DE2611771C3 - Verfahren zum Betrieb einer CID-Sensormatrix - Google Patents
Verfahren zum Betrieb einer CID-SensormatrixInfo
- Publication number
- DE2611771C3 DE2611771C3 DE2611771A DE2611771A DE2611771C3 DE 2611771 C3 DE2611771 C3 DE 2611771C3 DE 2611771 A DE2611771 A DE 2611771A DE 2611771 A DE2611771 A DE 2611771A DE 2611771 C3 DE2611771 C3 DE 2611771C3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- parallel
- bucket
- read
- information
- column lines
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 33
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims description 16
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 31
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 9
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 22
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 22
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 20
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 14
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 14
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 13
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 13
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 12
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 2
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 2
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14862—CID imagers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer CID-Sensormatrix nach dem »Parallel-Injection-Readout«- Verfahren.
M beispielsweise in der Veröffentlichung »Charge Injection Imaging«, ISSCC Digest of Technical Papers, S.
138—139, Februar 1973, von GJ. M ich ο π und H.K..B u r k e beschrieben. Danach sind solche CID-Sensormatrizen so aufgebaut, daß auf einer Oberfläche
eines mit einein Substratanschluß versehenen Substrats aus dotiertem Halbleitermaterial matrixförmig in Zeilen
und Spalten angeordnete Bildpunkte vorhanden sind. Jeder Bildpunkt besteht dabei aus zwei dicht nebeneinanderliegenden MIS-Kondensatoren, die über das
Substrat miteinander gekoppelt sind. Diese Kopplung kann dabei so erfolgen, daß der Zwischenraum zwischen
diesen beiden Kondensatoren durch ein, an der Oberfläche des Substrats befindliches, entgegengesetzt
zum Substrat dotiertes Gebiet überbrückt ist oder
dadurch, daß der Zwischenraum zwischen den beiden
Gateelektroden der Kondensatoren hinreichend schmal gemacht wird. In jeweils einer Bildpunktzeile ist die
Gateelektrode eines der beiden Bildpunktkondensatoren mit einer Zeilenleitung verbunden, während die
Gateelektroden der anderen Kondensatoren in jeder Bildpunktspalte an eine Spaltenleitung angeschlossen
sind.
Ein einfaches Verfahren zum Betrieb einer CID-Sensormatrix btsteht darin, daß zur Bildaufnahme an
sämtliche Spalten- und Zeilenleitungen solche Spannungen gegenüber einem Bezugspotential am Substratanschluß angelegt werden, daß in den MIS-Kondensatoren
Verarmungszonen an der Substratoberfläche erzeugt werden, in denen die vom Licht erzeugten Informations
ladungsträger gesammelt und gespeichert werden. Das
Auslesen erfolgt seriell, d.h. bildpunktweise, durch Injektion der gespeicherten Inversionsladung in das
Substrat und durch Integration des Substratstromes. Aufgrund der integrierenden Methode zeigt dieses
Verfahren günstige Eigenschaften hinsichtlich Takteinkopplungen, die das Ausgangssignal stören. Ungünstig
ist jedoch die durch das serielle Auslesen bedingte niedrige Grenzfrequenz.
Höhere Grenzfrequenzen können mit dem eingangs
genannten »Parallel-Injection-Readout«-Verfahren erreicht werden. Dieses Verfahren ist in der Veröffentlichung »Charge Injection Devices for Solid State
Imaging«, Nato Advanced Study Institute for Solid State Imaging, 3.-12.September 1975, Universite Catho-
h5 lique de Louvain von G.J. M i c h ο η und H.K. B u r k e
beschrieben. Ein Arbeitszyklus beginnt dort mit dem Löschen der Bildpunkte, dem Setzen der Speichermatrix in Bildaufnahmezustand und dem Auslesen. Anders
als bei den vorher kurz beschriebenen Verfahren sind hier das Auslesen und der Löschvorgang getrennt Der
Löschvorgang erfolgt dadurch, daß an sämtliche S.caltenleitungen über eine geeignete Vorrichtung,
beispielsweise über Multiplextransistoren gleichzeitig eine solche Spannung gegenüber dem Substrat potential
angelegt wird, daß etwaige, in den entsprechenden Kondensatoren gespeicherte Informationsladungen in
das Substrat injiziert werden. Das Setzen der Matrix in Bildaufnahmezustand erfolgt dadurch, daß die Spaltenleistungen
gleichzeitig auf eine Vorspannung gegenüber dem Substratppiential gebracht und dann abgeklemmt
werden. Dies kann wiederum über die Multiplextransistoren durch Anlegen geeigneter Spannungen an sie
geschehen. Die Vorspannung wird so gewählt, daß unter den entsprechenden Kondensatoren eine Verarmungszone (Inversionsrandschicht) vorhanden ist Zur selber.
