DE2153306A1 - Abfuhlanordnung - Google Patents

Description

RCA 63,377

U.S.S. No. 33923

Filed October 26, 1970

RCA-Corporation, New York, N.Y. , USA

Abfühlanordnung

Die Erfindung betrifft eine Abfühlanordnung mit auf einem gemeinsamen Substrat gebildeten Transistoren, die jeweils zwei die Enden eines Stromkanals begrenzende Zonen und eine Steuerelektrode besitzen und deren Stromkanäle in Reihe geschaltet sind und einen Signalübertragungsweg bilden, der am einen Ende von einer Ausgangselektrode begrenzt wird; mit jeweils einem Speicherglied pro Transistor, das zwischen die Steuerelektrode und die zweite Zone des entsprechenden Transistors geschaltet ist; und mit zwei Schaltungsvorrichtungen, von welchen die eine mit der Steuerelektrode jedes zweiten Transistors und die andere mit derjenigen der übrigen Transistoren gekoppelt ist und welche abwechselnd jeden zweiten Transistor und dann die übrigen Transistoren auftasten. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Sensorfeld, in welchem photoempfindliche Elemente einen Teil eines Speicherregisters bilden.

Zur Gewinnung der in ihr enthaltenen Informationen müssen die Sensorelemente beispielsweise einer Bildabfühlanordnung periodisch abgetastet werden. Der Abtastgenerator muß sich so nahe wie möglich am Sensorfeld befin-

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den, damit sich eine optimale Grenze zwischen ihnen
ergibt. Diese Annäherung setzt voraus, daß die Stufen der Abtastvorrichtung vor allem sehr einfach sein müssen, damit sie ::iit einer (Paclcungs- )Dichte hergestellt weiden können, die mit derjenigen der Scnsorelemente
vergleichbar ist.

Unter dem Namen "Bucket-Brigade" ist eine analoge Verzögerungsleitung bekanntgeworden, die als Analogschieberegister arbeitet (vgl. "Bucket-Brigade Electronics New Possibilities for Delay, Time-Axis Conversion, and Scanning" im IEEE Journal of Solid-Stato Circuits,
Vol. SC Ί, No. 3, Seiten 131-136, Juni 196^ von
F.L. Sangster und K. Teer sowie "Integrated MOS and
Bipolar Analog Delay Lines Using Bucket Brigade
Capacitor Storage", IEEE International Solid State
Circuits Conference, Seiten 7^-75 im Digest of
Technical Papers von F.L. Sangster). Die sogenannte
"Bucket-Brigade", deren Betrieb auf dem Prinzip der
Übertragung eines Ladungsdefizits von Stufe zu Stufe
beruht, kann in Form eines einfachen Schieberegisters
hoher Dichte hergestellt werden, das sich ausgezeichnet zum Abtasten eines Sensorfeldes eignet.

Die bekannte "Bucket-Brigade" kann so abgewandelt werden, daß sie als Schieberegister-Abtastgenerator mit
Parallelausgabe arbeitet, der extern an die Zeilen und Spalten eines Sensorfeldes mit in Zeilen und Spalten
geordneten Adressenstreifen angeschlossen werden kann. Dies stellt eine wesentliche Vereinfachung der zum Abtasten der Felder erforderlichen Schaltungsanordnungen dar, da die "Bucket-Brigade" einfacher als die bisher

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verwendeten Schieberegister ist. Eine solche Anwendung dieses neuartigen Schieberegisters stellt aber noch keine in jeder Hinsicht befriedigende Lösung dar, da die Sensorelemente des Feldes wie früher nur über Leitungen zugänglich sind, die zum Rand des Feldes hei-ausgeführt und an den Ausgang des Abtastgenerator angeschlossen sind.

Es wäre wünschenswert, wenn durch Einfügung eines Abtastkrcises vom "Bucket-Brigade"-Typ in jede Zeile eines Sensorfeldes die innere Abtastung der Sensorelemente möglich wäre.

Die Erfindung eignet sich für eine Abfühlanordnung mit auf einem gemeinsamen Substrat gebildeten Transistoren, die jeweils zwei die Enden eines Stromkanals begrenzende Zonen und eine Steuerelektrode besitzen. Die Stronikanäle der Ti-ansistorcn sind in Reihe geschaltet und bilden dadurch einen Signalübertragungsweg, der am einen Ende an einer Ausgangsklemme endet. Zwischen die Steuerelektrode und die zweite Zone eines jeden Ti-ansistors ist ein Speicherglied geschaltet. Eine erste Schaltungsvorrichtung ist mit der Steuerelektrode jedes zweiten Transistors gekoppelt, eine zweite Schaltungsvorrichtung mit der Steuerelektrode der übrigen Transistoren. Hierdurch werden abwechselnd jeder zweite Transistor und dann die übrigen Transistoren aufjretastet.

Bei einer Abfühlanordnung dieser Art ist gemäß einen bevorzugten Ausführuiigsbeispici der Erfindung zusätzlich eine Anzahl von auf äußere Reize ansprechenden Wandlere 1 enenten vorgesehen, die das gemeinsame Substrat, teilen und von denen jedes Element mit einem zugehörigen

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(also jeweils einem andex^en) dei~ Ladungsspeicherglieder verbunden ist und dieses in Abhängigkeit von den äußeren Reizen entlädt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 das schematische Schaltbild eines Bildsensorfeldes gemäß der Erfindung;

Fig. 2 das layout einer monolithischen integrierten Schaltung zur Realisierung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teil der Schaltung nach Fig. 2 längs der Ebene 3 - 35

Fig. 4-A und 4b typische Schwingungsformen von

in der Schaltung nach Fig. 1 auftretenden Signalen;

Fig. 5 die schematische Schaltungsanordnung eines Bildsensorfeldes gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 6 das Layout der integrierten Schaltung,

mit der die Anordnung nach Fig. 5 realisierbar ist;

Fig. 7 typische Schwingungsformen von Signalen in der Schaltungsanordnung nach Fig. 5;

Fig. 3 eine schematische Schaltungsanordnung eines Bildsensorfeldes mit Photoleitern gemäß der Erfindung;

Fig. 9 das Layout einer integrierten Schaltung gemäß Fig. 8;

und

Fig. 10 einen Schnitt durch Teile der Schaltung nach Fig. 9-

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Zur Erläuterung der Erfindung sind in der Zeichnung η-leitende IGFET-Transistoren (Feldeffekt-Transistoren mit isolierter Steuerelektrode) vom Stromerhöhungstyp dargestellt, speziell IGFET-Transistoren mit einer metallischen Steuerelektrode über einem Oxidkanal, wie sie als MOS-Transistoren bekannt sind. Es verstellt sich jedoch, daß auch andere Transistoren verwendet werden können, beispielsweise IGFET-Transistoren vom Stromdrosselungstyp, bipolare Transistoren oder Feldeffekt-Bauelemente vom Junction-Typ. Die folgende einführende Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten IGFET-Transistoren soll lediglich zur Erläuterung der Schaltungsanordnungen beitragen.

1. Die hier verwendeten Bauelemente haben zwei gewöhnlich als Quelle und Abfluß bezeichnete Elektroden, die die Enden eines leitenden Pfades oder Stromkanals begrenzen, und eine Steuerelektrode, deren Potential die Leitfähigkeit des Stromkanals bestimmt. Beim p-leitenden IGFET-Transistor ist die Quelle diejenige der Stronikanalelektroden, an welche das höhere Potential angelegt wird. An der Quelle eines n-leitenden IGFET-Transistors liegt hingegen das niedrigste Potential.

2. Die hier verwendeten Bauelemente sind in beiden Richtungen leitend, womit gemeint ist, daß im Stromkanal in beiden Richtungen Strom fließen kann, wenn an die Steuerelektrode ein Auftastsignal angelegt wird.

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3· Damit das Bauelement leitend ist, muß die Steuerelektroden/Quelleri-Spannung (V ) in einer Richtung angelegt werden, bei der die Steuerelektrode bezüglich dor Quelle in Durchlaßrichtung vorgespannt wird, und sie muß größer als ein gegebener Schwellwert sein, der als Schwellwertspannung (V) definiert ist. Wenn also V in

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einer Richtung angelegt wird, bei dor der Transistor in Durchlaßrichtung vorgespannt wird, aber kleine" ist als V , bleibt der Transistor gesperrt, und im Stromlcanal fließt praktisch kein Strom. Entsprechendes gilt übrigens auch für bipolare Bauelemente, die nur dann leiten, wenn die Basis bezüglich des Emitters durch ein Signal in Durchlaßrichtung vorgespannt wird, das größer ist als dar Basis-Emitter-Spannungsabfall V,

be

4. Wenn das Bauelement als Quellenfolger (oder Emitterfolger) eingesetzt wird, "folgt" die Spannung (V ) an der Quellenelektrode dem an die Steuerelektrode angelegten Signal (V ), ist aber bezüglich der Stetierelektrodenspannung um einen Betrag verschoben, der gleich der Schwellwertspannung (V„) des Bauelementes ist. Es gilt also V_s = V_Q - V_T.

Um die folgenden Erläuterungen insbesondere der Betriebsweise zu erleichtern, sei angenommen, daß V gleich Null ist. Diese Annahme entspricht zwar nicht unbedingt den tatsächlichen Verhältnissen, verfälscht aber die Betriebsweise nicht, da V_T konstant ist und eine lediglich die Gleichstromvorspannung der Registerkette berührende Gleichspannungsverschiebung bedeutet.

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Das in Fig. 1 dargestellte System enthält erstens ein Bildsensorfeld 100; zweitens die Einrichtung zum periodischen Abtasten des Sensorfeldes mit einem V-Abtastgenerator 102, der durch Imptilse eines V-Synchrongenerators 104 und durch Taktsignale von V-Taktgeneratoren AB bzw. 106, 108 sowie eines H-Taktverteilers 110, der zwischen den H-Taktgenerator 112 und das Sensorfeld geschaltet ist, gesteuert wird; und drittens Ausgangskreise, mit denen die vom Sensorfeld erzeugten Videosignale gewonnen werden.

