DE3501138A1

DE3501138A1 - Bildaufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE3501138A1
Application number: DE19853501138
Authority: DE
Inventors: Takao Tokio/Tokyo Kinoshita; Shinji Sakai; Akira Suga; Akihiko Yokohama Kanagawa Tojo
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-01-18
Filing date: 1985-01-15
Publication date: 1985-07-18
Also published as: US4821105A; DE3501138C2; US4774585A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildaufnahmevorrichtung, bei der ein Überstrahlen wirkungsvoll unterdrückt werden kann und mit der ein Zeilensprung-Effekt erzielbar ist.

Nach dem Stand der Technik wurde gemäß der JP-OS 138371/1981 bei einem Festkörper-Bildsensor wie einer Ladungskupplungsvorrichtung (CCD) oder dergleichen ein Verfahren in Betracht gezogen, bei dem überschüssige Träger statt durch das Anbringen von Überlaufablässen in der Lichtempfangsfläche durch Oberflächen-Rekombination gelöscht werden, um ein Überstrahlen zu verhindern.

Dieses Verfahren hat Vorteile dadurch, daß die Empfindlichkeit hoch ist, da hinsichtlich des Öffnungsverhältnisses der Lichtempfangsfläche keine Einbußen entstehen, daß das Horizontal-Auflösungsvermögen gesteigert ist, da der Integrationsgrad verbessert werden kann, und dergleichen.

A/25

Fig. 1 bis 3 sind Darstellungen zur Erläuterung dieses Verfahrens zum Verhindern des Oberstrahlens durch Oberflächen-Rekombination, wobei die Fig. 1 eine Vorderansicht einer gewöhnlichen Bildübertragungs-Ladungskopplungsvorrichtung ist.

Nach Fig. 1 besteht ein Lichtempfangsteil 1 aus einer Vielzahl von Vertikalübertragungs-Registern mit Fotoempfind-2Q lichkeit.

Ein Speicherteil 2 besteht aus einer Vielzahl von Vertikalübertragungs-Registern, die gegenüber Licht abgeschirmt sind.

Mit 3 ist ein Horizontalübertragungs-Register bezeichnet.

Die Informationen in den jeweiligen Vertikalübertragungs-Registern des Speicherteils 2 können durch gleichzeitiges Verschieben um jeweils ein Bit in dieses Horizontalüber-2Q tragungs-Register eingespeichert werden. Danach kann durch die Horizontalübertragung in dem Register 3 aus einem Ausgangsverstärker 4 ein Videosignal abgegeben werden.

Im allgemeinen werden die in dem jeweiligen Vertikalübertragungs-Register des Lichtempfangsteils 1 gebildeten Informationen innerhalb einer Vertikalaustastlücke nach der Fernsehnorm vertikal in den Speicherteil 2 übertragen und innerhalb des nächsten Vertikalabtastintervalls zeilenweise überldas Horizontalübertragungs-Register 3 ausgelesen.

Es sei nun angenommen, daß der Lichtempfangsteil 1, der Speicherteil 2 und das Horizontalübertragungs-Register 3 jeweils zweiphasi'g angesteuert werden und jeweilige Übertragungselektroden mit P₁, P-, P,, P., Pr und P₆ bezeichnet sind, während entsprechende Übertragungstaktsignale mit ^p₁ und (zfp2» ^p3 ^υη^ 0*p4 sowie ^p₅ und ^p, bezeichnet sind.

Die Fig. 2 ist eine Darstellung von Potentialprofilen unterhalb dieser Übertragungselektroden P. bis P,. Beispielsweise werden unterhalb einer jeden Elektrode, die über einer Iso-

C lierschicht 5 auf einem P-Siliciumsubstrat 6 ausgebildet ist, durch Ionenimplantation oder dergleichen in bezug auf die Elektronen ein Bereich niedrigen Potentials und ein Bereich hohen Potentials gebildet. Wenn hierbei an die Elektroden P~ , P. und P_fi eine Spannung -V₁ niedrigen Pegels und an die Elektroden P.. , P, und Ρ_ς eine Spannung V₂ hohen Pegels angelegt wird, werden die in dieser Figur durch eine ausgezogene Linie dargestellten Potentiale hervorgerufen. Wenn andererseits an die Elektroden P. , P, und P₁. die Spannung -V₁ niedrigen Pegels und an die Elektroden P₂, P₄ und P, die Spannung V₂ hohen Pegels angelegt wird, werden die in der Figur durch die gestrichelte Linie dargestellten Potentiale gebildet.

Daher werden durch das Anlegen wechselnder Spannungen mit jeweils entgegengesetzten Phasen, an die Elektroden P₁, P, und P₅ bzw. an die Elektroden P₂, P₄ und P, die Träger bzw. Ladungen aufeinanderfolgend in einer Richtung befördert (nämlich nach rechts in der Figur).

Andererseits sind in der Fig. 4 durch eine strichpunktierte

Linie Potentiale in dem Fall dargestellt, daß an die Elektroden eine hohe positive Spannung V₃ angelegt wird. Diese Potentialmulden sind in einem Umkehrzustand, so daß über eine vorbestimmte Menge überschüssige Träger durch Rekombination mit den Majoritätsträgern gelöscht worden sind.

Die Fig. 3 zeigt die Zusammenhänge zwischen den an die Elektroden angelegten Spannungen und den vorstehend genannten Formen des inneren Potentials in bezug auf die Richtung der

Dicke des Silicium- bzw. Halbleitersubstrats 6. Aus dieser 35

Figur ist ersichtlich, daß bei der Elektrodenspannung V^

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die Potentialmulden niedrig sind, so daß die überschüssigen Träger einen zweiten Zustand erreichen, bei dem sie an der Grenzfläche zu der Isolierschicht mit den Majoritätsträgern

rekombiniert werden können.
5

Andererseits wird bei der Elektrodenspannung -Vj als erster Zustand der Sammelzustand hervorgerufen, so daß sich um die Grenzfläche herum leicht die Majoritätsträger sammeln können, die beispielsweise aus einem (nicht gezeigten) Kanalsperrbereich zugeführt werden.

Daher werden beispielsweise durch das abwechselnde Anlegen der Spannungen -V₁ und V^ an die Elektrode P₁ bei dem Zustand, bei dem durch das Anlegen der Spannung -V₁ an die 15

Elektrode P_? eine Sperre gebildet ist, die unterhalb der Elektrode P₁ gesammelten Minoritätsträger auf weniger als eine vorbestimmte Menge begrenzt.

Diese in Fig. 2 gezeigte Gestaltung hat jedoch einen Nach-20

teil insofern, als der Wirkungsgrad bei dem Beseitigen der überschüssigen Ladungen gering ist. Bei den Übertragungselektroden wird nämlich im allgemeinen der Übertragungswirkungsgrad dadurch verbessert, daß bei der Speicherung und

Übertragung der Ladungen die Oberflächen-Rekombination der 25

Ladungen verhindert wird. Zu diesem Zweck muß die Potentialmulde unterhalb der Übertragungselektrode ausreichend tief sein und die Fläche der Sohle der Mulde breit sein.

Andererseits sind für das wirkungsvolle Rekombinieren der 30

Ladungen die entgegengesetzten Bedingungen notwendig.

D.h., zum wirkungsvollen Überlaufen und Rekombinieren der Ladungen ist es anzustreben, daß die Fläche der Sohle der Potentialmulde unterhalb der Elektrode bis zu einem gewis-

sen Ausmaß schmal ist.

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Infolgedessen tritt bei der herkömmlichen Technologie ein Problem insofern auf, als eine Steigerung des Übertragungswirkungsgrads eine Verschlechterung des Wirkungsgrads bei der Rekombination hervorruft und im Gegensatz dazu eine Steigerung des Rekombinations-Wirkungsgrads eine Verringerung des Übertragungswirkungsgrads ergibt.

Ferner besteht bei einer solchen Ladungskopplungsvorrich- IQ tung mit Ladungsrekombination ein Problem dadurch, daß das Taktsignal für die Rekombination mit dem Ausgangssignal gemischt wird und zu einem Störsignal mit einem festen Bildmuster wird. Daher wird eine herkömmliche Vorrichtung derart gestaltet, daß das Rekombinations-Taktsignal nur in der jg Horizontalaustastlücke zugeführt wird.

