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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Festkörperbildsensors, der ein
ladungsgekoppeltes Bauelement enthält.
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Festkörperbildsensoren werden in letzter Zeit üblicherweise als
Bilderstellungskomponenten (Imagingkomponenten) von Videokameras verwendet. Insbesondere
Rundfunkkameras enthalten einen Festkörperbildsensor des sogenannten Frame-Interline-
Transfer-Typs, der einen Bilderstellungsbereich, der aus fotoempfindlichen Elementen
und vertikalen Schieberegistern besteht, einen Speicherbereich, der zum Speichern von
Signalladungen angepasst ist, ein horizontales Schieberegister und einen
Pufferverstärker umfasst, so dass die während einer Integrationszeit in fotoempfindlichen Elementen
gespeicherten Signalladungen mit hoher Geschwindigkeit während des vertikalen
Austastintervalls verlagert werden können.
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Der herkömmliche Festkörperbildsensor und sein Betriebsverfahren werden nun in
einigen Einzelheiten beschrieben. Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die einen typischen
Festkörperbildsensor nach dem Stand der Technik zeigt. Wie gezeigt ist, umfasst sein
Bilderstellungsbereich 1 eine Vielzahl von fotoempfindlichen Elementen 5, die in Form
einer Matrix angeordnet sind, und eine Vielzahl von vertikalen Schieberegistern 6, die
zum Transfer bzw. zur Verlagerung von Signalladungen eingerichtet sind, die aus den
entsprechenden fotoempfindlichen Elementen 5 in einer vertikalen Richtung ausgelesen
werden. Der Speicherbereich 2 umfasst eine Vielzahl von vertikalen Schieberegistern 7,
die die aus dem Bilderstellungsbereich 1 verlagerten Signalladungen speichern und
zeilenmäßig an ein horizontales Schieberegister 3 transferieren. Der Pufferverstärker 4 ist
eine Einrichtung zum Ausgeben der in das horizontale Schieberegister 3 verlagerten
Signalladungen.
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In dem obigen Festkörperbildsensor nach dem Stand der Technik hat jedes vertikale
Schieberegister 6 zwei unabhängige Transferelektroden pro Bildelement und verlagert
einen Block von Signalladungen mit Hilfe von vier Transferelektroden als eine
unabhängige Einheit. Somit ist die Anzahl der Stufen in dem vertikalen Schieberegister 6 gleich
der Hälfte der Anzahl von fotoempfindlichen Elementen 5 in einer vertikalen Spalte und
die Anzahl der Stufen des vertikalen Schieberegisters 7, das den Speicherbereich 2
umfasst, ist gleich der Anzahl von Stufen des vertikalen Schieberegisters 6.
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Das Verfahren zum Betreiben des in Fig. 1 verdeutlichten Festkörperbildsensors nach
dem Stand der Technik wird nun erläutert. Fig. 2(a), Fig. 2(b), Fig. 2(c) und Fig. 2(d)
zeigen die Zeitverlaufsgrafiken des Betriebsverfahrens für den Festkörperbildsensor nach
dem Stand der Technik. Danach stellt Fig. 2(a) den zusammengesetzten
Synchronisierungsimpuls dar, Fig. 2(b) den an das vertikale Schieberegister 5 angelegten
Transferimpuls, Fig. 2(c) den an den Speicherbereich 2 angelegten vertikalen Transferimpuls und
Fig. 2(d) den an das horizontale Schieberegister 3 angelegten horizontalen
Transferimpuls. Zunächst wird auf Fig. 2(a) Bezug genommen. Das Betriebsverfahren umfasst das
Auslesen der Signalladungen von den fotoempfindlichen Elementen 5 in Zweiersätzen
jeweils während des vertikalen Austastintervalls 21a des A-Halbbildes und des vertikalen
Austastintervalls 21b des B-Halbbildes und das Verlagern der Signalladungen in den
Speicherbereich 7 durch das vertikale Schieberegister 6 und das Ausgeben derselben
als ein Bildsignal aus dem Pufferverstärker 4. Diese Abfolge wird am Beispiel A-
Halbbildes genauer beschrieben. Zunächst werden, wie in Fig. 2(b) gezeigt, die
unnötigen Ladungen, die in dem vertikalen Schieberegister 6 angesammelt sind, durch einen
Sweepimpuls in dem vertikalen Austastintervall 21a geräumt. Dann werden die
Signalladungen, die in jedem anderen fotoempfindlichen Element 5 in der vertikalen Richtung
angesammelt sind, durch einen Leseimpuls 23 in das vertikale Schieberegister 6
ausgelesen. Sodann werden die Signalladungen in den vertikal angrenzenden
fotoempfindlichen Elementen 5 durch einen Mischimpuls 24 gemischt und durch einen Transferimpuls
25 in den Speicherbereich 2 verlagert. Danach werden die Signalladungen, wie in Fig.
