DE3120458C2 - Festkörper-Bildwandler - Google Patents

Festkörper-Bildwandler

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DE3120458C2
DE3120458C2 DE3120458A DE3120458A DE3120458C2 DE 3120458 C2 DE3120458 C2 DE 3120458C2 DE 3120458 A DE3120458 A DE 3120458A DE 3120458 A DE3120458 A DE 3120458A DE 3120458 C2 DE3120458 C2 DE 3120458C2
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Abstract

In einer Festkörper-Bildsensoranordnung ist eine Lichtsignalladungs-Transfereinrichtung, die ein vertikales MOS-(Metalloxidhalbleiter)Schieberegister und Schaltelemente aufweist, vorgesehen, so daß die Bildsignalladung, die in den photoelektrischen Wandlerelementen in einer Spalte einer (m · n)-Matrixanordnung aus photoelektrischen Wandlerelementen gespeichert ist, gleichzeitig an eine vertikale Übertragungsleitung übertragen wird, und eine weitere Ladungstransfereinrichtung, die eine Übertragungsgliedanordnung und Speicherkondensatoren aufweist, überträgt die an die vertikale Übertragungsleitung übertragene Lichtsignalladung an ein horizontales Schieberegister, von welchem aus dann die Lichtsignalladung an eine Ausgangsstufe übertragen wird. Das horizontale Schieberegister weist ein ladungsgekoppeltes (CCD) horizontales Schieberegister auf. Bei der Festkörper-Bildsensoranordnung kann ein Überstrahlen, das durch den Einfall von Licht hoher Intensität hervorgerufen wird, und ein Verschmieren beseitigt werden, das durch den Einfall von Licht außer auf vorbestimmten Lichtaufnahmeflächen auf weiteren Flächen hervorgerufen wird.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß
i) mit den ersten Übertragungs-Steuergliedern (310) jeweils zweite Speie'^kondensatoren
(315) verbunden sind,
j) die über dritte Übertragungs-Steuerglieder
(316) an die zweiten Übertragungssteuergliedern (317) angeschlossen sind.
2. Festkörper-Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkondensatoren durch MOS-Kondensatoren (39, 315) gebildet werden.
3. Festkörper-Bildwandler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den ersten Übertragungs-Steuergliedern (36) gegenüberliegenden Anschlüsse der vertikalen Übertragungsleitungen (35) mit vierten Übertragungs-Steuergliedern (321) verbunden sind, die an eine Überlaufleitung (322) angeschlossen sind.
Die Erfindung betrifft einen Festkörper-Bildwandler der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Die Qualität eines solchen Festkörper-Bildwandlers hängt im wesentlichen von seinem Auflösungsvermögen ab, d h„ die Zahl seiner fotoelektrischen Wandler sollte, bezogen auf eine Flächeneinheit, so groß wie möglich sein. Zu diesem Zweck werden üblicherweise MOS-LSl-Verfahren zur Herstellung solcher Festkörper-Bildwandler verwendet, da man so auf relativ einfache Weise den angestrebten, hohen Integrationsgrad erhalten kann; dabei werden sowohl die eigentlichen Abbildungselemente, nämlich die fotoelektrischen Wandler, als auch die elektronischen Schaltungen für die Verarbeitung der gewonnenen elektrischen Signale als einheitliche, integrierte Schaltung ausgebildet
Die fotoelektrischen Wandler solcher Festkörper Bildwandler können entweder durch NiOS (Metall-
5 Oxid-Halbleiter) oder ladungsgekoppelte Elemente gebildet werden. Der Grundaufbau eines solchen herkömmlichen Festkörper-Bildwandlers soll im folgenden unter Bezugnahme auf die F i g. 1 bis 3 näher beschrieben werden. Dabei zeigt
Fig. 1 eine Darstellung des Grundprinzips eines zweidimensionalenMOS-Festkörper-Bildwandlers,
F i g. 2 eine Darstellung zur Erläuterung des Grundprinzips eines zweidimensionalen CCD-FestkörperfSldwandlers,
Fig.3A den Schaltungsaufbau des Festkörper-Bildwandlers nach der älteren deutschen Patentanmeldung P 30 39 264.4-31, und
F i g. 3B ein Zeitdiagramm von AnsteuerimpuLen dieses Festkörper-Bildwandlers zur Erläuterung seiner Funktionsweise.
