DE2504245C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bilderfassungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie aus der DE-OS 23 31 093 bekannt ist.

Diese bekannte Bilderfassungsvorrichtung enthält ein Substrat aus Halbleitermaterial eines Leitfähigkeitstyps, auf dem eine Vielzahl von Speicherstellen in einer Vielzahl von Zeilen und Spalten zur Speicherung von durch Strahlung erzeugten Minoritätsträgern angeordnet ist.

Jede Speicherstelle enthält eine zeilenorientierte kapazitive Zelle aus Leiter-Isolator-Halbleiter und eine fest mit dieser gekoppelte spaltenorientierte kapazitive Zelle aus Leiter-Isolator-Halbleiter. Jede der zeilenorientierten leitenden Platten einer Zeile dieser Plätze ist mit einem entsprechenden Zeilenleiter verbunden. Jede der spaltenorientierten leitenden Platten einer Spalte der Speicherplätze ist mit einem entsprechenden Spaltenleiter verbunden.

Es sind Schalteinrichtungen vorgesehen, um das Substrat periodisch mit Masse oder einem Punkt mit Bezugspotential zu verbinden und abzutrennen. Ferner sind Einrichtungen zur Aufladung der Zeilen- und Spaltenleiter auf vorgegebene Potentiale, bezogen auf das Bezugspotential, vorgesehen, um Verarmungs- oder Raumladungszonen in dem Substrat unter jeder der ersten und zweiten leitenden Platten aufzubauen, wobei die Verarmungszonen unter benachbarten ersten und zweiten leitenden Platten miteinander gekoppelt sind. Die selektive Auslesung (Ausgabe) der in einer Zeile dieser Speicherplätze gespeicherten Ladung wird dadurch erreicht, daß das Potential des Zeilenleiters so abgeändert wird, daß ein Fließen der in den zeilenorientierten Speicherzellen gespeicherten Ladung in die spaltenorientierten Speicherzellen bewirkt wird. Die Ausgabe der in den spaltenorientierten Zellen gespeicherten Ladung wird dadurch erreicht, daß das Potential jedes der Spaltenleiter in Sequenz so abgeändert wird, daß eine Injektion der dort gespeicherten Ladungsträger in das Substrat in der gleichen Sequenz erfolgt und gleichzeitig das Substrat während jeder Injektion von Ladungsträgern von Masse oder dem Bezugspotential abgetrennt wird. Jede Injektion erzeugt einen entsprechenden Stromfluß in einem Stromkreis, in dem das Substrat liegt. Dieser Stromfluß wird über einer Integrationskapazität erfaßt, die auch die Eigenkapazität der Leiter und der mit ihnen verbundenen leitenden Platten, bezogen auf das Substrat, beinhaltet.

Sodann sind Einrichtungen vorgesehen, um periodisch die Spannungsänderung abzutasten, die an der Integrationskapazität entsteht, und auf diese Weise ein elektrisches Ausgangssignal zu erhalten, das sich zeitlich gemäß der Änderung dieser Abtastwerte ändert.

Mit der Erhöhung der Anzahl von Speicherplätzen in einer solchen Anordnung vergrößert sich die gesamte Eigenkapazität des Substrats bezüglich Masse oder des Punktes mit Bezugspotential, und daher verringert sich die an der Kapazität erzeugte Signalspannung. Daher kann bei Anordnungen mit einer großen Anzahl von Paaren von Speicherzellen der Signalpegel sehr niedrig werden. Weiterhin können durch Photonen erzeugte Ströme, die ihren Ursprung in anderen als den der ausgewählten Stelle entsprechenden kapazitiven Zellen aus Leiter-Isolator-Halbleiter haben, durch die Integrationskapazität fließen, wenn sie nicht von den Schalteinrichtungen umgeleitet werden, und der gesamte durch Photonen erzeugte Strom kann den Strom von der ausgewählten Stelle übersteigen und dementsprechend das gewünschte Signal überdecken. Auch wenn der Injektionsstrom den Photonenstrom übersteigt, der infolge der Erzeugung von durch Photonen erzeugten Paaren von Elektronen und Löchern an anderen Stellen als an der ausgelesenen Stelle fließt, wird durch diesen durch Photonen erzeugten Strom dem Signalstrom ein Rauschanteil und damit auch der Spannung, die an der Integrationskapazität auftritt, ein Rauschanteil zugesetzt. In Anordnungen wie der hier beschriebenen, bei der das Substrat periodisch von Erde oder vom Bezugspotential abgetrennt wird, müssen die Stromkreise für die Betätigung von auf dem gleichen Substrat untergebrachten Anordnungen voneinander isoliert werden, um das Entstehen eines Rauschanteils im erfaßten Signal zu vermeiden. Weiterhin kann bei einer Vorrichtung, bei der die injizierte Ladung durch das Substrat ausgelesen wird, jeweils nur eine einzige Einrichtung der Anordnung auf einmal ausgelesen werden. Dadurch werden die Abmessungen und die Betriebsgeschwindigkeit der Anordnung begrenzt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung einer Bilderfassungsvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art, bei der auch eine sehr große Anzahl von Bildelementen mit einem Mindestmaß der Verschlechterung ihres Ausgangssignals ermöglicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.

Bei dieser Lösung können Hilfsschaltungen und Hilfselemente, wie Zeilen- und Spalten-Schieberegister, auf dem Substrat ausgebildet werden, ohne daß eine weitere Isolation erforderlich ist, um Störsignale (Rauschen), Nebensprechen oder Streukapazitäten zu vermeiden.

Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Soweit sich die Weiterbildungen auf die Verwendung mehrerer Sätze von Spaltenleitern zur Farbdarstellung beziehen, sind diese aus IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-20, Nr. 3, März 1973, Seiten 244 bis 252, an sich bekannt, jedoch mit dem Unterschied, daß anstelle eines integrierten Bauelements dieskrete, jeweils einer Farbe zugeordnete Bauelemente verwendet werden. Eine entsprechende Farbfiltertechnik ist aus der US-PS 37 71 857 bekannt.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen und Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnungen von Ausführungsbeispielen beschrieben. Die

Fig. 1A bis 1D zeigen Darstellungen von Paaren von Zellen aus Leiter-Isolator-Halbleiter für eine Strahlungsempfänger- Einrichtung in der entsprechenden Schaltungsanordnung und veranschaulichen verschiedene Stufen beim Betrieb der Anordnung. Die

Fig. 2A bis 2C sind Kurven der verschiedenen Spannungs- und Stromsignale, wie sie in der Anordnung nach den Fig. 1A bis 1D erscheinen und dienen zur Erläuterung der Arbeitsweise derselben. Die

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht einer Anordnung einer Vielzahl von Strahlungsempfängerzellen nach Fig. 1A bis 1D, die auf einem gemeinsamen Halbleiter-Substrat gebildet sind. Die

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht der Anordnung nach Fig. 3 entlang der Schnittlinien 4-4 der Fig. 3. Die

Fig. 5 ist eine Schnittansicht der Anordnung nach Fig. 3 entlang der Schnittlinien 5-5 der Fig. 3. Die

Fig. 6 ist eine Schnittansicht der Anordnung nach Fig. entlang den Schnittlinien 6-6 der Fig. 3. Die

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild einer Bilderfassungsvorrichtung, welche die Strahlungsempfängeranordnung nach den Fig. 3 bis 6 enthält. Die

Fig. 8A bis 8U sind Kurven des zeitlichen Verlaufs der Amplitude mit gemeinsamen Zeitmaßstab für die Signale, die an verschiedenen Punkten in der Bilderfassungsvorrichtung nach Fig. 7 auftreten. Der Punkt, an dem eines der Signale nach den Fig. 8A bis 8U in dem Blockschaltbild der Fig. 7 auftritt, ist in Fig. 7 mit einem Bezugszeichen entsprechend der Bezeichnung der Figur versehen. Die

Fig. 9 zeigt eine Schaltung einer Strahlungsempfänger- Einrichtung. Die

Fig. 10A bis 10C sind Kurven für die verschiedenen Spannungen und Stromsignale, wie sie in dem Schaltbild nach Fig. 9 auftreten, und dienen zur Erklärung der Arbeitsweise derselben. Die

Fig. 11 zeigt ein Schaltbild einer Strahlungsempfänger- Einrichtung, das in einer weiteren Schaltungsanordnung enthalten ist. Die

Fig. 12A bis 12E sind Kurven der verschiedenen Signale, wie sie in der Schaltung nach Fig. 11 auftreten, und dienen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung.

