DE3340338A1

DE3340338A1 - Festkoerper-bilderzeuger

Info

Publication number: DE3340338A1
Application number: DE19833340338
Authority: DE
Inventors: Norio Tokyo Koike; Toshiaki Tokyo Masuhara; Shinya Kanagawa Ohba
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-11-08
Filing date: 1983-11-08
Publication date: 1984-05-24
Also published as: GB2132051B; GB8329661D0; US4559550A; DE3340338C2; GB2132051A; JPS5984575A

Description

HITACHI, LTD., Tokyo Japan

Pestkörper-Bilderzeuger

Die Erfindung bezieht sich auf einen Festkörper-Bilderzeuger, insbesondere vom CCD-Typ bzw. ladungsgekoppelten Schaltungstyp mit verschachteltem Abtastformat, wobei gleichzeitig zwei Zeilen ausgelesen werden.

Der Festkörper-Bilderzeuger muß eine Auflösung haben, die im wesentlichen mit einer elektronischen Aufnahmeröhre kompatibel ist, die für Fernsehsendungen eingesetzt wird. Dazu sind eine Matrix von Bildelementen bzw. -punkten (fotoelektrischen Wandlerelementen) in einer Anordnung von 500 (in Vertikalrichtung) mal 800-1000 (in Horizontalrichtung) sowie eine entsprechende Anzahl Abtastelemente erforderlich. Deshalb wird der Festkörper-Bilderzeuger in MOS-Großgruppenintegrationstechnik hergestellt, wobei eine hohe Integrationsdichte realisierbar ist, so daß die Bildelemente (die fotoelektrischen Wandlerelemente) und Ladungsübertragungselemente (ladungsgekoppelte bzw. CCD-Elemente) oder MOS-Transistoren zum Auslesen optischer Information aus den einzelnen Bildelementen in Form einer integrierten Schaltung auf einem Halbleitersubstrat realisiert werden.

Der Festkörper-Bilderzeuger vom CCD-Typ bietet die Vorteile geringer Größe, geringen Gewichts, niedrigen Energiever-

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brauchs und wartungsfreien Betriebs und verspricht, die Bilderzeugungsvorrichtung der nächsten Generation zu werden. Allerdings tritt bei dem Festkörper-Bilderzeuger das Problem auf, daß hinsichtlich der Anzahl Bildelemente Grenzen gesetzt sind, wodurch eine niedrige Auflösung erhalten wird. Dabei beträgt die Anzahl Bildelemente in einem Festkörper-Bilderzeuger, der unter Anwendung der MOS-Integrationstechnik hergestellt wird, höchstens ca. 500 (in Vertikalrichtung) mal 400 (in Horizontalrichtung). Da ferner das Verschachtelungsformat so wirksam sein muß, daß im Hinblick auf die durch den Aufbau der vertikalen Schieberegister gegebenen Beschränkungen ungeradzahlige Zeilen in einem ersten Halbbild und geradzahlige Zeilen im zweiten Halbbild ausgelesen werden, bleiben 50 % der im vorhergehenden Halbbild integrierten lichtinduzierten Ladung im anschließenden Halbbild, d. h. es tritt eine sogenannte Bildverzögerungserscheinung auf, die das Problem niedriger Farbauflösung und andere dem Verschachtelungsformat zuzuschreibende Probleme mit sich bringt.

In der eigenen EP-Patentanmeldung 82109194.9 vom 5. Oktober 1982 ist ein Bilderzeuger vom CCD-Typ angegeben, bei dem gleichzeitig mehrere Zeilen abgetastet oder ausgelesen werden können. Dieser Bilderzeuger umfaßt zwei Reihen von horizontalen Schieberegistern vom CCD-Typ, wobei die durch eine erste Gruppe der vertikalen Schieberegister vom CCD-Typ verschobenen Signalladungspakete in eines der horizontalen Schieberegister übertragen werden, während die Signalladungspakete der anderen Gruppe vertikaler Schieberegister vom CCD-Typ zum anderen horizontalen Schieberegister übertragen werden. Diese horizontalen Schieberegister übertragen die Signalladungspakete zu entsprechenden Ausgangsschaltun-

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gen. Bei dem hier vorgeschlagenen Aufbau des Festkörper-Bilderzeugers kann zwar das Problem der Halbbildverzögerung und der niedrigen Auflösung in befriedigender Weise gelöst werden. Der Bilderzeuger weist jedoch den Nachteil auf, daß der Übertragungs-Wirkungsgrad bei der übertragung der Ausgangssignalladungspakete vom vertikalen zum horizontalen Schieberegister gering ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Festkörper-Bilderzeugers, bei dem der Nachteil des niedrigen Übertragungs-Wirkungsgrads beseitigt ist; ferner soll mit diesem Bilderzeuger eine verbesserte Bildgüte mit hoher Auflösung sichergestellt werden, wobei keine Bildverzögerung auftritt, indem das verschachtelte Abtastformat mit gleichzeitiger Auslesung von zwei Zeilen realisiert wird.

