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Regelungsverfahren für eine zweidimensionale
ladungsgekoppelte Anordnung mit verbesserter
Antiüberstrahlungsfähigkeit
Technisches Gebiet
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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Es ist somit eine wichtige Aufgabe der Erfindung eine
ladungsgekoppelte Anordnung zu schaffen, die ein durch
verbleibende Ladungen weniger beeinflußtes Bildsignal erzeugt.
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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.
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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:
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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
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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:
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Fig. 1 ein Blockschaltbild, das die Anordnung einer
vorbekannten ladungsgekoppelten Anordnung darstellt;
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Fig. 2 ein Diagramm, das den Signalverlauf wesentlicher
Signale in zusammengesetzter Form zeigt, die auf die
vorbekannte ladungsgekoppelte Anordnung angewandt werden;
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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;
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Fig. 4 ein Blockschaltbild, das die Anordnung einer
zweidimensionalen ladungsgekoppelten Anordnung zeigt, zu welcher
die Erfindung gehört;
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Fig. 5 eine Querschnittsansicht, der Struktur eines
lichtempfindlichen Elementes, das in die ladungsgekoppelte
Anordnung gemäß Fig. 4 integriert ist zeigt;
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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;
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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;
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.