DE69023952T2

DE69023952T2 - Festkörper-Bildsensor.

Info

Publication number: DE69023952T2
Application number: DE69023952T
Authority: DE
Inventors: Yukio Endo; Nozomu Harada; Sohei Manabe; Yoshiyuki Matsunaga; Yasuaki Nishida
Original assignee: Toshiba Corp; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Japan Broadcasting Corp
Priority date: 1989-05-25
Filing date: 1990-05-24
Publication date: 1996-04-25
Anticipated expiration: 2010-05-25
Also published as: DE69023952D1; EP0399832B1; JP2777192B2; JPH02309878A; EP0399832A3; EP0399832A2; US5060070A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf -einen Festkörper-Bildsensor, der eine CCD verwendet, und insbesondere auf einen Festkörper-Eildsensor mit einem verbesserten Signaldetektor, der schließlich Signalladungen aus einem CCD-Typ-Bildsensorkanal aussiebt.
Gewöhnlich verwendet ein Festkörper-Bildsensor einen Signaldetektor, der einen schwimmenden Verstärker vom Diffusionstyp (FDA) oder einen schwimmenden Detektor vom Wannentyp (FWD) verwendet, um Signalladungen von einem CCD-Typ-Bildsensorkanal zu erfassen. In dem FDA ist ein Sourcefolgertyp-Verstärker eines E/D-Typs mit einem Signalaufnahmeanschluß von einem Bildsensorkanal verbunden. In dem FWD sind Transistoren in einer Richtung senkrecht zu der CCD-Ladungsübertragungsrichtung gebildet (Draft 2-12, TelevisionSociety National Convention in 1988). Dieser FWD verhindert eine Rauscherzeugung durch Zwischenflächeneinfangen, da ein durch einen p-Typ-Kanal fließender Strom, das heißt ein Löcherstrom, durch Signalladungen (Elektronen) moduliert wird, die durch einen vergrabenen Kanal des n-Typs übertragen sind, um so nicht durch eine Si-SiO&sub2; Zwischenfläche zu fließen. Indem ein gate-oxidierter Film 1 um dick gemacht wird, kann auch die Menge an einer erfaßten Kapazität vermindert und eine hohe Empfindlichkeit geliefert werden. Eine schwimmende Potentialplatte, um das Potential eines Kanales entfernt von einer Gateelektrode gleichmäßig zu machen, ist vorgesehen, und weiterhin sind ein Lasttransistor und ein E/D Sourcefolgertyp-Verstärker vorgesehen.
Jedoch weist ein derartiger Verstärker die folgenden Probleme auf. Bezüglich des FDA ist die Menge an Sättigungssignalen groß genug, jedoch liegt ein relativ großes Rauschen vor, was zwanzig bis vierzig Elektronen in Termen der Anzahl von Elektronenpaketen entspricht (vergleiche Televison Society Magazin, Band 39, Nr. 12 (1985) , Seiten 1176 bis 1881) . In dem FWD ist andererseits die Menge an Sättigungssignalen klein wie ungefähr 2000 Elektronen, obwohl die Anzahl der Rauschelektronen kleiner als ein Elektron ist.
Daher gibt es gewöhnlich eine einschränkende Beziehung derart, daß ein Signaldetektor mit wenig Rauschen eine kleiner Menge an Sättigungssignalen aufweist und ein Signaldetektor mit einer großen Menge an Sättigungssignalen ein größeres Rauschen erzeugt.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Festkörper-Bildsensor mit einer hohen Empfindlichkeit und einem niedrigen Rauschen vorzusehen, der Signalladungen mit niedrigem Rauschen erfassen kann und ausreichend die Menge an Sättigungssignalen erhöht.
