DE3435354C2

DE3435354C2 -

Info

Publication number: DE3435354C2
Application number: DE3435354A
Authority: DE
Inventors: Keitoku Kagoshima Jp Morita
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1983-09-27
Filing date: 1984-09-26
Publication date: 1989-11-09
Also published as: DE3435354A1; US4673821A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine photoelektrische Wandlereinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine derartige Wandlereinrichtung ist durch die DE 32 06 620 A1 bekannt geworden.

Bei dieser Anordnung nach dem Stand der Technik ist es unvermeidbar, daß die Steuerleitungen für die Schalter in nächster Nachbarschaft zu der Ausgangsleitung angeordnet sind. Eine solche Anordnung führt dazu, daß Rauschen von den Steuerleitungen auf die Ausgangsleitung übertragen wird, wodurch das Rauschen in den Ausgangssignalen ansteigt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, kapazitive Kopplungen zwischen den Steuerleitungen für die Schalter und der gemeinsamen Signalleitung zu beseitigen und den Einfluß der mit den Schaltern verbundenen parasitären Kapazitäten zu unterdrücken.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale.

Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1A und 1B vereinfachte perspektivische Ansichten einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandlereinrichtung,

Fig. 2 ein Diagramm einer Grundschaltung der erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandlereinrichtung mit Ladungsspeicherung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm einer photoelektrischen Wandlereinrichtung mit der in Fig. 2 gezeigten Grundschaltung,

Fig. 4 ein weiteres Diagramm einer Grundschaltung der photoelektrischen Wandlereinrichtung zur Erläuterung des Einflusses einer Streukapazität,

Fig. 5 ein Schaltungsdiagramm einer photoelektrischen Wandlereinrichtung mit der in Fig. 4 gezeigten Grundschaltung,

Fig. 6 im Diagramm die Beziehung zwischen der Spannung SW (mV) und der Anzahl der photoelektrischen Wandler elemente (N).

Fig. 1A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandlereinrichtung.

Von einer Lichtquelle 11, z. B. einer fluoreszierenden Lampe, ausgehende Lichtstrahlen durchdringen das zu reproduzierende Original 12 und werden anschließend von einem Feld 13 photo elektrischer Wandlerelemente erfaßt. Das Original 12 wird in der durch den Pfeil 14 angedeuteten Richtung transportiert. Die photoelektrische Wandlereinrichtung 13 weist die photoelektrischen Wandlerelemente D 11 bis Dki (siehe Fig. 3) auf, die in einer Richtung 15 angeordnet sind. Diese photoelektrischen Wandlerelemente D 11 bis Dki werden in den Richtungen 15 wie durch Pfeile angedeutet, abgetastet. Die photoelektrischen Wandlerelemente D 11 bis Dki sind in dichtem Kontakt mit dem Original 12 und empfangen das vom Original 12 reflektierte Licht. Fig. 3B ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandlereinrichtung. Gleiche Bezugszeichen werden für gleiche in Fig. 1A gezeigte Teile verwendet. Als Lichtquelle wird eine lichtemittierende Diode 16 verwendet, die das in Pfeilrichtung 14 transportiere Original 12 beleuchtet. Die photoelektrische Wandlereinrichtung 13 hängt das vom Original 12 reflektierte Licht über eine fokussierende Stablinsenanordnung 17. Die photoelektrischen Wandlerelemente D 11 bis Dki im Feld 13 werden in der durch den Pfeil 15 angezeigten Richtung abgetastet.

Wenn in der in Fig. 2 gezeigten Grundschaltung ein Schalter S geöffnet ist, liegt eine Vorspannung von einer Vorspannungsquelle 2 an einem Speicherkondensator C an, der parallel zu einer Photodiode D eines photoelektrischen Wandlerelements U an. Ein vorbestimmter Wert elektrischer Ladung ist somit im Speicherkondensator C gespeichert. Wenn die Photodiode D das vom Original reflektrierte Licht empfängt, wird ein Teil der im Speicherkondensator C gespeicherten Ladung entsprechend der Größe der photoelektrischen Umwandlung entladen. Wenn anschließend der Schalter S geschlossen wird, liegt am Lastwiderstand R eine der Entladung des Ladungskondensators C entsprechende Spannung an und ein Spannungssignal der so erzeugten Spannung wird durch die Leitung 10 über den Kondensator 6 an die Ausgangsklemme 5 geleitet.

Bei einer solchen Erfassungsanordnung mit Ladungsspeicherung ist das photoelektrische Wandlerelement U an seinem einen Ende an einen Schalter S und an seinem anderen Ende an die Ausgangsklemme 5 geschaltet. Dieses andere Ende ist an den Lastwiderstand R und an die Vorspannungsquelle 2 in dieser Reihenfolge geschaltet und dann geerdet.

