DE4133748A1

DE4133748A1 - Ladungsgekoppelter (ccd) bildsensor

Info

Publication number: DE4133748A1
Application number: DE4133748A
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Goldstar Electron Co Ltd
Current assignee: Intellectual Ventures II LLC
Priority date: 1990-10-13
Filing date: 1991-10-11
Publication date: 1992-04-16
Anticipated expiration: 2011-10-12
Also published as: DE4133748C2; KR930005746B1; US5210613A; KR920008948A; JPH06121238A; JP2838611B2

Description

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit einer ladungsgekop pelten Speichereinrichtung als Bildsensor und insbesondere mit einem ladungsgekoppelten Speicher als Bildsensor einer Zwischenzeilen-Übertragungsbauart (interline transfer type).

In typischer Weise kann die Signalübertragung einer ladungs gekoppelten Speichereinrichtung (CCD) als Bildsensor auf drei Arten erfolgen, nämlich Bildübertragung bzw. Raster übertragung (frame transfer), Zwischenzeilenübertragung (interline transfer) und Raster-Zwischenzeilen-Übertragung (frame-interline transfer).

Der CCD-Bildsensor des Raster- bzw. Bildübertragungstyps (frame transfer type) hat eine Mehrzahl von Photodetektoren, die auf ihrer Ebene ausgebildet sind, und eine Mehrzahl von Signalübertragungsbereichen, welche unter den Photodetektoren ausgebildet sind. Somit kann der CCD-Bildsensor des Bild übertragungstyps bei einem System eingesetzt werden, wel ches eine höhere Auflösung erforderlich macht, wie bei Sendeanlagen, oder bei einem System mit einer Abtastart ohne Zwischenzeilenabtastung (non-interlaced scanning type), wie bei militärischen Einrichtungen.

Der CCD-Bildsensor des Zwischenzeilen-Übertragungstyps hat eine Mehrzahl von Photodetektoren und eine Mehrzahl von Signalübertragungsbereichen, welche einzeln in der Ebene ausgebildet sind. Daher kann der CCD-Bildsensor der Zwi schenzeilen-Übertragungsbauart bei einem Haussystem bzw. In landsystem eingesetzt werden, bei dem eine geringere Auflö sung als bei Sendesystemen und militärischen Einrichtungen erforderlich ist. Insbesondere kann dieser Bildsensor bei ei ner Fernseheinrichtung oder einem Camcorder einer Sprungab tastungsbauart eingesetzt werden. Andererseits kann der CCD- Bildsensor der Rasterübertragungsbauart auch bei einem In land- bzw. Haussystem eingesetzt werden, bei welchem etwa eine Million Bildelemente bzw. Pixel erforderlich sind, wie bei einer hochauflösenden Fernsehübertragung bzw. einer Fern seheinrichtung mit großer Zeilenzahl (HDTV).

Bei einem Video-Kassettenrecorder (VCR) unter Einsatz des CCD-Bildsensors der Zwischenzeilen-Übertragungsbauart sind in typischer Weise zweihundertfünfzigtausend Pixel für ein VHS-Band oder dreihundertachtzigtausend Pixel für ein Super- VHS-Band erforderlich.

Eine Auslegung eines üblichen CCD-Bildsensors der Zwischen zeilen-Übertragungsbauart wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1A bis 1D beschrieben.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1A ist eine schematische Ansicht für einen Aufbau des üblichen CCD-Bildsensors der Zwischen zeilen-Übertragungsbauart (interline transfer type) ge zeigt. Der übliche CCD-Bildsensor weist eine horizontale ladungsgekoppelte Einrichtung bzw. einen horizontalen la dungsgekoppelten Speicherbereich (HCCD) 3 des N-Typs und eine Mehrzahl von vertikalen ladungsgekoppelten Speicherbe reichen (VCCD) 2 des N-Typs auf, mit denen jeweils eine Reihe von Photodioden 1 des N-Typs einzeln verbunden sind. Jede Photodiode 1 des N-Typs ist mit dem VCCD-Bereich 2 des N-Typs derart verbunden, daß eine hiervon ausgegebene Bildsignalladung zu dem VCCD-Bereich 2 des N-Typs in einer einzigen Richtung übertragen wird. Auch sind die VVCD-Be reiche 2 des N-Typs mit dem HCCD-Bereich 3 des N-Typs derart verbunden, daß die von den Photodioden 1 übertragenen Signal ladungen auf den HCCD-Bereich 3 des N-Typs gleichzeitig in Abhändigkeit von ersten bis vierten VCCD-Taktsignalen VΦ1- VΦ4 übertragen werden, wobei ein Taktsignal einer Phase zu geordnet ist.

Am Ausgang des HCCD-Bereichs 3 des N-Typs sind in Serienschal tung ebenfalls ein Ausgabegatter bzw. ein Ausgabegate 4, ein Gleitdiffusionsbereich 5, eine Rücksetzgateelektrode 6 und ein Rücksetzdrain 7 vorgesehen. Zusätzlich ist ein Abtast verstärker 8 mit dem Gleitdiffusionsbereich (floating diffu sion region) 5 verbunden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1B ist eine schematische Auslegung des üblichen CCD-Bildsensors nach Fig. 1A gezeigt. Der CCD- Bildsensor weist einen Durchlaßstoppbereich bzw. Leitungsstopp- bzw. Sperrbereich-(channel stop region) 9 auf, welcher jeweils zwischen den VCCD-Bereichen 2 des N-Typs und den jeweils zu geordneten Photodioden 1 des N-Typs gebildet wird. Eine un geradzahlige Gateelektrode 10 ist über den jeweiligen VCCD- Bereichen des N-Typs 2 und den Durchlaßstoppbereichen 9 der art ausgebildet, daß diese jeweils mit den Übertragungsgat tern bzw. Übertragungsgates 11 der Photodioden 1 des N-Typs verbunden sind, die auf einer ungeradzahligen Horizontal linie angeordnet sind. An die ungeradzahlige Gateelektrode 10 werden die ersten und die zweiten Taktsignale VΦ1 bis VΦ2 angelegt. Andererseits ist eine geradzahlige Gateelek trode 12 über den jeweiligen Durchlaßstoppbereichen, den jeweiligen VCCD-Bereichen 2 des N-Typs und den jeweiligen Photodioden 1 des N-Typs derart ausgebildet, daß diese mit den jeweiligen Übertragungsgates 13 der Photodioden 1 des N-Typs verbunden ist, die auf einer geradzahligen Horizon tallinie angeordnet sind. An die geradzahlige Gateelektrode 12 werden die dritten und vierten Taktsignale VΦ3 bis VΦ4 angelegt.

Die Ausbildung der ungeradzahligen Gateelektrode 10 und der geradzahligen Gateelektrode 12 kann aufeinanderfolgend wie derholt vorgenommen werden, wenn dies erforderlich ist, und zwar in der gleichen Weise. Auch sind diese Elektroden 10 und 12 im allgemeinen elektrisch voneinander durch einen Be reich (nicht gezeigt) aus einem isolierenden Material, wie einem Siliziumoxid, isoliert.

Andererseits können die Materialien der Übertragungsgates 11 und 13 und der ungeradzahligen und der geradzahligen Gate elektroden 10 und 12 Polysiliziummaterialien sein.

