DE68917533T2 - Regelungsverfahren der elektronischen Überblendung für eine zweidimensionale ladungsgekoppelte Anordnung. - Google Patents

Regelungsverfahren der elektronischen Überblendung für eine zweidimensionale ladungsgekoppelte Anordnung.

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DE68917533T2
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Description

  • Regelungsverfahren für eine zweidimensionale ladungsgekoppelte Anordnung mit verbesserter Antiüberstrahlungsfähigkeit
  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine ladungsgekoppelte Anordnung (abgekürzt als "CCD") und insbesondere- ein Regelungsverfahren für eine zweidimensionale, ladungsgekoppelte Anordnung des Zwischenlinien-Übertragungstyps.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Eine typische ladungsgekoppelte Anordnung des Zwischenlinien-Übertragungstyps umfaßt eine Anzahl lichtempfindlicher Elemente, wie Fotodioden, die in Reihen und Spalten angeordnet sind, vertikale Schieberegister, die zwischen zwei benachbarten Spalten lichtempfindlicher Elemente angeordnet sind, und ein mit einem Ende der vertikalen Schieberegister verbundenes horizontales Schieberegister. Wenn ein optisches Bild auf die lichtempfindlichen Elemente einfällt, erzeugen die lichtempfindlichen Elemente jeweils elektrische Ladungen, wobei deren Anzahl jeweils von den Intensitäten der Teile des optischen Bildes abhängig ist. Die elektrischen Ladungen werden von den lichtempfindlichen Elementen zu den vertikalen Schieberegistern übertragen, die wiederum die elektrischen Ladungen zu dem horizontalen Schieberegister übertragen. Die durch die lichtempfindlichen Elemente erzeugten elektrischen Ladungen werden nacheinander von dem horizontalen Schieberegister während eines Zeitabschnittes zwischen zwei vertikalen Dunkelabtastungs- Zeitabschnitten nach-außen übertragen. Gemäß dem "NTSC" (National Television System Commitee) -Farbsystem wird ein effektiver Sammelzeitabschnitt von 1/60 sec gewählt, um ein optisches Bild in die elektrischen Ladungen zu wandeln, so daß die ladungsgekoppelte Anordnung in der Lage ist, das optische Bild ohne Verwackeln wiederzugeben, wenn das optische Bild von einem statischen oder langsam bewegten Objekt stammt. Ein erkennbares Bild von einem sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Objekt jedoch wird aufgrund des relativ langen effektiven Sammelzeitabschnitts kaum wiedergegeben.
  • Um eine Lösung des oben beschriebenen Problems zu schaffen, wurde ein "elektronischer" Verschluß vorgeschlagen, um den effektiven Sammelzeitabschnitt zu verkürzen. Die elektronische Blende ist von Hiromi Okumura in "Technical Report National CCD Solid Imager", Video alpha, veröffentlicht durch Fotoindustry Publishing Company, August 1987, Seiten 145- 149, offenbart. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird der technische Bericht im Folgenden und anhand der Fig. 1 und 2 zusammengefaßt.
  • In Fig. 1 umfaßt die ladungsgekoppelte Anordnung in Reihen und Spalten angeordnete Fotodioden 1, vertikal zwischen zwei benachbarten Spalten der Fotodioden angeordnete Schieberegister 2, ein horizontales, mit den vertikalen Schieberegistern 2 verbundenes Schieberegister 3 und eine dem horizontalen Schieberegister gegenüberliegendes Drain. Jede der Fotodioden 1 ist durch ein kleines Rechteck dargestellt.
  • In einer gewöhnlichen ladungsgekoppelten Anordnung tritt eine Serie vertikaler Treiberpulse 4 in einem gewissen Zeitintervall auf, und alle elektrischen Ladungen werden in einem Treiberzeitabschnitt zwischen zwei vertikalen Dunkelabtastungs-Zeitabschnitten 6 - wie in Fig. 2 gezeigt - nach außen übertragen. Die durch Okumura vorgestellte ladungsgekoppelte Anordnung erzeugt jedoch zwei horizontale Auslesepulse 7 und 8 in einem einzigen vertikalen Dunkelabtastungszeitabschnitt 6, und außerdem werden Rückübertragungspulse 9 zwischen den beiden Auslesepulsen 7 und 8 erzeugt.
