NL8201745A

NL8201745A - Beeldopneeminrichting van het "solid state"-type.

Info

Publication number: NL8201745A
Application number: NL8201745A
Authority: NL
Original assignee: Sony Corp
Priority date: 1981-04-27
Filing date: 1982-04-27
Publication date: 1982-11-16
Also published as: FR2505115B3; GB2098827A; DE3215325A1; CA1171948A; JPS57178479A; US4426664A; FR2505115A1; GB2098827B

Description

* 'r C/Ca/eh/1407

Beeldopneeminrichting van het "solid state"-type.

De uitvinding heeft betrekking op een beeldopneeminrichting van het "solid state"-type met een ladingsover-drachtsinrichting, zoals een ladingsgekoppelde inrichting, (CCD), en meer in het bijzonder op een dergelijke beeldop-5 neeminrichting met een ladingsoverdrachtsinrichting, waarvan de overdrachtselectroden zodanig zijn verbeterd, dat het aantal effectief functionerende beeldopneemelementen kan worden gewijzigd met de wijze van toevoer van een stuursignaal aan de overdrachtselectrode.

10 Speurwerk en ontwikkelingswerk op het gebied van beeldopneeminrichtingen van het "solid state"-type, zoals ladingsgekoppelde inrichtingen (CCD), hebben er reeds toe geleid, dat verschillende televisiecamera's van compact type met dergelijke beeldopneeminrichtingen voor opname van niet 15 alleen monochromatische doch tevens kleurenbeelden ter beschikking zijn gekomen. Van de heden ten dage practisch gebruikte kleurentelevisiestelsels kunnen het NTSC-stelsel, het PAL-stelsei en het SECAM-stelsel worden genoemd. Deze verschillende stelsels zijn echter gebaseerd op onderling verschil-20 lende filosofieën en vertonen onder andere een verschil in het per volledig videobeeld toegepaste aftastbeeldregels. Bij het NTSC-stelsel omvat een volledig videobeeld 525 beeldregelaf-tastperioden, gedurende 485 waarvan een werkelijk videosignaal existeert en gedurende de overige waarvan twee verticale onder-25 drukkingsperioden optreden. Bij het PAL- of SECAM-stelsel bestaat iedere volledige videobeeldperiode uit 625 beeldregel-aftestperioden, gedurende ongeveer 570 waarvan werkelijke video-informatie ter beschikking is..

De voor opname van kleurentelevisiebeelden volgens 30 de verschillende stelsels dienende kleurentelevisiecamera's met beeldopneeminrichting van het "solid state"-type dienen steeds een speciaal aan het desbetreffende stelsel aangepaste beeldopneeminrichting te bevatten. De reden hiervan is, dat bij een beeldopneeminrichting van het "solid state"-type met 35 bijvoorbeeld een ladingsgekoppelde inrichting ieder voor opslag en overdracht van een signaallading dienend element een 8201745 I i % - 2 - opneemelenient vormt en het aantal rijen met dergelijke opneemelementen, dienende voor ladingsoverdracht in verticale richting, het aantal aftastbeeldregels van één volledig beeld van het uitgangsvideosignaal bepaalt; bovendien bepaalt het 5 aantal per rij toegepaste opneemelementen, dat wil zeggen het aantal opneemelementen in de horizontale beeldrichting, de definitie van iedere aftastbeeldregel, zodat het voor verkrijging van een kleurentelevisiesignaal volgens één van de genoemde stelsels noodzakelijk is een beeldopneeminrichting 10 toe te passen, waarvan het aantal rijen met voor ladingsoverdracht in verticale richting dienende opneemelementen overeenkomt met het aantal bij het desbetreffende stelsel toegepaste aftastbeeldregels, dat wil zeggen met ongeveer 485 regels bij het NTSC-stelsel of met ongeveer 570 rijen bij 15 het PAL- of SECAM-stelsel.

Aangezien de beeldaftasting gewoonlijk beeldraster-gewijs plaatsvindt, zal bovendien het aantal rijen met op hetzelfde tijdstip werkzaam wordende opneemelementen overeen komen met het halve aantal aftastbeeldregels van één vol-20 ledig videobeeld. Bij een op het beeldscherm van een televisie-ontvanger zichtbaar gemaakt beeld bedraagt de verhouding tussen de verticale en de horizontale afmeting van het beeld meestal ongeveer 4:3, zodat het aantal opneemelementen per rij in overeenstemming met het aantal opneemelementen per 25 kolom dient te worden gekozen. Dit heeft tot gevolg, dat een voor vorming van kleurenvideosignalen volgens het PAL- of het SECAM-stelsel dienende beeldopneeminrichting per rij en per kolom een groter aantal opneemelementen dan bij het NTSC-stelsel dient te hebben.

