DE2609731A1 - Festkoerper-bilderfassungsvorrichtung - Google Patents

Festkoerper-bilderfassungsvorrichtung

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DE2609731A1 DE19762609731 DE2609731A DE2609731A1 DE 2609731 A1 DE2609731 A1 DE 2609731A1 DE 19762609731 DE19762609731 DE 19762609731 DE 2609731 A DE2609731 A DE 2609731A DE 2609731 A1 DE2609731 A1 DE 2609731A1
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Description

Festkörper—Bilderfassungsvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine zweidimensionale Festkörper -Bilderfassungsvorrichtung mit einer in Zeilen und Spalten angeordneten Anzahl von Lichterfassungsvorrichtungen und einer elektrischen Abtastschaltung zum Abtasten der Lichterfassungsvorrichtungen durch Abfragen.
Eine zweidimensionale Halbleiter-Bilderfassungsvorrichtung, bei der Fotodioden oder Fototransistoren als lichterfassende Vorrichtungen in einer Matrix angeordnet sind und die Matrix mittels einer elektrischen Abtastschaltung ausgelesen wird, ist im Grunde so aufgebaut, daß fotoelektrische Signale der Lichterfassungsvorrichtungen dadurch aufgenommen werden, daß mittels der elektrischen Abtastschaltung logische ÜND-Funktionen von
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Schaltern an Kreuzungspunkten von Zeilen und Spalten der Matrix angewendet werden.
Der Stand der Technik und ein Ausführungsbeispiel der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist ein Schaltbild einer herkömmlichen optischen Halbleiter-Bilderfassungsvorrichtung.
Fig. 2 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen optischen Halbleiter-Bilderfassungsvorrichtung.
Eine herkömmliche Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Die darin gezeigte Schaltung enthält eine Mehrzahl in M Zeilen und N Spalten angeordneter Bildelemente, die jeweils aus einer Fotodiode 1 und einem an diesen angeschlossenen MOSFET (Metalloxyd-Halbleiter-Feldeffekttr-ansistor, nachstehend mit MOST abgekürzt) 2 bestehen. Die Matrix wird im Abfrageverfahren mittels eines Horizontal-Impulsgenerators 4, Horizontal-Schalt-MOST1 en 3 und eines Vertikal-Abtastimpulsgenerators 5 betrieben. Die Wirkungsweise des Bildelements ist nachstehend anhand des besonderen Bildelements an dem Kreuzungspunkt der ersten Zeile mit der ersten Spalte erläutert. In Fig. 1 erscheint an einem Ausgangsanschluß 7 ein Ausgangssignal, d.h., ein Video-Signal ist ein Ladestrom, der dann fließt, wenn ein Übergangsbereich der Fotodiode 1 auf einen Spannungspegel geändert wird, der im
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wesentlichen gleich demjenigen einer Stromversorgung 6 über einen Widerstand entspricht, und der über den Horizontal-Schalt-MOST 3 und den Vertikal-Schalt-MOST 2 fließt, wenn der Vertikal-Schalt-MOST 2 mittels des Vertikal-Abtastimpulsgenerators 5 über eine erste Zeilensammelleitung 51 und der Horizontal-Schalt-MOST 3 der ersten Spalte mittels des Horizontal-Abtastimpulsgenerators 4 leitend gemacht sind. Andererseits dient der genannte Ladestrom zur Ergänzung einer elektrischen Energie, die die Fotodiode 1 proportional mit der während einer Abtastperiode eingefallenen Lichtmenge entladen hat, so daß er daher der auf die Fotodiode 1 eingefallenen Lichtmenge entspricht. Da die
Spalten 41, 42, 4 N und die Zeilen 51, 52, ....5m der
