DE69322594T2

DE69322594T2 - Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung und Steuerverfahren dafür

Info

Publication number: DE69322594T2
Application number: DE69322594T
Authority: DE
Inventors: Takashi Soraku-Gun Kyoto Watanabe
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1992-10-21
Filing date: 1993-10-20
Publication date: 1999-06-17
Anticipated expiration: 2013-10-21
Also published as: EP0594411B1; KR0130042B1; US5396121A; EP0594411A2; EP0594411A3; DE69322594D1; KR940010710A

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit einer Anordnung von Pixeln zum Ausführen eines photoelektrischen Übertragungs- und Ladungssammelvorgangs unter Verwendung eines CCD (charge-coupled device = ladungsgekoppeltes Bauteil), und sie betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer solchen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, bei der die Menge maximal handhabbarer Ladungen deutlich erhöht ist.

2. Beschreibung der einschlägigen Technik

Es sind bekannte Typen zweidimensionaler Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen bekannt. Unter diesen zeigt eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung vom Typ mit ladungsgekoppeltem Bauteil (CCD) einen Vorteil dahingehend, dass sie wenig Störsignale erzeugt. Im Allgemeinen werden Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen vom CCD-Typ in zwei Gruppen eingeteilt: eine Gruppe betrifft ein Zwischenzeilen-Übertragungssystem, und die andere Gruppe betrifft ein Vollbild-Übertragungssystem. Derzeit werden am üblichsten Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen vom CCD-Typ mit Zwischenzeilenübertragung verwendet. Dies, da eine derartige Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung vom CCD-Typ praktische Vorteile dahingehend aufweist, dass sie bei kurzen Wellenlängen hochempfindlich ist und dass sie weniger falsche Signale, wie sie als "Verschmierungen" bezeichnet werden, erzeugt und mit kleiner Größe hergestellt werden kann.
Fig. 5A zeigt schematisch den Aufbau einer herkömmlichen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung vom CCD-Typ gemäß dem Zwischenzeilen-Übertragungssystem. Eine derartige Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung vom CCD-Typ umfasst eine Vielzahl photoempfindlicher Elemente (Pixel) 1 zum Umwandeln von Licht in elektrische Ladung und zum Ansammeln der elektrischen Ladung. Die Vielzahl von Pixeln 1 ist in einer Anordnung von Zeilen und Spalten entlang einer ersten Richtung (nachfolgend als vertikale Richtung bezeichnet) und einer zweiten Richtung (nachfolgend als horizontale Richtung bezeichnet), die im Wesentlichen rechtwinklig zur ersten Richtung verläuft, angeordnet. Diese Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung vom CCD-Typ umfasst ferner vertikale Ladungsübertragungsabschnitte 2, die jeweils auf der rechten Seite jeder Spalte von Pixeln 1 angrenzend angeordnet sind, um aus den Pixeln 1 ausgelesene Signale in vertikaler Richtung zu übertragen, einen horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3, der mit einem Ende jeder der vertikalen Ladungsübertragungsabschnitte 2 verbunden ist, um die von den Vertikalübertragungsabschnitten 2 gelieferten Signale in horizontaler Richtung zu übertragen, und einen Ausgangsabschnitt 4, der an einem Ende des horizontalen Ladungsübertragungsabschnitts 3 angeordnet ist, um die von diesem horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 gelieferten Signale in Bildsignale umzuwandeln, um sie an eine externe Vorrichtung auszugeben.
Jeder der vertikalen Ladungsübertragungsabschnitte 2 verfügt über vierphasige Struktur. Genauer gesagt, wird jeder der vertikalen Ladungsübertragungsabschnitte 2 durch vierphasige Ansteuerungssignale S(1), S(2), S(3) und S(4) angesteuert, die von einer externen Vorrichtung geliefert werden. Ein Paar Pixel, die in vertikaler Richtung einander benachbart angeordnet sind, entspricht einem Bit jedes der vertikalen Ladungsübertragungsabschnitte 2. Z. B. entsprechen die Pixel P1 und P2, P3 und P4 jeweils einem Bit derselben.
Wie es in Fig. 5B dargestellt ist, führt eine herkömmliche Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung vom CCD-Typ einen Halbbild-Ansammlungsvorgang sowie verschachteltes Lesen aus. Genauer gesagt, werden in einem ersten (ungeradzahligen) Halbbild von den Pixeln P1 und P2, die in vertikaler Richtung einander benachbart sind, ausgegebene Signale als ein Paketsignal a gehandhabt, während in einem zweiten (geradzahligen) Halbbild von den Pixeln P2 und P3, die in vertikaler Richtung einander benachbart sind, ausgegebene Signale als ein Paketsignal a' gehandhabt werden. Dann werden, im ersten Halbbild, von den Pixeln P3 und P4, die in vertikaler Richtung einander benachbart sind, ausgegebene Signale als ein Paketsignal b gehandhabt, während im zweiten Halbbild von den Pixeln P4 und P5, die einander in der vertikalen Richtung benachbart sind, ausgegebene Signale als ein Paketsignal b' gehandhabt werden.
Fig. 6 veranschaulicht schematisch ein herkömmliches Signalverarbeitungsverfahren, wie es für die oben genannte Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung vom CCD-Typ verwendet wird. In dieser schematischen Ansicht ist nur die Signalverarbeitung für das erste Halbbild dargestellt. Der linke Teil von Fig. 6 zeigt die Pixelpaare P1 und P2, P3 und P4, ..., P15 und P16, die in einer Spalte entlang der vertikalen Richtung angeordnet sind und die jeweils Ausgangspaketsignale a, b, ..., h ausgeben. Der rechte Teil in Fig. 6 zeigt die Anordnung der Paketsignale a, b, ..., h in einem der vertikalen Ladungsübertragungsabschnitte 2 in zeitlicher Folge.
Fig. 7 zeigt die Potentialverteilung der Elektroden eines der vertikalen Ladungsübertragungsabschnitte 2 in zeitlicher Folge, um die Signalübertragung im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 zu veranschaulichen.