30 Samenvattend kan worden gesteld, dat voor beeldop- name volgens de verschillende genoemde stelsels steeds afzonderlijke televisiecamera's, respectievelijk televisiecamera's met onderling verschillende beeldopneeminrichtingen, dienen te worden gebruikt.

35 De onderhavige uitvinding stelt zich ten doel, hier in verbetering te brengen en een beeldopneeminrichting van het "solid state"-type te verschaffen, waarbij het aantal 8201745 _ * ê - 3 - werkzame opneemelementen van de toegepaste ladingsoverdrachts-inrichting naar wens, respectievelijk afhankelijk van de omstandigheden, kan worden gewijzigd.

Voorts stelt de uitvinding zich ten doel, een beeld-5 opneeminrichting van het "solid state"-type te verschaffen, welke is voorzien van een ladingsoverdrachtsinrichting, waarvan de voor ladingsoverdracht dienende overdrachtselectroden een zodanige constructie hebben, dat het aantal werkzame opneemelementen in afhankelijkheid van de wijze van toevoer van 10 een stuursignaal daaraan kan worden gewijzigd.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een beeldopneeminrichting van het "solid state"-type met een ladingsoverdrachtsinrichting, welke in staat is tot afgifte van tot verschillende stelsels behorende televisie-15 signalen.

Nog een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een beeldopneeminrichting van het "solid state"-type, welke is voorzien van een ladingsoverdrachtsinrichting en hetzij in een televisiecamera voor vorming van een kleuren-20 televisiesignaal volgens het NTSC-stelsel, hetzij in een televisiecamera voor vorming van een kleurentelevisiesignaal volgens het PAL- of het SECAM-stelsel kan worden toegepast.

Oe wijze, waarop de uitvinding deze verschillende doelen realiseert, zal worden beschreven in de nu volgende 25 beschrijving aan de hand van de bijbehorende tekening, welke een schematische weergave van een uitvoeringsvorm van een beeldopneeminrichting van het "solid state"-type volgens de uitvinding toont.

Deze uitvoeringsvorm is van het type met "interline 30 transfer" en uitgevoerd als een 2-fasige, ladingsgekoppelde inrichting.

De tekening toont een beeldopneemelementengedeelte 1 met een groot aantal lichtgevoelige gebieden en een groot aantal ladingsopslag- en -overdrachtsgebieden, welke tezamen 35 een groot aantal beeldopneemelementen vormen. Deze zijn in verticale richting volgens rijen gerangschikt. Op het gedeelte 1 met de opneemelementen zijn verticale overdrachtselectroden 8201745 - 4 - aangebracht voor overdracht van de in iedere rij beeldopneem-elementen gevormde en opgeslagen lading. Deze verticale over-drachtselectroden zijn verdeeld in twee groepen A en B, welke in de richting van de door deze electroden uitgevoerde ladings-5 overdracht verlopen. Met de eerste groep A met verticale over-drachtselectroden zijn twee aansluitingen t^ en t2 verbonden voor ontvangst van tweefasige stuursignalen. Met de tweede groep B met verticale overdrachtselectroden zijn twee aansluitingen t’^ en t*2 voor ontvangst van tweefasige stuur-10 signalen verbonden.