Vorrichtung aufeinanderfolgend selektiv abgetastet werden, werden an den Kreuzpunkten durch logische UND-Funktionen der Vertikal-Schalt-MOST 'en 2 und der Horizontal-Schalt-MOST1 en 3 Video-Signale aufgenommen, die als Signale über einem Ausgangslastwiderstand erfaßt werden. Wenn die in der Fig. 1 gezeigte Schaltung in herkömmlicher Halbleiter-Technologie ausgeführt wird, entsprechen beispielsweise die Verbindungsteile der Vertikal-Schalt-MOST 'en 2 der Spaltensammelleitung 41, d.h., die Drain-Zonen der Vertikal-Schalt-MOST'en 2 bilden pn-übergänge mit einem Substrat, wie es ihre Source-Zonen bilden, die Teile der Fotodioden darstellen. Die Drain-Zonen sind daher lichtempfindlich und sollten daher optisch abgeschirmt sein. Mit steigender Integrationsdichte der zweidimensionalen Matrixanordnung wird es jedoch immer schwieriger, zum Verhindern von Störungskomponenten aus den Drain-Zonen die Drain-Zonen der Vertikal-Schalt-MOST'en 2 optisch abzuschirmen. Da ferner bei der obengenannten Schaltungs-
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anordnung die Drain-Zonen der M Vertikal-Schaltung-MOST'en jeweils mit den Spaltensaininelleitungen 41, 42, ....4 N verbunden sind, bilden die durch die Drain-Zonen der beispielsweise an der Sammelleitung 41 angeschlossenen M Vertikal-Schalt-MOST1en während einer Horizontal-Abtastperiode Störkomponenten während des Auslesens eines Fotosignals, das beispielsweise die Fotodiode 1 während einer Teilbildperiode erfaßt. Weiterhin bringen während des Auslesens des Video-Signals der Fotodiode 1 beispielsweise eine Widerstandskomponente des Vertikal-Schalt-MOST 2 und eine durch die Spaltensammelleitung 41 und die Drain-Zonen der M Vertikal-Schalt-MOST'en gebildete kapazitive Komponente eine große Zeitkonstante in die Schaltung, was eine wesentliche Verringerung der oberen Grenze der Abtastgeschwindigkeit ergibt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Halbleiter-Bilderfassungsvorrichtung zu schaffen, die Störkomponenten unterdrückt und nur echte Lichtsignal-Ausgangssignale abgibt.
Dabei soll bei der erfindungsgemäßen Halbleiter-Bilderfassungsvorrichtung eine Zeitkonstante der Vorrichtung zur Steigerung der oberen Grenze der Tastgeschwindigkeit auf die Hälfte verringert werden.
Die erfindungsgemäße Halbleiter-Bilderfassungsvorrichtung unterdrückt Störsignale, die an den Verbindungszonen der Horizontal-Schalt-MOST'en und der Vertikal-Schalt-MOST'en, d.h. an
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den Drain-Zonen der Vertikal-Schalt-MOST'en während einer horizontalen Abtastperiode erfaßt werden, wobei sie auch durch Gate-Drain-Kapazitäten der Horizontal-Schalt-MOST'en verursachte Störspitzen unterdrückt, so daß sie im Stande ist, ausschließlich Fotosignale zu erzeugen, die die Fotodioden während einer Teilbildperiode erfassen. Auf diese Weise löst die Vorrichtung ein schwerwiegendes Problem bei der Verwirklichung einer zweidimensionalen Halbleiter-Bilderfassungsvorrichtung mit hoher Dichte. Auf diese Weise wird die Anzahl der mit jedem der Horizontal-Schalt-MOST'en zu verbindenden Vertikal-Schalt-MOST'en auf die Hälfte verringert, so daß daher die Zeitkonstante der Schaltung auf die Hälfte verringert wird, woraus sich eine Erhöhung der oberen Grenze der Abtastgeschwindigkeit ergibt.
Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Fig. 2. näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel zeigt.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltungsanordnung ist eine Anzahl von Bildelementen, die jeweils aus einer Fotodiode 1 oder 1' und einem an diese angeschlossenen Vertikal-Schalt-MOST 2 oder 2' bestehen, in M Zeilen und N Spalten angeordnet, wobei die Drain-Elektroden der Schalt-Most'en 2 in den ungradzahligen Zeilen jeweils über Spaltensammelleitungen 41a bis 4 Na mit den Source-Elektroden erster Horizontal-Schalt-MOST'en 31a bis 3Na verbunden sind, während die Drain-Elektroden der ersten Horizontal-Schalt-MOST'en 31a bis 3 Na gemeinsam an eine erste Ausgangsleitung 8 angeschlossen sind. Andererseits sind die
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Drain-Elektroden der Schalt-MOST'en 2' in den geradzahligen Zeilen jeweils über zweite Spaltensammelleitungen 41b bis 4 Nb an die Source-Elektroden zweiter Forizontal-Schalt-MOST'en 31 b bis 3 Nb angeschlossen, während die Drain-Elektroden der zweiten Horizontal-Schalt-MOST'en 31b bis 3 Nb gemeinsam an eine zweite Ausgangsleitung 9 angeschlossen sind.
Die erste Ausgangsleitung 8 und die zweite Ausgangsleitung 9 sind mit Eingangsanschlüssen eines Differenzverstärkers 11 und über Lastwiderstände 10 mit einem Stromversorgungsanschluß 6 verbunden.
Die Wirkungsweise der Bildelemente wird nun in Verbindung mit den besonderen Bildelementen erläutert, die an den Kreuzungspunkten der ersten Zeile und der ersten Spalte bzw. der zweiten Zeile und der ersten Spalte angeordnet sind. Wenn mittels des Vertikal-Abtast-Impulsgenerators 5 an eine der ungeradzahligen Zeilensammelleitungen 5.1, an die die Gate-Elektroden der Vertikal-Schalt-MOST1en 2 in den ungradzahligen Zeilen angeschlossen sind, ein Vertikalabtastimpuls angelegt wird, wird der Vertikal-Schalt-MOST 2 in der eine ungradzahlige Zeile darstellenden ersten Zeile leitend gemacht. Wenn zu diesem Zeitpunkt durch den HorizDntalabtast-Impulsgenerator 4 an die Gate-Elektroden der ersten und zweiten Horizontal-Schalt-MOST'en 31a und 31b gleichzeitig ein Horizontal-Abtastimpuls angelegt wird, werden auch die ersten und zweiten Horizontal-Schalt-MOST'en 31a und 31b leitend gemacht. An der ersten Ausgangsleitung 8 erscheint eine Summe aus einem Fotosignal, das proportional der Einfallslichtmenge auf
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die Fotodiode 1 während einer Teilbildperiode ist, einer Störspitze, die auf eine Gate-Drain-Kapazität des ersten Horizontal-Schalt-MOST 31a zurückzuführen ist, und Foto-Störsignalen, die von den Drain-Zonen der' M/2 un gradzahligen Vertikal-Schalt-MOST' en (d.h. des MOST 2) während einer Horizontal-Abtastperiode erfaßt werden. Andererseits erscheint auf der zweiten Ausgangsleitung 9 eine Summe aus einer Störspitze, die auf eine Gate-Drain-Kapazität des zweiten Horizontal-Schalt-MOST 31b zurückzuführen ist, und Foto-StörSignalen, die von den Drain-Zonen der M/2 gradzahligen Vertikal-Schalt-MOST'en (d.h. des MOST 2') während einer Horizontal-Abtastperiode erfaßt werden. Von den auf der ersten Ausgangsleitung 8 und der zweiten Ausgangsleitung 9 auftretenden genannten Signalkomponenten sind die Störspitzen und die von den Drain-Zonen der jeweiligen M/2 Vertikal-Schalt-MOST1 en (d.h. von 2 und 2') erfaßten Foto-Stör signale . jeweils im wesentlichen gleich. Wenn demnach die auf der ersten Ausgangsleitung 8 und der zweiten Ausgangsleitung 9 