2(c) gezeigt, durch einen Line-Transfer-Impuls 26 während jedes horizontalen
Transferintervalls von dem vertikalen Schieberegister 7 des Speicherbereiches 2 in das
horizontale Schieberegister 3 linienführungsmäßig horizontal verlagert. Dann werden die
unnötigen, in dem vertikalen Schieberegister 7 verbleibenden Ladungen durch einen
Sweepimpuls 27 geräumt und Signalladungen von dem Bilderstellungsbereich 1 werden durch
einen Transferimpuls 28 erneut verlagert.
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Danach werden, wie in Fig. 2(d) gezeigt, die Signalladungen durch einen horizontalen
Transferimpuls 29 in das horizontale Schieberegister 3 verlagert und von dem
Pufferverstärker 4 als ein Bildsignal ausgegeben. Betrachtet man das B-Halbbild, wird ein
Bildsignal aus dem Pufferverstärker (4) in derselben Weise wie oben ausgegeben mit der
Ausnahme, dass Signalladungen von einer Kombination fotoempfindlicher Elemente 5
behandelt werden, die verschieden von der bei dem A-Halbbild verwendeten ist.
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Es wird nun das Verfahren zum Betreiben des Speicherbereiches des
Festkörperbildsensors nach dem Stand der Technik erläutert.
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Fig. 3(a) ist ein Signalformdiagramm, das das an den Speicherbereich des
Festkörperbildsensors nach dem Stand der Technik angelegte Antriebssignal zeigt, und Fig. 3(b) ist
ein Potentialprofil des Speicherbereichs desselben Festkörperbildsensors. Diese
Diagramme betreffen den 4-phasigen Betriebsmodus und die in Fig. 3(a) durch 1, 2, 3
und 4 dargestellten Betriebsimpulse werden an vier Transferelektroden pro Gruppe des
Speicherbereiches 2 angelegt. Das Potentialprofil entlang eines vertikalen Abschnitts des
vertikalen Schieberegisters 7 des Speicherbereichs 2 kann als Fig. 3(b) dargestellt
werden. Somit werden Signalladungen 31 von A nach B nach C nach D verlagert. Die
maximale Signalquantität, mit der in dem vertikalen Schieberegister 7 des Speicherbereiches
2 gearbeitet werden kann, ist durch die Potentialmulde definiert, die durch die
Betriebsimpulse 2 und 3, wie bei A in Fig. 3(b) gezeigt, gebildet wird.
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Jedoch ist in dem obigen Festkörperbildsensor, bei dem Signalladungen von allen
fotoempfindlichen Elementen pauschal in den Speicherbereich 2 verlagert werden, die
maximale Signalquantität, mit der umgegangen werden kann, auf die Quantität der Signale
begrenzt, die das vertikale Schieberegister 6 für den Transfer in einer Operation
handhaben kann, so dass der Dynamikbereich zwangsläufig gering ist.
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Des weiteren können in dem obigen Festkörperbildsensor die Signalladungen aller
fotoempfindlicher Elemente innerhalb des vertikalen Austastintervalls nicht unabhängig in
diskreter Form in den Speicherbereich 2 verlagert werden; es kann kein Progressive-
Scan erzielt werden.
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Die EP-A-0 286 123 betrifft eine Festkörper-Bilderstellungsvorrichtung mit einer
Hochgeschwindigkeits-Shutter-Funktion. Die Vorrichtung umfasst einen
Bilderstellungsabschnitt mit fotoempfindlichen und vertikalen Hochgeschwindigkeitstransfer-Abschnitten.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen Speicherabschnitt, zu dem Speicherladungen,
die in dem fotoempfindlichen Abschnitt gehalten werden, durch den vertikalen
Hochgeschwindigkeitstransferabschnitt in Einheiten von Zeilen verlagert werden. Die in dem
Speicherabschnitt gespeicherten Ladungen werden durch einen Line-Transfer-Abschnitt
in Einheiten von Zeilen verlagert. Sowohl der Hochgeschwindigkeitstransferabschnitt als
auch der Speicherabschnitt empfangen von einem Treiber vier Impulssignale. Die Anzahl
von Elementen in dem Hochgeschwindigkeitstransferabschnitt ist gleich der doppelten
Anzahl von Elementen in dem fotoempfindlichen Abschnitt. Die Vorrichtung kann mehr
als einen Speicherbereich einschließen.
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JP-A-3 153 176 und PAJ Vol. 15, No. 383, E-1116 beschreiben eine
Festkörperbildaufnahmevorrichtung mit einem Festkörperbildaufnahmeelement, das fotoelektrische
Umwandungselemente und erste und zweite Layer-Elektroden umfasst. Die Anzahl von
Elektroden, um eine Potentialmulde zu bilden, beträgt vier. Die von dem
Bildaufnahmeelement ausgegebenen Signale werden durch einen A/D-Wandler gewandelt und die
gewandelten Signale werden dann in einem Speicher gespeichert.
