<Desc/Clms Page number 1>
Ladingsgekoppelde beeldopneeminrichting en camera voorzien van een dergelijke ladingsgekoppelde beeldopneeminrichting.
De uitvinding heeft betrekking op een ladingsgekoppelde beeldopneeminrichting omvattende een halfgeleiderlichaam dat aan een oppervlak is voorzien van een matrix, opneemmatrix genoemd, van beeldopneemelementen, met een stelsel van naast elkaar gelegen, zieh evenwijdig aan elkaar en evenwijdig aan het oppervlak in het halfgeleiderlichaam uitstrekkende, ladingstransportkanalen waarin elektrische lading, die in de beeldopneemelementen is gegenereerd door absorptie van straling, in de vorm van ladingspakketten kan worden opgeslagen en getransporteerd naar een uideesorgaan onder invloed van klokspanningen die worden aangelegd aan een stelsel van klokelektroden die boven de ladingstransportkanalen zijn gevormd. De uitvinding betreft bovendien een camera voorzien van een dergelijke beeldopneeminrichting.
Een dergelijke inrichting is bijvoorbeeld bekend uit de gepubliceerde Europese octrooiaanvrage EP-A 0 547 697 (PHN 13926). Hierin wordt een ladingsgekoppelde beeldopnemer beschreven waarvan de verhouding tussen de breedte en de hoogte (aspect ratio) variabel is, in het bijzonder instelbaar is tussen twee standaardwaarden, nl. 16/9 en 4/3. De waarde 4/3 correspondeert met de tot nog toe gebruikelijke aspect ratio voor TV beelden. De waarde 16/9 correspondeert met de aspect ratio voor breed-beeld TV. Aan de opneemkant biedt het grote voordelen een camera te gebruiken die op deze twee standaardwaarden kan worden ingesteld. In de hiervoor genoemde Europese octrooiaanvrage EP-A 0 547 697 is daartoe voorgesteld een beeldopnemer te gebruiken in de 16/9 uitvoering en daarvan in breed-beeld toepassingen alle kolommen te gebruiken.
Voor toepassingen in de 4/3 standaard worden daarentegen de kolommen in twee banden, gelegen aan de linker en de rechter rand van de matrix niet gebruikt als aktieve video informatie. De signalen in deze kolommen worden bijvoorbeeld in de lijn terugslag tijd via het uitleesregister afgevoerd. Een bezwaar hiervan is dat het aantal beeldpunten per lijn verandert wat, bij gelijk blijvende lijntijd, betekent
<Desc/Clms Page number 2>
dat de frequentie in de camera verandert, wat weer bezwaren voor de signaalverwerking heeft. Bovendien brengt deze omzetting een verlies in de horizontale resolutie en een verandering van de horizontale kijkhoek met zieh mee.
In het algemeen kan gesteld worden dat een converteerbare beeldopnemer van dit bekende type geoptimaliseerd is voor de 16/3 aspect verhouding, maar een minder bevredigende werking in de 4/3 mode heeft.
De uitvinding beoogt onder meer een dergelijke ladingsgekoppelde beeldopneeminrichting te geven die zowel in de 16/9 als in de 4/3 mode kan worden bedreven en waarin de breedte in de 4/3 mode gelijk is aan de breedte in de 16/9 mode en waarin derhalve het aantal beeldpunten per lijn niet verandert. De uitvinding beoogt verder een ladingsgekoppelde beeldopneeminrichting te geven waarvan de hoogte instelbaar is bij gelijk blijvend aantal lijnen en bij gelijk blijvende horizontale kijkhoek.
De uitvinding beoogt bovendien een ladingsgekoppelde beeldopnemer te geven waarvan het aantal lijnen instelbaar is.
Een ladingsgekoppelde beeldopneeminrichting volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat middelen aanwezig zijn met behulp waarvan de inrichting althans tijdens het transport naar wens als een M-fase ladingsgekoppelde inrichting, waarbij een ladingspakket correspondeert met M klokelektroden of als een N-fase ladingsgekoppelde inrichting, waarbij een ladingspakket correspondeert met N klokelektroden kan worden bedreven, waarbij N kleiner is dan M. Door verandering van het aantal fasen wordt ook de hoogte van de beeldelementen veranderd. Hierdoor kan, bij een gegeven aantal klokelektroden, door de keuze van de fase het aantal beeldlijnen worden gevarieerd.