Zeit werden sämtliche Zeilenleitungen ebenfalls auf eine Spannung gebracht, die so gewählt ist, daß unter den
betreifenden Kondensatoren eine Verarmungszone (Inversionsrandschicht) vorhanden ist Die Sensormatrix
ist jetzt in Bildaufnahmezustand gesetzt Von Licht erzeugte Informationsladungsträger sammeln sich in
den Verarmungszonen und werden dort gespeichert. Das Auslesen erfolgt nun zeilenparallel. Dazu wird die
Spannung an einer ausgewählten Zeilenleitung soweit verringert, daß die Einsatzspannung der an die
Zeilenleitung angeschlossenen Kondensatoren fast erreicht oder gar unterschritten wird. Die in den
Verarmungszonen dieser Kondensatoren gespeicherten Informationsladungsträger werden dadurch unter die
benachbarten Kondensatoren verschoben, wodurch sich das Potential der Spaltenleitungen ändert Die Spannungsänderung
gegenüber der Vorspannung ist ein Maß für die in den Bildpunkten der Zeile gespeicherte
Information. Die Information ist daher jetzt in den Spaltenleitungen gespeichert. Diese Spaltenleitungen
können nun über geeignete Vorrichtungen ausgelesen werden. In der vorstehend genannten Veröffentlichung
ist eine Vorrichtung angegeben, mittels der die Spaltenleitungen nacheinander ausgelesen werden.
Nachdem der Auslesevorgang beendet ist, beginnt ein neuer Arbeitszyklus mit einer anderen ausgewählten
Zeile.
Das »Parallel-Injection-Readoutw-Verfahren weist
eine hohe Blooming-Unempfindlichkeit auf. Ungünstig ist dagegen, daß das Verfahren nicht integrierend ist.
Unterschiedliche Takteinkopplungen beim Verschieben der Ladungen und unterschiedliche Takteinkopplungen
der Multiplextransistoren oder entsprechender Anordnungen treten im Ausgangssignal auf und erzeugen
»fixed pattern noise«.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das endgültige Einstellen der Vorspannungen an den Spaltenleitungen
nach dem Eimerketten-Prinzip über eigens dafür vorgesehene Eimerketten-Transistoren erfolgt.
Das Eimerketten-Prinzip ist bekannt und wird beispielsweise in der Veröffentlichung »Analog functions
fit neatly onto charge transport chips« in Electronics, 28. Feburar 1972, S. 64—71 von L.
B ο ο η s t r a und RLJ. S a η g s t e r, eingehend beschrieben.
Unter einer Eimerketten-Stufe sei dabei lediglich eine Einzelstufe einer Eimerkette verstanden. In der
genannten Veröffentlichung besteht nach der Figur auf der Titelseite eine solche Einzelstufe aus einem
Transistor, dessen eine Elektrode über einen Kondensator mit der Steuerelektrode verbunden ist Diese
Verbindung ist für den vorliegenden Fall von untergeordneter Bedeutung und es soll daher auch von einer
Eimerketten-Stufe gesprochen werden, wenn die entsprechende Kondensatoreäektrode nicht mit der
Steuerelektrode verbunden ist, sondern einen freien Anschlut» aufweist Weiter sei darauf hingewiesen, daß
alle Realisierungsmöglichkeiten, die aus dem Ersatzschaltbild einer soeben beschriebenen Eimerkeiten-Stufe
hervorgehen, prinzipiell geeignet sind.
Besondere Vorteile der vorstehend angegebenen Lösung liegen darin, daß ein so betriebener Sensor
gegenüber auf herkömmliche Weise betriebene Sensoren eine höhere Blooming-Unempfindlichkeit aufweist
daß kein Smearing auftritt und daß unterschiedliche Takteinkopplungen von Seiten der Multiplextransistoren
oder entsprechender Vorrichtungen das Signal nicht beeinflussen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, daß die in den Spaltenleitungen
gespeicherte Information von diesen parallel in eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung cingelesen
wird und die eingelesene Information seriell aus letzterer ausgelesen wird. Vorteilhaft ist dabei, daß das
parallele Einlesen sehr kurzzeitig erfolgt und daß nach dem Einlesen sofort ein neuer Arbeitszyklus beginnen
kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, daß das parallele Einlesen der auf den
Spaltenleitungen gespeicherten Information nach dem Eimerketten-Prinzip erfolgt wobei dazu jede Spaltenleitung
über eine Eimerketten-Stufe mit dem Paralleleingang der Verschiebevorrichtung verbunden ist und
daß das Einstellen der Vorspannung über diese Eimerketten-Stufen erfolgt, wobei die dabei in die
Verschiebevorrichtung fließenden Ladungen aus dieser ebenfalls nach dem Eimerketten-Prinzip über dafür auf
der anderen Seite der Verschiebevorrichtung vorgesehenen zusätzlichen Eimerketten-Stufen abgeführt werden.
