DE2533405A1 - Verfahren zum verschachtelten auslesen einer anordnung ladungsgekoppelter stufen - Google Patents

Description

RCA 68,561 21. Juli 1975

U.S.Serial No. 491,812 7828-75 / Dr.v.B./bgr

Filing Date: 25 July 1974 2533405

RCA-Corporation, New York, N.Y., V.St.A

Verfahren zum verschachtelten Auslesen einer Anordnung ladungsgekoppelter Stufen

Ein verschachteltes Auslesen der Signalverteilung aus einer mit Ladungsübertragung arbeitenden Bildaufnahmeeinrichtung, insbesondere einer ladungsgekoppelten Einrichtung dieser Art ist wegen der Verbesserung der Auflösung und der Verringerung von Moiremustereffekten vorteilhaft.

Durch die vorliegende Erfindung sollen Verfahren und Einrichtungen zum verschachtelten Auslesen, insbesondere zum Vertikal- und/oder Horizontal-verschachtelten Auslesen von Signalverteilungen und dergleichen angegeben werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, dabei werden weitere Merkmale, Vorteile und Ziel der Erfindung zur Sprache kommen. Bei einem Ausführungsbeispiel sind zusätzliche Maßnahmen zur Verringerung von überstrahlungen ("Aufblühen") vorgesehen.

Es zeigen:

509886/0938

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten ladungsgekoppelten Bildaufnahmeeinrichtung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Teil eines Kanals der Einrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3a, Fig. 3b und Fig. 3c: eine schematische Darstellung, wie bei einer Einrichtung gemäß der Erfindung eine vertikale Verschachtelung erreicht werden kann;

Fig. 4 eine zur weiteren Erläuterung der Vertikalverschachtelung dienende Darstellung von Elektroden und Oberflächenpotent ialprofilen;

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Verlaufes von Signalen, die beim Betrieb der in Fig. 4 dargestellten Einrichtung verwendet werden;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Einrichtung, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden kann, um eine Horizontalverschachtelung zu erzielen;

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Elektrodenstruktur für ein Ausgangsregister der Einrichtung gemäß Fig. 6 und von Potentialprofilen, die während des Betriebes auftreten;

Fig. 8 eine etwas vereinfachte, realistischere Darstellung des Aufbaues eines Ausgangsregisters, wie es zur KeaJiisierung der vorliegenden Erfindung verwendet WÄE"dejia kann;

SOiSSi/Ö

Fig. 9 eine graphische Darstellung des Verlaufes von Signalen, wie sie im Betrieb von Ausführungsbeispielen der Erfindung auftreten, und

Fig.10 eine schematische Darstellung von einer Elektrodenstruktur und Potentialprofilen, die bei einer Ausführungsform der Erfindung auftreten, welche einen gewissen Grad von Überstrahlungskontrolle gewährleistet.

Die in Fig. 1 dargestellte bekannte Einrichtung kann als ladungsgekoppelte Einzelbild- oder Rasterübertragungsbildaufnahmeeinrichtung bezeichnet werden und enthält eine photoempfindliche Anordnung oder Matrix 10, eine Temporäroder Zwischenspeichermatrix 12 mit der gleichen Anzahl von Plätzen wie die Matrix 10, und ein Ausgangsregister 14, das ebensoviele Stufen hat, wie die Matrizen 10 und 12 Spalten. Die Matrizen 10, 12 und das Ausgangsregister 14 werden manchmal auch als A, B- bzw. C-Register bezeichnet. Bei dem dargestellten Zweiphasensystem enthält jede Stufe oder jeder Platz zwei Elektrodenanordnungen K und L. Wie Fig. 2 zeigt, kann eine Elektrodenanordnung, wie die Elektrodenanordnung K, bei nur zwei Phasensystemen zwei Elektroden k,. und k₂ enthalten. Die Elektrode k₂ kann aus polykristallinen* oder Polysilicium, und die Elektrode k.. aus Polysilicium oder Aluminium bestehen und beide Elektroden werden mit derselben Phasenspannung 3>, beaufschlagt. Die Elektrodenanordnung L ist entsprechend aufgebaut und wird durch die andere Phasenspannung Φ ₂ gesteuert. Hinsichtlich der Einrichtungen gemäß dieser und den folgenden Figuren wird angenommen, daß das Substrat η-leitend ist, man kann selbstverständlich statt dessen auch ein p-leitendes Substrat verwenden, wenn man die Betriebsspannungen entsprechend wählt.

