DE2842346C2 - CCD und Verfahren zum Betreiben eines solchen im Zwischenspaltenprinzip - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

— eine alle Sensorbereiche (1) und Überl-duf-Steutraereiche (8) Oberdeckende gemeinsame Elektrode (17/18) vorhanden ist und

— die Sensorbereiche und die Überlauf-Steuerberciche so ausgebildet sind, daß sich bei steigender Spannung an der gemeinsamen Elektrode die Potentialdifferenz zwischen dem Potential der Überlauf-Steuerbereiche und dem Potential der Sensorbereiche erhöht.

2. CCD nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlauf-Steuerbereiche (8) höher dotiert sind als die ""ensorbereiche(l).

3. CCD nach einem der Anbrüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Isolierschicht (5) unte- der gemeinsamen Elektrode (17/18) über den Sensorbereiciien (1) größer ist als die Dicke über den Überlauf-Steuerbereichen(8).

4. Verfahren zum Betreiben eines CCD gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Horizontal-Austastlükke zwischen zwei Vertikal-Austastlücken eine Spannung an die gemeinsame Elektrode (17/18) gelegt wird, deren Wert stufenweise erhöht wird.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein CCD gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 /um Betreiben gemäß dem Zwischenspaltenprinzip. sowie ein Treibverfahren unter Ausnutzung eines solchen CCD.

Ein derartiges CCD und ein Treibverfahren für dieses sind aus der US-PS &Lgr;9 53 733 bekannt.

Das genannte CCD weist wie alle üblichen CCDs, die gemäß dem Zwischenspaltenprinzip betrieben werden, im wesentlichen den Aufbau auf, wie er im folgenden anhand von Fig. 1 näher beschrieben wird, auf die auch weiter unten beim Beschreiben der Erfindung Bezug genommen wird.

Beim CCD gemäß Fig. 1 sind auf einem Halbleitersubstrat Sensorbereichc 1 ausgebildet. Ein Vertikal-Schicbcrcgisier 2 in CCD-Bauweise ist entlang einer Seite einer Spalte von Sensorbereichen 1 angeordnet. Die Veriikal-Schiebercgister 2 münden in ein CCD-Horizonial-Schieberegister 3 entlang einer Endseite des CCDs. Bei der Fernseh-Video-Bildsignalerzeugung beispielsweise werden die im Zeitraum zwischen zwei Ve.rtikai-Austastintcrvallen in den Sensorbereichen 1 erzeugten Signalladungen während der Vertikal-Austastintcrvallc in die zugeordneten Vertikal-Schieberegister 2 übertragen, während in jeder Horizontal-Austastlücke die einzelnen Signalladungen in jedem der Vertikal-Schieberegister 2 sequentiell in das Horizontal-Schicbe register 3 überschrieben werden. Von dort werden sie über eine Ausgangselektrode &iacgr; ausgelesen.

Aus der genannten US-PS 39 53 733 ist es weiterhin bekannt, entlang derjenigen Seite jeder Spalte von Sensorbereichen, die der Seite mit dem Vertikal-Schieberegister gegenüberliegt, einen Überlaufbereich aaiuordnen. Wenn der Potentialwall zwischen Sensorbereich und Überlaufbereich über die an eine Elektrode angelegte Spannung steuerbar ist, läßt sich eine Gammakorrektur bewirken, worauf in der genannten US-Patentschrift allerdings nicht hingewiesen ist Dort dient die

is veränderbare Spannung an der Elektrode über dem Überlauf-Steuerbereich, in dem der Potentialwall vorliegt, dazu, die Tiefe des Potentiaiwalles zeitabhängig einstellen zu können, um den Effekt von Dunkflladungen herabzusetzen. Zu diesem Zweck wird die Spannung an der genannten Elektrode während zwei Vertikal-Auslastintervallen linear erhöht.

Sowohl bei denjenigen CCDs, die Überlauf-Steuerbereiche zum Vornehmen der Gammakorrektur aufweisen, wie auch bei denjenigen CCDs, bei denen diese Überlauf-Steuerbereiche zum Beeinflussen des Dunkelstromeffektes dienen, sind die Elektroden über den Überlauf-Steuerberachen getrennt von den Elektroden über den benachbarten Steuerbereichen ausgebildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein CCD der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß es sich einfach herstellen und betreiben läßt. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein modifiziertes Treibverfahren unter Ausnutzung eines erfindungsgemäßen CCDs anzugeben.

Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3. Anspruch 4 kennzeichnet ein erfindungsgemäß modifiziertes Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemfien CCDs.

Beim erfindungsgemäßen CCD sind die Überlauf-Steuerbereiche und die Sensorbereiche so ausgebildet, daß sich bei jeweils gleicher Elektrodenspannung die Potentialdifferenz zwischen dem Potential der Öberlaufbereiche und dem Potential der Steuerbereiche erhöht. Dadurch, daß für beide Bereiche dieselbe Ansteuerspannung verwendet werden kann, ist es möglich, eine gemeinsame Elektrode über beiden Bereichen zu verwenden. Da für beide Bereiche nur diese Elektrode aufzubringen und anzusteuern ist, ergibt sich offensichtlich ein vereinfachter Aufbau und eine vereinfachte Ansteuerungsmöglichkeit.

Mit einem derartigen CCD läßt sich eine Gammakorrektur besonders einfach ausführen, und zwar dadurch, daß lediglich an die gemeinsame Elektrode ein Signal gelegt wird, das von Horizontal-Austastlücke zu Horizontal-Austastlücke zwischen zwei Vertikal-Austastlükken stufenweise erhöht wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des bereits erläuterten bekannten CCDs zum Betreiben gemäß dem Zwischenspaltenprinzip;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen wesentlichen Teil eines Ausführungsbeispieles eines CCDs mit einer ge-

meinsamen Elektrode über Sensorbereichen und Überlauf-Steuerbereichen;

Fig. 3 und 4 die stark vergrößerte schematische Querschnittdarstellung gesehen in Richtung der Pfeile an den

Schnittlinien IIl-III bzw. VI-VI in Fig. 2;

Fig. 5 in graphischer Darstellung den Zusammenhang zwischen einer Spannung, die zwischen einem Sensorbereich und einem Überlauf-Steuerbereich zugeführt wird und einem Minimumpotential;

Fig. 6A, 6B und 6C die zeitbezogene Darstellung von Spannungsimpulsen zur Erläuterung der Betriebsweise der Erfindung;

Fig. 7 bis 9 Potentialdiagramme zur Erläuterung einzelner Betriebsarten eines erfindungsgemäßen Bildsensors:

Flg. 10 ein Schaubild zur Erläuterung einer Speicherladung im Sensorbereich zu einzelnen Zeitpunkten bei Änderung der auf den Bildsensor eingestrahlten Lichtintensität:

Fig. 11 eine /-Korrekturkurve und

Fig. 12 in graphischer Darstellung den Verlauf eines Minimumpotentials bei automatischer Einstellung der Empfindlichkeit.

Bei einem der oben in bezug auf Fig. 1 erläuterten ähnlichen Festkörper-Büdsensor gemäß der Erfindung wird ein gemeinsames Halbleitersubstrat verwendet, auf dem eine Anzahl von Sensorbereichen 1, d.h. Lichtempfängerbereichen — nach horizontalen Zeilen und vertikalen Spalten geordnet — vorgesehen ist. Weiterhin sind Vertikal-Schieberegister 2 und ein Horizontal-Schieberegister 3 vorhanden.

Die Besonderheiten der Erfindung werden nun unter Bezug auf die Fig. 1 bis 4 anhand eines Beispiels und ohne Einschränkung des Erfindungsgedankens erläutert:

Flg. 2 zeigt einen Teil eines Bildsensors, bei dem die Sensorbereiche 1 und ein wesentlicher diesen zugeordneter Teil dargestellt ist, während — wie erwähnt — die Fig. 3 und 4 die Querschnittsansichten, gesehen in Richtung der Pfeile an den Schnittlinien IH-!!! bzw. VJ-V! in Fig. 2, veranschaulichen. In diesen Figuren ist mit Bezugshinweis 4 ein Halbleitersubstrat, etwa ein Siliziumsubstrat mit P-Leitfähigkeit bezeichnet, das oberflächenseitig mit einer Isolationsschicht 5, beispielsweise einer SiOj-Schicht, bedeckt ist. Bei dem in den Figuren veranschaulichten Beispiel ist das Vertikal-Schieberegister als versenkter Kanal ausgebildet. Zu diesem Zweck wird bei der Herstellung ein N-leitender Bereich 6 über die Hauptfläche 4a streifen- oder bandförmig ausgebildet, um das Schieberegister 2 zu erhalten. Ein Kanalbegrenzerbereich 7 mit dem Substrat 4 entsprechender Leitfähigkeit wird in hoher Verunreinigungskonzentration im Substrat 4 erzeugt, um die benachbarten Sensorbereiche 1 voneinander und außerdem vom Schieberegister 2 zu trennen, was in Fig. 2 schraffiert angedeutet ist: auch diese Bereiche 7 sind auf die Hauptfläche 4a ausgerichtet. Ein Überlauf-Steuerbereich 8 mit dem Substrat 4 entsprechender Leitfähigkeit wird ebenfalls über die Hauptfläche 4a im Substrat 4 erzeugt, und ein Überlauf-Drain- oder Senkenbereich 9 mit N-Leitfähigkeit und hoher vom Substrat 4 unterschiedlicher Verunreinigungskonzentration wird angrenzend an jeden der Sensorbereiche 1 durch den Überlauf-Steuerbereich 9 hindurch erzeugt. Außerdem wird im Substrat 4 zwischen jedem Sensorbereich 1 und dem zugeordneten Schieberegister 2 ein Gatebereich 10 mit P-Leitfähigkeit erzeugt.