Gemäß Fig. 7 werden in einem Stadium (1) alle in den Pixeln P1, P2, P3, P4, in einer Spalte erzeugten Signale a1, a2, b1, b2, ... gleichzeitig in den vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 eingelesen. Dann werden, in einem Stadium (2), jeweils zwei Signale a1 und a2, b1 und b2, ..., wie sie aus den Pixelpaaren P1 und P2, P3 und P4, ... ausgelesen wurden, addiert, um Signale (a1 + a2), (b1 + b2), ... zu erhalten, die jeweils einem Bit des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 entsprechen.
In einem Stadium (3), und wie in Fig. 6 dargestellt, werden alle im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 vorhandenen Signale um ein Bit vertikal verschoben, so dass das Signal (a1 + a2), d. h. das erste Paketsignal a in den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 übertragen wird. Nachfolgend wird als Paketsignal ein solches Signal bezeichnet, das aus einer Pixeleinheit ausgelesen wurde, z. B. aus dem Pixelpaar P1 und P2. Das übertragene Paketsignal a wird dann im horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 mit hoher Geschwindigkeit horizontal übertragen, um den Ausgangsabschnitt 4 zu erreichen, in dem es in ein Bildsignal umgewandelt wird und an eine externe Vorrichtung ausgegeben wird.
Nachdem das erste Paketsignal a auf die oben beschriebene Weise verarbeitet wurde, wird, in einem Stadium (4), ein Signal (b1 + b2), das dem nächsten Einzelbit des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 entspricht, d. h. ein zweites Paketsignal b, in den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 übertragen. Dann wird das übertragene Paketsignal b im horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 mit hoher Geschwindigkeit horizontal übertragen, um den Ausgangsabschnitt 4 zu erreichen, wo es in ein Bildsignal umgewandelt und an eine externe Vorrichtung ausgegeben wird.
Auch ein drittes Paketsignal c (Stadium (5)), ein viertes Paketsignal d (Stadium (6)) sowie andere folgende Paketsignale werden auf die oben be schriebene Weise verarbeitet. Der horizontale Ladungsübertragungsabschnitt 3 überträgt jedes einem Bit des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 entsprechende Signal mit hoher Geschwindigkeit immer dann an den Ausgangsabschnitt, wenn er das Signal empfängt. Der Ausgangsabschnitt 4 wandelt dann das Signal in ein Bildsignal um und gibt es in eine externe Vorrichtung aus.
So werden, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, die Paketsignale, die jeweils einem Einzelbit des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 entsprechen, einzeln während der jeweiligen horizontalen Abtastperioden 1H in den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 übertragen und dann vom Ausgangsabschnitt 4 ausgegeben.
Gemäß der herkömmlichen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung vom CCD-Typ, wie sie oben angegeben ist, entspricht ein Paketsignal nur einem Bit des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2. Dies bedeutet, dass die maximal handbare Ladungsmenge, die der vertikale Ladungsübertragungsabschnitt 2 handhaben kann, auf die Menge beschränkt ist, die für ein Bit desselben zur Verfügung steht. Da der Dynamikbereich einer derartigen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung von der maximal handhabbaren Ladungsmenge abhängt, ist der Dynamikbereich der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung beschränkt, denn die maximal handhabbare Ladungsmenge auf eine bestimmte Menge beschränkt ist. Dies kann dazu führen, dass ein Problem entsteht, wenn es erwünscht ist, eine kleine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung zu schaffen.
Um ein derartiges Problem zu überwinden, sind in der japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. JP-A-60-119182 (Fig. 8A) und der japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. JP-A-60-183881 (Fig. 8B) zwei Typen von Übertragungsverfahren offenbart. Diese Verfahren, die beide als Ladungsausschwemmverfahren bezeichnet werden, umfassen die Schritte des Lesens eines Paketsignals, des Ausbreitens desselben über einen vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt und des Sammelns einer Ladung des Signals in einem Speicherabschnitt, der an einem Ende des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts vorhanden ist, was während einer Horizontalübertragungsperiode erfolgt. Betreffend die Frage, wie die Ladung des Signals im Speicherabschnitt gesammelt wird, umfasst ein Verfahren, wie es in Fig. 8A dargestellt ist, die Schritte des allmählichen Erhöhens einer Potentialbarriere X. Das andere Verfahren, wie es in Fig. 8B dargestellt ist, umfasst die Schritte des Aufteilens der Ladung des Signals in mehrere Potentialtöpfe Y sowie des Übertragens derselben zu mehreren Zeitpunkten.
Gemäß den oben angegebenen Übertragungsverfahren ist die einem Bildsignal entsprechende handhabbare Ladungsmenge, wie sie durch den vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt gehandhabt werden kann, stark erhöht. Jedoch treten die folgenden Probleme auf: der Vorgang des Sammelns der Ladung des Signals, wie von den Pixeln für den vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt in ein Ende des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts eingelesen, wird während einer Zeitperiode ausgeführt, in der der horizontale Ladungsübertragungsabschnitt so betrieben wird, dass er die Ladung des Signals an einen Ausgangsabschnitt überträgt, d. h., während ein Bildsignal ausgegeben wird. Im Ergebnis können ansteuernde Impulssignale zum Ansteuern des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts in das Bildsignal gelangen, was zur Erzeugung von Störsignalen führt. Ferner nimmt die Anzahl ansteuernder Impulssignale, wie sie für diesen Sammelvorgang erforderlich sind, zu, da die Signalladung aus dem gesamten Abschnitt des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts in den an einem Ende desselben vorhandenen Speicherabschnitt gesammelt wird, was zu erhöhtem Energieverbrauch führt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Ansteuern einer Festkörper-Bildvorrichtung, wie im Anspruch 1 dargelegt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Übertragungsschritt die Schritte des Aufteilens des k Bits des ersten Übertragungsabschnitts entsprechenden Signals in erste, (k - m) Bits entsprechende Signalabschnitte sowie zweite, m Bits entsprechende Signalabschnitte, und das Übertragen der ersten Signalabschnitte und der zweiten Signalabschnitte in der ersten Richtung während einer horizontalen Austastperiode, wobei m eine ganze Zahl ist, die der Bedingung 1 ≤ m < k genügt.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung verfügt ein Pixel über einen ersten Pixelabschnitt und einen zweiten Pixelabschnitt, und das Signal ist die Summe aus einem Signal vom ersten Pixelabschnitt und einem Signal vom zweiten Pixelabschnitt.
