NL9100826A

NL9100826A - Ccd-beeldsensor.

Info

Publication number: NL9100826A
Application number: NL9100826A
Authority: NL
Original assignee: Gold Star Electronics
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1991-05-13
Publication date: 1991-12-02
Also published as: JPH05344425A; FR2662853B1; FR2662853A1; GB9110088D0; US5280186A; DE4115227B4; GB2244863A; GB2244863B; DE4115227A1; JP2524434B2; KR910021121A; KR930002818B1

Description

UITTREKSEL

De uitvinding verschaft een verbeterde OD-beeldsensor, die een groot aantal van een overdrachtspoort voorziene fotodetectoren bevat en een CCD gébruikt als aftaster voor het lezen van signalen, waarbij fotodiodes opeenvolgend met de linkser- en rechterzijden van het VCCD-gebied verbonden zijn en, in de delen zonder VCCD-gébied, herhaald evenwijdig aan elkaar geplaatst zijn met een tussenruimte gelijk aan het kanaalstopgébied. Een vier-fasig kloksignaal bestaande uit vier velden wordt gébruikt voor besturing van de ŒD-beeldsensor.

De CCD-beeldsensor kan een videobeeld met hoge resolutie verschaffen, doordat het een vergroot fotodetectoroppervlak heeft.

Titel: CCD-beeldsensor

De uitvinding heeft betrekking op een CCD-beeldsensor en meer in het bijzonder op een CCD-beeldsensor, die een verbeterende beeldresolutie verschaft.

Een CCD, dat wil zeggen ladinggekoppelde inrichting, wordt hoofdzakelijk gebruikt voor het fabriceren van een vaste toestand beeldsensor of CCD-beeldsensor.

Een vaste toestand beeldsensor is een halfgeleider, bijvoorbeeld silicium, waarop een aantal fotodetectoren en aftasters aangebracht zijn, en kan, met een geschikte fotodetector een beelddetectie verschaffen van het zichtbare gebied tot het infrarode gebied.

Als een aftaster voor een vaste toestand beeldsensor werd voornamelijk een metaaloxide-halfgeleider (MOS) schakelaar of CCD gebruikt. De MOS-schakelaar heeft het probleem, dat het niet gebruikt kan worden voor het detecteren van zwakke signalen, waarbij een hoge signaal-ruisverhouding vereist is, aangezien de tijdens de werking van de MOS-schakelaar optredende ruis resulteert in een verlaging van de signaal-ruisverhouding. De MOS-schakelaar wordt tegenwoordig nauwelijks meer hiervoor gebruikt.

De CCD maakt gébruik van elk type fotogeleider mogelijk, zoals ook de MOS-schakelaar doet. In het geval dat de CCD toegepast wordt als een aftaster, verdient het de voorkeur, het CCD gedeelte, in het bijzonder de verticale lading gekoppelde inrichting (VCCD), op een dusdanige wijze te ontwerpen, dat het oppervlak daarvan zo klein mogelijk is, zodat er meer effectief oppervlak voor fotodetectoren beschikbaar is. Dit is in het bijzonder belangrijk, wanneer een ineengestrengelde structuur toegepast wordt, waarbij de CCD geplaatst is tussen fotodetectoren.

Als fotodetectoren worden gewoonlijk FN-overgang, metaalisolator halfgeleider (MIS) structuren, Shottky-overgangen en dergelijken gebruikt.

De een CCD als aftaster toepassende aftastwijze bevat ineengestrengelde en niet-ineengestrengelde structuren.

In een niet-ineengestrengelde structuur, bestaat één frame uit een aantal velden en de gegevens van het invoerveld worden op het scherm afgetast in een volgorde waarop zij ingevoerd worden, zoals weergegeven in fig. 1(a).

De cijfers 1, 2, 3... in fig. 1(a) geven aan, dat de afgetaste velden weergegeven worden volgens hun invoervolgorde.

Bij de ineengestrengelde structuur, bestaat één frame uit even en oneven velden en de gegevens van de oneven velden en daarna de gegevens van de even velden worden afwisselend afgetast en weergegeven op het scherm. In fig. 1(b), geven de cijfers 1 en 2 respectievelijk oneven en even velden aan.

De niet-ineengestrengelde structuur kan het nauwkeurige actuele beeld van bewegende voorwerpen verkrijgen, als gevolg van de hoge af-tastsnelheid, zodat deze structuur gébruikt wordt voor militaire apparatuur, bijvoorbeeld bij projectielen. Het nadeel van deze structuur is, dat het videobeeld trilt.

