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Die Erfindung betrifft Photosensoren und vor allem (jedoch
nicht ausschließlich) die geradlinigen Reihenanordnungen
lichtempfindlicher Elemente wie etwa diejenigen, die der
zeilenweisen Analyse von Bildern dienen (für die Beobachtung von
Bildern, die Übertragung von Bildern durch Fernkopieren, die
Speicherung von Bildern usw.)
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Eine Reihenanordnung ist normalerweise aus einer Zeile von M
Elementarsensoren gebildet, wobei die Beobachtung des Bildes
dadurch erfolgt, daß diese Reihenanordnung senkrecht zu ihrer
Erstreckungsrichtung an ihm vorbei bewegt wird. Entweder wird
die Reihenanordnung vor dein Bild oder das Bild vor der
Reihenanordnung verschoben. Die Geschwindigkeit der Verschiebung ist
grundsätzlich konstant.
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Jeder Sensor erzeugt eine elektrische Ladung, die die
Lichtintensität (die "Beleuchtung" genannt wird), die von dem vor
ihm befindlichen Punkt einittiert wird, repräsentiert. Dieser
Sensor erzeugt daher nacheinander elektrische Ladungen, die
die jeweilige Beleuchtung eines jeden der aufeinanderfolgenden
Punkte repräsentieren, welche sich vor ihm vorbeibewegen. Die
Beobachtung eines Bildes besteht darin, die elektrischen
Signale aufzunehmen, die die Beleuchtungen sämtlicher von der
Reihenanordnung gesehenen Bildpunkte repräsentieren.
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Um das Signal/Rausch-Verhältnis von Photosensoren zu
verbessern, ist bereits ein Leseprinzip vorgeschlagen worden, das
für die Beobachtung eines Bildpunktes nicht einen einzigen
Elementarsensor, sondern eine Reihe von n elementaren
Photozellen verwendet, welche sich nacheinander an diesem Punkt
vorbeibewegen. Von der ersten Zelle wird eine zur Beleuchtung
des Punktes proportionale elektrische Ladung erzeugt, während
sie sich an dem Punkt vorbeibewegt; anschließend bewegt sich
die zweite Zelle an dem Punkt vorbei, wobei eine zweite
elektrische
Ladung erzeugt wird; diese zwei Ladungen werden
addiert, usw., bis sich die n elementaren Zellen am Punkt
vorbeibewegt haben. Während jedoch die zweite Zelle den ersten
Bildpunkt beobachtet, erfaßt die erste Zelle die Beleuchtung
eines zweiten Bildpunktes, der vor ihr erscheint;
selbstverständlich ist es notwendig, die Ladung, die sie dann erzeugt,
nicht mit der Ladung zu vermischen, die sie im Verlauf der
Beobachtung des ersten Punktes erzeugt hat. Daher ist ein System
zur zeitlichen Verschiebung der Ladungen vor ihrer Addition
vorgesehen, wobei diese zeitliche Verschiebung mit der
relativen Vorbeibewegung des Sensors an dem zu beobachtenden Bild
genau synchronisiert ist.
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Diese Systeme werden Sensoren mit Ladungsintegration und
-übertragung genannt (im Englischen sind sie bekannt unter dem
Namen: "Time delay integration systems"): Für jeden Bildpunkt
wird die Ladung, die von einer ersten Zelle erzeugt wird, wenn
diese sich vor einem ersten Punkt befindet, integriert,
anschließend wird sie in einem Zeitpunkt zur zweiten Zelle
übertragen, in dem sich diese zweite Zelle am ersten Bildpunkt
vorbeibewegt, usw. bis zur n-ten Zelle; die n-te Zelle liefert
das Integral der in n aufeinanderfolgenden Zeitpunkten
erzeugten Ladungen, wobei diese Zeitpunkte sämtlich demselben
Bildpunkt entsprechen, der von n verschiedenen Zellen
beobachtet wird.
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Fig. 1 zeigt den Aufbau eines solchen Systems: Der Sensor ist
eine Reihenanordnung von M in einer Zeile befindlichen
Elementarsensoren. Jeder Sensor enthält jedoch tatsächlich n
elementare Zellen, die sich in einer Spalte in Richtung der Bewegung
der Reihenanordnung in bezug auf das zu analysierende Bild
befinden. Die Richtung der relativen Vorbeibewegung ist in Fig.
1 durch einen Pfeil 10 angezeigt.
