DE2611771A1 - Verfahren zum betrieb einer cid- sensormatrix - Google Patents

Verfahren zum betrieb einer cid- sensormatrix

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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin und München Ä VPA 76 P 7024 BRD
Verfahren zum Betrieb einer CID-Sensormatrix
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer CID-Sensormatrix nach dem "Parallel-Injection-Readout"-Verfahren.
CID-Sensormatrizen sind bekannt und werden beispielsweise in der Veröffentlichung "Charge Injection Imaging", ISSCC Digest of Technical Papers, S. 138 - 139, Februar 1973, von G.J.Michon und H.K.Burke beschrieben. Danach sind solche CID-Sensormatrizen so aufgebaut, daß auf einer Oberfläche eines mit" einem Substratanschluß versehenen Substrats aus dotiertem Halbleitermaterial matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordnete Bildpunkte vorhanden sind. Jeder BiIdpunkt besteht dabei aus zwei dicht nebeneinanderliegenden MIS-Kondensatoren, die über das Substrat miteinander gekoppelt sind. Diese Kopplung kann dabei so erfolgen, daß der Zwischenraum zwischen diesen beiden Kondensatoren dutch ein, an der Oberfläche des Substrats befindliches, entgegengesetzt zum Substrat dotiertes Gebiet überbrückt ist oder dadurch, daß der Zwischenraum zwischen den beiden Gateelektroden der Kondensatoren hinreichend schmal gemacht wird.
In jeweils einer Bildpunktzeile ist die Gateelektrode eines der beiden Bildpunktkondensatoren mit einer Zeilenleitung verbunden, während die Gateelektroden der anderen Kondensatoren in jeder Bildpunktspalte an eine Spaltenleitung angeschlossen sind.
Ein einfaches Verfahren zum Betrieb einer CID-Sensormatrix besteht darin, daß zur Bildaufnahme an sämtliche Spalten- und Zeilenleitungen solche Spannungen gegenüber einem Bezugspotential am Substratanschluß angelegt werden, daß in den MIS-Kondensatoren Verarmungszonen an der Substratoberfläche erzeugt werden, in denen die vom licht erzeugten
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Informationsladungsträger gesammelt und gespeichert werden. Das Auslesen erfolgt seriell, d.h. bildpunktweise, durch Injektion der gespeicherten Inversionsladung in das Substrat und durch Integration des Substratstromes. Aufgrund der integrierenden Methode zeigt dieses Verfahren günstige Eigenschaften hinsichtlich Takteinkopplungen, die das Ausgangssignal stören. Ungünstig ist jedoch die durch das serielle Auslesen bedingte niedrige Grenzfrequenz.
10' Höhere Grenzfrequenzen können mit dem eingangs genannten "Parallel-Injection-Readouf'-Verfabren erreicht werden. Dieses Verfahren ist in der Veröffentlichung "Charge Injection Devices for Solid State Imaging", Häto Advanced Study Institute for Solid ■State Imaging, 3.-12.September 1975, Universite Catholique de
15. Iiouvain von G. J.Michon und H.K.Burke beschrieben. Ein Arbeitszyklus beginnt dort mit dem Löschen der Bildpunkte, dem Setzen der Speicherraatrix in Bildaufnahmezustand und dem Auslesen. -Anders als bei den vorher kurz beschriebenen Verfahren sind hier das Auslesen und der Lösch.Vorgang getrennt. Der Lösch-Vorgang erfolgt dadurch, daß an sämtliche Spaltenleitungen über eine geeignete Vorrichtung, beispielsweise über Multiplextransistoren gleichzeitig eine solche Spannung gegenüber dem Substratpotentia^ daß etwaige ..in den entsprechenden Kondensatoren gespeicherte Informationsladungen in das Substrat injiziert werden. Das Setzen der Matrix in