De ineengestrengelde structuur kan een stabiel videobeeld verschaffen, omdat de aftastsnelheid laag is in vergelijking met de niet-ineengestrengelde structuur. Snel bewegende voorwerpen worden echter in twee beelden weergegeven. Deze structuur is daarom niet geschikt voor militaire inrichtingen, maar wordt gébruikt voor TV-uitzendingen op een NTSC of PAL structuur.

De structuur van de bovengenoemde conventionele CCD-beeldsensor voor de ineengestrengelde structuur zal beschreven worden met verwijzing naar de bijbehorende figuren 2 (a) tot (e).

Hierna wordt de oneven genummerde horizontale lijn, waarin foto-dioden (PD) aangébracht zijn, aangeduid als oneven horizontale lijn en de even genummerde horizontale lijn aangeduid als even horizontale lijn.

Fig. 2(a) toont een blokschema van een CCD-beeldsensor volgens de conventionele ineengestrengelde structuur. Elke fotodiode (PD) is opeenvolgend verbonden met het corresponderende VCCD-gebied (VCCD) en elke fotodiode (PD) is verbonden met een (VCCD) gebied op een zodanige wijze, dat de uitgangs-videosignaallading getransporteerd kan worden naar de VCCD in slechts één richting, terwijl elk VCCD-gebied verbonden is met een HCCD-gebied (HCCD), zodanig dat uit elke fotodiode (PD) tredende signaalladingen getransporteerd kunnen worden naar het HCCD-gebied door de eerste tot vierde VCCD-kloksignalen (Vé1-V04), bestaande uit vier fasen.

Fig. 2(b) toont een layout schema van een CCD-beeldsensor volgens de structuur van fig. 2 (a). Een kanaalstopgébied (ST) is gevormd tussen het VCCD-gebied en de fotodiode (PD). Een oneven poortelectrode (PGi), waaraan de eerste en tweede VCCD-kloksignalen (V0lr V02) toegevoerd worden, is gevormd over het VCCD-gebied en het aangrenzende kanaalstopgébied (ST), zodat de oneven poortelectrode (PG^) verbonden kan worden met de corresponderende overdrachtspoort (TG^) van in de oneven horizontale lijn aangebrachte fotodioden (PD), terwijl de even poortelectrode (PG2), waaraan de derde en vierde VCCD-kloksignalen (V03, V04) toegevoerd wordt, gevormd zijn over het kanaalstopgébied (ST), het VCCD-gebied tot aan de fotodiode (PD), zodat de even poortelectrode (PG2) verbonden kan worden met de corresponderende overdrachtspoort (TG2) van de in de even horizontale lijn aangebrachte fotodioden (PD).

Het gewenste aantal van oneven poorten (PG^) en even poorten (PG2) kan op dezelfde wijze gevormd worden. Zij worden van elkaar gescheiden door een isolerend materiaal, dat niet weergegeven is in de figuur.

Als materiaal voor de overdrachtspoorten (TGlf TG2) en voor de oneven en even poortelectroden (PGlf PG2) werd polysilicium gebruikt.

De oneven poortelectrode (PGj_) bestaat uit de eerste oneven poortelectrode (PGla), welke gevormd is onder de fotodiode (PD) in de oneven horizontale lijn en waaraan het tweede VCCD-kloksignaal (V02) toegevoerd wordt, en de tweede oneven poortelectrode (PG^), die gevormd is in het bovengebied van de fotodiode (PD) in de oneven horizontale lijn, waaraan het eerste VCCD-kloksignaal (V0]J toegevoerd wordt en die verbonden is met de overdrachtspoort (TG^) van de in de oneven horizontale lijn gevormd fotodiode (PD).

De even poortelectrode (PG2) bestaat uit de eerste even poortelectrode (FG2a), die gevormd is onder de fotodiode (PD) in de even horizontale lijn en waaraan het vierde VCCD-kloksignaal (V04) toegevoerd wordt en de tweede even poortelectrode (PG2fr), die gevormd is in het bovengebied van de fotodiode (PD) in de even horizontale lijn waaraan het derde VCCD-kloksignaal (V03) toegevoerd wordt en die verbonden is met de overdrachtspoort (TG2) van de in de even horizontale lijn gevormde fotodiode (PD).

De eerste tot vierde VCCD-kloksignalen (V0]_-V04), die vier fasen hebben, bestaan uit even en oneven velden. Het klokken van de VCCD zal hierna in detail beschreven worden.