Es ist ein Kopplungskondensator 6 vorgesehen und der Schalter S hat die Kapazität P.

Fig. 3 zeigt eine photoelektrische Wandlereinrichtung z. B. eines Bildabtasters in einem Faksimilegerät, bei der die photoelektrischen Wandlerelemente in dichtem Kontakt mit dem Original stehen.

Die einzelnen photoelektrischen Wandlerelemente U 11-Uki sind längs der Richtung 15 angeordnet (siehe Fig. 1A und 1B), während das zu reproduzierende Orginal 12 in Richtung 14 transportiert wird. Die photoelektrischen Wandlerelemente U 11 und Uki sind entsprechend angeordnet, um das Orginal 12 in Richtung 15 sukzessive abzutasten. Die von den Photodioden D 11 bis Dki umgewandelten Signale werden sukzessive in zeitlicher Aufeinanderfolge abgefragt und Abtastimpulse vom Schieberegister 8 werden über entsprechende Steuerleitungen l 11 bis lki an die Schalter S 11 bis Ski angelegt, wodurch die Schalter S 11 bis Ski sukzessive geschlossen werden. Die Speicherkondensatoren C 11 bis Cki werden anschließend wieder aufgeladen. Dem Wert dieser jeweiligen Ladung entsprechend wird eine Spannung am Lastwiderstand A erzeugt. Ein dieser Spannung entsprechendes Signal wird an die Ausgangsklemme 5 geliefert. Die Schalter S 11 bis Ski werden während des Lesevorgangs wie oben beschrieben sequentiell geschlossen und wenn einer der Schalter geschlossen ist, verbleiben die übrigen Schalter im geöffneten Zustand.

Gemäß dieser Schaltungsanordnung der photoelektrischen Wandlereinrichtung werden die Ausgangssignale der jeweiligen photoelektrischen Wandlerelemente D 11 bis DKI über die Ausgangsleitung 10 an die Ausgangsklemme 5 angelegt und der Kopplungskondensator 6 wird von allen photoelektrischen Wandlerelementen gemeinsam benutzt. Bei der in Fig. 3 gezeigten Verdrahtung liegt die Ausgangsleitung 10 nicht in nächster Nähe zu den Steuerleitungen l 11 bis lki. Rauschen von den Steuerleitungen l 11 bis lki wird daher nicht auf die Ausgangsleitung 10 übertragen.

Fig. 4 zeigt eine Grundschaltung mit Ladungsspeicherung. Wenn der Schalter S geschlossen ist, liegt eine Spannung V von einer Vorspannungsquelle 2 am Speicherkondensator C an.

Gemäß Gleichung (1) wird daher die Ladung Q gespeichert. Die Kapazität und der Speicherkondensator werden beide mit dem Bezugszeichen C bezeichnet.

Q = C × V (1)

Wenn der Schalter S geöffnet ist, liegt eine Spannung V an der Serienschaltung von Speicherkondensator C und Kondensator P (mit der Kapazität Cin) des Analogschalters S an. Ströme vom Speicherkondensator C, d. h. ein Strom Iw für weiße Fläche auf dem zu reproduzierenden Original und ein Strom Ib für schwarze Flächen auf dem zu reproduzierenden Original werden durch folgende Gleichungen ausgedrückt:

wobei Rw und Rb die Widerstandswerte sind, die erzeugt werden, wenn das photoelektrische Wandlerelement U durch eine weiße Fläche auf dem Original bzw. einer schwarzen Fläche auf dem Original entladen wird. t ist das Zeitintervall, das ab dem Beginn einer solchen Entladung verstrichen ist.

Die bei einem Lesezyklus T jeweils für eine weiße Fläche auf dem Original bzw. eine schwarze Fläche auf dem Original entladenen Ladungen Qw und Qb werden durch folgende Gleichungen ausgedrückt.

Bei einem Wert C 2 der Streukapazität SC wird eine Spannung Sw des Signals für ein weißes Original sofort, nachdem der Analogschalter S geschlossen wurde, damit ein Strom von der Streukapazität SC zum Speicherkondensator C fließt, durch folgende Gleichung ausgedrückt:

Wenn mehrere photoelektrische Wandlerelemente U 11 bis Uki verwendet werden, wie mit Bezug auf die Fig. 5 beschrieben wird, deren Anzahl n ist, wird C 2 durch folgende Gleichung ausgedrückt:

Für Sw erhält man folgenden Ausdruck:

Gleichung 8, die die Beziehung zwischen n, der Anzahl der photoelektrischen Wandlerelemente und der Spannung Sw wiedergibt, ist in Fig. 8 im Diagramm dargestellt. Wie man aus dieser Figur erkennt, fällt die Spannung Sw rasch mit steigender Anzahl photoelektrischer Wandlerelemente ab.