Jedes Schieberegister 2 besteht aus einem Übertragbereich 11, der in Vertikalrichtung in Ausrichtung auf jeden zugeordneten Sensorbereich 1 vorhanden ist. Beim dargestellten Beispiel gehört das Vertikal-Schieberegister 2 zum Typ mit zweiphasigem Takt. In diesem Fall besteht jeder Ubertragbereich 11 aus beispielsv. eise einem Teil mit einer relativ dünnen Isolierschicht 5&Lgr; und einem Teil der eine dicke Isolationsschicht SB umfaßt. Auf den Isolierenden Schichten 5&Lgr; und 5 S sind Elektroden 12&Lgr; und 12ß erzeugt, die ein sog. Übertrag-Gate 13&Lgr; bzw. einen Speicherbereich 13ß bilden. Die beiden Elektroden 12/4 und 12ßim Übertragbereich 11 sind elektrisch verbunden.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel sind die Isolationsschichten SA und 5ß unter den Elektroden 12/4 und 12ß in der Dicke voneinander verschieden ausgebildet, um eine Differenz zwischen den Potentialtiefen am Übertraggate 13&Lgr; bzw. im Speicherbereich 13ß des Vertikal-Schieberegisters 2 zu erzielen. Die unterschiedliche Potentialliefe kann jedoch auch durch unterschiedliche Verunreinigungskonzentration erreicht werden anstelle der Ausbildung von unterschiedlichen Schichtstärken für die Isolationsschichten. In diesem zweitgenannten Fall sind die Isolationsschichten SA und 5ß unter den Übertrag- und Speich-relektroden 12/4 bzw. 12ß gleich, jedoch ist in diesem Fall unter der Übertragelektrode \2A ein flacher P-leitender Bereich vorgesehen. Dieser P-Bereich kann beispielsweise durch selektive Ionen-Implantation erzeugt werden.

Der Gatebereich 10 zwischen jedem der Sensorbereiche 1 und dem zugeordneten Vertikal-Schieberegister 2. der beispielsweise eine dem Substrat 4 entsprechende Leitfähigkeit aufweist, wird durch einen im Substrat 4 liegenden Bereich 14 gebildet, der eine höhere Verunreinigungskonzentration aufweist als das Substrat 4 und auf dessen Hauptfläche 4a ausgerichtet ist. Über die obere Oberfläche des Bereichs 14 erstreckt sich die Isolationsschicht 5, beispielsweise die isolationsschicht SB. die durch die Gateelektrode 15 überdeckt ist. Die Gateelektrode 15 des Gatebereichs 10. die jedem der Sensorbereiche 1 entspricht, und die Elektroden XZA und 13ß jedes Übertrag-Bereichs 11 im Vertikal-Schieberegister 2 werden gemeinsam erzeugt, wie in Fig. 2 durch eine strichpunktierte Linie a angedeutet ist. oder werden elektrisch miteinander verbunden, um eine gemeinsame Spcjinung zuführen zu können. In diesem Fall werden -die Verunreinigungskonzentrationen der Bereiche 10 und 11 oder die Dicken der Isolationssehicluen so gewählt, daß die Minimumpoteniiale im Gatebereich inv mer "flach" sind, selbst wenn die den Bereichen i0 und 11 zugeordneten Elektroden mit der gleichen Spannung beaufschlagt werden. Anschlüsse in und tn sind abwechselnd mit jeweils übernächsten Übertragbereichen 11 verbunden.