  • Wenn der erste Auslesepuls 7 auftritt, werden unwirksame elektrische Ladungen von den Fotodioden 1 in die vertikalen Schieberegister 2 entladen, und die unwirksamen elektrischen Ladungen werden entgegengesetzt über die vertikalen Schieberegister 2 in Antwort auf die Rückübertragungspulse 9 in das Drain 4 geschwemmt. Während die unwirksamen elektrischen Ladungen in das Drain 4 geschwemmt werden, sammeln die Fotodioden 1 frische oder wirksame elektrische Ladungen, die in Anwesenheit eines optischen Bildes erzeugt werden. Die so in den Fotodioden 1 gesammelten elektrischen Ladungen werden in die vertikalen Schieberegister 2 in Antwort auf den zweiten Auslesepuls 8 entladen und erfolgreich in Zusammenwirkung mit dem horizontalen Schieberegister 3 nach außen übertragen. Die Vertikal-Treiberpulse 10 werden in einem Treibzeitabschnitt zwischen den beiden Dunkelabtastungszeitabschnitten 6 in einem bestimmten Zeitintervall erzeugt. Die Fotodioden 1 werden dem optischen Bild für einen effektiven Sammelzeitabschnitt t1 zwischen den beiden Ausleseimpulsen 7 und 8 ausgesetzt, und die Verschlußgeschwindigkeit wird dann aus dem effektiven Sammelzeitabschnitt t1 berechnet. In diesem Fall ist der effektive Sammelzeitabschnitt t1 etwa 1/1000 sec. Der effektive Sammelzeitabschnitt t1 ist somit auf den kleinen Wert geschrumpft, wodurch die ladungsgekoppelte Anordnung ein optisches Bild eines sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Objektes wiedergeben kann.
  • Die erwähnten Abläufe sollten innerhalb des vertikalen Dunkelabtastungszeitabschnittes 6 beendet werden, und aus diesem Grund steigert die in Fig. 1 gezeigte ladungsgekoppelte Anordnung den effektiven Sammelzeitabschnitt kaum auf einen Wert größer als 1/1000 sec.
  • Eine in Fig. 3 gezeigte ladungsgekoppelte Anordnung ist vorgeschlagen worden und beabsichtigt, die Ausdehnung des effektiven Sammelzeitabschnittes t1. Die in Fig. 3 gezeigte ladungsgekoppelte Anordnung umfaßt eine zwischenzeilige Lese- und Übertragungsstufe 21, ein horizontales Schieberegister 22, eine zwischen der zwischenzeiligen Lese- und Übertragungsstufe 21 und dem horizontalen Schieberegister 22 angeordnete Sammelstufe 23 und ein an der der Sammelstufe 23 gegenüberliegenden Seite angeordnetes Drain 24. Die so angeordnete ladungsgekoppelte Anordnung beendet die Übertragung der unwirksamen elektrischen Ladungen innerhalb des vorhergehenden Treiberpulszeitabschnittes, und nur die Rückübertragungspulse 9 und der zweite Auslesepuls 8 erfolgen während des vertikalen Dunkelabtastungszeitabschnittes 6. Aus diesem Grund wird der effektive Sammelzeitabschnitt t1 auf 1/250 sec verlängert.
  • In einer ladungsgekoppelten Vorrichtung mit einem schnellen Verschluß ist der uneffektive Sammelzeitabschnitt 4-16 mal länger als der effektive Sammelzeitabschnitt t1, und demzufolge werden die unwirksamen Ladungen bis zu einem Sättigungspegel stark vermehrt, der als Kriterium zur Erzeugung des Überstrahlphänomens dient. Der Sättigungspegel steht in Bezug zu einem Überstrahl-Steuerungs-Spannungssignal.