Nach den bisher angegebenen Lösungen können nur die unterschiedlichen Takteinkopplungen der Multiplextransistoren
eliminiert werden. Eine vorteilhafte Variante des Verfahrens, mit der auch die Takteinkopplung,
die beim Verschieben der Ladungen in der CID-Matrix auftreten, beseitigt werden können, besteht
darin, daß die Vorspannung über Multiplexschalter
eingestellt wird, daß unmittelbar nach dem parallelen Einlesen in die Verschiebevorrichtung ein Arbeitszyklus
mit derselben Zeile derart anschließt daß der Bildaufnahmezustand so kurzzeitig gewählt wird, daß
keine merkliche, durch Licht erzeugte Information gespeichert werden kann, daß diese dann in den
Spaltenleitungen gespeicherte Null-Information, paral-IeI
in eine zweite ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung eingelegt wird und daß anschließend die beiden
Verschiebevorrichtungen gemeinsam auf einen Differenzbildner seriell ausgelesen werden, wobei der
Differenzbildner jeweils die Differenz der beiden to jeweils ausgeschobenen, zu einer Spaltenleitung gehöhrenden
Signalwerte bildet und als Ausgangssignal abgibt
Vorzugsweise wird das Verfahren so durchgeführt, daß das parallele Einlesen der auf den Spaltenleitungen
hr> gespeicherten Information in die Verschiebevorrichtungen
nach dem Eimerketten-Prinzip erfolgt, wobei dazu jede Spaltenleitung über mindestens eine Eimerketten-Stufe
mit dem betreffenden Paralleleingang der
jeweiligen Verschiebevorrichtung verbunden ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorstehenden Verfahrensvarianten gehen aus weiteren Unteransprüchen
hervor.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispie len, die bevorzugte Vorrichtungen zur Durchführung
von vorstehend beschriebenen Verfahren in cen Figuren näher erläutert.
F i g. 1 zeigt in Draufsicht den Ablauf einer Vorrichtung, mittels der die Takteinkopplungen der Multiplextransistoren
eleminiert werden können;
Fig.2 zeigt einen Querschnitt längs der Schnittlinie
A-A in F i g. 1;
Fig.3 zeigt einen Querschnitt durch ein Sensorelcmenliängs
der Schnittlinie S-Sinder Fig. 1;
Fig.4 zeigt Impulsdiagramme I —VIII für das
Betriebsverfahren der Vorrichtung nach F i g. 1;
F i g. 5 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung, mit der auch die Takteinkopplungen beim
Verschieben der Ladungen in der Sensormatrix beseitigt werden können.
In der F i g. 1 ist in Draufsicht das Layout einer Sensormatrix mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
dargestellt. Auf einer Oberfläche eines Substrates 1 aus dotiertem Halbleitermaterial befindet sich eine
elektrisch isolierende Schicht 2, auf der die Bildpunkte 31 bis 36 der Sensormatrix angeordnet sind. Dir
Spaltenleitungen sind durch die Aluminiumleitungen 41 bis 43 und die Zeilenleitungen durch die Polysiliziumstreifen
51 und 52 gegeben. Die Aluminiumleitungcn sind über die Polysiliziumleitungen geführt. Die
einzelnen Bildpunkte sind durch eine »Channel-Stop«- Diffusion 6 voneinander getrennt. Nähere Erläuterungen
zu den Bildpunkten erfolgen in der Beschreibung zur F i g. 3. Die Aluminiumleitungen sind einerseits über
Multiplextransistoren 71 bis 73 mit einem Anschluß 7 verbunden, während die Steuerelektroden dieser Muliiplextransistoren
mit einem Anschluß 8 verbunden sind. Die Zeilenleitungen sind an eine Zeilenauswahlschaltung
9 angeschlossen. Jede Spaltenleitung ist andererseits über ein Kontaktloch mit einem entgegengesetzt
zum Substrat dodierten Gebiet 11,12,13, das sich an der
Oberfläche des Substrats befindet, elektrisch leitend verbunden. Entlang dieser dotierten Gebiete ist auf der
Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht ein ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung mit den
Elektrodengruppen 10 bis 40 entlanggeführt Es handelt sich in diesem speziellen Fall um eine Verschiebevorrichtung
für Zwei-Phasen-Betrieb. Ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtungen sind allgemein bekannt. Ihr
Aufbau und ihre Wirkungsweise kann beispielsweise aus den Veröffentlichungen »Charge-Coupled Digital Circuits«,
IEEE Jornal of Solid State Circuite, Vol. SC-6, Nr. 5, Oktober 1971 von W.F. Kosonockietal und aus
der deutschen Offenlegungsschrift 22 01 150 entnommen
werden. In letzterer ist in der Fig.9 ein Querschnitt durch eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung
für den Zwei-Phasen-Betrieb, wie sie hier verwendet wird, dargestellt Die Elektroden tO und 30 in
der F i g. 1 sind aus Aluminium, während die Elektroden 20 und 40 aus Polysilizium bestehen. Die elektrisch
leitende Verbindung der Aluminiumelektroden mit den rechts daneben liegenden Polysiliziumelektroden erfolgt
über die Kontaktlöcher 201 und 401.