Bei einer solchen Ladungskopplungsvorrichtung herkömmlicher Art wird die Bildübertragung innerhalb der Vertikalaustastlücke begonnen; daher tritt der Fall auf, daß die Erzeugung

2Q des Rekombinations-Taktsignals vrährend eines Intervalls von beispielsweise ungefähr der Hälfte eines Horizontalintervalls (H/2) unmittelbar vor dieser Lücke beendet wird. Daher wird die Ladungsübertragung bei einem Zustand eingeleitet, bei dem eine große Ladungsmenge gespeichert worden ist;

2J- dies kann ein "Verwischen" oder "Überstrahlen" hervorrufen.. Daher wurde auch ein Verfahren in Betracht gezogen^ bei dem die Vorrichtung auch während der Vertikalaustastlücke angesteuert wird. Dieses Verfahren ist jedoch wegen des hohen elektrischen Leistungsverbrauchs und dergleichen ungünstig.

30

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Beheben der

vorstehend genannten Mängel der herkömmlichen Technologie eine Bildaufnahmevorrichtung zu schaffen, bei der der Übertragungswirkungsgrad und der Rekombinations-Wirkungsgrad _g[- hoch sind und bei der ein Zeilensprung-Effekt erreicht wird.

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Ferner soll mit der Erfindung eine Bildaufnahmevorrichtung geschaffen werden, bei der das Oberstrahlen oder Verwischen dadurch verhindert werden kann, daß die Rekombination in einem vorbestimmten Intervall unmittelbar vor der Bildübertragung ausgeführt wird, wobei eine Steigerung des elektrischen Leistungsverbrauchs vermieden wird und ferner die Vorrichtung auch in dem Fall leistungsfähig ist, daß die Ladungsübertragung ausnahmsweise in einem anderen Intervall -Q als einem Vertikalaustastintervall vorgenommen wird.

Weiterhin soll mit der Erfindung eine Bildaufnahmevorrichtung mit geringen Störsignalen und geringem elektrischen Leistungsverbrauch geschaffen werden.

Zur Lösung der Aufgabe hat die erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeipsiel einen ersten und einen zweiten Bereich für das Umsetzen von einfallendem Licht in Ladungen, eine Rekombinationsvorrichtung, die das Rekombinieren eines Teils der Ladungen in dem zweiten Bereich mit den Majoritätsträgern ermöglicht, und eine Steuereinrichtung, die das Speichern der Ladungen in dem ersten und dem zweiten Bereich sowie auch das Wirken der Rekombinationsvorrichtung ermöglicht und die den ersten und den zweiten Bereich sowie die Rekombinationsvorrichtung derart steuert, daß eine in dem ersten Bereich gespeicherte Ladungsmenge A_INT und eine Menge Djm_T an Ladungen, die ohne Rekombination in dem zweiten Bereich zurückbleiben, der Bedingung Aj_n^ ■< Dj_NT genügen. Dadurch wird die Fähigkeit ge-

steigert, das Überstrahlen zu verhindern, sowie auch ein 30

Zeilensprung-Effekt erzielt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung hat diese erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung eine Sperrvorrichtung zum Unterdrücken eines Teils addierter Informationen der Ladungen 35

in dem ersten und dem zweiten Bereich. Dadurch kann eine

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Verschlechterung des Zeilensprung-Effekts im Falle hoher

Lichtstärke herabgesetzt werden, so daß eine Bildaufnahmevorrichtung mit hoher Leistungsfähigkeit in einem breiten g Lichtstärkebereich erzielt wird.

Die erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel hat einen Lichtempfangsteil für das Umsetzen eines optischen Bilds in ein Ladungssig-

,Q nal, eine Rekombinationsvorrichtung, die die Rekombination eines Teils der Ladungen in dem Lichtempfangsteil mit den Majoritätsträgern ermöglicht, und eine Steuereinrichtung, die ein Signal bildet, das die Übertragung des Ladungssignals in dem Lichtempfangsteil zuläßt, und die bewirkt, daß

p. die Rekombinationsvorrichtung den Rekombinationsvorgang über eine vorbestimmte Zeitdauer unmittelbar vor der Übertragung des Ladungssignals ausführt. Daher werden durch das Zuführen eines Impulses für die Ladungsrekombination unmittelbar vor der Bildübertragung die bis zu dem Beginn der

-₀ Bildübertragung gespeicherten überschüssigen Ladungen auf eine geeignete Menge verringert, wodurch es möglich wird, ein Überstrahlen oder Verwischen zu verhindern, das verursacht werden könnte, wenn bei der Bildübertragung nicht alle diese überschüssigen Ladungen übertragen werden könnten.

Ferner ist es dadurch möglich, eine Steigerung des elektrischen Leistungsverbrauchs zu verhindern, die im Falle des Betriebs während des Vertialaustastintervalls auftreten würde.

Die erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem nächsten Ausführungsbeispiel hat einen Lichtempfangsteil für das Umsetzen eines optischen Bilds in ein Ladungssignal, eine Rekombinationsvorrichtung für das Rekombinieren

eines Teils der Ladungen in dem Lichtempfangsteil mit den 35

Majoritätsträgern, einen Speicherteil zum Speichern des La-

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dungssignals aus dem¹ Lichtempfangsteil und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Lichtempfangsteils einschließlich der Rekombinationsvorrichtung in der Weise, daß während der

_ zeit des Auslesens des Signals in den Speicherteil das Po-

tential in dem Lichtempfangsteil einen vorbestimmten konstanten Zustand annimmt. Dadurch wird elektrische Leistung gespart und es werden im Falle einer Aufzeichnung bei einer Stehbild-Betriebsart keinerlei Störsignale eingestreut, da Taktsignale (ζΓ._β und ^_ρΓ auf konstante Potentiale eingestellt werden.

Da andererseits in bezug auf die Elektronen diese Potentiale zu diesem Zeitpunkt so eingestellt werden, daß sie niedriger als ein Potential an dem Speicherteil sind, wird selbst 15

beim Auftreten eines Überstrahlens in dem Lichtempfangsteil das Überstrahlen nicht in den Speicherteil übertragen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die< Zeichnung näher erläutert

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Ladungskopplungs-Bildsensors.

Fig. 2 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfah-25

rens zum Ansteuern des in Fig. 1 gezeigten Bildsensors.

Fig. 3 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips

der Oberf lachen-Ladungsrekombination. 30

Fig. 4 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für die Gestaltung der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung zeigt.

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Fig. 5 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel für den Aufbau eines Bildsensors zeigt, der für die Verwendung in der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung geeignet ist.

Fig. 6 ist eine Darstellung eines Beispiels für ein Elektrodenmusters des in Fig. 5 gezeigten Bildsensors.

Fig. 7 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Ansteuerungsverfahrens bei der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 8 ist eine Darstellung zur Erläuterung von Potential-15

zuständen des in Fig. 5 gezeigten Bildsensors.

Fig. 9 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Ansteuerungsverfahrens der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Fig. 10(a) und (b) sind Darstellungen zur Erläuterung von Potentialzuständen bei dem zweiten Ausführungsbeispiel.

Fig. 11 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Kanalverengungseffekts .

Fig. 12 ist ein Zeitdiagramm der Ansteuerung der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Fig. 13 ist eine Darstellung eines Beispiels der Gestaltung einer Takttreiberstufe.

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Fig. 14 ist ein Zeitdiagramm der Wirkungsweise der Takttreiberstufe nach Fig. 13.

Fig. 15 ist eine Darstellung eines Beispiels der Gestaltung der Bildaufnahmevorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.

Fig. 16 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Bei-Q spiel für den Aufbau eines Bildsensors zeigt, der für die Verwendung bei dem vierten Ausführungsbeispiel geeignet ist.

Fig. 17 ist ein Zeitdiagramm des Betriebsablaufs bei einer Stehbild-Betriebsart.

Fig. 18 ist eine Darstellung eines Beispiels für die Gestaltung einer Takttreiberstufe.

2Q Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung, bei dem ein Bildsensor verwendet wird. Bei diesem Beispiel wird eine Bildübertragungs-Ladungskopplungsvorrichtung (CCD) mit Einzelphasenansteuerung beschrieben.

