DE102014218243A1

DE102014218243A1 - Tdi-hochgeschwindigkeits-zeilensensor

Info

Publication number: DE102014218243A1
Application number: DE102014218243.3A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Bechen; Werner Brockherde
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2016-03-17

Abstract

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor mit einer Mehrzahl von CCD-Blöcken, wobei jeder der CCD-Blöcke folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von Spalten von CCD-Zellen, die nebeneinander angeordnet sind, wobei die CCD-Zellen jeder Spalte von CCD-Zellen in Serie geschaltet sind. Die CCD-Zellen jeder Spalte von CCD-Zellen sind ausgebildet, gemäß einem Taktsignal pro Takt Ladung zu akkumulieren, die akkumulierte Ladung einem Ladungspaket der jeweiligen CCD-Zelle hinzuzufügen, um ein aufintegriertes Ladungspaket zu erhalten, und das aufintegrierte Ladungspaket an eine nachfolgende CCD-Zelle zu verschieben. Ferner eine Floating Diffusion, welche an einem Ende jeder Spalte von CCD-Zellen zur Aufnahme eines Ladungspaketes einer letzten CCD-Zelle der jeweiligen Spalte von CCD-Zellen ausgebildet ist. Der TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor umfasst ferner eine Signalausleseschaltung zum Auslesen des Ladungspaketes der Floating Diffusion am Ende der Mehrzahl von Spalten von CCD-Zellen jedes CCD-Blocks, wobei Spaltenrichtungen der Mehrzahl von CCD-Blöcken parallel zueinander ausgerichtet sind und die Mehrzahl von CCD-Blöcken in Spaltenrichtung hintereinander angeordnet sind.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein System mit einem TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor sowie ein Verfahren zur digitalen Bildaufnahme mit einem TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor.
Die Anwendungsgebiete von Hochgeschwindigkeits-Zeilensensoren liegen unter anderem in der Inspektion von sich schnell bewegenden Objekten. Zu den wichtigsten Anwendungsgebieten gehören:

• Druckerzeugnisinspektion
• Oberflächeninspektion
• Röntgen-Defektanalyse
• Erdbeobachtung
• Schienenbruchanalyse

Findet die Bewegung des Objektes synchron mit dem Zeilenvorschub des Zeilensensors statt, so bietet sich die Nutzung des Time-Delay-Integration (TDI, Zeitverzögerte Integration) Verfahrens an, um die Empfindlichkeit zu steigern. Hier wird zu dem Signal, das der erste Objektpunkt auf der ersten Zeile erzeugt, das Signal, das der erste Objektpunkt auf der zweiten Zeile erzeugt, akkumuliert, während der zweite Objektpunkt mit der ersten Zeile aufgenommen wird. Durch dieses Verfahren wird das Signal-zu-Rausch-Verhältnis gesteigert.
Das Time-Delay-Integration-Verfahren stammt aus der Welt der CCD-Technologie und ist dort intrinsisch immer möglich, da die Signalladungspakete von einer CCD-Zelle zur nächsten entlang einer CCD-Spalte verschoben werden. Die Signalladungsverschiebung entlang der CCD-Matrix ist normalerweise auch ein nahezu rauschfreies Verfahren. Ein TDI-CCD-Bildgeber ist im Grunde ein Pixelarray wobei die Anzahl der Spalten normalerweise signifikant größer ist als die Anzahl der Zeilen. Für einen TDI-CCD-Imager mit ”N” CCD-Zellen pro Spalte beträgt die Signalladung, welche gesammelt wird bis das Ausgangssignal auf ein serielles Register am Ende der Spalte eingekoppelt wird, das N-fache des Signals, das während einer Integrationszeit in einer Zeilenscanzeit erzeugt wird.
Bei bekannten CCD-Sensoren wird jeweils eine letzte Zeile des CCD-Sensors, welche aus den letzten CCD-Zellen der jeweiligen Spalten besteht, durch horizontales Verschieben der Ladung der CCD-Zellen mittels eines seriellen CCD-Schieberegister, zu einer Floating Diffusion geschoben und in der Floating Diffusion Zelle für Zelle ausgelesen. Der Nachteil dabei ist, dass das horizontale Vershieben mittels des seriellen CCD-Schieberegisters die Zeilenauslese langsam macht, insbesondere bei langen Zeilen mit vielen Spalten.
Es gibt mehrere Gründe Active Pixel Sensoren (APS, aktive Pixelsensoren), welche in CMOS-Technik gefertigt werden anstelle von CCD-Sensoren zu verwenden und damit das TDI-Verfahren in die CMOS-Technologie zu übertragen (siehe z. B. die Referenz [2]), damit man von den vielen Vorteilen profitieren kann, die diese Technologie gegenüber der CCD-Technologie darstellt, wie z. B. Signalverarbeitungsmöglichkeiten auf dem Chip, kostengünstigere Prozesse etc.
Das TDI-Verfahren ist allerdings nicht ohne Weiteres auf CMOS basierte Bildgeber übertragbar. In bisherigen Umsetzungen wird die Signalladung direkt in jedem Pixel in eine Spannung umgewandelt. Um das TDI-Verfahren realisieren zu können, werden typischerweise Signaladdierer außerhalb der Pixelmatrix benutzt (siehe z. B. die Referenz [3]). Diese können analog implementiert werden, wie im Fall von „synchron-Shutter Pixeln (Synchronous Shutter Pixels)” (siehe z. B. die Referenz [3]) oder die Pixelausgangssignale können erst in digitale Signale umgewandelt und dann im digitalen Bereich aufsummiert werden (siehe z. B. die Referenz [3]).
Im Fall der Signaladdierung im analogen Bereich müssen alle Pixel synchron angesteuert werden. Alle Pixel fangen an, gleichzeitig zu integrieren und beenden auch gleichzeitig die Ladungsintegration. Die Signale aus jedem Pixel werden in einer Speicherzelle in jedem Pixel festgehalten bis die gesamte Matrix Zeile für Zeile ausgelesen wird. Während der Auslese der Pixelmatrix wird eine neue Integrationszeit gleichzeitig für die gesamte Matrix gestartet. Bei einem solchen Ausleseverfahren es ist nicht möglich ein echtes „Correlated Double Sampling” (CDS) durchzuführen, was zu einer Erhöhung des Ausleserauschens und einer Minimierung der Auslesedynamik des TDI-Ausgangssignals führt. Das Gegenteil ist jedoch genau das Ziel des TDI-Verfahrens bei CCDs.
Für über- oder unterabgetastete Szenen, wobei die Pixelintegrationszeiten unterschiedlich zu den Bewegungszeiten eines Objektes von einer Pixelzeile zur anderen sind, müssen die Pixel nicht unbedingt synchron ausgelesen werden. Die Auslese kann dann in einem Rolling-Shutter-Modus betrieben werden (siehe z. B. die Referenz [3]). Eine CDS-Auslese könnte damit durchgeführt werden, was die Rauschanteile im niederfrequenten Bereich minimiert und die Dynamik wieder erhöht. Hierfür werden Pixelstrukturen benutzt, die keine Speicherzelle benötigen. Allerdings, um das TDI-Verfahren in diesem Fall anwenden zu können, muss die Pixelmatrix mit einer erhöhten Geschwindigkeit ausgelesen werden. Eine erhöhte Auslesegeschwindigkeit führt zu erhöhten Ausleserauschanteilen, was wiederum genau dem Vorteil des CCD-TDI-Verfahrens entgegen wirkt.
Eine etwas bessere Variante basiert auf einer Analog-Digital-Umsetzung, die früh in der Signalauslesekette stattfindet, z. B. in jeder Spalte, um dann die Signale im digitalen Bereich aufsummieren zu können (siehe z. B. die Referenz [3]). Die Grenzen liegen bei diesem Verfahren in der erhöhten Auslese- beziehungsweise Analog-Digital-Umsetzungsgeschwindigkeit sowie im Quantisierungsrauschen der AD-Umsetzer. Die Kombination beider Effekte führt zu einer begrenzten Anzahl der Integrationsrepetitionen pro Auslese, wobei die Pixel am besten im Rolling-Shutter-Modus ausgelesen werden sollten.
