内的所述第二电平。
5.按照权利要求4所述的固态摄象器件，其特征在于，所述取样和保持电路有一电容器(45c)与所述信号放大电路的一输入结点电连接并保持所述第一电平和所述第二电平以及一个连接在所述电荷转换单元和所述信号放大电路之间的第二转移晶体管(45b)的并对所述取样控制信号作出响应用以向所述第二电容器转移所述第一电平和所述第二电平。
6.一种控制装有信号放大器的固态摄象器件的方法，其特征在于，它包括的步骤有a)将经一电荷转移单元(32/33)和一光-电转换装置(31)所连接的一电荷转换单元(34)复位至一复位电平(Vdd)；b)将所述复位电平改变为一复位半帧通过电平；c)对所述复位半帧通过电平取样用以将电位信号(VO)调节至一参考电平；d)将所述复位半帧通过电平改变成与由所述光-电转换装置向所述电荷转换单元提供的每一电荷束的数量相对应的一第一信号电平；e)对所述第一信号电平取样用以将所述电位信号(VO)从所述参考电平改变成与所述第一信号电平相对应的一第二信号电平；以及f)将由一箝制的参考电平改变成与所述第二信号电平对应的一第三信号电平的图象信号(IMG)输出。
7.一种对经一电荷转换单元(34)和一电荷转移单元(32/33)与一光一电转换装置(31)连接的一输出放大器电路(35；34)进行控制的方法，它包括的步骤有a)在一象素帧的复位半帧通过期(TRFFJ)内将一取样脉冲信号(PSHCA/PSHCB；PSHC)送往一取样和保持电路(35h/35j/35k/35m；45b/45c)用以保持所述电荷转换单元输出信号(VFJ)的一信号电平；以及b)在所述复位半帧通过期之后的一信号期(TSIGFJ)内将所述取样脉冲信号送往所述取样和保持电路用以独立地保持所述信号电平。
全文摘要
一种装有信号放大器的固态摄象器件,信号放大器将由一电荷转换单元从每一电荷束产生出的输出电位产生图象信号,内装的信号放大器包括一个连接在电荷转换单元和一信号放大电话之间用以将一电位信号从一复位半帧通过电平改变成一信号电平的取样和保持电路,由此从向信号放大器提供的输入电位信号中消除复位半帧通过噪音。
文档编号H04N5/357GK1188363SQ97122069
公开日1998年7月22日 申请日期1997年12月22日 优先权日1996年12月20日
发明者木村哲司 申请人:日本电气株式会社