Die vorliegende Erfindung kann einen Signaldetektor mit niedrigem Rauschen und einer großen Menge an Sättigungssignalen realisieren, indem er zwei Signalerfassungsschaltungen mit verschiedenen Rauschkennlinien und verschiedenen Mengen an Sättigungssignalen sowie Zusammensetzungssignale von diesen beiden Signalerfassungsschaltungen verwendet.
Ein Verstärkergerät, in welchem ein erster schwimmender Gatesensorknoten und ein erster Verstärker für einen Betrieb in dem höheren Teil des dynamischen Bereiches optimiert sind, wenn ein Bildsensor, ein zweiter schwimmender Gatesensorknoten und ein zweiter Verstärker für den entsprechenden niedrigeren Teil optimiert sind, ist in US-A-4 398 301 offenbart. Andererseits offenbart die GB-A-2 116 398 ein Gerät, in welchem ein aus einer Draindiffusion herrührendes Signal an einem Verstärker mit einer schwachen Hochfrequenz-S/N-Antwort liegt, und ein anderes Signal, das von einer schwimmenden Diffusion über einen Auf-Chip-MOSFET-Verstärker mit einer schwachen Niederfrequenz-S/N-Antwort abgeleitet ist, werden zusammengefaßt. Eine etwas analoge Technik hierzu ist offenbart in "Electronic Imaging, Mclean/Schagen, Academic Press, London, 1979, Seiten 84 bis 89".
Gemäß dieser Erfindung ist ein Festkörper-Bildsensor vorgesehen, der eine Bildsensoreinrichtung zum Ausgeben eines Lichtbildes als Signalladungen hat, wobei der Sensor außerdem aufweist:
eine erste Signalerfassungseinrichtung, die mit der Bildsensoreinrichtung verbunden ist und einen ersten Sättigungspegel hat, um die von der Bildsensoreinrichtung übertragene Signalladung zu erfassen und ein erstes Erfassungssignal auszugeben, das erste Signalkomponenten weniger als der erste Sättigungspegel und erste Rauschkomponenten enthält,
eine zweite Signalerfassungseinrichtung, die mit der Bildsensoreinrichtung verbunden ist und einen zweiten Sättigungspegel höher als der erste Sättigungspegel der ersten Signalerfassungseinrichtung hat, um die Signalladung zu erfassen und ein zweites Erfassungssignal auszugeben, das zweite Signalkomponenten weniger als der zweite Sättigungspegel und zweite Rauschkomponenten größer als diejenigen der zweiten Rauschkomponenten hat, und
eine Zusammensetzeinrichtung, die mit der ersten und der zweiten Signalerfassungseinrichtung verbunden ist, um die ersten und zweiten Erfassungssignale gemäß einem Zusammensetzverhältnis des ersten Erfassungssignales zu dem zweiten Erfassungssignal zusammenzusetzen, wobei das Zusammensetzverhältnis gemäß einer Größe des zweiten Erfassungssignales zur Ausgabe eines zusammengesetzten Signales verändert wird.
In erster Linie ein Ausgangssignal von der ersten Signalerfassungsschaltung wird ausgesiebt, wenn ein Bildsignal von dem Bildsensorkanal klein ist, und hauptsächlich ein Ausgangssignal von der zweiten Signalerfassungsschaltung wird im Falle eines großen Bildsignales ausgesiebt. Mit anderen Worten, eine Signalladung kann mit niedrigem Rauschen erf aßt werden, wenn das Bildsignal von dem Bildsensorkanal klein ist, und eine Signalladung kann mit einer großen Menge an Sättigungssignalen erfaßt werden, wenn das Bildsignal groß ist. Daher ist es möglich, eine Signalladung mit einer hohen Empfindlichkeit und niedrigem Rauschen zu erfassen, was die zusammengefaßten Vorteile der beiden Signalerfassungsschaltungen zeigt.
Diese Erfindung kann vollständiger aus der anschließenden Detailbeschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in welchen:
Figur 1 eine schematische Draufsicht eines Festkörper-Bildsensors mit einem Signalladungsdetektor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist,
Figur 2 ein schematisches Diagramm ist, das die Struktur des Signaldetektors in Figur 1 verdeutlicht,
Figur 3 ein Querschnitt ist, der einen Transistor vom schwimmenden Wannentyp veranschaulicht,
Figur 4 ein Diagramm ist, das eine Rauschkennlinie des in Figur 2 dargestellten Signaldetektors zeigt, und
Figur 5 ein schematisches Diagramm ist, das die Struktur eines Signaldetektors eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
In einem in Figur 1 gezeigten Festkörper-Bildsensor ist eine Anzahl von Pixels 10 zum Ansammeln von Signalladungen entsprechend einem Bild horizontal und vertikal angeordnet. Vertikal-CCD-Register 20&sub1; bis 20N sind neben dem Vertikal-Array der Pixels vorgesehen. Die Vertikal-CCD-Widerstände 20&sub1; bis 20N übertragen von den Pixels 10 gesandte Signalladungen in der Vertikalrichtung. Die Vertikal-CCD-Register 20&sub1; bis 20N haben Ausgangsanschlüsse nahe zu einem Horizontal-CCD-Register 30, das die vertikal übertragenen Signalladungen empfängt. Das Horizontal-CCD-Register 30 überträgt die Signalladungen von den Vertikal-CCD-Registern 20&sub1; bis 20N in der Horizontalrichtung. Ein mit dem Horizontalregister 30 verbundener Signaldetektor 40 erfaßt die Signalladungen hiervon und gibt diese als ein Bildsignal ab.
Der Signaldetektor 40 wird nunmehr anhand der Figur 2 beschrieben.
Um zwei Systeme zu realisieren, das FWD-System und das FDA-System, umfaßt der Signaldetektor 40 eine FDA-Typ- Signalerfassungsschaltung mit einem Verstärker 50 vom schwimmenden Diffusionstyp und eine FWD-Typ-Signalerfassungsschaltung mit einem Verstärker 50 vom schwimmenden Wannentyp sowie eine Zusammensetzschaltung 70, die die Ausgangssignale der Verstärker 50 und 60 zusammensetzt. Da die FWD-Typ-Signalerfassungsschaltung 60 in einer Mitte eines Ladungsübertragungspfades gelegen sein kann, ist sie an der vorderen Stufe der FDA-Typ- Erfassungsschaltung 50 zwischen Übertragungskanälen von elektrischen Ladungen angeordnet.
Das heißt, wie in Figur 3 gezeigt ist, ist ein p-Typ- Kanal 34 zum Bilden des FWD-Verstärkers 60 unter einer Übertragungselektrode und direkt unterhalb eines vergrabenen Kanales 35 vom n-Typ ausgebildet. Source 32 und Drain 33 sind auf den jeweiligen Seiten des Kanales 34 vorgesehen. Eine Gateelektrode 37 für einen Transistor 31 des FWD-Verstärkers 60 ist auf dem Kanal 35 durch einen dicken gate-oxydierten Film (1 um) 36 ausgebildet. Die Gateelektrode 37 dient auch als die Übertragungselektrode 13. Eine schwimmende Potentialplatte 38 ist vorgesehen, um das Potential des Kanales 35 entfernt von der Gateelektrode 37 gleichmäßig zu machen.
In dem Transistor 31 werden Signalladungen von dem Horizontal- (CCD) -Register 30 in den vergrabenen Kanal 35 des n-Typs eines p-Typ-Wannenbereiches 31 in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Zeichnungsblattes übertragen. Ein durch den p-Typ-Kanal 34 fließender Strom wird durch diese Signalladungen (Elektronen) moduliert, die in dem vergrabenen n-Typ- Kanal 35 übertragen sind.
