DE69327832T2

DE69327832T2 - Festkörperbildaufnahmevorrichtung und Verfahren zu ihrem Betrieb

Info

Publication number: DE69327832T2
Application number: DE69327832T
Authority: DE
Inventors: Keijirou Itakura; Nohoru Kokusenya; Kyouichi Nagayoshi; Toshihide Nobusada; Masayoshi Ozaki; Yukio Saitoh; Hironori Tanaka; Yasuyuki Toyoda
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1992-11-20
Filing date: 1993-11-18
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2013-11-19
Also published as: EP0869664A1; DE69330532T2; EP0876053B1; EP0869664B1; EP0876053A1; EP0869665B1; EP0599200B1; DE69330532D1; DE69330617T2; US5434437A; DE69332769D1; EP0869665A1; EP0599200A3; EP0599200A2; DE69330617D1; DE69332769T2; DE69327832D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Festkörperbildsensor, der ein ladungsgekoppeltes Bauelement enthält, und ein Verfahren zum Betreiben desselben.
Festkörperbildsensoren werden in letzter Zeit üblicherweise als Bilderstellungskomponenten (Imagingkomponenten) von Videokameras verwendet. Insbesondere Rundfunkkameras enthalten einen Festkörperbildsensor des sogenannten Frame-Interline-Transfer-Typs, der einen Bilderstellungsbereich, der aus photoempfindlichen Elementen und vertikalen Schieberegistern besteht, einen Speicherbereich, der zum Speichern von Signalladungen angepaßt ist, ein horizontales Schieberegister und einen Pufferverstärker umfaßt, so daß die während einer Integrationszeit in den photoempfindlichen Elementen gespeicherten Signalladungen mit höher Geschwindigkeit während des vertikalen Austastintervalls verlagert (transferiert) werden können.
Der herkömmliche Festkörperbildsensor und sein Betriebsverfahren werden nun in einigen Einzelheiten beschrieben. Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die einen typischen Festkörperbildsensor nach dem Stand der Technik zeigt. Wie gezeigt ist, umfaßt sein Bilderstellungsbereich 1 eine Vielzahl von photoempfindlichen Elementen 5, die in Form einer Matrix angeordnet sind, und eine Vielzahl von vertikalen Schieberegistern 6, die zum Verlagern von Signalladungen eingerichtet sind, die aus den entsprechenden photoempfindlichen. Elementen 5 in einer vertikalen Richtung ausgelesen werden. Der Speicherbereich 2 umfaßt eine Vielzahl von vertikalen Schieberegistern 7, die die aus dem Bilderstellungsbereich 1 verlagerten Signalladungen speichern und zeilenmäßig an ein horizontales Schieberegister 3 transferieren. Der Pufferverstärker 4 ist eine Einrichtung zum Ausgeben der in das horizontale Schieberegister 3 verlagerten Signalladungen.
In dem obigen Festkörperbildsensor nach dem Stand der Technik hat jedes vertikale Schieberegister 6 zwei unabhängige Transferelektroden pro Bildelement und verlagert einen Block von Signalladungen mit Hilfe von vier Transferelektroden als eine unabhängige Einheit. Somit ist die Anzahl der Stufen in dem vertikalen Schieberegister 6- gleich der Hälfte der Anzahl von photoempfindlichen Elementen 5 in einer vertikalen Spalte und die Anzahl der Stufen des vertikalen Schieberegisters 7, das den Speicherbereich 2 umfaßt, ist gleich der Anzahl von Stufen des vertikalen Schieberegisters 6.
Das Verfahren zum Betreiben des in Fig. 1 verdeutlichten Festkörperbildsensors nach dem Stand der Technik wird nun erläutert. Fig. 2(a), Fig. 2(b), Fig. 2(c) und Fig. 2(d) zeigen die Zeitverlaufsgraphiken des Betriebsverfahrens für den Festkörperbildsensor nach dem Stand der Technik. Danach stellt Fig. 2(a) den zusammengesetzten Synchronisierungsimpuls dar, Fig. 2(b) den an das vertikale Schieberegister 5 angelegten vertikalen Transferimpuls, Fig. 2(c) den an den Speicherbereich 2 angelegten vertikalen Transferimpuls und Fig. 2(d) den an das horizontale Schieberegister 3 - angelegten horizontalen Transferimpuls. Zunächst wird auf Fig. 2(a) Bezug genommen. Das Betriebsverfahren umfaßt das Auslesen der Signalladungen aus den photoempfindlichen Elementen 5 in Zweiersätzen jeweils während des vertikalen Austastintervalls 21a des A-Halbbildes und des vertikalen Austastintervalls 21b des B- Halbbildes und das Verlagern der Signalladungen in den Speicherbereich 7 durch das vertikale Schieberegister 6 und das Ausgeben derselben als ein Bildsignal aus dem Pufferverstärker 4. Diese Abfolge wird am Beispiel des A-Halbbildes genauer beschrieben. Zunächst werden, wie in Fig. 2(b) gezeigt, die unnötigen Ladungen, die in dem vertikalen Schieberegister 6 angesammelt sind, durch einen Sweepimpuls 22 in dem vertikalen Austastintervall 21a geräumt. Dann werden die Signalladungen, die in jedem anderen photoempfindlichen Element 5 in der vertikalen Richtung angesammelt sind, durch einen Leseimpuls 23 in das vertikale Schieberegister 6 ausgelesen. Sodann werden die Signalladungen in den vertikal angrenzenden photoempfindlichen Elementen 5 durch einen Mischimpuls 