HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein Ansteuerverfahren für eine
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung sowie eine Videokamera nach dem Verfahren gemäß den
Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche 1, 3 und 5. Ein
Verfahren und eine Videokamera dieses Typs sind aus EP-A-547 697 bekannt.
-
Genauer gesagt, umfasst eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit
variablem Seitenverhältnis einen Bildaufnahmebereich mit Lichtempfangselementen,
die entsprechend einem spezifizierten Seitenverhältnis (z. B. 16 : 9) in
einer Matrix angeordnet sind, Vertikalregister zum vertikalen Übertragen
von Signalladungen in jeweiligen vertikalen Linien der
Lichtempfangselemente sowie mindestens ein Horizontalregister zum horizontalen Übertragen von
Signalladungen, wie sie von jeweiligen Vertikalregistern übertragen wurden.
Bei dieser Bildaufnahmevorrichtung wird ein Signal entsprechend dem obigen
Seitenverhältnis (z. B. 16 : 9) auf übliche Weise ausgegeben, während ein
Signal entsprechend einem anderen Seitenverhältnis (z. B. 4 : 3), das kleiner
als das obige Seitenverhältnis ist, dadurch ebenfalls ausgegeben werden
kann, dass Signalladungen in einer Horizontalaustastperiode in
überflüssigen Teilen rechts und links im Bildbereich entladen werden.
2. Beschreibung der einschlägigen Technik
-
Derzeit erfolgt die Übertragung von Fernsehsendungen hauptsächlich mit dem
Seitenverhältnis 4 : 3. Jedoch erfolgt auch eine Übertragung mit hoher
Auflöasung mit dem Seitenverhältnis 16 : 9, und es besteht die Tendenz, dass
Fernsehempfänger zum Empfangen von Übertragungen mit hoher Auflösung populär
werden. Außerdem wird wegen seiner geringen Kosten in großem Umfang auch
ein als Breitwand-Fernseher bezeichneter Fernsehempfänger verwendet, der
Übertragungen mit hoher Auflösung mit einer Bildqualität wiedergibt, die
geringfügig geringer als die ursprünglich hohe Bildqualität bei Übertragung
mit hoher Auflösung ist. Anders gesagt, existieren derzeit auf dem Markt
und in den Haushalten Fernsehempfänger mit verschiedene
Seitenverhältnissen. Im Ergebnis müssen Videokameras und dergleichen an die obigen zwei
Seitenverhältnisse angepasst werden.
-
Um einem solchen Erfordernis zu genügen, ist eine Technik bekannt, die bei
einer CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung angewandt wird, die für eine
Videokamera als Bildaufnahmeeinrichtung verwendet wird, bei der
Lichtempfangselemente und dergleichen in einem Bildbereich entsprechend dem
Seitenverhältnis 16 : 9 angeordnet sind. Wenn ein Signal im 16 : 9-Modus ausgegeben
wird, wird die Bildaufnahmevorrichtung auf übliche Weise ausgelesen, d. h.,
dass alle Signalladungen aus wirksamen Pixeln im Bildbereich ausgelesen
werden. Andererseits werden, wenn ein Signal mit dem Seitenverhältnis 4 : 3
ausgelesen wird, Signalladungen in überflüssigen Teilen rechts und links im
Bildbereich (jeder Seitenteil hat eine Breite, die ungefähr 1/8 der
Gesamtbreite des Bildbereichs ist) durch die Funktion der
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung verworfen.
-
Eine derartige bekannte CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit
variablem Seitenverhältnis ist in den Fig. 6A und 6B dargestellt. Fig. 6A ist
eine Draufsicht, die schematisch die Konfiguration der
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung zeigt, und Fig. 6B ist ein zeitbezogenes Diagramm, das
einen Horizontalaustastimpuls und einen Horizontaltreiberimpuls zum
Ansteuern eines Horizontalregisters zeigt.
-
In diesen Figuren bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Bildbereich, in dem
pixelbildende Lichtempfangselemente 2, ..., 2 in einer Matrix angeordnet
sind. Die Bezugszahl 3 bezeichnet ein Vertikalregister, das im Bildbereich
1 für jede vertikale Linie von Lichtempfangselementen vorhanden ist und so
ausgebildet ist, dass es Signalladungen von den Lichtempfangselementen in
jeder vertikalen Linie vertikal überträgt.
-
Die Lichtempfangselemente 2, ..., 2 und die Vertikalregister 3, ..., 3 sind
im Bildbereich 1 entsprechend dem Seitenverhältnis 16 : 9 angeordnet. Bei
diesem Beispiel beträgt die Anzahl effektiver Pixel in horizontaler
Richtung speziell 948, während die Anzahl effektiver Pixel in vertikaler
Richtung 486 beträgt. Die effektiven Pixel mit der Anzahl 948 · 486 sind alle
wiederzugeben, wenn die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit dem
Seitenverhältnis 16 : 9 verwendet wird. Wenn dagegen die
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit dem Seitenverhältnis 4 : 3 verwendet wird, wenn
Signalladungen in einem überflüssigen Teil 1L auf der linken Seite und in einem
über
flüssigen Teil 1R auf der rechten Seite des Bildbbereichs entladen, d. h.,
dass sie von der CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nicht als Signale
ausgegeben werden. Die Signalladungen aus einem mittleren Teil (notwendiger
Teil) 1C werden selbst dann entladen, wenn die
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit dem Seitenverhältnis 4 : 3 verwendet wird.
-
Es ist zu beachten, dass in Fig. 6 die Lichtempfangselemente 2, ..., 2 und
die Vertikalregister 3, ..., 3 so dargestellt sind, als seien sie nur im
mittleren Teil 1C vorhanden; jedoch sind sie tatsächlich mit denselben
Schrittweiten im überflüssigen Teil 1L auf der linken Seite und im
überflüssigen Teil 1R auf der rechten Seite vorhanden. Sowohl der überflüssige
Teil 1L auf der linken Seite als auch der überflüssige Teil 1R auf der
rechten Seite verfügt über eine Breite, die ungefähr ein Achtel der
Gesamtbreite des Bildbereichs 1 ausmacht; dagegen hat der mittlere Teil 1C eine
Breite, die ungefähr drei Viertel der Gesamtebreite des Bildbereichs 1
ausmacht.
-
Die Bezugszahl 4 bezeichnet ein Horizontalregister zum Übertragen von
Signalladungen in horizontaler Richtung, die vertikal von den
Vertikalregistern 3, ..., 3 übertragen wurden. Das Horizontalregister 4 kann entweder an
der oberen oder der unteren Seite des Bildbereichs 1 vorhanden sein, und
bei diesem Ausführungsbeispiel ist es an der unteren Seite des Bildbereichs
1 vorhanden. Die Bezugszahl 5 bezeichnet einen Ausgabeabschnitt, der auf
der Seite des Ausgangsendes des Horizontalregisters 4 vorhanden ist, um
Signalladungen in elektrische Signale (Spannungen) umzusetzen. Der
Ausgangsabschnitt 5 dient auch als Einrichtung zum Verwerfen überflüssiger
Signalladungen, wie sie vom Horizontalregister 4 ausgegeben werden.
-
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 6B die Funktion der
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung beschrieben.
-
Im Modus mit dem Seitenverhältnis 16 : 9 erfolgt eine horizontale Übertragung
durch das Horizontalregister 4 während der Horizontalabrasterperiode auf
dieselbe Weise wie bei einer üblichen
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung. Dabei beträgt die Frequenz eines Horizontal-Ansteuerimpulses zum
Ansteuern des Horizontalregisters 4, d. h. die Horizontal-Ansteuerfrequenz,
z. B. 18 MHz. Dann wird während einer Horizontalaustastperiode eine
Vertikalübertragung, d. h. eine Übertragung von Signalladungen durch die
Vertikalregister 3, ..., 3 in vertikaler Richtung ausgeführt. Durch eine
derartige Vertikalübertragung werden Signalladungen in den Vertikalregistern 3,
3 einer horizontalen Zeile in das Horizontalregister 4 übertragen.