Ein Sensorfeld gemäß der Erfindung kann N Zeilen mit jeweils II Stufen haben, wobei K und N ganze Zahlen größer als Null sind, die nicht gleich sein müssen. Zur Vereinfachung der Darstellung hat das Sensorfeld 100 gemäß Fig. 1 drei Zeilen und sechs Transistoren pi-ö Zeile. Jede Zeile Aireist zwei Leiter auf. Der eine Leiter H , H bzw. H jedeir Zeile liegt an Massepotential, während der andere Leiter H₁, H bzw. H jeder Zeile über einen Transistorschalter T₁₃₁ , T₀ bzw. T₁,-mit dem H-Taktgenerator 112 gekojipelt ist. Die Transistorschalter T₅ T₀, Τ_Ώ sind doppeltleitende Torschaltungs-

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transistoren, die mit dem einen Ende ihrer Stromkanäle an den H-Taktgenerator 112 und mit deren anderem Ende an jeweils einen anderen der Zeilenleiter H₁, H₀, H_

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angeschlossen sind, während ihre Stcuereiektroden mit jeweils einem anderen der Ausgänge V₁, V , V„ des V-Abtasigcnerators 102 verbunden sind.

Jede Zeile des Sensorfeldes 100 enthält eine Reihe von Transistoren, deren Stromkanäle in Serie geschaltet sind. So enthält beispielsweise die Zeile 1 die Tran-

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sistoren T₁ ... T r. Der Abfluß eines Transistors ist mit der Quelle des angrenzenden Transistors verbunden oder mit ihr integral (einstückig) ausgebildet. Jede der Quelle-Abfluß-Zonen stellt eine gemeinsame Zone oder einen Verbindungspunkt wie z.B. P_1Ί, P₁₀ ··· Pw- dar, der durch den entsprechenden zweizifferigen Index gekennzeichnet ist. Die erste Ziffer des Index bezeichnet die Zeile, die zweite Ziffer die Reihenfolge oder Ordnungszahl des Elementes längs der Zeile. Die Steuerelektrode jedes zweiten Transistors (in Fig. 1 der Transistoren mit geradzahligem Index) ist mit einem Impulslciter H₁, H₀ bzw. II gekoppelt, während

JL ώ _?

die Steuerelektroden der übrigen Transistoren (in Fig. 1 derjenigen mit ungeradzahligern Index) mit dem Hasseleiter II, „, H_n,, bzw. 1I__ verbunden sind.

Zwischen die Steuerelektrode und den Abfluß eines jeden Transistors ist ein Kondensator geschaltet, bei dem es sich um ein diskretes Bauelement und/oder eine verteilte Kapazität handeln kann. Der Kondensator spielt eine entscheidende Rolle im Betrieb der "Bucket-Brigade" : Er speichert während der einen Phase des Taktsignals eine Ladung und überträgt sie während der anderen Hälfte des Taktsignals weiter. In einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung hat der Kondensator die zusätzliche Aufgabe, ein Ladungsdefizit zu bilden, das proportional zu einem Photosignal ist. Dieses über den Kondensatoren entwickelte Signal in Form eines Ladungsdefizits wird bei der Abtastung des Feldes gelesen.

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An jedem der Quelle-Abfluß-Zonen des Sensorfeldes ist eine Photodiode D ... D /· vorgesehen. Die Dioden ■werden mit Sperrvorspannung betrieben, da ihre Anoden (in nicht dargestellter Weise) auf ein Potential gelegt sind, das negativer ist als die negativste Spannung, die an ihre Kathoden angelegt wird. In diesem Sperrvor^pannungszustand verhalten sich die Photodioden wie Stromgeneratoren, durch die in Sperrichtung (von der Kathode zur Anode) ein Strom fließen kann, der proportional zur Stärke des auf die Diode fallenden Lichtes ist.

Der V-Abtastgenerator 102 enthält eine Reihe von Trcinsistoren Q ... Q., deren Stromkanäle in Serie geschaltet sind. Diese Transistorreihe ähnelt einer Zeile des Bildsensorfeldes, jedoch sind an die Knotenpunkte des Abtastgenerators 102 keine photoempfindlichen Elemente angeschlossen. Der Abtastgenerator 102 besitzt einen Transistor pro Stufe, und der Abfluß jedes Transistors mit Ausnahme des letzten bildet einen Ausgangspunkt V₁, V bzw. V_?, der mit der Steuerelektrode eines entsprechenden der Torschaltungstransistoren T , T₀ bzw. T gekoppelt ist. Die Steuerelekti~ode jedes der Transistoren Q₁ bis Q„ ist mit seinem Abfluß über einen Kondensator C , Q,- bzw. C_ verbunden.

Das Eingangsende 103 des Serienpfades des V-Abtastgenerators 102 ist an einen Vertikal-Synchrongenerator 104 angeschlossen, der ein Inipulssignal erzeugt, welches den Lesezyklus einleitet. Der letzte Ausgangspunkt V„ der Kette ist über den Stromweg des Transistors Q; mit denj V-Takt-A-Generator 106 verbunden. Die Steuerelektrode jetlcü zweiten Transistors (z.B. Q, , Q„) ist mit einem

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der beiden Taktgeneratoren (z.B. dem V-Takt-B-Gsnerato— 10.)) verbunden, wähl-end die Steuerelektroden der übrigen Transistoren der Kette (z.B. Q_, Q. ) mit dem zweiten Taktgenerator (z.B. 106) gekoppelt sind.

In Fig. 1 sind auch die Ausgangskreise dargestellt, mit denen die Signale vom Bildsensorfeld gewonnen werden. Im einen Kreis erfolgt eine Stromabtastung, wozu die Abflüsse der ersten (in Fig. 1 ganz rechten) Transistoren

T₁₁ , T₀₁ , T₇₁ aller Zeilen gemeinsam an eine Ausgangs-XX ώΐ J)X

klemme 4θ angeschlossen sind, die über einen Widerstand R an Hasse liegt. Yie noch nailer beschrieben werden wird, fließt während des negativen Teiles des H-Taktsignals durch den Widerstand R₁ ein Strom, welcher die nacheinander in der ersten Stufe jeder Zeile erscheinenden Ladungsdefizits ergänzt bzw. beseitigt. Durcli Abfühlen dos zum Ei-gänzen dos Ladungsdefizits erforderlichen Stromes erhält man an der Ausgangsklemme ΊΌ ein Video-Ausgangsstromsignal. Es sei darauf hingewiesen, daß die Zeilen des Feldes zu oinein Vielfacliausgang verbunden werden können, da alle Zeilen nacheinander cibgetastet werden.

Iiu zweiten Ausgangskrois sind Spannungsabtasttransistoren T_c , T , T vorgesehen, deren StoueHicktroden jeweils mit der Quelle des ersten Transistors der ent spx· och enden Zeile verbunden sind, und die die Signalspannung im sich bewegenden Ladungsmuster messen und die Spannungsniodulation in einen Strom umwandeln, der durch den Widerstand R„ fließt, und an der Ausgangsklemme 42 ein Ausgangssignal erzeugt. Die Quclltnelektroden dor Spannungsabtasttransistoren sind gemeinsam mit einer Vorspannungsquelle 44 gekoppelt, deren Spannung die Amplitude

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V hat. Ihre Abflüsse sind gemeinsam mit der Ausgangs- :.j. emnie 42 gekoppelt, die ihrerseits über den Widerstand R₀ an einer Betriebsspannungsquelle 46 liegt, deren Spannung die Amplitude V„ hat.

Eine praktische Realisierungsmöglichkeit der· in Fig. dargestellten Schaltungsanordnung ist in Fig. 2 und 3 dargestellt. Fig. 2 zeigt das Layout einer entsprechenden monolithischen integrierten Schaltung.

Die Umrisse der diffundierten Quellen- und Abflußzonen Im Silicium sind in Fig. 2 gestrichelt dargestellt, die Unirisse der metallisierten St euer elektroden und Verbin-• •ungsstreifen (die gesamte aufgelegte Metallisierung) mit ausgezogenen Linien. Man sieht in Fig. 2, daß die yuslle eines Transistors und der Abfluß eines benachbarten Transistors vom gleichen diffundierten Bereich gebildet und ein Teil desselben sind. Beispielsweise sind der mit 11 bezeichnete Bereich der Abfluß des Transistors T , der Bereich 12 sowohl die Quelle den Ί-ansistors T _ wxg auch der Abfluß des Transistors '.' _o, und eier Bereich 13 sowohl die Quölle des Transistors Γ _o als auch der Abfluß des Transistors T . Die Steuerf ■* nktroden und ihre zugehörigen Zeilenleiter werden c'urch einen einzigen Metallstreifen gebildet, der längs i'bcr die Zeile läuft.

Von Interesse ir.i La;/out dex- Fig. 2 ist auch die Bildung (¹GjT die Steuerelektrode mit dem Abfluß der entsprechenden Transistorm koppelnden Kondensatoren C . Eine der Ilaupt-.'i-wägungen beim Entwurf einer Schaltung vom "Bucketiirigar]e"-T: j> liegt darin, daß C größer sein muß als

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die Kapazität zwischen Steuerelektrode und Qtielle

(C₁^) . Darstellungsgemäß wird dies beim Sensorfeld Go

100 dadurch erreicht, daß jede (mit unterbrochenen Linien dargestellte) diffundierte Zone einen breiten Rechteckteil und einen dünnen Rechteckteil umfaßt. Der breite Teil wirkt normalex'vreise als Abfluß des Transistors und ist ein großer Boreich, über den der Metallstreifen (Steuerelektrode) überlappt, während der dünne Rechteckteil normalerweise als Quelle wirkt und eine wesentlich kleinere Fläche hat. Diese Asymmetrie ist notwendig, weil das Ladungsdefizit (das das Signal repräsentiert) immer zur größeren Kapazität hin übertragen wird. Gleichzeitig sollte die direkte kapazitive Kopplung zwischen der Quelle und dem Abfluß so klein wie möglich gehalten werden. Die größere Kapazität zwischen de3~ Steuerelektrode und dem Abfluß wird ohne weiteres dadurch erreicht, daß man die metallische Steuerelektrode die diffundierte Abflußzone überlappen läßt. Am deutlichsten ist dies bei den mit C₁, C und

1 cL

C_ (Fig. 2) bezeichneten Bereichen zu erkennen, welche die Kondensatoren bzw. Kapazitäten C des V-Abtastgenerators 102 darstellen.