Alle diese in CMOS realisierten TDI-Verfahren haben im Gegensatz zum TDI-Verfahren bei CCD's den Nachteil, dass die Signalladungen nicht rauschfrei akkumuliert werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Konzept für einen schnelleren TDI-Zeilensensor mit einem verbesserten Signal-zu-Rausch-Verhältnis beziehungsweise ohne Auflösungsverlust gegenüber einem TDI-CCD-Bildgeber zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 16, und ein Computerprogramm gemäß Anspruch 17 gelöst.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor mit einer Mehrzahl von CCD-Blöcken, wobei jeder der CCD-Blöcke folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von Spalten von CCD-Zellen, die nebeneinander angeordnet sind, wobei die CCD-Zellen jeder Spalte von CCD-Zellen in Serie geschaltet sind. Die CCD-Zellen jeder Spalte von CCD-Zellen sind ausgebildet, gemäß einem Taktsignal pro Takt Ladung zu akkumulieren, die akkumulierte Ladung einem Ladungspaket der jeweiligen CCD-Zelle hinzuzufügen, um ein aufintegriertes Ladungspaket zu erhalten, und das aufintegrierte Ladungspaket an eine nachfolgende CCD-Zelle zu verschieben. Ferner eine Floating Diffusion, welche an einem Ende jeder Spalte von CCD-Zellen zur Aufnahme eines Ladungspaketes einer letzten CCD-Zelle der jeweiligen Spalte von CCD-Zellen ausgebildet ist. Der TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor umfasst ferner eine Signalausleseschaltung zum Auslesen des Ladungspaketes der Floating Diffusion am Ende der Mehrzahl von Spalten von CCD-Zellen jedes CCD-Blocks, wobei Spaltenrichtungen der Mehrzahl von CCD-Blöcken parallel zueinander ausgerichtet sind und die Mehrzahl von CCD-Blöcken in Spaltenrichtung hintereinander angeordnet sind.
Die hier vorgestellte Erfindung beruht auf einem Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor nach dem TDI Verfahren mit Embedded CCD's in CMOS. Die Erfindung nutzt den Effekt, dass durch ”N” in Serie geschalteter CCD-Zellen, welche in den Spalten von CCD-Zellen angeordnet sind, jeder Punkt eines aufzunehmenden Objekts N-Fach aufgenommen wird. Die mit der ersten Aufnahme durch eine erste CCD-Zelle in einer Spalte von CCD-Zellen akkumulierte Ladung des ersten Punktes des aufzunehmenden Objektes wird zu einem Ladungspaket, welches nach einem Taktsignal an die nachfolgende CCD-Zelle weiter geschoben wird. In der nachfolgenden CCD-Zelle wird ebenfalls der erste Punkt des aufzunehmenden Objekts aufgenommen. Dadurch kann eine weitere Ladung akkumuliert und zu dem Ladungspaket hinzugefügt werden. Durch die N in Serie geschalteten CCD-Zellen innerhalb einer Spalte vom CCD-Zellen werden somit N akkumulierte Ladungen zu einem Ladungspaket aufintegriert. Das aufintegrierte Ladungspaket wird dabei durch das Taktsignal bei jedem Takt um eine CCD-Zelle in der Spalte von CCD-Zellen zu einer nachfolgenden CCD-Zelle weiter verschoben, bis das Ladungspaket an dem Ende der Spalte von CCD-Zellen angelangt ist. Am Ende der Spalte von CCD-Zellen wird durch eine Floating Diffusion das Ladungspaket in ein elektrisches Signal umgewandelt und von einer Signalausleseschaltung ausgelesen.
Die Anzahl der in Serie geschalteten CCD-Zellen in einer der Spalten von CCD-Zellen kann als TDI-Tiefe bezeichnet werden. Ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis SNR steigt bei gleichmäßiger Bestrahlung des aufzunehmenden Objekts mit der TDI-Tiefe um N an. Was eine deutliche Verbesserung gegenüber einem reinen CMOS-TDI Sensor darstellt. Bei reinen CMOS-TDI Sensor steigt das Signal-zu-Rausch-Verhältnis lediglich mit der Wurzel aus N.
Durch Anordnen einer Floating Diffusion am Ende jeder Spalte von CCD-Zellen jedes CCD-Blocks können die von der Floating Diffusion ausgegebenen elektrischen Signale parallel von einer Signalausleseschaltung ausgelesen werden, was eine deutliche Erhöhung der Auslesegeschwindigkeit gegenüber bekannten CCD-Sensoren darstellt, welche beispielsweise die Zeilen durch serielles Herausschieben auslesen.
Die CCD-Blöcke nehmen mit jedem Takt je ein aufintegriertes Ladungspaket pro Spalte von CCD-Zellen auf, wobei das Ladungspaket ein Maß für die von dem Objektpunkt beispielsweise in einer bestimmten Wellenlänge reflektierte elektromagnetischen Strahlung und damit einer bestimmten Farbe darstellen. Das Ladungspaket wird von der Floating Diffusion in ein elektrisches Signal gewandelt. Durch die Anordnung mehrerer CCD-Blöcke kann der Objektpunkt in K Farben, wobei K der Anzahl der CCD-Blöcke entspricht, erfasst werden. Durch eine Recheneinheit können die einzelnen Farben sortiert und zu einem Bild zusammengesetzt werden.
Der Ladungstransfer endet an den Floating Diffusions. Es findet somit kein Ladungstransfer von einer CCD-Zelle zu einer anderen CCD-Zelle zwischen den CCD-Blöcken statt. Die Spalten sind lediglich direkt untereinander bzw. hintereinander angeordnet. Durch die in Spaltenrichtung hintereinander angeordneten CCD-Blöcke wird der Objektpunkt von der exakt selben Spalte, in der nebeneinander angeordneten Mehrzahl von Spalten, in jedem der CCD-Blöcke erfasst, wodurch die Unterscheidbarkeit von Details (Schärfe) in dem Bild verbessert wird.
Des Weiteren wird ein Verfahren bereitgestellt, zur digitalen Bildaufnahme mit einem TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor mit einer Mehrzahl von CCD-Blöcken, wobei Spaltenrichtungen der Mehrzahl von CCD-Blöcken parallel zueinander ausgerichtet sind und die Mehrzahl von CCD-Blöcken in Spaltenrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei jeder der CCD-Blöcke folgende Merkmale aufweist, eine Mehrzahl von Spalten von CCD-Zellen, die nebeneinander angeordnet sind, wobei die CCD-Zellen jeder Spalte von CCD-Zellen in Serie geschaltet sind und das Verfahren folgende Schritte umfasst:

– Akkumulieren von Ladung pro Takt gemäß einem Taktsignal;
– Hinzufügen eines Ladungspaketes der jeweiligen CCD-Zelle zu der akkumulierten Ladung um ein aufintegriertes Ladungspaket zu erhalten;
– Verschieben des aufintegrierten Ladungspaketes an eine nachfolgende CCD-Zelle;
– Aufnehmen eines Ladungspaketes einer letzten CCD-Zelle der jeweiligen Spalte von CCD-Zellen durch eine Floating Diffusion;
– Auslesen des Ladungspaketes der Floating Diffusion am Ende der Mehrzahl von Spalten von CCD-Zellen durch eine Signalausleseschaltung.

Ferner wird ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung gemäß dem oben beschriebenen Verfahren bereitgestellt, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor läuft.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensors;
2 ein Ausführungsbeispiels eines CCD-Blocks mit einer Signalausleseschaltung;
3a eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensors mit mehreren untereinander angeordneten CCD-Blöcken;
3b eine schematische Darstellung eines TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensors, mit je einer Signalausleseschaltung pro Spalte und pro CCD-Block;
4 ein Timing Diagramm eines TDI Zeilensensors mit drei Farben;
5 eine System zur digitalen Bildaufnahme mit einem TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor.
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwertige Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen austauschbar ist.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensors 10. Bei dem TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor 10 ist eine Mehrzahl von CCD-Blöcken 16 nacheinander angeordnet. Jeder der CCD-Blöcke 16 umfasst dabei eine Mehrzahl von Spalten 12 ₁ von CCD-Zellen 14, die nebeneinander angeordnet sind, wobei die CCD-Zellen 14 jeder Spalte 12 ₁ von CCD-Zellen 14 in Serie geschaltet sind. Durch die Anordnung der CCD-Zellen 14 ergibt sich ein CCD-Block 16 oder eine Matrix beziehungsweise ein Array von CCD-Zellen 14.
Die nebeneinander angeordnete Mehrzahl von Spalten 12 ₁ von CCD-Zellen 14 ergeben eine Zeilenlänge M, wobei M eine natürliche Zahl größer gleich 1 ist, M ≥ 1. M kann in vorzugsweisen Ausgestaltungen gängigen Standards von Breiten von Bildausgabegeräten wie Monitoren entsprechen und beispielsweise 1024, 1280 oder 1920 betragen. Dadurch kann beispielsweise eine HD-Auflösung bei einer Bildaufnahme erzeugt werden. Je nach Breite eines aufzunehmenden Objekts und benötigter Bildauflösung kann jedoch auch eine andere Zahl von Spalten gewählt werden.
Die in Serie angeordneten CCD-Zellen 14 jeder Spalte 12 ₁ von CCD-Zellen 14 ergeben eine Spaltenlänge N, wobei N eine natürliche Zahl größer 1 ist, N ≥ 1. N gibt die TDI-Tiefe an und damit wie oft ein einzelner Objektpunkt eines aufzunehmenden Objekts innerhalb des CCD-Blocks 16 erfasst beziehungsweise akkumuliert wird. Je größer N ist, desto öfter wird dabei der einzelne Objektpunkt erfasst, wodurch das Signal-zu-Rausch-Verhältnis SNR bei gleichmäßiger Bestrahlung des aufzunehmenden Objekts steigt. Vorzugsweise Ausgestaltungen weisen eine Spaltenlänge N von 5 bis 50, besonders bevorzugte Ausgestaltungen eine Spaltenlänge N von 10 bis 20 auf.
Bei Ausführungsbeispielen sind die Mehrzahl von Spalten 12 ₁ von CCD-Zellen 14 in Spalten 12 ₁ zueinander angeordnet, so dass die CCD-Zellen 14 zusätzlich in Zeilen 18, welche rechtwinklig zu den Spalten 12 ₁ von CCD-Zellen 14 verlaufen angeordnet sind. Somit wird die Bilderfassung für alle Spalten 12 ₁ zeitgleich beendet und die Spalten 12 ₁ können zeitgleich ausgelesen werden.
Die CCD-Zellen 14 sind ausgebildet, gemäß einem Taktsignal pro Takt Ladung zu akkumulieren beziehungsweise photogenerierte Ladung des aufzunehmenden Objekts aufzunehmen, die akkumulierte Ladung einem Ladungspaket der jeweiligen CCD-Zelle 14 hinzuzufügen, um ein aufintegriertes Ladungspaket zu erhalten, und das aufintegrierte Ladungspaket an eine nachfolgende CCD-Zelle 14 zu verschieben. Das Taktsignal gibt den Takt vor. Der TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor ist ausgebildet auf diesen Takt die akkumulierte Ladung beziehungsweise das Ladungspaket von einer CCD-Zelle 14 der Spalte 12 ₁ von CCD-Zellen 14 zu einer in Serie geschalteten benachbarten CCD-Zelle 14 zu verschieben. Die Verschiebung der Ladungspakete kann dabei für alle CCD-Zellen 14 der Mehrzahl von Spalten 12 ₁ von CCD-Zellen 14 zum selben, durch das Taktsignal vorgegebenen, Zeitpunkt geschehen.
An einem Ende jeder Spalte 12 ₁ von CCD-Zellen 14 ist zur Aufnahme eines Ladungspaketes einer letzten CCD-Zelle 14 der jeweiligen Spalte 12 ₁ von CCD-Zellen 14 eine Floating Diffusion 20 angeordnet. Die Floating Diffusion 20 wandelt das Ladungspaket in ein elektrisches Signal. Das elektrische Signal kann beispielsweise eine elektrische Spannung oder ein elektrischer Strom sein, welcher von der Floating Diffusion 20 ausgegeben wird. Das elektrische Signal kann als analoges Signal oder als digitales Signal von der Floating Diffusion 20 ausgegeben werden.
Die Floating Diffusion 20 kann mit einer Signalausleseschaltung 22 zum Auslesen des Ladungspaketes der Floating Diffusion 20 am Ende der Mehrzahl von Spalten 12 ₁ von CCD-Zellen 14 jedes CCD-Blocks 16 verbunden sein. Die Signalausleseschaltung kann ausgebildet sein die Floating Diffusion 20 spaltenparallel auszulesen. Die Signalausleseschaltung 22 kann auch ausgebildet sein mehrere Spalten von CCD-Zellen 14, welche über einen Multiplexer zusammengeschaltet sind, auszulesen.
Die hintereinander angeordneten CCD-Blöcke 16 sind durch mit Streichlinien gezeichnete Kästchen angedeutet. In einem der Kästchen sind in einer schematischen Detailansicht die CCD-Zellen 14, die Floating Diffusion 20 und die Signalausleseschaltung 22 gezeigt. Die Spalten 12 ₁ weisen eine Spaltenrichtung auf und sind in diese Spaltenrichtung parallel zueinander ausgerichtet bzw. angeordnet. Entlang dieser Spaltenrichtung ist die Mehrzahl von CCD-Blöcken 16 hintereinander beziehungsweise nacheinander angeordnet. Es können K CCD-Blöcke 16 nacheinander in einer Linie angeordnet sein, wobei K eine natürliche Zahl größer 1 ist, K ≥ 1. Die weiteren CCD-Blöcke 16 (Farbblöcke) sind zusätzliche Zeilen. Zu jeder Spalte gibt es verschiedene Farbinformationen, die in den Blöcken mit weiteren Zeilen generiert werden. Die weiteren Zeilen müssen auch exakt unter den Zeilen des vorherigen Blocks angeordnet sein, so dass ein und dieselbe Spalte immer untereinander angeordnet ist.
Der TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensors 10 ist vorzugsweise in CMOS-Technologie ausgestaltet. Dabei kann eine CCD-Zelle 14 einen dotierten Halbleiter, in welchem freie Ladungsträger akkumulierbar sind, eine optisch transparente Elektrode und eine isolierende Schicht, welche zwischen dem dotierten Halbleiter und der optisch transparenten Elektrode angeordnet ist, umfassen. Die Spalten 12 ₁ von CCD-Zellen 14 sind eingebettet in CMOS-Technologie. Somit können alle Spalten 12 ₁ von CCD-Zellen 14 parallel durch die Floating Diffusion 20, welche beispielsweise in CMOS-Technologie ausgebildet ist, in ein elektrisches Signal gewandelt werden.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines CCD-Blocks 16 mit einer Signalausleseschaltung 22, welche mehrere Sourcefolger-Verstärker 24 umfasst. Die Signalausleseschaltung 22 kann, wie in 2 gezeigt, eine Mehrzahl von Sourcefolger-Verstärkern 24 umfassen. Dabei kann jede der Floating Diffusions 20 mit einem Sourcefolger-Verstärker 24 zum Auslesen des elektrischen Signals der Floating Diffusion 20 verbunden sein. Die Sourcefolger-Verstärker 24 können in CMOS-Technologie einfach und kostengünstig realisiert werden.
Die Signalausleseschaltung 22 kann auch eine Mehrzahl von Correlated Double Samplern (CDS) umfassen. Durch Correlated Double Sampler können die Rauschanteile im niederfrequenten Bereich minimiert und die Dynamik erhöht werden. Ferner kann die Signalausleseschaltung 22 eine Mehrzahl von Analog-Digital-Umsetzern umfassen, um das analoge Signal der Floating Diffusion 20 in ein digitales Signal umzusetzen und es beispielsweise einem Bildprozessor oder einer anderen digitalen Signalverarbeitung zur Verfügung zu stellen.
Die Signalausleseschaltung 22 kann einen Sourcefolger-Verstärker 24, einen Correlated Double Sampler und/oder einen Analog-Digital-Umsetzer pro Spalte 12 ₁ von CCD-Zellen 14 aufweisen. Dadurch kann eine schnelle parallele Verarbeitung der elektrischen Signale der Floating Diffusion 20 erreicht werden. Die Signalausleseschaltung 22 kann aber auch für eine Mehrzahl beziehungsweise Gruppe von Spalten 12 ₁ von CCD-Zellen 14 einen Sourcefolger-Verstärker 24, einen Correlated Double Sampler und/oder einen Analog-Digital-Umsetzer aufweisen. Dadurch können bei weniger schnellen Anwendungen von TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensors 10 Kostenvorteile erreicht werden. Gruppen von Spalten 12 ₁ von CCD-Zellen 14 sind mehrere Spalten 12 ₁ von CCD-Zellen 14, welche innerhalb einer Mehrzahl von Spalten 12 ₁ von CCD-Zellen 14 (CCD-Block 16) zusammen verschaltet sind.
3a zeigt ein Ausführungsbeispiel eines TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensors 40 mit mehreren untereinander angeordneten CCD-Blöcken 16. Der TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor 40 umfasst eine zweite Mehrzahl von Spalten 12 ₂ von CCD-Zellen 14 mit einer Floating Diffusion 20 an einem Ende jeder der zweiten Mehrzahl von Spalten 12 ₂ von CCD-Zellen 14, wobei die zweite Mehrzahl von Spalten 12 ₂ von CCD-Zellen 14 in Spaltenrichtung zu der Mehrzahl von Spalten 12 ₁ von CCD-Zellen 14 in einer Linie angeordnet ist. Die Signalausleseschaltung 22 ist ausgebildet, die Ladungspakete der Floating Diffusion 20 am Ende der ersten und der zweiten Mehrzahl von Spalten 12 ₁, 12 ₂ von CCD-Zellen 14 auszulesen. Die Spalten 12 ₁, 12 ₂ von CCD-Zellen 14 der Mehrzahl von CCD-Blöcken 16 können in einer Linie spaltenexakt zueinander angeordnet sein. Durch eine exakte Ausrichtung der Spalten auf einer Geraden wird exakt derselbe Objektpunkt von einer Spalte der ersten Mehrzahl von Spalten 12 ₁ und danach von einer Spalte auf derselben Linie in der zweiten Mehrzahl von Spalten 12 ₂ erfasst. Durch die spaltenexakte Ausrichtung der CCD-Blöcke 16 entsteht ein gute Unterscheidbarkeit von Details in einem Bild (Bildschärfe). Es können weitere CCD-Blöcke 16, wie vorhergehend beschrieben, ausgerichtet werden.
Jeder der CCD-Blöcke 16 kann zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Mehrzahl von Spalten 12 ₁ von CCD-Zellen 14 und die zweite Mehrzahl von Spalten 12 ₂ von CCD-Zellen 14, welche in CCD-Blöcken 16 direkt untereinander angeordnet sind beziehungsweise mehreren untereinander angeordneten Blöcken für elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen empfindlich sein.
Die Mehrzahl von Spalten 12 ₁ von CCD-Zellen 14, die nebeneinander angeordnet sind, wobei die CCD-Zellen 14 jeder Spalte 12 ₁ von CCD-Zellen 14 in Serie geschaltet sind, sowie die zweite Mehrzahl von Spalten 12 ₂ von CCD-Zellen 14, die nebeneinander angeordnet sind, wobei die CCD-Zellen 14 jeder Spalte 12 ₂ von CCD-Zellen 14 in Serie geschaltet sind und ferner dritte, vierte oder weitere Mehrzahlen von Spalten von CCD-Zellen 14, die nebeneinander angeordnet sind, wobei die CCD-Zellen 14 jeder Spalte von CCD-Zellen 14 in Serie geschaltet sind, können auch als CCD-Blöcke 16, Arrays, Blöcke oder als Farbblöcke bezeichnet werden. Es können beispielsweise K CCD-Blöcke nacheinander in einer Linie angeordnet sein. Vorzugsweise sind 3 CCD-Blöcke 16 in einer Linie angeordnet, wobei beispielsweise die Farben rot, grün, und blau mit den CCD-Blöcken 16 erfasst werden können.
Bei CCDs mit dem TDI-Verfahren wird die Ladung zeilenweise durch den CCD-Block 16 (Array) beziehungsweise durch die in Serie geschalteten CCD-Zellen 14 einer Mehrzahl von Spalten 12 ₁, 12 ₂ von CCD-Zellen 14, welche nebeneinander angeordnet sind, geschoben, und auf das jeweilige Ladungspaket wird die photogenerierte Ladung der erneuten Belichtung des gleichen Objektpunktes nach dem Vorschub des Objektes akkumuliert. Da es bei zeilenweise aufgebrachten Farbfiltern (Trilineare Farbfilter) zur Vermischung der Signale der einzelnen Farben käme, ist das Aufbringen der Farbfilter nur blockweise möglich, sofern keine räumlichen Auflösungsverluste hingenommen werden können. Dabei wird das Bild nach der Auslese der Farbblöcke, wobei die Farbblöcke die einzelnen Farbanteile des Bildes liefern, mit einer Recheneinheit sortiert und zusammengesetzt. Dies ist möglich, da das aufzunehmende Objekt beziehungsweise die einzelnen Objektpunkte zeitlich nacheinander die einzelnen Farbblöcke erreicht.
Bei Ausführungsbeispielen können an mindestens einem der CCD-Blöcke 16 beziehungsweise der Mehrzahl von Spalten 12 ₁ von CCD-Zellen 14 oder an der zweiten Mehrzahl von Spalten 12 ₂ von CCD-Zellen 14 optische Farbfilter angeordnet sein. Ein optisches Farbfilter kann beispielsweise bestimmte Farben (Strahlung bestimmter Wellenlänge) passieren lassen oder eine bestimmte Farbe herausfiltern. Optische Farbfilter können beispielsweise aus eingefärbtem Glas oder Kunststoff hergestellt sein. Es ist ferner auch möglich, dass die CCD-Zellen 14 nur auf elektromagnetische Wellen mit einer bestimmten Wellenlänge empfindlich sind und somit nur beim Auftreffen bestimmter Farben Ladung akkumulieren. Es ist in Ausführungsbeispielen auch möglich, dass mindestens einer der CCD-Blöcke 16 beziehungsweise die Mehrzahl von Spalten 12 ₁ von CCD-Zellen 14 oder die zweite Mehrzahl von Spalten 12 ₂ von CCD-Zellen 14 mit einem Infrarot-Filter zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 780 nm–1 mm ausgebildet ist. Für gewisse Anwendungen kann es von Vorteil sein, anstelle oder zusätzlich zu Licht im sichtbaren Spektrum, Infrarotstrahlung zu detektieren.
Bei Ausführungsbeispielen kann durch die Verwendung von Embedded CCD's im CMOS-Prozess, bei Farbsensoren, welche mehrere Farbblöcke umfassen, die Möglichkeit einer parallelisierten Signalauslese genutzt werden. Dadurch kann die Zeilenfrequenz gegenüber bekannten CCD-Sensoren deutlich gesteigert werden. Dies gilt insbesondere bei der Verwendung von Farbfiltern.
Ferner sind bei Ausführungsbeispielen CCD-Zellen 14, in jeder der Mehrzahl von CCD-Blöcken 16, zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung mit gleicher Wellenlänge ausgebildet. Die CCD-Zellen 14 eines CCD-Blocks 16 sind für elektromagnetische Strahlung mit gleicher Wellenlänge empfindlich. Es können auch mehrere CCD-Blöcke 16 für die gleiche Wellenlängen empfindlich sein.
Bei Ausführungsbeispielen ist der TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor 40 ausgebildet, in mindestens einem der CCD-Blöcke 16, in jeder Spalte 12 ₁, 12 ₂ von CCD-Zellen 14, in mindestens einer der CCD-Zellen 14 keine Ladung zu akkumulieren. Durch Änderung der Ansteuerung im TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor ist auch eine Auslese mit weniger als N Zeilen möglich. Dadurch kann die TDI-Tiefe variiert werden. Dadurch ist möglicherweise auch eine Anpassung bei der Sortierung der Daten notwendig. Vorzugsweise werden in einem CCD-Block 16 bestimmte Zeilen 18 deaktiviert bzw. derart geschaltet, dass die CCD-Zellen 14 der deaktivierten Zeilen 18 keine Ladung akkumulieren. In besonders bevorzugten Ausgestaltungen werden die CCD-Zellen am Anfang der Spalten 12 ₁, 12 ₂ von CCD-Zellen 14 deaktiviert. Es können ferner auch nur bestimmte CCD-Zellen 14 bestimmter Zeilen 18 deaktiviert werden. Durch das Deaktivieren bestimmter CCD-Zellen 14 kann beispielsweise ein Übersteuern der Spalten 12 ₁, 12 ₂ von CCD-Zellen 14 verhindert werden. Beim Übersteuern wird in den CCD-Zellen 14 der Spalten 12 ₁, 12 ₂ versucht Ladungsträger zu akkumulieren, obwohl eine maximale Anzahl an freien Ladungsträgern in der CCD-Zelle 14 bereits erreicht ist. Das heißt, zu einem Ladungsträgerpaket können keine zusätzliche Ladungen mehr aufintegriert werden. Dadurch kann es beispielsweise zu Verfälschungen im Kontrast des Bildes kommen.
Mit dem in den 3a und 3b gezeigten Konzept kann die Geschwindigkeit von TDI-Zeilensensoren mit Farbe durch Parallelisierung deutlich erhöht werden. Das Konzept ist dabei für einen CMOS-Prozess mit Embedded CCD-Technologie ausgelegt und wäre für eine reine CCD-Technologie nicht geeignet. Wie in den 3a und 3b gezeigt, besteht die Pixelmatrix aus TDI Imaging Regionen beziehungsweise CCD-Blöcken 16 mit jeweils M Spalten beziehungsweise Spalten 12 ₁, 12 ₂ von CCD-Zellen 14 und N Zeilen 18 beziehungsweise in Serie geschalteter CCD-Zellen 14, welche entsprechend der Anzahl an verwendeten CCD-Blöcken 16 (Farbfiltern) K mal auftreten.
Bei Ausführungsbeispielen ist in jedem der CCD-Blöcke 16 die gleiche Anzahl von Spalten 12 ₁, 12 ₂ von CCD-Zellen 14, nebeneinander angeordnet. Dies ermöglicht die spaltenexakte Anordnung der CCD-Blöcke 16 nacheinander. Somit lassen sich immer gleich große und gleich positionierte Objektpunkte in den Spalten 12 ₁, 12 ₂ der Mehrzahl von CCD-Blöcken 16 erfassen. Durch das Akkumulieren von Ladungsträgern für immer gleich große und gleich positionierte Objektpunkte in den verschiedenen CCD-Blöcken 16 kann aus den jeweiligen Ladungspaketen der letzten CCD-Zellen 14 der CCD-Blöcke 16 ein Bild mit hoher Bildschärfe zusammengesetzt werden.
Jede TDI Imaging Region (CCD-Block 16) kann mit einem Filter einer bestimmten Farbe ausgestattet sein und definiert somit einen Farbblock. Die Anzahl an Zeilen N beziehungsweise in Serie geschalteter CCD-Zellen 14 pro Farbblock definiert gleichzeitig die maximale TDI Tiefe.
Die Aufnahme des Objekts (Bildaufnahme) beginnt mit dem ersten Farbblock (CCD-Block 16). Das Objekt bewegt sich synchron zum Zeilenvorschub und wird über jede der N Zeilen 18 beziehungsweise in Serie geschaltete CCD-Zellen 14 erneut belichtet, sobald das Ladungspaket der vorherigen Belichtung in die aktuell belichtete Zeile 18, welche zu diesem Zeitpunkt zum entsprechenden Objektpunkt zugehörig ist, verschoben wurde. Dadurch wird das Signal von jedem Objektpunkt N mal akkumuliert. Der Zeilenvorschub der Ladungspakete erfolgt in ähnlicher Weise wie bei bekannten CCD-Sensoren.
In Ausführungsbeispielen ist das Taktsignal zu einer Relativbewegung zwischen dem TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor und einem aufzunehmenden Objekt synchronisiert. Durch die Synchronisierung des Taktsignals auf die Relativbewegung wird bei der Akkumulierung der Ladungspakete in den CCD-Zellen ein erster Objektpunkt bei einem ersten Takt von einer ersten CCD-Zelle erfasst und nach einer Relativbewegung des ersten Objektpunktes zu einer nachfolgenden CCD-Zelle bei einem zweiten Taktsignal von der nachfolgenden CCD-Zelle erfasst, wobei das Ladungsträgerpakete mit dem Takt von der ersten CCD-Zelle auf die nachfolgende CCD-Zelle übertragen wird. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis wird dadurch um die Anzahl der in Serie angeordneten CCD-Zellen in jeder Spalte von CCD-Zellen erhöht.
Die Floating Diffusion FD 20 nach der letzten Zeile eines Farbblockes 16 beziehungsweise am Ende jeder Spalte 12 ₁, 12 ₂ von CCD-Zellen 14 wird in Ausführungsbeispielen parallelisiert und im Idealfall spaltenparallel, ausgelesen. Dafür wird das Signal an eine Signalausleseschaltung 22 (Signalauslese-Elektronik) weitergeleitet. Diese kann im einfachsten Fall aus einen Sourcefolger-Verstärker bestehen oder aber auch Correlated Double Sampling (CDS) und eine Analog-Digital-Umsetzung durchführen. Die Signalausleseschaltung 22 (erster Buffer-Verstärker) kann entweder direkt bei der Floating Diffusion 20 positioniert werden oder erst nach den gesamten Farbblöcken (CCD-Blöcken 16). Die Signalausleseschaltung 22 kann auch ausgebildet sein, die Floating Diffusion 20 von Gruppen von Spalten 12 ₁ von CCD-Zellen 14 innerhalb einer jeweiligen Gruppe parallel und zwischen den Gruppen von Spalten 12 ₁, innerhalb eines CCD-Blocks 16, seriell auszulesen. Es ist aber auch möglich, dass die Signalausleseschaltung 22 ausgebildet ist, die Floating Diffusion 20 von Gruppen von Spalten 12 ₁ von CCD-Zellen 14 innerhalb einer jeweiligen Gruppe seriell und zwischen den Gruppen von Spalten 12 ₁, innerhalb eines CCD-Blocks 16, parallel auszulesen. Gemeint ist, dass statt einer spaltenparallelen Signalausleseschaltung mehrere Spalten (ob nun in Block 12 ₁ oder Block 12 ₂) sich eine Signalausleseschaltung teilen (es gibt also weniger Signalausleseschaltungen 22 als beim spaltenparallelen Ansatz), und die einzelnen Spalten 12 ₁, 12 ₂, welche sich eine Signalausleseschaltung teilen, werden seriell nacheinander ausgelesen.
Die Signalausleseschaltung 22 kann auch ausgebildet sein, die Floating Diffusion 20 von CCD-Blöcken 16 innerhalb des CCD-Blocks 16 parallel und zwischen den CCD-Blöcken 16 seriell auszulesen. Das heißt, jeder CCD-Block 16 weist eine Mehrzahl von Floating Diffusion 20 auf. Die Floating Diffusion 20 werden innerhalb des CCD-Blocks 16 parallel ausgelesen. Das Auslesen der einzelnen CCD-Blöcke kann dann seriell erfolgen. Zu einem späteren Zeitpunkt erreicht die Bewegung des aufzunehmenden Objektes den zweiten CCD-Block 16 (Farbblock) und die Auslese erfolgt für die Farbe des zweiten CCD-Blocks 16 (Farbblocks) nach dem gleichen Prinzip wie beim ersten CCD-Block 16 (Farbblock). Dies wird für alle CCD-Blöcke 16 (Farbblöcke) je einmal durchgeführt. Jeder Objektpunkt des aufzunehmenden Objekts wird somit gesamthaft K mal aufgenommen.
Durch diese Art der Bildaufnahme werden die Farbinformationen, die zu einem Objektpunkt gehören, zeitlich versetzt ausgegeben. Um wieder ein Bild zu generieren, in dem zu jedem Objektpunkt ein aus den einzelnen aufgenommenen Farben zusammengesetztes Farbpixel gehört, müssen die ausgelesenen Signale der CCD-Blöcke 16 (Farbblöcke) mit einer Recheneinheit sortiert und zusammengesetzt werden, so dass der Zeitversatz, welcher durch die zeitverzögerte Aufnahme der verschiedenen Farben der einzelnen Objektpunkte entsteht, korrigiert wird.
3b zeigt eine schematische Darstellung eines TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensors 40. Wie bereits vorgängig in 3a beschrieben, sind auch in 3b mehrere CCD-Blöcke 16 nacheinander angeordnet. Dabei ist jede der Floating Diffusions 20 am Ende jedes CCD-Blocks 16 beziehungsweise jeder Spalte 12 ₁, 12 ₂ von CCD-Zellen 14, mit je einer Signalausleseschaltung 22 verbunden. Somit können sämtliche Floating Diffusions 20 parallel durch die Signalausleseschaltungen 22 ausgelesen werden, wodurch eine schnelle Signalverarbeitung ermöglicht wird.
4 zeigt ein Timing Diagramm der Objektpunkte an einer Floating Diffusion am Beispiel mit drei Farben (FD1, FD2, FD3). Zur Erläuterung der Funktionalität eines TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensors mit mehreren CCD-Blöcken (Farbblöcken) wird als Beispiel ein dreifarbiger Zeilensensor angenommen, wobei jeder Farbblock aus zwei in Serie geschalteten CCD-Zellen und damit zwei lichtempfindlichen Zeilen sowie einer Zeile mit Floating Diffusions besteht. Somit ist die TDI-Tiefe hier N = 2. Bei den drei Farben kann es sich beispielsweise um die Farben rot (FD1), grün (FD2) und blau (FD3) handeln. 4 zeigt den prinzipiellen zeitlichen Verlauf, mit dem die Objektpunkte bei den drei Zeilen inklusive den Floating Diffusions ankommen. Bei der Darstellung handelt es sich um einen zeitlichen Verlauf in einer willkürlichen Einheit (arbitrary unit), wobei ein Inkrement für eine Zeilenperiode steht. Eine Zeilenperiode dauert von einem Taktsignal bis zu einem folgenden Taktsignal. Hier wird angenommen, dass der Objektpunkt O1 zum Zeitpunkt 0 auf die erste lichtempfindliche Zeile und damit auf die erste der zwei in Serie geschalteten CCD-Zellen des ersten CCD-Blocks (Farbblocks, FD1) des TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensors trifft. Zum Zeitpunkt 1 trifft der Objektpunkt O1 auf die zweite der zwei in Serie geschalteten CCD-Zelle der Spalte von CCD-Zellen des ersten Farbblocks (FD1). Ebenfalls zum Zeitpunkt 1 trifft ein weiterer Objektunkt (der Objektpunkt O2) wiederum auf die erste der zwei in Serie geschalteten CCD-Zellen.
Bis zum Zeitpunkt 2 werden von den zwei in Serie geschalteten CCD-Zellen einer Spalte von CCD-Zellen des ersten CCD-Blocks (Farbblocks) für den Objektpunkt O1 die Rotanteile erfasst, wobei die zwei CCD-Zellen Ladung akkumulieren. Die von den zwei CCD-Zellen akkumulierte Ladung wird zu einem Ladungspaket hinzugefügt und aufintegriert. Nach dem Zeitpunkt 2 wird das Ladungspaket von der Floating Diffusion von der zweiten CCD-Zelle, welche im Ausführungsbeispiel die letzte CCD-Zelle der jeweiligen Spalte von CCD-Zellen eines CCD-Blocks ist, aufgenommen. Die Floating Diffusion wandelt das Ladungspaket beispielsweise in ein elektrisches Signal, welches von der Signalausleseschaltung ausgelesen werden kann. Somit ist die Auslese des roten Signals des Objektpunktes O1 nach 3 Zeilenperioden abgeschlossen.
Nach 3 Zeilenperioden kann das Akkumulieren der Ladung des Grünanteils des Objektpunktes O1 in den CCD-Zellen beginnen, wobei angenommen wird, dass der Objektpunkt O1 zum Zeitpunkt 3 auf die erste lichtempfindliche Zeile und damit auf die erste der zwei in Serie geschalteten CCD-Zellen des zweiten CCD-Blocks (Farbblocks, FD2) des TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensors trifft. Zum Zeitpunkt 4 trifft der Objektpunkt 1 auf die zweite der zwei in Serie geschalteten CCD-Zellen der Spalte von CCD-Zellen des zweiten Farbblocks (FD2).
Bis zum Zeitpunkt 5 werden somit von den zwei in Serie geschalteten CCD-Zellen der Spalte von CCD-Zellen des zweiten Farbblocks für den Objektpunkt O1 die Grünanteile erfasst, wobei die zwei CCD-Zellen Ladung akkumulieren. Die von den zwei CCD-Zellen akkumulierte Ladung wird zu einem Ladungspaket hinzugefügt und aufintegriert. Nach dem Zeitpunkt 5 wird das Ladungspaket von der Floating Diffusion von der zweiten CCD-Zelle, welche im Ausführungsbeispiel die letzten CCD-Zelle der jeweiligen Spalte von CCD-Zellen eines Farbblocks ist, aufgenommen. Die Floating Diffusion wandelt das Ladungspaket beispielsweise in ein elektrisches Signal, welches von der Signalausleseschaltung ausgelesen werden kann. Somit ist die Auslese des grünen Signals des Objektpunktes O1 nach 6 Zeilenperioden abgeschlossen.
Nach 6 Zeilenperioden kann das Akkumulieren der Ladung des Blauanteils des Objektpunktes O1 in den CCD-Zellen beginnen, wobei angenommen wird, dass der Objektpunkt O1 zum Zeitpunkt 6 auf die erste lichtempfindliche Zeile und damit auf die erste der zwei in Serie geschalteten CCD-Zellen des dritten CCD-Blocks (Farbblocks, FD3) des TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensors trifft. Zum Zeitpunkt 7 trifft der Objektpunkt 1 auf die zweite der zwei in Serie geschalteten CCD-Zellen der Spalte von CCD-Zellen des dritten Farbblocks (FD3).
Bis zum Zeitpunkt 8 werden somit von den zwei in Serie geschalteten CCD-Zellen der Spalte von CCD-Zellen des dritten Farbblocks für den Objektpunkt O1 die Blauanteile erfasst, wobei die zwei CCD-Zellen Ladung akkumulieren. Die von den zwei CCD-Zellen akkumulierte Ladung wird zu einem Ladungspaket hinzugefügt und aufintegriert. Nach dem Zeitpunkt 8 wird das Ladungspaket von der Floating Diffusion von der zweiten CCD-Zelle, welche im Ausführungsbeispiel die letzten CCD-Zelle der jeweiligen Spalte von CCD-Zellen eines Farbblocks ist, aufgenommen. Die Floating Diffusion wandelt das Ladungspaket beispielsweise in ein elektrisches Signal, welches von der Signalausleseschaltung ausgelesen werden kann. Somit ist die Auslese des blauen Signals des Objektpunktes O1 nach 9 Zeilenperioden abgeschlossen.
Somit erhält man nach der Verzögerung von 9 Zeilenperioden die vollständige Farbinformation des ersten Objektpunktes O1. Danach entsteht mit jeder weiteren Zeilenperiode die vollständige Information einer ganzen Zeile.
In diesem Fall beträgt der zeitliche Versatz zwischen den einzelnen Farben einer Zeile, die einen Objektpunkt abbildet, drei Zeilenperioden. Dieser Versatz wird dann mit einer Recheneinheit korrigiert, so dass z. B. die in 4 grau markierten Farbsignale für den Objektpunkt O1 zu einer Bildzeile, welche alle drei Farben umfasst, zusammengeführt werden.
5 zeigt ein System zur digitalen Bildaufnahme mit einem TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor 70. Das System umfasst zusätzlich einen Träger 72 zur Aufnahme des TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor 70 und ist ausgebildet, eine Relativbewegung zwischen dem TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensors 70 und dem aufzunehmenden Objekt 74, zu erzeugen. Der TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor 70 ist in dem Ausführungsbeispiel an dem Träger 72 befestigt. Ein aufzunehmendes Objekt 74, wie beispielsweise ein Schriftstück 76 eines Druckers oder Banknoten einer Banknotenpresse, können beispielsweise auf einem Endlosband 78 an dem TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor 70 vorbeigeführt werden. Durch den am Träger 72 montierten TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor 70 und die Bewegung des aufzunehmendes Objekt 74 auf dem Endlosband 78, entsteht eine Relativbewegung zwischen dem TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor 70 und dem aufzunehmende Objekt 74, wodurch eine Bildaufnahme möglich ist.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann der TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor bewegt werden, während das aufzunehmende Objekt fest montiert ist. Dies ist beispielsweise bei einem Schienenanalyse-System der Fall. Dabei wird der TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor von einem Träger welcher beispielsweise an einem Schienenfahrzeug angeordnet ist, aufgenommen. Das Schienenfahrzeug bewegt sich bei der Analyse über die fest montierten Schienen, wodurch eine Relativbewegung zwischen dem TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor und dem aufzunehmenden Objekt entsteht und eine Bildaufnahme ermöglicht.
Das aufzunehmende Objekt kann mit einer Lichtquelle 80 bestrahlt werden, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis weiter zu erhöhen. Die Bestrahlung des aufzunehmenden Objekts 74 kann mit Licht einer bestimmten Wellenlänge wie beispielsweise einem Laser oder mit einer breitbandigen Lichtquelle wie beispielsweise einer Leuchtstoff oder Glühlampe erfolgen. Die Bestrahlung kann auch mit einer für das menschliche Auge nicht sichtbaren Strahlung wie beispielsweise Infrarotstrahlung erfolgen. Die Bestrahlung kann auch durch eine natürliche Lichtquelle wie beispielsweise die Sonne erfolgen.
Weitere Ausführungsbeispiele können ferner einen Bildsensor mit mehreren CCD-Blöcken (Pixelarrays) zeigen, ausgeführt als Embedded CCD's in einem CMOS-Prozess, wobei der Verschiebevorgang der Ladungspakete spaltenweise beziehungsweise in einer Spalte von CCD-Zellen, welche in Serie geschaltet sind, von Zeile zu Zeile ausgeführt wird. Das aufzunehmende Objekt bewegt sich synchron zum Zeilenvorschub und das projizierte Licht in die entsprechende Richtung des Zeilenvorschubs. Dabei werden nach jeder Ladungsverschiebung neue photogenerierte Ladungsträger zu den bereits generierten akkumuliert. Der Bildsensor arbeitet demnach nach dem Time-Delay-Integration (TDI) Verfahren. Am Ende jeder Embedded CCD-Spalte eines CCD-Blocks (Pixelarrays) beziehungsweise bei der letzten CCD-Zelle der jeweiligen Spalte von CCD-Zellen befindet sich eine Floating Diffusion, die eine Ladungs-zu-Spannungs-Konversion durchführt. An jede Floating Diffusion kann eine Signalausleseschaltung angeschlossen werden. Jeder der CCD-Blöcke (Pixelarrays) kann mit einem Farbfilter ausgestattet werden. Die zeitlich versetzten Signale der unterschiedlichen Farben der Farbblöcke werden mit einer Recheneinheit sortiert und zu einem Bild zusammengesetzt, welches der räumlichen Verteilung des Objektes entspricht.
In Ausführungsbeispielen können die Farbfilter im sichtbaren Bereich bei roter, grüner und blauer Wellenlänge liegen. Dadurch sind drei CCD-Blöcke (Pixelarrays) notwendig. Die Farbfilter können multispektral ausgelegt sein, so dass beispielsweise ein Infrarot Filter zusätzlich aufgebracht wird. Dadurch sind mehr als drei CCD-Blöcke (Pixelarrays) denkbar. Es ist eine beliebige Kombination von Farbfiltern möglich, wobei die Anzahl der Farbfilter der Anzahl an CCD-Blöcken (Pixelarrays) entspricht. Die Signalausleseschaltung kann verschiedene Schaltungen beinhalten: Angefangen von einem einfachen Buffer-Verstärker (z. B. Sourcefolger-Verstärker) bis zu einer Correlated-Double-Sampling (CDS) Stufe und einem Analog/Digital-Umsetzer (ADC). Die Signalausleseschaltung kann am Ende aller CCD-Blöcke (Pixelarrays) oder am Ende jedes einzelnen CCD-Blocks (Pixelarrays) angeordnet werden. Die Signalausleseschaltung kann spaltenparallel ausgeführt werden oder es werden mehrere Spalten von CCD-Zellen mit einer Signalausleseschaltung gemultiplext.
In Ausführungsbeispielen sind die weiteren CCD-Blöcke (Farbblöcke) zusätzliche Zeilen. Zu jeder Spalte gibt es verschiedene Farbinformationen, die in den Blöcken mit weiteren Zeilen generiert werden. Die weiteren Zeilen müssen auch exakt unter den Zeilen des vorherigen Blocks angeordnet sein, so dass ein und dieselbe Spalte immer untereinander angeordnet ist.
Bekannt sind ferner neuere Ansätze bei Hochgeschwindigkeits-Zeilensensoren welche auf der Implementierung von eingebetteten CCD-Modulen in die CMOS-Technologie („Embedded CCD”), wie sie in Referenz [4] oder Referenz [5] beschrieben sind, basieren. Hier wird versucht, die CCD-Technologie in einem CMOS-Prozess nachzubilden, aber gleichzeitig die Vorteile von z. B. der integrierten Elektronik in CMOS beizubehalten.
Teilweise sind bei Anwendungen Farbsensoren bekannt, wobei die Farbe auch über das sichtbare Spektrum hinausgehen kann. Im Bereich der CCD's wurde bereits ein TDI Zeilensensor mit Farbfiltern veröffentlicht (siehe Referenz [1]). Hier sind die Farbfilter blockweise angeordnet. Die Zeile einer Farbe wird dann jeweils über ein serielles CCD-Schieberegister ausgelesen. Die zeitlich verzögerten Farbzeilen werden dann in einer Recheneinheit zu einem Bild zusammengesetzt.
Die technischen Merkmale eines Hochgeschwindigkeits-Zeilensensors sind beispielsweise: hohe Zeilenfrequenz, hohe Empfindlichkeit, niedriges Rauschen, Farb-Empfindlichkeit, hohe räumliche Auflösung.
Damit die einzelnen Farbblöcke bei einem CCD-Sensor ausgelesen werden können, befindet sich bei bekannten CCD-Sensoren ein serielles CCD-Schieberegister unterhalb der Farbblöcke beziehungsweise der letzten CCD-Zelle der jeweiligen Spalte von CCD-Zellen, womit eine fertige Zeile einer Farbe seriell in die Floating Diffusion geschoben und dabei ausgelesen wird. Der Nachteil hier ist, dass der Vorgang des seriellen Herausschiebens die Zeilenauslese langsam macht. Zudem kann bei einer Lösung mit CCD's keine Signalverarbeitung auf dem Chip integriert werden.
Der wesentliche Vorteil von Ausführungsbeispielen ist die Kombination eines TDI Zeilensensors in Farbe mit der Möglichkeit einer parallelisierten Signalverarbeitung, und damit sehr hohen Zeilenfrequenz.
Die Embedded CCD-Technologie in CMOS liefert zum einen die Vorteile von TDI-CCD-Zeilensensoren, da auch hier das Signal-zu-Rausch-Verhältnis SNR ohne Erhöhung der Bestrahlungsstärke beispielsweise mit Licht auf das aufzunehmende Objekts mit der TDI Tiefe N steigt. Bei reinen CMOS-TDI-Sensoren ohne Embedded CCD's steigt das SNR nur mit der Wurzel aus N. Zum anderen können auch die Vorteile der CMOS-Technologie, wie integrierte Elektronik und hohe Geschwindigkeit durch Parallelisierung der Floating Diffusion, genutzt werden. Weiterhin ergibt sich, wie bei allen TDI-Sensoren, eine hohe Empfindlichkeit bei geringer Bestrahlungsstärke auf das aufzunehmenden Objekts. Diese Vorteile können mit Ausführungsbeispielen auch bei der Nutzung von Farbe ohne Auflösungsverlust beibehalten werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Ansteuer-Elektronik zum Ansteuern der CCD-Zellen auf dem gleichen Chip integriert werden. Das heißt, die CCD-Zellen sowie die Floating Diffusion und die Signalausleseschaltung können in einem integrierten Schaltkreis (IC) angeordnet werden. Die CCD-Zellen, die Floating Diffusion und die Signalausleseschaltung können dabei auf verschiede Die's (Halbleiter-Chip ohne Gehäuse) getrennt oder auf einem einzigen Die aufgebracht werden.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, so dass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können unter Verwendung eines Hardware-Apparats, wie z. B. einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das aufgezeichnete Medium sind üblicherweise greifbar beziehungsweise nicht-flüchtig.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der beziehungsweise die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt beziehungsweise darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann beziehungsweise können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die beziehungsweise das dazu konfiguriert ist, ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren an einen Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms an den Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Referenzen

[1] J. Miller, S. G. Chamberlain, W. D. Washkurak, "High resolution tri-linear colour TDI CCD image sensor with programmable responsivity gain", International Electron Devices Meeting, Dezember 1995
[2] B. Pain, T. Cunningham, G. Yang, M. Ortiz, B. Olson, „CMOS image sensors capable of time-delayed integration", NASA Techn Briefs, vol. 25, No. 4, Apr. 2001, NPO-20802
[3] G. Lepage, J. Bogaerts, G. Meynants, „Time-Delay-Integration Architectures in CMOS Image Sensors", IEEE Trans. on Electron Devices, Vol. 56, No. 11, Nov. 2009
[4] K. Fife, A. El Gamal, H. S. P. Wong, "A 0.5 μm Pixel Frame-Transfer CCD Image Sensor in 110 nm CMOS", IEDM 2007
[5] F. Mayer, H. Bugnet, S. Pesenti, C. Guicherd, B. Gili, R. Bell, B. De Monte, T. Ligozat, "First Measurements of True Charge Transfer TDI (Time Delay Integration) Using a Standard CMOS Technology", Int. Conf. On Space Optics ICSO 2012, Corse, 2012

Claims

TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) mit einer Mehrzahl von CCD-Blöcken (16), wobei jeder der CCD-Blöcke (16) folgende Merkmale aufweist, eine Mehrzahl von Spalten (12 ₁, 12 ₂) von CCD-Zellen (14), die nebeneinander angeordnet sind, wobei die CCD-Zellen (14) jeder Spalte (12 ₁, 12 ₂) von CCD-Zellen (14) in Serie geschaltet sind und ausgebildet sind, gemäß einem Taktsignal pro Takt Ladung zu akkumulieren, die akkumulierte Ladung einem Ladungspaket der jeweiligen CCD-Zelle (14) hinzuzufügen, um ein aufintegriertes Ladungspaket zu erhalten, und das aufintegrierte Ladungspaket an eine nachfolgende CCD-Zelle (14) zu verschieben; und eine Floating Diffusion (20) an einem Ende jeder Spalte (12 ₁, 12 ₂) von CCD-Zellen (14) zur Aufnahme eines Ladungspaketes einer letzten CCD-Zelle (14) des jeweiligen CCD-Blocks (16); und einer Signalausleseschaltung (22) zum Auslesen des Ladungspaketes der Floating Diffusion (20) am Ende der Mehrzahl von Spalten (12 ₁, 12 ₂) von CCD-Zellen (14) jedes CCD-Blocks (16), wobei Spaltenrichtungen der Mehrzahl von CCD-Blöcken (16) parallel zueinander ausgerichtet sind und die Mehrzahl von CCD-Blöcken (16) in Spaltenrichtung hintereinander angeordnet sind.
TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Spalten (12 ₁, 12 ₂) von CCD-Zellen (14) nebeneinander so zueinander ausgerichtet ist, so dass die CCD-Zellen (14) in Zeilen (18), rechtwinklig zu den Spalten (12 ₁, 12 ₂) von CCD-Zellen (14) verlaufen.
TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Taktsignal zu einer Relativbewegung zwischen dem TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) und einem aufzunehmenden Objekt (74) synchronisiert ist.
TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) nach Anspruch 1 bis 3, wobei die Signalausleseschaltung (22) eine Mehrzahl von Sourcefolger-Verstärkern umfasst.
TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) nach Anspruch 1 bis 3, wobei die Signalausleseschaltung (22) eine Mehrzahl von Correlated Double Samplern (CDS) umfasst.
TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) nach Anspruch 1 bis 3, wobei die Signalausleseschaltung (22) eine Mehrzahl von Analog-Digital-Umsetzern umfasst.
TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) nach Anspruch 4 bis 6, wobei die Signalausleseschaltung (22) einen Sourcefolger-Verstärker, einen Correlated Double Sampler und/oder einen Analog-Digital-Umsetzer pro Spalte (12 ₁, 12 ₂) von CCD-Zellen (14) oder die Signalausleseschaltung (22) einen Sourcefolger-Verstärker, einen Correlated Double Sampler und/oder einen Analog-Digital-Umsetzer pro Gruppe von Spalten (12 ₁, 12 ₂) von CCD-Zellen (14) aufweist.
TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) nach Anspruch 1 bis 7, wobei die Signalausleseschaltung (22) ausgebildet ist, die Floating Diffusion (20) spaltenparallel auszulesen.
TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) nach Anspruch 1 bis 8, wobei die Signalausleseschaltung (22) ausgebildet ist, die Floating Diffusion (20) von Gruppen von Spalten (12 ₁, 12 ₂) von CCD-Zellen (14) innerhalb einer jeweiligen Gruppe seriell und die einzelnen Gruppen parallel auszulesen.
TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) nach Anspruch 1 bis 9, wobei der TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) in CMOS-Technologie ausgestaltet ist.
TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) nach Anspruch 1 bis 10, wobei die Spalten (12 ₁, 12 ₂) von CCD-Zellen (14) der Mehrzahl von CCD-Blöcken (16) in einer Linie spaltenexakt zueinander angeordnet sind.
TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die CCD-Zellen (14), in jeder der Mehrzahl von CCD-Blöcken (16), zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung mit gleicher Wellenlänge ausgebildet sind.
TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei jeder der CCD-Blöcke (16) zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen ausgebildet ist.
TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei an mindestens einem der CCD-Blöcke (16) ein optisches Farbfilter angeordnet ist.
TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei mindestens einer der CCD-Blöcke (16) mit einem Infrarot-Filter zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 780 nm–1 mm ausgebildet ist.
TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) ausgebildet ist, in mindestens einem der CCD-Blöcke (16), in jeder Spalte (12 ₁, 12 ₂) von CCD-Zellen (14), in mindestens einer der CCD-Zellen (14) keine Ladung zu akkumulieren.
TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei in jedem der CCD-Blöcke (16) die gleiche Anzahl von Spalten (12 ₁, 12 ₂) von CCD-Zellen (14) nebeneinander angeordnet ist.
System zur digitalen Bildaufnahme mit einem TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, wobei das System zusätzlich einen Träger (72) zur Aufnahme des TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) umfasst, und ausgebildet ist eine Relativbewegung zwischen dem TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) und dem aufzunehmenden Objekt (74) zu erzeugen.
Verfahren zur digitalen Bildaufnahme mit einem TDI-Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor (10, 40, 70) mit einer Mehrzahl von CCD-Blöcken (16), wobei Spaltenrichtungen der Mehrzahl von CCD-Blöcken (16) parallel zueinander ausgerichtet sind und die Mehrzahl von CCD-Blöcken (16) in Spaltenrichtung hintereinander angeordnet ist, wobei jeder der CCD-Blöcke (16) folgende Merkmale aufweist, eine Mehrzahl von Spalten (12 ₁, 12 ₂) von CCD-Zellen (14), die nebeneinander angeordnet sind, wobei die CCD-Zellen (14) jeder Spalte (12 ₁, 12 ₂) von CCD-Zellen (14) in Serie geschaltet sind und das Verfahren umfasst: Akkumulieren von Ladung pro Takt gemäß einem Taktsignal, und Hinzufügen eines Ladungspaketes der jeweiligen CCD-Zelle (14) zu der akkumulierten Ladung, um ein aufintegriertes Ladungspaket zu erhalten, und Verschieben des aufintegrierten Ladungspaketes an eine nachfolgende CCD-Zelle (14), und Aufnehmen eines Ladungspaketes einer letzten CCD-Zelle (14) der jeweiligen Spalte (12 ₁, 12 ₂) von CCD-Zellen (14) durch eine Floating Diffusion (20), Auslesen des Ladungspaketes der Floating Diffusion (20) am Ende der Mehrzahl von Spalten (12 ₁, 12 ₂) von CCD-Zellen (14) durch eine Signalausleseschaltung (22).
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 19, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor läuft.