  • Ein beim Stand der Technik mit dem elektronischen Verschluß gefundenes Problem ist, daß die elektrischen Ladungen dazu neigen, nach dem Schwemmarbeitsschritt der unwirksamen elektrischen Ladung in den lichtempfindlichen Elementen zu verbleiben. Im einzelnen: da der Schwemmarbeitsschritt wie auch der Auslesearbeitsschritt aus den vertikalen Schieberegistern innerhalb eines vertikalen Dunkelabtastungs-Zeitabschnittes beendet sein muß, werden die unwirksamen Ladungen mit etwa 800 kHz mehr als die effektiven elektrischen Ladungen beim gewöhnlichen vertikalen Übertragungs-Arbeitsschritt übertragen. Die Elektroden der vertikalen Schieberegister haben aufgrund der doppelten oder dreifachen Polysiliziumstruktur einen relativ hohen Widerstand und Kapazität, wodurch die Treiberpulse bei dem Hochfrequenzübertragungs-Arbeitsschritt verzögert und verformt werden. Die Treibpulse werden somit verzögert und verformt, so daß die Ladungsübertragungsfähigkeit der vertikalen Schieberegister verschlechtert wird. Mit anderen Worten, die Menge unwirksamer elektrischer Ladungen, die zu dem Drain übertragen werden, wird auf die Hälfte oder 1/3 abgesenkt, wobei Restladungen in den lichtempfindlichen Elementen zurückbleiben. Diese Restladungen verursachen elektrische Signale oberhalb des Sättigungspegels, und die elektrischen Signale erzeugen ein gering weiß gestörtes Bild.
  • Wenn der Übermittlungs-Arbeitsschritt von Stufe zu Stufe öfter als die Zahl der Stufen jedes vertikalen Schieberegisters wiederholt wird, werden mehr unwirksame elektrische Ladungen in das Drain geschwemmt, jedoch setzt die Länge des vertikalen Dunkelabtastungszeitabschnittes eine Grenze für die Zahl der Übermittlungs-Arbeitsschritte des Schwemmarbeitsschritts. Dies führt zu einem unzureichenden Schwemmarbeitsschritt. Je größer der mit der ladungsgekoppelten Anordnung verbundene Schirm ist, umso mehr Restladungen hält die ladungsgekoppelte Anordnung. Wenn die Überstrahl-Steuerspannung auf einen hohen Pegel geregelt wird, so entsteht ein Konkurrenz zwischen dem dynamischen Bereich und der Anzahl der verbleibenden Ladungen.
  • Eine ladungsgekoppelte Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches und ein zugehöriges Steuerverfahren ist in IEEE Transaction on Electron Devices, Vol. ED 31, Nr. 1, Januar 1984, Seiten 83-88, durch Y. Ishiada u. a. offenbart. Hier wird eine konstante, geeignet gewählte Spannung zur Verringerung des Überstrahleffektes auf das Substrat angewendet.
  • EP-A-0265271 offenbart eine ähnliche Festkörper-Bildvorrichtung, bei der die auf das Substrat angewendete Spannung zwischen zwei Werten zur Verringerung des Ausmaßes unwirksamer elektrischer Ladungen in den lichtempfindlichen Elementen geschaltet werden kann.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist somit eine wichtige Aufgabe der Erfindung eine ladungsgekoppelte Anordnung zu schaffen, die ein durch verbleibende Ladungen weniger beeinflußtes Bildsignal erzeugt.