Die Erfindung schafft auch eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, wie sie im Anspruch 4 dargelegt ist.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird das k Bit des ersten Ladungs übertragungsabschnitts entsprechende Signal im Übertragungsschritt in erste, (k - m) Bits entsprechende Signalabschnitte und zweite, m Bits entsprechende Signalabschnitte aufgeteilt, und die ersten Signalabschnitte und die zweiten Signalabschnitte werden während einer Horizontalaustastperiode in der ersten Richtung übertragen, wobei m eine ganze Zahl ist, die der Bedingung 1 ≤ m < k genügt.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung verfügt jedes der Pixel über einen ersten Pixelabschnitt und einen zweiten Pixelabschnitt, und das Signal ist die Summe aus einem Signal vom ersten Pixelabschnitt und einem Signal vom zweiten Pixelabschnitt.
Ein Paketsignal wird über k Bitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts hinweg gelesen. Durch diese Struktur kann die maximal handhabbare Ladungsmenge des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts k-fach erhöht werden.
Ferner liest der vertikale Ladungsübertragungsabschnitt ein Paketsignal von mindestens einem Pixel und gibt das Signal in k Bitabschnitte des vertikalen Übertragungsabschnitts ein. Das den k Bitabschnitten entsprechende Signal wird als k-Bit-Signal bezeichnet. Nachdem ein (k - 1)-Bit-Signal des k-Bit-Signals übertragen wurde, wird ein nächstes Paketsignal von mindestens einem Pixel gelesen und in andere k Bitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts eingegeben. Die k Bitabschnitte des nächsten Paketsignals werden in eine Position verschoben, die vom horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt in vertikaler Richtung um einen Bitabschnitt ausgehend von den k Bitabschnitten des vorigen Paketsignals weiter weg liegt. Daher ist das in den vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt eingelesene Signal immer im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt aufgereiht, ohne dass dazwischen irgendein leerer Bitabschnitt liegt. Dies ermöglicht eine wirkungsvolle Nutzung des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts. In diesem vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt wird der Signalübertragungsvorgang nur während der horizontalen Austastperioden ausgeführt. Daher können ansteuernde Impulssignale nur während der horizontalen Austastperioden an die Elektroden des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts angelegt werden. So können Schwierigkeiten betreffend eine Erhöhung des Energieverbrauchs und die Erzeugung von Störsignalen in den Ausgangssignalen verhindert werden.
So ermöglicht die hier beschriebene Erfindung die folgenden Vorteile: (1) Schaffen einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, bei der eine Größenverringerung und eine Erhöhung der Anzahl von Pixeln mit hoher Dichte möglich sind, und (2) Schaffen einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, bei der Schwierigkeiten betreffend eine Zunahme des Energieverbrauchs und das Eindringen von Taktstörsignalen in ein Ausgangssignal verhindert werden können.
Dies und andere Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ersichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen des Lese- und Übertragungsvorgangs, wie er in einer erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung ausgeführt wird.
Fig. 2 ist eine Potentialverteilung zum Veranschaulichen der Signalübertragung in einem vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt der erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung.
Fig. 3A und 3B sind schematische Ansichten des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung.
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen des Lese- und Übertragungsvorgangs, wie er von einer anderen erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung ausgeführt wird.
Fig. 5A und 5B sind schematische Ansichten des Aufbaus einer herkömmlichen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung.
Fig. 6 ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen des Lese- und Übertragungsvorgangs, wie er von der herkömmlichen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung ausgeführt wird.
Fig. 7 ist eine Potentialverteilung zum Veranschaulichen der Signalübertragung in einem vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt der herkömmlichen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung.
Fig. 8A und 8B sind Potentialverteilungen in Schieberegistern anderer her kömmlicher Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen.
Fig. 9 ist eine Schaltungskonfiguration einer Treiberschaltung einer erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung.
Fig. 10 zeigt Signalverläufe von Impulssignalen, wie sie für die erfindungsgemäße Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung verwendet werden.
Fig. 11 zeigt vierphasige Impulssignale, wie sie für die erfindungsgemäße Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung verwendet werden.
Fig. 12 ist eine Schaltungskonfiguration für eine Elektrode des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts gemäß der Erfindung.
Fig. 13 zeigt Signalverläufe von Ansteuerungssignalen, wie sie durch die Treiberschaltung der erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung erzeugt werden.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Beispiel 1

