DE4340227C1

DE4340227C1 - Lineares Farb-CCD für einen Bildsensor und Ansteuerverfahren hierfür

Info

Publication number: DE4340227C1
Application number: DE4340227A
Authority: DE
Inventors: Young Jun Yu
Original assignee: Goldstar Electron Co Ltd
Current assignee: Intellectual Ventures II LLC
Priority date: 1993-11-19
Filing date: 1993-11-25
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2013-11-26
Also published as: US5345319A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein CCD für einen Bildsen sor, spezieller ein lineares Farb-CCD, das dazu geeignet ist, ein Farbbild abzutasten, sowie ein Ansteuerverfahren hierfür.

In Fig. 4 ist ein Aufbau eines aus der US 4,641,185 bekannten linearen Farb- CCDs für einen Bildsensor dargestellt. Wie in dieser Figur dargestellt, weist das herkömmliche lineare Farb-CCD drei jeweils den drei primären Lichtfarben Rot, Grün und Blau entsprechende CCDs auf.

Jedes dieser drei CCDs weist ein Photodiodenarray (PD) 3, 4 bzw. 5, ein Paar über bzw. unter den PD-Array 3, 4 oder 5 angeordnete Verschiebungstore 2 und ein Paar analoger, hori zontaler CCD(HCCD)-Schieberegister 1 auf. Eines der analogen HCCD-Schieberegister 1 ist über dem oberen Verschiebungstor 2 angeordnet, und das andere ist unter dem unteren Verschie bungstor 2 angeordnet. FD-Elemente 6 (FD = Floating Diffu sion = potentialungebundener Diffusionsbereich) sind jeweils mit einem Ausgang eines jeweiligen der Unter-CCDs verbunden. Jeweils ein Leseverstärker 7 ist an den Ausgang eines der FD-Elemente 6 angeschlossen.

Nachfolgend wird der Betrieb eines herkömmlichen linearen Farb-CCDs mit dem oben angegebenen Aufbau beschrieben.

In jedem der Unter-CCDs werden die photovoltaische Wandlung von PDs in den PD-Arrays 3, 4 oder 5 erzeugte Signalladungen zu den analogen HCCD-Schieberegistern 1 verschoben, wenn die Verschiebungstore 2 eingeschaltet werden. Zu diesem Zeit punkt wird das Verschieben der Signalladungen von den PDs in den PD-Arrays 3, 4 oder 5 durch die eingeschalteten Ver schiebungstore 2 auf solche Zickzack-Weise ausgeführt, daß die Signalladungen aus ungeradzahligen PDs in das untere analoge HCCD-Schieberegister 1 verschoben werden und die Signalladungen aus den geradzahligen PDs in das obere analo ge HCCD-Schieberegister 1 verschoben werden. Diese beiden analogen HCCD-Schieberegister 1 verschieben die Signalladun gen aus den PDs in den PD-Arrays 3, 4 oder 5 wiederum auf HCCD-Taktsignale nach rechts. Danach wirken ein FD-Element 6 und ein Leseverstärker 7 so zusammen, daß sie auf Grundlage der Signalladungen aus dem oberen und unteren analogen HCCD- Schieberegister 1 ein Signal erzeugen.

Diese drei linearen Farb-Unter-CCDs, die jeweils den Farben Rot, Grün und Blau entsprechen, weisen mit Ausnahme eines Farbfilters denselben Aufbau auf, und daher sind ihre Be triebsabläufe im wesentlichen dieselben. Während derselbe Aufbau vorliegt, geben die drei linearen Farb-Unter-CCDs Farbsignale für Rot (R), Grün (G) bzw. Blau (B) aus.

Jedoch hat das vorstehend genannte herkömmliche lineare Farb-CCD den Nachteil, daß der Aufbau mehr als dreimal so kompliziert ist als derjenige bei einem linearen Schwarz/ Weiß-CCD, da zwei analoge HCCD-Schieberegister sowie jeweils ein FD-Element und ein Leseverstärker für jede Photodioden arrayeinheit erforderlich sind. Auch ist der Abstand zwi schen benachbarten Photodiodenarrays ziemlich groß, da zwi schen ihnen zwei Verschiebungstore und zwei analoge HCCD- Schieberegister liegen. Dies führt zu einer Verschlechterung der Farbauflösung in vertikaler Richtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein lineares Farb- CCD für einen Bildsensor mit einfachem Aufbau und verbesser ter Farbauflösung sowie ein Ansteuerverfahren hierfür anzu geben.

