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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung einer Vielzahl linearer
CCD-Bilderzeugungselemente und insbesondere auf eine Anordnung von drei linearen
CCD-Elementen, wobei die Metall-Busleitungen aller CCDs von beiden Enden her angesteuert
werden können.
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Fig. 1 zeigt eine Draufsicht eines zweiphasigen linearen CCD-Sensors 10 nach dem
Stand der Technik mit einem Grundkörper 12 aus Halbleitermaterial und einer Vielzahl
darin in einer Reihe angeordneter Fotodetektoren 14. Entlang der Reihe der
Fotodetektoren 14 erstreckt sich ein CCD-Schieberegister 16. Das CCD-
Schieberegister 16 weist zwei Gruppen von Gate-Elektroden 18 und 20 auf.
Benachbart zu jedem Fotodetektor 14 sind jeweils zwei Gate-Elektroden 18 und 20,
jeweils eine aus jeder Gruppe, angeordnet. Alle Gate-Elektroden 18 sind mittels einer
Metall-Busleitung 12 elektrisch miteinander verbunden, und alle Gate-Elektroden 20
sind ebenfalls über eine getrennte Metall-Busleitung 24 elektrisch miteinander
verbunden. Zwischen den Fotodetektoren 14 und dem CCD-Schieberegister 16
erstreckt sich eine leitende Verschiebe-Elektrode 26 über den Grundkörper 12. Im
Grundkörper 12 und in einem Bereich angrenzend an das CCD-Schieberegister 16
befindet sich eine - im einzelnen nicht dargestellte - Ausgangsschaltung 28, mit der
das CCD-Schieberegister 16 verbunden ist. Die Metall-Busleitungen 22 und 24 sind
mit einer (nicht dargestellten) zur Betätigung des CCD-Schieberegisters 16 getakteten
Spannungsquelle verbunden. Bei langen CCDs, die mit hohen Frequenzen arbeiten,
ist es erwünscht, die Gate-Elektroden 18 und 20 von beiden Enden der Metall-
Busleitungen 22 und 24 her ansteuern zu können. Für bestimmte Funktionen ist auch
ein CCD-Sensor mit mehreren Anordnungen erwünscht. Eine
Bilderfassungsanordnung ist aus "IEEE Journal of Solid-State Circuits", Band 5c - 9,
Nr. 5, April 1974, S. 41-49, bekannt.
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Fig. 2 zeigt eine Draufsicht einer bekannter Mehrfach-CCD-Sensoranordnung 30,
bestehend aus drei linearen CCD-Sensoren 10a, 10b und 10c. Die linearen CCD-
Sensoren 10a, 10b, 10c sind mit dem in Fig. 1 dargestellten linearen CCD-Sensor 10
jeweils identisch und weisen Busleitungen 22a, 24a, 22b. 24b und 22c, 24c auf. Um
die Größe der Sensoranordnung 30 möglichst klein zu halten, werden die CCD-
Sensoren 10a, 10b und 10c so kompakt wie möglich ausgebildet und auf einem
möglichst kleinen Grundkörper 12 angeordnet. Ein Problem hierbei besteht darin, dass
nicht genügend Platz für alle Metall-Busleitungen 22a, 24a, 24b, 22c, 24c zur
Verfügung steht, damit diese zu beiden Enden der Sensoranordnung 30 geführt
werden können. Für die Busleitung 24b für den mittleren CCD-Sensor 10b steht nicht
genügend Platz zur Verfügung, um um den Bereich der Ausgangsschaltung 28b
herum zu verlaufen. Die Ausgangsschaltungen 28b und 28c könnten zwar
voneinander getrennt werden, um die Busleitungen 22b und 24b des mittleren CCD-
Sensors 10b unterzubringen, dies würde aber die Gesamtbreite des Grundkörpers 12
vergrößern und könnte möglicherweise zu Verstärker-Fehlanpassungen führen. Die
Gesamtkapazität jeder der Ausgangsschaltungen 28a, 28b und 28c muss äußerst
gering ausgelegt sein (typischerweise unter 25 fF). Würde man die
Ausgangsschaltungen 28b und 28c trennen, um Raum für die Busleitungen 22b und
24b zu schaffen, würde das die Kapazität erhöhen und möglicherweise zu
Verstärkungs-Fehlanpassungen zwischen den Kanälen führen. Wünschenswert wäre
daher eine Anordnung von drei linearen CCD-Bildsensoren auf nur einem
Grundkörper, bei der alle Busleitungen zu beiden Enden der CCD-Schieberegister
geführt werden können, der Grundkörper dabei aber so klein wie vernünftigerweise
möglich gehalten werden kann.
