DE2938499A1

DE2938499A1 - Festkoerper-bildaufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE2938499A1
Application number: DE19792938499
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Akiyama; Morishi Izumita; Shusaku Nagahara; Kazuhiro Sato; Kenji Takahashi; Masuo Umemoto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-09-25
Filing date: 1979-09-24
Publication date: 1980-04-03
Also published as: FR2466154A1; FR2466154B1; JPS5822900B2; GB2035746B; JPS5544226A; CA1128631A; DE2938499C2; US4283742A; NL7907099A; GB2035746A

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Festkörper-Abbildungsvorrichtung oder -Bildaufnahmevorrichtung, insbesondere betrifft die Erfindung eine Festkörper-Abbildungsvorrichtung, bei der die dabei auftretenden festen periodischen Störspannungen verringert werden.

Eine Festkörper-Abbildungsvorrichtung ist einer Bildaufnahmeröhre hinsichtlich der hohen Stabilität, der langen Lebensdauer, des niedrigen Energieverbrauchs, der leichten Handhabung usw. überlegen, und beispielsweise zur Verwendung in kleinen Fernsehkameras geeignet. Üblicherweise sind Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen mit fotoelektrischen Elementen, die in zwei Dimensionen angeordnet sind und die eine Bildaufnahme-Bildelementmatrix bilden, mit Schaltelementen, die zur Auswahl der den fotoelektrischen Elementen entsprechenden (x, y)-Koordinaten dienen, und mit einem horizontalen oder x-Abtaster sowie einem vertikalen oder y-Abtaster ausgerüstet, welche die Schaltelemente einschalten bzw. ausschalten. Hier soll die Wirkungsweise der Festkörper-Abbildungsvorrichtung unter Bezugnahme auf Figur 1 erläutert werden, die eine schematische Anordnung zeigt.

Bei der Anordnung gemäß Figur 1 werden folgende Bauelemente verwendet: Das Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Horizontalabtaster zur x-Adressierung, das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Vertikalabtaster zur y-Adressierung, das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen MOS-Transistor als Vertikalschalter, der mit einem Abtastimpuls vom Vertikalabtaster 2 eingeschaltet oder ausgeschaltet und nachstehend kurz als Vertikalschalter bezeichnet wird; das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Fotodiode oder ein fotoelektrisches Element, das den Source-Anschluß des MOS-Transistors 3 ausnutzt; das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Vertikalsignal-Ausgangsleitung, an das die Drain-Anschlüsse der MOS-Transistoren 3 gemeinsam angeschlossen

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sind; und das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen MOS-Transistor als horizontalen Schalter, der mit einem Abtastimpuls vom Horizontalabtaster 1 eingeschaltet bzw. ausgeschaltet wird und nachstehend kurz als Horizontalschalter bezeichnet wird; bei diesen MOS-Transistoren sind der Drain-Anschluß an eine Horizontalsignal-Ausgangsleitung 7 und die Source-Anschlüsse an die Vertikalsignal-Ausgangsleitung 5 angeschlossen. Bei 8 erkennt man eine Referenz-Spannungsquelle/an welche die Horizontalsignal-Ausgangsleitung 7 über einen Widerstand 9 angeschlossen ist. Ein bei Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen übliches Merkmal besteht darin, daß die Bildelemente einzeln angeordnet sind und mit Taktimpulsen abgetastet werden, die dem Horizontalabtaster und dem Vertikalabtaster extern zugeführt werden, so daß das Bildelement, dessen Signal gerade ausgelesen wird, ohne weiteres unterschieden werden kann.

Nachstehend soll ein Verfahren zum Auslesen von Signalen aus der Festkörper-Abbildungsvorrichtung gemäß Figur 1 anhand der Figur 2 näher erläutert werden. Diese Figur zeigt in schematischer Form ein Ersatzschaltbild, das ein einzelnes Bildelement oder eine Fotodiode, die Horizontal- und Vertikalschalter sowie die Referenz-Spannungsquelle enthält.

Wenn kein Licht eintritt, wird eine vorgegebene Ladungsmenge Q₀ in Abhängigkeit von der an das Bildelement angelegten Spannung der Referenz-Spannungsquelle 8 in der parasitären oder Streukapazität C_ der Fotodiode 4 gespeichert. Beim Einfall von Licht werden Ladungen proportional zur Menge des einfallenden Lichtes durch die Fotodiode 4 entladen. Wenn der Vertikalschalter durch das Signal des Vertikalabtasters, eingeleitet durch eine Klemme 3-1, eingeschaltet wird, und der Horizontalschalter 6 durch das Signal des Horizontalabtasters, eingeleitet durch eine Klemme 6-1, eingeschaltet wird, so fließt ein Strom von der Referenz-Spannungsquelle 8, um die der entladenen Komponente entsprechenden Ladungen zu liefern, und die Streukapazität C_Q der Fotodiode 4 wird wieder bis zur Ladungsmenge Q_Q geladen. Das Signal wird durch das Abtasten des über den Ladewiderstand 9 einfließenden Stromes ausgelesen.

