DE2404237A1

DE2404237A1 - Integriertes halbleiterbauelement zum zeilenfoermigen abtasten eines bildes

Info

Publication number: DE2404237A1
Application number: DE2404237A
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl Phys Blossfeld
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1974-01-30
Filing date: 1974-01-30
Publication date: 1975-08-07
Also published as: FR2259499A1; US3936630A; DE2404237C3; GB1490422A; FR2259499B1; DE2404237B2; JPS50110221A; IT1054198B

Description

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. BR.

Integriertes Halbleiterbauelement zum
zellenförmigen Abtasten eines Bildes

Es sind bereits Halbleiterbauelemente zum zellenförmigen Abtasten von optischen Bildern bekannt. In diesem Zusammenhang sind ladungsgekoppelte (CCD) Halbleiterbauelemente und auch integrierte Eimerkettenschaltungen zu erwähnen. Dazu wird auf die Zeitschriften "Electronics" vom 28. Februar 1972, Seiten 62 bis 77 und vom 6. Dezember 1971, Seiten 86 bis 91, sowie auf die Zeitschrift "IEEE Transactions on Electron Devices" Band ED-18, Nr. 11 (November 1971), Seiten 996 bis 1003, verwiesen.

Die Erfindung betrifft ein integriertes Halbleiterbauelement mit einer Reihe von Transistoren zum zellenförmigen Abtasten eines Bildes. Bei einem solchen bekannten Bauelement in Form einer

509832/0478

integrierten Eimerkettenschaltung mit einer Reihe von Transistoren wird eine Bildzeile in ein Ladungsprofil umgesetzt und dieses Ladungsprofil durch die Kette transportiert. Dies hat den Nachteil, daß auf dem Transportweg Ladungen verlorengehen. Diesen Nachteil mit eingeschobenen Verstärkerstufen zu kompensieren, hat wiederum den Nachteil, daß das Signal-Rausch-Verhältnis sich verschlechtert.

Die Erfindung geht von dem allgemeinen Gedanken aus, die Lichtintensität entlang der abzutastenden Zeile nicht in eine Ladungsdichteänderung, sondern in ein impulsbreitenmoduliertes Signal umzusetzen und zu diesem Zwecke eine Inverterkette zu verwenden.

Das integrierte Halbleiterbauelement mit einer Reihe von Transistoren zum zellenförmigen Abtasten eines Bildes zeichnet sich zur Lösung der obengenannten Aufgabe dadurch aus_r daß die dem Helligkeitsprofil der Zeile ausgesetzten Transistoren lichtempfindlich sind und als Inverter in einer Reihe miteinandergeschaltet sind, daß hintereinanderliegenden Teilreihen der Inverterreihe Gatter zugeordnet sind, deren Ausgänge an einer gemeinsamen Leseleitung liegen und an deren Eingänge elektrische Signale der ihnen zugeordneten Teilreihe liegen, daß jedes Gatter eine Änderung der Lichtintensität über eine Änderung der Laufgeschwindigkeit in der zugeordneten Teilreihe in Impulsbreitenänderungen an der Leseleitung umsetzt und daß vor der Inverterkette ein Schalter liegt, der geeignet ist, die Basis des ersten Transistors der Inverterreihe galvanisch entweder mit dem Emitter kurzzuschließen oder zur Auslösung des Abtastvorganges mit einer Stromquelle zu verbinden. Die Transistoren werden entsprechend der gewünschten Lichtempfindlichkeit in bekannter Weise ausgelegt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert,

deren Fig. 1 das Blockschaltbild des integrierten Halbleiterbauelements nach der Erfindung,

509832/(H7S - 3 -

_ "i —

Fl 792

L. Bloßfeld - 7

deren Fig. 2 das Prinzipschaltbild eines Teiles einer bipolare Transistoren enthaltenden Inverterkette zeigen,

deren Fig. 3

zur Erläuterung der Zustandsänderungen an der Leseleitung des integrierten Halbleiterbauelements nach der Erfindung dient und

deren Fig. 4 eine Weiterbildung des integrierten Halbleiterbauelements nach der Erfindung betrifft.

Beim Blockschaltbild des integrierten Halbleiterbauelements nach der Erfindung gemäß der Fig. 1 wird über Gatter G , G«, G , G₄ ... auf der Leseleitung L ein Potential U_T erzeugt, das die zwei Zustände O und 1 annehmen soll_r welche gemäß der Fig. 3 den Spannungswerten O und +U_T zugeordnet sind. Zu diesem Zweck kann ein OR-Gatter verwendet werden,- welches der Wahrheitstabelle

-^Eil	^Ei2	L
O	O	O
1	O	1
O	1	1
1	1	1

genügt. In diesem Falle muß zwischen den Eingangspaaren E.,; E.-jedes Gatters G. eine ungeradzahlige Anzahl von Inverterstufen liegen, wie die Fig. 2 mit drei galvanisch gekoppelten Transistoren zwischen E und E₁₂ zeigt.