Die ungeradzahlige Gateelektrode 10 umfaßt eine erste unge radzahlige Gateelektrode 10a, welche unter den jeweiligen Photodioden 1 des N-Typs auf der ungeradzahligen, horizonta len Linie ausgebildet ist, und eine zweite ungeradzahlige Gateelektrode 10b, welche über den jeweiligen Photodioden 1 des N-Typs auf der ungeradzahligen horizontalen Linie aus gebildet ist, und die jeweils mit den Übertragungsgates 11 der Photodioden 1 auf der ungeradzahligen horizontalen Linie verbunden sind. An die erste ungeradzahlige Gateelektrode 10a wird das zweite VCCD-Taktsignal VΦ2 angelegt, und an die zweite ungeradzahlige Gateelektrode 10b wird das erste VCCD-Taktsignal VΦ1 angelegt.

Die geradzahlige Gateelektrode 12 umfaßt eine erste gerad zahlige Gateelektrode 12a, welche unter den jeweiligen Photodioden 1 des N-Typs auf der geradzahligen horizontalen Linie ausgebildet ist, und eine zweite, geradzahlige Gate elektrode 12b, welche über den jeweiligen Photodioden 1 des N-Typs auf der geradzahligen horizontalen Linie ausgebildet ist und die mit den jeweiligen Übertragungsgates 13 der Pho todioden 1 auf der geradzahligen horizontalen Linie verbun den ist. An die erste geradzahlige Gateelektrode 12a wird das vierte VCCD-Takgsignal VΦ4 angelegt, und an die zweite geradzahlige Gateelektrode 12b wird das dritte VCCD-Takt signal VΦ3 angelegt.

Die ersten bis vierten VCCD-Taktsignale VΦ1 bis VΦ4 der vier Phasen entsprechen zwei Feldern, d. h. einem gerad zahligen Feld und einem ungeradzahligen Feld. Die Taktung des VCCD-Bereichs 2 des N-Typs wird nachstehend näher be schrieben.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1C ist eine Schnittansicht längs der Linie a-a′ in Fig. 1B gezeigt. Der übliche CCD-Bild sensor weist ein Substrat 14 des N-Typs und ein Quellenma terial 15 des P-Typs auf, welches auf dem Substrat 14 des N-Typs ausgebildet ist. Auch sind auf dem Substrat 14 des N-Typs eine Reihe von Einrichtungen derart vorgesehen, daß die Photodiode 1 des N-Typs und der VCCD-Bereich 2 des N- Typs auf der geradzahligen horizontalen Linie miteinander mit einem gewünschten Zwischenraum über den Durchlaßstopp bereich 9 verbunden sind. Jedes Transfergate 13 ist darüber liegend zwischen den jeweiligen Photodioden 1 des N-Typs und den jeweiligen VCCD-Bereichen 2 des N-Typs ausgebildet, um diese untereinander zu verbinden. Auch ist über der Flä che der jeweiligen VCCD-Bereiche 2 des N-Typs die zweite geradzahlige Gateelektrode 12b der geradzahligen Gateelek trode 12 ausgebildet, an welche das dritte VCCD-Taktsignal VΦ3 angelegt wird, um diese jeweils mit den Übertragungs gates 13 der Photodioden 1 des N-Typs zu verbinden, die in der geradzahligen horizontalen Linie angeordnet sind.

Der Quellenbereich 15 des P-Typs kann hierbei auf zweierlei Weise ausgelegt werden, nämlich als ein schwacher Quellen bereich 15a des P-Typs und einen starken Quellenbereich 15b des P-Typs zur Steuerung der Überlaufdrain-(OFD-)Spannung.

Auf der Oberfläche jeder Photodiode 1 des N-Typs ist im all gemeinen eine dünne Schicht 16 des P⁺-Typs für das Anlegen einer anfänglichen Vorspannung ausgebildet. In Fig. 1C ist die untere Seite des Durchlaßstoppbereiches 9 mit dem Zei chen P⁺ bezeichnet, womit ein P⁺-Durchlaßsperrion bezeichnet wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1D ist eine Schnittansicht längs der Linie b-b′ in Fig. 1B gezeigt. Der Quellenbereich 15 des P-Typs ist auf dem Substrat 14 des N-Typs in identischer Weise wie in Fig. 1C ausgebildet. Auch sind auf dem Substrat 14 des N-Typs eine Reihe von Einrichtungen derart vorgese hen, daß die Photodiode 1 des N-Typs und der VCCD-Bereich 2 des N-Typs auf der geradzahligen horizontalen Linie mitein ander unter Einhaltung eines gewünschten Abstandes über den Durchlaßsperrbereich 9 verbunden sind. Auch über der Ober fläche der jeweiligen VCCD-Bereiche 2 des N-Typs ist die er ste geradzahlige Gateelektrode 12a der geradzahligen Gate elektrode 12 ausgebildet, an welche das vierte VCCD-Takt signal VΦ4 angelegt wird.

In ähnlicher Weise ist auf der Oberfläche der jeweiligen Pho todiode 1 des N-Typs im allgemeinen eine dünne Schicht 16 des P⁺-Typs zum Anlegen einer anfänglichen Vorspannung aus gebildet. In Fig. 1D ist die untere Seite des Durchlaßsperr bereiches 9 mit dem Bezugszeichen P⁺ bezeichnet, um ein P⁺- Durchlaßsperrion zu verdeutlichen. Hierbei weist der Quellen bereich 15 des P-Typs einen schwachen Quellenbereich 15a des P-Typs und einen starken Quellenbereich 15b des P-Typs zur Steuerung der Überlaufdrain-(OFD-)Spannung auf.

Somit ist das Transfergate 11 der jeweiligen Photodiode 1 des N-Typs auf der ungeradzahligen horizontalen Linie nur durch das erste VCCD-Taktsignal VΦ1 angetrieben, welches an die zweite ungeradzahlige Gateelektrode 10b der ungeradzahligen Gateelektrode 10 angelegt wird, und das Übertragungsgate 13 der jeweiligen Photodioden 1 des N-Typs, die auf der ungerad zahligen horizontalen Linie angeordnet sind, wird nur durch das dritte VCCD-Taktsignal VΦ3 betrieben, welches an die zwei te geradzahlige Gateelektrode 12b der geradzahligen Gate elektrode 12 angelegt wird.

Das zweite VCCD-Taktsignal VΦ2, welches an die erste ungerad zahlige Gateelektrode 10a der ungeradzahligen Gateelektrode 10 angelegt wird, und das vierte VCCD-Taktsignal VΦ4, welches an die erste geradzahlige Gateelektrode 12a der geradzahli gen Gateelektrode 12 angelegt wird, dienen lediglich zur Übertragung von Bildsignalladungen, welche von den Photodio den 1 des N-Typs kommen, die auf den ungeradzahligen und geradzahligen horizontalen Linien angeordnet sind, wobei die Übertragung auf den HCCD-Bereich 3 erfolgt.

Nachstehend wird die Arbeitsweise des üblichen CCD-Bildsen sors mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau unter Bezug nahme auf die Fig. 2A bis 2C näher erläutert.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2A ist ein Zeitdiagramm der ersten bis vierten VCCD-Taktsignale VΦ1 bis VΦ4 der vier Phasen ge zeigt, welche jeweils zwei Felder, ein geradzahliges Feld und ein ungeradzahliges Feld, umfassen.