509886/0938

Bei konventionellem, ohne vertikale oder horizontale Verschachtelung arbeitenden Betrieb kann die Elektrodenanordnung K während der sogenannten "Integrationszeitspanne", die in der Photographie der Belichtungszeit entspricht, auf einem solchen Spannungswert gehalten werden, daß bei der Oberfläche des Subtrats Potentialmulden erzeugt werden. Die Elektrodenanordnung L kann auf einem solchen Spannungswert gehalten werden, daß zwischen den Potentialmulden Potentialberge oder Potentialbarrieren entstehen. Der übergang von Ladungen aus einem Kanal in den nächsten Kanal wird durch nicht gesondert dargestellte "Kanalsperren¹¹ verhindert. Unter diesen Umständen bewirkt eine Strahlungsenergieverteilung, z.B. ein Bild aus sichtbarem oder infrarotem Licht, die auf die Matrizen fällt, daß in den jeweiligen Photosensorplätzen Ladungen erzeugt und angesammelt werden, die Ladungssignale darstellen. Die Anzahl der sich während der Integrationszeit an den verschiedenen Plätzen ansammelnden Ladungsträger ist proportional dem Betrag der den betreffenden Platz erreichenden Strahlungsenergie und damit wiederum proportional der Strahlungsintensität und der Dauer der Integrationszeit. Die Matrix 12 und das Register 14 sind abgeschirmt, so daß die Strahlung diese Anordnungen nicht erreichen kann.

Am Ende der Integrationszeit werden die Ladungsträger von der Photosensor-Matrix 10 in die Zwischenspeicher-Matrix 12 übergeführt. Diese überführung erfolgt bei dem dargestellten Beispiel durch Verschiebung mittels zweier Gruppen von Phasenspannungen $_A1, $_A2> ^Φβ1' ^ΦΒ2 ^^mit P^raktisch dergleichen Gatterstruktür wäre auch ein Vierphasenbetrieb möglich). Während des Verschiebungsvorganges sind $>.. = $>.. und $>₂ ⁼ Φ_β2. Nachdem die durch die Matrix 10 wahrgenommene Information als Ganzes in die Zwischenspeichermatrix 12 verschoben worden ist, wird sie jeweils Zeile für Zeile (oder Reihe für Reihe)

509685/0938

von der Zwischenspeichermatrix 12 in das Ausgangsregister 14 verschoben. Während die Signale von der Zwisehenspeiehermatrix 12 in das Ausgangsregister 14 verschoben werden, kann die Photosensor-Matrix wieder in den aufnahmebereiten Zustand gebracht werden und ein Lichtbild empfangen.

Die Verschiebung des Inhalts der Zwischenspeichermatrix 12 in das Ausgangsregister 14 wird durch die Zweiphasenspannungen Φ_β-, Φ_β2 bewirkt. Nachdem die einzelnen Zeilen von der Zwischenspeichermatrix 12 parallel in das Ausgangsregister verschoben worden sind, werden sie jeweils durch zwei verschiedenphasige Spannungen $_cl, Φ_₂ vom Ausgangsregister 14 serienmäßig auf eine Ausgangsleitung 20 übertragen. Die letzterwähnten Spannungen haben selbstverständlich eine viel höhere Frequenz als die zweiphasigen Spannungen Φ_β1, Φ_Β2' ^so ^^aß eine Entleerung des Ausgangsregister 14 vor dem Eintreffen der nächsten Informationszeile gewährleistet ist.