Fig. 3A zeigt schematisch den Aufbau einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist. Diese Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung umfasst eine Vielzahl von Pixeln 1 zum Umwandeln von Licht in elektrische Ladung und zum Ansammeln der elektrischen Ladung in einer Anordnung von Zeilen und Spalten entlang einer ersten Richtung (nachfolgend als vertikale Richtung bezeichnet) und einer zweiten Richtung (- nachfolgend als horizontale Richtung bezeichnet), die im Wesentlichen rechtwinklig zur ersten Richtung verläuft. Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung umfasst ferner vertikale Ladungsübertragungsabschnitte 2, die jeweils in einem benachbarten Abschnitt jeder Spalte von Pixeln 1 angeordnet sind, um aus den Pixeln 1 gelesene Signale in vertikaler Richtung zu übertragen, einen horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3, der mit einem Ende jedes der vertikalen Ladungsübertragungsabschnitte 2 verbunden ist, um die von den vertikalen Ladungsübertragungsabschnitten 2 gelieferten Signale zu übertragen, einen Ausgangsabschnitt 4, der mit einem Ende des horizontalen Ladungsübertragungsabschnitts 3 verbunden ist, um die von diesem horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 gelieferten Signale in Bildsignale umzuwandeln, um sie an eine externe Vorrichtung auszugeben, und eine Treiberschaltung 5.
Die vertikalen Ladungsübertragungsabschnitte 2 verfügen über vierphasige Strukturen. Genauer gesagt, sind vier Elektroden als Gruppe vorhanden, die einer Bitübertragung im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 entspricht. Die Treiberschaltung 5 erzeugt Ansteuerungssignale S(1), S(2), S(3), S(4), S(5), ..., die sich voneinander unterscheiden, und sie legt die Ansteuerungssignale jeweils an die Elektroden des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 an. Die Ansteuerungssignale S(1), S(2), S(3), S(4), S(5), ... werden zum Lesen der Signale in den Pixeln 1 in den vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 und zum Verschieben derselben in vertikaler Richtung im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 verwendet. Nachfolgend wird beschrieben, welche Arten von Ansteuerungssignalen erzeugt werden und wie sie an die Elektroden des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 angelegt werden.
Wie es in Fig. 3B dargestellt ist, führt die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung dieses Beispiels eine Halbbildansammlung und verschachteltes Lesen aus. In einem ersten (ungeradzahligen) Halbbild werden aus den Pixeln P1 und P2, die in der vertikalen Richtung einander benachbart sind, ausgegebene Signale als ein Paketsignal 2a gehandhabt, während in einem zweiten (geradzahligen) Halbbild von den Pixeln P2 und P3, die einander in der vertikalen Richtung benachbart sind, ausgegebene Signale als ein Paketsignal 2a' gehandhabt werden. Dann werden, im ersten Halbbild, von den Pixeln P3 und P4, die einander in der vertikalen Richtung benachbart sind, ausgegebene Signale als ein Paketsignal 2b gehandhabt, während im zweiten Halbbild von den Pixeln P4 und P4, die einander, in der vertikalen Richtung benachbart sind, ausgegebene Signale als ein Paketsignal 2b' gehandhabt werden. Der Auslesemodus ist nicht auf einen Modus mit der oben genannten Weise beschränkt. Andere Lesemodi können bei der Erfindung ebenfalls verwendet werden. Z. B. erkennt ein Fachmann, dass die Erfindung dann anwendbar ist, wenn ein von jedem der Pixel P1, P2, P3, P4, ... ausgegebenes Signal einzeln als ein Paketsignal gehandhabt wird.
Fig. 1 veranschaulicht schematisch einen beispielhaften Signallese- und Übertragungsvorgang, wie er für die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung dieses Beispiels verwendet wird. In dieser schematischen Ansicht ist der Signallesevorgang für nur das erste Halbbild dargestellt. Der linke Teil von Fig. 1 zeigt Pixelpaare P1 und P2, P3 und P4, ..., P15 und P16 in einer Spalte von Pixeln 1, die jeweils Paketsignale a, b, ..., h ausgeben. Anstatt Signale aus jedem Pixelpaar als ein Paketsignal zu lesen, ist es möglich, ein Signal individuell aus jedem Pixel als ein Paketsignal zu lesen. Der rechte Teil von Fig. 1 zeigt eine Anordnung von Paketsignalen a, b, ..., h in einem Vertikalübertragungsabschnitt 2 in zeitlicher Folge.
Fig. 2 zeigt die Potentialverteilung der Elektroden des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 in zeitlicher Folge, um die Signalübertragung im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 zu veranschaulichen.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben, wie die Signale als ein Paketsignal in den vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 eingelesen werden und wie die gelesenen Signale an den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 übertragen werden. In einem Stadium (1) in Fig. 2 werden im Pixelpaar P1 und P2 erzeugte Signale a1 und a2 zunächst in den vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 gelesen. Dann werden, in einem Stadium (2), die Signale a1 und a2 über zwei Bitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 addiert, um ein Signal a1 + a2 (d. h. 2a) zu erhalten. Dann wird, in einem Stadium (3), das Signal a1 + a2 in zwei Signale (a1 + a2)/2 (d. h. a) aufgeteilt. Genauer gesagt, wird das einem ersten Bildsignal entsprechende erste Paketsignal 2a aus einer ersten Pixeleinheit, z. B. dem Pixelpaar P1 und P2 gelesen und in zwei Bitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 eingegeben (siehe Fig. 1). Nachfolgend wird ein den k Bitabschnitten des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 entsprechendes Signal als k-Bit-Signal bezeichnet.
In einem Stadium (4) werden alle im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 vorhandenen Signale in vertikaler Richtung um ein Bit verschoben, so dass ein erstes Bitsignal a in den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 übertragen wird.
Dann werden, in einem Stadium (5), die nächsten Signale b1 und b2 aus dem nächsten Pixelpaar P3 und P4 gelesen. In einem Stadium (6) werden die Signale b1 und b2 über die zwei Bitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 addiert, um ein Signal b1 + b2 (d. h. 2b) zu erhalten, und dann wird das Signal b1 + b2 in zwei Signale (b1 + b2)/2 (d. h. b) aufgeteilt. Genauer gesagt, wird das zweite Paketsignal 2b aus einer zweiten Pixeleinheit, z. B. dem Pixelpaar P3 und P4, gelesen und in zwei andere Bitabschnit te des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 eingegeben (siehe Fig. 1). Die zwei Bitabschnitte des zweiten Paketsignals sind in vertikaler Richtung um einen Bitabschnitt gegenüber den zwei Bitabschnitten des ersten Paketsignals in eine Position entfernter vom horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 verschoben.
In einem Stadium (7) werden alle im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 vorhandenen Signale um ein Bit in der vertikalen Richtung verschoben, so dass ein zweites Einbitsignal a in den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 übertragen wird. Dieses Einbitsignal a und das zuvor übertragene Einbitsignal a werden im horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 zueinander addiert, um ein einem Bildsignal entsprechende Signal (a1 + a2) zu erhalten. Der Prozess mit den Stadien (1) bis (7) zum Erhalten des einem Bildsignal entsprechenden Signals (a1 + a2) wird während einer Horizontalaustastperiode ausgeführt.
Danach wird, in einem Stadium (8), das Signal (a1 + a2) durch den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 während der Horizontalübertragungsperiode mit hoher Geschwindigkeit in horizontaler Richtung übertragen, um den Ausgangsabschnitt 4 zu erreichen, wo es in ein Ausgangssignal umgesetzt wird.