In der Fig. 4 sind gleichartige Teile und Komponenten wie die in den Fig. 1 bis 3 gezeigten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird an den Lichtempfangsteil 1 zusammen mit einem Übertragungstaktsignal {zf_pT ein Taktsignal gf.j. angelegt, mit dem überschüssige Ladungen dadurch gelöscht werden können, daß sie mit Löchern bzw. Mangelelektroden im Zentrum der Oberflächen-Rekombination rekom-

_ot- biniert werden,
ob

^501138

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Andererseits werden jeweils an den Speicherteil 2 und das Horizontalübertragungsregister 3 Übertragungstaktsignale <2f_ps bzw. tf_s angelegt.

Eine Takttreiberstufe CKD dient als Steuereinrichtung für das Speisen des Bildsensors mit diesen Taktsignalen bzw. Taktimpulsen ^p₁, ^n, tffpc und ?L. Ein Taktgenerator CKD erzeugt Zeitsteuersignale für das Bilden dieser Impulse.

Ein Verarbeitungsverstärker bzw. Entzerrer PAP dient als Unterdrückungseinrichtung bzw. Entzerreinrichtung und enthält eine Kniekennlinien-Schaltung oder Gamma-Umsetzschaltung oder dergleichen, mit der auf nachfolgend erläuterte Weise ein Signal oberhalb eines vorbestimmten Pegels abgeschnitten oder auf nicht-lineare Weise komprimiert wird.

Ein Codierer ECD setzt ein über den Entzerrer PAP zugeführtes Videosignal in ein Signal nach einem Fernsehnormsystem wie beispielsweise in ein NTSC-Signal um.

Die Fig. 5 zeigt schematisch im Querschnitt Elektroden und Potentiale in dem Grenzbereich zwischen dem Lichtempfangsteil 1 und dem Speicherteil 2.

Die Fig. 5 zeigt Übertragungselektroden P_pI für das^Anlegen des Übertragungstaktsignals (zf_pI an den Lichtempfangsteil, Rekombinationselektroden P._R, die als Rekombinationsvorrichtung für das Anlegen des Rekombinations-Taktsignals <zf._R dienen, und Übertragungselektroden P_ps für das Anlegen des Übertragungstaktsignals ^_p~ an den Speicherteil. In der _n Fig. 5 ist durch ausgezogene Linien ein Potentialzustand in dem Fall dargestellt, daß als Taktimpulse ^p₁ und ^_ps Spannungen niedrigen Pegels angelegt werden und als Taktimpuls $.„ eine Spannung hohen Pegels angelegt wird. Eine gestrichelte Linie stellt einen Potentialzustand in dem Fall dar, daß die Taktimpulse ^_pI und ^_pc, den hohen Pegel haben und der Taktimpuls gf._R niedrigen Pegel hat.

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Die in der Figur gezeigten Potentialstufen werden in einem Substrat SS bzw. 6 durch Ionenimplantation gebildet. Andererseits wird unterhalb des nicht von den Elektroden Pp₁, c Ppc und P._R abgedeckten Bereichs einer Isolierschicht 5, nämlich in dem Grenzbereich zwischen der Isolierschicht und dem Halbleitersubstrat eine Inversionsschicht beispielsweise mit P-Leitfähigkeit ausgebildet, die eine (nicht dargestellte) virtuelle Elektrode bildet. Daher wird durch die ,Q Vorspannung an einer jeweiligen Elektrode das Potential in dem von den Elektroden nicht abgedeckten Halbleiterbereich nicht verändert.

In der Fig. 4 ist ein erster Bereich mit X bezeichnet, wäh-, _ rend ein zweiter Bereich mit Y bezeichnet ist. Gemäß der Darstellung ist als zweiter Bereich derjenige Bereich bezeichnet, der die Elektrode P._ß enthält. Diese Definition des ersten und zweiten Bereichs gilt ohne Einschränkung auf die Einzelphasenansteuerung auch für eine Bildaufnahmevorrichtung mit mehrphasiger Ansteuerung.

Die Fig. 6 zeigt ein Beispiel für ein Elektrodenmuster in den in Fig. 5 gezeigten Bereichen. Eine Horizontalbewegung von Ladungen wird durch Kanalsperren CS verhindert.

Bei dem in den Fig. 4 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Breite der Elektrode P._ß für die Ladungsrekombination ausreichend geringer als die Breite der Übertragungselektrode Pp₁ gewählt werden, so daß bei dem Beseitigen der

überschüssigen Ladungen ein hoher Wirkungsgrad erzielbar 30

ist.

Bei dem Ladungskopplungs-Bildsensor mit Binzelphasenansteuerung kann der Vorgang des Rekombinierens der Ladungen unabhängig von dem Übertragungsvorgang ausgeführt werden.

Ferner kann ein Aufbau zur Steuerung der Rekombination in dem Bildsensor gemäß dem Ausführungsbeispiel durch einen Schritt zum Bilden von Gate-Elektroden aus polykristallinem bzw. Polysilicium als Elektroden gebildet werden, der bei dem gleichen Prozess wie bei der Herstellung der Kanalsperren ausgeführt werden kann, während die Stufen der inneren Potentiale durch einen Ionenimplantationsschritt gebildet werden können.

Die Fig. 7 ist eine Darstellung von Kurvenformen der von der Takttreiberstufe CKD zur Ansteuerung des in Fig. 4 gezeigten Bildsensors abgegebenen Taktimpulse 4^, ^p₁, ^p₅ und <j„ sowie eines Ausgangssignals VOUT des Verstärkers 4.

Nach Fig. 7 wird bei jedem Fernsehteilbild ein Vertikalsynchronisiersignal V₀ erhalten. Synchron mit dem Signal Vp werden in Zeitintervallen von t.. bis t~ und t., bis t. die Taktimpulse ^_pi und ^_ps in einer Anzahl zugeführt, die

_nn gleich der Anzahl von Bildelementen des Lichtempfangsteils 1 und des Speicherteils 2 in der Vertikalrichtung ist, wobei beispielsweise diese Taktsignale gleichphasig zugeführt werden.

₂,- Dadurch werden die Ladungen aus den jeweiligen Bildelementezellen in dem Lichtempfangsteil 1 übertragen und in entsprechende Speicherzellen in dem Speicherteil 2 eingespeichert.

Während dieser Zeit wird bei der erfindungsgemäßen Bildauf-30

nahmevorrichtung das an die Elektroden P._ß angelegte Taktsignal ^_AR auf einen Spannungspegel V, festgelegt, um zu vermeiden, daß das Potential unterhalb der Rekombinations-Elektroden P._R die Ladungsübertragung behindert. Dieser Spannungspegel V- ist beispielsweise gemäß Fig. 8 ein Spannungspegel, der unterhalb der Elektroden P._R einen Potential-

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pegel hervorruft, welcher zwischen einer oberen und einer unteren Grenze des Potentialpegels im Bereich der virtuellen Elektroden liegt. Am günstigsten wird der Spannungspegel V₄ so gewählt, daß sich ein Potentialpegel ergibt, der zwischen der oberen und der unteren Grenze der Potentiale in dem Bereich außerhalb des Bereichs unter den Elektroden Ρ_Λτ, im

Aß

zweiten Bereich Y liegt.

q Das Zeitintervall t.. bis t₂ entspricht dem Vertikalaustastintervall bzw. der Vertikalaustastlücke des Fernsehnormsignals .

In dem Intervall von t- bis t, werden unter beliebiger Zeitsteuerung mehrere Taktimpulse <#.„ zugeführt. Die Taktimpulse $_AR können periodisch und fortgesetzt oder nur während des Horizontalaustastintervalls zugeführt werden.

Mit einer Steigerung der Anzahl zugeführter Taktimpulse φ.τ> _on wird die Fähigkeit zum Beseitigen der überschüssigen Ladüngen gesteigert.

Die Ladungen im Speicherteil werden in dem Intervall von t₂ bis t, durch die Taktsignale ^_ps und ^~ synchron mit der Horizontalperiode zeilenweise ausgelesen und als Horizontalzeilensignale ausgegeben. Dieses Intervall von t_ bis t, entspricht dem Vertikalabtastintervall des Fernsehnormsignals .

_o/- Als nächstes wird als zweites Ausführungsbeispiel die Ansteuerung in einem Fall beschrieben, bei dem eine Videokamera unter Verwendung eines solchen Bildsensors aufgebaut ist, welcher gemäß den vorstehenden Ausführungen mit einer Einrichtung zum Verhindern der Verteilung bzw. Zerstreuung überschüssiger Ladungen versehen ist.