Die Oxidisolation ist in Fig. 2 nicht dargestellt. Es sei aber angenommen, daß sie die gesamte Siliciumoberflache mit Ausnahme der Stellen bedeckt, wo Fenster eingeätzt wurden, durch die Kontakt zu den diffundierton Zonen besteht (in Fig. 2 durch schwarze Punkte dargestellt). Die Oxidisolation ist in den Transistorkannion und über den Abflußzonen dünner ausgebildet (um C__ zu

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vergrößern), dagegen dicker- an den Stellen, wo die lietall· streifen die Quellen oder nicht für eine Transistor-

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funktion verwendeten Halbleiterteile überqueren. Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem Layout gemäß Fig. 2 nur eine einzige Metallisierungsschicht benötigt wird, um das gesamte Sensorfeld einschließlich des Vertikalabtastgenerators 102, der H-Taktverteilerschalter und der Videoausgangstransistoren (T_C1, T_co, T_c_) fertigzustellen.

Die Ausbildung der Photodioden ist in Fig. 3 dargestellt, die einen Schnitt durch das Layout gemäß Fig. 2 längs der Ebene 3-3 zeigt. Die Dioden können als Teil der in das Substrat eingebetteten diffundierten Quellen- und Abflußzonon ausgebildet x^erden. Für die N-Kanal-MOS-Transistoren können die diffundierten Zonen T

T , T , T₂- usw.) aus η-leitendem Material bestehen, während das Substrat 11 p-leitend sein kann. Jede der η-leitenden Zonen bildet also mit dem Substrat, in das sie eingebettet ist, einen pn-übergang, wodurch eine Diode entsteht. Jede diffundierte Zone bildet also für einen MOS-Transistor vom seitlichen oder Quertyp eine Quelle (T₂₅₃, T₂₅₃) oder einen Abfluß ( T _ ) und mit dem Substrat eine Diode.

Das Sensorfeld kann gemäß Fig. 3 so hergestellt werden, daß es von Photosignalen beleuchtet wird, die entweder auf die obere Oberfläche des Feldes oder auf seine Unterseite fallen. Damit sich ein brauchbares photoempfindliches Feld ergibt, muß bei der Konstruktion darauf geachtet werden, daß das Licht leicht zu den Dioden gelangen kann. Sensorfelder, bei denen das Licht im Betrieb auf die obere (metallisierte) Oberfläche fallen soll, können ein relativ dickes Substrat (0,25 mm

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oder mehl") haben, und die Metallstreifen können dann schmaler oder halbtransparent gemacht werden, damit das Licht gut durchgelassen wird. Solche Anordnungen, deren Unterseite oder Substratfläche das Licht oder Bild abfühlen, müssen ein dünnes Substrat haben (ungefähr 12,7 Mikron dick), dessen Dicke mit dem Diffusionsbel'oich der Phototräger vergleichbar ist.

Wie noch näher erläutert werden wird, werden die Steuerelektrode-Abfluß-Kondensatoren der Zeilentransistoren, die normalerweise am Ende einer Zeilen- oder Reihenabtastung wieder geladen werden, von den Plnstodioden als Funktion des auftreffenden Lichtes entlader;. Die Entladung der Kondensatoren schafft ein Ladungsdefizit, das bei der Abtastung jeder Zeile sequenziell längs dieser transportiert wird.

Die Betriebsweise des in Fig. 1 dargestellten Sensorfcldes soll nun anhand von Fig. ^;±A und Fig. 4B erläutert werden. Da sich alle Zeilen des Sensorfeldes 100 gleich verhalten, wird nur die Betriebsweise der ersten Zeile im einzelnen beschrieben werden.

Zunächst sei angenommen, daß alle Kondensatoren der ersten Zeile des Feldes 100 wieder auf ein gegebenes Potential aufgeladen worden sind. Die Zeile wird für eine sogenannte Integrationszeit t. nicht abgetastet. Während dieser Zeitdauer arbeiten die Photodioden als Stromgeneratoren und leiten einen Strom, der proportional zur Intensität des auffallenden Lichtes ist; wobei sie die Kondensatoren teilweise entladen. An die Integrationszeit schließt sich die Leseperiode t an, während welcher die Zeilen abgetastet werden, die in den Speicher-

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elementen einer Zeile gespeicherte Information seriell gelesen wird, und die Kondensatoren als Ladungsspeicherelemente gleichzeitig wieder aufgeladen werden.

Ein Lese- und Wiederaufladungszyklus wird dadurch eingeleitet, daß ein V-Synchronimpuls mit der Schwingungsform B in Fig. 4A an die Klemme 103 des V-Abtastgenerators 1Ο2 angelegt wird, der dann am Ausgangspunkt V_ einen positiven Impuls erzeugt, welcher die Schwingungsform C in Fig. 4a hat und den Transistor T auftastet. (befähigt). Während der Transistor T_0n leitend ist, wer-

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den vom H-Taktgenerator 112 erzeugte bipolare Impulse an die H -Leitung angelegt. Die bipolaren Η-Taktimpulse mit der Schwingungsform F in Fig. 4A erreichen bezüglich eines Referenzpotentialwertes (Masse) auf der positiven Seite und dann auf der negativen Seite jeweils 6 Volt.

Damit die Signalfortpflanzung längs des Signalübertrar;ungsweges einer Zeile besser verständlich wird, sind in Fig. ¹IB die an verschiedenen Verbindungspunkten aufgrund der an eine Zeile angelegten Abtasttaktsignale auftretenden Schwingungsformen dargestellt. Fig. 4B zeigt die Abtastung einer ganzen Reihe bzw. Zeile, wofür bei der Schaltung nach Fig. 1 (die 6 Transistoren pro Zeile enthält, die zusammen, wie noch erläutert werden wird, drei Stufen bilden) drei volle Perioden des II-Taktsignals (vom--Zeitpunkt t bis zum Zeitpunkt t_) erforderlich sind.

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Zur Veranschaulichung sei angenommen, daß unmittelbar vor dem Zeitpunkt t.. das Potential an den verschiedenen Verbindungspunlcten der ersten Zeile, die zu Beginn der Integrationsperiode alle auf +6 Volt lagen, folgende Werte hat: Es liegen Ρ_χ1 auf +5 Volt; Ρ_χ2 auf +2 Volt; P₇ und P_ . auf +6 Volt (was unter der Annahme, daß keine Leckströme fließen, dem Fall entspricht, daß die Dioden D₁- und D,^ während der Integrationszeit t_i nicht beleuchtet wurden) ; und P und P-/- auf +3 Volt. Ferner sei vorausgesetzt, daß alle Steuerelektrode-Abfluß-Kondensatoren einer Zeile praktisch gleich sind, was angesichts der Ähnlichkeit ihres Aufbaus und ihrer Herstellung auch weitgehend den Tatsachen entspricht.

Wechsel des H-Taktsignals von O Volt auf +6 Volt bei

Bei den obigen Anfangsbedingungen und Voraussetzungen ist festzustellen, daß gemäß Fig. 4b dor erste Zyklus (Halbperiode) des an die H₁ -Leitung angelegten H-Taktsignals zum Zeitpunkt t ein positiver Impuls mit einer Amplitude von 6 Volt ist (d.h. der Impuls geht von O Volt auf +6 Volt). Hierdurch wird an die Steuerelektroden der Transistoren T₁ „, T-^, Tg mit geradzahligem Index das positive Potential +6 Volt angelegt, während die Transistoren mit ungeradzahligem Index gesperrt bleiben. Gleichzeitig erhöht sich das Potential an jedem Verbindungspunkt P,,, P-. -, P-,,- mit ungcradzahligem Index, dessen zugehöriger Kondensator C , C „, C mit der IL. -Takt leitung gokopi-elt ist, um +6 Volt, da die über einem Kondensator liegende Spannung sich nicht sofort ändern kann. Das Potential am Punkt P steigt also von +5 Volt auf + 11 Volt, das Potential am Punkt

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P von +6 Volt auf +12 Volt, und das Potential am Punkt P₁- von +3 Volt auf +9 Volt.

H-Taktsignal bei +6 Volt von t_T bis t_o:

Anschließend an den Wechsel des H-Taktsignals geschieht während der Zeitperiode von ΐ_Ί bis t_o folgendes:

l) Der Transistor T , dessen Steuerelektrode, Abfluß (P₁₁) bzw. Quelle (P₁₀) auf +6 Volt, +11 Volt bzw. +2 Volt liegen, leitet im Quellenfolgerbetrieb, bis das Potential an seiner Quelle (P₁₀) gleich dem Fotential von +6 Volt an seiner Steuerelektrode ist (V„ hat, wie angenommen wurde, den Wert 0). Das Potential am Punkt P (vgl. Fig. 4b) steigt also exponentiell von +2 Volt auf +6 Volt. Nun ist der Transistor T₁₀ praktisch gesperrt, d.h. er kann nicht mehr leiten. Da der Spannungsanstieg am Kondensator C._o nur vom Kondensator C ₁ ermöglicht wird (und da diese beiden Kondensatoren ungefähr gleich sind), muß dem Spannungsanstieg von 2 Volt auf 6 Volt am Kondensator C ein

1 £rf

Absinken der Spannung am Kondensator C um ebenfalls k Volt entsprechen. Das Potential am Punkt P _ (vgl. Fig. kB) sinkt also exponentiell von 11 Volt auf 7 Volt. Die Spannung dieses Punktes wird der Steuerelektrode des Transistors T zugeführt, der an der Ausgangsklemme ^ιϊ2 ein entsprechendes Ausgangs signal erzeugt.

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2) Der Transistor T^ führt eine Spannung von 6 Volt an seiner Steuerelektrode, von 12 Volt an seinem Abfluß (P, _) und von 6 Volt an seiner Quelle (P,r). Da

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die Steuerelektrode-Quelle-Spannung V des Transistors T-. r gleich Null ist, leitet der Transistor T^ nicht, und die Punkte P bzw. P . bleiben auf ihrem Potential von +12 Volt bzw. +6 Volt.

3) Der Transistor T..,-, der an seiner Steuerelektrode, an seiner Quelle (P-, r) bzw. an seinem Abfluß die Spannungen +6 Volt, +3 Volt bzw. +9 Volt führt, leitet solange, bis das Potential an seiner Quelle (P-ig) gleich dem Steuerelektrodenpotential von 6 Volt ist. Dann ist der Transistor T₁/- praktisch gesperrt, da V-., = O. Auch für die Stufe Nr. 3 gut, daß dex- Spannungsanstieg am Kondensator C ,- auf Kosten eines gleich.on Absinkens der Spannung am Kondensator C _ geht (wieder der Voraussetzung, daß beide Kondensatoren gleich

sind), wobei die Spannung am Punkt P auf +6 Volt s inlet.