Die Fig. 1A, 1B, 1C und 1D stellen jeweils ein Paar gekoppelter Empfängerzellen dar, die für den Betrieb in zweidimensionalen Anordnungen besonders geeignet sind. Fig. 1A zeigt eine Einrichtung 10 mit einem Substrat 11 aus Halbleitermaterial mit n-Leitfähigkeit, ein isolierendes Teil 12, das über der Hauptoberfläche 13 des Substrats 11 liegt, und ein Paar leitender Teile oder Platten 14 und 15, die über dem isolierenden Teil 12 liegen. Die Platten 14 und 15 haben einen geringen Abstand, und das Substrat 11 unter dem Raum zwischen den Platten enthält eine Zone 20 mit p-Leitfähigkeit, so daß eine Überführung der Oberflächenladung in dem Substrat unter den Platten möglich ist. Alternativ hierzu können andere Einrichtungen vorgesehen sein, wie sie in der DE-OS 23 31 093 beschrieben sind, um die Oberflächenladung in dem Substrat zwischen den Platten zu koppeln. Das Substrat 11 ist mit Erde oder einem Punkt eines festen Bezugspotentials verbunden. Die Platte 14 ist zum Anschluß an einen Zeilenleiter einer Anordnung eingerichtet, die aus Zeilen und Spalten von Strahlungsempfänger-Einrichtungen besteht. Die Platte 15 ist zum Anschluß an einen mit einer Steuerleitung 16 verbundenen Spaltenleiter der Anordnung eingerichtet. Ferner ist ein Integrationskondensator 17 mit zwei Anschlüssen 18 und 19 vorgesehen. Der Anschluß 18 ist mit der Steuerleitung 16 und der Anschluß 19 mit einem Anschluß einer Spannungsversorgung 24 für den Spaltenleiter verbunden, deren anderer Anschluß mit Masse verbunden ist. Zwischen die Anschlüsse des Kondensators 17 ist ein Rückstellschalter 25 geschaltet. Das Ausgangssignal wird an den Anschlüssen 18 und 19 des Kondensators abgenommen.

Wenn Spannungen mit richtiger Polarität bezüglich des Substrats und richtiger Amplitude an den Platten 14 und 15 angelegt werden, beispielsweise -15 Volt gemäß Fig. 1A, dann werden zwei Verarmungs- oder Sperrzonen 21 und 22 gebildet, die durch die Zone 20 mit hoher p-Leitfähigkeit verbunden sind, der ebenfalls eine Sperrzone 23 zugeordnet ist. Daher kann die in einer der Verarmungs- oder Sperrzonen 21, 22 unter einer der Platten 14 und 15 gespeicherte Ladung leicht durch die Zone 20 mit p-Leitfähigkeit in die andere Verarmungszone fließen. Die in die Verarmungszonen eindringende Strahlung bewirkt die Bildung von Minoritätsträgern, die an der Oberfläche der Verarmungszonen gespeichert werden. Fig. 1B zeigt den Betriebszustand der Einrichtung, in dem die Spannung an der Platte 14 auf Null gebracht wird, um die Verarmungszone 21 dieser Platte zusammenbrechen zu lassen und zu bewirken, daß die dort zuvor gespeicherte Ladung in die Verarmungszone 22 unter der Platte 15 fließt oder dorthin überführt wird. Um die Ladung auszulesen oder zu erfassen, die zuvor in der Verarmungszone 22 gespeichert wurde, wird der Rückstellschalter 25 geöffnet und die Spannung an der Platte 15 abgeschaltet oder auf einen geeigneten Wert, beispielsweise auf den Wert Null, verringert. Dies geschieht durch die Spaltenleiter-Versorgung 24. Dieser Vorgang bewirkt, daß die in der Verarmungszone 22 gespeicherten Träger in das Substrat 11 injiziert werden und einen Stromfluß in der Platte 15 erzeugen (einen Elektronenfluß aus der Platte heraus), wie dies in Fig. 1C dargestellt ist.

Die Erhöhung des Potentials der Platte 15 von einem negativen Wert auf den Wert Null bewirkt eine Verringerung des elektrischen Feldes, das zuvor die Ladung in der Oberflächen-Inversionsschicht aufrechterhalten hat, und bewirkt, daß die in der Inversionsschicht gespeicherten Minoritätsträger in das Substrat injiziert werden. Die Injektion von Minoritätsträgern ist in Fig. 1C durch die Verteilung der positiven Ladung in dem Substrat 11 angedeutet. Eine solche Injektion bewirkt, daß eine neutralisierende negative Ladung in das Substrat fließt, d. h. es fließt ein Strom in konventioneller Festlegung aus dem Substrat heraus und in die Platte 15. Der Stromfluß in die Platte 15 bewirkt eine Aufladung des integrierenden Kondensators 17 auf einen Wert entsprechend der injizierten Ladung. Die in das Substrat injizierten Minoritätsträger diffundieren schließlich oder rekombinieren dort. Der Neuaufbau der Verarmungszone für einen weiteren Betriebszyklus sollte erst nach dem Verschwinden dieser Minoritätsträger aus der Zone 22 erfolgen, da sonst die gespeicherte Ladung bei der erneuten Verarmung der Zone 22 erneut angesammelt wird. Das Potential der Platte 15 wird vor dem Schließen des Rückstellschalters 25 und nach dem Zeitpunkt, in dem die injizierten Minoritätsträger gemäß der Darstellung in Fig. 1D aus der Zone 22 verschwunden sind, auf seinen ursprünglichen Wert zurückgeführt. Der Stromfluß zur Platte 15 subtrahiert sich vom Stromfluß aus der Platte 15, und dies führt zu einer resultierenden Spannung am Kondensator 17, die der aus der Einrichtung abgezogenen gespeicherten Ladung entspricht. Durch Abtastung der aus aufeinanderfolgenden Betriebszyklen der Einrichtung herrührenden Spannung am Integrations-Kondensator 17 erhält man ein Video-Signal, das die integrierten Werte der Strahlung darstellt, die während aufeinanderfolgender Betriebszyklen auf die Einrichtung trifft.

Die Fig. 2A, 2B und 2C zeigen den zeitlichen Verlauf der Betriebsspannung V _y für die spaltenorientierte Platte bzw. den Auslesestrom bzw. die Spannung des Integrations- Kondensators im gleichen Zeitmaßstab und für die Einrichtung nach den Fig. 1A, 1B, 1C und 1D für zwei verschiedene Verhältnisse der Ladungsspeicherung in den Zellen der Einrichtung. In einem Falle wurde keine durch Strahlung erzeugte Ladung gespeichert. Es wird angenommen, daß die Spannung V _x der zeilenorientierten Platte auf Null verringert wurde. Fig. 2A zeigt identische Impulse 31 und 32 der Betriebsspannung aus der Versorgung 24, die der Platte 15 in verschiedenen Betriebszyklen zugeführt werden. Fig. 2B zeigt die Ströme, die im äußeren Stromkreis zwischen der Platte 15 und dem Substrat entsprechend der Zuführung dieser Imulse fließen. Fig. 2C zeigt die Spannungen, die am Kondensator 17 infolge der Stromflüsse nach Fig. 2B entstehen. Fig. 2C zeigt auch noch die Zeitperioden, in denen der Rückstellschalter 25 geöffnet ist, und die Zeitperioden, in denen dieser Schalter geschlossen ist. Die beiden ersten in Fig. 2B dargestellten Stromimpulse 33 und 34 stellen einen Betriebszustand dar, in dem keine Strahlung empfangen und daher keine Ladung in der spaltenorientierten Zelle der Einrichtung 10 gespeichert wurde. Während der Änderung der Spannung von -15 Volt auf Massepotential fließt die zum Aufbau der Verarmungszone 22 verwendete Ladung aus der Platte 15 heraus und erscheint als positiv verlaufender Impuls 33. Nach der Ausleseperiode wird die Spannung an der Platte auf -15 V zurückgeführt. Dabei entsteht ein Ladungsfluß, der durch einen Stromimpuls 34 zum Aufbau der ursprünglichen Verarmungszone unter der Platte 15 dargestellt wird; dieser Impuls ist gleich dem Stromimpuls 33. Demgemäß entsteht am Kondensator ein Spannungsimpuls 35, der in seiner Form, mit Ausnahme der Amplitude, praktisch identisch ist dem Impuls 31. Die resultierende Ausgangsspannung am Ende des Integrationsvorgangs ist Null, wie dies aus Fig. 2C ersichtlich ist.

Nach Zuführung des Impulses 32 zur spaltenorientierten Zelle werden zwei weitere Impulse 37 und 38 erzeugt. Der positive Impuls 37 mit der größeren Amplitude stellt die in der Verarmungszone 22 bei Vorhandensein der Strahlung gespeicherte Ladung und einen Teil der Ladung dar, die zum Aufbau der Verarmungszone in die Platte geflossen ist. Der negative Impuls 38 hat eine kleinere Amplitude und stellt den Strom dar, der zum Aufbau der ursprünglichen Verarmungszone in die Platte geflossen ist. Die Integration der Impulse 37 und 38 im Kondensator 17 ergibt einen Impuls 40 mit der dargestellten Form. Zunächst steigt die Spannung am Kondensator 17 infolge des ersten Stromimpulses 37 auf eine großen Wert 41 an. Beim Auftreten des zweiten Stromimpulses 38 fällt die Spannung am Kondensator 17 auf einen zweiten Wert 42 ab, der als "rückwärtige Stufe" des Impulses bezeichnet wird. Der zweite Wert 42 stellt eine Spannung entsprechend der Ladung dar, die in der Inversionsschicht der Zone 22 gespeichert wurde. Es ist zu beachten, daß während des Abtast-Intervalls der Rückstellschalter 25 geöffnet ist, d. h. in jedem Betriebszyklus der Empfängereinrichtung während des Auftretens der Spannungsimpulse nach Fig. 2C. Während des übrigen Teils des Zyklus oder der Periode, in der die Speicherung der Ladung in der Einrichtung entsprechend der auftreffenden Strahlung erfolgt, bleibt der Schalter geschlossen. In aufeinanderfolgenden Betriebszyklen der Einrichtung werden aufeinanderfolgende Spannungsimpulse ähnlich dem Impuls 40 erzeugt, wobei sich dann die rückwärtige Stufe 42 des Impulses gemäß der während der Speicherperiode auf der Einrichtung auftreffenden Strahlung ändert. Die Abtastung dieses rückwärtigen Impulsteils der aufeinanderfolgenden Spannungsimpulse liefert ein Signal, das die Änderung der auf der Einrichtung auftreffenden Strahlung in Abhängigkeit von der Zeit darstellt.