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Die elementaren Photozellen sind durch benachbarte elementare
Rechtecke symbolisiert. Unter diesen Rechtecken sammeln sich
die Ladungen an, die durch die Beleuchtung eines vor dem
Rechteck sich vorbeibewegenden Punkts erzeugt werden. Jedes
Rechteck entspricht in der Praxis einem Oberflächenbereich
eines Photo-Halbleiters, der von einer isolierenden Dünnschicht
abgedeckt ist, die ihrerseits von wenigstens zwei
benachbarten, lichtdurchlässigen Elektroden abgedeckt ist. Diese
Elektroden dienen einerseits dazu, im Halbleiter Potentialtöpfe zu
schaffen, um die erzeugten Ladungen zu speichern, und
andererseits dazu, in Verbindung mit den Elektroden angrenzender
Zellen Übertragungspotentiale zu schaffen, um diese Ladungen
gemäß einem herkömmlichen Prinzip eines Schieberegisters mit
Ladungsübertragung von einer Zelle zur folgenden (in
Spaltenrichtung) zu bewegen. Die Anzahl der Elektroden pro Zelle
hängt vom Typ des Registers ab, das verwirklicht werden soll.
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Dieser Aufbau entspricht einem Sensor, dessen Zellen
gleichzeitig die Aufgabe eines Photosensors und einer
Schieberegisterzelle erfüllen, die Erfindung könnte jedoch auch auf
Strukturen angewendet werden, in denen die Funktionen der
Photoerfassung und der Übertragung zwischen den Zeilen
voneinander getrennt sind.
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Die M Sensoren einer Zeile (senkrecht zum Pfeil 10) sind
physikalisch voneinander getrennt, damit keine Mischung der
Ladungen stattfindet, die zwei seitlich benachbarten Sensoren
entsprechen.
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Somit sind parallel M spaltenförmige Schieberegister mit
jeweils n Feldern vorhanden.
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Diese M Register können sich an ihrem Ende in die Felder eines
weiteren Schieberegisters RL, eines sogenannten
"Leseregisters" entleeren, das sich in Richtung der Zeilen der
Reihenanordnung erstreckt. Dieses Register mit M Feldern, mit
parallelen Eingängen und mit seriellem Ausgang erlaubt durch
Verschieben in einer Zeile der von den M Spalten ausgegebenen
Ladungen die zyklische Entleerung zu einem Ausgangsverstärker.
Eine Elektrode PT, die ein Übertragungsgatter bildet,
ermöglicht
synchron mit der Verschiebung der Spaltenregister die
Entleerung der Spaltenregister in das Leseregister. Das
Leseregister wird seinerseits in horizontaler Richtung sehr
schnell zwischen jedem neuen Eintreffen von Ladungen von den
Spaltenregistern entleert. Eine Leseschaltung CL, die im
wesentlichen einen Ladungs/Spannungs-Umsetzer sowie einen
Verstärker A enthält, ist am Ausgang des Registers RL angeordnet
und liefert an ihrem Ausgang ein Videosignal, das zeilenweise
das von der Anordnung analysierte Bild repräsentiert.
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Das Leseregister könnte durch jedes andere System zum Lesen
von von M Spalten ausgegebenen Ladungen ersetzt sein.
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Es wird angemerkt, daß das Leseregister und das
Übertragungsgatter PT maskiert sind (beispielsweise durch eine
Aluminiumschicht), um kein Licht zu empfangen.
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Im folgenden wird das Interesse nurmehr auf die
Schieberegister mit n spaltenförmig angeordneten Feldern gerichtet, da
die Erfindung nicht auf das Vorhandensein eines Leseregisters
bezogen ist.
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Wie bekannt, können die Schieberegister auf mehrere
unterschiedliche Weisen gebildet sein, wobei nicht auf Einzelheiten
ihrer Verwirklichung eingegangen wird. Es ist ausreichend, auf
die herkömmliche Literatur zu verweisen, die die
Schieberegister mit Ladungsübertragung betrifft: Es gibt sogenannte
zweiphasige Register, in denen jedes Registerfeld zwei miteinander
verbundene Elektroden enthält und die Elektroden zweier
benachbarter Felder mit entgegengesetzter Phase gesteuert
werden. Es gibt Register mit vier Phasen, in denen jedes Feld des
Registers vier Elektroden enthält, die durch vier
aufeinanderfolgende Phasen gesteuert werden, wobei die Phasen für die
einander entsprechenden Elektroden zweier benachbarter Felder
gleich sind. Es gibt außerdem Register, die im Dreiphasenmodus
arbeiten, sowie Register, die in dem Modus arbeiten, der im
Englischen unter dem Namen "Ripple clock"-Modus bekannt ist
und der ins Deutsche mit Phasenfortpflanzungsmodus übersetzt
werden kann.