Der oben beschriebene Signallese- und Übertragungsvorgang wird für Paketsignale 2b, 2c, ... 2h auf dieselbe Weise wie es in den Stadien (9) bis (15) dargestellt ist, während der entsprechenden Horizontalabtastperioden 1H wiederholt, bis das Paketsignal 2h aus der vom horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 entferntesten Pixeleinheit, z. B. dem Pixelpaar P15 und P16, gelesen ist und in andere Zweibitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 als Signal (h, h) eingegeben ist. Im Ergebnis wird jedes der einem Paketsignal entsprechenden Signale durch den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 mit einem Intervall der Horizontalabtastperiode 1H an den Ausgangsabschnitt 4 übertragen.
Danach wird im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 nur der Signalübertragungsvorgang ausgeführt. Die Signale e und e, f und f, g und g sowie h und h, wie sie über die Zweibitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt ausgelesen wurden, werden einzeln in den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 übertragen, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Im horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 werden sie zueinander addiert, um Signale (e + e), (f + f), (g + g) und (h + h) zu erhalten, und dann wer den sie an den Ausgangsabschnitt 4 übertragen.
Wenn der Signallese- und Übertragungsvorgang für das erste Halbbild abgeschlossen ist, startet der Signallese- und Übertragungsvorgang für das zweite Halbbild für dieselbe Pixelspalte unmittelbar auf dieselbe Weise, wie sie oben beschrieben ist.
Gemäß der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung dieses Beispiels wird ein Paketsignal über die Zweibitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 gelesen. Daher kann die maximal handhabbare Ladungsmenge des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 verdoppelt werden.
Ferner wird, nachdem ein Bitsignal des Zweibitsignals in den vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 verschoben wurde, ein nächstes Paketsignal über andere Zweibitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 gelesen. Die Zweibitabschnitte des nächsten Paketsignals werden in eine Position verschoben, die in der vertikalen Richtung um einen Bitabschnitt gegenüber den zwei Bitabschnitten des ersten Paketsignals vom horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 weiter weg liegt. Daher ist das in den vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 eingelesene Signal in diesem vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 immer aufgereiht, ohne dass dazwischen ein leerer Bitabschnitt liegt. Dies ermöglicht eine wirkungsvolle Nutzung des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2. Im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt wird der Signalübertragungsvorgang nur während der horizontalen Austastperioden ausgeführt. Daher können Ansteuerungssignale nur während der horizontalen Austastperioden angelegt werden. So können Schwierigkeiten betreffend eine Zunahme des Energieverbrauchs und Störsignalerzeugung in den Ausgangssignalen verhindert werden.
Fig. 9 zeigt ein Beispiel einer Schaltungskonfiguration für die Treiberschaltung 5. Ein Übertragungsimpuls-Erzeugungsabschnitt 10 erzeugt Impulssignale ΦV1, ΦV2, ΦV3 und ΦV4. Diese Impulssignale werden an eine Abtasteinrichtung 13 gegeben. Ein Auslesepegel-Lieferungsabschnitt 11 liefert ein einen Auslesepegel anzeigendes Spannungssignal VH an eine Abtasteinrichtung 14. Ein Speicherpegel-Lieferungsabschnitt 12 liefert ein einen Speicherungspegel anzeigendes Spannungssignal VM an eine Abtasteinrichtung 15. Die Abtasteinrichtung 13 empfängt ein Impulssignal ΦG, die Abtasteinrichtung 14 empfängt ein Impulssignal ΦT und die Abtasteinrichtung 15 empfängt ein Impulssignal ΦST. Die Abtasteinrichtungen 13, 14 und 15 empfangen auch ein Taktsignal ΦCK zur Synchronisierung. Die Abtasteinrichtungen erzeugen je weilige Signale entsprechend einer vorbestimmten Logik, wie dies später im Einzelnen beschrieben wird. Im Ergebnis werden die Ansteuerungssignale S(1), S(2), S(3), ... erzeugt, die dann an die Elektroden des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 angelegt werden.
Fig. 10 zeigt Signalverläufe der Impulssignale ΦV1 bis ΦV4, ΦG, ΦT und ΦST sowie des Taktsignals ΦCK, wobei ein mittels vertikaler Wellenlinien ausgelassener Abschnitt einer Horizontalabtast-Effektivperiode entspricht und ein Abschnitt zwischen den ausgelassenen Abschnitten einer Horizontalaustastperiode entspricht. In Fig. 10 sind Teil der Signalverläufe der Impulssignale ΦV1 bis ΦV4, wie durch gestrichelte Linien umschlossen, der Zweckdienlichkeit halber weggelassen. Fig. 11 repräsentiert diese weggelassenen Teile und zeigt vierphasige Impulssignale. In Fig. 11 ist n eine ganze Zahl. Wenn z. B. n = 1 gilt, hat das Ansteuerungssignal S(1) den oben in Fig. 11 dargestellten Signalverlauf, während das Ansteuerungssignal S(2) den Signalverlauf aufweist, der als zweiter von oben dargestellt ist.
Fig. 12 zeigt eine Schaltungskonfiguration für nur eine einzelne Elektrode j (nachfolgend als Tor Sj bezeichnet) des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2, um für leichteres Verständnis des Betriebs der Abtasteinrichtungen zu sorgen. Die Impulssignale ΦG, ΦT und ΦST werden an in den Abtasteinrichtungen liegende entsprechende Schaltelemente über Logikabschnitte der Abtasteinrichtungen geliefert. Wenn sich die Impulssignale ΦG, ΦT und ΦST auf hohem Pegel befinden, befinden sich die entsprechenden Schaltelemente in einem Einzustand, der es ermöglicht, die Impulssignale ΦV1 bis ΦV4 sowie die Spannungssignale VH und VM an das Tor Sj anzulegen. Wenn sich die Impulssignale ΦG, ΦT und ΦST auf niedrigem Pegel befinden, befinden sich die entsprechenden Schaltelemente in einem Auszustand, der es ermöglicht, den vorigen Gleichspannungspegel, wie er unmittelbar vor dem Schalten erzielt wurde, beizubehalten, da das Tor Sj selbst eine Kapazität Cj aufweist.
Die Abtasteinrichtungen 13, 14 und 15 umfassen Logikabschnitte 16, 17 bzw. 18. Die Struktur jedes Logikabschnitts variiert entsprechend dem Wert k eines k-Bit-Signals. Die Struktur jedes Logikabschnitts wird unten für den Fall k = 2 beschrieben. Der Logikabschnitt 16 der Abtasteinrichtung 13 liefert das Impulssignal ΦG an ein Schaltelement T1,j, wobei die Bedingung 1 ≤ j ≤ 4m + 4 erfüllt ist, wobei m eine ganze Zahl ist, die die Periodennummer des Taktsignals ΦCK, gezählt ausgehend vom Start eines Halbbilds, repräsentiert. Das Schaltelement T1,j ist das Schaltelement j, das in der Abtasteinrichtung 13 angeordnet ist und mit dem Tor Sj verbunden ist. Der Logikabschnitt 17 der Abtasteinrichtung 14 liefert, das Impulssignal ΦT an ein Schaltelement T2,j, das die Bedingung j = 4m - 3 oder j = 4m - 1 erfüllt. Das Schaltelement T2,j ist das Schaltelement j, das in der Abtasteinrichtung 14 angeordnet ist und mit dem Tor Sj verbunden ist. Der Logikabschnitt 18 der Abtasteinrichtung 15 liefert das Impulssignal AST an ein Schaltelement T3,j, das die Bedingung 4m - 3 ≤ j ≤ 4m + 4 erfüllt. Das Schaltelement T3,j ist das Schaltelement j, das in der Abtasteinrichtung 15 angeordnet ist und mit dem Tor Sj verbunden ist.
Fig. 13 zeigt Signalverläufe der Ansteuerungssignale S(1), S(2), S(3), ..., wie sie durch die Treiberschaltung 5 auf die oben beschriebene Weise erzeugt werden. In Fig. 13 sind durch gestrichelte Linien umschlossene Teile der Signalverläufe der Zweckdienlichkeit halber weggelassen. Fig. 11 zeigt diese weggelassenen Teile in repräsentativer Weise. Durch Anlegen von Ansteuerungssignalen mit den in Fig. 13 dargestellten Signalverläufen an die Elektroden des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 kann ein Signallese- und Übertragungsvorgang realisiert werden, der im Wesentlichen demjenigen entspricht, der in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist.

