DE3329119A1

DE3329119A1 - Festkoerper-bildaufnahmewandler

Info

Publication number: DE3329119A1
Application number: DE19833329119
Authority: DE
Inventors: Yasuo Matsumoto Nagano Arisawa; Yoshimasa Kamiina Nagano Kusazaki; Akira Fuchu Tokyo Watanabe; Hidetoshi Tokyo Yamada; Yutaka Kunitachi Tokyo Yunoki
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1982-08-13
Filing date: 1983-08-11
Publication date: 1984-02-16
Also published as: DE3329119C2; US4603355A; JPH0417509B2; JPS5930376A

Description

DIPL.-ING. CERHAKD PULS (l9$2-I9.7l)

1A-57 475 D-8000 MÜNCHEN 90

Olympus Optical schⁱäeicerstrasse2

Company Limited, _{TELEFuN; fcS?)662} Tokyo, Japan

TELiGRAMM: PROt ECTI'ÄTENT

TELEX: 5 24C70

B e s c h rei bung · Festkörper-Bildaufnahmewandler

Die Erfindung bezieht sich auf einen Festkörper-Bildaufnahmewandler mit einer Vielzahl von in Matrixform angeordneten Bildelementen, von denen jedes einen MOS-Transistor und eine Photodiode aufweist,, vertikalen und horizontalen Abtastleitungen zum Abtasten der Bildelemente, vertikalen und horizontalen Schieberegistern zum Erzeugen von vertikalen und horizontalen Abtastimpulsen, -die an den vertikalen und horizontalen. Abtastleitungen anliegen, um das photoelektrisch umgesetzte Ladungssignal, das in den Photodioden gespeichert ist, auf eine Signal-Leseleitung auszulesen.

Festkörper-Bildaufnahmewandler dieser Art arbeiten mit dem sogenannten XY-Adreßsystem und haben'die Funktion eines elektronischen Verschlusses. Ein derartiger Festkörper-Bildaufnahmewandler kann unter Verwendung von weit entwickelten Verfahren zur Herstellung von integrierten MOS-Schaltungen hergestellt werden und wird im allgemeinen in Videokame-" ras mit geringer Größe verwendet.

Die Fig. IA und IB zeigen ein Beispiel eines bekannten Festkörper-Bildaufnahmewandlers. Fig. IA zeigt schematisch den Gesamtaufbau des Wandlers und Fig. IB einen Querschnitt zur

Erläuterung des Aufbaus eines B,ildelements. Der Bildaufnahmewandler weist eine bestimmte Zahl von Bildelementen 1-11, 1-12 ... ; 1-21, 1-22 ... ; ... auf, die in Matrixform angeordnet sind und sich in einem p-leitenden Halbleitersubstrat 1 befinden. Jedes der Bildelemente weist einen MOS-Transistor mit einer Source 2 und einer Drain 4, die in einer Hauptoberfläche des Substrats 1 ausgebildet sind, sowie einem' Gate 3 , das in einer auf der Hauptoberfläche aufgetragenen Isolierschicht ausgebildet ist, sowie eine η ρ-Photodiode 5 auf, die durch einen Übergang bzw.

eine Grenzschicht zwischen einem p-leitenden Substrat 1 und der η -Source 2 gebildet wird. In der Source 2 ist eine Signalladung gespeichert, deren Größe der einfallenden Lichtmenge entspricht. An die Gate-Elektroden 3 der MOS-Transi-

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stören sind vertikale Abtastimpulse der vertikalen Schieberegister 6 angelegt, während die Drain-Elektroden 4 der MOS-Transistoren mit horizontalen Wahlschaltern 7-1, 7-2, ... verbunden sind, die MOS-Transistoren aufweisen; das horizontale Schieberegister 8 legt an die Schalter horizontale Abtastimpulse an, so daß die Draifi-Elektroden 4.der MOS-Transistoren selektiv mit einer Video-Ausgangssignalleitung V.L. verbunden sind. Die horizontalen Abtastimpulse haben eine Frequenz f_u von 15,75 kHz während die vertikalen Abtastimpulse eine Frequenz fv von 30 Hz haben.

Wenn ein vertikaler Abtastimpuls an das Gate 3' des MOS-Transistors angelegt ist, der ein Bildelement bildet, und gleichzeitig die Drain-Elektrode 4 desselben MOS-Transistors mittels eines horizontalen Wahlschalters 7, der von einem horizontalen Abtastimpuls angetrieben wird, ausgewählt ist, wird die in der Photodiode 5 gespeicherte Signalladung' auf die Video-AusgangssignalleitungV.L. ausgelesen. Gleichzeitig wird die Photodiode von einer Versorgungsspannung V_D in Rückwärtsrichtung beaufschlagt bzw. rückgesetzt, so daß der Ladungsspeichervorgang erneut beginnt.