In der Zeichnung wird das ungeradzahlige Feld des ersten VCCD-Taktsignales VΦ1 an die zweite ungeradzahlige Gate elektrode 10b der ungeradzahligen Gateelektrode 10 ange legt und ist in einer Übertragungsgatetreiberspannung V1 mit hohem Pegel (15 V) enthalten. Auch in dem geradzahligen Feld des dritten VCCD-Taktsignals VΦ3, welches an die zwei te geradzahlige Gateelektrode 12b der geradzahligen Gate elektrode 12 angelegt wird, ist die Übertragungsgatetreiber spannung V2 mit hohem Pegel (15 V) enthalten.

Wenn zuerst die ersten bis vierten VCCD-Taktsignale VΦ1 bis VΦ4 in dem ungeradzahligen Feld gleichzeitig angelegt wer den, werden die Übertragungsgates 10 der Photodioden 1 des N-Typs, welche auf den jeweiligen ungeradzahligen horizon talen Linien angeordnet sind, gleichzeitig durch die Über tragungsgatetreiberspannung V1 durchgeschaltet, welche in dem ersten VCCD-Taktsignal VΦ1 enthalten ist.

Aus diesem Grunde werden die Bildsignalladungen, die von den Photodioden 1 des N-Typs erzeugt werden, auf die VCCD-Be reiche 2 und des N-Typs übertragen und dann auf den HCCD- Bereich 3 des N-Typs durch die VCCD-Taktung übertragen. Die Bildsignalladungen, die auf den HCCD-Bereich 3 übertra gen wurden, werden dann zu dem Ausgabegate 4 in Abhängig keit von den HCCD-Taktsignalen HΦ1 und HΦ2 übertragen. Das Verfahren zur Ausgabe der Bildsignalladungen von dem HCCD- Bereich 3 wird nachstehend näher erläutert.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2B ist ein Impulswellenformdia gramm der ersten bis vierten VCCD-Taktsignale VΦ1 bis VΦ4 im Einheitsintervall K von Fig. 2A gezeigt. Die Bildsignal ladungen, die von den Photodioden 1 des N-Typs erzeugt wur den werden vertikal zu dem HCCD-Bereich 3 des N-Typs mit tels einer Serie von Taktungen übertragen, wie dies in Fig. 2B gezeigt ist.

Zu diesem Zeitpunkt dient das zweite VCCD-Taktsignal VΦ2, welches über die erste ungeradzahlige Gateelektrode 10a der ungeradzähligen Gateelektrode 10 angelegt wird, die in der unteren Seite der ungeradzahligen horizontalen Linie ausgebildet ist, lediglich zur Übertragung der Bildsignal ladungen, die von den Photodioden 1 des N-Typs übertragen wurden, die auf der geradzahligen horizontalen Linie an geordnet sind, und zwar mittels des ersten VCCD-Taktsignals VΦ1 auf den HCCD-Bereich 3 des N-Typs zusammen mit dem er sten VCCD-Taktsignal VΦ1 übertragen wurden.

Wenn anschließend die ersten bis vierten VCCD-Taktsignale VΦ1 bis VΦ4 im geradzahligen Feld in Fig. 2A gleichzeitig angelegt werden, werden die Übertragungsgates 13 der Photo dioden 1 des N-Typs, die auf den jeweiligen geradzahligen horizontalen Linien angeordnet sind, gleichzeitig durch die Übertragungsgatetreiberspannung V2 durchgeschaltet, die in dem dritten VCCD-Taktsignal VΦ3 enthalten ist.

Aus diesem Grunde werden die Bildsignalladungen, die von den Photodioden 1 des N-Typs auf der geradzahligen horizon talen Linie erzeugt werden, auf die VCCD-Bereiche 2 des N- Typs übertragen und dann auf den HCCD-Bereich 3 des N-Typs durch den VCCD-Taktvorgang nach Fig. 2B auf die gleiche Wei se wie bei dem ungeradzahligen Feld übertragen.

Zu diesem Zeitpunkt dient das vierte VCCD-Taktsignal VΦ4, welches über die erste geradzahlige Gateelektrode 12a der geradzahligen Gateelektrode 12 angelegt wird, die in der unteren Seite der geradzahligen horizontalen Linie ausgebil det ist, lediglich zur Übertragung der Bildsignalladungen, die von den Photodioden 1 des N-Typs übertragen wurden, die auf der geradzahligen horizontalen Linie angeordnet sind, und zwar mittels des dritten VCCD-Taktsignales VΦ3 zur Übertragung auf den HCCD-Bereich 3 des N-Typs zusammen mit dem dritten VCCD-Taktsignal VΦ3.

Wie angegeben, hat die Verwendung der VCCD-Taktsignale für vier Phasen den Effekt, daß die Bildsignalladung in grö ßerem Maße als bei den VCCD-Taktsignalen für zwei Phasen übertragen werden können, d. h. den ersten und dritten VCCD- Taktsignalen VΦ1 und VΦ3.

Wie vorstehend angegeben ist, werden durch die VCCD-Takt signale für vier Phasen, d. h. die ersten bis vierten VCCD- Taktsignale VΦ1 bis VΦ4, wie dies in Fig. 2A gezeigt ist, die Bildsignalladungen von den Photodioden 1 des N-Typs, die auf der ungeradzahligen horizontalen Linie angeordnet sind, zuerst sequentiell auf dem Schirm über die VCCD-Be reiche 2 des N-Typs und dann über den HCCD-Bereich 3 des N- Typs abgetastet, und dann werden die Signalladungen von den Photodioden 1 des N-Typs, die in der geradzahligen ho rizontalen Linie angeordnet sind, sequentiell auf dem Schirm über den VCCD-Bereichen des N-Typs und dann über den HCCD- Bereich 3 des N-Typs abgetastet.

Wie vorstehend bereits angegeben ist, wird die Abtastung des CCD-Bildsensors der vorstehend beschriebenen Art im allge meinen als eine Zeilensprungabtastart (interlaced scanning type) bezeichnet.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2C ist ein Pixel-Format eines Bilds oder eines Teilbilds gezeigt, wobei das Bild Pixel umfaßt, die jeweils mit den Bezugsziffern S1 und S2 bezeich net sind und die Bildsignale von den Photodioden 1 des N- Typs angeben, die auf den ungeradzahligen und geradzahligen horizontalen Linien angeordnet sind, wie dies jeweils in Fig. 1A gezeigt ist.

Der übliche CCD-Bildsensor der Zwischenzeilen bzw. Zeilen sprungübertragungsbauart (interline transfer type) hat einen Nachteil, der darin zu sehen ist, daß eine Anzahl von Taktsignalen erforderlich ist, d. h. insgesamt sieben Takt signale, vier VCCD-Taktsignale VΦ1 bis VΦ4, zwei HCCD-Takt signale HΦ1 und HΦ2 und ein Rücksetztaktsignal RΦ, wodurch hohe Herstellungskosten entstehen und komplizierte Ausle gungen sich ergeben. Insbesondere muß ein System unter Nutzung des CCD-Bildsensors der Zwischenzeilenübertragungs bauart einen Signalgenerator aufweisen, um die Anzahl von Taktsignalen zu erzeugen, sowie eine Anzahl von peripheren Einrichtungen, wodurch sich hohe Herstellungskosten und komplizierte Auslegungen ergeben. Der CCD-Bildsensor der Zwischenzeilen bzw. Zeilensprungübertragungsbauart kann bei einem System zum Einsatz kommen, welches höhere Auflösungen erforderlich macht. Bei einem System, bei dem keine höhere Auflösung erforderlich ist, wie beispielsweise bei Spielzeug einrichtungen oder einem Maschinenbeobachtungssystem, be steht daher nicht die Notwendigkeit, in notwendiger Weise den CCD-Bildsensor der Zwischenzeilenübertragungsbauart einzu setzen. Eine Spielzeugeinrichtung macht beispielsweise nur eine Auflösung zum Wahrnehmen des Erscheinungsbildes eines Objektes erforderlich, und ein Maschinenbeobachtungssystem, wie ein Robotersystem, macht beispielsweise nur die Auflö sung zur Erkennung einer Position und Einrichtung eines Ob jektes erforderlich.

