DE3329095A1

DE3329095A1 - Festkoerperbildsensor

Info

Publication number: DE3329095A1
Application number: DE19833329095
Authority: DE
Inventors: Masafumi Itami Hyogo Kimata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1982-08-13
Filing date: 1983-08-11
Publication date: 1984-02-16
Also published as: JPS6338866B2; JPS5931056A; US4581539A; DE3329095C2

Description

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Festkörperbildsensor

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Festkörperbildsensor, und insbesondere einen zweidimensionalen Festkörperbildsensor, gekennzeichnet durch das Lesen d^r Signale.

Im allgemeinen weist ein Festkörperbildsens.„-r Fotosensoren und eine Abtastschaltung· auf einem Halbleitermaterial wie ".B. Silizium auf, und falls geeignete Fotosensoren gewählt •y.v'rden, können Bilder vom sichtbaren Bereich bis zum infra-"oten Bereich geliefert werden. Verglichen·mit einer konventionellen Bildröhre hat ein Festkörperbildsensor den Vorteil, daß er kompakt, leicht und sehr zuverlässig ist und insbesondere brauchen nur wenige Teile bei der Herstellung einer Kamera mit solch einem Bildsensor justiert werden i Dadurch hat solch ein Festkörperbildsensor in letzter Zeit auf verschiedenen Gebieten Beachtung erfahren.

Als Abtastschaltung eines Festkörperbildsensors wird in den meisteii Fällen üblicherweise ein MOS-Schalter-System oder ein CCD (charge coupled device)-System benutzt. Im ersteren MOS-Schalter-System werden Spike-Störungen infolge der MOS-Schalter zum Lesen der Signale den Signalen beigemischt, wodurch das Signal-/Rauschverhältnis verschlechtert wird. Außerdem unterscheiden sich die Spike-Störungen

zwischen den einzelnen Spalten zum Lesen des Signales, wodurch ein "fixed pattern noise" genanntes Rauschen erzeugt wird, so daß der Signal-/Rauschabstand weiter verschlechtert wird und infolgedessen kann bei Anwendung auf das Erfassen eines extrem niedrigen Lichtpegels, der ein hohes Signal-/ ' Rauschverhaitnis erforderlich macht, ein MOS-Schalter-System nicht verwendet werden. Andererseits werden in dem CCD-System, insbesondere in einem CCD-Zwischenzeilen-System, das in letzter Zeit weite Verbreitung gefunden hat, da es Fotosensoren wie in einem MOS-System frei wählen kann, CCD-Elemente zwischen den jeweiligen Spalten der Fotosensoren angeordnet. Um die effektive Fläche der Fotosensoren zu vergrößern ist es erwünscht, di$ Fläche des CCD-Teiles schon beim Design zu minimierenJ Außerdem ist die Ladungstransferkapazität der CCD-Elemente proportional zur Speicher-Gatter-Fläche für eine Stufe, von CCD-Elementen, falls die CCD-Elemente die gleiche Struktur haben. Infolgedessen wird, falls die Fläche des CCD-Teiles verringert wird, der Maximalwert der handhabbaren Ladung begrenzt. Solch ein Problem wird insbesondere dann ernsthaft, wenn ein kleines Signal über einem großen Untergrund wie bei einem Infrarotfestkörperbildsensor erfaßt werden soll. Deshalb ist ein Festkörperbildsensor, der weniger Störungen erzeugt und der eine große Ladungsmenge handhaben kann, erwünscht.

Kurz zusammengefaßt ist die Erfindung ein Halbleiterbildsensor, der eine zweidimensional angeordnete Mehrzahl von Fotodetektoreinrichtungen, eine Mehrzahl von jeweils mit den Fotodetektoreinrichtungen verbundenen Transfer-Gatter-Einrichtungen, und eine Mehrzahl von mit jeder Spalte der Transfer-Gatter-Einrichtung verbundene Vertikalladungstransfer-Einrichtung, mit den vertikalen Ladungs-Transfer-Ein-

richtungen verbundene horizontale Ladungs-Transfer-Einr.,chtungen , mit den Transfer-Gatter-Einrichtungen ν erb und en-^r-Auswahl-Einrichtungen und mit den vertikalen Ladungs-χra^.:— fer-Einrichtungen verbundene Treiber-Einrichtur.gen, wob* ' jede· der Vertikalladungstransfer-Einrichtungen eine ;<<=.„■-zahl von Gatter-Elektroden enthält, aufweist.