-
Im Modus mit dem Seitenverhältnis 4 : 3 ist der Ablauf komplizierter als im
16 : 9-Modus. Während der Horizontalabrasterperiode werden Signalladungen im
mittleren Teil 1C des Bildbereichs 1, d. h. nur die notwendigen
Signalladungen horizontal übertragen und ausgegeben. Dann werden, während der
Horizontalaustastperiode, Signalladungen im überflüssigen Teil 1R auf der rechten
Seite entladen, gefolgt von einer Vertikalübertragung, und es werden
Signalladungen im überflüssigen Teil 1L auf der linken Seite entladen.
Genauer gesagt, werden als erstes die Signalladungen im notwendigen Teil 1C für
die horizontale Zeile n übertragen. Anschließend werden, während der
Horizontalaustastperiode, Signalladungen im überflüssigen Teil 1R auf der
rechten Seite für die horizontale Zeile n entladen, gefolgt von einer
vertikalen Übertragung zum Übertragen von Signalladungen für die horizontale Zeile
n+1 in das Horizontalregister 4, und es werden die Signalladungen im
überflüssigen Teil 1L auf der linken Seite für die Zeile n+1 entladen.
-
Zusammengefasst gesagt, müssen während der Horizontalaustastperiode die
Ansteuerung des Horizontalregisters, die Vertikalübertragung und die
Ansteuerung des Horizontalregisters ausgeführt werden.
-
Nachdem die obige Horizontalaustastperiode beendet ist, d. h. in der
folgenden Horizontal-Abrasterperiode, werden Signalladungen im notwendigen Teil
10 für die Zeile n+1 horizontal übertragen. Es wird darauf hingewiesen,
dass die Frequenz des Horizontal-Ansteuerimpulses des Horizontalregisters 4
in der Horizontal-Abrasterperiode im 4 : 3-Modus, d. h. die
Horizontal-Ansteuerfrequenz 13,5 MHz beträgt und die Frequenz des
Horizontal-Ansteuerimpulses zum Entladen von Signalladungen in der Horizontalaustastperiode z. B.
54 MHz beträgt.
-
Die oben beschriebene, bekannte CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit
variablem Seitenverhältnis zeigt den Nachteil, dass das Horizontalregister
4 im 4 : 3-Modus mit hoher Geschwindigkeit angesteuert werden muss, um
Signalladungen im überflüssigen Teil zu entladen. Genauer gesagt, beträgt die
Horizontal-Ansteuerfrequenz für eine für den 16 : 9-Modus spezialisierte CCD-
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung nur 18 MHz und nur 13,4 MHz für eine
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, die auf den 4 : 3-Modus spezialisiert
ist. Im Fall einer CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit variablem
Seitenverhältnis muss jedoch das Horizontalregister 4, wenn es im 4 : 3-Modus
verwendet wird, mit sehr hoher Geschwindigkeit angesteuert werden, z. B.
-
mit 54 MHz, um Signalladungen im überflüssigen Teil während der
Horizontalaustastperiode zu verwerfen. Dies bietet Nachteile dahingehend, dass
unerwünschte Strahlung erhöht ist; die Übertragungsgeschwindigkeit des
Horizontalregisters erhöht ist; der Energieverbrauch des Horizontalregisters
erhöht ist und der Anteil fehlerhafter Übertragungen durch das
Horizontalregister erhöht ist.
-
Genauer gesagt, ist die unerwünschte Strahlung umso höher, je höher die
Frequenz des Ansteuerimpulses ist, und die erhöhte unerwünschte Strahlung
übt nachteilige Wirkungen auf den Innen- und Außenraum der CCD-Festkörper-
Bildaufnahmevorrichtung aus und erhöht auch den Energieverbrauch des
Horizontalregisters. Im Ergebnis ist es erforderlich, zu verhindern, dass die
Ansteuerfrequenz erhöht wird, oder den Anteil eines Terms, in dem die
Ansteuerfrequenz relativ hoch ist, auf eine Horizontalperiode zu verringern.
-
Im Allgemeinen besteht die Tendenz, dass erhöhte
Übertragungsgeschwindigkeit zu Fehlern bei der Übertragung im Horizontalregister führt, und
demgemäß ist ein sehr hohes Funktionsvermögen für das Horizontalregister
erforderlich, um die Erzeugung von Fehlern in ihm auch bei hoher
Übertragungsgeschwindigkeit zu verhindern. Ein Horizontalregister, das ein derartig hohes
Funktionsvermögen zeigen kann, ist schwierig zu erhalten. Aus diesen
Gründen ist es erforderlich, die Horizontal-Ansteuerfrequenz des
Horizontalregisters abzusenken, um derartige Mängel zu vermeiden.
-
Beim Verfahren und der Videokamera, wie sie aus EP-A-547 697 bekannt sind,
ist eine Einrichtung vorhanden, durch die die Vorrichtung in einen von zwei
Zu ständen versetzt werden kann, wobei in einem ersten Zustand die Signale
von allen Spalten des Systems verwendet werden (gemäß dem Seitenverhältnis
16 : 9), während im zweiten Zustand Signale von einer Anzahl von Spalten
nicht verwendet werden (entsprechend dem Seitenverhältnis 4 : 3). Bei dieser
bekannten CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung bilden die nicht
verwendeten Spalten des Bildbereichs im zweiten Zustand der Vorrichtung
(Seitenverhältnis 4 : 3) zwei Streifen von Spalten auf jeder Seite des Systems, und die
aus diesen Spalten gewonnenen Ladungen werden gleichzeitig mit den Ladungen
von Spalten, die verwendet werden, an das Horizontal-Ausleseregister
übertragen und vom Register in einem Zeitintervall abgeleitet, das zwischen
zwei aufeinanderfolgenden aktiven Zeilenzeiten liegt. Ferner werden die von
den nicht verwendeten Spalten herrührenden Ladungen in derselben Richtung
wie für die verwendeten Spalten in das Horizontalregister transportiert und
teilweise vor der aktiven Zeilenzeit, in der die verwendeten Ladungen
aus
gelesen werden, und teilweise nach dieser aktiven Meilenzeit abgeleitet.
Ferner haben die Taktspannungen, die für den Ladungstransport im
Horizontalregister im zweiten Zustand der Vorrichtung während des Ableitens der
nicht genutzten Ladungen angelegt werden, eine Frequenz, die höher als die
Frequenz der Taktspannungen in der aktiven Zeilenzeit ist. Während des
Ableitens der nicht genutzten Ladungen entspricht die Frequenz der
Taktspannungen der Frequenz derjenigen Taktspannungen, die in der aktiven
Zeilenzeit im ersten Zustand angelegt werden, in dem die Ladungen aller
Spalten genutzt werden. Diese bekannte CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
verfügt über keine Einrichtung zum Entnehmen von Ladungen, die einen
Schwarzbezugspegel repräsentieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Ansteuerverfahren für eine
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung zu schaffen, das die Frequenz eines
Ansteuerimpulses für das Horizontalregister zum Entladen von Signalladungen in
überflüssigen Signalteilen bei kleinem Seitenverhältnis senken kann oder
eine Periode zum Entladen von Signalladungen in überflüssigen Signalteilen
in jeder Horizontalperiode verkürzen kann, mit einer Ansteuerung der obigen
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung in solcher Weise, dass es möglich
ist, für jede Horizontalperiode einen Schwarzpegel zu erfassen.