Die Erfindung zielt darauf ab, unter Überwindung der zuvor geschilderten Schwierigkeiten, einen CCD-Bildsensor bereit zustellen, welcher durch eine kleine Anzahl von Taktsigna len betrieben werden kann, so daß er zur Anwendung bei ei nem System kommen kann, bei dem eine geringere Auflösung benötigt wird.

Nach der Erfindung wird hierzu ein CCD-Bildsensor bereit gestellt, welcher sich durch folgendes auszeichnet: Eine Mehrzahl von in regelmäßigen Abständen angeordneten Photodetektionseinrichtungen, die in Reihen in vertikalen und horizontalen Richtungen angeordnet sind und zur Erzeu gung von Signalladungen entsprechend dem längs eines vorbe stimmten Weges einfallenden Lichtes dienen; horizontale Signalübertragungseinrichtungen, welche integral zickzack förmig zwischen benachbarten Sätzen einer Mehrzahl von hori zontal angeordneten oder Detektionseinrichtungen zur Über tragung der Signalladungen ausgebildet sind, welche von der Mehrzahl von Photodetektionseinrichtungen in einer ein zigen Richtung angelegt werden, und zwar in Abhängigkeit von ersten und zweiten externen Taktsignalen; eine Signal flußrichtungsänderungseinrichtung, die unter dem letzten Satz der Mehrzahl von horizontal angeordneten Photodetektions einrichtungen und einem Ausgang der horizontalen Signal übertragungseinrichtungen zum selektiven Umkehren des Stroms der Signalladungen ausgebildet sind, die von den horizontalen Signalübertragungseinrichtungen in Gegenrichtungen in Abhän gigkeit von einem dritten Taktsignal ausgegeben werden; Signalverarbeitungseinrichtungen zum Zwischenspeichern der Signalladungen von den horizontalen Signalübertragungsein richtungen oder der Signalladungen von den Signalflußrich tungsänderungseinrichtungen und dann zum Zurücksetzen der Signalladungen; und Abtastverstärkungseinrichtungen zum Ab tasten der Zustände in den Signalverarbeitungseinrichtungen zwischengespeicherten Signalladungen und zum Verstärken der abgetasteten Zustände der Signalladungen mittels eines vor bestimmten Verstärkungsfaktors.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung er geben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzug ten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt

Fig. 1A ein schematisches Diagramm einer Auslegung eines üblichen CCD-Bildsensors einer Zwischenzeilenüber tragungsbauart,

Fig. 1B ein schematisches Diagramm des Aufbaus des üblichen CCD-Bildsensors in Fig. 1A,

Fig. 1C eine Schnittansicht längs der Linie a-a′ in Fig. 1B,

Fig. 1D eine Schnittansicht längs der Linie b-b′ in Fig. 1B,

Fig. 2A ein Zeitdiagramm der VCCD-Taktsignale bei dem üblichen CCD-Bildsensor in Fig. 1A,

Fig. 2B ein Impulswellenformdiagramm der VCCD-Takt signale im Einheitsintervall K von Fig. 2A,

Fig. 2C ein Pixel-Format eines Bildes oder eines Teilbildes bei dem üblichen CCD-Bildsensor in Fig. 1A,

Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer Auslegung eines CCD-Bildsensors nach der Erfindung,

Fig. 4A eine vergrößerte, detaillierte schematische Ansicht eines Bereichs 100 in Fig. 3,

Fig. 4B eine vergrößerte, schematische Ansicht eines Bereichs 200 in Fig. 3,

Fig. 4C eine vergrößerte, schematische Ansicht eines Bereichs 300 in Fig. 3,

Fig. 4D eine vergrößerte, detaillierte Ansicht eines Bereichs 400 in Fig. 3,

Fig. 4E eine vergrößerte, schematische Ansicht eines Bereichs 500 in Fig. 3,

Fig. 5A eine Schnittansicht längs der Linie a-a′ in den Fig. 4A und 4B,

Fig. 5B eine Schnittansicht längs der Linie b-b′ in den Fig. 4A und 4B,

Fig. 5C eine Schnittansicht längs der Linie c-c′ in Fig. 4A,

Fig. 5D eine Schnittansicht längs der Linie d-d′ in Fig. 4B,

Fig. 5E eine Schnittansicht zur zusätzlichen Ver deutlichung von Potentialprofilen längs der Linie e-e′ in Fig. 4B,

Fig. 5F eine Schnittansicht längs der Linie f-f′ in Fig. 4E,

Fig. 5G eine Schnittansicht längs der Linie g-g′ in Fig. 4E,

Fig. 5H eine Schnittansicht zur zusätzlichen Ver deutlichung der Potentialprofile längs der Linie h-h′ in Fig. 4E,

Fig. 5I eine Schnittansicht zur zusätzlichen Verdeut lichung der Potentialprofile längs der Linie i-i′ in Fig. 3 und

Fig. 6A bis 6E Zeitdiagramme der Taktsignale beim CCD-Bildsensor nach der Erfindung, welcher in Fig. 3 verdeut licht ist.

Zuerst wird eine Auslegung eines CCD-Bildsensors nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 6 näher erläu tert.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist eine schematische Ansicht über den Aufbau des CCD-Bildsensors nach der Erfindung ge zeigt. Wie in dieser Figur gezeigt ist, weist der CCD-Bild sensor nach der Erfindung eine Mehrzahl von in regelmäßigen Abständen angeordneten Photodioden 17 des N-Typs auf, welche in Reihe in vertikalen und horizontalen Richtungen ange ordnet sind und zur Erzeugung von Signalladungen entsprechend dem längs eines vorbestimmten Weges einfallenden Lichtes die nen, weist ferner einen HCCD-Bereich 18 des N-Typs auf, wel cher integral zickzackförmig zwischen benachbarten Sätzen von horizontal angeordneten Photodioden 17 des N-Typs zur Über tragung der Signalladungen ausgebildet ist, die von den Pho todioden 17 des N-Typs angelegt werden, und zwar in einer ein zigen Richtung in Abhängigkeit von zwei Taktsignalen HΦ1 und HΦ2, weist ferner ein Schieberegister 19 des N-Typs auf, welches unter dem letzten Satz der horizontal angeordneten Photodioden 17 des N-Typs und am Ausgang des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs ausgebildet ist, um den Strom der Signalladun gen, die von dem HCCD-Bereich 18 des N-Typs abgegeben wer den, in Gegenrichtung in Abhängigkeit von einem Taktsignal Φs umzukehren, ferner einen Signalverar beitungsbereich 20 zum Zwischenspeichern der Signalladungen von dem HCCD-Bereich 18 des N-Typs oder zum Zwischenspeichern der Signalladungen von dem Schieberegister 19 des N-Typs und dann zum Zurücksetzen der Signalladungen und er weist ei nen Abtastverstärker 21 zum Abtasten der Zustände der Signal ladungen auf, die im Signalverarbeitungsbereich 20 zwischenge speichert wurden, wobei der Verstärker die abgetasteten Zu stände der Signalladungen mit einem vorbestimmten Verstärkungs faktor verstärkt.