Bildaufnahmezustand erfolgt dadurch, daß die Spalterleitungen gleichzeitig auf eine Vorspannung gegenüber dem Substratpotential gebracht und dann abgeklemmt werden. Dies kann wiederum über die Multiplextransistoren durch Anlegen geeigneter Spannungen an sie geschehen. Die Vorspannung wird so gewählt, daß unter den entsprechenden Kondensatoren eine Verarmungszone (Inversionsrandschicht) vorhanden ist. Zur selben Zeit werden sämtliche Zeilenleitungen ebenfalls auf eine Spannung gebracht, die so gewählt ist, daß unter den betreffenden Kondensatoren eine Verarmungszone (Inversionsrandschicht) vorhanden ist. Die Sensormatrix ist jetzt in Bildaufnahmezustand gesetzt. Von Licht erzeugte Informationsladungsträger sammeln sich in den Verarmungszonen und werden dort ge-VPA 76 E 7035
/angelegt wird 709838/0*86
speichert. Das Auslesen erfolgt nun zeilenparallel. Dazu wird die Spannung an einer ausgewählten Zeilenleitung soweit verringert, daß die Einsatζspannung der an die Zeilenleitung angeschlossenen Kondensatoren fast erreicht oder gar unterschritten wird. Die in den Verarmungszonen dieser Kondensatoren gespeicherten Informationsladungsträger werden dadurch unter die "benachbarten Kondensatoren verschoben, wodurch sich das Potential der Spaltenleitungen ändert. Die Spannungsänderung gegenüber der Vorspannung ist ein Maß für die in den Bildpunkten der Zeile gespeicherten Information. Die Information ist daher jetzt
. in den Spaltenleitungen gespeichert. Diese Spaltenleitungen können nun über geeignete Torrichtungen ausgelesen werden.
1In der vorstehend genannten Veröffentlichung ist eine Vorrichtung angegeben, mittels der die Spaltenleitungen nacheinander ausgelesen werden. Nachdem der AusleseVorgang beendet ist, beginnt ein neuer Arbeitszyklus mit einer anderen ausgewählten Zeile.
Das "Parallel-Injection-Readouf-Verfahren weist eine hohe Blooming-Unempfindlichkeit auf. Ungünstig ist dagegen, daß das Verfahren nicht integrierend ist. Unterschiedliche !Pakteinkopplungen beim Verschieben-der Ladungen und unterschiedliche Takteinkopplungen der Multiplextransistoren oder entsprechender Anordnungen treten im Ausgangssignal auf und erzeugen "fixed pattern noise".
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das endgültige Einstellen der Vorspannungen an den Spaltenleitungen nach dem Eimerketten-Prinzip über eigens dafür vorgesehene Eimerketten-Transistoren erfolgt.
Das Eimerketten-Prinzip ist bekannt und wird beispielsweise in der Veröffentlichung "Analog functions fit neatly onto charge transport chips" in Electronics, 28.Februar 1972, S. 64 - 71 von I. Boonstra und F.L.J.Sangster
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eingehend beschrieben. Unter einer Eiraerketten-Stufe sei dabei lediglich eine Einzelstufe einer Eimerkette verstanden. In der genannten Veröffentlichung besteht nach der Figur auf der-rTitelseite eine solche Einzelstufe aus einem Transistor, dessen eine Elektrode über einen Kondensator mit der Steuerelektrode verbunden ist. Diese Verbindung ist für den vorliegenden EaIl von untergeordneter Bedeutung und es soll daher auch von einer Eimerketten-Stufe gesprochen werden, wenn die entsprechende Kondensatorelektrode nicht mit der Steuerelektrode verbunden ist, sondern einen freien Anschluß aufweist. Weiter sei darauf hingewiesen, daß alle Realisierungsmöglichkeiten, die aus dem Ersatzschaltbild einer soeben beschriebenen Eimerketten-•Stufe hervorgehen, prinzipiell geeignet sind.
