DE2404237C3

DE2404237C3 - Integriertes Halbleiterbauelement zum zellenförmigen Abtasten eines Bildes

Info

Publication number: DE2404237C3
Application number: DE2404237A
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl.-Phys. 7800 Hochdorf Blossfeld
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1974-01-30
Filing date: 1974-01-30
Publication date: 1980-04-17
Also published as: US3936630A; DE2404237A1; GB1490422A; DE2404237B2; JPS50110221A; FR2259499B1; IT1054198B; FR2259499A1

Description

Es sind bereits Halbleiterbauelemente zum zellenförmigen Abtasten von optischen Bildern bekannt. In diesem Zusammenhang sind ladungsgekoppelt (CCD) Halbleiterbauelemente und auch integrierte Ejmerkettenschahungen 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. Il (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 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 im verwenden.

Das integrierte Halbleiterbauelement mit einer Reihe von Transistoren zum zellenförmigen Abtasten eines Bildes zeichnet sich zur Lösung der obengenannten Aufgabe dadurch aus, 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.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild des integrierten Halbleiterbauelements nach der Erfindung;

Fi g. 2 das Prinzipschaltbild eines Teiles einer bipolare Transistoren enthaltenden Inverterkette;

Fi g. 3 dient zur Erläuterung der Zustandsänderungen an der Leseleitung des integrierten Halbleiterbauelements nach der Erfindung; und

Fig. 4 zeigt eine Weiterbildung des integrierten Halbleiterbauelements nach der Erfindung.

Beim Blockschaltbild des integrierten Halbleiterbauelements nach der Erfindung gemäß der Fig. 1 wird über Gatter G₁, G₂, G₃, G₄... auf der Leseleitung L ein Potential U_L erzeugt, das die zwei Zustände 0 und 1 annehmen soll, welche gemäß der Fig. 3 den Spannungswerten 0 und + U_L zugeordnet sind. Zu diesem Zweck kann ein OR-Gatter verwendet werden, welches der Wahrheitstabelle

	*E_n*	L
0	0	0
i	0	1
0	1	1
0	1	1
1	1	1

genügt. In diesem Falle muß zwischen den Eingangspaaren E_IS; E_n jedes Gatters G₁ eine ungeradzahligc Anzahl von Inverterstufen liegen, wie die Fig. 2 mit

drei galvanisch gekoppelten Transistoren zwischen E₁₁ und E₁₂ zeigt.

Vor der Abtastung wird die Inverterkette in den Zustand gebracht, der den Eingang E₁₁ des ersten Gatters G₁ in den Zustand 1 bringt. Zu diesem Zweck istindenFig. 1 und 2 vor der Inverterkette ein Schalter S mit zwei Schalterkontaktanschlüssen 3 und 4 und dem Srhalthebelanschluß vorgesehen. Dieser Schalter S soll ein Mittel andeuten, welches geeignet ist, den Anfangszustand der Inverterkette einzustellen und die Abtastung auszulösung.

Der Anfangszustand bei dem integrierten Halbleiterbauelement gemäß den Fig. 1 und 2 wird durch die Schalterstellung zum Schalterkontaktanschluß 4 eingestellt, wobei die Einitter-Basis-Strecke des ersten Transistors der Reihe kurzgeschlossen wird. Die Auslösung der Abtastung erfolgt durch Schalterstellungsänderung am Eingang der Inverterkette, nachdem an £11, wie oben beschrieben, die 1 eingestellt wurde. Im Falle der Fig. 1 und 2 erfolgt dies durch Umlegen des Schalters von SchalteriontaKtanschluß 4 auf 3, wobei in die Emitter-Basis-Strecke des ersten Transistors der Reihe über die Stromquelle /₀ 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_n und E_n. Hat die Zustandsänderung den Eingang E_n des Gatters G₁ erreicht, so ändert sich der Zustand auf der Leseleitung L von 1 auf 0; hat der Zustand E₁₂ erreicht, so geht der Zustand der Leseleitung L gemäß der Wahrheitstabelle zurück auf 1. Erreicht nun diese Zustandsänderung der Inverterkette den Eingang E_n, so geht der Zustand der Leseleitung L von 1 auf 0, usw.

