DE69314302T2

DE69314302T2 - Festkörper-Bildsensor und Ansteuerverfahren dazu

Info

Publication number: DE69314302T2
Application number: DE69314302T
Authority: DE
Inventors: Keijirou Itakura; Noburo Kokusenya; Ryouichi Nagayoshi; Toshihide Nobusada; Masayoshi Ozaki; Yukio Saitoh; Hironori Tanaka; Yasuyuki Toyoda
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2013-12-28
Also published as: DE69328041D1; DE69314302D1; US5491512A; DE69328041T2; EP0748112A3; EP0748112A2; EP0604954B1; EP0604954A1; EP0748112B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Festkörper-Bildsensor, der mit einer Mehrzahl von Seitenverhältnissen (ungleiche Seitenverhältnisse zwischen der Vertikalen und der Horizontalen des Fernsehbildes) kompatibel ist, sowie ein Verfahren zum Ansteuern des Bildsensors.
Ein Fernsehsystem mit einem Seitenverhältnis von 16:9, d.h. ein Bild mit einer relativ größeren Horizontalen als bei einem Bild mit einem Seitenverhältnis von 4:3 wird gegenwärtig kommerziell eingesetzt, und es sind einige Festkörper-Bildsensoren entwickelt worden, die mit beiden Systemen kompatibel sind.
Ein beispielhafter mit beiden Systemen kompatibler Festkörper-Bildsensor ist in Fig. 1 dargestellt. Dieser Festkörper-Bildsensor enthält einen Bildbereich 1, bestehend aus einer Matrix mit lichtempfindlichen Elementen (nicht gezeigt) und einer Mehrzahl von vertikalen Schieberegistern (nicht gezeigt), die neben den Spalten aus lichtempfindlichen Elementen angeordnet sind und einem Seitenverhältnis von 16:9 entsprechen, sowie drei horizontalen Schieberegistern 5, 6, 7 und drei Pufferverstärkern 8, 9, 10, die jeweils mit den drei Schieberegistern 5, 6 und 7 verbunden sind. Der Bildbereich 1 ist in drei Segmente unterteilt, in ein erstes Segment 2, das einem Seitenverhältnis von 4:3 entspricht, in ein zweites Segment 3 und ein drittes Segment 4, die nicht für das Seitenverhältnis von 4:3, sondern für das Seitenverhältnis von 16:9 benötigt werden, wobei die drei horizontalen Schieberegister 5, 6 und 7 den jeweiligen Segmenten 2, 3 und 4 zugeordnet positioniert sind. Mit A1, A2, A3 und A4 sind Anschlüsse angegeben, die Steuerimpulse zu den Übertragungsgateelektroden der vertikalen Schieberegister leiten. Die Pfeile geben die Flußrichtung der Signalladungen an.
Im folgenden wird das Verfahren für die Steuerung des Festkörper-Bildsensors beschrieben.
Für beide Seitenverhältnisse von 4:3 und 16:9 werden zuerst Signalladungen aus dem Bildbereich 1 zu den vertikalen Schieberegistern ausgelesen. Dann werden die Vertikalsteuersignale an den vertikalen Schieberegistern von den Anschlüssen A1 - A4 angelegt, um die Signalladungen, die sich in den Gruppen lichtempfindlicher Elemente in dem ersten Segment 2, dem zweiten Segment 3 und dem dritten Segment 4 akkumuliert haben, jeweils an den ersten horizontalen Schieberegister 5, den zweiten horizontalen Schieberegister 6 und den dritten horizontalen Schieberegister 7 zu leiten. Dann werden horizontale Steuerimpulse an den jeweiligen horizontalen Schieberegistern angelegt, um die Signalladungen darin zu den zugeordneten Pufferverstärkern 8, 9 und 10 zu leiten und dadurch Bildsignale auszugeben. In der beschriebenen Anordnung kann dem Pufferverstärker 8 ein Bildsignal entnommen werden, das einem Seitenverhältnis von 4:3 entspricht, und ein Bildsignal für das Seitenverhältnis von 16:9 wird erhalten, indem die Signalausgaben der Pufferverstärker 8, 9 und 10 in einer externen Schaltung einander überlagert werden.
