DE3119032C2

DE3119032C2 - Solid state image sensing device

Info

Publication number: DE3119032C2
Application number: DE3119032A
Authority: DE
Inventors: Kenju Otsu Horii
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1980-05-14
Filing date: 1981-05-13
Publication date: 1984-04-05
Also published as: DE3119032A1; JPS56160081A

Abstract

Es ist eine Festkörper-Bildabtastvorrichtung geschaffen, bei der die Erscheinung des Überstrahlens ohne eine Einbuße in anderen Kennwerten, wie die Empfindlichkeit, verhindert werden kann. Gemäß Fig. 2 wird das Überstrahlen dadurch verhindert, daß die Überstrahlungsladung, die infolge einer intensiven Lichteinstrahlung von fotoelektrischen Wandlerelementspalten (1) in die Ladungsübertragungselementspalten (2) überfließt, durch Ladungsübertragungselementspalten (2), Auswahl-Gatebereiche (24) und Überschußladungsabsorptionsbereiche (23) hindurch während einer Lichtsignalspeicherperiode nach außen abgeleitet wird. Bei der erfindungsgemäßen Festkörper-Bildabtastvorrichtung wird nach der Entfernung der Überstrahlungsladung die in den fotoelektrischen Wandlerelementspalten (1) vorhandene Signalladung aus einem Ladungsausgabebereich (4) über Ladungsübertragungselementspalten (2), Auswahl-Gatebereiche (24) und Speicherbereiche (22) ausgelesen, so daß es möglich ist, ein Bildsignal zu erhalten, das von der für die Bildwiedergabe äußerst nachteilhafte Wirkungen aufweisenden Überstrahlungsladung frei ist. Bei der erfindungsgemäßen Festkörper-Bildabtastvorrichtung werden die Ladungsübertragungselementspalten (2) sowohl als ein zur Bildung des Bildsignals erforderlicher Signalausleseweg verwendet als auch ein Abzugsweg für die Überstrahlungsladung, so daß keine Notwendigkeit zur Anbringung eines besonderen Antiüberstrahlungsmechanismus in der Umgebung des fotoelektrischen ................There is provided a solid-state image sensing device in which the phenomenon of blooming can be prevented without sacrificing other characteristics such as sensitivity. According to FIG. 2, the overexposure to radiation is prevented in that the overexposure charge which overflows into the charge transfer element gaps (2) as a result of intense light irradiation from photoelectric conversion element gaps (1) through charge transfer element gaps (2), selection gate areas (24) and excess charge absorption areas (23) is derived through it to the outside during a light signal storage period. In the solid-state image scanning device according to the invention, after the removal of the overexposure charge, the signal charge present in the photoelectric conversion element columns (1) is read out from a charge output area (4) via charge transfer element columns (2), selection gate areas (24) and storage areas (22), so that it It is possible to obtain an image signal which is free from the blooming charge which has extremely adverse effects on image reproduction. In the solid-state image sensing device of the present invention, the charge transfer element gaps (2) are used as both a signal readout path necessary for forming the image signal and a discharge path for the blooming charge, so that there is no need to attach a special anti-blooming mechanism in the vicinity of the photoelectric ...... ..........

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Festkörper-Bildabtestvorrichtung mit einem eine fotoelektrische Wandelementspalte und eine Ladungsübertragungselementspalte aufweisenden Bildabtastbereich, einem eine Ladungsübertragungsclementspalte aufweisenden Speicherbereich, einem Ladungsauslesebereich zum Auslesen einer in dem Speicherbereich gespeicherten Ladung, einem Überschußladungsabsorptionsbereich zur Absorption einer von einer fotoclektrischen Umwandlung in der fotoelektrischen Wandlerelenientspalte herrührenden Überschußladung, und einem M Auswahl-Gatebereich zur Übertragung der in der Ladungsübcrtragungselementspalte des Bildabtaslb¹?- reichs vorhandenen Ladung zum Speicherbereich.The present invention relates to a solid-state image testing device comprising an image sensing area having a photoelectric wall element column and a charge transfer element column, a storage area having a charge transfer element column, a charge readout area for reading out a charge stored in the storage area, an excess charge absorption area for absorbing a photoelectric transducer from a photoelectric transducer resulting excess charge, and an M selection gate area for transferring the charge ^{present in the charge transfer element column of the image scanner 1} ? area to the storage area.

Ein einer bekannten Fcstkörper-Bildabtastvorriehtung (DE-OS 28.42 34b) zugrundeliegendes Prinzip ist *>5 anhand von Fig. la bis I c erläutert.One of a known body image sensing device (DE-OS 28.42 34b) underlying principle is *> 5 with reference to Fig. La to I c explained.