Der Signalverarbeitungsbereich 20 umfaßt einen Gleitdiffusions bereich 20a zum Zwischenspeichern der eingegebenen Signalla dungen, erste und zweite Ausgabegates 20b und 20c zur Über tragung der Signalladungen von dem Schieberegister 19 und dem HCCD-Bereich 18 des N-Typs jeweils auf den Gleitdiffusions bereich 20a, einen Rücksetzdrain 20d zum Zurücksetzen der Signalladungen, welche in dem Gleitdiffusionsbereich 20a zwischengespeichert waren, und zwar in Abhängigkeit von einem Rücksetztaktsignal RΦ und eine Rücksetzgateelektrode 20e zum Anlegen des Rücksetzsignals RΦ an den Rücksetzdrain 20d.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4A ist in vergrößertem Maßstab de tailliert eine schematische Ansicht eines Bereichs 100 in Fig. 3 verdeutlicht, welcher den Photodioden 17 des N-Typs zugeordnet ist, die auf einer geradzahligen horizontalen Linie angeordnet sind, und dem HCCD-Bereich 18 des N-Typs un ter den Photodioden 17 des N-Typs auf der geradzahligen hori zontalen Linie zugeordnet ist. Wie in dieser Zeichnung ge zeigt ist, sind mit jeder Photodiode des N-Typs auf der geradzahligen horizontalen Linie in der Reihenfolge erste und zweite Gateelektroden 18a und 18b verbunden, welche auf der oberen Seite des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs ausge bildet sind.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4B ist in vergrößertem Maßstab eine schematische Ansicht eines Bereichs 200 in Fig. 3 ver deutlicht, welcher den Photodioden 17 des N-Typs, die auf einer ungeradzahligen horizontalen Linie angeordnet sind, und dem HCCD-Bereich 18 des N-Typs unter den Photodioden 17 des N-Typs auf der ungeradzahligen horizontalen Linie zugeordnet ist. Die in dieser Figur gezeigte Auslegung ist gleich wie jene, die in Fig. 4A gezeigt ist, abgesehen da von, daß die ersten und zweiten Gateelektroden 18a und 18b des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs hinsichtlich ihren Positio nen umgekehrt sind.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4C ist eine vergrößerte schemati sche Ansicht eines Bereichs 300 in Fig. 3 verdeutlicht, wel che der oberen Seite des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs, wel cher der ungeradzahligen horizontalen Linie vorausgeht, auf der die Photodioden 17 des N-Typs auf der geradzahligen ho rizontalen Linie angeordnet sind, auf welcher die Photodio den 17 des N-Typs angeordnet sind, entspricht. Wie in dieser Figur verdeutlicht ist, sind die ersten und zweiten Gate elektroden 18a und 18b des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs in der gleichen Anzahl vorgesehen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4D ist in einer schematischen An sicht ein Bereich 400 von Fig. 3 gezeigt, welcher der obe ren Seite des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs entspricht, der der geradzahligen horizontalen Linie vorangeht, auf der die Photodioden 17 des N-Typs auf der ungeradzahligen horizon talen Linie angeordnet sind, auf der die Photodioden 17 des N-Typs angeordnet sind. Wie in dieser Figur gezeigt ist, ist die Auslegung ähnlich wie in Fig. 4C getroffen, und die er sten und zweiten Gateelektroden 18a und 18b des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs sind in gleicher Anzahl vorgesehen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4E ist in vergrößertem Maßstab schematisch ein Bereich 500 in Fig. 3 verdeutlicht, welcher den Photodioden 17 des N-Typs entspricht, die auf der letzten horizontalen Linie angeordnet sind, wobei das Schieberegister 19 des N-Typs unter den Photodioden 17 des N-Typs ausgebildet ist, die auf der letzten horizontalen Linie angeordnet sind, sowie der oberen Seite des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs ent spricht, welcher oberhalb und unterhalb des Schieberegisters 19 ausgebildet ist. Wie in dieser Figur verdeutlicht ist, sind mit dem Ausgang der jeweiligen Photodioden 17 des N- Typs in der Reihenfolge die zweite Gateelektrode 18b des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs, welcher oberhalb des Schiebere gisters 19 liegt, eine erste Gateelektrode 19a des Schiebe registers 19, eine zweite Gateelektrode 19b des Schiebere gisters 19 und die erste Gateelektrode 18a des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs verbunden, welche unter dem Schieberegister 19 ausgebildet ist.

In den Fig. 4A bis 4E bezeichnen die schraffierten Bereiche Sperrschichten 25 des N-Typs zur Bildung von Potentialsper ren, welche den Zweck verfolgen, eine leichtere Übertragung der Signalladungen zu ermöglichen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5A ist eine Schnittansicht längs der Linie a-a′ in den Fig. 4A und 4B gezeigt. Wie in dieser Figur gezeigt ist, ist auf einer Epitaxialschicht 22 des N- Typs ein Quellenbereich 23 des P-Typs ausgebildet, auf des sen Oberfläche eine Photodiode 17 des N-Typs und der HCCD- Bereich des N-Typs ausgebildet sind. Die zweite Gateelektro de 18b ist an der oberen Seite des HCCD-Bereichs 18 des N- Typs, beginnend mit dem Ausgang der Photodiode 17 des N- Typs ausgebildet. Auch ist eine Durchlaßstoppschicht bzw. eine Durchlaßsperrschicht 24 zwischen den jeweiligen Photo dioden 17 des N-Typs ausgebildet.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5B ist eine Schnittansicht längs einer Linie b-b′ in den Fig. 4A und 4B gezeigt. Die in die ser Figur gezeigte Auslegung stimmt mit jener in Fig. 5A abgesehen davon überein, daß die erste Gateelektrode 18a nur an der oberen Seite des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs an Stelle der zweiten Gateelektrode 18b ausgebildet ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5C ist eine Schnittansicht längs der Linie c-c′ in Fig. 4A gezeigt. Wie aus dieser Figur zu ersehen ist, ist auf der Epitaxialschicht 22 des N-Typs der Quellenbereich 23 des P-Typs ausgebildet, auf dem der HCCD-Bereich 13 des N-Typs ausgebildet ist. Die ersten und zweiten Gateelektroden 18a und 18b werden an der oberen Sei te des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs in einer untereinander verbundenen Form ausgebildet. Auf der Oberfläche des HCCD- Bereichs 18 des N-Typs sind Sperrschichten 25 des N-Typs an Teilen entsprechend den linken unteren Seiten der ersten und zweiten Gateelektroden 18a und 18b zur Bildung von Po tentialsperren ausgebildet.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5D ist eine Schnittansicht längs einer Linie d-d′ in Fig. 4B gezeigt. Die Auslegung in die ser Figur stimmt mit jener nach Fig. 5C abgesehen davon über ein, daß die ersten und zweiten Gateelektroden 18a und 18b hinsichtlich ihren Positionen umgekehrt angeordnet sind.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5E ist eine Schnittansicht zur zu sätzlichen Verdeutlichung der Potentialprofile längs der Linie e-e′ in Fig. 4B gezeigt. In dieser Figur ist ein Zu stand verdeutlicht, bei dem die Signalladung von der Photo diode 17 des N-Typs zu dem HCCD-Bereich 18 des N-Typs ent sprechend der Taktung der Taktsignale übertragen wird, wie dies in Fig. 6A gezeigt ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5F ist eine Schnittansicht längs der Linie f-f′ in Fig. 4E gezeigt. Wie in dieser Figur ge zeigt ist, ist auf der Epitaxialschicht 22 des N-Typs der Quellenbereich 13 des P-Typs ausgebildet, auf welcher die Photodiode 17 des N-Typs unter Einhaltung eines gewünschten Abstandes von dem HCCD-Bereich 18 des N-Typs und des Schie beregisters 19 des N-Typs ausgebildet ist. Diese sind inte gral miteinander ausgebildet. An der oberen Seite des in tegral ausgebildeten HCCD-Bereichs 18 des N-Typs und des Schieberegisters 19 des N-Typs sind in der Reihenfolge die zweite Gateelektrode 18b des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs, die erste Gateelektrode 19a des Schieberegisters 19 des N- Typs, die zweite Gateelektrode 19b des Schieberegisters 19 des N-Typs und die erste Gateelektrode 18a des HCCD-Be reichs 18 des N-Typs beginnend von dem Ausgang der Photodio de 17 des N-Typs ausgebildet. Auf der Oberfläche des Schie beregisters 19 des N-Typs ist eine Sperrschicht 26 des N- Typs an einem Teil unter Zuordnung zu der unteren Seite der ersten Gateelektrode 19a zur Bildung einer Potentialsperre ausgebildet.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5G ist eine Schnittansicht längs der Linie g-g′ in Fig. 4E gezeigt. Wie in dieser Figur ver deutlicht ist, ist auf der Epitaxialschicht 22 des N-Typs der Quellenbereich 23 des P-Typs ausgebildet, auf dessen Oberfläche die Photodiode 17 des N-Typs und der HCCD-Bereich 18 des N-Typs in einem vorbestimmten Abstand voneinander aus gebildet sind.