Zum Zeitpunkt t_o liegen die Verbindungspunkte der Zeile auf folgenden Potentialen: P auf +7 Volt; P auf

-i. J- JLw

+6 Volt; P auf +12 Volt; Ρ_χ4 auf +6 Volt; P auf +9 Volt; und P₁₆ auf +6 Volt.

Wahrend des ZextIntervalls von t₁ bis t_o sind alle Kon-

JL £λ

dens at οχ* en mit geradzahligem Index wieder auf +6 Volt aufgeladen worden, und ihr Ladungsdefizit ist zu demjenigen des angrenzenden Kondensators mit ungeradzahligem Indes:: addiert worden. Der Vorteil dieser Addition bestellt darin,

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daß das sicli ergebende Signal, das die Stimme von zwei gesonderten Signalen ist, eine größere Amplitude hat und cladurcä leichter gelesen werden kann. Beispielsweise hat das Photosignal am Punkt P₁.. die Amplitude 5 Volt, was der Summe aus dem I-Volt-Defizit und dem ¹L-VoIt-Defizit entspricht, die anfänglich (vor dem Zeitpunkt t,) an den Kondensatoren C bzw. C₁₀ vor-

X 11 Xii

!landen waren. Das 5-Volt-Signal am Punkt P erhält man dadurch, daß das nun vorhandene 7-Volt-Potential vom 12-Volt-Potential subtrahiert wird, welches dem Kein-Signal-Zustand (keine Entladung) entspricht. In ähnlicher Weise hat das Signal am Punkt P.. _ einen Wert von 6 Volt, was um 6 Volt kleiner ist als der Kein-Signal-Wert von 12 Volt. Diese 6 Volt sind die Summe der 3-Volt-Defizits, die anfänglich am Kondensator C,_ und am Kondensator C,r vorhanden waren. Es 15 Iu

sei aber auch darauf hingewiesen, daß der Punkt P. auf 12 Volt liegt, wodurch angezeigt wird, daß anfänglich am Kondensator C oder C_ κ kein Signal (Ladungsdefizxt der Größe Null) vorhanden ist.

Zu beachten ist aber, daß, weil die in einem Paar von Kondensatoren (mit geradzahligem und ungeradzahligem Index) gespeicherten Signale miteinander vermischt werden, zur Bildung einer einzigen Informationsstufe jeweils ein Paar von Elementen erforderlich ist, nämlich 2 Transistoren, 2 Kondensatoren und 2 photoempfindliche Elemente. Es versteht sich jedoch, daß pro Stufe nur ein einziges photoempfindliches Element ausreichen würde, welches an eine der beiden Verbindungen einer Stufe angeschlossen werden könnte.

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Wechsel des H-Taktsignals von +6 Volt auf -6 Volt bei t

Zum Zeitpunkt t_p wechselt das Horizontal-Takt-Impulssignal von +6 Volt auf -6 Volt. Dieses negative Potential von 6 Volt wird den Steuerelektroden der geradzahligen Transistoren T₁₂, T₁ ^, T- r zugeführt, die dadurch gesi3errt werden. Der Wechsel von +6 Volt auf -6 Volt hat zur Folge, daß ein negativ gerichteter Impuls mit einer Amplitude von 12 Volt durch die Kondensatoren C₁, C und C-_ zu den ungeradzahligen Verbindungspunkten. P₁₁ , P₁ ,_ und P _ gekoppelt wird, wodurch die ungeradzahligen Transistoren, deren Steuerelektroden an Masse liegen, aufgesteuert werden. Wie in Fig. kB dargestellt ist, geht das Potential am Verbindungspunkt P₁₁ von +7 Volt auf -5 Volt; am Punkt P von +12 Volt auf O Volt;

und am Punkt P_n _ von +6 Volt auf -6 Volt. Ip

H-Taktsignal bei -6 Volt von t_o bis t„:

Anschließend an den Wechsel des Η-Taktsignals geschieht während der Zeitperiode von t bis t„ folgendes:

l) Der Transistor T₁₁ leitet, da seine Steuerelektrode und über den Widerstand It auch sein Abfluß auf Ilassepotential liegen, während sein Quellenpotential -5 Volt beträgt. Der Transistor T leitet den Strom durch den Widerstand R₁ in einer solchen Richtung, daß das Potential am Verbindungspunkt F nach Hasse zurückkehrt. Nimmt man wieder an, daß die Schwellwert spannung V,_p des Transistors T Null Volt beträgt, kehrt das Potential am Funkt P schließlich auf den Wert Null zurück.

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Der durch den Widerstand It fließende Strom ergänzt das Ladungsdefizit, das an den Kondensatoren C _ und C während der vorhergegangenen Integrationszeitdauer entstanden war. Durch Lesen dieses durch den Widerstand JR- fließenden Stromes erhält man an der Klemme 4O ein Stromabtastausgangssignal, das proportional zum Ladungsdefizit ist. Das Stromsignal am Widerstand R₁ ist zeitlich um eine halbe Periode bezüglich der vom Transistor T am Punkt P _Ί gelesenen Ausgangsspannung verschoben.

2) Dor Transistor T_n „ führt an seiner Quelle (P,,,)

I^ 13

und Steuerelektrode jexreils das Potential Null Volt Er leitet also nicht.

3) Der Transistor T₁ ,_ führt an seiner Quelle (P₁ _) das Potential -6 Volt, an seinem Abfluß (P-,/.) das Potential +6 Volt und an seiner Steuerelektrode das Potential Null Volt. Der Transistor T₁- leitet also und überträgt Ladung vom Kondensator C λ zum Kondensator C_, bis das Potential am Punkt P- Null Volt beträgt. Diese Ladungsübertragung hat zur Folge, daß das Potential am Punkt P_. um 6 Volt sinkt (von +6 Volt auf Null Volt), was dem vorherigen Defizit am Kondensator C-r entspricht. Am Ende der negativen Halbperiode des ersten Impulses liegen die verschiedenen Verbindungspunkte auf folgenden Potentialen: P₁₁ auf 0 Volt; P₀ auf +G Volt; P „ auf 0 Volt; P^ auf 0 Volt; P auf 0 Volt; und Ρ_χ6 auf 6 Volt.

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Unmittelbar vor dem Zeitpunkt t„ ist also das in der Stufe 1 erzeugte Signal gelesen worden, das in der· Stufo 2 erzeugte Gesaratsignal zum geradzahligen Kondensator C₀ der Stufe 1 übertragen worden, und das in der Stufe 3 erzeugte Gesamtsignal zum geradzahligen Kondensator C _It der Stufe 2 übertragen worden, während der geradzahlige Kondensator C.r der Stufe 3 auf +6 Volt aufgeladen bleibt.

Wechsel von -6 Volt auf +6 Volt bei t :

Zum Zeitpunkt t wechselt das Taktimpulssignal von -6 Volt auf +6 Volt. Hierdurch werden die geradzahligen Transistoren T „, T j , T-- aufgesteuex-t, da ihre Steuerelektroden auf +6 Volt gelegt xrerdeii, und zu den Verbindung spunk ten P₁, Ρ-,-,, P₁₁- wird ein positiv gerichteter Impuls mit der Amplitude von 12 Volt gekoppelt. Die Verbindtingspunkte liegen auf folgenden Augenblicltspotontialen: P₁₁ auf +12 Volt; P₁- auf +6 Volt; Ρ_Ί„ auf

ii -Lei J-^>

+12 Volt; P₁^ auf O Volt; P auf +12 Volt und Ρ_χ6 auf

+6 Volt.

H-Taktsignal bei +6 Volt von t„ bis t_/±:

Anschließend an den positiv verlaufenden Wechsel des zweiten Zyklus (Halbperiode) des Taktsignals geschieht folgendes:

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1) Da die Quelle (P₁₀) und die Steuerelektrode des Transistors T auf +6 Volt liegen, leitet ei" nicht, und die Punkte 1" und P _ verbleiben auf +12 Volt

λ,Λ. X &

bzw. +6 Volt. Die Potentiale an den Punkten P und P entsprechen den Signalen, die einen TaktZyklus früher an den Verbindungspunkten P-_ und P₁. vorhanden waren. Das Signal, das nun am Punkt P₁₁ vorhanden und die Information ist, die anfänglich (bei t ) in der Stufe 2 enthalten war, wird an die Steuerelektroden des Transistors T_c angelegt und an der Spemnungsabtast-

OX

Ausgangskiemme 42 gelesen. Das +12 Volt-Potential am Punkt P entspricht dem Signalzustand eines nicht entladenen Kondensators (kein Ladungsdefizit bedeutet, daß kein Signal vorhanden ist).

2) Der Transistor T . führt +6 Volt an seiner Steuerelektrode und Null Volt an seiner Quelle und leitet daher, bis das Potential an seiner Quelle (P-, 4) 6 Volt beträgt. Das entsprechende Potential am Funkt P₁-, sinlet von +12 Volt auf +6 Volt. Die nun an den Punkten P₁„, P-.;. vorhandenen Potentiale oder Spannungswerte entsprechen den Signalen, die einen Taktzyklus früher am Vorbindungspuiikt P _ bzw. I ς vorhanden waren.

3) Dex" Transistor Tw- führt +6 Volt an seiner Quelle und Steuex-olelrtrode und leitet nicht, so daß der -Punkt Γ auf +12 Volt verbleibt. Die Verbindungspunkte F^, sowie Pw- verbleiben nun bis zürn Ende dos Lesezykluo auf +6 Volt (Wiederaufladungszustand).

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Zum Zeitpunkt t. wechselt das H-Taktsignal von +6 Volt auf -6 Volt, Tind die Schaltungsanordnung verhält sich hierauf ebenso wie zum Zeitpunkt t . Wie in Fig. 4B gezeigt ist, gehen die Punkte Ρ_χ1 und P₁₅ auf Null Volt, P₁₂ liegt auf +6 Volt, P geht auf -6 Volt, und Ρ_χ4 und P₁ r verbleiben auf +6 Volt.

Während des Zeitintervalls von t» bis t_ verhält sich die Schaltungsanordnung ähnlich wie im Zeitintervall von t_ bis t_. P₁₁ und P₁- verbleiben auf Null Volt, P-,λ und Pj£ auf +6 Volt, P geht exponentiell von -6 Volt auf Null Volt, und P_{1 o} geht exponentiell von +6 Volt auf Null Volt.

Zum Zeitpunkt t_ wechselt das H-Taktsignal von -6 Volt auf +6 Volt, worauf sich die Schaltung wieder .ähnlich wie zum Zeitpunkt t verhält- Gemäß Fig. 4B gehen P₁₁ » P₁_ und P₁_ auf +12 Volt, P₁_ verbleibt auf Null Volt, und P . und P r verbleiben auf +6 Volt.