Entsprechend wird die Spannung Sw für ein Signal für ein schwarzes Original durch die folgende Gleichung beschrieben:

Aus dem Obenstehenden ergibt sich, daß die Spannung Sw und Sb mit wachsender Anzahl n der parallel geschalteten photo elektrischen Wandlerelemente abnimmt.

Gemäß der in Fig. 5 gezeigten Konstruktion sind eine vorbestimmte Anzahl (k×i) photoelektrischer Wandlerelemente elektrisch in eine Mehrzahl K von Gruppen unterteilt, und jede Gruppe weist Trennverstärker A 1 bis Ak und Lastwiderstände R 1 bis Rk als Signalübertragungsvorrichtungen auf.

Wenn die Schalter S 11 geöffnet werden, liegt an den an die Photodioden D 11 geschalteten Speicherkondensatoren C 11 eine Vorspannung von einer Vorspannungsquelle 2 an. Die Photodioden D 11 empfangen das vom Original reflektierte Licht und es findet eine photoelektrische Umwandlung gemäß der Menge des empfangenen Lichtes statt. In dem Speicherkondensator C 11 gespeicherte Ladung wird entsprechend einer solchen photoelektrischen Umwandlung entladen.

Bei einem Bildabtaster eines Faksimilegräts, bei dem das Original in dichtem Kontakt mit den photoelektrischen Wandlerelementen ist, ist eine solche photoelektrische Wandlereinrichtung 13, in der in Fig. 1A und 1B gezeigten Richtung 15 angeordnet. Während das Original 12 längs der Richtung 14 transportiert wird, tasten die photoelektrischen Wandlerelemente U 11 bis Uki sukzessive das Originalbild in der Richtung 15 ab, Abtastpulse vom Schieberegister 8 werden an die Schalter S 11 bis Ski angelegt, die jeweils zu den Photodioden D 11 bis Dki gehören, die in einer Dimension angeordnet sind, wodurch sich sukzessive die Schalter S 11 bis Ski schließen. Anschließend werden die Speicherkondensatoren C 11 bis Cki wieder aufgeladen. Gemäß der Ladungsmenge wird an den Lastwiderständen R 1 bis Rk, die entsprechend in jeder photoelektrischen Wandlerelementgruppe vorgesehen sind, eine Spannung erzeugt, die über die Trennverstärker A 1 bis Ak an die Ausgangsklemmen 5 angelegt wird.

Die in jeder Gruppe photoelektrischer Wandlerelemente jeweils vorgesehenen Trennverstärker A 1 bis Ak dienen dazu, Ströme von anderen photoelektrischen Wandlerelementgruppen fließenden Ströme daran zu hindern, in seine photoelektrische Wandlergruppe einzudringen. Dadurch werden kapazitive Einflüsse auf die photoelektrischen Wandlerelementgruppen verhindert. Da die Trennverstärker A 1 bis Ak hohe Eingangsimpedanzen und niedrige Ausgangsimpedanzen haben, verhindern sie, daß elektrische Signale von der Ausgangsklemme 5 zu den jeweiligen photoelektrischen Wandlerelementen U 11 bis Uki übertragen werden.

Mit Anstieg der Anzahl k der Signalübertragungsvorrichtungen R 1 bis Rk und A 1 bis Ak bei der vorgebenen Anzahl photo elektrirscher Wandlerelementfelder, kann die Anzahl i der photoelektrischen Wandlerelemente in jeder Gruppe verringert werden (k · i<i). Daraus folgt, daß die Spannung Sw und Sb der erfaßten Signale erhöht und die Rauschkomponenten verringert werden, wodurch das Signalrauschverhältnis verbessert wird.

Claims

Photoelektrische Wandlereinrichtung mit
- - mehreren zueinander parallel angeordneten Grundschaltungen, bestehen jeweils aus
  einem Wandlerelement mit zwei Anschlüssen, zwischen denen eine Photodiode und ein parallel geschalteter Speicherkondensator liegt, einem in Serie hierzu liegenden Schalter zur Abfrage der im Speicherkondensator gespeicherten Information und
- - einer für alle Grundschaltungen gemeinsamen Vorspannungsquelle zur Vorspannung der Photodioden in Sperrichtung, und
- - einer Einrichtung zum zeitlichen aufeinanderfolgenden Schließen der Schalter jeder der Grundschaltungen,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Schalter (S) der Grundschaltungen im geschlossenen Zustand den einen Anschluß des Wandlerelements (U) erdet,
daß die anderen Anschlüsse der Wanlderelemente (U) mit einem ersten Anschluß eines gemeinsamen Ladewiderstandes (R) und mit einem gemeinsamen Koppelkondensator (6) verbunden sind, und
daß die gemeinsame Vorspannungsquelle (2) zwischen dem zweiten Anschluß des Ladewiderstands (R) und Erde liegt.