Dieser dem Stand der Technik entsprechende Festkörper-Bildsensor weist jedoch einen komplizierten Aufbau auf, da jede der Übertragungs- und Pufferverstärkerstufen in drei Segmente unterteilt worden ist. Um ein Bildsignal zu erhalten, das einem Seitenverhältnis von 16:9 entspricht, müssen außerdem die Signalausgaben der drei Pufferverstärker einander überlagert werden, was die Komplexität der Signalverarbeitung und der Steuerschaltung zusätzlich erhöht.
Das Dokument EP-A-0 547 679 macht weitere Angaben zum Stand der Technik: eine Bildsensorvorrichtung mit einer Matrix von lichtempfindlichen Elementen, die zwei verschiedenen Seitenverhältnissen entsprechende Signalladungen akkumulieren können. Alle Ladungen werden vertikal zu einem einzigen horizontalen Register geleitet, in dem bei einem kleineren Seitenverhältnis die unbrauchbaren Daten vor und nach der Bildzeile ausgeschieden werden, indem sie während des Zeitintervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildzeilenzeiten aus dem horizontalen Register abgeleitet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen mit mindestens zwei verschiedenen Seitenverhältnissen kompatiblen Festkörper-Bildsensor, aus dem ein Bildsignal, das einem der Seitenverhältnisse entspricht, einfach ausgelesen werden kann, und ein Verfahren zum Ansteuern der Bildsensorvorrichtung anzugeben.
Die Festkörper-Bildsensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält in einer Ausführungsform eine Matrix lichtempfindlicher Elemente, die in der Lage sind, mindestens zwei verschiedenen Seitenverhältnissen entsprechende Signalladungen zu akkumulieren, eine Mehrzahl von den Spalten mit lichtempfindlichen Elementen benachbarten vertikalen Schieberegistern, die die Signalladungen in einer vertikalen Richtung weiterleiten können, und einer Mehrzahl von horizontalen Schieberegistern, die jeweils den Seitenverhältnissen entsprechen und parallel zueinander angeordnet sind. Indem horizontale Schieberegister vorgesehen sind, die jeweils exklusiv einem unterschiedlichen Seitenverhältnis entsprechen, ist es nicht mehr nötig, die Signalausgaben einer Mehrzahl von Pufferverstärkern einander zu überlagern, so daß ein Bildsignal für ein gewünschtes Seitenverhältnis einfach erhalten werden kann.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Ansteuern einer Festkörper-Bildsensorsvorrichtung enthält in einer Ausführungsform einen Schritt für das Auslesen von Signalladungen aus einer Matrix mit lichtempfindlichen Elementen, die mindestens zwei verschiedenen Seitenverhältnissen entsprechende Signalladungen akkumulieren kann, und zum Weiterleiten der Signalladungen an vertikale Schieberegister, einen Schritt zum Auswählen eines horizontalen Schieberegisters aus den horizontalen Schieberegistern, die den jeweiligen Seitenverhältnissen entsprechen, und zum Weiterleiten der Signalladungen aus den vertikalen Schieberegister an das ausgewählte horizontale Schieberegister, und einen Schritt zum Weiterleiten der Signalladungen aus dem horizontalen Schieberegister zu einem Pufferverstärker.
Mit diesem Steuerverfahren ist es nicht mehr notwendig, die Signalausgaben einer Mehrzahl von Pufferspeichern einander zu überlagern, um ein Bildsignal auszulesen, das einem gewünschten Seitenverhältnis entspricht, woraus resultiert, daß das dem gewünschten Seitenverhältnis entsprechende Bildsignal einfach erhalten werden kann.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines herkömmlichen Festkörper-Bildsensors in einer Draufsicht;
Fig. 2 zeigt den Aufbau eines Festkörper-Bildsensors gemäße einer ersten Ausführungsform in einer Draufsicht; und
Fig. 3 ist eine Teilansicht des obigen Aufbaus in vergrößertem Maßstab.