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In dem Beispiel von Fig. 1 wird angenommen, daß dieser
letztgenannte Phasenfortpflanzungsmodus verwendet wird: Es sind
zwei Elektroden pro Feld vorhanden, die jedoch elektrisch
miteinander verbunden sind. Jedes lichtempfindliche Feld des
Registers ist durch ein Rechteck dargestellt, das durch eine
gestrichelte Linie zweigeteilt ist. Die beiden Elektroden
entsprechen den beiden Hälften des Rechtecks. Ein einziger
externer Anschluß steuert das Potential, das gleichzeitig an diese
beiden Elektroden und außerdem gleichzeitig an sämtliche
Elektroden derselben Zeile angelegt wird. Die Steuerfolge der
Elektroden des Sensors enthält eine Reihe von
aufeinanderfolgenden Impulsen, die an die aufeinanderfolgenden Zeilen der
mehrzeiligen Anordnung angelegt werden: Ein erster Impuls φ1
wird an die erste Zeile angelegt, anschließend wird ein
zweiter Impuls φ2 an die zweite Zeile angelegt usw. bis zu einem
n-ten Impuls, der an die n-te Zeile angelegt wird, woraufhin
ein neuer Zyklus von Impulsen beginnt.
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Die Phasen φ1, φ2, ..., φn sind daher die aufeinanderfolgenden
Impulse, die einander ohne gegenseitige Überdeckung gemäß
einem Zyklus folgen, bei dem etwa ein neuer Impuls für die Phase
φ1 nur dann erneut auftritt, wenn sämtliche Impulse, die den n
Phasen entsprechen, nacheinander emittiert worden sind. Fig. 2
zeigt einen diesem Modus entsprechenden Zyklus von Impulsen
für n = 8 Registerfelder.
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Fig. 3 zeigt in ihrem oberen Teil das Register mit acht
Spaltenfeldern mit zwei elektrisch miteinander verbundenen
benachbarten Elektroden pro Feld; diese beiden Elektroden definieren
unter sich Potentialtöpfe mit unterschiedlichen Tiefen infolge
entweder einer unterschiedlichen Dotierung des Halbleiters,
den sie bedecken, oder einer unterschiedlichen Isolierdicke
zwischen jeder Elektrode und dem Halbleiter; im unteren Teil
dieser schematischen Darstellung zeigt Fig. 3 die
aufeinanderfolgenden
Potentialtöpfe, die unter diesen Elektroden im
Verlauf von acht aufeinanderfolgenden Phasen entstehen, sowie die
Ladungen, die sich in diesen Töpfen ansammeln. Die Ansammlung
ergibt sich aus zwei Phänomenen: einerseits der Beleuchtung
der lichtempfindlichen Felder des Registers und andererseits
der Ableitung der Ladungen von einem Topf in einen
benachbarten Topf (und somit von einem Registerfeld zum
folgenden) unter der Wirkung der Impulse, die nacheinander an
eine Elektrode und dann an die benachbarte Elektrode angelegt
werden.
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Wie in Fig. 3 ersichtlich, verursacht die Phase φ1 die
Ableitung der unter der letzten Elektrode des Registers
angesammelten Ladungen zum Ausgang des Spaltenregisters (zum
Zeilen-Leseregister). Dann verursacht die Phase φ2 die Ableitung der
unter der vor letzten Elektrode angesammelten Ladungen unter
diese letzte Elektrode usw., wobei sich die Position der
Ableitungszone progressiv von rechts nach links bis zum Eingang
des Registers verschiebt, woraufhin der Zyklus erneut beginnt.
Während dieser progressiven Verschiebung wird jedoch die
Beleuchtung der Photozellen, die aus den Registerfeldern
aufgebaut sind, nicht unterbrochen, wobei die Zellen Ladungen
ansammeln, die zu ihrer Beleuchtung proportional sind. Ein Feld
wird somit während n Impulsen von einem Bildpunkt beleuchtet,
wobei beim n-ten Impuls die angesammelten Ladungen in ein
benachbartes Feld abgeleitet werden, das sich im Verlauf des
folgenden Zyklus gegenüber eben diesem Bildpunkt befinden
wird.