Die Fig. 9 ist ein Zeitdiagramm von Ausgangsimpulsen der Takttreiberstufe CKD bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel

Gemäß Fig. 9 unterscheiden sich dieses Ausführungsbeispiel und das in Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel in folgenden Punkten: Während der Speicherintervalle bis zum Zeit punkt t., zwischen dem Zeitpunkt t~ und einem Zeitpunkt t und nach dem Zeitpunkt t. wird das Taktsignal ^_py auf einen IQ Pegel Vr festgelegt, der zumindest annähernd der mittlere Pegel zwischen den Pegeln der Spannungen -V₁ und V- ist. Das Ansteigen und Abfallen der Taktimpulse ^_pj werden bei jedem Halbbild bei dem Ende der Speicherintervalle geschaltet.

Diese Punkte werden nun erläutert. Durch das Einstellen des

Taktsignals ψ^τ auf den Pegel Vr während der Speicherintervalle werden gemäß Fig. 10(a) in dem Substrat unterhalb der Übertragungselektroden P_pI und in dem Substrat unterhalb _on der virtuellen Elektroden ieweil-s Potentialmulden A bzw. C gebildet, in denen die Ladungen gespeichert werden.

Gemäß Fig. 9 werden während dieser Intervalle mehrere Taktimpulse (zi.g zugeführt, so daß gemäß Fig. 10(a) die Poten-

_oc tiale unterhalb der Elektroden P_AD zunehmen und abnehmen. /b Ad

Von den Ladungen in Mulden B, die bei dem Abnehmen dieser Potentiale gebildet werden, werden jedoch bei dem Zunehmen der Potentiale die nahe der Isolierschicht 5 gesammelten überschüssigen Ladungen mit den Löchern bzw. Mangelelektro_n den rekombiniert, so daß diese überschüssigen Ladungen gelöscht werden und nicht in die Mulden A abfließen.

Es sei nun angenommen, daß gemäß Fig. 10(a) die während des Speicherintervalls bei dem ersten Halbbild bis zu dem Zeit-

_o_ punkt t₁ nach Fig. 9 in die Mulden A und C (oder B) ein-

oo ι

fließenden Ladungsmengen jeweils Aj_NT und C_INT (oder ^btm_T)

sind. Danach werden gemäß Fig. 1O(b) durch die Vertikalübertragung, die vom Zeitpunkt t.. nach Fig. 9 an beginnt, durch das Anheben des Taktsignals tf_pI von dem mittleren Pegel Vr auf den Pegel der Spannung V- zu Beginn der Übertragung die in Bereichen φ' und ©, ©' und φ , gespeicherten Ladungen addiert und in den Speicherteil übertragen. Andererseits werden bei dem zweiten Halbbild durch das Absenken des Taktsignals ^_ρΙ von dem mittleren Pegel V₁-

jQ auf den Pegel der Spannung -V₁ zu Beginn der Übertragung (zum Zeitpunkt t ) die in Bereichen φ und φ' , Q) und (2)', G) und G)¹ ,... addiert. Auf diese Weise kann der Zeilensprung bzw. die Zeilenverschachtelung dadurch ausgeführt werden, daß für ein jedes Halbbild die Kombination

, c addierter Ladungen verändert wird.

Mit dieser Gestaltung kann der Zeilensprung-Effekt bzw. die Zeilenverschachtelung unter Benutzung einiger weniger Bildelemente erreicht werden, während sich zugleich keine Änderung des Dunkelstrompegels bei einem jeden Halbbild ergibt und kaum ein Flimmern auftritt.

Ferner besteht bei diesem Ausführungsbeispiel das Merkmal, daß die Beziehung Aj_NT< Dj_NT erfüllt ist, wenn eine Sättigungsladungsmenge der Mulde A gleich A_p ist, eine Sättigungsladungsmenge der Bereiche aus den Mulden B und C außerhalb der Mulde A gleich Dp ist und die Menge verbliebener Ladungen, die nicht in den Mulden der Bereiche außerhalb der Mulde A rekombiniert sind, gleich D_INT ist.

Dies wird nachstehend erläutert.

Falls bei diesem Ausführungsbeispiel nicht die Bedingung

^AINT ^{+ 0}INT ~^min ^V ⁰F^ ^{= Q}SAT erfüllt wird, übersteigt die Summenmenge Aj_n^ + Dj_n- die

Menge übertragbarer Ladungen; infolgedessen würde eine bestimmte Menge an Ladungen zurückbleiben, ohne übertragen zu werden. Es muß also die Summenmenge Ay_NT + Dj_NT geringer als die kleinere Menge der Sättigungsladungsmengen Ap und Dp sein.

Daher wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Summenmenge Aj_NT + Dj_NT beispielsweise auf die kleinste Menge der Men-Q gen Ap und D_p, nämlich auf ungefähr 701 von Qc/vf eingestellt. Wenn man annimmt, daß dieser Wert eine maximale Speicherungs-Ladungsmenge Q_mov ist und zum Erreichen der Ladungsmenge 0 eine Lichtmenge L erforderlich ist, können die Men-

THctX ΙΠ3.Χ

gen Αγ^_τ und Dj_NT einander gleich, nämlich zu Aj_NT = Djxi_T _t- gewählt werden, um die Zeilenverschachtelung ausführen zu können, bis die Lichtmenge von "0" ausgehend die Lichtmenge ^Lmax ^reicht.

Obwohl zwar nach diesem Verfahren die Zeilenverschachtelung ausgeführt werden kann, wird dabei kein ausreichendes Beseitigen der überschüssigen Ladungen erzielt.

Um nämlich zu gewährleisten, daß Elemente in einer Anzahl gebildet werden, die bei dem Bildschirmformat von beispielsweise 17 mm (2/3 Zoll) erforderlich sind, ist es praktisch notwendig, eine Breite W der Elektroden P._ auf einen Wert nahe der kleinsten Linienbreite, nämlich auf einen Wert von 3 bis 4 pm festzulegen.

Zur Steigerung der Rekombinationsfähigkeit des Sensors un-30

ter diesen Bedingungen ist ein Verfahren in Erwägung zu ziehen, bei dem die Anzahl der Stellen für die Rekombination gesteigert wird; in diesem Fall entsteht jedoch der Nachteil, daß die Herstellungsausbeute verschlechtert wird.

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Andererseits ist auch zu erwägen, diö Flächender Elektrode P_AB für die Rekombination zu vergrößern.

In der Praxis beträgt gemäß Fig. 11 dann, wenn die Breite W der Elektrode zu 3 μπι gewählt wird, infolge des Kanalverengungseffekts bzw. Schmalkanaleffekts die wirksame Breite der unterhalb der Elektrode gebildeten und zur Rekombination beitragenden Mulde ungefähr 0,5 um. Wenn andererseits die

IQ Breite W der Elektrode zu 4 um gewählt wird, beträgt die wirksame Breite der zur Rekombination beitragenden Mulde ungefähr 1,5 um. Daher wird dann, wenn in dieser Mulde eine ausreichende Ladungsmenge gesammelt werden kann, die Menge an Ladungen, die bei einem jeden Taktimpuls ^._β beseitigt

^I- werden können, auf ungefähr das Dreifache gesteigert. In diesem Fall kann jedoch gemäß der vorstehenden Beschreibung die Rekombinationsfähigkeit nicht erreicht werden, wenn die Menge der Ladungen, die in der Mulde B unterhalb der Elektrode P._R gesammelt werden können, nicht so groß bzw. nicht ausreichend ist.

Andererseits nimmt die maximale Ladungsmenge Q einen bestimmten konstanten Wert an, wenn die Anzahl der Bildelemente und die Fläche der Ladungskopplungsvorrichtung bzw. des Bildsensors festgelegt sind. Daher ist es erforderlich, die Menge Aj_NT um die Menge einer Zunahme von D_INT zu verringern.

Daher wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch die Takttreiberstufe eine Steuerung in der Weise ausgeführt, daß zwischen der Ladungsmenge A_TNT in der Mulde unterhalb der Elektrode P_pi als erster Bereich und der Menge D_INT verbliebener Ladungen, die nicht in den Mulden unterhalb der virtuellen Elektrode und der Rekombinationselektrode als __ zweiter Bereich rekombiniert werden, der Zusammenhang

0*i" Δ <? Π

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besteht. Auf diese Weise wird die Zeilenverschachtelung erreicht und zugleich eine hohe Leistungsfähigkeit bei der Rekombination erzielt.