Im Zeitintervall von t_ bis tg geht P _ exeponentiell von O auf +6 Volt, während P ^ entsprechend von +12 Volt auf +6 Volt sinkt. Das anfänglich in der Stufe 3 vorhandene Signal kann nun vom Funkt P^₁ gelesen werden. Die übrigen Verbindungspunkte bleiben unbeeinträchtigt.

Zum Zeitpunkt tg wechselt das H-Taktsignal von +6 Volt auf -6 Volt, wodurch P auf -6 Volt und P und P₁ _ auf 0 Volt gehen, während alle geradzahligen Verbindungspunkte P₁₂, P₁^ und P_rg (und ihre zugehörigen Kondensatoren) auf +6 Volt gehalten werden.

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Im Zeitintervall von tg bis t_ geht der Verbindungspunkt P exponentiell von -6 Volt auf O Volt, wobei der Wiederaufladungsstrom in der oben erläuterten Weise durch den Widerstand R₁ gezogen wird. Am Ende dieses Zeitintervalls liegen die geradzahligen Verbindungspunkte P₁₀, Ρ,ι,» P₁ £ auf +6 Volt, wie oben er-1 £ ix 10

läutert wurde, und die ungeradzahligen Verbindungspunkte P₁₁, P, P₁₅ auf O Volt.

Zum Zeitpunkt t_ wechselt das Η-Taktsignal von -6 Volt auf Massepotential. Hierdurch werden die Steuerelektroden aller geradzahligen Transistoren auf O Volt gelegt. Diese Steuerelektrodenspannung reicht nicht aus, einen von ihnen aufzusteuern. Durch die ungeradzahligen Kondensatoren wird jedoch zu den ungeradzahligen Verbindungspunkten ein positiv gerichteter 6-Volt-Impuls gekoppelt, der das Potential dieser Verbindungspunkte auf +6 Volt bringt. Zum Zeitpunkt t , also am Ende der Abtastung der Zeile (bzw. Leitung oder Reihe), sind also alle Verbindungspunkte der Zeile und ihre zugehörigen^ Kondensatoren wieder· auf +6 Volt aufgeladen worden.

Zusammengefaßt läßt sich sagen, daß bei der ersten positiven Halbperiode des Taktimpulssignales die in den beiden Kondensatoren jeder Stufe enthaltene Information zu einem einzigen Signal kombiniert wird, dessen Potentialwert gleich der Summe der Signale der individuellen Photodioden ist. Diese Signale werden dann seriell von Stufe zu Stufe übertragen und können entweder als ein durch Abtastung einer Spannung gewonnenes Ausgangssignal oder eine halbe Taktsignalperiode später als ein durch Abtastung eines Stromes gewonnenes Ausgangssignal an der Klemme 40 gelesen werden.

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Für eine richtige Betriebsweise bei kontinuierlicher Beleuchtung sollte die Abtast- oder Lesezeit kurz im Vergleich, zur Integrationszeit sein. Diese Bedingung wird ohne weiteres bei normalen Pernsehabtastfrequenzen eingehalten, da hierbei die Integrationszeit für jede Zeile die gesamte Vollbildzeit ist, die mehr als 500 mal größer ist als die zum Abtasten einer einzelnen Zelle erforderliche Zeit. Der Grund für diese Bedingung besteht darin, eine Änderung des Signales während seiner Fortpflanzung längs der Kette zu verhindern. Anderei-seits muß diese Bedingung nicht eingehalten werden, ^ wenn während der Abtastperiode die Beleuchtung mit auftreffendem Licht abgeschaltet wird.

Einige Zeit nach Abtastung der Zeile 1 wird an der Klemme V₀ ein positiver Impuls erzeugt, wodurch dei* Transistor T₀ befähigt wird, den Leiter H₀ mit dem !!-Taktgenerator 112 zu koppeln. In der Zwischenzeit verläuft der Impuls an der Klemme V₁ in negativer Richtung, wodurch der Transistor T gesperrt wird. Im Anschluß an die Abtastung der zweiten Zeile des Sensorieldes wiederholt sich der Vorgang mit dom Torschaltungstransistor T„„ (vgl. Schwingungsform E in Fig. 4a),

.to

welcher aufgetastet wird und den nächsten Leiter H-ankoppelt. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis alle Zeilen des Bildsensorfeldes 100 gelesen sind.

Für das aufeinanderfolgende Anlegen von Impulsen an die Steuerelektroden der Torschaltungstransistoren T_n., Tp2, kann irgendein aus dem Stande der Technik bekannter Abtastgenerator (in Form eines Schieberegisters) ver-

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λ.*endet werden. Bevorzugt wird jedoch der V-Äbtastgenerator 102 vom Bucket-Brigade-Typ, der gemäß Fig. !geschaltet und gemäß Fig. 2 aufgebaut ist, da er ebenso einfach gestaltet ist wie das Sensorfeld 100 und auch hinsichtlich der Technologie zu ihm paßt, Durch geeignete Wahl der Spannungswerte des V-Synchronimpulssignales gemäß der Schwingungsform B in Fig. 4a sowie des V-Taktsignals kann ein Abtastgenerator geschaffen werden, der nur einen einzigen Transistor pro Stufe benötigt.

Das A-V-Taktsignal ist komplementär zum B-V-Taktsignal. Jedes Taktsignal enthält Impulse mit einer AmplitÄe von 2O Volt, die xua +^ 10 Volt um einen negativen Potentialwert von -2O Volt variieren. Auch das Potentialniveau des V-Synchron-Ausgangssignals liegt normalerweise bei -30 Volt, und zwar bis zum Zeitpunkt T , bei welchem ein Einleitungsimpuls erzeugt wird und das Ausgangssignal von -30 Volt auf -10 Volt wechselt.

Vor dem Zeitpunkt T verbleibt, während das V-Synchx-on-Ausgangssignal bei -30 Volt gehalten wird, jede der Ausgangsklemmen V bis V^ auf einen Dauer- oder Ruhepotontial von ungefähr -10 Volt (mit Ausnahme von periodischen Ausschwingungen in positiver und negativer Richtung mit einer Amplitude von 20 Volt).

Zu den Potentialen an den Klemmen V , V und V„ zum Zeitpunkt T (in der Halbperiodo vor T ) läßt sich folgendes feststellen. Das V-Taktsignal B wechselt zu .•seinem negativsten Viex-t von -30 Volt, !fahrend das V-Taktsignal A zuGcinem postivsteu Wert von -10 Volt wechselt.

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Das Potential an den Klemmen V und V wird kurzzeitig durch die kapazitive Kopplung der Kondensatoren C_ bzw. C_ auf -30 Volt gebracht, die Klemme V da-

15 ¹^

gegen kurzzeitig durch die kapazitive Kopplung des Kondensators C auf +10 Volt. Der Transistor Q„ , der an seiner Quelle (V ), an seinem Abfluß (V„) und an seiner Steuerelektrode (Α-Taktsignal) die Potentiale -30 Volt, +10 Volt bzw. -10 Volt führt, leitet im Quellenfolgerbetrieb und stellt das Potential an der Klemme V wieder auf ungefähr -10 Volt ein. Gleichzeitig reduziert er durch Übertragung von Ladungsdefizits zum Kondensator C„ das Potential an der Klemme V auf ungefähr -10 Volt. Zugleich bringt der ebenfalls im Quellenfolgerbetrieb arbeitende Transistor Q^₁ die Klemme V„ auf das Potentialniveau von -10 Volt zurück.

Zum Zeitpunkt T₁ wechselt das V-Taktsignal A zu seinem negativsten Wert (-30 Volt), das V-Taktsignal B zu seinem positivsten Wert (-10 Volt) und das V-Synchron-Ausgangssignal zu -10 Volt. Durch die kapazitive Kopplung des Kondensators C, wird die Klemme V- auf +10 Volt gelegt. Sie verbleibt auf diesem Potential bis zum Zeitpunkt T₀, da der Transistor Q₁ an seiner Steuei-elektrode und an seiner Quelle jeweils -10 Volt führt und dahex- ebenso wenig leitet wie der Transistor Q₀, dessen Steuerelektrode auf -30 Volt liegt.

Zum Zeitpunkt T₀ wechselt das V-Taktsignal A in positiver Richtung auf -10 Volt und das V-Taktsignal B in negativer Richtung auf -30 Volt. Durch die kapazitive Kopplung des Kondensators C ändert sich das Potential an der Klemme V von +10 auf -10 Volt. Das Potential an der Klemme V wird durch die kapazitive Kopplung

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des Kondensators C vom V-Taktsignal A von -10 auf +10 Volt angehoben und verbleibt auf diesem Potential bis zum Zeitpunkt T_. Während dieser Zeitspanne T₀ bis T_ ist der Transistor Q₀ nicht-leitend und überträgt keine Ladung von der Klemme V₀ zur Klemme V , da V₁ also seine Quelle, bereits auf dem Potential (-10 Volt) seiner Steuerelektrode liegt, die ihrerseits das Potential (-10 Volt) des V-Taktsignals A führt.

Zum Zeitpunkt T geht das V-Taktsignal A auf -30 Volt und das V-Taktsignal B auf -10 Volt. Das Potential an der Klemme V₁ geht wegen der kapazitiven Kopplung des Kondensators C auf +10 Volt. Da aber nun das V-Synchron-Signal auf -30 Volt ist, wird über den Widerstand H_ das Potential an der Klemme V₁ wieder auf -10 Volt angehoben. Der Widerstand R„ ist so bemessen, daß in den Kondensator C, die erforderliche Ladungsmenge fließt, durch die V, auf -10 Volt zurückkehrt. Durch die kapazitive Kopplung des Kondensators C₀ wird vom V-Taktsignal A das Potential an der Klemme V₀ von +10 Volt auf -10 Volt geändert. Das Potential an der Klemme V, wechselt durch die kapazitive Kopplung des Kondensators C auf +10 Volt und verbleibt auf diesem Potential bis zum Zeitpunkt T^, da der Transistor Qjr , der sowhl an seiner Steuerelektrode als auch an seiner Quelle (V₀) -10 Volt führt, nicht leitet.