Der aus F i g. 1 ersichiliche MOS-Festkörper-Bildwandler weist ein horizontales MOS-Schieberegister 1 und ein vertikales MOS-Schieberegister 2 auf, die durch Phasentaktimpulse angesteuert werden. Entsprechend diesen Taktimpulsen wird ein Startimpuls, der an die erste Stufe dieses Festkörper-Bildwandlers angelegt wird, um eine vorgegebene Zeitspanne verschoben, um so die Schiebeimpulse zu gewinnen, die für die Abtastung von Eingabeleitungen 3-1, 3-2 — 3-n sowie 4-1, 4-2 ... 4-/7 benötigt werden. Entsprechend diesen Impulsfolgen werden horizontale MOS-Schalter 5 und vertikale MOS-Schalter 6 nacheinander abwechselnd geschlossen und geöffnet, so daß die Signale von Photodioden 7 über Diffusionsschichten in den Quellen der
J5 vertikalen MOS-Schalter 6 abgeleitet und über vertikale Übertragungsleitungen 8-1, 8-2 ... 8-n einer Video-Ausgangsleitung 9 zugeführt werden. Das Signal auf der Video-Ausgangsleitung 9 ist der von einer Spannungsquelle 11 abgeleitete Strom für die c-ieute Aufladung
«o der Dioden, die während einer Bildperiode durch den Lichteinfall entladen worden sind. Dieses Signal wird durch einen Lastwiderstand 10 ausgelesen.
Fig.2 zeigt ein typisches Beispiel eines herkömmlichen CCD-Festkörper-Bildwandlers, bei dem eine bildweise Übertragung der Abbildung erfolgt. Ein fotoelektrischer Wandler 20 speichert die dem einfallenden Licht entsprechende Ladung und weist im allgemeinen ein ladungsgekoppeltes Element mit Oberflächenkanälen auf. Die dem einfallenden Licht entsprechende Ladung, die von dem photoelektrischen Wandler 20 abgeleitet wird, wird während einer vertikalen Rücklaufzeit direkt zu einem Speicher 21 übertragen, der in der Nähe des photoelektrischen Wandlers 20 angeordnet ist. Der Speicher 21 weist im allgemeinen ein ladungsgekoppeltes Element mit Obcrflächenkanälen auf. Während einer horizontalen Rücklaufzeit wird die dem einfallenden Licht entsprechende Aufladung von dem Speicher 21 tu einem horizontalen Schieberegister 22, das ladungsgekoppelte Elemente mit tiefer liegenden Kanälen aufweist, und zu einer Ausgangsstufe für die Ausgabe der Ladungen übertragen; die einzelnen Übertragungen erfolgen unter der Steuerung von Übertragungs-Taklinipulsen.
Bei dem oben beschriebenen MOS-Festkörper-Bildwandler weist jedes Element in einer Spalte m und in einer Zeile η einen p-n-Übergang auf, so daß sich eine gute Signaltrennung zwischen den benachbarten Abbildungselementen, nämlich den photoeleklrischcn MOS-
Wandlern, ergibt Die Kapazität der Steuerelektroden der horizontalen MOS-Transistoren und die schwebende Kapazität zwischen der Steuerelektrode und der Drain-Elektrode führt jedoch dazu, daß die von dem horizontalen MOS-Schieberegister 1 erzeugten Abtastimpulse nadeiförmige Rauschspitzen auf der Video-Ausgangsleitung zur Folge haben. Änderungen dieser Rauschspitzen sind die wesentliche Ursache für die sogenannten »periodischen Störungen«, durch die der Störabstand des Videosignals stark verringert wird -
Das horizontale Schieberegister in dem CCD-Festköfper-BiWwandler enthält zwar ladungsgekoppelte Elemente mit vergrabenen Kanälen, so daß die periodischen Störungen äußerst gering sind und damit der Störabstand besser wird. Wegen des erläuterten Grundprinzips, nämlich der Übertragung der Ladungen von dem fotoelektrischeiv Wandler zu dem Speicher und der anschließenden Übertragung der Ladungen von dem Speicher zu den horizontalen Schieberegistern, müssen mehr als m Übertragungen durchgeführt werden, so daß es zwangsläufig zu übertragungsveriusten kommt Außerdem ändert sich der Abfall der Ladungen während der Übertragung in Abhängigkeit von dem jeweiligen Abstand von den horizontalen Schieberegistern. Mit diesen Systemen ist es also nicht möglich, gleichzeitig ein hohes Auflösungsvermögen und einen hohen Störabstand zu erhalten.