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Die EP-A-0 361 938 beschreibt Festkörperbildsensorvorrichtungen, die eine
Lichtempfangsvorrichtung mit einer Anzahl von in Form einer Matrix angeordneten
Lichtempfangselementen umfasst. Die Vorrichtung kann einen Speicherteil umfassen, der aus 4-
phasigen Transferelektroden gebildet wird, die Spannungen von vier Transferelektroden
empfangen.
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Die US-A-4,959,724 betrifft eine Festkörper-Bilderstellungsvorrichtung und ein
Betriebsverfahren. Die Vorrichtung umfasst einen Bildaufnahmeabschnitt mit einem
zweidimensionalen Halbbild von Fotodioden und einen Speicherabschnitt. Der Speicherabschnitt
empfängt vier Impulszüge. Des Weiteren ist die Verwendung von zwei
Transfertorimpulssignalen beschrieben, die jeweils zwei Impulse umfassen. Die Zeitdauer zwischen
diesen Impulsen sind Speicherzeiten, die gleich sein können.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines
Festkörperbildsensors zu schaffen, das zu einer besseren Qualität des hergestellten Bilden führt.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst.
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Die Erfindung kann aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den
beigefügten Figuren vollständiger verstanden werden.
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Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die den Festkörperbildsensor nach dem Stand
der Technik zeigt;
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Fig. 2(a), 2(b), 2(c) und 2(d) zeigen die Zeitverlaufgrafiken des Betriebsverfahrens für
den Festkörperbildsensor nach dem Stand der Technik;
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Fig. 3(a) ist ein Signalformdiagramm, das das an den Speicherbereich des
Festkörperbildsensors nach dem Stand der Technik angelegte Antriebssignal zeigt;
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Fig. 3(b) ist ein Potentialprofil des Speicherbereichs desselben Festkörperbildsensors;
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Fig. 4(a) und (4b) sind grundlegende Diagramme, die einen Festkörperbildsensor und
sein Betriebsverfahren verdeutlichen;
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Fig. 5(a), 5(b), 5(c) und 5(d) sind diagrammartige Darstellungen des Verfahrens zum
Betreiben des Festkörperbildsensors von Fig. 4 in einem Interlaced-Scan-
Modus;
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Fig. 6 ist ein grundlegendes Diagramm, das einen anderen Festkörperbildsensor
zeigt;
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Fig. 7(a), 7(b), 7(c) und 7(d) sind Zeitverlaufsgrafiken des Verfahrens zum Betreiben des
Festkörperbildsensors von Fig. 6;
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Fig. 8 ist ein grundlegendes Diagramm, das einen anderen Festkörperbildsensor und
sein Betriebsverfahren verdeutlicht;
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Fig. 9(a) und 9(b) sind Zeitverlaufsgrafiken des Verfahrens zum Betreiben des
Festkörperbildsensors von Fig. 8;
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Fig. 10(a), 10(b), 10(c), 10(d), 10(e) und 10(f) sind Zeitverlaufsgrafiken des ersten
Verfahrens zum Betreiben eines anderen Festkörperbildsensors; und
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Fig. 11 (a), 11 (b), 11 (c), 11 (d) und 11 (e) sind Zeitverlaufsgrafiken des zweiten Verfahrens
zum Betreiben des Festkörperbildsensors, auf den in Fig. 10 Bezug genommen
wurde.
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Wie in den Fig. 4(a) und 4(b) zu sehen ist, umfasst dieser Festkörperbildsensor einen
Bilderstellungsbereich 41, einen Speicherbereich 42, ein horizontales Schieberegister 43
und einen Pufferverstärker 44. Der Bilderstellungsbereich 41 besteht aus einer Vielzahl
von Spalten, die jeweils fotoempfindliche Elemente 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 und 18
umfassen, und aus einem vertikalen Schieberegister 46 neben jeder der Spalten, und
der Speicherbereich 42 besteht aus vertikalen Schieberegistern 47. Mit A1, A2, A3, A5,
A6, A7 und A8 sind Leiter zum Zuführen eines Taktsignales an die vertikalen
Schieberegister 46 angegeben.
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Die Fig. 4(a) zeigt den Festkörperbildsensor, bei dem die Transferelektroden des
vertikalen Schieberegisters 46 in Einheiten von 2n bereitgestellt sind (n ist eine positive
ganze Zahl nicht kleiner als 3), und die 2n(n = 4) Transferelektroden sind jeweils unabhängig.
Der Einfachheit halber ist die Bilderstellungsregion 41 durch eine Spalte 45 von 1H · 8V
fotoempfindlichen Elementen dargestellt, jedoch ist er tatsächlich durch eine Spalte von
948 H · 486 V fotoempfindlichen Elementen implementiert.
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Die Abläufe bei dem Verfahren zum Betreiben des obigen Festkörperbildsensors werden
nun erläutert. Wie in Fig. 4(a) gezeigt ist, werden an erster Stelle Signalladungen jeweils
aus fotoempfindlichen Elementen 11 bzw. 15 ausgelesen und diese gelesenen
Signalladungen werden durch das vertikale Schieberegister 46 in den Speicherbereich 42 verlagert.