-
Um die obige Aufgabe zu lösen, ist durch die Erfindung Folgendes
geschaffen: ein Ansteuerverfahren für eine CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
mit einer Vielzahl von in einer Matrix angeordneten Pixeln, zum Erzeugen
von Signalladungen, einer Anzahl von Vertikalregistern zum Übertragen der
in den Pixeln erzeugten Signalladungen in vertikaler Richtung, mindestens
einem Horizontalregister zum Übertragen der von den Vertikalregistern
übertragenen Signalladungen in horizontaler Richtung, und einem
Ausgangsabschnitt, der mit einem Ende des Horizontalregisters verbunden ist, um die
Signalladungen von diesem Horizontalregister zu empfangen und um diesen
Signalladungen entsprechende elektrische Signale auszugeben, wobei die
Pixel einen Bildbereich bilden, der in mindestens drei Teile unterteilt
ist, nämlich einen ersten Teil auf einer Seite nahe dem Ausgangsabschnitt
in horizontaler Richtung, einen zweiten Teil an einer Seite entfernt vom
Ausgangsabschnitt in horizontaler Richtung sowie einen dritten Teil
zwischen dem ersten und dem zweiten Teil, wobei das Verfahren Folgendes
umfasst:
-
- einen ersten Schritt des Ansteuerns der Vertikalregister, um eine Zeile
der Signalladungen in das Horizontalregister zu übertragen, wobei im ersten
Teil erzeugte erste überflüssige Signalladungen in einen ersten Seitenteil
des Horizontalregisters eingespeichert werden, im dritten Teil erzeugte
notwendige Signalladungen in einen mittleren Teil des Horizontalregisters
eingespeichert werden und im zweiten Teil erzeugte zweite überflüssige
Signalladungen in einen zweiten Seitenteil des Horizontalregisters,
entgegengesetzt zum ersten Seitenteil, eingespeichert werden;
-
- einen zweiten Schritt des Ansteuerns des Horizontalregisters zum
Übertragen der ersten überflüssigen Signalladungen an den Ausgangsabschnitt;
-
- einen dritten Schritt des Ansteuerns des Horizontalregisters zum
Übertragen der notwenigen Signalladungen an den Ausgangsabschnitt und zum
Übertragen der zweiten überflüssigen Signalladungen an den ersten Seitenteil;
-
- einen vierten Schritt des Ansteuerns der Vertikalregister zum Übertragen
der nächsten Zeile der Signalladungen an das Horizontalregister, um dadurch
die zweiten überflüssigen Signalladungen der Zeile und die ersten
überflüssigen Signalladungen der nächsten Zeile zu mischen; und
-
- einen fünften Schritt des Ansteuerns des Horizontalregisters zum
Übertragen der gemischten ersten und zweiten überflüssigen Signalladungen an den
Ausgangsabschnitt;
-
dadurch gekennzeichnet, dass
-
- die CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung ferner einen optisch schwarzen
Bereich an einem Rand des Bildbereichs aufweist, um Signalladungen zu
erzeugen, die einen Schwarzbezugspegel repräsentieren;
-
- das Horizontalregister in einen dem Bildbereich entsprechenden ersten
Registerteil und einen dem optisch schwarzen Bereich entsprechenden zweiten
Registerteil unterteilt ist, wobei der erste und zweite Registerteil
unabhängig angesteuert werden;
-
- und das Verfahren ferner einen sechsten Schritt zwischen dem dritten und
vierten Schritt umfasst, in dem der zweite Registerteil angesteuert wird,
um einen Teil der zweiten überflüssigen Signalladungen an den
Ausgangsabschnitt zu übertragen, um dadurch den zweiten Registerteil zu leeren, und
wobei der vierte Schritt ferner das Übertragen der den Schwarzbezugspegel
repräsentierenden Signalladungen an den zweiten Registerteil umfasst
(Anspruch 1).
-
Bei diesem Verfahren werden beim kleinen Seitenverhältnis Signalladungen im
überflüssigen Teil auf der Seite entfernt vom Ausgangsende eines
Horizontalregisters für die Zeile n mit Signalladungen im überflüssigen Teil auf
der Seite nahe dem Ausgangsende des Horizontalregisters für die Zeile n+1
gemischt, und dann werden die gemischten Signalladungen entladen. Demgemäß
kann die Horizontalübertragung zum Entladen von Signalladungen im einem
überflüssigen Teil unmittelbar nach dem Start jeder
Horizontalaustastperiode, d. h. die Horizontalübertragung an der Vorderseite der
Horizontalaustastperiode, weggelassen werden.
-
Demgemäß kann die Horizontal-Ansteuerfrequenz wesentlich verringert werden,
z. B. auf die Hälfte, oder die Zeit für Übertragung im Horizontalregister
mit hoher Geschwindigkeit zum Entladen von Signalladungen in einem
überflüssigen Teil in jeder Horizontalaustastperiode kann deutlich verringert
werden, z. B. auf die Hälfte.
-
Durch diese Konfiguration ist es möglich, unerwünschte Strahlung zu
verringern; die Wahrscheinlichkeit der Entstehung eines Fehlers bei der
Übertragung im Horizontalregister zu senken; das Erfordernis einer übermäßigen
Erhöhung der Funktion der Hochgeschwindigkeitsübertragung durch das
Horizontalregister zu beseitigen und die Erzeugungszeit unerwünschter Strahlung
in jeder Horizontalperiode zu verkürzen.
-
Gemäß einer bevorzugten Form der Erfindung ist ein Ableitbereich im
Horizontalregister auf der Seite entgegengesetzt zum Bildbereich vorhanden.
Wenn ein Signal entsprechend einem kleinen Seitenverhältnis ausgegeben
wird, wird ein Teil oder die Gesamtheit der Signalladungen, die im
Ausgangsendabschnitt des Horizontalregisters gemischt werden, in den
Ableitbereich entladen.
-
Bei diesem Verfahren kann die Übertragung zum Entladen von Signalladungen
in überflüssigen Teilen durch das Horizontalregister nur an der Rückseite
der Horizontalaustastperiode ausgeführt werden, und ferner kann, da
zumindest ein Teil der Signalladungen in überflüssigen Teilen in den
Ableitbereich hinein entladen werden, die Menge der Signalladungen in den
überflüssigen Teilen, die durch das Horizontalregister zu übertragen sind, so
kontrolliert werden, dass der zulässige Wert für die Horizontalregister nicht
überschritten wird.
-
Genauer gesagt, wird dann, wenn der Ableitbereich nicht vorhanden ist, die
Menge der im Horizontalregister gespeicherten Mischsignalladungen größer,
da bei der Erfindung Signalladungen im überflüssigen Teil auf der rechten
Seite in einer Zeile mit Signalladungen im überflüssigen Teil auf der
linken Seite für die nächste Zeile gemischt werden, und demgemäß muss der
zulässige Bereich zum Verarbeiten von Signalladungen im Horizontalregister
auf einen größeren Wert eingestellt werden, um die Mischsignalladungen
gleichmäßig zu übertragen. Bei diesem Verfahren kann jedoch, da alle
Mischsignalladungen oder ein Teil derselben, der den zulässigen Wert
überschreitet, in den Ableitbereich hinein entladen wird, die Menge an
Signalladungen, die im Horizontalregister übertragen werden muss, verringert werden.
Im Ergebnis kann das Erfordernis einer übermäßigen Erhöhung des zulässigen
Werts zum Verarbeiten von Signalladungen im Horizontalregister beseitigt
werden.
-
Gemäß einer zweiten Erscheinungsform ist durch die Erfindung Folgendes
geschaffen: ein Verfahren zum Ausgeben notwendiger Signalladungen, wie sie
in einem zentralen Teil eines Bildbereichs einer
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung erzeugt werden, als Bildsignal über Vertikalregister und
mindestens ein Horizontalregister, wobei der Bildbereich in drei Teile
unterteilt ist, nämlich einen ersten Randteil, einen zweiten Randteil
entgegengesetzt zum ersten Randteil sowie einen zentralen Teil, der zwischen
dem ersten und dem zweiten Randteil liegt, wobei das Verfahren die
folgenden Schritte umfasst:
-
- Kombinieren erster überflüssiger, im ersten Randteil erzeugter
Signalladungen und zweiter überflüssiger, im zweiten Randteil erzeugter
Signalladungen im Horizontalregister innerhalb einer Horizontalaustastperiode;
-
Ausgeben der kombinierten ersten und zweiten überflüssigen Signalladungen
aus dem Horizontalregister innerhalb der Horizontalaustastperiode; und
-
Ausgeben notwendiger Signalladungen aus dem zentralen Teil des
Bildbereichs, wie im Horizontalregister enthalten, innerhalb einer effektiven
Horizontalperiode;
-
dadurch gekennzeichnet, dass
-
- die CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung ferner einen optisch schwarzen
Bereich am Rand des Bildbereichs aufweist, um Signalladungen zu erzeugen,
die einen Schwarzbezugspegel repräsentieren; und
-
- das Horizontalregister in einen ersten, dem Bildbereich entsprechenden
Registerteil und einen zweiten, dem optisch schwarzen Bereich
entsprechenden Registerteil unterteilt ist, wobei der erste und zweite Registerteil
unabhängig angesteuert werden (Anspruch 3).