Ein Festkörper-Bildwandler der angegebenen Gattung ist aus der älteren Patentanmeldung P 30 39 264.4-31 bekannt und soll im folgenden unter Bezugnahme auf die F i g. 3A und 3 B beschrieben werden. Dieser Festkörper-Bildwandler weist mehrere, zu einer Matrix mit vertikalen Spalten und horizontalen Reihen zusammengestellte, photoelektrisclie Wandler, nämlich Photodioden 31 auf, die gemäß der Darstellung in der Fig.3A in einer (4 · 4)-Matrix angeordnet sind. Allgemeiner kann man also von einer (m ■ n/Matrix sprechen.
Mit den einzelnen Photodioden 31 ist ein vertikales MOS-Schalteiement 32 verbunden.
Die Steuerelektroden der vertikalen MOS-Schaltelemente 32 in jeder Spalte sind an eine Eingabeleiu-ng 33 für vertikale Abtastimpulse angeschlossen, die wiederum mit einem vertikalen MOS-Schieberegister 34 verbunden ist. Die Drain-Elektroden der vertikalen MOS-Schaltelemente 32 jeder Zeile sind an eine vertikale Übertragungsleitung 35 angeschlossen, die wiederum mit der Source-Elektrode eines MOS-Übertragungsfansistors 36 mit einem ersten Übertragungsgate verbunden ist. Die Steuerelektroden der MOS-Übertragungstransistoren 36 sind jeweils an eine erste Eingabe-Steuerleitung 37 angeschlossen.
Eine Elektrode von Speicherkondensatoren 39 ist jeweils mit einer Einganp,s-Steuerleitung 38 verbunden, während die andere Elektrode an die Drain-Elektroden der MOS-Übertragungstransistoren angeschlossen ist, wodurch eine Speichereinheit N entsteht. Zweite Übertragungs-Steuerelektroden 310 sind jeweils mit einer zweiten Eingangssteuerleitung 311 verbunden.
Ein horizontales CCD-Schieberegister 312 mit vergrabenen, tiefen liegenden Kanälen (das im folgenden nur noch als »horizontales Schieberegister« bezeichnet werden soll) ist bei den zweiten Übertragungs-Steuerelektroden 310 angeordnet und mit einer Ausgangsstufe 313 für die Ausgabe der Ladungen von dem horizontalen Schieberegister verbunden.
In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dnß alle MOS-Schaltelemente nach dem N-Kabel-Enhancement-Typ arbeiten; es ergibt sich jedoch im Prinzip die gleichFunktionsweise, wenn andere Ausführungsformen von MOS-Schaltelementen verwendet werden.
Die Funktionsweise eines solchen Festkörper-Bildwandlers ist im einzelnen in der deutschen Patentanmeldung P 30 39 264.4-31 beschrieben, auf die hiermit ausdrücklich verwiesen wird; wie man in F i g. 3B erkennt, werden al_s Ansteuerimpulse automatisch vorgespannte
ίο Ladungs-Übertragungsimpulse verwendet die zu den Zeitpunkten ti bis fe auftreten.
Ein solcher Festkörper-Bildwandler hat ein hohes Auflösungsvermögen und einen hohen Störabstand, wie er bisher nicht realisiert werden konnte.
