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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
und auf ein Ansteuerungsverfahren dafür, die beide mit den Oberbegriffen
der unabhängigen
Ansprüche
1 und 2 in Übereinstimmung
sind, und auf eine Bildeingabevorrichtung, die die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
verwendet. Eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
und ein Ansteuerungsverfahren dafür dieses Typs sind in US-A-4.712.137
offenbart.
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STAND DER
TECHNIK
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Eine
Bildeingabevorrichtung, die auf einen Scanner oder einen Kopierer
angewendet wird, verwendet eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
mit einem linearen Sensor und gibt ein Bild ein, indem sie die Leseposition
der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
abtastet.
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In
den zurückliegenden
Jahren bestand ein starker Verbesserungsbedarf bezüglich einer
Lese-Auflösung
und bezüglich
der Erhöhung
einer Lesegeschwindigkeit. Bezüglich
des linearen Sensors ist bisher ebenfalls ein Sensor entwickelt
worden, der einer derartigen Anforderung gewachsen ist, indem er
eine Vielzahl von Sensorzeilen verwendet. Beispielsweise sind in
der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung,
die zwei Zeilen von Sensoren umfasst, eine der Sensorzeilen und
die andere davon so angeordnet, dass sie um eine halbe Schrittweite
der Pixel zueinander versetzt sind. Die elektrischen Ladungen, die
von einer der Sensorzeilen erfasst werden, und die elektrischen
Ladungen, die von der anderen von ihnen erfasst werden, können multiplexiert
und abwechselnd ausgegeben werden.
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Außerdem kann
im Fall des Ausgebens eines Signals, das durch Addieren der elektrischen
Ladungen von Pixeln erhalten wurde, die Zeiteinstellung eines Rücksetzimpulssignals
zum Verursachen einer Entladung der elektrischen Ladungen eines
Diffusionsverstärkers,
d. h. von Mitteln zum Umsetzen elektri scher Ladungen in eine Spannung,
so gesteuert werden, dass die elektrischen Ladungen, die von den
Pixeln von beiden Sensorzeilen erfasst und abwechselnd zu dem Diffusionsverstärker übertragen werden,
miteinander addiert und von dort ausgegeben werden können.
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Wenn
die Addition der elektrischen Ladungen jedoch von dem Diffusionsverstärker in
der multiplexierenden Aufbauart einer zuvor beschriebenen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
ausgeführt wird,
werden, nachdem die von einer der Sensorzeilen erfassten elektrischen
Ladungen an den Diffusionsverstärker übertragen
worden sind, die von der anderen Sensorzeile erfassten elektrischen
Ladungen übertragen,
um dort addiert zu werden. Somit ist erst möglich, die addierte Ausgabe
zu erhalten, wenn die elektrischen Ladungen, die von der anderer
der Sensorzeilen erfasst wurden, an den Diffusionsverstärker übertragen
worden sind, mit dem Ergebnis, dass eine Zeitdauer für die addierte
Ausgabe verkürzt
wird. Folglich entsteht ein Problem dahingehend, dass eine Signalverarbeitung
in der nachfolgenden Stufe schwierig auszuführen ist. Darüber hinaus
wird im Vergleich zu dem Fall, wenn die elektrischen Ladungen, die
von beiden der zwei Sensorzeilen erfasst wurden, abwechselnd ausgegeben
werden, eine zyklische Zeitdauer zum Erhalten der addierten Ausgabe
verzögert
oder verlängert.
Entsprechend entsteht ein weiteres Problem dahingehend, dass die
Technik zum Addieren der elektrischen Ladungen die Anforderung einer
schnellen Signalverarbeitung in der nachfolgenden Stufe nicht bewältigen kann.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
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Bei
einer Position vor der Endstufe der zweiten Ladungsübertragungszeile
wird eine Akkumulierung durchgeführt,
d. h. eine Addition der elektrischen Ladungen, die von der zweiten
Ladungsübertragungszeile übertragen
wurden. Während
das weitere Impulssignal an die Endstufe der zweiten Ladungsübertragungszeile
angelegt wird, werden außerdem
die elektrischen Ladungen, die von der ersten Ladungsübertragungszeile
an den Multiplex-Abschnitt übertragen
worden sind, gesendet. Hierauf wird bei einer Anfangsstufe des Multiplex-Abschnitts eine
Akkumulierung durchgeführt,
d. h. eine Addition der elektrischen Ladungen, die von der ersten
Ladungsübertragungszeile übertragen
wurden, bis eine Übertragungszeit
eintritt, in der die elektrischen Ladungen, die miteinander zu addieren
sind, durch die zweite Ladungsübertragungszeile übertragen
werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
ein Prinzipschaltbild, das eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht.