Vor der Beschreibung der Bilderfassungsvorrichtung nach Fig. 7 als Ausführungsform der Erfindung wird zunächst die in der Vorrichtung verwendete Strahlungsempfängeranordnung anhand der Fig. 3 bis 6 beschrieben, die nach einem bestimmten Verfahren hergestellt ist. Die in der Bilderfassungsvorrichtung verwendete Anordnung kann aber auch andere Bauformen aufweisen, und es kann irgendeines der für die Herstellung von Einrichtungen mit Überführung von Oberflächenladung üblichen Verfahren für die Herstellung angewandt werden. Die Fig. 3 bis 6 zeigen eine Strahlungsempfänger-Anordnung aus Strahlungsempfänger- Einrichtungen 51, die beispielsweise jeweils der Einrichtung 10 nach den Fig. 1A, 1B und 1C entsprechen und in vier Zeilen und Spalten angeordnet sind. Die Anordnung enthält vier Zeilenleiter X₁, X₂, X₃ und X₄, die jeweils die zeilenorientierten Platten einer Zeile von Einrichtungen 51 miteinander verbinden. Die Anordnung enthält ferner vier Spaltenleiter Y₁, Y₂, Y₃ und Y₄, die jeweils die spaltenorientierten Platten einer Spalte von Einrichtungen 51 verbinden. Die leitenden Verbindungen mit den äußeren Leitungen erfolgen über leitende Anschlüsse oder Kontaktplättchen 52, die an allen Leiterenden vorgesehen sind. Nach Fig. 3 kreuzen die Zeilenleiter die Spaltenleiter; die Zeilenleiter sind jedoch gegenüber den Spaltenleitern durch eine Schicht 54 aus durchsichtigem Glas isoliert, wie dies aus den Fig. 4, 5 und 6 ersichtlich ist. In Fig. 3 sind die Umrisse der unterhalb der Glasschicht 54 liegenden Teile zur deutlicheren Darstellung mit voll ausgezogenen Linien wiedergegeben.

Die Anordnung enthält ein plattenförmiges Substrat 55 aus n-leitendem Halbleitermaterial, auf dem eine isolierende Schicht 56 in Kontakt mit einer Hauptoberfläche des Substrats 55 aufgebracht ist. Eine Vielzahl von Vertiefungen 57 sind in der isolierenden Schicht 56 jeweils für eine entsprechende Einrichtung 51 vorgesehen. Dementsprechend besitzt die isolierende Schicht 56 dicke oder erhabene Teile 58, die jeweils eine Vielzahl von dünnen Teilen 59 im Boden der Vertiefungen umgeben. Auf dem Boden jeder Vertiefung ist ein Paar im wesentlichen identischer leitfähiger Platten oder leitfähiger Teile 61 und 62 mit rechteckigem Umriß angebracht. Die Platte 61 ist hier als zeilenorientierte Platte und die Platte 62 als spaltenorientierte Platte bezeichnet. Die Platten 61 und 62 einer Einrichtung 51 sind in der Richtung einer Zeile eng zueinander beabstandet, wobei benachbarte Kanten im wesentlichen parallel zueinander sind. Fortschreitend vom linken Teil der Anordnung zum rechten Teil wechseln die zeilenorientierten Platten 61 mit den spaltenorientierten Platten 62 ab. Demgemäß sind die zeilenorientierten Platten 61 von Paaren benachbarter Einrichtungen einer Zeile zueinander benachbart und miteinander durch einen Leiter 63 verbunden, der einstückig mit den Platten 61 ausgebildet ist.

Bei einer solchen Anordnung kommt man mit einer einzigen Verbindung 64 von einem Zeilenleiter durch eine Öffnung 69 in der Glasschicht 54 zu dem Leiter 63 aus, der ein Paar zeilenorientierter Platten miteinander verbindet. Die Spaltenleiter sind einteilig mit den spaltenorientierten Platten 62 ausgebildet. Der oberflächennahe Teil des Substrats 55 unterhalb des Raumes zwischen den Platten 61 und 62 jeder Einrichtung 51 enthält eine p-leitende Zone 66, die der p-Zone 20 in Fig. 1A entspricht. Die Zone 67 in dem Substrat 55 ist ebenfalls p-leitend und wird gleichzeitig mit der p-Zone 66 nach dem gleichen Diffusionsverfahren gebildet, wobei die Platten 61 und 62 als Diffusionsmasken benutzt werden. Die Glasschicht 54 liegt über dem dicken Teil 58 und dem dünnen Teil 59 der isolierenden Schicht 56 und über den Platten 61 und 62, den Leitern 63 und den Spaltenleitern Y₁ bis Y₄ mit Ausnahme der Kontaktplättchen 52. Die Glasschicht 54 kann einen Akzeptor-Aktivator enthalten und zur Bildung der p-Zonen 66 und 67 verwendet werden. Auf der anderen Hauptoberfläche des Substrats, die zu der die Einrichtungen 51 aufweisenden Hauptoberfläche entgegengesetzt ist, ist eine ringförmige Elektrode 68 vorgesehen. Eine solche Verbindung zum Substrat gestattet es, Strahlung von einem zu erfassenden Objekt (Bild) nicht nur auf der vorderen Fläche, sondern auch auf der rückwärtigen Fläche aufzunehmen.

Die Bildempfänger-Anordnung 50 und die Einrichtungen 51, aus denen sie besteht, können aus verschiedensten Materialien und mit verschiedensten Abmessungen nach bekannten Verfahren zur Herstellung integrierter Schaltungen hergestellt werden, wie sie beispielsweise in der DE-OS 23 31 093 beschrieben sind.

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild einer Bilderfassungsvorrichtung, die eine Bildempfänger-Anordnung 50 nach Fig. 3 enthält und ein Video-Signal bei Vorhandensein einer auf der Anordnung abgebildeten Strahlung liefert; zur Abbildung kann beispielsweise ein nicht dargestelltes Linsensystem verwendet werden. Das Video-Signal kann einer geeigneten Anzeige- oder Sichteinrichtung zugeführt werden, beispielsweise einer Kathoden-Strahlröhre, wie dies auch in der DE-OS 23 31 093 beschrieben ist. Dabei werden dann der Anordnung noch Ablenkspannungen synchron zur Abtastung zugeführt, um das Video-Signal in eine Bildwiedergabe der Abbildung auf der Anordnung umzuwandeln.

Die Bilderfassungsvorrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 8A bis 8U beschrieben, die im gleichen Zeitmaßstab den Verlauf von Signalen darstellen, die an verschiedenen Punkten der Vorrichtung nach Fig. 7 auftreten. In Fig. 7 ist der jeweilige Punkt, an dem eines der Signale nach den Fig. 8A bis 8U auftritt, durch eine entsprechende Bezeichnung gekennzeichnet. Die Amplituden der Signale nach den Fig. 8A bis 8U sind nicht im gleichen Maßstab für die Spannung oder Stromstärke wiedergegeben, um eine leichtere und klarere Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung zu ermöglichen.

Die Vorrichtung enthält einen Taktgenerator 71, der eine Folge von regelmäßig auftretenden Impulsen 72 für die Y- Achse mit kurzer Dauer gemäß Fig. 8A erzeugt. Diese Impulse erscheinen in Sequenz zu Zeitpunkten r₁ bis t₈ und stellen eine halbe Abtastperiode für den Betrieb der Anordnung dar. Das Ausgangssignal des Taktgenerators 71 wird einem ersten Zähler 73 zugeführt, der die Impulsfrequenz des Taktgenerators durch vier teilt, um Taktimpulse 74 für die X-Achse nach Fig. 8B zu bilden. Das Ausgangssignal des ersten Zählers 73 wird auch noch einem zweiten Zähler 75 zugeführt, der die Frequenz der zugeführten Impulse nochmals durch vier teilt, um die Bildsynchronisierungs- Impulse für den Bildsynchronisations-Generator 76 zu bilden.