In Fig. la sind mit dem Bezugs/eichen 1 fotoelektrische Wandlerelementspaltcn bezeichnet, mit 2 Ladungsübertragungselementspalten zur Übertragung einer durch fotoelektrische Umwandlung erhaltenen Signalladung in der vertikalen Richtung, und mit 4 ein Ausleseregisterabschnitt, um die in den Ladungsübertragungselementspalten 2 vorhandene Signalladung zeilenweise auszulesen. Mit 3 ist ein Antiüberstrahlabschnitt oder Überlauf-Drainabschnitt bezeichnet, der für eine vertikale Übertragung jeweils parallel zu den Ladungsübertragungselementspalten 2 ausgebildet ist Ein die fotoelektrische Wandlerelementspaiten 1, Ladungsübertragungselementspalten 2 und Überlauf-Drainabschnitte 3 umfassender Bereich bildet einen Bildabtastbereich und es sind die Ladungsübertragungselementspalten 2 gewöhnlich gegen Licht abgeschirmt. Ladungen, die durch auf die fotoelektrischen Wandlerelementspaiten 1 eiaf.illendes Licht erzeugt werden, werden vorübergehend über eine konstante Zeitdauer gespeichert und sodann auf die Ladungsübertragungselementspalten 2 für eine vertikale Übertragung überführt, während die fotoelektrischen Wandlerelementspaiten 1 erneut mit der fotoelektrischen Umwandlung und Ladungsspeicherung beginnen. Die zur vertikalen Übertragung auf die Ladungsübertragungselementspalten 2 übertragenen Signalladungen werden für jede in das Register 4 zu überschiebende Zeile ausgelesen und sequentiell an einem Ausgäbeabschnitt 5 ausgjlesea Zu dieser Zeit tritt, wenn in dem fotoelektrischen Wandlerabschnitt eine die Sättigungsladung der fotoelektrischen Wandlerelemente überschießende Ladung erzeugt wird, das gewöhnlich als Überstrahlen bezeichnete Phänomen auf. d. h. ein Überlauf der Überschußladung auf die Umgebung. Die Antiüberstrahlungsbereiche 3 sind zu dem Zweck vorgesehen, ein Übertreten der Überlaufladung zu den Ladungsübertragungselementspalten 2 oder den nahegelegenen fotoelektrischen Wandlerelementen zu verhindern. Gewöhnlich weisen sie eine Überlauf-Drainstruktur auf, in der ein Drainbereich zum Abzug von Überlaufladung vorgespannt ist. Fig. 1b stellt eine Schnittansicht zur Darstellung des Verfahrens zur Verhinderung des Überstrahlens mit Hilfe der Überlauf-Drainstruktur dar. Mit dem Bezugszeichen 6 sind Überlauf-Drainabschnitte zum Abziehen der Überlaufladung bezeichnet, mit 7 Kanalsperrabschnitte, mit 8 eine begrabene Schicht eines Ladungsübertragungselementes, mit 9 dazu gehörige Übertragungselektroden und mit 10 fotoelektrische Wandlerabschnitte, die beispielsweise durch PN-Flächendioden gebildet sind. Mit dem Bezugszeichen 11 sind Potentialabgleichelektroden für die Überlauf-Drainabschnitte 6 und die foioelektrischen Wandlerabschnitte 10 bezeichnet und mit 12 Elektroden zur Steuerung der Ladungsübertragung zwischen den fotoelektrischen Wandlerabschnitten 10 und den Ladungsübertragungselementspalten 2. In Fig. Ic ist die in den verschiedenen Teilen der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung entwickelte Potentialverteilung dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 16 ist ein unter den Steuerelektroden 12 herrschendes Potential bezeichnet, mit 17 ein unter den Überlauf-Potentialabgleichelektroden 11 herrschendes Potential, mit 18 ein Potential vorgespannter Überlauf-Drainabschnitte. mit 19 ein Potential an den Kanalsperrabsehnitien 7. mit 20 ein Potential an den fotoelektrischen Wandlcrabschnitten 10 und mit 21 ein Potential an den Ladungsübcrtragungselementcn 8. In diesem Zustand wird eine durch in das Substrat eintretendes Lieht erzeugte Ladung in den fotoelektrischen Wandlerabschnitten 10 gespeichert und das dort bestehende Potential nahen sieb,In Fig. La, the reference 1 denotes photoelectric conversion element columns, 2 charge transfer element columns for transferring a signal charge obtained by photoelectric conversion in the vertical direction, and 4 a readout register section for reading out the signal charge present in the charge transfer element columns 2 line by line. Denoted at 3 is an anti-overflow portion or overflow drain portion which is formed for vertical transfer respectively parallel to the charge transferring element columns 2 Shielded from light. Charges generated by light shining on the photoelectric conversion element strings 1 are temporarily stored for a constant period of time and then transferred to the charge transferring element columns 2 for vertical transfer while the photoelectric conversion element strings 1 start photoelectric conversion and charge storage again. The signal charges transferred to the charge transferring element columns 2 for vertical transfer are read out for each line to be shifted into the register 4 and sequentially read out at an output section 5 phenomenon commonly referred to as blooming. ie an overflow of the excess charge to the environment. The anti-glare areas 3 are provided for the purpose of preventing the overflow charge from passing to the charge transfer element gaps 2 or the nearby photoelectric conversion elements. Usually they have an overflow drain structure in which a drain region is biased to withdraw overflow charge. 1b is a sectional view to illustrate the method for preventing over-exposure with the aid of the overflow drain structure associated transmission electrodes and 10 photoelectric converter sections, which are formed, for example, by PN area diodes. The reference numeral 11 potential adjustment electrodes for the overflow drain portions 6 and the foioelektrischen converter sections 10 are designated with 12 electrodes for controlling charge transfer between the photoelectric conversion portions 10 and the charge transfer element columns 2. In Fig. Ic is shown in the different parts of the in F i G. 1 device shown developed potential distribution is shown. Reference numeral 16 denotes a potential prevailing under the control electrodes 12, 17 a potential prevailing under the overflow potential equalization electrodes 11, and 18 a potential of biased overflow drain sections. with 19 a potential at the channel blocking elements 7. with 20 a potential at the photoelectric converter sections 10 and with 21 a potential at the charge transfer elements 8. In this state, a charge generated by light entering the substrate is stored in the photoelectric converter sections 10 and that there existing potential near sie,