Die Erfindung ist für das CCD durch die Merkmale von An spruch 1 und für das Ansteuerverfahren durch die Merkmale von Anspruch 6 gegeben.

Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschrei bung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutli cher.

Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß sich je weils zwei Photodiodenarrays in ein Horizontalschieberegi ster teilen. Dadurch sind nur noch zwei statt sechs solche Register erforderlich. Ein weiteres wesentliches Merkmal ist es, daß die Horizontalauflösung des in der Mitte liegenden Photodiodenarrays doppelt so groß ist wie die Horizontalauf lösung der oben und unten liegenden Arrays.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau eines erfindungsgemäßen linearen Farb-CCDs für einen Bild sensor veranschaulicht;

Fig. 2 ist ein detailliertes Diagramm, das einen Teil des linearen Farb-CCDs von Fig. 1 veranschaulicht;

Fig. 3 ist ein Zeitsteuerdiagramm für Signale im linearen Farb-CCD von Fig. 1; und

Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau eines herkömmlichen linearen Farb-CCDs für einen Bildsensor veran schaulicht.

Wie in Fig. 1 dargestellt, weist ein lineares Farb-CCD ein PD-Array 4 zum Erzeugen von Signalladungen, die einem Grün- Farbsignal entsprechen, ein über dem PD-Array 4 angeordne tes PD-Array 3 zum Erzeugen von Signalladungen, die einem Rot-Farbsignal entsprechen und ein unter dem PD-Array 4 an geordnetes PD-Array 5 auf, um Signalladungen zu erzeugen, die einem Blau-Farbsignal entsprechen.

Das lineare Farb-CCD weist auch ein Paar analoger HCCD- Schieberegister 1 auf. Eines der analogen HCCD-Schieberegi ster 1 ist zwischen den PD-Arrays 3 und 4 angeordnet, wäh rend das andere zwischen den PD-Arrays 4 und 5 angeordnet ist.

Auch weist das lineare Farb-CCD vier Verschiebungstore 2 auf. Zwei der Verschiebungstore 2 sind über bzw. unter einem der analogen HCCD-Schieberegister 1 angeordnet. Die anderen zwei Verschiebungstore 2 sind über bzw. unter dem anderen analogen HCCD-Schieberegister 1 angeordnet.

Jedes der analogen HCCD-Schieberegister 1 kann typischer weise eine duale 2-Phase-Polysiliziumstruktur aufweisen.

In Fig. 2 ist ein Teil des linearen Farb-CCD von Fig. 1 dar gestellt. Jede der PDs im PD-Array 4 weist eine horizontale Länge auf, die nur halb so groß ist wie diejenigen der PDs in den PD-Arrays 3 und 5.

An jeder der PDs im PD-Array 4 ist ein Ladungsausgabeport auf der vertikalen Mittellinie desselben angeordnet. In den PDs der PD-Arrays 3 und 5 ist ein Ladungsausgabeport jeweils beabstandet von der vertikalen Mittellinie vorhanden. Ge nauer gesagt, liegt bei einem rechts liegenden FD-Element 6 der Ladungsausgabeport jeder der PDs im PD-Array 3 rechts neben der vertikalen Mittellinie, während der Ladungsaus gabeport jeder der PDs im PD-Array 5 links neben der verti kalen Mittellinie liegt. Infolgedessen ist der Ladungsaus gabeport jeder der PDs in den PD-Arrays 3 und 5 zum entspre chenden Ladungsausgabeport der PDs im PD-Array 4 ausgerich tet.

Der Betrieb des linearen Farb-CCCs mit dem vorstehend ge nannten erfindungsgemäßen Aufbau wird nachfolgend im einzel nen beschrieben.

Durch photovoltaische Wandlung der PDs in den PD-Arrays 3 und 5 gebildete Signalladungen werden für eine vorgegebene Zeitspanne integriert und dann an die analogen HCCD-Schiebe register 1 verschoben, wie dies durch Pfeile in Fig. 1 dar gestellt ist, wenn die Schieberegister 2 eingeschaltet wer den, wie dies durch die Bezugsangabe QSG-R/B in Fig. 3 ge zeigt ist. Das analoge HCCD-Schieberegister 1 verschiebt die Signalladungen aus den PDs in den PD-Arrays 3 und 5 horizon tal auf die HCCD-Taktsignale HQ1 und HQ2 an das FD-Element 6. Auf einen Rücksetztakt hin, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, verstärkt ein Leseverstärker 7 das Ausgangssignal des FD-Elements 6 und gibt so abwechselnd Blau- und Rot-Farb signale als Spannungssignale aus, wie sie durch die Bezugs angabe "output" in Fig. 3 gekennzeichnet sind.