Da dieser Auslese- und Verlagerungsvorgang viermal wiederholt wird, werden die
Signalladungen der fotoempfindlichen Elemente 15, 11, 16, 12, 17, 13, 18, 14 in den
Speicherbereich 42 verlagert, wo sie aufeinanderfolgend von unten an gespeichert
werden. Diese gespeicherten Signalladungen werden seriell zu dem horizontalen
Schieberegister 43 hin verlagert, von dem Pufferverstärker 44 ausgegeben und einer digitalen
Signalverarbeitung unterworfen, um Progressive-Scan-Bildsignale bereitzustellen.
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Nun wird das Verfahren zum Betreiben des obigen Festkörperbildsensors bei einem
Interlaced-Scan mit Bezug auf die Fig. 5(a), 5(b), 5(c) und 5(d) beschrieben.
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Zunächst wird auf das A-Halbbild Bezug genommen, wie in Fig. 5(a) gezeigt.
Signalladungen werden jeweils von fotoempfindlichen Elementen 11 und 12 und
fotoempfindlichen Elementen 15 und 16 an das vertikale Schieberegister 46 ausgelesen, gemischt
und in den Speicherbereich 42 verlagert. Diese Signalladungen werden jeweils in
Integrierstufen 51 und 52 des vertikalen Schieberegisters 47, das den Speicherbereich 52
bildet, gespeichert. Dann werden, wie in Fig. 5(b) gezeigt, Signalladungen von den
fotoempfindlichen Elementen 13 und 14 und den fotoempfindlichen Elementen 17 und 18
ausgelesen, und diese Signale werden jeweils gemischt und in den Speicherbereich 42
verlagert. Obwohl diese Signalladungen in die Integrierstufen 51 und 52 verlagert
werden, sind die Signalladungen, die zuvor in diesen Stufen 51 und 52 gespeichert waren,
bereits in die Integrierstufen 53 und 54 des vertikalen Schieberegisters 47 verlagert
worden, das den Speicherbereich 42 bildet. Wenn alle Signalladungen in dem
Speicherbereich 42 gespeichert worden sind, werden diese Signalladungen seriell zeilenmäßig an
das horizontale Schieberegister 43 transferiert, aus dem Pufferverstärker 44 ausgegeben
und einer digitalen Signalverarbeitung unterworfen, um ein A-Halbbildbildsignal zu bilden.
Nachdem alle Signalladungen in dem vertikalen Schieberegister 47 in dem
Speicherbereich 42 durch das horizontale Schieberegister 43 verlagert worden sind, wird ein
Sweepimpuls angelegt, um die unnötigen Ladungen, die in dem vertikalen Schieberegister 47
verbleiben, zu räumen.
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Dann werden in dem B-Halbbild, wie in Fig. 5(c) gezeigt, Signalladungen von den
fotoempfindlichen Elementen 12 und 13 und den fotoempfindlichen Elementen 16 und 17,
die eine zweite Kombination darstellen, in der Spalte 45 an das vertikale Schieberegister
46 ausgelesen, gemischt und in den Speicherbereich 42 verlagert. Dann werden, wie in
Fig. 5(d) gezeigt, die fotoempfindlichen Elemente 14 und 15 und die fotoempfindlichen
Elemente 18 und 19 (nicht gezeigt) an das vertikale Schieberegister 46 ausgelesen,
gemischt und in den Speicherbereich 42 verlagert. Obwohl diese Signalladungen somit in
die Integrierstufen 51 und 52 verlagert werden, sind die Signalladungen, die zuvor in
diesen Integrierstufen 51 und 52 gespeichert waren, bereits in Integrierstufen 53 und 54
verlagert worden. Wenn alle Signalladungen somit in dem Speicherbereich 42
gespeichert worden sind, werden diese Signale seriell zeilenmäßig zu dem horizontalen
Schieberegister 53 transferiert, von dem Pufferverstärker 44 ausgegeben und einer digitalen
Signalverarbeitung unterworfen, um ein Bildsignal zu erstellen. Verglichen mit den
konventionellen Transferelektroden in Vierersätzen gewähren die obige Konstruktion und
das Betriebsverfahren eine erhöhte maximale Signalquantität, die von dem vertikalen
Schieberegister 46 gehandhabt werden kann, und einen entsprechenden Gewinn im
Dynamikbereich.