Wenn in diesem Fall beispielsweise die Breite W der Elektrode P.g zu 4 ^m gewählt wird, die Menge Dj.,_T zu 501 der Menge Q_SAT gewählt wird und die Menge A_INT zu ungefähr 20! der Menge Qqat gewählt wird, wird der Zeilensprung bzw. die Zeilenverschachtelung bis zu ungefähr 57! der Lichtmenge L möglich. D.h., es ist zwar für eine Lichtmenge über diesem Wert von 57S keine Zeilenverschachtelung erzielbar, die Leistungsfähigkeit hinsichtlich des Verhinderns des Überstrahlens aber auf ungefähr das Dreifache der herkömmlichen Leistungsfähigkeit verbessert. Die Videokamera ge-15

maß diesem Ausführungsbeispiel wird gemäß Fig. 4 mit einer Unterdrückungs- bzw. Entzerreinrichtung ausgestattet, mit der unter Berücksichtigung des größten Teils der Bildfläche die Zeilenverschachtelung auf einen Wert von weniger als 20! der Lichtmenge L eingestellt wird und eine Signalkomponente, die einer Lichtmenge über diesem Wert entspricht, durch Komprimieren oder dergleichen unterdrückt wird; dadurch wird die Verschlechterung der Zeilenverschachtelung bei hoher Lichtstärke unauffällig bzw. unmerkbar.

Die Fig. 12 -ist eine Darstellung von Ansteuerungszeiten bei einem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung. Dieses Ausführungsbeispiel hat einen Lichtempfangsteil für das Umsetzen eines optischen Bilds

in ein Ladungssignal, eine Rekombinationsvorrichtung, mit 30

der ein Teil von Ladungen im Lichtempfangsteil mit Majoritätsträgern rekombiniert werden kann, und eine Steuereinrichtung für das Erzeugen eines Signals, das die Übertragung des Ladungssignals im Lichtempfangsteil herbeiführt, und für

das Ausführen der Rekombination durch die Rekombinations-35

Vorrichtung über eine vorbestimmte Zeitdauer unmittelbar vor

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der Übertragung des Ladungssignals. Dadurch ist es möglich, durch das Zuführen eines Impulses für die Ladungsrekombination unmittelbar vor der Bildübertragung die bis zu dem Beginn der Bildübertragung gespeicherten überschüssigen Ladungen auf einen geeigneten Wert zu verringern, wodurch es möglich wird,- ein Oberstrahlen oder Verwischen zu verhindern, das dadurch hervorgerufen wird, daß solche überschüssige Ladungen bei der Bildübertragung nicht übertragen

Q werden können.

Die Fig. 12 zeigt Kurvenformen von Taktimpulsen und dergleichen, die von der in Fig. 4 gezeigten Takttreiberstufe CKD zur Ansteuerung des Bildsensors, von der über Zeitintervalle t._A bis t₁₇ und Χ._Λ. bis t.., synchron mit dem bei

Il 1 ό 14 Io

einem jeden Fernsehhalbbild erhaltenen Vertikalsynchronisiersignal V_D ein Vertikalaustastsignal V_ßLj, abgegeben wird. Mit Hg.j, ist ein Horizontalaustastsignal bezeichnet.

_₀ D.h., der Zeitraum t... bis t₁₃ entspricht dem Zeitraum tbis t~ in den Fig. 7 und 9, der Zeitraum t-, bis t... entspricht dem Zeitraum t~ bis t, und der Zeitraum t-, bis t..,. entspricht dem Zeitraum t, bis t.. Durch das Zuführen mehrerer Taktimpulse ^_AR in den Zeitintervallen von t-₁ bis

„_c t₁„ und von t, . bis t_1c werden unmittelbar vor der Vertikal übertragung die überschüssigen Ladungen beseitigt. Ferner werden in den Zeitintervallen von t.~ bis t-i τ ^ηη& von t^r bis t_1fi die Taktimpulse ^_pT und ^„,., in einer Anzahl, die gleich der Anzahl der Bildelemente des Lichtempfangsteils 1 und des Speicherteils 2 in der Vertikalrichtung ist, im wesentlichen gleichphasig zugeführt, wodurch die Ladungen aus den jeweiligen Bildelementezellen im Lichtempfangsteil 1 übertragen und in den entsprechenden Speicherzellen des Speicherteils 2 eingespeichert werden. Diese Vorgänge sind _o_ gleichartig denjenigen bei den in den Fig. 7 und 9 gezeigten Ausführungsbeispielen.

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Die Fig. 13 zeigt ein Beispiel für die Gestaltung der Takttreiberstufe CKD. Die Fig. 14 ist ein Zeitdiagramm der Betriebsvorgänge der Takttreiberstufe CKD. In den Fig. 13 und 14 sind mit φ* Impulse bezeichnet, die in jedem einzelnen Horizontalintervall zweimal erzeugt werden, während mit TRG ein Bildübertragungs-Triggerimpuls bezeichnet ist, mit dem die Bildübertragung ausgelöst wird. Dieser Triggerimpuls TRG wird für die Dauer des Vertikalaustastintervalls oder zu einem hierauf bezogenen Zeitpunkt erzeugt.

Der Triggerimpuls TRG kann beispielsweise gemäß der Beschreibung in der japanischen Patentanmeldung No. 61098/1983 zu einem beliebigen Zeitpunkt abgegeben werden, der von

. r- dem Vertikalaustastintervall verschieden ist. In diesem Ib

Fall kann durch die Zeitsteuerung dieses Triggerimpulses TRG auch die Bildspeicherungszeit gesteuert werden.

Ein D-Flip-Flop D₁ nimmt den Impuls TRG als Taktimpuls auf „_ und erhält an seinem Eingang D ständig hohen Pegel, so daß ein Ausgangssignal T₁ durch das Auslösen mit dem Impuls TRG (zu einem Zeitpunkt t₁₇) den hohen Pegel annimmt. Dadurch wird durch D-Flip-Flops D₂ und D, nach einer Verzögerungszeit um nur zwei Taktimpulse ψ~ (zu einem Zeitpunkt t..«) „p. ein Ausgangssignal T₂ erzeugt, wobei das Flip-Flop D₁ gelöscht bzw. rückgesetzt wird und das Ausgangssignal T₁ den niedrigen Pegel annimmt. Die Dauer dieses Verzögerungsintervalls kann durch Erhöhung oder Verringern der Anzahl der D-Flip-Flops verlängert oder verkürzt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist als Intervall von t₁₇ bis t_1R ein

gU I / I ö

einzelnes Horizontalintervall (H) gewählt; durch das Weglassen des Flip-Flops D~ wird jedoch das Intervall zu H/2. Nachdem das Ausgangssignal T₂ den hohen Pegel angenommen hat, nimmt zu einem Zeitpunkt t_iq ein Ausgangssignal T, eines D-Flip-Flops D. den hohen Pegel an, wonach nach vorbestimmten Taktimpulsen durch ein Ausgangssignal CARRY eines

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Zählers CNT die Flip-Flops D, und D- (zu einem Zeitpunkt t_2Q) gelöscht bzw. rückgesetzt werden. Dadurch nehmen die Ausgangssignale T- und T, den niedrigen Pegel an, wodurch die Bildübertragung beendet wird.

Die Taktsignale ^p₁, ^_ps und dergleichen können von einem Impulsgenerator SG auf die in Fig. 12 gezeigte Weise erzeugt werden; daher werden sie hier nicht im einzelnen darjQ gestellt.

Während des hohen Pegels des Ausgangssignals T- wird mittels eines UND-Glieds A- das Horizontalaustastsignal H_RLK· auf den niedrigen Pegel geschaltet. Das Ausgangssignal des UND-Glieds ^2 ^w^^rc^ einem ODER-Glied OR₁ zugeführt, welches durch die ODER-Verknüpfung des Ausgangssignals T. und des Ausgangssignals des UND-Glieds A₂ ein Ausgangssignal T-¹ erzeugt. Auf diese Weise wird das Ausgangssignal T₁' zu einem Zeitsteuersignal für das Einschalten der Taktimpulse ^. D.h.,

2Q das Ausgangssignal T₁' nimmt den·hohen Pegel entweder während des Horizontalaustastintervalls unter Ausschluß des Vertikalaustastintervalls von t_1o bis t-_n oder während des

Io ZU

einem Bereich unmittelbar vor dem Ausgangssignal T- entsprechenden Intervalls von t₁₇ bis t..- an, bei dem das Ausgangssignal T₁ den hohen Pegel hat.