schließlich dem Überlauf-Abgleichelektrodenpotential 17 und geht darüber hinaus, wodurch ein Oberlauf von Ladung zu den Oberlauf-Drainabschnitten 6 hervorgerufen wird. Da das Potential 16 zwischen den fotoelektrischen Wandlerabschnitten 10 und den Ladungsübertragungselementabschnitten 8 weniger tief ist als das Überlauf-Abgleichelektrodenpotential 17, fließt die Überschußladung niemals zu einem Potent'alwall 21 in den Ladungsübertragungselementspalten 2. Sicherlich kann das Überstrahlen durch die Anbringung der Überlauf-Drainabschnitte 6, wie in der obigen Ausführung, verhindert werden. Durch die Ausbildung der Überlauf-Drainbereiche 6 wird jedoch die effektive Fläche der fotoelek irischen Wandlerabschnitte 10 um den Betrag schmäler, der den Bereichen entspricht, in denen die Überlauf-Potentialabgleichelektroden 11 und auf die Überlauf-Drainbereiche 6 ausgebildet sind. Folglich ist die effektive Empfindlichkeit der Vorrichtung herabgesetzt Zusätzlich ist die Anbringung der Überlauf-Drainbereiche 6 vom Standpunkt einer Größenverringerung des Bildabtastbereichs vorteilhaft. Beispielsweise besitzt bei der Ausbildung einer Bildabtastvorrichtung, bei der Bildelemente zu 500 Elementen in der vertikalen Richtung und ungefähr 400 Elemente in der horizontalen Richtung in einer Bildabtastbereichsgröße entsprechend einem optischen System von ²/₃ Inch angeordnet sind, ein einzelnes Bildelement die Abmessungen von 13,5 μιη in der vertikalen Richtung χ 23 μΐη in der horizontalen Richtung. In diesem Fall beträgt, wenn die Abmessung des Überlauf-Drainabschnittes auf 4 μιη, die Abmessung der Überlaufpoten tialabgleichelektrode 11 auf 4 μιη und die Abmessung des Kanalsperrabschnitts 7 auf 4 μπι eingestellt wird, in der horizontalen Richtung die Abmessung des verbleibenden Bereichs nur 11 μπι, innerhalb dessen der fotoelektrische Wandlerabschnitt 10 und der Ladungsübertragungselementabschnitt 8 ausgebildet werden müssen. In eine.n derartigen Fall ist daher die Empfindlichkeit gering, und es ist auch unmöglich, ein hohes Ladungsniveau einzustellen, so daß keine hochwirksame Bildabtastvorrichtung erhalten werden kann.finally the overflow adjustment electrode potential 17 and goes beyond, whereby an overflow of charge to the overflow drain portions 6 is caused. Since the potential 16 between the photoelectric converter sections 10 and the charge transfer element sections 8 is shallower than the overflow adjustment electrode potential 17, the excess charge never flows to a potential wall 21 in the charge transfer element gaps 2 , as in the above embodiment, can be prevented. By forming the overflow drain regions 6, however, the effective area of the photoelectric transducer sections 10 is narrowed by the amount corresponding to the regions in which the overflow potential adjustment electrodes 11 and on the overflow drain regions 6 are formed. As a result, the effective sensitivity of the device is lowered. In addition, the provision of the overflow drain regions 6 is advantageous from the standpoint of reducing the size of the image sensing area. In the training example, has an image sensing apparatus, wherein the picture elements to 500 elements in the vertical direction and approximately 400 elements in the horizontal direction in a Bildabtastbereichsgröße corresponding to an optical system of ^_2/3 inches are disposed, a single picture element, the dimensions of 13.5 μιη in the vertical direction χ 23 μΐη in the horizontal direction. In this case, if the dimension of the overflow drain section is set to 4 μm, the dimension of the overflow potential adjustment electrode 11 is set to 4 μm and the dimension of the channel blocking section 7 is set to 4 μm, in the horizontal direction the dimension of the remaining area is only 11 μm, within which the photoelectric conversion section 10 and the charge transferring element section 8 must be formed. In such a case, therefore, the sensitivity is low and it is also impossible to set a high level of charge, so that a highly efficient image sensing device cannot be obtained.

Bei einer als bekannt geltenden Festkörper-Bildabtastvorrichtung der eingangs genannten Art (DE-OS 30 21 470) sind jeder Ladungsübertragungselementspalte jeweils zwei fotoelektrische Wandlerelementspalten zugeordnet, die sich beidseits der Ladungsübertragungselementspalte erstrecken. Zwar wird hierdurch eine gewisse Platzersparnis auf dem Bildabtastbereich erreicht, doch sind als bekannt geltenden Festkörper-Bildabtastvorrichtung die Überschußladungsabsorptionsbereiche jeweils zwischen zwei benachbarten fotoelektrischen Wandlerelementspalten ebenfalls auf dem Bildabtastbereich angeordnet, so daß die Üborschußladung unmittelbar von den fotoelektrischen Wandlerelementspalten in die Überschußladungsabsorptionsbereiche hinüberfließen kann. Der Auswahl-Gatebereich ist jeweils an einem Ende der Ladungsübertragungselementspalte des Bildabtastbereichs angeordnet und dient lediglich dazu, die von der auf der einen Seite der Ladungsübertragungselementspalte des Bildabtastbereichs angeordneten fotoelektrischen Wandlerelementspalte herrührenden Signalladungen von denen aus der anderen fotoelektrischen Wandlerelementspalte herrührenden Signalladungen zu trennen. Da bei dieser als bekannt geltenden Festkörper-Bildabtastvorrichtung die Überschußlidungsabsorptionsbereiche zwischen den fotoelektrischen Wandlerelementspalten auf dem Bildabtastbereich angeordnet sind, ist die effektive lichtaufnehmende Oberfläche des Büdabtastbereichs verringert
Schließlich ist bei einer anderen als bekanntIn a known solid-state image scanning device of the type mentioned (DE-OS 30 21 470), each charge transfer element column is assigned two photoelectric converter element columns which extend on both sides of the charge transfer element column. A certain amount of space is saved in the image scanning area as a result, but as a known solid-state image scanning device, the excess charge absorption areas between two adjacent photoelectric conversion element columns are likewise arranged on the image scanning area, so that the excess charge can flow over directly from the photoelectric conversion element gaps into the excess charge absorption areas. The selection gate area is arranged at each end of the charge transfer element column of the image sensing area and serves only to separate the signal charges originating from the photoelectric conversion element column located on one side of the charge transfer element column of the image sensing area from the signal charges originating from the other photoelectric conversion element column. In this well-known solid-state image sensing device, since the excess oil absorption areas are disposed between the photoelectric conversion element columns on the image sensing area, the effective light receiving area of the image sensing area is reduced
After all, someone else is known to be