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Wie aus Fig. 6 ersichtlich, umfasst dieser Festkörperbildsensor einen
Bilderstellungsbereich 61, einen Speicherbereich 62, ein horizontales Schieberegister 63 und einen
Pufferverstärker 64. Der Bilderstellungsbereich 61 besteht aus Spalten 65 von
fotoempfindlichen Elementen und einem vertikalen Schieberegister 66, das angrenzend zu jeder der
Spalten angeordnet ist, und der Speicherbereich 62 besteht aus einem oberen
Speicherfeld 67 und einem unteren Speicherfeld 68. Mit A1, A2, A3 und A4 sind Leiter zum
Zuführen von Taktimpulsen an die Transferstufen des vertikalen Schieberegisters 66
bezeichnet. Leiter zum Zuführen von Taktimpulsen an das vertikale Schieberegister in
dem Speicherbereich 62 sind mit B1, B2, B3 und B4 angegeben. Der Einfachheit halber
wird der Bilderstellungsbereich 61 durch Spalten 65 von 6H · 6V fotoempfindlichen
Elementen dargestellt, jedoch wird er tatsächlich durch Spalten 65 von 948H · 486V
fotoempfindlichen Elementen implementiert und die entsprechenden vertikalen
Schieberegister 66 in dem Bilderstellungsbereich umfassen 948H · 243V Elemente. Der
Speicherbereich 62 besteht aus 948H · 486V Elementen und ist zur Vereinfachung der
Erläuterung in ein oberes Speicherfeld 67 und ein unteres Speicherfeld 68 aufgeteilt.
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Die Vorgänge und Funktionen in dem obigen Festkörperbildsensor werden nun mit
Bezug auf die in den Fig. 7(a), 7(b), 7(c) und 7(d) gezeigten Zeitverlaufsgrafiken erläutert.
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Fig. 7(a) stellt den zusammengesetzten Synchronisierungsimpuls dar, Fig. 7(b) den
Transferimpuls für das vertikale Schieberegister 7(c) den Transferimpuls für das vertikale
Schieberegister in dem Speicherbereich und Fig. 7(d) den Transferimpuls für das
horizontale Schieberegister.
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Zunächst werden Signalladungen für einen Bildrahmen zur Speicherung von dem
Bilderstellungsbereich 61 in den Speicherbereich 62 während des in Fig. 7(a) gezeigten
vertikalen Austastintervalls 71 verlagert. Somit werden, wie in Fig. 7(b) gezeigt, die unnötigen
Ladungen, die in dem vertikalen Schieberegister 66 gespeichert sind, durch einen
Sweepimpuls 72 geräumt, und die Signalladungen, die in den gerade nummerierten
fotoempfindlichen Elementen der Spalte 65 von fotoempfindlichen Elementen angesammelt sind,
werden dann durch einen ersten Leseimpuls 73 an das vertikale Schieberegister 66
ausgelesen. Die an das vertikale Schieberegister 66 ausgelesenen Signalladungen werden
durch einen ersten Transferimpuls 74 in das obere Speicherfeld 67 verlagert. Dann
werden die in den ungerade nummerierten fotoempfindlichen Elementen der Spalte 65 von
fotoempfindlichen Elementen angesammelten Signalladungen durch einen zweiten
Leseimpuls 75 an das vertikale Schieberegister 66 ausgelesen. Die an das vertikale
Schieberegister 66 ausgelesenen Signalladungen werden durch einen zweiten Transferimpuls
76 in das obere Speicherfeld 67 verlagert, und gleichzeitig werden die in dem oberen
Speicherfeld angesammelten Signalladungen in das untere Speicherfeld 68 verlagert.
Die in Fig. 7(c) gezeigten Signalformen stellen die an den Speicherbereich 62 angelegten
Taktsignale dar. Demnach werden die unnötigen Ladungen in dem vertikalen
Schieberegister des Speicherbereiches zunächst durch den Transferimpuls 72 geräumt, und
danach werden die Signalladungen durch den ersten Transferimpuls 74 und den zweiten
Transferimpuls 76 in dem Speicherbereich 62 geschoben. Nachdem Signalladungen in
allen fotoempfindlichen Elementen 65 in dem Speicherbereich 62 gespeichert worden
sind, werden die Signalladungen in dem Speicherbereich 62 Spalte für Spalte in das
horizontale Schieberegister 63 durch einen Linientransferimpuls 77 verlagert, durch einen in
Fig. 7(d) gezeigten horizontalen Transferimpuls 78 in dem horizontalen Schieberegister
63 verschoben und von dem Pufferverstärker 64 ausgegeben.
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In dem obigen Aufbau und Betriebsverfahren ist die Anzahl von Stufen in dem
Speicherbereich 62 gleich der Anzahl fotoempfindlicher Elemente pro Spalte, und die Anzahl von
Stufen des vertikalen Schieberegisters 66 in dem Bilderstellungsbereich 61 ist gleich der
Hälfte der Anzahl von Stufen des vertikalen Schieberegisters in dem Speicherbereich 62.