-
Ferner ist durch die Erfindung eine Videokamera mit folgendem geschaffen:
-
- einer CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit einem Bildbereich zum
Erzeugen von Signalladungen, einer Anzahl von Vertikalregistern zum
Übertragen der Signalladungen in vertikaler Richtung, mindestens einem
Horizontalregister zum übertragen der von den Vertikalregistern übertragenen
Si
gnalladungen in horizontaler Richtung, einem Ausgangsabschnitt zum Erhalten
der Signalladungen vom Horizontalregister und zum Ausgeben eines den
Signalladungen entsprechenden elektrischen Signals;
-
- einer Funktionseinrichtung mit einem ersten Modus zum Veranlassen der
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, ein erstes elektrisches Signal, das
ersten notwendigen Signalladungen entspricht, die aus einem ersten Bereich
innerhalb des Bildbereichs gewonnen wurden, als erstes Bildsignal
auszugeben, einem zweiten Modus zum Veranlassen der
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, ein zweites elektrisches Signal, das zweiten notwendigen
Signalladungen entspricht, die aus einem zweiten Bereich innerhalb des
Bildbereichs gewonnen wurden, als zweites Bildsignal auszugeben, wobei die
Breite des zweiten Bereichs kleiner als diejenige des ersten Bereichs ist,
und wobei im zweiten Modus in beiden Randteilen des Bildbereichs außerhalb
des zweiten Bereichs überflüssige Signalladungen erzeugt werden;
-
- wobei die Funktionseinrichtung eine Einrichtung zum Kombinieren der in
den beiden Randteilen erzeugten überflüssigen Signalladungen im
Horizontalregister innerhalb einer Horizontalaustastperiode, eine Einrichtung zum
Ausgeben der kombinierten überflüssigen Signalladungen aus dem
Horizontalregister innerhalb der Horizontalaustastperiode sowie eine Einrichtung zum
Ausgeben der zweiten notwendigen Signalladungen aus dem Horizontalregister
innerhalb einer effektiven Horizontalperiode aufweist;
-
dadurch gekennzeichnet, dass
-
- die CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung ferner einen optisch schwarzen
Bereich an einem Rand des Bildbereichs aufweist, um Signalladungen zu
erzeugen, die einen Schwarzbezugspegel repräsentieren; und
-
- das Horizontalregister in einen ersten, dem Bildbereich entsprechenden
Registerteil und einen zweiten, dem optisch schwarzen Bereich
entsprechenden Registerteil unterteilt ist, wobei der erste und zweite Registerteil
unabhängig angesteuert werden (Anspruch 5).
-
Im Zustand, in dem überflüssige Signalladungen auf der Seite
entgegengesetzt zum Ausgangsende des Horizontalregisters für die horizontale Zeile n
im Ausgangsendabschnitt des zweiten Horizontalregisterteils verbleiben,
werden Signalladungen für die horizontale Zeile n+1 in den ersten
Horizontalregisterteil übertragen, so dass Signalladungen im optische schwarzen
Bereich aufgenommen werden und die obigen überflüssigen Signalladungen mit
den überflüssigen Ladungen auf der Seite des Ausgangsendes des
Horizontalregisters für die horizontale Zeile n+1 gemischt werden. Danach wird der
erste Horizontalregisterteil so angesteuert, dass er die Signalladungen im
optisch schwarzen Bereich (Signalladungen, die einen Schwarzpegel
repräsen
tieren) entnimmt, und dann werden die gemischten Signalladungen entladen.
-
Im Ergebnis kann die Ansteuerfrequenz für die Horizontalregister zum
Entladen überflüssiger Signalladungen auf die Hälfte verringert werden, und
ferner kann der Schwarzpegel in der Horizontalperiode erfasst werden.
-
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen
ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Fig. 1A ist eine Ansicht, die schematisch die Konfiguration einer
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung zeigt;
-
Fig. 1B ist ein zeitbezogenes Diagramm, das einen Horizontalaustastimpuls
und einen Horizontal-Ansteuerimpuls zum Ansteuern eines Horizontalregisters
zeigt;
-
Fig. 1C ist ein Diagramm zum Veranschaulichen des Flusses von
Signalladungen im Horizontalregister im Modus mit dem Seitenverhältnis 4 : 3;
-
Fig. 2A ist eine Draufsicht einer weiteren
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung;
-
Fig. 2B ist eine Schnittansicht, die einen Ableitbereich, einen Gatebereich
und dergleichen in der CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung von Fig. 2A
zeigt;
-
Fig. 2C ist ein Diagramm, das ein Potentialprofil im in Fig. 2B
dargestellten Teil beim Entladen überflüssiger Ladungen in den Ableitbereich in der
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung der Fig. 2A, 2B zeigt;
-
Fig. 3A ist eine Draufsicht einer weiteren
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung;
-
Fig. 3B ist eine Ansicht zum Veranschaulichen der Funktion der in Fig. 3A
dargestellten CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung;
-
Fig. 4A ist eine Draufsicht einer CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung,
wie sie bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum
Ansteuern einer CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung verwendet wird;
-
Fig. 4B ist ein Diagramm zum Veranschaulichen des Flusses von
Signalladungen in einem Horizontalregister im 4 : 3-Modus beim Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 4A;
-
Fig. 5 ist ein zeitbezogenes Diagramm zum Veranschaulichen der Funktion des
Horizontalregisters im 16 : 9-Modus und im 4 : 3-Modus beim Ausführungsbeispiel
der Fig. 4A und 4B;
-
Fig. 6A ist eine Draufsicht, die schematisch die Konfiguration einer
bekannten Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit variablem Seitenverhältnis
zeigt; und
-
Fig. 6B ist ein zeitbezogenes Diagramm, das einen Horizontalaustastimpuls
und einen Horizontal-Ansteuerimpuls zum Ansteuern des Horizontalregisters
bei der in Fig. 6A dargestellten bekannten
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung zeigt.
-
Fig. 1A ist eine Draufsicht, die schematisch die Konfiguration einer
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung zeigt; Fig. 1B ist ein zeitbezogenes
Diagramm, das einen Horizontalaustastimpuls und einen
Horizontal-Ansteuerimpuls zum Ansteuern eines Horizontalregisters zeigt; und Fig. 1C ist eine
Ansicht, die den Fluss von Signalladungen im Horizontalregister im Modus
mit dem Seitenverhältnis 4 : 3 veranschaulicht.
-
In diesen Figuren, die keine charakteristischen Merkmale der Erfindung
zeigen, bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Bildbereich, in dem
Lichtempfangselemente 2, ..., 2 in einer Matrix angeordnet sind. Die Bezugszahl 3
bezeichnet ein Vertikalregister, wie es im Bildbereich 1 für jede vertikale
Linie von Lichtempfangselementen vorhanden ist und das so ausgebildet ist,
dass es Signalladungen von den Lichtempfangselementen in der vertikalen
Linie vertikal überträgt.
-
Die Lichtempfangselemente 2, ..., 2 sowie die Vertikalregister 3, ..., 3
sind entsprechend dem Seitenverhältnis 16 : 9 angeordnet. Genauer gesagt,
beträgt bei diesem Beispiel die Anzahl effektiver Pixel in horizontaler
Richtung 948, während die Anzahl effektiver Pixel in vertikaler Richtung
486 beträgt. Die mit der Anzahl 948 · 486 vorliegenden effektiven Pixel
sind im Modus mit dem Seitenverhältnis 16 : 9 alle wiederzugeben.
Andererseits werden im Modus mit dem Seitenverhältnis 4 : 3 Signalladungen im
überflüssigen Teil 1L auf der linken Seite und im überflüssigen Teil 1R auf der
rechten Seite des Bildbereichs als überflüssige Signalladungen entladen.
Die Signalladungen von einem mittleren Teil 1C werden selbst im Modus mit
dem Seitenverhältnis 4 : 3 nicht entladen. Sowohl der überflüssige Teil 1L
auf der linken Seite als auch der überflüssige Teil 1R auf der rechten
Seite verfügt über eine Breite, die ungefähr ein Achtel der Gesamtbreite
des Bildbereichs 1 ist. Der mittlere Teil 1C verfügt über eine Breite, die
ungefähr drei Viertel der Gesamtbreite des Bildbereichs 1 ist.