Fig.2(c) toont een dwarsdoorsnede aanzicht langs de a-a' lijn van fig. 2 (b). Een p-type potentiaalput (200) is gevormd op het n-type substraat (100), een n-type fotodiode (PD) en een n-type VCCD-gebied (VCCD), die gevormd zijn in de even horizontale lijn, zijn opeenvolgend van elkaar gescheiden door een afstand gelijk aan het kanaalstopgébied (ST), aangebracht, een overdrachtspoort (TG2) voor het verbin den van de fotodicde (PD) en het VCCD-gebied (VCCD) is gevormd in het bovengebied van de ruimte, door middel waarvan de fotodiode (PD) en het VCCD-gebied van elkaar gescheiden zijn en, in het bovengebied van het vlak van het. VCCD-gebied, is de tweede even poortelectrode (PG2b) van even poortelectrode (PG2), waaraan het derde VCCD-kloksignaal (V03) geleverd wordt, verbonden met de corresponderende overdrachts-poort (TG2) van de fotodiode (PD) in de even horizontale lijn.

De p-type potentiaalput (200) bestaat uit ondiepe (200a) en diepe (200b) p-type potentiaalputten voor het besturen van de overloopaf-voer (OFD)-spanning.

Op het oppervlak van de fotodiode (PD) wordt gewoonlijk een p+-type dunne film (300) gevormd voor het leveren van de begin instel-spanning. De aanduiding p+ onder het kanaalstopgebied (ST) duidt ka-naalstopionen aan.

Fig. 2(d) toont een dwarsdoorsnede aanzicht langs de b-b' lijn van fig. 2 (b). In fig. 2 (d) wordt een p-type potentiaalput (200) gevormd op een n-type substraat (100) en de n-type fotodiode (PD) en het n-type VCCD-gebied in de even horizontale lijn zijn opeenvolgend aangebracht met een tussenruimte gelijk aan de afstand van een kanaalstopgebied en de eerste even poortelectrode (PG2a) van de even poortelectrode (PG2) waaraan het vierde VCCD-kloksignaal (V04) geleverd wordt, is gevormd in het bovengebied van het VCCD-gebied.

In fig. 2(d) is een p+ dunne film (300) gevormd op het oppervlak van fotodiode (PD) en de aanduiding p+ onder het kanaalstopgebied (ST) geeft een p+-type ion weer voor de kanaalstop. De p-type potentiaalput (200) bestaat uit ondiepe (200a) en diepe (200b) p-type potentiaalputten voor het besturen van de OFD-spanning.

Overeenkomstig kan de in de oneven horizontale lijn gevormde overdrachtspoort (TGj) van de fotodiode (PD) alleen bestuurd worden door het aan de tweede oneven poortelectrode (PG^) van de oneven poortelectrode (PG^) geleverde eerste VCCD-kloksignaal (V0]_). Verder kan de in de even horizontale lijn gevormde overdrachtspoort (TG2) van de fotodiode (PD) alleen bestuurd worden door de aan de tweede even poortelectrode (PG2j->) van de even poortelectrode (PG2) geleverde derde VCCD-kloksignaal (V03). Het aan de eerste oneven poortelectrode (PGla) van de oneven poortelectrode (PG^) geleverde tweede VCCD-kloksignaal (V02) en het aan de eerste even poortelectrode (PG2a) van de even poortelectrode (PGj geleverde vierde VCCD-kloksignaal (V04) hebben de functie van het verschuiven van de beeldsignaallading afkomstig uit de in de oneven en even horizontale lijnen gevormde fotodioden (PD) naar een HCCD (horizontale ladinggekoppelde inrichting).

Hierna zal de werking van de conventionele CCD-beeldsensor beschreven worden met verwijzing naar de bijbehorende fig. 3(a), die een tijdsdiagram van de eerste tot vierde VCCD-kloksignalen (V0-^04) toont.

Elk kloksignaal bestaat uit twee velden, dat wil zeggen één oneven veld en één even veld.

In het oneven veld is een overdrachtspoort-stuurspanning (V^J van een hoog-niveautoestand (15V) opgenomen in het aan de tweede oneven poortelectrode (PG2b) van de oneven poortelectrode (PG3J geleverde eerste VCCD-kloksignaal (V03J.

In het even veld is een overdrachtspoort-stuurspanning (V2) van hoog-niveautoestand (15V) opgenomen in het aan de tweede even poortelectrode (PG2b) van de even poortelectrode (PG2) geleverde derde VCCD-kloksignaal (V03).

Wanneer in het oneven veld de eerste tot vierde VCCD-kloksigna-len (V0]_-V04) gelijktijdig geleverd worden, worden de overdrachtspoor-ten (TGj) van de in elke oneven horizontale lijn gevormde fotodioden (PD) gelijktijdig ingeschakeld door de in het eerste VCCD-kloksignaal (V0]_) opgenomen overdrachtspoort-stuurspanning (V3).