Wenn auf die einzelnen photoelektrischen Wandler dieses Festkörper-Bildwandlers eine Lichtmenge fällt und eine Ladung erzeugt wird, die über die maximale Speicherkapazität hinausgeht kommt es zum sogenannten »Überstrahlen«. Wenn beispielsweise ein Lichtfleck auftritt der etwa 10% der Gesamtfläche der Abbildungselernente, in vertikaler Richtung gesehen, einnimmt so ergibt sich eine Überstrahlung, die mehr als das Zehnfache der Sättigungs-Lichtmenge beträgt. Dann ist keine einwandfreie Abbildung mehr möglich.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Festkörper-Bildwandler der angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem auch bei starkem Lichteinfall die nachteiligen Wirkungen des Überstrahlens sicher unterdrückt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß auch bei extrem hohen Lichtmengen jede Überstrahlung sicher vermieden wird, da die entsprechenden Ladungen auf noch zu erläuternde Weise abgeleitet werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführung'beispiels unter Bezugnahme auf die schematischec. Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig.4A den Schaltungsaufbau einer Ausführungsform eines Festkörper-Bildwandlers, und
•45 Fig.4B ein Zeitdiagramm von Ansteuerimpulsen zur Erläuterung der Funktionsweise dieser Ausführungsform.
Bei diesem Festkörper-Bildwandler sind die photoelektrischen Wandler, die jeweils eine Photodiode 31 und einen damit verbundenen vertikalen MOS-Schalter 32 enthalten, zu einer Matrix mit m vertikalen Spalten und π horizontalen Reihen zusammengestellt, also zu einer (m · ';>Matrix; in Fig.4A ist der Einfachheit halber nur eine (4 · 4)-Matrix gezeigt.
Die Steuerelektrode,"- der vertikalen MOS-3chalter 32 in jeder Spalte sind jeweils mit einer vertikalen Eingabeleitung 33 für Abtastimpulse verbunden, die wiederum an ein vertikales MOS-Schieberegister 34 angeschlossen sind. Die Druin- oder Senkenelektroden der vertikalen MOS-Schalter 32 in jeder Zeile sind jeweils mit einer vertikalen Übertragungsleitung 35 verbunden, die jeweils an die Quellen- oder Source-Elektrnde eines MOS-Übertragungstransistors 36 angeschlossen ist, der ein erstes Übertragungsgate bzw. Transfergate bildet.
Eine Elektrode von Speicherkondensatoren 39 ist jeweils an eine Eingabeleitung 38 für die Steuerung der Einspeicherung angeschlossen, während die andere Elektrode mit den Senken oder Drainelektroden der
MOS-Übertragungstransistoren 36 verbunden sind, wodurch eine Speichereinheit Λ/geschaffen ist.
Zweite Transfer-Steuer- oder Gateelektroden 310 sind nahe bei den Kondensatoren 39 angeordnet und gemeinsam mit einer zweiten Steuereingabeleitung 311 verbunden. Die einen Elektroden von Anschlußkondensatoren (315), welche MOS-Kondensatoren sind, sind gemeinsam mit einer MOS-Kondensator-Eingabeleitung 314 verbunden, während deren andere Elektroden mit den Senken- oder Drainelektroden der Transistoren verbunden sind, wodurch eine Anschlußeinheit 5 geschaffen ist Die Quellen- oder Sourceelektroden eines dritten Transfergates oder Übertragungsgliedes 316 und eines vierten Transfergates oder Ubertragungsgliedes 317 sind mit der Anschlußeinheit 5 verbunden. Die Steuer- oder Gateelektroden des dritten Übertragungsgliedes 316 sind mit einer dritten Eingabeleitung 318 verbunden. Die Senken- oder Drainelektroden des dritten überiragungsgiiedes 316 sind mit einer Durchiaufleitung 319 verbunden. Ein horizontales CCD-Schieberegister 312 mit vergrabenem, tiefer verlegtem Kanal (das der Kürze halber nachstehend nur noch als »horizontales Schieberegister« bezeichnet wird) ist bei den vierten Übertragungsgliedern 317 angeordnet und mit einer Signalabgabestufe 313 verbunden. Die Steueroder Gateelektroden der vierten Übertragungsglieder 317 sind mit einer vierten Steuereingabeleitung 320 verbunden. Die Enden der vertikalen Übertragungsleitung 35, die den Enden gegenüberliegen, die mit den ersten Übertragungsgliedern 36 verbunden sind, sind mit den Source- oder Quellenelektroden von fünften Transfergates oder Übertragungsgliedern 321 verbunden. Die Senken- oder Drainelektroden der Transferglieder 321 sind mit einer Überlauf-Senkenleitung 322 und die Steuer- oder Gateelektroden sind mit einer fünften Steuereingabeleitung 323 verbunden.