Die Gateelektrode 37 ist mit Eingangsanschlüssen eines Lasttransistors 41 und eines Sourcefolger-Verstärkers 42 verbunden. Der Verstärker 42 hat einen Ausgangsanschluß, der an einen der Eingangsanschlüsse der Zusammensetzschaltung 70 über einen Pufferverstärker 43 und an einen anderen Eingangsanschluß der Schaltung 70 über den Pufferverstärker 43 und einen anderen Pufferverstärker 44 angeschlossen ist. Der Pufferverstärker 44 erzeugt ein weiter unten erwähntes Zusammensetzverhältnissignal.
In dem FDA-System werden ein n&spplus;-Bereich (Source) 16 und ein n&spplus;-Bereich (Rücksetzdrain) 17 in einem Substrat 18 gebildet, und ein Rücksetzgate 15 ist zwischen den beiden Bereichen auf dem Substrat 18 gelegen. Der n&spplus;-Bereich 16 ist mit dem E/D-Sourcefolgertyp-Verstärker 32 verbunden, um die FDA-Typ-Erfassungsschaltung 50 zu organisieren. Der Verstärker 52 hat einen Ausgangsanschluß, der mit dem anderen Ausgangsanschluß der Zusammensetzschaltung 70 über einen Pufferverstärker 53 verbunden ist.
Die Zusammensetzschaltung 70 umfaßt beispielsweise einen Subtrahierer 71, der mit Ausgangsanschlüssen der Verstärker 53 und 43 verbunden ist, und einen Multiplizierer 72, der mit dem Ausgangsanschluß des Subtrahierers 71 und dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 44 verbunden ist. Der Addierer 73 ist mit dem Ausgangsanschluß des Multiplizierers 72 und dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 53 verbunden. Der Addierer weist einen Ausgangsanschluß auf, der mit dem Ausgangsanschluß der Zusammensetzschaltung 70 verbunden ist.
Wenn in einem Festkörper-Bildsensor mit einer so aufgebauten Signalerfassungsschaltung 40 in den Pixels 10 angesammelte Ladungen zu den Vertikalregistern 20&sub1; bis 20N gesandt sind&sub1; dann übertragen die Register die Signalladungen in der Vertikalrichtung abhängig von Übertragungsimpulsen φV1 bis φV4. Das Horizontalregister 30 überträgt dann die empfangenen Signalladungen in der Horizontalrichtung zu der Signalerfassungsschaltung 40 abhängig von Übertragungsimpulsen φH1 und φH2.
In der Signalerfassungsschaltung 40 werden die Signalladungen von dem Horizontalregister 30 durch den Kanal 35 des Transistors 61 der FWD-Typ-Erfassungsschaltung 60 zu dem Transistor 51 der FDA-Typ-Erfassungsschaltung 50 übertragen. Die Signalladungen (das heißt Bildsignale) von Source 32 des Transistors 61 in der FWD-Typ-Erfassungsschaltung 60 werden zu dem Verstärker 42 gespeist und dadurch verstärkt. Die Signalladungen (oder Bildsignale) von Source 16 des Transistors 51 in der FDA-Typ-Signalerfassungsschaltung 50 werden zu dem Verstärker 52 gespeist und durch diesen verstärkt.
Das Ausgangssignal vom Verstärker 42 wird zu einem Eingangsanschluß der Zusammensetzschaltung 70 über die Puffer 43 und 44 und auch zu einem anderen Eingangsanschluß dieser Schaltung über den Puffer 43 gespeist. Das Ausgangssignal von dem Verstärker 52 wird zu dem anderen Eingangsanschluß der Zusammensetzschaltung 70 über den Puffer 53 gespeist. Der Subtrahierer 71 in der Zusammensetzschaltung 70 subtrahiert das Ausgangssignal (A) des Puffers 53 von dem Ausgangssignal (B) des Puffers 43 und gibt ein Differenzsignal aus. Das Differenzsignal wird durch das Ausgangssignal des Puffers 44 in dem Multiplizierer 72 multipliziert. Dann werden das Ausgangssignal von dem Multiplizierer 72 und das Ausgangssignal des Puffers 53 miteinander durch den Addierer 73 addiert, und das Ergebnis wird von dort als ein Zusammensetzungssignal ausgegeben. Das heißt, gemäß dem Ausgangssignal von der FDA-Signalerfassungsschaltung 50 ändert die Zusammensetzschaltung 70 das Zusammensetzverhältnis des Ausgangssignales der FDA- Typ-Signalerfassungsschaltung 50 zu dem Ausgangssignal der FWD-Typ-Signalerfassungsschaltung 60 und setzt beide Ausgangssignale gemäß dem geänderten Zusammensetzverhältnis zusammen.