Besondere Vorteile der vorstehend angegebenen Lösung liegen darin, daß ein so betriebener Sensor gegenüber auf herköram-■ liehe Weise betriebene Sensoren eine höhere Blooming-Uherapfindlicbkeit aufweist, daß kein Smearing auftritt und daß unterschiedliche Takteinkopplungen von selten der Multiplextransistoren oder entsprechender Vorrichtungen das Signal nicht beeinflussen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, "daß die in den Spaltenleitungen gespeicherte Information von diesen parallel in eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung eingelesen wird und die eingelesene Information seriell aus letzterer ausgelesen wird. Vorteilhaft ist dabei, daß das parallele Einlesen sehr kurzzeitig erfolgt und daß nach dem . Einlesen sofort ein neuer Arbeitszyklus beginnen kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, daß das parallele Einlesen der auf den Spaltenleitungen gespeicherten Information nach dem Eimerketten-Prinzip erfolgt, " wobei dazu jede Spaltenleitung über eine Eimerketten-Stufe mit dem Paralleleingang der Verschiebevorrichtung verbunden ist und daß das Einstellen der Vorspannung über diese Eimerketten-Stufen erfolgt, wobei die dabei in die Verschiebevor-
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richtung fließenden Ladungen aus dieser ebenfalls nach dem Eimerketten-Prinzip über dafür auf der anderen Seite der Versfchiebevorrichtung vorgesehenen zusätzlichen Eimerketten-Stufen abgeführt werden.
Nach den bisher angegebenen Lösungen können nur die unterschiedlichen Takteinkopplungen der MuItiplextransistören eleminiert werden. Eine vorteilhafte Variante des Verfahrens, mit der auch die Takteinkopplung, die beim Verschieben der Ladungen in der CID-Matrix auftreten, beseitigt werden können, besteht darin, daß "die Vorspannung über Multiplexschalter eingestellt wird, daß unmittelbar nach dem parallelen Einlesen in die Verschiebevorrichtung ein Arbeitszyklus mit derselben Zeile derart anschließt, daß der Bildaufnahmezustand so kurzzeitig gewählt wird, daß keine merkliche, durch Licht erzeugte Information gespeichert werden kann, daß diese dann in den Spaltenleitungen gespeicherte "Null-Information" parallel in eine zweite ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung eingelesen wird und daß anschließend die beiden Verschiebevorrichtungen gemeinsam auf einen Differenzbildner seriell ausgelesen werden, wobei der Differenzbildner jeweils die Differenz der beiden jeweils ausgeschobenen, zu einer Spaltenleitung gehörenden Signalwerte bildet und als Ausgangssignal abgibt.
Vorzugsweise wird das Verfahren so durchgeführt, daß das parallele " Einlesen der auf den Spaltenleitungen gespeicherten Information in die Verschiebevorrichtungen nach dem Eimerketten-Prinzip erfolgt, wobei dazu jede Spaltenleitung über mindestens eine Eimerketten-Stufe·" mit dem betreffenden Faralleleingang der jeweiligen Verschiebevorrichtung verbunden ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorstehenden Verfahrensvarianten gehen aus weiteren Unteransprüchen hervor.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, die bevorzugte Vorrichtungen zur Durchführung von vorstehend be-
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schriebenen Verfahren in den Figuren näher erläutert.
Pigur 1 zeigt in Draufsicht den Ablauf einer Vorrichtung, mittels der die Takteinkopplungen der Multiplextransistoren eleminiert werden können.
Pigur 2 zeigt einen Querschnitt längs der Schnittlinie A-A
in Eigur 1.
Pigur 3 zeigt einen Querschnitt durch ein Sensorelement * längs der Schnittlinie B - B in der Pigur 1. Pigur 4 zeigt Irapulsdiagramme I - VIII für das Betriebs-
verfahren der Vorrichtung nach Pigur 1. Pigur 5 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung, mit der auch die Takteinkopplungen "beim Verschieben der Ladungen in der Sensormatrix beseitigt werden können.