Die Fotodetektor-Einrichtungen erfassen Licht zur Erzeugung einer Signalladung. Die T^· ^r-Gatter-Einrichtungen steuern den Transfer der Signalladung von jeder Fotodetektor-Einrichtung. Die Vertikalladungstransfer-Einrichtungen transferieren die von der Transfer-Gatter-Einrichtung eingegebene Signalladung. Die Horizontalladungstransfer-Einrichtung transferiert die Signalladung von der Vertikalladungstransfer-Einrichtung zum Ausgangsteil. Die Auswahl-Einrichtung liefert Taktsignale nacheinander an jede Gruppe * on Transfer-Gatter-Einrichtungen, die jeder Reihe von Iransfer-Gatter-Einrichtungen entspricht, wodurch nacheinander eine Gruppe von Transfer-Gatter-Einrichtungen ausgewählt wird, so daß die Signalladung von der ausgewählten Gruppe der Transfer-Gatter-Einrichtungen ausgegeben wird.

Die Treiber-Einrichtung liefert an die Vertikalladungstransfer-Einrichtung ehe eine Gruppe aus den verschiedenen Gruppen der Transfer-Gatter-Einrichtungen ausgewählt wird, ein Gatterpotential zur Bildung von Potentialmulden unter allen in den Vertikalladungstransfer-Einrichtungen enthaltenen Gatter-Elektroden und tastet das Gatterpotential so ab, daß die Potentialmulden unter den in den Vertikalladungstransfer-Einrichtungen enthaltenen Gatter-Elektro-^n nacheinander von der Mulde unter der Gatter-Elektrode am weitesten entfernten Ende her bezüglich der Horizontalladungstransfer-Einrichtungen ausgelöscht werden, wodurch die Signalladung von der Verti-

kalladungstransfer-Einrichtung an die Horizontalladungstransfer-Einrichtung transferiert wird. Erfindungsgemäß stellen die Vertikalladungstransfer-Einrichtungen jeweils eine kontinuierliche Potentialmulde dar, wenn die Vertikalladungstransfer-Einrichtungen eine Signalladung von den Fotodetektor-Einrichtungen erhalten; anschließend wird durch Steuern der an die Vertikalladungstransfer-Einrichtungen angelegten Taktsignale, so daß die Potentialbarriere schrittweise in Richtung der Bewegung der Ladung bewegt wird, die Signalladung·in die Vertikalladungstransfer-Einrichtungen transferiert.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Halbleiterbildsensor zu schaffen, der weniger■Störungen erzeugt und eine große' Ladungsmenge handhaben kann.

Wesentliche Vorteile der Erfindung sind, daß Spike-Störungen, wie in einem MOS-System niemals erzeugt werden, da der Transfer der Signalladung durch die .Potentialmulde in der gleichen Weise ausgeführt wird wie bei einem konventionellen CCD-System und, daß die zu handhabende. Signalmenge außerordentlich groß gemacht werden kann, da sie von der Pptentialmulde einer ganzen Vertikallinie von Vertikälladungstransfer-Einrichtungen bestimmt wird.·

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß die zu handhabende Signalladungsmenge in den Vertikalladungstransfer-Einrichtungen sogar dann genügend groß gemacht werden kann, falls die Breite der Kanäle zum Bilden einer Vertikalsignalleitung klein gemacht wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, daß die Größen

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der Horizontalladungstransfer-Einrichtungen löi::\x. größert werden können je nach der notwendigen !.ad'jn;=·-:.·:· --■, da die Transfer-Gatter-Einrichtungen und die Horizontalladungstransfer-Einrichtungen außerhalb der Anc-rclr.ung^·" ν^r. Fotodetektor-Einrichtungen ausgebildet werden können ur.j die Größe weniger begrenzt wird.