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2 ist
ein Prinzipschaltbild, das einen Hauptteil einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht.
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3 ist
ein Zeitablaufplan, der die Betriebsart des abwechselnden Ausgebens
veranschaulicht.
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4 ist
ein Zeitablaufplan, der die Betriebsart des Addierens und Ausgebens
veranschaulicht.
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BESTE AUSFÜHRUNGSART
DER ERFINDUNG
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Eine
Ausführungsform
einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung,
ein Ansteuerungsverfahren dafür
und eine Bildeingabevorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung
werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. 1 ist
ein Prinzipschaltbild, das eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
in Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
veranschaulicht; 2 ist ein Prinzipschaltbild, das
einen Hauptteil der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
in Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
veranschaulicht; und 3 und 4 sind Zeitablaufpläne, die
ein Ansteuerungsverfahren der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
in Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
veranschaulichen.
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Wie
in 1 gezeigt ist, umfasst die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
dieser Ausführungsform
ein erstes CCD-Register 10 und ein zweites CCD-Register 20,
die entsprechend den zwei Sensorzeilen vorgesehen sind, d. h. für eine erste
Lichtempfangs-Pixelzeile und für
eine zweite Lichtempfangs-Pixelzeile, und einen Multiplex-Abschnitt 30, der
abhängig
von der entsprechenden Ausgabe- Betriebsart
jede der elektrischen Ladungen, die von dem ersten CCD-Register 10 und
von dem zweiten CCD-Register 20 übertragen worden sind, überträgt.
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Die Übertragungselemente,
die das erste CCD-Register 10, das zweite CCD-Register 20 und einen
Multiplex-Abschnitt 30 bilden, sind jeweils so beschaffen,
dass das Potential eines Teils der Fläche auf der Seite, bei der
eine elektrische Ladung ausgegeben wird, größer werden kann als das der
verbleibenden Fläche.
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Außerdem umfasst
die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
dieser Ausführungsform
Signalerzeugungsmittel 3 zum Liefern eines Impulssignals
für das
erste CCD-Register 10, das zweite CCD-Register 20,
einen Multiplex-Abschnitt 30 usw., mit vorgegebenen Zeiteinstellungen.
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Diese
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung hat
die zwei folgenden Ausgabe-Betriebsarten:
Eine ist eine Betriebsart des abwechselnden Ausgebens, in der die
elektrische Ladung, die von den jeweiligen zwei Sensorzeilen einzeln
erfasst worden ist, von dem Multiplex-Abschnitt 30 abwechselnd übertragen wird,
worauf ein Diffusionsverstärker
FD, der daran angeschlossen ist, in der nachfolgenden Stufe die
Signale entsprechend den jeweiligen elektrischen Ladungen abwechselnd
ausgibt. Die andere ist eine Betriebsart des Addierens und Ausgebens,
in der von den elektrischen Ladungen, die durch die zwei Sensorzeilen
erfassten wurden, jene, die von benachbarten Pixeln in derselben
Sensorzeile erhalten wurden, miteinander addiert und hierauf ausgegeben
werden.
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Mit
anderen Worten sind in dieser Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
die erste Lichtempfangs-Pixelzeile und die zweite Lichtempfangs-Pixelzeile,
die die zwei Sensorzeilen bilden, in einer Weise angeordnet, dass
sie um eine halbe Schrittweite der Pixel zueinander versetzt sind.
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Ein
abwechselndes Ausgeben der jeweiligen elektrischen Ladungen, die
von den zwei Sensorzeilen erfasst wurden, in der Betriebsart des
abwechselnden Ausgebens ermöglicht
ein Lesen eines Bildes mit einer Auflösung von der zweifachen Schrittweite
von Pixeln einer Zeile bezüglich
der Richtung der Pixelzeile.