Gemäß der Erfindung umfaßt der Festkörper-Bilderzeuger eine Kopplungsschaltung, die zwischen vertikalen Schieberegistern vom CCD-Typ und einem horizontalen Schieberegister vom CCD-Typ angeordnet ist, wobei lichtinduzierte Signalladungspakete von zwei Signalserien, die durch zwei benachbarte Spalten der vertikalen Schieberegister verschoben werden, von der Kopplungsschaltung in eine einzige zeitlich aufeinanderfolgende Serie von Signalladungspaketen umgesetzt werden, um zu dem einzigen horizontalen Schieberegister unter dessen Speicherelektroden übertragen zu werden. Das horizontale Schieberegister überträgt die Eingangssignalladungspakete sequentiell oder seriell zur Ausgangsschaltung.

Eine Ausführungsform des Festkörper-Bilderzeugers nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Anzahl Fotodioden in zweidimensionaler regelmäßiger Anordnung, mehrere vertikale

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OOHU

Schieberegister vom CCD-Typ, die von einer ersten Serie der Fotodioden erzeugte lichtinduzierte Signalladungspakete übertragen, mehrere vertikale Schieberegister, die von einer zweiten Serie der Fotodioden erzeugte lichtinduzierte Signalladungspakete übertragen, ein einziges horizontales Schieberegister vom CCD-Typ, das Ausgangsladungspakete der vertikalen Schieberegister zu einer Ausgangsschaltung übertragt, und eine Kopplungsschaltung, die zwischen den vertikalen Schieberegistern und dem horizontalen Schieberegister angeordnet ist und die abwechselnd aufeinanderfolgend auf zeitserieller Basis von den beiden benachbarten vertikalen Schieberegistern ausgegebene Signalladungspakete der ersten und der zweiten Serie jeweils unter Speicherelektroden des horizontalen Schieberegisters übertragt.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise naher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Grundaufbau eines bekannten Festkörper-Bilderzeugers vom CCD-Typ; Fig. 2 den Grundaufbau des Festkörper-Bilderzeugers

vom CCD-Typ gemäß der vorgenannten älteren

Anmeldung;
Fig. 3 den Schaltungsaufbau eines Ausführungsbeispiels

des Festkörper-Bilderzeugers vom CCD-Typ nach

der Erfindung;

Fig. 4a eine Draufsicht bzw. Schnittansichten des bis 4c Aufbaus des Bilderzeugers vom CCD-Typ gemäß

einem Ausführungsbeispiel; Fig. 5a eine Impulsübersicht, in der die Impulse zum

Ansteuern des Bilderzeugers vom CCD-Typ nach

der Erfindung dargestellt sind;

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Fig. 5b die Funktionsweise des Bilderzeugers; Fig. 6 die Schaltungskonfiguration eines weiteren

Ausführungsbeispiels des Festkörper-Bilderzeugers vom CCD-Typ; und

Fig. 7a Beispiele von Farbfilteranordnungen, die für die

und 7b Realisierung des Festkörper-Bilderzeugers vom CCD-Typ gemäß der Erfindung eingesetzt werden.

Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, sollen zuerst ein bereits bekannter Festkörper-Bilderzeuger vom CCD-Typ sowie der Festkörper-Bilderzeuger vom CCD-Typ gemäß der eingangs genannten Patentanmeldung erläutert werden.

Fig. 1 zeigt den Grundaufbau des bereits bekannten Festkörper-Bilderzeugers vom CCD-Typ mit fotoelektrischen Wandlerelementen (Bildelementen bzw. -punkten), deren jedes eine Fotodiode sein kann, ferner mit vertikalen Schieberegistern 2 vom CCD-Typ und einem horizontalen Schieberegister 3 vom CCD-Typ, mit denen das Auslesen von lichtinduzierten Signalladungspaketen, die in den fotoelektrischen Wandlerelementen gespeichert sind, zu einer Ausgangsschaltung 4 erfolgt, sowie mit Taktimpulserzeugern, die Taktimpulse zur Ansteuerung der vertikalen und horizontalen Schieberegister vom CCD-Typ erzeugen. Es ist zwar ein Zweiphasen-Taktimpulserzeugersystem dargestellt, selbstverständlich kann aber auch eine Drei- oder Vierphasen-Taktsteuerung erfolgen, übertragungsglieder 7 dienen der übertragung der in den fotoelektrischen Wandlerelementen oder Fotodioden gespeicherten Signalladungspakete zu dem vertikalen Schieberegister 2 vom CCD-Typ. Der so aufgebaute Festkörper-Bilderzeuger dient als Schwarz-Weiß-Bilderzeugungsvorrichtung. Wenn ein Farbfilter-

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feld in Schichtform auf diesen Aufbau aufgebracht wird, erhalten die einzelnen Fotodioden Farbinformation, so daß der Bilderzeuger als Farbbilderzeugungsvorrichtung dienen kann.

