DE3223809C2

DE3223809C2 - Bildsensor

Info

Publication number: DE3223809C2
Application number: DE3223809A
Authority: DE
Inventors: Takao Tokio/Tokyo Kinoshita; Nobuyoshi Yokohama Kanagawa Tanaka
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1981-09-17
Filing date: 1982-06-25
Publication date: 1987-02-26
Also published as: NL191569B; DE3223809A1; JPS5848455A; FR2513014B1; NL191569C; CA1200010A; FR2513014A1; GB2109630A; US4486783A; NL8202748A; GB2109630B

Abstract

Es wird eine Strahlungs-Abtastvorrichtung angegeben, die einen Strahlungssensor zum Erzeugen eines elektrischen Signals, das ein Muster der empfangenen Strahlung darstellt, eine Speichereinrichtung zum Speichern eines elektrischen Signals, eine Übertragungs- und Ausleseeinrichtung, die zwischen dem Sensor und der Speichereinrichtung angeordnet ist und die zum Übertragen eines elektrischen Signals von dem Sensor zu der Speichereinrichtung sowie zum Auslesen eines elektrischen Signals aus dem Sensor ausgebildet ist, und eine Ausleseeinrichtung zum Auslesen eines elektrischen Signals aus der Speichereinrichtung aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bildsensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Bildsensor dieser Art ist in der US-PS 42 63 623 beschrieben. Dieser bekannte Bildsensor weist einen matrixförmigen Bildaufnahmebereich auf, dessen einzelne Bildaufnahmeelemente nach entsprechender Belichtung elektrische Signale in bildmäßiger Verteilung speichern. Diese elektrische Signale werden mittels eines ersten Registers Zeile für Zeile in einen ebenfalls matrixförmigen Speicherbereich parellel übertragen, aus dem sie von einem zweiten Register nach zeilenweise paralleler Übernahme an einem Ausgang des Bildsensors als Videogsignal seriell ausgelesen werden.
Übliche Fernseh-Videosysteme arbeiten nach dem Zeilensprung- Verfahren, d. h. jedes Vollbild besteht aus zwei in der doppelten Bildfolgefrequenz aufeinanderfolgenden Halbbildern, von denen eines die geraden und das andere die ungeraden Zeilen enthält. Ein hierfür geeignetes Zeilensprung-Videosignal kann mit bekannten Bildsensoren erzeugt werden, indem für jedes Vollbild entsprechend zwei Belichtungs- und Auslesezyklen durchgeführt werden, wobei eine überlappende Arbeitsweise erzielbar ist, indem während einer Belichtung des Aufnahmebereichs gleichzeitig die Signale des vorhergehenden Halbbildes aus dem Speicher ausgelesen werden.
Um die für das Zeilensprung-Verfahren erforderliche Zeilenverschachtelung zu erreichen, kann im Halbbild-Wechselzyklus jeder Zeile des Speicherbereichs jeweils eine andere Zeile oder Zeilenkombination des Aufnahmebereichs zugeordnet werden. Bei Anwendung dieses Verfahrens ist es möglich, die Anzahl der Zeilen des Speicherbereichs gegenüber derjenigen des Aufnahmebereichs zu reduzieren, wie beispielsweise aus der DE-OS 30 21 602 bekannt ist.
Dadurch, daß zur Erzeugung des Videosignals für ein Vollbild herkömmlich zwei Belichtungen erfolgen, sind die beiden Halbbilder zwangsläufig zeitlich etwas versetzt. Die sich dadurch ergebende Unschärfe bei der Aufnahme bewegter Objekte ist bei der Wiedergabe von Laufbildern wegen der Trägheit des menschlichen Auges kaum feststellbar und kann daher in Kauf genommen werden. Wird der bekannte Bildsensor jedoch für die Erzeugung von elektronischen Standbildern verwendet, die in zunehmendem Maße als Ersatz für herkömmliche Fotografien Verwendung finden, ist diese Unschärfe deutlich zu sehen, so daß die Bildqualität kaum akzeptabel ist.
In der GB-PS 15 29 489 ist ein eindimensionaler, d. h. aus einer einzigen Bildelementzeile bestehender Bildsensor beschrieben, bei dem ein sogenannter Überlaufkanal vorgesehen ist, mit dem eine Überstrahlung des Sensors verhindert werden kann. Um die mit einem Überlaufkanal einhergehende Reduzierung der Auflösung auszugleichen, wird vorgeschlagen, zum Auslesen der elektrischen Signale insgesamt zwei Schieberegister einzusetzen, die jeweils unterschiedlich mit den Bildelementen gekoppelt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bildsensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß er ein zur Darstellung sowohl von Laufbildern als auch von klaren Standbildern geeignetes Videosignal erzeugen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Hierdurch wird erreicht, daß ein Zeilensprung-Videosignal schon bei nur einer einzigen Belichtung erzeugt werden kann, so daß entsprechend kein zeitlicher Versatz der Halbbilder und keine Unschärfe auftritt. Darüber hinaus wird weder der Schaltungsaufwand des Bildsensors noch der seiner peripheren Schaltungen hierdurch nennenswert erhöht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 bis 6 eine schematische Erläuterung des Arbeitsprinzips eines herkömmlichen Bildsensors bei der Erzeugung von Stand- und Laufbild-Videosignalen,
Fig. 7 den schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bildsensors,
Fig. 8 einen vergrößerten Teilausschnitt der Schaltungsstruktur des Bildsenors,
Fig. 9 innere Potentiale des Bildsensors,
Fig. 10 Ablauffolgen des Bildsensors bei der Aufnahme von Stand- bzw. Laufbildern,
Fig. 11 eine Ansteuerschaltung des Bildsensors, und
Fig. 12A und 12B Zeitdiagramme von Signalen an verschiedenen Punkten der Ansteuerschaltung bei der Aufnahme von Stand- bzw. Laufbildern.
Nachstehend wird zunächst das grundsätzliche Arbeitsprinzip eines Bildsensors der gattungsgemäßen Art näher beschrieben, der im gezeigten Beispiel als Festkörperschaltung in Form einer Ladungskopplungsvorrichtung ausgebildet ist.
In der Fig. 1 ist mit 1 ein matrixförmiger Bildaufnahmebereich der Ladungskopplungsvorrichtung (CCD) bezeichnet. In diesem Bildaufnahmebereich wird beispielsweise im Falle des NTSC-Systems die Anzahl von Bildaufnahmeelementen bzw. Zellen in der Vertikalrichtung gleich einer Anzahl gewählt, die im wesentlichen gleich der Anzahl der Abtastzeilen ist, nämlich in der Größenordnung von 490 liegt. Das heißt, diese Ladungskopplungsvorrichtung hat eine Zellenanzahl, die ungefähr doppelt so groß ist die die ansonsten gebräuchliche. Die Anzahl der Zellen in Horizontalrichtung, d. h. also pro Matrixzeile, liegt gewöhnlich in der Größenordnung von 390, 570 oder 780, was der Farbhilfsträgerfrequenz entspricht. Von diesen Zellen sind in der Fig. 1 neun Elemente bzw. vier Elemente gezeigt. 2 ist eine Elektrode, die dazu dient, an diesen Bildaufnahmebereich eine Spannung für die Belichtung und die Übertragung anzulegen. 3 ist ein matrixförmiger Speicherbereich, in dem die Anzahl der Zellen in der Vertikalrichtung ungefähr der Hälfte der Anzahl im Bildaufnahmebereich entspricht und die Anzahl der Zellen in der Horizontalrichtung gleich derjenigen in dem Bildaufnahmebereich ist. Mit 4 ist eine Elektrode bezeichnet, an die eine Spannung für das Übertragen von Ladung angelegt wird. 5 ist ein Horizontalübertragungsregister, das als eine Reihe von Ladungsübertragungsbereichen aufgebaut ist, die eine Zellanzahl hat, welche im wesentlichen gleich der Zellenanzahl in der Horizontalrichtung in dem Bildaufnahmebereich oder dem Speicherbereich ist. Mit 6 ist eine Elektrode zum Anlegen einer Spannung für das Übertragen der Ladung in dem Horizontalübertragungsregister 5 bezeichnet. Mit 7 ist ein Verstärker für das Umsetzen der aus dem Horizontal-Register 5 übertragenen Ladung in eine Ausgangsspannung bezeichnet.
Die Fig. 2 ist eine schematische Draufsicht auf den Bildsensor. In der Fig. 2 sind mit 20 Kanalsperren zum Verhindern des Übertretens von Ladung zwischen den Zellen in der Horizontalrichtung bezeichnet, während ein gestrichelter Abschnitt 21 ein Poly-Silizium-Elektroden-Abschnitt bzw. ein Abschnitt einer Elektrode aus Poly-Silizium bzw. polykristallinem Silizium in dem Bildaufnahmebereich ist; dieser Elektrodenabschnitt 21 hat einen ersten Bereich I und einen zweiten Bereich II, die sich voneinander hinsichtlich des Potentialzustands in dem Silizium unterscheiden. Mit 22 ist ein Scheinelektrodenabschnitt bezeichnet, in welchem in dem Silizium ein dritter Bereich III und ein vierter Bereich IV gebildet sind, die voneinander hinsichtlich des Potentialzustands verschieden sind. Der erste bis vierte Bereich bilden eine Zelle in der Vertikalrichtung. Abschnitte 24 und 25 sind jeweils gleichartig wie die Abschnitte 21 bzw. 22 des Bildaufnahmebereichs aufgebaut. Die an den Abschnitten 24 und 25 gespeicherten Ladungsmengen betragen jedoch ungefähr das Doppelte der an den Abschnitten 21 und 22 gespeicherten Mengen.
Die Fig. 3 zeigt die Zustände innerer Potentiale der Ladungskopplungsvorrichtung mit dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau. Mit 30 sind die dem Abschnitt 21 nach Fig. 2 entsprechenden Poly-Silizium-Elektroden des Bildaufnahmebereichs bezeichnet. Alle Elektroden des Bildaufnahmebereichs sind miteinander verbunden, wobei an die Elektroden eine Spannung für die Ladungsübertragung angelegt werden kann. Der Abschnitt unterhalb dieser Elektroden ist gemäß der Beschreibung im Zusammenhang mit der Fig. 2 in einen ersten und einen zweiten Potentialbereich aufgeteilt, von denen der erste Bereich I ein höheres Potential als der zweite Bereich II hat.
