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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
ladungsgekoppeltes Festkörperabbildgerät.
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Bei einer Festkörperabbildeinrichtung, bei der CCDs
(ladungsgekoppelte Einrichtungen) verwendet werden, wird beim
Ausführen der Signalverarbeitung für jedes Pixel (Zelle),
beispielsweise der Verarbeitung wie die Korrektur eines
fehlerhaften Pixels, oder eine digitale Schattierungskorrektur usw. ein
zeittaktsignal von einem Zeittaktgenerator als
Pixelpositionsreferenzsignal der Festkörperabbildeinrichtung verwendet. Diese
Art der Verwendung wird bei einer Videokamera mit einem
sogenannten Einbausystem verwendet, bei dem eine
Kamerasteuerschaltung usw. im Kameragehäuse untergebracht ist.
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Wenn eine Videokamera, bei der eine Kamerakopfeinheit,
die ein optisches System und einen Abbildabschnitt usw. hat,
und eine Kamerasteuereinheit, um den Betrieb zu steuern,
getrennt sind, wird Zeit benötigt, ein Videosignal zwischen der
Kamerakopfeinheit und der Kamerasteuereinheit zu übertragen,
wodurch eine Verzögerung eines Videosignais auftritt. Aus
diesem Grund ist es schwierig oder unmöglich, einfach ein Signal
von einem Zeittaktgenerator als Pixelpositionsreferenzsignal zu
verwenden. Obwohl es denkbar ist, ein Synchronisationssignal
als Referenz zu nehmen, ist es schwierig, die Genauigkeit eines
Referenzsignals einer Pixeleinheit sicherzustellen.
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Die US-A 4 649 430 offenbart eine ladungsgekoppelte
Festkörperabbildeinrichtung nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
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Erfindungsgemäß wird ein ladungsgekoppeltes
Festkörperabbildgerät zur Erzeugung eines Videosignais bereitgestellt,
wobei das Gerät auf einem Halbleiter-Substrat aufweist:
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einen wirksamen Pixelbereich, der mehrere wirksame
Lichtempfangspixel besitzt, die Sensorbereiche haben, um ein
fallendes Licht in ein Videosignal umzusetzen; und
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einen optisch schwarzen Bereich, der an einem
peripheren Bereich des wirksamen Pixelbereichs angeordnet ist und
mehrere Pixel umfaßt, die Sensorbereiche haben, die durch
Lichtabschirmmittel abgeschirmt sind;
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dadurch gekennzeichnet&sub1; daß
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ein bestimmtes Pixel innerhalb des optisch schwarzen
Bereichs ein Pixelpositionsreferenzsignal erzeugen kann,
welches zusammen mit dem Videosignal ausgegeben wird, welches
einen Pegel hat, der sich von denen der Ausgangssignale der
anderen Pixel des optisch schwarzen Bereichs unterscheidet.
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Die Erfindung wird nun weiter mittels eines
beispielhaften und nichteinschränkenden Beispiels mit Hilfe der
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
Festkörperabbildgeräts (auch hier als Abbildgerät bezeichnet) ist,
welches die Erfindung verkörpert; und
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Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht zur
Erklärung des Aufbaus eines Pixels des in Fig. 1 gezeigten
Festkörperabbildgeräts ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun
mit Hilfe beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Das Bezugszeichen A von Fig. 1 zeigt eine Übersicht
eines Aufbaus einer Ausführungsform des Festkörperabbildgeräts
nach dieser Erfindung, und B von Fig. 1 ist eine Ansicht, um
den Betrieb des Geräts zu erklären.
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In Fig. 1 ist mit A ein wirksamer Pixelbereich 11 mit
einem Aufbau gezeigt, bei dem mehrere Pixel 12 in einer
zweidimensionalen Matrix angeordnet sind, die sich in der
Längsrichtung und der Breitenrichtung erstreckt. In diesem Bereich 11
wird Licht, welches durch ein Linsensystem (nicht gezeigt)
abgestrahlt wird, wirksam empfangen. Längs des rechten
Seitenbereichs 15H in der Figur und des unteren Seitenbereichs 15V in
dieser Figur um den wirksamen Pixelbereich 11 herum ist ein
optisch schwarzer Bereich 15 angeordnet. Dieser optisch schwarze
Bereich 15 ist so, daß beispielsweise ein Aluminiumfilm als
Abschirmung auf dessen Oberfläche aufgebracht ist. Im optisch
schwarzen Bereich 15 wird kein Licht empfangen, und somit wird
ein Signal eines Schwarzpegels (optisch schwarzer Pegel) immer
davon ausgegeben.