Bei dem Festkörper-Bilderzeuger von Fig. 1 erfolgt die Verschachtelung in der Weise, daß ungeradzahlige Zeilen, die in Fig. 1 mit 7-1 bezeichnet sind, in einem ersten Feld abgetastet werden und geradzahlige Zeilen, die mit 7-2 bezeichnet sind, in einem zweiten Feld abgetastet werden, wobei sich eine Beschränkung infolge der Anordnung der vertikalen Schieberegister ergibt, was in einer sogenannten Bildverzögerungs-Erscheinung resultiert, wobei nachteiligerweise 50 % der in dem vorhergehenden Halbbild gespeicherten Signalladungen im nachfolgenden Halblbild verbleiben. Außerdem ist dieser bekannte Bilderzeuger vom CCD-Typ nach Fig. 1 mit weiteren Nachteilen behaftet, z. B. einer geringen Farbauflösung u. dgl., was ebenfalls auf die Verschachtelung zurückzuführen ist.

Der Festkörper-Bilderzeuger vom CCD-Typ gemäß Fig. 2 (entsprechend der genannten EP-Patentanmeldung 82109194-9), bei dem zwei Zeilen gleichzeitig abgetastet werden können, stellt einen Versuch zur Lösung der vorstehend angesprochenen Probleme dar.

Fig. 2 zeigt paarige Spalten 2-1 und 2-2 vertikaler Schieberegister vom CCD-Typ, die einander gegenüberliegend mit einer dazwischen befindlichen trennenden Isolierzone 8 angeordnet sind, ferner paarige Reihen 3-1 und 3-2 horizontaler Schieberegister vom CCD-Typ, die zur Übertragung der von den zugehörigen vertikalen Registern 2-1 und 2-2 empfan-

genen lichtinduzierten Signalladungspakete zu Ausgangsschaltungen 4-1 bzw. 4-2 vorgesehen sind. Die von den Fotodioden 1-1 auf den ungeradzahligen Zeilen erzeugten Signalladungspakete werden durch die Übertragungsglieder 7-3 den vertikalen Schieberegistern 2-1 zugeführt, während die Signalladungspakete der Fotodioden 1-2 zu den vertikalen Schieberegistern 2-2 durch die übertragungsglieder 7-4 übertragen werden. Andererseits werden die von den Fotodioden 1-3 und 1-4 auf den geradzahligen Zeilen stammenden Signalladungspakete den vertikalen Schieberegistern 2-2 und 2-1 über entsprechende Übertragungsglieder 7-4 und 7-3 zugeführt. Die den vertikalen Schieberegistern 2-1 zugeführten Signalladu'ngspakete werden zu dem horizontalen Schieberegister 3-1 (vgl. Pfeil 9-1) übertragen, während die aus dem vertikalen Schieberegister 2-2 ausgelesenen Signalladungspakete.zu dem horizontalen Schieberegister 3-2 (vgl. Pfeil 9-2) übertragen werden. Infolgedessen werden der Ausgangsschaltung 4-1 die Signalladungspakete von den vertikalen Schieberegistern 2-1 (die von 3en Fotodioden 1-1 und 1-4 stammenden Signale) zugeführt, während die Signalladungspakete aus den vertikalen Schieberegistern 2-2 (Signale der Fotodioden 1-2 und 1-3) der Ausgangsschaltung 4-2 zugeführt werden. Auf diese Weise enthalten die durch die Ausgangsschaltungen 4-1 und 4-2 erhaltenen Videosignale jeweils die Signale entsprechend den beiden Zeilen, die in Vertikalrichtung aneinandergrenzen (d. h. einerseits das von den Fotodioden 1-1 der ungeradzahligen Zeile und den Fotodioden 1-4 der geradzahligen Zeile und andererseits das von den Fotodioden 1-2 der ungeradzahligen Zeile und den Fotodioden 1-3 der geradzahligen Zeile abgeleitete Signal). Infolgedessen können durch geeignete Aufbereitung der von den beiden Ausgangsschaltungen erzeugten Signale die Signale von zwei Zeilen, die in Vertikal-

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richtung einander benachbart sind, gleichzeitig innerhalb einer Zeilenabtastperiode erhalten werden. Das heißt mit anderen Worten, daß Signale von zwei benachbarten Zeilen gleichzeitig innerhalb der einen Zeilenabtastperiode ausgelesen werden, so daß das der einen Zeilenabtastperiode entsprechende Farbbildsignal aus den Signalladungspaketen abgeleitet wird, die gleichzeitig aus den beiden Zeilen ausgelesen werden.