Beispiel 2

Fig. 4 veranschaulicht schematisch einen anderen Signallese und Übertragungsvorgang, wie er bei einem zweiten Beispiel einer erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung verwendet wird. Der linke Teil von Fig. 4 zeigt Pixelpaare P1 und P2, P3 und P4, ..., P15 und P16 innerhalb einer Spalte von Pixeln 1, die jeweils Paketsignale 4a, 4b, ..., 4h ausgeben. Anstatt Signale von jedem Pixelpaar als ein Paketsignal zu lesen, ist es möglich, ein Signal von jedem Pixel individuell als ein Paketsignal zu lesen. Der rechte Teil von Fig. 4 zeigt eine Anordnung für die Paketsignale 4a, 4b, ..., 4h in einem vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 in zeitlicher Folge.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben, wie die Signale als ein Paketsignal in den vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 gelesen werden und wie die gelesenen Signale in den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 übertragen werden. Als erstes werden Signale a1 und a2 im Pixelpaar P1 und P2 in den vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 gelesen. Dann werden die Signale a1 und a2 über vier Bitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 zueinander addiert, um ein Signal a1 + a2 (d. h. 4a) zu erhalten. Dann wird das Signal a1 + a2 in vier Signale (a1 + a2)/4 (d. h. a) aufgeteilt. Genauer gesagt, wird aus einer ersten Pixeleinheit, z. B. dem Pixelpaar P1 und P2, ein erstes Paketsignal 4a gelesen und in vier Bitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 eingegeben. Im Ergebnis werden Signale (a, a, a, a) in vier Bitabschnitten des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 erzeugt.
Dann werden die im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 vorhandenen Signale (a, a, a, a) um drei Bits in der vertikalen Richtung verschoben, so dass die drei Bits des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 entsprechenden Signale 3a an den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 übertragen werden. Danach wird ein zweites Paketsignal 4b aus einer zweiten Pixeleinheit (z. B. dem Pixelpaar P3 und P4, gelesen und in andere vier Bitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 eingegeben. Im Ergebnis werden in den vier Bitabschnitten des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 Signale (b, b, b, b) neu erzeugt, wenn das einem Bit des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 entsprechende Signal a im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 verbleibt. Die vier Bitabschnitte des zweiten Paketsignals werden vom horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 in eine Position verschoben, die um einen Bitabschnitt gegenüber den vier Bitabschnitten des ersten Paketsignals in vertikaler Richtung weiter weg liegt.
Danach werden alle im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 vorhandenen Signale um ein Bit in der vertikalen Richtung verschoben, so dass das verbliebene Einbitsignal a in den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt übertragen wird. So werden die Signale (a, a, a, a) gesondert an den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 übertragen, nämlich drei Bits bei der ersten Übertragung und ein Bit bei der zweiten Übertragung. Die zuvor übertragenen drei Bits sowie das neu übertragene eine Bit werden dann im horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 zueinander addiert, um das Signal (3a + 1) zu erhalten. Der Prozess zum Erhalten des Signals (3a + a) wird während einer Horizontalaustastperiode ausgeführt.
Dann wird das erste Signal (3a + a) durch den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 während der Horizontalübertragungsperiode mit hoher Geschwindigkeit in horizontaler Richtung übertragen, um den Ausgangsabschnitt 4 zu erreichen, wo es in ein Bildsignal umgesetzt wird.
Als nächstes werden die im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 vor handenen Signal (b, b, b, b) um zwei Bits in vertikaler Richtung verschoben, so dass die Signale 2b an den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 übertragen werden. Danach wird ein drittes Paketsignal 4c aus einer dritten Pixeleinheit, z. B. dem Pixelpaar P5 und P6, gelesen und in andere vier Bitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 eingegeben. Im Ergebnis werden in den Vierbitabschnitten des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 Signale (c, c, c, c) neu erzeugt, wenn die zwei Bits des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 entsprechenden Signale 2b im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 verbleiben.
Danach werden alle im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 vorhandenen Signale um zwei Bits in vertikaler Richtung verschoben, so dass die verbliebenen Signale 2b in den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 übertragen werden. So werden die Signale (b, b, b, b) gesondert in den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 übertragen; nämlich zwei Bits bei der ersten Übertragung und zwei Bits bei der zweiten Übertragung die zuvor übertragenen zwei Bits sowie die neu übertragenen zwei Bits werden dann im horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 zueinander addiert, um ein Signal (2b + 2b) zu erhalten. Der Prozess zum Erhalten des Signals (2b + 2b) wird während einer Horizontalaustastperiode ausgeführt.
Dann wird das zweite Signal (2b + 2b) durch den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 während der Horizontalübertragungsperiode mit hoher Geschwindigkeit in horizontaler Richtung an den Ausgangsabschnitt 4 übertragen, wo es in ein Bildsignal umgesetzt wird.
Als nächstes werden die im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 vorhandenen Signale (c, c, c, c) um ein Bit in der vertikalen Richtung verschoben, so dass das Signal c an den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 übertragen wird. Danach wird ein viertes Paketsignal d aus einer vierten Pixeleinheit, z. B. dem Pixelpaar P7 und P8, gelesen und in andere vier Bitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 eingegeben. Im Ergebnis werden in den vier Bitabschnitten des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 Signale (d, d, d, d) neu erzeugt, wenn die drei Bits des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 entsprechenden Signale 3c im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 verbleiben.
Danach werden alle im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 vorhandenen Signale um drei Bits in vertikaler Richtung verschoben, so dass die restlichen drei Bitsignale 3c in den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 übertragen werden. So werden die Signale (c, c, c, c) gesondert in den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 übertragen; nämlich ein Bit bei der ersten Übertragung und drei Bits bei der zweiten Übertragung. Das zuvor übertragene eine Bit und die neu übertragenen drei Bits werden dann im horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 zueinander addiert, um ein Pixelsignal (c + 3c) zu erhalten. Der Prozess zum Erhalten des Signals (c + 3c) wird während einer Horizontalaustastperiode ausgeführt.
Dann wird das dritte Signal (c + 3c) vom horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 während der Horizontalübertragungsperiode mit hoher Geschwindigkeit in horizontaler Richtung an den Ausgangsabschnitt 4 übertragen, wo es in ein Bildsignal umgesetzt wird.