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Andererseits
werden in der Betriebsart des Addierens und Ausgebens die von benachbarten
Pixeln in derselben Zeile erfassten elektrischen Ladungen mit einander
addiert, wobei das resultierende Signal ausgegeben wird. Folglich
wird ein Lesen eines Bildes mit einer Auflösung der halben Schrittweite
der Pixel einer Zeile durchgeführt.
Da die bereits addierten elektrischen Ladungen an den Diffusionsverstärker FD übertragen
werden, ist es jedoch möglich, eine
Signalausgabe zu erhalten, bei der die elektrischen Ladungen von
benachbarten Pixeln gegenseitig mit der gleichen Zeiteinstellung
wie bei der Betriebsart des abwechselnden Ausgebens addiert werden.
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Bei
einer Durchführung
eines Umschaltens zwischen den zuvor beschriebenen Ausgabe-Betriebsarten
in der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
der Ausführungsform
kann ein Impulssignal unabhängig
an eine Endstufe des zweiten CCD-Registers 20 angelegt
werden. In Übereinstimmung
mit der Zeiteinstellung eines Anlegens des Impulssignals an diese
Endstufe wird ein Umschalten der Ausgabe-Betriebsarten durchgeführt.
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Insbesondere
werden, wie es in 2 veranschaulicht ist, bei der
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
dieser Ausführungsform
an das erste CCD-Register 10 abwechselnd Impulssignale
angelegt, die aus ∅1 und ∅2 bestehen, während an
das zweite CCD-Register 20 abwechselnd Impulssignale ∅2
und ∅1 angelegt werden. Ferner wird ein Impulssignal ∅1' unabhängig davon
an die Endstufe des zweiten CCD-Registers 20 angelegt.
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In Übereinstimmung
mit der Ausgabezeit wird ein Umschalten zwischen der Betriebsart
des abwechselnden Ausgebens und der Betriebsart des Addierens und
Ausgebens durchgeführt,
wenn diese Impulssignale von den Signalerzeugungsmitteln 3 ausgegeben
werden. Eine Beschreibung der Ausgabezeit der Impulssignale in beiden
Ausgabe-Betriebsarten wird nachfolgend gegeben.
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3 ist
ein Zeitablaufplan in dem Fall der Betriebsart des abwechselnden
Ausgebens. In der Betriebsart des abwechselnden Ausgebens werden Signale ∅1, ∅2
in entgegengesetzten Phasen zueinander an das erste CCD-Register 10 bzw.
an das zweite CCD-Register 20 angelegt. Außerdem wird dasselbe
Impulssignal ∅1' wie
das Impulssignal ∅1 an die Endstufe des zweiten CCD-Registers 20 angelegt.
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Im
Ergebnis wird die Übertragung
von elektrischen Ladungen, die von der ersten Lichtempfangs-Pixelzeile
erfasst wurden, was durch das erste CCD-Register 10 ausgeführt wird,
und die Übertragung
von elektrischen Ladungen, die von der zweiten Lichtempfangs-Pixelzeile
durch das zweite CCD-Register 20 erfasst wurden, abwechselnd
ausgeführt.
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Außerdem werden
an den Multiplex-Abschnitt 30 Signale ∅3, ∅4
in zueinander entgegengesetzten Phasen angelegt. Die Signale ∅3, ∅4
haben beide eine Frequenz, die doppelt so groß wie die der Signale ∅1, ∅2
ist. Die elektrischen Ladungen, die durch die erste Lichtempfangs-Pixelzeile
erhalten werden, und die elektrischen Ladungen, die durch die zweite
Lichtempfangs-Pixelzeile erhalten werden, die abwechselnd von dem
ersten CCD-Register 10 und dem zweiten CCD-Register 20 übertragen
werden, werden nacheinander an den Diffusionsverstärker FD übertragen.
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Diese
Ansteuerung ermöglicht
die folgende Funktionsweise. Während
einer Zeitdauer, in der ein Rücksetzimpulssignal ∅RS
von der Stufe, bei der das ∅3 einen Niedrigpegel und das ∅4
einen Hochpegel hat (solange, bis der Rücksetzimpuls ∅RS einen
Hochpegel hat), auf einem Niedrigpegel gehalten wird, kann ein einem
Pixel der ersten Pixelzeile entsprechendes Signal und ein einem
Pixel der zweiten Pixelzeile entsprechendes Signal von dem Diffusionsverstärker FD
abwechselnd ausgegeben werden.