  • Eine weitere wichtige Aufgabe der Erfindung ist es, eine ladungsgekoppelte Anordnung zu schaffen, in der die verbleibenden Ladungen hinreichend in das Drain geschwemmt werden. Um diese Aufgaben zu erreichen, schlägt die Erfindung vor, die lichtempfindlichen Elemente weniger empfindlich oder weniger rückhaltfähig in dem ineffektiven Sammelzeitabschnitt zu gestalten.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Regelungsverfahren für eine ladungsgekoppelte Anordnung geschaffen, die auf einem Halbleitersubstrat hergestellt ist und aufweist: eine Anzahl lichtempfindlicher Elemente, die in Spalten angeordnet sind und betreibbar sind, um jeweils eine optische Strahlung in elektrische Ladung umzuwandeln, ein mehrstufiges horizontales Schieberegister, ein Überlaufdrain, eine Anzahl mehrstufiger vertikaler Schieberegister, die zwischen den Spalten der lichtempfindlichen Elemente angeordnet sind und betreibbar sind, um die elektrische Ladung zu einem der mehrstufigen horizontalen Schieberegister und zu dem Überlaufdrain zu übertragen, und einen lichtabschirmenden Film, der über dem lichtempfindlichen Element so vorgesehen ist, daß er der optischen Strahlung erlaubt, auf die lichtempfindlichen Elemente einzufallen, wobei das Regelungsverfahren durch die Schritte gekennzeichnet ist:
  • a) Speicherung der wirksamen elektrischen Ladung in Anwesenheit der optischen Strahlung in den lichtempfindlichen Elementen durch Anlegung eines ersten Spannungspegels an die lichtabschirmende Platte zur Förderung der Erzeugung der wirksamen elektrischen Ladung, während unwirksame elektrische Ladung in das Überlaufdrain durch die mehrstufige Vertikalenschieberegister synchron mit einem ersten Treiberpuls zu getrieben werden, nachdem die unwirksamen elektrischen Ladungen aus der Anzahl der lichtempfindlichen Elemente in die Anzahl von mehrstufigen vertikalen Schieberegistern in Anwesenheit eines ersten Auslesepulses ausgelesen wurden, wie Auslesen der wirksamen elektrischen Ladungen in der Anwesenheit eines zweiten Auslesepulses und c) Übertragen der wirksamen elektrischen Ladungen von der Anzahl mehrstufiger vertikaler Schieberegister synchron mit einem zweiten Treiberpuls an das mehrstufige horizontale Schieberegister unter Anlegung eines zweiten Spannungspegels an die lichtabschirmende Platte zur Einschränkung der Erzeugung der unwirksamen elektrischen Ladung in den lichtempfindlichen Elementen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Merkmale und Vorteile eines Steuerverfahrens für eine erfindungsgemäße zweidimensionale ladungsgekoppelte Anordnung wird aus der anschließenden Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen klar, in denen zeigt:
  • Fig. 1 ein Blockschaltbild, das die Anordnung einer vorbekannten ladungsgekoppelten Anordnung darstellt;
  • Fig. 2 ein Diagramm, das den Signalverlauf wesentlicher Signale in zusammengesetzter Form zeigt, die auf die vorbekannte ladungsgekoppelte Anordnung angewandt werden;
  • Fig. 3 ein Blockschaltbild, das die Anordnung einer anderen vorbekannte ladungsgekoppelten Anordnung zeigt, die zur Lösung des Problems vorgeschlagen wurde, welches der in Fig. 1 gezeigten ladungsgekoppelten Anordnung inherent ist;
  • Fig. 4 ein Blockschaltbild, das die Anordnung einer zweidimensionalen ladungsgekoppelten Anordnung zeigt, zu welcher die Erfindung gehört;
  • Fig. 5 eine Querschnittsansicht, der Struktur eines lichtempfindlichen Elementes, das in die ladungsgekoppelte Anordnung gemäß Fig. 4 integriert ist zeigt;
  • Fig. 6 eine Kurve, die den Sättigungs-Ausgangsspannungspegel abhängig von dem Spannungspegel an der lichtabschirmenden Platte zeigt, die in der ladungsgekoppelten Anordnung aus Fig. 5 integriert ist;
  • Fig. 7 eine Kurve, die den Sättigungs-Ausgangs-Spannungspegel in Abhängigkeit vom Spannungspegel am Substrat zeigt, auf welchem die ladungsgekoppelte Vorrichtung aus Fig. 5 hergestellt ist;
  • Fig. 8 eine Darstellung, die den Signalverlauf eines Satzes wesentlicher Signale zeigt, die auf die ladungsgekoppelte Anordnung aus Fig. 4 angewandt werden.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • In Fig. 4 ist eine zweidimensionale ladungsgekoppelte Anordnung auf einem N-Typ Einkristallhalbleitersubstrat 30 ausgebildet und umfaßt eine Anzahl lichtempfindlicher Elemente 31, die je einem Pixel entsprechen und in Zeilen und Spalten angeordnet sind, eine Anzahl mehrstufiger vertikaler Schieberegister 32, die jeweils zwischenzeilig zwischen zwei benachbarten Spalten lichtempfindlicher Elemente 31 angeordnet sind, ein mehrstufiges horizontales Schieberegister 33, das mit den ersten Ausgangsknoten der vertikalen Schieberegister 32 verbunden ist, und ein Überlaufdrain 34, das mit den zweiten Ausgangsknoten der vertikalen Schieberegister 32 verbunden ist, und an den dem horizontalen Schieberegister gegenüberliegenden Enden vorgesehen ist. Die so angeordnete zweidimensionale ladungsgekoppelte Anordnung ist vom zwischenzeiligen Typ mit der vertikalen Überlaufdrainstruktur.