Bei dem bekannten Festkörper-Bildaufnahmewandler, der vorstehend erläutert worden ist, werden der Lesevorgang und der Rücksetzvorgang gleichzeitig ausgeführt, so daß die Ladungsspeicherperiode, d.h. die der Verschluß-Offenzeit entsprechende Belichtungszeit auf l/fv .= 33,3 msec· festgelegt ist und nicht kürzer als l/fv gemacht werden kann. Im Falle der Aufnahme eines sich bewegenden .Objekts ist es jedoch notwendig, die Verschluß-Offenzeit zu verkürzen, um ein scharfes Bild des Objekts zu erhalten.' Bei dem bekannten Bildaufnahmewandler werden.jedoch, wenn ein sich 'bewegendes Objekt aufgenommen wird, die Bildschärfe vermindert und die Bildqualität wesentlich herabgesetzt, da die Verschluß-Offen.-zeit festliegt. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, einen sich mit hoher Drehzahl drehenden Verschluß in einer Videokamera vorzusehen oder eine Stroboskoplampe während einer vertikalen Dunkelsteuerungsperiode auszulösen. Derartige Lösungen erfordern jedoch spezielle Einrichtungen, so daß die Kamera in ihrem Aufbau komplizierter, größer in ihren Abmessungen, schwerer in. ihrem Gewicht und teurer wird; ferner ist die Benutzung einer derartigen Kamera in verschiedener Hinsicht beschränkt. .· ■

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Festkörper-Bildaufnahmewandler zu schaffen, bei dem die Belichtungszeit beliebig innerhalb einer Rasterperiode bzw. bestimmten Grenzen eingestellt werden kann, um eine variable elektronische Verschlußfunktion sowie ein scharfes Bild eines sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Objekts zu erhalten.

Ein diese Aufgabe lösender Festkörper-Bildaufnahmewandler ist mit seinen Ausgestaltungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet. Erfindungsgemäß werden zwei Signal-Ausleseleitungen (im Folgenden einfach Signal-Leseleitungen) vorgesehen und das in der Photodiode gespeicherte Ladungssignal

zweimal während jeder Abtastperiode 2V ausgelesen, so daß der Festkörper-Bildaufnahmewandier die gewünschte elektronische Verschlußfunktion mit variabler Verschluß-Offenzeit hat. Darüberhinaus kann der erfinriungsgemäße Festkörper-Bildauf nahmev/andl er mit denselben Verfahrensschritten wie die.bekannten·Festkörper-MOS-Bildaufnahmewandler hergestellt werden, so daß sich die Herstellungskosten nicht erhöhen. Da der erfindurmsgemäße Fe stkörper-Bil dauf nahmev/andl er zwei Signal-Leseleitungen aufweist, ergeben sich neue Möglichkeiten hinsichtlich der Vid^o-Signalverarbeitung und der Photometrie aufgrund der Verwendung der zweiten Signal-Leseleitung zum Auslesen des Bildsignals.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind, anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt:

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Fig. 2 einen Schaltplan des prinzipiellen Aufbaus des erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmewandlers,

Fig. 3A bis 3H Impuls/Zeitdiagramme zur Erläuterung der" Arbeitsweise des in Fig. 2|dargestellten Wandlers,

Fig. 4 einen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bildaufnahmewandlers,

Fig. 5A bis 5H Impuls/Zeitdiagramme- zur Erläuterung der Ar- · ,be.itsweise des in Fig. 4 dargestellten Wandlers,

Fig. 6 einen Schaltplan eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bildaufnahmewandlers,

Fig. 7 einen Schaltplan noch eines anderen Ausführungsbei-· spiels des erfindungsgemäßen Bildaufnahmewandlers, und

Pig. 8Α bis 81 Impuls/Zeitdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise des in Fig. 7 gezeigten Wandlers.

Der Wandler gemäß Fig. 2 weist eine bestimmte Zahl von Bildelementen 11-11, 11-12, 11-13 ... ; 11-21, 11_T22, 11-23 · ...;'11-31, 11-32, 11-33 ...; auf, .die in Matrixform angeordnet sind. Jedes Bildelement weist einen MOS-Transistor 10 und eine Photodiode 15 auf, die an die Source des MOS-Tran- .· sistors angeformt ist. Die Gate-Elektroden der MOS-Transistoren, die in Y-Richtung (.Vertikalrichtung) angeordnet sind, sind mit den entsprechenden horizontalen Abtastleitungen 19-1, 19-2, 19-3 ... und die in X-Richtung (Horizontalrichtung) angeordneten Drain-Elektroden der MOS-Transistoren mit entsprechenden vertikalen Abtastleitungen 20-Γ, 20-2, 20-3 .4. verbunden. Die horizontalen Abtastleitüngen 19-1, 19-2, 19-3 ... sind mit den Ausgangsanschlüssen eines horizontalen Schieberegisters 18 verbunden; die beiden Enden der vertikalen Abtastleitungen 20-1, 20-2, 20-3 ... sind mit einer ersten bzw. einer zweiten Signal-Leseleitung.(Signal-Ausleseleitung) 23 bzw. 24 über erste vertikale Wahlschalter 21-1, 21-2, 21-3 bzw. zweite vertikale Wahlschalter 22-1, 22-2, 22-3 ... verbunden. Die ersten und die zweiten vertikalen Wahlschalter werden jeweils von einem MOS-Transistor gebildet. Der Festkörper-Bildaufnahmewandler weist ferner ein erstes und ein zweites vertikales Schieberegister 25 bzw. 26 auf, deren Äusgangsanschlüsse mit den Gate-Elektroden der ersten und zweiten vertikalen Wahlschalter 21-1, 21-2, 21-3 ... bzw. 22-1, 22-2, 22-3 ... verbunden sind.

