Feld der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft eine ladungsgekoppelte Vorrichtung
(welche nachfolgend als "CCD" abgekürzt wird) und
insbesondere einen vertikalen Überlaufdrain, der in einem
CCD-Bildwandler eingebaut ist, der in einen elektronischen
Verschluß-Betriebsmodus eingesetzt werden kann.
Beschreibung des Standes der Technik
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Eine ladungsgekoppelte Vorrichtung des Standes der Technik
mit Zwischenzeilentransfer wird zur Ausbildung eines
Bildwandlers verwendet, und der Bildwandler umfaßt im
wesentlichen ein Fotodiodenarray, das mit einer Vielzahl von
Vertikal-Schieberegistern verbunden ist, die jeweils durch eine
CCD-Vorrichtung ausgebildet sind, welche wiederum mit einem
Horizontal-Schieberegister gekoppelt ist, das ebenfalls
durch eine CCD-Vorrichtung ausgebildet ist. Der Bildwandler
wird in einen Akkumulations- und Auslese-Betriebsmodus
eingestellt, und ein optisches Bild wird während des
Akkumulations-Betriebsmodus in elektrische Ladungen umgewandelt.
Während die akkumulierten elektrischen Ladungen über die
Vertikal-Schieberegister in einer einzigen Vertikal-
Austastperiode aus dem Fotodiodenarray herausgelesen
werden, wird das nachfolgende optische Bild in frische
elektrische Ladungen umgewandelt. Entsprechend dem NTSC
(National Television System Commitee)-Farbsystem ist die
Akkumulationszeitdauer auf 1/60 Sekunde eingestellt, und aus
diesem Grunde reproduziert der Bildwandler ein optisches Bild
von einem sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Objekt
kaum, ohne das Bild auf dem Display verschwommen zu
erzeugen.
Um mit diesem Nachteil klarzukommen, wird ein
elektronischer Verschluß-Betriebsmodus zum Verkürzen der
effektiven Akkumulationszeitdauer vorgeschlagen.
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Ein solcher Bildwandler mit elektronischem
Verschluß-Betriebsmodus ist in einer Zeitschrift mit dem Titel "Video
Alpha", veröffentlicht durch die Photo Industry Publishing
Company, August 1987, Seiten 145-148, offenbart. Für ein
besseres Verständnis der Erfindung des Anmelders wird der
in der Zeitschrift offenbarte Bildwandler mit Bezug auf
Fig. 1 und 2 kurz beschrieben.
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Auf Fig. 1 der Zeichnungen Bezug nehmend umfaßt der
Bildwandler im wesentlichen ein Fotodiodenarray PD mit einer
Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneter Fotodioden,
einer Vielzahl von Vertikal-Schieberegistern VSR, die
jeweils mit den Spalten der Fotodioden gekoppelt sind, ein
Horizontal-Schieberegister HSR, das mit den
Vertikal-Schieberegister VSR gekoppelt ist und ein Überlaufdrain OFD, das
mit den gegenüberliegenden Enden der
Vertikal-Schieberegister VSR gekoppelt ist.
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Das Verhalten des in Fig. 1 gezeigten Bildwandlers wird mit
Bezug auf Fig. 2 beschrieben, in der das Zeitablaufdiagramm
für den Bildwandler mit dem elektronischen
Verschluß-Betriebsmodus mit einem Zeitablaufdiagramm für den
herkömmlichen Bildwandler ohne elektronischen Verschluß-Betriebmodus
verglichen wird. Der herkömmliche Bildwandler ohne
elektronischen Verschluß-Betriebsmodus wird von einem einzelnen
Leseimpuls RD ausgelöst und anschließend werden alle
elektronischen Ladungen synchron mit einer Reihe von Vertikal-
Übertragungsimpulsen VPL zwischen zwei
Vertikal-Austastperioden übertragen. Somit werden die akkumulierten
elektrischen Ladungen gleichzeitig von den Fotodioden gelesen,
und die elektrischen Ladungen werden nur in
Vorwärtsrichtung befördert.
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Andererseits wird der herkömmliche Bildwandler mit
elektronischem Verschluß-Betriebsmodus in Abhängigkeit von zwei
Leseimpulsen RD1 und RD2 ausgelöst, die in einer einzelnen
Vertikal-Austastperiode zum Ausführen eines elektronischen
Verschluß-Betriebsmodus intermittierend erzeugt werden.