  • Gemäß Fig. 5 ist jedes lichtempfindliche Element durch eine Fotodiode gebildet, und das vertikale Schieberegister 32 ist vom Typ mit vertikalem CCD-Register. Obwohl die Mehrzahl Fotodioden und die Mehrzahl vertikaler Schieberegister auf dem Halbleitersubstrat 30 hergestellt sind, ist sich die Beschreibung auf eine einzige Fotodiode und ein einziges vertikales Schieberegister gerichtet. In dem N-Typ- Halbleitersubstrat ist eine P-Typ-Wanne 35 ausgebildet, in der eine Anzahl N-Typ-Bereiche 36, 37, 38 und 39 ausgebildet und durch P-Typ-Störstoff-Bereiche 40, 41 und 42 isoliert sind. Die P-Typ-Wanne 35 ist gegenüber dem N-Typ-Substrat 30 entgegengesetzt vorgespannt, und der Gegenvorspannpegel ist mittels eines Steuerelements 60 veränderbar. Die Hauptfläche des Substrats 31 ist mit einem Oxidfilm 43 bedeckt, der für optische Strahlung durchlässig ist. Die optische Strahlung befördert ein optisches Bild eines Objekts. Der Oxidfilm 43 ist zum Teil mit leitfähigen Streifen 44 bedeckt, die als Elektroden für die vertikalen Schieberegister 32 dienen, und die gesamte Oberfläche ist durch einen Oxidfilm 45 bedeckt, der ebenfalls für die optische Strahlung transparent ist. Auf dem Oxidfilm 45 ist ein lichtabschirmender Film 46 vorgesehen, der mit einem geeigneten positiven Vorspannungspegel versorgt wird.
  • Der N-Typ-Bereich 37 und die P-Typ-Wanne 35 neben dem Bereich 37 bilden zusammen die Fotodiode, und der P-Typ-Störstoffbereich 41 und die Gateelektrode 45 erzeugt ein Eingangsgate des vertikalen Schieberegisters 42, wobei der N- Typbereich 37 und einer der N-Typ-Bereiche 38 verbunden werden. Die N-Typ-Bereiche 38 (von denen nur einer in der Querschnittsansicht gezeigt ist) sind voneinander getrennt angeordnet und sind jeweils mit den leitfähigen Streifen oder den Gateelektroden 44 verbunden, um eine Anzahl Übertragungsstufen zu bilden. Der P-Typ-Störstoffbereich 42 dient als Kanalunterbrecher zwischen dem vertikalen Schieberegister 32 und der benachbarten Fotodiode. Der P-Typ- Störstoffbereich 41, die N-Typ-Bereiche 38 und die Gatelektroden 44 bilden das vertikale Schieberegister 32. Jedes der vertikalen Schieberegister 32 hat 250 Gateelektroden 44, die parallel zueinander vorgesehen sind, und ist dementsprechend mit 250 Übertragungsstufen versehen. Jede Übertragungsstufe führt eine einzelne Übertragungsoperation mit einem vertikalen Treiberpuls SHFT durch, wobei die Menge maximal übertragener elektrischer Ladung gleichbedeutend mit dem Ausgangsspannungspegel von 0,9 Volt bei 15,75 kHz ist.