Aan het ene einde van het gedeelte 1 met opneem-elementen is een door diffusie van een verontreiniging met hoge dichtheid in een halfgeleidersubstraat verkregen over-loopafvoergebied 2 gevormd, waarop het ene uiteinde van de 15 tweede groep B met verticale overdrachtselementen is aangebracht; met dit overloopafvoergebied 2 is een aansluiting tg voor ontvangst van een spanning van vooraf bepaalde grootte verbonden. Aan het andere einde van het gedeelte 1 met op-neemelementen, dat wil zeggen aan het tegenover het overloop-20 afvoergebied 2 gelegen einde, bevindt zich een beeldregel- overdrachtsgedêelte 3. Op dit beeldregeloverdrachtsgedeelte 3 zijn een aantal uit een eerste groep a en een tweede groep b bestaande, horizontale overdrachtselectroden aangebracht, welke dienén voor overdracht van de lading, welke in iedere 25 rij beeldopneemelementen is gevormd en rijgewijze van-het- gedeelte 1 met opneemelementen naar het beeldregeloverdrachtsgedeelte 3 wordt overgebracht, en zich in de horizontale richting (pijl H in de tekening) uitstrekken. Met de eerste groep a horizontale overdrachtselectroden is een tweetal 30 aansluitingen S^, S2 ‘voor ontvangst van tweefasige stuursignalen verbonden. Met de tweede groep b horizontale overdrachtselectroden zijn twee aansluitingen S'^ en S'2 voor ontvangst van tweefasige stuursignalen verbonden. Een als ladingsabsorptiegedeelte dienende diffusielaag 4 is aan het 35 ene einde van het beeldregeloverdrachtsgedeelte 3 aan de zijde van de tweede groep b met horizontale overdrachtselectroden aangebracht; met dit ladingsabsorptiegedeelte 4 is een aansluiting Sg verbonden, waaraan een spanning van - 5 - vooraf bepaalde grootte dient te worden toegevoerd. Aan het andere uiteinde van het beeldregeloverdrachtsgedeelte 3, dat wil zeggen aan de zijde tegenover het ladingsabsorptiege-deelte 4, is een uitgangsgedeelte 5 gevormd, dat met een uit-5 gangsaansluiting T is verbonden.

In het voorgaande is een beeldopneeminrichting van het "solid state"-type volgens de uitvinding beschreven; thans zal nader op de werking van een dergelijke inrichting worden ingegaan, waarbij zich verschillende mogelijkheden voordoen.

10 In de eerste plaats bestaat de mogelijkheid, dat tweefasige stuursignalen φ^ en φ2 zowel aan de respectieve aansluitingen t^ en t2 van de eerste groep A verticale over-drachtselectroden als aan de aansluitingen t'^ en t'2 van de tweede groep B verticale overdrachtselectroden worden toege-15 voerd, terwijl andere tweefasige stuursignalen P^ en P2 zowel aan de aansluitingen en S2 van de eerste groep a horizontale overdrachtselectroden als aan de aansluitingen S'^ en S’2 van de tweede groep b horizontale overdrachtselectroden worden toegevoerd. Wanneer in dat geval beeldopname plaatsvindt, 20 wordt de signaallading, welke in reactie op het door het gedeelte 1 ontvangen licht in.de beeldopneemelementen wordt opgewekt, eerst door de beide groepen A en B met verticale overdrachtselectroden van het gedeelte 1 in verticale richting naar het beeldregeloverdrachtsgedeelte 3 overgebracht, zoals 25 met een pijl V is aangeduid en vervolgens door de beide groepen a en b met horizontale overdrachtselectroden van het beeld-regeloverdrachtsgedeelte 3 in horizontale richting, zoals met de pijl H is aangeduid, naar het uitgangsgedeelte 5 overgebracht, zodat aan de uitgangsaansluiting T een uitgangsvideo-30 signaal ter beschikking komt. Bij de hier beschreven werkingswijze functioneren alle in het gedeelte 1 gevormde opneem-elementen ook werkelijk als beeldopneemelementen.

In de tweede plaats bestaat de mogelijkheid, dat de tweefasige stuursignalen φen φ2 slechts aan de aansluitingen 35 t^ en t2 van de eerste groep A verticale overdrachtselectroden worden toegevoerd, terwijl een instelgelijkspanning van hoog niveau aan de aansluitingen t^-,βη t'2 van de tweede groep 8201745 - β - Β met verticale overdrachtselectroden wordt aangelegd, terwijl een instelspanning van vooraf bepaalde waarde aan de met het overloopafvoergebied 2 verbonden aansluiting t^ wordt aangelegd. Daarnaast worden de tweefasige stuursignalen en 5 slechts aan de aansluitingen en van de eerste groep a met horizontale overdrachtselectroden toegevoerd, terwijl een instelgelijkspanning V’^ van betrekkelijk hoog niveau wordt toegevoerd aan de aansluiting en S'2 van de tweede groep b met verticale overdrachtselectroden, waarbij een in-10 stelspanning van vooraf bepaalde waarde aan de met de diffusielaag 4 verbonden aansluiting wordt aangelegd. Bij beeldopname onder die omstandigheden zal slechts de signaal-lading, welke in iedere rij onder de eerste groep A met verticale overdrachtselectroden gelegen opneemelementen door in-15 vallend licht wordt opgewekt, door de eerste groep A met verticale overdrachtselectroden in verticale richting naar het beeidregelovercrachtsgedeelte 3 worden overgebracht (zie de pijl V), terwijl de signaallading, welke in iedere zich onder de tweede groep B met verticale overdrachtselectroden 20 bevindende beeldopneemelementen door invallend licht wordt opgewekt door het overloopafvoergebisd wordt ingevangen en wordt afgevoerd, vervolgens zal slechts de van rij tot rij naar het onder de eerste groep a met horizontale overdrachtselectroden gelegen gedeelte van het beeldregeloverdrachtsge-25 deelte 3 overgebrachte signaallading door de eerste groep a met horizontale overdrachtselectrode in de richting van de pijl H naar het uitgangsgedeelte 5 worden overgebracht, terwijl de naar een onder de tweede groep b met horizontale overdrachtselectroden gelegen gedeelte van het beeldregelover-30 drachtsgedeelte 3 overgebrachte signaallading door de diffusielaag 4 wordt ingevangen en afgevoerd. In dit tweede geval functioneren derhalve slechts dié opneemelementen, welke behoren tot de onder de eerste groep A met verticale overdrachtselectroden gelegen rijen en zich bovendien te linker zijde 35 bevinden van een in de tekening met een gebroken lijn weergegeven grenslijn tussen de eerste groep a en de tweede groep b met horizontale overdrachtselectroden, dat wil zeggen slechts 8201745 _ - 7 - de zich in een gebied A' bevindende opneemelementen, ook werkelijk als beeldopneemelementen, welke een effectieve bijdrage aan de vorming van het uitgangsvideosignaal leveren.