Wenn der erste Leseimpuls RD1 auftritt, geben die
Fotodioden die jeweiligen unwirksamen elektrischen Ladungen an
die Vertikal-Schieberegister VSR ab, und die unwirksamen
elektrischen Ladungen werden bei Vorliegen der
Hochgeschwindigkeit-Rückübertragungsimpulse 21 zum Überlaufdrain
OFD abgeführt. Während des Abführens der unwirksamen
elektrischen Ladungen akkumulieren die Fotodioden PD frische
bzw. wirksame elektrische Ladungen bei Vorliegen eines
optischen Bildes. Bei Beendigung der Abführoperation tritt
der zweite Leseimpuls RD2 auf, um zuzulassen, daß die
Fotodioden PD die elektrischen Ladungen an die
Vertikal-Schieberegister VSR abgeben, und die Vertikal-Schieberegister
übertragen die wirksamen elektrischen Ladungen synchron zu
den Vertikal-Übertragungsimpulsen VPL nach außen. Somit
wird das optische Bild während einer Zeitperiode T1
zwischen dem ersten und dem zweiten Leseimpuls RD1 und RD2
wirksam in elektrische Ladungen umgewandelt. Die
Verschlußgeschwindigkeit ist jedoch durch die Zeitperiode T1 fest
definiert.
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Der so ausgebildete Bildwandler reagiert gut auf ein
optisches Bild, das von einem sich bewegenden Objekt geliefert
wird, jedoch kann der Bildwandler nicht auf eine Schwankung
der Beleuchtungsstärke antworten, da die
Verschlußgeschwindigkeit auf einen bestimmten Wert festgelegt ist.
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Um mit dem dem Bildwandler des in Fig. 1 gezeigten Typs
innewohnenden Nachteil klarzukommen, wird ein variabler
elektronischer Verschluß vorgeschlagen, und ein Bildwandler mit
variablem elektronischen Verschluß-Betriebsmodus ist in
Fig. 3 dargestellt. Der in Fig. 3 gezeigte Bildwandler
umfaßt ein Fotodiodenarray PD, eine Vielzahl von Vertikal-
Schieberegistern VSR, die alle durch eine CCD ausgeführt
sind, ein Horizontal-Schieberegister HSR, das ebenfalls
durch eine CCD ausgeführt ist, einen Überlaufdrain OFD und
eine Vielzahl von Akkumulationsspeichern AM, die jeweils in
Verbindung mit den Vertikal-Schieberegistern VSR vorgesehen
sind. Die Zeitperiode T1 ist variabel und reicht von 1/250
Sekunde bis zu 1/1000 Sekunde aufgrund der
Akkumulationsspeicher AM. Es sind jedoch zum Erhalt eines großen
Verschluß-Geschwindigkeitsbereichs eine große Anzahl an
Speicherstufen notwendig, und eine große Menge des vorhandenen
Platzes wird durch die Akkumulationsspeicher AM verbraucht.
Aus diesem Grunde ist eines der dem in Fig. 3 gezeigten
Bildwandler innewohnenden Probleme der größer gewordene
Halbleiterchip.
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Darüber hinaus sind die Akkumulationsspeicher AM
verantwortlich für ein auf einem zugeordneten Anzeigeschirm
wiedergegebenes verschwommenes Bild. Es muß nämlich, falls die
Anzahl der Speicherstufen zum Erhalt eines breiten
Verschluß-Geschwindigkeitsbereichs erhöht wird, der
Übertragungsimpuls frequenzerhöht werden, damit die
Übertragungsoperation innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode beendet
werden kann. Je mehr Speicherstufen ein desto geringerer
Betrag an elektrischen Ladungen, die von Stufe zu Stufe
übertragen werden. Dieses führt zu dem verschwommenen Bild
auf dem Anzeigeschirm.
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Noch ein anderer Bildwandler des Standes der Technik ist
von Hamazaki et al in "Interline Type CCD with High
Sensitivity Responsive to the Minimum Illuminance of 51x",
Nikkei Microdevices, Oktober 1987, Seiten 60 bis 67,
offenbart. Der von Hamazaki vorgestellte Bildwandler ist dazu
geeignet, in einem variablen elektronischen
Verschluß-Betriebsmodus eingebaut zu werden und ist gekennzeichnet
durch einen Vertikal-Überlaufdrain zum Abführen unwirksamer
elektrischer Ladungen in das Halbleitersubstrat, in dem der
Bildwandler ausgebildet ist. In dem mit dem
Vertikal-Überlaufdrain versehenen Bildwandler ist ein Lochakkumulator
unterhalb von Fotodioden vorgesehen, und ein dem
Halbleitersubstrat zugeführter Vorspannungspegel wird zwischen dem
Akkumulationsmodus für elektrische Ladungen und einem
elektronischen Verschluß-Betriebsmodus verschoben. In dem
Akkumulations-Betriebsmodus für elektrische Ladungen tritt eine
Potentialsperre zwischen den Fotodioden und dem
Halbleitersubstrat auf, so daß elektrische Ladungen, die bei
Vorliegen einer optischen Strahlung erzeugt werden, so gut wie
nicht über die Potentialsperre entkommen können. Fall
jedoch der Vorspannungspegel am Halbleitersubstrat für den
elektronischen Verschluß-Betriebsmodus geändert wird, wird
die Potentialsperre entfernt, so daß die elektrischen
Ladungen in das Halbleitersubstrat abgegeben werden.