24 gemischt und durch einen Transferimpuls 25 in den Speicherbereich 2 verlagert. Danach werden die Signalladungen, wie in Fig. 2(c) gezeigt, durch einen Line-Transfer-Impuls 26 während jedes horizontalen Transferintervalls von dem vertikalen Schieberegister 7 des Speicherbereiches 2 in das horizontale Schieberegister 3 zeilenmäßig horizontal transferiert. Dann werden die unnötigen, indem vertikalen Schieberegister 7 verbleibenden Ladungen durch einen Sweepimpuls 27 geräumt und Signalladungen von dem Bilderstellungsbereich 1 durch einen Transferimpuls 28 erneut verlagert. Danach werden, wie in Fig. 2(d) gezeigt, die Signalladungen durch einen horizontalen Transferimpuls 29 in das horizontale Schieberegister 3 verlagert und aus dem Pufferverstärker 4 als ein Bildsignal ausgegeben. Betrachtet man das B-Halbbild, wird ein Bildsignal aus dem Pufferverstärker 4 in derselben Weise wie oben ausgegeben mit der Ausnahme, daß Signalladungen von einer Kombination photoempfindlicher Elemente 5 behandelt werden, die verschieden von der bei dem A-Halbbild verwendeten ist.
Es wird nun das Verfahren zum Betreiben des Speicherbereiches des Festkörperbildsensors nach dem Stand der Technik erläutert.
Fig. 3(a) ist ein Signalformdiagramm, das das an den Speicherbereich des Festkörperbildsensors nach dem Stand der Technik angelegte Betriebssignal zeigt, und Fig. 3(b) ist ein Potentialprofil des Speicherbereichs desselben Festkörperbildsensors. Diese Diagramme betreffen den 4-phasigen Betriebsmodus und die in Fig. 3(a) durch Φ1, Φ2, Φ3 und Φ4 dargestellten Betriebsimpulse werden an vier Transferelektroden pro Gruppe des Speicherbereiches 2 angelegt. Das Potentialprofil entlang eines vertikalen Abschnitts des vertikalen Schieberegisters 7 des Speicherbereichs 2 kann als Fig. 3(b) dargestellt werden. Somit werden Signalladungen 31 von A nach B nach C nach D verlagert. Die maximale Signalquantität, mit der in dem vertikalen Schieberegister 7 des Speicherbereiches 2 gearbeitet werden kann, ist durch die Potentialmulde definiert, die durch die Betriebsimpulse Φ2 und Φ3, wie bei A in Fig. 3(b) gezeigt, gebildet wird.
Jedoch ist in dem obigen Festkörperbildsensor, bei dem Signalladungen von allen photoempfindlichen Elementen pauschal in den Speicherbereich 2 verlagert werden, die maximale Signalquantität, mit der umgegangen werden kann, auf die Quantität der Signalebegrenzt, die das vertikale Schieberegister 6 für den Transfer in einem Vorgang handhaben kann, so daß der Dynamikbereich zwangsläufig gering ist.
Des weiteren können in dem obigen Festkörperbildsensor die Signalladungen aller photoempfindlichen Elemente innerhalb des vertikalen Austastintervalls nicht unabhängig in diskreter Form in den Speicherbereich 2 verlagert werden; es kann kein Progressive- Scan erzielt werden.
Die EP = A-0 286 123 betrifft eine Festkörper-Bilderstellungsvorrichtung mit einer Hochgeschwindigkeits-Shutterfunkfion. Die Vorrichtung umfaßt einen Bilderstellungsäbschnitt mit photoempfindlichen und vertikalen Hochgeschwindigkeitstransfer-Abschnitten. Die Vorrichtung umfaßt weiterhin einen Speicherabschnitt, zu dem Speicherladungen, die in dem photoempfindlichen Abschnitt gehalten werden, durch den vertikalen Hochgeschwindigkeitstransferabschnitt in Einheiten von Zeilen verlagert werden. Die in dem Speicherabschnitt gespeicherten Ladungen werden durch einen Line-Transfer-Abschnitt in Einheiten von Zeilen verlagert. Sowohl der Hochgeschwindigkeitstränsferabschnitt als auch der Speicherabschnitt empfangen von einem Treiber vier Impulssignale. Die Anzahl von Elementen in dem Hochgeschwindigkeitstransferabschnitt ist gleich der doppelten Anzahl von Elementen in dem photoempfindlichen Abschnitt. Die Vorrichtung kann mehr als einen Speicherbereich einschließen.
JP-A-3 153176 und PAJ Vol. 15, No. 383, E-1116 beschreiben eine - Festkörperbildaufnahmevorrichtung mit einem Festkörperbildaufnahmeelement, das photoelektrische Umwandungselemente und erste und zweite Layer-Elektroden umfaßt. Die Anzahl der Elektroden, um eine Potentialmulde zu bilden, beträgt vier. Die von dem Bildaufnahmeelement ausgegebenen Signale werden durch einen A/D-Wandler gewandelt und die gewandelten Signale werden dann in einem Speicher gespeichert.
Die EP-A-0 361 938 beschreibt Festkörperbildsensorvorrichtungen, die eine Lichtempfangsvorrichtung mit einer Anzahl von in Form einer Matrix angeordneten Lichtempfangselementen umfaßt. Die Vorrichtung kann einen Speicherteil umfassen, der aus 4-phasigen Transferelektroden gebildet wird, die Spannungen von vier Transferelektroden empfangen.