-
Die Bezugszahl 4 bezeichnet ein Horizontalregister, das an der unteren
Seite des Bildbereichs 1 vorhanden ist, um vertikal von den
Vertikalregistern 3, ..., 3 übertragene Signalladungen horizontal zu übertragen. Die
Bezugszahl 5 bezeichnet einen Ausgangsabschnitt, der am Ausgangsende des
Horizontalregisters 4 vorhanden ist, um Signalladungen in elektrische
Signale (Spannungen) umzusetzen und um die elektrischen Signale nach außen
auszugeben. Der Ausgangsabschnitt 5 dient auch als Einrichtung zum
Verwerfen von vom Horizontalregister 4 ausgegebenen Signalladungen.
-
Die Bezugszahl 21 bezeichnet eine Signalverarbeitungseinheit zum
Verarbeiten eines Signals, das im Ausgangsabschnitt 5 in eine Spannung umgesetzt
wurde. In der Signalverarbeitungseinheit 21 werden ein Fernsehsignal und
dergleichen erzeugt. Das Vertikalregister 3 und das Horizontalregister 4
werden durch Treiber 18 bzw. 19 angesteuert, um zu arbeiten. Die Bezugszahl
20 bezeichnet einen Zeitsignalgenerator zum Steuern der Treiber 18, 19.
-
Als nächstes wird die Funktion dieser
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 1B und 1C beschrieben.
-
Im Modus mit dem Seitenverhältnis 16 : 9, wie bei einer üblichen
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, erfolgt die Horizontalübertragung durch das
Horizontalregister 4 während der Horizontal-Abrasterperiode. In dieser Zeit
beträgt die Frequenz eines Horizontal-Ansteuerimpulses zum Ansteuern des
Horizontalregisters 4, d. h. die Horizontal-Ansteuerfrequenz, z. B. 18 MHz.
Während der Horizontalaustastperiode wird eine Vertikalübertragung für
Signalladungen durch die Vertikalregister 3, ..., 3 ausgeführt. Durch eine
derartige Übertragung werden Signalladungen in den Vertikalregistern 3,
...,3 in einer horizontalen Zeile an das Horizontalregister 4 übertragen.
-
Im Modus mit dem Seitenverhältnis 4 : 3 ist die Funktion komplizierter als im
1.6 : 9-Modus. Nachdem eine Horizontalabrasterung beendet ist und die
Horizontalaustastung gestartet ist (t1: Startzeitpunkt der
Horizontalaustastperiode), wird eine Vertikalübertragung intermittierend ausgeführt. Der Zustand
des Horizontalregisters 4 zum Zeitpunkt, zu dem die Vertikalübertragung
beendet ist (t2: Endzeitpunkt der Vertikalübertragung) ist in (1) in Fig.
1C dargestellt. In diesem Zustand sind die Signalladungen in einer
horizontalen Zeile (Zeile n) alle in das Horizontalregister 4 eingespeichert.
Demgemäß sind Signalladungen L1 im überflüssigen Teil 1L auf der linken
Seite in den Ausgangsendabschnitt eingespeichert; Signalladungen C1 im
notwendigen Teil 1C sind in den mittleren Teil eingespeichert; und
Signalladungen R1 im überflüssigen Teil 1R auf der rechten Seite sind auf der
Seite entgegengesetzt zum Ausgangsendabschnitt eingespeichert.
-
Die Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß diesem Beispiel unterscheidet
sich dahingehend stark von der in Fig. 6A dargestellten CCD-Festkörper-
Bildaufnahmevorrichtung, dass die Vertikalübertragung unmittelbar nach den
Start der Horizontalaustastung gestartet wird, d. h., dass an der
Vorderseite der Horizontalaustastperiode keine Übertragung zum Entladen von
Signalladungen im überflüssigen Teil ausgeführt wird.
-
Nachdem die Vertikalübertragung beendet ist, führt das Horizontalregister 4
eine Übertragung zum Entladen von Signalladungen im überflüssigen Teil aus,
bevor die Horizontalaustastung endet (t3: Endzeitpunkt der
Horizontalaustastung). Die Übertragung im Horizontalregister wird durch einen
Horizontal-Ansteuerimpuls mit einer Frequenz von z. B. 27 MHz ausgeführt. Der
Zustand des Horizontalregisters 4 zum Endzeitpunkt t3 der
Horizontalaustastperiode ist durch (2) in Fig. 1C dargestellt. Wie es aus der Figur
erkennbar ist, sind zu diesem Zeitpunkt die Signalladungen L1 im
überflüssigen Teil aus dem Horizontalregister ausgegeben, und die Signalladungen C1
im notwendigen Teil warten auf die Übertragung an den Ausgangsabschnitt 5.
Die Signalladungen R1 im überflüssigen Teil 1R auf der rechten Seite folgen
an der Rückseite (auf der rechten Seite) der Signalladungen C&sub1; im
notwendigen Teil.
-
Nachdem die Horizontalaustastung beendet ist, wird die
Horizontalabrasterung gestartet, so dass die Signalladungen G1 im notwendigen Teil 1C an das
Horizontalregister 4 übertragen werden. Das heißt, dass die ursprüngliche
Horizontalübertragung ausgeführt wird. Die Übertragung im
Horizontalregis
ter wird durch
den Horizontal-Ansteuerimpuls mit einer
Horizontal-Ansteuerfrequenz von 13,5 MHz ausgeführt. Der Zustand des Horizontalregisters 4 zum
Zeitpunkt (t1), zu dem die Horizontalübertragung beendet ist, ist durch (3)
in Fig. 1C dargestellt. In einem solchen Zustand liegen die Signalladungen
R1 im überflüssigen Teil 1R auf der rechten Seite am Ausgangsendabschnitt
des Horizontalregisters 4.
-
Wenn die Horizontalaustastung startet, wird eine Vertikalübertragung
ausgeführt, so dass Signalladungen in der nächsten horizontalen Zeile (Zeile
n+1) von den Vertikalregistern 3, ..., 3 in das Horizontalregister 4
übertragen werden. Der Zustand des Horizontalregisters 4 zum Zeitpunkt t2, zu
dem die Vertikalübertragung (t1 - t2) beendet ist, ist durch (4) in Fig. 1C
dargestellt.
-
Wie es aus der Figur erkennbar ist, werden die Signalladungen L2 im
überflüssigen Teil 1L auf der linken Seite für die Zeile n+1 an den
Ausgangsendabschnitt des Horizontalregisters 4 übertragen, und dann werden sie mit
den Signalladungen R1 im überflüssigen Teil 1R auf der rechten Seite für
die Zeile n, wie bereits darin gespeichert, gemischt.
-
Außerdem werden Signalladungen C&sub2; im notwendigen Teil für die Zeile n+1 in
den mittleren Teil des Horizontalregisters 4 übertragen, und Signalladungen
R2 im überflüssigen Teil auf der rechten Seite für die Zeile n+1 werden an
die Seite entgegengesetzt zum Ausgangsendabschnitt des Horizontalregisters
4 übertragen. Nachdem die Vertikalübertragung beendet ist, wird die
Horizontalübertragung zum Entladen der Mischsignalladungen (R1 + L2) in den
überflüssigen Teilen ausgeführt. Der Zustand des Horizontalregisters 4 zum
Zeitpunkt t3, zu dem die Horizontalübertragung zum Entladen der
Signalladungen (R1 + L2) beendet ist, ist durch (5) in Fig. 1C dargestellt. Dies
ist derselbe Zustand wie derjenige, der durch (2) in Fig. 1C dargestellt
ist, mit der Ausnahme, dass die Signalladungen in der Zeile n in (2)
gespeichert sind, während in (5) die Signalladungen in der Zeile n+1
gespeichert sind. Danach wird die ursprüngliche Horizontalübertragung ausgeführt.
Ein solcher Ablauf wird wiederholt.
-
Gemäß einem derartigen Ansteuerungsverfahren werden im Modus mit dem
kleinen Seitenverhältnis von 4 : 3 die Signalladungen R2 im überflüssigen Teil 1R
auf der rechten Seite auf der Seite entfernt vom Ausgangsende des
Horizontalregisters 4 für die horizontale Zeile n mit den Signalladungen L2 im
überflüssigen Teil 1L auf der linken Seite auf der Seite nahe dem
Ausgangs
ende
des Horizontalregisters 4 für die horizontale Zeile n + 1 gemischt, und
die Mischsignalladungen (R1 + L2) werden entladen. So ist es nicht
erforderlich, eine Horizontalübertragung zum Entladen von Signalladungen in
einem überflüssigen Teil unmittelbar nach dem Start der
Horizontalaustastperiode auszuführen. Anders gesagt, kann das Ansteuern des
Horizontalregisters 4 zum Entladen der Signalladungen im überflüssigen Teil erst an der
Rückseite der Horizontalaustastperiode ausgeführt werden. Demgemäß kann die
Horizontal-Ansteuerfrequenz zum Entladen von Signalladungen im
überflüssigen Teil vom herkömmlichen Wert von 54 MHz auf die Hälfte, 27 MHz,
verringert werden.