Die gestrichelten Linien in Fig. 3 zeigen die Zustände bei hohem negativem Potential an den Elektroden 30, während die ausgezogenen Linien die Potentiale in dem Falle zeigen, daß die Potentiale der Elektroden 30 geringfügig negativ oder positiv sind.
Das Potential an dem Scheinelektrodenabschnitt 22 nach Fig. 2 ist so gewählt, daß gemäß der Darstellung in Fig. 3 der dritte Bereich III ein geringfügig höheres Potential als der vierte Bereich IV hat. Das Potential an diesem Abschnitt hängt nicht von der an die Elektroden 30 angelegten Spannung ab, sondern wird ständig konstant gehalten. Demnach wird beim Anlegen einer vorbestimmten Spannung an die Poly- Silizium-Elektroden Ladung gespeichert, die aufeinanderfolgend durch das Anlegen einer impulsartigen Spannung übertragen wird.
In der Fig. 3 sind 32 Poly-Silizium-Elektroden des Speicherbereichs. Die inneren Potentiale dieses Speicherbereichs sind im wesentlichen gleichartig zu denjenigen des Bildaufnahmebereichs.
Ein erster bis vierter Bereich des Speicherbereichs ist entsprechend dem ersten bis vierten Potentialbereich des Bildaufnahmebereichs als I&min;, II&min;, III&min; bzw. IV&min; bezeichnet.
In der Fig. 3 ist 33 ein Horizontalübertragungsregister, dessen eine Seite mittels einer Kanalsperre abgeschlossen ist. In der Fig. 3 bezeichnet 34 den Potentialzustand des Kanalsperrenbereichs.
Anhand der Fig. 1 bis 3 wird nun die Ladungsbewegung beschrieben.
Die in dem Bildaufnahmebereich gespeicherte Ladung wird durch das Anlegen einer Impulsspannung an die Elektroden 30 übertragen, so daß sie in den vierten Potentialbereich des Abschnitts 25 nach Fig. 2 gelangt. Wenn zu diesem Zeitpunkt an die Elektroden 30 ein geringfügig negatives oder positives Potential angelegt wird, wird der durch die ausgezogenen Linien in Fig. 3 dargestellte Potentialzustand herbeigeführt, so daß die Ladung aus dem vierten Bereich über den ersten Bereich in den zweiten Bereich eintritt. Wenn dann an die Elektroden 30 ein hohes negatives Potential angelegt wird, wird die Ladung aus dem zweiten Bereich II über den Bereich III&min; in den Bereich IV&min; übertragen. Wenn zu diesem Zeitpunkt an den Elektroden 32 des Speicherbereichs ein geringfügig negatives oder positives Potential anliegt, fallen die Potentiale der Bereiche I&min; und II&min; einen gegenüber dem Potential des Bereichs IV&min; ab, so daß die Ladung aus dem Bereich IV&min; zu dem Bereich II&min; übertragen wird. Wenn an die Elektroden 32 des Speicherbereichs wiederholt eine impulsartige Spannung angelegt wird, wird der vorstehend beschriebene Übertragungsvorgang wiederholt und die zum dem Speicherbereich übertragene Ladung zu dem Horizontalübertragungsregister übertragen. Danach wird mittels eines gleichartigen Vorgangs auch in dem Horizontalübertragungsregister die Ladung ausgelesen. Der Aufbau des Horizontalübertragungsregisters ist im wesentlichen gleichartig einem mit 123 bezeichneten Übertragungsregister nach Fig. 8, jedoch ist die Vertikalrichtung mittels einer Kanalsperre abgeschlossen, so daß die Übertragung nur in der Horizontalrichtung erfolgt.
Anhand der Fig. 4 (a) und (b) wird nun die Betriebsweise bei Verwendung des Bildsensors für eine Kamera beschrieben. Die Fig. 4(a) zeigt die Betriebsbedingungen beim Betreiben des Bildsensors für eine Videostandbildkamera zur Erzeugung von Standbildern, während die Fig. 4 (b) die Bedingungen beim Betreiben des Bildsensors für eine herkömmliche Videokamera zur Erzeugung von Laufbildern (bewegten Bildern) zeigt.
Ein Zustand (a-1) nach Fig. 4 (a) stellt einen Gesamtlöschzustand dar, bei dem die durch einen Dunkelstrom oder dergleichen unmittelbar vor dem Belichtungsvorgang gespeicherte unerwünschte Ladung über eine Überstrahlungsschutz-Senke oder durch Betreiben der Ladungskopplungsvorrichtung mit hoher Geschwindigkeit entladen wird. Dann wird ein nicht gezeigter Verschluß betätigt, woraufhin der Zustand zu dem Belichtungszustand, nämlich einen Speicherzustand (a-2) des Bildaufnahmebereichs 1 wechselt.
Nach dem Schließen des Verschlußes tritt ein Zustand (a-3) auf, bei dem Ladungen wie beispielsweise in Zellen (1,1), (1,2), (1,3) und ( 1,4) nach Fig. 1 gespeicherte Signalladungen zu Zellen [4,1], [4,2], [4,3] und [4,4] verschoben werden, die in den Zellen (2,1), (2,2 ), (2,3) und (2,4) gespeicherten Signalladungen zu den Zellen (1,1), (1,2), (1,3) und (1,4) verschoben werden und die in den anderen Bildelementen bzw. Bildelement-Zellen gespeicherten Signalladungen auf gleichartige Weise um die einer Zelle entsprechende Strecke in der Vertikalrichtung verschoben werden. Dies wird aufeinanderfolgend wiederholt, wodurch die Signalladungen als zeitlich serielle Signale in der Reihenfolge (1,1), (1,2), (1,3), (1,4); (2,1), (2,2), (2,3) ···, (8,3), (8,4); (9,1), (9,2), (9,3), (9,4) aus dem Horizontalübertragungsregister ausgegeben werden. In diesem Fall können die Signalladungen auch mit einer von der Auslesefrequenz verschiedenen Frequenz übertragen werden, bis sich die Signalladungen der Zellen (1,1) bis (4,4) aus den Zellen [1,1] bis [4,4] herausbewegen.
Mittels des vorstehend beschriebenen Vorgangs kann für das Speichern ein Standbildsignal erzielt werden, das einem einzelnen Vollbild zum gleichen Zeitpunkt entspricht. Es wird nun die Betriebsweise bei der Verwendung des Bildsensors für die Videokamera zur Erzeugung von Laufbildern beschrieben. Ein Zustand (b-1) nach Fig. 4 (b) stellt den dem Zustand (a-1) nach Fig. 4 (a) entsprechenden Gesamtlöschzustand dar.
Dieser Vorgang ist jedoch nicht unerläßlich, da im Falle eines bewegten Bilds selbst dann, wenn ein dem ersten Einzel- Teilbild entsprechendes Signal Rauschen enthält, das Signal lediglich einen Teil des ganzen darstellt, und dieser Teilbereich seitens des Aufzeichnungsgeräts so gestaltet werden kann, daß das Signal nicht als Aufzeichnungssignal herangezogen wird. Ferner ist in diesem Fall kein Verschluß erforderlich, während dagegen das Speichern und das Auslesen abwechselnd wiederholt werden. (b-2), (b-2)&min;, ··· stellen Speicherzustände dar, wobei mittels des Apostrophs das zweite Titelbild bezeichnet ist. Das heißt, die bei (b-2) gespeicherte Ladung wird bei (b-3) ausgelesen und die bei (b-2)&min; gespeicherte Ladung wird bei (b-3)&min; ausgelesen.
(b-4) ist ein Zustand, bei dem die in dem Bildaufnahmebereich gespeicherte Ladung zu dem Speicherbereich übertragen wird.
Die gezeigte Ladungskopplungsvorrichtung hat in der Vertikalrichtung 490 Zellen im Bildaufnahmebereich und 245 Zellen im Speicherbereich, so daß sie sich von der üblicherweise verwendeten Ladungskopplungsvorrichtung hinsichtlich des Betriebsvorgangs der Übertragung der Ladung aus dem Bildaufnahmebereich zu dem Speicherbereich sowie hinsichtlich des Zeilensprung- Verfahrens unterscheidet. Dieser Betriebsvorgang wird anhand der Fig. 1 beschrieben.
Bei dem ersten Teilbild werden die in den Zellen (1,1), (1,2), (1,3) und (1,4) gespeicherten Ladungen zu den Zellen [4,1], [4,2], [4,3] und [4,4] des Speicherbereichs 3 übertragen. Darauf folgend werden gleichermaßen die Ladungen der Zellen (2,1), ( 2,2), (2,3) und (2,4) zu den Zellen [4,1], [4,2], [4,3] und [4,4] übertragen. Wenn die Gestaltung so getroffen ist, daß zu diesem Zeitpunkt keine Impulsspannung an dem Speicherbereich angelegt wird, sondern die vorangehend angelegte Spannung unverändert bleibt, werden in diesen Zellen zwei Zeilen des Bildaufnahmebereichs addiert. Darauf folgend erfolgt in dem Speicherbereich die Übertragung bzw. Verschiebung um eine Zeile, wonach auf die vorangehend beschriebene Weise zwei Zellen aus dem Bildaufnahmebereich übertragen werden. Wenn auf diese Weise das erste Halb- oder Teilbild ausgelesen ist und danach das nächste Teilbild ausgelesen wird, wobei die Ladungskopplungsvorrichtung so betrieben wird, daß die zu addierenden Zelleninhalte jeweils um eine Zeile verschoben werden, nämlich (2,1) und (3,1), (4,1) und (5,1) adddiert werden, kann ein Signal unter Verschachtelung bzw. Zwischenzeilen- Zusammensetzung mit dem vorangehenden Teilbild erzielt werden.
In der Fig. 5 ist eine Ansteuerungsschaltung der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ladungskopplungsvorrichtung gezeigt, während in der Fig. 6 Zeitdiagramme für diese Schaltung gezeigt sind. Die Fig. 6A zeigt ein Zeitdiagramm für verschiedene Teile der Schaltung nach Fig. 5 bei dem Aufnehmen eines stehenden Bildes und die Fig. 6B zeigt ein Zeitdiagramm für die verschiedenen Teile der Schaltung nach Fig. 5 bei dem Aufnehmen eines bewegten Bildes. Die Figuren sind derart zu verstehen, daß bei hohen Pegeln von Taktimpulsen Φ ₁₁, Φ ₁₃ und Φ ₁₄ gemäß den Fig. 6A und 6B an die betreffende Elektrode ein geringfügig negatives oder positives Potential angelegt wird, während bei niedrigen Pegeln der Taktimpulse an die betreffende Elektrode ein negatives Potential angelegt wird.