Diese und weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergebn sich aus der ^p·" : 'reibung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm mit einer AusfUhrungsform der Erfindung;

Fig. 2A ein Blockdiagramm mit einer Auswahlschaltung;

Fig. 2B und 2C das Zeitverhalten der von der Auswahlschaltung ausgegebenen Taktsignale;

IE /ig. 3A einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1;

Fig. 3B Potentialzustände in den in Fig. 3A gezeigten Teilen;

Fig. 4 das Zeitverhalten von den in Fig. 3A gezeigten Teilen zugeführten Taktsignalen;

20. Fig. 5A einen Schnitt entlang der. Linie III-III in Fig. 1;

Fig. 5B andere Potentialzustände in den in Fig. 5A gezeigten Teilen; und

Fig. 6 das Zeitverhalten von den in Fig. 5A gezeigten Teilen zugeführten Taktsignalen.

Fig. 1 zeigt als Blockdiagramm ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung. Bei dieser Ausführung ist zum Zweck der leich-

teren Erklärung eine Anordnung von 3 Spalten χ 4 Reihen dargestellt. Ein Festkörperbildsensor gemäß dieser Ausführungsform weist zweidimensional auf einem Halbleitersubstrat angeordnete Fotosensoren 111 bis 114, 211 bis 214 und 311 bis 314, aus MOS-Transistoren auf dem Halbleitersubstrat gebildete Transfer-Gatter 121 bis 124, 221 bis 224 und 321 bis 324, auf dem Halbleitersubstrat ausgebildete Vertikal ladungstransfer-Elemente 130, 230 und 330, auf dem Halbleitersubstrat ausgebildete Schnittstellenteile 140, 240 und 340, die eine Schnittstelle zwischen einem horizontalen CCD 500, einem Ausgangsvorverstärker 600, einem Ausgangsteil 700 und einer Wahlschaltung 800 zum Auswählen der ' Transfer-Gatter bilden, auf. Auf nichtgezeigte Weise ist die Auswahlschaltung 800 so verbunden, daß das gleiche Signal an die Gruppen von in horizontaler Richtung angeordneten Transfer-Gattern (z.B. die Gruppe der Transfer-Gatter 121, 221, 321) angelegt werden kann. Der Halbleiterbildsensor weist weiter eine Treiberschaltung zum Anlegen von Treibertaktsignalen an die Vertikalladungstransfer-Elemente 130, 230 und 330, wie später beschrieben wird, auf.

Im folgenden wird der Betrieb eines Halbleiterbildsensors mit der oben beschriebenen Struktur beschrieben. Fig. 2A zeigt als Blockdiagramm eine Auswahlschaltung 800. Fig. 2B und 2C zeigen das Zeitverhalten der von der Auswahlschaltung 800 ausgegebenen Taktsignale. Die Auswahlschaltung 800 ist in einer wie in. Fig. 1 gezeigten 3 χ 4-Anordnung aus vier Blöcken 801 bis -804 wie in Fig. 2A gezeigt zusammengesetzt, wobei die Ausgänge der Blöcke jeweils mit den zu den Transfer-Gattern gehenden Leitungen 811 bis 814 verbunden sind. Die Leitungen 811 bis 814 sind jeweils mit den Gruppen von Transfer-Gattern 121, 221 und 321 bis 124, 224