In der Pigur 1 ist" in Draufsicht das Layout einer Sensormatrix mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
Auf einer Oberfläche eines Substrates 1 aus dotiertem Halbleitermaterial befindet sich eine elektrisch isolierende Schicht 2, auf der die Bildpunkte 31 bis 36 der Sensormatrix angeordnet sind. Die Spaltenleitungen sind durch die Alumini Umleitungen 41 bis 43 und die Zeilenleitungen durch die Polysiliziumstreifen 51 und 52 gegeben. Die Aluminiumleitungen sind über die Polysiliziumleitungen geführt. Die einzelnen Bildpunkte sind durch eine "Channel-Stop"-Diffusion 6 voneinander getrennt. Uähere Erläuterungen zu den Bildpunlcten erfolgen in der Beschreibung zur Pigur 3. Die Aluminiumleitungen sind einerseits über Multiplextransistoren 71 bis mit einem Anschluß 7 verbunden, während die Steuerelektroden dieser Multiplextransistoren mit einem Anschluß 8 verbunden sind. Die Zeilenleitungen sind an eine Zeilenauswahlschaltung 9 angeschlossen. Jede Spaltenleitung ist andererseits über ein Kontaktloch mit einem entgegengesetzt zum Substrat dotierten Gebiet 11, 12, 13, das sich an der Oberfläche des Substrats befindet, elektrisch leitend verbunden. Entlang dieser dotierten Gebiete ist auf der Oberfläche der elektrisch
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isolierenden Schicht eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung mit den Elektrodengruppen 10 bis 40 entlanggeführt. Es handelt sich in diesem speziellen Fall um eine Verschiebevorrichtung für Zwei-Phasen-Betrieb. Ladungsgekoppelte 5. Verschiebevorrichtungen sind allgemein bekannt. Ihr Aufbau und ihre Wirkungsweise kann beispielsweise aus den Veröffentlichungen. "Charge-Coupled Digital Circuits", IEEE Journal of Solid State Circuite, Vol. SC-6, Nr. 5, Oktober 1971 von W.F. Kosonocki et al und aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 201 150 entnommen werden. In letzterer ist in der Figur 9 ein Querschnitt durch eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung für den Zwei-Phasen-Betrieb, wie sie hier verwendet wird, dargestellt. Die Elektroden 10 und 30 in der Figur 1 sind aus Aluminium, während die Elektroden 20 und 40 aus Polysilizium bestehen. Die elektrisch leitende Verbindung der Aluminiumelektroden mit den rechts daneben liegenden Polysiliziumelektroden erfolgt über die Kontaktlöcher 201 und 401.
Zwischen den dotierten Gebieten und der Verschiebevorrichtung befindet sich auf der elektrisch isolierenden Schicht eine Transferelektrode 60 in Form eines Streifens aus Polysilizium, der einerseits die dotierten Gebiete etwas überlappt und andererseits von den Elektroden 10 überlappt wird.
Entlang der anderen Längsseite der Verschiebevorrichtung ist an der Substratoberfläche ein entgegengesetzt dazu
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dotierter Streifen 50 entlanggeführt, der einen hier nicht gezeichneten Anschlußleontakt aufweist. Auf der elektrisch isolierenden Schicht "befindet sich zwischen diesen dotierten Streifen und der Verschiebevorrichtung eine zv/eite Transferelektrode 160 in Form eines Polysiliziumstreifens, der einerseits das dotierte Gebiet überlappt und andererseits von den Elektroden 10 überlappt wird. Die Elektroden 10 sind an eine Taktiertung 100 in Form eines Aluminiumstreifens auf der elektrisch isolierenden Schicht angeschlossen, während die Elektroden 30 an eine zweite Taktleitung 200 ebenfalls in
Form eines Aluminiumstreifens auf der elektrisch isolierenden Schicht verbunden sind. Die Verbindung der Elektroden 10 mit der Taktleitung 100 erfolgt durch Aluminiumstreifen 101, 'während die Verbindung der Elektroden 30 über Polysiliziura-.15 ■ streifen 201 erfolgt, die unter der Taktleitung 100 hindurchgeführt sind. Die Verbindung der Elektroden 30 mit den PoIysiliziumstreifen 201 erfolgt durch Aluminiumstreifen 202 über Kontaktlöcher 203." Die Verbindung der Polysiliziumstreifen 201 mit der zweiten Taktleitung 200 erfolgt über Kontaktlöcher 204.