Zwischen den dotierten Gebieten und der Verschiebevorrichtung befindet sich auf der elektrisch isolierenden
Schicht eine Transferelektrode 60 in Form eines Streifens aus Polysilizium, der einerseits die dotierten
Gebiete etwas überlappt und andererseits von den Elektroden 10 überlappt wird. Entlang der anderen
Längsseite der Verschiebevorrichtung ist an der Substratoberfläche ein entgegengesetzt dazu dotierter
Streifen 50 entlanggeführt, der einen hier nicht gezeichneten Anschlußkontakt aufweist. Auf der elektrisch
isolierenden Schicht befindet sich zwischen diesen dotierten Streifen und der Verschiebevorrichtung eine
zweite Transferelektrode 160 in Form eines Polysiliziumstreifens, der einerseits das dotierte Gebiet überlapp!
und andererseits von den Elektroden 10 überlappt wird. Die Elektroden 10 sind an eine Taktleitung 100 in Form
eines Aluminiumstreifens auf der elektrisch isolierenden Schicht angeschlossen, während die Elektroden 30 an
!■; eine zweite Taktleitung 200 ebenfalls in Form eines
Aluminiumstreifens auf der elektrisch isolierenden Schicht verbunden sind. Die Verbindung der Elektroden
10 mit der Taktleitung 100 erfolgt durch Aluminiunistreifen
101, während die Verbindung der Elektroden 30 über Polysiliziumstreifen 201 erfolgt, die unter der
Taktleitung 100 hindurchgeführt sind. Die Verbindung der Elektroden 30 mit den Polysiliziumstreifen 201
erfolgt durch Aluminiumstreifen 202 über Kontaktlöcher 203. Die Verbindung der Polysiliziumstreifen 201
mit der zweiten Taktleitung 200 erfolgt über Kontaktlöcher 204.
In der F i g. 2 ist ein Querschnitt längs der Schnittlinie A-A in Fig. 1 dargestellt. Das Substrat 1 besteht aus
einer epitaktischen Schicht, beispielsweise p-dotiertes Silizium, die auf einem entgegengesetzt dazu dotierten
Substrat 110 aus Halbleitermaterial, beispielsweise η-dotiertes Silizium, aufgebracht ist. Die epitaktische
Schicht ist über eine Spannungsquelle und dein entgegengesetzt dazu dotierten Substrat mit dem
Substratanschluß 12 verbunden. Die elektrisch isolierende Schicht 2 besteht beispielsweise aus Siliziumdioxid.
Die Transferelektroden 60 und 160 sind mit einer Siliziumdioxidschicht 21 überdeckt. Das dotierte Gebiet
61, die Transferelektrode 60 und die Elektrode 10 werden als Eimerketten-Stufe betrieben. Dasselbe gilt
für die Elektrode 10, die Transferelcktrode 160 und den Streifen 50. Das endgültige Einstellen der Vorspannung
erfolgt über die Transferelektrode 60. Die Transferelektrode 160 wird dazu ganz geöffnet, so daß die Ladung
von der Spaltenleitung durch die Verschiebevorrichtung auf den Streifen 50 abfließen kann. In der F i g. 2 ist dazu
qualitativ der Verlauf des Oberflächenpotentials beim endgültigen Einstellen der Vorspannung eingezeichnet.
Aus dem Gebiet 61 fließt so lange Ladung in den Streifen 50 ab, bis das Oberflächenpotential im Gebiet
61 den Wert des Oberflächenpotentials unter der Transferelektrode 60 erreicht hat. Dieser Fall ist
gestrichelt angedeutet. Das Einlesen der Informationsladung in die Verschiebevorrichtung geschieht aul
analoge Weise, jedoch wird dazu die Transferelektrode 160 durch Anlegen einer entsprechenden Spannung ar
sie geschlossen.
In der Fig.3 ist ein Querschnitt durch einer
Bildpunkt der Sensormatrix längs der Schnittlinie B-E
bo dargestellt Die Gateelektrode des Kondensators, dei
an die Zeilenleitung angeschlossen ist, besteht au: Polysilizium und ist durch den rechts von dei
Spaltenleitung liegenden Teil im Bildpunkt 34 gegeben Die Gateelektrode des Kondensators, der mit dei
fir. Spaltenleitung verbunden ist, ist durch den im Inneren
des Bildpunktes 34 liegenden Teil des Aluminiumstreifens 41 gegeben. Die Verbindung der Polysilizium-Gateelektroden
erfolgt in Fig. I durch die schmaler
streifenförmigen Polysiliziumverbindungen 311 bis 316, über die elektrisch isoliert davon die Aluminiumstreifen
41 bis 43 hinweggeführt werden. Das Polysilizium ist mit einer dünnen Siliziumdioxidschicht 21 überdeckt. Die
Kopplung der beiden Kondensatoren erfolgt durch eine Überlappung des Aluminiumgates über das Polysiliziumgate, wie es in der Fig.3 angedeutet ist. Die
Trennung der Bildpunkte voneinander erfolgt in an sich bekannter Weise durch die Channel-Stop«-Diffusionen
9. In das Substrat ist qualitativ der Verlauf des to Oberflächenpotentials während des Bildaufnahmezustandes durch die Kurve 300 und nach dem Verschieben
der Ladung durch die Kurve 400 dargestellt.