Als nächstes wird die Arbeitsweise beschrieben. Hierbei soll das auftreffende Licht so stark sein, daß es zu einem sogenannten Überstrahlen (blooming) kommt Die Überstrahlladung, die von den Photodioden 31 übergelaufen ist, fließt über die Kanäle unter den Steuerelektroden der vertikalen MOS-Schalter 32 auf die vertikale Übertragungsleitung 35. Während einer horizontalen Abtastung wird eine entsprechende Spannung an die Übertragungsglied-Eingabeleitung 323 angelegt, so daß die fünften Übertragungsglieder 321 angeschaltet werden und folglich beinahe die gesamte Überstrahlladung auf den vertikalen Übertragungsleitungen 35 über die Überlauf-Senkenleitung 322 entladen wird. Danach werden die Transfergates bzw. Übertragungsglieder 321 abgeschaltet Bei der nächsten Horizontalabtastung werden automatisch vorgespannte Ladungstransferimpulse an die Impulseingabeleitungen 37, 38 und 311 angelegt, so daß die gesamte verbliebene Überstrahlladung über die Speichereinheiten N an die Anschlußeinheiten 5 entladen wird. Danach wird die Überstrahlladung, die an die Anschlußeinheiten 5 übertragen worden ist über die Übertragungsglieder 316 an die Durchlaufsenkenleitung 319 abgegeben bzw. entladen. In diesem Fall wird das Kanalpotential unter den Übertragungsgliedern 317 niedriger gehalten als das Kanalpotential unter d$n Übertragungsgliedern 316, so daß keine Überstrahlladung in das horizontale Schieberegister 312 fließt Wenn diese Schritte durchgeführt sind, ist keine Überstrahüadung auf den vertikalen Übertragungsleitungen 35 vorhanden. Als nächstes werden die vertikalen Abtastimpulse an die vertikalen MOS-Schalter 32 angelegt so daß die auf den Photodioden 31 gespeicherte Signalladung an die vertikale Übertragungsleitung 35 übertragen wird. Die Signalladung auf der vertikalen Übertragungsleitung 35 wird über die Speichereinheit N aufgrund der automatisch vorge spannten Ladungsübertragung an die AnschluQeinhei- ten S und über das Übertragungsglied 317 gleichzeitig an das horizontale Schieberegister 312 übertragen. Das Kanalpotential unter dem Verbindungsglied 317 ist höher gehalten als das Kanalpotential unter dem Überira- gungsglied 316, so daß keine Signalleitung in die Durchlaufsenkenleitung 319 fließt. Die Signalladung, die an das horizontale Schieberegister 312 übertragen worden ist, wird an die Signalabgabestufe 313 übertragen und entsprechend den jeweiligen Transfertaktimpulsen ge lesen. Nachdem die Signalladung an die Anschlußeinheit S übertragen worden ist, wird das Übertragungsglied 321 angeschaltet, so daß die Überstrahlladung, die von den Dioden während der nächsten Horizontalabtastung üucriiicui, Uli uic u'ucriäüfScrikcriiciiüng ji i abgegeben und entladen wird. Die gleichen Schritte wiederholen sich bei der folgenden Horizontalabtastung.