Durch ein UND-Glied A₁ wird eine logische Multiplikation eines Taktsignals CLK mit dem Ausgangssignal T ' zum Erzielen eines UND-Signals ausgeführt, durch das ein Schal-

_g0 ter SW zum Umschalten des Taktsignals φ._ß auf den Spannungspegel V, allein in dem Zeitintervall eingeschaltet wird, in welchem sowohl das Taktsignal CLK als auch das Ausgangssignal T₁' den hohen Pegel haben. Während des hohen Pegels des Ausgangssignals T- wird ein Schalter SW- eingeschaltet,

_g wodurch das Taktsignal φ .* auf den mittleren Spannungspegel V- geschaltet wird. Andernfalls wird durch ein Ausgangssig-

BAD ORIGINAL

3501Ϊ38

-30- DE 4557 "

nal eines NOR-Glieds N₁ ein Schalter SW. eingeschaltet, so daß das Taktsignal ^._ß auf den Spannungspegel -V₁ geschaltet wird.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung werden bei dem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung durch das Zuführen des Impulses für die Rekombination der Ladungen unmittelbar vor der Bildübertragung die

-^Q bis zu dem Beginn der Bildübertragung gespeicherten überschüssigen Ladungen auf einen geeigneten Wert herabgesetzt, wodurch es möglich wird, ein Überstrahlen oder Verwischen zu vermeiden, das verursacht werden würde, da bei der Bildübertragung nicht alle überschüssigen Ladungen übertragen

^p- werden könnten.

Andererseits wird auch während des Betriebs in dem Vertikalaustastintervall kein hoher elektrischer Leistungsverbrauch hervorgerufen; daher ist die erfindungsgemäße Gestaltung auch dann wirkungsvoll,>wenn für eine Ausnahmeverwendung wie beispielsweise zum Erreichen einer Speicherzeit, die kürzer als die Halbbildperiode ist, die Bildübertragung innerhalb anderer Zeitintervalle als dem Vertikalaustastintervall vorgenommen wird.

Die Fig. 15 ist ein Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung, bei dem gleichartige Teile und Komponenten wie in den Fig. 1 bis 14 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.

Mit OFD ist ein Überlaufablaß für das Ableiten der überschüssigen Ladungen bezeichnet. Dieser Überlaufablaß OFD ist an der dem Speicherteil 2 gegenüberliegenden Seite des Lichtempfangs teils 1 angeordnet und wird mittels einer konstanten positiven Spannung V_QD vorgespannt.

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Mit MS ist eine Betriebsart-Wählschaltung bezeichnet, mit der die Ausgangszustände der verschiedenartigen, von der Takttreiberstufe CKD abgegebenen Impulse geschaltet werden g können und die Frequenz der Taktimpulse φ _AR für die Rekombination verändert werden kann. Die Wählschaltung MS steuert auch das Ein- und Ausschalten eines Analogschaltglieds AG.

Mit RCC ist ein Aufzeichnungsgerät bezeichnet. Mit SW₁ ist ein Schalter für das Aufzeichnen eines Stehbildsignals bezeichnet. Wenn dieser Schalter eingeschaltet wird, wird automatisch auf die nachfolgend beschriebene Weise die Wähl4 schaltung auf eine Stehbild-Betriebsart geschaltet und dabei die Takttreiberstufe CKD gesteuert, während zugleich unter einer vorbestimmten Zeitsteuerung das Analogschaltglied AG für ein Halbbild bzw. über ein einzelnes Bildintervall durchgeschaltet wird.

Die Fig. 16 zeigt schematisch im Querschnitt die Elektroden und Potentiale im Grenzbereich zwischen dem Lichtempfangs-

teil 1 und dem Speicherteil 2 bei dem vierten Ausführungsbeispiel.

Mit 6E ist ein η -Bereich bezeichnet, der den Überlaufablaß bildet.

Wenn der Schalter SW. ausgeschaltet ist, nämlich die Laufbild-Aufnahmebetriebsart gewählt ist, werden zur Ansteuerung des in Fig. 15 gezeigten Bildsensors von der Takt-

treiberstufe CKD die in Fig. 12 gezeigten Taktimpulse er-30

zeugt, wobei von dem Verstärker 4 usw. das Ausgangssignal VOUT abgegeben wird.

Die Fig. 17 ist ein Zeitdiagramm für den Fall, daß der Schalter SW₁ eingeschaltet ist, um einen Aufnahmevorgang ι

in der Stehbild-Betriebsart auszuführen. Wenn zu einem be-

-32- DE 4557

liebigen Zeitpunkt t,, der Schalter SW.. eingeschaltet wird, wird von der Wählschaltung MS synchron mit der Abfallflanke des nächsten Vertikalaustastimpulses V_BLK zu einem Zeitpunkt t.., ein nachfolgend erläutertes Signal MODE^ erzeugt.

Dieses Signal MODE^ wird bis zu der Vorderflanke des nächsten Vertikalaustastimpulses V_ßLK zu einem Zeitpunkt t... aufrechterhalten.

Andererseits wird für die Zeitdauer der Ausgabe des Signals MODE^ das Taktsignal ^._β auf das Potential V, festgelegt, während das Taktsignal ^_pi auf das Potential V- festgelegt wird. Synchron mit dem Vertikalsynchronisiersignal Vp, das unmittelbar nach dem Einschalten des Schalters SW₁ auftritt, wird das Analogschaltglied AG für die Dauer eines Halbbildintervalls durchgeschaltet (t... bis t..).

Die anderen Impulse sind den in Fig. 12 gezeigten gleich^artig·

Daher führt während der Zeitdauer des Auslesens des Signals für ein Halbbild mittels der Impulse ^_ρς und ^_ς synchron mit dem Vertikalsynchronisiersignal V^ nach dem Einschalten des _2C- Schalters SW. das Analogschaltglied AG dieses Signal dem Aufzeichnungsgerät RCC zu, so daß das Signal für das einzelne Halbbild aufgezeichnet wird.

Während dieser Zeitdauer hat für die Zeitdauer von t..., bis t₁₄ das Taktsignal <$.„ einen konstanten Pegel; daher wird während des Auslesens des Signals VOUT kein Störsignal eingemischt, wobei auch elektrische Leistung gespart werden kann.

_o_ Andererseits ist über den größten Teil der Zeitdauer t.,- bis ob ' j

t.. die Potentialbarriere in dem Lichtempfangsteil 1 niedri-

-33- DE 4557

ger als die Barriere in dem Speicherteil 2. D.h., nach Fig. 16 nimmt das Potential in dem Bereich X den durch die gestrichelte Linie dargestellten Zustand an und das Potential in dem Bereich Y den durch die ausgezogene Linie dargestellten Zustand an, so daß selbst bei dem unwirksamen Zustand des Taktsignals ^._β die überlaufenden Ladungen nicht wesentlich in den Speicherteil abfließen.

■j^Q Da ferner an der dem Speicherteil 2 gegenüberliegenden Seite des Lichtempfangsteils 1 der Überlaufablaß angebracht ist, werden die zu dieser Zeit im Bildempfangsteil 1 überlaufenden Ladungen zu der Spannungsquelle der Vorspannung Vq_D abgeleitet.

Obwohl durch die Impulse ςί_ρ5 das Potential in dem Bereich X des Speicherteils nur während des Horizontalaustastintervalls verringert wird, wird bei jeder Verringerung das (bis zu dem Zeitpunkt t.. ₁ erzeugte) nutzbare Bildsignal in den Speicherteil 2 nach unten nach Fig. 15 bewegt. Daher ist es möglich, Ladungen außer Acht zu lassen, die aus dem Lichtempfangsteil 1 in den Speicherteil 2 abfließen, während das Signal ^_ps den hohen Pegel hat.

Die Fig. 18 zeigt ein Beispiel für die Gestaltung der Takttreiberstufe CKD, wobei gleichartige Teile und Komponenten wie die in Fig. 13 gezeigten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.