Die Verschachtelung ist dadurch realisierbar, daß die Gruppe von zwei Zeilen bei jedem Teilbild um eine Zeile verschoben wird (d. h., die Gruppen von erster und zweiter Zeile, dritter und vierter Zeile, fünfter und sechster Zeile etc. werden jeweils im ersten Teilbild gleichzeitig abgetastet oder ausgelesen, während die Gruppen der zweiten und dritten Zeilen, der vierten und fünften Zeilen, der sechsten und siebten Zeilen etc. jeweils im zweiten Teilbild gleichzeitig ausgelesen werden). Das verschachtelte Abtast format für dieses gleichzeitige Auslesen von zwei Zeilen ist in den offengelegten JA-Patentanmeldungen 56123/197¹S und 57123/1976 angegeben.

Bei dem Festkörper-Bilderzeuger nach Fig. 2 ist es auf jeden Fall möglich, das verschachtelte Abtastformat für das gleichzeitige Auslesen von zwei Zeilen anzuwenden, um dadurch zu versuchen, das Problem der Teilbildverzögerung und der geringen Auflösung zu eliminieren.

In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß es zwar theoretisch möglich ist, zwei Reihen der horizontalen Abtastregister vom CCD-Typ 3-1 und 3-2 vorzusehen, in der Praxis stellt sich jedoch die Schwierigkeit ein, daß die

Übertragung der Signalladungspakete, die durch die vertikalen Schieberegister 2-2 zu den horizontalen Schieberegistern 3-2 (vgl. Pfeil 9-2) verschoben werden, von einer erheblichen Verschlechterung des Übertragungs-Wirkungsgrads begleitet ist.

Der neue Festkörper-Bilderzeuger soll die vorstehend erläuterten Nachteile nicht mehr aufweisen.

Nachstehend werden Ausfuhrungsformen unter Bezugnahme auf die Fig. 3 ff. erläutert.

Fig. 3 zeigt die Grundauslegung einer Ausführungsform des Festkörper-Bilderzeugers vom CCD-Typ.

Die Figur zeigt eine Kopplungsschaltung 10 zwischen dem horizontalen Schieberegister vom CCD-Typ 11 und den vertikalen Schieberegistern 2-1 und 2-2 vom CCD-Typ. Die Kopplungsschaltung 10 wird von N Taktimpulsen C₁, C₂, ..., C_n angesteuert, wobei N eine ganze Zahl und nicht weniger als 1 ist. Es sei beispielsweise angenommen, daß das horizontale Schieberegister 11 von Dreiphasen-Taktimpulsen J^_H1 , 0_Η2 und f5„2 angesteuert wird, die von Impulserzeugern 6-1, 6-2 und 6-3 geliefert werden. Jede Teilstufe des horizontalen Schieberegisters 11 besteht aus drei Gruppen von ladungsgekoppelten Elektroden (11-1, 11-1')/ (11-2, 11-2') und (11-3, 11-3¹). Die lichtinduzierten Signalladungspakete (die nachstehend als die Signale der Serie A bezeichnet werden) der Fotodioden 1-1 und 1-4, die durch die vertikalen Schieberegister 2-1 verschoben werden, und die lichtinduzierten Signalladungspakete (nachstehend als Signale der Serie B bezeichnet) der Fotodioden 1-2 und 1-3, die durch die

BAD ORfGiMAL

J J A-U J JO

vertikalen Schieberegister 2-2 verschoben werden, werden in eine einzige zeitlich aufeinanderfolgende Serie von Signalen, die das Signal der Serie A und das Signal der Serie B in dieser Reihenfolge umfaßt, durch die Kopplungsschaltung 10 umgesetzt und anschließend zu dem horizontalen Schieberegister 11 übertragen. Insbesondere werden dabei von den Signalladungspaketen der beiden Signalserien A und B, die gleichzeitig durch die vertikalen Schieberegister 2-1 und 2-2 verschoben werden, die Signalladungspakete der Serie A zuerst zu dem horizontalen Schieberegister 11 unter die Elektroden 11-2 durch die Kopplungsschaltung 10 übertragen, woraufhin anschließend die Signalladungspakete der Serie A um eine Gruppe der Elektroden durch das horizontale Schieberegister 11 in Richtung zur Ausgangsschaltung 4 verschoben werden, um zu den Positionen unter den Elektroden 11-1 übertragen zu werden (vgl. Pfeil 12-1). Nach Beendigung dieser Operation werden dann die vorübergehend in der Kopplungsschaltung 10 gespeicherten und gehaltenen Signalladungspakete der Serie B zu den Elektroden 11-2 des horizontalen Schieberegisters 11 , die zu diesem Zeitpunkt leer sind (vgl. Pfeil 12-2), übertragen. Auf diese Weise werden in bezug auf die Dreiergruppen von Elektroden, die das horizontale Schieberegister 11 bilden, die Signalladungspakete der Serien A und B unter den beiden benachbarten Elektroden (11-1 und 11-2 bei der gezeigten Ausführungsform, wobei die Elektrode 11-3 leer ist) plaziert. Diese beiden Serien von Signalladungspaketen werden durch das horizontale Schieberegister 11 zu dessen Ausgangsende in der Folge: Signale der Α-Serie, Signale der B-Serie, leer, Signale der Α-Serie, Signale der B-Serie, leer etc. mittels Verschiebung durch das Register übertragen. Dieser Übertragungsvorgang wird nachstehend als Duplikat-Übertragungsoperation bezeichnet.