Der punktierte Teil repräsentiert eine gespeicherte Informationsladung ζ). is
Anhand der Fig.4 sei ein Arbeitszyklus näher
erläutert Dabei sei hier vom Bildaufnahmezustand ausgegangen. In der Fig.4 gibt Diagramm I den
zeitlichen Verlauf des Potentials auf der für diesen Arbeitszyklus ausgewählten Zeilenleitung und Diagramm II den zeitlichen Verlauf des Potentials der für
den nächsten Arbeitszyklus ausgewählten Zeilenleitung an. Diagramm III gibt den zeitlichen Verlauf des
Potentials auf den Spaltenleitungen an. Diagram IV und V gibt jeweils den zeitlichen Verlauf der an die
Transferelektrode 60 und an die Transferelektrode 160 anzulegenden Spannungen an. Diagramm VI und VII
geben den zeitlichen Verlauf der Spannungen zur Spaltenansteuerung für die Ladungsinjektion und das
Voreinstellen der Vorspannung an. Nachdem sämtliche Spaltenleitungen auf die Vorspannung eingestellt
worden sind, wird zum Zeitpunkt ii das Potential der
ausgewählten Zeilenleitung verringert, bis die Einsatzspannung der an diese Zeile angeschlossenen Kondensatoren fast erreicht oder unterschritten wird. Es erfolgt
die Verschiebung der Informationsladungen unter die anderen Kondensatoren der Bildpunkte, wodurch das
Potential auf den Spaltenleitungen geändert wird. Zum Zeitpunkt fc wird die Transferelektrode 60 geöffnet,
wodurch die der Potentialänderung entsprechende Ladungsmenge nach dem Eimerkette-Prinzip an den
Spaltenleitungen parallel unter die zugeordneten Elektroden 10 der Verschiebevorrichtung gebracht
werden. Nach Beendigung dieses Vorganges wird zum Zeitpunkt t3 die Transferelektrode 60 wieder geschlossen. Während daran anschließend die Verschiebevorrichtung ausgelesen wird, erfolgen zum Zeitpunkt U die
Ladungsinjektionen zum Löschen der Sensorlemente und das Setzen der Spaltenleitungen auf eine vorläufige
Vorspannung über die jeweiligen Multiplextransistoren. Die vorläufige Vorspannung wird dabei geringer (bei
η-dotiertem Substrat größer) als die Vorspannung gewählt Zum Zeitpunkt (5 werden die Multiplextransistoren wieder geschlossen. Um die unterschiedlichen
Takteinkopplungen der Multiplextransistoren zu elimi- ss
nieren, erfolgt die endgültige Einstellung der Vorspannung nach dem Auslesen der Verschiebevorrichtung
zum Zeitpunkt fc über die Transferelektrode 60 nach dem Eimerketten-Prinzip. Die Transferelektrode 160
wird dazu ganz geöffnet, so daß die Informationsladungen von der Spaltenleitung durch die Verschiebevorrichtung auf den dotierten Streifen 50 abfließt. Durch
geeignete Wahl der Potentiale und der Übertragungszeit kann dabei Grundladung auf den Spaltenleitungen
gehalten werden. Die Übertragung geringer Ladungsmengen nach dem Eimerketten-Prinzip wird mit
Grundladung beschleunigt Die Kapazität einer Elektrode der Verschiebevorrichtung sollte etwa so groß sein
wie die einer Gateelektrode eines Bildpunktes, damit sich der gleiche Spannungshub einstellt Zum Zeitpunkt
ti beginnt der Arbeitszyklus für die nächste ausgewählte
Elektrode.
Die bisher beschriebene Sensoranordnung eignet sich für Fernsehbilder. Die in den Bildpunkten jeweils in
einer Zeile gespeicherte Information wird während der Zeilenaustastlücke des Fernsehbildes nach dem Eimerketten-Prinzip parallel in die Verschiebevorrichtung
gebracht und dann während der restlichen Zeit nahe einer Fernsehzeile mit hoher Geschwindigkeit seriell
ausgelesen.
Durch das Setzen der Spaltenleitungen auf die vorläufige Vorspannung nach jedem Auslesevorgang
treten nicht, wie bei Schaltungen nach dem Eimerketten-Prinzip üblich, Nachläufer auf. Daher können dieser
Vorrichtung relativ hohe Übertragungsverluste bis über 50% zugelassen werden.