In der Figur 2 ist ein Querschnitt längs der Schnittlinie A - A in Figur 1 dargestellt. Das Substrat 1 besteht aus einer epitaktischen Schicht, beispielsweise p-dotiertes Silizium, die auf einem entgegengesetzt dazu dotierten Substrat /110aus Halbleitermaterial, beispielsweise ndotiertes Silizium, aufgebracht ist. Die epitaktische Schicht ist über eine Spannungsquelle und dem entgegengesetzt dazu dotierten Substrat mit dem Substratanschluß 12 verbunden. Die elektrisch isolierende Schicht 2 be-, steht beispielsweise aus Siliziumdioxid. Die Transferelektroden 60 und 160 sind mit einer Siliziumdioxidschicht 21 überdeckt. Das dotierte Gebiet 61, die Transferelektrode 60 und die Elektrode 10 werden als Eimerketten-Stufe betrieben. Dasselbe gilt für die Elektrode 10, die Transferelektrode 160 und den Streifen 50. Das endgültige Einstellen der Vorspannung erfolgt über die Transferelektrode 60. Die
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Transferelektrode 160 wird dazu ganz geöffnet, so daß die Ladung von der Spaltenleitung durch die Verschiebevorrichtung auf den Streifen 50 abfließen kann. In der Figur 2 ist dazu qualitativ der Verlauf des Oberflächenpotentials beim endgültigen Einstellen der Vorspannung eingezeichnet. Aus dem Gebiet 61 fließt so lange Ladung in den Streifen ab, bis das Oberflächenpotential im Gebiet 61 den Wert des Oberflächenpotentials unter der Transferelektrode 60 erreicht hat. Dieser Fall ist gestrichelt angedeutet. Das Einlesen der Informationsladung in die Verschiebevorrichtung geschieht auf analoge Weise, jedoch wird dazu die Transfer-. elektrode 160 durch Anlegen einer entsprechenden Spannung an sie geschlossen.
In der Figur 3 ist ein Querschnitt durch einen Bildpunkt der Sensormatrix längs der Schnittlinie B-B dargestellt. Die Gateelektrode des Kondensators, der an die Zeilerileitung angeschlossen ist, besteht aus Polysilizium und ist durch den rechts von der Spaltenleitung liegenden Teil im Bildpunkt 34 gegeben. Die Gateelektrode des Kondensators, der mit der Spaltenleitung verbunden ist, ist durch den im Inneren des Bildpunktes 34 liegenden Teil des Aluminiumstreifens 41 gegeben. Die Verbindung der Polysilizium-Gateelektroden erfolgt in Figur 1 durch die schmalen streifenförmigen Polysiliziumverbindungen 311 bis 316, über die elektrisch isoliert davon die Aluminiumstreifen 41 bis 43 hinweggeführt werden. Das Polysilizium ist mit einer dünnen Siliziumdioxidschicht 21 überdeckt. Die Kopplung der beiden Kondensatoren erfolgt durch eine Überlappung des Aluminiumgates über das Polysiliziuragate, wie es in der Figur 3 angedeutet ist. Die Trennung der 3ildpunkte voneinander erfolgt in an sich bekannter Weise durch die "Channel-Stop"-Diffusionen 9. In das Substrat ist qualitativ der Verlauf des Oberflächenpotentials während des Bildaufnahraezustandes durch die Kurve 300 und nach dem Verschieben der Ladung durch die Kurve dargestellt.
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Der punktierte Teil repräsentiert eine gespeicherte In-.formationsladung Q. ·
Anhand der Figur 4 sei ein Arbeitszyklus näher erläutert. Dabei sei hier vom Bildaufnahmezustand ausgegangen. In der Figur 4 gibt Diagramm I den zeitlichen Verlauf des Potentials auf der für diesen Arbeitszyklus ausgewählten Zeilenleitung und Diagramm II den zeitlichen Verlauf des Potentials der für den nächsten Arbeitszyklus ausgewählten Zeilenleitung an.