Die oben erwähnte Struktur kann gleichzeitig zwei Typen von Signalen liefern; ein Typ ist ein FWD-Ausgangssignal mit niedrigem Rauschen, jedoch einer kleineren Menge an Sättigungssignalen, und der andere Typ ist ein FDA-Ausgangssignal mit einem relativ großen Rauschen und einer größeren Menge an Sättigungssignalen. Diese Signale werden in die Zusammensetzschaltung 70 eingespeist, und ein Zusammensetzverhältnissignal wird von dem FWD-Ausgangssignal mit niedrigem Rauschen erzeugt. In diesem Fall sei angenommen, daß, wenn das FWD-Ausgangssignal gleichwertig zu einem Signal von einem Elektron oder weniger (Null) in Termen der Menge an Elektronen ist, das Zusammensetzverhältnis so eingestellt ist, daß das FWD-Ausgangssignal 100 % beträgt, daß, wenn das FWD-Ausgangssignal ein Signal mit einem ungesättigten Pegel, beispielsweise ein Signal mit 1000 Elektronen oder mehr ist, das Zusammensetzverhältnis so eingestellt ist, daß das FDA-Ausgangssignal 100 % beträgt, und daß das Zusammensetzverhältnissignal derart aus dem FWD-Ausgangssignal gebildet wird, daß sich das Zusammensetzverhältnis kontinuierlich zwischen diesen Werten verändert. Dann wird die Beziehung zwischen einem Signal und Rauschen in diesem Fall durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
S = (A + ΔA) (1 - a) + (B + ΔB)a (1)
wobei S ein Zusammensetzsignal, A ein FDA-Ausgangssignal, ΔA die Größe des Rauschens des FDA-Ausgangssignales, B ein FWD-Ausgangssignal, ΔB die Größe des Rauschens des FWD-Ausgangssignales und a ein Zusammensetzverhältnissignal bedeuten.
Da das Zusammensetzverhältnissignal a aus dem FWD-Ausgangssignal erhalten ist, weist es auch Rauschen auf, und es wird durch die folgende Gleichung (2) gewonnen, wenn das Zusammensetzverhältnis zwischen 0 und 100 % liegt:
a = α(B + ΔB - C) (2)
wobei C einen FWD-Signalausgang bedeutet, wenn a auf 0 eingestellt ist, und eine Normierungskonstante zum Einstellen von a auf 1 mit einem Pegel, durch den das FWD- Ausgangssignal nicht gesättigt ist, bedeutet. Das Einsetzen der Gleichung (2) in Gleichung (1) liefert die folgende Gleichung (3):
S = (A + ΔA){1 - α(B + ΔB - C)} + (B + ΔB)α(B + ΔB - C) = A + ΔA + α(B + ΔB - C)(ΔB - ΔA - A - B) (3)
Unter Berücksichtigung, daß die Verstärkung so eingestellt werden kann, daß A = B gesetzt ist, da das Zusammensetzsignal proportional zu den Ladungen ist, und das Licht, das das Produkt des Rauschens zu sein hat, zu klein ist, um vernachlässigt zu werden, kann die Gleichung (3) wie folgt umgeschrieben werden:
S ÷ B + (1 - a')A + a'ΔB (4)
Die obige Gleichung ist unter der Annahme abgeleitet, daß a' = α(B - C) vorliegt, das heißt, daß das Zusammensetzsignal frei von Rauschen ist. Mit anderen Worten, da keine Korrelation oder Beziehung zwischen ΔA und ΔB vorliegt, ist eine Rauschkomponente N durch die folgende Gleichung (5) gegeben:
Die Gleichung (5) kann durch den in Figur 4 gezeigten Graphen wiedergegeben werden. Es ist aus der Figur zu verstehen, daß für irgendein Zusammensetzverhältnis (a) die Rauschkomponente (Kurve C1) kleiner ist als das Schrotrauschen einer Quadratwurzel des Zusammensetzsignales, das heißt die Rauschkomponente (C2) stellt ein von einem Pixel herrührendes Lichtsignal dar.
Wie oben beschrieben ist, ist es möglich, ein Signalerfassungsverfahren zu realisieren, das ein Signal linear über nahezu dem gesamten Bereich erfassen kann, bis das FDA-Ausgangssignal gesättigt ist, während ein Schrotrauschen über dem gesamten Signalbereich vermindert ist, wo der Rauschbereich des FWD-Ausgangssignales groß ist. Unter der Berücksichtigung einer mit kleiner werdendem Signal größer werdenden Empfindlichkeit bedeutet ein Realisieren dieses Verfahrens im wesentlichen das Erzeugen des gleichen Effektes als beim Vorsehen eines Detektors, dessen visuelle Rauschkennlinie gleich ist zu dem Rauschen der FWD-Signale über dem gesamten Bereich (vergleiche Television Society Technical Report ED-898, 14. November 1985).
Wie oben erwähnt ist, verwendet dieses Ausführungsbeispiel eine FWD-Typ-Erfassungsschaltung mit niedrigem Rauschen, jedoch einer kleineren Menge an Sättigungssignalen, und eine FDA-Typ-Erfassungsschaltung mit einem leicht großen Rauschen, jedoch einer größeren Menge an Sättigungssignalen, und setzt Signale von diesen beiden Schaltungen zusammen, wodurch das Verhältnis des Ausgangssignales der ersten Erfassungsschaltung in dem Zusammensetzsignal erhöht ist, wenn ein Bildsignal in dem Bildsensorkanal klein ist, und wobei das Verhältnis des Ausgangssignales der zweiten Erfassungs- Schaltung in dem Zusammensetzsignal anwächst, wenn das Bildsignal groß ist. Diese kann eine Signalerfassungsschaltung mit niedrigem Rauschen und einer großen Menge an Sättigungssignalen liefern, um so eine hohe Empfindlichkeit und-ein geringes Rauschen eines Festkörper- Bildsensors zu gewährleisten. In dieser Hinsicht ist das Ausführungsbeispiel außerordentlich effektiv.
Anhand der Figur 5 wird nunmehr ein anderes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Dieses Ausführungsbeispiel hat einen niederempfindlichen Verstärker 80 mit schwimmendem Gate auf der Seite eines horizontalen Registers 40 (Figur 1) und einen hochempfindlichen schwimmenden Diffusionsverstärker 81, der neben dem zuerst genannten Verstärker 80 vorgesehen ist. Der Verstärker 80 weist einen Transistor auf, dessen Gate 82 mit einem Eingangsanschluß eines Transistorverstärkers 83 verbunden ist. Der Ausgangsanschluß des Verstärkers 83 ist über einen Pufferverstärker 84 mit einem Eingangsanschluß einer Zusammensetzschaltung 85 verbunden. Source des Verstärkers 81 ist über einen Transistorverstärker 86 mit einer Korrelationsdoppelabtastschaltung 87 verbunden. Diese Schaltung 87 weist einen Ausgangsanschluß auf, der über einen Pufferverstärker 88 mit einem anderen Eingangsanschluß der Zusammensetzschaltung 85 verbunden ist. Der Pufferverstärker 88 erzeugt ein Zusammensetzverhältnissignal.