-
Dies ermöglicht es, unerwünschte Strahlung zu verringern, die
Wahrscheinlichkeit der Entstehung eines Fehlers bei der Übertragung im
Horizontalregister zu senken und das Erfordernis zu beseitigen, die
Übertragungsgeschwindigkeit im Horizontalregister übermäßig zu erhöhen.
-
Als Variation des obigen Ansteuerverfahrens einer
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung wird die Horizontal-Ansteuerfrequenz zum Entladen von
Signalladungen im überflüssigen Teil nicht gegenüber der herkömmlichen
geändert, sondern statt dessen kann die Zeit halbiert werden, die dazu
erforderlich ist, Signalladungen im überflüssigen Teil für jede
Horizontalaustastperiode zu entladen (was die Vertikalübertragungszeit verlängert).
Im Ergebnis kann die Erzeugungszeit unerwünschter Strahlung in jeder
Horizontalperiode verkürzt werden, und dadurch kann die Wahrscheinlichkeit der
Erzeugung eines Fehlers auf Grund unerwünschter Strahlung verringert
werden.
-
Fig. 2A ist eine Draufsicht einer anderen
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, Fig. 2B ist eine Schnittansicht, die einen Ableitbereich und
einem Gatebereich zeigt; und Fig. 2C ist eine Ansicht, die ein
Potentialprofil eines in Fig. 2B dargestellten Teils beim Entladen überflüssiger
Ladungen in den Ableitbereich zeigt.
-
Die CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß Fig. 2A verfügt über einen
Gatebereich 6 auf der Seite entgegengesetzt zum Bildbereich, bezogen auf
ein Horizontalregister 4, und sie verfügt auch über einen Ableitbereich 7
auf der Seite entgegengesetzt zum Horizontalregister, bezogen auf den
Gatebereich 6. Diese Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung hat dieselbe
Konfiguration wie die oben beschriebene, die in Fig. 1A dargestellt ist, mit der
Ausnahme, dass ein Teil der Signalladungen in überflüssigen Teilen, die im
Horizontalregister 4 gemischt sind, genauer gesagt, überschüssige
Signalladungen durch den Gatebereich 6 in den Ableitbereich 7 entladen werden.
Demgemäß sind Teile, die solchen in Fig. 1A entsprechen, mit denselben
Zahlen und Zeichen gekennzeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
-
Im Gatebereich 6 ist eine Potentialbarriere dadurch vorhanden, dass an der
Oberflächenschicht eines Horizontalübertragungskanals (n-Typ) 8 unter
Verwendung von Ionenimplantation oder dergleichen ein n&supmin;-Halbleiterbereich
ausgebildet ist. Der Ableitbereich 7 ist ein n&supmin;-Halbleiterbereich, der so
ausgebildet ist, dass er an den Gatebereich 6 angrenzt. Eine
Horizontalübertragungselektrode dient als Gateelektrode zum Entladen von
Signalladungen aus dem Horizontalregister 4 in den Ableitbereich 7. Die Höhe der
Potentialbarriere wird so bestimmt, dass Signalladungen über einem zulässigen
Wert auf die Seite des Ableitbereichs 7 überlaufen.
-
Die Ansteuerung dieser Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung erfolgt auf
dieselbe Weise wie diejenige der in Fig. 1A dargestellten, mit der Ausnahme,
dass dann, wenn Signalladungen in überflüssigen Bereichen, wie im
Ausgangsendabschnitt des Horizontalregisters 4 gemischt (R1 + L2, siehe den durch
(4) in Fig. 1C dargestellten Zustand), die Höhe der Potentialbarriere des
Gatebereichs 6 überschreiten, der überschüssige Teil der Signalladungen in
den Ableitbereich 7 fließt, um so entladen zu werden. Im Ergebnis kann die
Übertragung durch das Horizontalregister nur zum Entladen des restlichen
Teils der überflüssigen Signalladungen (R1 + L2) ausgeführt werden, wodurch
das Erfordernis beseitigt ist, das Speichervermögen des Horizontalregisters
4 übermäßig zu erhöhen.
-
Genauer gesagt, besteht dann, wenn der Ableitbereich nicht vorhanden ist
und die Signalladungen R1 im überflüssigen Teil 1R auf der rechten Seite
für eine Zeile mit den Signalladungen L2 im überflüssigen Teil 1L auf der
linken Seite für die nächste Zeile gemischt werden, die Möglichkeit, die
Mischungsmenge der Signalladungen (R1 + L2) deutlich zu erhöhen. In diesem
Fall muss zum gleichmäßigen Übertragen der Mischsignalladungen (R1 + L2),
d. h. zum Übertragen derselben ohne Leck, das Speichervermögen des
Horizontalregisters zum Verarbeiten der Signalladungen wesentlich erhöht werden.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel kann jedoch, da der überschüssige Teil der
Düschsignalladungen, die über die Potentialbarriere des Gatebereichs 6
fließen, in den Ableitbereich 7 entladen wird, der restliche Teil der
Mischsignalladungen, der durch das Horizontalregister 4 auszugeben ist,
verringert werden. Im Ergebnis kann das Erfordernis einer Erhöhung des
Speichervermögens
des Horizontalregisters 4 zum Verarbeiten der
Signalladungen beseitigt werden. In dieser Hinsicht ist die oben beschriebene CCD-
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung der ersten
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß den Fig. 1A bis 1C überlegen.
-
Bei der CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß den Fig. 2A - 2C ist
keinerlei Elektrode zum unabhängigen Steuern des Gatebereichs 6 vorhanden;
jedoch kann eine derartige Elektrode vorhanden sein, um das Gate auf
Grundlage eines Steuersignals zu öffnen/zu schließen. Genauer gesagt, kann an
eine speziell für den Gatebereich 65 vorhandene Elektrode eine spezielle
Gleichvorspannung angelegt werden, um durch die Vorspannung eine
spezifizierte Potentialbarriere auszubilden. Auf diese Weise können für den
Gatebereich verschiedene Variationen vorgenommen werden.
-
Fig. 3A ist eine Draufsicht einer anderen
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, und Fig. 3B ist ein Diagramm zum Veranschaulichen der Funktion
dieser CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung.
-
Ein Ableitbereich 7 und ein Gatebereich 6 sind nur an solchen Positionen
ausgebildet, die dem Ausgangsendabschnitt des Horizontalregisters 4
entsprechen, wie es durch die durchgezogene Zeile in Fig. 3A dargestellt ist.
Der Grund hierfür ist der folgende. Nur im Ausgangsendabschnitt des
Horizontalregisters 4 ist die Signalladungsmenge durch die Mischung von
Signalladungen im überflüssigen Teil auf der rechten Seite für eine Zeile mit
Signalladungen im überflüssigen Teil auf der linken Seite für die nächste
Zeile erhöht. Im Ergebnis müssen der Gatebereich 6 und der Ableitbereich 7
nicht an solchen Positionen vorhanden sein, die dem mittleren Teil des
Horizontalregisters 4 entsprechen. Darüber hinaus werden dann, wenn der
Ableitbereich 7 und dergleichen im mittleren Teil nicht vorhanden sind,
Signalladungen im notwendigen Teil nicht in den Ableitbereich 7 entladen,
und demgemäß können das Design und die Herstellung des Gatebereichs 6 und
des Ableitbereichs 7 nur grob unter Berücksichtigung der Entladung
überflüssiger Signalladungen erfolgen.
-
Der Gatebereich 6 wird durch eine unabhängige Elektrode auf Grundlage eines
Steuersignals gesteuert.