In der Praxis kann der Inhalt der Photosensormatrix 10 in die Zwischenspeichermatrix 12 während einer Zeitspanne verschoben werden, die der Vertikalaustastzeit beim körnerζiellen Fernsehen entspricht, d.h. während einer Zeitspanne von z.B. 900 ]xs. Das Speichern der Information im Ausgangsregister 14 kann z.B. 10 us dauern und der Zeilenrücklaufzeit entsprechen und das bitweise Verschieben seines Inhalts zur Ausgangsklemme kann während einer Zeilenperiode (z.B. 50 \is) erfolgen.

Die vertikale Verschachtelung der aus der Einrichtung gemäß Fig. 1 herausgelesenen Information kann ähnlich erfolgen, wie es in der Veröffentlichung "Charge-Coupled Imaging Devices" IEEE, Trans-Elec. Devices, Vol. ED-20, No. 6, Juni 1973, beschrieben ist. Während jeder zweiten Bild- oder Rasterperiode findet eine Ladungsintegration unter der Elektroden-

$09866/0939

anordnung K statt, während die Elektrodenanordnung L auf einer solchen Spannung gehalten wird, daß Barrieren zwischen den K-Elektrodenanordnungen entstehen. Nach der Ansammlung von Ladungen während der Integrationszeit werden diese Ladungen in ihrer Gänze von der Matrix 10 in die Matrix 12 und dann von letzterer zeilenweise in das Ausgangsregister 14 verschoben, wie bereits erläutert wurde.

Während des Auslesens der Zwischenspeichermatrix 12 läßt man in der Photosensormatrix 10 sich ein zweites Raster von Information ansammeln. Während dieses zweiten Rasters oder Teilbildes sammeln sich die Ladungen nun unter dem L-Elektrodenanordnungen, anstatt unter den K-Elektrodenanordnungen an und letztere werden auf einer Spannung gehalten, die Barrieren zwischen den L-Elektrodenanordnungen entstehen läßt.

Bei der oben beschriebenen Einrichtung hat das Ausgangsregister 14 ebensoviele Stufen, wie die Matrix Spalten hat, gleichgültig ob mit Vertikalverschachtelung gearbeitet wird oder nicht. Bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung hat die Anordnung also Q-Spalten und das Ausgangsregister 14 hat Q-Stufen. Die Information aus der I-ten Spalte der Anordnung oder Matrix wird in die i-te Registerstufe verschoben, wobei i eine ganze Zahl mit dem Wert 1,2, 3 ...Q äst.

Fig. 3 zeigt schematisch, wie die Vertikalverschachtelung bewirkt wird. Jede Elektrodenanordnung ist durch einen einzigen Block dargestellt, wobei der Hauptteil des Blockes, unter dem die Ladungsansammlung stattfindet, mit k„ oder 1_ und ein kleiner Teil jedes Blockes, unter dem die Potentialwelle oder Barrieren gebildet werden, mit k.. oder I₁ bezeichnet sind. Fig. 3a zeigt die Verhältnisse während der Ladungs-

integrationszext. Fig. 4 zeigt das Gleiche bei a. Die Potentiale oder Spannungen Φ * und Φ ₂ haben während der Integrationszeit solche Werte, daß sich Ladungen unter jeder PoIysiliciumelektrode ansammeln. Es sammeln sich also Ladungen unter den Elektroden I₂ und unter den Elektroden k₂ an. Die Aluminiumelektroden k- und 1 haben einen genügenden Abstand vom Substrat, das bei den für die Spannungen Φ_Α1 und Φ ₂ verwendeten Werten Potentialwelle zwischen den Potentialmulden vorhanden sind, wie Fig. 4 zeigt.