Door naar een lager fasen-aantal over te gaan, waarbij het aantal beeldlijnen wordt verhoogd, en het surplus aan beeldlijnen niet te gebruiken als aktieve video informatie, is het mogelijk om, bij gelijk blijvend aantal beeldlijnen, de hoogte van de beeldmatrix en daarmee de hoogte/breedte verhouding te varieren. Doordat daarbij de breedte van het beeld niet verandert, worden problemen zoals hiervoor beschreven vermeden.
Een belangrijke uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat de breedte-hoogte verhouding bij M-fase bedrijf gelijk of
<Desc/Clms Page number 3>
althans praktisch gelijk is aan 4/3, en bij N-fase bedrijf gelijk of althans nagenoeg gelijk is aan 16/9. Met voordeel kan de beeldopnemer geoptimaliseerd worden voor de 4/3 mode. Aangezien het in de 16/9 mode gaat om een verkleining van het beeld in verticale richting, wordt dit in het algemeen als aanzienlijk minder hinderlijk ervaren dan wanneer, zoals bij de bekende inrichting, uitgegaan wordt van een breed beeld dat voor de 4/3 mode smaller wordt gemaakt en in horizontale richting minder beeldpunten bevat.
Een belangrijke voorkeursuitvoering van een beeldopnemer volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat M en N gelijk zijn aan resp. vier en drie.
Verrassenderwijs blijkt in deze uitvoering de aspect verhouding, bij gelijk blijvend aantal beeldlijnen, van 4/3 bij 4-fase bedrijf, praktisch 16/9 te worden bij 3-fase bedrijf.
Een uitvoeringsvorm die het mogelijk maakt om zonder complexe schakelingen en/of bedradingen de ladingsgekoppelde inrichting als een 4-en een 3-fase systeem te bedrijven, is daardoor gekenmerkt dat de elektroden onderling zijn verbonden als een 12-fase ladingsgekoppelde inrichting.
De uitvinding kan met voordeel worden toegepast in inrichtingen waarin de in de opneemmatrix gegenereerde ladingspakketten direct vanuit de matrix worden uitgelezen. Een type van ladingsgekoppelde opneeminrichtingen waarvoor de uitvinding in het bijzonder van belang is, is daardoor gekenmerkt dat de beeldopneeminrichting van het raster-overdracht (FT) type is en, naast de opneemmatrix van beeldopneemele- menten, een geheugen en een hiermee gekoppeld uitleesregister omvat, waarbij de ladingspakketten na afloop van een integratieperiode via de ladingstransportkanalen in het geheugen worden getransporteerd en vanuit het geheugen lijn voor lijn in het uitleesregister worden getransporteerd via welk de ladingspakketten van een lijn naar uitleesmiddelen worden getransporteerd.
In een eerste type kan het geheugen worden uitgevoerd met een even groot aantal beeldlijnen als de opneemmatrix bij bedrijf in de 4/3 mode, waarbij een surplus aan beeldlijnen bij het verplaatsen van de informatie in het geheugen direct bijvoorbeeld via het uitleesregister wordt afgevoerd. In bepaalde uitvoeringen is dit echter niet mogelijk, bijvoorbeeld in uitvoeringen waarbij op de grens tussen de opneemmatrix en het geheugen een lijn is aangebracht die tegen invallende straling is gemaskeerd en gebruikt wordt als zwart-referentie. De lading die tijdens een integratieperiode in deze lijn wordt verzameld vormt en maat voor de
<Desc/Clms Page number 4>
donkerstroom die in een geheugen wordt opgeslagen en bij de signaalverwerking van de signalen wordt afgetrokken.