% geltenden Festkörper-Bildabtastvorrichtung (DE-OS 31 01 803) jeweils zwischen der fotoelektrischen Wandlerelementspalte und der Ladungsübertragungselementspalte auf dem Bildabtastbereich eine Anzahl von Überschußabsorptionsbereichen angeordnet, die an % valid solid-state image scanning device (DE-OS 31 01 803) each between the photoelectric conversion element column and the charge transfer element column on the image scanning area a number of excess absorption areas arranged at

ι» eine äußere Elektrode angeschlossen sind. Die von der Wandlerelementspalte herrührenden Überschußladungen werden dabei durch eine an die Überschußladungsabsorptionsbereiche angrenzende Überstrahlungssteuerelektrode in die Überschußladungsabsorptionsbereiche überführt und über die äußere Elektrode aus dem Bildabtastbereich abgeleitet.ι »an external electrode are connected. The one from the Excess charges originating from the transducer element gaps are thereby transferred to the excess charge absorption areas adjacent flare control electrode in the excess charge absorption areas transferred and derived from the image scanning area via the outer electrode.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Festkörper-Bildabtastvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß Überstrahlungs-The invention is based on the object of providing a solid-state image scanning device of the type mentioned at the beginning Type in such a way that overexposure

2(i erscheinungen hervorrufende Überschußladungen ohne eine Notwendigkeit zur Verringerung der effektiven lichtaufnehmenden Oberfläche des Bildabtastbereichs beseitigt werden.2 (i causing excess charges without a need to reduce the effective light receiving area of the image sensing area be eliminated.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,According to the invention, this object is achieved by

2ϊ daß die Überschußladung durch die Ladungsübertragungselementspalte hindurch dem Auswahl-Gatebereich zuleitbar ist, der sie selektiv in den Überschußladungsabsorptionsbereich ableitet.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind 2ϊ that the excess charge can be conducted through the charge transfer element column to the selection gate region, which selectively discharges it into the excess charge absorption region.
Advantageous embodiments of the invention are

jo in den Unteransprüchen angegeben.jo specified in the subclaims.

In der folgenden Beschreibung ist die Erfindung anhand einiger Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigenIn the following description, the invention is referenced on the basis of some embodiments explained in more detail on the drawing. Show in it

Fig. la bis Ic eine Aufsicht, eine Teilschnittansicht bzw. ein Potentialdiagramm einer Fremdkörper-Bildabtastvorrichtung nach dem Stand der Technik,Fig. La to Ic a plan view, a partial sectional view and a potential diagram of a foreign matter image sensing device, respectively According to the state of the art,

F i g. 2 eine einen grundlegenden Aufbau darstellende Aufsicht einer Festkörper-Bildabtastvörrichtung,
Fig.3 eine eine Ausführungsform der Festkörper-Bildabtastvorrichtung darstellende Aufsicht,F i g. Fig. 2 is a plan view showing a basic structure of a solid-state image sensing device;
Fig. 3 is a plan view showing an embodiment of the solid-state image sensing device;

Fig.4 ein den Betrieb dieser Ausführungsform erläuterndes Wellendiagramm, und4 is a wave diagram explaining the operation of this embodiment, and FIG

Fig.5 eine eine weitere Ausführungsform der Festkörper-Bildabtastvorrichtung darstellende Aufsieht. Fig. 5 is a view showing another embodiment of the solid-state image sensing device.

Bei einer Festkörper-Bildabtastvorrichtung vom Ladungsübertragungstyp erfolgt durch die zum Zeitpunkt der fotoelektrischen Umwandlung aus den fotoelektrischen Wandlerelementspalten überfließendeIn a solid-state image sensing device of the charge transfer type, the at the time the photoelectric conversion overflowing from the photoelectric conversion element columns

so Überschußladung eine nachteilige Beeinflussung der zu dieser Zeit in den den fotoelektrischen Wandlerelementspalten benachbarten Ladungsübertragungselementspalten vorhandenen Signalladungen. Es ist daher ein Aufbau erforderlich, bei dem die Überschußladung in einen Überlaufdrain abgezogen oder absorbiert wird, so daß sie nicht in die Ladungsübertragungselementspalten hineinfließt. Aus dieser Erwägung heraus ist es, um die Wirkung der aus den fotoelektrischen Wandlerelementspalten überlaufenden Überschußladung auf die in den Ladungsübertragungselementspalten vorhandene Signalladung zu beseitigen, wüijschenswert, die Ladungsübertragungselementspalten zur Zeit der fotoelektr'schen Umwandlung von Signalladung freizuhalten. Um dies zu erreichen, sind zur Zeit der fotoelektrischen Umwandlung von den Ladungsübertragungselementspalten entkoppelte Speicherbereiche vorgesehen, in die die Signalladungen von den Ladungsübertragungselementspalten zur dortigen Spei-so excess charge adversely affects the at that time in the photoelectric conversion element gaps signal charges present in adjacent charge transfer element columns. It is therefore a structure is required in which the excess charge is drawn off or absorbed in an overflow drain, so that it does not flow into the charge transfer element gaps. From this point of view it is the effect of the excess charge overflowing from the photoelectric conversion element gaps on the to eliminate signal charge present in the charge transfer element gaps, which is desirable Charge transfer element gaps at the time of photoelectric Keep conversion of signal charge free. In order to achieve this, the photoelectric conversion from the charge transfer element columns decoupled storage areas are provided in which the signal charges from the charge transfer element columns to the local storage

cherung zu übertragen sind. Nachdem die Signalladungen zu den Speicherbereichen übertragen sind, brauchen die Ladungsübertragungselementspalten die Funktion der Speicherung der zu übertragenden Signalladungen nicht mehr aufzuweisen und können daher als eine verschiedene Funktion aufweisende Bereiche verwendet werden, d. h. daß sie als die vorerwähnte Überlauf-Drainbereiche verwendet werden können.are to be transferred. After the signal charges are transferred to the storage areas, need the charge transfer element columns the function of storing the signal charges to be transferred no longer have and therefore can be used as areas having a different function be, d. H. that they can be used as the aforementioned overflow drain regions.