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Die Erfindung richtet sich auf eine Bildsensor-Anordnung der in Anspruch 1 definierten
Art.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen:
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Fig. 1 eine Draufsicht auf einen einzelnen linearen CCD-Sensor nach dem Stand der
Technik;
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Fig. 2 eine Draufsicht auf eine lineare Mehrfach-CCD-Sensoranordnung nach dem
Stand der Technik mit drei linearen CCD-Sensoren, aus der ein Problem einer
solchen Anordnung ersichtlich ist; und
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Fig. 3 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße lineare Mehrfach-CCD-
Sensoranordnung.
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Dabei ist darauf hinzuweisen, dass nicht alle Zeichnungen unbedingt maßstabsgetreu
sind.
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In Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße lineare Mehrfach-CCD-
Sensoranordnung 32 dargestellt. Die Sensoranordnung 32 weist einen Grundkörper
34 aus Halbleitermaterial auf, auf dem ebenso wie bei der in Fig. 2 dargestellten
Sensoranordnung 30 erste, zweite und dritte lineare CCD-Sensoren 36a, 36b und 36c
angeordnet sind. Die drei CCD-Sensoren 36a, 36b und 36c weisen denselben Aufbau
auf wie die Sensoranordnung 10a, 10b und 10c gemäß Fig. 2 und sind in engem
Abstand parallel zueinander angeordnet, wobei der zweite CCD-Sensor 36b zwischen
dem ersten und dem dritten CCD-Sensor 36a bzw. 36c angeordnet ist. Die CCD-
Sensoren 36a, 36b und 36c weisen jeweils eine Vielzahl von in Reihen angeordneten
Fotodetektoren 38a, 38b und 38c auf. In der Darstellung besitzt jeder der CCD-
Sensoren 36a, 36b und 36c drei Fotodetektoren 38a, 38b und 38c, tatsächlich ist die
Anzahl der Fotodetektoren 38a, 38b und 38c aber sehr viel größer, so dass lange
CCD-Sensoren 36a, 36b und 36c ausgebildet werden. Bei den Fotodetektoren 38a,
38b und 38c kann es sich um Fotodetektoren beliebiger bekannter Art handeln, zum
Beispiel um Fotodioden oder Fotokondensatoren.
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Entlang jeder Reihe von Fotodetektoren 38a, 38b und 38c ist ein CCD-Schieberegister
40a, 40b bzw. 40c angeordnet. Die CCD-Schieberegister 40a, 40b und 40c weisen
jeweils einen (nicht dargestellten) Kanalbereich auf, der sich parallel entlang der
jeweiligen Fotodetektoren-Reihe 38a, 38b und 38c erstreckt. Auf dem Grundkörper 34
befindet sich eine (nicht dargestellte) Isoliermaterialschicht, die sich über die
Kanalbereiche erstreckt.
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Auf der Isoliermaterialschicht ist eine erste Gruppe von Gate-Elektroden 42a, 42b und
42c angeordnet, dic sich jeweils über den Kanalbereich ihres jeweiligen
CCD-Schieberegisters 40a, 40b und 40c erstrecken. Die Gate-Elektroden 42a, 42b und 42c sind
entlang ihren jeweiligen Kanalbereichen in einem Abstand zueinander angeordnet,
wobei jeweils eine der Gate-Elektroden 42a, 42b und 42c angrenzend an einen
getrennten Fotodetektor 38a, 38b bzw. 38c angeordnet ist. Ferner ist auf der
Isoliermaterialschicht eine zweite Gruppe von Gate-Elektroden 44a, 44b und 44c
angeordnet, die sich über den Kanalbereich ihrer jeweiligen CCD-Schieberegister 40a,
40b bzw. 40c erstrecken. Die Gate-Elektroden 44a, 44b und 44c sind entlang ihren
jeweiligen Kanalbereichen in einem Abstand zueinander angeordnet, wobei jede der
Gate-Elektroden 44a, 44b und 44c zwischen zwei Gate-Elektroden 42a, 42b bzw. 42c
der ersten Gruppe liegt. Jede der zweiten Gate-Elektroden 44a, 44b und 44c ist einem
getrennten Fotodetektor 38a, 38b bzw. 38c benachbart angeordnet. Somit ist jedem
Fotodetektor 38a, 38b und 38c jeweils ein Gate-Elektrodenpaar benachbart
angeordnet, wobei das Paar aus jeweils einer Gate-Elektrode jeder Gruppe 42a, 42b,
42c und 44a, 44b, 44c besteht. Die Gate-Elektroden 42a, 42b, 42c, 44a, 44b und 44c
bestehen aus leitfähigem Material, typischerweise aus dotiertem Polykristall-Silizium.