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und 324 verbunden. Von den Blöcken 801 bis 804 werden IaKtsignale φ™, bis φ™, ausgegeben, so daß das Zeitverhalte: wie in Fig. 2A erreicht wird. In diesem Fall werden n-Ke.-.al-Transfer-Gatter benutzt und, wenn die Taktsignale auf de.τ. Pegel "H" sind, schaltet das Transfer-Gatter durch. Bei dem Zeitverhalten in Fig. 2B wird eine Zeilensprungabtastung nicht ausgeführti Um eine 2:1 Zeilensprungabtastung auszuführen, wird das in Fig. 2C gezeigte Zeitverhalten benötigt. Das Zeitverhalten der Takt3^_6i.j.¹e (J)₁^₁ bis Φ_Τ4 ist nicht auf das Zeitverhalten in Fig. 2B und Fig. 2C begrenzt; das Zeitverhalten kann anders so bestimmt werden, daß die Taktsignale φ- bis φ_. den Pegel "H" zu verschiedenen Zeitpunkten annehmen. Damit die Taktsignale wie in Fig. 2B ausgegeben werden, kann die Auswahlschaltung 800 aus gewohnlichen Schieberegistern aufgebaut sein. In solch einem Fall stellen die Blöcke 801 bis 804 Stufen für die Schieberegister dar, so daß der Ausgang in der vorhergehenden Stufe ier Eingang in der nachfolgenden Stufe wird. Um die Erklärung leichter zu machen, wird angenommen, daß die Auswahlschaltung 800 mit dem Zeitverhalten nach Fig. 2B arbeitet.

Wenn das Taktsignal φ . den Pegel "H" annimmt, schalten die Transfer-Gatter 121, 221 und 321 zuerst durch ,um die Signalladung von den Fotosensoren 111, 211 und 311 an die Vertikalladungstransfer-Elemente 130, 230 und 330 anzulegen.

Dann bewirkt die Treiber-Schaltung 900 den Start des Transfers der Signalladung, was im folgenden unter Bezug auf Fig. 3A, 3B und 4 erklärt wird. Fig. 3A ist ein Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1; Fig. 3B zeigt die Potentialzustände in den in Fig. 3A gezeigten Teilen; Fig. 4 zeigt das Zeitverhalten der an die in Fig. 3A gezeigten Teile angelegten Taktsignale. Das Vertikalladungstransfer-

Element 130 weist vier Gatter-Elektroden 131 bis 134 auf und der Interfaceteil 140 weist zwei Gatter-Elektroden und 142 auf, wobei das Ende des Interfaceteiles 140 in Kontakt mit einer üatter-EleKtroae 501 in den Horizontal-GCD ist. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet ein Halbleitersubstrat. Unter den jeweiliger^ Gatter-Elektroden sind Kanäle gebildet. Diese Kanäle können Oberflächenkanäle oder versenkte Kanäle sein. Fig. 3A zeigt eine Struktur, bei der zwischen den jeweiligen Elektroden Zwischenräume vorgesehen sind. Es kön- nen jedoch auch Vielschicht-Gatter-Elektroden mit überlappenden Teilen zwischen den Elektroden benutzt werden. An die Gatter-Elektroden 131 bis 134, 141. und 142 werden jeweils Taktsignale Φ_γι bis 4>_V4, Φ₃ und Φ_τ wie in Fig. 4 gezeigt angelegt. In diesem Fall handelt es sich um η-Kanäle. Im Falle von p-Kanälen muß die Polarität der Taktsignale invertiert werden.

Von den oben beschriebenen Taktsignalen werden mindestens die Taktsignale φ_γι bis Φ_ν4 in der Treiber-Schaltung 900 erzeugt. Auch die Taktsignale φ« und φ_φ können auf geeignete Weise in der Treiber-Schaltung 900 erzeugt werden, sie können aber auch von außerhalb zur Verfugung gestellt werden. Wenn die Taktsignale Φ_ν bis Φ_ν4 in der Treiber-Schaltung 900 erzeugt werden, kann die Treiber-Schaltung 900 aus ν HI-bekannten Verzögerungsschaltkreisen oder Schieberegistern bestehen. Jede Spalte von Vertikalladungstransfer-Elementen 130, 230 und 330 hat die gleiche Struktur. Die Vertikalladungstransfer-Elemente 230 und 330 haben genau die gleiche Struktur wie die Vertikalladungstransfer-Elemente 130. Jede Spalte von Interfaceteilen 140, 240 und 340 hat eben-

3C- falls die gleiche Struktur; die Interfaceteile 240 und haben genau die gleiche Struktur wie der Interfaceteil 140.