Der Überlauf-Steuerbereich 8 weist beispielsweise die dem Substrat 4 entsprechende Leufähigkeitsart, jedoch mit höherer Vemnreinigungskonzentration aul und ^;'.t ebenfalls auf die Haupifläche 4a ausgerichtet. Eine Steuerelektrode 17 liegt über die Isolationsschicht 5 am Bereich 16.

Die Sensorbereiche 1 werden durch eine .Sensorelektrode 18 über der Isolationsschicht 5 gebildet, durch die Licht hindurchgeht. Die Sensorelektrode 18 und die Steuerelektrode 1/ des zugeordneten Überlauf-Steuerbereichs 8 bestehen aus einer kontinuierlichen transparenten gemeinsamen Elektrode ode.f sind elektrisch miteinander verbunden und werden über eii*e Klemme f, mit einer gemeinsamen Spannung beaufschlagt.
Die jeweiligen Bereiche 6, 7, 9, 14 und 16 können mittels einer bekannten Technik hergestellt werden, beispielsweise mittels eines selektiven Diffusionsvcrfahrens, durch Ionenimplantation oder dergleichen. Die einzelnen Elektroden 15, 12A und 12ß werden durch

selektives Abscheiden von polykristallinen Siliziumschichten hergestellt, die durch eine entsprechend gewählte Verunreinigungsdotierung einen niedrigen Widerstand erhalten. Das Aufbringen kann durch ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren erfolgen, die Isokitionsschichten werden vorzugsweise durch Oxidieren der Oberflächen dieser Schichten erzeugt, und die Transparentelcktrode, die die Sensorelektrode 18 und die Überlauf-Steuerelektrode 17 bildet, überdeckt die isolationsschicht 5. Eine Licht abschirmende Schicht 19 überdeckt alle Bereiche außer den Sensorbereichen 1. Diese Abschirmschicht 19 besieht beispielsweise aus Aluminium. Für diesen Fall einer leitenden Abschirm-.schicht überdeckt sie die auf den jeweiligen Elektroden vorhandene Isolationsschicht 5.

Wie oben erwähnt, werden gemäß der Erfindung die Sensorelektrode 18 jedes Sensorbereichs und die Steuerelektrode 17 des entsprechenden Überlauf-Steuerbe-■rciciiN S in elektrischer Mirnicht gemeinsam ausgebildet. Unier der Bedingung, daß die gemeinsame Spannung beide Elektroden 17 und 18 beaufschlagt, tritt eine Differenz /wischen den Minimumpotentialen am Sensorbereich 1 und am Überlauf-Steuerbereich 8 auf. Im dargestellten Beispiel wird das Minimumpotential an jeder Oberflache auftreten, an der es mit dem Oberflächenpoicniuil übereinstimmt. Diese Potentialdifferenz ändert sich mit der zugeführten Spannung. Beim oben erläuterten Beispiel ist die Oberflächenverunreinigungskonzentration des Sensorbereichs 1 mit der des Substrats 4 übereinstimmend, und die Oberflächenverunreinigungs- jo konzentration des Überlauf-Steuerbereichs 8 ist höher gewühlt als jene des Sensorbereichs I. Für diesen Fall wird bei gleicher Schichtdicke der jeweiligen Isolations-SL'hichtcn 5 von 0,3 &mgr;&pgr;&igr; am Sensorbereich 1 bzw. am Übcrlauf-Steuerbereich 8 die Oberflächenverunreinigungskonzentration des Sensorbereichs 1 beispielsweise 5 * !0'⁴CtIi-¹ und jene des Steuerbereichs 8 zu 5 &khgr; 10^: '· cm -' gewählt, so daß &mdash; wenn sich bei Anlegen der Spannung &Phi;, an die Sensor- bzw. Steuerelektrode 17 b/w. 18 an der Klemme f, die jeweiligen Oberflächenpotcntiale <p, und &phgr;, ergeben &mdash; die Potentialdifferenz zwischen &psgr;. und 9J₁ bei ansteigender Spannung &Phi;, groß wird, wie die Kurven 20 und 21 der Darstellung von Fig. 5 erkennen lassen. Beim obigen Beispiel werden die Oberflächenverunreinigungskonzentrationen des Sensorbereichs 1 und des Steuerbereichs 8 so gewählt, daß sich eine Differenz ergibt. In einigen Fällen ist es jedoch möglich, daß der Sensorbereich 1 und der Steuerbereich 8 mit konstanter Oberflächenverunreinigungskonzentration ausgelegt werden und die Dicken der Isolationsschichten unter den Elektroden 18 und 17 des Sensorbereichs 1 und des Steuerbereichs 8 &mdash; auch bei unterschiedlicher Wahl der Oberflächenkonzentration &mdash; verschieden gewählt werden, und zwar so, daß die Dicke der Isolationsschicht des Sensorbereichs 1 geringer ist als die des Steuerbereichs 8.