Omdat deze lijn op een normale wijze moet worden uitgelezen via het uitleesregister moeten ook de genoemde surplus lijnen in de 16/9 mode worden opgeslagen in de geheugensectie. Een voorkeursuitvoering van een beeldopneeminrichting volgens de uitvinding is derhalve daardoor gekenmerkt dat het geheugen meer opslagplaatsen heeft dan het maximale aantal ladingspakketten bij M-fase bedrijf van de matrix.
In bepaalde uitvoeringen is het mogelijk ladingspakketten op een andere wijze dan via het uitleesregister af te voeren. Zo wordt bijvoorbeeld in veel ladingsgekoppelde beeldopnemers met n-type begraven kanaal die momenteel op de markt worden gebracht uitgevoerd met een n-type substraat dat als afvoer van elektronen bij overbelichting wordt gebruikt. Via dit substraat kunnen ook overtollige ladingspakketten worden afgevoerd, bijvoorbeeld door middel van een spanningspuls op de elektroden van de opneemmatrix. Hiervan kan met voordeel gebruik worden gemaakt door surplus lijnen niet in het geheugen te transporteren maar af te voeren via het substraat nadat de aktieve video informatie in het geheugen is geplaatst.
Een verdere uitvoering van een inrichting volgens de uitvinding, die het voordeel van ruimtebesparing heeft, is daardoor gekenmerkt dat het aantal opslagplaatsen in het geheugen kleiner is dan het maximale aantal gevormde ladingspakketten bij N-fase bedrijf van de inrichting.
Voor sommige toepassingen kan het van voordeel zijn bij bedrijf in de 16/9 mode en surplus aan lijnen in een enkele, relatief brede band, gelegen aan een kant van de opneemmatrix, als overtollige informatie af te voeren. Een voorkeursuitvoering is daardoor gekenmerkt dat bij N-fase bedrijf van de matrix een surplus aan beeldlijnen wordt verkregen in vergelijking met het aantal beeldlijnen bij M-fase bedrijf, waarbij bij N-fase bedrijf de ladingspakketten in twee banden van beeldlijnen niet als video informatie wordt gebruikt, waarbij elke band een breedte heeft gelijk aan of ongeveer gelijk aan de helft van dit surplus, en waarbij een eerste band gelegen is aan de rand van de opneemmatrix grenzend aan het geheugen en de andere band gelegen is aan de tegenovergelegen rand van de opneemmatrix.
Doordat aan weerszijden twee relatief smalle banden in het beeld worden weggenomen, is de verschuiving van het optische midden in verticale richting verwaasloosbaar klein en althans veel kleiner dan wanneer aan een kant een relatief brede band wordt verwijderd. Bovendien kunnen in deze
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
uitvoering de ladingspakketten in de genoemde andere band van surplus lijnen gemakkelijk via het substraat in plaats van via het uitgangsregister worden verwijderd.
Het geheugen kan in analogie met de opneemmatrix ook omschakelbaar zijn tussen 4-fase en 3-fase bedrijf. Om echter in bepaalde uitvoeringen het aantal contactvlakken zo laag mogelijk te houden, wordt het geheugen bij voorkeur als een 4fase inrichting bedreven bij zowel 4-fase bedrijf als 3-fase bedrijf van de opneemmatrix.
De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en de bijbehorende schematische tekening, waarin Fig. l schematisch een FT-beeldopnemer de uitvinding weergeeft Fig. een bovenaanzicht van de elektroden configuratie in de opneemsectie van deze inrichting toont Fig. doorsnede van deze inrichting langs de lijn m-in in Fig.
Fig. een doorsnede van deze inrichting langs de lijn IV-IV in Fig. geeft Fig. een bovenaanzicht van een deel van de opneemsectie en de geheugensectie van de inrichting volgens Fig. l toont Fig. schematisch middelen weergeeft voor het genereren van klokspanningen voor deze inrichting Fig. een schema geeft van 4-fase klokspanningen die worden aangelegd aan deze inrichting bij een aspect ratio van 4/3 Fig. een schema geeft van 3-fase klokspanningen die worden aangelegd bij een aspect ratio van 16/9.