In der F i g. 5 ist eine Vorrichtung dargestellt, mit der zusätzlich die Takteinkopplung, die beim Verschieben
der Informationsladungen in der CID-Sensormatrix auftritt, beseitigt werden kann. Die Vorrichtung ist
schematisch dargestellt, kann aber ähnlich wie die Vorrichtung nach F i g. 1 aufgebaut werden. Die
Spaltenleitungen seien durch die Linien 501 bis 506 und die Zeilenleitungen durch die Linien 510 bis 550
repräsentiert Die Zeilenleitungen sind wiederum an eine Zeilenauswahlschaltung 500 und die Spaltenleitungen über Multiplextransistoren 511 bis 516 mit einem
Anschluß 517 verbunden, während die Steuerelektroden der Transistoren mit einem Anschluß 518 verbunden
sind. Die Spaltenleitungen sind wie in der F i g. 1 über eine Transferelektrode 560 parallel in eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung 561 einlesbar. Diese
ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung ist weiterhin über eine Transferelektrode 562 in eine zweite
ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung 563 parallel einlesbar. Die beiden ladungsgekoppelten Verschiebevorrichtungen sind in an sich bekannter Weise auf einen
Ausgang 564 zusammengeführt An diesem Ausgang ist eine »correlated double sampling« Stufe 565 angeschlossen. Zur Beschreibung des Betriebsverfahrens der
Vorrichtung sei wiederum angenommen, daß die Sensormatrix sich in Bildaufnahmezustand befinde, d. h.
die Spaltenleitungen befinden sich auf Vorspannung und die Zeilenleitungen auf einem hinreichend hohen
Potential. Durch Verringern des Potentials einer ausgewählten Zeilenleitung werden, wie im Verfahren
zur Fig. 1, die Informationsladungen unter die benachbarten Kondensatorelektroden geschoben. Die den
Spannungshüben auf den Spaltenleitungen entsprechenden Ladungen werden nach dem Eimerketten-Prinzip
über die Transferelektrode 560 und die Transferelektrode 562 durch die ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung 561 in die zweite Verschiebevorrichtung 563
gebracht Nun werden die Transferelektroden geschlossen und ein neuer Arbeitszyklus mit der gleichen Zeile
begonnen. Dazu wird über die Multiplextransistoren das Potential der Spaltenleitungen so weit erniedrigt, daß
die gespeicherten Informationsladungen injiziert werden. Die ausgewählte Zeilenleitung wird wieder auf
hohes Potential gebracht und die Spaltenleitungen über die Multiplextransistoren auf die Vorspannung zurückgesetzt Nun wird ein zweites Mal das Potential der
Zeilenleitung, wie schon beschrieben, erniedrigt und gewissermaßen die Ladungsmenge Null verschoben.'
Wieder werden die Spaltenleitungen nach dem Eimerketten-Prinzip über die Transferelektrode 560, diesmal
in die Verschiebevorrichtung 561 eingelesen. Während anschließend die beiden Verschiebevorrichtungen seriell
ausgelesen werden, wird das Potential der Zeilenleitung auf den entprechend hohen Potentialwert
gebracht und über die Multiplextransistoren auf den Spaltenleitungen die Vorspannung eingestellt. In der
»Correlated double sampling«-Stufe am gemeinsamen Ausgang der beiden Verschiebevorrichtungen wird
jeweils! die Differenz zwischen den beiden zu einer Spalte gehörenden Signalen gebildet und damit die
Takteinkopplung der Ladungsverschiebung ebenso eliminiert wie der Einfluß der Einsatzspannungen der
Spaltentransistoren.
Die in Fig.5 dargestellte Anordnung kann vereinfacht
werden, wenn man eine einzige Verschiebevor-
richtung mit doppelter Länge, d. h. 2 bit pro Spaltenleitung verwendet. Nach dem ersten Einlesen wird die
Information um ein bit verschoben und in die jetzt freien Elemente wird die Nullinformation eingelesen. Die
beiden zu einer Spalte gehörenden Signale werden dann jeweils in zwei hintereinanderliegenden Speicherplätzen
gespeichert.