Man beachte, daß bei der vorliegenden Anordnung gemäß der Erfindung während der Integrationszeit doppelt so viele Potentialmulden vorhanden sind als im bekannten Falle. Wie gleich erläutert wird, werden nach der Integration die in jedem Paar von Mulden vorhandenen Ladungen in einer einzigen Mulde vereinigt. Dies bedeutet, daß die anfänglichen Potentialmulden relativ flach sein müssen (nicht tiefer als die Hälfte der Mulde, in dem das jeweilige Paar von Ladungssignalen später vereinigt wird). Die zur Zeugung dieser flachen Mulden erforderliche Spannung ist relativ niedrig und dies stellt hinsichtlich des Betriebes einen wichtigen Vorteil dar. Die Verwendung niedriger Spannungen während der Integrationszeit führt zu relativ niedrigen Dunkelströmen. (Dunkelströme lassen Ladungssignale aufgrund anderer Ursachen als der interessierenden Strahlung entstehen. Dunkelströme können z.B. durch Wärmeeffekte entstehen und im wiedergegebenen Bild eine unerwünschte Aufhellung, z.B. weiße Flecken, zur Folge haben). Untersuchungen haben gezeigt, daß die Amplitude der Dunkelstromimpulse mit Erhöhung der während der Integrationszeit verwendeten Spannung sehr rasch und in nicht linearer Weise ansteigt.

509886/0938

Die Fig. 3c und 4b zeigen, wie die Information für alternierende Raster oder Teilbilder, die willkürlich mit "Teilbild 1" bezeichnet werden sollen, erhalten werden. Am Ende der Integrationszeit wird die Spannung, die den Elektroden K für die eine Phase zugeführt wird, erhöht, während die Spannung, die den Elektroden L für die Phase 2 zugeführt wird, unverändert bleibt. Dies ist in den Diagrammen der Fig. 5 durch den Doppelpfeil mit der Beschriftung "Ladungsverschiebung zu den K-Mulden^M dargestellt. Die Folge dieser Spannungswertänderung besteht darin, daß die vorher unter den Elektroden L befindlichen Ladungen unter die Elektroden K geschoben werden, wie durch die Schraffierung in Fig. 3c dargestellt ist.

Das mit dem eben beschriebenen Teilbild verschachtelte Teilbild wird in ähnlicher Weise erhalten. Während der zweiten Integrationszeit läßt man Ladungen sich in der gleichen Weise ansammeln, wie es in den Fig. 3a und 4a dargestellt wird und verschiebt diese dann wie in den Fig. 3b und 4c dargestellt ist, Diese Verschiebung erfolgt dadurch, daß man die Spannung an den Elektroden L erhöht, während die Spannung an den Elektroden K unverändert bleibt. Dies ist in Fig. 5 durch den Doppelpfeil mit der Bezeichnung "Ladungsverschiebung zu dem L-Mulden" ebenfalls dargestellt.

Der letzte Teil der Fig. 4 zeigt bei d schematisch die in der eben beschriebenen Weise bewirkte Vertikalverschachtelung. Die Kreuze stellen die "Schwerpunkte" für die willkürlich mit "Teilbild 2" bezeichneten Teilbilder und Raster dar, während die Schwerpunkte der willkürlich mit "Teilbild 1" bezeichneten Teilbilder oder Raster durch Kreise dargestellt sind.

509886/0938

Fig. 6 zeigt schematisch eine Struktur, mit der gemäß der Erfindung eine horizontale Verschachtelung bewirkt werden kann. Es sind ein Teil der letzten beiden Zeilen der Matrix 12 und ein Teil des Ausgangsregisters 14 dargestellt. Im bekannten Falle ist eine Registerstufe pro Kanal vorgesehen. Bei der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist für jeweils zwei Kanäle eine Registerstufe vorhanden, d. h. eine halbe Registerstufe pro Kanal. Die Arbeitsweise ist in Fig. 7 dargestellt. Anfänglich sind die Spannungen Φ-,.. und Φ_₂ verhältnismäßig hoch und haben solche Werte, daß sich Potentialmulden unter jeder der Elektroden bilden, die sich verhältnismäßig nahe beim Substrat befinden und daß sich Potentialwelle zwischen diesen Mulden bilden, d.h. unter jeder Elektrode, die verhältnismäßig weit vom Substrat entfernt ist. Das Oberflächenpotentialprofil ist in Fig. 7 bei a dargestellt. Wenn eine Zeile Information in das Ausgangsregister übertragen wird, füllt sich jede Potentialmulde in einem Ausmaß, daß von der von der Spalte übertragenen Ladungsmenge abhängt.

