DE69124954T2

DE69124954T2 - Festkörper-Bildsensor

Info

Publication number: DE69124954T2
Application number: DE69124954T
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Yamada
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1991-12-02
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2011-12-03
Also published as: JP2760656B2; US5400071A; EP0492182A2; DE69124954D1; JPH04207591A; EP0492182A3; KR920011279A; KR950014884B1; EP0492182B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Festkörper- Bildabtastvorrichtung, umfassend einen fotosensitiven Abschnitt, in welchem eine Vielzahl von fotosensitiven Elementzügen, welche jeweils eine Vielzahl von in eine Spaltenrichtung angeordneten fotosensitiven Elemente haben, in eine Zeilenrichtung parallel zueinander angeordnet sind, eine erste Spaltenrichtungs-Transportvorrichtung, welche neben den ungeraden fotosensitiven Elementzügen angeordnet ist, um in eine erste Richtung entlang der Spaltenrichtung erste Signalladungen zu transportieren, welche in den fotosensitiven Elementen erzeugt werden, die in jedem der ungeraden fotosensitiven Elementzüge enthalten sind, eine zweite Spalteneinrichtungs-Transportvorrichtung, welche neben den geraden fotosensitiven Elementzügen angeordnet ist, um in eine zweite Richtung entgegen der ersten Richtung zweite Signalladungen zu transportieren, welche in den fotosensitiven Elementen erzeugt werden, die in jedem der geraden fotosensitiven Elementzüge enthalten sind, eine erste Zeilenrichtungs-Transportvorrichtung, welche Transportstufen enthält, die entsprechend zu jeweiligen Spalten der ersten Spalteneinrichtungs-Transportvorrichtung vorgesehen sind und dafür ausgelegt sind, die ersten Signalladungen von einer abschließenden Übertragungsstufe der ersten Spalteneinrichtungs-Transportvorrichtung zu empfangen, um sie darauffolgend in eine Zeilenrichtung zu transportieren, eine zweite Zeilenrichtungs-Transportvorrichtung, welche Transportstufen enthält, die entsprechend zu jeweiligen Spalten der zweiten Spalteneinrichtungs-Transportvorrichtung vorgesehen sind, und dafür ausgelegt sind, die zweiten Signalladungen von einer abschließenden Transportstufe der zweiten Spalteneinrichtungs-Transportvorrichtung zu empfangen, um sie darauffolgend in eine Zeilenrichtung zu transportieren, eine erste Ausgabeschaltung, um die durch die erste Zeilenrichtungs-Transportvorrichtung transportierenen ersten Signalladungen nach außen auszugeben, und eine zweite Ausgabeschaltung, um die von der zweiten Zeilenrichtungs- Transportvorrichtung transportierenen zweiten Signalladungen nach außen auszugeben. Eine solche Festkörper- Bildabtastvorrichtung, welche Schnittstellenabschnitte hat, die zwischen den Ausgängen der Spalteneinrichtungs- Transportvorrichtung und jeweiligen Eingängen der Zeilenrichtungs-Transportvorrichtungen angeschlossen sind, wird in EP-A-0 313 322 offenbart.
Es sei ebenfalls EP-A-0 315 778 erwähnt, in welcher eine Festkörper-Bildabtastvorrichtung eine einzige Ladungstransportvorrichtung hat, und ein zyklischer Übertragungspfad vorgesehen ist, um Ladung in jeder gewünschten Reihenfolge abzuleiten, was eine umgekehrte Reihenfolge sein kann.
Die Erfindung beschäftigt sich insbesondere mit einer Struktur, welche für eine miniaturisierte und Vielpixelimplementation in einer Vorrichtung geeignet ist.
Als ein Beispiel eines CCD-Flächensensors, welcher in der Lage ist, eine hohe Auflösung von Festkörper Bildabtastvorrichtungen unter Verwendung von Ladungsverschiebe-Bauelementen bereitzustellen, ist ein Flächensensor mit einer Struktur bekannt, in welcher fotosensitive Elemente, die Signalladungen von zwei Pixeln, die eine Zeile bilden, erzeugen, nebeneinander in eine Spaltenrichtung (Vertikalrichtung) angeordnet sind. In CCD- Flächensensoren, welche allgemein als Sensoren für zivile Anwendungen verwendet werden, im Hinblick auf die Reduzierung der Anzahl von Transportstufen, welche eine breite Fläche erfordern, aufgrund von Miniaturisierungserfordernissen, wird jedoch ein Auslesesystem verwendet, um Signalladungen von zwei in eine Spaltenrichtung nebeneinanderliegenden Pixeln hinzugefügt, um sie auszulesen.
Fig. 1 ist eine Planansicht, welche die Konfiguration einer konventionellen Festkörper-Bildabtastvorrichtung zeigt. Fotosensitive Elementzüge 11, 12, ..... 18, welche jeweils 6 fotosensitive Elemente 1 bis 6 umfassen, sind vorgesehen, und Spaltentransportabschnitte 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 und 28, welche jeweils drei Transportstufen 7, 8 und 9 umfassen, sind neben diesen fotosensitiven Elementzügen vorgesehen. Die Transportstufe 7 entspricht den fotosensitiven Elementen 5 und 6, die Transportstufe 8 entspricht den fotosensitiven Elementen 3 und 4 und die Transportstufe 9 entspricht den fotosensitiven Elementen 1 und 2.
Ferner stellen S11, S21 .... S61 Signalladungen dar, welche in dem ersten fotosensitiven Elementzug 11 gespeichert sind, und S12, S22 .... S62 stellen Signalladungen dar, welche in dem zweiten fotosensitiven Elementzug 12 gespeichert sind. Auf ähnliche Weise sind Bezugszeichen an andere, folgende Signalladungen angehängt. Beispielsweise stellen S18, S28 .... S68 Signalladungen dar, welche in der achten fotosensitiven Elementspalte 18 gespeichert sind.