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Jedoch begegnet dem Bildwandler des Standes der Technik,
der mit dem Vertikal-Überlaufdrain versehen ist, ein
Problem darin, daß häufiger eine Ladungsunregelmäßigkeit
auftritt. Im einzelnen sollten die Maximalbeträge, der in den
jeweiligen Fotodioden akkumulierten elektrischen Ladungen
genau kontrollierbar sein, da die in den Fotodioden
akkumulierten elektrischen Ladungen bei Ansteigen des
Vorspannungspegels auf einen extrem hohen Pegel vollständig
abgeführt werden. Das bedeutet, daß die Steuerabhängigkeit des
Maximalbetrages der akkumulierten elektrischen Ladungen
unter dem Aspekt des Vorspannungspegels am Halbleitersubstrat
gesteigert werden sollte, falls jedoch die
Steuerabhängigkeit unter dem Aspekt des Vorspannungspegels am
Halbleitersubstrat gesteigert wird, werden die an die Fotodioden
gekoppelten Kapazitäten erhöht, und Unregelmäßigkeiten in der
Kapazität können auftreten, da eine Gleichförmigkeit der
Störstellenkonzentration kaum über das ganze
Halbleitersubstrat erreicht wird. Dieses führt zu der Unregelmäßigkeit
des Sättigungspegels, welcher wiederum zu einer
Verschlechterung der Anti-Überstrahlung-Charakteristika führt.
Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist deshalb eine wichtige Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Bildwandler zu schaffen, der auf einem
relativ kleinen Halbleiterchip gefertigt ist.
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Es ist ebenfalls eine wichtige Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Bildwandler zu schaffen, der ein scharfes
Bild auf einem zugeordneten Anzeigeschirm reproduzieren
kann.
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Es ist eine weitere wichtige Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Bildwandler zu schaffen, der einen variablen
elektronischen Verschluß-Betriebsmodus ohne Verwendung
eines extrem hohen Spannungspegels an einem
Halbleitersubstrat erreicht.
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Um diese Aufgaben zu lösen, läßt die vorliegende Erfindung
das Durchgreif-Spannungsphänomen auftreten, um die
elektrischen Ladungen in das Substrat abzuführen, wobei dann der
Spannungspegel an der Lichtabschirmplatte auf einen
bestimmten Spannungspegel verschoben wird, um viele
elektrische Ladungen zu erzeugen.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein
CCD-Bildwandler mit Zwischenzeilentransfer auf einem
Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps mit
mindestens einem elektronischen Verschluß-Betriebsmodus und
einem Ladungstransfer-Betriebsmodus ausgebildet, mit: a)
einer Vielzahl von fotoempfindlichen Elementen, die in
Zeilen und Spalten angeordnet sind, um wirksame elektrische
Ladungen im elektronischen Verschluß-Betriebsmodus und
unwirksame elektrische Ladungen außerhalb des elektronischen
Verschluß-Betriebsmodus bei Vorliegen eines optischen
Bildes zu sammeln, wobei die fotoempfindlichen Elemente durch
entsprechende Störstellenbereiche des ersten
Leitfähigkeitstyps ausgebildet sind, die in einem Raumbereich eines
zweiten Leitfähigkeitstyps definiert sind, die in dem
Halbleitersubstrat vorgesehen sind, wobei der zweite
Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zum ersten Leitfähigkeitstyp ist;
b) einer Vielzahl von vertikalen Schieberegistern, die
jeweils mit den Spalten von fotoempfindlichen Elementen
verbunden sind, um die wirksamen elektrischen Ladungen von den
fotoempfindlichen Elementen beim Vorliegen eines
Auslesesignals zu empfangen, welches in einer vertikalen
Austastzeitperiode produziert wird, und um die wirksamen
elektrischen Ladungen in Antwort auf ein vertikales Vielphasen-
Übertragungssignal im Ladungstransfer-Betriebsmodus zu
übertragen, wobei die vertikalen Schieberegister in dem
Raumbereich ausgebildet sind; c) einem horizontalen
Schieberegister, das mit den vertikalen Schieberegistern
verbunden ist, um die wirksamen elektrischen Ladungen, die von
den vertikalen Schieberegistern in Antwort auf ein
horizontales Vielphasen-Transfersignal zugeführt wurden, zu
übertragen; d) einer leitfähigen Lichtabschirmplatte, die über
dem Raumbereich vorgesehen ist und eine Öffnung aufweist,
die die fotoempfindlichen Elemente den optischen Bildern
aussetzt; und e) einer Vorspannung-Steuereinheit, die in
Antwort auf ein vertikales Treibersignal und ein
horizontales Treibersignal ein erstes Vorspannungssignal erzeugt,
welches zur Lichtabschirmplatte zugeführt wird und ein