Nach der anfänglichen übertragung einer horizontalen Zeile des Teilbildes 1 in das Ausgangsregister 14 werden die Spannungen $_c1 und Φ_₂ zuerst etwas herabgesetzt, die Mulden und Wall-Oberflächenpotentiale nehmen beide ab, die relative Tiefe jeder Mulde bleibt jedoch gleich; dann wird die Spannung Φ-- erhöht, während die Spannung Φρ₂ auf dem herabgesetzten Wert bleibt. Dies bewirkt die übertragung von Ladungen von jeder Ausgangsregisterstufenhälte a in die folgende AusgangsregisterstufenhäJfte b, wie in Fig. 7 bei (b) dargestellt wird. Z.b. werden die Inhalte der Halbstufen J

und J_b in der Potentialmulde der Stufenhälfte J^ vereinigt. Die so angesammelten Ladungen werden anschließend mit hoher

509886/0938

Geschwindigkeit aus dem Ausgangsregister herausgeschoben, wie in Fig. 9 schematisch angedeutet Jst. Der Vorgang setzt sich fort, bis das ganze Teilbild 1 zeilenweise oder zeilenparallel in das Ausgangsregister und dann seriell aus dem Ausgangsregister heraus verschoben worden ist.jDas mit dem oben beschriebenen Teilbild horizontal verschachtelte Teilbild wird in entsprechender Weise gewonnen. Nach einer zweiten Integrationszeit erfolgt zuerst eine Ladungsübertragung in der gleichen Weise, wie es anhand von Fig. 7a erläutert wurde. Die angesammelten Ladungen werden dann jedoch von den Halbstufen b in die nachfolgenden Halbstufen a verschoben. Z.B. wird, wie in Fig. 7c dargestellt ist, der Inhalt der

Halbstufe(J-1), in die Halbstufe J verschoben und diese Ver-D a

Schiebung erfolgt dadurch, daß zuerst Φ_- und 3> verringert werden und dann der Wert der Spannung $>₂ verhältnismäßig groß gemacht wird, während die Spannung $_c1 auf ihrem herabgesetzten Wert gehalten wird. Dieser Prozeß dauert an, bis das ganze Teilbild 2 zeilenweise parallel in das Ausgangsregister und aus diesem seriell heraus verschoben worden ist.

Fig. 7 zeigt bei (b) die in der oben erläuterten Weise erhaltene horizontale Verschachtelung. Die Kreise stellen die 'Schwerpunkte" der willkürlich mit "Teilbild 1" bezeichneten alternierenden Teilbilder und die Kreuze die Schwerpunkte der willkürlich mit "Teilbild 2" bezeichneten Teilbilder dar.

In Fig. 8 ist das Ausgangsregister etwas wirklichkeitsgetreuer dargestellt als in den vorangegangenen Figuren. Mit 80 ist die Polysiliciumelektrode der letzten Zeile der Zwischenspeichermatrix 12 bezeichnet. Diese Elektrode 80 wird von einer zweiten Elektrode 82 überlappt, die z.B. aus Polysilicium oder Aluminium bestehen kann. Das Ausgangsregister enthält u.a. Elektroden 84 bis 87 aus Polysilicium oder Aluminium und Elektroden 88 bis 91 aus Polysilicium.

509888/0938

Das Ausgangsregister kann ferner eine schwimmende Diffusionszone 92, eine Kollektor- oder Drain-Diffusionszone 94 und eine Gate-Elektrode 96 enthalten.