Am unteren Teil der Fig. 1 der fotosensitiven Elementzüge und Spaltenrichtungs-Transportabschnitte, ist ein Zeilenrichtungs-Transportabschnitt 10 vorgesehen, um einen Transport in eine Zeilenrichtung (in eine Richtung von der rechten Seite des Papiers zur linken Seite) durchzuführen. Dieser Zeilenrichtungs-Transportabschnitt 10 enthält Transportstufen 31 bis 38. Eine Ausgabeschaltung 39 ist mit einer abschließenden Transportstufe 31 des Zeilenrichtungs- Transportabschnitts 10 verbunden. Diese Ausgabeschaltung 39 liest Signalladungen nach außen aus.
In dieser Festkörper-Bildabtastvorrichtung wird ein erstes Halbbildsignal durch Addieren und Transportieren von Signalladungen von zwei fotosensitiven Elementen, welche in einer Spaltenrichtung (in obere und untere Richtungen des Papiers) nebeneinanderliegen, gebildet, um sie nach außen auszulesen, und ein zweites Halbbildsignal wird durch Addieren und Transportieren von Signalladungen von zwei fotosensitiven Elementen, welche in der Spaltenrichtung nebeneinander liegen und anders als oben kombiniert sind, gebildet, um sie auszugeben. Ferner wird durch Zwischenzeilen-Synthetisierung (interlace-synthesizing) von zwei Halbbildsignalen ein Vollbildsignal geschaffen. Ein solcher Modus wird als Halbbildspeichermodus (field storage mode) bezeichnet.
Der Betrieb der oben erwähnten Festkörper- Bildabtastvorrichtung wird nun unter Heranziehung nur eines Halbbildes beschrieben.
Signalladungen S11, S12 .... S18 der ersten Zeile und Signalladungen S21, S22 .... S28 der zweiten Zeile, Signalladungen S31, S32 .... S38 der dritten Zeile und Signalladungen S41, S42 .... S48 der vierten Zeile, und Signalladungen S51, S52 .... S58 der fünften Zeile und Signalladungen S61, 562 .... S68 der sechsten Zeile werden zu entsprechenden Transportstufen transportiert, und dort jeweils addiert. Folglich werden Signalladungen S11 + S21, S12 + S22 .... S18 + S28, welche entsprechend zu der ersten Zeile der Signalladungen gehören, die auf die oben beschriebene Weise addiert wurden, einem Paralleltransport zu entsprechenden Transportstufen 31 bis 38 des Zeilenrichtungs- Ladungstransportabschnitts 10 ausgesetzt. Durch den Transport in eine Zeilenrichtung durch den Zeilenrichtungs- Ladungstransportabschnitt 10 werden Signalladungen sequentiell zu der Ausgabeschaltung 39 transportiert und danach von dort nach außen ausgegeben.
Dann werden addierte Signalladungen S31 + S41, S 32 + S42 .... S38 + S48 der zweiten Zeile und jene S51 + S61 S58 + S68 der dritten Zeile durch einen ähnlichen Vorgang wie oben ausgegeben. Auf diese Weise können alle Signalladungen ausgegeben werden.
Unterdessen, da in einer solchen Ladungstransportvorrichtung Transportstufen 31 bis 38 des Zeilenrichtungs- Transportabschnitts auf solch eine Weise gebildet sind, daß sie mit jeweiligen Transportabschnitten 21 bis 28 verbunden sind, muß die Abmessung in einer Zeilenrichtung einer Transportstufe so geformt sein, daß sie gleich dem Anordnungsabstand (arrangement pitch) in der Zeilenrichtung der fotosensitiven Elemente ist.
Darüber hinaus, da im allgemeinen in dem Zeilenrichtungs- Transportabschnitt ein Vierphasenantrieb durchgeführt wird, besteht eine Transportstufe aus vier Elektroden. Aus diesem Grund ist die Dimension einer Elektrode ein Viertel oder weniger des Pixelabstandes. Wenn dementsprechend der Pixelabstand zum Zwecke der Verwirklichung einer Miniaturisierung oder der Vielpixel-Implementierung reduziert wird, ist eine Hochniveau-Miniaturisierungstechnologie zur Bildung des Zeilenrichtungs-Transportabschnitts erforderlich.
Andererseits, wenn die Zahl der fotosensitiven Elemente in einer Zeilenrichtung erhöht wird, wird die Transportrate, welche für das Auslesen von Ladungen aus einer Zeile innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls in Übereinstimmung mit dem Fernsehsystem erforderlich ist, hoch. Der Zeilenrichtungs-Transportabschnitt muß nämlich bei einer hohen Frequenz im Verhältnis zu der Zahl von fotosensitiven Elementzügen arbeiten. Dies führt zu dem Problem, daß die Belastunge eines Transportpuls-Versorgungstreibers erhöht wird, was zu einem erhöhten Energieverbrauch führt.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Festkörper-Bildabtastvorrichtung einer neuen Struktur zu schaffen, in welcher die Abmessung des Zeilenrichtungs- Transportabschnittes erweitert und die Transportpulsfrequenz reduziert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine eingangs definierte Festkörper-Bildabtastvorrichtung geschaffen, welche durch eine erste Ladungsspeichervorrichtung gekennzeichnet ist, die zwischen der letzten Stufe der ersten Spaltenrichtungs -Transportvorrichtung und der ersten Zeilenrichtungs-Transportvorrichtung vorgesehen ist, um während einer vorbestimmten Zeitperiode die transportierten Signalladungen zu speichern, und welche eine Ladungstransportreihenfolgen-Umwandlungsfunktion hat, um die Transportsequenz der Signalladungen, welche aus der letzten Stufe ausgelesen und an die erste Zeilenrichtungs- Transportvorrichtung transportiert werden, umzukehren.
