DE2606292B2 - Optische halbleiter-bildabtastvorrichtung - Google Patents
Optische halbleiter-bildabtastvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine optische Halbleiter-Bildabtastvorrichtung
mit einer Anzahl von MOS-Feldeffekttransistoren, mit einer Anzahl fotoempfindlicher
Flemente die jeweils mit den Stromleiterelektroden tines zugeordneten MOS-Feldeffekttransistors .„ Reihe
zwischen eine Ausgangsleitung und einen ersten Anschluß einer Stromversorgung geschadet sind, mit
tin« Anzahl weiterer MOS-Halbleiterelemente, die
ieweils mit einer Steuerelektrode an die Steuerelektrode
etes zugeordneten MOS-Feldeffekttransistors und
einer zweiten Elektrode an eine zweite Ausgangsle.tung
angeschlossen sind, mit einer ersten LasU die die erste
Ausgangsleitung mit dem zwe.ten Anschluß der Stromversorgung verbindet, mit einer zweiten Last die
die zweite Ausgangsleitung mit dem zwe.ten Anschluß der Stromversorgung verbindet, und mit einem
Differenzverstärker, mit dessen Eingangen die beiden
Auseanesleitungen verbunden sind.
Eine solche Bildabtastvorrichtung ist bekannt (IEEE International Solid-Sliate Circuits Conference, 1973,
Seiten 128 129). Bei der bekannten Bildabtastvornchtune
sind die Steuerelektroden der MOS-Feldeffekttransistoren (nachstehend mit MOST bezeichnet) an
einen Abtastimpulsgenerator angeschlossen, der an diese Steuerelektroden der Reihe nach Abtastimpulse
anlegt Die zusätzlichen MOS-Halbleiterelemente sind b-i der bekannten Bildabtastvorrichtung ebenfalls
MOST deren eine Stiromleitelektrode mit der zweiten Ausgangsleitung und deren andere Stromleitelektrode
jeweils an eimern Verbindungspunkt zwischen einem fotoempfindlichen Element und einem der ersten MOST
angeschlossen sind. Die Anzahl dieser ersten MOST ist um 1 kleiner als die Anzahl der fotoempfindlichen
Elemente und die der zusätzlichen MOST. Ein lichtempfindliches Element liegt nur in Reihe mit den
Stromleitelektroden eines der zusätzlichen MOST, ohne mit einem der ersten MOST verbunden zu sein.
Außerdem ist die Steuerelektrode eine·, anderen zusätzlichen MOST nicht mit einer Steuerelektrode
eines zugeordneten ersten MOST, sondern direkt mit einem gesonderten Ausgang des Abtastimpulsgenerators
verbunden.
Die, bekannte Bildabtastvorrichtung wurde dazu entwickelt, Probleme zu beseitigen, die bei früheren
eindimensionalen oder zweidimensionalen optischen Serienauslese-Bildabtastvorrichtungen mit integrierter
MOS-Schaltung durch ungewollte Störspitzen auftraten. Diese Störspitzen ergaben sich infolge der
Einstreuung eines Signalauslese-Abtastimpulses auf eine Video-Ausgangsleitung über die Gate-Drain-Kapazität
eines schaltenden MOST beim Anlegen des Abtastimpulses an die Gate-Elektrode dieses MOST.
Insbesondere bei geringer optischer Eingabe an die optische Bildabtastvorrichtung war das Signal in die
Störung eingelagert, so daß die Störung auf irgendeine Weise unterdrückt werden mußte.
Die bekannte Bildabtastvorrichtung ermöglicht es, die genannten Störungen zu beseitigen. Dabei bringt die
bekannte Vorrichtung jedoch neue Probleme mit sich, die im einzelnen später anhand einer Schaltung erläutert
werden und insbesondere zu einem relativ hohen Schaltungsaufwand führ?n, der unter anderem keine
optimale Packungsdichte einer Schaltung in integrierter Form erlaubt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Halbleiter-Bildabtastvorrichrung
mit einem großen Störabstand gemäß der eingangs genannten Gattung so auszugestalten, daß ein einfacherer Schaltungsaufbau
verbunden mit einer höheren Packungsdichte erreicht wird.
Diese Aufgabe w'rd erfindungsgemäß mit den
Merkmalendes Kennzeichenteils des Patentanspruchs 1
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die erfindungsgemäße Bildabtastvorrichtung geht davon aus, daß die Spitzenstörung in einer Gate-Drain-Kapazität des MOST erzeugt wird. Bei der ei findungsgemäßen
Bildabtastvorrichtung können die die Störung aufnehmenden MOS-Kondensatoren so ausgebildet
werden, daß sie dieselbe Kapazität wie die Gate-Drain- Kapazität der schaltenden MOST haben. Dies führt zum >o
Ergebnis, daß die MOS-Kondensatoren irgendwo auf dem Substrat angeordnet werden können. Es besteht
daher im Gegensatz zu der später noch näher erläuterten bekannten Vorrichtung keine Einschränkung
hinsichtlich der Lage der Elemente, so daß der von ihnen eingenommene Oberflächenhereich reduziert
werden kann. Infolge der erfindungsgemäßen Verwendung von MOS-Kondensatoren entfällt auch die bei der
bekannten Vorrichtung erforderliche Verbindung zwischen der einen Stromleitelektrode (Source-Elektrode)
der zusätzlichen MOST und der Anode der als fotoempfindliche Elemente dienenden Fotodioden.
Dadurch wird die Anzahl erforderlicher Verbindungen reduziert. Pro Bildelement sind bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung nur noch zwei Verbindungen anstelle von drei Verbindungen bei der bekannten Vorrichtung
erforderlich, wodurch eine hohe Packungsdichte ermöglicht wird. Schließlich erfordert die erfindungsgemäße
Bildabtastvorrichtung nur ein fotoempfindliches Element, etwa in Form einer Fotodiode, pro Stufe.
Gegenüber der bekannten Vorrichtung werden damit die Löschdiode einer ersten Stufe, ein zusätzlicher
Lösch-MOST einer letzten Stufe und die Löschimpulserzeugung Tür diesen zusätzlichen Lösch-MOST eingespart.
Infolge der hohen Packungsdichte kann eine eindimensionale oder zweidimensional optische Bildabtastvorrichtung
mit hohem Auflösungsvermögen, großer Bit-Anzahl und hoher Dichte geschaffen werden.
Die bekannte Bildabtastvorrichtung und ein Ausführungsbeispiel der Erfindung werden nachfolgend anhand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild der bekannten optischen Halbleiter-Bildabtastvorrichtung,
Fig. 2 ei« Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen optischen Halbleiter-Bildabtastvorrichtung und
Fig.3 eine Teil-Schnittansicht des Aufbaus der in
F i g. 2 gezeigten Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt einen kennzeichnenden Schaltungsaufbau der bekannten optischen Bildabtastvorrichtung
unter Verwendung eines Differenzverstärkers zeigt. Die Bildabtastvorrichtung enthält Fotodioden PDi ... PDn,
eine Lösch- oder Entstör-Fotodiode CD, die optisch abgeschirmt und normalerweise in einem Dunkelzustand
ist, Signalauslese-Schalt-MOST SM ... SMn und
Störauslese- oder Lösch-Schalt-MOST NM0 ... NMn.
Eine Signalleitung 1 und eine Störungsleitung 2 sind an die Drain-Elektroden der Signalauslese-Schalt-MOST
SMi... SMn bzw. die Drain-Elektroden der Störauslese-Schalt-MOST
NM0 ... NMn angeschlossen. Die Signal- *o
leitung 1 und die Störungsleitung 2 sind auch an die Eingangsanschlüsse eines Differenzverstärkers 3 mit
einem Ausgangsanschluß 4 und ferner über Lastwiderstände RU bzw. RL2 an eine Stromversorgung S
angeschlossen. Wenn ein erster Abtastimpuls SPi von einem Abtastimpulsgenerator 5 gleichzeitig an die
Gate-Elektroden des Störauslese-Schalt-MOST NM0
und des Signalauslese-Schalt-MOST SM^ angelep·. v.; d,
leiten die MOST NM0 und SMi. An der Signalleitung 1
erscheint die Summe aus einem in der Fotodiode PDi
gespeicherten optischen Signal und aus einer Spitzenstörung, die auf eine Gate-Drain-Kapazität des MOST
SMi zurückzuführen ist. Da sich die Entstörfotodiode
CD in dem Dunkelzustand befindet, erscheint an der Störungsleitung 2 nur auf eine Gate-Drain-Kapazität
des Störauslese-Schalt-MOST NM0 zurückzuführende
Spitzenstörung auf. Der Störauslese-Schalt-MOST NM0
und der Signalauslese-Schalt-MOST SMi sind ganz
identisch aufgebaut, so daß die auf der Signalleitung 1 und der Störungsleitung 2 auftretende Spitzenstörung
im wesentlichen gleich sind. Dementsprechend wird nur die optische Signalkomponente erzeugt, wenn die auf
der Signalleitung I und der Störungsleitung 2 erscheinenden Ausgangssignale mittels des Differenzverstärkers
3 verstärkt werden. Wenn dann ein zweiter Abtastimpuls SP2 zugleich an die Gate-Elektroden des
Störauslese-Schalt-MOST Λ/Μι und den Signalauslese-Schalt-MOST
SM2 angelegt wird, leiten der Störauslese-Schalt-MOST
Λ/Μ, und der Signalauslese-Schalt-MOST SM2. An der Signalleitung I erscheint die Summe aus
einem in der Fotodiode PD2 gespeicherten, optischen
Signal und aus einer Spitzenstörung, die auf eine Gate-Drain-Kapazität des Signalauslese-Schalt-MOST
SM2 zurückzuführen ist. Da in diesem Fall das in der
Fotodiode PDi gespeicherte Signal gerade ausgelesen
worden ist, erscheint auf der Störungsleitung 2 nur die auf eine Gaie-Drain-Kapazität des Störauslese-Schalt-MOST
/VMi zurückzuführende Spitzenstörung. Wenn die Ausgangssignale auf der Signaüeitung 1 und der
Störungsleitung 2 in Differenzform verstärkt werden, wird nur eine optische Signalkomponente erzeugt. Auf
die gleiche Weise werden zum Auslesen der in den Fotodioden PD3 ... PDn gespeicherten optischen
Signale die auf der Signalleitung 1 und der Störungsleitung 2 erscheinenden Ausgangssignale aufeinanderfolgend
in Differenzform verstärkt. Bei der optischen Bildabtastvorrichtung dieser Art ist es notwendig, den
Störauslese-Schalt-MOST NMn in der Endstufe an die
Fotodiode PDn anzuschließen und einen Lösch- bzw.
Schlußimpuls CP an die Gate-Elektrode des Störauslese-Schalt-MOST
NMn anzulegen, um die Fotodiode PDn
in der Endstufe in dem gleichen Zustand wie die anderen Fotodioden zu halten. Bei der bekannten optischen
Bildabtastvorrichtung dieser Anordnung ergeben sich Schwierigkeiten dadurch, daß die Source-Elektroden
der Störauslese-Schalt-MOST NM0 ... NMn jeweils an
die Anoden der Fotodioden CD. PDi ... PDn
angeschlossen werden müssen und daher Einschränkungen hinsichtlich der räumlichen Anordnung der
Störungsauslese-Schalt-MOST NM0... NMn bestehen,
daß ferner der Abschlußimputa CP notwendig ist oder die Fotodiode CD und der Endstufen-Störauslese-Schalt-MOST
NMn erforderlich sind, die auf einer Substratfläche unnötigen Raum einnehmen, daß trotz
des optischen Abschirmens der Entstörfotodiode CD in
der Anfangsstufe in dieser ein nicht optisches, auf thermische Erregung oder dergleichen zurückzuführendes
Signal gespeichert wird, wobei der Differenzverstärker 3 bei der Verstärkung dieses nicht optischen
Signals in Differenzform ein unerwünschtes Signal desselben als Störung erzeugt, und daß, obgleich durch
den Löschimpuls CPzum Löschen der Endstufen-Fotodiode PDn auf der Störungsleitung 2 eine auf die
Gate-Drain-Kapazität des Endstufen-Störungsauslese-Schalt-MOSiT
NMn zurückzuführende Spitzenstörung erscheint, zu diesem Zeitpunkt keine derartige Spitzen-
störung auf der Signalleitung 1 auftritt, so daß daher bei dem Verstärken der Ausgangssignale auf der Signalleitung
und der Störungsleitung in Differenzform nur die Spitzenstörung an dem AusgangsanschluO 4 des
Differenzverstärkers 3 auftritt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Nach Fig. 2 sind fotoempfindliche Elemente PDi ...
PD„jeweils an Source-Elektroden von Schalt-MOST M\
...Mn angeschlossen, während eine erste Ausgangsleitung
1 mit den Drain-Elektroden der Schalt-MOST M, ...Mn verbunden ist. Gate-Elektroden von MOS-Kondensatoren
Q ... Cn sind mit den Gate-Elektroden jeweiliger Schalt-MOST Mi... Mn, verbunden, während
Drain-Elektroden der MOS-Kondensatoren Ci... Cn, an
eine zweite Ausgangsleitung 2 angeschlossen sind. Die erste Ausgangsleitung 1 und die zweite Ausgangsleitung
2 sind außerdem an Eingangsanschlüsse eines Differenzverstärkers 3 angeschlossen und ferner über Lastwiderstände
RL\ bzw. RLi mit einer Stromversorgung B
verbunden. Die fotoempfindlichen Elemente PDi ...
PDn können durch Fotodioden oder Fototransistoren
gebildet sein.
Wenn von einem Abtastimpulsgencrator 5 aufeinanderfolgend Abtastimpulse 5Pi... 5Pn an die Gate-Elektroden
der Schalt-MOST Mi ... Mn angelegt werden,
werden die Schalt-MOST Mi... Mn aufeinanderfolgend
leitend, so daß während einer Speicherperiode in den fotoempfindlichen Elementen PDi... PDn gespeicherte,
den optischen Signalen entsprechende Ladungen von einer an einen Lastwiderstand RL\ angeschlossenen
Stromversorgung B zugeführt werden. Zu diesem Zeitpunkt tritt an der an den Lastwiderstand RL\
angeschlossenen 1. Ausgangsleitung 1 über die MOST Mi... Mn die Summe aus dem optischen Signal und einer
Spitzenstörung auf, während an der an den anderen Anschluß des Lastwiderstands RLa angeschlossenen
zweiten Ausgangsleitung 2, über die MOS-Kondensatoren Ci... Cn nur die Spitzenstörung erscheint. Wenn die
MOS-Kondensatoren Ci ... Cn in der gleichen Gestaltung
wie der Gate-Drain-Aufbau der Schalt-MOST M, ... Mn aufgebaut sind, sind die Spitzenstörkomponente
auf der ersten Ausgangsleitung und die Spitzenstörkomponente auf der zweiten Ausgangsleitung identisch.
Wenn das Ausgangssignal auf der ersten Ausgangsleitung 1 und das Ausgangssignal auf der zweiten
Ausgangsleitung 2 mittels eines Differenzverstärkers 3 verstärkt werden, erscheint daher an einem Ausgangsanschluß 4 des Differenzverstärkers 3 eine Signalkomponente,
die von der Störkomponente befreit ist.
Nach F i g. 3 ist zwischen einem η-leitenden monokristallinen
Halbleitersubstrat 6 und einer p + -Diffusionsschicht 7 eine Fotodiode ausgebildet, während mit der
P +-Diffusionsschicht 7 als Source-Zone, einer p + -Diffusionsschicht
8 als Drain-Zone und einer Elektrode 9 als Gate-Elektrode ein schaltender MOST gebildet ist.
Zwischen einer p+-Diffusionsschicht 11 und einer Gate-Elektrode 12 ist ein MOS-Kondensator gebildet.
Die Gate-Elektrode 9 des schaltenden MOST und die Gate Elektrode 12 des MOS-Kondensators sind miteinander
verbunden. Eine Drain-Elektrode 15 des schaltenden MOST und eine Drain-Elektrode 16 des MOST-Kondensators
sind mittels einer loslierschicht 14 isoliert und an die erste Ausgangsleitung 1 bzw. die zweite
Ausgangsleitung 2 angeschlossen. Ein gleichartiger Aufbau kann verwendet werden, wenn an Stelle des
η-leitenden monokristallinen Halbleitersubstrats ein p-leitendes monokristallines bzw. Einkristall-Halbleitersubstrat
verwendet wird.