Fig. l-4 tonen schematisch een ladingsgekoppelde beeldopneeminrichting volgens de uitvinding van het, uit de literatuur algemeen bekende, FT-type. De inrichting omvat een halfgeleiderlichaam 1 dat gewoonlijk van silicium is en aan het oppervlak 2 is voorzien van een stelsel van naast elkaar gelegen ladingstransportkanalen 2 die zieh evenwijdig aan elkaar en evenwijdig aan het oppervlak 2 in het halfgeleiderlichaam uitstrekken. In Fig. l zijn slechts elf kanalen 2 getekend, maar het zal duidelijk
<Desc/Clms Page number 6>
zijn dat in werkelijkheid dit aantal veel groter zal zijn. De kanalen 2, of althans het met A aangegeven deel van het stelsel van kanalen, vormen een matrix, verder opneemmatrix genoemd, van beeldopneemelementen of pixels.
Zoals algemeen bekend is, worden tijdens bedrijf ladingsdragers die gedurende een integratieperiode door absorptie van plaatselijk invallende elektro-magnetische straling worden gegenereerd, door de dichtst bij zijnde pixel opgeslagen. De aldus gevormde ladingspakketten worden na de integratieperiode via de kanalen 2 lijn voor lijn naar een horizontaal uitgangsregister 4 getransporteerd en via register 4 naar een uitgang en daar met behulp van een uitleesorgaan, bijvoorbeeld een uitgangsversterker 3, uitgelezen. In bepaalde uitvoeringen van een beeldopneeminrichting volgens de uitvinding grenst het uitgangsregister 4 direct aan de opneemmatrix A. In de onderhavige uitvoering van een Fr-opnemer wordt het deel B van de kanalen 2, dat tussen de opneemmatrix A en het uitgangsregister 4 is gelegen, gebruikt als geheugen.
Na de integratieperiode worden de ladingspakketten snel als raster in het geheugen B getransporteerd en vanuit het geheugen via het register 4 uitgelezen terwijl in de opneemmatrix A een nieuw beeld wordt opgenomen.
De ladingsgekoppelde inrichting is in dit voorbeeld van het begraven kanaal type waarbij de kanalen 2, zoals in Fig. 3 en Fig. 4 te zien is, gevormd worden door n-type oppervlaktezones waarin de informatie opslag plaats vindt in de vorm van elektronen pakketten. De n-type kanalen 2 worden in het halfgeleiderlichaam begrensd door een p-type gebied 5 dat de kanalen 2 scheidt van een onderliggend n-type substraat gebied 6. Via dit substraat kunnen, zoals bekend, bijvoorbeeld overtollige ladingsdragers bij overbelichting worden afgevoerd (anti-blooming), ten behoeve waarvan de ptype zone 5 althans onder de zones 2 voldoende dun is om een potentiaalbarriere tussen de zones 2 en het substraat 6 te verkrijgen die lager is dan de potentiaalbarriere tussen naast liggende pixels in een zelfde kolom.
Uiteraard kunnen ook andere, op zichzelf bekende anti-blooming methoden worden toegepast. Bovendien zal het duidelijk zijn dat de uitvinding ook toepasbaar is in ladingsgekoppelde inrichtingen met oppervlaktetransport.
Het oppervlak van het halfgeleiderlichaam is voorzien van een stelsel van klokelektroden waarvan in Fig. 2-4 de elektroden 7-10 zijn weergegeven. De elektroden zijn op de gebruikelijke wijze door een dunne isolerende laag 11, meestal siliciumoxide of een combinatie van siliciumoxide en siliciumnitride, van het oppervlak van het
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
halfgeleiderlichaam geisoleerd. Voor de klokelektroden is in dit voorbeeld een configu- ratie gebruikt zoals onder meer is beschreven in de Europese octrooiaanvrage 932014- 63. 2 (PHN 14467), die op 21 mei 1993 is ingediend op naam van aanvraagster. De elektroden zijn samengsteld uit stroken 8a, 9a, 10a, enz. van n-type gedoteerd relatief dik polykristallijn silicium (poly), en uit delen 7b, 8b, 9b, lOb, enz. van n-type gedoteerd relatief dun poly.
De stroken a strekken zieh dwars over de matrix uit en zijn aan de rand van de matrix verbonden met middelen voor het aanleggen van klokspanningen waarop nog nader wordt ingegaan. Ter verkrijging van een voldoende lage weerstand is de dikte van de poly stroken a relatief groot, bijvoorbeeld 300 nm. De delen b van de klokelektroden bestaan uit poly met een dikte van ongeveer slechts 50 nm. Door de geringe dikte van het poly is het licht doorlatend vermogen van de delen 7b, 8b, 9b, enz. en daarmee de gevoeligheid van de beeldopnemer zeer hoog. Via contactvensters 12 zijn de dunne poly delen b verbonden met de stroken a die, gezien in de ladingstransportrichting, een breedte hebben die veel kleiner is dan van de dunne poly delen b en die daardoor slechts een geringe invloed op de gevoeligheid hebben.
Zoals in de tekening is weergegeven worden de elektroden 7b, 8b, 9b, enz. elk gevormd door vingers die zieh elk boven een CCD kanaal uitstrekken, waarbij naast elkaar gelegen vingers onderling gescheiden zijn door een ruimte die geheel vrij is van poly materiaal en voor de invallende straling een venster vormt waardoor de straling het halfgeleiderlichaam praktisch ongehinderd kan bereiken. Wanneer minder hoge eisen aan de gevoeligheid worden gesteld, is het uiteraaard ook mogelijk de poly delen b van elke elektrode als een aaneengesloten strook uit te voeren. Zoals uit de tekening blijkt, zijn de elektroden geheel of althans praktisch geheel gelijkvormig zodat bijvoorbeeld flicker, zoals "field-flicker" bij geinterlinieerde uitlezing, wordt vermeden.
Voor het aansturen van de klokelektroden van de opneemmatrix zijn middelen 13 (Fig. l) aanwezig die zodanig zijn dat de opneemmatrix naar wens als een M-fase ladingsgekoppelde inrichting of een N-fase ladingsgekoppelde inrichting, waarbij N kleiner is dan M, kan worden bedreven. In dit voorbeeld bedragen M en N resp. 4 en 3. Door middel van de fase instelling is het mogelijk de grootte van de pixels en daarmee van het aantal lijnen in te stellen. In het onderhavige voorbeeld wordt hiervan gebruik gemaakt om de aspect ratio, zijnde de verhouding tussen de breedte en de hoogte van de opneemmatrix, te kunnen wisselen tussen 4/3 en 16/9, bij gelijk blijvende
<Desc/Clms Page number 8>
breedte en gelijk blijvend aantal lijnen. In het geval dat een aspect ratio van 4/3 nodig is, wordt de gehele opneemmatrix A gebruikt en als een 4-fase inrichting bedreven.
Een 16/9 aspect ratio wordt verkregen door de opneemmatrix als een 3-fase inrichting te bedrijven en de hoogte van de opneemmatrix te verlagen door het aantal extra lijnen ten opzichte van 4-fase bedrijf niet als aktieve video informatie te gebruiken. Deze overtollige lijnen zijn gelocaliseerd in twee, even grote of althans praktisch even grote gebieden 14 en 15 aan de bovenkant resp. de onderzijde van de opneemmatrix. Tussen het gebied 15 en de geheugenmatrix B is tenminste een lijn 16 in de opneemmatrix aanwezig die tegen invallende straling is gemaskeerd, bijvoorbeeld door middel van een Al-scherm, en die gebruikt wordt als zwart referentie en in Fig. l met een zwarte streep is aangegeven. Een dergelijke referentielijn kan desgewenst ook aan de bovenkant van de opneemmatrix worden aangebracht.
De ladingspakketten die in de integratieperiode in deze lijn worden gevormd zijn afkomstig van lekstroom die van de signaalpakketten moet worden afgetrokken. De informatie van de lijn 16 wordt daartoe bijvoorbeeld via de uitgangsversterker 3 uitgelezen en opgeslagen in een geheugen 17 dat in Fig. l slechts schematisch is weergegeven.