In einer Ausführung der Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß dieser Erfindung, sind Spaltenrichtungs- Transportvorrichtungen (Abschnitte), welche für jeden fotosensitiven Elementzug vorgesehen sind, so, daß die Transportrichtung seiner ungeraden Spalten und jene seiner geraden Spalten einander entgegengesetzt sind. Die Transportreihenfolge-Umwandlungsvorrichtung ist mit mindestens einer abschließenden Transportstufe der Spaltenrichtungs-Transportvorrichtung verbunden, und transportierte Ladungen werden zu der Zeilenrichtungs- Transportvorrichtung (Abschnitten) transportiert. Somit ist es möglich, Signalladungen in die gleiche Richtung zu transportieren und auszugeben, welche abwechselnd an jeder Spalte in einander entgegengesetzte Richtungen zu zwei Zeilenrichtungs-Transportvorrichtungen auf solch eine Weise transportiert werden, daß solche Signalladungen darauf verteilt werden.
Wie oben beschrieben, da Signalladungen, welche in den fotosensitiven Elementzügen erzeugt werden, zu den Zeilenrichtungs-Transportvorrichtungen auf solch eine Weise transportiert werden, daß jene Signalladungen darauf verteilt werden, kann die Abmessung jeder Stufe jedes Zeilenrichtungs- Transportabschnittes zweimal so groß sein, wie jene der konventionellen. Aus diesem Grund ist die Miniaturisierung bis zu einem hohen Grad vereinfacht, was die Ausräumung von Hindernissen in der Herstellungstechnologie oder der Entwurfstechnologie ermöglicht. Ferner, da die Anzahl von Transportstufen eines Zeilenrichtungs-Transportabschnitts auf die Hälfte vermindert ist, kann die Betriebsfrequenz, welche für die Implementierung der viele Pixel umfassenden Abbildungsvorrichtung erforderlich ist, auf die Hälfte vermindert werden. Als Ergebnis werden nicht nur der Betrieb und die Signalverarbeitung vereinfacht, sondern es wird auch die Belastung der peripheren Treiberschaltung, wie einer Betriebsspannungs-Versorgungsquelle vermindert, so daß der Energieverbrauch reduziert und die Schaltungskonfiguration vereinfacht werden kann. Somit kann eine Festkörper- Bildabtastvorrichtung geschaffen werden, welche für die Miniaturisierung und/oder Vielpixelimplementierung geeignet ist.
Die Erfindung kann besser durch die Bezugnahme, im Wege von Beispielen, auf die begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in welchen:
Fig. 1 eine Planansicht ist, welche die Konfiguration einer konventionellen Festkörper- Bildabtastvorrichtung zeigt,
Fig. 2 eine Planansicht ist, welche die Konfiguration einer Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß einer ersten Ausführung dieser Erfindung zeigt,
Fig. 3 eine Planansicht ist, welche die ausführliche Konfiguration der ersten und zweiten Spaltenrichtungs-Transportabschnitte dieser Erfindung zeigt,
Fig. 4 eine Planansicht ist, welche die Konfiguration einer Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführung dieser Erfindung zeigt,
Fig. 5 eine Planansicht ist, welche die Konfiguration einer Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß einer dritten Ausführung dieser Erfindung zeigt,
Fig. 6 eine beispielhafte Ansicht ist, welche ein weiteres Beispiel zeigt, wie Signalladungen aus den fotosensitiven Elementzügen entnommen werden, und
Fig. 7 eine erklärende Ansicht ist, welche ein weiteres Beispiel zeigt, wie Signalladungen aus den fotosensitiven Elementzügen entnommen werden.
Fig. 2 ist eine Planansicht, welche die Konfiguration einer ersten Ausführung dieser Erfindung zeigt.
In dieser Ausführung sind acht fotosensitive Elementzüge 41 bis 48 der ersten bis achten Spalten vorgesehen, und erste bis achte Spaltenrichtungs-Transportabschnitte 51 bis 58, um Signalladungen der fotosensitiven Elemente der fotosensitiven Elementzüge zu transportieren. Jeder fotosensitive Elementzug umfaßt acht fotosensitive Elemente 101 bis 108. Ferner sind Spaltenrichtungs-Transportabschnitte 51, 53, 55 und 57, welche zu den ungeraden Spalten der Spaltentransportabschnitte gehören, erste Spaltenrichtungs- Transportabschnitte zum Transportieren von Ladungen vom unteren Teil zum oberen Teil des Papiers. Andererseits sind Spaltenrichtungs-Transportabschnitte 52, 54, 56 und 58, welche zu den geraden Spalten gehören, zweite Spaltenrichtungs-Transportabschnitte zum Transportieren von Ladungen vom oberen Teil zum unteren Teil des Papiers. Die ersten und zweiten Spaltenrichtungs-Transportabschnitte enthalten Transportstufen 151 bis 154 und Transportstufen 155 bis 158.
An den oberen und unteren Seiten der fotosensitiven Elementzüge und Spaltenrichtungs-Transportabschnitte sind jeweils erste und zweite Ladungsspeicherabschnitte 115 und 116 vorgesehen. Die ersten Ladungsspeicherabschnitte 115 und 116 umfassen jeweils vier Unterabschnitte. Jeder Unterabschnitt des ersten Ladungsspeicherabschnitts 115 enthält Transportstufen 111 bis 114, welche eine Transportreihenfolge-Umwandlungsfunktion haben. Diese Transportstufen bilden nämlich einen zyklischen Transportpfad, in welchem ein Transport im Uhrzeigersinn und ein Transport im Gegenuhrzeigersinn durchgeführt werden können. Die Transportstufen 111 des ersten Ladungsspeicherabschnitts 115 sind mit den Transportstufen 154 der Spaltenrichtungs-Transportabschnitte verbunden. Man beachte, daß die Details dieser zyklischen Transportpfade in einer US-Patentanuieldung des gleichen Erfinders wie der vorliegenden Erfindung offenbart sind.