Aus einer fünften Pixeleinheit, z. B. dem Pixelpaar P9 und P10, wird ein fünftes Pixelpaket 4e gelesen und in andere vier Bitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 eingegeben. Im Ergebnis werden in den vier Bitabschnitten des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 Signale (e, e, e, e) neu erzeugt, wenn die Signale (d, d, d, d) im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 verbleiben.
Danach werden alle im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 vorhandenen Signale um drei Bits in der vertikalen Richtung verschoben, so dass die drei Bits des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 entsprechenden Signale 3d in den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 übertragen werden.
Dann wird ein sechstes Paketsignal 4f aus einer sechsten Pixeleinheit, z. B. dem Pixelpaar P11 und P12, gelesen und in andere vier Bitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 eingegeben. Im Ergebnis werden in den vier Bitabschnitten des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 Signale (f, f, f, f) neu erzeugt, wenn das einem Bit des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 entsprechende Signal d und die Signale (e, e, e, e) im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 verblieben sind.
Danach werden alle im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 vorhandenen Signale um ein Bit in der vertikalen Richtung verschoben, so dass das verbliebene Signal d in den horizontalen Ladungsübertragungsabschhitt 3 übertragen wird. Die zuvor übertragenen drei Bits 3d und das neu übertragene eine Bit d werden dann im horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 zueinander addiert, um ein Signal (3d + d) zu erhalten. Der Prozess zum Erhal ten des Signals (3d + d) wird während einer Horizontalaustastperiode ausgeführt.
Dann wird das vierte Signal (3d + d) während der Horizontalübertragungsperiode vom horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 mit hoher Geschwindigkeit in horizontaler Richtung übertragen, um den Ausgangsabschnitt 4 zu erreichen, wo es in ein Bildsignal umgesetzt wird.
Der oben beschrieben Signallese- und Übertragungsvorgang wird wiederholt, bis ein achtes Paketsignal 4h von einer achten Pixeleinheit, z. B. dem Pixelpaar P15 und P16, die am weitesten entfernt vom horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 liegen, ausgelesen wird und in andere vier Bitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 eingegeben wird. Dabei wurden die Signale (e, e, e, e) gesondert in den horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 übertragen, nämlich zwei Bits bei der ersten Übertragung sowie zwei Bits bei der zweiten Übertragung.
Danach wird nur der Signalübertragungsvorgang im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt 2 ausgeführt. Die Signale (f, f, f, f), (g, g, g, g) und (h, h, h, h), wie sie über die Vierbitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 gelesen wurden, werden jeweils gesondert in den horizontalen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung 3 übertragen; nämlich ein Bit und drei Bits für die Signale (f, f, f, f, f), drei Bits und ein Bit für die Signale (g, g, g, g) sowie zwei Bits und zwei Bits für das Signal (h, h, h, h) . Diese gesondert übertragenen Signale werden dann im horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt 3 zueinander addiert, um jeweils Signale (f + 3f), (3g + g) bzw. (2h + 2 h) zu erhalten. Diese Signale werden dann an den Ausgangsabschnitt 4 übertragen.
Wenn der Signallese- und Übertragungsvorgang für das erste Halbbild abgeschlossen ist, startet der Signallese- und Übertragungsvorgang für das zweite Halbbild derselben Spalte von Pixeln unmittelbar auf dieselbe Weise wie sie oben beschrieben ist.
Bei der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung dieses Beispiels wird ein Paketsignal über die Vierbitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts 2 gelesen. Daher kann die maximal handhabbare Ladungsmenge des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts vervierfacht werden. Auch kann, wie beim Beispiel 1, der vertikale Ladungsübertragungsabschnitt wirkungsvoll genutzt werden und es können Schwierigkeiten hinsichtlich erhöhten Energieverbrauchs und Störsignalerzeugung in Ausgangssignalen verhindert werden.
Bei den obigen Beispielen wird jedes Paketsignal über die Zweibit- oder Vierbitabschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts gelesen. Jedoch ist die Struktur einer erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nicht auf die oben genannte Struktur beschränkt. Wenn die Anzahl von in einer Spalte aufgereihten Pixeln m ist, kann das Paketsignal über k- Bit-Abschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts gelesen werden, wobei k eine ganze Zahl vom Wert 2 oder größer, jedoch kleiner als m, ist. Durch diese Struktur kann die maximal handhabbare Ladungsmenge des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts um das k-fache erhöht werden, was auch für das bei den obigen Beispielen beschriebene Verfahren gilt.
Ferner liest der vertikale Ladungsübertragungsabschnitt ein Signal als ein Paketsignal aus mindestens einem Pixel und gibt das Signal in k-Bit-Abschnitte des vertikalen Übertragungsabschnitts ein. Das den k-Bit-Abschnitten entsprechende Signal wird auch als k-Bit-Signal bezeichnet. Nachdem ein (k - 1)-Bit-Signal des k-Bit-Signals übertragen wurde, wird ein nächstes Paketsignal von mindestens einem Pixel gelesen und in andere k-Bit-Abschnitte des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts eingegeben. Die k- Bit-Abschnitte des nächsten Paketsignals werden vom horizontalen Ladungsübertragungsabschnitt in eine Position verschoben, die gegenüber den k-Bit- Abschnitten des vorigen, Paketsignals um einen Bitabschnitt in vertikaler Richtung weiter entfernt ist. Daher ist das in den vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt gelesene Signal immer im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitt aufgereiht, ohne dass dazwischen irgendein leerer Bitabschnitt liegt. Dies ermöglicht eine wirkungsvolle Nutzung des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts. Im vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts wird der Signalübertragungsvorgang nur während der Horizontalaustastperioden ausgeführt. Daher können Ansteuerungssignale nur während der Horizontalaustastperioden an die Elektroden des vertikalen Ladungsübertragungsabschnitts angelegt werden. So können Schwierigkeiten hinsichtlich eines erhöhten Energieverbrauchs und einer Störsignalerzeugung in Ausgangssignalen verhindert werden.
Wie beim Beispiel 1 kann der in Fig. 4 dargestellte Signallese- und Übertragungsvorgang durch eine Ansteuerungsschaltung ausgeführt werden, die eine Schaltungskonfiguration ähnlich der in Fig. 9 dargestellten aufweist.
Bei den obigen Beispielen ist der vertikale Ladungsübertragungsabschnitt auf der rechten Seite jeder Pixelspalte angeordnet. Jedoch ist der oben beschriebene Lese- und Übertragungsvorgang auch bei einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung anwendbar, bei der der vertikale Ladungsübertragungsabschnitt auf der linken Seite jeder Pixelspalte angeordnet ist.
Ferner ist bei den obigen Beispielen ein einzelner horizontaler Ladungsübertragungsabschnitt vorhanden. Jedoch ist der oben beschriebene Lese- und Übertragungsvorgang auch bei einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit mehreren horizontalen Ladungsübertragungsabschnitten anwendbar.
Dem Fachmann sind verschiedene andere Modifizierungen ohne Abweichung vom Schutzumfang der Erfindung erkennbar. Demgemäß soll der Schutzumfang der hier angefügten Ansprüche nicht auf die hier dargelegte Beschreibung beschränkt sein, sondern vielmehr sollen die Ansprüche gemäß Artikel 69(1) EPÜ und des zugehörigen Protokolls ausgelegt werden.