Die US-A-4,959,724 betrifft eine Festkörper-Bilderstellungsvörrichtung und ein Betriebsverfahren. Die Vorrichtung umfaßt einen Bildaufnahmeabschnitt mit einem zweidimensionalen Feld von Photodioden und einen Speicherabschnitt. Der Speicherabschnitt empfängt vier Impulszüge. Desweiteren ist die Verwendung von zwei Transfertorimpulssignalen beschrieben, die jeweils zwei Impulse umfassen. Die Zeitdauer zwischen diesen Impulsen sind Speicherzeiten, die gleich sein können.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Festkörperbildsensor und ein Betriebsverfahren zum Erhöhen der maximalen Signalquantität, die bearbeitet werden kann, anzugeben und somit einen breiteren Dynamikbereich bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1 und 3 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
Die Erfindung kann aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren vollständiger verstanden werden.
- Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die den Festkörperbildsensor nach dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 2(a), Fig. 2(b), Fig. 2(c) und Fig. 2(d) zeigen die Zeitverlaufgraphiken des Betriebsverfahrens für den Festkörperbildsensor nach dem Stand der Techinik;
Fig. 3(a) ist ein Signalformdiagramm, das das an den Speicherbereich des Festkörperbildsensors nach dem Stand der Technik angelegte Betriebssignal zeigt;
Fig. 3(b) ist ein Potentialprofil des Speicherbereichs desselben Festkörperbildsensors;
Fig. 4(a) und Figur (4b) sind grundlegende Diagramme, die einen Festkörperbildsensor und sein Betriebsverfahren verdeutlichen;
Fig. 5(a), Fig. 5(b), Fig. 5(c) und Figur. 5(d) sind diagrammartige Darstellungen des Verfahrens zum Betreiben des Festkörperbildsensors von Fig. 4 in einem Interlaced- Scan-Modus;
Fig. 6 ist ein grundlegendes Diagramm, das einen anderen Festkörperbildsensor zeigt;
Fig. 7(a), fig. 7(b), Fig. 7(c) und Fig. 7(d) sind Zeitverlaufsgraphiken des. Verfahrens zum Betreiben des Festkörperbildsensors von Fig. 6;
Fig. 8 ist ein grundlegendes Diagramm, das einen anderen Festkörperbildsensor und sein Betriebsverfahren verdeutlicht;
Fig. 9(a) und Fig. 9(b) sind Zeitverlaufsgraphiken des Verfahrens zum Betreiben des Festkörperbildsensors von Fig. 8;
Fig. 10(a), Fig. 10(b), Fig. 10(c), Fig. 10(d), Fig. 10(e) und Fig. 10(f) sind Zeitverlaufsgraphiken des ersten Verfahrens zum Betreiben eines anderen Festkörperbildsensors; und
Fig. 11 (a), Fig. 11 (b), Fig. 11 (c), Fig. 11 (d) und Fig. 11 (e) sind Zeitverlaufsgraphiken des zweiten Verfahrens zum Betreiben des Festkörperbildsensors, auf den in Fig. 10 Bezug genommen wurde.
Wie in Fig. 4(a) und Fig. 4(b) zu sehen ist, umfaßt dieser Festkörperbildsensor einen Bilderstellungsbereich 41, einen Speicherbereich 42, ein horizontales Schieberegister 43 und einen Pufferverstärker 44. Der Bilderstellungsbereich 41 besteht aus einer Vielzahl von Spalten, die jeweils photoempfindliche Elemente 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 und 18 umfassen, und aus einem vertikalen Schieberegister 46 neben jeder der Spalten, und der Speicherbereich 42 besteht aus vertikalen Schieberegistern 47. Mit A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7 und A8 sind Leiter zum Zuführen eines Taktsignales an die vertikalen Schieberegister 46 angegeben.
Die Fig. 4(a) zeigt den Festkörperbildsensor, bei dem die Transferelektroden des vertikalen Schieberegisters 46 in Einheiten von 2n bereitgestellt sind (n ist eine positive ganze Zahl nicht kleiner als 3), und die 2n (n = 4) Transferelektroden sind jeweils unabhängig. Der Einfachheit halber ist die Bilderstellungsregion 41 durch eine Spalte 45 von 1H · 8V photoempfindlichen Elementen dargestellt, jedoch ist er tatsächlich durch eine Spalte von 948 H · 486 V photoempfindlichen Elementen implementiert.
Die Abläufe bei dem Verfahren zum Betreiben des obigen Festkörperbildsensors werden nun erläutert: Wie in Fig. 4(a) gezeigt ist, werden an erster Stelle Signalladungen jeweils aus photoempfindlichen Elementen 11 und 15 ausgelesen und diese gelesenen Signalladungen werden durch das vertikale Schieberegister 46 in den Speicherbereich 42 verlagert. Da dieser Auslese- und Verlagerungsvorgang viermal wiederholt wird, werden die Signalladungen der photoempfindlichen Elemente 15, 11, 16, 12, 17, 13, 18, 14 in den Speicherbereich 42 verlagert, wo sie aufeinanderfolgend von unten an gespeichert werden. Diese gespeicherten Signalladungen werden seriell zu dem horizontalen Schieberegister 43 hin verlagert, aus dem Pufferverstärker 44 ausgegeben und einer digitalen Signalverarbeitung unterworfen, um Progressive-Scan-Bildsignale bereitzustellen.
Nun wird das Verfahren zum Betreiben des obigen Festkörperbildsensors bei einem Interlaced-Scan mit Bezug auf Fig. 5(a), Fig. 5(b), Fig. 5(c) und Fig. 5(d) beschrieben.