Außerdem wird an die horizontal angeordneten Gate-EieKtroden der Vertikalladungstransfer-Elemente 130, 230 und 33C das gleiche Signal angelegt auf die gleiche Art wie im Fall Jer Transfer-Gatter und genau die gleiche Betriebsart läuft in jeder Spalte ab. Auf ähnliche Weise wird das gleiche Signal an die horizontal angeordneten Gate-Elektroden der Interfaceteile 140, 240 und 340 angelegt und genau die gleiche Betriebsweise wird in jeder Spalte ausgeführt. Im folgenden wird der Betrieb nu^r "it Bezug auf die durch einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1 dargestellte erste Spalte beschrieben.

Vertikaler Ladungstransfer in den in Fig. 3A gezeigten Teilen wird unter Bezug auf Fig. 3B beschrieben. Die Pctentialzustände Sl bis S9 in Fig. 3B entsprechen jeweils den Zeitpunkten ti bis t9 in Fig. 4. Z.B. ist der Zustand Sl ein "-otentialzustand in den in Fig. 3A gezeigten Teilen, wenn er dem Zeitpunkt ti entspricht. Zu diesem Zeitpunkt sind alle Taktsignale φ bis φ . auf dem Pegel "H" und infolgedessen wird unter den Gate-Elektroden 131 bis 134 eine große Potentialmulde gebildet, und eine tiefere Potentialmulde wird unter der Gate-Elektrode 141 gebildet, da das Taktsignal φ_ς mit dem Pegel "H" höher ist als die Taktsignale φ . bis Φ_ν4, und eine flache Potentialbarriere wird unter der Gatter-Elektrode 142 gebildet, da das Taktsignal φ_ auf dem Pegel "L" ist. Andererseits führt das Horizontal-CCD 500 einen Ladungstransfer in dem oben beschriebenen Zustand aus und ist in dem zwischen den gestrichelten Linien in Fig. 3B gezeigten Grenzen hin und her wechselnden Potential-. zustand. Wenn in solch einem Zustand ein willkürliches Transfer-Gatter in der vertikalen Richtung, z.B. ein Transfer-Gatter 121 eingeschaltet wird, um den Inhalt des Foto-

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sensors 111 in das Vertikalladungstransfer-Element 130 einzulesen, wird eine Signalladung Q„ an die Potentialmulde unter den Gatter-Elektroden 131 bis 134 gegeben. Zum Zeitpunkt t2, wenn das Taktsignal Φ_ν- den Pegel "L" annimmt, wird dann die Signalladung Q_g in Richtung des Pfeiles A in Fig. 3. geschoben, da die Potentialmulde unter der Gatter-Elektrode 131 wie im Zustand S2 gezeigt, flach wird. Zu den. Zeitpunkten t3 bis t5 werden die Taktsignale Φ_ν? bis φ . nacheinander dann auf den Pegel "L" gebracht, die Potentialmulden unter· den Gatter-Elektroden 132 bis 134 werden nacheinander flach wie in den Zuständen S3 bis S5 gezeigt, so daß die Signalladung Q_Q in Richtung des Pfeiles A geschoben wird. Zum Zeitpunkt, wenn das Taktsignal φ auf dem Pegel "L" ist, wird die Signalladung Q_ in der Potentialmulde unter der Gatter-Elektrode 141 gespeichert. Die Gatter-Elektrode 141 muß groß genug sein zum Speichern der Signalladung Q_c,

aber das Potential unter der Gatter-Elektrode 141 zum Zeitpunkt, wenn das Taktsignal φ^ auf dem Pegel "H" ist, braucht nicht tiefer als das Potential unter den Gatter-Elektroden 131 bis 134 wie.in der oben beschriebenen Ausführungsform gezeigt, sein. Auf diese Weise wird die Signalladung Q-in der Gatter-Elektrode 141 gesammelt und· nachdem das Abtasten für eine horizontale Linie in dem Horizontal-CCD abgeschlossen ist, wird das Taktsignal φ,, der Gatter-Elek-