Ferner enthält jeder Unterabschnitt des zweiten Ladungsspeicherabschnitts 116 Transportstufen 121 bis 124. Man beachte, daß diese Transportstufen nicht unbedingt notwendig sind, um die oben erwähnte Transportreihenfolge- Umwandlungsfunktion zu erhalten. Die Transportstufen 155 der zweiten Spaltenrichtungs-Transportabschnitte sind mit den Transportstufen 121 verbunden.
An entgegengesetzten Positionen der Transportstufen 112 der Unterabschnitte, welche den ersten Ladungsspeicherabschnitt 115 von entsprechenden Spalten bilden, sind entsprechende Transportstufen 131 bis 134 eines ersten Zeilenrichtungs- Transportabschnitts 119 über ein Steuertor 117 vorgesehen. Dieser Zeilenrichtungs-Transportabschnitt 119 dient zum Transport von Signalladungen, welche von den dem ersten Ladungsspeicherabschnitt 115 bildenden Unterabschnitten gespeichert und transportiert werden, und durch Öffnen des Steuertors 117 transportiert werden, in eine Richtung von der Transportstufe 134 zu der Transportstufe 131.
Ähnlich sind an entgegengesetzten Positionen der Transportstufen 122 der Unterabschnitte, welche den zweiten Ladungsspeicherabschnitt 116 von entsprechenden Spalten bilden, jeweilige Transportstufen 141 bis 144 eines zweiten Zeilenrichtungs-Transportabschnittes 120 über ein Steuertor 118 vorgesehen. Dieser Zeilenrichtungs-Transportabschnitt 120 dient zum Transportieren von Signalladungen, welche von den den zweiten Ladungsspeicherabschnitt 116 bildenden Unterabschnitten gespeichert und transportiert werden und durch Öffnen der Steuertors 118 transportiert werden, in eine Richtung von der Transportstufe 144 zu der Transportstufe 141. Eine Ausgabeschaltung 146 ist mit der Transportstufe 141 verbunden.
Das Prinzip des Betriebs in einem Halbbild der oben beschriebenen Vorrichtung wird nun beschrieben.
Signalladungen Smn (m = 1 - 8, n = 1 - 8), welche für eine vorbestimmte Zeitperiode in den fotosensitiven Elementen gespeichert sind, werden an entsprechende Transportstufen 151 bis 158 auf die gleiche Weise wie im Stand der Technik transportiert. In diesem Fall werden Ladungen von zwei fotosensitiven Elementen, welche in einer Spaltenrichtung nebeneinander sind, ähnlich wie im Stand der Technik addiert, und werden dann in jeweiligen ersten und zweiten Spaltenrichtungs-Transportabschnitten gespeichert. Folglich werden durch die ersten Spaltenrichtungs-Transportabschnitte 51, 53, 55, 57 Ladungsbündel S8n + S7n, S6n + S5N, S4n + S3n und S2n + S1n (n = 1, 3, 5, 7) von dem unteren Teil der Figur 2 zum oberen Teil transportiert, und werden weiter zum ersten Ladungsspeicherabschnitt 115 in der gleichen Reihenfolge transportiert. Gleichzeitig werden durch die zweiten Spaltenrichtungs-Transportabschnitte 52, 54, 56, 58 Ladungsbündel S1n + S2n, S3n + S4n, S5n + S6n und S7n + S8n (n = 2, 4, 6, 8) von dem oberen Teil in Fig. 2 zum unteren Teil transportiert, und werden weiter zu dem zweiten Ladungsspeicherabschnitt 116 in der gleichen Reihenfolge transportiert.
In dem ersten Ladungsspeicherabschnitt 115 wird jedes Mal, daß Ladungsbündel transportiert werden, ein zyklischer Transport durchgeführt. Als ein Ergebnis ist der Transport in dem Zustand abgeschlossen, in dem Ladungsbündel S1n + S2n, S3n + S4n, S5n + S6n, S7n + S8n (n = 1, 3, 5, 7) jeweils in den Transportstufen 112, 113, 114 und 111 gespeichert sind.
Ähnlich wird in dem zweiten Ladungsspeicherabschnitt 116 ein zyklischer Transport auf solche Weise durchgeführt, daß Ladungsbündel S1n + S2n, S3n + S4n, S5n + S6n und S7n + S8n (n = 2, 4 6, 8) jeweils in Transportstufen 122, 121, 124 und 123 gespeichert werden.
Dann, wenn eine Steuerspannung an das Steuertor 117 angelegt wird, so daß das Tor geöffnet wird, werden Ladungsbündel S11 + S21, S13 + S23, S15 + S25 und S17 + S27 von den jeweiligen Transportstufen 112 der Unterabschnitte des ersten Ladungsspeicherabschnitts 115 der entsprechenden Spalten an die Transportstufen 131 bis 134 des ersten Zeilenrichtungs- Transportabschnitts 119 transportiert. Diese Ladungsbündel werden sequentiell einem Zeilenrichtungstransport in eine Linksrichtung des Papiers unterzogen, wobei sie aus der Ausgabeschaltung 145 ausgelesen werden. Ähnlich, wenn eine Steuerspannung an das Steuertor 118 angelegt wird, so daß das Tor geöffnet wird, werden Ladungsbündel S12 + S22, S14 + S24, S16 + S26 und S18 + S28 von den jeweiligen Transportstufen 122 der Unterabschnitte des zweiten Ladungsspeicherabschnitts 116 der entsprechenden Spalten an die Transportstufen 141 bis 144 des zweiten Zeilenrichtungs-Transportabschnitts 120 transportiert. Diese Ladungsbündel werden sequentiell einem Zeilenrichtungstransport in eine Linksrichtung des Papiers unterzogen, wobei sie aus der Ausgabeschaltung 146 ausgelesen werden. Dann wird in dem Ladungsspeicherabschnitt 115 ein Transport im Gegenuhrzeigersinn durchgeführt. Als Ergebnis werden die Ladungsbündel, welche in den Transportstufen 113 seit der Zeit gespeichert wurden, zu der Transportstufe 112 transportiert. Diese Ladungsbündel werden zu dem Zeilenrichtungs-Transportabschnitt transportiert und dann daraus ausgelesen. Ferner wird in dem zweiten Ladungsspeicherabschnitt 116 ein Transport im Uhrzeigersinn durchgeführt. Als ein Ergebnis werden Ladungsbündel, welche bis dahin in den Transportstufen 121 gespeichert wurden, zu den Transportstufen 122 transportiert. Dann werden diese Ladungsbündel zu dem Zeilenrichtungs-Transportabschnitt transporiert und dann daraus ausgelesen.