Somit wird ein in positiver Richtung verlaufender Impuls durch das Register hindurch von einem Transistor zum nächsten bei jeder Halbperiode des Taktsignals über-

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tragen. Bei jedem dieser Zyklen wird durch jeden Transistor Ladung übertragen, mit Ausnahme der Stelle, wo der positive Impuls auftritt. Durch richtige Wahl der TaktSignalspannungen und der Polarität und Amplitude des Synchroneingangsimpulses ergibt sich ein Abtastgenerator mit parallelen Ausgangssignalen, der pro Stufe nur einen Transistor und einen Kondensator erfordert. Der Betrieb einer "Bucket-Brigade" in der beschriebenen Weise erfordert jedoch eine ausgezeichnete Ladungsspeicherung in jedem Speicherelement und einen hohen tjbertragungswirkungsgrad von Stufe zu Stufe, damit nach einer Vielzahl von Stufen nicht der Impuls hinsichtlich Amplitude oder Breite verschlechtert wird.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß das Schieberegister vom "Bucket-Brigade"-Typ als Abtastgenerator und das intern abgetastete Sensorfeld, wie sie hier beschrieben werden, vorzugsweise einige Bedingungen erfüllen sollten, damit sie möglichst gut in der beschriebenen Weise arbeiten. Drei wichtige Kriterien sind die folgenden:

1) Ladungsspeicherungsvermögen: Für höchste Empfindlichkeit sollte die RC-Zeitkonstante für das Abfließen von Ladung aus den Speicherelementen oder Kondensatoren durch Leckströme groß im Vergleich mit der Abtastperiode sein. In den MOS-Transistoren wird diese Zeitkonstante durch den Leckstrom von den in Sperrichtung vorgespannten diffundierten Zonen zum Substrat bestimmt. Wenn nicht durch richtige Siliciumverarbeitungsmethoden kleine Leckströme (Sperrströme) gewährleistet werden, wird eine volle Lichtintegration unmöglich sein, und die Signale

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können nicht ohne Verluste über eine Vielzahl von Stufen übertragen werden.

2) Hoher Übertragungswirkungsgrad: Für Fernsehzwecke sind ungefähr 500 Stufen oder 1000 Übertragungen für jede horizontale Zeile erforderlich. Um eine übermäßige Verschlechterung der Signale zu vermeiden, die über die gesamte Breite des Sensorfeldes übertragen werden, muß der Wirkungsgrad der Ladungsübertragung von einem Element zum nächsten größer sein als 99»9 %· Dies setzt ausgezeichnete Betriebseigenschaften der Transistoren voraus, d.h. sie sollten vorzugsweise ein möglichst hohes Verhältnis zwischen den Leitfähigkeiten im Leit- und Sperrzustand haben und bei der Ansteuerung möglichst schnell leitend und gesperrt werden. Das Verhältnis der Steilheit zur Elementkapazität sollte groß sein, damit ein Betrieb mit den Horizont al-Taktfrequenzen von 5 bis 10 MHz möglich ist, die für F'ernsehübertragungen benötigt werden. Die Elementkapazität zwischen Steuerelektrode und Abfluß (oder Kollektor) darf nicht größer sein als notwendig, um das maximale zu transportierende Signal zu enthalten. Streukapazitäten vom Abfluß (Kollektor) zum Substrat oder zur Quelle (Emitter), oder zur anderen Steuerelektrode müssen auf ein Minimum herabgesetzt werden. Im MOS-Bauelement bedeutet dies, daß jede Steuerelektrode eine maximale Überlappung ihres Abflusses und eine minimale Überlappung ihrer Quelle haben sollte, wie dien in Fig. 2 dargestellt ist.

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3) Vermeidung schadhafter Elemente: Bei intern abgetasteten Sensorfeldern setzt jede Unterbrechung der Signalübertragung an irgendeinem Funkt längs einer Zeile alle Elemente in der Zeile außer Betrieb, die vor diesem Funkt liegen. Dies verlangt strengere Anforderungen an die mechanische oder körperliche Ausbildung des Sensorfeldes als bei einem Sensor mit x- und y-Adressierung, bei dem ein einzelnes schadhaftes Element sich nur als heller oder dunkler Fleck bemerkbar macht.

Es versteht sich, daß diese drei Bedingungen nur in gewissen Grenzen eingehalten werden können, und daß Kompromisse zwischen ihnen möglich sind. So kann der Übertragungswirkungsgi"ad in einem gegebenen Sensorfeld durch Betrieb mit einer niedrigeren Horizontalabtastfrequenz verbessert werden, falls sein Speichervermögen so lange währt, daß die längere Vollbildzeit in Kauf genommen werden kann. Alle drei Bedingungen sind weniger kritisch, wenn weniger Elemente im Sensorfeld benötigt werden.

Obwohl oben bei der Erläuterung der Bedingung eines hohen Übertragungswirkungsgrades auf die Eignung von Sensorfeldern vom "Bucket-Brigade"-Typ für Fernsehzwecke hingewiesen worden war, sei bemerkt, daß sie sich auch in Datenverarbeitungsanlagen oder Rechnern als optische Leseeinrichtungen oder Speicher verwenden lassen, die weniger Bauelemente enthalten und mit Signalpotentialwerten arbeiten, die nicht analog, sondern digital sind. Da das "Bucket-Brigade"-Element nicht bistabil ist, müssen die Register im dynamischen Betrieb arbeiten.

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Eine statische Speicherung oder Lichtintegrationszeiten wurden durch die RC-Leckzeitkonstante der Elementkonden satoren begrenzt werden.

Wie in den Schwingungsformen C, D und E in Fig. 4a erkennbar ist, werden an den Ausgangsklemmen V₁, V₀ und V_ in Übereinstimmung mit den Änderungen der V-Taktsignale Nadelimpulse erzeugt. Die positiv gerichteten Nadelimpulse wären normalerweise äußerst unerwünscht, da sie die Torschaltungstransistoren auftasten, die an die Ausgangsklemmen angeschlossen sind, an denen diese Nadelimpulse auftreten. Wie jedoch aus der Schwingungsform F in Fig. 4a ersichtlich ist, hat das H-Taktsignal beim Auftreten der Nadelimpulse an den Klemmen V₁, V₀ oder V_ den Wert O Volt. Die positiven Nadelimpulse an diesen Klemmen sind nun günstig, da sie durch Auftastung der Transistoren T„_n, Τ_π_ und

KJL Ku

T__ bewirken, daß die Zeilen- oder Leitungskapazität der Leiter H₁, H₀ und H_ periodisch auf O Volt geladen werden, so daß diese Leitung auf Massepotential gehalten wird.

Die Η-Taktimpulse mit der Schwingungsform F in Fig. 4A werden auf die "gepulsten" Zeilenleiter jeweils zu den Zeiten verteilt, die den Schwingungsformen G, H und I zu entnehmen sind.

Typische Spannungs-Ausgangssignale am ersten Verbindungspunltt jeder Zeile der oben für die Zeile 1 erläuterten Art sind in Fig. 4A durch die Schwingungsformen J, K und L dargestellt.

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Die Schwingungsform M stellt den Strom dar, der in Übereinstimmung mit den an den I-unkten P, _ , P₂, und P^₁ erscheinenden Signalen durch den Widerstand R₁ fließt.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei der Schaltung nach Fig. 1 die Zeilen des Sensorfeldes von einem einzigen bipolaren Taktsignal gesteuert werden, während"der V-Abtastgenerator von zwei (komplementären), bezüglich des Potentialniveaus von -30 Volt unipolaren Taktsignalen gesteuert wird. Dies zeigt, daß zum Betreiben von Schaltungen vom "Bucket-Brigade"-Typ beide Taktsteuerungsmöglichkeiten bestehen.

In Fig. 5 ist ein Bildsensorfeld 200 dargestellt, in welchem benachbarte Zeilen einen gemeinsamen Leiter teilen. Der Aufbau eines Teiles der Schalttmg ist aus Fig. 6 ersichtlich, die ein Layout des Sensorfeldes 200 zeigt, in welchem benachbarte Zeilen einen Metallstreifen gemeinsam haben. Der Leiter H₀ ist den Zeilen 1 und 2 gemeinsam, der Leiter H„ den Zeilen 2 und 3· Nach diesem Layout wurde ein MOS-Sensorfeld hergestellt, das 15 Zeilen mit jeweils 32 MOS-Transistoren hatte. Aus der Betrachtung des Layout wird ersichtlich, daß diese Schaltung äußerst kompakt ist und die Fläche einer Siliciumscheibe sehr wirksam ausnutzt.

Jeder der Zeilenleiter H₁, H₂, H_, Yi. des Bildsensorfeldes 200 ist am einen Ende an den Stronikanal eines bipolaren Torschaltungstransistors T_ , Τ_πιo , T„__

.KXX LiJLd, WX 3

bzw. Tp-i λ angeschlossen. Die anderen Enden der Stromkanäle der Torschaltungstransistoren Τ_πΊΊ, Τ__Ί_ mit

xiX X ±iX 3

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ungeradzahligem Index sind gemeinsam an einen Η-Takt-Signal-A-Generator 212a angeschlossen, die anderen Enden der geradzahligen Torschaltungstransxstoren T_p , T-.... gemeinsam an einen II-Taktsignal-B-Generator 212b. Die Steuer elektroden dei~ Toi-sclialtungstransistoren sind jeweils mit einem anderen der Ausgangspunkte des V-Abtastgenerators 202 verbunden.

Der Vertikal-Abtastgenerator 202 ist ein Schieberegister vom "Bucket-Brigade"-Typ mit einer Kette von Transistoren, deren Stromkanäle in Serie geschaltet sind. Zwischen den Abschluß und die Steuerelektrode jedes Transistors ist ein Kondensator geschaltet, und ein Paar von Transistoren bildet eine Stufe. Ein Ausgang jeder Stufe ist an die Steuerelektrode eines jeweils anderen Transistors des H-Taktvertoilers 210 angeschlossen. Jeder zweite Transistor des Abtastgenerators 202 wird von einer ersten V-Taktsignalquelle 2O6a gesteuert, die übrigen Transistoren von einer zweiten Taktsignalquelle 20oa, deren Impulse gegen diejenigen der ersten Taktsignalquelle um l30 phasenverschoben sind. Bei der Schaltung nach Fig. werden zwei Transistoren pro Stufe benötigt, weil der einfachcre Äbtastgenerator gemäß Fig. 1 mit nur einem Transistor pro Stufe nicht in der Lage ist, ein Paar von aufeinanderfolgenden Auftastiinpulsen zu erzeugen, die während einander überlappender Perioden an zwei aufeinanderfolgende Leitungen oder Zeilen angelegt werden können. Wie aus Fig. 7 klar werden wird, werden überlappende aufeinanderfolgende Impulse benötigt, um für die Abtastung der Zwischenzeile von Elementen gleichzeitig beide Horizontal-Taktsignale jedem Leiterpaar zuzuführen. Wie bei der Schaltung nach Fig. 1 kann ein Leseausgangssignal von der Stromausgangsklenme 40 oder

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durch cine SpaniiunssleseGinrichtung von' ersten Verbindungspunkt (F , , P ,, P.,) jeder Zeile gexironnen werden. ·

Die Fortpflanzung von Signalen längs der Zeilen des Sensorfeldcs 200 geschieht im wesentlichen so, wie dies schon bei der Schaltung nach Fig. 1 erläutert vrurde. Die Verteilung der H-Talctimpulse auf die Zeilenleiter unterscheidet sich jedoch von der Betriebsweise der Schaltung nach Fig. 1, da die Zeilenleiter jeweils zu zwei Zeilen gehören, und wird unten beschrieben werden.