Wie weiter unten erläuten wird, ändert sich bei diesem Aufbau die Differenz {&phgr;,&mdash;ipj) zwischen den Oberflächenpoteniialen am Überlauf-Steuerbereich 8 und an den Sensorbereichen 1. d. h. die Höhe des Potentialwalls oder der Potentialbarriere zwischen den Sensorbereichen 1 mit Steuerbereich 8 und der Überlaufsenke 9 ändert sich in Abhängigkeit von der Größe der an der Klemme t. /.(!geführten Spannung &Phi;,. so daß der überlaufende Betrag an Ladungsträgern von den Sensorbereichen 1 steuerbar ist.

Aus Gründen der besseren Verständlichkeit der späteren Erläuterung werden die Sensorbereiche 1 in Fig. 2 in jeder Horizontalzeile untereinander aufeinanderfolgend mit Si, S?, S),... und die Übertragbereiche 11 der entsprechenden Vertikal-Schieberegister 2 mit Ti. Tj. Tj,... bezeichnet. Die Elektroden jedes zweiten Übertragbereichs, also für Ti, Tj, Ti,..., sind mit dem Anschluß fi verbunden, während die übrigen, ebenfalls jeweils zweiten Übertragbereiche, also T>, Tj. T_b.... gemeinsam an den Anschluß fi angeschlossen sind.

Nachfolgend wird die Betriebsweise der soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Festkörper-Bildabtastvorrichtung erläutert:

Während des Vertikal-Austastintervalls oder der Bildaustastlücke werden die der auftreffenden Lichtmenge entsprechenden Signalladungen von den Sensorberichten 1 in die zugeordneten Übertragbereiche 11 des Vertikal-Schieberegisters 2 übertragen, was nachfolgend als "Auslesen" bezeichnet ist. Die Anschlüsse t,. und fr 2 des Vertikal-Schieberegisters 2 werden durch zweiphasige Taktimpulse &Phi;* 1 und &Phi;_&ngr; j beaufschlagt, was in den Fig. 6A bzw. 6B dargestellt ist, um die Signalladungen sequentiell während der Horizontal-Austastlükke in einer Richtung in den angrenzenden Übertragbereich zu übertragen, d. h. um die Signalladung während jeder Horizontalzeile in das in Fig. 1 gezeigte Horizontal-Schieberegister 3 zu überschreiben. Das Signal für jede Horizontalzeile wird dann während des Horizontal-Abtastintervalls über den Anschluß fabgefragt.

Die Fg. 7 bis 9 verdeutlichen den Verlauf von Minimumpotentialen an den Einzelbereichen der Fig. 3. In oleser Schaubilddarstellung sind die jeweiligen Minimumpotentiale an der Überlauf-Senke 9, am Überlauf-Steuerbereich 8. am Sensorbereich 1. am Übertrag-Gate 10 und am Speicherbereich 135 mit &phgr;_&Lgr; &phgr;« &phgr;,, &phgr;_&iacgr; und q>b bezeichnet, und die Potentiale bei jeweils anliegenden Spannungen sind bei entsprechender Kennzeichnung jeweils durch eine Indexziffer unterschieden. Fig. 7 verdeutlicht die Verhältnisse bei der Betriebsart Lichtempfang und Speicherung. In diesem Fall wird dem Anschluß f, eine Spannung solcher Größe zugeführt, daß eine tiefe Potentialwanne am Sensorbereich 1 auftritt, d. h. eine hohe positive Spannung &Phi;.. Zum Zeitpunkt t&ldquor; der Vertikal-Austastlücke, die dem Beginn eines ungeradzahligen Halbbildintervalls entspricht, werden die den Anschlüssen t, 1, f_r> des Vertikal-Schieberegisters zugeführten Spannungen &Phi;, 1 und &Phi;,; als positive Spannungen mit festgelegtem Pegel gewählt, wie in den Fig. 6A und 6B angedeutet. In diesem Fall wird die den Anschluß f, beaufschlagende Spannung &Phi;> abgesenkt, was zum Minimumpotential (vgl. Fig. 8) führt, so daß die Potentialwanne des Sensorbereichs 1 ausreichend flach wird (vgl. Potential <p_s 1), während die Totentialwanne im Speicherbereich des Übertragabschnitts 11, der dem Sensorbereich 1 entspricht, ausreichend tief wird (vgl. Potential ^2)· Als Folge davon werden die in Abhängigkeit von der auftreffenden Lichtmenge in den einzelnen Sensorbereichen Si. Sz, Sj,... erzeugten und gespeicherten Signalladungen (Ladungsträger) übertragen oder in die Speicherbereiche der Übertragbereiche Ti, Ti. Ti,... ausgelesen, was in Fig. 8 durch einen Pfeil b angedeutet ist. Während der Vertikal-Austastlücke wird nachfolgend beispielsweise die Spannung &Phi;_&ngr; 2 am Anschluß fj auf der oben erwähnten positiven Spannung gehalten, und die am Anschluß fi zugeführte Spannung &Phi;, &igr; wird abgesenkt, beispielsweise auf 0 Volt, wie in den Fig. 6A und 6B verdeutlicht. Damit werden die einzelnen Ladungen für jeden zweiten Übertragbereich Ti. Tj.