Auch sind die ersten und zweiten Gateelektroden 18a und 18b des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs hinsichtlich ihren Positionen umgekehrt im Vergleich zu Fig. 5F angeordnet. Unter Bezug nahme auf die Fig. 5F und 5G ist zu ersehen, daß das Schiebe register 19 des N-Typs mit dem HCCD-Bereich 18 des N-Typs über die untere Seite der zweiten Gateelektrode 18b des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs und nicht über die untere Seite der ersten Gateelektrode 18a des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs verbunden ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5H ist eine Schnittansicht zur zu sätzlichen Verdeutlichung der Potentialprofile längs der Li nie h-h′ in Fig. 4E gezeigt. In dieser Figur ist ein Zustand verdeutlicht, bei dem die Signalladung, die von dem HCCD- Bereich 18 des N-Typs ausgegeben wurde, über das Schiebere gister 19 des N-Typs nach Maßgabe der Taktung der Taktsignale übertragen wird, wie dies in Fig. 6B verdeutlicht ist. Unter Bezugnahme auf die Fig. 4E und 5H ist zu ersehen, daß die Signalladungen von den Photodioden 17 des N-Typs, die auf der ungeradzahligen horizontalen Linie angeordnet sind, di rekt über den HCCD-Bereich 18 des N-Typs übertragen werden, während die Signalladungen von den Photodioden des N-Typs, die auf der geradzahligen horizontalen Linie angeordnet sind, hinsichtlich der Strömungsrichtung durch das Schieberegister 19 des N-Typs umgekehrt und dann zu dem Signalverarbeitungs bereich 20 übertragen werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5I ist eine Schnittansicht zur zu sätzlichen Verdeutlichung der Potentialprofile längs der Linie i-i′ in Fig. 3 gezeigt. Wie sich dieser Figur entneh men läßt, werden die Signalladungen von dem Schieberegister 19 zu dem Gleitdiffusionsbereich 20a durch die ersten und zweiten Ausgabegates 20b und 20c übertragen. Die Signalla dungen, die in dem Gleitdiffusionsbereich 20a zwischenge speichert sind, werden in Abhängigkeit von dem Rücksetztakt signal RΦ über den Rücksetzdrain 20d abgegeben.

Die Materialien für die ersten und zweiten Gateelektroden 18a und 18b des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs und der ersten und zweiten Gateelektroden 19a und 19b des Schieberegisters 19 des N-Typs können Polysiliziummaterialien sein.

Fig. 6D ist ein Zeitdiagramm der Taktsignale bezüglich einer Bildeinheit und Fig. 6E ist ein Zeitdiagramm von Taktsigna len bezüglich der Photodioden 17 des N-Typs, die auf der ungeradzahligen oder der geradzahligen horizontalen Linie angeordnet sind.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6D werden die Signalladungen von allen Photodioden 17 des N-Typs zu dem HCCD-Bereich 18 des N-Typs über eine Treiberspannung V1 übertragen, die in dem Taktsignal HΦ2 enthalten ist, welches an die zweite Gate elektrode 18b des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs angelegt wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6E ist zu ersehen, daß die Signal ladungen von den Photodioden 17 des N-Typs, die auf der un geradzahligen horizontalen Linie angeordnet sind, direkt zu dem Gleitdiffusionsbereich 20a übertragen werden, während die Signalladungen von den Photodioden des N-Typs, die auf der geradzahligen horizontalen Linie angeordnet sind, hin sichtlich der Strömungsrichtung durch das Schieberegister 19 des N-Typs in Abhängigkeit von den Schiebetaktsignalen Φs umgekehrt und dann zu dem Gleitdiffusionsbereich 20a über tragen werden.

Nun wird die Arbeitsweise des CCD-Bildsensors mit dem vor stehend angegebenen Aufbau nach der Erfindung näher beschrie ben.

Wenn einfallendes Licht unter Zuordnung zu einem Bild zu erst empfangen wird, erzeugen die Photodioden 17 des N-Typs Signalladungen entsprechend dem einfallenden Licht. Die Signalladungen von den Photodioden 17 des N-Typs werden auf den HCCD-Bereich 18 des N-Typs durch die Treiberspan nung V1 in dem Taktsignal HΦ2 übertragen, welches an die zweite Gateelektrode 18b angelegt wird, und dann wandern sie zu dem Ausgang des HCCD-Bereichs des N-Typs in Abhän gigkeit von den Taktsignalen HΦ1 und HΦ2, wie dies in Fig. 5E gezeigt ist. Dies bedeutet, daß die Signalladungen, die an einer Stelle des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs ent sprechend dem Ende einer horizontalen Linie angekommen sind, auf der die Photodioden 17 des N-Typs angeordnet sind, zu einer Position des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs entsprechend der nächsten horizontalen Linie, auf der die Photodioden 17 des N-Typs angeordnet sind, und zwar längs des runden Teils des HCCD-Bereiches 18 des N-Typs, wie dies in den Fig. 4C und 4D verdeutlicht ist.