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Die Beobachtung eines Punktes durch eine Elementarzelle dauert
einen vollständigen Zyklus von n Phasen. Mit anderen Worten,
die Geschwindigkeit der Vorbeibewegung des Bildes unter der
Zelle ist derart, daß ein Punkt die Strecke zwischen zwei
benachbarten Feldern des Registers während der Zeit durchläuft,
die ein Zyklus von n Impulsen dauert.
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Für diese mehrzeiligen Anordnungen mit Ladungsübertragung und
Integration kann angemerkt werden, daß das
Signal/Rausch-Verhältnis in bezug auf dasjenige einer einfachen, einzeiligen
Anordnung von M Zellen verbessert ist. Bei hohem Signalpegel
ist das vorherrschende Rauschen nämlich durch das
Photonenrauschen gegeben, d.h. das Rauschen, das sich aus der
Erzeugung von Elektronen-Loch-Paaren unter der Wirkung der
Beleuchtung ergibt. Dieses Rauschen ist quadratisch und wird mit der
Quadratwurzel von n multipliziert, wenn die Amplitude des
Signals mit n multipliziert wird. Nun wird aber das Signal im
Vergleich zu einem Signal, das anstatt von n Zellen, deren
Signale addiert werden, von einer einzigen Zelle erzeugt wird,
im Mittel mit n multipliziert. Bei hohem Pegel wird daher das
Signal/Rausch-Verhältnis mit der Quadratwurzel von n
multipliziert. Bei niedrigem Signalpegel ist das vorherrschende
Rauschen durch das Leserauschen gegeben; nun ermöglicht aber
das System, daß stets nur ein einziger Lesevorgang von
Ladungen ausgeführt wird, wobei das Signal mit n multipliziert
wird. Daher ist eine Verbesserung des
Signal/Rausch-Verhältnisses durch ein Verhältnis gegeben, das bis zu n reicht.
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Man bemerkt indessen, daß es schwierig ist, mit einem solchen
System Beleuchtungen zu empfangen, die sich mit großer Dynamik
ändern können. Die einzelnen Zellen müssen nämlich für die
einfache Erfassung einer Beleuchtung dimensioniert sein,
welche sie von einem Bildpunkt empfangen, selbst wenn die
Beleuchtung schwach ist. Um jedoch die Auflösung zu verbessern,
ist die Größe der Elementarzellen auf den kleinstmöglichen
Wert eingeschränkt. Diese Zellen müssen jedoch auch so
dimensioniert sein, daß sie durch Übertragung die Summe der
Beleuchtungen empfangen können, die von sämtlichen Zellen
derselben Spalte empfangen werden. Sobald die Beleuchtung
verhältnismäßig groß ist, besteht die Gefahr einer Sättigung der
Elementarzellen: Diese Sättigung wird n mal schneller erreicht
als dies mit einer einzigen Zelle der Fall wäre. Das Problem
ist umso ernsthafter, je größer n ist (wenn eine starke
Verbesserung des Signal/Rausch-Verhältnisses gewünscht ist) und
je kleiner die Größe der Elementarzellen ist (wenn eine gute
Bildauflösung gewünscht ist).
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Ein Ziel der Erfindung ist, diesen Nachteil soweit wie möglich
zu vermeiden und den Kompromiß zwischen der Auflösung, der
Dynamik und dem Signal/Rausch-Verhältnis zu verbessern.
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Es wird vorgeschlagen, die Anzahl n der bei der Übertragung
und der Integration von Ladungen verwendeten Zeilen zu
programmieren, um ihr entweder den Wert n oder einen Wert k, der
kleiner als n ist, zuzuteilen.
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Es wird insbesondere dafür gesorgt, daß die Anzahl der Zeilen
reduziert werden kann, wenn die Beleuchtung sehr groß ist. Im
Stand der Technik sind bereits Mittel vorgeschlagen worden, um
die Anzahl der aktiven Zeilen zu modifizieren; diese
verwendeten Mittel sind jedoch wenig praktisch.
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In der FR-A-2417899 wird eine Matrix verwendet, die in zwei
Untermatrizen unterteilt sind, die von Leitern mit
unterschiedlichen Taktsignalen für jede Matrix versorgt werden: je
nachdem, ob die Taktsignale in die eine Untermatrix oder in
die andere eingegeben werden, wird die Anzahl der Zeilen
modifiziert.