Zunächst wird auf das A-Halbbild Bezug genommen, wie in Fig. 5(a) gezeigt. Signalladungen werden jeweils von photoempfindlichen Elementen 11 und 12 und photoempfindlichen Elementen 15 und 16 an das vertikale Schieberegister 46 ausgelesen, gemischt und in den Speicherbereich 42 verlagert. Diese Signalladungen werden jeweils in Integrierstufen 51 und 52 des vertikalen Schieberegisters 47, das den Speicherbereich 52 bildet, gespeichert. Dann werden, wie in Fig. 5(b) gezeigt, Signalladungen aus den photoempfindlichen Elementen 13 und 14 und den photoempfindlichen Elementen 17 und 18 ausgelesen, und diese Signale werden jeweils gemischt und in den Speicherbereich 42 verlagert. Obwohl diese Signalladungen in die Integrierstufen 51 und 52 verlagert werden, sind die Signalladungen, die zuvor in diesen Stufen 51 und 52 gespeichert waren, bereits in die Integrierstufen 53 und 54 des vertikalen Schieberegisters 47 verlagert worden, das den Speicherbereich 42 bildet. Wenn alle Signalladungen in dem Speicherbereich 42 gespeichert worden sind, werden diese Signalladungen seriell zeilenmäßig an das horizontale Schieberegister 43 transferiert, aus dem Pufferverstärker 44 ausgegeben und einer digitalen Signalverarbeitung unterworfen, um ein A-Halbbild-Bildsignal zu bilden. Nachdem alle Signalladungen in dem vertikalen Schieberegister 47 in dem Speicherbereich 42 durch das horizontale Schieberegister 43 verlagert worden sind, wird ein Sweepimpuls angelegt, um die unnötigen Ladungen, die in dem vertikalen Schieberegister 47 verbleiben, zu räumen.
Dann werden in dem B-Halbbild, wie in Fig. 5(c) gezeigt, Signalladungen aus den photoempfindlichen Elementen 12 und 13 und den photoempfindlichen Elementen 16 und 17, die eine zweite Kombination darstellen, in der Spalte 45 an das vertikale Schieberegister 46 ausgelesen, gemischt und in den Speicherbereich 42 verlagert. Dann werden, wie in Fig. 5(d) gezeigt, die photoempfindlichen Elemente 14 und 15 und die photoempfindlichen Elemente 18 und 19 (nicht gezeigt) an das vertikale Schieberegister 46 ausgelesen, gemischt und in den Speicherbereich 42 verlagert. Obwohl diese Signalfadungen somit in die Integrierstufen 51 und 52 verlagert werden, sind die Signalladungen, die zuvor in diesen Integrierstufen 51 und 52 gespeichert waren, bereits in Integrierstufen 53 und 54 verlagert worden. Wenn alle Signalladungen somit in dem Speicherbereich 42 gespeichert worden sind, werden diese Signale seriell zeilenmäßig an das horizontale Schieberegister 53 transferiert, aus dem Pufferverstärker 44 ausgegeben und einer digitalen Signalverarbeitung unterworfen, um ein Bildsignal zu erstellen. Verglichen mit den konventionellen Transferelektroden in Vierersätzen gewähren die obige Konstruktion und das Betriebsverfahren eine erhöhte maximale Signalquantität, die von dem vertikalen Schieberegister 46 gehandhabt werden kann, und einen entsprechenden Gewinn im Dynamikbereich.
Wie in Fig. 6 gezeigt, umfaßt dieser Festkörperbildsensor einen Bilderstellungsbereich 61, einen Speicherbereich 62, ein horizontales Schieberegister 63 und einen Pufferverstärker 64. Der Bilderstellungsbereich 61 besteht aus Spalten 65 von photoempfindlichen Elementen und einem vertikalen Schieberegister 66, das angrenzend zu jeder der Spalten angeordnet ist, und der Speicherbereich 62 besteht aus einem oberen Speicherfeld 67 und einem unteren Speicherfeld 68. Mit A1, A2, A3 und A4 sind Leiter zum Zuführen von Taktimpulsen an die Transferstufen des vertikalen Schieberegisters 66 bezeichnet. Leiter zum Zuführen von Taktimpulsen an das vertikale Schieberegister in dem Speicherbereich 62 sind mit B1, B2, B3 und B4 angegeben. Der Einfachheit halber wird der Bilderstellungsbereich 61 durch Spalten 65 von 6 H · 6 V photoempfindlichen Elementen dargestellt, jedoch wird er tatsächlich mit Spalten 65 von 948 H · 486 V photoempfindlichen Elementen implementiert und die entsprechenden vertikalen Schieberegister 66 in dem Bilderstellungsbereich umfassen 948 H · 243 V Elemente. Der Speicherbereich 62 besteht aus 948 H · 486 V Elementen und ist zur Vereinfachung der Erläuterung in ein oberes Speicherfeld 67 und ein unteres Speicherfeld 68 aufgeteilt.
Die Vorgänge und Funktionen in dem obigen Festkörperbildsensor werden nun mit Bezug auf die in Fig. 7(a), Fig. 7(b), Fig. 7(c) und Fig. 7(d) gezeigten Zeitverlaufsgraphiken erläutert. Fig. 7(a) stellt den zusammengesetzten Synchronisierungsimpuls dar, Fig. 7(b) den Transferimpuls für das vertikale Schieberegister, Fig. 7(c) den Transferimpuls für das vertikale Schieberegister in dem Speicherbereich und Fig. 7(d) den Transferimpuls für das horizontale Schieberegister.