Fig. 2 zeigt einen grundlegenden Aufbau einer eine derartige Funktion aufweisenden Festkörper-Bildabtastvorrichtung. In F i g. 2 sind Bereiche 22 zur Speicherung der von den fotoelektrischen Wandlerelementspalten 1 bei der fotoelektrischen Umwandlung herrührenden Signalladungen zwischen einem die fotoeiektrischen Wandiereiementspaiten i und die Ladungsübertragungselementspalten 2 aufweisenden Bereich und einem von einem Registerbereich gebildeten Ladungsauslesebereich 4. Während der durch die fotoelektrischen Wandlerelementspalten 1 und die Ladungsübertragungselemente 2 gebildete Bereich einen von dem einfallenden Licht bestrahlten Bildabtastbereich bildet, stellen die Speicherbereiche 22 Zwischenspeicherbereiche zur Übertragung der Signalladungen zum Ladungsauslesebereich 4 dar. Daher ist dieser Bereich gegen Licht abgeschirmt. Zwischen dem Bildabtastbereich 1, 2 und den Speicherbereichen 22 sind Auswahl-Gatebereiche 24 vorgesehen, die die Signalladungen von den Ladungsübertragungselementspalten 2 zu den Speicherbereichen 22 übertragen und die aus den fotoelektrischen Wandlerelementspalten 1 und damit aus den Ladungsübertragungsspalten 2 überfließende Überschußladungen in von vorgespannten Drainbereichen 23 gebildete Überschußiadungsabsorptionsbereiche ableiten. Ein Ausgangsanschluß ist unter dem Bezugszeichen 5 dargestellt.Fig. 2 shows a basic structure of a one Solid-state image sensing apparatus having such a function. In Fig. 2 are areas 22 for Storage of the photoelectric conversion element columns 1 in the photoelectric conversion originating signal charges between a photoelectric Wandiereiementspaiten i and the Charge transfer element columns 2 having area and one formed by a register area Charge readout area 4. During the through the photoelectric conversion element columns 1 and the Charge transfer member 2 is an image sensing area irradiated by the incident light forms, the storage areas 22 provide intermediate storage areas for transferring the signal charges to the charge readout area 4. This area is therefore shielded from light. Between the Image scanning area 1, 2 and the memory areas 22 are provided selection gate areas 24 which the Transferring signal charges from the charge transfer element columns 2 to the storage areas 22 and those from the photoelectric conversion element columns 1 and thus from the charge transfer columns 2 overflowing excess charges in excess charge absorption regions formed by biased drain regions 23 derive. An output connection is shown under the reference number 5.

Die in F i g. 2 dargestellte und vorstehend beschriebene Festkörper-Bildabtastvorrichtung wird zur zweidimensionalen Bildabtastung verwendet. Zum Zwecke einer eindimensionalen Bildabtastung werden dagegen eine einzige fotoelektrische Wandlerelementspalte 1, Ladungsübertragungselementspalte 2, Speicherbereich 22, vorgespannter Drainbereich 23, Auswahl-Gatebereich 24 und Ausleseregisterbereich 4 verwendet.The in F i g. 2 and described above Solid-state image scanning device is used for two-dimensional image scanning. For the purpose a one-dimensional image scanning, however, a single photoelectric conversion element column 1, Charge transfer element column 2, storage area 22, biased drain area 23, select gate area 24 and readout register area 4 are used.