  • Der Vorspannungspegel beeinflußt direkt die maximale Anzahl elektrischer Ladungen, die in jeder die lichtempfindlichen Elemente bildenden Fotodiode hergestellt werden, und wird wie die Funktion variiert, die in Fig. 6 durch die Kurve A gezeigt ist. Dies liegt an der Tatsache, daß die Linien der elektrischen Kräfte von dem lichtabschirmenden Film 46 die Oberfläche der Fotodiode erreichen und, dementsprechend, den Spannungspegel auf der Oberfläche ändern. Die Menge der maximalen elektrischen Ladung, die durch den Vorspannungspegel beeinflußt wird, kann auch durch einen Ausgangsspannungspegel repräsentiert sein, der vom horizontalen Schieberegister der ladungsgekoppelten Anordnung nach außen geliefert wird. Der Ausgangsspannungspegel, der somit die Menge der maximalen elektrischen Ladung, die in jeder Fotodiode erzeugt wird, darstellt, wird im Nachfolgenden als "Sättigungs-Ausgangsspannungspegel" bezeichnet. Der Sättigungs-Ausgangs-Spannungspegel der Fotodiode wird außerdem in Bezug auf den Spannungspegel am Halbeitersubstrat 30 wie die Funktion variiert, die in Fig. 7 durch die Kurve B gegeben ist, wenn ein bestimmter Spannungspegel feststehend an den lichtabschirmenden Film 46 angelegt wird. Unter Verwendung der Charakteristika, die entweder in Fig. 6 oder 7 dargestellt sind, wird ein elektronischer Verschluß mit etwa 1/1000 sec durch die ladungsgekoppelte Anordnung umgesetzt, die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren gesteuert wird, ohne Verminderung der Qualität eines auf dem Schirm wiedergegebenen Bildes.
  • Gemäß Fig. 8 treten horizontale Dunkelabtastzeitabschnitte und vertikale Dunkelabtastzeitabschnitte in geeigneter Weise auf, und elektrische Ladungen, die in jeweiligen lichtempfindlichen Elementen 31 erzeugt wurden, werden nacheinander von dem horizontalen Schieberegister 33 der ladungsgekoppelten Anordnung in einem einzigen Auslesezyklus nach außen geliefert. In jedem vertikalen Dunkelabtastzeitabschnitt werden zwei Auslesepulse 61 und 62 erzeugt, und eine Serie Hochgeschwindigkeits-Vertikaltreibpulse SWP tritt zwischen den zwei Auslesepulsen 61 und 62 auf, um die unwirksamen elektrischen Ladungen in das Überlaufdrain 34 zu schwemmen. Wenn nämlich der erste Auslesepuls 61 erscheint, werden die in den Fotoelementen 31 gesammelten unwirksamen elektrischen Ladungen den vertikalen Schieberegistern 32 zugeführt, und in Anwesenheit der Hochgeschwindigkeits-Vertikaltreibpulse SWP zu dem Überlaufdrain übertragen. Während des Ausschwemmens der unwirksamen Ladung in das Überlaufdrain 34, werden frische, wirksame elektrische Ladungen in den jeweiligen lichtempfindlichen Elementen 31 in Anwesenheit der auf sie fallenden optischen Strahlung gesammelt, und die wirksamen elektrischen Ladungen werden dem vertikalen Schieberegistern in Antwort auf den zweiten Auslesepuls 62 zugeführt. In den Horizontal-Dunkelabtastzeitabschnitten werden die in dem effektiven Sammelabschnitt gesammelten effektiven elektrischen Ladungen von den vertikalen Schieberegistern 31 über das horizontale Schieberegister 33 aus der ladungsgekoppelten Anordnung übertragen, und unwirksame elektrische Ladungen werden jeweils in den lichtempfindlichen Elementen 31 gesammelt.