Damit sich eine gewünschte Abtastfolge des Sensorfeldes 200 ergibt , werden die unsjnnmetrischen V-Taktsignale A und B verwendet, wie sie in der Schwingungsform A der Fig. 7 dargestellt sind. Obwohl asymmetrische Talitimpulse in diesem Fall bevorzugt werden (d.h., daß. die beiden Hälften eines Taktimpulssignales von, verschiedener Länge sind), können die Taktimpulse allgemein auch symmetrisch sein. Ein V-S^Tichron-Einleitungssignal, das entsprechend der Schwingungsform B in Fig. aus zwei nahe benachbarten, in positiver Richtung verlaufenden Impulsen besteht, dient für die Erzeugung der gewünschten Impulse an den Ausgängen des V-Abtastgenerators 202. Zusätzlich werden die Talrtleitungen des Sensorfoldes 200 von H-Ausgangstaktsignalen A und B getrieben, die aus einer Folge von abwechselnd erzeugten bipolaren Impulsen gemäß der Schwingungsformen G und II in Fig. 7 bestehen.

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Nachdem der Klemme 203 die V-Synchronimpulse zugeführt worden sind, wird an der Klemme V ein in positiver Richtung verlaufender Impuls erzeugt, der in seiner Form ähnlich dem V-Synchronimpuls ist, aber zwischen -10 und +10 Volt variiert. Die mit der Klemme V_ gekoppelte Steuerelektrode des Transistors T^₁. wird von dort erzeugten positiven Impulsen aufgetastet« Wenn der Transistor T„ leitend ist, wird der H₁-Leiter an das H-Taktsignal A geklemmt. Während des Zeitintervalls von ±_Ί bis t_o hat das H-Taktsignal A den Wert 0 Volt, wodurch der Leiter H₁ auf Massepotential geklemmt wird. Bis zum Zeitpunkt t_o geschieht also nichts.

Zum Zeitpunkt t_n wird an den Klemmen V₁ und V_n ein positiver Impuls erzeugt, der bis zum Zeitpunkt t die Transistoren T und T₀ aufsteuert. Während des Zeitintervalls von t bis t_ werden die Impulse des H-Taktsignals A an den Leiter H angelegt, während der Leiter H₀

JL t-i

Ilassepotential führt, da das ihm zugeführte H-Taktsignal B den Wert 0 Volt hat. Durch die periodische Wiederholung der Impulse des H-Taktsignals A werden die Elemente der ersten Zeile in der bei Fig. 1 erlautex-ten XiTeise abgetastet und abgelesen.

Zum Zeitpunkt t„ ist die erste Zeile gelesen worden. Der Transistor T .. .. ist nun gesperrt , während der Transistor T für einen anderen Zyklus aufgetastot und zugleich auch der Transistor T_n.. „ leitend ist. Der Transistor Τ.,..,, übermittelt die bipolaren Impulse des Ii-Taktsignals B dem Leiter II„ , während der Transistor T_ni „ das II-Taktsigual A, dessen Wert zu diesem Zeitpunkt 0 Volt beträgt, tiuf den Leitoz' IL. koppelt.

■ ^{; ?} '■-■ Ί U 9 8 18/1036 BAD

Zum Zeitpiinkt t_£i vriedorliolt sich der beschriebene Vorgang für die Transistoren T_T)1 „ und T.,, wie den Schwingungsformen E und F in Fig. 7 zu entnehmen ist.

Die mit ausgezogenen Linien dargestellten SclTViinguntjs forrnen I, J, K und L in Fig. 7 zeigen, daß zu einer¹ gegebenen Zeit nur zwei benachbarte Leiter des Sensor· fcldes die Taictsignale empfangen, liährend der obere Leiter des Paares Impulse empfängt, wird der untere Leite?/· auf einem Bezugspotential (0 Volt) gehalten. Der Anschluß beider Leiter an die Taktsignalqueilen ist erforderlich, damit eine Abtastung der· Zirischenzeile von Elementen erfolgen kann. Obwohl wogen der vorliegenden Sensox-konstrulction die Impulssteuerung einer gegebenen Leiterzeile die Steuerelektroden der Elci-iontenreilie über dem Leiter ebenso aktiviert i.'ie diejenigen der darunter liegenden Elemente, ivixrd. die obere Ileihe nicht abgetastet, weil die Zvris client ore nun vom Taktsignal abgetrennt sind. Xfie durch die unterbrochenen Linien der Schwingungsformen I, J, K und L in Fig. 7 dargestellt ist, ist der Leiter N-I über deia "gepulsten" Leiter H_x bestrebt, dent

»Spannungshub dos Leiters IL, vregen der kapazitiven Kopplung zu folgen, so daß die darüber liegende Zeile nicht erneut abgetastet wird.

Aufgrund der an die Zeilenleitcr angelegten bipolaren H-TaI'timpulse irerden die übe:.- den LadungKSpeicIierg-iedern jeder Zeile erzeugten Photosignale nacheinander gelesen, vrodurch ain ersten Vorbindungspimict jeder Zeile Spannungssignale erzeugt werden, deren 5chwingungsformen M, N und 0 in Fig. 7 dargestellt sind. Diese Schvringungsfox-men sind ähnlich wie die entsprechenden Schwingungsfonaen J, K und L in Fig. ¹IA

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und sie können in gleicher Weise zum Ansteuern der 3teuerelektroden einer Spalte von Spannungsabtasti-ar-Gistorci; verwendet werden, Statt dessen kann auch i',cr durch den Lasti.dderstand Ii- fließende Videosignalstrom als Videoausgangssignal verwendet werden.

Es sei bemerkt, daß man zum Steuern des Sensorfeldes 2Ü0 statt i\ei.- Gerade-Ungerade-l-Ictliode beim Zuführen der Takt sign nie gemäß Fig. 5 auch andere Arten von Takt-, ,-ignalen benutzen kann. Würde man beispielsvfeise die jciden durch die Schwingungsformen G und II in Fig. dargestellten Taktsignale so modifizieren, daß sie für ein gegeben- π Paai' von Leitungen oder Zeilen komple-'Tontärre bidirektionale Impulse liefex-n wurden, so könnte Γιε "Uucket-iirigade" des Sensorfeldes selbst statt der "Ein-Taltt-IIothodo", wie sie in den Sclivingungsfornon oer Fig. fi und 7 zum Ausdruck kommt, nach einer echten "Doppel-Takt-Ilethode" betrieben Trerden.

In folgenden wird, auf die Fig. ^:" . 9 und 10 Bezug genoirjnen. Bei den integi-ioi-ten Schaltungsausfülirungsformen gemäß Fig. 2 und 6 sind die Fhotcdioden ein ■omerer Tei3. der Sensor! older, die gebildet werden, '■eim die quollen- und Abflußzonen der l-iCS-Transistoron In die Oberfläche einer monolithischen Ilalbleitesrscheibe ßindiffundiert vrerden. In Fig. G ist ein Teil einer Zeile eines Feldes dargestellt, in welchem das phoioe'-ipfindlicho iSlorient nicht eine inndcrc I-Iiotodiode, ijonderii ein 1-liotoleitex' (oder Photowiderstand) R_x.- ist.

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Die in Fig. 8 dargestellten Transistoren können sogenannte TFT-Transistoren (Dünnschichttrioden) sein, die nach dem in Fig. 9 und im Querschnitt in Fig. 10 dargestellten Layout hergestellt werden. Die Steuerelektrode-Abfluß-Kapazität ergibt sich wie bei den weiter oben beschriebenen Schaltungen dadurch, daß die Abflußzone eine Transistors mit einejr Metallschicht' überzogen wird, welche einen Teil der Steuerelektrode bildet. Jeder der durch einen geradzahligen Index bezeichneten Verbindungspunkte P ., F _Ä, ^t-r in Fig. 3 ist an die Anode einer Diode D_rp, D_„ bzw. D . angeschlossen, deren Kathode mit dem einen Pol eines Photoleiters R_Ori , _ R_ _o bzw. Rr,_r„ verbunden ist. Der andere Pol des Photoleiters ist mit einer gemeinsamen Leitung 151 verbunden, der periodisch ein Ladungsübertragungsimpuls von einem Impulsgenerator I50 zugeführt wird. Die in Fig. C ferner dargestellten Dioden D₀, D_„, D_k sind nicht photoempfindlicli. Es handelt sich um Schottky-Dioden, die als Schalter wirken und die Photoleitcr mit den Kondensatoren der "Bucket-Brigade" koppeln, wenn der Impulsgenerator I50 an die Impulsleitung 151 einen in negativer Richtung verlaufenden Impuls anlegt.

Durch die Polarität dieses negativen Impulses werden die Dioden in Durchlaßrichtung vorgespannt, so daß ein Strom von jedem der· geradzahligen Verbindung spunk te in die Impulsloitung fließen kann und an den geradzahligen Kondensatoren ein Ladungsdefizit hervorruft. Die Größe der Ströme werden durch die Impedanzen der mitsprechenden Photoleiter besti-irunt, die ihrerseits proportional zur Intensität des auftreffenden Lichtes sind.

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Wenn daher- die Photolexter in die Schaltung eingeschaltet werden, werden die von den geradzahligen Kondensatoren gebildeten Ladungsspexciierglxedei- proportional zu dem auf ihre zugehörigen Photoleiter auftreffenden Licht entladen. Wenn das Signal des Impulsgenerators wieder einen Potentialwert annimmt, der positiv bezüglich des Potentials an den geradzahligen Verbindung spunkten ist, werden die Photolexter vom "Bucket-Brigade"-Register abgetrennt. Die Zeile kann dann durch Anlegen von Taktimpulsen der Horizontal-Taktsignal-Generatoren A und B "gepulst" werden, was zur Folge hat, daß die in der Zeile enthaltene Information seriell entweder als Videoausgangsspannung oder als Videoausgangsstrom gelesen wird.