In der Fig. 5 ist 51 ein Startschalter; 52 bezeichnet eine monostabile Kippstufe; 53 bezeichnet einen Taktoszillator, der Taktimpulse mit einer vorbestimmten Frequenz erzeugt; 54 in ein Zähler; 55 ist ein Festspeicher, der entsprechend dem Zählwert des Zählers die Taktimpulse Φ ₁₁, Φ ₁₃ und Φ ₁₄ erzeugt und der so programmiert ist, daß er die in den Fig. 6A und 6B gezeigten Impulssignale erzeugt. 56 ist ein Umschalter zum Umschalten zwischen Standbildaufnahme (S) und Laufbildaufnahme (M); 57 ist ein RS-Flip-Flop; 58 ist eine Verschluß-Treiberschaltung; 59 bis 61 sind Ladungskopplungsvorrichtungs-Treiberschaltungen; mit 62 ist ein Verschluß bezeichnet, während mit 63 ein Objektiv bezeichnet ist.
Wenn der Startschalter 51 betätigt wird, erzeugt die monostabile Kippstufe 52 einen Impuls SP, wodurch der Inhalt des Zählers 54 gelöscht wird. Der Zähler 54 führt entsprechend den Taktimpulsen aus dem Taktoszillator 53 einen Hochzählvorgang aus. Der Zählwert des Zählers 54 wird als Eingangssignal an den Festspeicher 55 angelegt, der jeweils entsprechend der mittels des Umschalters 56 gewählten Aufnahmeart der Verschluß-Treiberschaltung 58 und den Treiberschaltungen 59 und 61 Signale zuführt. Wenn der Umschalter 56 auf einen Kontakt S geschaltet ist, gibt der Festspeicher 55 Signale entsprechend dem Zeitdiagramm in Fig. 6A ab. Wenn der Umschalter 56 auf einen Kontakt M geschaltet ist, gibt der Festspeicher 55 Signale entsprechend dem Zeitdiagramm in Fig. 6B ab. Das heißt, in dem Festspeicher 55 sind eine Tabelle zum Aufnehmen eines Standbildes und eine Tabelle zum Aufnehmen eines Laufbildes enthalten. Falls bei der Standbildaufnahme die ganze Signalladung einmal ausgelesen ist, ist der Betriebsvorgang beendet, so daß daher von dem Festspeicher 55 ein Abschlußsignal STP abgegeben wird, um das Flip-Flop 57 zu setzen und dann den Zähler 54 in dessen Sperrzustand zu versetzen. Im Falle der Luftbildaufnahme wird gemäß der Darstellung in Fig. 6B der gleiche Auslesevorgang wiederholt, so daß kein Abschlußsignal SPT abgegeben wird.
In der Fig. 6 ist VS ein Videoausgangssignal.
Anhand der Fig. 6A wird die Ansteuerung der Ladungskopplungvorrichtung bei der Standbildaufnahme beschrieben. Zur Vereinfachung sei angenommen, daß gemäß der Darstellung in Fig. 1 der Bildaufnahmebereich der Ladungskopplungsvorrichtung neun Vertikal-Zellen und vier Horizontal-Zellen aufweist. Zuerst werden die dem Bildaufnahmebereich und dem Speicherbereich gespeicherten Ladungen entladen.
An die Elektrode des Bildaufnahmebereichs 1 werden neun Taktimpulse Φ ₁₁ angelegt, so daß die Ladungen in dem Bildaufnahmebereich zu dem Speicherbereich 3 übertragen werden. Während die neun Taktimpulse Φ ₁₁ abgegeben werden, werden vier Taktimpulse Φ ₁₃ an die Elektrode des Speicherbereichs 3 angelegt, so daß die Dunkelstromkomponente aus dem Speicherbereich 3 zu dem Horizontalübertragungsregister 5 übertragen wird. Darauffolgend werden vier Taktimpulse Φ ₁₃ an die Elektrode 4 des Speicherbereichs 3 angelegt, so daß die von dem Bildaufnahmebereich 1 zu dem Speicherbereich 3 übertragene Ladung zu dem Horizontalübertragungsregister 5 übertragen wird. Jedesmal dann, wenn ein Taktimpuls Φ ₁₃ erzeugt wird, werden vier Taktimpulse Φ ₁₄ an die Elektrode des Horizontalübertragungsregisters 5 abgelegt, wodurch die Ladung aus dem Horizontalübertragungsregister 5 über den Verstärker 7 ausgegeben wird. Bei dem beschriebenen Beispiel erfolgt der Löschvorgang an der Ladungskopplungsvorrichtung einmal für jede Zeile, jedoch werden einige Löschvorgangszyklen notwendig, wenn ein großer Teil der Ladung zurückbleibt. Der Zustand wechselt auf den Zustand (a-2); wenn dann von dem Festspeicher 55 ein Signal SD für das Öffnen des Verschlußes abgegeben wird, wird der Verschluß 62 geöffnet, so daß der Bildaufnahmebereich 1 mit dem Objektbild belichtet wird. Nachdem der Verschluß 62 für eine vorbestimmte Zeitdauer geöffnet war, wird er geschlossen, wobei inzwischen in den jeweiligen Zellen des Bildaufnahmebereichs 1 jeweils eine der Helligkeit des Objektbilds entsprechende Ladung gespeichert ist.
Nachdem der Verschluß geschlossen wurde, werden gleichzeitig vier Taktimpulse Φ ₁₁ und Φ ₁₃ abgegeben, so daß die Ladungen der Zellen (1,1) bis (1,4) nach Fig. 1 in die Zellen [1,1] bis [1,4] übertragen werden, aus den Zellen (2,1) bis (2,4) zu den Zellen [2,1] bis [2,4), . . . aus den Zellen (4,1 ) bis (4,4) zu den Zellen [4,17] bis [4,4], aus den Zellen (5,1) bis (5,4) zu den Zellen (1,1) bis (1,4), . . . und aus den Zellen (9,1) bis (9,4) zu den Zellen (5,1) bis (5,4) übertragen werden.
Danach werden von einem Zeitpunkt t ₁₁ an vier Taktimpulse Φ ₁₄ abgegeben, so daß die unerwünschten Ladungen aus dem Horizontalübertragungsregister 5 abgegeben werden. Zu einem Zeitpunkt t ₁₂ werden die Taktimpule Φ ₁₁ und Φ ₁₃ abgegeben, so daß die in den Zellen (1,1) bis (1,4) während der Belichtung gespeicherten Ladungen in das Horizontalübertragungsregister 5 übertragen werden und von einem Zeitpunkt t ₁₃an bei einem Impuls Φ ₁₄ als Videoausgangssignal VS ausgegeben werden.
Wenn dieser Vorgang neunmal wiederholt wurde, sind alle während der Belichtung in dem Bildaufnahmebereich 1 gespeicherten Ladungen als Videoausgangssignal VS ausgegeben. Zu einem Zeitpunkt t ₁₅ wird von dem Festspeicher 55 das Abschlußsignal STP abgegeben, worauf der Vorgang der Ansteuerung der Ladungskopplungsvorrichtung beendet ist.
Die Betriebsweise während Laufbildaufnahmen wird nun anhand der Fig. 6B beschrieben.
Zuerst wird der Startschalter 51 betätigt, so daß der Zähler 54 gelöscht wird. Während der Dauer des Zustands (b-1) werden neun Taktimpulse Φ ₁₁ abgegeben, so daß die gesamte Ladung aus dem Bildaufnahmebereich 1 zu dem Speicherbereich 3 übertragen wird. Bei jedem zweiten Taktimpuls Φ ₁₁ wird ein Taktimpuls Φ ₁₃ abgegeben, wodurch die Ladung aus dem Speicherbereich 3 zu dem Horizontalübertragungsre -gister 5 übertragen wird. Während der Periode (b-2) werden die Taktimpulse Φ ₁₄ erzeugt, so daß die gesamten unerwünschten Ladungen beseitigt werden. Ferner wird während der Periode (b-2) die Belichtung des Bildaufnahmebereichs 1 ausgeführt. Darauf folgend wird während der Periode (b-4) die in dem Bildausnahmebereich 1 gespeicherte Signalladung zu dem Speicherbereich 3 übertragen. Zu einem Zeitpunkt t ₂₁ werden gleichzeitig der Ansteuerungs-Taktimpuls Φ ₁₁ für den Bildaufnahmebereich 1 und der Ansteuerungs- Taktimpuls Φ ₁₃ für den Speicherbereich 3 ausgegeben, wonach bis zur Abgabe des Taktimpulses Φ ₁₃ ein weiteres Taktimpuls Φ ₁₁ abgegeben wird, so daß die Ladungen der Zellen (1,1) bis (1,4) nach Fig. 1 und die Ladungen der Zellen (2,1) bis (2,4) nach Fig. 1 in den Zellen [4,1] bis [4,4] zusammengefügt und gespeichert werden. Gleichermaßen werden die Ladungen der Zellen (3,1) bis ( 3,4) und (4,1) bis (4,4) . . . (7,1) bis (7,4) und (8,1) bis (8,4) in den Zellen [4,1] bis [4,4] addiert und gespeichert. Während der Periode (b-4) werden fünf Taktimpulse Φ ₁₃ abgegeben, so daß die zusammengesetzten bzw. addierten Ladungen aus den Zellen (1,1) bis (1,4) und (2,1) bis (2,4) in dem Horizontalübertragungsregister bzw. Horizontalschieberegister 5 gespeichert werden, während die anderen addierten Ladungen in den Zellen [1,1] bis [1,4], [2,1] bis [2,4 ] und [3,1] bis [3,4] des Speicherbereichs 3 gespeichert werden. Die nicht zu anderen Ladungen addierten Ladungen aus den Zellen (9,1) bis (9,4) werden in den Zellen [4,1] bis [4,4] gespeichert. Danach wechselt der Zustand auf die Auslese- Periode (b-2)&min; für das erste Teilbild. Die Auslese-Periode (b-2)&min; entspricht gemäß den vorangehenden Ausführungen der Speicherungs-Periode für das zweite Teilbild, wobei während dieser Periode das Einspeichern in den Bildaufnahmebereich 1 erfolgt. Hinsichtlich des Speicherbereichs 3 werdern zuerst an die Elektrode des Horizontalübertragungsre -gisters Taktimpulse Φ ₁₄ angelegt, so daß die in dem Horizontalübertragungsregister 5 gespeicherten addierten Ladungen aus den Zellen (1,1 ) bis (1,4) und (2,1) bis (2,4) ausgelesen werden. Darauf folgend werden die addierten Ladungen aus den Zellen (3,1) bis (3,4) und (4,1) bis (4,4) ausgelesen. Schließlich werden die Ladungen aus der Zelle ( 9,1) bis (9,4) ausgelesen. Dieses Signal wird jedoch nicht als Videoausgangssignal VS verwendet.