Claims

1. Verfahren zum Ansteuern einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit

- einem Pixelabschnitt (1) mit n Pixeln, die in einer ersten Richtung angeordnet sind und Licht in elektrische Ladung umwandeln und elektrische Ladung ansammeln;

- einer ersten Ladungsübertragungseinrichtung (2), die mit dem Pixelabschnitt (1) verbunden ist, um ein aus jedem der in diesem Abschnitt (1) angeordneten Pixel ein Signal in einer ersten Richtung zu übertragen;

- einer zweiten Ladungsübertragungseinrichtung (3), die mit einem Ende der ersten Ladungsübertragungseinrichtung (2) verbunden ist, um das durch die erste Ladungsübertragungseinrichtung (2) übertragene Signal zu empfangen und das empfangene Signal in einer zweiten Richtung zu übertragen; und

- einer Ausgangseinrichtung (4), die mit einem Ende der zweiten Ladungsübertragungseinrichtung (3) verbunden ist, um das durch diese zweite Ladungsübertragungseinrichtung (3) übertragene Signal zu empfangen und das empfangene Signal in ein Bildsignal umzuwandeln, um es an eine externe Vorrichtung auszugeben;

- wobei das erste Pixel so angeordnet ist, dass es am nächsten bei der zweiten Ladungsübertragungseinrichtung (3) liegt, und das Pixel n so angeordnet ist, dass es am weitesten von der zweiten Ladungsübertragungseinrichtung (3) entfernt liegt, und wobei die erste Ladungsübertragungseinrichtung (2) n Bitabschnitte enthält, wobei der erste Bitabschnitt am nächsten bei der zweiten Ladungsübertragungseinrichtung (3) angeordnet ist und der Bitabschnitt n am weitesten entfernt von der zweiten Ladungsübertragungseinrichtung (3) angeordnet ist;

- wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

(1) für i = 1,

(i) Lesen eines Signals vom Pixel i der n im Pixelabschnitt (1) angeordneten Pixel in die erste Ladungsübertragungseinrichtung (2) über k Bitabschnitte desselben, wobei 2 ≤ k < n gilt, ausgehend vom Bitabschnitt i desselben;

(ii) Verschieben des gelesenen Signals entsprechend k Bitabschnitten der ersten Ladungsübertragungseinrichtung (2) zur zweiten Ladungsübertragungseinrichtung (3) hin um k - 1 Bitabschnitte; und

(2) Wiederholen der Schritte (1) (i) und (1) (ii) für jedes i, mit 2 ≤ i ≤ n in Folge;

- wobei das aus jedem Pixel gelesene Signal, das k Bitabschnitten der ersten Ladungsübertragungseinrichtung (2) entspricht, während einer Horizontalaustastperiode in der ersten Richtung übertragen wird.

2. Verfahren zum Ansteuern einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, bei dem das den k Bitabschnitten der ersten Ladungsübertragungseinrichtung (2) entsprechende Signal in (k - m) Bits entsprechende erste Signalabschnitte sowie m Bits entsprechende zweite Signalabschnitte aufgeteilt wird und die ersten Signalabschnitte und die zweiten Signalabschnitte während einer Horizontalaustastperiode in der ersten Richtung übertragen werden, wobei m eine ganze Zahl ist, die der Bedingung 1 ≤ m < k genügt.

3. Verfahren zum Ansteuern einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, bei dem das Pixel einen ersten Pixelabschnitt und einen zweiten Pixelabschnitt aufweist und das Signal die Summe des Signals vom ersten Pixelabschnitt und des Signals vom zweiten Pixelabschnitt ist.

4. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit

- einer zweiten Ladungsübertragungseinrichtung (3), die mit einem Ende der ersten Ladungsübertragungseinrichtung (2) verbunden ist, um das durch die erste Ladungsübertragungseinrichtung (2) übertragene Signal zu empfangen und das empfangene Signal in einer zweiten Richtung zu übertragen;

- einer Ausgangseinrichtung (4), die mit einem Ende der zweiten Ladungsübertragungseinrichtung (3) verbunden ist, um das durch diese zweite Ladungsübertragungseinrichtung (3) übertragene Signal zu empfangen und das empfangene Signal in ein Bildsignal umzuwandeln, um es an eine externe Vorrichtung auszugeben; und

- einer Ansteuerungseinrichtung (5) zum Ansteuern der ersten Ladungsübertragungseinrichtung;

- wobei das erste Pixel so angeordnet ist, dass es am nächsten bei der zweiten Ladungsübertragungseinrichtung (3) liegt, und das Pixel n so angeordnet ist, dass es am weitesten von der zweiten Ladungsübertragungseinrichtung (3) entfernt liegt, und wobei die erste Ladungsübertragungseinrichtung (2) n Bitabschnitte enthält, wobei der erste Bitabschnitt am nächsten bei der zweiten Ladungsübertragungseinrichtung (3) angeordnet ist und der Bitabschnitt n am weitesten entfernt von der zweiten Ladungsüber tragungseinrichtung (3) angeordnet ist;

dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (5) eine Anzahl von Ansteuerungssignalen für folgendes erzeugt:

(1) für i = 1,

5. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 4, bei der das den k Bitabschnitten der ersten Ladungsübertragungseinrichtung (2) entsprechende Signal in (k - m) Bits entsprechende erste Signalabschnitte sowie m Bits entsprechende zweite Signalabschnitte aufgeteilt wird und die ersten Signalabschnitte und die zweiten Signalabschnitte während einer Horizontalaustastperiode in der ersten Richtung übertragen werden, wobei m eine ganze Zahl ist, die der Bedingung 1 ≤ m < k genügt.

6. Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 4, bei der jedes der Pixel einen ersten Pixelabschnitt und einen zweiten Pixelabschnitt aufweist und das Signal die Summe des Signals vom ersten Pixelabschnitt und des Signals vom zweiten Pixelabschnitt ist.