Der Grundgedanke in dem zuletzt beschriebenen Verfahren mit zwei Verschiebevorrichtungen bzw. einer
Verschiebevorrichtung mit doppelter Anzahl von Elementen besteht darin, daß die Differenz zwischen
dem Signal Eins einschließlich der auftretenden Takteinkopplungen und der Takteinkopplungen alleine
gebildet wird. Man erhält dadurch am Ausgang ein von Takteinkopplungen vollständig befreites Signal.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zum Betrieb einer CID-Sensormatrix
nach dem »Parallel-Injection-Readout-Verfahren«,
dadurch gekennzeichnet, daß das endgültige Einstellen der Vorspannungen an den Spaltenleitungen nach dem Eimerketten-Prinzip über eigens
dafür vorgesehene Eimerketten-Transistoren erfolgt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da 3 die in den Spaltenleitungen gespeicherte Information von diesen parallel in eine
ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung eingelesen wird und die eingelesene Information seriell aus
letzterer ausgelesen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das parallele Einlesen der auf den
Spaltenleitungen gespeicherten Information nach dem Eimerkeften-Prinzip erfolgt, wobei dazu jede
Spaltenleitung über eine Eimerketten-Stufe mit dem Paralleleingang der Verschiebevorrichtung verbunden ist und daß das Einstellen der Vorspannung über
diese Eimerketten-Stufen erfolgt, wobei die dabei in
die Verschiebevorrichtung fließenden Ladungen aus dieser ebenfalls nach dem Eimerketten-Prinzip über
dafür auf der anderen Seite der Verschiebevorrichtung vorgesehene zusätzliche Eimerketten-Stufen
abgeführt werden.
4. Verfahren zum Betrieb einer CID-Sensormatrix
nach dem >:ParalIel-lnjection-Readout«-Verfahren,
bei dem die in den Spaltenleitungen gespeicherte Information von diesen parallel in eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung eingelesen wird
und die eingelesene Information seriell aus letzterer ausgelesen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorspannung über Multiplexschalter eingestellt wird, daß unmittelbar nach dem parallelen Einlesen
in die Verschiebevorrichtung ein Arbeitszyklus mit derselben Zeile derart anschließt, daß der Bildaufnahmezustand so kurzzeitig gewählt wird, daß keine
merkliche, durch Licht erzeugte Information gespeichert werden kann, daß diese dann in den
Spaltenleitungen gespeicherte »Null-Information« parallel in eine zweite ladungsgekoppelte Verschiebevorrichilung eingelesen wird und daß anschließend
die beiden Verschiebevorrichtungen gemeinsam auf einem Differenzbildner seriell ausgelesen werden,
wobei der Differenzbildner jeweils die Differenz der beiden jeweils ausgeschobenen, zu einer Spaltenleitung gehörenden Signalwerte bildet und als Ausgangssignal abgibt
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das parallele Einlesen der auf den
Spaltenleitungen gespeicherten Information in die Verschiebevorrichtungen nach dem Eimerketten-Prinzip erfolgt, wobei dazu jede Spaltenleitung über
mindestens üine Eimerketten-Stufe mit dem betreffenden Panilleleingang der jeweiligen Verschiebevorrichtung verbunden ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Spaltenleitungen gespeicherte Information jeweils nach dem Eimerketten-Prinzip ztiniiichst parallel in die zweite Verschiebevorrichtung und von dort parallel in die Verschiebevorrichtung eingelesen wird.
7. Verfuhren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß anstatt der beiden Verschiebevorrichtung!^ eine einzige Verschiebevorrichtung
verwendet wird, welches jeweils zwischen zwei Speicherplätzen, in die parallel eingelesen wird,
einen Zwischenspeicherplatz aufweist, daß nach dem Einlesen der auf den Spaltenleitungen gespeicherten
Information diese in die Zwischenspeicherplätze geschoben wird und daß anschließend die Null-Information parallel eingelesen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzbildung
mittels einer »correlated double sampling«-Stufe erfolgt
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2611771A DE2611771C3 (de) | 1976-03-19 | 1976-03-19 | Verfahren zum Betrieb einer CID-Sensormatrix |
| NL7701540A NL7701540A (nl) | 1976-03-19 | 1977-02-14 | Werkwijze voor het bedrijven van een cid-sensormatrix. |
| FR7705398A FR2344928A1 (fr) | 1976-03-19 | 1977-02-24 | Procede d'exploitation d'une matrice de detecteurs a systeme d'injection de charge |
| IT21292/77A IT1076991B (it) | 1976-03-19 | 1977-03-16 | Matrice di sensori ad iniezione di carica |
| JP2973777A JPS52114215A (en) | 1976-03-19 | 1977-03-17 | Method of driving charge injection image pickup matrix |
| BE175930A BE852648A (fr) | 1976-03-19 | 1977-03-18 | Procede d'exploitation d'une matrice de detecteurs a systeme d'injection de charge |