Das schematische Diagramm der Fig. 2 zeigt den Festkörper-Bildsensor entsprechend einer ersten Ausführungsform, der mit den zwei Fernsehsystemen mit einem Seitenverhältnis von 16:9 und 4:3 kompatibel ist. Der Festkörper-Bildsensor umfaßt einen Bildbereich 21, ein Paar von horizontalen Schieberegistern 25, 26 für ein horizontales Weiterleiten der vertikal aus dem Bildbereich 21 ausgelesenen Signalladungen, und ein Paar Pufferverstärker 27, 28, die jeweils mit den horizontalen Schieberegistern 25, 26 verbunden sind.
Der Bildbereich 21 enthält, wie in Fig. 3 gezeigt, eine Matrix aus lichtempfindlichen Elementen 29 zum Akkumulieren von Signalladungen und vertikale Schieberegister 30, die den Spalten aus lichtempfindlichen Elementen 29 benachbart angeordnet sind. Die lichtempfindlichen Elemente 29 bilden eine Matrix, die aus 948 Spalten und 486 Reihen besteht. Die vertikalen Schieberegister 30 sind in 948 Spalten angeordnet, die jeweils Übertragungsgateelektroden in 972 Stufen umfassen. Die in dem gesamten Bildbereich 21 akkumulierte Signalladung wird verwendet, um das Bildsignal auszulesen, das dem Seitenverhältnis von 16:9 entspricht, und die in einem ersten zentral in dem Bildbereich 21 angeordneten Segment 22 akkumulierten Signalladungen werden verwendet, um das Bildsignal auszulesen, das dem Seitenverhältnis von 4:3 entspricht. Das erste Segment 22 entspricht 710 Spalten aus lichtempfindlichen Elementen 29 und vertikalen Schieberegistern 30. Das zweite Segment 23 und das dritte Segment 24 an den beiden Enden entsprechen dem Bereich, der bei dem Seitenverhältnis von 4:3 nicht benötigt wird. Mit B1, B2, B3 und B4 sind die Anschlüsse angegeben, die die Vertikalsteuerimpulse zu den Übertragungsgateelektroden der vertikalen Schieberegister 30 leiten.
Das horizontale Schieberegister 25 für das Weiterleiten von Signalladungen aus dem gesamten Bildbereich 21 wird für das Seitenverhältnis von 16:9 verwendet. Das horizontale Schieberegister 26 für das Weiterleiten von Signalladungen aus dem ersten Segment 22 wird für das Seitenverhältnis von 4:3 verwendet.
Die Pufferverstärker 27, 28 wandeln die Signalladungen aus den horizontalen Schieberegistern 25 und 26 jeweils zu Bildsignalen um.
Die Pfeile geben die Flußrichtung der Signalladungen an.
Um ein Bildsignal auszulesen, das einem Seitenverhältnis von 16:9 entspricht, werden die in den lichtempfindlichen Elementen 29 akkumulierten Signalladungen zu den vertikalen Schieberegistern 30 ausgelesen, und dann werden vertikale Steuerimpulse an den Anschlüssen B1 - B4 angelegt, um die Signalladungen in einer vertikalen Richtung weiterzuleiten. Diese Signalladungen werden sequentiell, Reihe für Reihe weitergeleitet an die horizontalen Schieberegister 25 und in Reaktion auf einen Horizontalsteuerimpuls weiter an den Pufferverstärker 27 zu leiten, der das dem Seitenverhältnis von 16:9 entsprechenden Bildsignal ausgibt. Bei dieser Anordnung müssen die horizontalen Schieberegister 25 und 26 voneinander elektrisch unabhängig sein.
Ein dem Seitenverhältnis von 4:3 entsprechendes Bildsignal kann wie folgt erhalten werden. Unter den aus dem Bildbereich 21 ausgelesenen Signalladungen werden nur die Ladungen aus dem ersten Segment 22 an die horizontalen Schieberegister 26 geleitet. Diese Signalladungen werden dann durch einen Horizontalsteuerimpuls an den Pufferverstärker 28 weitergeleitet, der das dem Seitenverhältnis von 4:3 entsprechenden Bildsignal ausgibt. Dabei verbleiben Signalladungen aus dem zweiten Segment 23 und dem dritten Segment 24 in dem horizontalen Schieberegister 25, können aber gelöscht werden, während das Weiterleiten der Signalladungen durch den horizontalen Schieberegister 26 vorgenommen wird.