Zunächst werden Signalladungen für einen Bildrahmen während des in Fig. 7(a) gezeigten vertikalen Austastintervalls 71 von dem Bilderstellungsbereich 611 in den Speicherbereich 62 zur Speicherung verlagert. Somit werden, wie in Fig. 7(b) gezeigt, die unnötigen Ladungen, die in dem vertikalen Schieberegister 66 gespeichert sind, durch einen Sweepimpuls 72 geräumt, und die Signalladungen, die in den gerade numerierten photoempfindlichen Elementen der Spalte 65 photoempfindlicher Elemente angesammelt sind, werden dann durch einen ersten Leseimpuls 73 an das vertikale Schieberegister 66 ausgelesen. Die an das vertikale Schieberegister 66 ausgelesenen Signalladungen werden durch einen ersten Transferimpuls 74 in das obere Speicherfeld. 67 verlagert. Dann werden die in den ungerade numerierten photoempfindlichen Elementen der Spalte 65 photoempfindlicher Elemente angesammelten Signalladungen durch einen zweiten Leseimpuls 75 an das vertikale Schieberegister 66 ausgelesen. Die an das vertikale Schieberegister 66 ausgelesenen Signalladungen werden durch einen zweiten Transferimpuls 76 in das obere Speicherfeld 67 verlagert, und gleichzeitig werden die in dem oberen Speicherfeld angesammelten Signalladungen in das untere Speicherfeld 68 verlagert. Die in Fig. 7(c) gezeigten Signalformen stellen die an den Speicherbereich 62 angelegten Taktsignale dar. Demnach werden die unnötigen Ladungen in dem vertikalen Schieberegister des Speicherbereiches zunächst durch den Transferimpuls 72 geräumt, und danach werden die Signalladungen durch den ersten Transferimpuls 74 und den zweiten Transferimpuls 76 in dem Speicherbereich 62 verschoben. Nachdem Signalladungen in allen photoempfindlichen Elementen 65 in dem Speicherbereich 62 gespeichert worden sind, werden die Signalladungen in dem Speicherbereich 62 Spalte für Spalte in das horizontale Schieberegister 63 durch einen Line-Trarisfer-Impuls 77 verlagert, durch einen in Fig. 7(d) gezeigten horizontalen Transferimpuls 78 in dem horizontalen Schieberegister 63 verschoben und aus dem Pufferverstärker 64 ausgegeben.
In dem obigen Aufbau und Betriebsverfahren ist die Anzahl von Stufen in dem Speicherbereich 62 gleich der Anzahl photoempfindlicher Elemente pro Spalte, und die Anzahl von Stufen desvertikalen Schieberegisters 66 in dem Bilderstellungsbereich 61 ist gleich der Hälfte der Anzahl von Stufen des vertikalen Schieberegisters im dem Speicherbereich 62. Die in der Spalte photoempfindlicher Elemente 65 angesammelten Signalladungen werden in den Speicherbereich in zwei Raten innerhalb des vertikalen Austastintervalls verlagert, zunächst die gerade numerierten photoempfindlichen Elemente und äls nächstes die ungerade numerierten photoempfindlichen Elemente. Da Signalladungen in allen photoempfindlichen Elementen in den Speicherbereich 62 verlagert werden, wird ein Progressice-Scan durchführbar, und darüber hinaus wird die Signalquantität, die gehandhabt werden kann, erhöht, um den Dynamikbereich zu erweitern.
Während die Anzahl von Transferstufen in dem Speicherbereich das Zweifache der Anzahl von Stufen in dem vertikalen Schieberegister des Bilderstellungsbereiches gemäß der obigen Beschreibung beträgt, kann derselbe Effekt erzielt werden, wenn die erstgenannte Anzahl dreimal so groß wie die zuletzt genannte ist:
Wie in Fig. 8 gezeigt ist, umfaßt dieser Festkörperbildsensor einen Bilderstellungsbereich 81, einen Speicherbereich 82, ein horizontales Schieberegister 83 und einen Pufferverstärker 84. Der Bilderstellungsbereich 81 umfaßt Spalten photoempfindlicher Elemente 85 und einvertikales Schieberegister 86, das angrenzend an jede der Spalten angeordnet ist, und der Speicherbereich 82 umfaßt die entsprechenden vertikalen Schieberegister 87. Die Symbole A1, A2, A3 und A4 stellen Leiter dar zum Zuführen von Taktimpulsen an die vertikalen Schieberegister 86, und B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7 und B8 stellen Leiter zum Zuführen von Taktimpulsen an das vertikale Schieberegister des Speicherbereiches 82 dar.
Fig. 8 zeigt einen Bildsensoraufbau bei dem Transferelektroden in dem vertikalen Schieberegister 87 des Speicherbereiches 82 in Einheiten von 8 + 4n Transferelektroden bereitgestellt sind (n ist eine positive ganze Zahl einschließlich der 0) und diese 8 + 4n Transferelektroden (n = 0) sind jeweils unabhängig. Der Einfachheit halber ist der Bilderstellungsbereich 51 durch 1 H · 8 V photoempfindliche Elemente 85 dargestellt, er wird jedoch tatsächlich mit 948 H · 486 V photoempfindlichen Elementen implementiert.
Um einen Progressive-Scan unter Verwendung des obigen Festkörperbildsensors durchzuführen, werden zunächst Signalladungen aus allen photoempfindlichen Elementen ausgelesen und in dem Speicherbereich 82 gespeichert, und diese Signalladungen werden dann von dem Speicherbereich 82 an das horizontale Schieberegister 83 zeilenmäßig transferiert und innerhalb des horizontalen Schieberegisters 83 verschoben. Das ausgegebene Bildsignal ist von dem Pufferverstärker 84 erhältlich. In diesem Zusammenhang liefert die erhöhe Anzahl von Transferelektroden in dem vertikalen Schieberegister 87 des Speicherbereiches 82 eine größere maximale Signalquantität, die gehandhabt werden kann, und somit einen breiteren Dynamikbereich.