Darauhin wechselt der Zustand zu der zweiten (b-4)- Periode, so daß die Ladungen für das zweite Teilbild in den Speicherbereich 3 übertragen werden. Zu diesem Zeitpunkt wird ein von dem Betriebsvorgang bei der ersten Periode (b-4) verschiedener Betriebsvorgang ausgeführt. Zu einem Zeitpunkt t ₂₄ wird nämlich ein Taktimpuls Φ ₁₃ abgegeben, so daß die Ladungen aus den Zellen (1,1) bis (1,4) zu den Zellen [4,1] bis [4,4] übertragen werden. Darauf folgend werden zu einem Zeitpunkt t ₂₅ die Ladungen aus dem Bildaufnahmebereich Zeile für Zeile übertragen. Dann werden zu einem Zeitpunkt t ₂₆ Taktimpulse Φ ₁₁ und Φ ₁₃ gleichzeitig abgegeben, so daß die addierten Ladungen aus den Zellen (2,1) bis (2,4) und (3,1) bis (3,4) in den Zellen [4,4] bis [4,4] gespeichert werden. Danach erfolgt ein gleichartiger Betriebsvorgang, wodurch die Ladungen aus den Zellen (1,1) bis (1,4) in das Horizontalübertragungsregister eingespeichert werden, die addierten Ladungen aus den Zellen (2,1) bis (2,4) und (3,1) bis (3,4) in die Zellen 1,1 bis 1,4 eingespeichert werden usw. und schließlich die addierten Ladungen aus den Zellen (8,1) bis (8,4) und (9,1) bis (9,4) in den Zellen [4,1] bis [4,4] eingespeichert werden. Dann werden die in dem Speicherbereich 3 gespeicherten Ladungen für das zweite Teilbild während der Periode (B-2) ausgelesen. Dabei werden mittels der ersten vier Taktimpulse Φ ₁₄ die Ladungen aus den Zellen (1,1) bis (1,4) ausgelesen, so daß diese nicht als Videoausgangssignal verwendet werden.
Die Betriebsvorgänge (b-2)→(b-4)→(b-2)&min;→(b-4) werden gemäß der vorangehenden Beschreibung wiederholt.
Die Fig. 7 zeigt den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Bildsensors in Form einer Ladungskopplungsvorrichtung.
In der Fig. 7 bezeichnet 101 einen matrixförmigen Bildaufnahmebereich der Ladungskopplungsvorrichtung. Bei diesem Bildlaufnahmebereich ist beispielsweise im Falle des NTSC-Systems die Anzahl der Zellen in der vertikalen Richtung, d. h. die Anzahl der Matrixzeilen so gewählt, daß sie im wesentlichen gleich der Anzahl der Abtastzeilen ist, nämlich in der Größenordnung von 490 liegt. Das heißt, diese Ladungskopplungsvorrichtung hat eine Zeilenanzahl, die ungefähr das Doppelte derjenigen herkömmlicher Ladungskopplungsvorrichtungen ist. Als Zellenanzahl in der Horizontalrichtung im Bildaufnahmebereich 101 wird üblicherweise eine der Farbhilfsträgerfrequenz entsprechende Anzahl, nämlich eine Anzahl in der Größenordnung von 390 oder 570 gewählt.
Bei dem Bildaufnahmebereich 101 nach Fig. 7 ist ein Beipiel gezeigt, bei dem neun Elemente in der vertikalen Richtung und vier Elemente in der horizontalen Richtung angeordnet sind. In der Fig. 7 ist 102 eine Elektrode zum Anlegen einer Spannung für die Belichtung und die Übertragung.
In der Fig. 7 bezeichnet 103 einen matrixförmigen Speicherbereich, bei dem in der vertikalen Richtung die Anzahl der Zellen ungefähr die Hälfte derjenigen des Bildaufnahmebereichs ist, während in der horizontalen Richtung die Anzahl der Zellen gleich derjenigen des Bildaufnahmebereichs 101 ist. Demgemäß hat dieser Speicherbereich eine Zellenanzahl, die gleich derjenigen des Speicherbereichs herkömmlicher Ladungskopplungsvorrichtungen ist.
Mit 104 ist in der Fig. 7 eine Elektrode zum Anlegen einer Spannung für die Ladungsübertragung an den Speicherbereich bezeichnet.
In der Fig. 7 ist 105 ein zweites Register bzw. Horizontalübertragungsregister, das einen Ladungsübertragungsbereich mit einer Reihe von Zellen in einer Anzahl aufweist, die im wesentlichen gleich der Anzahl der Zellen des Bildaufnahmebereichs oder des Speicherbereichs in der horizontalen Richtung ist.
Mit 106 in Fig. 7 ist eine Elektrode für das Anlegen einer Spannung für die Ladungsübertragung an das Horizontalübertragungsregister 105 bezeichnet.
107 in Fig. 7 ist ein Verstärker zum Umsetzen der von dem Horizontalübertragungsregister 105 her übertragenen Ladung in ein Ausgangssignal.
Erfindungsgemäß ist zwischen dem Bildaufnahmebereich 101 und dem Speicherbereich 103 ein im wesentlichen mit dem zweiten Horizontalübertragungsregister 105 identisches erstes Register bzw. Horizontalübertragungsregister 108 vorgesehen Mit 109 ist eine Elektrode zum Anlegen einer Spannung für das Übertragen der Ladung in dem zweiten Horizontalübertragungsregister bezeichnet, während 110 ein Verstärker zum Umsetzen der übertragenen Ladung in ein Ausgangssignal.
Es gibt verschiedenerlei Ladungsübertragungs-Verfahren wie die Einzelphasenansteuerung, die Zweiphasenansteuerung, die Dreiphasenansteuerung, die Vierphasenansteuerung usw., von denen jede anwendbar ist; zur Vereinfachung der Beschreibung werden jedoch nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 8 die Ausbildungen des ersten Horizontalübertragungsregisters 108 und des Speicherbereichs 103 mit der Einzelphasenansteuerung als Beispiel beschrieben.
In der Fig. 8 bezeichnet 120 eine Kanalsperre zum Verhindern des Übertretens von Ladung zwischen den Zellen in der Horizontalrichtung.
121 ist eine Poly-Silizium-Elektrode des Bildaufnahmebereichs bzw. eine Elektrode aus polykristallinem Silizium, wobei der Abschnitt, an dem diese Elektrode angebracht ist, einen Bereich A und einen Bereich B umfaßt, die voneinander hinsichtlich des Potentialzustands in dem Silizium verschieden sind. 122 ist ein Abschnitt, in dem in dem Silizium eine Scheinelektrode gebildet ist. Der Abschnitt 112 umfaßt einen Bereich C und einen Bereich D, die voneinander hinsichtlich des Potentialzustands in dem Silizium verschieden sind.
In der vertikalen Richtung besteht eine Zelle aus diesen Bereichen A, B, C und D.
Mit 123 ist der Abschnitt des ersten Horizontalübertragungsregister bezeichnet. In diesem Abschnitt hat eine Elektrode aus polykristallinem Silizium die Form von durch die Strichlinierung dargestellten Kammzähnen, wobei der Bereich unterhalb dieser Elektrode in Bereiche A&min;, B&min; und A&min;&min; aufgeteilt ist, die sich hinsichtlich des Potentialzustands unterscheiden. Die Bereiche A&min; und A&min;&min; sind hinsichtlich des Potentials gleich, jedoch voneinander durch eine Kanalsperre getrennt. Bereiche C&min; und D&min; sind auf das gleiche Potential wie der Scheinelektroden-Abschnitt 122 des Bildaufnahmebereichs gelegt. 124 und 125 sind gleichartig wie die Abschnitte 121 bzw. 122 des Bildaufnahmebereichs aufgebaute Abschnitte. Die in den Abschnitten 124 und 125 gespeicherten Ladungsmengen betragen ungefähr das Doppelte der in den Abschnitten 121 und 122 gespeicherten.
Die Fig. 9 zeigt die Zustände innerer Potentiale der Ladungskopplungsvorrichtung mit dem in Fig. 8 gezeigten Aufbau.
In der Fig. 9 sind mit 130 die dem Abschnitt 121 nach Fig. 8 entsprechenden Elektroden des Bildaufnahmebereichs bezeichnet, die alle gemeinsam so geschaltet sind, daß an ihnen eine Spannung für die Ladungsübertragung liegt. Der Bereich unterhalb der Elektroden 130 ist in die Bereiche A und B gemäß der Beschreibung in Verbindung mit der Fig. 8 aufgeteilt, wobei der Bereich A einen höheren Potentialzustand als der Bereich B hat. Die gestrichelten Linien in Fig. 9 zeigen den Zustand bei hohem negativen Potential der Elektroden 130, während die ausgezogenen Linien die Potentiale bei einem geringfügig negativen oder positiven Potential der Elektroden 130 zeigen.
Das Potential des Scheinelektroden-Abschnitts 122 nach Fig. 8 ist in dem Bereich C geringfügig höher als im Bereich D, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Das Potential in diesem Abschnitt hängt nicht von der an die Elektroden 130 angelegten Spannung ab, sondern ist ständig konstant gehalten. Falls folglich an die Elektroden 130 eine vorbestimmte Spannung angelegt wird, wird Ladung gespeichert, während beim Anlegen einer impulsartigen Spannung an die Elektroden 130 Ladung übertragen wird.
In der Fig. 9 ist 131 die Elektrode des ersten Horizontalübertragungsregisters. Diese Elektrode ist von den anderen Elektroden gesondert, so daß an sie eine unabhängige Spannung angelegt werden kann. Das innere Potential dieses ersten Horizontalübertragungsregisters entspricht dem unterhalb der Elektrode 131 in Fig. 9 gezeigten.
In der Fig. 9 sind die Elektroden des Speicherbereichs mit 132 bezeichnet. Die inneren Potentiale dieses Speicherbereichs sind denjenigen des Bildaufnahmebereichs gleichartig. Mit 133 ist die Elektrode des zweiten Horizontalübertragungsregisters 105 nach Fig. 7 bezeichnet, das im Aufbau dem ersten Horizontalübertragungsregister gleichartig ist, sich von diesem jedoch darin unterscheidet, daß es an einer Seite mittels einer Kanalsperre abgeschlossen ist. Mit 134 ist der Potentialzustand dieser Kanalsperre gezeigt. Nachstehend wird die Funktion der Ladungen in dem ersten Horizontalübertragungsregister beschrieben. Die in dem Bereich B des Bildaufnahmebereichs gespeicherte Ladung wird in ihren Potentialen in den Bereichen A und B gemäß der Darstellung durch die gestrichelten Linien in Fig. 9 durch das Anlegen einer Impulsspannung mit negativem Potential an die Elektroden 130 angehoben und in den Potentialsenken-Bereich des Abschnitts 122 nach Fig. 8 übertragen. Wenn zu diesem Zeitpunkt an der Elektrode 131 des ersten Horizontalübertragungsregisters ein geringfügig negatives oder positives Potential angelegt ist, nehmen die Potentiale der Bereiche A&min; und B&min; die durch die ausgezogenen Linien in Fig. 9 dargestellten Potentialzustände an , so daß die Ladung aus dem Bereich D über den Bereich A&min; in den Bereich B&min; gelangt. Wenn darauf folgend an die Elektrode 131 ein hohes negatives Potential angelegt wird, nehmen die Potentiale der Bereiche A&min; und B&min; die durch die gestrichelten Linien gezeigten Zustände an, so daß die Ladung aus dem Bereich B&min; über den Bereich C&min; (der ein durch die gestrichelte Linie dargestelltes vorbestimmtes Potential hat) zu dem Bereich D&min; übertragen wird (der ein durch die gestrichelte Linie dargestelltes vorbestimmtes Potential hat). Wenn zu diesem Zeitpunkt an die Elektroden 132 des Speicherbereichs eine geringfügig negative oder positive Spannung angelegt wird, fallen gemäß der Darstellung durch die ausgezogenen Linien die Potentiale von dem Bereich D&min; zu den Bereichen A&min;&min;&min; und B&min;&min; hin ab, so daß die Ladung aus dem Bereich D&min; über den Bereich A&min;&min;&min; zu dem Bereich B&min;&min; übertragen wird.