zweites Vorspannungssignal, das dem Halbleitersubstrat
zugeführt wird, wobei das erste Vorspannungssignal seinen
Spannungpegel zu einem ersten Zeitpunkt von einem ersten
Pegel auf einen zweiten Pegel verschiebt und zu einem
zweiten Zeitpunkt vom zweiten Pegel auf den ersten Pegel, wobei
das zweite Vorspannungssignal kurzzeitig seinen
Spannungspegel zwischen einem dritten Pegel und einem vierten Pegel
zu einem dritten Zeitpunkt verschiebt, um so zuzulassen,
daß zwischen dem Halbleitersubstrat und den
fotoempfindlichen Elementen zum Entladen der unwirksamen elektrischen
Ladungen in das Halbleitersubstrat ein Durchgreifphänomen
auftritt, wobei der Bildwandler zwischen dem dritten
Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt in den elektronischen
Verschluß-Betriebsmodus tritt, wobei der erste Pegel die
Produktion von unwirksamen elektrischen Ladungen beschränkt,
aber der zweite Pegel die Produktion der wirksamen
elektrischen Ladungen fördert.
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In der mitanhängenden europäischen Anmeldung EP-A-0 365 00,
die unter Artikel 54 (3) EPC fällt, wird ein Durchgreifen
in einem Vertikal-Überlaufdrain verwendet, um die
unwirksamen elektrischen Ladungen zu entfernen, wobei der
elektronische Verschluß-Betriebsmodus in der Periode ausgeführt
wird, die sich von den ersten Rückläufen der der
Lichtabschirmplatte und dem Halbleitersubstrat zugeführten ersten
und zweiten Vorspannungsimpulse zu dem Leseimpuls
erstreckt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die Merkmale und Vorteile eines Bildwandlers gemäß der
vorliegenden Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung in
Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser
verstanden. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Draufsicht, die das Layout eines mit einem
elektronischen Verschluß-Betriebsmodus versehenen
Bildwandlers wiedergibt;
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Fig. 2 ein Diagramm, das die Wellenformen wesentlicher
Signale in zusammengesetzter Weise zeigt, welche in
dem Bildwandler mit dem elektronischen
Verschluß-Betriebsmodus und einem Bildwandler ohne einem
elektronischen Verschluß-Betriebsmodus erzeugt werden;
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Fig. 3 eine Draufsicht, die das Layout eines anderen
Bildwandlers des Standes der Technik mit einem variablen
elektronischen Verschluß-Betriebsmodus zeigt;
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Fig. 4 eine Ansicht, die in einer Modellform die Ausbildung
eines Bildwandlers zeigt, der in Übereinstimmung mit
einem Prinzip ausgebildet ist, auf dem die
vorliegende Erfindung basiert;
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Fig. 5 eine graphische Darstellung, die den
Ausgangsspannungspegel des in Fig. 4 gezeigten Bildwandlers in
Abhängigkeit von dem Spannungspegel an der Licht
abschirmplatte zeigt;
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Fig. 6 eine graphische Darstellung, die den
Ausgangsspannungspegel des in Fig. 4 gezeigten Bildwandlers in
Abhängigkeit von dem Spannungspegel an dem
Halbleitersubstrat zeigt;
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Fig. 7 eine Ansicht im Querschnitt eines Bildwandlers, der
die durch die elektrischen Kraftlinien von der
Lichtabschirmplatte beeinflußte Fotodiode zeigt;
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Fig. 8 ein Blockdiagramm, das die Ausbildung eines
Bildwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 9 eine Ansicht, die den Aufbau eines Teils des mit der
Vorspannung-Steuereinheit verbundenen Bildwandlers
zeigt;
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Fig. 10 ein Zeitablaufdiagramm, das die wesentlichen
Signale, die in dem in Fig. 9 gezeigten Bildwandler
erzeugt werden, zeigt;
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Fig. 11 ein Zeitablaufdiagramm, das einen Teil der
wesentlichen Signale zeigt, um so die Beziehung zwischen
dem ersten und dem zweiten Vorspannungssignal und
der Horizontal-Austastperiode zu beschreiben;
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Fig. 12 eine Ansicht, die die Ausbildung einer weiteren
Vorspannung-Steuerschaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt; und
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Fig. 13 ein Zeitablaufdiagramm, das das erste und zweite
Vorspannungssignal zeigt, die in der in Fig. 12
gezeigten Vorspannung-Steuerschaltung erzeugt werden.