Zu einer darauffolgenden Zeit werden Signalladungsbündel, welche in den Transportstufen 114 und 111 des ersten Ladungsspeicherabschnitts 115 gespeichert sind, im Gegenuhrzeigersinn transportiert, und Signalladungsbündel, welche in den Transportstufen 124 und 123 des zweiten Ladungsspeicherabsschnitts 116 gespeichert wurden, werden im Uhrzeigersinn transportiert. Die so transportierten Ladungsbündel werden ausgelesen. Durch wiederholtes Durchführen eines solchen Vorgangs für eine Halbbild- Zeitperiode, ist es möglich, alle Signalladungen nach außen auszulesen.
Man beachte, daß, um es zu ermöglichen, daß die Zeitserie an von den zwei Ausgabeschaltungen ausgegebenen Signalladungen einander bezüglich der Anordnungsreihenfolge der fotosensitiven Elemente in einer Zeilenrichtung entsprechen, eine Steuerung auf eine Weise durchgeführt werden kann, um zu bewirken, daß die Taktung der von der Ausgabeeinheit 146 ausgegebenen Signalladungen mit einem Phasenwinkel von 180º bezüglich der Ausgabetaktung der Ausgabeeinheit 145 nachläuft.
Ferner kann der Ladungsspeicherabschnitt 116, welcher nicht die Umkehrung der Ladungstransportreihenfolge durchführt, eine Struktur haben, um zusätzlich zu dem abgebildeten zyklischen Transport einen linearen Transport durchzuführen. Zusätzlich, durch Einstellen der Anzahl von Transportstufen des Zeilenrichtungs-Transportabschnitts 119 auf der anderen Seite in Übereinstimmung mit dem Betrieb des umkehrbaren zyklischen Transportpfades, kann eine Anordnung eingesetzt werden, in welcher kein Ladungsspeicherabschnitt 116 auf der anderen Seite vorgesehen ist.
Wie oben beschrieben, kann die Festkörper- Bildabtastvorrichtung, welche hier offenbart ist, Signalladungen, welche in den fotosensitiven Elementen erzeugt werden, an die zwei Zeilenrichtungs- Transportabschnitte 119 und 120 auf solch eine Weise transportieren, daß jene Signalladungen jeweils darauf verteilt werden. Dementsprechend kann die Abmessung jeder Stufe jedes Zeilenrichtungs-Transportabschnitts zweimal so groß sein, wie jene des Standes der Technik. Aus diesem Grund ist die Schwierigkeit beim Miniaturisieren hochgradig vereinfacht, so daß ein Hindernis bei der Herstellungstechnologie oder der Entwurfstechnologie ausgeräumt werden kann. Ferner, da die Anzahl von Transportstufen eines Zeilenrichtungs-Transportabschnitts halbiert wird, kann die Betriebsfrequenz, welche bei der konventionellen Implementierung einer Abbildungsvorrichtung, welche viele Pixel umfaßt, notwendigerweise erhöht werden mußte, auf die Hälfte vermindert werden. Als Ergebnis werden nicht nur der Betrieb und die Signalverarbeitung vereinfacht, sondern es wird auch die Belastung der peripheren Treiberschaltung als einer Betriebsspannungs- Versorgungsquelle vermindert. Somit kann ein niedriger Energieverbrauch und/oder eine Vereinfachung der Schaltung verwirklicht werden.
Fig. 3 ist ein partielles Strukturdiagramm, welches eine Planstruktur der ersten und zweiten Spaltentransportabschnitte in der in Fig. 2 gezeigten Ausführung zeigt.
In dieser Figur wird eine typische Vierphasenantriebs-CCD (charge coupled device = Ladungsgekoppelter Baustein) einer Doppelschicht-Laminatelektrodenstruktur verwendet. Diese Transportvorrichtung als der Transportabschnitt, umfaßt Elektrodenendabschnitte 160 und 164, an welche ein Transportpuls φ1 der ersten Phase angelegt wird, Elektrodenendabschnitte 161 und 165, an welche ein Transportpuls φ2 der zweiten Phase angelegt wird, einen Elektrodenendabschnitt 162, an welchen ein Transportpuls φ3 der dritten Phase angelegt wird, und ein Elektrodenendabschnitt 163, an welchen ein Transportpuls φ4 der vierten Phase angelegt wird. Die Elektroden, welche mit Transportpulsen φ2 und φ4 versorgt werden, sind durch ein leitfähiges Material der ersten Schicht gebildet, z.B. Polysilizium, und die Elektroden, denen die Transportpulse φ1 und φ3 zugeführt werden, sind aus einem leitfähigen Material der zweiten Schicht gebildet.
In dieser Figur sind fotosensitive Elemente 194 bis 199 in einer Matrixform angeordnet. Zwischen diesen fotosensitiven Elementzügen, sind Spaltenrichtungs-Transportpfade 190 bis 193 vorgesehen. Der Transportpuls φ1 wird von dem Elektrodenendabschnitt 160 an die integral gebildeten Transportelektroden 166 und 169 geliefert. Ähnlich wird der Transportpuls φ2 von dem Elektrodenendabschnitt 161 an die integral gebildeten Transportelektroden 170 bis 173 geliefert, der Transportpuls φ3 wird von dem Elektrodenendabschnitt 162 an die integral gebildeten Transportelektroden 174 bis 177 geliefert, der Transportpuls φ4 wird von dem Elektrodenendabschnitt 163 an die integral gebildeten Transportelektroden 178 bis 181 geliefert, der Transportpuls φ1 wird von dem Elektrodenendabschnitt 164 an die integral gebildeten Transportelektroden 182 und 185 geliefert, und der Transportpuls φ2 wird von dem Elektrodenendabschnitt 165 an die integral gebildeten Transportelektroden 186 bis 189 geliefert.