Auf die fotoelektrischen Wandlerelementspalten 1 einfallendes Licht verursacht eine Erzeugung von Ladungen in einem Substrat, und die Ladungen werden in dem Substrat gespeichert. Über das Sättigungsladungsniveau hinausgehend erzeugte Überschußladungen fließen in die Ladungsübertragungselementspalten 2 über. Die überfließenden Überschußladungen breiten sich durch Diffusion längs der Ladungsubertragungseiementspahen 2 aus und treten durch die Auswahl-Gatebereiche 24 hindurch, um in die vorgespannten Drainbereiche 23 abgezogen zu werden. Nach einer vorbestimmten fotoelektrischen Umwandlungsperiode werden die in den fotoelektrischen Wandlerelementspalten 1 gespeicherten Ladungen zu den Ladungsübertragungselementspalten 2 übertragen, wobei jedoch eine große Menge von Überschußladungen in den Ladungsübertragungselementspalten 2 verbleibt da sie durch Diffusion zu den vorgespannten Drainbereichen 23 übertragen werden. Um die Restladungen hinauszufegen, wird an die Ladungsübertragungselementspalten 2 ein Spannungsimpuls angelegt wodurch die Restladungen innerhalb einer kurzen Zeitspanne in die vorgespannten Drainbereiche 23 hinausgefegt werden. Nach dieser Operation werden die in den fotoelektrischen Wandlerelementspalten 1 vorhandenen Signalladungen den Ladungsübertragungselementspalten 2 zugeführt. Die den Ladungsübertragungselementspalten 2 zugeführten Signalladungen werden durch die Auswahl-Gatebereiche 24 hindurch innerhalb einer kurzen Zeitspanne zu in den Speicherbereichen 22 vorhandenen Ladungsübertragungselementspalten übertragen. Zur Zeit der Übertragung der Signalladung sind die Auswahl-Gatebereiche 24 in einen offenen Zustand gesteuert, um die Ladungen zu den Speicherbereichen 22 zu übertragen, während sie hinsichtlich der vorgespannten Drainbereiche 23 gesperrt sind. Die zu den Speicherbereichen 22 übertragenen Signalladungen werden zeilenweise zum Ausleseregister 4 für einen sequentiellen Lesevorgang übertragen. Während die in den Speicherbereichen 22 vorhandenen Ladungen aus dem Ausleseregister 4 ausgelesen werden, findet in den fotoelektrischen Wandlerelementspalten 1 die Erzeugung von Ladungen durch das einfallende Licht und deren Speicherung statt, und die Ladungsübertragungselementspalten 2 dienen als ein Kanal, durch den die aus den fotoelektrischen Wandlerelementspalten 1 herrührende Überschußladung zu den vorgespannten Drainbereichen 23 übertragen wird. Zu dieser Zeit dienen die Ladungsübertragungselementspalten 2 dazu, Überschußladungen zu den vorgespannten Drainbereichen 23 hinaus zu fegen, indem lediglich ihre Übertragungselektroden (nicht dargestellt) mit einer konstanten Spannung vorgespannt sind und es kann, um die Wirkung des Hinausfegens zu erhöhen, ein Spannungsimpuls angelegt werden, um die Überschußladungen zwangsweise zu den vorgespannten Drainbereichen 23 hinauszufördern.Light incident on the photoelectric conversion element columns 1 causes generation of Charges in a substrate, and the charges are stored in the substrate. About the saturation charge level excess charges generated thereafter flow into the charge transfer element gaps 2 over. The overflowing excess charges spread by diffusion along the charge transfer elements 2 and pass through the selection gate regions 24 to enter the biased Drain regions 23 to be drawn off. After a predetermined photoelectric conversion period the charges stored in the photoelectric conversion element columns 1 become the charge transfer element columns 2, but a large amount of excess charges remain in the charge transfer member gaps 2 because of them transferred to the biased drain regions 23 by diffusion. To sweep out the remaining charges a voltage pulse is applied to the charge transfer element columns 2, whereby the residual charges swept out into the biased drain regions 23 within a short period of time. After this operation, the signal charges present in the photoelectric conversion element columns 1 become supplied to the charge transfer element columns 2. The columns of the charge transferring element 2 supplied signal charges are passed through the selection gate regions 24 within a short period of time to the charge transfer element columns present in the storage areas 22 transfer. At the time of transferring the signal charge, the selection gate areas 24 are in an open one State controlled to transfer the charges to the storage areas 22 while they are in terms of the biased drain regions 23 are blocked. The signal charges transferred to the storage areas 22 are transmitted line by line to the readout register 4 for a sequential read process. While the in The charges present in the storage areas 22 are read from the readout register 4, takes place in the photoelectric conversion element columns 1 the generation of charges by the incident light and their storage takes place, and the charge transfer element columns 2 serve as a channel through which the out excess charge from the photoelectric conversion element columns 1 to the biased drain regions 23 is transmitted. At this time, the charge transfer member gaps 2 serve to hold excess charges to sweep out to the biased drain regions 23 by merely placing their transfer electrodes (not shown) with a constant Voltage are biased and it can, in order to increase the effect of the sweeping out, a voltage pulse are applied to forcibly transfer the excess charges to the biased drain regions 23 to convey out.

F i g. 3 zeigt einen Aufbau einer Ausführungsform der Festkörper-Bildabtastvorrichtung. Die fotoelektrischen Wandlerelementspalten 1 sind durch PN-Flächendioden gebildet und die Ladungsübertragungselementspalten 2 sind durch Ladungsverschiebeelemente (CCDs) gebildet. Mit dem Bezugszeichen 12 sind Elektroden zur Übertragung der Signalladungen von den fotoelektrischen Wandlerelementspalten 1 zu den Ladungsübertragungselementspalten 2 bezeichnet, mit 7 ein Kanalsperrbereich zur Abtrennung jedes Wandlerelementes in der horizontalen Richtung, wobei der Kanalsperrbereich 7 mit Ausnahme der Überlauf-Drainabschnitte denselben Aufbau aufweist wie bei der bekannten Bildabtastvorrichtung, mit 25 eine Übertragungselekirode zur Übertragung der in den Ladungsübertragungselementspalten t des Bildabtastbereiches vorhandenen Signalladungen zu den Ladungsübertragungselementspalten der Speicherbereiche 22, und mit 26 von den fotoeiektriiciien Wandlere'ernenteri 1 zu den Drainbereichen 23 reichende Gateelektroden zur Übertragung der von den Ladungsübertragungselementspalten herrührenden Überschußladungen. Die i Ladungsübertragungselementspalten der Speicherbe- j^; reiche 22 sind mit derselben Zahl von Übertragungselek- J troden versehen wie die Ladungsübertragungselement- ξ, spalten 2 der Bildabtastbereiche, und diese Übertra- % gungselektroden können durch zweiphasige Zeittaktim- ; pulssignale ausgesteuert werden. JF i g. Fig. 3 shows a structure of an embodiment of the solid-state image sensing device. The photoelectric conversion element columns 1 are formed by PN junction diodes, and the charge transfer element columns 2 are formed by charge transfer elements (CCDs). Reference numeral 12 denotes electrodes for transferring the signal charges from the photoelectric conversion element columns 1 to the charge transfer element columns 2, and 7 denotes a channel blocking area for separating each transducer element in the horizontal direction, the channel blocking area 7 having the same structure as in the case of the overflow drain portions except for the known image scanning device, with 25 a transfer electrode for transferring the signal charges present in the charge transfer element columns t of the image scanning area to the charge transfer element gaps of the storage areas 22, and with 26 gate electrodes reaching from the photoelectric transducers 1 to the drain areas 23 for transferring the excess charges resulting from the charge transfer element gaps. The i charge transfer element columns of the storage be- j ^; rich 22 are provided with the same number of Übertragungselek- J trodes as the Ladungsübertragungselement- ξ, columns 2 of the image scan, and this transmission can supply electrodes% by biphasic Zeittaktim-; pulse signals are controlled. J