Die Fig. 4a-c zeigen den Aufbau einer Ausführungsform der Kopplungsschaltung 10, wobei Fig. 4a die ebene Anordnung der Kopplungsschaltung und Fig. 4b eine Schnittansicht derselben entlang der Pfeillinie 12-1 (Linie X-X¹) von Fig. 4a darstellt. In Fig. 4b bezeichnen Bezugszeichen in Klammern diejenigen Teile, die in einer Querschnittsdarstellung entlang der Pfeillinie 12-2 von Fig. 4a erscheinen; Fig. 4c ist schließlich eine Schnittansicht entlang der Linie Y-Y¹ in Fig. 4a. In diesen Figuren sind Elektroden 13 und 14 der Endstufen der vertikalen Schieberegister 2-1 und 2-2 vom CCD-Typ vorgesehen. Den Elektroden 13 und 14 werden Vertikaltaktimpulse 0_V3 bzw. 0_V4 zugeführt. Elektroden 15 und 16 bilden die Kopplungsschaltung 10, während Elektroden 11 das horizontale Schieberegister vom CCD-Typ bilden. Diese Elektroden sind durch Voll- und Strichlinien bezeichnet. Die von einer Strich-Punkt-Linie 17 umschlossene Fläche ist ein Bereich, in dem die übertragung von Signalladungspaketen erfolgt, also die Kanalzone. In einer Zone 8 ist die Übertragung von Signalladungspaketen inhibiert, d. h., dies ist die trennende Isolierzone, die üblicherweise von einer Oxidschicht 19 mit einer Dicke, die um einige Zehnfache größer als eine die Kanalzone 17 bildende Gate-Oxidschicht 18 ist, gebildet wird. Eine Schicht 20 enthält Störstoffe oder Dotierungsstoffe, deren Leitfähigkeitstyp (z. B. η-Leitfähigkeit) demjenigen des Substrats 21 (z. B. p-Leitfähigkeit) entgegengesetzt ist. Diese Störstoffschicht 20 dient zur Realisierung des versenkten Kanals. Wenn der Bilderzeuger als Oberflächen-Kanalvorrichtung zu realisieren ist, wird natürlich die Störstoffschicht 20 nicht benötigt. Die Ladungsverschiebe-Elektroden 13, 15-1, 15-2, 11-1, 11-2 und 11-3 können z. B. aus polykristallinem Silizium einer ersten Schicht bestehen, während die Ladungsverschiebe-Elek-

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3 3 4 U J ό ö

troden 14, 16-1, 16-2, 11-1', 11-2' und 11-3' aus polykristallinem Silizium einer zweiten Schicht bestehen können.

Fig. 5a zeigt in Form von Signalverläufen die Impulse zur Ansteuerung des Festkörper-Bilderzeugers vom CCD-Typ, und Fig. 5b zeigt die Funktionsweise des Bilderzeugers.

Unter Bezugnahme auf die Fig. -5a und 5b wird nachstehend die Ladungsubertragungsoperation aus den vertikalen Schieberegistern vom CCD-Typ in das horizontale Schieberegister vom CCD-Typ des Festkörper-Bilderzeugers vom CCD-Typ gemäß den Fig. 4a-c erläutert.

Von den Vierphasen-Taktimpulsen jz$_v1, 0_v2r ^_V3 ^und werden die Taktimpulse φ^^ und J^₄ den Endstufen der vertikalen Schieberegister zugeführt. Eine Periode von einem Zeitpunkt t_Q bis zu einem Zeitpunkt t_g entspricht einer Horizontalaustastperiode T„_,_T . Die Ladungsübertragung

Π D Lj

aus den vertikalen Schieberegistern zu dem horizontalen Schieberegister über die Kopplungsschaltung erfolgt innerhalb der Horizontalaustastperiode T„_._T .

UdJu

Zum Zeitpunkt t^ haben beide Ansteuerimpulse φ^-^ ^un(^ A74 den Pegel "1" (Hochspannungspegel), und Ladungspakete Q der Signalserie A, die durch die vertikalen Schieberegister 2-1 verschoben werden, werden unter den Endstufenelektroden 13 und 14 gespeichert, die links der trennenden Isolierzone

8 in Fig. 4a liegen, während Ladungspakete Q_n der Signalis

serie B, die durch die vertikalen Schieberegister 2-2 verschoben sind, rechts von der trennenden Isolierzone 8 in Fig. 4a gespeichert werden (vgl. Fig. 5b bei t = t.. ). Zum Zeitpunkt t₂ werden die Impulse F1 , S1 und J2$_H1 mit dem