Ti.... in die restlichen Übertragbereiche Ti Tj. T«

überschrieben, d.h. die Ladungen von jeweils zwei

Übertragbereichen werden miteinander addiert. Anders ausgedrückt: Die Signalladungen auf jedem der Sensorbereiche Si, Sj, Si,... werden jenen auf den benachbarten Sensorbereichen S₂, S₄, S_b,... überlagert. Die Ladungen werden sodann in üblicher Weise in den Vertikal- und Horizontal-Austastlücken in das Horizontal-Schieberegis«:r übertragen, gemäß der Erfindung jedoch wird für eine bestimmte Anzahl von ausgewählten Horizontal-Austastlücken eine (^-Korrektur durchgeführt. In Fig. 6 werden zum Ladungsübertrag ein Impuls Pt und weitere Impulse in den Horizontal-Austastlücken den Anschlüssen r, und t; zugeführt. Da in der gewählten Darstellung die Zeitdauer der Impulse nur schematisch angegeben ist. stimmen die Länge der Vertikal-Austastlücken usw. nicht genau. In anderen Worten: Die den Anschlüssen f,i und t_r: während der Horizontal-Austastlücke zugeführten Spannungen liegen beide niedrig, beispielsweise bei 0 Volt, während zwischen jedem der Übertragbereiche &Ggr;&igr;. 7., T₃,... und jedem der Sensorbereiche Si, S2, Sj,... die Potentialbarriere <p_t. mit relativ hohem Wert %., (vgl. Fig. 9) auftritt. In zugeordneten Zeitpunkten ft, />, ti,... innerhalb der Horizontal-Austastlücke wird der Anschluß f, mit Spannungen &Phi;, &igr;, &Phi;, 2, &Phi;, j, ... beaufschlagt, die stufenweise in der Folge &Phi;> 1 < &Phi;·, &igr; < &Phi;% 3 · ■ · auftreten, wie die Fig. 6C erkennen läßt. Die Potentiale &phgr;< &igr;. &phgr;, 2, &phgr;·, &igr;, · · · in den Sensorbereichen Si, S₂, Sj werden flacher (vgl. Fig. 9), und die

Potentiale am Überlauf-Steuerbereich 8 erreichen die Werte &phgr;,-1, &phgr;,-&igr;, ?>r j.... (vgl. ebenfalls Fig. 9). In diesem Fall wird, da die zugeführte Spannung einen hohen Wert erreicht, die Potentialdifferenz zwischen dem Sensorbereich und dem Überlauf-Steuerbereich, d. h. der Potentialwall hoch, wie oben in Verbindung mit Fig. 5 bereits erwähnt. Als Folge davon wird der überschießende Ladungsbetrag vermindert.