In Fig.4 ist ein Beispiel für einen Satz von Impulssignalen dargestellt die in der vorliegenden Ausführungsform von (nicht dargestellten) Signalquellen geliefert werden. Mit 0,-;, 0vi, 0s 1 und 0,j sind Spannungsimpulse bezeichnet die an die Übertragungselektroden in den Ladungsübertragungselementspalten der Bildabtastbereiche I₁ 2 und der Speicherbereiche 22 angelegt sind, mit 0 pt Spannungsimpulse, anFIG. 4 shows an example of a set of pulse signals which in the present embodiment are supplied by signal sources (not shown). 0, - ;, 0vi, 0s 1 and 0, j denote voltage pulses which are applied to the transfer _{electrodes in the charge transfer element columns of the image sensing areas I 1} 2 and the storage areas 22, with 0 pt voltage pulses

die Elektroden 12 zur Übertragung der Signalladung von den fotoelektrischen Wandlerelementspalten 1 zu den angrenzenden Ladungsübertragungselementspalten 2 angelegt sind, mit 0 vr Spannungsimpulse, die an die Übertragungse Übertragungselektroden 25 zur Übertragung der Signalladung von den Ladungsübertragungselementspalten 2 des Bildabtastbereiches zu den Ladungsübertragungselementspalten der Speicherbereiche 22 angelegt sind, und mit 0qo Spannungsimpulse, die an die Elektroden 26 zur Übertragung der Überschußladung von den Ladungsübertragungselementspalten 2 des Bildabtastbereichs zu den vorgespannten Drainbereichen 23 angelegt sind. Während einer Periode ii sind die Spannungsimpulse 0od zur Übertragung der in den Ladungsübertragungselementspalten 2 des Bildabtastbereichs vorhandenen Restladung zu den vorgespannten Drainbereichen 23 angelegt, während einer nachfolgenden Periode h sind die Elektroden 12 zur Übertragung der Signalladungen von den fotoelektrischen Wandlerelementspalten 1 zu den angrenzenden Ladungsübertragungselementspalten 2 offen gesteuert, und während einer nachfolgenden Periode f₃ sind die Spannungsimpulse 0_si, 0_S2 zur Ladungsübertragung von den Ladungsübertragungselementspalten 2 des Bildabtastbereichs zu den Ladungsübertragungselementspalten des Speicherbereichs 22 angelegt. Während dieser Periode f3 ist an die Übertragungselektrode 25 ein Impuls 0 \τ angelegt, so daß Ladungen zu der Ladungsübertragungselementspalte 2 des Bildabtastbereichs und zu der Ladungsübertragungseiementspalte des Speicherbereichs 22 übertragen werden. Zu dieser Zeit werden die Elektroden 26 geschlossen gehalten und sie werden, nachdem die Signalladung des Bildabtastbereichs zu den Speicherbereichen 22 übertragen worden ist, geöffnet, um die vorgespannten Drainbereiche 23 und die Ladungsübertragungselementspalten 2 des Bildabtastbereichs 1,2 zu koppeln. Zu dieser Zeit sind die Übertragungselektroden 25 geschlossen gehalten. Während bei dem oben beschriebenen Betrieb die im Bildabtastbereich 1, 2 vorhandene Restladung zu den vorgespannten Drainbereichen 23 übertragen wird, ist es auch möglich, die Ladung durch die Speicherbereiche 22 und den Registerbereich 4 zu dem Ausgabeabschnitt hinauszufegen. Die Perioden fi, f? und ti sind derart gewählt, daß sie innerhalb der vertikalen Rücklaufperiode liegen, während der kein abgetastetes Bild auftritt.the electrodes 12 for transferring the signal charge from the photoelectric conversion element columns 1 to the adjacent charge transfer element columns 2 are applied with 0 vr voltage pulses applied to the transferring electrodes 25 for transferring the signal charge from the charge transfer element columns 2 of the image sensing area to the charge transfer element columns of the storage areas 22, and at 0qo, voltage pulses applied to the electrodes 26 for transferring the excess charge from the charge transfer element columns 2 of the image sensing area to the biased drain areas 23. During a period ii, the voltage pulses 0od for transferring the residual charge present in the charge transfer element columns 2 of the image sensing area to the biased drain areas 23 are applied, during a subsequent period h the electrodes 12 for transferring the signal charges from the photoelectric conversion element columns 1 to the adjacent charge transfer element columns 2 are open is controlled, and during a subsequent period f ₃ , the voltage pulses 0 _s i, 0 _S 2 for charge transfer from the charge transfer element columns 2 of the image sensing area to the charge transfer element columns of the storage area 22 are applied. During this period f3, a pulse 0 \ τ is applied to the transfer electrode 25 so that charges are transferred to the charge transferring element column 2 of the image sensing area and to the charge transferring element column of the storage area 22. At this time, the electrodes 26 are kept closed and, after the signal charge of the image sensing area has been transferred to the storage areas 22, they are opened to couple the biased drain areas 23 and the charge transfer member columns 2 of the image sensing area 1, 2. At this time, the transfer electrodes 25 are kept closed. In the above-described operation, while the residual charge in the image sensing area 1, 2 is transferred to the biased drain areas 23, it is also possible to sweep the charge out through the storage areas 22 and the register area 4 to the output section. The periods fi, f? and ti are chosen to be within the vertical retrace period during which no scanned image occurs.