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Außerdem sind an vorgegebenen Positionen innerhalb des
optisch schwarzen Bereichs 15 eine vorgegebene Anzahl von
Positionsreferenzpixeln 16, um ein Signal mit einem festen Pegel
auszugeben, der vom optisch schwarzen Pegel verschieden ist,
vorgesehen. Im Beispiel von Fig. 1 ist ein einzelnes
horizontales Positionsreferenzpixel 16H im rechten Seitenbereich 15H
innerhalb des optisch schwarzen Bereichs 15 vorgesehen, und ein
einzelnes vertikales Positionsreferenzpixel 16V ist im unteren
Seitenbereich 15V innerhalb des gleichen Bereichs vorgesehen.
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Das Bezugszeichen B von Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer
Ausgangsvideosignalschwingungsform, wenn Zeilen (Abtastzeilen),
die das horizontale Positionsreferenzpegel 16H einschließen,
abgetastet werden. Die Zeitdauer TA dieser Schwingungsform
entspricht einer Zeitdauer, während der der wirksame Pixelbereich
11 abgetastet wird, und die Zeitdauer TB entspricht einer
Zeitdauer, während der rechte Seitenbereich 15H innerhalb des
optisch schwarzen Bereichs 15 abgetastet wird. Ein Signal für
diese Zeitperiode TB hat einen vorgegebenen optischen
Schwarzpegel VBK. Ein Impuls RH, der auftritt, wenn das horizontale-
Positionsreferenzpixel 16H abgetastet wird, erscheint an einem
Pegel, der vom optischen Schwarzpegel VBK unterschiedlich ist.
Somit wird dieser Impuls RH ermittelt, wodurch es möglich wird,
diesen als Pixelpositionsreferenzsignal zu verwenden.
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Da solch ein Pixelpositionsreferenzsignal durch
Ermitteln eines Impulses RH erhalten wird, der in einem Videosignal
enthalten ist, sogar wenn eine Verzögerung in der
Videosignalübertragung zwischen der Kamerakopfeinheit und der
Kamerasteuereinheit auftritt, gibt es kein Problem bei der Verwendung
von diesem als Referenzsignal, wodurch es möglich wird, eine
hohe Genauigkeit zu erhalten. In diesem Fall wird das
horizontale Positionsreferenzpixel 16H als eine Positionsreferenz in
einer horizontalen Richtung verwendet. In ähnlicher Weise kann
das vertikale Positionsreferenzpixel 16V als Positionsreferenz
in einer vertikalen Richtung verwendet werden.
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Das oben erwähnte Positionsreferenzpixel 16 kann an
irgendeiner Position in der horizontalen und vertikalen Richtung
innerhalb des optisch schwarzen Bereichs 15 vorgesehen sein. Im
Vergleich zum Zeitpunkt des Entwurfs eines Zeittaktgenerators
usw., können die Koordinaten des Positionsreferenzpixels frei
festgelegt werden. Um ein Signal mit einem festen Pegel
auszugeben, welches vom optisch schwarzen Pegel VBK unterschieden
werden kann, wenn das Positionsreferenzpixel 16 abgetastet
wird, gibt es ein denkbares Verfahren, eine Lichtabschirmung
beispielsweise Aluminium zu entfernen, usw., welches auf dem
Pixel 16 abgelagert und gebildet ist, um ein Filter und dgl. zu
bilden, um dadurch ein Fenster nur im diesem Bereich zu öffnen,
oder um Lichtsendeelement zum Emittieren bereitzustellen,
beispielsweise einen Infrarotstrahl usw., der auf einem Chip in
einer Weise gegenüber dem Lichtempf angsabschnitt
(Sensorabschnitt) des Pixels 16 gebildet ist, um eine
Abschirmung durch Aluminium auszuführen, so daß kein Licht auf einen
Bereich mit Ausnahme des Pixeis 16 abgestrahlt wird. In diesem
Fall ist es erforderlich, einen optisch schwarzen Bereich 15 zu
entwerfen, wobei man die Übertragung, den Verlust oder die
Brechung des Lichts usw. in Betracht ziehen muß.
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In dem Fall, wo ein Festkörperabbildgerät, welches in
"High Sensitivity Interline type CCD of minimum illuminance
51x" Nikkei Micro Device, Oktober 1987, Seite 60 bis 67
beschrieben ist, als Festkörperabbildgerät
(Festkörperabbildeinrichtung) verwendet wird, ist es auch
vorteilhaft, einen Aufbau zu verwenden, um einen Dunkelstrom
(Dunkelstrommenge) vom Lichtempfangsabschnitt (Sensorabschnitt)
des Pixels zu vergrößern, um zu erlauben, daß der
Oberflächenzustand einem verarmten Zustand an einem Bereich des
Positionsreferenzpixels 16 entspricht.
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Es wird nun die Festkörperabbildeinrichtung, die in der
oben erwähnten Literatur beschrieben wurde, kurz beschrieben.
Diese Einrichtung kann positive Löcher auf der Oberfläche eines
Substrats speichern, um dadurch einen Dunkelstrom zu
unterdrükken. Der Aufbau dieser Einrichtung ist in Fig. 2 gezeigt. In
Fig. 2 besteht ein einzelnes Pixel 20 aus einem
Lichtempfangsabschnitt (Sensorabschnitt) 21, einem Lese-Gate 22, einem
Vertikalregister 23 und einer Kanalbegrenzung 24. Ein (erster) p-
Wannen-Bereich 26 ist auf einem n-Silizium-Substrat 25
gebildet. Ein n&spplus;-Bereich 27 ist im Sensorabschnitt 21 innerhalb des
p-Wannen-Bereichs 26 gebildet. Außerdem ist eine positive
Lochspeicherschicht 28 so angeordnet, daß sie der Fläche des
n&spplus;-Bereichs 27 zugewandt ist. Im vertikalen Register 27 ist ein
zweiter p-Wannen-Bereich 29 innerhalb des (ersten)
p-Wannen-Bereichs 26 gebildet. Zusätzlich ist ein n&spplus;-Bereich 30 so
gebildet, daß er der Oberfläche auf dem zweiten p-Wannen-Bereich 29
zugewandt ist. Die Kanalbegrenzung 24 besteht aus einem
p&spplus;-Bereich
31, die so ausgebildet ist, daß sie der Fläche des
p-Wannen-Bereichs 26 zugewandt ist. Auf diesen Flächen ist ein SiO&sub2;-
Film 32 als Isolierschicht aufgebracht. Eine polykristalline
Si-Schicht 33, die als Elektrode dient, ist so gebildet, daß
sie das Lese-Gate 22, das vertikale Register 23 und die
Kanalbegrenzung 24 über der oben erwähnten Isolationsschicht (SiO&sub2;-
Schicht 32) überdeckt. Außerdem ist eine Aluminiumschicht 34,
die als Lichtabschirmschicht dient, aufgebracht und über einer
Isolierschicht, beispielsweise SiO&sub2; usw. gebildet. Die
Aluminiumschicht 34 auf dem Sensorabschnitt 21 ist entfernt. Damit
kann Licht über die transparente polykristalline Si-Schicht 33
empfangen werden.
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Allgemein bildet bei Festkörperbildeinrichtungen, ob
die Empfindlichkeit hoch oder niedrig ist, in dem Fall eine
Schwierigkeit, wo das Abbilden mit einer niedrigen
Beleuchtungsstärke durchgeführt wird. Wenn man die Tatsache in
Erwägung zieht, daß ein festes Strukturrauschen durch einen
Dunkelstrom gegenüber einem hellen kurzen Rauschen in diesem Fall
dominiert, wird bei der Festkörperabbildeinrichtung, die das
Pixel mit dem Aufbau hat, welches in Fig. 2 gezeigt ist, der
Absolutwert eines Dunkelstroms reduziert, um die Empfindlichkeit
zu verbessern. Dieser Dunkelstrom besitzt als Hauptkomponente
einen Diffusionsstrom, der veranlaßt wird, daß er in das Pixel
vom Substrat oder dem neutralen Bereich fließt, einen erzeugten
Strom, der aus dem Oberflächenzustand einer Sensorfläche
resultiert, und einen erzeugten Strom, der aus einem
Oberflächenzustand einer vertikalen Registerfläche resultiert. Um zunächst
eine Stromkomponente (Elektronen) zu reduzieren, die veranlaßt
werden, in das Pixel durch Diffusion vom Substrat zu fließen,
ist der p-Wannen-Bereich 26 auf dem n-Substrat 25 gebildet, um
insbesondere es dem p-Wannen-Bereich 26 zu erlauben, in einem
verarmten Zustand tätig zu sein, um damit fast völlig die
Diffusionskomponente vom neutralen Bereich zu unterdrücken. In
bezug auf einen Strom, der auf der Sensoroberfläche erzeugt wird,
ist eine positive Lochspeicherschicht 28 vorgesehen, um zu
erlauben, daß positive Löcher in einem Speicherzustand sind, um
einen solchen Strom zu unterdrücken. Ein Dunkelstrom, der aus
der vertikalen Registerfläche erzeugt wird, wird ebenfalls auf
der Basis des Prinzips ähnlich dem obigen unterdrückt. Positive
Löcher werden auf der Fläche durch eine Spannung gespeichert,
die an die Gate-Elektrode (die polykristalline Si-Schicht 33)
angelegt wird, um somit den Absolutwert eines Dunkelstroms zu
reduzieren, der aus der Oberfläche des vertikalen Registers 23
erzeugt wird.
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Pixel eines solchen Aufbaus sind im wirksamen
Pixelbereich 11 von Fig. 1 angeordnet, und Pixel eines Aufbaus, bei
dem eine Lichtabschirm-Aluminiumschicht 34 ebenfalls auf dem
Sensorbereich 21 vorgesehen ist (d.h., diese Schicht 34 wird
gelassen, ohne daß sie entfernt wird), sind im optischen
schwarzen Bereich 15 angeordnet. Indem man erlaubt, daß der
Oberflächenzustand des Sensorbereichs 21 entsprechend einem
verarmten Zustand nur an den Bereichen der
Positionsreferenzpixel 16 ist (horizontale und vertikale Positionsreferenzpixel
16H, 16V), wird veranlaßt, daß ein Dunkelstrom in diesem
Bereich größer ist als an anderen Bereichen, so daß ein Signal
mit einem festen Pegel in bezug auf den optischen schwarzen
Pegel VBK erhalten wird. Damit kann dieses Signal als
Pixelpositionsreferenzsignal ermittelt werden.
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Gemäß der Ausführungsform des Festkörperabbildgeräts,
welches beschrieben wurde, können sogar in dem Fall, wo ein
Zeittaktsignal von einem Zeittaktgenerator nicht als
Pixelpositionsreferenzsignal für die Signalverarbeitung verwendet werden
kann, da jedes Pixel mit bezug auf ein Videosignal wegen der
Verzögerung aufgrund der Tatsache nicht verwendet werden kann,
daß die Übertragung eines Videosignals nicht zwischen der
Kamerakopfeinheit und der Kamerasteuereinheit durchgeführt wird,
die getrennt sind, die Positionsreferenzsignale, die in einem
Videosignal enthalten sind, beispielsweise Signale, die durch
Ermitteln der Positionsreferenzpixel 16 (horizontale und
vertikale Positionsreferenzpixel 16H, 16V) erhalten werden, als
Pixelpositionsreferenzsignal verwendet werden. Somit kann die
Signalverarbeitung bei jedem Pixel realisiert werden, ohne dem
Einfluß einer Verzögerung, die der Übertragung eines
Videosignals folgt, zu unterliegen.
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Es sei hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht
auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. So
können beispielsweise nur ein Positionsreferenzpixel oder drei
Positionsreferenzpixel oder mehr vorgesehen sein. Außerdem
können
die Koordinaten der Positionsreferenzpixel beliebig in dem
Zeitpunkt eingestellt werden, wo ein Kamerasystem oder ein
Zeittaktgenerator usw. entworfen wird.
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Aus der obigen Beschreibung wird klar, daß gemäß dem
Videokameragerät nach dieser Erfindung, da ein
Positionsreferenzpixel, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches von
Ausgangssignalen anderer Pixel im optischen schwarzen Bereich
unterschiedlich ist, in einer vorgegebenen Position innerhalb des
optisch schwarzen Bereichs an einem peripheren Bereich des
wirksamen Pixelbereichs vorgesehen ist, möglich ist, um aus
einem Abbild-Abtastvideoausgangssignal ein Signal zu ermitteln,
welches auftritt, wenn das Positionsreferenzpixel abgetastet
wird. Außerdem wird dieses Signal als
Pixelpositionsreferenzsignal bei der Ausführung der Signalverarbeitung für jedes Pixel
in bezug auf ein Videosignal verwendet, wodurch es möglich ist,
eine Signalverarbeitung durch eine genauere
Pixelpositionsreferenz zu realisieren, ohne dem Einfluß einer Verzögerung usw. im
Zeitpunkt der Übertragung eines Videosignals zu unterliegen.