Wenn die Ladung an einer Position des HCCD-Bereiches des N-Typs entsprechend der letzten horizontalen Linie, auf der die Photodioden 17 des N-Typs angeordnet sind, angekom men sind, werden die Signalladungen in Strömungsrichtung durch das Schieberegister 19 des N-Typs umgekehrt, an wel ches das Schiebetaktsignal Φs angelegt wird, und dann wer den die Signalladungen zu dem Gleitdiffusionsbereich 20a über das erste Ausgabegate 20b in den Signalverarbeitungs bereich 20 übertragen oder sie werden direkt zu dem Gleit diffusionsbereich 20a über das zweite Ausgabegate 20c in den Signalverarbeitungsbereich 20 übertragen, wie dies in Fig. 5H gezeigt ist.

In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß entsprechend der Darstellung in Fig. 3 die Signalladungen von den Photo dioden 17 des N-Typs, die auf der ungeradzahligen horizonta len Linie angeordnet sind, nach links wandern und die Signal ladung von den Photodioden 17 des N-Typs, die auf der gerad zahligen Linie angeordnet sind, nach rechts wandern. Aus diesem Grunde ist zum Zwecke der Erzielung einer genauen Wiedergabe es notwendig daß die Signalladungen von den Photodioden 17 des N-Typs auf den ungeradzahligen und ge radzahligen horizontalen Linien hinsichtlich ihren Strö mungsrichtungen gleichgemacht werden. Als Folge hiervon sind entsprechend der Darstellung in Fig. 3 die Signalla dungen von den Photodioden 17 des N-Typs, die auf der gerad zahligen horizontalen Linie angeordnet sind, von rechts nach links in der Strömungsrichtung durch das Schieberegister 19 des N-Typs umgekehrt, an welches ein Schiebetaktsignal Φs eingelegt wird, und dann werden sie über das erste Ausgabe gate 20b in den Signalverarbeitungsbereich 20 übertragen, während die Signalladungen von den Photodioden 17 des N-Typs, die auf der ungeradzahligen horizontalen Linie angeordnet sind, direkt über das zweite Ausgabegate 20c in den Signal verarbeitungsbereich 20 übertragen werden.

Wenn wie in Fig. 6 gezeigt ist, die Signalladungen von den Photodioden 17 des N-Typs, die auf der ungeradzahligen hori zontalen Linie angeordnet sind, an dem Ausgang des HCCD-Be reichs 18 des N-Typs ankommen, ist das Schiebetaktsignal Φs niedrig, woraus die Bildung einer hohen Potentialsperre re sultiert. Aus diesem Grunde werden die Signalladungen von den Photodioden 17 des N-Typs, die auf der ungeradzahligen horizontalen Linie angeordnet sind, direkt über das zweite Ausgabegate 20c übertragen. Wenn andererseits die Signalla dungen von den Photodioden 17 des N-Typs, die auf der gerad zahligen horizontalen Linie angeordnet sind, an dem Ausgang des HCCD-Bereichs 18 des N-Typs angekommen sind, ist das Schiebetaktsignal Φs hoch, woraus die Bildung einer niedrigen Potentialsperre resultiert. Als Folge hiervon werden die Signalladungen von den Photodioden 17 des N-Typs, die auf der geradzahligen horizontalen Linie angeordnet sind, hin sichtlich der Strömungsrichtung durch das Schieberegister 19 des N-Typs umgekehrt, an welches das Schiebetaktsignal Φs angelegt wird, und dann werden sie über das erste Ausgabe gate 20b zu dem Gleitdiffusionsbereich 20a übertragen.

Daher wandern nur während eines horizontalen Leerintervalls, in dem die Taktsignale HΦ1 und HΦ2 an dem HCCD-Bereich 18 des N-Typs angelegt werden, und die gewünschten DC-Pegel in dem geradzahligen Feld aufrechterhalten werden, die Signal ladungen von den Photodioden 17 des N-Typs, die auf der ge radzahligen horizontalen Linie angeordnet sind, zu dem Schie beregister 19 des N-Typs.

Als Folge hiervon werden die Signalladungen von den Photo dioden 17 des N-Typs, die auf den ungeradzahligen und den geradzahligen horizontalen Linien angeordnet sind, nicht gleichzeitig über die ersten und zweiten Ausgabegates 20b und 20c übertragen, sondern nur über eines der ersten und zwei ten Ausgabegates 20b oder 20c übertragen, und die übertra genen Signalladungen werden in der Reihenfolge in dem Gleit diffusionsbereich 20a gesammelt.

Die im Gleitdiffusionsbereich 20a gesammelten Signalladungen werden darin zwischengespeichert und werden dann über den Rücksetzdrain 20d in Abhängigkeit von dem Rücksetztaktsignal RΦ abgegeben, welches an die Rücksetzgateelektrode 20e ange legt wird, wie dies in Fig. 5I gezeigt ist. Zu diesem Zeit punkt tastet der Abtastverstärker 21 die Zustände der Signal ladungen ab, welche in dem Gleitdiffusionsbereich 20a in dem Signalverarbeitungsbereich 20 zwischengespeichert sind, und er verstärkt die abgetasteten Zustände der Signalladungen mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor.

Nach der Erfindung kann der CCD-Bildsensor bei einem System der Abtastart ohne Zeilensprung zur Anwendung kommen. So mit wird ein Übertragungsgate (nicht gezeigt) einmal pro Bild bzw. Bildteil durch die Treiberspannung V1 durchgeschal tet, wie dies in Fig. 6D verdeutlicht ist. Dieses Übertra gungsgate entspricht einem Teil der zweiten Gateelektrode 18b auf dem Quellenbereich des P-Typs zwischen der Photodiode 17 des N-Typs und dem HCCD-Bereich 18 des N-Typs.

Wie voranstehend angegeben wurde, werden nach der Erfindung insgesamt vier Taktsignale, zwei HCCD-Taktsignale HΦ1 und HΦ2, ein Schiebetaktsignal Φs und ein Rücksetztaktsignal RΦ eingesetzt. Daher hat der CCD-Bildsensor nach der Erfindung einen Vorteil gegenüber dem üblichen CCD-Bildsensor der Zwi schenzeilenübertragungsbauart, bei welchem insgesamt sieben Taktsignale, vier VCCD-Taktsignale VΦ1 bis VΦ4, zwei HCCD- Taktsignale HΦ1 und HΦ2 und ein Rücksetztaktsignal RΦ er forderlich sind, dahingehend, daß der Aufbau des erfindungs gemäßen Bildsensors und dessen Taktung vereinfacht sind. Da die Auslegungen der peripheren Einrichtungen zum Betreiben des CCD-Bildsensors als Folge der vorstehend angegebenen Aus legung nach der Erfindung vereinfacht werden können, lassen sich die Herstellungskosten bei der Herstellung eines Sy stemes unter Einsatz des CCD-Bildsensors nach der Erfindung herabsetzen. Der CCD-Bildsensor nach der Erfindung kann bei Systemen zur Anwendung kommen, bei welchen eine geringere Auflösung erforderlich ist, wie z. B. bei einer weit verbrei teten CCD-Kamera, einem Videophon, welches kaum eine Anzahl von Pixeln infolge des Einsatzes der Telefonleitung nutzen kann. Ferner ist die Anwendung bei Spielzeugen möglich, bei welchen man das äußere Erscheinungsbild eines Objektes le diglich zu erkennen braucht, und er kann bei Maschinenüber wachungssystemen der Abtastbauart ohne Zwischenzeilenabtas tung eingesetzt werden, bei welchen eine Erkennung einer Po sition und eine Richtung eines Objektes erforderlich ist.