Im Folgenden soll die Wirkungsweise des in Fig. 2 dargestellten Festkörper-Bildaufnahmewandlers unter Bezugnahme auf die in den Fig. 3A bis 3H wiedergegebenen Impuls/Zeitdiagramme erläutert werden. Fig. 3A zeigt das vertikale Synchronisiersignal cJ>sync. Die Fig. 3B bis 3D zeigen die

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ersten vertikalen Abtastimpulse φνΐ, die das erste vertikale Schieberegister 25 liefert, während die Fig. 3E bis 3G die zweiten vertikalen Abtastimpulse cbvil zeigen, die das zweite vertikale Schieberegister 26 erzeugt. In der Zeichnung sind lediglich die vertikalen Abtastimpulse für die ersten drei Leitungen dargestellt, wobei die Indizes die Leitungsnummern bezeichnen!· Fig. 3H gibt die von dem horizontalen Schieberegister 18 angelegten horizontalen Abtastimpulse CpH wieder. In Figl 3H sind die horizontalen Abtastimpulse lediglich für die arste Leitung dargestellt.

Im Folgenden soll die Arbeitsweise eines einzelnen Bildelements, beispielsweise des Bildelements .11-11 erläutert wer-

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den. Zum Zeitpunkt T. wird der(erste vertikale Wahlschalter 21 durch den ersten vertikalen Abtastimpuls φ VI-I durch-, geschaltet (d.h. eingeschaltet). Dann wird der MOS-Transistor 10, der das Bildelement 1]|-11 bildet, durch den horizontalen Abtastimpuls CpH-I durchgeschaltet und somit die zugehörige Photodiode 15 in Rückwärtsrichtung vorgespannt, s~o daß der Speichervorgang fürjdie Signalladung begonnen wird. Zum Zeitpunkt T„ wird der zweite vertikale Wahlschalter 22-1 durch den zweiten vertikalen Abtastimpuls φνΐΐ-l eingeschaltet und der entsprechende MOS-Transistor 10 durch den horizontalen Abtastimpuls (PH-I erneut durchgeschaltet. Damit fließt die in der Photodiode 15 gespeicherte Signalladung in die zweite Signal-Leselei.tung- 24 und die. Photodiode wird erneut in Ruckwärtsrichtung vorgespannt, um den Speichervorgang wieder zu starten. Zum Zeitpunkt T„· wird der erste vertikale Wahlschalter 27-1 durch den ersten horizontalen Abtastimpüls c^VI-1 eingeschaltet;·ferner wird auch der zugehörige MOS-Transistor 10 durch den horizontalen Abtastimpuls <φ H-I durchgeschaltet. Dann wird die in der zugehörigen Photodiode 15 während der Zeitdauer T~ - T_? gespeicherte ' Signalladung auf der ersten Signal-Leseleitung 23 ausgelesen

-Sl-

ünd danach die Photodiode 15 erneut in Rückwärtsrichtung vorgespannt.

Wie die vorstehende Erläuterung zeigt, kann bei dem erfindungsgemäßen ·Festkörper-Bildaufnahmewandler die Zeitdauer, während der die Signalladung in der Photodiode 15 gespeichert wird, auf (T„ - T„) verringert werden und das Ladungssignal, aus der Photodiode zum Bereitstellen'eines Bildausgangssignals auf die erste Signal-Leseleitung· 23 ausgelesen .werden, 'da die während der Zeitdauer (T '- T) in der Photodiode 15 gespeicherte Signalladung zum-Zeitpunkt T_? über die zweite Leseleitung 24 abfließen kann. Bei dem bekannten Festkörper-Bildaufnahmewandler ist die Zeitdauer, während der ein Ladungssignal gespeichert wird, auf T„ - T = 33,3 msec, festgelegt. Im Gegensatz hierzu kann■erfindungsgemäß die Zeitdauer T_ - T„, während der das Ladungssignal gespeichert wird, beliebig dadurch eingestellt werden, daß eine Verzögerungszeit t des zweiten vertikalen .Abtastimpulses CpVII hinsichtlich des ersten vertikalen Abtastimpulses CpVI vorgegeben wird. Erfindungsgemäß kann die Verzöge- ■ rungszeit t, als· ganzzahliges Vielfaches* der horizontalen Abtastperiode H = 63,5 μεεσ. eingestellt werden; somit kann die Ladungssignal-Speicherperlode, d.h. die Verschluß-Offenzeit innerhalb eines großen Bereichs zwischen 63,5 iisec. und 33,3 msec, eingestellt werden.

In Fig. 2 ist der prinzipielle Aufbau eines erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmewandlers dargestellt, wobei auf die Zeilensprung-Abtastung verzichtet ist.

Fig. 4 zeigt einen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels des Festkörper-Bildaufnahmewandlers, bei dem eine Zeilensprung-Abtastschaltung vorgesehen ist. Gemäß Fig. 4 sind Bildelemente 11-11, 11-12, 11-13 ...; 11-21, 11-22, 11-23 ...; 11-31, 11-32, 11-33 ..., von denen jedes von einem