Die Fig. 18 zeigt die D-Flip-Flops D₁ bis D₄, ODER-Glieder OR₁ bis OR₄, den Zähler CNT, den Impulsgenerator SG zur Erzeugung der Impulse ^_pI und ^_ρς, Analogschalter SW₁ bis SW., 1^-Frequenzteiler DIV₁ und DIV₂, UND-Glieder A₂ bis A₇ und ein NOR-Glied

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Den UND-Gliedern A^ bis A, werden das Taktsignal CLK, die

hinsichtlich der Frequenz geteilten Signale aus den Frequenzteilern DIV₁ und DIV- sowie die Ausgangssignale der c Betriebsart-Wählschaltung MS zugeführt, wobei folgende Zusammenhänge herbeigeführt werden:

Wenn Ausgangssignale SEL 1 und SEL^ der Betriebsart-Wahl^ schaltung MS den hohen Pegel H haben (was nachfolgend als Signal MODE3 bezeichnet wird), wird als Ausgangssignal T₁. des ODER-Glieds OR₃ das Taktsignal CLK ausgegeben. Wenn das Signal SEL1 den hohen Pegel H hat und das Signal SEL^ den niedrigen Pegel L hat (was nachfolgend als Signal MODE2 bezeichnet wird), wird das Ausgangssignal T,- zu dem hinsicht-

-P- lieh der Frequenz halbierten Taktsignal CLK.

Wenn andererseits das Signal SEL1 den niedrigen Pegel L hat und das Signal SEL^ den hohen Pegel H hat (was nachstehend als Signal MODE1 bezeichnet wird), wird das Ausgangssignal _on Tr zu dem hinsichtlich der Frequenz geviertelten Taktsignal CLK. Wenn die Signale SEL1 und SEL?f beide den niedrigen Pegel L haben, wodurch das Signal MODE^ gebildet ist, erhält das Ausgangssignal T₅ ständig den hohen Pegel H.

Mit T- sind Zeitsteuerimpulse bezeichnet, durch die unmittelbar vor der Vertikalübertragung die Impulse i^._R zugeführt werden. Wenn der Impuls T₁ den hohen Pegel hat, wird der Impuls ^._Rlzugeführt.

Mit T₇. sind die Zeitsteuerimpulse für die Vertikalübertragung bezeichnet. Wenn ein solcher Ijhipuls T, den hohen Pegel hat, wird die Vertikalübertragung mittels der Impulse ^pj und $„„ ausgeführt.

Wenn der in Fig. 15 gezeigte Schalter SW₁ ausgeschaltet ist, '

wird die Periode der Impulse φ _Aß entsprechend den von der

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Betriebsart-Wählschaltung bestimmten Betriebsart-Signalen MODE1 bis MODE3 festgelegt, wobei die Impulse <$>„ unter der in Fig. 12 dargestellten Zeitsteuerung zgueführt werden.

Die Impulse φ~ι und $£_ρ<, werden von dem Impulsgenerator SG unter der in Fig. 12 gezeigten Zeitsteuerung erzeugt.

Wenn der Schalter SW₁ nach Fig. 15 einmal eingeschaltet ₁₍~ wird, ergibt die Betriebsart-Wählschaltung MS sofort danach das Betriebsart-Signal MODE^, so daß die Signale SEL1 und SEL^ den niedrigen Pegel L annehmen und ein Ausgangssignal T₆ des ODER-Glieds OR₄ nach Fig. 18 den hohen Pegel annimmt, wodurch das Taktsignal ^._β auf das Potential bzw. die Spange nung V₃ geschaltet wird. Andererseits wird während dieses Zeitraums der Analogschalter SW₄ auf einen Kontakt b geschaltet, so daß das Taktsignal ^_pI auf das Potential bzw. die Spannung +V- festgelegt wird.

_on Gemäß der vorstehenden Beschreibung werden bei diesem Ausführungsbeispiel die Impulse ^._ß über eine vorbestimmte Zeitdauer unmittelbar vor dem Bildübertragungsintervall zugeführt, wodurch die überschüssigen Ladungen unmittelbar vor der Übertragung beseitigt werden, so daß kein Verwischen oder Überstrahlen hervorgerufen wird.

Ferner wird bei der Aufzeichnung des Videoausgangssignals des Bildsensors für nur ein einzelnes Halbbild oder ein einzelnes Vollbild das Signal ^._ß auf ein konstantes Poten-

tial festgelegt, so daß elektrische Leistung gespart wer-30

den kann und keine Störsignale eingemischt werden.

Andererseits wird für den größten Teil der Zeit die Potentialbarriere in dem Lichtempfangsteil niedriger als die

Potentialbarriere in dem Speicherteil eingestellt; daher 35

wird das Auslesesignal aus dem Speichersignal während des

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Auslesens des Signals nicht durch das Oberstrahlen beeinflußt.

Da ferner an der dem Speicherteil gegenüberliegenden Seite des Lichtempfangsteils der Überlaufablaß angebracht ist, können die während dieses Zeitraums überlaufenden Ladungen schnell abgeführt werden.

-^q Vorstehend wurde zwar ein Beispiel einer Bildübertragungs-Ladungskopplungsvorrichtung mit Einzelphasensteuerung beschrieben, jedoch ist es ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Gestaltung auf gleichartige Weise auch bei einem Ladungskopplungs-Bildsensor mit mehrphasiger Ansteuerung an-

,p- wendbar ist. Es ist ferner offensichtlich, daß die erfindungsgemäße Gestaltung nicht nur bei einem Ladungskopplungs-Bildsensor, sondern auch bei allen Bildsensoren angewandt werden kann, welche ein Bildsignal in ein Ladungssignal umsetzen und dieses speichern.

Bei dem Ausführungsbeispiel werden bei dem Betriebsart-Signal MODE^ das Taktsignal ^_pI auf die Spannung V~ und das Taktsignal (zLg auf die Spannung V, festgelegt; eine gleichartige Wirkung wird jedoch auch dann erzielt, wenn das Taktsignal ^PI ^au^ ^^e Spannung Vr und das Taktsignal ^._ß auf die Spannung V₄ festgelegt wird, da hierbei die Potentialbarriere in dem Lichtempfangsteil niedriger als die Barriere in dem Speicherteil ist. Ferner können bei dem Ausführungsbeispiel die Potentialpegel für die Signale ^_pI sowie tf.„ auch durch _n die Signale SELI und SEL^ aus der Betriebsart-Wählschaltung gesteuert werden, wodurch die Anzahl von Eingangsanschlüssen der Takttreiberstufe verringert werden kann.

Bei dem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung werden die Signale φ._ß und ^_pj für die Aufzeichnung in der Stehbild-Betriebsart auf die kon-

-37- DE 4557

stanten Potentiale eingestellt, so daß elektrische Leistung gespart werden kann und keine Störsignale eingemischt werden.

Ferner werden hierbei diese Potentiale so gewählt, daß sie

in bezug auf die Elektronen niedriger als das Potential in dem Speicherteil sind, so daß selbst beim Auftreten eines Überstrahlens in dem Lichtempfangsteil keine Einmischung Q in den Speicherteil erfolgt.

Eine Bildaufnahmevorrichtung hat einen ersten und einen zweiten Bereich für das Umsetzen von einfallendem Licht in Ladungen, eine Rekombinationselektrode, mittels der ein Teil der Ladungen in dem zweiten Bereich mit Majoritätsträgern rekombiniert wird, und eine Steuerschaltung, mittels der die Ladungen jeweils in den ersten und zweiten Bereich eingespeichert werden und ferner die Rekombinationselektrode betrieben wird und die den ersten und den zweiten Bereich

_n sowie die Rekombinationselektrode dermaßen steuert, daß zwisehen einer in dem ersten Bereich gespeicherten Ladungsmenge Aj_NT und einer Menge Dy_NT von in dem zweiten Bereich nicht rekombinierten verbleibenden Ladungen die Beziehung ^DINT Gesteht. Auf diese Weise wird eine Zeilenverschachte- __ lung erzielt und eine hohe Wirkung hinsichtlich des Verhinderns eines Überstrahlens erreicht. Ferner hat die Bildaufnahmevorrichtung eine Entzerrereinrichtung zum Unterdrücken eines Teils von addierten Informationen aus den Ladungen in dem ersten und dem zweiten Bereich, so daß der

__ Dynamikbereich der Lichtstärke erweitert werden kann. 30

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

1. Bildaufnahmevorrichtung, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Bereich (X bzw. Y) für das Umsetzen von einfallendem Licht in Ladungen, eine Rekombinationsvor

richtung (Par)» ^mi^t der

Teil der Ladungen im.zweiten

Bereich (Y) mit Majoritätsträgern rekombinierbar ist, und eine Steuereinrichtung (CKD) für das Einspeichern der Ladungen in den ersten bzw. zweiten Bereich, für das Betreiben der Rekombinationsvorrichtung und für das Steuern des ersten und zweiten Bereichs sowie der Rekombinatio^svorrichtung in der Weise, daß eine in dem ersten Bereich gespeicher te Ladungsmenge A,_NT kleiner als eine Menge D_INT restlicher Ladungen ist, die im zweiten Bereich nicht rekombiniert sind.

2. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekombinationsvorrichtung (Par) eine Elektrode zum Steuern eines Potentials in dem zweiten Bereich (Y) aufweist.

3. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsmenge A_INT größer als "0" ist.

A/2 5

BAD ORIG'NAL

-2- DE 455

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4. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Elektrode (Ppj) zum Steuern eines Potentialpegel in dem ersten Bereich (X).

5. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bereich (Y) einen virtuellen Elektrodenbereich enthält.

6. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 10

bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Bereich (X, Y) Ladungsübertragungs-Aufbau haben.

7. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1

bis 6, gekennzeichnet durc-h eine Sperrvorrichtung (PAP) zum

Unterdrücken eines Teils addierter Informationen aus den Ladungen in den ersten und zweiten Bereich (X, Y).

8. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrvorrichtung (PAP) eine nicht-

lineare Schaltung enthält.

9. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekombinationsvorrichtung (Patj) während des Einspeicherns der Ladungen in

den ersten und den zweiten Bereich (X, Y) periodisch eingeschaltet ist.

10. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekombinationsvorrichtung (Pad) in-

termittierend eingeschaltet ist.

11. Bildaufnahmevorrichtung, gekennzeichnet durch einen Lichtempfangsteil (1) zum Umsetzen von Bildlicht in ein Ladungssignal, eine Rekombinationsvorrichtung (P_4n), mit der

ein Teil der Ladungen in dem Lichtempfangsteil mit Majori-

ORIGINAL

OB 45S₇

tätsträgern rekombinierbar ist, und eine Steuereinrichtung (CKD) für das Erzeugen eines Signals (#_ρτ) zum Obertragen des Ladungssignals in dem Lichtempfangsteil und für das Ausführen der Rekombination durch die Rekombinationsvorrichtung über eine vorbestimmte Zeitdauer zumindest unmittelbar vor der Übertragung des Ladungssignals.

12. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch

^q gekennzeichnet, daß die Rekombinationsvorrichtung (P/vg) eine Elektrode zum Steuern eines Potentials in dem Lichtempfangsteil (1) aufweist.

13. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 11 oder 12,

p. dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (CKD) die Ladungen in dem Lichtempfangsteil (1) periodisch überträgt.

14. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (CKD) die Ladungen in dem Lichtempfangsteil (1)· innerhalb einer Vertikalaustastlücke eines Fernsehsignals überträgt.

15. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekombinationsvorrichtung (Par) die

_._ Rekombination zumindest innerhalb der Vertikalaustastlücke Zo

ausführt.

16. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfangsteil

(1) einen ersten und einen zweiten Bereich (X bzw. Y) ent-30

hält.

17. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekombinationsvorrichtung (P_AB) eine Elektrode zum Steuern eines Potentials in dem zweiten

Bereich (Y) aufweist.

18. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 16 oder 17,

gekennzeichnet durch.;6ine Elektrode (Ρρτ) zum Steuern eines Potentialpegels in dem ersten Bereich (X).

19. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 16

bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bereich (Y) einen virtuellen Elektrodenbereich enthält.

_n

20. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Bereich (X, Y) Ladungsübertragungs-Aufbau haben.

21. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 16

, _ bis 20, gekennzeichnet durch eine Sperrvorrichtung (PAP) 15

zum Unterdrücken eines Teils addierter Informationen aus den Ladungen in dem ersten und zweiten Bereich (X, Y).

22. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekombinationsvorrichtung (P_Ar) einen Teil der Ladungen in dem zweiten Bereich (Y) mit den Majoritätsträgern rekombiniert.

23. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 22, dadurch

gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (CKD) den ersten 25

und den zweiten Bereich (X, Y) sowie die Rekombinationsvorrichtung (Par) i-ⁿ der Weise steuert, daß zwischen einer in dem ersten Bereich gespeicherten Ladungsmenge A_INT und einer Menge Dj_NT restlicher Ladungen, die nicht im zweiten Bereich rekombiniert sind, die Beziehung Α_ΤλΙΓΓ <T D_TMT bein 1 INI steht.

24. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 23, gekennzeichnet durch einen Speicherteil (2) zum

Speichern des Ladungssignals aus dem Lichtempfangsteil (1). 35

-5- DE 4557

25. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (CKD) den Lichtempfangsteil (1) einschließlich der Rekombinationsvorrichtung (Par) i-ⁿ der Weise steuert, daß während des Auslesens des Signals in den Speicherteil (2) ein Potentialzustand in dem Lichtempfangsteil einen vorbestimmten konstanten Wert annimmt.

-^q

26. Bildaufnahmevorrichtung, gekennzeichnet durch einen Lichtempfangsteil (1) zum Umsetzen von Bildlicht in ein Ladungssignal, eine Rekombinationsvorrichtung (Pa^)» ^mit der ein Teil der Ladungen in dem Lichtempfangsteil mit Majoritätsträgern rekombinierbar ist, einen Speicherteil (2) zum Speichern des Ladungssignals aus dem Lichtempfangsteil und eine Steuereinrichtung (CKD) zum Steuern des Lichtempfangsteils einschließlich der Rekombinationsvorrichtung in der Weise, daß während des Auslesens des Signals in den Speicherteil ein Potentialzustand des Lichtempfangsteils

_Ω einen vorbestimmten konstanten Wert annimmt.

27. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch eine Aufzeichnungsvorrichtung (RCC) zum Speichern eines aus dem Speicherteil (2) ausgelesenen Signals.

28. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch eine Wählvorrichtung (MS) zum Wählen einer Stehbild-Betriebsart, bei der mit der Aufzeichnungsvorrichtung (RCC) das Signal für ein Einzelbild aufgezeichnet wird, und einer Laufbild-Betriebsart, bei der mit der Aufzeich-

nungsvorrichtung die Signale für eine Vielzahl aufeinanderfolgender Bilder aufgezeichnet werden.

29. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 28, dadurch

gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (CKD) bei der 35

Stehbild-Betriebsart während des Auslesens des Signals aus

dem Speicherteil (2) und des Aufzeichnens den Potentialzustand in dem Lichtempfangsteil (1) auf einen vorbestimmten konstanten Wert steuert und bei der Laufbild-Betriebsart während des Auslesens der Signale aus dem Speicherteil und des Aufzeichnens periodisch die Rekombinationsvorrichtung (P.g) ansteuert.

30. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (CKD) bei der Laufbild-Betriebsart während des Auslesens des Signals aus dem Speicherteil (2) und des Aufzeichnens die Rekombinationsvorrichtung (Pad) durchgehend ansteuert.

31. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 29, dadurch 15

gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (CKD) bei der Laufbild-Betriebsart während des Auslesens des Signals aus dem Speicherteil (2) und des AufZeichnens die Rekombinationsvorrichtung (Par) intermittierend ansteuert.

32J Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 26

bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekombinationsvorrichtung (Par) eine Elektrode zum Steuern eines Potentials in dem Lichtempfangsteil (1) aufweist.

33. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 26

bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfangsteil (1) einen ersten und einen zweiten Bereich (X bzw. Y) enthält.

34. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 33, dadurch

gekennzeichnet, daß die Rekombinationsvorrichtung (P_Aß) eine Elektrode zum Steuern eines Potentials in dem zweiten Bereich (Y) aufweist.

DE 455^501138

35. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 33 oder 34, gekennzeichnet durch eine Elektrode (Ρ_ρτ) zum Steuern eines Potentialpegels in dem ersten Bereich (X).

36. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bereich (Y) einen virtuellen Elektrodenbereich enthält.

37. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Bereich (X, Y) Ladungsübertragungs-Aufbau haben.

38. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 33

bis 37, gekennzeichnet durch eine Sperrvorrichtung (PAP) 15

zum Unterdrücken eines Teils addierter Informationen aus den Ladungen in den ersten und zweiten Bereich (X, Y).

39. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekombinationsvorrichtung (P_Aß) einen Teil der Ladungen in dem zweiten Bereich (Y) mit den Majoritätsträgern rekombiniert.