Bei der folgenden Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig. 8 dargestellten Anordnung wird auch auf Fig. 9 Bezug genommen. Wenn eine Ladungssignalzeile die letzte Polysiliciumelektrode 80 erreicht, erhält die zweite Elektrode 82'(übertragungselektrode) einen negativen Spannungsimpuls $_BC/ wie beispielsweise bei 100 in Fig. 9 dargestellt ist. Dieser Impuls 100 nimmt seinen negativen Wert an, während f„_o negativ ist und

a/L

bleibt noch negativ, nachdem sich Φ ₂ in positiver Richtung geändert hat. Durch diesen zeitlichen Verlauf wird verhindert, daß sich Ladung, die in das Ausgangsregister übertragen worden ist, zurück zu den Kanälen abwandert. Sowohl §_c1 als auch #_C2 sind während mindestens eines Teiles des negativen Impulses Φ__, negativ. Dies gewährleistet, daß die Ladungssignalzeile beim Enden des negativen Impulses Φ_ρ in das Ausgangsregister 14 übertragen wird. Der Spannungswert bei 100 kann so gewählt werden, daß die Potentialmulde unter der Elektrode 82 flacher 1st, als die unter den Polysiliciumelektroden des Ausgangsregisters und tiefer als die unter der Polysiliciumelektrode 80. Nach dem Enden des Impulses 100 ändert sich die Spannung Φ_β2 in positiver Richtung, während die Spannung Φ^ ihren relativ negativen Wert beibehält. Dies hat zur Folge, daß der Inhalt der durch die Elektroden Φ_₂ gesteuerten Halbstufen unter die Elektroden Φ^ verschoben wird. Dies unterscheidet sich etwas von der in Fig. 7 dargestellten Arbeitsweise, die Wirkung ist jedoch die gleiche. In Fig. 7 ist das Oberflächenpotential unter allen Elektroden mit dem Index b anfänglich hoch. Die Vereinigung wird dadurch erreicht, daß man zuerst Φ_ο1 und Φ_ο2 herabsetzt, um die Oberflächenpotentiale unter den b-Elektroden abzusenken und dann eine der Phasenspannungen

09386/0938

erhöht (negativer macht), während die andere Phasenspannung auf dem herabgesetzten Wert bleibt; in Fig. 9 wird die Vereinigung dadurch bewirkt, daß man die eine der Phasenspannungen verringert (relativ positiver macht), während die andere Phasenspannung unverändert bleibt.

Nachdem die Ladungen in€ler eben beschriebenen Weise vereinigt worden sind, werden die vereinigten Ladungen mit hoher Geschwindigkeit aus dem Ausgangsregister 14 herausgeschoben. Jedesmal, wenn eine Ladung die schwimmende Diffusionszone 92 erreicht, erzeugt sie ein Signal auf einer Ausgangsleitung 102, die zu einer nicht dargestellten Ausgangsverstärkerstufe führt. Kurze Zeit später wird die Gate-Elektrode 96 arregt, um einen leitenden Kanal zwischen der schwimmenden Diffusionszone 92 und der Drain-Diffusionszone 94 herzustellen, um das Potential der Diffusionszone 92 auf einen Bezugswert zu Iringen. Der restliche Arbeitsablauf läßt sich ohne weiteres aus den in Fig. 9 dargestellten Signalverläufen entnehmen.

Der Beginn der übertragung der das Teilbild 2 bildenden Zeilen in das Ausgangsregister wird durch den Φ ^,-Impuls 104 angezeigt. Die Vereinigung der übertragenen Ladungen von zwei Halbstufen mit dem Index b in solche mit dem Index a ist im Bereich 106 der Spannung 3>_c2 in Fig. 9 dargestellt. Im übrigen läßt sich der Funktionsablauf ohne weiteres aus Fig.9 entnehmen......