Die Geschwindigkeit, mit der die Zustandsänderung der Kette die Gatter G₁, G₂... G_n durchläuft, erzeugen i.uf der Leseleitung L gemäß der Fig. 3 Impulse der Dauer T₁, solange die Zustandänderung in der Kette sich zwischen den Eingängen E_:I, E₁₂ befindet und T₂, solange die Zustandsänderung sich zwischen den Eingängen E₁₂ und E₂₁ befindet.

Die mittleren Impulsbreiten auf der Leseleitung L sind proportional den Strömen, mi; denen die Inverter betrieben werden. Diese Ströme können sich zusammensetzen aus a) dem lichtinjizierten Strom und b) den über die Konstantstromquellen Z₁, I₂, /₃... eingestellten Strömen.

Ein impulsbreitenmoduliertes Signal gemäß der Fig. 3 kt.nn in bekannter Weise unter Verwendung eines Impulsbreitendemodulators, dessen Eingang über die Leseleitung L mit den Ausgängen /I₁... A_n der Gatter G₁... G_n verbunden ist, 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, der den Schalter 5 enthält, die Abtastfrequenz derart festgelegt, daß über einen Phasenvergleich in einer Regelschaltung C ein Regelstrom / über den ersten Ausgang 8 in die Konstantstromquellen /p /,, /₃... als Summe deren Ströme eingespeist wird, 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 5 mit den Anschlüssen 3, 4 und 9, Der Impulsbreilenvergleich im Demodulator D, 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 6 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 d'f Phasenvergleichsstufe C eingespeist. V bezeichne·- 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 7"derFig. 4 entfallen. Der Ringoszillator wird mit einer ungeradzahligen Reihe von Transistoren ausgestattet. Die Demodulation erfolgt durch einen Tiefpaß oder entsprechenden Demodulator.

Als Arbeitswiderstände der Inverter werden vorzugsweise integrierte Konstantstromquellen /,, I₂, /j... I_n 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 Leuchtdiode durch mechanische Blende und eine nachträgliche Regelung des mittleren Helligkeitswertes 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 um so größer, je niederohmiger der dynamische Innenwiderstand der Inverter gewählt wird. Anstelle von bipolaren Transistoren können auch unipolare Transistoren, insbesondere MIS-FeIdeffekttransistorei/ verwendet werden.

Eine besonders günstige Flächengröße kann erreicht werden, wenn das integrierte Halbleiterbauelement m der Technik der Injektionslogik - wie sie aus dem »Digest of Technical Papers« der 1972 IEEE International Solid-State Circuits Conference, Seiten 90 bis 93 und 219, bekannt ist - oder in Planoxtechnik ausgeführt wird - wie sie aus der Zeitschrift »Electronics« '^rom 20.12.1971 bekannt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Integriertes Halbleiterbauelement mit einer Reihe von Transistoren zum zellenförmigen Abtasten eines Bildes, dadurchgekennzeichnet, 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, G,... G_n) zugeordnet sind, deren Ausgänge (A₁, A₂'... A_n) an einer gemeinsamen Leseleitung [L) liegen und an deren Eingänge elektrische Signale der ihnen zugeordneten Teilreihe liegen, daß jedes Gatter (G₁, G₁... G_n) eine Änderung der Lichtintensität über eine Änderung der Laufgeschwindigkeit in der zugeordneten Teilreihe in Impulsbreitenänderungen an der Lesetertung (L) umsetzt, und daß vor der Inverterkette ein Schalter (5) liegt, der geeignet ist, die Basis (9') des ersten Transistors der Inverterreihe galvanisch entweder mit dem Emitter kurzzuschließen oder zur Auslösung des Abtastvorganges mit einer Stromquelle (Z₀) 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, ^kennzeichnet durch eine ungeradzahlige Reihe von als Inverter geschalteter Transistoren.

4. Integriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatter (G₁, G₂... G_n) OR-Gatter sind.

5. Integriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswiderstände der als Inverter geschalteten Transistoren Konstantstromquellen (/,, /,.../„) sind.

6. Integriertes Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Regelung der Konstantstromquellen (/,, I₂-I_n) zur Regelung der Laufzeit der Inverterkette.

7. Integriertes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren in einer Reihe galvanisch gekoppelt sind.