DE3221520C2

DE3221520C2 -

Info

Publication number: DE3221520C2
Application number: DE3221520A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 7101 Untergruppenbach De Gillessen; Christopher Dr. Bridgewater N.Y. Us Malinowski
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: MALINOWSKI, CHRISTOPHER W., DR.-ING., MELBOURNE BE
Priority date: 1982-06-08
Filing date: 1982-06-08
Publication date: 1989-03-23
Also published as: DE3221520A1; US4563590A

Description

Die Erfindung betrifft eine photoelektrische Umsetzeinrichtung zum Umsetzen optischer Informationen in elektrische Signale mittels einer matrixartigen Anordnung von Phototransistoren, die untereinander und mit einer Abtasteinrichtung durch Zuleitungen verbunden sind, wobei die Abtasteinrichtung eine Spannungsquelle sowie Strommeßgeräte enthält und die Spannung der Spannungsquelle so klein gewählt ist, daß sie an die Basis irgendeines der Phototransistoren gelegt allein keinen merklichen Strom über die Basis-Emitterstrecke des Phototransistors treibt, andererseits jedoch genügend groß ist, um bei Beleuchtung des Phototransistors einen durch die Strommeßgeräte meßbaren Strom über die Kollektor-Emitter-Strecke dieses Phototransistors zu treiben, wobei die Abtasteinrichtung die Phototransistoren über Zuleitungen selektiv ansteuert. Eine solche photoelektrische Umsetzeinrichtung ist aus der DE-OS 31 35 740 bekannt.

Photoelektrische Umsetzeinrichtungen werden heute für viele Anwendungsfälle verwendet, und zwar beispielsweise in Positionssensoren und Bildaufnahmegeräten. Die zugehörigen lichtempfindlichen Elemente bestehen in praktisch allen Fällen aus dem Halbleitermaterial Silizium, weil dessen Technologie am weitesten entwickelt ist. In dieser Technik sind auch integrierte Anordnungen verhältnismäßig einfach zu realisieren, d. h. Anordnungen, die mehrere Transistoren in einem einzigen Halbleiterkristall enthalten. Bei den bekannten Anordnungen ist üblicherweise für jeden Phototransistor eine Zuleitung vorgesehen, sowie eine gemeinsame Rückleitung für alle Phototransistoren. Um eine hohe räumliche Auflösung zu erreichen, ist eine große Anzahl von Phototransistoren und daher auch eine große Anzahl von Zuleitungen notwendig. Diese hohe Anzahl von Zuleitungen führt zu beträchtlichen technischen Problemen, wie z. B. großer Raumbedarf, geringe Zuverlässigkeit, hoher Arbeitsaufwand.

Es sind Anordnungen mit lichtempfindlichen Elementen wie Photodioden, Phototransistoren oder Photowiderständen bekannt, die mit einer erheblich verringerten Anschlußzahl auskommen. So können beispielsweise mit n Anschlüssen n(n-1) lichtempfindliche Elemente betrieben werden, d. h., z. B. mit 16 Anschlüssen 240 lichtempfindliche Elemente.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine noch weitergehende Verringerung der Anschlußzahl bei Anordnungen mit mehreren lichtempfindlichen Elementen zu erreichen.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung mit mehreren Phototransistoren erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Phototransistoren sind dabei derart miteinander verschaltet, daß mit n Zuleitungen (n ist eine ganze Zahl größer oder gleich 3) n × (n-1) × (n-2) Phototransistoren ansteuerbar sind, daß die drei Anschlüsse Emitter, Basis und Kollektor eines jeden Phototransistors mit drei verschiedenen Zuleitungen verbunden sind, daß keine zwei Phototransistoren in der gleichen Weise mit den gleichen Zuleitungen verbunden sind, daß die Zuleitungen drei Zustände annehmen können, nämlich (1) geerdet, (2) offen und (3) mit einer Spannungsquelle verbunden, daß von den Zuleitungen zu einem Zeitpunkt nur eine Zuleitung offen und nur eine andere Zuleitung mit der Spannungsquelle verbunden ist, daß die Spannungsquelle einerseits so klein ist, daß sie keinen merklichen Strom über die Basis-Emitter-Strecke eines jeden Phototransistors treiben kann, andererseits jedoch so groß, daß sie bei Beleuchtung eines Phototransistors einen merklichen Strom über die Kollektor-Emitter-Strecke dieses Phototransistors treiben kann, und daß für jede Zuleitung ein im geerdeten Zustand dieser Zuleitung auftretender Stromfluß feststellbar ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine Anordnung, bestehend aus 60 Phototransistoren T₁ . . . T₆₀, sie mit 5 Zuleitungen Z₁ . . . Z₅ derart verbunden sind, daß die drei Anschlüsse (Emitter, Basis, Kollektor) eines jeden Phototransistors mit drei verschiedenen Zuleitungen aus der Gruppe der 5 Zuleitungen Z₁ . . . Z₅ verbunden sind, daß aber keine zwei Phototransistoren in der gleichen Weise mit den gleichen Zuleitungen verbunden sind. Nach den Regeln der Kombinatorik können auf diese Weise genau n × (n-1) × (n-2) Phototransistoren mit n Zuleitungen verbunden werden, d. h. im Beispiel der Fig. 1 5×4×3=60 Phototransistoren mit 5 Zuleitungen. Der besseren Übersicht wegen sind in Fig. 1 die 60 Phototransistoren T₁ . . . T₆₀ zu 5 Gruppen G₁ . . . G₅ zu je 12 Phototransistoren zusammengefaßt, wobei die Basisanschlüsse der 12 Phototransistoren einer Gruppe alle miteinander und mit einer Zuleitung verbunden sind. Innerhalb jeder Gruppe sind die Kollektoranschlüsse von jeweils 3 Phototransistoren mit einer zweiten Zuleitung verbunden, während die Emitteranschlüsse dieser 3 Phototransistoren mit den 3 verbleibenden Zuleitungen verbunden sind.