Die auf diese Weise zu dem Bereich B&min;&min; des Speicherbereichs übertragene Ladung wird über den Bereich C&min;&min; zu dem Bereich D&min;&min; übertragen, da durch das Anlegen einer impulsartigen Spannung mit negativem Potential an die Elektroden 132 des Speicherbereichs die Potentiale an den Bereichen A&min;&min;&min; und B&min;&min; zu den mit den gestrichelten Linien dargestellten werden. Darauf folgend wird durch das Anlegen einer Impulsspannung als Ansteuerungssignal an die Elektroden 132 die gespeicherte Ladung in der Aufeinanderfolge B&min;&min;→D&min;&min;→B&min;&min; übertragen, schließlich zu dem zweiten Horizontalübertragungsregister 105 übertragen und anschließend ausgelesen. Der vorstehend beschriebene Ladungsfluß zeigt, daß der Betriebsablauf völlig demjenigen herkömmlicher Ladungskopplungsvorrichtungen gleichartig ist.
Es wird nun der Ladungsfluß im dem Fall beschrieben, daß das Signal über das erste Horizontalübertragungsregister ausgelesen wird.
Bei dem vorangehend beschriebenen Betriebsvorgang wurde die zu dem Bereich D&min; übertragene Ladung durch das Anlegen eines geringfügig negativen oder positiven Potentials an die Elektroden 132 des Speicherbereichs zu dem Speicherbereich übertragen, jedoch wird an diese Elektroden eine hohe negative Spannung angelegt, um die Potentiale der Bereiche A&min;&min;&min; und B&min;&min; auf den durch die gestrichelten Linien gezeigten zu halten, und eine impulsartige Spannung an die Elektrode 131 für das zweite Horizontalübertragungsregister angelegt, um die Potentiale der Bereiche A&min;&min; und B&min; abwechselnd auf die durch die ausgezogenen Linien und die durch die gestrichelten Linien dargestellten Zustände zu verschieben, wodurch die Ladung in dem Bereich D&min; zu A&min;&min; →B&min;→C&min;→D&min; in der horizontalen Richtung übertragen wird und über den Verstärker 110 nach Fig. 7 der Signalauslesevorgang erfolgt.
Zum Beschreiben des Betriebsvorgangs bei Verwendung des Bildsensors für eine Kamera wird nun auf die Fig. 10 Bezug genommen.
Die Fig. 10 (a) zeigt Betriebszustände bei Verwendung des Bildsensors für eine Videostandbildkamera, während die Fig. 10 (b) die Betriebszustände bei seiner Verwendung für eine Videolaufbildkamera zeigt.
Zunächst wird der Fall beschrieben, daß mittels des Bildsensors ein Standbild erzeugt wird.
Ein Zustand (S-1) nach Fig. 10 (a) stellt einen Gesamtlöschzustand dar, bei dem die durch einen Dunkelstrom oder dergleichen gespeicherte Ladung unmittelbar vor dem Belichtungsvorgang über eine Überstrahlungsschutz-Senke abgeleitet wird oder bei dem die Ladungskopplungsvorrichtung mit einer hohen Gewindigkeit betrieben wird, um die Ladung nach außen zu führen und zu beseitigen.
Danach wird der Verschluß geöffnet, wobei der Zustand zu einem Belichtungszustand, nämlich einem Speicherzustand (S-2) des Bildaufnahmebereichs wechselt. Danach wechselt der Zustand zu einem Auslese-Zustand (S-3) für das erste Teilbild an dem Horizontalübertragungsregister 108.
Bei dem Zustand (S -2) wird der Verschluß nach einer vorbestimmten Belichtungszeit geschlossen und in den jeweiligen, in Fig. 7 gezeigten Zellen ein Bildsignal (siehe Ladung) gespeichert, wonach bei dem Zustand (S-3) die in den Zellen des Bildaufnahmebereichs gespeicherten Ladungen um jeweils zwei Zellen in der Vertikalrichtung übertragen werden. Das heißt, bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 werden die in den Zellen (1,1) bis (1,4) gespeicherten Ladungen über das erste Horizontalübertragungsregister 108 zu den Zellen [4,1] bis [ 4,4] des Speicherbereichs übertragen, während die in den Zellen (2,1) bis (2,4) gespeicherten Ladungen in das erste Horizontalübertragungsregister 108 übertragen werden. Gleichermaßen werden die in den Zellen der anderen Zeilen gespeicherten Ladungen gleichfalls um zwei Zeilen verschoben. Dadurch werden die in den Abschnitten (3,1) bis (3,4), (4,1) bis (4,4), ( 5,1) bis (5,4), (6,1) bis (6,4), (7,1) bis (7,4), (8,1) bis (8,4) und (9,1) bis (9,4) gespeicherten Ladungen jeweils zu den Abschnitten (1,1) bis (1,4), (2,1) bis (2,4), (3,1 ) bis (3,4), (4,1) bis (4,4), (5,1) bis (5,4), (6,1) bis (6,4) und (7,1) bis (7,4) übertragen.
Nachdem die Ladungen auf diese Weise um zwei Zeilen verschoben wurden, werden die zu dem ersten Horizontalübertragungsregister 108 übertragenen Ladungen über den Verstärker 110 nach außen abgegeben. Dadurch werden die auf die vorangehend beschriebene Weise zu dem Horizontalübertragungsregister 108 übertragenen gespeicherten Ladungen, nämlich die während der Belichtung in den Zellen (2,1) bis ( 2,4) gespeicherten Ladungen als serielles Signal ausgegeben.
Danach werden die in den Zellen des Bildaufnahmebereichs gespeicherten Ladungen erneut um zwei Zeilen verschoben. Dadurch werden die zu den Zellen bzw. dem Abschnitt (1,1) bis (1,4) übertragenen Ladungen, nämlich die während der Belichtung in den Zellen (3,1) bis (3,4) gespeicherten Ladungen über das erste Register zu den Zellen [4,1] bis [4,4] des Speicherbereichs verschoben, während die zu den Zellen bzw. dem Abschnitt (2,1) bis (2,4) übertragenen Ladungen, nämlich die während der Belichtung in den Zellen (4,1) bis (4,4) gespeicherten Ladungen in das erste Register 108 übertragen werden. Ferner werden zu diesem Zeitpunkt die zu den Zellen in einer jeweiligen Zeile des Speicherbereichs 103 übertragenen Ladungen um eine Zeile verschoben. Demzufolge werden die zuvor zu den Zellen [4,1] bis [4,4] übertragenen Ladungen, nämlich die während der Belichtung in den Zellen (1,1) bis (1,4) gespeicherten Ladungen zu den Zellen [3,1] bis [3,4] verschoben. Danach erfolgt erneut das Auslesen der in das Horizontalübertragungsregister übertragenen Ladungen, wodurch die in das Horizontalübertragungsregister 108übertragenen und gemäß der vorangehenden Beschreibung während der Belichtung in den Zellen (4,1) bis (4,4) gespeicherten Ladungen als serielles Signal ausgegeben werden. Danach erfolgt abwechselnd das Verschieben der in den Zellen des Bildaufnahmebereichs 101 gespeicherten Ladungen um zwei Zeilen und das Verschieben der zu den Zellen des Speicherbereichs 103 übertragenen Ladungen um eine Zeile sowie das Auslesen der in das Horizontalübertragungsregister 108 übertragenen Ladungen, wodurch von dem zweiten Horizontalübertragungsregister 108 aufeinanderfolgend die während der Belichtung in den Zellen (2,1) bis (2,4), (4,1) bis (4,4), (6,1) bis (6,4) und (8,1) bis (8,4) gespeicherten Ladungen ausgegeben werden. Das heißt, es wird das Auslesen des ersten Teilbilds vorgenommen. Ferner werden die während der Belichtung in den Zellen (1,1) bis (1,4), (3,1) bis (3,4), (5,1) bis (5,4) und (7,1) bis (7,4) gespeicherten Ladungen jeweils zu den Zellen [1,1] bis [1,4], [2,1] bis [2,4], [3,1] bis [3,4] und [4,1] bis [4,4] des Speicherbereichs übertragen. Nachdem der erste Teilbild-Auslesevorgang auf diese Weise ausgeführt wurde, wechselt der Zustand zu dem Auslesen des zweiten Teilbilds, nämlich zu dem Zustand (S-4). Bei dem Zustand (S-4) werden die in die Zellen einer jeden Zeile des Speicherbereichs übertragenen Ladungen um eine Zeile verschoben, wonach die zu dem zweiten Horizontalübertragungsregister 105 verschobenen Ladungen ausgelesen werden, wodurch von dem zweiten Horizontalübertragungsregister die während der Belichtung in den Zellen (1,1) bis (1,4), (3,1) bis (3,4), ( 5,1) bis (5,4), (7,1) bis (7,4) und (9,1) bis (9,4) gespeicherten Ladungen abgegeben werden, so daß das Auslesen des zweiten Teilbilds beendet wird.
Auf diese Weise ist es mit dem Bildsensor möglich, gemäß dem Zeilensprung-Verfahren die einem zum gleichen Zeitpunkt aufgezeichneten Vollbild entsprechenden Bildsignale als Bildsignale eines ersten Teilbilds und danach als Bildsignale eines versetzten zweiten Teilbilds auszulesen. Dabei arbeitet das erste Horizontalübertragungsregister 108 gleichzeitig als Horizontalübertragungs-Schieberegister und Paralleleingabe/Parallelausgabe-Schieberegister.
Es wird nun die Funktionsweise bei der Verwendung des Bildsensors für eine Videolaufbildkamera beschrieben.