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trode 501 der Horizontal-CCD 500 in Berührung mit der Gatter-Elektrode 142 auf den Pegel "H" gebracht und das Taktsignal φ™ der Gatter-Elektrode 142 wird auf· den Pegel "H" zurr, Zeitpunkt t6 gebracht. Dann nehmen die Potentiale unter den jeweiligen Gatter-Elektroden den in Fig. 3B gezeigten Zustand S6 an. Zu diesem Zeitpunkt wird das Potential unter der Gatter-Elektrode 142 flacher als die Potentiale unter den Gatter-Elektroden 141 und 501 gemacht, aber

es.ist nicht unbedingt erforderlich, die Potentiale auf diese Weise zu bestimmen. Als nächstes ist zum Zeitpunkt t7 das Taktsignal Φ₃ auf dem Pegel "L" und das Potential unter der Gatter-Elektrode 141 wird flach wie im Zustand • 5 S7 gezeigt, so daß die Signalladung Q in Richtung der Potentialmulde unter der Gatter-Elektrode 501 wandert. Danach wird zum· Zeitpunkt t8 das Taktsignal φ_φ auf den Pegel "L" gebracht und das Potential unter der Gatter-Elektrode •142 wird flach wie im Zustand St. gezeigt, so daß die Signalladung Q_ zum Horizontal-CCD 500 transferiert .vird. Der Horizontal-CCD 500, der die Signalladung Q^ empfangen hat, transferiert Signale nacheinanaer zum Ausgangsvorverstärker 600. Nachdem ein Signal zum Horizontal-CCD 500 transferiert ist, nehmen die Taktsignale Φ_νι bis 0„₄ und φ_ wieder den Pegel "H" zum Zeitpunkt t9 an und der gleiche Zustand wie zum Zeitpunkt ti ist'hergestellt.

Wenn das Taktsignal Φ_τ2 den Pegel "H" erreicht, wird das Transfer-Gate 122 als nächstes eingeschaltet, um das Signal des Fotosensors 112 dem Vertikalladungstransfer-Element 20' 130 zuzuführen, so daß das Signal dem Horizontal-CCD 500 auf gleiche Weise wie oben beschrieben zugeführt wird. Dieser gleiche Zyklus wird wiederholt, um die Signale der Fotosensoren 113 und 114 zu lesen, wodurch ein Rahmen abgeschlossen wird.

Die oben beschriebene Betriebsweise wird in den anderen Spalten simultan ausgeführt. Auf diese Weise wird das Abtasten einer zweidimensionalen Anordnung ausgeführt.

Wie oben beschrieben, können Spike-Störungen wie in einem MOS-System erfindungsgemäß nicht auftreten, da die Signal-

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ladung durch die Potentialmulde auf gleiche Weise wie in einem konventionellen CCD-System transferiert wird, und die zu handhabende Signalladungsmenge kann außerordentlich groß gemacht werden, da sie von der Potentialmulde in einer ganzen vertikalen Linie der Vertikalladungstransferelemente 130, 230 und 330 bestimmt wird. Außerdem kann die zu handhabende Signalladungsmenge sogar in dem Fall ausreichend groß gemacht werden, wenn die Breite des Kanals zur Bildung einer vertikalen Signallinie in den Vertikalladungstransfer-Elementen klein gemacht wird. Da die Interfaceteile 140, 240 und 340 und der Horizontal-CCD 500 außerhalb der Anordnung der Fotosensoren 111 bis 114, .211 bis 214 und 311 bis 314 gebildet werden können, werden außerdem ihre Größen weniger begrenzt und es" wird leicht, die Interfaceteile und das Horizontal-CCD gemäß der notwendigen Ladungsmenge zu vergrößern. In der oben beschriebenen Ausführungsform we.rden die Vertikalladungstransfer-Elemente in einer horizontalen Periode abgetastet (üblicherweise werden Vertikalladungstransfer-Elemente in einer Periode, die

20' dem ganzen Rahmen maximal entspricht, abgetastet) und die · Zeit, die die Signalladung Q_c im Kanal verbringt wird verkürzt; infolgedessen können Kanalleckstrom und das Nachzieh-'phänomen verringert werden.

Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Fig. 5A ist ein Schnitt entlang der Linie III-III in· Fig. 1; Fig. 5B zeigt andere Potentialzustände in den in Fig. 5A gezeigten Teilen; Fig. 6 zeigt das Zeitverhalten der an die Teile nach Fig. 5A angelegten Taktsignale. Diese Figuren entsprechen jeweils den oben beschriebenen Fig. 3A, 3B und 4, und es werden nur die Unterschiede erklärt. Die Zustände Sl und S2 in Fig. 5B sind

identisch mit den Zuständen in der oben beschriebenen Ausführungsform» Im Zustand S3, nachdem das Taktsignal Φ_ν? auf den Pegel "L" gebracht ist, nimmt das Taktsignal φ,_π wieder den Pegel "H" an, so daß unter der Gatter-Elektrode 131 eine Potentialmulde gebildet wird. Im Zustand S4, nachdem das Taktsignal Φ_ν3 auf'den Pegel "L" gebracht ist, nimmt das Taktsignal Φ_ν? den Pegel "H" an, so daß unter den Gatter-Elektroden 131 und 132 Potentialmulden gebildet werden. Auf diese Weise wi r 1 ' - dem Zustand-, bei dem das Potential einer Gatter-Elektrode immer auf dem Pegel "L" ist, die Signalladung Ος, schrittweise bis der Zustand S5 in Fig. 5 erreicht ist, transferiert. In den Zuständen S7 bis S9 wird die Signalladung von den Vertikal ladur.gstransfer-Elementen zu dem Horizontal-CCD genau in der gleichen Weise wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform transferiert.

Auch mit der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform können die gleichen Effekte wie mit der ersten Ausführungsform erreicht werden.· Kurz gesagt besteht das herausragen- de Merkmal der Erfindung darin, daß die Vertikalladungstransfer-Elemente zum Zeitpunkt wenn die Signalladung von den Fotosensoren empfangen wird, eine kontinuierliche Potentialmulde darstellen, und daß danach die·Signalladung in die Vertikalladungstransfer-Elemente transferiert wird durch Steuerung der Taktsignale der Vertikalladungstransfer-Elemente, damit die Potentialbarriere in Richtung der ■Bewegungsrichtung der Ladung sich bewegt. "Obwohl bei der zweiten Ausführungsform der Transfer der Signalladung in die Vertikalladungstransfer-Elemente in dem Zustand durchgeführt wird, bei dem nur eine Gate-Elektrode auf dem Pegel "L" ist, wird infolgedessen die gleiche Betriebsweise

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durchgeführt, falls mehr als eine auf dem Pegel "L" ist, soweit die Potentialbarriere sich in Richtung der Bewegungsrichtung der Signalladung bewegt. Bei den oben beschriebenen zwei Ausführungsformen wurde die Beschreibung unter der Annahme durchgeführt, daß ein Vertikalladungstransfer-Element vier Gatter-Elektroden 131 bis 134 aufweist. Jedoch kann eine beliebige Zahl von Gatter-Elektroden vorhanden sein solange es mehr als eine ist. Außerdem braucht die Zahl der Gatter-Elektroden nicht gleich der Zahl der Fotosensoren in vertikaler Richtung sein.

Obwohl ein Interfaceteil zwei Gatter-Elektroden in den oben beschriebenen Ausführungsformen aufweist, ist eine solche Struktur nicht notwendigerweise erforderlich, soweit der Interfaceteil die Funktion hat, die Ladung zu speichern und die Ladung zum Horizontal-CCD zu transferieren.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind alle Kanäle verdeckte η-Kanäle. Jedoch entsteht kein Problem, falls p-Kanäle oder Oberflächenkanäle benutzt werden. Außerdem können die Transfer-Gatter übliche Gatter sein, wie sie für die Vertikalladungstransfer-Elemente benutzt werden .