Vor der Abtastung wird die Inverterkette in den Zustand gebracht, der den Eingang E., des ersten Gatters G, in den Zustand 1 bringt. Zu diesem Zwecke ist in den Fig. 1 und 2 vor der Inverterkette ein

5Q9832/-Ö476

Fl 792 L. Bloßfeld - 7

Schalter S mit zwei Schalterkontaktanschlüssen 3 und 4 und dem Schalthebelanschluß vorgesehen. Dieser Schalter S soll ein Mittel andeuten, welches geeignet ist, den Anfangszustand der Inverterkette einzustellen und die Abtastung auszulösen.

Der Anfangszustand bei dem integrierten Halbleiterbauelement gemäß den Fig. 1 und 2 wird durch die Schalterstellung zum Schalterkontäktanschluß 4 eingestellt, wobei die Emitter-Basis-Strecke des ersten Transistors der Reihe kurzgeschlossen wird. Die Auslösung der Abtastung erfolgt durch Schalterstellungsänderung am Eingang der Inverterkette, nachdem an E₁₁, wie oben beschrieben, die 1 eingestellt wurde. Im Falle der Fig. 1 und 2 erfolgt dies durch Umlegen des Schalters von Schalterkontaktanschluß 4 auf 3, wobei in die Emitter-Basis-Strecke des ersten Transistors der Reihe über die Stromquelle I ein Strom eingespeist wird. Die am Eingang der Inverterkette 1 vollzogene Zustandsänderung durchläuft die Inverterkette mit einer Geschwindigkeit, die unter anderem abhängig ist von der Leuchtdichte an den Teilreihen zwischen den Eingängen E., und E.j' Hat die Zustandsänderung den Eingang E₁₁ des Gatters G erreicht, so ändert sich der Zustand auf der Leseleitung L von 1 auf O; hat der Zustand E₂ erreicht, so geht der Zustand der Leseleitung L gemäß der Wahrheitstabelle zurück auf 1. Erreicht nun diese Zustandsänderung der Inverterkette den Eingang E , so geht der Zustand der Leseleitung L von 1 auf O, usw. ·

Die Geschwindigkeit, mit der die Zustandsänderung der Kette die Gatter G₁, G₀ ... G durchläuft, erzeugen auf der Leseleitung L gemaß der Fig. 3 Impulse der Dauer T₁, solange die Zustandsänderung in der Kette sich zwischen den Eingängen E₁₁, E₁₂ befindet und T₂, solange die Zustandsänderung sich zwischen den Eingängen E-₂ und E₂₁ befindet.

509832/0476

Fl 792 L. Bloßfeld - 7

Die mittleren Impulsbreiten auf der Leseleitung L sind proportional den Strömen,- mit denen die Inverter betrieben werden. Diese Ströme können sich zusammensetzen aus a) dem lichtinjizierten Strom und b) den über die Konstantstromquellen I , I₃, I_ ... eingestellten Strömen.

Ein impulsbreitenmoduliertes Signal gemäß der Fig. 3 kann in bekannter Weise unter Verwendung eines Impulsbreitendemodulators, dessen Eingang über die Leseleitung L mit den Ausgängen A ... A der Gatter G₁ ... G verbunden ist_r in ein amplitudenmoduliertes Videosignal umgewandelt und sichtbar gemacht werden.

Entsprechend einer Weiterbildung gemäß dem Blockschaltbild der Fig. 4 des integrierten Halbleiterbauelements nach der Erfindung wird über einen Taktgenerator T_f der den Schalter S enthält, die Abtastfrequenz derart festgelegt, daß über einen Phasenvergleich in einer Regelschaltung C ein Regelstrom I über den ersten Ausgang in die KonstantstromqueIlen I₁- I₂r I^ ··· als Summe deren Ströme eingespeist wird_r womit die mittlere Signallaufzeit der Inverterkette 1 geregelt wird. Der Taktgenerator T gibt die Zeilenfrequenz vor und ersetzt den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schalter S mit den Anschlüssen 3_r 4 und 9. Der Impulsbreitenvergleich im Demodulator D_r dessen Eingang 2 mit der Leseleitung L verbunden ist, erfolgt mit einer um die Anzahl der Bildpunkte höheren Taktfrequenz, die über die Verbindung des Ausgangs 10 mit dem zweiten Eingang des Demodulators D in diesen eingespeist wird. An Punkt 11 liegt die Spannungsversorgung, über 12 wird der Sollwert und über 7 der Istwert vom zweiten Ausgang 5 des Demodulators D in die Phasenvergleichsstufe C eingespeist. V bezeichnet den Videosignalausgang.