In Fig.4B ist ein Zeitdiagramm von Ansteuerimpulsen dargestellt, entsprechend welchen die vorbeschriebenen Schritte durchgeführt werden. Potentiale V32I1 Vj7 und V» zeigen die Wellenformen der Impulsspannungen an, die an die Impulseingabeleitungen 321, 37 bzw. 38 angelegt sind. Ein Potential Vc zeigt den vertikalen Abt&iimpuls an, welcher an das vertikale Schieberegister 34 angelegt wird. Mit VL ist das Potential und
mit Cl ist die Kapazität der vertikalen Übertragungsleitung 35 bezeichnet, wann letztere niedrig ist. Die Ladung Qp. die von der Photodiode 31 überläuft, welche einem Überstrahlen ausgesetzt ist, fließt auf die vertikale Übertragungsleitung 35. Bei einer Horizontalabta- stung werden die Verbindungsglieder 321 angeschaltet, so daß die Überstrahlladung über die Überlaufsenkenleiiung beispielsweise bei Sättigungsbetrieb abgegeben bzw. entladen wird. Eine an die Übertragungsglieder 321 anzulegende Spannung ist so gewählt, daß das Ka-
naipotential Vm unter den Übertragungsgliedern 321 der folgenden Beziehung genügt:
V321 - V321 - VT321 < VL
wobei V32I die Schwellenwertspannung der Übertragungsglieder 321 ist Als Ergebnis wird dann die Überstrahlladung Qo auf den vertikalen Übertragungsleitungen 35 annähernd an die Überlaufsenkenleitung 322 übertragen, so daß die Überstrahlladung Qb, die noch
so auf den vertikalen Übertragungsleitungen 35 verblieben ist, in die Größenordnung von Cl(Vl- V'n\) kommt
Wenn daher der Wert (Vl- V'32i) so minimal wie möglich gemacht wird, kann die verbliebene Überstrahlladung QrB beinahe gleich der Speicherkapazität einer Photodiode 31 gemacht werden. Zum Zeitpunkt t\ bei dem nächsten horizontalen Rücklauf wird die Impulsspannung wieder V32I. Unter diesen bedingungen bleibt dann die Überstrahlladung Qb auf den vertikalen Übertragungsleitungen 35. Als nächstes werden dann von den Zeitpunkten fo bis tj die automatisch vorgespannten Ladungstranferimpulse dazu benutzt die Uberstrahlladung Qa, die auf den MOS-Kondensatoren 315 verblieben ist über die Speichereinheiten N mit einem hohen Wirkungsgrad zu übertragen. Zum Zeit-
punkt lg wird die !mpulsspannung V3!« an die Übertragungsglied-Eingabeleitung 318 angelegt, so daß die Ladung Qb an die Durchlaufsenkenleitung 319 angelegt so daß die Ladung Qb an die Durchlaufsenkenleitung
319 übertragen wird. Unter diesen Voraussetzungen bleibt dann keine Überstrahlladung auf den vertikalen Übertragungsleitungen 35 zurück.
Danach wird zum Zeitpunkt i10 der vertikale Abtastimpuls Vr; durch das vertikale Schieberegister 34 erzeugt und an die vertikalen MOS-Schalter 32 angelegt. Da die Kapazität G. der vertikalen Übertragungsleitung 35 bei we> ;m größer ist als die Kapazität Cpo der Photodiode 31, wird die in der Photodiode 31 gespeicherte Signalladung an die vertikale Übertragungsleitung 35 übertragen. Von den Zeitpunkten t'i bis t'i werden die automatisch vorgespannten Ladungstransferimpulse verwendet, um die Signalladung auf der vertikalen Übertragungsleitung 35 mit einem höheren Wirkungsgrad an den MOS-Anschlußkondensator 315 zu übertragen. Als nächstes wird zum Zeitpunkt t'» die Impulsspannung an die Übertragungsglied-Eingabeleitung 320 angelegt, so daß die Signalladung in das horizontale Schisberegäsier 3J2 übertragen wird. Vor äsr nächsten Horizontalabtastung wird die Impulsspannung zum Zeitpunkt t\o wieder an die Übertragungsglieder 321 angelegt, so daß die Überstrahlladung, die auf die vertikalen Ubertragungsleitungen 35 läuft, an die Überlaufsenkenleitung 322 bei der folgenden Horizontalabtastung abgegeben bzw. entladen werden kann. Während der Horizontalabtastung wird entsprechend den jeweiligen Transfertaktimpulsen die Signalladung an die Signalabgabestufe 313 übertragen und an dieser gelesen. Die vorbeschriebenen Schritte werden bei dem nächsten horizontalen Rücklauf, der auf die Horizontalabtastung folg, wiederholt.