Die in der Spalte fotoempfindlicher Elemente 65 angesammelten Signalladungen werden
in den Speicherbereich in zwei Raten innerhalb des vertikalen Austastintervalls verlagert,
zunächst die gerade nummerierten fotoempfindlichen Elemente 'und als nächstes die
ungerade nummerierten fotoempfindlichen Elemente. Da Signalladungen in allen
fotoempfindlichen Elementen in den Speicherbereich 62 verlagert werden, wird ein
Progressice-Scan durchführbar, und darüber hinaus wird die Signalquantität, die gehandhabt
werden kann, erhöht, um den Dynamikbereich zu erweitern.
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Während die Anzahl von Transferstufen in dem Speicherbereich das Zweifache der
Anzahl von Stufen in dem vertikalen Schieberegister des Bilderstellungsbereiches gemäß
der obigen Beschreibung beträgt, kann derselbe Effekt erzielt werden, wenn die
erstgenannte Anzahl dreimal so groß wie die zuletzt genannte ist.
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Wie in Fig. 8 gezeigt ist, umfasst dieser Festkörperbildsensor einen
Bilderstellungsbereich 81, einen Speicherbereich 82, ein horizontales Schieberegister 83 und einen
Pufferverstärker 84. Der Bilderstellungsbereich 81 umfasst Spalten fotoempfindlicher
Elemente 85 und ein vertikales Schieberegister 86, das angrenzend an jede Spalte
angeordnet ist, und der Speicherbereich 82 umfasst die entsprechenden vertikalen
Schieberegister 87. Die Symbole A1, A2, A3 und A4 stellen Leiter dar zum Zuführen von
Taktimpulsen an die vertikalen Schieberegister 86, und B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7 und B8
stellen Leiter zum Zuführen von Taktimpulsen an das vertikale Schieberegister des
Speicherbereiches 82 dar.
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Fig. 8 zeigt einen Bildsensoraufbau, bei dem Transferelektroden in dem vertikalen
Schieberegister 87 des Speicherbereiches 82 in Einheiten von 8 + 4n Transferelektroden
bereitgestellt sind (n ist eine positive ganze Zahl einschließlich der 0) und diese 8 + 4n
Transferelektroden (n = 0) sind jeweils unabhängig. Der Einfachheit halber ist der
Bilderstellungsbereich 51 durch 1H · 8V fotoempfindliche Elemente 85 dargestellt, er wird
jedoch tatsächlich durch 948H · 486V fotoempfindliche Elemente implementiert.
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Um einen Progressive-Scan unter Verwendung des obigen Festkörperbildsensors
durchzuführen, werden zunächst Signalladungen aus allen fotoempfindlichen Elementen
ausgelesen und in den Speicherbereichen 82 gespeichert, und diese Signalladungen werden
dann von dem Speicherbereich 82 in das horizontale Schieberegister 83 zeilenmäßig
verlagert und innerhalb des horizontalen Schieberegisters 83 verschoben. Das
ausgegebene Bildsignal ist von dem Pufferverstärker 84 erhältlich. In diesem Zusammenhang
liefert die erhöhe Anzahl von Transferelektroden in dem vertikalen Schieberegister 87
des Speicherbereiches 82 eine größere maximale Signalquantität, die gehandhabt
werden kann, und somit einen breiteren Dynamikbereich.
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Der Betrieb zur Erlangung eines Interlaced-Scans mit dem obigen Festkörperbildsensor
wird nun beschrieben. Zunächst werden Signalladungen aus Gruppen von zwei vertikal
benachbarten fotoempfindlichen Elementen an das vertikale Schieberegister 86
ausgelesen und in den Speicherbereich 82 verlagert, der Gruppen von 8 Transferelektroden
umfasst. Die in dem Speicherbereich 82 gespeicherten Signalladungen werden seriell
zeilenweise in das horizontale Schieberegister 83 verlagert und ein Bildsignal, das das A-
Halbbild bildet, wird über den Pufferverstärker 84 als Ergebnis ausgegeben. Dann
werden Signalladungen aus den anderen Gruppen fotoempfindlicher Elemente an das
vertikale Schieberegister 86 ausgelesen und in den Speicherbereich 82 verlagert. Diese
Signalladungen werden seriell zeilenweise in das horizontale Schieberegister 83 verlagert
und ein Bildsignal, das das B-Halbbild bildet, wird über den Pufferverstärker 84
ausgegeben. Ein Interlaced-Scan kann auch durch Anlegen desselben Antriebssignals an
Gruppen von Leitern B1 und B2, B3 und B4, B5 und B6, und B7 und B8 zum Zuführen von
Taktimpulsen an die Transferelektroden in dem Speicherbereich 82 erzielt werden.
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Der Transfer von Signalladungen in dem Speicherbereich 82 wird nun beschrieben.
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Fig. 9(a) zeigt die Taktsignale, die an die Transferelektroden des Speicherbereiches
angelegt werden, und Fig. 9(b) ist ein Potentialprofil des Speicherbereiches 82. Wie in Fig.