Die Empfängeranordnung 50, die mit der Bildempfänger- Anordnung nach Fig. 3 identisch ist, enthält Zeilenleiter X₁ bis X₄ und Spaltenleiter Y₁ bis Y₄. Die Steuerschaltungen für die Zeilenleiter X₁ bis X₄ und für die Spaltenleiter Y₁ bis Y₄ der Anordnung 50 sind auf dem gleichen Substrat 70 vorgesehen, das in gleicher Weise wie die Anordnung geerdet ist, um die Anzahl von äußeren Verbindungen auf ein Minimum zu bringen, die für die Verwendung der Anordnung 50 in der Bilderfassungsvorrichtung vorgenommen werden müssen. Eine Vielzahl analoger Schalter 81 bis 84 für die Zeilenleiter sind MOS-Feldeffekt-Transistoren (MOS = Metall-Oxyd-Silizium) mit einer Source-Elektrode (Kathode) S, einer Drain-Elektrode D (Anode) und einer Gatt- Elektrode (Gitter) G bzw. einen Steueranschluß. Jede der Kathoden S der Schalter 81 bis 84 ist mit einem Ende eines entsprechenden Zeilenleiters X₁ bis X₄ und jede der Anoden D der Schalter 81 bis 84 mit einem Anschluß 85 für die Vorspannung der Zeilenleiter verbunden. Der Anschluß 85 ist mit dem negativen Pol einer Versorungs- bzw. Spannungsquelle 86 für -15 V verbunden, deren positiver Pol mit Masse verbunden ist. In ähnlicher Weise sind analoge Schalter 91 bis 94 für die Spaltenleiter in Form von MOSFET-Transistoren vorgesehen. Jede der Kathoden S der Schalter 91 bis 94 ist mit einem Ende eines Spaltenleiters Y₁ bis Y₄ und jede der Anoden D der Schalter 91 bis 94 mit dem Vorspannungsanschluß 85 verbunden. Die MOSFET- Transistoren 81 bis 84 und 91 bis 94 sind p-Kanal- Einrichtungen. Wenn daher die Gitter-Elektrode G eines solchen Schalters negativ bezüglich der Kathode S vorgespannt wird, erhält man einen niedrigen Widerstand zwischen Kathode S und Anode D, und umgekehrt ist bei Abwesenheit einer solchen Vorspannung ein hoher Widerstand zwischen Kathode S und Anode D vorhanden. Die Steuerung der anderen Enden der Zeilenleiter X₁ bis X₄ wird durch Schalter in Form von MOSFET-Transistoren 101 bis 104 bewirkt, die integriert auf dem Substrat 70 ausgebildet sind und deren Anoden-Elektrode D jeweils mit dem anderen Ende eines entsprechenden Zeilenleiters X₁ bis X₄ verbunden ist. Ihre Kathoden-Elektroden S sind mit einem Anschluß 105 für die Vorspannung der Zeilenleiter verbunden, der beim Betrieb des Systems mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle 109 für -5 Volt verbunden ist, deren positiver Pol mit Masse verbunden ist. Jede der Gitter-Elektroden G der Transistoren 101 bis 104 wird durch ein entsprechendes Steuersignal aus einem Zeilenschieberegister 106 angesteuert. Das Zeilenschieberegister 106 kann irgendein an sich bekanntes Schieberegister sein. Die Elemente des Schieberegisters 106 können gleichzeitig mit der Bildempfänger- Anordnung 50 auf dem Substrat ausgebildet sein.

Das Schieberegister 106 hat einen Anschluß 107, dem Taktimpulse 74 für die vertikale Abtastung bzw. für die X- Achse zugeführt werden, wie sie in Fig. 8B dargestellt sind. Die Folgefrequenz dieser Impulse beträgt ein Viertel der Folgefrequenz der Taktimpulse für die Y-Achse. Die Bildsynchronisierungs-Impulse vom Zähler 75 werden einem Bildsynchronisierungs-Impulsgenerator 76 zur Erzeugung eines Ausgangssignals zugeführt, das einem Bildsynchronisierungsanschluß 108 zugeführt wird. Jeder der Bildsynchronisierungs-Impulse hat eine Dauer, die praktisch gleich der Summe der Perioden von vier Zyklen der Taktimpulse für die X-Achse ist. Die Bild-Synchronisierungsimpulse werden im Schieberegister 106 mit der Frequenz der Taktimpulse für die X-Achse verschoben, so daß nacheinander die Transistoren 101 bis 104 durchgesteuert werden, die mit den Zeilenleitern X₁ bis X₄ verbunden sind, um nacheinander die Impulsspannung zwischen einem Wert von -15 Volt und einem Wert von -5 Volt zu verändern. Der Verlauf der Steuerspannung an dem Zeilenleiter X₁ ist inFig. 8C und der Verlauf der Steuerspannung an dem Zeilenleiter X₂ in Fig. 8D für eine Hälfte des Betriebszyklus der Anordnung dargestellt.

Steuerbare Schalter In Form von MOSFET-Transistoren 111 bis 114 für die Spaltenleiter sind ebenfalls auf dem Substrat 70 integriert ausgebildet. Ihre Anoden-Elektroden D sind jeweils mit dem anderen Ende eines entsprechenden Spaltenleiters Y₁ bis Y₄ und die Kathoden-Elektroden S der Transistoren 111 und 113 mit einem ersten Spaltenleiteranschluß 115 a, dagegen die Kathoden-Elektroden S der Transistoren 112 und 114 mit einem zweiten Spaltenleiteranschluß 115 b verbunden. Die Gitter-Elektroden der Transistoren 111 und 112 sind mit einer Stufe in dem Spalten- Schieberegister 116 und die Gitter-Elektroden der Transistoren 113 und 114 mit einer nachfolgenden Stufe in dem Spaltenregister 116 verbunden. Die Spaltenleiter Y₁ und Y₂ werden hier als ein Satz aufeinanderfolgend numerierter Spaltenleiter und die Spaltenleiter Y₃ und Y₄ als ein nachfolgender Satz aufeinanderfolgend numerierter Spaltenleiter betrachtet. Jeder dieser Sätze besitzt dabei die gleiche Anzahl von Leitern. Die Spaltenleiter Y₁ und Y₃ sind die ersten in ihrem jeweiligen Satz und die Spaltenleiter Y₂ und Y₄ die zweiten in ihrem jeweiligen Satz. Das Spalten-Schieberegister 116 hat einen Eingangsanschluß 117. Zwischen den Takt-Impulsgenerator 71 und den Anschluß 117 ist ein durch zwei teilender Zähler 120 geschaltet. Er liefert Impulse mit der halben Folgefrequenz der Taktimpulse für die Y-Achse. Das Spalten-Schieberegister 116 hat ferner einen Zeilen-Synchronisierungsanschluß 118, dem von einem Zeilen-Synchronisationsimpuls-Generator 119 Zeilen-Synchronisationsimpulse zugeführt werden. Der Zeilen- Synchronisationsimpuls-Generator 119 ist mit dem Zähler 73 verbunden und liefert ein Ausgangssignal, das synchron mit den Takt-Impulsen für die X-Achse ist. Die Zeilen- Synchronisationsimpulse werden in dem Spalten-Schieberegister 116 entsprechend den Ausgangsimpulsen des Zählers 120 verschoben. Ihre Folgefrequenz ist gleich der halben Folgefrequenz der Taktimpulse der Y-Achse. Der Verlauf der dem Zeilen-Synchronisierungsanschluß 118 zugeführten Zeilensynchronisationsimpuls 121 ist in Fig. 8E dargestellt, die auch das Ausgangsignal der ersten Stufe des Spalten-Schieberegisters 121 darstellt. Jeder Zeilen- Synchronisierungsimpuls 121 hat eine Breite, die kleiner ist als das Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Taktimpulsen für die Y-Achse. An den Ausgangsanschlüssen des Spalten-Schieberegisters 116 treten Steuerimpulse 121 bis 124 auf, wie sie in den Fig. 8E bis 8H dargestellt sind. Sie werden jeweils den Transistoren 111 bis 114 zugeführt. Diese Steuerimpulse oder Durchschalt-Impulse haben eine Amplitude von -20 Volt während des dargestellten Intervalls. Die Steuerimpulse 121 und 122, die den Transistoren 111 bzw. 112 zugeführt werden, sind identisch, und in ähnlicher Weise sind die den Transistoren 113 und 114 zugeführten Steuerimpulse 123 bzw. 124 identisch.