Ein wesentlicher Vorteil der Schaltung nach Fig. 8 besteht darin, daß die Belichtungszeit im Vergleich mit der Abtastperiode willkürlich kurz oder lang gewählt werden kann. Wenn innere Photodioden als Teil der "Bucket-Brigade" selbst verwendet werden, bleiben sie während des Abtastvorgangs (während ihre Information gelesen wird) photoempfindlich. Wurden die Schaltungen nach Fig. 1 und 7 während einer Beleuchtung des Sensorfeldes sehr langsam abgetastet, wäre eine Bildverschmierung die Folge, da die in einem gegebenen Element enthaltene Information bei ihrer Übertragung längs der Elementenkette moduliert und geändert werden würde. Die gemäß Fig. 8 verwendeten Photolexter, die vom "Bucket-Brigade"-Register abgeschaltet und an dieses angekoppelt werden können, arbeiten analog zu einer elektronischen Verschlußblende. Wenn also die Photolexter vom Register abgekoppelt sind, haben sie keinen Einfluß mehl- auf die in den Kondensatoren gespeicherte Ladung.

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Die in Reihe mit den Photoleitern geschalteten Schottky-Dioden können dadurch gebildet werden, daß ungleiche Kontakte für die Pliotoleiter verwendet tierden. In Fig. 10 kann der Bereich 51 eine Zone aus Tellur sein, die einen Sperrkontakt (oder Anodenkontakt) für den Photoleiter darstellt. Letztoz-e·- kann aus ILadmiumsulf id (CdS) oder Kadmiumselenid (CdSe) besteilen, um Beispiele zu nennen. Auf das andere Ende: jedes Photoleltex~s könnte eine Lage von Indium 52 auf gebracht sein, die einen olini¹ sehen oder Kathodenkontakt bildet. Die ohm'sehen Kontakte bzw. Lagen werden dann gemeinsam an einen Hetallstreifen 151 angeschlossen, wie in Fig. 8 und 9 dargestellt ist.

Die zum Herstellen der in Fig. B dargestellten Anordnung verwendete Dünnschichttechnik eigont sich beiiondors gut Tür die Fertigung großer SonDorfcldor, c'ie iib die übliclie Siliciumteclmik zu groß sind, i/ogerihr ei" geringen Streukc.pazltät haben Anoi-dmuiger., dia nach der sogenannten TFT-SOS-Tochnik (Dünnschicl±t-Silicium auf Saphir) oder nach dorn Silicium-Au'f-Spino 11-Verfahren hergestellt vrordon, den Vorteil erhöhter Botriebsgnschwindiglceit.

Ein anderer Vorteil der Venfendung von Photolsicorn besteht darin, daß diese eine sehr hohe Empfindlichkeit Iiaben können. Ihre Impedanz kann zwischen einigen 100 llogaohm und weniger als 1 Megaohm gehindert wer-den. ALißei^dem kann der thotoleiter sehr einfach auf Substratf: aus Glas, Saiahir oder Spinell niedorgeschlagen oder aufgedampft werden.

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ssLectivcn Ankopplung der Mio toi ext er an das !legister könnten statt der Scliottky-Dioden auch ge-Rondei'te Dioden odei- gesonderte KCS-Transistoren \^rer-■ endet werden.

Statt der Yenrendtmg von Fhotodioden und Fhotoleitern ,^emiiß Fig. 1, 5 und G könnten selbstverständlich, in Verbindung mit dem Regist er· vom "Bucket-Brigade "-Typ aucli andere photoenrnf indliclie Elemente wie z.B. Phototransistoi-en benutzt werden. Auch, sind die photoompfindlichcn Elemente der beschriebenen Anordnungen nur eines von mehreren möglichen Beispielen für Wandler, die auf von außen angelegte Reize ansprechen und zur jjaderung der Ladung der Kondensatoren der Ilegister- ;:tufen dienen können.

"Bucket-j3risade^u dient- nonnalenfeise als Serien-,

cgis'cev, ifie es für die V-Abtastgeneratoreii 1O2 und 202 der Fig. 1 bzw. 5 dargestellt ist. Dies bedeutet, daß ein an einen Eingangspunkt angelegtes Signal seriell längs des Übertragungsweges des Registers fortgepflanzt wird, bis es einen Ausgangsrmnkt erreicht. Statt dessen ist es jedoch auch möglich, erfindungsgemäß mittels Wandlerelcmenten, die an die verschiedenen Verbindung.-spunkte des Registers bzvr. der Brigade angeschlossen sind, Informationen parallel in die Stufen ''es Registers einzugeben und dann seriell zu lesen.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1./Abführanordnung mit auf einem gemeinsamen Substrat gebildeten Transistoren, die jeweils zwei die Enden eines Stromkanals begrenzende Zonen und eine Steuerelektrode besitzen und deren Stromkanäle in Reihe geschaltet sind und einen Signalübertragungsweg bilden, der am einen Ende von einer Ausgangsklemme begrenzt ist; mit jeweils einem Speicherglied pro Transistor, das zwischen die Steuerelektrode und die zweite Zone des entsprechenden Transistors geschaltet ist; und mit zwei Schaltungsvorrichtungen, von welchen die eine mit der Steuerelektrode jedes zweiten Ti" ansistors und die andere mit derjenigen der übrigen Transistoren gekoppelt ist, und welche abwechselnd jeden zweiten Transistor und dann die übrigen Transistoren auftasten, dadurch ge ken nze ich net, daß zusätzlich eine Anzahl von auf äußere Reize ansprechenden Wandler el eine nt en (D₁₁ usTf.) vorgesehen ist, die das gemeinsame Substrat teilen und von denen jedes mit einem zugehörigen Speicherglied (C usw.) verbunden ist und dieses in Abhängigkeit von den äußeren Reizen entlädt.

   Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerelemente (D₁₁ usw.) Photodioden sind, von deren Elektroden (Anode und Kathode) jeweils die eine mit dor zweiten Zone des entsprochenden Transistors (T₁₀ usw.) und die andere mit dem Substx^at gemein ist.

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   3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch g e kennz e i chnet, daß eine Potentialquelle voargesehen ist , deren Potential an das Substrat angelegt ist und eine solche Polarität besitzt, daß die Photodioden (D₁₁ usw.) in Sperrichtung vorgespannt werden.

   4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerelemente einen Fhotoleiter (R__) enthalten, daß das Substrat ein Isolator ist, und daß Schaltglieder (D₁-O usw.) vorgesehensind, welche die Photoleiter selectiv mit den Speichergliedern (C₁-, usw.) koppeln.

   5· Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (R₁, R₀) zum Lesen des an der

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   ioisgangsklemme (40, k2) erze^^gten Signales vorgesehen ist.

   6. Halbleiteranordnung insbesondere nach Anspruch 1 mit einer Mehrzahl von Zeilen, die jexfeils mehrere Transistoren aufweisen, welche jeweils zwei die Enden eines Stromkanals begrenzende Elektroden und eine Steuerelektrode besitzen und deren Stromkanaäle in Reihe geschaltet sind und einen Signalübertraguiigswcg bilden, dez~ am einen Ende von einer Ausgangskleirune begrenzt ist; mit jeweils einem Kondensator pro Transistor, der zwischen die Steuerelektrode und eine der beiden Stroiikaiialelcktroden des entsprechenden Transistors geschaltet ist£ mit zi'oi Leitern pro Zeile, von denen der eine Leiter

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   mit der Steuerelektrode jedes zireiten Transistors und der andere Leiter mit den Steuerelektroden der ibrigen Transistoren gekoppelt ist ; mit eine-- Tcktsignalklemme, der TaktimpulsG zugeführt wanden; und mit einer zwischen vrenigstens einen der Leiter jedcv Zeile 'und die Taktsignalklemme geschalteten Schalteinrichtung, die im Leitzustand an der Taktsignalklemme erscheinende Taktimpulse dem entsprechenden Leiter zuführt, um seriell den Inhalt einer Zeile zu lesen und zugleich die Kondensatoren der Seihe wieder aufzuladen; dadurch geken nzeichnet, daß ein photoempfindliches Element (D usw.) pro Transistor (T₁ usw.) vorgesehen ist, welches mit dem Kondensator (C usw.) an der einen Stromkanalelektrode seines zugehörigen Transistors verbunden und so gepolt ist, daß der Kondensator als Funktion von Photosignalen entladen wird; daß _a eine Abtasteinrichtung (202) vorgesehen ist, die wenigstens eine Stufe pro Zeile hat; daß jede Stufe der Abtasteinrichtung mit einer Ausgangsklemme mit jeweils einem anderen Schaltglied der Schalteinrichtung gekoppelt ist; und daß die Schaltglieder von den Abtaststufen nacheinander aufgetastot werden, wodurch eine Zeile vollständig gelesen und wieder aufgeladen wird und dieser Vorgang sich für alle anderen Zeilen wiederholt.

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   7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß de." andere der beiden Leiter· (z.B. H , H₀) jeder Zeile mit einem Bezugspotc.-ntialpunkt verbunden ist.

   ij. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch £ e It e η ix ζ e i c h η et, daß benachbarte Zeilen einen gemeinsamen Leiter (s.B. H₀) teilen, daß eine zweite Taktsignalkleirane und ein Schaltglicd (z.B. T) pro Leiter vorgesehen sind; χιτιά daß jeder zvreite Leiter durch ein gesondertes Schaltglied mit der einen Taktsignalkletnme und die übrigen Leiter über ein gesondertes Schaltglied mit der zweiten Taktsignalklemiae gekoppelt sind.

   9- Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abt as t einrichtung (202) eine I-iehrzahl von Tx*ansistoren (Q) enthält, die vom gleichen Typ wie die zuvor erwähnten Transistoren sind und deren Stx-omkanüle in Serie gcsclialtet sind, und daß zwischen die Steuerelektrode und eine dex~ Stroinkaiialelnktroäcn die.se— weitex-en Transistoren jeweils ein Kondensator geschaltet ist.

   IO. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch g ο k c η η ζ e i c Ii η e t, daß die Abtasteinrichtung (202) einer· einzigen Transistor (0_) pro Stufe enthält.

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