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MOS-Transistor und einer Photodiode in gleicher Weise wie bei dem vorigen Ausführungsbeispiel gebildet wird, in Matrixform angeordnet und werden sel-ektiv gesteuert von horizontalen. Abtastleitungen 19-1, 19-2 ... und vertikalen Abtastleitungen 20-1, 20-2 ... betrieben. Die horizontalen Abtastleitungen sind mit den Ausgangsanschlüssen eines horizontalen Schieberegisters 18 verbunden. Die vertikalen Abtastleitungen sind mit einer ersten und einer zweiten Signal-Leseleitung 23 bzw. 24 über erste und zweite vertikale Wahlschalter 21-1, 21-2 ... bzw. 22-1, 22-2 verbunden. Die'Gate-Elektroden der ersten und der zweiten vertikalen Wahlschalter sind mit den Ausgangsanschlüssen des ersten und des zweiten vertikalen Schieberegisters 25 bzw-. 26 über erste und zweite Feld-Wahl schalter 27-1, 27-2, 27-3 ... und 28-1, 28-2, 28-3 .,. verbunden; jeder der Feld-Wahl schalter wird von einem MOS-Transistor.gebiIdet. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, werden die Ausgangsimpulse des ersten und des zweiten vertikalen Schieberegisters 25 bzw. 26 parallel an die gepaarten Feld-Wahl schalter 27-1, 27-2; 27-3, 27-4;· ... und 2^r8-l, 28-2; 28-3, 28-4; ... angelegt. An die Gate-Elektroden der ersten und zweiten Feld-Wahlschalter 27-1, 27-3 ... und 28-1, 28-3 ... mit ungerader Numerierung .werden die ersten und die zweiten Feld-Wahl impulse ό FI und γ⁵ FII angelegt, während an die ersten und zweiten Wahlschalter 27-2, 27-4 und 28-2, 28-4 ... mit gerader Numerierung die invertierten ersten und zweiten Feld-Wahl impulse <£ FI und cj>Fli über Inverter 45 bzw. 46 synchron mit der Zeilenabtastperiode' angelegt werden. Der erste Feld-Wahl impuls ΦϋΙ nimmt während einer ungeraden Feldperiode hohen Logikpegel und während einer geraden Feldperiode niedrigen Logikpegel an. Der zweite Feld-Wahl impuls d>FII hat während der ungeraden Feldperiode ebenfalls hohen Logikpegel und während der geraden Feldperiode niedrigen Logikpegel, ist aber hinsichtlich des ersten Feld-Wahl impulses Φ FI um die Verzögerungszeit t.

-JS-

verzögert.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind während der ungeraden Feldperiode die Feld-Wahlschalter 27-1, 27-3 ...; 28-1, 28-3 ..., die zu den Abtastleitungen mit ungerader Numerierung gehören, eingeschaltet und an die vertikalen Abtastleitungen 20-1, 20-3 ... sind vertikale Abtastimpulse <j>VI und c^vil angelegt. In der geraden Feldperiode sind die Feld-Wahlschalter 27-2, 27-4 ... und 28-2, 28-4 ... eingeschaltet und an die vertikalen Abtastleitungen 20-2, 20-4 . . . sind vertikale Abtastimpulse c^VI und γνΐΐ angelegt. Auf diese Weise kann diebei den.üblichen TV-Systemen gebräuchliche Zeilensprung-Abtastung ausgeführt werden.' Ferner kann bei diesem Ausführungsbeispiel dadurch, daß die Verzögerungszeit t\ zwischen dem ersten vertikalen Abtastimpuls c^VI und dem zweiten vertikalen Abtastimpuls cbVU sowie die Verzögerungszeit zwischen dem ersten und dem zweiten Feld-Wahl impuls <£ FI und i^FII geeignet eingestellt werden, die Verschluß-Offenzeit in dem sehr großen Bereich von'63,5""(isec. bis 33,3 msec, eingestellt "werden.

Die Fig.. 5A bis 5H zeigen Impuls/Zeitdiägramme zur Erläuterung der Arbeitsweise des in Fig. 4 gezeigten Festkörper-Bildaufnahmewandlers. Fig. 5A zeigt Taktimpulse ck mit einer Frequenz fH für die Ansteuerung des horizontalen Schieberegisters 18 und der vertikalen Schieberegister 25 und 26, während Fig. 5B vertikale Synchronisierimpulse ψ , Fig. 5C und 5G die ersten und zweiten Feld-Wahl impulse cj> FI und <£fh, Fig. 5D und 5H Eingangsimpulse ψνΐ·_1η und φVII_1n des ersten und des zweiten vertikalen Schieberegisters 25· bzw. 26 und Fig. 5E und 5F vertikale Abtastimpulse <^VI-1 und <pVI-2 zeigen,· die von dem ersten vertikalen Schieberegister 25 erzeugt werden. Wie in der Zeichnung dargestellt, kann die Signalladung-Speicherperiode, d.h. die Verschluß-

-yj-

Offenzeit t. durch t. = 2V - t , ausgedrückt werden, wobei 2V zwei Feldperioden, d.h. eine Rasterperiode und t, die Verzögerungszeit des zweiten Feld-Wahl impulses ⁴^FII bezüglich des ersten Feld-Wahlimpulses C^Fi ist, die gleich der Verzögerungszeit des Eingangsimpulses cfoVII. des zweiten vertikalen Schieberegisters bezüglich des Eingangsimpulses

I. des ersten vertikalen Schieberegisters ist.

Der Bildaufnahmewandler in Fig» 4 weist ferner Blindzellen 29-1, 29-2, 29-3 auf, von denen jede genauso wie ein Bildelement aus einem MOS-Transistor und einer. Photodiode besteht und von einer lichtabschirrnenden Schicht 41 (im Folgenden Lichtabschirmschicht) abgeschirmt ist. Die Drain-Elektroden der Blindzel1ensind mit einer Störsignal-Le.sel ei tung 30. verbunden, die mit dem negativen Eingangsanschluß eines DifferentialVerstärkers 32 verbunden ist, dessen positiver Eingangsanschluß mit der ersten Ladungssignal-Leseleitung verbunden ist. Auf diese Weise, erhält man ein Ausgangs-Bildsignal von dem Differentialverstärker 32, das von Rauschspitzen aufgrund der Taktimpulse befreit ist. Da die horizontalen Abtastimpulse <£H an· die Gate-Elektroden der MOS-Transistoren, die die Bildelemente bilden, angelegt sind, kann man bei dem in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel größere Rauschspitzen erhalten, als bei.dem in Fig. 2 gezeigten bekannten Wandler, bei dem an die Gate-Elektroden die vertikalen Abtastimpulse <PV angelegt sind. Die Rauschspitzen können auf einen vertretbaren Pegel durch die Rauschbeseitigungsschaltung, die die Blindzel1 en verwendet, verringert werden.