Pegel "1" den Elektroden 15-1 und 16-1 für die Signalserie A und den Elektroden 11-2 des horizontalen Schieberegisters zugeführt, während der Impuls φ^ auf den Pegel "0" (z. B. 0 V) rückgesetzt wird, wodurch die Ladungspakete Q unter den Elektroden 14, 15-1, 16-1 und 11-2 (vgl. Fig. 5 bei t2) gespeichert werden. Andererseits werden die Ladungspakege Q_ß der Signalserie B zum Zeitpunkt t2 unter den Elektroden 14, denen der Impuls φ. mit dem Pegel "1" zugeführt wird, sowie den Elektroden 15-2, denen der Impuls F2 mit dem Pegel "1" zugeführt wird, gespeichert (vgl. Fig. 5b bei t₂). Dann wird zum Zeitpunkt to der Impuls ^₄ auf den Pegel "0" rückgesetzt, so daß die Ladungspakete Q_A unter den Elektroden 15-1, 16-1 und 11-2 gespeichert werden, während die Ladungspakete Q nur unter den Elektroden 15-2 gespeichert werden (vgl. t., in Fig. 5b). Zum Zeitpunkt t. wird der Impuls F1 auf den Pegel "0" rückgesetzt, und infolgedessen werden die Ladungspakete Q_Ä unter den Elektroden 16-1 und 11-2 gespeichert (vgl. t. in Fig. 5b). Zum Zeitpunkt t₅ wird das Signal S1 auf den Pegel "0" rückgesetzt, und somit werden die Ladungspakete Q, zu dem horizontalen Schieberegister unter den Elektroden 11-2 übertragen (vgl. t₅ in Fig. 5b). Zum Zeitpunkt t_ß wird der Signalimpuls jz$_H1 auf den Pegel "0" rückgesetzt, und der an die Elektroden 11-1 und 11-1'angelegte Impuls #„_o

ti ζ

nimmt den Pegel "1" an, so daß die Ladungspakete Q unter den Elektroden 11-2 über die Elektroden 11-1' zu den Stellen unter den Elektroden 11-1 verschoben werden. Infolgedessen verschwinden unter den Elektroden 11-2 befindliche Ladungspakete, woraufhin die übertragung der Ladungspakete Q zum horizontalen Schieberegister beendet ist. Andererseits werden zum Zeitpunkt t_g die Ladungspakete Q_ß der Signalserie B unter den Elektroden 15-2 und 16-2 gespeichert, weil

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J J 4 U J d ö

der Impuls S2 mit dem Pegel "1" an die Elektroden 16-2 angelegt wird (vgl. t_ß in Fig. 5b). Zum Zeitpunkt t^ wird der Signalimpuls F2 auf den Pegel "0" rückgesetzt, und der Impuls j6„. mit dem Pegel "1" wird wiederum an die Elektroden 11-2 angelegt, so daß die Ladungspakete Q_ß unter den Elektroden 16-2 und 11-2 gespeichert werden (vgl. t₇ in Fig. 5b). Zum Zeitpunkt tg wird der Signalimpuls S2 auf den Pegel "0" rückgesetzt, wodurch die Ladungspakete Q_D zu den Positionen unter den Elektroden 11-2 verschoben werden, was bedeutet, daß die Übertragung der Ladungspakete Q_B zum horizontalen Schieberegister beendet ist (vgl. tg in Fig. 5b).

Während der vorstehend erläuterten Operationen werden Ladungspakete Q, und Q_ß der Signalserien A und B beide zum horizontalen Schieberegister übertragen. Infolgedessen sind unter den beiden benachbarten Elektroden 1-1 und 11-2 des horizontalen Schieberegisters die Ladungspakete Q und Q_. gespeichert, die durch das horizontale Schieberegister zu dessen Ausgangsende verschoben werden, während die horizontalen Taktimpulse jz5_fil , #_H2 und #_H3 mit den Pegeln "1" und "0" wiederholt nach der Horizontalaustastperiode angelegt werden. Auf diese Weise können die Signale von zwei Serien sequentiell durch die Ausgangsschaltung 4 herausgenommen werden. Inzwischen bleiben die Elektroden 11-3 leer.

Die vorstehende Erläuterung unter Bezugnahme auf die Fig. 3, 4a-c und 5a-b erfolgte unter der Annahme, daß Vierphasen-Vertikaltaktimpulse angewandt werden. Es ist jedoch offensichtlich, daß zur Realisierung der vollständig gleichen Operation auch Zwei- oder Dreiphasen-Vertikaltaktimpulse

eingesetzt werden können. Ferner können anstelle der vorher erwähnten Dreiphasen-Taktimpulse Vierphasen-Horizontaltaktimpulse eingesetzt werden, um die Duplikat-Übertragungsoperation zur sequentiellen Extraktion der Signale der beiden Serien A und B durchzuführen.

Fig. 6 zeigt den Aufbau einer anderen Ausführungsform des Festkörper-Bilderzeugers, wobei die vertikalen Schieberegister vom CCD-Typ vollständig voneinander getrennt sind.