Claims

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PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN 9O

FO 3O-282Ü F/M/hu

Mitsubishi.Denki Kabushiki Kaisha, Tokyo / Japan

Festkörperbildsensor

PATENTANSPRÜCHE

(jL/ Festkörperbildsensor, gekennzeichnet durch: eine Mehrzahl von zweidimensional in Reihen und in Spalten angeordneten Fotodetektoreinrichtungen (111 bis 114, 211 bis 214 und. 311 bis 314) zum Erfassen von Licht und Abgabe einer Ausgangssignalladung (Q„),

eine Mehrzahl von Transfer-Gatter-Einrichtungen (121 bis 124, 221 bis 224 und 321 bis 324) zur Steuerung des Transfers der Signalladung von jeder Fotodetektoreinrichtung, wobei die Mehrzahl von Transfer-Gatter-Einrichtungen zweidimensional in Reihen und in Spalten angeordnet ist und jeweils mit den Fotodetektoreinrichtungen verbunden ist, eine Mehrzahl von jeweils mit den Spalten der Transfer-

ίΤΑ'-ν·. StT D₁PL -PMV5 LUTZH PRJFER D-BOOO MÜNCHEN 9Ο WlLLPiO D ERST« 8 TEL (O3S)6JC6-4O

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-¹- 2 —

Gatter-Einrichtungen verbundenen VertikalladungstransferEinrichtungen (130,230,330) zum Transferieren der eingegebenen Signal ladung von den Transfer-Gatter-Einrichtungen,. wobei jede der Vertikalladungstransfer—Einrichtungen'eine- Mehrzahl von Gatter-Elektroden (131 bis 134) aufweist, mit den Vertikalladungstransfer-Einrichtungen verbundene Horizontalladungstransfer-Einrichtung (500) zum Trans-. ferieren der Signalladurig von der Vertikalladungstransfer-Einrich'tung, - ' . ·

mit den Tfansfer-Gatfter-Einrichtungen verbundene Auswahl-Einrichtung (800) zum Liefern von Taktsignalen (Φ^., bis Φ_λ) nacheinander an jede Gruppe von Transfer-Gatter-Ein- " ■ richtungen, was einer jeden Reihe der Transfer-Gatter-Einrichtungen entspricht, so daß nacheinander eine Gruppe von Transf er-Gatter-Einrjichtungen in einer Reihenfolge ausgewählt: wird, daß .die .Signalladung von einer ausgewählten Gruppe von Transfer-Gatter-Einrichtungen ausgegeben wird und .

mit der Vertikailadujngstransfer-Einrichtung verbundene Treiber-Einrichtung ^:(900), durch die ein Ga'tterpotential . zur Bildung einer Pojtentialmulde. unter allen Gatter-Elektroden der Vertikalljadungstransfe.r-Einrichtung an die Vertikal ladungstransf er-Einrichtung gelegt wird, ehe eine Gruppe der Gruppen von Transfer-Gatter-Einrichtungen ausgewählt wird, und das Gatterpotential so abgetastet wird, daß die Pc-tentialmulde unter den Gate-Elektroden der Vertikal! adungstransfer-Einrichtung nacheinander von der Mulde unter der Gatter-Elektrode an dem am weites*en entfernten Ende bezüglich der Horizontalladungstransfer-Einrichtung her vernichtet v;ird, bis die nächste Gruppe von Transfer-G&tter-Einrichtungen ausgewählt v;Lrd, so daß die Signal ladung von der Vertikalladungstransfer-Einrichtung an

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die Horizontalladungstransfer-Einrichtung transferiert wird,
2. Festkörperbildsensor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die HorizontalladungstransferEinrichtung (500) mit den Vertikalladungstransfer-Einrichtungen über Interface-Einrichtungen (140, 240 und 340), die ein Interface herstellen, verbunden ist.
3. Halbleiterbildsensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transfer-Gatter-Einrichtungen (121 bis 124, 221 bis 224 und 321 bis 324) MOS-Transistoren aufweisen.
4. Festkörperbildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl-Einrichtung (800) Schieberegister aufweist.
5. Festkörperbildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiber-Einrichtung (900) Schieberegister aufweist.
6. Halbleiterbildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatter-Elektroden (131 bis 134) auf einem Halbleitersubstrat (10) gebildet werden und unter den Gate-Elektroden Kanäle gebildet werden.
7. Halbleiterbildsensor nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle η-Kanäle sind.
8. Halbleiterbildsensor nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle p-Kanäle sind.

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9. Halbleiterbildsensor nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle verdeckte Kanäle sind.
10. Halbleiterbildsensor nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle Oberflächenkanäle sind.