Diagramm III gibt den zeitlichen Verlauf des Potentials auf den Spaltenleitungen an. Diagramm IV und V gibt jeweils den ■ zeitlichen Verlauf der an die Transferelektrode 60 und an die Transferelektrode 160 anzulegenden Spannungen an. Diagramm VI und VII geben den zeitlichen Verlauf der Spannungen •15 zur Spaltenansteuerung für die Ladungsinjektion und das Voreinstellen der Vorspannung an. Nachdem sämtliche Spaltenleitungen auf die Vorspannung eingestellt worden sind, wird zum Zeitpunkt t^ das Potential der ausgewählten Zeilenleitung verringert, bis die Einsatzspannung der an diese Zeile angeschlossenen Kondensatoren fast erreicht oder unterschritten wird. Es erfolgt die Verschiebung der Informationsladungen unter die anderen Kondensatoren der Bildpunkte, wodurch das Potential auf den Spaltenleitungen geändert wird. Zum Zeitpunkt tp wird die Transferelektroüe 6ü geöffnet, wodurch die der Potentialänderung entsprechende Ladungsmenge nacü dem Eimerkette-Prinzip an aen Spaltenleitungen parallel unter die zugeordneten Elektroden 10 der Verschiebevorrichtung gebracht werden. "Nach Beendigung dieses Vorganges wird zum Zeitpunkt t., die Transferelektrode 60 wieder geschlossen.
Während daran anschließend die Verschiebevorrichtung ausgelesen wird, erfolgen zum Zeitpunkt t, die Ladungsinjektionen zum Löschen der SensoreiemenTe und das Setzen der Spaltenleitungen auf eine vorläufige Vorspannung über die jeweiligen Multiplextransistoren. Die vorläufige Vorspannung wird dabei geringer (bei η-dotiertem Substrat größer) als die Vorspannung gewählt. Zum Zeitpunkt te v/erden die Multiplextransistoren wieder geschlossen. Um die unterschiedlichen Takteinkopplungen der Multiplextransistoren zu eleminieren,
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erfolgt die endgültige Einstellung der Vorspannung nach dem Auslesen der Verschiebevorrichtung zum Zeitpunkt tg über die "Transferelektrode 60 nach dem Eimerketten-Prinzip. Die Transferelektrode 160 wird daau ganz geöffnet, so daß die Informationsladungen von der Spaltenleitung durch die Verschiebevorrichtung auf den dotierten Streifen 50 abfließt. Durch geeignete Wahl der Potentiale und der Übertragungszeit kann dabei Crundladung auf den Spaltenleitungen gehalten werden. Die Übertragung geringer Ladungsraengen nach dem Eimerketten-Prinzip wird mit Grundladung beschleunigt. Die Kapazität einer Elektrode der Verschiebevorricntung sollte etwa so groß sein wie die einer Gateelektrode eines Bilapunkbes, damix sich der gleiche Spannungshub einstellt. Zum Zeitpunkt t~ ■begimrc der Arbeitszyklus für die nächste ausgewählte Elektrode.
Die bisher beschriebene Sensoranordnung eignet sich für Fernsehbilder. Die in den Bildpunkten jeweils in einer Zeile gespeicherte Information wird während der Zeilenaustastlücke des Fernsehbildes nach dem Eimerketten-Prinzip parallel in die Verschiebevorrichtung gebracht und dann während der restlichen Zeit nahe einer Fernsehzeile mit hoher Geschwindigkeit seriell ausgelesen.
Durch das Setzen der Spaltenleitungen auf die vorläufige Vorspannung nach jedem Auslesevorgang treten nicht, wie bei Schaltungen nach dem Eimerketten-Prinzip üblich, Nachläufer auf. Daher können dieser Vorrichtung relativ hohe Übertragungsverluste bis über 50 % zugelassen werden.