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Andererseits
ist 4 ein Zeitablaufplan für den Fall der Betriebsart
des Addierens und Ausgebens. In der Betriebsart des Addierens und
Ausgebens werden die Signale ∅1, ∅2 in zueinander
entgegengesetzten Phasen an das erste CCD-Register 10 bzw. an das zweite
CCD-Register 20 angelegt. Außerdem wird das Impulssignal ∅1', das an die Endstufe
des zweiten CCD-Registers 20 angelegt wird, während einer
Zeitdauer, in der das ∅1 zweimal nacheinander einen Hochpegel
hat, nur einmal auf einen Hochpegel gesetzt.
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Insbesondere
wird in einer Zeitdauer, die durch das Bezugszeichen ➀ in 4 angegeben
ist, das Impulssignal ∅3 auf einen Hochpegel gesetzt, so dass
die elektrischen Ladungen, die zwei benachbarten Pixeln entsprechen,
die von dem ersten CCD-Register 10 in Übereinstimmung mit den Impulssignalen ∅1, ∅2 übertragen
wurden, miteinander bei einem in 2 veranschaulichten
Abschnitt (c) addiert werden. Danach wird das ∅3 auf einen
Hochpegel -> Niedrigpegel
-> Hochpegel gesetzt
(das ∅4 wird auf einen Niedrigpegel -> Hochpegel -> Niedrigpegel gesetzt). Dadurch wird es
möglich,
die zuvor addierten elektrischen Ladungen an einen in 2 veranschaulichten
Abschnitt (b) zu übertragen.
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Außerdem wird
in der Zeitdauer, die durch das Bezugszeichen ➀ angegeben
ist, das ∅1' auf
einen Niedrigpegel gesetzt und das ∅1 auf einen Hochpegel
-> Niedrigpegel -> Hochpegel gesetzt (das ∅2
wird auf einen Niedrigpegel -> Hochpegel
-> Niedrigpegel gesetzt).
Dadurch werden die elektrischen Ladungen, die zwei benachbarten
Pixeln entsprechen, die von dem zweiten CCD-Register 20 übertragen
wurden, bei einem in 2 veranschaulichten Abschnitt
(d) miteinander addiert.
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Andererseits
wird in einer Zeitdauer, die durch das Bezugszeichen ➁ in 4 angegeben
ist, das ∅3 auf einen Hochpegel -> Niedrigpegel -> Hochpegel gesetzt (das ∅4 wird
auf einen Niedrigpegel -> Hochpegel
-> Niedrigpegel gesetzt).
Dadurch wird die resultierende elektrische Ladung, die erhalten
wurde, indem die elektrischen Ladungen von zwei benachbarten Pixeln,
die von dem ersten CCD-Register 10 an
den in 2 veranschaulichten Abschnitt (b) übertragen
worden sind, miteinander addiert wurden, an einen Abschnitt (a) übertragen.
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Außerdem wird
das ∅1' auf
einen Niedrigpegel -> Hochpegel
gesetzt (während
dieser Zeitdauer wird das ∅3 auf einen Hochpegel gesetzt).
Somit werden die resultierenden elektrischen Ladungen, die zwei
benachbarten Pixeln entsprechen, die von dem zweiten CCD-Register 20 übertragen
und gegenseitig bei dem Abschnitt (d) in 2 addiert
wurden, an den in 2 veranschaulichten Abschnitt
(c) übertragen.
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Danach
wird das ∅3 auf einen Hochpegel -> Niedrigpegel -> Hochpegel gesetzt (das ∅4 wird
auf einen Niedrigpegel -> Hochpegel
-> Niedrigpegel gesetzt).
Somit können
die elektrischen Ladungen, die erhalten wurden, indem die elektrischen
Ladungen von zwei benachbarten Pixeln, die von dem zweiten CCD-Register 20 übertragen
worden sind, miteinander addiert wurden, an den in 2 veranschaulichten
Abschnitt (b) übertragen
werden.
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Diese
Ansteuerung ermöglicht
letztlich, dass der Diffusionsverstärker FD abwechselnd entsprechend
der Zeitdauer ➀ und der Zeitdauer ➁ ein
addiertes Signal aus zwei Pixeln für die erste Lichtempfangs-Pixelzeile
und ein addiertes Signal aus zwei Pixeln für die zweite Lichtempfangs-Pixelzeile
in der zuvor erwähnten
Reihenfolge ausgibt.