Obgleich bevorzugte Ausführungsformen nach der Erfindung ver deutlicht wurden, ist die Erfindung natürlich hierauf nicht beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Mo difikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall tref fen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims

1. CCD (ladungsgekoppelte Speichereinrichtung) Bildsen sor, gekennzeichnet durch:
eine Mehrzahl von in regelmäßigen Abständen ange ordneten Photodetektoreinrichtungen (17), welche in Reihen in vertikalen und horizontalen Richtungen angeordnet sind und zum Erzeugen von Signalladungen entsprechend dem längs eines vorbestimmten Weges einfallenden Lichtes dienen,
horizontale Signalübertragungseinrichtungen (18), die einteilig in Zickzackform zwischen benachbarten Sätzen der Mehrzahl von horizontal angeordneten Photodetektorein richtungen (17) ausgebildet sind, um die Signalladungen, welche von der Mehrzahl von Photodetektoreinrichtungen (17) anliegen, in einer einzigen Richtung in Abhängigkeit von ersten und zweiten externen Taktsignalen zu übertragen;
Signalstromrichtungsänderungseinrichtungen (19), die unter dem letzten Satz der Mehrzahl von horizontal angeordne ten Photodetektoreinrichtungen (17) und dem Ausgang der ho rizontalen Signalübertragungseinrichtungen (18) ausgebildet sind, um selektiv den Strom der Signalladungen, die von den horizontalen Signalübertragungseinrichtungen (18) abgegeben werden, in Gegenrichtung in Abhängigkeit von einem dritten externen Taktsignal umzukehren;
Signalverarbeitungseinrichtungen (20) zum Zwischen speichern der Signalladungen von den horizontalen Signal übertragungseinrichtungen (18) oder der Signalladungen von der Signalstromrichtungsänderungseinrichtung (19), welche dann die Signalladungen zurücksetzt; und
Abtastverstärkungseinrichtungen (21) zum Abtasten der Zustände der Signalladungen, die in der Signalverar beitungseinrichtung (20) zwischengespeichert sind, und zum Verstärken der abgetasteten Zustände der Signalladun gen mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor.

2. CCD-Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Horizontalübertragungseinrichtungen (18) erste und zweite Gateelektroden (18a, 18b) umfassen, die ihrerseits jeweils darauf ausgebildet sind, und an die jeweils die ersten und zweiten Taktsignale angelegt wer den, daß die zweite Gateelektrode (18b) Signalladungen von der Mehrzahl von Photodetektoreinrichtungen (17) zu den Horizontalübertragungseinrichtungen (18) in Abhängigkeit von dem zweiten Taktsignal überträgt, und daß die erste Gate elektrode (18a) Signalladungen, die von der zweiten Gate elektrode (18b) übertragen werden, zu dem Ausgang der Ho rizontalübertragungseinrichtungen (18) in Abhängigkeit von dem ersten Taktsignal überträgt.

3. CCD-Bildsensor nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Materialien der ersten und zweiten Gate elektroden (18a, 18b) Polysiliziummaterialien sind.

4. CCD-Bildsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Photodetek tionseinrichtungen (17), die Horizontalübertragungsein richtungen (18) und die Signalstromrichtungsänderungsein richtungen (19) vom gleichen Leitertyp wie ein Substrat (22) sind.

5. CCD-Bildsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Horizontalübertragungsein richtungen (18) gleichmäßig im Abstand angeordnete Sperrionen schichten (25) umfassen, die auf der Oberfläche ausgebildet sind, um Potentialsperren zum Zwecke der Erleichterung der Übertragung der Signalladungen zu bilden, wobei die Sperr ionenschichten (25) Konzentrationen haben, die kleiner als jene der Horizontalübertragungseinrichtungen (18) sind.

6. CCD-Bildsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (20) umfaßt:
einen Gleitdiffusionsbereich (20a) zum Zwischenspei chern der eingegebenen Signalladungen;
ein erstes Ausgabegate (20b), an welches eine Vor spannung mit einer konstanten Gleichspannung angelegt ist, um die Signalladungen von den Horizontalübertragungseinrich tungen (18) zu dem Gleitdiffusionsbereich (20a) zu übertra gen,
ein zweites Ausgabegate (20c), an welches eine Vor spannung mit einem konstanten Gleichstrom angelegt ist, um die Signalladungen von den Signalstromrichtungsänderungs einrichtungen (19) zu dem Gleitdiffusionsbereich (20a) zu übertragen,
einen Rücksetzdrain (20d) zum Zurücksetzen der Signalladungen, welche in dem Gleitdiffusionsbereich (20a) zwischengespeichert sind, und zwar in Abhängigkeit von ei nem vierten externen Taktsignal; und
eine Rücksetzgateelektrode (20e) zum Anlegen des vierten externen Taktsignales an den Rücksetzdrain (20d).

7. CCD-Bildsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücksetzdrain (20d) und der Gleitdiffusionsbereich (20a) vom gleichen Leitungstyp sind.

8. CCD-Bildsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien der ersten und zweiten Ausgabegates (20d, 20c) und der Rücksetzgateelektrode (20d) Polysiliziummate rialien sind.

9. CCD-Bildsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalstromrichtungsänderungs einrichtungen (19) dritte und vierte Gateelektroden (19a, 19b) umfassen, die ihrerseits auf deren Oberflächen ausge bildet sind, das an jede das dritte externe Taktsignal an gelegt wird, die dritte Gateelektrode (19a) die Signalladun gen von den Horizontalübertragungseinrichtungen (18) zu den Signalstromrichtungsänderungseinrichtungen (19) in Abhängig keit von dem dritten externen Taktsignal überträgt, und daß die vierte Gateelektrode (19b) Signalladungen, die von der dritten Gateelektrode (19a) übertragen wurden, zu den Signal verarbeitungseinrichtungen (20) überträgt.

10. CCD-Bildsensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien der dritten und vierten Gateelektroden (19a, 19b) Polysiliziummaterialien sind.

11. CCD-Bildsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalstromrichtungsände rungseinrichtungen (19) gleichmäßig im Abstand vorgesehene Sperrionenschichten (22) umfassen, die auf diesen zur Bildung von Potentialsperren und zum Zwecke der Erleichterung der Über tragung der Signalladungen von den Horizontalsignalübertra gungseinrichtungen (18) ausgebildet sind, und daß die Sperr ionenschichten (22) Konzentrationen haben, die kleiner als jene der Signalstromrichtungsänderungseinrichtungen (19) sind.

12. CCD-Bildsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalstromänderungseinrich tungen (19) derart arbeiten, daß die Signalladungen von der Mehrzahl von Photodetektionseinrichtungen (17), die auf ungeradzahligen oder geradzahligen horizontalen Linien ange ordnet sind, hinsichtlich der Stromrichtung umgekehrt werden und daß dann die Signalladungen zu den Signalverarbeitungs einrichtungen (20) übertragen werden, und daß die Horizontal signalübertragungseinrichtungen (18) derart arbeiten, daß die Signalladungen von der Mehrzahl von Photodetektions einrichtungen (17), die auf ungeradzahligen oder geradzahli gen horizontalen Linien angeordnet sind, entgegen den Signal stromrichtungsänderungseinrichtungen (19) direkt zu den Signalverarbeitungseinrichtungen (20) übertragen werden.