Overeenkomstig wordt een op de fotodiode (PD) gegenereerde beeldsignaallading getransporteerd naar het VCCD-gebied, van waaraf het weer verplaatst wordt naar het HCCD-gebied door de klokwerking van de VCCD.

Fig. 3 (b) toont een pulsgolfvorm diagram van de geleverde eerste tot vierde kloksignalen (V0-L-V04) in de eenheidssectie (K) van fig. 3(a).

De uit de fotodiode (PD) door middel van seriële klokwerking, zoals weergegeven in fig. 3 (b), voortkomende beeldsignaallading wordt in een verticale richting naar het HCCD-gebied verplaatst.

Het tweede VCCD-kloksignaal (V02), dat door de eerste oneven poortelectrode (PGla) van de onder de oneven horizontale lijn gevormde oneven poortelectrode (PG3) geleverd wordt, heeft de functie van het verschuiven van het door middel van het eerste VCCD-kloksignaal (V0^) uit de fotodiode (PD) in de oneven horizontale lijn afkomstige beeldsignaallading naar het HCCD-gebied met behulp van het eerste VCCD-kloksignaal (V03J. Wanneer in het even veld van fig. 3 (a) de eerste tot vierde kloksignalen (V01-V04) gelijktijdig geleverd worden, worden de overdrachtspoorten (TG2) van de in elke even horizontale lijn gevormde fotodioden (PD) ingeschakeld door de in het derde VCCD-kloksig-naal (V03) opgenomen overdrachtspoort-stuursignaal (V2).

Overeenkomstig wordt een op de fotodiode (PD) in de even horizontale lijn gegenereerde beeldsignaallading in een verticale richting verplaatst naar het HCCD-gébied door middel van de klokwerking, zoals voor het oneven veld in fig. 3 (b).

Het vierde VCCD-kloksignaal (V04), dat geleverd wordt door de eerste even poortelectrode (PG2a) van de onder de even horizontale lijn gevormde even poortelectrode (PG2), heeft de functie van het tezamen met het derde VCCD-kloksignaal (V03) verschuiven van het door middel van het derde VCCD-kloksignaal (V03) uit de fotodiode (PD) in de even horizontale lijn afkomstige beeldsignaallading.

Het gébruik van VCCD-kloksignalen van vier fasen maakt het mogelijk om grotere hoeveelheden beeldsignaallading te transporteren dan met VCCD-kloksignalen van twee fasen.

Overeenkomstig de bovenstaande beschrijving van de werking, worden allereerst dé beeldsignaalladingen van de in de oneven horizontale lijn geplaatste fotodioden (PD) op het scherm afgetast om de beurt door de eerste tot vierde VCCD-kloksignalen (V01-V04), via het VCCD-gébied en het HCCD-gebied. Daarna worden de beeldsignaalladingen van de in de even horizontale lijn geplaatste fotodioden (PD) afgetast op het scherm via het VCCD-gébied en het HCCD-gébied.

De hierboven toegelichte aftast wijze wordt de ineengestrengelde wijze genoemd.

Wanneer, zoals weergegeven in fig. 2 (a), de signaallading van de in de oneven horizontale lijn geplaatste fotodiode (PD) aangegeven wordt met 1 en de signaallading van de in de even horizontale lijn geplaatste fotodiode (PD) aangegeven wordt met 2, dan kan een toestand van het scherm (het frame) bestaande uit piksels, die weergegeven worden door de beeldsignaalladingen 1 en 2, weergegeven worden als in fig. 3 (c).

Een dergelijke bekende CCD-beeldsensor heeft echter problemen dat, hoewel de CCD-beeldsensor met ineengestrengelde aftastwijze veel gébruikt wordt voor TV-uitzending van NTSC of PAL, het VCCD-gébied, dat niet deelneemt aan het ontvangen van het beeldsignaal te breed is met betrekking tot het totale chipoppervlak van de CCD-beeldsensor, aangezien de VCCD tussen de fotodetectoren aangebracht is.

Bijgevolg is het moeilijk om een videobeeld van hoge resolutie te verkrijgen als gevolg van de beperking tot het vergroten van het aantal fotodetectoren voor verbetering van de resolutie bij een gedefinieerde chipgrootte.

Een doel van de uitvinding is het verschaffen van een CCD-beeld-sensor, die niet het nadeel van de bekende CCD-beeldsensor heeft en dus gébruikt kan worden voor systemen, die een hoge resolutie vereisen, door middel van het mogelijk maken van het verkleinen van het CCD-gebied en het vergroten van het aantal, licht van het beeldsignaal ontvangende fotodetectoren binnen dezelfde chipgrootte.