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In der US-A-4 280 141 geschieht das gleiche mit drei
Untermatrizen.
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In der EP-A-0 281 178 werden zusätzliche Sperrelektroden
verwendet, die zwischen den normalen Elektroden verschachtelt
angeordnet sind. Außerdem besteht der Zwang, eine seitlich
angeordnete Ableitungssenke vorzusehen. Schließlich bewegen sich
die Ladungen unabhängig von der Anzahl der programmierten
Zeilen im gesamten Register, außerdem findet keine Trennung der
Matrix zwischen zwei Zonen ohne mögliche Übertragung zwischen
den Zonen statt.
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Gemäß der Erfindung werden ganz einfach die Elektroden des
Schieberegisters verwendet, die die Verschiebung der erzeugten
und gespeicherten Ladungen in der Spalte ermöglichen. Anstelle
der systematischen Steuerung dieser Elektroden zur Ausführung
der periodischen Verschiebung werden gewisse der Elektroden in
der Weise gesteuert, daß systematisch gewisse Übertragungen
verboten sind, um die Additionen und Übertragungen der Ladung
auf eine Anzahl k kleiner als n einzuschränken, wenn die
Beleuchtung sehr groß ist. Es kann dafür gesorgt werden, daß
sich die Anzahl k in Abhängigkeit von der Beleuchtung
verändert. Es sind somit Sperrelektroden vorhanden, die getrennt
von den anderen gesteuert werden. Diese Elektroden können
jedoch physikalisch dieselben Elektroden sein, die auch den
Verschiebungen dienen: Wenn sie als Sperrelektroden dienen,
verhindern sie die Übertragungen, um die Ladungsadditionen auf k
einzuschränken; wenn sie als Übertragungselektroden dienen,
werden sie zyklisch entsprechend den Verschiebungszyklen
gesteuert, die für die Ladungsübertragungen notwendig sind.
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Eine mögliche Definition der Erfindung ist die folgende:
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Ein im Integrationsmodus und mit Ladungsübertragung
arbeitender mehrzeiliger Photosensor mit n Zeilen, der in n Zeilen und
M Spalten lichtempfindlicher Elementarzellen organisiert ist,
mit einer Programmierung der Anzahl k der bei der Integration
und der Ladungsübertragung effektiv benutzten Zeilen, wobei
jede Spalte ein Schieberegister bildet und der Sensor
Zeilenregisterelektroden enthält, die die Übertragung von
gespeicherten Ladungen einer Zeile zur angrenzenden nächsten Zeile
für alle Register und die Übertragung von Ladungen der letzten
Zeile der Zellen zu einer Lesestufe ermöglichen, mit für alle
diese Zeilen gemeinsamen Taktsignalen zur Verursachung dieser
Übertragungen, dadurch gekennzeichnet, daß ferner Mittel
vorgesehen sind, um an gewisse dieser Elektroden, sogenannte
"Sperrelektroden", entweder die Taktsignale zur Ermöglichung
der Übertragung oder ein Sperrpotential zum Verhindern jeder
Übertragung bei dieser Elektrode anzulegen, während die
zwischen
dieser Elektrode und der Lesestufe liegenden anderen
Elektroden weiterhin die die Übertragung ermöglichenden
Potentiale empfangen, wobei die Sperrelektroden Elektroden sind,
die auf jeden Fall vorgesehen wären, wenn keine Programmierung
der Anzahl von Zeilen vorhanden ist.
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Es können dann mehrere Elektroden vorgesehen sein, die somit
dazu geeignet sind, gemäß zweier verschiedener Betriebsarten
gesteuert zu werden; die Position derjenigen der Elektroden,
die effektiv als Sperrelektrode verwendet wird, bestimmt die
Anzahl k (kleiner als n) der Zeilen, zwischen denen die
Additionen und Übertragungen der Ladungen ausgeführt werden: Die
Elektroden, die sich auf der anderen Seite der ausgewählten
Sperrelektrode befinden, tragen zu den Ladungsübertragungen
nicht bei.
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Die Sperrung wird ab einem Zeitpunkt bewerkstelligt, in dem
die mittlere Beleuchtung einen bestimmten Schwellenwert
übersteigt. Die Position der ausgewählten Sperrelektrode (falls
mehrere möglich sind) ändert sich dann in Abhängigkeit vom
Beleuchtungspegel. Diese Beleuchtung kann am Ausgang der
Lesestufe gemessen werden, in der Praxis wird sie am Ausgang des
Verstärkers gemessen, der das das Bild repräsentierende Signal
liefert, es sind jedoch auch andere Meßsysteme vorstellbar,
beispielsweise mittels eines speziellen Sensors, der die
mittlere Beleuchtung des Bildes oder des vom Sensor analysierten
Bildabschnittes mißt.