Von einer Spalten-Spannungsversorgung 125 werden Versorgungsspannungsimpuls 127 für die Spaltenleiter erzeugt. Das Eingangssignal der Spalten-Spannungsversorgung 125 wird von einer Schaltung 126 für die Taktgabe und Steuerung erzeugt; sie liefert Impulse mit der halben Folgefrequenz der Taktimpulse für die Y-Achse, wie dies in Fig. 8I dargestellt ist. Das Ausgangssignal der Spalten- Spannungsversorgung 125 wird dem ersten Spaltenleiteranschluß 115 a über einen Integrationskondensator C 1 zugeführt und ist auch noch mit dem zweiten Spaltenleiteranschluß 115 b über einen Integrationskondensator C 2 verbunden. Jeder der Impulse 127 besitzt eine kurze Dauer entsprechend dem Zeitraum, in dem eine Auslesung oder Ausgabe der von der Strahlung erzeugten Ladung erwünscht ist, die in einer Einrichtung in einer einzigen Spalte gespeichert ist, wie dies nachstehend noch erläutert wird. Diese Impulse bewirken eine Injektion der gespeicherten Ladung, die dann an den Integrationskoindensatoren abgenommen oder erfaßt wird. Die Impulse 127 haben eine Amplitude von 10 Volt zwischen den Werten -15 und -5 Volt. Demgemäß werden in dem Zeitintervall von t₀ bis t₁ zwei Strahlungsempfänger-Einrichtungen 51 in der obersten Zeile und in dem ersten mit den Leitern Y₁ und Y₂ verbundenen Satz ausgelesen, gefolgt von den Einrichtungen in dem zweiten Satz, die mit den Leitern Y₃ und Y₄ verbunden sind und während des Zeitintervalls von t₂ bis t₃ ausgelesen werden.

Nach der Beendigung der Abfragung oder Abtastung der Einrichtungen einer Zeile werden Steuerimpulse 131 gemäß der Darstellung in Fig. 8J den Gittern der Schalter 81 bis 84 und 91 bis 94 zugeführt, die mit den Leitern X₁ bis X₄ und Y₁ bis Y₄ und der Quelle 86 für die Betriebsspannung verbunden sind, wodurch das richtige die Verarmung erzeugende Potential an allen Platten aller Einrichtungen 51 hergestellt wird. Wie gezeigt, tritt jeder der Steuerimpulse 131 nach dem Spalten-Versorgungsspannungsimpuls 127 auf, der die letzte Einrichtung in jeder Zeile ansteuert. Der Gitter-Impuls tritt nach dem Ausgangssignal der zweiten Stufe des Spaltenschieberegisters auf. Die Dauer der Gitter-Impulse wird so gewählt, daß sie ausreicht, das Speicherpotential von -15 Volt an allen Leitungen erneut aufzubauen. Die Gitter-Impulse werden von einem Gitterimpulsgenerator 135 erzeugt, der seinerseits von einem Zähler 136 angesteuert wird, der nach jeweils vier Eingangsimpulsen einen Ausgangsimpuls erzeugt. Der Zähler 136 wird durch die Taktimpulse für die Y-Achse vom Taktimpulsgenerator 71 angesteuert.

Beim Betrieb der beschriebenen Bilderfassungsvorrichtung werden zunächst die Spaltenleiter Y₁ und Y₂ des ersten Satzes durch einen den Transistoren 111 und 112 zugeführten Gitter-Impuls mit den entsprechenden Anschlüssen 115 a und 115 b verbunden und diesen Spaltenleitern Spalten- Steuerimpulse über die entsprechenden integrierenden Kondensatoren C 1 und C 2 zugeführt. Hierdurch wird bewirkt, daß die Ladung in das Substrat injiziert und in den integrierenden Kondensatoren C 1 und C 2 in dem Steuerleitungskreis erfaßt wird. Nachdem die Kondensatoren C 1 und C 2 zurückgestellt wurden, wird der zweite Satz von Transistoren 113 und 114 zur Verbindung der Spaltenleiter Y₃ und Y₄ mit den Anschlüssen 115 a und 115 b durchgesteuert und ein Spalten-Steuerimpuls zugeführt, um die gespeicherte Ladung in das Substrat zu injizieren, die dann in den Kondensatoren C 1 und C 2 erfaßt wird.

Der Stromfluß in dem Steuerleitungskreis des Kondensators C 1 beim Abtasten der Einrichtungen in der ersten und zweiten Zeile der Anordnung in Sequenz ist als Kurve 137 in Fig. 8K dargestellt. In der Fig. 8K sind vier Paare von Stromimpulsen dargestellt, die den Stromfluß in dem Steuerleitungskreis des Kondensators C 1 während der Auslesung der ersten und dritten Einrichtungen der ersten und zweiten Zeilenleiter X₁ und X₂ in Sequenz zeigt. Der erste Impuls jedes Paares entspricht dem Stromfluß infolge der durch Strahlung erzeugten Ladung und eines Teils der die Verarmung erzeugenden Ladung, die im Augenblick der Zuführung des Speicherpotentials an die spaltenorientierte Platte der Einrichtung gespeichert wurde. Der zweite Impuls entspricht dem vorgenannten Stromfluß, der sich aus der Zuführung von Spannung zur spaltenorientierten Platte der Einrichtung ergibt. Der erste Impuls jedes Paares tritt an der Vorderflanke eines entsprechenden Spalten- Steuerimpulses 127 und der zweite Impuls jedes Paares bei der Rückflanke eines entsprechenden Spalten-Steuerimpulses auf. Die ersten Impulse haben verschiedene Amplituden infolge der verschiedenen Amplituden der in den verschiedenen Einrichtungen der ersten beiden Zeilen gespeicherten Ladung. Die Amplituden der zweiten Impulse sind identisch, da die spaltenorientierten Zellen jeder der Einrichtungen identisch aufgebaut sind und damit einen identischen Strom zur Aufladung oder zur Erzeugung der Verarmungszone aufnehmen. Die Impulse nach Fig. 8K werden durch den Kondensator C 2 integriert.

Zwischen den Anschluß 115 a und den negativen Pol einer Spannungsquelle 141 für -15 Volt ist die Kathoden- Anodenstrecke eines Feldeffekt-Transistors 140 geschaltet. Der positive Pol der Spannungsquelle 141 ist zur Rückstellung des Kondensators C 1 mit Masse verbunden. In ähnlicher Weise ist die Kathoden-Anodenstrecke eines weiteren Feldeffekt- Transistors 142 zwischen den Anschluß 115 b und den negativen Pol der Quelle 141 geschaltet. Die Gitter (oder "Gatts") der Transistoren 140 und 142 sind mit der Schaltung 126 für Taktgabe und Steuerung verbunden, die Rückstell-Impulse 143 gemäß Fig. 8P liefert. Die Rückstell- Impulse springen von einem positiven Spannungswert auf Massepotential zur Sperrung der Transistoren. Die Vorderflanke jedes Rückstell-Impulses ist koinzident mit der Vorderflanke eines entsprechenden Spaltenleiter-Steuerimpulses 127. Demgemäß ist der Kondensator C 1, ausgenommen in dem Ausleseintervall für die ersten und dritten Einrichtungen jeder Zeile, nach Masse kurzgeschlossen. Der Kondensator C 2 ist ebenfalls nach Masse kurzgeschlossen, ausgenommen in dem Ausleseintervall für die zweite und vierte Einrichtung jeder Zeile. Beim Auftreten eines Spalten- Versorgungsspannungsimpulses wird ein Paar der oben erwähnten Stromimpulse erzeugt, die durch die Kondensatoren C 1 und C 2 integriert werden und zu einem entsprechenden Ausgangsimpuls mit zwei Stufungswerten führen, wobei die erste Stufe der Ladung des ersten Stromimpulses und die zweite Stufe der Ladung des ersten Stromimpulses, vermindert um die Ladung des zweiten Stromimpulses, entspricht. Der Verlauf des Ausgangssignals am Kondensator C 1 ist in Fig. 8L dargestellt, in der jeder der zweistufigen Impulse 145 eine höhere erste Stufe 146 und eine niedrigere zweite Stufe 147 hat, wobei diese jeweils einem entsprechenden Paar von Impulsen nach Fig. 8K entsprechen. Bei dem ersten und vierten Impuls nach Fig. 8L ist die zweite Stufe Null. Dies bedeutet, daß in den entsprechenden den Einrichtungen keine durch Strahlung erzeugte Ladung gespeichert war. Der Verlauf des Ausgangssignals am Kondensator C 2 ist in Fig. 8N dargestellt.

Das am Integrations-Kondensator C 1 erscheinende Ausgangssignal wird einem ersten Video-Kanal zugeführt, der einen Differenzverstärker 151 und eine Abtast- und Halteschaltung enthält, um ein erstes Video-Ausgangssignal zu erzeugen. Die Abtast- und Halteschaltung enthält einen Transistor 152 mit einer Anode 153, einer Kathode 154 und einem Gitter 155 und einen Kondensator C 3. Die Kathoden- Anodenstrecke des Transistors 152 ist zwischen den Ausgang des Verstärkers 151 und einen Anschluß 157 des Kondensators C 3 geschaltet, dessen anderer Anschluß mit Masse verbunden ist. Das Gitter 155 ist mit einem Abtast- Impulsgenerator 158 verbunden, der durch die Schaltung 126 für Taktgabe und Steuerung gesteuert wird und eine Folge von Abtast-Impulsen 160 liefert, wie sie in Fig. 8O dargestellt sind. Die Impulse 160 haben eine kurze Dauer, gleiche Abstände. Ein Abtast-Impuls 160 tritt bei jedem zweiten Taktimpuls für die Y-Achse auf. Jeder der Impulse 160 hat eine solche Phasenlage, daß er während des Auftretens der rückwärtigen (zweiten) Stufe der zweistufigen Video- Impulse nach Fig. 8L auftritt, die am Integrationskondensator C 1 auftreten. Während der Abtastintervalle wird der Transistor 152 eingeschaltet, so daß er eine Aufladung des Kondensators C 3 auf eine Spannung entsprechend der Spannung der zweiten Stufe 158 der Impulse 145 nach Fig. 8L gestattet. Es wird daher ein erstes Video-Signal 161 gemäß Fig. 8Q am Anschluß 157 erzeugt, wobei sich das Signal im Abtast-Intervall von einem Videowert auf einen anderen gemäß der Spannung am Integrationskoindensator C 1 ändert.