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Die Bezeichnungen C₁ und C- bezeichnen parasitäre oder Streukapazitäten, die aufgrund der Struktur der Anordnung vorhanden sind. Das Signal wird mit einer Zeitkonstante ausgelesen, die durch die Kapazitäten und den Einschalt-Widerstand des Horizontalschalters 6 sowie den Ladewiderstand 9 bestimmt ist. Figur 3 zeigt das Ausgangssignal B des Horizontalabtasters und das Ausgangssignal A. Das Ausgangssignal A wird ein Signal, bei dem eine Differentialwellenform DS oder ein kurzzeitiges Rauschen, wie in der Figur dargestellt, von einem durch schräge Linien angedeuteten Fotosignal überlagert wird, und zwar aufgrund von Streukapazitäten C_p zwischen dem Gate- und Source-Anschluß und zwischen dem Gate- und Drain-Anschluß des Horizontalschalters 6. Da die Wellenform des überlagerten kurzzeitigen Rauschens in Abhängigkeit vom Ort des Bildelementes schwankt, wird es zu einem festen Streifenrauschen oder zu periodischen Störspannungen mit Streifenbildung, was auch als festes Bildmusterrauschen bezeichnet wird und zu dem Problem führt, daß die Bildqualität verschlechtert wird. Mit T_Q ist in Figur 3B die Einschaltzeit des Horizontalschalters 6 bezeichnet.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile eine Festkörper-Abbildungsvorrichtung oder -Bildaufnahmevorrichtung anzugeben, bei der keine periodischen Störspannungen auftreten und die demzufolge eine kaum verschlechterte Bildqualität besitzt.

Um dies zu erreichen, werden gemäß der Erfindung die periodischen Störspannungen mit Streifenbildungen dadurch beseitigt, daß die Tatsache ausgenutzt wird, daß das kurzzeitige Rauschen als wichtiger Faktor für die periodischen Störspannungen mit Streifenbildung im wesentlichen von gleicher Größe und entgegengesetzter Phase zum Anstieg und Abfall der Schaltimpulse eines horizontalen Schaltelementes ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Figur 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des

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Aufbaus einer herkömmlichen Festkörper-Abbildungsvorrichtung;
Figur 2 ein Ersatzschaltbild einer Signal-Ausleseschaltung

der Anordnung gemäß Figur 1;

Figur 3 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung der periodischen Störspannungen mit Streifenbildung;

Figur 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Ausführungsform; Figur 5 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Ausführungsform gemäß Figur 4;

Figur 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform; Figur 7 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Ausführunsform gemäß Figur 6; Figur 8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des

Aufbaus einer weiteren Ausführungsform; und in Figur 9 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Ausführungsform gemäß Figur 7. Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Signalverarbeitungsschaltung, während Figur 5 ein dieser Ausführungsform entsprechendes Signalwellenformdiagramm zeigt. In Figur 5 sind die Fotosignalkomponenten durch gestrichelte Linien angedeutet. In Figur 4 bezeichnet das Bezugszeichen 11 eine Festkörper-Abbildungsvorrichtung, wie sie in Figur 1 dargestellt ist. Ein Ausgangssignal, das in Figur 5 bei A angedeutet ist, von der Abbildungsvorrichtung 11 wird über einen Vorverstärker 12 an zwei Abtast- und Haltekreise 13 und 14, die kurz mit S/H bezeichnet werden, angelegt, und die resultierenden Ausgangssignale werden durch Abtastimpulse, die bei B und C in Figur 5 angegeben sind, in Form von Signalen D bzw. E in Figur 5 abgetastet und gehalten. Das Signal D wird um die Einschaltzeit T_Q des Horizontalschalters 6 durch einen Verzögerungskreis 15 verzögert und wird zu einem Signal F, das in einer Addierschaltung 16 mit dem Signal E zu einem Endausgangssignal G addiert wird. Da das kurzzeitige Rauschen Wellenformen besitzt, die im wesentlichen

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symmetrisch bezüglich eines durchschnittlichen Pegels sind, ist das Ausgangssignal G ein Signal, das kaum kurzzeitiges
Rauschen enthält und somit stark reduzierte feste periodische Störspannungen besitzt. Die Abtastimpulse der Abtast- und HaI-tekreise 13 und 14 können ohne weiteres von monostabilen
Multivibratoren 18, 19 und 20 bezüglich eines horizontalen
Taktimpulses 21 gebildet werden, der den Horizontalabtaster der Abbildungsvorrichtung 11 treibt.

Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform ist in

Figur 6 und 7 dargestellt. Figur 6 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Signalverarbeitungsschaltung, während Figur 7 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Ausführungsform zeigt.

Bei dieser Ausführungsform wird ein von kurzzeitigem

Rauschen freies Signal in der Weise erhalten, daß ein Punkt £ eines bei (A) in Figur 7 angegebenen Ausgangssignals von der Abbildungsvorrichtung sowie ein Punkt 3 bei dem das kurzzeitige Rauschen im wesentlichen in dergleichen Größenordnung wie im Punkt £ ist, abgetastet und gehalten werden, daß das im Punkt £ abgetastete und gehaltene Signal bis zum Punkt £ verzögert wird und daß die Differenz zwischen dem verzögerten Signal und dem Signal im Punkt £ erhalten wird. Das bei (A) in Figur 7 dargestellte Ausgangssignal der Bildaufnahmevorrichtung 11 wird an die Sample-arid Hold-Kreise oder Abtast- und Haltekreise 13 und 14 angelegt, und die resultierenden Aus gangssignale werden durch die bei (C) bzw. (B) in Figur 7 dargestellten Impulse abgetastet und gehalten. Das vom Impuls (C) abgetastete und gehaltene Ausgangssignal des Abtast- und Haltekreises 13 wird an einen anderen Abtast- und Haltekreis 22 angelegt, dessen Ausgang wiederum durch den Impuls (B)

abgetastet und gehalten wird. Somit wird das Signal um die Zeitdifferenz zwischen den Impulsen (C) und (B) verzögert. Wenn daher die Ausgangssignale der Abtast- und Haltekreise 22 und 14 an eine Subtraktionsschaltung 17 angelegt werden, um das Ausgangssignal des Abtast- und Haltekreises 22 von dem des Abtast- und Haltekreises 14 zu subtrahieren, so ergibt sich

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ein von kurzzeitigem oder zackenartigem Rauschen freies Signal, wie es bei (D) in Figur 7 dargestellt ist, und die festen periodischen Storspannungen können drastisch reduziert werden. Die Abtastimpulse (B) und (C) können ohne weiteres von monostabilen Multivibrator 18 und einer Impulsverzögerungsleitung 23 unter Bezugnahme auf den horizontalen Taktimpuls gebildet werden.

Figur 8 zeigt ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform, bei der das erfindungsgemäßen Konzept auf eine Fest- körper-Farbabbildungsvorrichtung Anwendung findet. In Figur erkennt man folgende Baugruppen: Das Bezugszeichen 30 bezeichnet eine Festkörper-Farbabbildungsvorrichtung in Einzelplattenbauweise, die einen solchen Aufbau besitzt, daß sie ein Signal für grün und abwechselnde Signale für rot und für blau an ihren beiden Ausgangsklemmen liefert. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in der US-SN 923 982 beschrieben. Es wird nun angenommen, daß die Zweiphasen-Taktimpulse des Horizontalabtasters der Abbildungsvorrichtung 30 jeweils bei 3,58 MHz liegen und daß die horizontalen Abtastimpulse bei 7,16 MHz liegen. Das rote oder blaue Signal und das grüne Signal, die durch die Verstärker 31 und 32 hindurchgegangen sind, werden an Tiefpaßfilter 33 bzw. 34 angelegt. Die Tiefpaßfilter 33 und 34 ermöglichen den Durchgang von Signalkomponenten, die nicht höher als 7 MHz sind. Somit werden die höheren harmonischen Komponenten von 7,16 MHz abgeschnitten, um den Rauschabstand zu verbessern. Die Bezugszeichen 35, 36, 37, 38 39 und 40 bezeichnen jeweils Abtast- und Haltekreise, welche die gewünschten Signale mit der entsprechenden Zeiteinteilung abtasten. Die Bezugszeichen 41, 42 und 43 bezeichnen jeweils Verzögerungskreise. Die Bezugszeichen 44, 45 und 46 bezeichnen Addierkreise, welche das rote Signal, das blaue Signal und das grüne Signal frei von festen periodischen Störspannungen mit Streifenbildung liefern. Bei 47 ist ein Steuerimpulsgenerator dargestellt. Figur 9 zeigt die Wellenformen der verschiedenen Teile der Ausfuhrungsform gemäß Figur 8. (a) und (b) in Figur 9 zeigen die Zweiphasen-Takt-

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impulse des Horizontalabtasters der Abbildungsvorrichtung

(c) in Figur 9 zeigt die horizontalen Abtastimpulse, mit anderen Worten die Schaltimpulse für die Horizontalschalter.