Der Betrieb zur Erlangung eines Interlaced-Scans mit dem obigen Festkörperbildsensor wird nun beschrieben. Zunächst werden Signalladungen aus Gruppen von zwei vertikal benachbarten photoempfindlichen Elementen an das vertikale Schieberegister 86 ausgelesen und in den Speicherbereich 82 verlagert, der Gruppen von acht Transferelektroden umfaßt. Die in dem Speicherbereich 82 gespeicherten Signalladungen werden seriell zeilenmäßig an das horizontale Schieberegister 83 transferiert und ein Bildsignal, das das A-Halbbild bildet, wird über den Pufferverstärker 84 als Ergebnis ausgegeben. Dann werden Signalladungen aus den anderen Gruppen photoempfindlicher Elemente an das vertikale Schieberegister 86 ausgelesen und in den Speicherbereich 82 verlagert. Diese Signalladungen werden seriell zeilenmäßig in das horizontale Schieberegister 83 verlagert und ein Bildsignal, das das B-Halbbild bildet, wird über den Pufferverstärker 84 ausgegeben. Ein Interlaced-Scan kann auch durch Anlegen desselben Betriebssignals an Gruppen von Leitern B1 und B2, B3 und B4, B5 und B6, und B7 und B8 zum Zuführen von Taktimpulsen an die Transferelektroden in dem Speicherbereich 82 erzielt werden.
Der Transfer von Signalladungen in dem Speicherbereich 82 wird nun beschrieben.
Fig. 9(a) zeigt die Taktsignale, die an die Transferelektroden des Speicherbereiches angelegt werden, und Fig. 9(b) ist ein Potentialprofil des Speicherbereiches 82. Wie in Fig. 9(a) zu sehen ist, werden die Taktimpulse Φ1, Φ2, Φ3, Φ4, Φ5, Φ6, Φ7 bzw. Φ8 an acht Transferelektroden des vertikalen Schieberegisters 87 des Speicherbereichs 82 angelegt, um die Signalladungen in den Speicherbereich 82 zu verlagern. In dieser Anordnung bewegt sich die Potentialmulde 91 von A nach D in Fig. 9(b), um die Signalladung 92 zu schieben. Zunächst wird, wie in Fig. 9(b) gezeigt, die Signalladung 92 in der Potentialmulde 91 untergebracht, die durch die Taktimpulse gebildet wird, die an eine Gruppe von acht Transferelektroden angelegt werden. Diese Potentialmulde 91 bewegt sich dann von B nach C nach D gemäß den Taktimpulsen, um hierdurch die Signalladung 92 zu verlagern.
Der obige Aufbau und das Betriebsverfahren stellen nicht nur einen verbesserten Dynamikbereich beim Progressive-Scan sicher, sondern ermöglichen eine Interlace- Scan-Signalausgabe durch alleinige Änderung des Betriebsimpulses, der an die Transferelektroden des Speicherbereiches 82 angelegt wird, ohne die Bereitstellung eines externen komplizierten digitalen Signalprozessors.
Während gemäß der obigen Beschreibung die Transferelektroden des Speicherbereiches 82 in Gruppen von 8 bereitgestellt werden, kann derselbe Effekt durch Verwendung von Transferelektroden in Gruppen 8 + 4n erzielt werden (n = eine positive ganze Zahl einschließlich der 0), wie etwa Gruppen von 12 oder 16.
Es wird nun ein Betriebsverfahren zum Erzielen einer elektronischen Shutterfunktion mit einem Festkörperbildsensor beschrieben, der einen Bilderstellungsbereich mit photoempfindlichen Elementen und einem vertikalen Schieberegister, einen Speicherbereich zum Ansammeln von Signalladungen aus dem Bilderstellungsbereich, ein horizontales Schieberegister zum horizontalen Verlagern von Signalladungen aus dem Speicherbereich und einen Pufferverstärker umfaßt.
Fig. 10(a), Fig. 10(b), Fig. 10(c), Fig. 10(d), Fig. 10(e) und Fig. 10(f) sind Zeitverlaufsgraphiken eines ersten Betriebsverfahrens zum Erzielen einer elektronischen Shutterfunktion mit dem Festkörperbildsensor. Fig. 10(a) stellt den zusammengesetzten Synchronisierurigsimpuls dar, Fig. 10(b) den Rücksetzimpuls für photoempfindliche Elemente für eine elektronische Shutterfunktion, Fig. 10(c) den vertikalen Transferimpuls, der an das vertikale Schieberegister zum Lesen von Signalladungen zur Verlagerung aus gerade numerierten photoempfindlichen Elementen angelegt wird, Fig. 10(d) den vertikalen Transferimpuls, der an das vertikale Schieberegister des Bilderstellungsbereiches angelegt wird, und Fig. 10(e) und Fig. 10(f) den vertikalen Transferimpuls, der an das vertikale Schieberegister des Speicherbereiches angelegt wird.
Das erste Betriebsverfahren für eine elektronische Shutterfunktion wird nun unter Bezugnahme auf den in Fig. 6 gezeigten Festkörperbildsensor beschrieben.
Zuerst wird, wie in Fig. 10(b) gezeigt ist, während des vertikalen Austastintervalls 101 ein Rücksetzimpuls 102 zum Einleiten der elektronischen Shutterfunktion angelegt, um die in den photoempfindlichen Elementen 65 angesammelten Ladungen zurückzusetzen.
