DE3135740A1 - Photoelektrische umsetzeinrichtung - Google Patents

Description

Photoelektrische Umsetzeinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine photoelektrische Umsetzeinrichtung zum Umsetzen optischer Informationen in elektrische Signale.

Bestimmte photoelektrische Umsetzeinrichtungen haben eine Gruppe won Umsetzelementen mit photoelektrischen Umsetzeigenschaften und eine Schaltung mit Abtastfunktion zum zeitsequentiellen Sammeln der elektrischen Signale der Gruppen. Eine derartige Einrichtung kann beispielsujeise aus einer Kombination uon Photodioden und MÜS-Feleffekttransistoren (i.f. WOS-Typ) oder einer sog. Ladüngsübertragungseinrichtung (CTD), ώχε einer ladungsgekoppelten Einrichtung oder einem "Backet-Brigade"-Element bstehen.

Bei einer derartigen Einrichtung ist jedoch - ob die MOS-Typtechnologie oder die CTD-Technologie ueruiendet tüird - die Lichtempfangsfläche des photoel.ektrischen Umsetzteils unausweichlich durch die Abmessungen des Silizium-Einkris"tallmafers, das als Substrat verwendet wird, begrenzt. Da die gegenwärtige Technologie

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lediglich die Herstellung uon Silizium-Einkristallwafern mit einem Durchmesser von einigen Inch allerhöchstens, wenn man die Gleichmäßigkeit über die gesamte Fläche in Rechnung stellt, erlaubt, kann die Lichtempfangsfläche der bekannten photoelektrischen Umsetzeinrichtungen, die MOS-Typ- oder CTD-Technologie basierend auf Silizium-Ulafern verwenden, nicht die vorstehend genannten Abmessungen überschreiten.

Photoelektrische Umsetzeinrichtungen mit einer in ihren Abmessungen derart begrenzten Lichtempfangsfläche erfordern, beispielsweise bei Verwendung als Eingabeeinheit für ein digitales Kopiergerät, den Einsatz won optischen Systemen mit einer hohen Auflösung zwischen der zu ko~ pierenden Vorlage und der Lichtempfangsfläche zum Fokussie ren der Vorlage auf die Lichtempfangsfläche.

In einem derartigen Fall ist das Auflösungsvermögen des Bildes durch die technischen Beschränkungen bestimmt, die ;;0 vorstehend erläutert worden sind.

Im Falle des Kopierens einer A4-Vorlage beispielsweise mit einer photoelektrischen Umsetzeinrichtung mit einer Lichtemp-fangsflache mit Längsabmessungen von 3 cm und einem Auflösungsvermögen von 10 Linien/mm wird die auf die Lichtempfangsfläche projizierte Vorlage auf eine Größe von etwa 1/69 verkleinert, so daß das tatsächliche Auflösungsvermögen der Einrichtung bezogen auf die Vorlage auf etwa 1,5 Linien/mm fällt. Auf dies Weise wird ' das tatsächliche Auflösungsvermögen umgekehrt proportional zu den Abmessungen der Vorlage verringert.

Zur Beseitigung /dieses Nachteils der vorstehend erläuterten Umsetzeinrichtung ist eine Herstellungstechnologie erforderlich, die das Auflösungsvermögen der photoelek-

Umsetzeinheit verbessert; eine derartige Technologie hat jedoch ihre Beschränkungen, da das erforderliche Auflösungsvermögen in einem begrenzten kleinen Gebiet lediglich mit einem äußerst hohen Integrationsgrad erreichbar ist, wobei Defekte in den Bauelementen zu vermeiden sind.

Aus diesem Grund ist es wünschenswert, eine photoelektrische Umsetzeinrichtung mit einer Lichtempfangsfläche zu haben, deren Abmessungen vergrößert und deren Auflösungsvermögen verbessert ist. Ferner u/ird eine photoelektrische Umsetzeinrichtung vorgeschlagen mit photoelektrischen Umsetzeinheiten auf einer Vielzahl von "Chips", wobei das Bild getrennt auf die Vielzahl von Umsetzeinheiten projiziert wird, anstelle daß ein großer Chip verwendet wird.