auftretenden Signale mittels des Differenzverstärkers 11 verstärkt v/erden, erscheint an dem Ausgangsanschluß 7 nur die Signalkomponente, die proportional der Menge des auf die Fotodioden 1 während einer Teilbildperiode einfallenden Lichts ist und die frei von Störspitzen und Foto-Störsignalen ist. Wenn danach mittels des Horizontal-Abtast-Impulsgenerators 4 der Hörizontal-Abtastimpuls aufeinanderfolgend an die Gate-Elektroden der ersten und zweiten Horizontal-Schalt-MOST'en 31a bis 3 Na und 31b bis 3 Nb angelegt wird, erscheinen an dem Ausgangsanschluß 7 nur die Signalkomponenten, die von den Störspitzen und den Foto-Störsignalen frei sind und die proportional
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der Menge des während einer Teilbildperiode auf die Fotodioden der ersten Zeile einfallenden Lichts sind. Wenn danach von dem Vertikalabtast-Impulsgenerator 5 ein Vertikalabtastimpuls an die Zeilensammelleitüng 52 angelegt wird, an die die Gate-Elektroden der Vertikal-Schalt-MOST'en 2' in den gradzahligen Zeilen angeschlossen sind, werden die Vertikal-Schalt-MOST1 en 21 in der gradzahligen Zeile leitend gemacht. Wenn zugleich von dem Horizontal-Abtastimpulsgenerator 4 ein Horizontalabtasfeimpuls "an die ersten und zweiten Horizontal-Schalt-MOST'en 31a und 31b angelegt wird, werden auch diese leitend gemacht. Auf der ersten und der zweiten Ausgangsleitung 8 bzw. 9 erscheinen Signale, die zu denjenigen entgegengesetzt sind, die beim Anlegen des Vertikalabtast-Impulses an die ungradzahlige Zeilensammelleitung 51 auftreten. Wenn demgemäß die auf der ersten und der zweiten Ausgangsleitung 8 und 9 auftretenden Signale mittels des.Differenzverstärkers 11 verstärkt werden, erscheint an dem Ausgangsanschluß 7 ein Signal, das proportional zu·, der Menge des während einer Teilbildperiode auf die Fotodiode 1' einfallenden Lichts ist. Während die Zeilensammelleitungen 51 bis 5 M und die ersten und zweiten Spaltensammelleitungen 41a bis 4 Na und 41b bis 4 Nb aufeinanderfolgend abgetastet werden, entstehen aufeinanderfolgend an dem Ausgangsanschluß 7 nur die Signalkomponenten, die von den Störspitzen und den Foto-Störsignalen frei sind und die jeweils proportional zu der Menge des auf die Fotodioden (d.h. 1,1') an den jeweiligen Kreuzungspunkten einfallenden Lichts sind.
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Mit der Erfindung ist eine Halbleiter-Bilderfassungsvorrichtung geschaffen, bei der eine Mehrzahl von Bildelementen, von denen jedes einen mQsfET und eine an eine Source-Elektrode des MOSFET angeschlossene Fotodiode aufweist, in Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei die Gate-Elektroden der MOSFET in einer jeden Zeile zusairanengeschaltet sind, die Drain-Elektroden in ungradzahligen Zeilen und die Drain-Elektroden in gradzahligen Zeilen jeweils innerhalb einer Spalte zusammengeschaltet und an Sour'ce-Elektroden von ersten und zweiten Schalt-MOSFET angeschlossen sind, die für eine jede Spalte vorgesehen sind, und wobei die Drain-Elektroden der ersten Schalt-MOSFET und die Drain-Elektroden der zweiten Schalt-MOSFET jeweils an eine erste Ausgangsleitung bzw. an eine zweite Ausgangsleitung angeschlossen sind, welche an die Eingangsanschlüsse eines Differenzverstärkers angeschlossen sind. An den Drain-Zonen der MOSFET der Bildeleinente erfaßte Foto-Störsignale und durch Gate-Drain-Kapazitäten der Schalt-MOSFET verursachte Störspitzen werden unterdrückt, wobei die Abtastgeschwindigkeit erhöht wird.
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Claims (6)

  1. Patentansprüche
    (1 ./Festkörper-Bilderfassungsvorrichtung, gekennzeichnet
    KS
    durch eine Mehrzahl in Zeilen und Spalten angeordneter fotoelektrischer Übertragungsvorrichtungen, die jeweils eine Vertikalschaltvorrichtung (2,2') und eine lichtempfindliche Vorrichtung (1,1') aufweisen, in jeder der Spalten angeordnete erste und zweite Horizontal-Schaltvorrichtungen (31a bis 3Na, 31b bis 3 Nb) ,' einen Differenzverstärker (11), dessen Eingangsanschlüsse mit den Ausgangsanschlüssen der ersten und zweiten Horizontal-Schaltvorrichtungen (31a bis 3 Na, 31b bis 3 Nb)verbunden sind und durch Reihenschaltungen aus einer Stromversorgung (6) und Belastungen (10), die jeweils zwischen die ersten und zweiten Horizontal-Schaltvorrichtungen bzw. die lichtempfindlichen Vorrichtungen (1,1') geschaltet sind, wobei die Steuerelektroden der Vertikal-Schaltvorrichtungen (2,2') in jeder der Zeilen zusammengeschaltet sind, die ersten Hauptelektroden der Vertikal-Schaltvorr.ichtungen (2,2') mit den entsprechenden lichtempfindlichen Vorrichtungen (1,1') verbunden sind, die zweiten Hauptelektroden der Vertikal-Schaltvorrichtungen (2) in ungradzahligen Zeilen gemeinsam in jeder der Spalten mit der ersten Hauptelektrode der ersten Horizontal-Schaltvorrichtung (31a bis 3 Na) der entsprechenden Spalte verbunden sind, die zweiten Hauptelektroden der Vertikal-Schaltvorrichtungen (21) in gradzahligen Zeilen gemeinsam in jeder der Spalten mit der ersten Hauptelektrode der zweiten Horizontal-Schaltvorrichtung (31b bis 3 Nb) der entsprechenden Spalte verbunden sind, die
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    zweiten Hauptelektroden der ersten Horizontal-Schaltvorrichtungen (31a bis 3 Na) zusanunengeschaltet sind, die zweiten Hauptelektroden der zweiten Horizontal-Schaltvorrichtungen (31b bis 3 Nb) zusammengeschaltet sind, und wobei die Steuerelektroden der ersten und der zweiten Horizontal-Schaltvorrichtungen in jeder der Spalten zusammengeschaltet sind.
  2. 2. Festkörper-Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch' gekennzeichnet, daß die Vertikal-Schaltvorrichtungen (2,2') und die Horizontal-Schaltvorrichtungen (31a bis 3 Na, 31b bis 3 Nb) Metalloxyd-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (MOSFET) sind.
  3. 3. Festkörper-Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindlichen Vorrichtungen (1,1') Fotodioden sind.
  4. 4. Festkörper-Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Hauptelektroden der Schaltvorrichtungen Source-Elektroden, die zweiten Hauptelektroden Drain-Elektroden und die Steuerelektroden Gate-Elektroden sind.
  5. 5. Festkörper-Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an die Steuerelektroden der Vertikal-Schaltvorrichtungen (2,2') in jeder der Reihen angeschlossene Vertikalabtast-Impulsgenerator-Vorrichtung (5) und eine an die Steuerelektroden der Horizontal-Schaltvorrichtungen (31a bis 3 Na, 31b bis 3 NbT in jeder der Spalten angeschlossene Horizontal-
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    abtast-Impulsgenerator-Vorrichtung (4).
  6. 6. Festkörper-Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,' daß die Vertikalschaltvorrichtungen (2,2'), die Horizontal-Schaltvorrichtungen (31a bis 3 Na, 31b bis 3 Nb) und die lichtempfindlichen Vorrichtungen (1,1') auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat ausgebildet sind.
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