| GB11800/77A GB1581733A (en) | 1976-03-19 | 1977-03-21 | Charge injection image sensor matrices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2611771A DE2611771C3 (de) | 1976-03-19 | 1976-03-19 | Verfahren zum Betrieb einer CID-Sensormatrix |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2611771A1 DE2611771A1 (de) | 1977-09-22 |
| DE2611771B2 DE2611771B2 (de) | 1978-01-05 |
| DE2611771C3 true DE2611771C3 (de) | 1978-09-07 |
Family
ID=5972973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2611771A Expired DE2611771C3 (de) | 1976-03-19 | 1976-03-19 | Verfahren zum Betrieb einer CID-Sensormatrix |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS52114215A (de) |
| BE (1) | BE852648A (de) |
| DE (1) | DE2611771C3 (de) |
| FR (1) | FR2344928A1 (de) |
| GB (1) | GB1581733A (de) |
| IT (1) | IT1076991B (de) |
| NL (1) | NL7701540A (de) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2642145A1 (de) * | 1976-09-20 | 1978-03-23 | Siemens Ag | Verfahren zum betrieb einer cid-anordnung |
| DE2936703A1 (de) * | 1979-09-11 | 1981-03-26 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Monolithisch integrierte schaltung mit einem zweidimensionalen bildsensor |
| DE2936704A1 (de) * | 1979-09-11 | 1981-03-26 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Monolithisch integrierte schaltung mit einem zweidimensionalen bildsensor |
| DE2939490A1 (de) * | 1979-09-28 | 1981-04-16 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Monolithisch integrierter zweidimensionaler bildsensor mit einer differenzbildenden stufe |
| NL8101886A (nl) * | 1981-04-16 | 1982-11-16 | Philips Nv | Televisie-opneeminrichting voorzien van een vaste-stof beeldopneempaneel. |
| NL8101887A (nl) * | 1981-04-16 | 1982-11-16 | Philips Nv | Televisie-opneeminrichting voorzien van een vaste-stof beeldopneempaneel. |
| JPS5870687A (ja) * | 1981-10-22 | 1983-04-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像素子の駆動方法 |
| JPS58111491A (ja) * | 1981-12-25 | 1983-07-02 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 固体撮像装置 |
| JPH0824352B2 (ja) * | 1986-02-10 | 1996-03-06 | 株式会社日立製作所 | 固体撮像素子 |
-
1976
- 1976-03-19 DE DE2611771A patent/DE2611771C3/de not_active Expired
-
1977
- 1977-02-14 NL NL7701540A patent/NL7701540A/xx not_active Application Discontinuation
- 1977-02-24 FR FR7705398A patent/FR2344928A1/fr active Granted
- 1977-03-16 IT IT21292/77A patent/IT1076991B/it active
- 1977-03-17 JP JP2973777A patent/JPS52114215A/ja active Pending
- 1977-03-18 BE BE175930A patent/BE852648A/xx not_active IP Right Cessation
- 1977-03-21 GB GB11800/77A patent/GB1581733A/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE852648A (fr) | 1977-07-18 |
| NL7701540A (nl) | 1977-09-21 |
| DE2611771B2 (de) | 1978-01-05 |
| FR2344928A1 (fr) | 1977-10-14 |
| DE2611771A1 (de) | 1977-09-22 |
| IT1076991B (it) | 1985-04-27 |
| FR2344928B1 (de) | 1981-09-11 |
| GB1581733A (en) | 1980-12-17 |
| JPS52114215A (en) | 1977-09-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0025168B1 (de) | Monolithisch integrierte Schaltung mit einem zweidimensionalen Bildsensor | |
| EP0027881B1 (de) | Monolithisch integrierter, zweidimensionaler Bildsensor mit einer differenzbildenden Stufe und Verfahren zu dessen Betrieb | |
| DE2551795C2 (de) | Ladungsübertragungseinrichtung zur Verwendung in einem Bildaufnahmegerät | |
| DE3510965C2 (de) | Bildelement für einen Festkörper-Bildsensor | |
| DE2107022C3 (de) | ||
| DE2501934A1 (de) | Halbleiter-speicheranordnung | |
| DE2759086A1 (de) | Fotodetektoranordnung | |
| DE69110797T2 (de) | Bildsensor. | |
| DE2611771C3 (de) | Verfahren zum Betrieb einer CID-Sensormatrix | |
| DE3319726C2 (de) | ||
| DE3335681C2 (de) | Bildaufnahmeeinrichtung mit einem CCD-Bildfühler | |
| DE3529025C2 (de) | ||
| DE3345190C2 (de) | ||
| DE2734409C3 (de) | Bildaufnahmegerät in CCD-Bauweise | |
| AT393181B (de) | Bildaufnahmeanordnung | |
| DE2634312A1 (de) | Ladungsuebertragvorrichtung auf halbleiterbasis | |
| DE3105910C2 (de) | ||
| DE3223860C2 (de) | ||
| DE2936704A1 (de) | Monolithisch integrierte schaltung mit einem zweidimensionalen bildsensor | |
| DE69516739T2 (de) | Ladungsgekoppelte Bildaufnahmeanordnung und Kamera mit einer derartigen Bildaufnahmeanordnung | |
| DE2822746C2 (de) | ||
| EP0025169B1 (de) | Integrierte Schaltung mit zwei CTD-Anordnungen | |
| DE2654316C2 (de) | ||
| DE2553658C2 (de) | Optoelektronische Sensoranordnung und Verfahren zu ihrem Betrieb | |
| DE2734366A1 (de) | Komplementaere eingangsstruktur fuer eine ladungsgekoppelte 2-kanal- anordnung |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |