DE2847992C2

DE2847992C2 - Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE2847992C2
Application number: DE2847992A
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Kokubunji Akiyama; Norio Tokyo Koike
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-11-07
Filing date: 1978-11-06
Publication date: 1981-10-01
Also published as: DE2847992A1; GB2008889B; FR2408261B1; GB2008889A; FR2408261A1; NL7811038A

Description

Die Erfindung betrifft eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Festkörper-Aufnahmevorrichtun^en mit derartigem Aufbau haben hohen technischen Standard. Ein Problem bei derartigen Festkörper-Aufnahmevorrichtungen ist die Überstrahlungserscheinung oder das sog. Blooming, bei dem weiße Streifen in dem wiedergegebenen Bild auftreten. Das Blooming kann dadurch erklärt werden, daß das auf eine ucn das Bild abtastenden Schirmbildende Fotodiode einstrahlende Licht hoher Intensität die Erzeugung überschüssiger bzw. überflüssiger fotoelektrischer Ladung oberhalb des Sättigungs-Ladungspegels der Fotodiode zur Folge hat, wobei diese überschüssige Ladung zu benachbarten Fotodioden übertragen wird und mit den Signal-Ladungen dieser Fotodioden vermischt wird. Als Ergebnis treten weiße Streifen in dem aus dem Videosignal-Ausgangssignal der Festkörpcr-Bildaufnahmevorrichtung wiedergegebenen Bild auf. Bei einer durch MOSTs gebildeten Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung werden vertikale weiße Ränder oder Streifen im wiedergegebenen Bild erzeugt, da die in der gleichen Reihe der Matrixanordnung angeordneten Fotodioden mit einer gemeinsamen vertikalen Ausgangsleistung verbunden sind. Derartige weiße Streifen stören die Qualität des wiedergegebenen Bildes unabhängig davon, ob sie vertikal sind oder nicht.

Eine Festkörper-Bildaufnahrnevorrichtung der eingangs genannten Art ist bekannt (DE-OS 26 09 731). Dort wird auch eine Möglichkeit angegeben, um Rauschen, wie von Lichtsignalen, die in den Drainbereich jedes MOST (Metalloxidtransistor) gespeichert sind, die Vertikal-Schaltelemente bilden, und Spitzensi·

giialen zu vermeiden, die in Horizontal-Schaltelementen auftreten. Bei der bekannten Bildaufnahmevorrichtung kann somit das Blooming auftreten.

Es ist weiter eine Vorrichtung zum Vermeiden des Blooming bei einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung bekannt (Rundfunktechnische Mitteilungen, 1977, Heft 22, S. 77 bis 86). Bei dieser Vorrichtung wird ein Überlaufkanal mit hoher Störstellenkonzentration in der Oberfläche eines Halbleitersubstrats gebildet, damit von einem fotoelektrischen Element übergelaufene überflüssige Ladung in diesem Kanal absorbiert werden kann (vgl. auch US-PS 38 63 065), d. h., die während des Auslesens von Signalen in dem Kanal erzeugte übergelaufende Ladung wird so entfernt, wie, bildlich gesprochen. Regen auf einer Straße in seitlichen Rinnen abläuft.

Dieser zusätzliche Kanal verhindert eine erwünschte höhere iwiniaturisierung.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß das Blooming vermeidbar ist. wobei eine höhere Miniaturisierung erreichbar ist

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird durch die Unteransprüche weitergebildet.

Wesentlich bei der Erfindung ist somit, daß die Vertikal-Schaltelemente so gesteuert werden, daß sie zwischen dem Einschaltzustand (Durchschaltzustand) und dem Ausschaltzustand (Sperrzustand) während einer Austastperiode einen 3. Zustand einnehmen, wobei kein Bildsignal ausgegeben wird. Oberlaufkanal-Bereiche des fotoelektrischen Elements müssen daher nicht gebildet werden, weshalb die lichtempfangende Fläche mit höherer Dichte ausgebildet werden kann, wodurch wiederum eine höhere Miniaturisierung erreichbar ist.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispeile näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild der schematischen Anordnung herkömmlicher MOS-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen,

F i g. 2 Signalverläufe der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 zu deren Erläuterung,

Fig. 3 ein Äquivalent-Schaltbild einer einzigen Fotodiode und eines vertikalen Most, der bei der Bildaufnahmevorrichtung gemäß Fig. 1 daran angeschlossen ist,

F i g. 4 schematisch de- Zustand der Ladungsspeicherung in der Fotodiode gemäß F i g. 3 bei Auftreffen von einfallend; m Licht hoher intensität,

Fig. 5 eine Darstellung ähnlich Fig.4, jedoch zur schematischen Erläuterung des Prinzips der Erfindung,

F i g. 6A, 6B, schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung zu deren Erläuterung, wobei Fig. 6A schematisch ein Schaltbild einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung zeigt, während Fig. 6B ein Schaltbild einer Impulsgenerator-Schaltung zur Erzeugung eines Impulssignals zeigt, das einem geerdeten Anschluß einer Vertikal-Abtastschaltung gemäß F i g. 6 A zugeführt ist,

Fig.7 eine beispielhafte Ausführung einer Vertikal-Abtastschaltung, die bei der erfindungsgemäßen BiId-•ufnahmevorrichtimg verwendbar ist,

Fig.8 Signalverläufe zur Erläuterung des Betriebs der Schaltung gemäß F' ,-j. 6A,

Fig.9, 10 schematisch Schaltungsanordnungen von Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen gemäß anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung,

Fig. UA ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbe.ispiels der Erfindung,

F i. 11 B Signalverläufe zu deren Erläuterung,

Fig. 12A, 12B schematisch Schnittdarstellungen zur Erläuterung weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung,

Fig. 13, 14 Blockschaltbilder weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst ein typisches Beispiel bisheriger Fertkörper-Bildaufnahmevorrichtungen, die mit MOSTs ausgerüstet sind, mit Bezug auf F i g. 1 näher erläutert.

Wie sich aus F i g. 1 ergibt, besteht eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung aus folgenden Teilen: einem Licht empfangenden Abschnitt 9, rier durch mehrere fotoempfindliche Elemente wie Fotodioden 1 gebildet ist, die in Form einer Matrix angeordnet sind, vertikalen auslesenden Schalt-MOSTs 91 bis 9r die im folgenden einfach als Vertikal-MOSTs bezeichnet werden, und horizontalen auslesenden Schalt-MOSIs 81 bis 8m die beide zum Auslesen der in den Fotodioden 1 gespeicherten fotoelektrischen Signale dienen, einem Vertikal-Schieberegister 3 und einen Horizontal-Schieberegister 2, die eine Vertikal-Abtastschaltung bzw. eine Horizontal-Abtastschaltung bilden, zum Schalten der zugeordneten Schalt-MOSTs in vorgegebener richtiger Folge, und einer Horizontal-Ausg&ngsMgnalleitung 4. Die vertikalen und die horizontalen MOSTs werden durch Ansteuer- oder Gate-Impulse gesteuert, die von den zugeordneten Stufen von Vertikal- bzw. Horizontal-Schieberegistern 3, 2 zugeführt werden, um den Schaltbetrieb zu erreichen. F i g. 2 zeigt Ausgangsimpulssignale, die von dem Horizontal- und Vertikal-Schieberegistern 3, 2 erhältlich sind. Die von den einzelnen Stufen des Horizontal-Schieberegisters 2 erhältlichen Signale sind in Fig.2a, 2b, 2c dargestellt, während die Ausgangsimpulse von den einzelnen Stufen des Vertikal-Schieberegisters 3 beispielhaft in den F^; g. 2d, 2e und 2f wiedergegeben sind. Es ist festzustellen, daß in Fig. 2 die Impulsintervalle für die Horizontal-Austastperiode und die Vertikal-Austastperiode nicht dargestellt sind.

In F i g. 1 sind weiter dargestellt ein Impuls-Eingangsanschluß 5, ein (normalerweise) geerdeter Anschluß 6 des Horizontal- bzw. des Vertikal-Schieberegisters 2, 3, eine Spannungsquelle 7 zum Anlegen einer Vorspannung in Sperrichtung an die Fotodioden 1, um von diesen die fotoelektrischen Signale auszulesen, eine vertikale Ausgang^signalleitung 10 und eine vertikale MOST-Schaltsteuerleitung 20. Bei dieser Anordnung werden die in den Fotodioden 1 gespeicherten lOtoeleKtrischen Signale sequentiell an die horizontalen Signalausgangsleitungen 4 ausgegeben und einer (nicht dargestellten) Signalverarbeitungsschaltung zugeführt.

Bei einer derartigen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung tritt das sogenannte Blooming auf, bei dem vertikale weiße ^ctreifen erscheinen, wenn die Menge des einfallenden Lichts einen vorgegebenen Pegel überschreitet, wodurch eine merkliche Störung der Qualität des wiedergegebenen Lichtes auftritt, wie das eingangs erläutert worden ist. Dieses unerwünschte Blooming ist der weiter unten erläuterten Tatsache zuzuschreiben.

Die F i g. 3 und 4 dienen zur Darstellung des Vorgangs beim Erzeugen des Blooming, wobei Fig.3 ein Äquivalent-Schaltbild zeigt, das sich von irgendeiner der

Fotodioden 1 zur Horizontalen Ausgangsleitung 4 erstreckt über den zugeordneten vertikalen MOST9Ä während Fig.4 schematisch die Zustände der elektrischen Ladungspotentiale an den verschiedenen Schaltungspunkten in Fi.3, unter der Annahme wiedergibt, daß diese jeweilige Fotodiode 1 der Strahlung hochintensiven Lichtes ausgesetzt ist. Folglich wird diese Fotodiode 1 in Vorwärts- oder Durchlaßrichtung vorgespannt aufgrund der hohen Mt-nge der elektrischen Ladung 12 (Fig.4), die darin gespeichert ist. Weitere anschließend infolge des Fotostrorneffekts erzeugte Ladung wird der vertikalen Ausgangsleitung tO als überschüssige oder überfließende Ladung über einen parasitären Transistor 11/ zugeführt, der unter dem vertikalen MOST 9/gebildet ist, der im Durchschaltzustand ist. Die so zur vertikalen Ausgangsleitung 10 als Überflußladung während einer einzigen Horizontal-Abtastperiode übertragene elektrische Ladung 13 (Fig.4) wird simultan mit den von den anderen rotodioden ausgeiesenen Ladungen der vertikalen Ausgangslcitung 10 zugeführt, wodurch das Blooming auftritt, d. h. die Erzeugung weißer vertikaler Streifen im wiedergegebenen Bild. Mit der Erfindung wird bezweckt, derartige Nachteile wie das Blooming zu beseitigen.

Im folgenden wird die Erfindung ausführlich mit Bezug auf in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert. Fig.5 zeigt eine Ansicht ähnlich der in Fig.4, die schematisch den Zustand der elektrischen Ladung in der Schaltung irgendeiner . gegebenen Fotodiode zeigt, die einer Bestrahlung hochintensiven Lichts ausgesetzt ist. sowie den zugeordneten vertikalen MOST 9i, der mit dieser Fotodiode 1 verbunden ist, um das Prinzip der Erfindung zu erläutern. In F i g. 5 ist ein mit Strichlinien schraffierter Bereich 13 dargestellt, der die zur Ausgangsleitung übertragene überschüssige Ladung wiedergibt als Oberschuß an elektrischer Ladung, die während einer einzigen Horizontal-Abtastperiode in der Fotodiode 1 gespeichert ist. Gemäß der Lehre der Erfindung wird diese überschüssige Ladung 13 entfernt durch Kurzschließen der Potentialgrenze des MOST 9; bis zur Qf »-!^*Kl«t-»ir» ir> 17 t

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riode durch entsprechendes Steuern der Gate-Spannung, die dem vertikalen MOST 9/ zugeführt ist. um so das Überfließen der überschüssigen Ladung zur vertikalen Ausgangsleitung 10 von einer Fotodiode 1 während der folgenden Horizontal-Abtastperiode zu verhindern, um so schließlich das Blooming zu unterdrücken.

Mathematisch ausgedrückt wird überschüssige Ladung »ausgelesen«, wenn das Potential V_P über der Fotodiode 1 über einen vorgegebenen Wert Vp₀ ansteigt, dersich aus folgender Beziehung ergibt:

! Vc-V₁]

V_G = Gate-Spannung des vertikalen MOST 9/,
Vt = deren Schwellwerk

Wie sich aus diesem Ausdruck ergibt, ist es selbstverständlich möglich, die gleiche Wirkung dadurch zu erreichen, daß das Erd- oder Massepotential der Fotodiode 1 verändert wird.

F i g. 6A zeigt ein Alisführungsbeispiel der Erfindung, da so ausgebildet ist, daß die Gate-Spannung aller vertikaler MOSTs um einen vorgegebenen Wert gegenüber dem Potential des Halbleitersubstrats während der Horizonlal-Austastperiode verringert wird durch entsprechendes Verringern des Potentials am (normalerweise) geerdeten Anschluß 6. Ein Ausfühfungsbeispiel der Schaltung zum Verändern des Potentialpegels am (normalerweise) geerdeten Potential 6 während der Horizontal-Austastperiode ist in F ig.6B dargestellt.

ίο In Fig.6A ist ein Eingangsanschluß 14 dargestellt, der mit einem Gate-Impulssignal zum simultanen öffnen von MOST-Schallern 141 bis 14m versorgt ist. deren eine Enden mit den vertikalen MOST-Schaltern 91 bis 9n und deren andere Enden gemeinsam mit der Spannungsquelle 7 verbunden sind. Die übrige in Fig.6A dargestellte Schaltung besitzt den gleichen Aufbau wie die Schaltung gemäß F i g. 1. F i g. 6B zeigt ein Ausführungsbeispiel der Impulsgeneratorschaltung zum Erzeugen des Impulssignals, das dem (normalerweise) geerdeten Anschluß 6 des Venikai-Scnieberegisters 3 zuzuführen ist, wobei dargestellt sind: eine aus den fotoempfindlichen Elementen, einer Abtastschaltung und den horizontalen und vertikalen MOSTs bestehende Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 61.

ein Impulsgenerator 62 zur Erzeugung von Impulsen wie Taktimpulsen und Eingangsimpulsen für die Abtastschaltung, Gate-Impulsen für die horizontalen und vertikalen MOSTs. einen Austastimpuls und den Gate-Impuls Tür die MOST-Schalter 141 bis 14m.

monostabile Multiplizierer 63 und 64 (one-shot multipliers), eine Impulsamplituden-Einstellschaltung 65 mit einem veränderbarer! Widerstand G8 und ein Vorverstärker 66. Weiter ist die Übertragung eines Horizontalaustast-Impulssignals 67 dargestellt, das dem monostabilen Multiplizierer 63 zugeführt wird, um die Phase des Impulses zu bestimmen. Das Ausgangssignal des monostabilen Multiplizierers 63 wird dem anderen monostabilen Multiplizierer 64 zugeführt, um die Impulsbreite zu bestimmen. Das Ausgangssignal des Monostabilen Multiplizierers 64 seinerseits wird der Amplituden-Einstellschaltung 65 zugeführt, durch die das Steuerimpulssignal mit eingestellter Amplitude erze'J"t wird- Di? !mniiltnhaw und dip Imniilchrpitp rfip durch die monostabilen Multiplizierer 63, 64 bestimmt sind, sind so gewählt, daß das so erhaltene Steuerimpulssignal im wesentlichen mit dem Horizontalaustast- Impulssignal in Phase ist oder zumindest durch die Dauer des Horizontalaustastimpulses überdeckt ist

F i g. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Abtast-

schaltung, die insbesondere für die Vertikalabtastung geeignet ist. die Abtastschaltung besteht aus mehreren Inverter- oder Umsetzerschaltungen, die durch MOSTs und Übertragungs-MOSTs gebildet sind. In F i g. 7 ist ein ImpulseingangsanschluB 18 und ein mit einer

Stromversorgungsquelle verbundener Leiter 15 dargestellt Weiter sind Eingangsanschlüsse 16, 17 für Taktimpulssignale vorgesehen, die miteinander nicht in Phase sind. Ein Ausgangsanschluß 30 für die Vertikalabtastimpulse ist für jede weitere Umsetzerstufe vorgesehen. Die Vertikalabtastimpulse werden sequentiell den vertikalen MOSTs 91 bis 9n zugeführt Das heißt insbesondere, daß die dem Eingangsanschluß 18 zugeführten Impulse sequentiell durch die Umsetzerstufe und einen Übertragungs-MOST 31 unter der Zeitsteuerung durch die den Anschlüssen 16 und 17 zugeführten Taktimpulse sequentiell übertragen wird, wobei die an den Ausgangsanschlüssen 30 auftretenden Impulse sequentiell mit den Gate-Anschlüssen der

horizontalen MOSTs 8/ gekoppelt öder verbanden werden. Andererseits wird erreicht, daß das Potential des geerdeten Anschlusses 6 sich während der Horizontal-Austastperiode mittels der in Fig.öB dargestellten Schaltung ändert,

Fig.8 zeigt Signalverläufe, die bei der in Fig.6A dargestellten Schaltung auftreten. Das endgültig erhaltene Videosignal ist in Fi g. 8a dargestellt, und das dem (normalerweise) geerdeten Anschluß 6 des Vertikal-Abtastregisters 3 zugeführte impulssignal ist in Figi8b dargestellt, infolge des Anlegens des Imf/ulssignals gemäß F i g. 8b an den Anschluß 6 wird die Gate-Spannung Vg aller vertikalen MOSTs 91 bis 9 η um einen vorgegebenen Spannungswert gegenüber dem Potential am Substrat abgesenkt. Unter dieser Bedingung werden lediglich diejenigen vertikalen MOSTs durchgeschaltet, deren Schwellenwert niedriger ist als die Gate-Spannung aufgrund der in den zugeordneten Fotodioden gespeicherten Ladung. Die in den Fotodioden oberhalb des vorgegebenen Pegels gespeicherte überschüssige Ladung wird »ausgelesen« zur Entfernung über die MOST-Schalter 141 bis 14m, die während der Austastperiode durch das in Fig.8c dargestellte Impulssignal simultan geöffnet sind. Anschließend werden die Impulssignale, die dem normalerweise geerdeten Anschluß 6 des Vertikal-Schieberegistcrs 3 sowie den Gate-Elektroden der MOST-Schalter 141 bis 14m zugeführt werden, gelöscht, und wird das in F i g. 8d dargestellte Eingangs-Impulssignal dem Eingangsanschluß 5 des Horizontal-Schieberegisters 2 zugeführt. Auf di Ie Weise kann ein gegenüber dem Blooming immunes oder unempfindliches Videosignal erhalten werden. Es ist nicht notwendigerweise erforderlich, daß der den MOST-Schaltern 141 bis 14m zum Entfernen der überschüssigen Ladung zugeführte Impuls die gleiche Impulsbreite besitzt wie die Dauer der Horizontal-Austastperiode. Vielmehr kann die Impuls-, breite ebensogut kürzer sein als die Horizontal-Austastperiode, da dann ein fehlerhafter Betrieb des Vertikal-Schieberegisters viel wirksamer ausgeschlossen werden kann, wenn ein (nicht dargestellter) Taktimpuls zugeführt wird, nachdem das Erd- bzw. Massepotential am Anschluß 6 wiederhergestellt worden ist.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Einrichtung zum Entfernen der überschüssigen Ladung für die horizontale Ausgangsleitung vorgesehen, ohne die Verwendung der MOST-Schalter 141 bis 14m gemäß F i g. 6A zu erfordern. In diesem Fall wird die überschüssige Ladung zur vertikalen Ausgangsleitung 10 dadurch übertragen, daß die Gate-Spannung aller vertikalen MOSTs abgesenkt wird durch entsprechendes Verringern oder Absenken des Potentials am (normalerweise) geerdeten Anschluß 6 des Vertikal-Schieberegisters 3 während der Horizontal-Austastperiode mittels einer Schaltung, wie sie in Fig.6B beispeilsweise dargestellt ist Anschließend werden alle horizontalen MOSTs 8/während der gleichen Horizontal-Austastperiode durch Anlegen des in Fig.8c dargestellten Impulses an den Source-Anschluß und den geerdeten Anschluß eines Horizontal-Schieberegisters mit gleichem Schaltungsaufbau wie das Vertikal-Schieberegisters, wie ein solches beispielsweise in Fig.7 dargestellt ist, durchgeschalteL Auf diese Weise kann die in den Fotodioden oberhalb eines vorgegebenen Pegels gespeicherte und zur vertikalen Ausgangsleitung 10 übertragene überschüssige Ladung durch die horizontalen MOSTs 8/ in deren leitendem Zustand während der Horizontal-Austastperiode entfernt werden. Danach werden die Erd- bzw. Massepotentiale von Vertikal- und Horizontal-Schieberegistern 3, 2 wiederhergestellt. Dann kann das gegenüber dem Blooming unempfindliche Videosignal durch den Normalbetrieb von Vertikal- und Horizonlal-Schieberegistern 3, 2 erhalten werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zum sequentiellen Entfernen der überschüssigen Ladung an den Fotodioden Über die horizontalen

to MOSTs 8/sind die Taktimpuls-Eingangsanschlüsse 16, 17 gemäß Fig.7 mit einer Spannung ausreichender Größe versorgt, um alle Übertragungs-MOSTs 31 durchzuschalten. Danach wird ein Eingangsimpuls am Eingangsanschluß 18 angelegt, das durch die Übertragungs-MOSTs 31 mil hoher Geschwindigkeit verschoben oder übertragen wird. In diesem Fall muß, da die Abtastgeschwindigkeit erhöht ist, infolge der verkürzten Leitzustands-Dauer der horizontalen MOSTs 8/die impulsbreite des Eingangsimpulses so gewählt sein, daß sie so groß ist, daß eine geeignete lange Leitzustands-Dauer für die horizontalen MOSTs 8/ sichergestellt ist. Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Gate-Spannung Vc einer Änderung unterliegt, ist in Fi g. 9 dargestellt, wobei ein Eingangsanschluß 21 vorgesehen ist, der zum Verändern der Gate-Spannung Vc mit einem Steuerimpuls zu beaufschlagen ist. Weiter sind MOSTs 211 bis 21/7, die von dem Steuerimpuls gesteuert werden, und eine Spannungsquelle 22 zum Verringern der Gate-Spannung Vb der vertikalen MOSTs 9; dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden alle MOSTs 211 bis 21/j während der Horizontal-Austastperiode durchgeschaltet, während alle vertikalen MOSTs 9/ mit der Spannung der Quelle 22 versorgt sind. Es wird erforderlich sein, daß das Vertikal-Schieberegister 3 so ausgebildet ist, daß ein fehlerhafter Betrieb aufgrund der Spannung der Quelle 22 während der Horizontal-Austastperiode verhindert ist. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß das in F i g. 7 dargestellte Schieberegister unempfindlich in bezug auf einen derart fehlerhaften Betrieb ist.

In Fig. 9 sind MOST-Schalter 14/zusätzlich zu den horizontalen MOSTs 8/ vorgesehen und so ausgebildet, dab sie während der Horizontal-Austastperiode abnängig von dem einem gemeinsamen Gate-Anschluß 14 zugeführten Impuls durchgeschaltet sind, wodurch es möglich ist, daß die Signal-Ladung ausgelesen wird. In diesem Fall bleiben selbstverständlich die horizontalen MOSTs 8/ während der Horizontal-Austastperiode im nichtleitfähigen oder Sperrzustand.

F i g. 10 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel. das eine Weiterbildung der Bildaufnahmevorrichtung gemäß F i g. 9 ist. Eine Parallelschaltung von MOST-Schaltern 21/' ubd 23/ ist an jedem der Gate-Leiter 20 angeschlossen. Weiter ist eine Wahlschaltung 24 vorgesehen, um entweder den Ausgangsimpuls von dem Vertikal-Schieberegister 3 als Vertikal-Abtastschaltung oder die Spannung von einer Spannungsquelle 22' zu wählen. Die MOST-Schalter 21/ werden während der Horizontal-Austastperiode durch die Wählschaltung 24 durchgeschaltet, die Wählschalter 25 besitzt, um so das Gate-Potential V_G der vertikalen MOSTs 9/ zu ändern. Die MOS-Schalter 23/ werden während der Periode außerhalb der Horizontal-Austastperiode durchgeschaltet, wodurch die Ausgangsimpulse von der Vertikal-Abtastschaltung bzw. dem Vertikal-Schieberegister 3 sequentiell den vertikalen MOSTs S/ zugeführt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Vertikal-Schieberegister 3 nicht direkt mit der Spannung von der

Quelle 22' versorgt. Das heißt, da der Stromfluß vom Vertikal-Schieberegister 3 hinhibiert oder verhindert wird, kann das Gate-Potential Vc der vertikalen MOSTs 9/auf den gleichen Pegel gesetzt werden.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 10 wird die überschüssige Ladung über die horizontale Ausgangsleitung 4 in ähnlicher Weise ausgelesen wie im Fall der Bildaufnahmevorrichtting gemäß defri zweiten Ausfiihrüngsbeispiel, eis- keine MOST-Schalter 141 bis 14m vorgesehen sind, obwohl diese MOST-Schalter zusätzlich verwendet werden könne, wie im Fall der Vorrichtung gemäß F i g. 9.

Im Fall der bisher beschriebenen Ausführungsbeispie-Ie ist die Obergrenze der Lichtmenge zum Verhindern des Blooming durch die Größe der Verringerung der Gate-Spannung bestimmt. Wenn beispeilsweise mehr als 70% der gespeicherten Ladung bis die Fotodiode in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, während der Austaustperiode ausgelesen wird, kann die Obergrenze der Lichimenge zum Verhindern lies Auftretens des Blooming um etwa das 80fache erhöht werden in bezug auf die Höhe der oberen Grenze, die zulässig ist. wenn ein derartiger Auslesebetrieb nicht durchgeführt wird.

Die Fig. HA und UB zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Paar von Impulsfolgen entgegengesetzter Polaritäten, die von dem Horizontal-Schieberegister 2 erhältlich sind, als Schaltimpulse für die MOST-Schalter verwendet werden. Gemäß Fig. HA werden Impulse einer Polarität den Gate-Elektroden der MOST-Schalter 111. 112,... 11 m zugeführt, die mit der Stromversorgungsquelle 131 verbunden sind zur Zufuhr der Gate-Spannung zum Durchschalten der horizontalen MOSTs 8λ während die Impulse der anderen Polarität den Gate-Elektroden von MOST-Schaltern 121,122,... 12/n zugeführt sind. Auf diese Weise ergibt sich die Impulsbreite der den Gates der horizontalen MOSTs 8/ zugeführten Impulse durch den Ausgangsimpuls vom horizontalen Schieberegister 2, während die Amplitude der Impulse durch den Spannungspegel der externen Stromversorgungsquelle 131 bestimmt ist Folglich kann die den Gates der horizontalen MOSTs 8/ zugeführte Κηηηηιιησ Hnrr»h Haii imnv.ac crpctpiiArt uierHan Aar i\\\aw

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die Stromversorgungsquelle 131 und den Anschluß 132 angelegt ist, ohne den Betrieb des Horizontal-Schieberegisters 2 zu stören oder zu beeinträchtigen. Das Horizontal-Schieberegister 2 kann im allgemeinen mit Invertern oder Umsetzern und mit Schiebe-MOSTs versehen sein bei einer vereinfachten Ausführung. Zu diesem Zweck kann das in Fig. 7 dargestellte Schieberegister verwendet werden.

F i g. Π B zeigt Signalverläufe zur Darstellung der Betriebsweise der erläuterten Schaltung, wobei das erhaltene Videosignal in F i g. 11 Ba, die Taktimpulsfolgen HCP; und HCP₂ des Horizontal-Schieberegisters 2 in Fig. 11Bb bzw. Fig. HBc und der Eingangsimpuls Hin ind Fi g. 1 IBd dargestellt sind, wobei der Eingangsimpuls Hin unmittelbar vor der Beendigung der Horizontal-Austastdauer des Horizontal-Schieberegisters 2 angelegt wird. Die beiden Ausgangsimpulse entgegengesetzter Polaritäten, die den Gates der MOST-Schalter 111 und 121 von dem Horizontal-Schieberegister 2 zugeführt werden, sind in Fig. HBe und Fig. IBf dargestellt Die Impuls-Ausgangssignale des Horizontal-Schieberegisters 2, die den Gates der MOST-Schalter 112 und 122 zugeführt werden, sind in F i g. 11 Bg bzw. F i g. 11 Bh dargestellt

Wenn angenommen wird, daß ein Impulssignal mit dem Signalverlauf gemäß Fig. HBi an den Anschluß 132 angelegt wird, werden Signale mit den in F i g. 11 Bj Und Fig. HBk dargestellten Signalverläufen den Gate-Elektroden der horizontalen MOSTs 81 bzw. 82 zugeführt, wie sich das aus der Schaltungsanordnung gemäß Fig. HA ergibt. Da die Gates der horizontalen MOSTs 81,82... 8 nY mit der Stromversorgung 131 und dem Anschluß 132 über die MOST-Schalter 111,112... Um bzw. 121, 122 ... 12m verbunden sind, nimmt das

ίο Potential an diesen Gates den Spannungspegel 110 (z. B. -12 V) der Stromversorgung 131, wie in Fig. HBj und Fig. 11Bk dargestellt, nur dann an, wenn die Impulse gemäß Fig. 11Be und Fig. HBg angelegt sind, und bleiben ansonsten auf dem Spannungspegel 120 (dem Abschaltpegel oder z. B. 0 V) des Anschlusses 132 über die MOST-Schalter 121, 122 ... 12m. Folglich werden, wenn das Impulssignal gemäß Fig. HBi. das den Spannungspegel 120' während der Horizontal-Austas'-periode annimmt, dem Anschluß 132 zugeführt wird, die

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8m mit der Gate-Spannung 120' während der Horizontal-Austastperiode versorgt.

Nun wird eine Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Bei der vorhergehenden Beschreibung war angenommen, daß die Gate-Spannung Vg der vertikalen MOSTs 9/ verändert wird. Jedoch wird beim sechsten Ausführungsbeispiel das Erd- bzw. Massepotential der Fotodioden 1 verändert. Die Fig. 12A und 12fl sind schematische Querschnitte eines vertikalen MOSTs 9/ einer MOS-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung bzw. einer Fotodiode 1. F i g. 12A zeigt ein P-Substrat 33, eine N-Kanal-Gate-EIektrode 35 des vertikalen MOSTs 9; und eine Isolierschicht 36. Die Fotodiode 1 gemäß F i g. 12B ist dreischichtig aufgebaut, um eine gleichförmige Empfindlichkeit zu erreichen. Dabei ist eine P-Halbleiterschicht 34 vorgesehen. Bei diesem Aufbau ist es möglich, die überschüssige Ladung durch Verändern des Potentials am Substrat 33 oder der Halbleitcrschicht 34 während der Horizontal-Austastperiode zu entfernen. In jedem Fall wird überschüssige Ladung zur vertikalen Ausgangsleitung 10 Übertragen unH auf Hipcp Wpicp in rlpr crlpirhpn Wpicp pntfprnt wip

im Fall der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele.

Bei den bisher beschriebenen Bildaufnahmevorrichtungen werden etwa 10% des Signals abgeschnitten selbst in dem Fall, in dem das Videosignal gegenüber dem Blooming unempfindlich ist was nachteilig einen Verlust des dynamischen Bereiches zur Folge hat

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 13 ist so ausgebildet daß dieser Nachteil dadurch verhindert ist daß die den Gates der vertikalen MOSTs während der Horizontal-Austastperiode angelegte Spannung abhängig von der Intensität oder Stärke des einfallenden Lichts an den zugeordneten Fotodioden verändert wird. In Fig. 13 sind dargestellt: ein Ausgangsanschluß 41 einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, ein Vorverstärker 42, ein Tiefpaßfilter 43, ein Maximalwert-Detektor 44, ein Differenzverstärker 45 und eine Bezugsspannungsquelle 46. Das Ausgangs-Videosignal der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, das am Ausgangsanschluß 41 zur Verfügung steht wird durch den Vorverstärker 42 verstärkt und die Signalkomponente in einem niedrigen Band wird durch das Tiefpaßfilter 43 herausgeführt Anschließend wird der Spitzenwert des Videosignals während einer einzigen Horizontal-Abtastperiode oder einer einzigen Teilbildperiode durch den Maximalwert-Detektor 44 erfaßt und mit der

IO

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iezugispannung von der Bezugsspannungsquelle 46 mittels des Differenzverstärkers 45 verglichen, wobei dessen Ausgangssignal ein Gleichsignal einer Größe ist, die proportional dem Ausgangssignalpegel der Bildaufnahmevorrichtung ist. Wenn das so erhaltene Gleichsignal dem (normalerweise) geerdeten Anschluß 6 des Vertikal-Schieberegisters 3 gemäß Fig.6A zugeführt wird, wird das Gate-Potential des vertikalen MOSTs 9/ abhängig vom Ausgangssignalpegel der Bildaufnahmevorrichtung geändert. Bei einer derartigen Anordnung wird der Prozentsatz der entfernten oder abgeschnitten Signalladung nur erhöht, wenn das einfallende Licht eine solche Intensität hat, daß das Blooming hervorgerufen wird, während der Prozentsatz der abgeschnittenen SignalSädüng verringert wird, wenn das von einem Gegenstand aufzunehmende einfallende Licht zu niedrig ist, als daß das Blooming auftreten könnte, wodurch der dynamische Bereich in letzterem Fall keiner Begrenzung unterliegt.

Es ist zu bemerken, daß eine Fegeibegrenzerschai- iu tung anschließend an den Differenzverstärker 45 vorgesehen sein kann, um den Bereich zu bestimmen, in dem der Blooming unterdrückt werden soll.

Fig. 14 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Unterdrückung des Blooming während der ersten Horizontal-Abtastperiode für jedes Teilbild des Videosignals durchgeführt wird, und zwar in der im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbei- »piel der Erfindung beschriebenen Weise, wodurch der Betrieb der Schaltung zur Verhinderung des Blooming Während des verbleibenden TdIs des Teilbildes verhindert oder inhibiert wird, wenn kein Blooming-Si-

30 gnal, was einer überschüssigen Ladung äquivalent ist, während der ersten Horizontal-Abtastperiode erfaßt wird.

Das Vorhandensein des Blooming-Signals kann abhängig davon erfaßt werden, ob irgendein Signal während der Horizontal-Austastperiode vorhanden ist oder nicht. In bezug auf Fig. 14 wird das Video-Ausgangssignal vom Ausgangsanschlüü 41 der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung durch einen Vorverstärker 42 verstärkt und wird eine niederfrequente Komponente durch ein Tiefpaßfilter 43 abgetrennt, wobei dessen Ausgangssignal einem Blooming-Signaldetektor 47 (bzw. einer -detektorschaltung) zugeführt wird, der fcinen Anschluß 48 besitzt, der mit einem Erfassung-Impulssignal synchron zum Horizontal-Synchronsignal versorgt ist. Wenn das Blooming-Signal erfaßt ist, wird ein Steuersignal durch einen Steuersignal-Generator 49 erzeugt zum Steuern eines Schaltelements 50, um dadurch das Potential am Anschluß 5i dem normalerweise geerdeten Anschluß 6 des Vertikal-Schieberegister zuzuführen. Wenn andererseits kein Blooming-Signal erfaßt wird, wird der (normalerweise) geerdete Anschluß 6 auf dem Erd- bzw. Massepotential gehalten. Im Fall der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 6A ist das Blooming-Signal von der Leitung 50 erhältlich. Der Blooming-Signaldetektor 47 kann mittels einer üblichen Abtastspeicherschaltung gebildet sein.