In ähnlicher Weise wird das am Integrationskondensator C 2 erscheinende Ausgangssignal einem zweiten Video-Kanal zugeführt, der einen Differenzverstärker 163 und eine Abtast- und Halteschaltung enthält, um auf diese Weise ein zweites Video-Ausgangssignal zu erhalten. Die Abtast- und Halteschaltung enthält einen Transistor 164 mit einer Anode 165, einer Kathode 166 und einem Gitter 167 und einen Kondensator C 4. Die Kathoden-Anodenstrecke des Transistors 164 ist zwischen den Ausgang des Verstärkers 163 und einen Anschluß 168 des Kondensators C 4 geschaltet, dessen anderer Anschluß mit Masse verbunden ist. Das Gitter 167 ist mit dem Generator 158 für die Abtast-Impulse verbunden. Während des Abtastintervalls der Impulse 160 wird der Transistor 164 eingeschaltet, so daß er eine Aufladung des Kondensators C 4 auf eine Spannung gestattet, die den zweiten Stufenwerten der Impulse nach Fig. 8N entspricht. Daher wird am Anschluß 168 ein zweites Videosignal 169 nach Fig. 8R erzeugt, wobei sich das Signal während des Abtastintervalls von einem Video-Pegelwert auf einen anderen gemäß der Spannung am Integrationskondensator C 4 ändert.

Die Video-Ausgangssignale, die an den Anschlüssen 157 und 168 des ersten und zweiten Video-Kanals erscheinen, können getrennt weiterverarbeitet und verwendet werden oder sie können durch Multiplexverfahren zu einem zusammengesetzten Videosignal umgeformt werden.

Die ersten und zweiten an den Anschlüssen 157 und 168 auftretenden Videosignale werden durch eine Multiplex-Schaltung 170 zur Bildung eines zusammengesetzten Videosignals verarbeitet und durch den Verstärker 171 verstärkt. Die Multiplex-Schaltung 170 enthält zwei Transistoren 172 und 173 und einen Multiplex-Impulsgenerator 174. Die Kathoden- Anodenstrecke des Transistors 172 ist zwischen den Anschluß 157 und den Eingang des Verstärkers 171 geschaltet. Die Kathoden-Anodenstrecke des Transistors 173 ist zwischen den Anschluß 168 und den Eingang des Verstärkers 171 geschaltet. Der Multiplex-Impulsgenerator 174 wird durch die Schaltung 126 gesteuert und erzeugt die in den Fig. 8S und 8T dargestellten Multiplex-Impulse. Die Impulse nach Fig. 8S werden der Gitterelektrode des Transistors 172 und die Impulse nach Fig. 8T der Gitterelektrode des Transistors 173 zugeführt. Wenn einer der Multiplex-Impulse nach Fig. 8S den Transistor 172 einschaltet, dann erscheint ein Segment des Videosignals 161 nach Fig. 8Q am Eingang des Verstärkers 171. In gleicher Weise erscheint ein Segment des Videosignals 169 nach Fig. 8R am Eingang des Verstärkers 171, wenn ein Multiplex-Impuls nach Fig. 8T den Transistor 173 durch Gitter-Steuerung einschaltet. Das zusammengesetzte Ausgangssignal als Ergebnis der Multiplex- Operation an den Videosignalen Nr. 1 und dem Videosignal Nr. 2 ist in Fig. 8U dargestellt.

Wenn die Bilderfassungsvorrichtung nach Fig. 7 drei getrennte Videosignale erzeugen soll, werden die Spaltenleiter in aufeinanderfolgenden Sätzen angeordnet, wobei jeder Satz dann drei aufeinanderfolgend bezifferte Spaltenleiter enthält. In diesem Falle würde ein dritter Integrationskondensator und ein dritter Videokanal vorgesehen. Andere dann in dem System notwendige Änderungen können leicht anhand der Beschreibung des Zwei-Kanalsystems ausgeführt werden. In ähnlicher Weise kann auch eine größere Anzahl von Kanälen vorgesehen werden. Es ist weiterhin ersichtlich, daß zur Erfassung des Stromflusses in jeder der Versorgungsleitungen ein einziger Integrationskondensator vorgesehen sein kann.

Ein Vorteil der Bilderfassungsvorrichtung nach Fig. 7 besteht darin, daß das Substrat auf einem festen Potential oder geerdet gehalten wird. Dies ermöglicht die Ausbildung von Hilfskreisen und Elementen, beispielsweise des Zeilen- Schieberegisters und des Spalten-Schieberegisters auf dem gleichen Substrat des Halbleitermaterials, das auch für die Empfängerelemente der Anordnung verwendet wird, und diese können betrieben werden, ohne daß eine weitere Isolation zur Beseitigung von Rauschen, Übersprechen oder Schaltkapazitäten erforderlich ist. Bei der Anordnung nach der DE-OS 23 31 093, bei der das Substrat zwecks Erfassung der an einem bestimmten Speicherplatz gespeicherten Ladung periodisch ungeerdet oder mit gleitendem Potential ausgestattet ist, wird ein unerwünschtes Übersprechen in das Signal der gerade ausgelesenen Einrichtung dadurch bewirkt, daß durch Photonen erzeugte Ströme zu anderen Plätzen oder Einrichtungen während der Periode der Auslesung aus einer bestimmten Einrichtung bei gleitendem Potential fließen. Bei der Anordnung nach Fig. 7 geht in das Signal des Platzes oder der ausgelesenen Einrichtung nur derjenige durch Photonen erzeugte Aufladestrom ein, der auf die Spalte der adressierten Einrichtung zurückzuführen ist. Ein besonderer Vorteil der Erfassung von Strom in der Steuerleitung infolge der Ladungsinjektion besteht darin, daß die Streukapazität aller anderen Steuerleitungen aus der Abtastschaltung herausgenommen ist und demgemäß die integrierende Kapazität klein genug gehalten werden kann, besonders im Falle einer Anordnung mit einer großen Anzahl von Einrichtungen, um die gewünschte Signalamplitude zu erhalten. Die Abtastung in der Steuerleitung macht es auch noch möglich, die Steuerleitungen der Anordnung in einer Vielzahl von fortlaufend numerierten Sätzen anzuordnen, wobei jeder Satz die gleiche Zahl von fortlaufend numerierten Leitern besitzt, um die Einrichtungen eines Satzes in einer bestimmten Zeile gleichzeitig zu adressieren oder abzufragen. Daher kann eine Anzahl von Ausgangssignalen erzeugt werden, die der Anzahl der Leiter in einem Satz entspricht. Die Ausgangssignale können durch ein Multiplex-Verfahren zur Erzielung eines zusammengesetzten Ausgangssignals weiterverarbeitet werden. Die Abmessungen der Anordnung und damit die Zahl der in ihr enthaltenen Einrichtungen kann bei dieser Anordnung wesentlich vergrößert werden, ohne die Adressiergeschwindigkeit für einen einzelnen Platz zu vergrößern.

Die Bilderfassungsvorrichtung nach Fig. 7 kann leicht dazu benutzt werden, eine Vielzahl von ineinandergeschalteten Videosignalen zu erzeugen, die jeweils ein anderes Farbfeld darstellen. Die für diese Betriebsart an der Bilderfassungsvorrichtung vorzunehmenden Erweiterungen enthalten ein erstes Farbfilter, das eine Strahlung durchläßt, die beispielsweise der Farbe Blau entspricht, und das alle Einrichtungen überdeckt, die mit den Spaltenleitern Nr. 1 aller Sätze verbunden sind. Ein zweites Filter, das die Strahlung einer anderen Farbe, beispielsweise Rot, durchläßt und dann alle Einrichtungen der Anordnung überdeckt, die mit den Spaltenleitern Nr. 2 aller Sätze der Anordnung verbunden sind. Die Filter können mechanisch an der Anordnung 50 nach Fig. 3 angebracht oder darin nach an sich bekannten Verfahren ausgebildet sein. Beispielsweise können durch Dünnschicht-Filmverfahren Interferenzfilter für selektive Wellenlängen gebildet werden, wobei dann mehrere Schichten mit geeigneter Dicke und dielektrischer Konstante auf einem Substrat aufgebracht werden. Für die vorliegende Anordnung können solche Schichten unmittelbar auf dem Substrat durch eine Aperturmaske aufgebracht werden, die die Abmessungen jedes Filters bestimmt. Die Lage der Ecken des ersten Filters auf den Einrichtungen, die mit dem Spaltenleiter Y₁ verbunden sind, ist durch die Punkte a₁, b₁, c₁ und d₁ und die Lage der Ecken des zweiten Filters auf den Einrichtungen, die mit dem Spaltenleiter Y₂ verbunden sind, durch die Punkte a₂, B₂, C₂ und D₂ angedeutet. Die Filter werden dann in ähnlicher Weise über den Einrichtungen angebracht, die mit den Spaltenleitern Y₃ und Y₄ verbunden sind. Die Filter können alternativ sowohl für nicht sichtbare als auch für sichtbare Strahlung durchlässig sein.