Bei einer derartigen Einrichtung, wie sie vorstehend erläutert worden ist, besteht aufgrund der Verwendung eines Wafers mit großen Abmessungen oder einer Vielzahl uon Chips die Tendenz, daß die auf verschiedenen Teilen des Wafers oder auf verschiedenen Chips ausgebildeten photoelektrischen Umsetzelemente unterschiedliche Charakteristiken zeigen, so daß äußere Störungen unterschiede liehe Wirkungen haben, so daß ungleichmäßige Ausgangssignale erzeugt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine photoelektrische Umsetzeinrichtung zu schaffen, bei der von verschiedenen photoelektrischen Umsetzelementen Ausgangssignale mit gleichförmiger elektrischer Charakterisitk abgegeben werden. Ferner soll eine photoelektrische Umsetzeinrichtung geschaffen werden, die aufgrund der Verwendung von bei der Herstellung der Einrichtung äußerst leicht zu fertigenden Kompensationselementen Signale mit gleichförmiger elektrischer Charakteristik erzeugt. Auch soll

eine photoelektrische Umsetzeinrichtung geschaffen werden, die aufgrund der Verwendung einer geringeren Zahl Kompensationselemente als der Zahl photoelektrischer Umsetzelemente Ausgangssignale mit gleichförmiger elektrischer Charakteristik abgibt, Darüberhinaus soll eine photoelektrische Umsetzeinrichtung geschaffen werden, die die Tatsache verwendet, daß photoelektrische Umsetzelemente zuminde-st lokal eine gleichförmige Charakteristik zeigen, und die mit Lichtabschirmelementen versehen ist, die die ]0 gleiche Charakteristik wie die photoelektrischen Umsetzelemente haben, so daß ein hohes Auflösungsvermögen für die Lichtmenge bei gleichzeitig hohem Signal/Störverhältnis sichergestellt ist,

Die beigefügte Zeichnung zeigt als Ausführungsbeispiel der.Erfindung einen Schaltplan der photoelektrischen Umsetzeinrichtung.

Anhand dieses Schaltplans soll Öie Erfindung exemplarisch erläutert werden. 3456 photoelektrische Umsetzelemente S1-1 bis S54-64 sind linear mit einer Dichte von ca 16 Elementen/mm angeordnet, um eine Bildzeile in der kurzen Seite (210 mm) eines A4~Blattes zu lesen. Die photoelektrischen Umsetzelemente sind in Gruppen von je 64 Elementen eingeteilt, um die optischen Informationen, die auf aufeinanderfolgende 64 Elementen auftreffen, an Signalleitungen D1 bis D64 mittels Abtastschaltungen weiterzugeben, die aus J(A1-f) - (A1-64)j " f( A54-1 ) (A54-64)}, (.(Q1-1) - (Q1-64 j) "£(Q54-1 ) - (0,54-64)} ,

L(N1-1) - (N1-B4)} ~{(N54-1) - (N54-64)} bestehen .Die optische Informations die beispielsweise auf die erste Gruppe von photoelektrischen Umsetzelementen S1-1""S1-64 auftrifft, ändert das Gatepotential der Verstärkerelemente A1-1 -' A1-64, wodurch deren Kanaluiiderstände entsprechend der einfallenden Lichtmenge variieren. Wenn ein Potential

an die UJählleitung K1 angelegt wird, werden die Wähl — elemente Q1-1 -^'Q1 -B4 leitend (durchgeschaltet), so daß sie die Verstärkerelemente A1«1**A1-64 mit einer Energiequelle V/2 v/erbinden, so daß Signalleitungen DTa»D64 mit Signalen entsprechend den Kanalwiderständen der Verstärkerelemente A1 -1 "-» A1 -64 versorgt ujerden. Nachdem die an den Signalleitungen D1*^D64 anstehenden photoelektrisch umgesetzten Ausgangssignale in bekannter Weise a:ufgezeichnet oder an ein nicht dargestelltes Ausgabeelement angelegt morden sind, wird ein Potential an eine folgende nicht dargestellte Wählleitung K2 angelegt, um Signale einer weiteren Gruppe photoelektrischer Umsetzelemente S2-1 S2-64 an die Signalleitungen Dt »^064 anzulegen.