In der Figur 5 ist eine Vorrichtung dargestellt, mit der zusätzlich die Takteinkopplung, die beim Verschieben der Informationsladungen in der CID-Sensormatrix auftritt, beseitigt v/erden kann. Die Vorrichtung ist schema ti sch dargestellt, kann aber ähnlich wie die Vorrichtung nach Figur 1 aufgebaut werden. Die Spaltenleitungen seien durch die Linien 501 bis 506 und die Zeilenleitungen durch die Linien 510 bis 550 repräsentiert. Die Zeilenleitungen sind wiederum
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an eine Zeilenauswahlschaltung 500 und die Spaltenleitungen über Multiplextransistören 511 bis 516 mit einem Anschluß 517 verbunden, während die Steuerelektroden der Transistoren mit einem Anschluß 518 verbunden sind. Die Spaltenleitungen sind wie in der Figur 1 über eine Transferelektrode 560 parallel in eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung 561 eihlesbar. Diese ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung ist weiterhin über eine Transferelektrode 562 in eine zweite ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung 563 parallel einlesbar. Die beiden ladungsgekoppelten Verschiebevorrichtungen sind in an sich bekannter Weise auf einen Ausgang 564 zusammengeführt. An diesem Ausgang ist eine "correlated double sampling" Stufe 565 angeschlossen. Zur Beschreibung des Betriebsverfahrens der Vorrichtung sei wiederum angenommen, daß die Sensormatrix sich in Bildaufnahmezustand befinde, d.h. die Spaltenleitungen befinden sich auf Vorspannung und die Zeilenleitungen auf einem hinreichend hohen Potential. Durch Verringern des Potentials einer ausgewählten Zeilenleitung werden, wie im Verfahren zur Figur 1, die Informationsladungen unter die benachbarten Kondensatorelektroden geschoben. Die den Spannungshüben auf den Spaltenleitungen entsprechenden Ladungen werden nach dem Eimerketten-Prinzip über die Transferelektrode 56Ο und die Transferelektrode 562 durch die ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung 561 in die zweite Verschiebevorrichtung 563 gebracht. Nun werden die Transferelektroden geschlossen und ein neuer Arbeitszyklus mit der gleichen Zeile begonnen. Dazu wird über die Multiplextransistoren das Potential der Spaltenleitungen so weit erniedrigt, daß die gespeicherten Informationsladungen injiziert werden. Die ausgewählte Zeilenleitung wird wieder auf hohes Potential gebracht und die Spaltenleitungen über die Multiplextransistoren auf die Vorspannung zurückgesetzt. Nun wird ein zweites Mal das Potential der Zeilenleitung, wie schon beschrieben, erniedrigt und gewissermaßen die Ladungsmenge Null verschoben. Wieder werden die Spaltenleitungen nach dem Eimerketten-Prinzip über die Transferelektrode 560, diesmal in die Verschiebevorrichtung 561 eingelesen. Während anschließend die beiden Verschiebevorrichtungen
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seriell ausgelesen werden, wird das Potential der Zeilenleitung auf den entsprechend hohen Potentialwert gebracht und über die Multiplextransistören auf den Spaltenleitungen die Vorspannung eingestellt. In der "correlated double sampling"-Stufe am gemeinsamen Ausgang der beiden Verschiebevorrichtungen wird jeweils die Differenz zwischen den beiden zu einer Spalte gehörenden Signalen gebildet und damit die Takteinkopplung der Ladungsverschiebung ebenso eliminiert wie der Einfluß der Einsatzspannungen der Spaltentransistoren.
-;
Die in Figur 5 dargestellte Anordnung kann vereinfacht werden, wenn man eine einzige Verschiebevorrichtung mit doppelter Länge, d.h. 2 bit pro Spaltenleitung verwendet. Nach dem ersten • Einlesen wird die Information um ein bit verschoben.und in die jetzt freien Elemente wird die NullinformatJo η eingelesen. Die beiden zu einer Spalte gehörenden Signale werden dann jeweils in zwei hintereinanderliegenden Speicherplätzen gespeichert.