Es ist zu beachten, daß bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Bildaufnahmewandlers es notwendig ist, den Widerstand des MOS-Transistors im durchgeschalteten Zustand herabzusetzen, da die in der Photodiode gespeicherte Signalladung während der Zeitdauer aus-

-μ-

gelesen werden muß, während der der Pegel des horizontalen Abtastimpulses ψΗ hoch ist (im allgemeinen ist die Zeitdauer in der Größenordnung 70 nsec); somit muß das Gebiet des MOS-Transistors etwas größer als bei dem bekannten Wandler sein. Da aber jedes Bildelement nur aus einem einzigen Transistor bestehen muß, kann der gesamte Wandler ausreichend klein sein.

Fig. 6 zeigt den Schaltplan eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmewandlers. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die vertikalen Abtastimpulse cpv an die Gate-Elektroden der· MOS-Transistoren angelegt, die die Bildelemente bilden. Jedes Bildelement besteht aus einer Photodiode 15 und zwei MOS-Transistoren 32 und 33. Die Drain-Elektroden der ersten MOS-Transistoren 32 sind mit ersten horizontalen Abtastleitungen 34-Γ, 34-2 ... verbunden; die Drain-Elektroden der zweiten MOS-Transistoren 33 sind mit den zweiten horizontalen Abtastleitungen 35-1, 35-2 ... verbunden. Die Gate-Elektroden der ersten MOS-Transistoren 32 sind mit ersten vertikalen Abtastleitungen 36-1, 36-2 und die Gate-Elektroden der zweiten MOS-Transistoren 33 mit zweiten vertikalen Abtastleitungen 37-1, 37-2 ... verbunden. Die ersten horizontalen Abtastleitungen 34-1, 34-2 ... sind mit einer ersten Signal-Leseleitung 23 über erste horizontale Wahlschalter 38-1, 38-2 ... verbunden, die von MOS-Transistoren gebildet werden; die zweiten horizontalen Ab-tastleitungen 35-1, 35-2 ... sind mit einer zweiten Signal-Leseleitung 24 über zweite horizontale Wahlschalter 39-1, 39-2 ... verbunden, die von MOS-Transistoren gebildet werden. Die Gate-Elektroden der ersten horizontalen Wahl schalter 38^1, 38-2 ... sind mit den Ausgangsanschlüssen eines ersten Schieberegisters 40 und die Gate-Elektroden der zweiten horizontalen Wahlschalter 39-1, 39-2 ... mit den Ausgangsanschlüssen eines zweiten Schieberegisters 41 verbunden. Die ersten vertikalen Abtastleitungen 36—1, 36-2 ... sind mit den Ausgangs-

anschlüssen eines ersten vertikalen Schieberegisters 25 und die zweiten vertikalen Abtastleitungen 37-1, 37-2 ... mit den Ausgangsanschlüssen eines zweiten vertikalen Schieberegisters 26 verbunden.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das in der Photodiode 15 gespeicherte Ladungssignal über die folgenden zwei Wege ausgeleitet: Erster MOS-Transistor 32 - erste . horizontale. Abtastleitung 34-1, 34-2 ... - erste Signal-Leseleitung 23, und zweiter MOS-Transistor 33 - zweite, horizontale Äbtastleitung 35-1, 35-2 ... - zweite Signal-Leseleitung 24. Wenn deshalb der Zeitunterschied t, zwischen dem Abtastzeitpunkt aufgrund des ersten horizontalen und vertikalen Schieberegisters 40 bzw. 25 und dem Abtastzeitpunkt aufgrund des zweiten horizontalen und vertikalen Schieberegisters 41 bzw. 26 geeignet eingestellt ist, ist es möglich, die Verschluß-Offenzeit t. in Übereinstimmung mit der Gleichung t. = 2V - t ähnlich wie bei den in den Fig, 2 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen einzustellen.

Fig. 7 zeigt noch ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmewandlers. Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es notwendig, daß die Zahl der horizontalen und vertikalen Abtastle/itungen doppelt so groß ist wie die der Bildelemente, die in Horizontal- bzw. Vertikalrichtung angeordnet sind. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Zahl der horizontalen und vertikalen Abtastleitungen im wesentlichen gleich der der Bildelemente.sein, die in Horizontal- bzw. Vertikal richtung angeordnet sind. Jedes Bildelement wird.von einer Photodiode und zwei MOS-Transistoren 32 bzw. 33 in gleicher Weise wie bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel gebildet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Drain-Elektrode de3 zweiten MOS-Transistors 33 eines bestimmten Bildelements gemeinsam mit der Drain-Elektrode des ersten MOS-Transistors