Bei dem Festkörper-Bilderzeuger nach Fig. 6 sind die vertikalen Schieberegister 2'—1 und 2'-2 nicht einander gegenüberliegerd mit der zwischen ihnen vorgesehenen trennenden Isolierzone 8 wie im Fall von Fig. 3 vorgesehen, sondern sind vollständig voneinander getrennt, wobei die Schieberegister 2'—Ι und 2'-2 in Horizontalrichtung in einem sich periodisch wiederholenden Muster mit einem gleichen Abstand d/2 (wobei d den Abstand zwischen den benachbarten Bildelementen in der sich in Horizontalrichtung wiederholenden Anordnung bezeichnet) angeordnet sind. Mit 1-a und 1-a¹ oder 1-b und 1-b¹ sind Fotodioden bezeichnet, die ein gleiches Bildelement darstellen, wobei die lichtinduzierten Signalladungspakete der Fotodioden 1-a und 1-a' demselben vertikalen Register 2Ί und die lichtinduzierten Signalladungspakete der Fotodioden 1-b und 1-b¹ demselben vertikalen Register 2'-2 zur Verschiebung zugeführt werden.

Der Festkörper-Bilderzeuger von Fig. 6 hat gegenüber der Ausführungsform von Fig. 3 eine höhere Auflösung, weil die Fotodioden 1-a der ungeradzahligen Zeilen und die Fotodioden 1-b der geradzahligen Zeilen mit einer Verschiebung von d/2 zwischen den Zeilen, die in Vertikalrichtung einander

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U O O ϋ

benachbart sind, angeordnet sind. Die Kopplungsschaltungen 10' sorgen für die Umsetzung der lichtinduzierten Signalladungspakete der beiden Serien A und B_f die gleichzeitig von den vertikalen Schieberegistern 2'-1 und 2'-2 übertragen werden, in ein einziges zeitsequentielles Seriensignal. Die Ladungsubertragungsoperation zu und von den Kopplungsschaltungen 10" zum horizontalen Schieberegister 11 erfolgt in gleicher Weise wie gemäß Fig. 5, so daß die Signale der beiden Serien A und B durch die Ausgangsschaltung 4 in einer abwechselnden Folge von 1-a_f 1-b, 1-a, 1-b etc. erhalten werden.

Die vorstehenden Erläuterungen erfolgten in Verbindung mit der Zwischenzeilen-Bilderzeugungsvorrichtung vom CCD-Typ, die am häufigsten verwendet wird. Es ist jedoch zu beachten, daß die Anwendung ebenso mit Halbbildübertragungs-Bilderzeugungsvorrichtungen vom CCD-Typ erfolgen kann.

Vorstehend wurde angenommen, daß die Anwendung in Verbindung mit Schwarz-Weiß-Bilderzeugern erfolgt, wobei jedoch keine Einschränkung vorgenommen werden sollte. Aufbau und Funktionsweise der erläuterten Bilderzeuger sind im Fall von Farbbilderzeugern genau gleich.

Die Fig. 7a und 7b zeigen ein Beispiel für eine Farbfilteranordnung, die zur Implementierung in einem Farbbilderzeuger vom CCD-Typ verwendbar ist. Dabei zeigt Fig. 7a eine Primärfarbfilteranordnung, und Fig. 7b zeigt eine Komplementfarbfilteranordnung .

Im Fall der Primärfarbfilteranordnung entsprechen die Fotodioden 1-1 und 1-4 G (Grün), während die Fotodioden 1-2

R (Rot) und die Fotodioden 1-3 B (Blau) entsprechen. Infolgedessen induziert das durch die Ausgangsschaltung 4 erhaltene Farbbildsignal die Farbkomponenten in der Folge B, G, R, G, B, G, R etc. Wenn dagegen die Komplementfarbfilteranordnung nach Fig. 7b verwendet wird, die aus den Farbabschnitten Cy (Zyan), Ye (Gelb), G (Grün) und W (Weiß) besteht, wird durch die Ausgangsschaltung ein Farbbildsignal mit der Folge Ye, Cy, W, G, Ye, Cy etc. erhalten.

Es ist somit ersichtlich, daß ein Bilderzeuger vom CCD-Typ mit Zeilenverschachtelungsformat bei gleichzeitigem Auslesen von zwei Zeilen angegeben wird, wobei zwischen den vertikalen Schieberegisternm vom CCD-Typ und dem horizontalen Schieberegister vom CCD-Typ eine Kopplungsschaltung vorgesehen ist, die zwei Signalserien, die gleichzeitig von zwei Zeilen ausgelesen werden, in ein einziges zeitserielles Signal umsetzt, wodurch die Halbbildverzögerung erheblich reduziert und gleichzeitig die Auflösung wesentlich verbessert wird. Ferner können verschiedene Farbfilteranordnungen mit hoher Auflösung verwendet werden, so daß der Festkörper-Bilderzeuger als Farbbilderzeuger realisierbar ist, bei dem sich im Vergleich zu bekannten Bilderzeugern eine erheblich verbesserte Bildgüte einstellt.