Dit doel wordt bereikt door een verbeterde CCD-beeldsensor volgens de uitvinding, die een groot aantal fotodetectoren bevat en een CCD gébruikt als een aftaster voor het lezen van het beeldsignaal, met het kenmerk, dat fotodioden opeenvolgen met de linker- en rechterzijden van het VCCD-gébied verbonden zijn en, in de delen zonder VCCD-gébied, herhaald'evenwijdig aan elkaar geplaatst zijn met een tussenruimte gelijk aan het kanaalstopgebied.

De CCD-beeldsensor volgens de uitvinding wordt bestuurd door een vierfasig kloksignaal bestaande uit vier velden.

De CCD-beeldsensor is ook voorzien van vier over het kanaalstopgebied, de fotodetector en het VCCD-gébied gevormde poortelectroden, waaraan het vierfasige kloksignaal geleverd wordt, zodat overdrachts-poorten van de fotodetectoren, gevormd in de linker boven- en ondergebieden en in de rechter boven- en ondergebieden, met betrekking tot het referentiepunt, dat een middelpunt is van de oneven en even horizontale lijnen, waarin de fotodetectoren geplaatst zijn, ingeschakeld kunnen worden in verschillende velden door het vierfasige kloksignaal.

Fig. 1(a) is een diagram voor het toelichten van de niet-ineengestrengelde aftastwij ze; fig. 1(b) is een diagram voor het toelichten van de ineengestrengelde aftastwijze; fig. 2(a) is een blokschema van de CCD-beeldsensor volgens de conventionele wijze; fig. 2 (b) is een layout diagram van fig. 2 (a) ; fig. 2(c) is een dwarsdoorsnedeaanzicht langs de a-a' lijn van fig. 2(b)? fig. 2(d) is een dwarsdoorsnedeaanzicht langs de b-b' lijn van fig. 2 (b) ? fig. 3(a) is een tijdsdiagram van het VCCD-kloksignaal in de conventionele ineengestrengelde aftastwijze; fig. 3(b) is een pulsgolfvormdiagram van de eenheidssectie van fig. 3(a) ; fig. 3(c) is een pixsel-blokdiagram van een frame volgens de conventionele ineengestrengelde aftastwijze; fig. 4(a) is een blokdiagram van een CCD-beeldsensor volgens de uitvinding; fig. 4 (b) is een layout diagram van fig. 4 (a) ; fig. 4(c) is een dwarsdoorsnedeaanzicht langs de c-c' lijn van fig. 4(b); fig. 4(d) is een dwarsdoorsnedeaanz icht langs de d-d' lijn van fig. 4(b); fig. 5(a) is een tijdsdiagram van het VCCD-kloksignaal van de uitvinding; fig. 5(b) is een pulsgolfvormdiagram van de eenheidssectie van fig. 5(a); fig. 5(c) is een pixel-blokdiagram van een frame volgens de uitvinding; en fig. 5(d) is een ander pixel-blokdiagram van een frame volgens de uitvinding.

Een uitvoeringsvorm van de uitvinding zal in detail beschreven worden met verwijzing naar de bijbehorende figuren 4(a) tot 4(d).·

Fig. 4 (a) is een blokdiagram van de CCD-beeldsensor volgens de uitvinding. Fotodioden (PD) zijn opeenvolgend met de linker- en rechterzijden van het VCCD-gebied verbonden en zijn evenwijdig aan elkaar geplaatst met een tussenruimte gelijk aan het kanaalstopgebied (ST) in de delen zonder de VCCD-gébieden en het HCCD-gebied is gevormd onder het VCCD-gebied.

Fig. 4(b) is een layout diagram van de CCD-beeldsensor volgens de uitvinding. Twee fotodioden (PD) , die ten opzichte van elkaar geïsoleerd zijn door het kanaalstopgebied (ST), zijn opeenvolgend evenwijdig aan elkaar tussen de VCCD-gébieden geplaatst, en in een oneven horizontale lijn, waarin fotodioden (PD) geplaatst zijn, is een oneven poortelectrode (PG]_) voor het leveren van VCCD-kloksignalen (V02“V02) gevormd over de fotodiode (PD), het kanaalstopgebied (ST) en het VCCD-gebied, terwijl in een even horizontale lijn, waarin fotodioden (PD) aangebracht zijn, een even poortelectrode (PG2) voor het leveren van VCCD-kloksignalen (V03,V04) gevormd is over de fotodiode (PD), het kanaalstopgebied (ST) en het VCCD-gebied.