32 des benachbarten Bildelements mit einer horizontalen Abtastleitung verbunden. Beispielsweise ist die Drain-Elektrode des zweiten MOS-Transistors 33 des Bildelements 11-22 mit der horizontalen Abtastleitung 19-2 verbunden, mit der auch die Drain-Elektrode des ersten MOS-Transistors 32 des benachbarten Bildeiements 11-12 verbunden ist. Mit der am-weitesten rechts bzw. links angeordneten horizontalen Abtastleitung sind lediglich die Drain-Elektroden des zweiten MOS- ·· ." Transistors bzw. des ersten MOS-Transistors verbunden. Mit denhorizontälen Abtastleitungen 19-2,19-3...mit Ausnahme der am weitesten außen , liegenden sind jeweils zwei horizontale Wahl schalter 42-1,42-2,.. .bzw. 42-1., ' 42'-2 verbunden, von denen jeder von einem MOS-Transistor gebildet wird. Die B rari η-Elektroden das ersten und des zweiten horizontalen Wahlschalters 42-1,42-2. und 42'-!,. 42' -2 sind mit der ersten und zweiten Signal-Leseleitung 23 bzw. 24 verbunden. Mit den außenliegenden horizontalen Abtastleitungen ist lediglich ein horizontaler Wahlschalter verbunden, dessen Drain-Elektrode mit der Signal-Leseleitung 23 bzw. 24 verbunden ist. Die Gate-Elektroden der gepaarten horizontalen Wahlschalter 42-1, 42'-1; 42-2, 42'-2; .... sind miteinander sowie mit den Ausgangsanschlüssen des horizontalen Schieberegisters 18 verbunden. Die Gate-Elektroden der ersten und zweiten MOS-Transistoren der zum ungeraden Feld gehörenden Bildelemente sind mit den ungerade bzw. gerade numerierten vertikalen Abtastleitungen 20-1, 20-3 ... bzw. 20-2, 20-4 ... verbunden. Die Gate-Elektroden der ersten · und zweiten MOS-Transistoren der Bildelemerite, die zum geraden Feld·gehören, sind mit den gerade bzw. ungerade numerierten vertikalen Abtastleitungen 20-2, 20-4 ... bzw. 20-1, 20-3 " ... verbunden. Die vertikalen Abtastleitungen 20-1, 20-2 ... sind mit dem. ersten und dem zweiten vertikalen Schieberegister 25 bzw. 26 über erste und zweite FeId-Wahlschalter 27-1, 27-2 ... bzw. 28-1, 28-2 ... verbunden. Die Drain-Elektroden zweier aufeinanderfolgender Feld-Wahlschalter 27-1, 27-2; 27-3, 27-4; ... und 28-1, 28-2; 28-3, 28-4; ... sind mitein-

ander sowie mit den Ausgangsanschlüssen der vertikalen Schieberegister 25 und 26 verbunden. An die Gate-Elektroden der Feld-Wahlschalter 27-1, 27-3 ... und 28-1, 28-3 ..., die zum ungeraden Feld gehören, sind Feld-Wahl impulse ^FI und φ FII angelegt, während an die Gate-Elektroden der Feld-Wahlschalter 27-2, 27-4 ... und 28-2, 28-4 ..., die zum geraden Feld gehören, die invertierten Feld-Wahlimpulse φ FI und S FII über invertierende Verstärker 44 bzw. 45 angelegt sind.

Die Fig. 8A bis 81 zeigen verschiedene Impuls/Zeitdiagramme ; zur Erläuterung der Arbeitsweise des in Fig. 7 gezeigten erfindungsgemäßen Festkörper-Bildaufnahmewandlers. Fig. 8A zeigt die Feld-Wahlimpulse φ FI für das erste vertikale Schieberegister .25, Fig. 8B und 8C die Ausgangsimpulse <£VI-I und <b VI-2 der ersten und zweiten Stufen des vertikalen Schieberegisters 25, Fig. 8D die Feld-Wahlimpulse OFII für das zweite vertikale Schieberegister 26, und Fig. 8E und 8F die Ausgangsimpulse der ersten und zweiten Stufen des zweiten vertikalen Schieberegisters 26. Die Impulse S FII, d> VII-I und <f> VII-2 sind um die Verzögerungszeit t. in. Bezug auf die Impulse φ FI, $ VI-I bzw. S VI-2 verzögert. Fi.g. 8G zeigt einen Teil A¹ des ersten vertikalen Abtastimpulses φνΐ-l, der in Fig. 8B im Überblick dargestellt ist, während Fig. 8H einen Teil B¹- des zweiten vertikalen Abtastimpulses φ VII-I zeigt, der in Fig. 8E dargestellt ist. Fig. 81 zeigt die Ausgangsimpulse d> H-I der ersten Stufe des horizontalen Schieberegisters 18. In den Fig. 8G, 8H und 81 ist die Zeitachse stark gestreckt. . · . .