Zoals in het voorgaande is beschreven, kan bij een 5 beeldopneeminrichting van het "solid state"-type volgens de uitvinding het aantal effectief als beeldopneemelementen werkzame elementen naar keuze worden gewijzigd. Uit practische overwegingen worden bijvoorbeeld ongeveer 580 rijen met opneemelementen in de verticale richting in het, deze elementen 10 bevattende gedeelte 1 aangebracht, waarbij ongeveer 490 van deze rijen onder de eerste groep A met verticale overdrachts-electroden worden gevormd. Iedere van deze rijen bevat ongeveer 400 opneemelementen, waarvan ongeveer 340 links van de genoemde grenslijn tussen de eerste groep a en de tweede groep 15 b met horizontale overdrachtselectroden worden gevormd. Bij toepassing van alle aanwezige opneemelementen als effectieve beeldopneemelementen, zoals hiervoor eerst beschreven, is het mogelijk als uitgangsvideosignaal een kleurentelevisie-signaal van het PAL- of SECAM-stelsel te verkrijgen, waarvan 20 één volledig videobeeld ongeveer 570 aftastbeeldregels bevat. Wanneer, zoals in het tweede hiervoor beschreven geval, slechts de opneemelementen in het gebied A‘ van het gedeelte 1 als werkzame beeldopneemelementen functioneren, is het mogelijk als uitgangsvideosignaal een kleurentelevisiesignaal volgens 25 het NTSC-stelsel te verkrijgen, waarbij ieder volledig videobeeld ongeveer 485 aftastbeeldregels bevat.

In dit laatstgenoemde geval is het bovendien mogelijk de buiten het gebied A" opgewekte signaallading te verwijderen door aan de aansluitingen t'^ en t'2 van de tweede 30 groep B met verticale overdrachtselectroden een geschikt stuursignaal in plaats van de genoemde instelgelijkspanning toe te voeren, waardoor ladingsoverdracht naar het overloopaf-voergebied van de diffusielaag 2 in aan de pijl V tegengestelde richting wordt verkregen; daarbij wordt aan de aan-35 sluiting S'λ en S’^ van de tweede groep b met horizontale overdrachtselectroden een ander geschikte stuursignaal in plaats van een instelgelijkspanning toegevoerd, zodat ladingsover-dracht naar de diffusielaag 4 in aan de pijl H tegengestelde 8201745 - 8 - richting wordt verkregen.