De oneven poortelectrode (PG]^) bestaat uit een eerste oneven poortelectrode (PGla), die gevormd is onder de fotodiode (PD) in de oneven horizontale lijn, die verbonden is met een overdrachtspoort (TG3) van de in de rechterzijde van het VCCD-gebied gevormde fotodiode (PD) en waaraan het tweede VCCD-kloksignaal (V02) geleverd wordt, en een tweede oneven poortelectrode (PGjb) > ^ gevormd is in het bovengebied van de fotodiode (PD) in de oneven horizontale lijn, die verbonden is met een overdrachtspoort (TG^) van de in de linkerzijde van het VCCD-gebied gevormde fotodiode (PD) en waaraan het eerste VCCD-kloksignaal (V0!) geleverd wordt.

De even poortelectrode (PG2) bestaat uit een eerste even poortelectrode (PG2a), die gevormd is onder de fotodiode (PD) in de even horizontale lijn, die verbonden is met een overdrachtspoort (TG4) van de in de linkerzijde van het VCCD-gebied gevormde fotodiode (PD) en waaraan het vierde VCCD-kloksignaal (V04) geleverd wordt, en een tweede even poortelectrode (PG^), die gevormd is in het bovengebied van de fotodiode (PD) in de even horizontale lijn, die verbonden is met de overdrachtspoort (TG2) van de in de rechterzijde van het VCCD-gebied gevormde fotodiode (PD) en waaraan het derde VCCD-kloksignaal (V03). geleverd wordt.

De oneven poortelectrode en de even poortelectrode zijn elec-trisch ten opzichte van elkaar geïsoleerd door middel van een isole-, rend membraan, dat niet weergegeven is in de figuur.

Fig. 4(c) toont een dwarsdoorsnedeaanzicht langs de c-c'lijn van fig. 4 (b). Een p-type potentiaalput (200) is gevormd op een n-type substraat (100), een n-type fotodiode (PD) en n-type VCCD-gebied zijn opeenvolgend gevormd op het oppervlak van de p-type potentiaalput (200) op een afstand gelijk aan het kanaalstopgebied (ST), een overdrachtspoort (TG^) voor het verbinden van de aan de linkerzijde van het VCCD-gebied gevormde fotodiode (PD) en het VCCD-gebied is gevormd in het bovenste gebied van de ruimte tussen hen en een tweede oneven poortelectrode (PG^) van de oneven poortelectrode (PG^) voor het leveren van het eerste VCCD-kloksignaal (V0-j_) is gevormd in het bovenste gebied van het VCCD-gebied.

De p-type potentiaalput (200) bestaat uit een ondiepe p-type potentiaalput (200a) en een diepe p-type potentiaalput (200b) voor het besturen van de OFD-spanning.

Fig. 4(d) toont een dwar sdoorsnedeaanz icht langs de d-d' lijn van fig. 4 (b), waarvan de structuur dezelfde is als in fig. 4 (c). Een overdrachtspoort (TG3) voor het verbinden van het VCCD-gebied en de in de rechterzijde van het VCCD-gebied gevormde fotodiode (PD) is gevormd in het bovengebied van de ruimte tussen hen en een eerste oneven poor-telectrode (PGla) van de oneven poortelectrode (PGj), waaraan het tweede VCCD-kloksignaal (V02) geleverd wordt, is gevormd in het bovengebied van het VCCD-gebied in plaats van de overdrachtspoort (TG1) en de tweede oneven poortelectrode (PG-y-,) in fig. 4(c).

De werking van de bovenstaande structuur zal in detail beschreven worden met verwijzing naar fig. 5(a) en 5(b).

Fig. 5(a) toont een tijdsdiagram van de eerste tot vierde VCCD-kloksignalen (V01-V04), waarbij alle kloksignalen bestaan uit vier velden.

Het eerste VCCD-kloksignaal (V0^) in fig. 5(a) heeft een over-drachtspoort-stuurspanning (Vjj van 15V in het eerste veld, het tweede VCCD-kloksignaal (V02) heeft een ovendrachtspcort-stuurspanning (V2) van 15V in het derde veld, en het derde VCCD-kloksignaal heeft een overdrachtspoort-stuurspanning (V3) van 15V in het tweede veld, terwijl het vierde VCCD-kloksignaal (V04) een overdrachtspoort-stuurspanning (V4) van 15V in het vierde veld heeft.

Fig. 5(b) toont een pulsgolfvormdiagram van de in een eenheids-sectie (K) gegenereerde eerste tot vierde kloksignalen (V0]_-V04). Het uit de fotodiode (PD) afkomstige beeldsignaal met een dergelijke puls-, golfvorm wordt verticaal verschaven naar het in fig. 4(a) en 4(b) getoonde HCCD-gebied.