Ein Vorgang M-1 nach Fig. 10 (b) entspricht dem Vorgang S-1 nach Fig. 10 (a). Dieser Vorgang ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.
In diesem Fall ist kein Verschluß notwendig, während das Speichern und das Auslesen gleichzeitig wiederholt werden. M-2, M-2&min;, . . . stellen Speicherzustände dar, wobei mit dem Apostroph das zweite Teilbild bezeichnet ist. Das heißt, die bei dem Vorgang M-2 (für das erste Teilbild) gespeicherte Ladung wird bei dem Vorgang M-3 ausgelesen, während die bei dem Vorgang M-2&min; (für das zweite Teilbild) gespeicherte Ladung bei dem Vorgang M-3&min; ausgelesen wird.
Der Vorgang M-4 stellt einen Vorgang dar, bei dem die in dem Bildaufnahmebereich gespeicherten Ladungen zu dem Speicherbereich verschoben werden.
Nachdem bei dem Vorgang M-2 die Belichtung und die Speicherungen erfolgten, werden zuerst bei dem Vorgang M-4 die in dem Bildaufnahmebereich gespeicherten Ladungen zu dem Speicherbereich verschoben. Bei diesem Verschiebevorgang werden die in den Zellen, (1,1), (1,2), (1,3) und (1,4) gespeicherten Ladungen über das erste Horizontalübertragungsregister 108 zu den Zellen [4,1], [ 4,2], [4,3] und [4,4] des Speicherabschnitts 103 übertragen. Darauf folgend werden die Ladungen aus den Zellen (2,1), (2,2), (2,3) und (2,4) gleichermaßen zu den Zellen [4,1], [4,2], [4,3] und [4,4] übertragen. Zu diesem Zeitpunkt wird an den Speicherbereich keine Impulsspannungen angelegt, so daß die während der Belichtung in den Zellen (1,1) bis (1,4 ) gespeicherten Ladungen in den Zellen [4,1] bis [4,4] festgehalten werden. Dadurch werden die in zwei Zeilen des Bildaufnahmebereichs, nämlich den Zeilen (1,1) bis (1,4) und (2,1) bis (2,4) gespeicherten Ladungen in den Zellen [4,1] bis [4,4] addiert.
Darauf folgend wird eine Zeile des Speicherbereichs verschoben, d. h., es werden die in den Zellen [ 4,1] bis [4,4] addierten Ladungen zu den Zellen [3,1] bis [3,4] übertragen und es werden auf die vorangehend beschriebene Weise zwei Zeilen des Bildaufnahmebereichs, nämlich die während der Belichtung in den Zellen (3,1) bis (3,4) und (4,1) bis (4,4) gespeicherten Ladungen wieder in die Zellen [4,1] bis [4,4] übertragen und dort addiert. Danach werden auf die gleiche Weise der Vorgang des Verschiebens einer Zeile des Speicherbereichs und der Vorgang des Übertragens zweier Zeilen des Bildaufnahmebereichs zu den Zellen [4,1] bis [4,4] und des Addierens in diesen wiederholt, wodurch die addierten Ladungen aus den Zellen (1,1) bis (1,4) und (2,1) bis (2,4) zu den Zellen [1,1] bis [1,4] des Speicherbereichs, die addierten Ladungen aus den Zellen (3,1) bis (3,4) und (4,1) bis (4,4) zu den Zellen [2,1] bis [2,4] übertragen werden, die addierten Ladungen aus den Zellen (5,1) bis (5,4) und (6,1) bis (6,4) zu den Zellen [3,1] bis [3,4] übertragen werden und die addierten Ladungen aus den Zellen (7,1) bis (7,4) und (8,1) bis (8,4) zu den Zellen [4,1] bis [4,4] übertragen werden.
Danach wechselt der Ablauf zu den Vorgängen M-2&min; und M-3, wobei die Belichtungs- und Speicherungsvorgänge ausgeführt werden, während zugleich die gemäß der vorangehenden Beschreibung in den Speicherbereich 103 verschobenen Signale Zeile für Zeile zu dem Horizontalübertragungsregister 105 übertragen werden und die in das Horizontalübertragungsregister übertragenen Signale aus diesem seriell ausgelesen werden. Dadurch erfolgt das Auslesen des ersten Teilbilds.
Nachdem das Auslesen des ersten Teilbilds auf diese Weise abgeschlossen wurde, erfolgt bei M-4 das Übertragen der in dem Bildaufnahmebereich 101 gespeicherten Ladungen zu dem Speicherbereich 103 durch den Vorgang M-2&min;. Dies stellt den Auslesevorgang für das zweite Teilbild dar, so daß die Übertragung und die Addition zweier Zeilen des Bildaufnahmebereichs erfolgt, während die Zellen um eine Zeile verschoben werden, wenn die Ladungen aus dem Bildaufnahmebereich 101 zu den Zellen [4,1] bis [4,4] übertragen werden.
Das heißt, für das zweite Teilbild werden jeweils die in den Zellen (2,1) bis (2,4) und den Zellen (3,1) bis (3,4) gespeicherten Ladungen, die in den Zellen (4,1) bis (4,4) und den Zellen (5,1) bis (5,4) gespeicherten Ladungen und die in den Zellen (6,1) bis (6,4) und den Zellen (7,1) bis (7,4) gespeicherten Ladungen zu den Zellen [4,1] bis [4,4] übertragen und in diesen addiert, wobei die jeder Zeile des Speicherbereichs zugeführten Ladungen übertragen und gespeichert werden. Danach werden durch den Vorgang M-3&min; die in dem Speicherbereich 103 gespeicherten Ladungen über das Horizontalübertragungsregister 105 ausgegeben, wodurch das Auslesen des zweiten Teilbilds abgeschlossen wird. Wenn zwei Matrixzeilen des Bildaufnahmebereichs auf diese Weise addiert werden, sind der Vorgang der ersten Übertragung und der Addition und der Vorgang der zweiten Übertragung und der Addition um eine Zeile versetzt, wodurch ein mit dem ersten Teilbild verschachteltes Signal erzielbar ist und die Bildaufnahme wie bei einer Videokamera ausgeführt werden kann.
Dabei wird das erste Horizontalübertragungsregister 108 als ein Paralleleingabe/Parallelausgabe-Schieberegister eingesetzt, während es keine Horizontalübertragungsfunktion hat.
Die Ladungen in den Zellen des Bildaufnahmebereichs werden für jeweils zwei Zeilen addiert und in den Zellen des Speicherbereichs gespeichert, so daß daher die erforderliche Speicherkapazität einer jeden Zelle des Speicherbereichs ungefähr die doppelte Speicherkapazität einer jeden Zelle des Bildaufnahmebereichs ist. Sobald ferner die Anzahl der Zellen größer ist, deren Inhalt addiert wird, muß die Speicherkapazität einer jeden Zelle des Speicherbereichs dementsprechend größer gewählt werden. Falls jedoch der Bildsensor ausschließlich für die Aufnahme von Standbildern eingesetzt wird, kann die Speicherkapazität im Speicherbereich im wesentlichen gleich der Speicherkapazität im Bildaufnahmebereich sein.
Die Fig. 11 zeigt ein Beispiel der Ansteuerungsschaltung für den erfindungsgemäßen Bildsensor. In der Fig. 11 sind hinsichtlich der Funktion den Elementen nach Fig. 5 gleichartige Elemente mit den gleichen Bezugszeichen und einem Apostroph bezeichnet. Die Fig. 12A und 12B sind Zeitdiagramme von Signalen an verschiedenen Teilen der Schaltung nach Fig. 11 bei Standbild- bzw. Laufbildaufnahmen. In der Fig. 12 stellen die hohen Pegel von Taktimpulsen Φ ₁₁&min;, Φ ₁₂&min;, Φ ₁₃&min;, und Φ ₁₄&min; für die Ansteuerung der Ladungskopplungsvorrichtung den Zustand dar, bei dem an die betreffende Elektrode ein geringfügig negatives oder positives Potential angelegt wird, während der niedrige Pegel dieser Taktimpulse zeigt, daß an die betreffende Elektrode ein hohes negatives Potential angelegt wird. In der Fig. 11 ist 70 eine Ladungskopplungsvorrichtungs-Treiberschaltung zur Abgabe der Taktimpulse Φ ₁₂ für die Ansteuerung des ersten Horizontalübertragungsregisters 108. Die Funktionen der verschiedenen Teile der Schaltung nach Fig. 11 sind im wesentlichen denjenigen der Teile der Schaltung nach Fig. 5 gleichartig, jedoch enthält der Festspeicher 55&min; Umsetzungstabellen für die Standbildaufnahme und die Laufbildaufnahme, die in den Zeitdiagrammen in den Fig. 12A und 12B gezeigt sind.
Die Betriebsweise bei Standbildaufnahmen wird nachstehend anhand der Fig. 12A beschrieben.
Wenn der Startschalter 51&min; betätigt wird, wird ein Startimpuls SP&min; abgegeben und der Zähler 54&min; gelöscht, woraufhin der Zähler 54&min; die Ausgangstaktimpulse des Taktoszillators 53&min; hochzählt. Das Ausgangssignal des Zählers 54&min; liegt als Eingangssignal an dem Festspeicher 55&min; an, der Signale entsprechend dem Zeitdiagramm in Fig. 12A abgibt, da der Umschalter 56&min; auf den Kontakt S geschaltet ist. Zuerst werden während der Periode (S -1) die Ladungen aus den jeweiligen Zellen der Ladungskopplungsvorrichtung entfernt. Daher werden gemäß der Darstellung der Taktimpulse Φ ₁₃&min;, Taktimpulse Φ ₁₁&min; und Φ ₁₂ mit einer Frequenz, die doppelt so hoch ist wie diejenige der Taktimpulse Φ ₁₃&min;, an die Elektroden des Speicherbereichs als geringfügig negatives oder positives Potential angelegt. Daraufhin werden die Ladungen in den Zellen des Bildaufnahmebereichs 101 aus jeweils zwei Zellen in der Vertikalrichtung addiert und zu den Zellen des Speicherbereichs übertragen. Die Ladungen werden aufeinanderfolgend mittels der Taktimpulse Φ ₁₃&min; aus dem ersten Register 105 ausgelesen. Wenn das Löschen beendet ist, wechselt der Betriebsvorgang zu dem Vorgang bzw. der Periode (S-2), wobei der Verschlu8 63&min; geöffnet wird, wodurch der Bildaufnahmebereich 101 belichtet wird und in einer jeden Zelle desselben Ladung gespeichert wird. Darauf folgend wird der Verschluß 63&min; geschlossen, woraufhin der Belichtungsvorgang abgeschlossen ist und der Betriebsablauf auf die Periode (S-3) für das Auslesen des ersten Teilbilds übergeht. Zuerst werden bei einem geringfügig negativen oder positiven Potential der Elektroden des Speicherbereichs 103 zwei Taktimpulse Φ ₁₁&min; und Φ ₁₂ abgegeben, so daß die Ladungen aus den Zellen (1,1) bis (1,4) zu den Zellen [4,1] bis [4,4] übertragen werden, während die Ladungen aus den Zellen (2,1) bis (2,4) zu dem ersten Horizontalübertragungsregister 108 übertragen werden. Bei diesem Zustand erhalten die Elektroden des Speicherbereichs 103 ein hohes negatives Potential. Das heißt, zwischen dem ersten Horizontalübertragungsregister 108 und dem Speicherbereich 103 wird eine Potentialsperre bzw. Kanalsperre gebildet. Durch vier während dieses Zustands angelegte Taktimpulse Φ ₁₂ werden die während der Belichtung in den Zellen (2,1) bis (2,4) gespeicherten Ladungen über den Verstärker 110 aus dem ersten Horizontalübertragungsregister 108 ausgelesen. Darauf folgend wird die Potentialsperre zwischen dem ersten Horizontalübertragungsregister 108 und dem Speicherbereich 103 beseitigt und es werden zwei Taktimpulse Φ ₁₁&min; und Φ ₁₂ abgegeben, wodurch die Ladungen aus den Zellen ( 3,1) bis (3,4) zu den Zellen [4,1] bis [4,4] übertragen werden und die Ladungen aus den Zellen (4,1) bis (4,4) zu dem ersten Horizontalübertragungsregister 108 übertragen werden.