De geheugenmatrix B wordt aangestuurd door middelen 18 waarmee de geheugenmatrix als een 4-fase inrichting wordt bedreven, zowel in de situatie waarbij de matrix A als een 4-fase als in de situatie waarbij de matrix A als een 3-fase CCD wordt bedreven. Het aantal lijnen in het geheugen B is gelijk of althans praktisch gelijk gekozen aan het aantal lijnen in de opneemmatrix in 3-fase mode, verminderd met het
EMI8.1
aantal in het gebied 14 aan de bovenrand van de opneemmatrix. Tijdens het i transport van een raster van de opneemsectie A in het geheugen B in de 16/9 mode worden de referentielijn 16, de overtollige lijnen of niet-aktieve lijnen 15 en de aktieve lijnen uit de opneemmatrix in het geheugen B getransporteerd, terwijl de niet-aktieve lijnen uit gebied 14 worden opgeslagen in het gebied 15.
Bij het uitlezen wordt eerst de informatie uit lijn 16 op een conventionele wijze via het register 4 uitgelezen en in het geheugen 17 opgeslagen. Vervolgens kunnen de niet-aktieve lijnen uit het gebied 15 via het register 4 worden afgevoerd. Doordat deze ladingspakketten niet worden gebruikt, is het niet nodig hierbij het geheugen synchroon met het uitgangsregister te bedrijven.
Wanneer daarbij, bijvoorbeeld om deze lading snel af te voeren, meer lading in het uitgangsregister wordt getransporteerd dan in het uitgangsregister kan worden opgesla-
<Desc/Clms Page number 9>
gen, kan een overschot aan lading via het substraat worden afgevoerd. Na het uitlezen van de aktieve lijnen via het register 4 en de uitgangsversterker 3 kunnen de niet-aktieve lijnen uit het gebied 14 bijvoorbeeld via het uitgangsregister 4 worden afgevoerd. Met voordeel echter kunnen de lijnen uit het gebied 14 ook worden afgevoerd via het n-type substraat 6, bijvoorbeeld door middel van een negatieve puls op de elektroden van het geheugen B, waardoor voor het afvoeren van deze lijnen geen of althans praktisch geen vertraging wordt geintroduceerd.
Bij voorkeur vindt het uitlezen van de referentielijn 16 en het afvoeren van de niet-aktieve lijnen uit het gebied 15 plaats in een tijdsinterval corresponderend met de verticale terugslagtijd van een TV beeld.
Opgemerkt wordt dat in het geval er geen referentielijn 16 aanwezig is, de niet-aktieve lijnen 15 bij het rastertransport direct via het uitgangsregister 4 kunnen worden afgevoerd en derhalve geen opslagruimte in het geheugen B vereisen, waardoor het geheugen kleiner kan zijn dan in het getekende uitvoeringsvoorbeeld met referentielijn 16.
De geheugenmatrix B en het horizontale uitgangsregister 4 worden op een gebruikelijke wijze aangestuurd. In Fig. 5 is dit voor het geheugen schematisch weergegeven door de vier kloklijnen 19-22 die afwisselend met een klokelektrode van de geheugensectie zijn verbonden en die verbonden zijn met een 4-fase klokspanningbron.
De klokelektroden van de opneemsectie A zijn op de wijze van een 12-fase systeem afwisselend met een van twaalf kloklijnen LI, L2, Lllg L12 verbonden. De kloklijnen LI - L12 zijn verbonden met kontaktvlakken 23 via welke 3-fase of 4-fase klokspanningen, afkomstig van een externe spanningsbron, worden toegevoerd. In Fig. 7 zijn de klokspanningen < - < als functie van de tijd weergegeven voor 4-fase bedrijf, waarbij Tt en T, resp. de transportfase en de integratieperiode in een raster voorstellen.
Fase 4 > 1 wordt aan de kloklijnen Ll, L5, en L9 toegevoerd ; fase zo aan de kloklijnen
EMI9.1
L2, L6, en L10 fase dz aan de kloklijnen L3, L7 en Lll de kloklijnen L4, L8 en L12. Fig. 8 geeft de klokspanningen dz 0", en 03 als functie van de tijd voor 3fase bedrijf. Fase (kl wordt aangelegd aan de kloklijnen LI, L4, L7 en L10 ; fase 4 > 2 aan de kloklijnen L2, L5, L8 en Lll ; fase dz aan de kloklijnen L3, L6, L9 en L12.