Für ein Drei-Farben-System werden die Spaltenleiter der Anordnung in Sätzen zusammengefaßt, die jeweils drei Spaltenleiter enthalten. Ein erstes Farbfilter zum Durchlassen der Strahlung der einen Farbe, beispielsweise Rot, wird dann über allen Anordnungen angebracht, die mit den Spaltenleitern Nr. 1 aller Sätze verbunden sind. Ein zweites Filter zum Durchlassen der Strahlung einer anderen Farbe, beispielsweise Grün, wird über allen Einrichtungen der Anordnung angebracht, die mit den Spaltenleitern Nr. 2 aller Sätze verbunden sind. Ein drittes Filter zum Durchlassen der Strahlung einer dritten Farbe, beispielsweise Blau, wird über allen Einrichtungen der Anordnung angebracht, die mit den Spaltenleitern Nr. 3 aller Sätze verbunden sind.

Vorstehend wurde eine Betriebsart der Bilderfassungsvorrichtung nach Fig. 7 beschrieben, bei der die Spaltenleiter eines Satzes gleichzeitig angesteuert werden, um eine Injektion der Ladung der durch diese gesteuerten Einrichtungen zu bewirken. Es können aber auch die Spaltenleiter eines Satzes in Sequenz angesteuert werden. Beispielsweise werden dann bei einem Drei-Farben-System, bei dem drei Spaltenleiter in jedem Satz vorgesehen sind, die Spaltenleiter Nr. 1 der Sätze zur Auslesung während des ersten Abtastfeldes, die Spaltenleiter Nr. 2 der Sätze zur Auslesung während des zweiten Abtastfeldes und die Spaltenleiter Nr. 3 der Sätze für die Auslesung während des dritten Abtastfeldes adressiert. Die auf diese Weise erhaltenen drei Videosignale ergeben dann bei Zuführung zu einer geeigneten Sichtwiedergabe-Einrichtung ein verschachteltes Muster in dem reproduzierten Farbbild.

Fig. 9 stellt eine weitere Art der Integration des Stromflusses in der Steuerleitung der Einrichtung nach Fig. 1A dar. Die Elemente der Einrichtung und Schaltung nach Fig. 9, die identisch sind mit den Elementen und Schaltungselementen der Einrichtung nach Fig. 1A, sind mit gleichen Bezugszahlen versehen. In der Anordnung nach Fig. 9 ist ein Stromtransformator 180 vorgesehen, dessen Primärwicklung zwischen die Platte 15 und Spannungsversorgung 24 geschaltet ist. Ein hoher ohmscher Widerstand 181 liegt an der Sekundärwicklung des Transformators. Ferner ist ein Ladungsdetektor vorgesehen, der einen Verstärker 182 mit hoher Impedanz und einen Integrator 183 enthält. Der Integrator enthält einen ohmschen Widerstand 185 und einen Integrations-Kondensator 186 in Reihenschaltung und einen Rechenverstärker 187, dessen Ausgang durch den Kondensator 186 mit seinem umkehrenden Eingang verbunden ist. Der Rückstellschalter 25 überbrückt den Integrationskondensator 186. Der Betriebsablauf der Schaltung nach Fig. 9 ist identisch mit dem nach den Fig. 1A bis 1D und ist am besten verständlich anhand der Impulsdiagramme der Fig. 10A bis 10C, die mit denen der Fig. 2A bis 2C übereinstimmen. Fig. 10A zeigt den Verlauf der Versorgungsspannung am Ausgang der Versorgung 24. Die Fig. 10B zeigt den Verlauf des Stromflusses in der Primärwicklung des Transformators 180. Fig. 10C zeigt den Verlauf der Spannung am Integrationskondensator 186. Dabei stellen die Fig. 10A bis 10C den Betriebsablauf für gleiche Verhältnisse der Ladungsspeicherung in der Einrichtung wie in den Fig. 1A bis 1C dar, d. h. für einen Zustand, in dem keine durch Strahlung erzeugte Ladung gespeichert wurde, und den anderen Zustand, in dem eine durch Strahlung erzeugte Ladung gespeichert wurde. Der grundsätzliche Unterschied zwischen den Schaltungen nach Fig. 1A und Fig. 9 besteht darin, daß anstelle des Integrationskondensators in der Steuerleitung ein Stromtransformator vorgesehen ist und die Steuerspannung der Steuerleitung 16 unmittelbar zugeführt wird.

Fig. 11 stellt eine weitere Art der Auslesung der in der Einrichtung 10 gespeicherten Ladung dar. Die Elemente der Einrichtung und Schaltung nach Fig. 11, die identisch sind mit den Elementen und der Schaltung nach Fig. 1A, sind mit gleichen Bezugszahlen versehen. Der wesentliche Unterschied der Schaltung nach Fig. 11 gegenüber der Schaltung nach Fig. 1A besteht darin, daß ein Anschluß des Integrationskondensators 17 geerdet ist und dadurch ein Differenzverstärker zur Verstärkung der Videosignale, die am Integrationskondensator abgenommen werden, entfällt. In dieser Schaltung ist die Versorgungsleitung 16 über einen ersten Schalttransistor 191 mit einem Anschluß des Integrationskondensators 17 verbunden, dessen anderer Anschluß geerdet ist. Die Steuerleitung 16 ist auch noch über einen zweiten Schalttransistor 192 mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle 193 für 15 V verbunden, deren positiver Pol mit dem ungeerdeten Anschluß des Integrationskondensators 17 verbunden ist. Ein Steuerteil 194 liefert zwei Steuerspannungen G₁ und G₂. Die Steuerspannung G₁ betätigt den Steueranschluß des ersten Transistors 191 und die Steuerspannung G₂ den Steueranschluß des zweiten Transistors 192. Der Rückstellschalter 25 liegt parallel zum Kondensator 17. Das Ausgangssignal wird zwischen dem ungeerdeten Anschluß des Kondensators 17 und Masse abgenommen.

Die Arbeitsweise der Einrichtung und Schaltung nach Fig. 11 wird nachstehend anhand der Fig. 12A, 12B, 12C, 12D und 12E erläutert. Die Fig. 12A zeigt die Spannung, die auf der Steuerleitung 16 oder der Platte 15 erscheint und hat den gleichen Verlauf wie die in Fig. 2A dargestellte. Fig. 12B stellt den Verlauf des Auslesestroms in der Steuerleitung 16 dar. Dieser gleicht dem Auslesestrom nach Fig. 2B. Fig. 12C stellt die Spannung am Integrationskondensator 17 dar, die mit Ausnahme der Polarität dem Spannungsverlauf nach Fig. 2C gleicht. Fig. 12D stellt den Verlauf der Steuerspannung G₁ dar, die dem Steueranschluß des ersten Schalttransistors 191 zugeführt wird. Fig. 12E stellt den Verlauf der Steuerspannung G₂ dar, die dem Steueranschluß des zweiten Schalttransistors 192 zugeführt wird. Wie in den Fig. 2A bis 2C sind zwei Betriebszyklen der Einrichtung dargestellt, wobei einmal keine Ladung in der Einrichtung gespeichert wird und im anderen Falle eine Ladung in der Einrichtung gespeichert wird. Die Teile der Kurven nach den Fig. 12A bis 12C, die Teilen der Kurven nach den Fig. 2A bis 2C gleichen, sind mit gleichen Bezugszahlen versehen.

Um die in der Verarmungszone 22 gespeicherte Ladung auszulesen, wird zunächst der Steuerimpuls 195 nach Fig. 12D dem Steueranschluß des Schalttransistors 191 zugeführt. Er erdet praktisch die Steuerleitung 16 und die Platte 15 und bewirkt, daß ein Stromimpuls in den Integrationskondensator 17 fließt. Durch Rückführung der Steuerspannung am Schalttransistor 191 auf Null und Zuführung eines Steuerimpulses 196 nach Fig. 12E zum zweiten Schalttransistor 192 wird die Steuerleitung 16 auf den Wert von -15 Volt bzw. den Spannungswert für die Speicherung zurückgeführt. Diese beiden Schaltvorgänge schalten die Spannungsquelle 193 für 15 Volt in Reihe mit der geringen Spannung am Integrationskondensator 17 an die Steuerleitung 16. Wie gezeigt, wird der zweite Schalttransistor durch den Steuerimpuls 196 über denjenigen Zeitpunkt hinaus eingeschaltet gehalten, in dem der Rückstellschalter 25 geschlossen wird, um den Spannungswert an der Steuerleitung 16 und an der Platte 15 auf genau 15 Volt zu setzen. Durch diese Schaltvorgänge wird der Spannungsverlauf nach Fig. 12C bewirkt. Die im Zusammenhang mit den Fig. 9 und 11 beschriebene Art der Abtastung der Ladung kann leicht in dem Gerät nach Fig. 7 ausgeführt werden.