Wie die Fig.3 zeigt, kann bei der optischen Bildabtastvorrichtung nach vorgenanntem Aufbau des
Signal-Stör-Verhältnis dadurch beträchtlich erhöht werden, daß die MOS-Kondensatoren in derselben
Gestaltung wie die Gate-Source-Gebilde der schaltenden MOST aufgebaut sind, wobei die MOS-Kondensatoren
beliebig irgendwo auf dem Einkristallsubstrat angeordnet werden können. Auf diese Weise besteht
hinsichtlich der Anordnungsposition keine Einschränkung und der eingenommene Flächenbereich ist dabei
klein, was eine hohe Packungsdichte zuläßt. Die Erfindung kann insbesondere bei einer zweidimensional
ten optischen Bildabtastvorrichtung mit hoher Pakkungsdichte sehr wirksam angewendet werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Optische Halbleiter-Bildabtastvorrichturg mit einer Anzahl von MOS-Feldeffekttransistoren, mit
einer Anzahl fotoempfindlicher Elemente, die jeweils mit den Stromleiterelektroden eines zugeordneten
MOS-Feldeffekttransistors in Reihe zwischen eine Ausgangsleitung und einen ersten
Anschluß einer Stromversorgung geschaltet sind, mit einer Anzahl weiterer MOS-Halbleiterelemente,
die jeweils mit einer Steuerelektrode an die Steuerelektrode eines ?ugeordneten MOS-Feldeffekttransistors
und einer zweiten Elektrode an eine zweite Ausgangsleitung angeschlossen sind, mit '5
einer ersten Last, die die erste Ausgangsleitung mit dem zweiten Anschluß der Stromversorgung verbindet,
mit einer zweiten Last, die die zweite Ausgangsleitung mit dem zweiten Anschluß der
Stromversorgung verbindet, und mit einem Diffe- *>
renzverstärker, mit dessen Eingängen die beiden Ausgangsleitungen verbunden sind, dadurch
gekennzeichnet, daß die weiteren MOS-Halbleiterelemente MOS-Kondensatoren (Ct, C2,
Cn) sind und daß jeweils gleich viele MOS-Feldeffekttransistoren
(Mi, Mi, Mn), MOS-Kondensatoren
und fotoempfindliche Elemente (PD1, PD2, PDn)
vorhanden sind.
2. Bildabtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die MOS-Kondensatoren (C) in
der gleichen Gestaltung aufgebaut sind, wie die ersten Stromleitelektroden (15) und die Steuerelektroden
(9)der MOS-Feldeffekttransistoren (MJt
3. Bildabtastvorrichtnng nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Steuerelektroden
(9) ein Abtastimpulsgeneraior (5) angeschlossen ist.
4. Bildabtastvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
foto empfindlichen Elemente (PD) Fotodioden sind. 4"
5. Bildabtastvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
ersten Stromleitelektroden Drain-Elektroden (15) und die zweiten Stromleitelektroden Source-Elektroderi
(7) sind.
6. Bildabtastvorrichtung nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die MOS-Feldeffekttransistoren (M), die fotoempfindlichen
Elemente (PD) und die MOS-Kondensatoren (C) auf ein und demselben Halbleitersubstrat (6)
ausgebildet sind.
7. Bildtibtastvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekenn2:eichnet, daß die fotoempfindlichen Elemente (PD) in Source-Zonen (7) der MOD-FeIdeffekttransistorein
(M)ausgebildet sind.
8. Bildabtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein
MOS-Feldeffektlransistor (Mi, Mi, Mn) ein fotoempfindliches
Element (PDt, PD2, PDn) und ein
MOS-Kondensator (Ct, C2, Cn) ein Bildelement &°
bilden.
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- 1976-02-12 US US05/657,697 patent/US4045817A/en not_active Expired - Lifetime
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- 1976-02-19 CA CA246,131A patent/CA1080345A/en not_active Expired
- 1976-02-19 FR FR7604601A patent/FR2301983A1/fr active Granted
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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Also Published As
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DE2606292C3 (de) | 1978-05-11 |
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FR2301983B1 (de) | 1980-03-14 |
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CA1080345A (en) | 1980-06-24 |
GB1492708A (en) | 1977-11-23 |
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