9(a) zu sehen ist, werden die Taktimpulse 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 bzw. 8 an 8
Transferelektroden des vertikalen Schieberegisters 87 des Speicherbereichs 82
angelegt, um die Signalladungen in den Speicherbereich 82 zu verlagern. In dieser
Anordnung bewegt sich die Potentialmulde 91 von A nach D in Fig. 9(b), um die Signalladung
92 zu schieben. Zunächst wird, wie in Fig. 9(b) gezeigt, die Signalladung 92 in der
Potentialmulde 91 untergebracht, die durch die Taktimpulse gebildet wird, die an einer
Gruppe 8 Transferelektroden angelegt werden. Diese Potentialmulde 91 bewegt sich
dann von B nach C nach D gemäß den Taktimpulsen, um hierdurch die Signalladung 92
zu verlagern.
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Der obige Aufbau und das Betriebsverfahren stellen nicht nur einen verbesserten
Dynamikbereich beim Progressive-Scan sicher, sondern ermöglichen eine Interlace-Scan-
Signalausgabe durch alleinige Änderung des Antriebsimpulses, der an die
Transferelektroden des Speicherbereiches 82 angelegt wird, ohne die Bereitstellung eines externen
komplizierten digitalen Signalprozessors.
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Während gemäß der obigen Beschreibung die Transferelektroden des
Speicherbereiches 82 in Gruppen von 8 bereitgestellt werden, kann derselbe Effekt durch Verwendung
von Transferelektroden in Gruppen 8 + 4n erzielt werden (n = eine positive ganze Zahl
einschließlich der 0), wie etwa Gruppen von 12 oder 16.
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Es wird nun ein Betriebsverfahren zum Erzielen einer elektronischen Shutterfunktion mit
einem Festkörperbildsensor beschrieben, der einen Bilderstellungsbereich mit
fotoempfindlichen Elementen und einem vertikalen Schieberegister, einen Speicherbereich zum
Ansammeln von Signalladungen aus dem Bilderstellungsbereich, ein horizontales
Schieberegister zum horizontalen Verlagern von Signalladungen aus dem Speicherbereich
und einen Pufferverstärker umfasst.
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Die Fig. 10(a), 10(b), 10(c), 10(d), 10(e) und 10(f) sind Zeitverlaufsgrafiken eines ersten
Betriebsverfahrens zum Erzielen einer elektronischen Shutterfunktion mit dem
Festkörperbildsensor. Fig. 10(a) stellt den zusammengesetzten Synchronisierungsimpuls dar,
Fig. 10(b) den Rücksetzimpuls für fotoempfindliche Elemente für eine elektronische
Shutterfunktion, Fig. 10(c) den vertikalen Transferimpuls, der an das vertikale
Schieberegister zum Lesen von Signalladungen zum Transfer von gerade nummerierten
fotoempfindlichen Elementen angelegt wird, Fig. 10(d) den vertikalen Transferimpuls, der an
das vertikale Schieberegister des Bilderstellungsbereiches angelegt wird, und Fig. 10(e)
und 10(f) den vertikalen Transferimpuls, der an das vertikale Schieberegister des
Speicherbereiches angelegt wird.
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Das erste Betriebsverfahren für eine elektronische Shutterfunktion wird nun unter
Bezugnahme auf den in Fig. 6 gezeigten Festkörperbildsensor beschrieben.
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Zuerst wird, wie in Fig. 10(b) gezeigt ist, während des vertikalen Austastintervalls 101 ein
Rücksetzimpuls 102 zum Einleiten der elektronischen Shutterfunktion angewendet, um
die in den fotoempfindlichen Elementen 65 angesammelten Ladungen zurückzusetzen.
Durch diesen Rücksetzimpuls 102 werden Ladungen, die in allen fotoempfindlichen
Elementen 65 unabhängig davon, ob es gerade oder ungerade nummerierte Elemente sind,
freigegeben. Der Rücksetzimpuls dient als Integrationsstartsignal für eine elektronische
Shutterfunktion, und die fotoempfindlichen Elemente 65 (sowohl gerade als auch
ungerade nummerierte Elemente) beginnen in diesem Moment mit der Ansammlung
elektrischer Ladungen von neuem. Dann räumt, wie in Fig. 10(c) gezeigt ist, ein Sweepimpuls
103 die in dem vertikalen Schieberegister 66 verbleibenden unnötigen Ladungen, und mit
einer Verzögerungszeit (Nacheilzeit) 108 nach dem Rücksetzimpuls 102 werden
Signalladungen aus den ungeraden nummerierten fotoempfindlichen Elementen 65 in das
vertikale Schieberegister 66 durch einen ersten Leseimpuls 106 ausgelesen. Die gelesenen
Signalladungen werden in den Speicherbereich 62 durch einen ungerade nummerierten
Transferimpuls 104 verlagert. Dann räumt, wie in Fig. 10(d) gezeigt ist, ein Sweepimpuls
103 die in dem vertikalen Schieberegister 66 verbleibenden unnötigen Ladrungen. Dann
wird mit einer Nacheilzeit 109 nach dem Rücksetzimpuls 102 ein zweiter Leseimpuls 107
so angelegt, dass Signalladungen von den gerade nummerierten fotoempfindlichen
Elementen 65 in das vertikale Schieberegister 66 gelesen werden. Die gelesenen
Signalladungen werden durch einen gerade nummerierten Transferimpuls 105 in den
Speicherbereich 62 verlagert. Die so in den Speicherbereich 62 verlagerten Signalladungen
werden durch eine Serie von Impulsen, wie in Fig. 10(e) und 10(f) gezeigt, in dem
Speicherbereich 62 verschoben. Jedoch kann, in dem ersten, oben beschriebenen
Antriebsverfahren aufgrund einer großen Differenz zwischen der Nacheilzeit 108 und der Nacheilzeit
109 eine Leuchtdichtedifferenz zwischen dem A-Halbbild und dem B-Halbbild auftreten.