Das Prinzip, auf dem die vorliegende Erfindung basiert
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Bezug nehmend auf Fig. 4 der Zeichnungen wird ein
Bildwandler auf einem n-Halbleitersubstrat 50 gefertigt, und in dem
Halbleitersubstrat 50 ist eine p-Quelle 51 ausgebildet, in
der zwei n-Störstellenbereiche 52 und 53 ausgebildet und
voneinander durch einen stark dotierten
p-Störstellenbereich 54 getrennt sind. Der n-Störstellenbereich 52 liefert
zusammen mit der p-Quelle 51 eine Fotodiode, und der n-
Störstellenbereich 53 dient als eine einzelne
Übertragungsstufe eines Vertikal-Schieberegisters. Der
n-Störstellenbereich 52, die p-Quelle 51 und das n-Halbleitersubstrat 50
bilden als Kombination eine n-p-n-Struktur für einen
Vertikal-Überlaufdrain OFD. Stark dotierte p-Störstellenbreiche
55 und 56 liefern jeweils Kanalsperren. Die Oberseite des
Halbleitersubstrats 50 ist mit einem Isolierfilm 57 eines
Siliziumoxids abgedeckt, und eine Übertragungselektrode 58
ist in dem Isolierfilm 57 ausgebildet. Die
Übertragungselektrode 58 wird mit einem Lesesignal versorgt, und eine
Lichtabschirmplatte 59 ist auf dem Isolierfilm 57
vorgesehen. Die Lichtabschirmplatte 59 setzt die Fotodioden einer
ein Bild tragenden optischen Strahlung aus, der andere
Bereich ist jedoch mit der Lichtabschirmplatte 59 abgedeckt.
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Die Fotodiode wird im Betrieb vollständig entleert, und
eine erdfreie Lichtabschirmplatte kann instabil sein. Dies
ist einer der Gründe, warum die Lichtabschirmplatte 59, wie
in Fig. 4 gezeigt, unter Vorspannung gesetzt werden muß.
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Nun angenommen, daß die Lichtabschirmplatte 59 und das
Halbleitersubstrat 50 jeweils mit einem variablen
Widerstand VR1 und VR2 gekoppelt ist, ist ein
Ausgangsspannungspegel Vccd des Bildwandlers direkt proportional zu dem
Vorspannungspegel Vps an der Lichtabschirmplatte 59 unter
konstantem Vorspannungspegel Vsub an dem Halbleitersubstrat
50, wird aber mit Zunahme des Vorspannungspegels Vsub am
Halbleitersubstrat 50 unter konstantem Vorspannungspegel
Vps an der Lichtabschirmplatte 59 verringert. Fig. 5 zeigt
den Ausgangsspannungspegel Vccd des Bildwandlers in
Abhängigkeit von dem Vorspannungspegel Vps an der
Lichtabschirmplatte 59 unter dem Vorspannungspegel Vsub von etwa 10
Volt. Andererseits ist die Beziehung zwischen dem
Ausgangsspannungspegel Vccd und dem Vorspannungspegel Vps in Fig. 6
dargestellt. Die Eigenschaften der Vorspannung Vsub und der
Ausgangsspannung Vccd werden ferner durch den
Vorspannungspegel Vps an der Lichtabschirmplatte 59 beeinflußt.
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Der Grund, warum der Ausgangsspannungspegel Vccd direkt
proportional zu dem Vorspannungspegel Vps ist, ist der, daß
der Betrag der in einer Fotodiode 91 akkumulierten
elektrischen Ladungen durch die sich von einer Lichtabschirmplatte
92 ausdehnenden elektrischen Kraftlinien EL beeinflußt
wird, wie in Fig. 7 gezeigt wird. Dieses Phänomen leitet
sich von der Tatsache ab, daß eine relative Flächenöffnung
in der Lichtabschirmplatte 92 so klein ist und die
Lichtabschirmplatte 59 so dick ist, daß die elektrischen
Kraftlinien EL die Oberfläche der Fotodiode 91 vollständig
überdecken, was der Lichtabschirmplatte 92 erlaubt, trotz der
Öffnung 93 die Fotodiode 91 abzudecken.
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Wie vorstehend beschrieben, ist der Vertikal-Überlaufdrain
OFD in der n-p-n-Struktur ausgebildet, und ein
Durchgreifphänomen findet unter Auswahl der Vorspannungspegel Vps und
Vsub statt, da der Übergang zwischen dem
n-Störstellenbereich 52 und p-Quelle aufgrund der Kombination der wegen
der Vorspannungspegel Vps und Vsub vorliegenden Kapazitäten
im Potentialpegel festgelegt ist. Falls das
Durchgreifphänomen auftritt, werden die in dem Fotodiode akkumulierten
elektrischen Ladungen in das Halbleitersubstrat abgeführt.
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Somit wird der Vertikal-Überlaufdrain OFD durch die
einfache n-p-n-Struktur ohne irgendeine Lochakkumulationsschicht
eingesetzt, und aus diesem Grunde ist der Bildwandler gemäß
der vorliegenden Erfindung leicht zu fertigen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
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Bezug nehmend auf Fig. 8 der Zeichnungen ist ein
Bildwandler gemäß der vorliegenden Erfindung auf einem
n-Siliziumsubstrat 100 gefertigt und umfaßt eine Vielzahl von
lichtempfindlichen Elementen, die durch Fotodioden pD11, PD1n,
..., PDm1 und PDmn verwirklicht werden, eine Vielzahl von
Vertikal-Schieberegistern VR1 bis VRn, die jeweils mit den
Spalten der Fotodioden PD11 bis PDmn verbunden sind, ein
Horizontal-Schieberegister HR, das an die
Vertikal-Schieberegister VR1 bis VRn gekoppelt ist und ein
Vertikal-Überlaufdrain OFD, was alles nachfolgend im Detail beschrieben
wird. In diesem Fall werden alle die
Vertikal-Schieberegister VRI bis VRn und das Horizontal-Schieberegister HR
jeweils durch CCDs ausgeführt.
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Der so ausgebildete Bildwandler ist mit einer
Impulserzeugerschaltung 101 sowie mit einer Vorspannung-Steuereinheit
102 verbunden, und die Impulserzeugerschaltung liefert ein
Vielphasen-Vertikalübertragungs-Impulssignal VPL und ein
Vielphasen-Horizontalübertragungs-Impulssignal HPL jeweils
an die Vertikal-Schieberegister VR1 bis VRn und an das
Horizontal-Schieberegister HR. Die Vorspannung-Steuereinheit
102 ist abhängig von einem Vertikal-Treibsignal VD und
einem Horizontal-Treibsignal HD und erzeugt jeweils ein
erstes Vorspannungssignal Vps und ein zweites
Vorspannungssignal Vsub. Das erste Vorspannungssignal Vps wird der
leitfähigen Lichtabschirmplatte zugeführt, das zweite
Vorspannungssignal Vsub wird aber dem Siliziumsubstrat 100
zugeführt.
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Zu Fig. 9 der Zeichnungen kommend, ist eine p-Quelle 110 in
dem Siliziumsubstrat 100 ausgebildet, und zwei
n-Störstellenbereiche 111 und 112 sind in der p-Quelle in einem durch
einen p-Störstellenbereich 113 gehaltenen Abstand
zueinander ausgebildet. Der n-Störstellenbereich 111 bildet eine
der Fotodioden PD11 bis PDmn zusammen mit der p-Quelle 110,
der n-Störstellenbereich 112 liefert aber eine der Stufen
des Vertikal-Schieberegisters VR. Obwohl in Fig. 9 nicht
dargestellt, ist eine große Anzahl von
n-Störstellenbereichen für die Fotodioden PD11 bis PDmn und die Vertikal- und
Horizontal-Register VR1 bis VRn und HR ausgebildet. Auf
beiden Seiten der Kombination von Fotodiode und Vertikal-
Schieberegister VR sind weiter stark dotierte
Störstellenbereiche 114 und 115 vorgesehen, die jeweils als
Kanalsperren dienen. Das n-Siliziumsubstrat 100, die p-Quelle 110
und jeder der n-Störstellenbereiche, wie beispielsweise der
Bereich 111, als Ganzes, liefern eine n-p-n-Struktur, die
als ein Vertikal-Überlaufdrain OFD dient.