Selbst wenn wegen der vorbeschriebenen Arbeitsweise die Anschluß-MOS-Kondensatoren 315 entfernt werden, wird die Arbeitsweise überhaupt nicht nachteilig beeinflußt; wenn sie aber nicht vorgesehen wären, würden die Übertragungsglieder oder Transfergates 310 sehr wahrscheinlich durch die Übertragungsglieder I oder Transfergates 317 moduliert, so daß ein Rauschen erzeugt würde. Ferner hat das Vorsehen der MOS-Anschlußkondensatoren 315 den Vorteil, daß die Breite und Länge der Gate- oder Steuerelektroden der Verbindungsglieder 316 und 317 vergrößert werden kann.
Gemäß der Erfindung kann somit die Überstrahlladung, die von den Photodioden auf die vertikale Übertragungsleitungen überläuft, vor dem Lesen dor richtigen Signalladung beseitigt werden, so daß es zu keinem Überstrahlen kommt Außerdem kann im Vergleich zu den herkömmlichen Ausführungen, bei welchen die Überlaufsenkenstruktur in der Bildeinheit, der epitakti-
ische Aufbau, oder p-Ieitende Wandungen in der Bildeinheit vorgesehen sind, damit die Überstrahlladung an das Substrat abgegeben und entladen wird, die Integrationsdichte verbessert werden. Folglich kann gemäß der Erfindung die Größe eines Chips sehr kompakt bemessen werden, und die Bildelementdichte kann erhöht werden. Bisher werden die automatisch vorgespannten Ladungstransferimpulse einmal verwendet um die Überstrahl- oder die Signalladung zu übertragen; selbstverständlich können sie auch eine entsprechende Anzahl Mal während eines wirksamen horizontalen Rücklaufs verwendet werden, so daß der Übertragungswirkungsgrad verbessert werden kann.
Außer den in Fig.4B dargestellten Ansteuerimpulsen können auch verschiedene andere Impulse verwendet werden, wie nachstehend beschrieben wird. Die Übertragungsglieder 321 können als Schalter benutzt werden. In diesem Fall wird dann das Potential auf der Überlaufsenkenleitung 322 niedriger gehalten als das Potential Vj. bei dem horizontalen Rücklauf, und die Übertragungsglieder 322 werden als Schalter betrieben, so daß die Öberstrahlladung auf den vertikalen Übertragungsleitungen 35 vollständig an die Überlaufsenkenleitung 322 abgegeben und entladen wird. Folglich verbleibt die Ladung, welche bei Schaltbetrieb von der Überlaufsenkenleitung 322 injiziert wird, auf den vertikalen Übertragungsleitungen. Danach wird entsprechend den vorgespannten Ladungstransferimpulsen, wie sie in Fig.4B dargestellt sind, die übertragene Ladung auf der Durchlaufsenkenleitung 319 ausgeräumt bzw. entfernt und dann wird die Signalladung von Photodioden 31 an das horizontale Schieberegister 312 und dann an die Signalabgabestufe 313 übertragen, wo sie gelesen wird.