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Vorzugsweise wird dafür gesorgt, daß die Zeilen der auf der
anderen Seite der ausgewählten Sperrelektrode befindlichen
Zellen die Ladungen, die sie ansammeln, zu einer
Ableitungssenke ableiten. Diese Senke ist vorzugsweise in bezug auf die
Zeilen der Zellen zur Lesestufe entgegengesetzt angeordnet.
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Es wird angemerkt, daß die Tatsache, daß die Elektroden,
welche in jedem Fall für die Übertragung zwischen den Zeilen
notwendig sind, als Sperrelektroden verwendet werden, ermöglicht,
die Schrittweite des Registers von einem Ende zum anderen
desselben unverändert zu lassen, d.h. sowohl dort, wo die
Sperrelektroden vorhanden sind, als auch dort, wo sie nicht
vorhanden sind. Folglich ermöglicht die Erfindung nicht nur,
die Schrittweite zwischen den Zeilen (in bezug auf die
Schrittweite eines Registers, das keine Programmierung der
Anzahl der Zeilen besitzt) unverändert zu lassen, sondern auch
ein Konstanthalten dieser Schrittweite über die gesamte Länge,
was besonders in dem Fall wichtig ist, in dem die Zellen des
Registers Photozellen sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich
beim Lesen der folgenden genauen Beschreibung, die mit Bezug
auf die beiliegenden Zeichnungen gegeben wird, in denen:
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- Fig. 1, die bereits beschrieben worden ist, eine
mehrzeilige lichtempfindliche Anordnung mit Ladungsintegration und
-übertragung zeigt;
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- Fig. 2 eine Zeitablaufdiagramm der Steuerphasen der
Spaltenregister der Anordnung von Fig. 1 im
Phasenfortpflanzungsmodus ("Ripple clock") mit acht Phasen zeigt;
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- Fig. 3 ein Diagramm ist, das die Potentialtöpfe und
Ladungsansammlungen zeigt, die sich im Verlauf der verschiedenen
Betriebsphasen des Sensors von Fig. 1 bilden;
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- Fig. 4 schematisch eine gemäß der vorliegenden Erfindung
modifizierte mehrzeilige Anordnung zeigt;
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- Fig. 5 ein Diagramm zeigt, das demjenigen von Fig. 3
entspricht, jedoch durch die Verwendung der Erfindung modifiziert
ist.
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Im folgenden wird nicht nochmals darauf eingegangen, was
hinsichtlich der Funktionsweise der mehrzeiligen Anordnungen mit
Ladungsintegration und -übertragung im einzelnen beschrieben
worden ist: Diese Beschreibung bleibt für die Ausführung der
Erfindung gültig, mit den Abwandlungen, die nun erläutert
werden.
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In Fig. 4 ist schematisch eine Ausführungsform der Anordnung
der Erfindung gezeigt.
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Das Prinzip besteht darin, daß Mittel vorgesehen sind, um die
Anzahl der Zeilen der mehrzeiligen Anordnung je nach Wunsch
auf einen Wert k, der kleiner als n ist, einzuschränken, um
eine Ladungsübertragung nur in k Zeilen auszuführen, wenn die
Beleuchtung sehr groß ist, und in n Zeilen auszuführen, wenn
die Beleuchtung verhältnismäßig schwach ist.
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Im einfachsten Beispiel der Register, die im zweiphasigen
Modus oder im Phasenfortpflanzungsmodus arbeiten, werden hierzu
gewisse der Zeilenelektroden verwendet, indem sie von der
benachbarten Elektrode abgekoppelt werden, mit der sie in diesen
Registern normalerweise verbunden sind.
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Mit anderen Worten, wenn eine Zeile des Registers zwei
normalerweise miteinander verbundene Elektroden enthält, um
dasselbe Potential zu empfangen, das sich gemäß einem Zyklus
verändert, der die Ladungsübertragungen ermöglicht, schlägt die
Erfindung vor, daß die beiden Elektroden gewisser der Zeilen
des Registers (selbst sämtliche Zeilen, wenn dies gewünscht
ist) voneinander abgekoppelt sind, so daß sie getrennt
gesteuert werden können.