Diese Betriebsvorgänge werden wiederholt, wodurch die Ladungen aus den Zellen (2,1) bis (2,4), (4,1) bis (4,4), (6,1) bis (6,4), . . . (8,1) bis ( 8,4) aufeinanderfolgend aus dem ersten Horizontalübertragungsregister 108 ausgelesen werden. Das heißt, es wird ein Videoausgangssignal VS 1 für das erste Teilbild ausgelesen. Zu diesem Zeitpunkt werden mittels der Taktimpulse Φ ₁₃&min; die während der Belichtung in den Zellen (1,1) bis (1,4) gespeicherten Ladungen zu dem zweiten Horizontalübertragungsregister 105 übertragen, während die Ladungen aus den anderen, ungeradzahligen Zeilen in dem Speicherbereich 103 gespeichert werden.
Darauf folgend wechselt der Betriebsablauf zu der Periode (S-4) für das Auslesen des zweiten Teilbilds. Während der Periode (S-4) wird durch vier Taktimpulse Φ ₁₄&min;, die bei jeweils einem Taktimpuls Φ ₁₃&min; abgegeben werden, aus dem Horizontalübertragungsregister 105 über den Verstärker 107 ein Videoausgangssignal VS 2 für das zweite Teilbild ausgelesen. Das heißt, es werden aufeinanderfolgend die während der Belichtung in den Zellen (1,1) bis (1,4), (3,1) bis (3,4), . . . und (9,1) bis (9,4) gespeicherten Ladungen ausgelesen. Abschließend wird nach der Ausgabe der Ladung der Zelle (9,4) das Abschlußsignal STP&min; abgegeben, so daß der Zähler 54&min; seinen Zählvorgang beendet.
Anhand der Fig. 123 wird nun die Zeitsteuerung bei Laufbildaufnahmen beschrieben.
Zuerst wird der Startimpuls SP&min; ausgegeben und damit die Löschungs-Periode (M-1) eingeleitet. Durch Taktimpulse Φ ₁₃&min; wird die Potentialsperre zwischen dem ersten Horizontalübertragungsregister 108 und dem Speicherbereich 103 aufgehoben, so daß die Ladungen aus dem Bildaufnahmebereich 101 aufeinanderfolgend zu dem Speicherbereich 103 verschoben werden.
Während der nachfolgenden Belichtungs-Periode (M-2) für das erste Teilbild werden die in dem Speicherbereich 103 gespeicherten Ladungen aufeinanderfolgend mittels der Taktimpulse Φ ₁₃&min; und Φ ₁₄&min; über den Verstärker 107 aus dem Horizontalübertragungsregister 105 ausgegeben.
Während der Übertragungs-Periode (M-4) werden zu gleichen Zeiten neun Taktimpulse Φ ₁₁&min; und Φ ₁₂ abgegeben und mittels Taktimpulsen Φ ₁₃&min; die Potentialsperre zwischen dem ersten Horizontalübertragungsregister 108 und dem Speicherbereich 103 aufgehoben, wodurch über das erste Horizontalübertragungsregister 108 Ladungen zu dem Speicherbereich 103 übertragen werden. Während erste und zweite Impulse P 1 und P 2 der neun Taktimpulse Φ ₁₁&min; und Φ ₁₂ ausgegeben werden, ist die Potentialsperre aufgehoben, so daß die Ladungskombinationen aus den Zellen (1,1) und (2,1), (1,2) und (2,2), ( 1,3) und (2,3), (1,4) und (2,4) nach Fig. 7 in den Zellen [4,1] bis [4,4] zusammengeführt und gespeichert werden. Danach werden auf gleichartige Weise addierte Ladungen aus den Zellen (3,1) und (4,1) in der Zelle [4,1] gespeichert und dann addierte Ladungen aus den Zellen (5,1) und (6,1) in der Zelle [4,1] gespeichert. Wenn die Periode (M -4) abgeschlossen ist, sind die addierten Ladungen aus den Zellen (1,1) bis (1,4) und (2,1) bis (2,4) in dem Horizontalübertragungsregister 105 gespeichert, während die addierten Ladungen aus den Zellen (3,1) bis (3,4) und (4,1) bis (4,4) zu den Zellen [1,1] bis [1,4] gespeichert sind. Danach folgen gleichartige Betriebsvorgänge. Die Ladungen aus den Zellen (9,1) bis (9,4) werden in den Zellen [4,1] bis [4,4] gespeichert.
Dann wechselt der Betriebsablauf zu der Periode (M-2&min;) des Auslesens des ersten Teilbildsignals über. Diese Periode ist zugleich die Belichtungs-Periode (M-3) für das zweite Teilbildsignal. Während dieser Periode werden die in dem Horizontalübertragungsregister 105 und dem Speicherbereich 103 gespeicherten Ladungen mittels der Taktimpulse Φ ₁₃&min; und Φ ₁₄&min; ausgelesen. Die Ladungen werden als Videoausgangssignal für das erste Teilbild verwendet, jedoch werden die während der Belichtung in die Zellen (9,1) bis (9,4) eingespeicherten Ladungen nicht herangezogen, da sie nicht zusammengesetzte bzw. addierte Ladungen darstellen.
Darauf folgend trifft der Betriebsablauf in die Periode (M-4&min;) für die Übertragung des zweiten Teilbilds ein. Der Unterschied zwischen dem Betriebsablauf während der Periode (M-4&min;) und dem Betriebsablauf während der Periode (M-4) für die Übertragung des ersten Teilbilds besteht darin, daß sich die Erzeugungsphase der Taktimpulse Φ ₁₃&min; von derjenigen der Taktimpulse Φ ₁₁&min; und Φ ₁₂ unterscheidet. Das heißt, während erste Impulse P 1 der Taktimpulse Φ ₁₁&min; und Φ ₁₂ abgegeben werden, wird die Potentialsperre aufgehoben und es werden nur die Ladungen aus den Zellen (1,1) bis (1,4) zu den Zellen [4,1] bis [4,4] übertragen. Darauf folgend wird bei der Abgabe zweiter und dritter Impulse P ₂&min; und P ₃&min; die Potentialsperre aufgehoben, während in den Zellen [4,1] bis [4,4] die Ladungen aus den Zellen (2,1) bis (2,4) und (3,1) bis (3,4) addiert und gespeichert werden. Auf diese Weise sind beim Abschluß der Übertragungs-Periode (M-4&min;) die während der Belichtung in die Zellen (1,1) bis (1,4) eingespeicherten Ladungen zu dem Horizontalübertragungsregister 105 verschoben, während die während der Belichtung in die Zellen (2,1) bis (2,4) eingespeicherten Ladungen mit den Ladungen aus den Zellen (3,1) bis (3,4) zusammengeführt und in den Zellen [1,1] bis [1,4] gespeichert sind. Die während der Belichtung in die Zellen (8,1) bis (8,4) und (9,1) bis (9,4) eingespeicherten zusammengeführten Ladungen sind in den Zellen [4,1] bis [4,4] gespeichert.
Darauf folgend wechselt der Ablauf zur der Periode (M-3&min;) des Auslesens des zweiten Teilbilds, in der auf die vorangehend beschriebene Weise mittels der Taktimpulse Φ ₁₃&min; und Φ ₁₄&min; das Signal für das zweite Teilbild abgegeben wird. Das erste Ausgangssignal ist jedoch ein aus den während der Belichtung in die Zellen ( 1,1) bis (1,4) eingespeichertes erzieltes Signal, so daß es sich hinsichtlich des Signalpegels von den anderen, durch das Addieren erzielten Signalen unterscheidet und daher nicht verwendet wird. Das erste Horizontalübertragungsregister 108 wird somit bei Laufbildaufnahmen nicht als Horizontalübertragungsregister, sondern als Paralleleingabe/Parallelausgabe-Schieberegister eingesetzt, nämlich auf genau die gleiche Weise wie die anderen Zellen.
Im allgemeinen erfolgt die Zwischenzeilenabtastung bzw. Zeilensprungabtastung dadurch, daß während der Speicherungszeit für ein jedes Teilbild der Taktpegelzustand umgeschaltet wird; der mit der Poly-Silizium-Elektrode abgedeckte Bereich des Bildaufnahmebereichs hat jedoch geringe Empfindlichkeit, so daß daher die Zwischenzeilenwirkung schwierig zu erzielen ist. Ferner ergeben sich bei diesem Pegelzustand Unterschiede hinsichtlich des Ausmaßes des erzeugten Dunkelstroms, was zu sehr schlechten Bildern führt. Bei dem Bildsensor gemäß der Erfindung werden jedoch die in vertikal benachbarten Zellen gespeicherten Ladungen zusammengeführt und zu einem einem einzelnen Bildelement entsprechenden Signal gestaltet, was die Möglichkeit ergibt, Bildsignale hoher Qualität mit starker Zeilensprungwirkung zu erhalten, die darüber hinaus weniger von dem Dunkelstrom beeinflußbar sind.
Ferner werden die Signale für das erste und das zweite Teilbild dadurch erzielt, daß die Kombinationen für die Additionen bzw. Zusammenführungen verändert werden, was zu der Möglichkeit führt, für bewegte Bilder Videosignale zu erhalten, die dem Zwischenzeilen- bzw. Zeilensprung-Verfahren der Fernsehsignale entsprechen, sowie die nachgeschaltete Signalverarbeitungsschaltung und die Aufzeichnungsschaltung zu vereinfachen. Insbesondere kann dann, wenn das Aufzeichnen der erzielten Signale erwünscht ist, der Bildsensor in Verbindung mit einem herkömmlichen Fernsehsignal-Aufzeichnungsgerät eingesetzt werden.