Die Zusammensetzschaltung 85 umfaßt einen Subtrahierer 89, einen Multiplizierer 90 und einen Addierer 91. Der Subtrahierer 89 subtrahiert das Ausgangssignal des Pufferverstärkers 84 von dem Ausgangssignal der Abtastschaltung 87. Der Multiplizierer 90 multipliziert das Ausgangssignal des Pufferverstärkers 88 mit dem Ausgangssignal des Subtrahierers 89. Der Addierer 91 addiert die Ausgangssignale des Multiplizierers 90 und des Pufferverstärkers 84 zusammen und liefert ein Zusammensetzsignal.
Wie in Figur 5 gezeigt ist, wird der Verstärker mit schwimmendem Gate, der Signalladungen von einem Horizontalregister 30 verstärkt, als eine Vorstufensignalerfassungsschaltung verwendet, während die Korrelationsdoppelabtastschaltung von vorzugsweise niedrigem Rauschen als eine Rückstufensignalerfassungsschaltung dient, um so eine Signalerfassungsschaltung mit niedrigem Rauschen und einer großen Menge an Sättigungssignalen zu realisieren. In diesem Ausführungsbeispiel kann eine Integral-Typ-Korrelationsdoppelabtastschaltung oder dergleichen die oben beschriebene Korrelationsdoppelabtastschaltung ersetzen.
Wie oben beschrieben ist, wird erfindungsgemäß eine Signalerfassungsschaltung, die eine kleine Menge an Sättigungssignalen hat, jedoch ein niedriges Rauschen aufweisen sollte, als die erste Signalerfassungsschaltung verwendet, und eine Signalerfassungsschaltung, die ein großes Rauschen haben kann, jedoch eine große Menge an Sättigungssignalen aufweisen sollte, wird als die zweite Signalerfassungsschalschtung verwendet, um so eine Signalerfassungsschaltung mit niedrigem Rauschen und einer großen Menge an Sättigungssignalen zu liefern. Die Zusammensetzschaltung braucht nicht auf die Struktur beschränkt zu sein, wie diese in Figur 1 gezeigt ist, sondern kann jede andere Schaltung darstellen, die die Ausgangssignale der ersten und zweiten Signalerfassungsschaltungen zusammensetzen kann, um so ein zusammengesetztes Ausgangssignal zu liefern, und die das Zusammensetzverhältnis gemäß dem Ausgangssignal der ersten Signalerfassungsschaltung zu verändern vermag (Anheben des Verhältnisses des Ausgangssignales der zweiten Signalerfassungsschaltung in dem zusammengesetzten Ausgangssignal, wenn das Ausgangssignal der ersten Signalerfassungsschaltung groß wird).
Wie oben beschrieben, verwendet nochmals die vorliegende Erfindung zwei Signalerfassungsschaltungen mit verschiedenen Rausch- und Sättigungssignalkennlinien und ändert das Zusammensetzverhältnis der Ausgangssignale dieser beiden Erfassungsschaltungen gemäß der Menge der erfaßten Signale in einem Festkörper-Bildsensorkanal, um so eine Signalladungserfassung mit den Vorteilen von beiden Schaltungen zu gewährleisten. Demgemäß kann die Menge an Sättigungssignalen ausreichend hoch gemacht werden, und die Signalladungen können mit niedrigem Rauschen erfaßt werden, was es ermöglicht, einen Festkörper-Bildsensor mit hoher Empfindlichkeit und niedrigem Rauschen zu realisieren.
Die vorliegende Erfindung kann nicht nur auf Festkörper-Bildsensoren, sondern auch auf Signalwandler angewandt werden. Durch Verwenden von A/D-Wandlern mit voneinander verschiedenen Verstärkungen anstelle der oben erwähnten ersten und zweiten Signalerfassungsschaltungen kann die Definition des in dieser Beschreibung verwendeten "Rauschens" auf Quantisierungsrauschen, wie beispielsweise Wärmerauschen, ausgedehnt werden.
In ähnlicher Weise kann die vorliegende Erfindung auf einen D/A-Wandler, Strom/Spannungs-Wandler oder Spannungs/Strom-Wandler angewandt werden.