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Wenn die Beleuchtung derart ist, daß keine Gefahr einer
Sättigung der Felder des Spaltenregisters oder der Felder des
Leseregisters besteht, werden die abgekoppelten Elektroden "wieder
angekoppelt", d.h., daß zwei abgekoppelte, benachbarte
Elektroden durch dasselbe Potential in der Weise gesteuert werden,
daß Ladungsübertragungen auf genau gleiche Weise wie in den
mehrzeiligen Anordnungen des Standes der Technik ausgeführt
werden.
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Wenn dagegen die Beleuchtung zu intensiv ist, wird an eine der
beiden Elektroden einer Zeile, in der die Elektroden
voneinander abgekoppelt sind, ein Potential angelegt, das jegliche
Übertragung von Ladungen zum Ort dieser Zeile verhindert. Die
Integration und die Übertragung von Ladungen werden dann auf
die k Zeilen eingeschränkt, die sich zwischen dieser
Sperrzeile und dem Leseregister befinden. Je nach Position der
betätigten Sperrelektrode ist k mehr oder weniger groß. Wenn
mehrere Zeilen vorhanden sind, deren Elektroden auf diese
Weise als Sperrelektroden dienen können, kann k verändert
werden. Dann wird eine Wahl des Wertes von k und somit der
Position der im Sperrmodus zu betreibenden Zeile in Abhängigkeit
vom Beleuchtungspegel ausgeführt, wobei k um so kleiner sein
muß, je größer die Beleuchtung ist.
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Fig. 4 gibt ein Ausführungsbeispiel an, in dem zwei mögliche
Sperrelektroden ES1 und ES2 vorhanden sind, wobei die erste
die Einschränkung auf drei Zeilen der mehrzeiligen Anordnung
und die zweite auf sechs Zeilen ermöglicht.
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Wenn eine Sperrelektrode auf diese Weise im Sperrmodus
betrieben wird, werden die Zeilen des Registers, die sich zwischen
dieser Elektrode und dem Leseregister befinden, im
Ladungsübertragungsmodus betrieben, wodurch eine Funktion mit
Ladungsübertragung und -integration ermöglicht wird. Die anderen
Elektroden, die sich jenseits der Sperrelektrode befinden,
können jedoch den Empfang von herkömmlichen
Ladungsübertragungspotentialen fortsetzen oder nicht; falls sie fortgesetzt
betrieben werden, um Übertragungen auszuführen, sind diese
Übertragungen jedenfalls ohne Wirkung und modifizieren die zum
Leseregister übertragenen Ladungen nicht.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, daß sich längs der am weitesten
vom Leseregister entfernt befindlichen Zeile von Zellen eine
Ladungsableitungssenke DR befindet, so daß es möglich ist, daß
die in den jenseits der Sperrelektrode befindlichen Zeilen
erzeugten Ladungen selbständig beseitigt werden und daß nicht
die Gefahr besteht, daß sie dazu gezwungen werden, sich unter
der Sperrelektrode anzusammeln. Selbstverständlich ist
vorgesehen, daß das an die Sperrelektrode angelegte Sperrpotential
dann, wenn diese den Sensor in eine aktive Zone und in eine
inaktive Zone trennen soll, ausreichend niedrig ist, um einen
Potentialwall zu bilden, der keine Übertragung zwischen den
beiden Zonen zuläßt. Es ist insbesondere niedriger als
diejenigen Potentiale, die an die verschiedenen Elektroden im
herkömmlichen Übertragungsmodus angelegt werden.
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Fig. 5 zeigt auf gleiche Weise wie Fig. 3 einerseits die
physikalische Anordnung der Elektroden eines Spaltenregisters,
wobei an einem Ende des Registers eine Senke DR vorgesehen
ist, und andererseits die Potentiale, die in dein Halbleiter
unter den verschiedenen Elektroden im Verlauf der
verschiedenen Arbeitsphasen der Anordnung erzeugt werden. In dem
gezeigten Beispiel ist angenommen worden, daß die Elektrode ES2 im
Sperrbetrieb betrieben wird und einen hohen Potentialwall
erzeugt, der den Sensor in zwei Zonen trennt, eine inaktive Zone
(links) und eine aktive Zone (rechts).
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In der aktiven Zone finden die Ansammlung der Ladungen unter
der Wirkung der Beleuchtung sowie die Übertragungen zwischen
den Zellen normal statt, sie ist jedoch auf k = 6 Zeilen der
Zellen eingeschränkt.