Durch diesen Rücksetzimpuls 102 werden Ladungen, die in allen photoempfindlichen Elementen 65 angesammelt sind, unabhängig davon, ob es gerade oder ungerade numerierte Elemente sind, freigegeben. Der Rücksetzimpuls dient als Integrationsstartsignal für eine elektronische Shutterfunktion und die photoempfindlichen Elemente 65 (sowohl gerade als auch ungerade numerierte Elemente) beginnen in diesem Moment mit der Ansammlung elektrischer Ladungen von neuem. Dann räumt, wie in Fig. 10(c) gezeigt, ein Sweepimpuls 103 die in dem vertikalen Schieberegister 66 verbleibenden unnötigen Ladungen, und mit einer Verzögerungszeit (Nacheilzeit) 108 nach dem Rücksetzimpuls 102 werden Signalladungen aus den ungeraden numerierten photoempfindlichen Elementen 65 an das vertikale Schieberegister 66 durch einen ersten Leseimpuls 106 ausgelesen. Die gelesenen Signalladungen werden in den Speicherbereich 62 durch einen ungerade numerierten Transferimpuls 104 verlagert. Dann räumt, wie in Fig. 10(d) gezeigt ist, ein Sweepimpuls 103 die in dem vertikalen Schieberegister 66 verbleibenden unnötigen Ladungen. Dann wird mit einer Nacheilzeit 109 nach dem Rücksetzimpuls 102 ein zweiter Leseimpuls 107 so angelegt daß Signaliadungen aus den gerade numerierten photoempfindlichen Elementen 65 in das vertikale Schieberegister 66 gelesen werden. Die gelesenen Signalladungen werden durch einen gerade numerierten Transferimpuls 105 in den Speicherbereich 62 verlagert. Die so in den Speicherbereich 62 verlagerten Signalladungen werden durch eine Serie von Impulsen, wie in Fig. 10(e) und Fig. 10(f) gezeigt, in dem Speicherbereich 62 verschoben. Jedoch kann in dem ersten, oben beschriebenen Betriebsverfahren aufgrund einer großen Differenz zwischen der Nacheilzeit 108 und der Nacheilzeit 109 eine Leuchtdichtedifferenz zwischen dem A-Halbfeld und dem B-Halbfeld auftreten. Das zweite Betriebsverfahren für eine elektronische Shutterfunktion, die das obige Problem überwindet, wird nun unter Bezugnahme auf den in Fig. 6 gezeigten. Festkörperbildsensor-Aufbau beschrieben.
Fig. 11 (a), Fig. 11 (b),, Fig. 11 (c), Fig. 11 (d) und Fig. 11 (e) sind Zeitverlaufsgraphiken des zweiten Betriebsverfahrens für eine elektronische Shutterfunktion mit dem Festkörperbildsensor.
Zunächst wird innerhalb des vertikalen Austastintervalls (a) ein erster Rücksetzimpuls 112 an die photoempfindlichen Elemente 65 angelegt, wie in Fig. 11 (b) gezeigt, um die in photoempfindlichen Elementen 65 zuvor angesammelten Ladungen zurückzusetzen, was dann von neuem die Ansammlung von Ladungen in Gang setzt. Dann räumt ein Sweepimpuls 118 die unnötigen Ladungen aus dem vertikalen Schieberegister 66. Sodann wird mit einer Nacheilzeit 114 nach dem ersten Rücksetzimpuls 112 ein erster Leseimpuls 113 so angewendet, daß Signalladungen von den ungerade numerierten photoempfindlichen Elementen 65 gelesen werden. Die gelesenen Signalladungen werden durch einen Transferimpuls 119 in den Speicherbereich 62 verlagert und, als Folge hiervon, wird das Bildsignal für das A-Halbbild ausgegeben.
Dann setzt, wie in Fig. 11 (c) gezeigt, ein zweiter Rücksetzimpuls 115 die in den photoempfindlichen Elementen 65 angesammelten Ladungen zurück, woraufhin die photoempfindlichen Elemente 65 die erneute Ansammlung von Ladungen beginnen. Dann räumt ein Sweepimpuls 118 die unnötigen Ladungen in dem vertikalen Schieberegister 66. Dann wird mit einer Nacheilzeit 117 nach dem zweiten Rücksetzimpuls ein zweiter Leseimpuls so angelegt, daß Signalladungen aus den gerade numerierten photoempfindlichen Elementen 65 gelesen werden. Die gelesenen Signalladungen werden durch einen Transferimpuls 120 in den Speicherbereich 62 verlagert, und als Ergebnis wird ein Bildsignal für das B-Halbbild ausgegeben.
Da auf diese Weise unabhängige Rücksetzimpulse jeweils für das A-Halbbild und das B- Halbbild bereitgestellt werden, können die Integrationszeit für photoempfindliche Elemente 65 für das A-Halbbild und die für das B = Halbbild frei eingestellt werden, so daß die Leuchtdichte für jedes Halbbild unabhängig von der anderen eingestellt werden kann. Ferner kann durch die Angleichung der Nacheilzeit 114 und der. Nacheilzeit 117 jegliche Verschiedenheit der Leuchtdichte zwischen benachbarten Scanzeilen beseitigt werden, so daß ein Gegenstand von homogener Leuchtdichte ohne eine Leuchtdichteverschiedenheit zwischen benachbarten Scanzeilen angezeigt werden und somit ein Bild von hoher Qualität erlangt werden kann.
Derselbe Effekt kann durch Anlegen eines Hochspannungsimpulses zwischen dem Halbleitersubstrat des Bildsensors und den photoempfindlichen Elementen 65 als der erste Rücksetzimpuls und der zweite Rücksetzimpuls erzielt werden.
Des weiteren ist das oben beschriebene zweite Betriebsverfahren für eine elektronische Shutterfunktion nicht nur auf den in Fig. 6 gezeigten Festkörperbildsensor anwendbar, sondern kann in gleicher Weise auf den in Fig. 1 gezeigten Festkörperbildsensor nach dem Stand der Technik oder jeglichen Festkörperbildsensor der FIT-Struktur stets mit demselben Ergebnis angewendet werden.