In einer solchen Konfiguration umfassen Transportpfade 190 und 192 Transportelektroden, welche nacheinander angeordnet sind, in der Reihenfolge von φ1, φ2, φ3 und φ4, von dem unteren Teil des Papiers zum oberen Teil. Somit werden Signalladungen durch diese Transportpfade zum oberen Teil des Papiers transportiert. Andererseits umfassen Transportpfade 191 und 193 Transportelektroden, nacheinander in der Reihenfolge φ1, φ2, φ3 und φ4, vom oberen Teil des Papiers zum unteren Teil. Somit werden durch diese Transportpfade 191 und 193 Signalladungen zum unteren Teil Papiers transportiert. Wie oben beschrieben, sind zwischen benachbarten Transportabschnitten Elektroden, an welche die Transportpulse φ1 und φ2 angelegt werden, eine nach dem anderen angeordnet, und Elektroden, an welche die Transportpfade φ3 und φ4 angelegt werden, sind eine nach der anderen angeordnet. Somit können erste und zweite Spaltenrichtungs-Transportabschnitte, deren Transportrichtungen einander entgegengesetzt sind, leicht verwirklicht werden.
Eine zweite Ausführung der Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß dieser Erfindung ist in Fig. 4 abgebildet.
Auf den oberen und unteren Seiten des Abschnittes 200, welcher fotosensitive Elemente und erste und zweite Spaltenrichtungs-Transportabschnitte enthält, sind erste und zweite Ladungsspeicherabschnitte 201 und 202 vorgesehen. Mindestens einer dieser Ladungsspeicherabschnitte hat eine Transportreihenfolge-Umwandlungsfunktion. Ferner sind erste und zweite Zeilenrichtungs-Transportabschnitte 203 und 204 neben und parallel zu den ersten und zweiten Ladungsspeicherabschnitten 201 und 202 vorgesehen. Zusätzlich sind erweiterte Transportpfadvorrichtungen 205 und 206 mit den abschließenden Punkten dieser Zeilenrichtung- Transportabschnitte verbunden. Diese erweiterten Transportpfadvorrichtungen dienen zum Empfangen von Ladungen aus den Zeilenrichtungs-Transportabschnitten 203 und 204, um sie zu einer einzigen Ausgabeschaltung 207 zu transportieren.
Der Transport von dem erweiterten Transportpfad 205 zu der Ausgabeschaltung 207 und der Transport von dem erweiterten Transportpfad 206 zu der Ausgabeschaltung 207 werden so gesteuert, daß die Phasen ihrer Transporttaktung sich um 180º unterscheiden. Als ein Ergebnis werden Signalladungen, welche durch die zwei Transportpfade transportiert werden, auf eine Zeitmultiplexweise synthetisiert, ohne addiert zu werden. Dies wird leicht durch Transportieren von Ladungen zu der Ausgabeschaltung 207 bewerkstelligt, z.B. durch Verwenden von Pulsen, welche einander entgegengesetzte Phasen haben, eines Zweiphasentaktes in beiden Transportpfaden.
Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführung dieser Erfindung. Auf den oberen und unteren Seiten des Abschnittes 208 der gleichen Struktur wie jenes des durch Bezugsziffer 200 bezeichneten fotosensitiven Elementabschnittes, werden erste und zweite Ladungsspeicherabschnitte 209 und 210 jeweils vorgesehen. Der erste Ladungsspeicherabschnitt 209 hat eine Transportreihenfolge-Umwandlungsfunktion.
Im Gegensatz zu der Ausführung in Fig. 2, enthält der erste Zeilenrichtungs-Transportabschnitt, welcher neben dem ersten Ladungsspeicherabschnitt 209 vorgesehen ist, zwei Zeilenrichtungs-Transportpfade 211 und 213, welche parallel angeordnet sind. Ferner enthält der zweite Zeilenrichtungs- Transportabschnitt auf ähnliche Weise zwei Zeilenrichtungs- Transportpfade 212 und 214, welche parallel angeordnet sind. Zusätzlich sind vier Ausgabeschaltungen 215 bis 218 an den abschließenden Abschnitten der entsprechenden Zeilenrichtungs-Transportpfade vorgesehen, zur Ausgabe von Ladungen, welche transportiert wurden.
In dieser Ausführung wird der Zeilenrichtungstransport ausgeführt unter Verwendung von vier Zeilenrichtungs- Transportpfaden. Somit kann die Abmessung in einer Zeilenrichtung für jede Transportstufe vier Mal größer sein als jene des Standes der Technik, und die Transportfrequenz kann ein Viertel jener des Standes der Technik sein.
Während in den oben beschriebenen Ausführungen der Spaltenrichtungs-Transportabschnitt dazu dient, Signalladungen, welche in fotosensitiven Elementen, die zwei in eine Spaltenrichtung nebeneinanderliegenden. Pixeln entsprechen, erzeugt werden, zu addieren und zu transportieren, kann eine in Fig. 6 gezeigte Anordnung eingesetzt werden, um Signalladungen, welche in den fotosensitiven Elementen in jedem Halbbild erzeugt werden, alternierend herauszuholen. Zusätzlich kann eine in Fig. 7 gezeigte Anordnung verwendet werden, so daß in dem additiven Auslesen von zwei Pixeln ähnlich jenem der oben beschriebenen Ausführung, die Kombination von zwei Pixeln in jedem Halbbild um ein Pixel variiert wird. Man beachte, daß die durchgezogenen Linien und gestrichelten Linien in den Fig. 6 und 7 jeweils erste und zweite Halbbilder darstellen.

Claims

1. Festkörper-Bildabtastvorrichtung, umfassend:

einen fotosensitiven Abschnitt, in welchem eine Vielzahl von fotosensitiven Elementzügen (41 - 48), wovon jeder eine Vielzahl von in eine Spaltenrichtung angeordnete fotosensitive Elemente (101 - 108) hat, in eine Zeilenrichtung parallel zueinander angeordnet sind,

eine erste Spaltenrichtungs-Transportvorrichtung (51, 53, 55, 57), welche neben den ungeraden fotosensitiven Elementzügen angeordnet ist, um erste Signalladungen, welche in den fotosensitiven Elementen erzeugt werden, die in jedem der ungeraden fotosensitiven Elementzüge enthalten sind, in eine erste Richtung entlang der Spaltenrichtung zu transportieren,

eine zweite Spaltenrichtungs-Transportvorrichtung (52, 54, 56, 58), welche neben den geraden fotosensitiven Elementzügen angeordnet ist, um zweite Signalladungen, welche in den fotosensitiven Elementen erzeugt werden, die in jedem der geraden fotosensitiven Elementzüge enthalten sind, in eine zweite Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung zu transportieren,

eine erste Zeilenrichtung-Transportvorrichtung (119), welche Transportstufen (131 - 134) enthält, die entsprechend zu jeweiligen Spalten der ersten Spaltenrichtungs-Transportvorrichtung vorgesehen sind, und dafür ausgelegt sind, die ersten Signalladungen von einer abschließenden Transportstufe (154) der ersten Spaltenrichtungs-Transportvorrichtung zu empfangen, um sie darauffolgend in eine Zeilenrichtung zu transportieren,

eine zweite Zeilenrichtungs-Transportvorrichtung (120), welche Transportstufen (141 - 144) enthält, die entsprechend zu jeweiligen Spalten der zweiten Spaltenrichtungs-Transportvorrichtung vorgesehen sind, und dafür ausgelegt ist, die zweiten Signalladungen von einer abschließenden Transportstufe (155) der zweiten Spaltenrichtungs-Transportvorrichtung zu empfangen, um sie darauffolgend in eine Zeilenrichtung zu transportieren,

eine erste Ausgabeschaltung (145), zur Ausgabe der durch die erste Zeilenrichtungs-Transportvorrichtung transportierten ersten Signalladung nach außen, und

eine zweite Ausgabeschaltung (146) zur Ausgabe der durch die zweite Zeilenrichtungs-Transportvorrichtung transportierten zweiten Signalladungen nach außen,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine erste Ladungsspeichervorrichtung (115) zwischen er abschließenden Stufe der ersten Spaltenrichtungs- Transportvorrichtung (51, 53, 55, 57) und der ersten Zeilenrichtungs-Transportvorrichtung (119) vorgesehen ist, um während einer vorbestimmten Zeitperiode die transportierten Signalladungen zu speichern, und welche eine Ladungstransportreihenfolge-Umwandlungsfunktion hat, um die Transportsequenz der Signalladungen umzukehren, welche aus der letzten Stufe ausgelesen und zu der ersten Zeilenrichtungs-Transportvorrichtung (119) transportiert werden.

2. Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die erste Ladungsspeichervorrichtung einen zyklischen Transportabschnitt (111, 112, 113, 114) umfaßt, welcher solch eine Struktur hat, daß im Betrieb sein Transportpfad zirkuliert, und so daß während des Betriebs Transporte im Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn selektiv ausgeführt werden können, durch geeignetes Anlegen von Steuerspannungen an Transportelektroden, welche jeweilige Transportstufen des zyklischen Transportabschnittes bilden.

3. Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine zweite Ladungsspeichervorrichtung (116), um transportierte Signalladungen während der vorbestimmten Zeitperiode zu speichern, wobei die zweite Ladungsspeichervorrichtung zwischen der abschließenden Stufe der zweiten Spaltenrichtungs-Transportvorrichtung (52, 54, 56, 58) und der zweiten Zeilenrichtungs- Transportvorrichtung (120) vorgesehen ist.

4. Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach Anspruch 3, in welcher die zweite Ladungstransportvorrichtung (116) ferner eine Ladungstransportrichtung-Umwandlungsfunktion enthält, um die Transportreihenfolge von Ladungen, welche von der abschließenden Stufe der zweiten Spaltenrichtungs-Transportvorrichtung empfangen werden, umzuwandeln.

5. Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die zweite Ladungsspeichervorrichtung einen zyklischen Transportabschnitt (121, 122, 123, 124) umfaßt, welcher eine solche Struktur hat, daß im Betrieb sein Transportpfad zirkuliert, und daß im Betrieb Transporte im Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn selektiv ausgeführt werden können, durch geeignetes Anlegen von Steuerspannungen an Transportelektroden, welche jeweilige Transportstufen der zweiten Ladungstransportvorrichtung darstellen.

6. Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Spaltentransportvorrichtung (51 - 58) Elektroden haben, um den Ladungstransport zu steuern, und welche in Gruppen (167, 169, 166, 168) im wesentlichen entlang der Zeilenrichtung angeordnet sind, an welche im Betrieb eine Steuerspannung einer gleichen Phase an die Elektroden einer gleichen Gruppe angelegt wird, wobei die Elektroden einer Gruppe in einem Gebiet zwischen Elementen der fotosensitiven Elementzüge elektrisch verbunden sind, wobei Steuerspannungen anderer Phasen jeweils an die danebenliegende Gruppen von Elektroden anlegbar sind, wobei die Gruppen von Elektroden eine nach dem anderen und durch Isolierschichten getrennt gebildet sind.

7. Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei Elektroden der ersten und zweiten Zeilenrichtungs- Transportvorrichtung (119, 120) auf eine Weise angeordnet und gesteuert werden, daß die Transportphasen von Signalladungen, welche im Betrieb von der ersten und zweiten Zeilenrichtungs-Transportvorrichtung transportiert werden, und im Betrieb von einer jeweiligen der ersten und zweiten Ausgabeschaltungen ausgegeben werden, sich voneinander um 180º unterscheiden.

8. Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Ausgabeschaltungen (145, 146) elektrisch verbunden sind, um eine einzige Ausgabeschaltung (207) zu bilden, wobei die Vorrichtung ferner erste und zweite erweiterte Transportpfade (205, 206) umfaßt, um Signalladungen zu der einzigen Ausgabeschaltung (145, 146) zu transportieren, welche mit den Ausgabestufen der ersten und zweiten Zeilenrichtungs-Transportvorrichtung (119, 120) gekoppelt ist, wobei die Ladungstransportelektroden in den erweiterten Transportpfaden so angeordnet und gesteuert sind, daß Signalladungen als ein Bildsignal, welches auf eine Zeitmultiplexart synthetisiert ist, von der einzigen Ausgabeschaltung ausgegeben werden.

9. Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede der ersten und zweiten Zeilenrichtungs- Transportvorrichtungen (119, 120) zwei Zeilenrichtungs- Transportpfade (211, 213; 212, 214) umfaßt, welche parallel angeordnet sind, wobei Signalladungen, die im Betrieb von jeder der Spaltenrichtungs- Transportvorrichtungen (119; 120), die jeweils mit den ersten und zweiten Zeilenrichtungs- Transportvorrichtungen zusammenhängen, transportiert werden, im Betrieb alternierend zu den ersten und zweiten Zeilenrichtungs-Transportpfaden der assoziierten Zeilenrichtungs-Transportvorrichtung transportiert werden.

10. Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Spaltenrichtungs- Transportvorrichtung (51 - 58) angeordnet und gesteuert werden, um sequentiell Signalladungen zu transportieren, welche in den jeweiligen fotosensitiven Elementen der jeweiligen fotosensitiven Elementzüge erzeugt werden.

11. Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach Anspruch 1,- wobei die erste und zweite Spaltenrichtungs- Transportvorrichtung (51 - 58) angeordnet sind, um sequentiell Signalladungen zu transportieren, welche in den fotosensitiven Elementen erzeugt werden, die den auf summierten Ladungen von zwei Pixeln entsprechen, die in einer Spaltenrichtung der fotosensitiven Elemente nebeneinander liegen.