Das zweite Antriebsverfahren für eine elektronische Shutterfunktion, die das obige
Problem überwindet, wird nun unter Bezugnahme auf den in Fig. 6 gezeigten
Festkörperbildsensoraufbau beschrieben.
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Die Fig. 11(a), 11(b), 11(c), 11(d) und 11(e) sind Zeitverlaufsgrafiken des zweiten
Betriebsverfahrens für eine elektronische Shutterfunktion mit dem Festkörperbildsensor.
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Zunächst wird innerhalb des vertikalen Austastintervalls (a) ein erster Rücksetzimpuls
112 an die fotoempfindlichen Elemente 65 angelegt, wie in Fig. 11(b) gezeigt, um die in
fotoempfindlichen Elementen 65 zuvor angesammelten Ladungen zurückzusetzen, was
dann von neuem die Ansammlung von Ladungen in Gang setzt. Dann räumt ein
Sweepimpuls 118 die unnötigen Ladungen aus dem vertikalen Schieberegister 66. Sodann
wird mit einer Nacheilzeit 114 nach dem ersten Rücksetzimpuls 112 ein erster
Leseimpuls 113 so angewendet, dass Signalladungen von den ungerade nummerierten
fotoempfindlichen Elementen 65 gelesen werden. Die gelesenen Signalladungen werden
durch einen Transferimpuls 119 in den Speicherbereich 62 verlagert und, als
Konsequenz hieraus, wird das Bildsignal für das A-Halbbild ausgegeben.
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Dann setzt, wie in Fig. 11(c) gezeigt ist, ein zweiter Rücksetzimpuls 115 die in den
fotoempfindlichen Elementen 65 angesammelten Ladungen zurück, woraufhin die
fotoempfindlichen Elemente 65 die erneute Ansammlung von Ladungen beginnen. Dann räumt
ein Sweepimpuls 118 die unnötigen Ladungen in dem vertikalen Schieberegister 66.
Dann wird mit einer Nacheilzeit 117 nach dem zweiten Rücksetzimpuls ein zweiter
Leseimpuls so angewendet, dass Signalladungen von den gerade nummerierten
fotoempfindlichen Elementen 65 gelesen werden. Die gelesenen Signalladungen werden durch
einen Transferimpuls 120 in den Speicherbereich 62 verlagert, und als Ergebnis wird ein
Bildsignal für das B-Halbbild ausgegeben.
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Da auf diese Weise unabhängigere Rücksetzimpulse für das A-Halbbild bzw. das B-
Halbbild bereitgestellt werden, können die Integrationszeit für fotoempfindliche Elemente
65 für das A-Halbbild und die für das B-Halbbild frei eingestellt werden, so dass die
Leuchtdichte für jedes Halbbild unabhängig von der anderen eingestellt werden kann.
Ferner kann durch die Angleichung der Nacheilzeit 114 und der Nacheilzeit 117 jegliche
Verschiedenheit der Leuchtdichte zwischen benachbarten Scanzeilen beseitigt werden,
so dass ein Gegenstand von homogener Leuchtdichte ohne eine
Leuchtdichteverschiedenheit zwischen benachbarten Scanzeilen angezeigt werden und somit ein Bild von
hoher Qualität erlangt werden kann.
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Derselbe Effekt kann durch Anlegen eines Hochspannungsimpulses zwischen dem
Halbleitersubstrat des Bildsensors und den fotoempfindlichen Elementen 65 als der erste
Rücksetzimpuls und der zweite Rücksetzimpuls erzielt werden.
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Des Weiteren ist das oben beschriebene zweite Betriebsverfahren für eine elektronische
Shutterfunktion nicht nur auf den in Fig. 6 gezeigten Festkörperbildsensor anwendbar,
sondern kann in gleicher Weise auf den in Fig. 1 gezeigten Festkörperbildsensor nach
dem Stand der Technik oder jeglichen Festkörperbildsensor der FIT-Struktur stets mit
demselben Ergebnis angewendet werden.