Claims

1. Bildsensor mit einem matrixförmigen Bildaufnahmebereich und einem matrixförmigen Bildspeicherbereich, einem zwischen diesen beiden Bereichen angeordneten ersten Register zum parallelen Übertragen von jeweils einer Matrixzeile des Aufnahmebereichs entsprechenden elektrischen Signalen vom Aufnahmebereich zum Speicherbereich sowie mit einem zweiten Register zur parallelen Aufnahme von jeweils einer Matrixzeile des Speicherbereichs entsprechenden elektrischen Signalen aus dem Speicherbereich und zur seriellen Abgabe der Signale an einen Ausgang des Bildsensors, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Register (108) außerdem so ausgebildet und steuerbar ist, daß die in ihm gespeicherten Signale - statt parallel in den Speicherbereich (103) überführt zu werden - seriell an einen weiteren Ausgang des Bildsenors abgebbar sind.

2. Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Register (108) selektiv in zwei Betriebsarten betreibbar ist, wobei es in der ersten Betriebsart die in ihm gespeicherten Signale vorbestimmter Zellen parallel in den Speicherbereich (103) überführt und die Signale der anderen Zeilen seriell über den weiteren Ausgang ausgibt, während es in der zweiten Betriebsart sämtliche Zeilen des matrixförmigen Bildaufnahmebereichs (101) parallel in den Speicherbereich (103) überträgt.

3. Bildsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Register (108) in der ersten Betriebsart jeweils abwechselnd eine Zeile parallel in den Speicherbereich (103) überträgt und eine Folgezeile seriell über den weiteren Ausgang ausgibt.

4. Bildsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines aus zwei versetzten Teilbildern bestehenden Zeilensprung-Videosignals in der ersten Betriebsart das am weiteren Ausgang anliegende serielle Signal (VS 1) für die dem ersten Teilbild entsprechende Videosignalkomponente vorgesehen ist, während das durch anschließendes Auslesen des Speicherbereichs (104) mittels des zweiten Registers (105) erzeugte serielle Signal (VS 2) für die dem zweiten Teilbild entsprechende Videosignalkomponente vorgesehen ist.

5. Bildsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Betriebsart zur Aufnahme von Standbildern vorgesehen ist.

6. Bildsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das jedes Speicherelement des matrixförmigen Speicherbereichs (103) dazu ausgebildet ist, in der zweiten Betriebsart des ersten Registers (108) ein elektrisches Signal zu speichern, das aus elektrischen Signalen einer vorbestimmten Anzahl von Bildaufnahmeelementen des matrixförmigen Bildaufnahmebereichs (101) zusammengesetzt ist.

7. Bildsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich das von jedem Speicherelement in der zweiten Betriebsart gespeicherte Signal aus den Signalen zweier Bildaufnahmeelemente zusammensetzt, wobei der Bildaufnahmebereich (101) im wesentlichen doppelt soviele Zeilen wie der Speicherbereich aufweist.

8. Bildsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines aus zwei versetzten Teilbildern bestehenden Zeilensprung-Videosignals in der zweiten Betriebsart jeweils die Summe der Signale zweier benachbarter Zeilen des Bildaufnahmebereichs (101) in den entsprechenden Speicherelementen einer Zeile des Speicherbereichs (103) speicherbar ist, wobei in aufeinanderfolgenden Aufnahmezyklen jede Zeile des Bildaufnahmebereichs (101) jeweils zu ihrer anderen Nachbarzeile addiert wird und wobei das nach jedem Aufnahmezyklus mittels des zweiten Registers (105) ausgelesene serielle Signal eine einem der beiden Teilbilder entsprechende Videosignalkomponete darstellt.

9. Bildsensor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Betriebsart zur Aufnahme von Laufbildern vorgesehen ist.

10. Bildsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildaufnahmebereich (101) eine einem Vollbild des vorgesehenen Videosystems entsprechende Zahl von Bildaufnahmeelementen aufweist.

11. Bildsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildsensor eine Ladungskopplungsvorrichtung ist.