Allereerst wordt in de eerste veldsectie van fig. 5(a), wanneer de eerste tot vierde VCCD-kloksignalen (V01-V04) gelijktijdig geleverd worden aan de oneven poortelectrode (PG^) en even poortelectrode (PG2), de overdrachtspoort (TG-^) van de fotodiode (PD), die gevormd is in het linker bovengebied van referentiepunt (P) van fig. 4 (b), ingeschakeld door de overdrachtspoort-stuurspanning (V!) in het eerste VCCD-kloksignaal (V0-j_), die door de tweede oneven poortelectrode (PGib) van de oneven poortelectrode (PG-l) geleverd wordt. Bijgevolg wordt een op de fotodiode (PD) gegenereerde beeldsignaallading verschoven naar het VCCD-gebied, waar de lading verticaal verplaatst wordt naar het HCCD-gebied door de klokwerking van de in fig. 5(b) weergegeven eerste tot vierde VCCD-kloksignalen (V02-V04).

Vervolgens wordt in de tweede veldsectie van fig. 5 (a), wanneer de eerste tot vierde VCCD-kloksignalen (Ve^-V^) gelijktijdig geleverd worden aan de oneven poortelectrode (PG^) en even poortelectrode (PG2) , de overdrachtspoort (TG2) van de fotodiode (PD), die gevormd is in het rechter ondergebied van referentiepunt (P) van fig. 4(b), ingeschakeld door de overdrachtspoort-stuurspanning (V3) in het via de tweede even poortelectrode (FG2k) van de even poortelectrode (PG2) geleverde derde VCCD-kloksignaal (V03).

Bijgevolg wordt een op de fotodiode (PD) gegenereerde beeldsig-naallading verschoven naar het VCCD-gebied, waarin de lading verticaal verplaatst wordt naar het HCCD-gebied door de klokwerking van de in fig. 5(b) weergegeven eerste tot vierde VCCD-kloksignalen (V0-j-V04).

Daarna wordt in de derde veldsectie van fig. 5 (a), wanneer de eerste tot vierde VCCD-kloksignalen (νφγ-νφή) gelijktijdig geleverd worden, de overdrachtspoort (TG3) van de in het rechter bovengebied van referentiepunt (P) van fig. 4(b) gevormde fotodiode (PD) ingeschakeld door de overdrachtspoort-stuurspanning (V2) in het via de eerste oneven poortelectrode (PGla) van de oneven poortelectrode (PGjJ geleverde tweede VCCD-kloksignaal (V02).

Bijgevolg wordt een op de fotodiode (PD) gegenereerde beeldsig-naallading verschaven naar het VCCD-gebied, waarin de lading verplaatst wordt naar het HCCD-gebied door de klokwerking van de in fig. 5(b) weergegeven eerste tot vierde VCCD-kloksignalen (V02-V04).

Uiteindelijk wordt in de vierde veldsectie van fig. 5 (a), wanneer de eerste tot vierde VCCD-kloksignalen (V0-L-V04) gelijktijdig aan de oneven poortelectrode (PG^) en even poortelectrode (PG2) geleverd worden, de overdrachtspoort (TG4) van de in het linker ondergebied van referentiepunt (P) van fig. 4(b) gevormde fotodiode (PD) ingeschakeld door de overdrachtspoort-stuurspanning (V4) in het via de eerste even poortelectrode (PG2a) van de even poortelectrode (PG2) geleverde vierde VCCD-kloksignaal (V04).

Bijgevolg wordt een op de fotodiode (PD) gegenereerde beeldsig-naallading verschoven naar het VCCD-gebied, waarin de lading verplaatst wordt naar het HCCD-gebied door de klokwerking van de in fig. 5(b) weergegeven eerste tot vierde VCCD-kloksignalen (V01-V04).

Het referentiepunt (P) van fig. 4(b) geeft een punt aan, dat geplaatst is in het middelpunt van de oneven en even horizontale lijnen, in het VCCD-gebied.

Fig. 5(c) toont een toestand van een scherm (dat wil zeggen een frame), weergegeven door middel van de bovenstaande werkingen.

In fig. 5(c) geeft het cijfer 1 een toestand aan, waarbij de beeldsignaallading, gegenereerd op de in het linker bovengebied van het referentiepunt (P) in fig. 4(b) geplaatste fotodiode (PD) weerge geven wordt als een pixel, het cijfer 2 geeft een toestand weer, waarbij de beeldsignaallading, gegenereerd op de in het rechter ondergebied van het referentiepunt (P) in fig. 4 (b) geplaatste fotodiode (PD) weergegeven wordt als een pixel en het cijfer 3 geeft een toestand weer, waarbij de beeldsignaallading, gegenereerd op de in het rechter bovengebied van het referentiepunt (P) in fig. 4(b) geplaatste fotodiode (PD) weergegeven wordt als een pixel, terwijl het cijfer 4 een toestand weergeeft, waarbij de beeldsignaallading, gegenereerd op de in het linker ondergebied van het referentiepunt (T) in fig. 4(b) geplaatste fotodiode (PD) weergegeven wordt als een pixel.