Bei der vorstehend erwähnten Ausführungsform kann, da die fotoelektrischen Wandlerelementspalten 1 nicht durch die Anbringung; eines Überlaufdrain verengt sind, im Vergleich zu der den Überlaufdrain aufweisen-In the above-mentioned embodiment, since the photoelectric conversion element columns 1 not by the attachment; of an overflow drain are narrowed in comparison to that of the overflow drain

to den bekannten Bildabtastvorrichtung die Empfindlichkeit vorteilhaft ohne eine wesentliche Änderung in der Überstrahlungs-Unterdrückungswirkung verdoppelt werden. Ferner wurde nachgewiesen, daß das Überstrahlen bis zu einer Lichtintensität, die ungefähr dem lOOfachen der Sättigungsbelichtung der fotoelektrischen Wandiereiemente entspricht, unterdrückt werden konnte.to the known image scanning device the sensitivity advantageously doubled without a substantial change in the blooming suppressing effect will. It has also been proven that the overexposure to a light intensity which is approximately the 100 times the saturation exposure of the photoelectric Wandiereiemente corresponds to be suppressed could.

In Fig.5 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der ein vorgespannter Drainbereich 27 auch an der oberen Seite des Bildabtastbereichs (entgegengesetzt zu den Speicherbereichen) vorgesehen ist, so daß die von den Ladungsübertragungselementspalten 2 des Bildabtastbereichs herrührenden Überschußladungen auch in den Drainbereich 27 hinein abgezogen werden können. Bei diesem Aufbau wurde festgestellt, daß die Überstrahlungs-Unterdrückungswirkung im wesentlichen die gleiche ist wie bei der vorhergehenden Ausführungsform von Fig.4, jedoch konnte ein zusätzlicher Effekt einer Unterdrückung der Ladungs-Another embodiment is shown in FIG. in which a biased drain region 27 is also on the upper side of the image sensing region (opposite to the storage areas) is provided so that the charge transfer element columns 2 of the Excess charges originating in the image scanning region are also drawn off into the drain region 27 can. With this structure, it has been found that the blooming suppressing effect is substantial is the same as in the previous embodiment of FIG additional effect of suppressing the charge

jo ausbreitung nach dem Überstrahlen erhalten werden.jo propagation can be obtained after overexposure.

Bei dem Aufbau dieser mit dem Drainbereich 27 versehenen Ausführungsform ist es möglich, das Hinausfegen der Restladung zum Drainbereich 27 vor der Übertragung der Signalladung von den fotoelektrisehen Wandlerelementen 1 zu den angrenzenden Ladungsübertragungselementspalten 2 zu bewirken. In diesem Fall müssen die Ladungsübertragungselementspalten 2 des Bildabtastbereichs einen 3- oder 4phasigen Aussteuerungsaufbau aufweisen, der die Fähigkeit zur Änderung der Richtung der Ladungsübertragung besitztIn the construction of this embodiment provided with the drain region 27, it is possible that Sweeping out the residual charge to the drain region 27 prior to the transfer of the signal charge from the photoelectrics To effect converter elements 1 to the adjacent charge transfer element columns 2. In in this case, the charge transferring element columns 2 of the image sensing area must be 3 or 4 phase Have a level structure capable of changing the direction of charge transfer owns

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Festkörper-Bildabtastvorrichtung mit einem eine fotoelektrische Wandlerelementspalte (1) und eine Ladungsübertragungselementspalte (2) aufweisenden Bildabtastbereich, einem eine Ladungsübertragungselementspalte aufweisenden Speicherbereich (22), einen Ladungsauslesebereich (4) zum Auslesen einer in dem Speicherbereich (22) gespeicherten Ladung, einem Überschußladungsabsorp- to tionsbereich (23) zur Absorption einer von einer fotoelektrischen Umwandlung in der fotoelektrischen Wandlerelementspalte (1) herrührenden Überschüßladung, und einem Auswahl-Gatebereich (24) zur Übertragung der in der Ladungsübertragungselesientspalte (2) des bildabtastberekhs vorhandenen Ladung zum Speicherbereich (22), dadurch gekennzeichnet, daß die Überschußladung durch die Ladungsübertragungselementspal-1. A solid-state image sensing device comprising a photoelectric conversion element column (1) and an image sensing area having a charge transfer element column, a storage area (22) having a charge transfer element column, a charge readout area (4) for Reading out a charge stored in the storage area (22), an excess charge absorption tion area (23) for absorbing a result from a photoelectric conversion in the photoelectric conversion element column (1) Excess charge, and a selection gate area (24) for transferring the charge present in the charge transfer element column (2) of the image scanning area to the storage area (22), characterized in that the excess charge is passed through the charge transfer element column te (2) hindurch dem Auswahl-Gatebereich (26) zuleitbar ist, der sie selektiv in den Überschußladungsabsorptionsbereich (23) ableitet.te (2) can be fed through the selection gate region (26), which diverts it selectively into the excess charge absorption region (23).

2. Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Ladungsübertragungselementspalte (2) des Bildabtastsignals vorhandene Ladung vor der Ladungsübertragung von der fotoelektrischen Wandlerelementspalte (1) zur Ladungsübertragungselementspalte (2) in die Laciungsübertragungselementspalte des Speicherbereichs (22) hinausgefegt wird.2. Solid-state image scanning device according to claim 1, characterized in that the in the Charge transfer element column (2) of the image sensing signal before charge transfer from the photoelectric conversion element column (1) to the charge transfer element column (2) into the transfer element column of the storage area (22) is swept out.

3. Solid-state image scanning device according to claim 1 or 2, characterized in that a number of pairs each having a photoelectric conversion element column (1) and a charge transfer element column (2) parallel thereto, each of which has a charge storage area (22), an excess charge absorption area (23) and a selection gate area (24, 26) is assigned, arranged transversely to the column direction in a row and the charge readout area (4) is formed by a readout register corresponding to the number of charge storage areas (22) and adjoining these, into which the charge storage areas are inserted (22) transmitted signal charges can be read line by line.