Im Folgenden soll ein einzelnes Bildelement 11-11 betrachtet werden. Zum Zeitpunkt T„ wird der zweite MOS-Transistor 33 durch die Impulse ^FII und ^ VII-J. über die vertikale Abtastleitung 20-2 durchgeschaltet. Wenn der erste horizontale

Wahlschalter 42' durch den horizontalen Abtastimpuls H-I eingeschaltet wird, wird die horizontale Abtastleitung 19-2 mit der zweiten Signal-Leseleitung 24 verbunden und die in der Photodiode gespeicherte Signalladung auf die zweite Signal-Leseleitung 24.ausgelesen. Anschließend wird das Bildelement zur Einleitung des Speichervorgangs für· die Signalladung rückgesetzt.'Zum Zeitpunkt T wird der erste Transistor durch die Impulse φ?1 und Svi-1 über die vertikale Abtastleitung 20-1 durchgeschaltet; wenn der horizontale Wahl schalter 42 durch den Impuls φ H-I eingeschaltet wird, wird die Abtastleitung 19-1 mit der ersten Signal-Leseleitung 23 verbunden und die in der Photodiode 15 während der Zeitdauer t„ - T₀ über die erste Signal-Leseleitung 23 ausgelesen. Deshalb ist die Verschluß-Offenzeit gleich der Zeitdauer T„ - T₂. ' . .

Alle Bildelemente des Wandlers arbeiten in der vorstehend erläuterten Weise, so daß eine Verschlußfunktion mit der Belichtungszeit t. = 2V - t. durchgeführt werden kann. Da bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an die Gate-Elektroden der MOS-Transistoren die vertikalen Abtast'impulse angelegt sind, ist es ausreichend, die Signalladung innerhalb der horizontalen Dunkelperiode von etwa 10 tisec. auszulesen. Deshalb kann der MOS-Transistor einen verhältnismäßig großen Widerstand im leitenden Zustand haben, so daß seine Fläche klein sein kann. Da ferner die Gate-Elektroden der Rücksetz-Transistoren für das ungerade bzw. gerade numerierte Feld mittels der vertikalen Abtastleitungen für das gerade bzw. ungerade numerierte Feld abgetastet werden, kann die" Zahl der vertikalen Abtastleitungen gleich der der Bildelemente gemacht werden, die in Y-Richtung angeordnet sind.-Da ' darüberhinaus die horizontalen Abtastleitungen sowohl für den Signal-Lesevorgang als auch für den Rücksetzvorgang verwendet werden, kann die Zahl der horizontalen Abtastleitungen gleich der der Bildelemente, die in X-Richtung angeord-

net sind, +1 gemacht werden. Deshalb kann der erfindungsgemäße Festkörper-Bildaufnahmewandler mit einem hohen Integrationsgrad und äußerst klein ausgeführt werden.

Claims

lA-57 475 D-SOOO MÜNCHEN 90 Olympus Optical schveigerstrasse2 Company Limited, · , . , .. , cJ _ telefon: (cSo) 66 10 51 Tokyo, Japan TELEGRAM Μ; PROTECTI-ATENT TELEX: $24070 Patentansprüche' . '

1. ■ Festkörper-Bildaufnahmewandler mit einer Vielzahl von Bildelementen, die in Matrixform angeordnet sind und von denen, jede mindestens einen MOS-Transistor und eine Photodiode aufweist, einer horizontalen Abtasteinrichtung, die zum horizontalen Abtasten der Bildelemente mit' einer vorgegebenen horizontalen Abtastperiode mit den Bildelementen verbunden ist, einer vertikalen Abtasteinrichtung, die zum vertikalen Abtasten der Bildelemente mit einer vorgegebenen vertikalen Abtastperiode mit den Bildelementen verbunden ist, und'.einer Signal-Leseeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Signal-Leseeinrichtung eine erste und eine zweite Signal-Leseleitung (23, 24) aufweist, die selektiv mit den Biidelementen gesteuert, von den horizontalen und vertikalen Abtasteinrichtungen (18, 19, 20, 25, 26; 25, 26, 36, 34, 40, 41) derart verbunden sind, daß die in den Photodioden (15) gespeicherten Ladungssignale zweimal innerhalb einer Feldperiode zum Ausführen einer Verschlußfunktion mit einer variablen Verschluß-Offenzeit ausgelesen werden.

2. Wandler nach Anspruch 1,

dadurch gekennze i chnet, daß die horizontale At-I η.'--ι If M ufig F-JiKj Vielzahl von hur i zun tal f»n Ab las Ii ei tun gen (19; 34, 35) aufweist, von denen jede mit den entsprechenden in vertikaler Richtung angeordneten Bildelementen

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(11) verbunden ist und daß die Ausgangsanschlüsse mindestens eines horizontalen Schieberegisters (18; 40, 41) mit den horizontalen Abtastleitungen verbunden sind, um nacheinander an die horizontalen Abtastleitungen Abtastimpulse anzulegen, und daß die vertikale Abtasteinrichtung eine Vielzahl von vertikalen Abtastleitungen (20; 36, 37) aufweist, von denen jede mit den entsprechenden in horizontaler Richtung angeordneten Bildelementen (11) verbunden ist, und daß die Ausgangsanschlüsse eines ersten und eines zweiten vertikalen Schieberegisters (25, 26) mit.den vertikalen Abtastleitungen verbunden sind, um an die vertikalen Abtastleitungen erste und zweite vertikale Abtastimpulse anzulegen, wobei die zweiten vertikalen Abtastimpulse in Bezug auf

die ersten vertikalen Abtastimpulse um eine bestimmte Zeitdauer, die der Verschluß-Offenzeit entspricht, verzögert sind.