Zoals in het voorgaande is beschreven, kan bij een beeldopneeminrichting van het "solid state"-type volgens de onderhavige uitvinding het aantal werkelijk als beeldop-5 neemelementen werkzame elementen gemakkelijk worden gewijzigd door speciale keuze van de wijze van toevoer van stuursignalen aan de verticale en horizontale overdrachtselectroden. Op deze wijze verschaft de uitvinding de mogelijkheid om door toepassing van een beeldopneeminrichting van het hier beschreven 10 type te komen tot een kleurentelevisiecamera, welke in staat is naar keuze kleurentelevisiesignalen volgens het NTSC-stelsel of kleurentelevisiesignalen volgens het PAL- of SECAM-stelsel te produceren. Voorts is het mogelijk om beeldopneeminrichtingen volgens de uitvinding a priori geschikt voor toepassing 15 volgens het NTSC-stelsel of voor toepassing volgens het PAL-of SECAM-stelsel geschikt te maken, bijvoorbeeld door tijdens de vervaardiging van de inrichting de aansluiting van de overdrachtselectroden op een bepaalde, met het bedoelde stelsel overeenkomende wijze tot stand te brengen. Opgemerkt kan nog 20 worden, dat indien in het buiten het gebied A' gelegen gedeelte van het, de opneemelementen bevattende gedeelte 1 van de beeldopneeminrichting volgens de uitvinding gebreken worden vastgesteld, bijvoorbeeld constructiefouten, de desbetreffende inrichting nog steeds geschikt is voor levering van kleuren-25 televisiesignalen volgens het NTSC-stelsel;daartoe behoeven slechts de zich binnen het gebied A' bevindende beeldopneem-elementen als zodanig te worden gebruikt. Hierdoor wordt het mogelijk, het bij de vervaardiging optredende uitvalpercen-tale te verminderen, zodat vervaardiging met een hoger rende-30 ment mogelijk wordt.

Hoewel bij de in het voorgaande beschreven toepas-singsvoorbeelden van een beeldopneeminrichting volgens de uitvinding van besturing met tweefasige stuursignalen sprake is, leent de uitvinding zich eveneens voor toepassing op een als 35 ladingsgekoppelde inrichting (CCD) uitgevoerde beeldopneeminrichting met driefasige of vierfasige besturing.

Meer in het algemeen kan worden gesteld, dat de uit- 82 0 1 7 4 5 ____ -9 - vinding zich niet tot de in het voorgaande beschreven details beperkt, doch dat verschillende wijzigingen in de beschreven details en in hun onderlinge samenhang kunnen worden aangebracht, zonder dat daarbij het kader van de uitvinding wordt 5 overschreden.

8201745

Claims

1. Beeldopneeminrichting van het "solid state"-type met een als ladingsgekoppelde inrichting uitgevoerd gedeelte met opneemelementen voor vorming, opslag en overdracht in verticale richting van een signaallading, een aan het ene 5 einde van het gedeelte met opneemelementen aangebracht beeld-regeloverdrachtsgedeelte in de vorm van een ladingsoverdrachts-inrichting voor overdracht in horizontale richting van de uit het eerstgenoemde gedeelte overgebrachte signaallading, op het gedeelte met opneemelementen aangebrachte verticale 10 overdrachtselectroden voor verticale overdracht van de signaallading in het gedeelte met opneemelementen, op het beeldregel-overdrachtsgedeelte aangebrachte horizontale., overdrachtselectroden voor horizontale overdracht van de signaallading in het beeldregelcverdrachtsgedeelte, en met een aan het ene 15 einde van het beeldregeloverdrachtsgedeelte aangebracht uit-gangsgedeelte voor ontvangst van de uit het beeldregelover-drachtsgedeelts overgebrachte signaallading en voor afgifte van een daarvan afhankelijk uitgangssignaal, met het kenmerk, dat de verticale overdrachtselectroden zijn verdeeld in een 20 eerste en een tweede, in de verticale overdrachtsrichting van de signaallading ten opzichte van elkaar gerangschikte groep voor ontvangst van gescheiden stuur- en/of instelsignalen en dat de horizontale electroden zijn verdeeld in een eerste en een tweede, in de horizontale overdrachtsrichting van de signaal-25 lading ten opzichte van elkaar gerangschikte groep voor ontvangst van gescheiden andere stuur- en/of instelsignalen.

2. Beeldopneeminrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat aan het andere, van het beeldregelover-drachtsgedeelte afgekeerde einde van het gedeelte met opneem-30 elementen een ladingsabsorptiegedeelte is aangebracht voor invang en afvoer van de in de onder de tweede groep verticale overdrachtselectroden gelegen opneemelementen gevormde signaallading.

3. Beeldopheeminrichting volgens conclusie 2, met 35 het kenmerk, dat aan het andere, van het uitgangsgedeelte af- 8201745 - 11 - gekeerde einde van het beeldregeloverdrachtsgedeelte een aan-vullend ladingsabsorptiegedeelte is aangebracht voor invang en afvoer van de uit het gedeelte met de opneemelementen naar het zich onder de tweede groep horizontale overdrachtselec-5 troden bevindende gedeelte van het beeldoverdrachtsgedeelte overgebrachte signaallading. 8201745