Die beschriebene Blooming-Unterdrückung kann anstatt bei jedem Teilbild bei jedem Vollbild oder auch während jeder Horizontal-Abtastperiode durchgeführt werden.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

OO A 7 QQO Z.O T / ζ/ζ/ jl.

Patentansprüche:

1. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, mit

a) mehreren fotoelektrischen Elementen in matrixförmiger Anordnung mit mehreren Reihen und Spalten,

b) mehreren vertikalen Schaltelementen, die jeweils entsprechend den mehreren fotoelektrischen Elementen angeordnet sind, wobei die Potentialschwelle in jedem deren Stromwege durch Anlegen einer Spannung an jede deren Steuerelektroden gesteuert ist, und die jeweils an einem Ende des Stromwegs mit einem Ende jedes der fotoelektrischen Elemente verbunden ist,

c) mehreren vertikalen Ausgangsleitern, die
jeweils die anderen Enden der Stromwege der vertikalen Schaltelemente gemeinsam verbinden,

4) einer Vcrtikai-Abtastschaltung zur Zufuhr von Impulsen mit einem zweiten Potential zur Steuerelektrode jedes vertikalen Schaltelementes zum Auslesen einer Signalladung aus den mehreren fotoelektrischen Elementen in die mehreren vertikalen Ausgangsleiter, wobei die Impulse mit dem zweiten Potential die Schwelle im Stromweg durch jeden Leiter während einer Horizontal-Abtastperiode überwinden, und wobei die Steuerelektrode normalerweise dort auf einem e "ten Potential ist, wo ein vorgegebenes Potential im Stromweg gebildet ist,

·) mehreren horizontalen Scnaltelementen, die die vertikalen Ausgangslcuer mit einer Signal-Ausgangsschaltung verbinden, wobei eine Horizontal-Abtastschaltung die horizontalen Schaltelemente während jeder Horizontal-Abtastperiode sequentiell schaltet,

gekennzeichnet durch

t) eine erste Schaltung (63-65; 21, 211-21n, 22; 211'-2In', 22', 24; 42-50), die ein die Schwelle in jedem Stromweg verringerndes drittes Potential zu der Steuerelektrode jedes vertikalen Schaltelements (91—9n) oder dem anderen Ende jedes fotoelektrischen Elements (1) abgibt und die einen die Schwelle überschreitenden Teil der in jedem fotoelektrischen Element (1) gespeicherten Signalladung zu den vertikalen Ausgangsleitern (10) überträgt, und

g) eine zweite Schaltung (14, 141— 14m, 52; 121 —12m. 132). die während jeder Austastperiode arbeitet und die /u den vertikalen Ausgangsleitern (10) übertragene Ladung entfernt.

2. Fcstkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach An ■>■> tpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schaltelement (91— 9n. 81—8m) aus einem Feldeflekttransistor besteht, dessen Gateelektrode die Steuerelektrode bildet.

3. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Vertikal-Abtastschaltung ein Schieberegister (3) enthält mit einem Zuführanschluß (6) einer ersten Spannung, die dem ersten Potential entspricht, einem Zuführanschluß (15) einer zweiten Spannung, die dem zweiten Potential entspricht, einem Impulseingangsanschluß (18), Takteingangsanschlüssen (16, 17) und mehreren den Reihen der fotoelektrischen Elemente (1) entsprechenden Stufen, wobei das Schieberegister (3) Eingangsimpulse zu jeder Stufe abhängig von den Taktsignalen sequentiell verschiebt, wobei ein Impuls des zweiten Potentials von der Stufe dort ausgebbar ist, wo der Eingangsimpuls während jeder Horizontalabtastperiode angeordnet ist, und wobei ein Impuls mit dem ersten Potential von den anderen Stufen abgebbar ist, und

daß die erste Schaltung (63—65; 21, 211—21w, 22; 211'—2I/7', 22', 24; 42—50) einen Impuls mit dem dritten Potential dem Zuführanschluß (6) des Schieberegisters (3) für die erste Spannung während jeder Austastperiode zuführt

4. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung aus Schaltelementen (141 — 14m) besteht, die jeweils mit einem jeweiligen vertikalen Ausgangsleiter (10) verbunden sind und während jeder Austastperiode durchgeschaltet sind.

5. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung aus Schaltelementen (211—2In) besteht zum Durchschalten der horizontalen Schaltelemente (81—81m) während jeder Austastperiode.

6. Festkörper Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung einen Signalpegeldetektor (42—44) aufweist, der mit der Signal-Ausgangsschaltung (4, 7) verbunden ist und das dritte Potential abhängig vom Signalpegel ändert (Fig. 13).