Claims

1. Festkörperbildsensor, umfassend:

eine Vielzahl photoempfindlicher Elemente (11-18), die in Form einer Matrix angeordnet sind,

ein vertikales Schieberegister (46, 86), das benachbart zu jeder Spalte (85) der photoempfindlichen Elemente (11-18) angeordnet und zur vertikalen Verlagerung von aus den entsprechenden photoempfindlichen Elementen gelesenen Signalladungen eingerichtet ist,

einen Speicherbereich (42, 82) zum Speichern der von dem vertikalen Schieberegister (46, 86) verlagerten Signalladungen und

ein horizontales Schieberegister (43, 83), das zur horizontalen Verlagerung der aus dem Speicherbereich (42, 82) gelesenen Signalladungen eingerichtet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Speicherbereich (42, 82) mit 8 + 4n ersten Transferelektroden verbunden ist, wobei n eine positive ganze Zahl einschließlich O ist und die ersten Transferelektroden jeweils unabhängig sind, zum unabhängigen Empfangen eines Treibersignals zum Verlagern der Signalladungen in dem Speicherbereich.

2. Festkörperbildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vertikale Schieberegister (46, 86) mit 2n zweiten Transferelektroden verbunden ist, wobei n eine positive ganze Zahl nicht kleiner als 3 ist und die zweiten Transferelektroden jeweils unabhängig sind.

3. Verfahren zum Betreiben eines Festkörperbildsensors, umfassend:

einen Schritt des Lesens von Signalladungen aus jeder Spalte (45, 85) einer Vielzahl von in Form einer Matrix angeordneten photoempfindlichen Elementen in ein vertikales Schieberegister (46, 86),

einen Schritt des Verlagerns der Signalladungen in dem vertikalen Schieberegister (46, 86) in einen Speicherbereich (42, 82),

einen Schritt des Verlagerns der Signalladungen in dem Speicherbereich (412, 82) in ein horizontales Schieberegister (43, 83), und

einen Schritt des Verlagerns der Signalladungen in dem horizontalen Schieberegister (43, 83) zur Ausgabe,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Schritt des Verlagerns der Signalladungen in dem Speicherbereich (42, 82) das Steuern von 8 + 4n ersten Transferelektroden des Speicherbereiches (42, 82) enthält, wobei n eine positive ganze Zahl einschließlich 0 ist und die ersten Transferelektroden jeweils unabhängig sind und unabhängig gesteuert werden.

4. Verfahren zum Betreiben eines Festkörperbildsensors nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalladungen durch Ansteuern der ersten Transferelektroden des Speicherbereichs (42, 82) mit einem (8 + 4n)-phasigen Treibersignal verlagert werden.

5. Verfahren zum Betreiben eines Festkörperbildsensors nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Verlagerns der Signalladungen in dem vertikalen Schieberegister (46, 86) das Steuern von 2n zweiten Transferelektroden des vertikalen Schieberegisters (46, 86) enthält, wobei n eine positive ganze Zahl nicht kleiner als 3 ist und die zweiten Transferelektroden jeweils unabhängig sind und ein n- phasiges Treibersignal empfangen.

6. Verfahren zum Betreiben eines Festkörperbildsensors nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Verlagerns der Signalladungen in das horizontale Schieberegister (43, 83) mit den Signalladungen von allen photoempfindlichen Elementen (11-18) nach der Wiederholung der Schritte des Lesens der Signalladungen und des Verlagerns derselben in den Speicherbereich (42, 82) durchgeführt wird.

7. Verfahren zum Betreiben eines Festkörperbildsensors nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Lesens von Signalladungen erstens mit Signalladungen von Gruppen von zwei vertikal benachbarten photoempfindlichen Elementen in der Vielzahl der in Form einer Matrix angeordneten photoempfindlichen Elemente (11-18) jeweils als eine Einheit und zweitens mit Signalladungen von Gruppen von zwei photoempfindlichen Elementen durchgeführt wird, die verschieden von den ersterwähnten Gruppen sind.

8. Verfahren zum Betreiben eines Festkörperbildsensors nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Rücksetzimpuls (112) für photoempfindliche Elemente zum Zurücksetzen ungerade numerierter photoempfindlicher Elemente in jeder Spalte von in Form einer Matrix auf einem Halbleitersubstrat angeordneten photoempfindlichen Elementen (65) vor einem ersten Leseimpuls (113) zum Lesen von Signalladungen von den ungerade numerierten photoempfindlichen Elementen und vor dem Anlegen eines Sweeppulses (118) und ein zweiter Rücksetzimpuls (115) für photoempfindliche Elemente zum Zurücksetzen gerade numerierter photoempfindlicher Elemente vor einem zweiten Leseimpuls (116) zum Lesen von Signalladungen von den gerade numerierten photoempfindlichen Elementen und vor dem Anlegen des Sweeppulses (118) mit unabhängigem Timing angelegt werden.

9. Verfahren zum Betreiben eines Festkörperbildsensors nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nacheilzeit (114) zwischen dem ersten Rücksetzimpuls (112) für photoempfindliche Elemente und dem ersten Leseimpuls (113) gleich der Nacheilzeit (117) zwischen dem zweiten Rücksetzimpuls (115) für photoempfindliche Elemente und dem zweiten Leseimpuls (116) ist.