-
Übrigens ist im 4 : 3-Modus die Anzahl von Pixeln im überflüssigen Teil 1L
auf der linken Seite manchmal verschieden von derjenigen im überflüssigen
Teil 1R auf der rechten Seite. Genauer gesagt, ist, wie es in Fig. 3B
dar
gestellt ist, in manchen Fällen der überflüssige Teil auf der linken Seite
hinsichtlich der Anzahl von Pixeln größer als der überflüssige Teil auf der
rechten Seite. In diesem Fall werden, nachdem die Horizontalübertragung für
Signalladungen im notwendigen Teil während der Horizontal-Abrasterperiode
beendet ist, die Signalladungen R1 im überflüssigen Teil auf der rechten
Seite entsprechend einer Pixeldifferenz übermäßig übertragen, um es zu
ermöglichen, dass der Kopf der Signalladungen R1 am Ausgangsende des
Horizontalregisters 4 liegt.
-
Wenn die Gateelektrode 6 auf Grundlage eines Steuersignals
geöffnet/geschlossen wird, wird das Gate nur in der Vertikalübertragungsperiode
geöffnet. Demgemäß werden, nachdem die Horizontalübertragung der Signalladungen
im notwendigen Teil 1C für eine Zeile beendet ist, ein Teil oder die
Gesamtheit der Signalladungen im überflüssigen Teil 1R auf der rechten Seite
für diese Zeile vor der Vertikalübertragung in das Horizontalregister 7
ausgegeben, und dann werden Signalladungen für die nächste Zeile von den
Vertikalregistern in das Horizontalregister 4 übertragen. Im Ergebnis ist
selbst dann, wenn Signalladungen im überflüssigen Teil 1L auf der linken
Seite für die neue Zeile im Ausgangsendabschnitt des Horizontalregisters 4
gespeichert werden, die Menge darin vorhandener Signalladungen nicht
übermäßig erhöht.
-
Wie es durch die gestrichelte Linie in Fig. 3A dargestellt ist, können im
Horizontalregister 4 der Ableitbereich 7 und der Gatebereich 6 selbst im
Endabschnitt entgegengesetzt zum Ausgangsendabschnitt ausgebildet sein. So
kann ein Teil oder die Gesamtheit der Signalladungen im überflüssigen Teil
1R auf der rechten Seite, wie mit den Signalladungen im überflüssigen Teil
1L auf der linken Seite am Ausgangsendabschnitt des Horizontalregisters 4
über den Gatebereich 6 in den Ableitbereich 7 entladen werden. Demgemäß
kann selbst dann, wenn die Signalladungen in der überflüssigen Teilen am
Ausgangsendabschnitt des Horizontalregisters 4 gemischt sind, die
Möglichkeit, dass die Signalladungen in andere Teile als den Ableitbereich 7
überlaufen, vollkommen verhindert werden.
-
In den Fig. 4A, 4B und 5 ist ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens und der
Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Fig. 4A ist eine Draufsicht
einer CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß diesem
Ausführungsbeispiel, und Fig. 4B ist ein Diagramm zum Veranschaulichen des Flusses von
Signalladungen im Horizontalregister im 4 : 3-Modus. Fig. 5 ist ein
zeitbezogenes Diagramm zum Veranschaulichen der Funktion des Horizontalregisters
im
16 : 9-Modus und im 4 : 3-Modus.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird für jede Horizontalperiode ein
Schwarzpegel erfasst, und aus einem Signal wird eine Dunkelstromkomponente
gelöscht.
-
Bei jeder der oben beschriebenen CCD-Bildaufnahmevorrichtungen kann die
Horizontal-Ansteuerfrequenz zum Entladen überflüssiger Signale im
Horizontalregister in einer CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit variablem
Seitenverhältnis auf z. B. die Hälfte der herkömmlichen, gemäß den Fig. 6A,
6B, verringert werden; jedoch wird bei den in den Fig. 1A bis 1C, 2A bis 2C
und 3A, 3B dargestellten Beispielen keine Erfassung eines Schwarzpegels
ausgeführt, um einen Schwarzpegel aus einem Signal zu entfernen.
-
Beim in den Fig. 4A, 4B, 5 dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung
erfolgte ein Versuch zum Erfassen des Schwarzpegels für jede
Halbbildperiode durch Bereitstellen eines optisch schwarzen Bereichs an der Ober- oder
der Unterseite des Bildbereichs. Dies, weil zum Erfassen eines
Schwarzpegels für jede Horizontalperiode es selbst im 4 : 3-Modus erforderlich ist,
einen vertikalen optisch schwarzen Bereich benachbart zur linken oder
rechten Seite des notwendigen Bereichs 1C des Bildbereichs (effektiver Bereich
im 4 : 3-Modus) anzubringen; jedoch scheint ein derartiges Anbringen
unzweckdienlich zu sein, da es die Bilderzeugung im 16 : 9-Modus behindert.
-
Wenn ein optisch schwarzer Bereich an der Ober- oder Unterseite des
Bildbereichs vorhanden ist, um einen Schwarzpegel zu erfassen, erfolgt jedoch die
Erfassung nur für jede Halbbildperiode. Genauer gesagt, ist die
Erfassungsperiode ziemlich länger als die Horizontalperiode (525/2 mal
Horizontalperiode im Fall des NTSC-Typs), so dass Störsignale auf der niederfrequenten
Seite auftreten, wenn ein Schwarzsignal geklemmt wird.
-
Bei einer CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, insbesondere einer CCD-
Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung vom FIT(Frame Interline =
Vollbild-Zeilensprung)-Typ ist der Dunkelstrom in einem Schirminhalt nicht konstant,
d. h., dass die Schwankung des Dunkelstroms entlang der vertikalen Richtung
ziemlich groß ist. Genauer gesagt, wird bei einer
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung vom FIT-Typ ein Dunkelstrom hauptsächlich in einem
Ansammlungsbereich erzeugt, und die zum Vorliegen von Ladungen im Sammelbereich
erforderliche Zeit differiert für jede Zeile. Im Ergebnis liegt in einer
horizontalen Zeile an der Oberseite des Schirms die obige Zeit in der
Grö
ßenordnung von einigen H, wodurch der Dunkelstrom relativ niedrig ist.
Dagegen ist für eine horizontale Zeile an der Oberseite des Schirms die zum
Vorliegen von Ladungen im Sammelbereich erforderliche Zeit länger, weswegen
der Dunkelstrom deutlich größer ist.
-
Angesichts des Vorstehenden, erfolgte beim Ausführungsbeispiel der
Erfindung der Versuch, einen Schwarzpegel in der Horizontalperiode entweder im
16 : 9-Modus oder im 4 : 3-Modus einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit
variablem Seitenverhältnis zu erfassen.
-
Das erste Merkmal der CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung des
Ausführungsbeispiels liegt darin, dass angrenzend an die linke Seite des
Bildbereichs 1 ein optisch schwarzer Bereich 1B vorhanden ist, wobei er, genauer
gesagt, im 4 : 3-Modus angrenzend an die linke Seite des überflüssigen Teils
1L auf der Ausgangsendseite der Horizontalübertragung vorhanden ist.
-
Das zweite Merkmal liegt darin, dass das Horizontalregister 4 in zwei Teile
unterteilt ist, nämlich einen ersten Horizontalregisterteil H#1-CCD und
einen zweiten Horizontalregisterteil H#2-CCD. Der erste
Horizontalregisterteil H#1-CCD ist entsprechend dem Bildbereich vorhanden, während der zweite
Horizontalregisterbereich H#2-CCD entsprechend dem optisch schwarzen
Bereich 1B vorhanden ist.
-
Der erste und der zweite Horizontalregisterteil H#1-CCD und H#2-CCD werden
unabhängig durch einen Treiber 16 gesteuert. Jede der Bezugszahlen ΦH#1,
ΦH#2 bezeichnet einen Ansteuerimpuls. Die Bezugszahl 17 bezeichnet einen
Zeitsignalgenerator zum Steuern des Treibers 16. Ein Ausgangsabschnitt 5
mit einem Rücksetztransformator mit potentialungebundenem Diffusionsbereich
und einem Puffer ist mit dem Ausgangsende des zweiten
Horizontalregisterteils H#2-CCD verbunden, um über diesen Ausgangsabschnitt 5 ein Signal
auszugeben.
-
Der Einfachheit halber erfolgt die Beschreibung in solcher Weise, dass die
Anzahl von Paketen im zweiten Horizontalregisterteil H#2-CCD der Anzahl von
Pixeln in horizontaler Richtung im optisch schwarzen Bereich entspricht.
