DE2527577B1 - Charge injection photoelectric sensor matrix - for large number of picture elements has current amplifier and integrator giving output independent of chip size - Google Patents

Charge injection photoelectric sensor matrix - for large number of picture elements has current amplifier and integrator giving output independent of chip size

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DE2527577B1
DE2527577B1 DE19752527577 DE2527577A DE2527577B1 DE 2527577 B1 DE2527577 B1 DE 2527577B1 DE 19752527577 DE19752527577 DE 19752527577 DE 2527577 A DE2527577 A DE 2527577A DE 2527577 B1 DE2527577 B1 DE 2527577B1
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Abstract

The charge injection photoelectric sensor matrix consists of an n-type Si substrate with a transparent SiO2 layer on one side carrying the transparent electrode matrix and a substrate electrode on the other side. The substrate electrode is connected to the low-ohmic input (61) of a current amplifier (6). The output of this amplifier is coupled to the input of a resettable integrator (7) whose own output is connected via an on/off switch (9) to a capacitive store (8). The output signal from this circuit decreases as the area of the matrix increases -- i.e. the output is independent of chip size and therefore allows the matrix to have more than 104 picture elements.

Description

Der eigentliche Sensor wird in herkömmlicher Weise betrieben (siehe vorstehend genannte Veröffentlichung ), d. h., während der Bildaufnahme wird eine Elektrode eines Elektrodenpaares auf eine gegenüber einem festen Bezugspotential, das am Substratanschluß anliegt, negative Spannungen Ul gelegt, während die andere Elektrode auf eine zur Spannung U positive Spannung U2 gelegt wird. Während des Auslesens wird an die eine Elektrode ebenfalls die Spannung U2 angelegt. Dabei ist n-dotiertes Substrat vorausgesetzt. The actual sensor is operated in a conventional manner (see aforementioned publication ), d. i.e., while taking a picture one electrode of a pair of electrodes is set to a fixed reference potential, which is applied to the substrate connection, placed negative voltages Ul, while the other Electrode is placed on a voltage U2 positive to voltage U. During the For reading out, the voltage U2 is also applied to one electrode. It is n-doped substrate required.

Bei p-dotiertem Substrat sind die Verhältnisse umgekehrt. Beispielsweise liegt während einer Bildaufnahme an der Elektrode 3 die Spannung U und an der Elektrode 4 die Spannung U2. Beim Auslesen wird dann an die Elektrode 3 ebenfalls die Spannung U2 angelegt.In the case of a p-doped substrate, the situation is reversed. For example while an image is being recorded, the voltage U is applied to the electrode 3 and to the electrode 4 the voltage U2. When reading out, the voltage is then also applied to electrode 3 U2 created.

Diagramm I zeigt dazu den zeitlichen Verlauf der Spannungen an der Elektrode 3 während eines Auslesevorganges. Diagramm II gibt den zeitlichen Verlauf des Substratstroms J am Substratanschluß 5 an.Diagram I shows the time course of the voltages on the Electrode 3 during a readout process. Diagram II gives the course over time of the substrate current J at the substrate connection 5.

Dabei ist angenommen, daß während des Leseimpulses keine Ladung unter der Elektrode 3 gespeichert war.It is assumed that no charge is under during the read pulse the electrode 3 was stored.

Diagramm III gibt den zeitlichen Verlauf des Substratstromes J am Substratanschluß 5 an. Dabei sei angenommen, daß Ladungen unter der Elektrode vorhanden waren. Diese Ladungen zeigen sich im Substratstrom durch den Signalanteil A im Diagramm III. Die in den Diagrammen II und III gezeigten Stromimpulse werden vom Stromverstärker 6 verstärkt.Diagram III shows the course of the substrate current J am over time Substrate connection 5 on. It is assumed that charges are below the electrode available was. These charges are shown in the substrate current by the signal component A in the diagram III. The current pulses shown in Diagrams II and III are generated by the current amplifier 6 reinforced.

Der Integrator 7 integriert über die Stromimpulse. Die Diagramme IV und V geben den zeitlichen Verlauf der Ladung Q im Integrationskondensator an. Diagramm V gilt für den Fall, daß Ladungen unter der Elektrode 3 gespeichert waren. Diagramm IV gilt für den Fall, daß keine Ladungen unter der Elektrode 3 gespeichert waren. Waren keine Ladungen unter der Elektrode 3 gespeichert, ist der Kondensator nach Beendigung des Leseimpulses ungeladen. Waren Ladungen unter der Elektrode 3 gespeichert, so ist der Kondensator nach Beendigung des Leseimpulses geladen. Diese Ladung ist ein Maß für die unter der Elektrode gespeicherten Ladungen. Diese Ladung wird nach Beendigung des Leseimpulses durch kurzzeitiges Schließen des Schalters 9 in den Momentanwertspeicher übernommen. Der Integrationskondensator wird anschließend, beispielsweise zum Zeitpunkt tl, entladen.The integrator 7 integrates via the current pulses. The diagrams IV and V indicate the time course of the charge Q in the integration capacitor. diagram V applies in the event that charges were stored under the electrode 3. diagram IV applies in the event that no charges were stored under the electrode 3. If no charges were stored under the electrode 3, the capacitor is down Termination of the reading pulse uncharged. If charges were stored under electrode 3, so the capacitor is charged after the end of the read pulse. This charge is a measure of the charges stored under the electrode. This charge is after Termination of the read pulse by briefly closing the switch 9 in the Instantaneous value memory accepted. The integration capacitor is then for example at time tl, discharged.

Claims (3)

Patentansprüche: 1. Optoelektronischer Sensor, bei dem auf einer Oberfläche eines Substrates aus dotiertem Halbleitermaterial, das mindestens einen Substratanschluß aufweist, mindestens eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht ist, auf der wenigstens ein Elektrodenpaar aus zwei voneinander getrennten Elektroden angebracht ist, bei der die Oberflachenbereiche des Substrates unter den beiden Elektroden elektrisch leitend im Substrat miteinander verbunden sind und bei der wenigstens nahe einer der beiden Elektroden ein Bereich vorhanden ist, in dem einfallendes Licht in das Substrat eindringen kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Substratanschluß auf einen Eingang (61) eines Stromverstärkers (6) mit niederohmigem Eingangswiderstand geschaltet ist. Claims: 1. Photoelectric sensor in which on a Surface of a substrate made of doped semiconductor material, the at least one Has substrate connection, applied at least one electrically insulating layer is on which at least one pair of electrodes made up of two electrodes separated from one another is attached, in which the surface areas of the substrate under the two Electrodes are connected to one another in an electrically conductive manner in the substrate and in the at least near one of the two electrodes there is a region in which incident Light can penetrate into the substrate, characterized in that the substrate connection to an input (61) of a current amplifier (6) with a low input resistance is switched. 2. Optoelektronischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (62) des Stromverstärkers auf einen Eingang (71) eines rücksetzbaren Integrators (7) geschaltet ist. 2. Optoelectronic sensor according to claim 1, characterized in that that the output (62) of the current amplifier to an input (71) of a resettable Integrator (7) is connected. 3. Optoelektronischer Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (72) des Integrators über einen Ein-Ausschalter (9) auf einen Eingang (81) eines Momentanwertspeichers (8) geschaltet ist. 3. Optoelectronic sensor according to claim 2, characterized in that that the output (72) of the integrator has an on-off switch (9) to an input (81) of an instantaneous value memory (8) is switched. Die vorliegende Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor, bei dem auf einer Oberfläche eines Substrats aus dotiertem Halbleitermaterial, das mindestens einen Substratanschluß aufweist, mindestens eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht ist, auf der wenigstens ein Elektrodenpaar aus zwei voneinander getrennten Elektroden angebracht ist, bei der die Oberflächenbereiche des Substrats unter den beiden Elektroden elektrisch leitend im Substrat miteinander verbunden sind und bei der wenigstens nahe einer der beiden Elektroden ein Bereich vorhanden ist, in dem einfallendes Licht in das Substrats eindringen kann. The present invention relates to an optoelectronic sensor, in the case of the on a surface of a substrate made of doped semiconductor material, the has at least one substrate connection, at least one electrically insulating Layer is applied, on which at least one pair of electrodes of two from each other separate electrodes is attached, in which the surface areas of the substrate electrically conductively connected to one another in the substrate under the two electrodes are and in which at least one of the two electrodes has a region in which incident light can penetrate the substrate. Optoelektronische Sensoren der eingangs genannten Art sind unter der Bezeichnung »Charge Injection-Devices« (CID) bekannt. Ein solcher Sensor wird beispielsweise in der Veröffentlichung »Charge Injectionlmaging«vonG.J.MichonundH.K.Burkein 1973 IEEE International Solid State Circuits Conference auf 5. 138 bis 139 beschrieben. Beim Auslesen des Sensors tritt die Information in Form von Stromimpulsen auf, denen das an die Elektroden angelegte Taktsignal überlagert ist. Diese Überlagerungen werden, wie in der genannten Veröffentlichung angegeben, durch integrierende Ausleseverfahren unterdrückt. Als Integrationskapazität wird dabei im allgemeinen die Kapazität des Substrates gegen Masse verwendet. Photoelectric sensors of the type mentioned are under known as “Charge Injection Devices” (CID). Such a sensor will for example in the publication "Charge Injection Imaging" by G.J. Michon and H.K.Burkein 1973 IEEE International Solid State Circuits Conference on 5. 138-139. When the sensor is read out, the information appears in the form of current pulses, which the clock signal applied to the electrodes is superimposed. These overlays are, as stated in the publication mentioned, by integrating selection processes suppressed. The integration capacity is generally the capacity of the Substrates used against ground. Ein Entwicklungsziel ist es, möglichst großflächige Sensoren mit vielen kleinen Sensorelementen herzustellen und betreiben zu können. Integrierende Ausleseverfahren, bei denen die Substratkapazität als Integrationskapazität verwendet wird, stehen jedoch diesem Entwicklungsziel entgegen. Die Substratkapazität nimmt nämlich mit wachsender Sensorfläche zu. Für ein großes Ausgangssignal ist jedoch eine kleine Integrationskapazität notwendig. One development goal is to use sensors that are as large as possible to be able to manufacture and operate many small sensor elements. Integrating Readout processes in which the substrate capacitance is used as the integration capacitance will, however, run counter to this development goal. The substrate capacity decreases namely with increasing sensor area. However, for a large output signal a small integration capacity is necessary. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen optoelektronischen Sensor der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem das Ausgangssignal bei zunehmender Sensorfläche abnimmt. The object of the present invention is to provide a optoelectronic Specify sensor of the type mentioned, in which the output signal with increasing Sensor area decreases. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Substratanschluß auf einen Eingang eines Stromverstärkers mit niederohmigem Eingangswiderstand geschaltet ist. Das Ausgangssignal wird am Ausgang des Stromverstärkers entnommen. The object is achieved in that the substrate connection to a Input of a current amplifier is switched with a low input resistance. The output signal is taken from the output of the current amplifier. Vorzugsweise ist der Ausgang des Stromverstärkers auf einen Eingang eines rücksetzbaren Integrators geschaltet. Das Ausgangssignal wird dann am Ausgang des Integrators entnommen. Vorzugsweise ist jedoch der Ausgang des Integrators über einen Ein-Ausschalter auf einen Eingang eines Momentanwertspeichers geschaltet. Im Momentanwertspeicher kann das Ausgangssignal bis zum Erscheinen des nächsten gespeichert werden. The output of the current amplifier is preferably at an input of a resettable integrator switched. The output signal is then at the output taken from the integrator. Preferably, however, the output of the integrator is about an on-off switch is connected to an input of a momentary value memory. The output signal can be stored in the instantaneous value memory until the next get saved. Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß das Ausgangssignal unabhängig von der Chipgröße ist und daß keine Takteinkopplungen auftreten. Es kann somit ein Sensor mit mehr als 104 Bildpunkten hergestellt und betrieben werden. The advantages of the invention are that the output signal is independent on the chip size and that no clock couplings occur. It can thus be a Sensor with more than 104 pixels can be manufactured and operated. Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. The invention is explained in more detail with reference to the figures. F i g. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Sensors. F i g. 1 shows the basic structure of a sensor according to the invention. F i g. 2 zeigt Impulsdiagramme über die Zeit t. F i g. 2 shows pulse diagrams over time t. In der F i g. 1 besteht der eigentliche Sensor aus einem Substrat 1 mit Substratanschluß 5, beispielsweise aus n-dotiertem Silizium, auf dessen einer Oberfläche eine lichtdurchlässige elektrisch isolierende Schicht 2, beispielsweise Siliziumdioxid, aufgebracht ist. Diese elektrisch isolierende Schicht 2 trägt matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordnete Elektrodenpaare mit Elektroden aus elektrisch leitendem Material. Vorzugsweise sind die Elektroden aus lichtdurchlässigem Material. In der F i g. list der Einfachheit halber nur ein solches Elektrodenpaar mit den Elektroden 3 und 4 gezeichnet, das auf der lichtdurchlässigen elektrisch isolierenden Schicht 2 aufgebracht ist. Der Substratanschluß 5 des Substrates 1 ist auf einen Eingang 61 eines Stromverstärkers 6 geschaltet. Am Ausgang 62 des Stromverstärkers kann das Ausgangssignal entnommen werden. Zur Unterdrückung der Takteinkopplungen ist es jedoch zweckmäßig, wenn der Ausgang 62 auf einen Eingang 71 eines Integrators 7 geschaltet wird. Am Ausgang 72 des Integrators kann dann ein von den Takteinkopplungen befreites Nutzsignal entnommen werden. Dieses Nutzsignal wird dann zweckmäßig auf einen Momentanwertspeicher 8 gegeben. Dort kann es bis zu einem nächsten Lesevorgang gespeichert werden. In FIG. 1 the actual sensor consists of a substrate 1 with substrate connection 5, for example made of n-doped silicon, on one of which Surface a transparent electrically insulating layer 2, for example Silicon dioxide, is applied. This electrically insulating layer 2 is in the form of a matrix Electrode pairs arranged in rows and columns with electrodes made of electrical conductive material. The electrodes are preferably made of light-permeable material. In FIG. list, for the sake of simplicity, only one such pair of electrodes with the Electrodes 3 and 4 drawn on the translucent electrically insulating Layer 2 is applied. The substrate terminal 5 of the substrate 1 is on a Input 61 of a current amplifier 6 switched. At the output 62 of the current amplifier the output signal can be taken. To suppress the clock coupling however, it is useful if the output 62 is connected to an input 71 of an integrator 7 is switched. One of the clock injections can then be output at the output 72 of the integrator freed useful signal can be removed. This useful signal is then expediently on an instantaneous value memory 8 is given. There it can be up to the next reading process get saved. Die Eingabe des Signals in den Momentanwertspeicher wird über einen Ein-Ausschalter 9 gesteuert, der zwischen dem Ausgang 72 des Integrators und einem Eingang 81 des Momentanwertspeichers geschaltet ist.The input of the signal into the instantaneous value memory is carried out via a On-off switch 9 controlled between the output 72 of the integrator and a Input 81 of the instantaneous value memory is switched. Die Ausgabe des Signals erfolgt über den Ausgang 82 des Momentanwertspeichers. Der Integrator und/oder der Momentanwertspeicher können, wie in der Fig. 1 gezeichnet, als Kondensatoren 73 bzw. 83 realisiert werden. Das Rücksetzen des Integrators kann über einen Entladekreis, der einen Ein-Ausschalter 74 enthält, erfolgen. Die beiden Ein- und Ausschalter 74 und 9 sind vorteilhafterweise elektronische Schalter. Vorteilhaft ist es jedoch auch, wenn Stromverstärker, Integrator und Momentanwertspeicher mit Operationsverstärkern aufgebaut sind.The signal is output via output 82 of the instantaneous value memory. The integrator and / or the instantaneous value memory can, as shown in FIG. 1, can be implemented as capacitors 73 and 83, respectively. Resetting the integrator can via a discharge circuit which contains an on / off switch 74. The two On and off switches 74 and 9 are advantageously electronic switches. Advantageous However, it is also when the current amplifier, integrator and instantaneous value memory are included Operational amplifiers are constructed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2341165A1 (en) * 1976-02-12 1977-09-09 Recognition Equipment Inc METHOD AND DEVICE FOR DYNAMIC CORRECTION OF FIXED PROFILE PARASITE
DE3003992A1 (en) * 1979-02-07 1980-09-04 Hitachi Electronics SOLID BODY IMAGING DEVICE
FR2551285A1 (en) * 1983-08-22 1985-03-01 Rca Corp SHOOTING APPARATUS COMPRISING CHARGE COUPLING COMPONENT IMAGE ANALYZER

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