Da exklusive horizontale Schieberegister 25 und 26 für verschiedene Seitenverhältnisse wie oben beschrieben vorgesehen sind, kann ein dem gewünschten Seitenverhältnis entsprechenden Bildsignal einfach erhalten werden, ohne daß eine komplizierte externe Schaltung zur Hilfe genommen werden muß, um die Signalausgaben aus einer Mehrzahl von Pufferverstärkern einander zu überlagern.
Die vorstehende Beschreibung betrifft eine Festkörper-Bildsensorvorrichtung mit einem Bildbereich und horizontalen Schieberegistern als Hauptbestandteilen, das Konzept jedoch, für jedes Seitenverhältnis ein horizontales Schieberegister 25 vorzusehen, ist bei einem Festkörper-Bildsensor mit einem progressiven Ablesen anwendbar, der einen zwischen dem Bildbereich und einer horizontalen Schieberegisterstufe angeordneten Speicherbereich zum temporären Speichern von Signalladungen aus dem Bildbereich enthält.
Obwohl die obenstehende Beschreibung einen Bildsensor mit einem horizontalen Schieberegister 25 für ein Seitenverhältnis von 16:9 und mit einem horizontalen Schieberegister 26 für ein Seitenverhältnis von 4:3 enthält, kann ein mit anderen Seitenverhältnissen kompatibler Festkörper-Bildsensor angegeben werden, indem das horizontale Schieberegister 26 modifiziert wird.
Obwohl obenstehend ein Bildsensor mit zwei horizontalen Schieberegistern beschrieben wurde, können innerhalb der durch die Leitungseffektivität gegebenen Begrenzungen drei oder mehr horizontale Schieberegister vorgesehen werden.
Zusätzlich zu der besonderen oben beschriebenen Ausführungsform kann durch den Fachmann eine Vielzahl von Modifikationen an der Erfindung vorgenommen werden, ohne daß diese außerhalb des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung fallen. Obwohl zum Beispiel der in der vorstehenden Beschreibung beschriebene Festkörper-Bildsensor mit den zwei Seitenverhältnissen von 16:9 und 4:3 kompatibel ist, sind auch Festkörper-Bildsensoren die mit drei oder mehr Seitenverhältnissen kompatibel sind, in der beanspruchten Kategorie des mit einer Mehrzahl von Seitenverhältnissen kompatiblen Festkörper-Bildsensors miteingeschlossen. Der Pufferverstärker muß außerdem nicht notwendigerweise innerhalb des Festkörper-Bildsensors angeordnet sein, sondern kann außerhalb des Bildsensors angeordnet sein.

Claims

1. Festkörper-Bildsensor mit

einer Matrix aus lichtempfindlichen Elementen (29), die mindestens zwei Seitenverhältnissen entsprechende Signalladungen akkumulieren kann;

einer Mehrzahl von den Spalten aus lichtempfindlichen Elementen (29) benachbart angeordneten vertikalen Schieberegistern (30) für das vertikale Weiterleiten der Signalladungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin enthält:

eine Mehrzahl von den jeweiligen Seitenverhältnissen entsprechenden parallel zueinander angeordneten horizontalen Schieberegistern (25, 26) für ein horizontales Weiterleiten der Signalladungen aus den vertikalen Schieberegistern (30).

2. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 1, bei der die Seitenverhältnisse 16:9 und 4:3 betragen.

3. Verfahren zum Ansteuern des Festkörper-Bildsensor mit:

einem Schritt zum Lesen der Signalladungen aus einer Matrix aus lichtempfindlichen Elementen (29), die mindestens zwei verschiedene Seitenverhältnissen entsprechende Signalladungen akkumulieren kann, und zum Weiterleiten der Signalladungen zu vertikalen Schieberegistern (30), gekennzeichnet durch

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