Zur ständigen Abtastung eines Laufbildes ist die Inverterkette 1 als Ringoszillator geschaltet, was durch die Rückkopplungsleitung R in Fig. 2 angedeutet wurde. In diesem Falle kann der Taktgenerator T der Fig. 4 entfallen. Der Ringoszillator wird mit einer ungeradzahligen Reihe von Transistoren ausgestattet. Die Demodulation

S09832/Ö476

Fl 792 L. Bloßfeld - 7

erfolgt durch einen Tiefpaß oder entsprechenden Demodulatoren.

Als Arbeitswiderstände der Inverter werden vorzugsweise integrierte Konstantstromquellen I , I„_r I_ ... I vorgesehen. Der Vorteil eines integrierten Halbleiterbauelements gemäß dem Blockschaltbild der Fig. 4 besteht darin, daß die Impulsbreitenänderung nur proportional der Leuchtdichteänderung ist, also unabhängig von der mittleren eingestrahlten Lichtstärke. Bei dem integrierten Halbleiterbauelement gemäß der Fig. 4 erübrigt sich eine Einstellung der mittleren Leuchtdichte durch mechanische Blende und eine nachträgliche Regelung des mittleren Heiligkeitswertes des Bildes.

Die Empfindlichkeit eines integrierten Halbleiterbauelements nach der Erfindung hängt von dem Impulsbreitendemodulator D und den Rauscheigenschaften der verwendeten Inverter ab. Der Rauschabstand wird umso größer,- je niederohmiger der dynamische Innenwiderstand der Inverter gewählt wird. Anstelle von bipolaren Transistoren können auch unipolare Transistoren_r insbesondere MIS-Feldeffekttransistoren verwendet werden.

Eine besonders günstige Flächengröße kann erreicht werden, wenn das integrierte Halbleiterbauelement in der Technik der Injektionslogik - wie sie aus dem "Digest of Technical Papers" der 1972 IEEE International Solid-state Circuits Conference_r Seiten 90 bis 93 und 219_r bekannt ist — oder in Pianoxtechnik ausgeführt wird - wie sie aus der Zeitschrift "Electronics" vom 20. 12. 1971 bekannt ist.

7 Patentansprüche
2 Blatt Zeichnungen
mit 4 Figuren

S09832/Ö47S

Claims

Fl 792 L. Bloßfeld - 7

PATENTANS P RÜCHE

ι l.J Integriertes Halbleiterbauelement mit einer Reihe von Transistoren zum zellenförmigen Abtasten eines Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Helligkeitsprofil der Zeile ausgesetzten Transistoren lichtempfindlich sind und als Inverter in einer Reihe miteinandergeschaltet sind,

daß hintereinanderliegenden Teilreihen der Inverterreihe Gatter (G₁, G₀ ... G ) zugeordnet sind_r deren Ausgänge (A₁,

J. £* IX J-

A₀ ··. A^) an einer gemeinsamen Leseleitung (L) liegen und an deren Eingänge elektrische Signale der ihnen zugeordneten Teilreihe liegen _r

daß jedes Gatter (G_1r G₀ ... G ) eine Änderung der Lichtintensität über eine Änderung der Laufgeschwindigkeit in der zugeordneten Teilreihe in Impulsbreitenänderungen an der Leseleitung (L) umsetzt und

daß vor der Inverterkette ein Schalter (S) liegt, der geeignet ist, die Basis (9¹) des ersten Transistors der Inverterreihe galvanisch entweder mit dem Emitter kurzzuschließen oder zur Auslösung des Abtastvorganges mit einer Stromquelle (I₀) zu verbinden.
2. Integriertes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren in einer Reihe als Ringoszillator geschaltet sind.
3. Integriertes Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine ungeradzahlige Reihe von als Inverter geschalteter Transistoren.

509832/0476

Fl 792 L. Bloßfeld - 7
4. Integriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche'

1 bis 3_r dadurch gekennzeichnet, daß die Gatter (G , G ... G ) OR-Gatter sind.
5. Integriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswiderstände der als Inverter geschalteten Transistoren Konstantstromquellen (I₁, I₂ · · · ¹J₁) sind.
6. Integriertes Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Regelung der Konstantstromquellen (I₁, T₀ ... I) zur Regelung der Laufzeit der Inyerterkette.
7. Integriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche

1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren in einer Reihe galvanisch gekoppelt sind.

509832/0476

Leerseite