(d) in Figur 9 zeigt die Ausgangssignalwellenform der Abbildungsvorrichtung 30, bei der ein schraffierter Teil einen Fotosignalanteil darstellt, (e) in Figur 9 zeigt die Ausgangssignalwellenformen der Tiefpaßfilter 33 und 34, wobei der schraffierte Teil sich auf einen Fotosignalanteil bezieht. In (f) in Figur 9 bezeichnen f.. den Abtastimpuls der Abtast- und Haltekreise 36 und 40 und f_ den Abtastimpuls der Abtast- und Haltekreise 38 und 40. In (g) der Figur 9 bezeichnen q, den Abtastimpuls der Abtast- und Haltekreise 35 und 39 und g₂ den Abtastimpuls der Abtast- und Haltekreise 37 und 39. Wie sich aus dem Vergleich von (d) und (e) in Figur 9 ergibt, ist die Phasenbeziehung der Abtastimpulse anders als im Falle der Anordnung gemäß Figur 5, da die Fotosignalanteile von den Tiefpaßfiltern verzögert werden.

Bei den oben angegebenen Ausführungsformen ist der Fall beschrieben worden, wo der Zeitpunkt der ersten Abtastung an der Position liegt, bei der das Signal maximal wird, und wo die zweite Abtastung bei der Position durchgeführt wird, bei der das kurzzeitige oder zackenförmige Rauschen, in Phase oder in Gegenphase, die gleiche Größenordnung wie bei der Position der ersten Abtastung besitzt. Auch wenn jedoch die Position der zweiten Abtastung mehr oder weniger schwankt, so können Einstellungen vorgenommen werden, um die festen periodischen Störspannuhgen auf einen minimalen Wert zu bringen, indem man das Verhältnis der Addition oder Subtraktion ändert.

Unter Verwendung der oben im einzelnen beschriebenen Ausführungsformen ist es möglich, die festen periodischen Störspannungen mit Streifenbildung auf einen Wert zu bringen, der nicht einmal halb so groß wie beim Stande der Technik ist, und Festkörper-Abbildungsvorrichtungen oder Bildaufnahmevorrichtungen in der Praxis einzusetzen.

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Claims

PATEN .-ANV\,ÄL·. E

SCHIFF v. FÜNER STREHL SCHÜBEU-HOPF EBBINGHAUS FINCK

MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 9SO16O, D-8OOO MÖNCHEN SS

HITACHI, LTD. 24. September 1979

DEA-25 017

Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung

PATENTANSPRÜCHE

Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, mit in zwei Dimensionen angeordneten fotoelektrischen Elementen, mit vertikalen Schaltelementen, deren Eingangsklemmen an die entsprechenden fotoelektrischen Elemente angeschlossen sind, mit horizontalen Schaltelementen, deren Eingangsklemmen an die Ausgangsklemmen der vertikalen Schaltelemente angeschlossen sind, mit einem Vertikalabtaster, der vertikale Abtastimpulse zur Steuerung der Klemmen der vertikalen Schaltelemente liefert, und mit einem Horizontalabtaster, der horizontale Abtastimpulse zur Steuerung der Klemmen der horizontalen Schaltelemente liefert, gekennzeichnet durch erste und zweite Einrichtungen (13, 14), die von den jeweiligen horizontalen Schaltelementen (6) erzeugte kurzzeitige Rauschsignale zu vorgegebenen unterschiedlichen

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Zeitpunkten abtasten und sie halten, und durch eine Recheneinrichtung (16), in der die Ausgangssignale von der ersten und der zweiten Einrichtung (13, 14) vorgegebenen Berechnungen unterworfen werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die horizontalen Schaltelemente (6) MOS-Transistoren sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungseinrichtung (15) vorgesehen ist, mit der das Zeitintervall zwischen den Ausgangssignalen des ersten Abtast- und Haltekreises (13) und des zweiten Abtast- und Haltekreises (14) einstellbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Abtast- und Haltekreis (14) das Abtasten und Halten zu einem Zeitpunkt durchführt, die um eine Leitungszeit des horizontalen Schaltelementes (6) vom Abtast- und Haltezeitpunkt des ersten Abtast- und Haltekreises (13) verzögert ist.

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