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In der inaktiven Zone ist schnell, am Ende von einigen Zyklen
von n Phasen, eine Sättigung der Zellen erreicht, die
Ableitungssenke DR verhindert jedoch eine übermäßige Ansammlung,
die zu einem Überlaufen über die Sperrelektrode führen könnte.
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Wenn die Beleuchtung verschwindet, beispielsweise bei der
Beobachtung eines anderen Bildes oder eines dunkleren Teils
desselben Bildes, wird die Steuerung der Elektrode ES2 mit
niedrigem Sperrpotential beendet, außerdem wird sie wieder mit der
benachbarten Elektrode, die derselben Zeile der Zellen
entspricht,
gekoppelt, um erneut durch die herkömmlichen
Verschiebungsimpulse des Phasenfortpflanzungsmodus gesteuert zu
werden.
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Für die Bestimmung, ob eine Sperrelektrode im Sperrmodus
betrieben werden soll, und für die Bestimmung, welche der
Sperrelektroden verwendet werden soll, wird die mittlere
Beleuchtung des Bildes oder des beobachteten Bildabschnittes
gemessen. Die mittlere Beleuchtung kann durch Filterung des
Ausgangssignals der Leseschaltung CL mit einer Zeitkonstante
gemessen werden, welche eine ausreichend schnelle Reaktion
ermöglicht (höchstens die Zeit von einigen Bildanalysezeilen)
sobald die Gefahr besteht, daß der Beleuchtungspegel eine
Sättigung verursacht.
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Die erfaßte mittlere Beleuchtung kann mit Schwellenwerten
verglichen werden, die jeweils der Verwendung einer bestimmten
Sperrelektrode entsprechen.
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Die Beleuchtung kann auch durch einen getrennten Sensor
gemessen werden, der die mittlere Gesamtbeleuchtung des gesamten
Bildes oder des gesamten Bildabschnittes im Verlauf der
Analyse mißt.
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Die Erfindung ist selbstverständlich auf mehrzeilige Sensoren
anwendbar, in denen die Zellen in der Weise gebildet sind, daß
andere Verschiebungsmodi als der Phasenfortpflanzungsmodus
verwirklicht sind.
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Wenn die Elektroden so beschaffen sind, daß sie ein Register
vom zweiphasigen Typ ergeben, sei daran erinnert, daß jede
Zellenzeile zwei angrenzende Elektroden enthält, die dasselbe
Potential empfangen (wie im Fall des
Phasenfortpflanzungsmodus). Die an die Elektroden angelegten Potentiale enthalten
zwei komplementäre Phasen φ1 und φ2 (und nicht n Phasen),
außerdem empfangen die Elektroden einer Zeile ein Potential, das
zu dem an die Elektroden der benachbarten Zeilen angelegten
Potential gegenphasig ist. Gemäß der Erfindung ist eine
Sperrelektrode dadurch gebildet, daß die beiden Elektroden einer
Zeile elektrisch voneinander getrennt ist und daß an eine von
ihnen ein Sperrpotential angelegt wird, während die anderen
Elektroden weiterhin die Übertragungspotentiale gemäß den
beiden Phasen φ1 und φ2 empfangen.
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Wenn in einem weiteren Beispiel die Elektroden so angeordnet
sind, daß ein Schieberegister vom Vierphasentyp gebildet wird,
sei daran erinnert, daß jede Zelle vier Elektroden enthält,
die von vier aufeinanderfolgenden Phasen φ1 bis φ4 gespeist
werden; die Elektroden der folgenden Zelle empfangen dieselben
Phasen φ1 bis φ4. Von diesen Elektroden wird kraft einer
Logikschaltung eine Sperrelektrode gebildet, die wahlweise
ermöglicht, an diese Elektrode ein Sperrpotential oder die
normale Phase anzulegen.
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Die Erfindung kann auf andere Typen von Registern angewendet
werden, insbesondere auf Register vom dreiphasigen Typ und auf
Register mit Phasenfortpflanzungsmodus, in denen die Anzahl
der Phasen des Zyklus nicht gleich der Anzahl n der Zeilen des
Sensors ist (beispielsweise sind 16 Zeilen vorhanden, die in
zwei Gruppen zu je acht Zeilen angeordnet sind und die jeweils
gemäß einem Zyklus mit acht Phasen arbeiten).