Der Grundgedanke in dem zuletzt beschriebenen Verfahren mit zwei Verschiebevorrichtungen bzw. einer Verschiebevorrichtung mit doppelter Anzahl von Elementen besteht darin, daß die Differenz zwischen dem Signal Eins einschließlich der auftretenden Takteinkopplungen und der Takteinkopplungen alleine gebildet wird. Man erhält dadurch am Ausgang ein von Takteinkopplungen vollständig befreites Signal.
8 Patentansprüche
5 Figuren
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Claims (8)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zum Betrieb einer CID-Sensormatrix nach dem " Par allel-In j ection-Readout-Verfahren", dadurch gekennzeichnet , daß das endgültige Einstellen der Vorspannungen an den Spaltenleitungen nach dem Eimerketten-Prinzip über eigens dafür vorgesehene Eimerketten-Transie tor en erfolgt.
    ·"■-"■ 1 ·
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t ,daß die in den Spaltenleitungen gespeicherte Information von diesen parallel in eine ladungsgekoppelte
    ; Verschiebevorrichtung eingelesen wird und die eingelesene Information .seriell .aus letzterer ausgelesen wird.
  3. 3. Verfahren nach 'Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das parallele Einlesen der auf den Spaltenleitungen gespeicherten Information nach dem Eimerketten-Prinzip erfolgt, wobei dazu jede Spaltenleitung über eine Eimerketten-Stufe mit dem Paralleleingang der Verschiebevorrichtung verbunden ist und daß das Einstellen der Vorspannung über diese Eimerketten-Stufen erfolgt, wobei die dabei in die Verschiebevorrichtung fließenden Ladungen aus "dieser ebenfalls nach dem Eimerketten-Prinzip über dafür auf der anderen Seite der Verschiebevorrichtung vorgesehene zusätzliche Eimerketten-Stufen abgeführt werden.
  4. 4. Verfahren zum Betrieb einer CID-Sensormatrix nach dem "Parallel-Injection-Readouf-Verfahren, bei dem die in den Spaltenleitungen gespeicherte Information von diesen parallel in eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung eingelesen wird und die eingelesene Information seriell aus letzterer ausgelesen wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorspannung über Multiplexschalter eingestellt wird, daß unmittelbar nach dem parallelen Einlesen in die Verschiebevorrichtung..ein Arbeitszyklus mit derselben Zeile derart anschließt, daß der Bildaufnahme-
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    zustand so kurzzeitig"gewählt wird, daß keine merkliche, durch Licht erzeugte Information gespeichert werden kann, daß diese dann .in den Spaltenleitungen gespeicherte "NuIl-Information" parallel in eine zweite ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung eingelesen wird und daß anschließend die beiden Verschiebevorrichtungen gemeinsam auf einem Differenzbildner seriell ausgelesen werden, wobei der Differenzbildner jeweils die Differenz der beiden jeweils ausgeschobenen, zu einer Spaltenleitungen gehörenden Signalwerte bildet und als Ausgangssignal abgibt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das parallele Einlesen der auf den Spaltenleitungen gespeicherten Information in die Verschiebevorrichtungen nach dem Eimerketten-Prinzip erfolgt, wobei dazu jede Spaltenleitung über mindestens eine Eimerketten-Stufe mit dem betreffenden Paralleleingang der jeweiligen Verschiebevorrichtung verbunden ist.
  6. 6. Verfahren nach Ang? ruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die auf den Spaltenleitungen gespeicherte Information jeweils nach dem Eimerketten-Prinzip zunächst parallel in die zweite Verschiebevorrichtung und von dort
    . parallel in die Verschiebevorrichtung eingelesen wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß anstatt der beiden Verschiebevor-
    ■ richtungen eine einzige Verschiebevorrichtung verwendet wird, welches jeweils zwischen zwei Speicherplätzen, in die parallel eingelesen wird, einen Zwischenspeicherplatz aufweist, daß nach dem Einlesen der auf den Spaltenleitungen gespeicherten Information diese in die Zwischenspeicherplätze geschoben wird und daß anschließend die Null-Information parallel eingelesen wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Differenzbildung mittels einer "correlated double sampling"-Stufe erfolgt.
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