Zum Betrieb der Anordnung nach Fig. 1 werden die 5 Zuleitungen Z₁ . . . Z₅ mit einer Ansteuerschaltung verbunden, die jeder Zuleitung 3 Zustände zuweisen kann. In Fig. 2 ist ein einfaches Beispiel einer solchen Ansteuerschaltung gezeigt, die aus 5 Umschaltern S₁ . . . S₅ mit je drei Schaltstellen 1, 2 und 3, einer Spannungsquelle V und 5 Strommeßgeräten M₁ . . . M₅ besteht. Der Wert der Spannungsquelle V wird so gewählt, daß die Spannung einerseits keinen merklichen Strom über die Basis- Emitter-Strecke eines jeden Phototransistors treiben kann, daß sie andererseits jedoch zu groß ist, daß sie bei Beleuchtung des Phototransistors einen merklichen Strom über die Kollektor-Emitter-Strecke eines jeden Phototransistors treiben kann. Im Falle von Silizium-Phototransistoren liegt diese Spannung typischerweise im Bereich von 0,2 bis 0,5 V.

Vor den 5 Umschaltern S₁ . . . S₅ wird je einer in die Schaltstellungen 2 und 3 gebracht, die übrigen dagegen in die Schaltstellung 1. Im Beispiel der Fig. 2 ist S₂ in Stellung 2, S₄ in Stellung 3, während S₁, S₃ und S₅ in Stellung 1 sind. Demnach ist die Zuleitung Z₂ offen, die Zuleitung Z₄ mit dem positiven Pol der Spannungsquelle V verbunden, und die Zuleitungen Z₁, Z₃ und Z₅ sind über die Strommeßgeräte M₁, M₃ und M₅ geerdet. In diesem Schaltzustand kann die Beleuchtung der drei Phototransistoren T₂₈, T₂₉ und T₃₀ an den Strommeßgeräten M₁, M₃ und M₅ festgestellt werden. Alle anderen 57 Phototransistoren sind unwirksam, wie aus folgender Betrachtung hervorgeht:

Es gibt genau 13 verschiedene Zustände, in denen sich die Phototransistoren befinden können:

Im Zustand Nr. 8 "normaler Betrieb" befinden sich nur die Phototransistoren T₂₈, T₂₉ und T₃₀. Im Zustand Nr. 13 "inverser Betrieb" befinden sich die Phototransistoren T₂₅, T₃₂ und T₃₅. Im inversen Betrieb ist jedoch die Lichtempfindlichkeit gegenüber dem normalen Betrieb stark vermindert, so daß der durch diese Phototransistoren fließende Strom vernachlässigt werden kann. Ebenso fließen in den Zuständen Nr. 1 bis Nr. 7 und Nr. 9 bis Nr. 12 nur vernachlässigbar kleine Ströme.

Claims

1. Photoelektrische Umsetzeinrichtung zum Umsetzen optischer Informationen in elektrische Signale mittels einer matrixartigen Anordnung von Phototransistoren, die untereinander und mit einer Abtasteinrichtung durch Zuleitungen verbunden sind, wobei die Abtasteinrichtung eine Spannungsquelle sowie Strommeßgeräte enthält und die Spannung der Spannungsquelle so klein gewählt ist, daß sie an die Basis irgendeines der Phototransistoren gelegt allein keinen merklichen Strom über die Basis Emitterstrecke des Phototransistors treibt, andererseits jedoch genügend groß ist, um bei Beleuchtung des Phototransistors einen durch die Strommeßgeräte meßbaren Strom über die Kollektor-Emitterstrecke dieses Phototransistors zu treiben, wobei die Abtasteinrichtung die Phototransistoren über Zuleitungen selektiv ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß mit n Zuleitungen, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 3 ist, n × (n-1) × (n-2) Phototransistoren angesteuert werden, daß mit jeder der n Zuleitungen (n-1) × (n-2) Emitter, (n-1) × (n-2) Basen und (n-1) × (n-2) Kollektoren von Phototransitoren verbunden sind und daß keine zwei Phototransistoren in der gleichen Weise mit den gleichen Zuleitungen verbunden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommessung in den Zuleitungen jeweils gegenüber Erde erfolgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle einen Wert zwischen 0,2 und 0,5 V aufweist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phototransistoren in einem einzigen Halbleiterkristall angeordnet sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Phototransistoren aus Silizium bestehen.