Danach werden, wenn die Verschiebungstore 2 eingeschaltet werden, wie dies durch die Bezugsangabe QSG-G in Fig. 3 dar gestellt ist, Signalladungen von den PDs im PD-Array 4 ab wechselnd auf Zickzack-Weise in die HCCD-Verschieberegister 1 verschoben, wie dies durch Pfeile in Fig. 1 dargestellt ist. Genauer gesagt, werden die Signalladungen aus den unge radzahligen PDs in das untere analoge HCCD-Schieberegister 1 verschoben, während die Signalladungen aus den geradzahligen PDs in das obere analoge HCCD-Schieberegister 1 verschoben werden. Die analogen HCCD-Schieberegister 1 verschieben die Signalladungen aus den PDs im PD-Array 4 horizontal auf die HCCD-Taktsignale HQ1 und HQ2 zum FD-Element 6. Auf den in Fig. 3 dargestellten Rücksetztakt hin verstärkt der Lesever stärker 7 das Ausgangssignal des FD-Elements 6 und gibt da durch ein Grün-Farbsignal als Spannungssignal aus, wie es durch die Bezugsangabe "output" in Fig. 3 gekennzeichnet ist.

Jede der PDs im PD-Array 4 weist eine horizontale Länge auf, die halb so groß ist wie diejenige der PDs in den PD-Arrays 3 und 4, wohingegen alle PDs dieselbe vertikale Länge auf weisen. Auch sind die PDs im PD-Array 4 zahlreicher als die jenigen in den PD-Arrays 3 oder 5. Dies hat die Wirkung, daß die Auflösung eines Helligkeitssignals groß wird.

Es ist bekannt, daß das menschliche Auge eine schlechte Farbauflösung jedoch eine hohe Helligkeitsauflösung auf weist. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, die Größe jeder PD im PD-Array für die grüne Farbe, das für das Hel ligkeitssignal zuständig ist, zu vergrößern und die Größe jeder PD in den PD-Arrays für Rot und für Blau zu vergrö ßern, anstatt daß die Größe aller PDs verkleinert wird und die Anzahl aller PDs erhöht wird. Dies hat die Wirkung, daß der Aufbau trotz einer Erhöhung der Auflösung einfach ist.

Wie es aus der vorstehenden Beschreibung erkennbar ist, kann durch die Erfindung die Anzahl analoger HCCD-Schieberegi ster, der Verschiebungstore, der FD-Elemente und der Lese verstärker deutlich im Vergleich zum Fall bei einem herkömm lichen linearen Farb-CCD erniedrigt werden, was zu einer Vereinfachung des Aufbaus führt. Auch ist der Abstand zwi schen benachbarten PD-Arrays klein, was zu einer Erhöhung der vertikalen Farbauflösung führt. Ferner hat jede der PDs im PD-Array für die grüne Farbe nur eine halb so große hori zontale Länge wie die PDs in den PD-Arrays für Rot und Blau. Dadurch wird die Auflösung im Vergleich zu der bei einem herkömmlichen linearen Farb-CCD mindestens verdoppelt.