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Die gesamte Struktur ist mit einem Isolierfilm 116 aus
einem Siliziumoxid überdeckt und eine Elektrode 117
umfassende Übertragungselekroden sind in dem Isolierfilm 116
ausgebildet. Die Übertragungselektroden, wie beispielsweise
die Elektrode 117, sind mit der Impulserzeugungseinheit 101
gekoppelt, und das
Multiphasen-Vertikalübertragungs-Impulssignal VPL wird dieser periodisch zugeführt. Auf dem
Isolierfilm
116 ist eine leitfähige Lichtabschirmplatte 118
ausgebildet, die mit der Vorspannung-Steuereinheit 102
gekoppelt ist, so daß das erste Vorspannungssignal Vps der
leitfähigen Lichtabschirmplatte 118 zugeführt wird.
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Die Vorspannung-Steuerschaltung 102 umfaßt drei monostabile
Multivibratorschaltungen MM1, MM2 und MM3, eine
D-Sperrschaltung DFF und zwei Verstärkerschaltungen AM1 und AM2.
Das Vertikal-Treibimpulssignal VD wird von der
Impulserzeugungsschaltung 101 an den Eingangsknoten der ersten
monostabilen Multivibratorschaltung MM1 geleitet, und das
Hochpegel-Ausgangssignal wird für eine vorbestimmte Zeitdauer
erzeugt. Das Hochpegel-Ausgangssignal wird der zweiten
monostabilen Multivibratorschaltung MM2 zugeführt, und die
zweite monostabile Multivibratorschaltung MM2 erzeugt
ebenfalls ein Hochpegel-Ausgangssignal, welches dem
D-Eingangsknoten der Sperrschaltung DFF zugeführt wird. Wenn die
Sperrschaltung DFF mit dem Horizontal-Treibimpulssignal HD
getriggert wird, wird das Hochpegel-Ausgangssignal der
zweiten monostabilen Multivibratorschaltung MM2 durch die
D-Sperrschaltung gesperrt, um so ein
Hochpegel-Ausgangssignal an dessen Ausgangsknoten Q zu erzeugen. Das
Hochpegel-Ausgangssignal an dem Knoten Q wird der ersten
Verstärkerschaltung AM1 und der dritten monostabilen
Multivibratorschaltung MM3 zugeführt. Die erste Verstärkerschaltung
wird mit dem Hochpegel-Ausgangssignal der Sperrschaltung
DFF versorgt und erzeugt das zweite Vorspannungssignal
Vsub. Auf der anderen Seite erzeugt die dritte monostabile
Multivibratorschaltung MM3 ein Hochpegel-Ausgangssignal für
eine vorbestimmte Zeitdauer, und das
Hochpegel-Ausgangssignal bewirkt, daß die zweite Verstärkerschaltung AM 2 das
erste Vorspannungssignal Vps erzeugt.
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Das Verhalten des Bildwandlers wird mit Bezug auf Fig. 10
und gleichzeitig mit Fig. 11 beschrieben. Die
Impulserzeugungsschaltung 101 erzeugt das
Vertikal-Übertragungsimpulssignal
VPL zwischen zwei Vertikal-Austastzeiten, und das
Vertikal-Treibimpulssignal VD wird der ersten monostabilen
Multivibartorschaltung MM1 zugeführt. Die erste und die
zweite monostabile Multivibratorschaltung MM1 und MM2
werden kaskadenartig aktiviert, die D-Sperrschaltung DFF
erzeugt aber niemals das Hochpegel-Ausgangssignal, bis nicht
das Horizontal-Treibsignal HD an dessen Taktknoten
auftritt. Wie aus Fig. 11 verständlich wird, wird die
D-Sperrschaltung DFF mit dem Horizontal-Treibsignal HD in der
Horizontal-Austastperiode HBLK getriggert, und das Hochpegel-
Ausgangssignal der zweiten monostabilen
Multivibratorschaltung MM2 wird durch die D-Sperrschaltung DFF gesperrt,
dann, zum Zeitpunkt t10 verschiebt die erste
Verstärkerschaltung AM1 das zweite Vorspannungssignal Vsub in einen
extrem hohen positiven Spannungspegel. Das
Hochpegel-Ausgangssignal der D-Sperrschaltung DFF wird ferner der
dritten monostabilen Multivibratorschaltung MM3 zugeführt, so
daß die dritte monostabile Multivibratorschaltung MM3 der
zweiten Verstärkerschaltung AM2 gestattet, das erste
Vorspannungssignal Vps von einem negativen niedrigen
Spannungspegel zu einem positiven hohen Spannungspegel zu
verschieben der der Lichtabschirmplatte 118 zugeführte
positive Hochspannungspegel fördert die Produktion der
elektrischen Ladung; der negative niedrige Spannungspegel schränkt
jedoch die fotoelektrische Umwandlung ein. In diesem Fall
betragen der positive Hochspannungspegel und der negative
Niedrigspannungspegel etwa +8 Volt bzw. -8 Volt. Wenn das
zweite Vorspannungssignal Vsub zu dem extrem hohen
Spannungspegel ansteigt, tritt das Durchgreifphänomen in dem
Vertikal-Überlaufdrain OFD auf, und unwirksame elektrische
Ladungen werden von den Fotodioden PD11 bis PDmn an das
Siliziumsubstrat 100 abgegeben. Das Durchgreifphänomen tritt
unter der Einwirkung des ersten Vorspannungspegels Vps des
negativen Niedrigspannungspegels auf, und der extrem hohe
Spannungspegel von etwa +20 Volt genügt, um die unwirksamen
elektrischen Ladungen in das Siliziumsubstrat 100
abzuführen.
Das zweite Vorspannungssignal Vsub wird durch einen
gewöhnlichen Spannungspegel von etwa 10 Volt bei Beendigung
der Abführoperation zurückgewonnen.
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Wenn das erste Vorspannungssignal Vps auf den positiven
Hochspannungspegel ansteigt, wird der Bildwandler in einen
elektronischen Verschluß-Betriebsmodus versetzt. Falls ein
Leseimpulssignal RD zu einem Zeitpunkt t11 auftritt, wird
der elektronische Verschluß-Betriebsmodus beendet. Der
elektronische Verschluß-Betriebsmodus setzt sich über eine
Zeitdauer TP fort. Wie vorher beschrieben, werden, da der
zweite Vorspannungspegel Vsub des extrem hohen
Spannungspegels zuläßt, daß die unwirksamen elektrischen Ladungen
durch den Vertikal-Überlaufdrain OFD hindurchgehen, frische
bzw. wirksame elektrische Ladungen in dem elektrischen
Verschluß-Betriebsmodus akkumuliert, und die wirksamen
elektrischen Ladungen werden zu einem Zeitpunkt t11 bei
Vorhandensein des Lesesignals RD an die Vertikal-Schieberegister
herausgelesen. Kein unerwünschter Noise tritt auf einem
zugeordneten Anzeigeschirm auf, weil der erste
Vorspannungspegel Vps in der Horizontal-Austastperiode HBLK verschoben
wird.
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Nach einer bestimmten Zeitdauer wird das
Hochpegel-Ausgangssignal der dritten monostabilen Multivibratorschaltung
MM3 wieder auf den niedrigen Spannungspegel gebracht, und
demgemäß wird das erste Vorspannungssignal Vps auf den
negativen Niedrigspannungspegel verschoben. Es ist
wünschenswert, daß das erste Vorspannungssignal Vps auf den
negativen Niedrigspannungspegel zurückgebracht wird, nach der
Erzeugung des Lesesignals RD aber in der
Vertikal-Austastperiode, weil der Wechsel ursächlich für das unerwünschte
Rauschen ist. Die Verschlußgeschwindigkeit ist variabel,
weil das zweite Vorspannungssignal synchron mit dem
Horizontal-Treibsignal HD ansteigt. In diesem Fall reicht die
Verschlußgeschwindigkeit von 1/60 Sekunde bis weniger als
1/1000 Sekunde.
Zweite Ausführungsform
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Zu Fig. 12 kommend, wird ein weiterer Bildwandler
dargestellt, und die Komponentenbereiche und Elemente desselben
werden durch die gleichen in Fig. 9 benutzten Bezugszeichen
ohne eine Beschreibung bezeichnet.
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Der in Fig. 12 gezeigte Bildwandler ist mit einer
Vorspannung-Steuerschaltung 200 verbunden, welche drei monostabile
Multivibratorschaltungen MM11, MM12 und MM13, eine
D-Sperrschaltung DFF, eine Verzögerungsschaltung DL und zwei
Verstärkerschaltungen AM11 und AM12 umfaßt. Die
Verzögerungsschaltung führt eine Zeitverzögerung in der Ausbreitung des
Hochpegel-Ausgangssignals der D-Sperrschaltung DFF um ein
Zeitintervall T20 zwischen zwei Horizontal-Austastperioden
ein, und aus diesem Grunde tritt das zweite
Vorspannungssignal Vsub in einer ersten Horizontal-Austastperiode HBLK
1 auf, das erste Vorspannungssignal Vps verschiebt aber
seinen Spannungspegel in die nachfolgende Horizontal-
Austastperiode HBLK 2. Das erste Vorspannungssignal Vps
wird in der Vertikal-Austastperiode VBLK wiedererhalten, so
daß der elektronische Verschluß-Betriebsmodus sich über
eine Zeitdauer T21 fortsetzt.