Claims

1. Festkörper-Bildsensor mit einer Bildsensoreinrichtung (10, 20&sub1; - 20N, 30) zum Ausgeben eines Lichtbildes als Signalladungen, mit:

einer ersten Signalerfassungseinrichtung (FWD; 60), die mit der Bildsensoreinrichtung verbunden ist und einen ersten Sättigungspegel hat, um die von der Bildsensoreinrichtung übertragene Signalladung zu erfassen und ein erstes Erfassungssignal auszugeben, das erste Signalkomponenten kleiner als der erste Sättigungspegel und erste Rauschkomponenten enthält,

einer zweiten Signalerfassungseinrichtung (FDA; 50), die mit der Bildsensoreinrichtung verbunden ist und einen zweiten Sättigungspegel hat, der höher als der erste Sättigungspegel der ersten Signalerfassungseinrichtung (60) ist, um die Signalladung zu erfassen und ein zweites Erfassungssignal aus zugeben, das zweite Signalkomponenten kleiner als der zweite Sättigungspegel und zweite Rauschkomponenten größer als die ersten Rauschkomponenten enthält,

gekennzeichnet durch

eine mit den ersten und zweiten Signalerfassungseinrichtung (60, 50) verbundene Zusammensetzeinrichtung (70) zum Zusammensetzen der ersten und zweiten Erfassungssignale gemäß einem Zusammensetzverhältnis des ersten Erfassungssignales zu dem zweiten Erfassungssignal, wobei das Zusammensetzverhältnis gemäß einer Größe des zweiten Erfassungssignales änderbar ist, um ein zusammengesetztes Signal auszugeben.

2. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Erfassungseinrichtung einen Verstärker (60) vom schwimmenden Wannentyp aufweist, daß die zweite Signalerfassungseinrichtung einen Verstärker vom schwimmenden Diffusionstyp aufweist, der dem Verstärker vom schwimmenden Wannentyp (60) folgt, um eine von der Bildsensoreinrichtung (10, 20&sub1; - 20N, 30) übertragene Signalladung zu erfassen.

3. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Verstärker (50) vom schwimmenden Diffusionstyp vorangehende Verstärker (60) vom schwimmenden Wannentyp einen ersten Transistor (61) mit einem Kanal zum Leiten der Signalladung, Source und Drain, und einen Sourcefolger-Verstärker (42), der mit Source des ersten Transistors verbunden ist, aufweist.

4. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (50) vom schwimmenden Diffusionstyp einen zweiten Transistor (51), der neben dem ersten Transistor (61) des Verstärkers (60) vom schwimmenden Wannentyp ausgebildet ist und Source und Drain hat, und einen Sourcefolger-Verstärker (52), der mit Source des zweiten Transistors (51) verbunden ist, aufweist.

5. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzeinrichtung (70) eine Subtrahiereinrichtung (71) zum Gewinnen einer Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal (B) von der ersten Signalerfassungseinrichtung (60) und dem zweiten Erfassungssignal (A) von der zweiten Signalerfassungseinrichtung (50), eine Multipliziereinrichtung (72) zum Multiplizieren des ersten Erfassungssignales (B) von der ersten Signalerfassungseinrichtung (60) mit der Differenz und zum Ausgeben eines Multipliziersignales und eine Addiereinrichtung (73) zum Addieren des Multipliziersignales mit dem zweiten Erfassungssignal (a) von der zweiten Signalerfassungseinrichtung (50) und zum Ausgeben eines Zusammensetzsignales aufweist.

6. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Signalerfassungseinrichtung einen ersten Verstärker (80) mit schwimmendem Gate, der eine vorbestimmte Empfindlichkeit hat, um die Signalladung zu verstärken, und einen mit dem ersten Verstärker (80) mit schwimmendem Gate verbundenen Sourcefolger-Verstärker (83) aufweist, und daß die zweite Signalerfassungseinrichtung mit dem ersten Verstärker (80) mit schwimmendem Gate verbunden ist und einen zweiten Verstärker (81) mit schwimmendem Gate, der eine höhere Empfindlichkeit als diejenige des ersten Verstärkers (80) mit schwimmendem Gate hat, und eine mit einem Ausgangsanschluß des zweiten schwimmenden Diffusionsverstärkers verbundene Korrelationsdoppelabtastschaltung (87) aufweist.

7. Festkörper-Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzeinrichtung (7) ein Verhältnis des ersten Erfassungssignales der ersten Signalerfassungseinrichtung (60) in dem zusammengesetzten Signal erhöht, wenn das erste Erfassungssignal (B) kleiner als ein erster Signalwert ist, und ein Verhältnis des zweiten Erfassungssignales (A) in dem zusammengesetzten Signal erhöht, wenn das erste Erfassungssignal (B) größer als ein zweiter Signalwert ist, der größer als der erste Signalwert ist.