Claims

1. Lineares Farb-CCD für einen Bildsensor mit:

- einer Photodiodenarrayanordnung zum Vornehmen einer photo voltaischen Wandlung zum Erzeugen von Signalladungen, die Farbsignalen für Rot, Grün und Blau entsprechen, mit
- - einem ersten Photodiodenarray (4) zum Erzeugen der dem Grün-Farbsignal entsprechenden Signalladungen;
- - einem zweiten Photodiodenarray (3), das über dem ersten Photodiodenarray angeordnet ist, um die dem Rot-Farbsignal entsprechenden Signalladungen zu erzeugen; und
- - einem dritten Photodiodenarray (5), das unter dem ersten Photodiodenarray angeordnet ist, um die dem Blau-Farbsignal entsprechenden Signalladungen zu erzeugen;
- einer analogen, horizontalen CCD-Schieberegisteranordnung zum horizontalen Verschieben der Signalladungen aus der Photodiodenarrayanordnung, mit
- - einem ersten analogen, horizontalen CCD-Schieberegister (1), das zwischen dem ersten und dem zweiten Photodioden array angeordnet ist, um die Signalladungen aus den zugehö rigen Photodioden horizontal zu verschieben; und
- - einem zweiten analogen, horizontalen CCD-Schieberegister (1), das zwischen dem ersten und dritten Photodiodenarray angeordnet ist, um die Signalladungen aus den zugehörigen Photodioden horizontal zu verschieben; und
- einer Verschiebungstoranordnung zum Verschieben, wenn sie eingeschaltet ist, der Signalladungen aus der Photodioden arrayanordnung in die analoge, horizontale CCD-Schieberegi steranordnung, mit
- - einem ersten Verschiebungstor (2), das über dem ersten analogen, horizontalen CCD-Schieberegister angeordnet ist, um die Signalladungen aus dem zweiten Photodiodenarray in dieses Register zu verschieben, wenn es eingeschaltet wird;
- - einem zweiten Verschiebungstor (2), das unter dem ersten analogen, horizontalen CCD-Schieberegister angeordnet ist, um die Signalladungen aus dem ersten Photodiodenarray in dieses Register zu verschieben, wenn es eingeschaltet wird;
- - einem dritten Verschiebungstor (2), das über dem zweiten analogen, horizontalen CCD-Schieberegister angeordnet ist, um die Signalladungen aus dem ersten Photodiodenarray in dieses Register zu verschieben, wenn es eingeschaltet wird; und
- - einem vierten Verschiebungstor (2), das unter dem zweiten analogen, horizontalen CCD-Schieberegister angeordnet ist, um die Signalladungen aus dem dritten Photodiodenarray in dieses Register zu verschieben, wenn es eingeschaltet wird.

2. Lineares Farb-CCD nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß jedes der drei Photodiodenarrays (3, 4, 5) mehrere Photodioden (PD) enthält, wobei die Photodioden im ersten Photodiodenarray (4) eine horizontale Länge aufweisen, die nur die Hälfte der Länge der Photodioden im zweiten und dritten Photodiodenarray ist.

3. Lineares Farb-CCD nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalladungen aus dem er sten Photodiodenarray (4) abwechselnd auf Zickzack-Weise in das erste und zweite analoge HCCD-Schieberegister verschoben werden.

4. Lineares Farb-CCD nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Signalladungen aus dem zweiten Photodiodenarray in einer einzigen Richtung in das erste analoge HCCD-Schieberegister (1) verschoben werden und die Signalladungen aus dem dritten Photodiodenarray in einer einzigen Richtung in das zweite analoge HCCD-Schieberegister (1) verschoben werden.

5. Lineares Farb-CCD nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß jedes der drei Photodiodenarrays (3, 4, 5) mehrere Photodioden (PD) aufweist, die jeweils einen Ladungsausgangsport aufweisen, wobei dieser im ersten Photodiodenarray auf einer vertikalen Linie angeordnet ist, auf der der jeweilige Ladungsausgangsport einer Photodiode im zweiten bzw. dritten Photodiodenarray liegt, wobei sich die Ports jeweils gegenüberstehen.

6. Verfahren zum Ansteuern eines linearen Farb-CCDs für einen Bildsensor mit einer Photodiodenarrayanordnung zum Vornehmen photovoltaischer Wandlung zum Erzeugen von Signal ladungen, die Farbsignalen für Rot, Grün und Blau entspre chen, mit einem ersten Photodiodenarray zum Erzeugen von dem Grün-Farbsignal entsprechenden Signalladungen, einem zweiten Photodiodenarray, das über dem ersten Photodiodenarray ange ordnet ist, um dem Rot-Farbsignal entsprechende Signalladun gen zu erzeugen, und einem dritten Photodiodenarray, das un ter dem ersten Photodiodenarray angeordnet ist, um dem Blau- Farbsignal entsprechende Signalladungen zu erzeugen, mit einer analogen, horizontalen CCD-Schieberegisteranordnung zum Verschieben der Signalladungen aus der Photodiodenarray anordnung horizontal, und mit einer Verschiebungstoranord nung zum Verschieben der Signalladungen aus der Photodioden arrayanordnung in die analoge, horizontale CCD-Schieberegi steranordnung, wenn sie eingeschaltet wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- Entnehmen der Signalladungen aus dem zweiten und dritten Photodiodenarray und dann der Signalladungen aus dem ersten Photodiodenarray oder Entnehmen der Signalladungen aus dem ersten Photodiodenarray und dann Entnehmen der Signalladun gen aus dem zweiten und dritten Photodiodenarray.