Vorstehend wurde die Erfindung in Verbindung mit einer Anordnung beschrieben, die aus einem Substrat mit n-Leitfähigkeit besteht. Es könnte jedoch ebensogut ein Substrat mit p-Leitfähigkeit verwendet werden. Gegebenenfalls würden die angelegten Spannungen in ihrer Polarität umgekehrt und die Richtung der Ströme wäre ebenfalls umgekehrt.

Vorstehend ist eine Ausführungsform beschrieben, bei der das von der gesamten gespeicherten Ladung erzeugte Signal in den Hauptteil des Halbleiters bei einem festen Potential oder Massepotential injiziert wird. Das Signal kann jedoch auch aus der Injektion eines Bruchteils der Ladung erhalten werden. Weiterhin ist es nicht notwendig, daß die Ladung in den Hauptteil des Halbleiters zur Rekombination in demselben injiziert wird; es kann vielmehr lediglich die Signalladung von der Zelle abgezogen werden, so daß sie nicht beim Neuaufbau des Zellenpotentials wieder gesammelt wird.

Claims (12)

1. Bilderfassungsvorrichtung, aufweisend:

• - ein Substrat (11; 55) aus Halbleitermaterial eines Leitfähigkeitstyps (n) mit einer Hauptoberfläche,
• - eine Vielzahl von ersten leitenden Platten (14; 61), die jeweils isoliert über der Hauptoberfläche liegen und einen ersten Kondensator aus Leiter-Isolator-Halbleiter mit dem Substrat (11; 55) bilden,
• - eine Vielzahl von zweiten leitenden Platten (15; 62), die jeweils benachbart zu einer ersten leitenden Platte (14 bzw. 61) angeordnet sind, zur Bildung einer Vielzahl von Plattenpaaren, wobei die Plattenpaare in einer Matrix aus Zeilen und Spalten angeordnet sind und jede der zweiten leitenden Platten (15; 62) isoliert über der Hauptoberfläche liegt, mit dem Substrat (11; 55) einen zweiten Kondensator aus Leiter-Isolator-Halbleiter bildet und mit einem entsprechenden ersten Kondensator gekoppelt ist,
• - eine Vielzahl von Spaltenleitern (Y₁ bis Y₄), wobei die zweiten leitenden Platten (15; 62) in jeder Spalte mit einem entsprechenden Spaltenleiter verbunden sind,
• - eine Vielzahl von Zeilenleitern (X₁ bis X₄), wobei die ersten leitenden Platten (14; 61) in jeder Zeile mit einem entsprechenden Zeilenleiter verbunden sind,
• - eine erste Spannungsversorgung (86) zur Erzeugung einer ersten Spannung (V _x ) zwischen den Zeilenleitern und dem Substrat (11; 55) zur Verarmung entsprechender erster darunterliegender Teile des Substrats an Majoritätsladungsträgern,
• - eine zweite Spannungsversorgung (24), die in den die Spaltenleiter und das Substrat (11; 55) aufweisenden Stromkreis zur Einstellung einer zweiten Spannung (V _y ) zwischen den Spaltenleitern und dem Substrat und zur Verarmung entsprechender darunterliegender Teile des Substrats an Majoritätsladungsträgern geschaltet ist.
• - Einrichtungen zur Belichtung des Substrats (11; 55) mit Strahlung und zur Speicherung der Ladung in den ersten und zweiten Teilen des Substrats,
• - erste Schalteinrichtungen zum Ab- und Wiederanschalten der ersten Spannung (V _x ) an jeden der Zeilenleiter in Sequenz während einer ersten Zeitperiode,
• - zweite Schalteinrichtungen zum Ab- und Wiederanschalten der zweiten Spannung (V _y ) auf jeden der Spaltenleiter in Sequenz während einer entsprechenden zweiten Zeitperiode, die kürzer ist als die erste Zeitperiode, wobei jede dieser zweiten Zeitperioden in der ersten Zeitperiode enthalten ist,
• - eine Schaltung, die in Sequenz zwischen jeden der Spaltenleiter und das Substrat während einer entsprechenden zweiten Periode geschaltet ist, wodurch die in jedem der zweiten Halbleiter-Kondensatoren gespeicherte Ladung aus den entsprechenden zweiten Kondensatoren in Sequenz ausgetrieben wird und ein entsprechender Strom in der Schaltung fließt, wobei die Schaltung Ausgangssignale erzeugt, die jeweils ein Integral eines entsprechenden Stromflusses darstellen,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Substrat (11; 55) auf einem festen Potential gegenüber der zweiten Spannungsversorgung (24) liegt und
• - die Ausgangssignale von den Spaltenleitern (Y₁ bis Y₄) abgenommen werden.

2. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Integrationskondensator (17) zwischen die zweiten leitenden Platten (15) und die zweite Spannungsversorgung (24) geschaltet ist.

Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Integrationskondensator (17) zwischen das Substrat (11; 55) und die zweite Spannungsversorgung (24) geschaltet ist.

4. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannungsversorgung (24) aufweist: eine Spannungsquelle (193) für einen vorbestimmten Spannungswert, deren einer Pol mit dem Integrationskondensator (17) und über eine erste Schalteinrichtung (191) mit den zweiten Platten (15) und deren anderer Pol über eine zweite Schalteinrichtung (192) mit den zweiten leitenden Platten (15) verbunden ist, und eine Einrichtung zum Einschalten der ersten Schalteinrichtung (191), um die Spannung der zweiten leitenden Platten (15) auf einen anderen Wert abzusenken, und zum anschließenden Ausschalten der ersten Schalteinrichtung (191), sowie zum Einschalten der zweiten Schalteinrichtung (192), um die Spannungsquelle (193) mit den zweiten leitenden Platten (15) zu verbinden und deren Spannung wieder auf den einen vorbestimmten Wert anzuheben.

5. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromtransformator (180) mit seiner Primärwicklung zwischen die zweiten leitenden Platten (15) und die zweite Spannungsversorgung (24) geschaltet ist.

6. Bilderfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltenleiter in einer Vielzahl von fortlaufend numerierten Sätzen angeordnet sind und jeder Satz die gleiche Anzahl von fortlaufend numerierten Spaltenleitern enthält, daß eine Vielzahl von fortlaufend numerierten Anschlüssen mit gleicher Anzahl wie die Anzahl der Sätze vorgesehen sind und jeder Spaltenleiter durch einen entsprechenden Spaltenschalter mit einem entsprechend numerierten Anschluß verbunden ist, daß Einrichtungen zur Betätigung der Spaltenschalter jedes Satzes während der zweiten Zeitperioden und zur Verbindung der Spaltenleiter jedes Satzes nacheinander mit den Anschlüssen vorgesehen sind, daß eine Vielzahl von Stromkreisen vorgesehen ist, die jeweils zwischen einen entsprechenden Anschluß und die zweite Spannungsversorgung geschaltet sind, und daß die zweiten Schalteinrichtungen zum Ab- und Wiederanschalten der zweiten Spannung an den Anschlüssen während der zweiten Zeitperioden und zum gleichzeitigen Austreiben der in den zweiten Halbleiter-Kondensatoren jedes Satzes gespeicherten Ladung aus den entsprechenden zweiten Kondensatoren und zur Erzeugung eines gleichzeitigen Stromflusses in jedem der Stromkreise vorgesehen sind, wobei jeder der Stromkreise Einrichtungen zur zeitlichen Integration der Stromflüsse und zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals von in Sequenz auftretenden Spannungswerten besitzt.

7. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Sätze von Spaltenleitern aus zwei Spaltenleitern besteht.

8. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Sätze von Spaltenleitern aus drei Spaltenleitern besteht.

9. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Halbleiter-Kondensatoren der ungeradzahligen Spalten zur Aufnahme von Strahlung in einem Wellenlängenbereich und die geradzahligen Spalten der ersten und zweiten Halbleiter-Kondensatoren zur Aufnahme von Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich eingerichtet sind.

10. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dem ersten Spaltenleiter jedes Satzes zugeordneten ersten und zweiten Halbleiter-Kondensatoren mit ersten Filtern ausgestattet sind, die die Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich durchlassen, und die ersten und zweiten Halbleiter-Kondensatoren, die dem zweiten Spaltenleiter jedes Satzes zugeordnet sind, mit zweiten Filtern ausgestattet sind, die Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich durchlassen, und die ersten und zweiten Halbleiter-Kondensatoren, die dem dritten Spaltenleiter jedes Satzes zugeordnet sind, mit dritten Filtern ausgestattet sind, die Strahlung in einem dritten Wellenlängenbereich durchlassen.

11. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten und dritten Filter solche Filter sind, die jeweils Wellenlängen des Lichtes entsprechend einer der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau durchlassen.