Dies wird nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 9 und10 für den Fait betrachici, daß das aüftrcffende Licht eine Intensität von h besitzt. In diesem Fall werden einen Ladungsbetrag q, übersteigende erste Ladungen in die Überlauf-Senke übertragen oder abgesaugt, so daß die im Sensorbereich gespeicherten Ladungen dem Sättigungszustand bei Qa entsprechen. Die Ladungsmenge q_t ist bestimmt durch die Differenz zwischen dem Potential ip. 4 im Sensorbereich, wenn die Spannung &Phi;>₄ am Anschluß f, und damit das Potential &sfgr;&Mgr; am Uberlauf-Steuerbereich anliegt. Nachfolgend wird zum Zeitpunkt f, während der ausgewählten Horizontal-Austastlücke am Anschluß /1 eine relativ niedrige Spannung &Phi;, &igr; zugeführt, so daß die eine Ladungsmenge q_t überschreitenden Ladungen &mdash; bestimmt durch die Differenz zwischen dem Potential &phgr;, &igr; am Sensorbereich und dem Potential <am am Überlauf-Steuerbereich &mdash; übertragen werden. Die dem Anschluß t_s zugeführte Spannung wird wiederum «Zu. so daß in Abhängigkeit von der Lichtmenge /» auftretende Ladung in einem Sensorbereich gespeichert wird, der durch die Differenz zwischen dem Potential &phgr;^ am Sensorbereich und jenem Potential <p_t·* am Überlaufbereich bestimmt ist Den Ladungsbetrag &psgr; übersteigende Überschußladungen werden also in die Überlauf-Senke transportiert. Zum Zeitpunkt t₂ innerhalb einer anderen gewählten Horizontal-Austastlücke wird der Anschluß U mit einer Spannung &Phi;,, 1, so daß die Ladungsmenge 172 &mdash; bestimmt durch die Differenz zwischen dem Potential &phgr;_%2 am Sensorbereich und dem Potential (pci am Überiauf-Steuerbereich &mdash; übersteigende Ladungen in die Überlauf-Senke übertragen werden. Danach wird dem Anschluß f, wiederum die Spannung &Phi;.^ zueeführt und eine entsprechende Ladung gespeichert. Zu einem Zeitpunkt ij innerhalb einer dritten gewählten Horizontal-Austastlücke wird der Anschluß r. mit der Spannung &Phi;-j beaufschlagt, die höher licgi als die Spannung &Phi;,.', so daß wiederum den Ladungsbeirag

qi übersteigende Ladungen abgesaugt werden. Sodann wird der Anschluß /, wiederum an die Spannung &Phi;,&igr; gelegt, so daß die Ladungen entsprechend dem auftrcffenden Licht gespeichert werden. Zum Zeitpunkt t> innerhalb der Vertikal-Austastlücke werden schließlich die Ladungen ausgelesen.

Trifft auf den Bildsensor Licht mit der Intensität / entsprechend der Relation /..< / < /.·< &Lgr;< &Lgr; auf. so treten im Sensorbereich 1 zu Zeitpunkten fn. t. /.. t, und &eegr; Ladungsmengen q auf. die nachfolgend betraehiei werden:

Wie die Fig. 10 zeigt, fließen die zu den Zeitpunkten l·. i₂, fj und Z₄ auftretenden Überschußladungen ab, die die Ladungsmenge q\, qi, qi und q* im Sensorbereich 1

/u diesen Zeitpunkten übersteigen, se dsß die dem Lieh·.

mit der Intensität / entsprechenden Ladungsmengen sich als Exponentialfunktion darstellen lassen, wie die Fig. 11 zeigt, aus der die ^-Korrektur ersichtlich ist. Trifft eine Lichtmenge mit der Intensität von /■, auf. die niedriger liegt als eine Intensität /».« (vgl. Fig. 10 und

11). so ist die im Sensorbereich gespeicherte Ladungsmenge durch eine Strecke A ablesbar. Trifft Licht mit der Intensität von /, auf. die zwischen den lniensitätswerten /o,w und /ja/ liegt, so kann die im Sensorbereich gespeicherte Ladungsmenge an der Strecke /.· abgelesen

werden. Die weiteren Strecken &Lgr;, U verdeutlichen in

analoger Weise die Ladungsmengen in den entsprechenden Sensorbereichen.

Die /-Korrektur läßt sich für das nächstfolgende Halbbild für geradzahlige Zeilen in ähnlicher Weise er-

reichen. Beim Halbbild für geradzahlige Zeilen (vgl. auch hier Fig. 6) wird am Anschluß ti nach dem Auslesen der entsprechenden Sensorbereiche Si. Sj. Sj... in die Übertragbereiche T.T_:.T ... des Vertikal-Schieberegisters in der Venikal-Ausiastlücke, die dem Anfang

des "geradzahligen" Halbbilds entspricht und im Gegensatz zum Fall des oben betrachteten "ungeradzahligen" Halbbilds beispielsweise eine Spannung von 0 Volt zugeführt, und die in den Sensorbereichen S_·. Si. Si ... gespeicherten Ladungen werden jenen der bcnachbar-