  • Wie vorstehend beschrieben, hat jedes der vertikalen Schieberegister 32 250 Übertragungsstufen, jedoch werden 500 Übertragungs-Arbeitsschritte bei der Hochgeschwindigkeits- Treibfrequenz von 800 kHz erreicht. Bei dieser Hochgeschwindigkeits-Treibfrequenz wird die bei einem einzigen Übertragungs-Arbeitsschritt übertragene Ladungsmasse in einen Ausgangsspannungspegel von etwa 0,3 Volt umgewandelt, was ein Drittel des gewöhnlich bei einem vertikalen Übertragungsarbeitsschritt für wirksame elektrische Ladung erreichbaren ist, und die Menge der übertragenen Ladungen wird für die Fotodioden um die Mitte des Pixel-Arrays gemessen. Die unwirksamen elektrischen Ladungen werden in jedem Horizontal-Dunkelabtastungszeitabschnitt gesammelt, und der lichtabschirmende Film 44 wird auf -5 Volt negativ vorgespannt. Wie aus Fig. 6 erkennbei dem negativen Vorladungsspannungspegel bei 0,2 bar, ist der Sättigungsausgangsspannungspegel bei - dem negativen Vorladungsspannungspegel von etwa -5 Volt auf 0,2 Volt. Der Sättigungsausgangsspannungspegel von 0,2 Volt ist niedrig genug, um einwandfrei mit der Hochgeschwindigkeitstreibfrequenz- von etwa 800 kHz überschwemmt zu werden, da die Menge der übertragenen Ladung auf 0,3 Volt geschätzt wird, wie oben beschrieben wurde. Dies führt dazu, daß keine elektrische Restladung in den lichtempfindlichen Elementen zurückbleibt. Nachdem der erste Auslesepuls 61 zur Zeit t0 wiederhergestellt wurde, werden frische, wirksame elektrische Ladungen in den lichtempfindlichen Elementen 31 gesammelt. Während des Sammelns der effektiven elektrischen Ladungen wird ein positiver Vorspannungspegel von etwa +5 Volt an den lichtabschirmenden Film 44 gelegt, und der Sättigungsausgangsspannungspegel wird auf etwa 0,8 Volt bei einem Vorbelastungspegel von etwa +5 Volt gesteigert, wie es aus der Kurve A in Fig. 6 zu erkennen ist. Da die Menge der maximal übertragenen Ladung in dem gewöhnlichen Übertragungsarbeitsschritt auf 0,9 Volt gebracht wird, ist der Sättigungsausgangsspannungspegel von etwa 0,8 Volt etwas niedriger als die maximale Übertragungskapazität des vertikalen Schieberegisters, und dementsprechend wird ein hinreichend großer dynamischer Bereich in den lichtempfindlichen Elementen erreicht. In den lichtempfindlichen Elementen ist keine elektrische Restladung verblieben und deshalb tritt das Überstrahlphänomen weniger auf, selbst wenn der große dynamische Bereich geschaffen wird.
  • Die wirksamen elektrischen Ladungen werden aus den lichtempfindlichen Elementen 31 in die vertikalen Schieberegister 32 in Anwesenheit des zweiten Auslesepulses 62 ausgelesen. Die vertikalen Schieberegister 32 und das horizontale Schieberegister 33 sprechen auf die Treibpulse (SHFT) und Dunkelabtastungspulse (nicht gezeigt) an, und die wirksamen elektrischen Ladungen werden von den vertikalen Schieberegistern 32 durch das horizontale Schieberegister 33 nach außerhalb der ladungsgekoppelten Anordnung gebracht. In diesem Zeitabschnitt wird der lichtabschirmende Film 46 wieder auf den negativen Vorspannungspegel von etwa -5 Volt abgesenkt, so daß nur eine relativ kleine Menge unwirksamer elektrischer Ladung in jedem der lichtempfindlichen Elemente erzeugt wird.
  • Der Vorspannungspegel wird zum Zeitpunkt t2 auf den negativen Wert zurückgebracht, und der Zeitpunkt t2 sollte später als der Zeitpunkt t1 sein, der die hintere Flanke des zweiten Auslesepulses 62 bestimmt. Die Wiederherstellung des negativen Vorspannungspegels wird vorzugsweise in dem Vertikal-Dunkelabtastzeitabschnitt oder dem Horizontal-Dunkelabtastzeitabschnitt eingestellt, so daß beim Verschieben verursachtes Rauschen eines optischen Bildes auf dem Schirm vermieden wird. Der Anstieg der Vorspannung zum Zeitpunkt t3 kann nach der abfallenden Flanke des ersten Auslesepulses zum Zeitpunkt t0 erfolgen. Jedoch ist es wünschenswert, daß der Zeitpunkt t3 vor dem Zeitpunkt t0 liegt, weil der Effektiv-Sammelzeitabschnitt oder die Geschwindigkeit des elektronischen Verschlusses zur Empfindlichkeit proportional ist. Wenn jedoch eine beachtliche Zeitspanne zwischen dem Anstieg des Vorspannungspegels und der hinteren Flanke des ersten Auslesepulses 61 liegt, werden unerwünschte unwirksame elektrische Ladungen ins der Zwischenzeit erzeugt, und die Menge der unerwünschten unwirksamen elektrischen Ladungen kann aufgrund des hohen Sättigungsausgangsspannungspegels nicht unbeachtet bleiben. Es ist wünschenswert, den Anstieg des Vorspannungspegels und die abfallende Flanke des ersten Auslesepulses so zu regeln, daß die dazwischenliegende Zeit gleich oder kleiner einem Zehntel des Effektiv- Sammelzeitabschnittes ist. Zur Verringerung des Rauschens sollte der Zeitpunkt t3 in den Horizontal-Dunkelabtastzeitabschnitt oder den Vertikal- Dunkelabtastzeitabschnitt fallen.
  • Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich, weist die durch das erfindungsgemäße Verfahren gesteuerte ladungsgekoppelte Anordnung kein Überstrahlphänomen auf, da aufgrund der Verschiebung des Spannungspegels entweder am lichtabschirmenden Film oder dem Halbleitersubstrat die Menge der unwirksamen elektrischen Ladungen verringert wird.
  • Obwohl besondere erfindungsgemäße Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann klar, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen ohne Abweichung vom Geist und dem Ziel der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können. Z.B. ist die Zahl der Übertragungsarbeitsschritte doppelt so groß wie die Zahl der Übertragungsstufen, und die vertikalen Schieberegister können doppelt soviel unwirksame elektrische Ladungen wie maximale übertragene Ladungen ausschwemmen. Aus diesem Grund kann der Vorspannungspegel des lichtabschirmenden Filmes 46 so gewählt werden, daß er nicht größer als etwa 0,6 Volt ist.

Claims (1)

1. Regelungsverfahren für eine ladungsgekoppelte Anordnung, die auf einem Halbleitersubstrat (30) hergestellt ist, und aufweist: eine Anzahl lichtempfindlicher Elemente (31), die in Spalten angeordnet sind und betreibbar sind, um jeweils eine optische Strahlung in elektrische- Ladungen umzuwandeln, ein mehrstufiges, horizontales Schieberegister (33), ein Überlaufdrain (34), eine Anzahl mehrstufiger, vertikaler Schieberegister (32), die zwischen den Spalten der lichtempfindlichen Elemente angeordnet sind und betreibbar sind, um die elektrischen Ladungen zu einem der mehrstufigen horizontalen Schieberegister und zu dem Überlaufdrain zu übertragen, und einen lichtabschirmenden Film (46), der über den lichtempfindlichen Elementen so vorgesehen ist, daß er der optischen Strahlung erlaubt, auf die lichtempfindlichen Elemente einzufallen, wobei das Regelungsverfahren durch die Schritte gekennzeichnet ist:
a) Speicherung der wirksamen elektrischen Ladungen in Anwesenheit der optischen Strahlung in den lichtempfindlichen Elementen durch Anlegung eines ersten Spannungspegels an die lichtabschirmende Platte zur Förderung der Erzeugung der wirksamen elektrischen Ladungen, während unwirksame elektrische Ladungen in das Überflußdrain durch die mehrstufigen vertikalen Schieberegister synchron mit einem ersten Treiber-Pulszug (SWP) getrieben werden, nachdem die unwirksamen elektrischen Ladungen aus der Anzahl der lichtempfindlichen Elementen in die Anzahl von mehrstufigen vertikalen Schieberegistern in Anwesenheit eines ersten Ausleseimpulses (61) ausgelesen wurden,
b) Auslesen der wirksamen elektrischen Ladungen in der Anwesenheit eines zweiten Ausleseimpulses (62), und
c) Übertragen der wirksamen elektrischen Ladungen von der Anzahl mehrstufiger vertikaler Schieberegister synchron mit einem zweiten Treiber-Impulszug (SHFT) an die mehrstufigen horizontalen Schieberegister, unter Anlegung eines zweiten Spannungspegels an die lichtabschirmende Platte zur Einschränkung der Erzeugung der unwirksamen elektrischen Ladungen in den lichtempfindlichen Elementen.
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