Fig. 10 zeigt eine Struktur , die das überstrahlen (Aufblühen) während der in Verbindung mit den Figuren 3 bis 5 erläuterten Vertikalverschachtelung verringert. Auch hier wird das Substrat als n-leitend angenommen. Bei der Anordnung gemäß Fig. 10 werden die Aluminiumelektroden während der Integrationszeit auf einer Spannung V gehalten, die genügend positiv

509886/0938

(relativ) betrachtet, ist, um die Ansammlung von Majoritätsträgern (Elektronen) im Substrat zu bewirken. Diese Spannung kann einen Wert, wie O Volt (unter der Annahme, daß das Substrat auf O Volt gehalten wird) oder einen kleinen positiven Wert (wie etwa 1 bis 5 Volt) haben. Wenn intensive Strahlung auftritt, wie in Fig. 10 durch die Pfeile dargestellt ist, werden einige der Minoritätträger (Löcher), die sonst auf einer Potentialmulde in benachbarte Potentialmulden überfließen würden, mit den Majoritätsträgern in den Ansammlungsbereichen unterhalb der Aluminiumelektroden rekombinieren, wie in Fig. 10 dargestellt ist. Wenn die Ladungssignale in der oben beschriebenen Weise vereinigt und verschoben werden sollen, werden die Aluminiumelektroden mit den Klemmen für die mehrphasigen ifannungen verbunden, wie schematisch durch die Symbole für mechanische Schalter angedeutet ist. Selbstverständlich wird dies in der Praxis mit elektronischen Schaltern und Schaltungsanordnungen bewirkt.

Im vorstehenden wurde eine sowohl horizontale als auch vertikale Verschachtelung der Ladungsverteilungen beschrieben; selbstverständlich läßt sich die Erfindung sowohl für eine solche kombinierte Verschachtelung als auch für eine der beiden Verschachtelungsarten allein verwenden.

Anstelle der beschriebenen Ladungs-gekoppelten Bildaufnahmeeinrichtungen mit η-leitendem Substrat läßt sich die Erfindung selbstverständlich auch bei Einrichtungen mit p-leitenden Substraten verwenden, und sie eignet sich für ladungsgekoppelte Einrichtungen sowohl mit Oberflächenkanal als auch mit verdecktem Kanal, mit der Ausnahme des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 10, das in erster Linie bei Einrichtungen mit Oberflächenkanal anwendbar ist. Der Erfindungsgedanke ist auch auf Vierphasensysteme anwendbar, und kann dann mit einer entsprechenden Elektrodenstruktur realisiert werden.

509886/0933

Zu den beschriebenen speziellen Zweiphasenelektrodenstrukturen gibt es selbstverständlich ebenfalls Alternativen. Z.B. kann man asymmetrische Potentialmulden erzeugen, indem man die beiden Elektroden jedes Paares mit verschiedenen Gleichspannungen vorspannt und die Aluminiumelektroden können den gleichen oder einen größeren Abstand vom Substrat haben, als die Polysiliciumelektroden. Asymmetrische Potentialmulden kann man auch dadurch erhalten, daß man die Ladung entweder in das Substrat unter die eine der Elektroden jedes Elektrodenpaares bringt, oder indem man eine geeignete Isolation mit eingebauter Ladung verwendet, die unter der einen Elektrode eines Paares einen anderen Wert hat, als unter der anderen Elektrode des Paares. Man kann auch andere Metalle als Aluminium verwenden. Wenn nur Polysiliciumelektroden verwendet werden, kann man Aluminiumanschlüsse für die Elektroden sowie für die Source- und Drain-Diffusionszonen und das Substrat benützen.

Beim Betrieb der erläuterten Einrichtung ist es richtig, daß die Raster oder Teilbilder bei der Wiedergabe auf einer Wiedergabeeinrichtung, wie einer Fernsehbildröhre, in der gleichen relativen Lage erscheinen, wie die Schwerpunkte der Teilbilder während der Integrationszeiten der betreffenden Teilbilder. Dies entspricht dem, was beim kommerziellen Fernsehen geschieht.