Jedoch kann tatsächlich eine sogenannte Leerübertragung hinzugefügt werden.
-
Als nächstes wird die Funktion der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gemäß
diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. Im 16 : 9-Modus werden der erste und
der zweite Horizontalregisterteil H#1-CCD, H#2-CCD auf dieselbe Weise
be
trieben. Dies ist im Wesentlichen dieselbe Funktion wie die der
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung mit optisch schwarzem Bereich.
-
Genauer gesagt, werden unmittelbar vor dem Ende der
Horizontalaustastperiode Signalladungen (überflüssige Ladungen sind im 16 : 9-Modus nicht
vorhanden) im Bildbereich 1 (1R 1C, 1L) und im optisch schwarzen Bereich 1B von
den Vertikalregistern in das Horizontalregister 4 (H#1-CCD und H#2-CCD)
übertragen, und es wird ein Signal vom optisch schwarzen Bereich 1B
ausgegeben.
-
Danach werden, nachdem die Horizontalaustastperiode beendet ist, die
Signalladungen aus dem Bildbereich 1 horizontal übertragen.
-
Als nächstes wird die Funktion im 4 : 3-Modus unter Bezugnahme auf Fig. 4B
und Fig. 5 beschrieben.
-
In diesem Modus ist jede Horizontalaustastperiode in vier Terme unterteilt.
Als erstes wird der Zustand zum Startzeitpunkt t1 (Startzeitpunkt im ersten
Term) jeder Horizontalaustastperiode beschrieben. In diesem Zustand endet
die Ausgabe der Signalladungen im notwendigen Teil 1C für die horizontale
Zeile n und Signalladungen R1 im überflüssigen Teil 1R auf der rechten
Seite sind für die Zeile, die im Ausgangsendabschnitt des
Horizontalregisters gespeichert ist, zur Entladung bereit.
-
Während eines Terms von t1 bis t2, d. h. während des ersten Terms, wird der
erste Horizontalregisterteil H#1-CCD gestoppt und der zweite
Horizontalregisterteil H#2-CCD wird zum Entladen der obigen überflüssigen Ladungen R1
angesteuert. Der zweite Horizontalregisterteil H#2-CCD wird so geleert. Die
obige Entladung erfolgt durch Übertragung mit doppelter Geschwindigkeit.
-
Als nächstes werden während eines Terms von t2 bis t3, d. h. während des
zweiten Terms, Signalladungen für die Zeile n+1 von den Vertikalregistern
in das Horizontalregister 4 übertragen.
-
Dabei sind der erste und der zweite Horizontalregisterteil H#1-CCD und H#2-
CCD gestoppt.
-
Durch eine solche Übertragung werden die Signalladungen R1 vom
überflüssigen Teil 1R auf der rechten Seite für die Zeile n mit den Signalladungen L2
vom überflüssigen Teil 1L auf der linken Seite für die Zeile n+1 gemischt.
-
Selbstverständlich werden durch die Übertragung Signalladungen vom optisch
schwarzen Bereich 1B, d. h. einen Schwarzpegel repräsentierende
Signalladungen, in das Horizontalregister (H#1-CCD, H#2-CCD) aufgenommen. Außerdem
ist es erwünscht, die Ladungsmenge unter Verwendung eines Begrenzers zu
begrenzen, um zu verhindern, dass die durch das Mischen der überflüssigen
Ladungen R1 und L2 erhöhte Ladungsmenge den zulässigen Wert für das
Horizontalregister 4 überschreitet.
-
Als nächstes werden, während eines Terms von t3 bis t4, d. h. während des
dritten Terms, die Signalladungen aus dem optisch schwarzen Bereich 1B,
d. h. die einen Schwarzpegel repräsentierenden Signalladungen, durch
Horizontalübertragung durch das Horizontalregister 4 ausgegeben. Außerdem ist
der Term sehr kurz, wie 1 us.
-
Die den Schwarzpegel repräsentierenden Signalladungen werden ausgelesen,
was zum Entfernen einer Dunkelstromkomponente aus dem Signal verwendet
werden kann. In diesem Term werden sowohl der erste als auch der zweite
Horizontalregisterteil betrieben.
-
Während eines Terms von t4 bis t5, d. h. während des vierten Terms, werden
die gemischten überflüssigen Ladungen (R1 + L2) durch Horizontalübertragung
durch das Horizontalregister 4 entladen. Die Entladung endet zum
Endzeitpunkt t5 der Horizontalaustastperiode. Zu diesem Endzeitpunkt t5 sind die
Signalladungen C&sub2; im notwendigen Teil 1C für die Zeile n+1 so übertragen,
dass ihr Kopf das Ausgangsende des Horizontalregisters 4 erreicht und sie
für die Ausgabe bereit sind.
-
Nachdem die Horizontalaustastung beendet ist, wird die Ausgabe der
Signalladungen C&sub2; im notwendigen Teil 1C gestartet. Die Übertragung der
Signalladungen C&sub2; für die horizontale Zeile endet, bis die nächstes
Horizontalaustastperiode startet. Die oben beschriebene Funktion wird ab dem
Endzeitpunkt t1 der Übertragung wiederholt.
-
Gemäß einem derartigen Ansteuerverfahren werden im Zustand, in dem die
überflüssigen Signalladungen R1 auf der Seite entgegengesetzt zum
Ausgangsende für die Zeile n am Ausgangsendabschnitt des ersten
Horizontalregisterteils H#1-CCD verblieben sind, die Signalladungen für die Zeile n+1 in den
ersten Horizontalregisterteil H#1-CCD übertragen, so dass Signalladungen im
optisch schwarzen Bereich aufgenommen werden und die überflüssigen
Signalladungen R1 mit den überflüssigen Signalladungen L2 an der Ausgangsendseite
für die Zeile n+1 gemischt werden. Danach werden der erste und der zweite
Horizontalregisterteil H#1-CCD und H#2-CCD angesteuert, um die
Signalladungen im optisch schwarzen Bereich 1B (d. h. die einen Schwarzpegel
repräsentierenden Signalladungen) auszugeben, gefolgt von einem Entladen der
gemischten überflüssigen Ladungen (R1 + L2).
-
Demgemäß kann die Ansteuerfrequenz zum Löschen überflüssiger Signalladungen
im Horizontalregister auf die Hälfte verringert werden und gleichzeitig
kann für jede Horizontalperiode ein Schwarzpegel erfasst werden.
-
Beim Ausführungsbeispiel ist die Anzahl von in der Horizontalaustastperiode
auszuführenden Funktionen um zwei Funktionen im Vergleich mit den unter
Bezugnahme auf die Fig. 1A bis 1C, 2A bis 2C und 3A, 3B beschriebenen
Beispielen erhöht. Die erste Funktion ist so ausgebildet, dass sie die
überflüssigen Ladungen R1 aus dem Horizontalregisterteil H#2-CCD löscht, und
sie benötigt nur ungefähr 1 us. Andererseits ist die zweite Funktion so
ausgebildet, dass sie aus dem optisch schwarzen Bereich einen Schwarzpegel
ausliest, der in notwendiger Weise dazu erforderlich ist, zumindest eine
Dunkelstromkomponente zu löschen. Dies benötigt nur 0,5 us. Im Ergebnis ist
die Erhöhungsrate der Ansteuerfrequenz abhängig von der Erhöhung der Anzahl
von Funktionen klein. Bei jedem der oben beschriebenen Beispiele und beim
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung vom Zeilensprungtyp verwendet; jedoch kann die Erfindung auf eine
CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung vom Vollbild-Zeilensprung-Typ
angewandt werden. Darüber hinaus ist bei jedem der Beispiele und beim
Ausführungsbeispiel der Erfindung ein einzelnes Horizontalregister verwendet;
jedoch kann die Erfindung auf eine CCD-Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung
angewandt werden, die über zwei Horizontalregister verfügt.
-
Es ist zu beachten, dass Signalladungen im notwendigen Teil 1C im
Wesentlichen während der Horizontal-Abrasterperiode übertragen werden; jedoch
werden sie tatsächlich mit einer sehr kleinen Menge selbst innerhalb der
Horizontalaustastperiode übertragen (ausgelesen). Beim Ausführungsbeispiel
erfolgte die Beschreibung der Einfachheit halber dergestalt, dass
Signalladungen während der Horizontalaustastperiode nie ausgelesen werden.