Nunmehr wird eine andere Form von Ansteuerimpulsen beschrieben. Die Übertragungsglieder 321 werden während der Zeitabschnitte ausgeschaltet gehalten. Zuersi wird dann eine entsprechende Spannung während einer Horizontalabtastung an die Impulseingabeleitung 37,38 und 311 angelegt, so daß die Überstrahlladung auf den vertikalen Übertragungsleitungen 35 an die MOS-Anschlußkondensatoren 315 übertragen wird, und dann wird beinahe die gesamte Überstrahlladung über die Eingabeleitung 318 an die Durchlaufsenkenleitung 319 abgegeben und entladen. Während des nächsten horizontalen Rücklaufs wird entsprechend den Impulsen Vv, Vm und Van, wie in Fig.4B dargestellt ist, die verbliebene Überstrahlladung bei dem automatisch vorge- spannten Ladungsübertragungsbetrieb an die Durchlaufsenkenleitung abgegeben, und dann wird die Signalleitung an das horizontale Schieberegister 312 übertragen und an der Ausgabestufe 313 gelesen. Die Impulsspannung Vjii kann während des gesamten horizontalen Rücklaufs eine Gleichspannung sein, oder die Impulsspannung V)H kann nur während des horizontalen Rücklaufs eins Gleichspannung sein. Es können auch andere Ansteuerimpulse verwendet werden, solange das Ladungsübertragungsprinzip gemäß der Erfindung durchgeführt wird.
Gemäß der Erfindung kann somit das sogenannte Überstrahlen in der Festkörper-Bildsensoranordnung vollständig beseitigt werden. Außer dem sogenannten Überstrahlen kommt es in der Festkörper-Bildsensor anordnung zu der Erscheinung des sogenannten »Ver- schmierens«. Zu dieser Erscheinung kommt es, da die Ladung, die durch Licht erzeugt wird, das in der Nähe der Drain- oder Senkenelektroden auffällt, welche mit den vertikalen Übertragungsleitungen verbunden sind,
so sich an den Senkenelektroden sammelt und sich mit der richtigen Lichtsignalladung vermischt, so daß der Störabstand verschlechtert wird. (Diese Ladung wird »Dunkelstromladung« oder »falsche Lichtsignalladung« bezeichnet) Gemäß der Erfindung kann die sogenannte falsche Lichtsignalleitung, welche ein Verschmieren zur Folge hat, auf eine Weise beseitigt werden, die im wesentlichen der Art und Weise entspricht, die vorstehend in Verbindung mit der Beseitigung der Überstrahlladung beschrieben ist Außerdem kann die Dunkelstrom-
ladung, die auf der vertikalen Übertragungsleitung während der horizontalen Abtastung erzeugt worden ist, ebenfalls beseitigt werden. Folglich kann ein Videosignal sehr hoher Güte erhalten werden. Bei den herkömmlichen MOS- oder CCD-Festkörper-Bildsensoren ist es aufgrund des dort zugrundeliegenden Prinzips nicht möglich, die falsche Lichtsignalladung zu beseitigen. Wenn ein Festkörper-Bildsensor eine große Anzahl
von Bildelementen aufweist, werden die gerad- und die
ungeradzahlig bezeichneten vertikalen Ubertragungsleitungen angeordnet, wie in Fig.4A dargestellt ist, so
daß die Übertragungsverluste infolge des sehr schnellen
Betriebs des horizontalen Schieberegisters vermieden
werden können. Außerdem kann die Integrationsdichte
weiter verbessert werden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
ίο
20
30
35
40
45
50
55
60
85

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Festkörper-Bildwandler
a) mit mehreren, zu einer Matrix mit vertikalen Spalten und horizontalen Reihen zusammengestellten, photoelektrischen Wandlern,
b) mit einem vertikalen MOS-Schieberegister,
c) mit von den Ausgangssignalen des vertikalen MOS-Schieberegisters angesteuerten Schaltelementen für die Übertragung der in den photoelektrischen Wandler gespeicherten, dem einfallenden Licht entsprechenden Ladungen zu vertikalen Übertragungsleitungen,
d) mit ersten Übertragungs-Steuergliedern in den vertikalen Übertragungsleitungen,
e) mit ersten Speicherkondensatoren, die mit den ersten Übertragungs-Steuergliedern verbunden sind.
f) mit zweiten Übertragungs-Steuergiiedern, die an die ersten Speicherkondensatoren angeschlossen sind,
g) mit einem mit den zweiten Übertragungs-Steuergliedern verbundenen, horizontalen Schieberegister und
h) mit einer Ausgangsstufe für die Ausgabe der Ladungen von dem horizontalen Schieberegister,
DE3120458A 1980-05-22 1981-05-22 Festkörper-Bildwandler Expired DE3120458C2 (de)

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