ten Sensorbereiche Si. S₃. Ss, ... hinzuaddiert: diese Kombination ist ersichtlicherweise unterschiedlich vom ungeradzahligen Halbbild gewählt. Beim geradzahligen Halbbild oder "Feld" wird durch die Kombination der Sensorbereiche Si und S_;. Si und St, S, und S_n ein

so Bildelementsignal erzeugt, während beim ungeradzahligen Halbbild oder "Feld" für jeweils ein Bildclement die andere Kombination gewählt ist. nämlich die Zusammenfassung der Sensorbereiche -Sj und Sw Sj und S-&ldquor; S. und S₇,... Auf diese Weise wird ein Bild (ein Vollrahmen) aus zwei Halbbildern oder Feldern zusammengesetzt, um den gleichen Effekt wie bei der obenerwähnten Verschachtelung zu erzielen.

Ist eine Einstellung der Empfindlichkeit erwünscht, so wird die Breite des Überlauf-Steuerbereichs 8 cntsprechend schmäler gewählt und das Vorspannpotential für die Überlauf-Senke 9 wird entsprechend tief gelegt, wie die Fig. 12 zeigt, um die gewünschte Überlauf-Steuerung zu erzielen, d. h. um die überschüssigen Ladungsträger im Sensorbereich 1 in die Überlauf-Senke abzu-

saugen- Wird ein großes Vorspannungspotential an der Überlauf-Senke 9 angelegt, so wird die im Sensorbereich 1 erzeugte Signalladung in die Überlauf-Senke transportiert und damit nicht mehr im Sensorbereich

gespeichert. Das Zeitintervall zur Ladungsträgerspeichcrung läßt sich damit in Abhängigkeit von der Menge des auftreffenden Lichts verkürzen.

Wie oben beschrieben, kommt die Erfindung ohne eine unabhängige Elektrode am Überlauf-Steuerbereich aus. und es läßt sich gleichwohl eine gute y-Korrckiur erreichen, so daß die oben erläuterten Schwierigkeiten mit dem relativ komplizierten Aufbringen der Elektroden besteigt sind, was bisher zu erheblichen Fcrtigungsproblemen führte. Mit der Erfindung läßt sich nicht nur die Zuverlässigkeit erhöhen, sondern auch die Ausbeute an einwandfreien Bildwandlerelementen bei der Serienherstellung ist deutlich besser.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus folgendem: Da die Ladungen in allen Sensorbereichen Si, Si, Sj,... zu Beginn jedes entsprechenden Halbbilds ausgelesen werden, sind mit der Erfindung alle Probleme beseitigt, die sich bisher aus sog. Restbildern ergaben, d. h. da bei bekannten Bildwandlervorrichtungen die Ladungen aus jedem Sensorbereich innerhalb jedes Felds oder Halbbilds ausgelesen werden, wird ein Lichteinfall für zwei Halbbilder registriert, da Licht durch die Sensorbereiche auch in einem Feldintervall aufgenommen wird, wahrend dem die übrigen Sensorbereiche ausgelesen werden. Damit tritt das Restbildproblem auf, das durch die neuartige Speicher- und Auslesemethode gemäß der Erfindung vollständig beseitigt ist.

Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Sensorelektrode gemeinsam hergestellt, und die Signalladungen in den einzelnen Sensorbereichen werden in jedem Halbbild ausgelesen. Es ist jedoch für einige Anwendungsfälle auch möglich, die Sensorclektrode entsprechend der Kombination der Sensorbereiche Si, Sj, Si,... und S₂, S₄, St_n ■ ■. zu unterteilen, also jeweils unter Freilassung einer Zwischenzeile zusammenzufassen, und die jeweils anderen Sensorbereiche in jedem dieser Halbbilder auszulesen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

40

45

50

Claims (1)

Patentansprüche

1. CCD. das nach dem Zwischenspaltenprinzip betrieben wird, mit

&mdash; in Spalten angeordneten Sensorbereichen,

&mdash; jeweils einem Vertikal-Schieberegister entlang einer Spalte von Sensorbereichen,

&mdash; jeweils einem Überlauf-Bereich entlang der anderen Seite jeder Spalte von Sensorbereichen.

&mdash; jeweils einem Oberlauf-Steuerbereich zwischen jedem Sensorbereich und dem zugehörigen Überlaufbereich, und

&mdash; Elektroden und Isolierschichten,