Fig. 5(d) toont een volgens de bovenstaande werking weergegen schemtoestand, waarbij elk VCCD-gebied als een imaginair fotodiodege-bied beschouwd wordt.

In fig. 5(d) geeft de aanduiding 1+3/2 een toestand weer, waarin een waarde, verkregen door het optellen van op twee fotodioden (PD), die geplaatst zijn respectievelijk in de linker en rechter bovengebieden, gegenereerde beeldsignaalladingen en deze waarde door twee te delen, gebruikmakend van een rekenmiddel, welke hierin niet beschreven wordt, weergegeven wordt als een pixel. De aanduiding 2+4/2 geeft een toestand weer, waarin een waarde, verkregen door het optellen van op twee fotodioden (PD), die geplaatst zijn in respectievelijk de linker en rechter ondergebieden, gegenereerde beeldsignaalladingen en te delen door twee, weergegeven wordt als een pixel. De CCD-beeldsensor volgens de uitvinding kan de resolutie van het videobeeld verbeteren door het reduceren van zijn VCCD-oppervlak en aldus het vergroten van het fotodetectoroppervlak en daaruitvolgend de waarde van de vul factor.

De CCD-beeldsensor volgens de uitvinding kan de resolutie van het videobeeld verbeteren, hoewel de aftastsnelheid laag is, aangezien de sensor bestuurd wordt door een vierfasig kloksignaal bestaande uit vier velden, zodat de sensor toegepast kan worden bij een camcorder of zelfs camera, die een hoge resolutie vereist.

Claims

1. CCD-beeldsensor, die een aantal van een overdrachtspoort voorziene fotodetectoren bevat en een CCD als aftaster voor het lezen van signalen gébruikt, met het kenmerk, dat fotodioden opeenvolgend met de linker- en rechterzijden van een VCCD-gebied verbonden zijn en, in de delen zonder het VCCD-gébied, herhaald, evenwijdig aan elkaar aangebracht zijn met een tussenruimte gelijk aan een kanaalstopgebied.

2. CCD-beeldsensor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat eerste tot vierde poortelectroden, voor het leveren van een VCCD-kloksignaal, herhaald gevormd zijn op de VCCD-gébieden, waarbij de poortelectroden electrisch ten opzichte van elkaar gescheiden zijn door middel van een isolerend membraan.

3. Beeldsensor volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat wanneer de fotodetectoren, die gevormd zijn in de linker boven- en ondergebieden en in de rechter boven- en ondergebieden ten opzichte van het referentiepunt, dat het midden is van de oneven en even horizontale lijnen, waarin de fotodetectoren geplaatst zijn, respectievelijk als eerste tot vierde fotodetectoren aangeduid worden, de eerste tot vierde poortelectroden voor het leveren van het VCCD-kloksignaal opeenvolgend gevormd zijn om verbonden te worden met de enige corresponderende overdrachtspoort van de eerste tot vierde fotodetectoren en de over-drachtspoorten om beurten ingeschakeld worden door het geleverde VCCD-kloksignaal, zodat één met één pixel corresponderende signaallading overgedragen kan worden naar het VCCD-gébied.

4. CCD-beeldsensor volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de eerste tot vierde poortelectrode herhaald gevormd worden over het VCCD-gebied, de fotodetector en het kanaalstopgebied, zodanig dat, wanneer het VCCD-kloksignaal bestaat uit eerste tot vierde velden, de overdrachtspoort van de eerste fotodetector ingeschakeld kan worden door het kloksignaal van het eerste veld, de overdrachtspoort van de tweede fotodetector ingeschakeld kan worden door het kloksignaal van het tweede veld, de overdrachtspoort van de derde fotodetector overgeschakeld kan worden door het kloksignaal van het derde veld, en de overdrachtspoort van de vierde fotodetector ingeschakeld kan worden door het kloksignaal van het vierde veld.

5. CCD-beeldsensor volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de oneven genummerde en even genummerde poortelectroden gevormd zijn van polysilicium.

6. CCD-beeldsensor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de fotodetector gevormd wordt door een fotodiode gebruikmakend van EN-overgang.

7. CCD-beeldsensor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de overdrachtspoort van de fotodetector gevormd is van polysilicium.

8. CCD-beeldsensor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de breedten van de fotodetector en het VCCD-gebied gelijk zijn aan elkaar.