Auf diese Weise können die Ausgangssignale aller 54 χ Umsetzelemente S1-1 - S1 -64 «' S54-1 - S54-64 nacheinander durch Aktivieren der Wählleitungen bis K54 erhalten werden.

Widerstandselemente M1 -1 "' N1 -64 sind zur Stromrückführung ■ für die V/erstärkerelemente A1-1 ·" Al-64 zur Kompensation ihrer Schwankungen der Übertragungscharakteristik vorgesehen. Kompenstionswiderstandselemente B1 -1 ^A*-B54-64 bestehen im wesentlichen aus dem gleichen Material wie die photoelektrischen Umsetzelemente und sind so ausgelegt,

daß sie eine geeignete Vorspannung an die Verstärkerelemente anlegen, wenn kein Licht einfällt. Die Kompensationswiderstandselemente dienen auch dazu, die temperaturabhängige Änderung des Sensors zu kompensieren.

Vorspannungssteuerschaltungen BiI^ Bl54 bestehend aus Widerständen R1,L1,T1, Transistoren P1,W1 etc. sind jeweils in der Nachbarschaft der Gruppen von photoelektrischen Umsetzelementen vorgesehen, um an die entsprechenden Gruppen eine Vorspannung anzulegen. R1 ist ein Refe-

renzwiderstandselement, das gleichzeitig mit und in der

Nachbarschaft der photoelektrischen Umsetzelemente SI-I'' 51-64 hergestellt wird, so daß es eine ähnliche Charakteristik wie das Umsetzelement hat, und vollständig durch eine Maske MI lichtabgeschirmt ist. T1 ist ein Vorspannungswiderstandselement, das gleichzeitig mit und in der Nähe des Kompensationswiderstandselements B1-1 Π1-64 herqesteilt wird, so daß es eine ähnliche Charakteristik wie das Kompensationselement hat. Folglich ist der Widerstand und die Temperatur- oder Feuchteabhängigkeit des Referenzwiderstandselements R1 oder des l/orspannungswiderstandselements T1 ähnlich wie bei den photoelektrischen Umsetzelementen 51-1^SI-BA bzw. den Kompensationswiderstandselementen B1 —1 «^ B1 —64. Der Transistor P1 wird auf dem selben Chip wie die Uerstär kerelemente A1-1~'A1-64 hergestellt, so daß er eine ähnliche Charakteristik wie die Verstärkerelemente hat und über einen Drainlastijjiderstand R1 und einen Source-Folgertransistor U/1 eine Vorspannung an die photoelektrischen Umsetzelemente S1-1^ri*S1-64 und das Referenz-Widerstandselement ¹RI derart anlegt, daß der Transistor P1 einen bestimmten Kanalwiderstand hat» Durch die über die negative Rückführungsuiirkung stabilisierte Vorspannungs-Steuerschaltung können die Widerstandsabweichungen der photoelektrischen Umsetze]enente S1-1 <-* S1-64 sowie der Kompensationswiderstandselemente B1-1^A/B1-64 und die Abweichungen der Schwellenspannung der Verstärkerelemente A1-1-"·'A1-64 aufgrund der Abweichungen der verschiedenen Charakteristiken der photoelektrischen Umsetzelemente S1-1^S1-64 sehr stark reduziert werden, wodurch der empfangenen Lichtmenge entsprechende Ausgangssignale erhalten werden.

Der Schwankungsbereich der Ausgangssignale der Elemente S1-1·"S54-64„ der ohne die Vorspannungs-Steuerschaltunq für eine feste Lichtmenge etwa _+ 2Ώ% ist, kann durch eine

Vielzahl von in der Nähe angeordneten Steuerschaltungen auf ca_+2% verringert werden, so daß die Genauigkeit der einfallenden Lichtmenge stark erhöht luird.

Die bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beschriebenen phatoleitenden Elemente können natürlich durch andere geeignete photoelektrische Umsetzelemente ersetzt werden. Auch kann die Steuerung lokal an der Vorspannungsquelle der KompenstoruJiderstandselemente erfolgen.