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Claims

Ansprüche

Festkörper-Bilderzeuger,
ekennzeichnet durch eine Anzahl Fotodioden (1) in zweidimensionaler regelmäßiger Anordnung;

mehrere vertikale Schieberegister (2-1) vom CCD-Typ, die von einer ersten Serie der Fotodioden (1) erzeugte lichtinduzierte Signalladungspakete übertragen; mehrere vertikale Schieberegister (2-2), die von einer zweiten Serie der Fotodioden (1) erzeugte lichtinduzierte Signalladungspakete übertragen;

ein einziges horizontales Schieberegister (11) vom CCD-Typ, das Ausgangsladungspakete der vertikalen Schieberegister (2—1, 2-2) zu einer Ausgangsschaltung (4) übertragt; und

eine Kopplungsschaltung (10), die zwischen den vertikalen Schieberegistern (2-1, 2-2) und dem horizontalen Schieberegister (11) angeordnet ist und die abwechselnd aufeinanderfolgend auf zeitserieller Basis von den beiden benachbarten vertikalen Schieberegistern ausgegebene Signalladungspakete der ersten und der zweiten Serie jeweils unter Speicherelektroden des horizontalen Schieberegisters überträgt.

81-A 8207-03-Schö

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2. Festkörper-Bilderzeuger,
gekennzeichnet durch eine Anzahl Fotodioden (1) in zweidimensionaler regelmäßiger Anordnung;

mehrere Gruppen vertikaler Schieberegister (2-1, 2-2) vom CCD-Typ, die regelmäßig zwischen Spalten der Fotodioden (1) angeordnet sind, wobei jede Gruppe ein Paar von Spalten der vertikalen Schieberegister, die einander benachbart angeordnet und voneinander elektrisch isoliert sind, umfaßt;

eine einzige Reihe horizontaler Schieberegister (11), die die Ausgangsladungspakete der vertikalen Schieberegister zu einer Ausgangsschaltung (4) übertragen; und eine Kopplungsschaltung (10) zwischen den Gruppen der vertikalen Schieberegister und dem horizontalen Schieberegister,

- wobei eine der beiden Spalten vertikaler Schieberegister (2-1, 2-2), die jede der Gruppen bilden, von einer ersten Serie (1-1, 1-4) der Fotodioden erzeugte lichtinduzierte Signalladungspakete überträgt, während die andere Spalte (2-2) der vertikalen Schieberegister derselben Gruppe von einer zweiten Serie (1-2, 1-3) der Fotodioden erzeugte lichtinduzierte Signalladungspakete, die sich von der ersten Serie unterscheiden, überträgt, und wobei die Kopplungsschaltung (10) zwei Serien von Signalladungspaketen, die von den beiden Spalten der vertikalen Schieberegister, die jede der Gruppen bilden, ausgegeben sind, zum horizontalen Schieberegister unter Speicherelektroden desselben abwechselnd aufeinanderfolgend auf zeitserieller Basis überträgt.
3. Festkörper-Bilderzeuger,
gekennzeichnet durch

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mehrere Fotodioden (1) in zweidimensionaler regelmäßiger Anordnung;

mehrere Spalten vertikaler Schieberegister (2'-1, 2'-2), die abwechselnd mit Spalten der Fotodioden (1-a, 1-b; 1-a¹, 1-b¹) angeordnet sind;

- eine einzige Spalte eines horizontalen Schieberegisters zur Übertragung von Ausgangssignalladungspaketen von den vertikalen Schieberegistern zu einer Ausgangsschaltung (4 ); und

Kopplungsschaltungen (10¹ ), die jeweils zwischen dem horizontalen Schieberegister (11) und zwei einander benachbarten Spalten (2'-1_f 2'-2) der vertikalen Schieberegister mit der dazwischen angeordneten Spalte der Fotodioden vorgesehen sind,

wobei die beiden Spalten der vertikalen Schieberegister, die einander benachbart sind und die Fotodioden zwischen sich aufweisen, lichtinduzierte Signalladungspakete, die von jeweils verschiedenen Serien (1-a, 1-a¹; 1-b, 1-b¹) der Fotodioden erzeugt sind, übertragen, und wobei jede Kopplungsschaltung (10¹) zwei Serien der lichtinduzierten Signalladungspakete, die von den beiden Spalten der vertikalen Schieberegister (2'-1, 2'-2) ausgegeben werden, zum horizontalen Schieberegister (11) unter Speicherelektroden desselben abwechselnd aufeinanderfolgend auf zeitserieller Basis überträgt.
4. Festkörper-Bilderzeuger nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,

daß das horizontale Schieberegister (11) drei Gruppen von ladungsgekoppelten Elektroden umfaßt, die von Dreiphasenimpulsen ansteuerbar sind, so daß dadurch die Signalladungspakete beider Serien über eine erste und zweite oder eine zweite und dritte Gruppe der ladungsgekoppelten Elektroden übertragen werden.