509886/0938

Claims (2)

1. Patentansprüche

   Verfahren zum verschachtelten Auslesen einer Anordnung ladungsgekoppelter Stufen, welche jeweils mehr als einen Bereich, in dem Ladungen angesammelt werden können, enthalten, an welche ferner während zweier Eingangs- oder Speicherzextperioden Spannungen anlegbar sind, die die Ansammlung von LadungsSignalen in den Stufen ermöglichen und deren Werte während erster und zweiter Lesezeitperioden, die auf die ersten bzw. zweiten Eingangszeitperioden folgen, zum Herausschieben der Ladungssignale aus der Anordnung steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß an jeden Bereich (K,L,J , J, usw) der Stufen

   cL Jj -

   (die Stufe eines Kanals in der Matrix 10, oder die Stufe im Ausgangsregister) sowohl während der ersten als auch während der zweiten Eingangszeitperioden eine $annung (Φ_Α1 oder Φ,_ο; Φ_ηΛ oder Q_n?) angelegt wird, die die An-Sammlung eines Ladungssignals in jeder dieser Stufen während jeder Eingangszeitperiode ermöglicht; das die Werte der Spannungen während der ersten Lesezeitperiode so gesteuert werden, daß das angesammelte Ladungssignal von einem Bereich (K, J ) jeder Stufe in einen benachbarten

   CL

   Bereich (L; JjJ derselben Stufe verschoben wird und eine Vereinigung der angesammelten Ladungssignale erfolgt, bevor die vereinigten Ladungssignale aus der Anordnung herausgeschoben werden; und daß die Spannungen während der zweiten Lesezeitperiode so gesteuert werden, daß die angesammelten Ladungssignale von einem Bereich (L; J₁J

   9 886/0

   jeder Stufe in einen benachbarten Bereich (K; (J+1 ) einer

   benachbarten Stufe geschoben und die angesammelten Ladungssignale vor dem Herausschieben der Ladungssignale aus der Anordnung vereinigt werden.
2. 2. Verfahren zum verschachtelten Auslesen einer Anordnung von Ladungsspeicherstufen, die jeweils mehr als einen Bereich enthalten, in dem Ladung speicherbar ist, bei welchem während erster und zweiter Eingangszeitperioden jeder Stufe Spannungen zugeführt werden, die die Ansammlung eines Ladungssignales in einem entsprechenden Bereich jeder Stufe während der ersten Eingangszeitperiode und die Ansammlung eines Ladungssignales in einem zweiten entsprechenden Bereich jeder Stufe während der zweiten Eingangszeitperiode ermöglichen, und die Werte der Spannungen während erster und zweiter Lesezeitperioden, die-auf die ersten bzw.zweiten Eingangszeitperioden folgen, zum Herausschieben der Ladungssignale auf der Anordnung gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen ( Φ*-j r ^ΦΑ2' ^Ct¹ ^02^ 3⁶^⁶³³¹ Bereich (K, L, J , J, usw.) einer Stufe (Ulm gtufe eines Kanals in der Matrix 10; die Stufen 1 *. Q im Ausgangsregister) sowohl während der ersten als auch während der zweiten Eingangszeitperioden zugeführt werden, u» die Ansammlung eines Ladungssignales in jede» Bereich während jeder Eingangszeitperiode zu ermögllc4i#ß,f dal die Werte der Spannungen während der ersten %t@mzmitp@£i.öäe so gesteuert werden, daß das an^ gesaMffielfe© Ladttiigiöfignal von einem Bereich (K; J) jeder

   ■ . . ei

   Stufe in e-iöen &@riächbarten Bereich (L; J, ) derselben Stufe v^r^efiöbeti ttiid die Ladungssignale vor ihream Herausschiefcrefö ms «äer- Anordnung (Kanal 1, Kanal 2 ..., Kanal Q;

   vereinigt werden; und daaß die Werte

   der Spannungen während der zweiten Leseperiode so gesteuert werden, daß das angesammelte Ladungssignal von einem Bereich (L, J, ) jeder Stufe in einen benachbarten Bereich (K; (J+1) ) einer benachbarten Stufe zur Ver-

   einigung der Ladungssignale vor dem Herausschieben
   der Ladungssignale aus der Anordnung verschoben wird.

   509886/0938