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Die
zuvor beschriebene Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
und ihr Ansteuerungsverfahren werden hauptsächlich für die Bildeingabevorrichtung etwa
für einen
Scanner oder einen Kopierer angewendet. Wenn in diesem Fall wie
im Fall einer Aufnahme eines winzigen Bildes eine hohe Auflösung erforderlich
ist, können
die jeweiligen Pixelausgaben, die von der ersten Lichtempfangs-Pixelzeile
und von der zweiten Lichtempfangs-Pixelzeile erfasst worden sind,
in Übereinstimmung
mit der zuvor beschriebenen Betriebsart des abwechselnden Ausgebens
erhalten werden. Wenn wie im Fall des Durchführens eines Vorscannens zum
Zeitpunkt des Erfassens eines Bildes (Lesen zum Entscheiden der
Bildgröße, des
Bildbereichs usw.) eine Notwendigkeit besteht, innerhalb einer begrenzten
Zeitdauer eine Hochgeschwindigkeits-Signalverarbeitung durchzuführen, kann
die addierte Ausgabe von zwei benachbarten Pixeln der ersten Lichtempfangs-Pixelzeile
und die addierte Ausgabe von zwei benachbarten Pixeln der zweiten
Lichtempfangs-Pixelzeile in Übereinstimmung
mit der zuvor beschriebenen Betriebsart des Addierens und Ausgebens
abwechselnd erhalten werden. Dies ermöglicht es, dass sowohl die
Anforderungen einer hohen Auflösung
als auch die einer Hochgeschwindigkeits-Verarbeitung mittels einer einzigen
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
bewältigt
werden können.
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Zudem
wurde in der zuvor erwähnten
Ausführungsform
die Beschreibung für
den Fall gegeben, dass ein Zeilensensor verwendet wird, bei dem
eine Vielzahl von Pixeln in Zeilen angeordnet sind. Auch in einem
Fall eines Flächensensors,
bei dem eine Vielzahl von Pixeln in einer Flächenform (in einer Matrixform)
angeordnet sind, kann die Erfindung jedoch ebenfalls darauf angewendet
werden. Ferner ist es in dem Zeitablaufplan der Betriebsart des
Addierens und Ausgebens, die in 4 veranschaulicht
ist, außerdem
möglich,
ein Verfahren des Ausführens
eines Verschmälerns
des Rücksetzimpulses ∅RS
von zweimal auf einmal zu übernehmen.
Durch dieses Verschmälern
wird es außerdem
möglich,
eine Ausgabe einer addierten elektrischen Ladung von insgesamt vier
Pixeln zu erhalten, die erhalten wird, indem die elektrischen Ladungen
von zwei benachbarten Pixeln in derselben Sensorzeile mit denen
von zwei benachbarten Pixeln in einer anderen Sensorzeile addiert
werden.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Wie
zuvor beschrieben wurde, haben die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, das
Ansteuerungsverfahren dafür
und die Bildeingabevorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung
die folgenden Vorteile: Mit der multiplexierenden Aufbauart einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
kann eine Addition der elektrischen Ladungen von benachbarten Pixeln
in derselben Lichtempfangs-Pixelzeile
durch eine einfache Impulsänderung
ausgeführt
werden. Darüber
hinaus ist es möglich,
ein Umschalten der Ausgabe-Betriebsart zu bewältigen, ohne die Schaltungsverdrahtung
usw. kompliziert zu machen. Ferner ist es mit der Verwendung einer
einzigen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
möglich,
dass sowohl die Anforderungen einer hohen Auflösung als auch die einer Hochgeschwindigkeits-Signalverarbeitung bewältigt und
eine große
Vielfalt von Anforderungen erfüllt
werden können.
Im Ergebnis ist es wiederum möglich,
die Herstellungskosten der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
zu verringern, die sowohl die Anforderungen einer hohen Auflösung als
auch einer Hochgeschwindigkeits-Signalverarbeitung bewältigt.
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- 1
- erste
Lichtempfangs-Pixelzeile
- 2
- zweite
Lichtempfangs-Pixelzeile
- 3
- Signalerzeugungsmittel
- 10
- erstes
CCD-Register
- 20
- zweites
CCD-Register
- 30
- Multiplex-Abschnitt
- FD
- Diffusionsverstärker