Hieruit blijkt dat elektroden waaraan zowel in 3-fase bedrijf als in 4-fase bedrijf, dezelfde klokspanning dient te worden aangelegd, door een kloklijn li (i = 1, 2, 3,-) met elkaar zijn verbonden, en dat elektroden waaraan in 3-fase bedrijf en in 4-fase bedrijf geen
<Desc/Clms Page number 10>
gemeenschappelijke klokspanning wordt aangelegd, niet met elkaar door een kloklijn zijn verbonden.
Fig. 6 geeft schematisch een instelbare klokspanningsbron met behulp waarvan 3-fase klokspanningen en 4-fase klokspanningen kunnen worden aangelegd. De bron omvat een kristaloscillator 25 waarvan de trillingen met bijvoorbeeld een PLDschakeling 26 (Programmable Logic Device) worden omgezet in 3- en 4-fase klokken.
Met de schakelaar S kan de 3-fase mode of de 4-fase mode gekozen worden. Met de demultiplex schakeling 27 worden 3-fase of 4-fase klokspanningen van de gewenste vorm gegenereerd, die aan de twaalf uitgangspennen 28 worden toegevoerd. de pennen 28 zijn elk met een van de aansluitkontaktvlakken 23 verbonden.
In het geval waarin met een enkel raster een compleet beeld moet worden opgenomen, omvat de beeldopneemmatrix, afgezien van de zwartrefentielijn of-lijnen 16, bijvoorbeeld 588 lijnen aktieve video informatie met 1000 beeldelementen of pixels per lijn. In verticale richting zijn voor 4-fase bedrijf 4 elektroden per pixel nodig zodat het aantal elektroden van de opneemmatrix 2352 bedraagt. De afmetingen zijn zodanig gekozen dat de breedte/hoogte verhouding van de opneemmatrix 4/3 bedraagt. Tijdens
EMI10.1
de integratieperiode Ti worden bijvoorbeeld van elke pixel drie fasen op een positieve spanning gezet, in Fig. de fasen 4 > h en dz terwijl fase 04 De fasen ,, dz en dz induceren potentiaalputten waarin elektronen worden verzameld en opgeslagen terwijl potentiaalbarrieres induceert die de pixels binnen een kolom van elkaar scheiden.
In de transportfase Tt correspondeert ook elk ladingspakket met 4 elektroden.
In de 3-fase mode (Fig. 8) correspondeert elke pixel met 3 elektroden. In de integratieperiode Ti staan bijvoorbeeld en t2 op het hoge, het ladingsintegrerende, niveau, terwijl dz op het lage niveau staat om pixels van elkaar te scheiden. In de 3-fase mode corresponderen de 2352 elektroden van de opneemmatrix met 784 lijnen, zodat het surplus aan lijnen ongeveer 200 bedraagt. De breedte van de in Fig. l aangegeven gebieden 14 en 15 bedraagt dan ongeveer 100 lijnen. Men kan gemakkelijk nagaan dat deze overtollige lijnen ongeveer met 1/4 van de oorspronkelijke hoogte van de opneemmatrix corresponderen.
Aangezien de hoogte 3/4 van de breedte bedraagt, bedraagt de hoogte van het aktieve deel van de opneemmatrix in 3-fase bedrijf althans nagenoeg slechts 9/16 van de breedte van de opneemmatrix, wat precies overeenstemt met de standaard verhouding van breed-beeld TV. In dit verband wordt opgemerkt dat de
<Desc/Clms Page number 11>
breedte van de matrix bij de overgang van de ene mode naar de andere mode niet verandert en daarmee ook niet de kijkhoek in horizontale richting. Ook verandert het aantal pixels per lijn niet en daarmee ook niet de signaalfrequentie per lijn. Bovendien verandert ook het aantal lijnen in verticale richting niet, waardoor de inrichting in beide modes beantwoord aan de voorgeschreven TV standaard.