Die erste Gruppe der Gate-Elektroden 42a, 42b und 42c besteht normalerweise aus
einer ersten Stufe des Polykristall-Siliziums, während die zweite Gruppe der Gate-
Elektroden 44a, 44b und 44c im allgemeinen aus einer zweiten Stufe des Polykristall-
Siliziums besteht.
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Die erste Gruppe der Gate-Elektroden 42a, 42b und 42c weist jeweils an ihren den
Fotodetektoren 38a, 38b, 38c gegenüberliegenden Enden Anschlussflecken 46a, 46b
und 46c auf. Eine erste Busleitung 48a, 48b und 48c verläuft über die
Anschlussflecken 46a, 46b bzw. 46c und ist mit diesen elektrisch verbunden. Damit
sind alle ersten Gate-Elektroden 42a, 42b und 42c jedes Busleitungs-Schieberegisters
40a, 40b bzw. 40c miteinander elektrisch verbunden. Eine zweite Busleitung 50a, 50b
und 50c verläuft über die zweite Gruppe der Gate-Elektroden 44a, 44b und 44c und ist
mit diesen elektrisch verbunden. Somit ist die gesamte zweite Gruppe der Gate-
Elektroden 44a, 44b und 44c jedes CCD-Schieberegisters 40a, 40b bzw. 40c
miteinander elektrisch verbunden. Die Busleitungen 48a, 48b, 48c, 50a, 50b und 50c
bestehen aus leitfähigem Material, normalerweise einem Metall, zum Beispiel
Aluminium.
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An jedem Ende jedes der CCD-Schieberegister 40a, 40b und 40c befindet sich jeweils
ein Bereich des Grundkörpers 34, der die Komponenten der Ausgangsschaltungen
52a, 52b bzw. 52c für die Schieberegister 40a, 40b und 40c enthält. Entlang Jeder
Reihe der Fotodetektoren 38a, 38b bzw. 38c erstreckt sich ein Verschiebe-Gate 54a,
54b bzw. 54c zwischen den Fotodetektoren 38a, 38b und 38c und dem benachbarten
CCD-Schieberegister 40a, 40b bzw. 40c. Die Verschiebe-Gates 54a, 54b und 54c sind
gegenüber dem Grundkörper 34 isoliert und bestehen aus leitfähigem Material,
normalerweise aus dotiertem Polykristall-Silizium.
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In den CCD-Schieberegistern 40a und 40c der äußeren ersten und dritten CCD-
Sensoren 36a und 36c erstreckt sich die erste Gruppe der Gate-Elektroden 42a und
42c bis zu ihren jeweiligen Verschiebe-Gates 54a und 54c, während die zweite Gruppe
der Gate-Elektroden 44a und 44c einen Abstand zu den Verschiebe-Gates 54a und
54c aufweist. Wenn daher ein geeignetes Potential an die Verschiebe-Gates 54a und
54c angelegt wird, werden die erzeugten und in den Fotodetektoren 38a und 38c
gesammelten Ladungsträger an die CCD-Schieberegister 40a bzw. 40c unter der
ersten Gruppe der Gate-Elektroden 42a und 42c übertragen. In dem CCD-
Schieberegister 40b des dazwischen liegenden CCD-Sensors 36b ist die Position der
ersten und zweiten Gruppe der Gate-Elektroden 42b und 44b entlang des CCD-
Schieberegisters 40b jedoch gegenüber der Position der ersten und zweiten Gruppe
von Gate-Elektroden 42a, 44a, 42c und 44c der CCD-Schieberegister 40a und 40c
umgekehrt. Im CCD-Schieberegister 40b verläuft daher die zweite Gruppe von Gate-
Elektroden 40b bis zum Verschiebe-Gate 54b, und die erste Gruppe von Gate-
Elektroden 42b befindet sich in einem Abstand zum Verschiebe-Gate 54b. Wenn
daher ein geeignetes Potential an das Verschiebe-Gate 54 angelegt wird, werden die
erzeugten und in den Fotodetektoren 38b gesammelten Ladungsträger an das CCD-
Schieberegister 40b unter der zweiten Gruppe von Gate-Elektroden 44b übertragen.
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Die Busleitungen 48a, 48b, 48c, 50a, 50b und 50c können alle bis zu einem Ende der
CCD-Sensoren 36a, 36b und 36c, d. h. dem linken Ende in Fig. 3, frei verlaufen. Am
anderen Ende der CCD-Sensoren 36a, 36b und 36c werfen die Bereiche 52a, 52b und
52c, die die Ausgangsschaltungen enthalten, jedoch Probleme auf. Beim ersten CCD-
Sensor 36a verläuft die zweite Busleitung 50a um die dem zweiten Sensor 36b
abgewandte Seite des Bereichs 52a herum, und die erste Busleitung 48a verläuft zwischen
den Ausgangsschaltungen 52a und 52b. Beim zweiten CCD-Sensor 36b verläuft die
erste Busleitung 48b zwischen den Ausgangsschaltungen 52b und 52c, und die zweite
Busleitung 50b ist mit der ersten Busleitung 48a des ersten CCD-Sensors 36a
verbunden. Beim dritten CCD-Sensor 36c verläuft die erste Busleitung 48c entlang der dem
zweiten CCD-Sensor 36b abgewandten Seite des Bereichs 52c, und die zweite
Busleitung 50c ist mit der ersten Busleitung 48b des zweiten CCD-Sensors 36b elektrisch
verbunden. Somit sind alle Busleitungen 48a, 48b, 48c, 50a, 50b und 50c nicht nur bis
zum linken Ende der CCD-Sensoren 36a, 36b und 36c geführt, sondern sie verlaufen
auch alle um die Ausgangsschaltungen 52a, 52b und 52c herum bis zum rechten
Ende der CCD-Sensoren 36a, 36b und 36c. Dadurch können alle CCD-Sensoren 36a,
36b und 36c von beiden Enden aus angesteuert werden. Wenn die ersten
Busleitungen 48a und 48c der CCD-Sensoren 36a und 36c an einer ersten Taktphase
liegen und die zweiten Busleitungen 50a und 50c der CCD-Sensoren 36a und 36c an
einer zweiten Taktphase liegen, ist die erste Busleitung 48b des dazwischen liegenden
zweiten CCD-Sensors 36b mit der zweiten Taktphase verbunden, und die zweite
Busleitung 50b des dazwischen liegenden zweiten CCD-Sensors 36b ist mit der ersten
Taktphase verbunden. Zwar werden dadurch die Gate-Elektroden 42b und 44b des
dazwischen liegenden zweiten CCD-Schieberegisters 40b zu den Gate-Elektroden
42a, 44a, 42c und 44c der äußeren ersten und dritten CCD-Schieberegister 40a und
40c entgegengesetzt angesteuert, jedoch ist die Position der Gate-Elektroden 42b und
44b entlang des CCD-Schieberegisters 40b bezüglich der Position der Gate-
Elektroden 42a, 44a, 42c und 44c entlang der CCD-Schieberegister 40a bzw. 40c
umgekehrt. Dadurch arbeitet das zweite CCD-Schieberegister 40b in derselben Weise
wie die ersten und dritten CCD-Schieberegister 40a und 40c und verschiebt die
Ladungsträger in gleicher Weise. Auf diese Weise können alle CCD-Schieberegister
40a, 40b und 40c von beiden Enden her angesteuert werden, und die Gesamtgröße
der Anordnung 32 wird so klein wie möglich gehalten.
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Es versteht sich, dass die hier beschriebenen speziellen Ausführungsformen der
Erfindung nur die allgemeinen Prinzipien der Erfindung erläutern sollen und dass im
Rahmen der hierin beschriebenen Prinzipien zahlreiche Modifikationen möglich sind.
Zum Beispiel können unterschiedliche Fotodetektor-Typen eingesetzt und die
verschiedensten Materialien für die Gate-Elektroden und die Busleitungen verwendet
werden.