3. Wandler nach Anspruch 2,

dadurch geke nn ζ e i chnet, daß die vertikale Abtasteinrichtung ferner erste vertikale Wahlschalter (21), die mit den vertikalen Abtastleitungen (20; 36', 37) und der ersten Signal-Leseleitung (23) verbunden sind, und zweite vertikale Wahlschalter (22) aufweist, die mit den vertikalen Abtastleitungen und der zweiten Signal-Leseleitung (24) •verbunden sind, und daß die ersten und die zweiten vertikalen Wahlschalter von den ersten bzw. zweiten vertikalen Abtastimpulsen gesteuert werden.

4. Wandler nach Anspruch 3,

dadurch gekennze i chne t, daß ein MOS-Transistor jeden der ersten und zweiten vertikalen Wahl schalter bildet.

5. Wandler nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzei chne t, daß die horizontalen Abtastleitungen mit den Gate-Elektroden der MOS-Transistoren (10; 32, 33) der Bildelemente (11) und die vertikalen Abtastleitungen mit den Drain-Elektroden der MOS-Transistoren der Bildelemente verbunden sind.

6. Wandler nach einem der Ansprüche 3 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Abtasteinrichtung ferner erste Feld-Wahlschalter (27), die mit den ersten vertikalen Wahlschaltern verbunden sind, und von denen zwei aufeinanderfolgende Schalter mit den entsprechenden Ausgangsanschlüssen;des ersten vertikalen Schieberegisters (25) verbunden sind, und zweite Feld-Wahlschalter (28) aufweist, die mit den zweiten vertikalen Wahlschaltern verbunden sind, und von denen zwei aufeinanderfolgende Schalter mit den entsprechenden Ausgangsanschlüssen des zweiten vertikalen Schieberegisters (26) verbunden sind, daß die ersten Feld-Wahlschalter alternierend für das ungerade Feld von den ersten Feld-Wahlimpulsen gesteuert werden, und daß die zweiten Feld-Wahlschalter alternierend für das gerade Feld von den zweiten Feld-Wahl impulsen gesteuert werden, die hinsichtlich der ersten Feld-Wahl impulse um eine bestimmte Zeitdauer verzögert sind. · . ' .

7. Wandler·nach Anspruch 2, ■ dadurch gekennze i chne t, daß jedes der Bildelemente (11) einen ersten und einen zweiten MOS-Transistor (32, 33) und eine Photodiode (15) aufweist, daß die horizontale Abtasteinrichtung (18) erste horizontale Abtastleitungen (34), die mit den Drain-Elektroden der ersten MOS-Transistoren verbunden sind, zweite horizontale Abtastleitungen (35), die mit den Drain-Elektroden der zweiten M0S-Tran-> sistoren verbunden sind, erste horizontale Wahlschalter (38),

-A-

die mit den ersten horizontalen Abtastleitungen und einer ersten Signal-Leseleitung (23) verbunden sind, zweite horizontale Wahlschalter (39), die mit den zweiten horizontalen Abtastleitungen und einer zweiten Signal-Leseleitung (24) verbunden sind, ein erstes horizontales Schieberegister (40) dessen Ausgangsanschlüsse mit den ersten horizontalen Wahlschaltern verbunden sind, und ein zweites horizontales Schieberegister (41) aufweist, dessen Ausgangsanschlüsse mit den zweiten horizontalen Wahlschaltern verbunden sind, und daß die vertikale Abtasteinrichtung erste vertikale Abtastleitungen (36), die mit den Gate-Elektroden der ersten MOS-Transistoren verbunden sind, zweite vertikale Abtastleitungen (37), die mit den Gate-Elektroden der zweiten MOS-Transistoren verbunden sind, ein erstes vertikales Schieberegister (25), das mit den ersten, vertikalen Abtastleitungen verbunden ist, und ein zweites vertikales Schieberegister (26) aufweist,, das mit den zweiten vertikalen Abtastleitungen verbunden ist.

8. Wandler nach Anspruch 7,

dadurch gekenm zeichnet, daß ein MOS-Transistor jeden der Wahlschalter bildet.

9. Wandler nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß ein erster und ein zweiter MOS-Transistor (32, 33) und eine Photodiode (15) jedes der Bildelemente (11) bilden, daß die horizontalen Abtastleitungen (19) mit den Drain-Elektroden der ersten MOS-Transistoren des entsprechenden Bildelements und' den Drain-Elektroden der zweiten MOS-Transistoren des in horizontaler Richtung benachbarten Bildelements verbunden sind, daß die vertikalen Abtastleitungen mit den Gate-Elektroden der ersten MOS-Transistoren des entsprechenden Bildelements und den Gate-Elektroden der zweiten MOS-Transi-

stören des in vertikaler Richtung benachbarten Bildelements verbunden sind_r und daß die horizontale Abtasteinrichtung ferner erste und zweite horizontale Wahl schalter (42, 42') aufweist, die mit den entsprechenden horizontalen Abtastleitungen und"der ersten und zweiten Signal-Leseleitung (23, 24) verbunden sind und die von den horizontalen Abtastimpulsen gesteuert werden.

10. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzei chne t durch eine Störungs-Ünterdrückungsschaltung (29), die Blindzellen, von denen jede denselben Aufbau wie ein Bildeliement hat und die von der horizontalen Abtasteinrichtung zur Erzeugung von Störungskomponenten angesteuert werden, eine Störungskomponenten-Lesel-eitung (31), die mit den Blindzellen verbunden ist, und einen Differentialverstärker (32) aufweist, dessen einer Eingangsanschluß mit der Störungskomponenten-Leseleitung und dessen anderer Eingangsanschluß entweder mit der ersten oder der zweiten Signal-Leseleitung verbunden ist·