Het hier beschreven uitvoeringsvoorbeeld betreft een z. progressive- scan"beeldopnemer waarin het aantal lijnen even groot is als het aantal lijnen in een beeldweergave inrichting, zoals een TV toestel. De uitvinding kan echter ook worden toegepast in ladingsgekoppelde beeldopnemers met ongeveer de helft van dit aantal lijnen, bijvoorbeeld met 300 lijnen. Met deze 300 lijnen kan in een integratieperiode een half TV raster van 600 lijnen worden opgenomen. Voor een heel raster is het gebruikelijk twee halve rasters in twee opeenvolgende integratieperioden op te nemen, zodanig dat deze rasters over een afstand van een halve pixel in verticale richting zijn verschoven (interlacing).
In de 4-fase mode kan dit op eenvoudige wijze worden uitgevoerd door bijvoorbeeld in het eerste halve raster lading te integreren onder de fasen < ,, < en C3 en fase #4 te gebruiken voor het induceren van de barrieres tussen de pixels, en door
EMI11.1
in het tweede halve raster lading te integreren onder de fasen < , en ze en de fase +2te gebruiken voor de barrieres tussen de pixels. Aangezien de elektroden allen praktisch gelijkvormig zijn, worden door deze verschuiving van pixels geen of althans praktisch geen ruis en andere onvolkomenheden zoals de reeds genoemde'field-flicker"geintroduceerd.
In de 3-fase mode is de situatie in zoverre moeilijker dat het nu niet mogelijk is de pixels stationnair over een afstand van een halve pixel te verschuiven aangezien er per pixel maar 3 elektroden aanwezig zijn. In dit geval kan de methode toegepast worden die is beschreven in de gepubliceerde Europese octrooiaanvrage 0 523 781 ten name van Aanvraagster, waarvan de inhoud in de onderhavige aanvrage als opgenomen dient te worden beschouwd.
In de genoemde gepubliceerde EP aanvrage is een 3-fase ladingsgekoppelde beeldopnemer beschreven waarin twee rasters die na elkaar worden opgenomen ten opzichte van elkaar effectief over een afstand van een halve pixel zijn verschoven door de lading in de integratieperiode heen en weer te schuiven waardoor de plaats van het zwaartepunt van de pixel bepaald wordt door de richting waarin de lading verschoven wordt en door de duur waarin de lading op een bepaalde plaats is opgeslagen. Door de lading in het ene halve raster in een andere
<Desc/Clms Page number 12>
richting te verplaatsen dan in het andere halve raster, kan, naar uit berekeningen volgt, het zwaartepunt van een bepaalde pixel in het ene halve raster over een afstand van een halve pixel, d. w. z. over een afstand van 1, 5 elektroden, worden verschoven ten opzichte van het andere halve raster.
Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding niet is beperkt tot de hier gegeven uitvoeringsvoorbeelden. Zo kan de inrichting ook een ladingsgekoppelde inrichting met opperv1aktetransport worden toegepast. In het beschreven uitvoeringsvoorbeeld, wordt de overgang tusen 4-fase bedrijf en 3-fase bedrijf gebruikt om de breedte-hoogte verhouding in te stellen. In plaats hiervan kan de uitvinding ook bijvoorbeeld toegepast
EMI12.1
worden om, bij gelijkblijvende breedte-hoogte verhouding, het aantal van de i lijnenopneemmatrix en daarmee bijvoorbeeld de verticale resolutie in te stellen.
Ook kan aan de bovenkant van de opneemmatix A in Fig. l een afvoer worden aangebracht waarbij in de 16/9 mode de transportrichting in het gebied 14 omgekeerd wordt tijdens het rastertransport. De uitvinding kan verder met voordeel worden toegepast in andere typen van ladingsgekoppelde beeldopnemers dan de hier beschreven FT-opnemer, bijvoorbeeld in opnemers waarin de integratie van de fotostroom in de ladingstransportkanalen en de generatie van lading in hoofdzaak gescheiden van de transportkanalen plaats vinden.