Geschrieben wird eine photoelektrische Umsetzeinrichtung mit photoelektrischen Umsetzelementen, die in eine Vielzahl von Gruppen eingeteilt sind, und einer Abtastschaltung zum dynamischen Abtasten der photoelektrischen Umsetzelemente. Die Umsetzeinrichtung ist ferner mit einem abgeschirmten Element mit derselben Charakteristik wie die photoelektrischen Umsetzelemente für jede der Gruppen sowie mit einer Schaltung versehen, die eine Vorspannung an die photoelektrischen Umsetzelemente und das abgeschirmte Element entsprechend dem Ausgangssignal des abgeschirmten Elements anlegt.

Claims (4)

Patentansprüche

1. Photoelektrische Umsetzeinrichtung, gekennzeichnet durch photoelektrische Umsetzmittel (S1 —1 - S56-64) zum Umsetzen des empfangenen Lichts in elektrische Signale, die dem empfangenen Licht entsprechen, eine Energie- Uersorgungseinrichtung, die elektrische Energie für die photoelektrischen Umsetzmittel liefert, und eine Steuereinrichtung, die in einem Teil der Energie-Versorgungsleitung für die elektrische Energieversorgung von der Energie-Versorgungseinrichtung zu den photoelektrischen Umsetzmitteln vorgesehen ist, um die Energieversorgung zu steuern» wobei die Steuereinrichtungmaskierte Elemente aufweist, die durch optisches Abschirmen von photoelektrischen Umsetzelementen, die das empfangene Licht in elektrische Signale entsprechend dem empfangenen Licht umsetzen, hergestellt sind.

2. Umsetzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Transistor aufweist, dessen Impedanz durch die Ausgangssignale der .maskierten Elemente gesteuert wird.

3. Umsetzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,-daß die Steuereinrichtung maskierte Elementes

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mit den Maskenelementen in Serie verbundene Widerstände, und Transistoren aufweist, die durch die Potentiale an den Verbindungspunkten der maskierten Elemente und der Uliderstände gesteuert werden,

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4. Photoelektrische Umsetzeinrichtung, gekennzeichnet durch eine Gruppe von photoelektrischen Umsetzelementen, die das empfangene Licht in elektrische Signale entsprechend dem empfangenen Licht umsetzen und an einem ihrer Anschlüsse verbunden sind, eine Energie-Versorgungs einrichtung, die elektrische Energie für die Gruppe von photoelektrischen Umsetzelementen liefert, eine Impedanz-Steuereinrichtung, die zwischen der Energieversorgungseinrichtung und dem Verbindungspunkt der Umsetzelemente vorgesehen ist, und ein maskiertes Element, das in der Nähe der photoelektrischen Umsetzelemente angeordnet und durch optisches Abschirmen eines Elements , das empfangenes Licht in elektrische Signale entsprechend dem empfangenen Licht umsetzen kann, hergestellt ist, und das mit der Energie-Versorgungseinrichtung verbunden ist, und eine Einrichtung,die die Impedanz der Impedanz-Steuereinrichtung entsprechend dem Ausgangssignal des maskierten Elements steuert.

255. Umsetzeinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Gruppen von photoelektrischen Umsetzelementen.

B. Umsetzeinrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Wähleinrichtung zum Wählen der Reihenfolge der Vielzahl von Gruppen von photoelektrischen Umsetzelementen.

7. Photoelektrische Umsetzeinrichtung, gekennzeichnet durch ein photoelektrisches Umsetzelement zum Umsetzen des

empfangenen Lichts in elektrische Signale entsprechend dem empfangenen Licht, ein elektrisches Element, das mit dem photoelektrischen Umsetzelement verbunden und so eingerichtet ist, daß seine elektrische Charakteristik entsprechend dem empfangenen Licht variiert, einen

ersten mit einem Anschluß des elektrischen Elements verbundenen Transistor, und einen zweiten Transistor, 'der durch das Ausgangssignal des ersten Transistors gesteuert wird und zwischen das photoelektrische Umsetzelement und -in eine Energie-Versorgungseinrichtung zur Versorgung des Umsetzelements mit elektrischer Energie geschaltet ist»