DE60209846T2

DE60209846T2 - System und Verfahren zur Tastung von einem Photodetektor sowie hiermit ausgerüstete Photozellenschaltungen

Info

Publication number: DE60209846T2
Application number: DE60209846T
Authority: DE
Inventors: Brian J. Fort Collins Misek
Original assignee: Avago Technologies General IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Aptina Imaging Corp
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2022-11-15
Also published as: EP1313061A3; JP2003250096A; EP1313061B1; DE60209846D1; US20030094565A1; JP4247516B2; EP1313061A2; US6649899B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Abtasten eines Photodetektors und auf Photozellenschaltungen, die denselben beinhalten.
HINTERGRUND
Photodetektoren können bei einer großen Bandbreite von Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich Bilderzeugungsanwendungen und Optische-Navigation-Anwendungen. Kürzlich wurden Photodetektorschaltungen in Optische-Navigation-Sensoren integriert, die nicht-mechanische Nachverfolgungsmaschinen für Computermäuse liefern. Die Optische-Navigation-Sensoren verwenden eine Optische-Navigation-Technologie, die Positionsänderungen misst, indem sie sequentielle Oberflächenbilder (Rahmen) optisch erfasst und die Richtung und den Umfang der Bewegung mathematisch ermittelt. Um ein verzerrungsfreies Bild der gescannten Oberfläche zu erzeugen, sollte der Pfad der Scanvorrichtung über die Oberfläche mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, so dass das Originalbild getreu auf die gescannten Pixeldaten abgebildet werden kann. Derartige Optische-Navigation-Systeme verfolgen üblicherweise den gescannten Pfad auf der Basis von erfassten Unterschieden bezüglich des Pixel-zu-Pixel-Oberflächenreflexionsvermögens nach. Diese Änderungen bezüglich des Reflexionsvermögens können je nach dem Oberflächenmedium ziemlich gering sein (z. B. in der Größenordnung von 6% für weißes Papier). Dagegen können Rauschsignale (z. B. durch die Photodiode erzeugte Schrotrauschsignale), die durch die Wirkung eines Phototransistors verstärkt werden, relativ groß sein. Somit sind die Photoelementsignale bei Optische-Navigation-Sensoranwendungen üblicherweise durch relativ niedrige Signal/Rausch-Verhältnisse gekennzeichnet. Folglich umfassen Optische-Navigation-Sensoren üblicherweise Schaltungen, die die Signal/Rausch-Verhältnisse von Photoelementen ausreichend hoch halten, damit eine Sensorbewegung nachverfolgt werden kann. Jedoch sollten diese Schaltungen eine relativ geringe Größe aufweisen, so dass ein beträchtlicher Abschnitt der Photozellenfläche zur Lichterfassung verwendet werden kann.
Manche Navigationssensoren, die bisher vorgeschlagen wurden, umfassen zweidimensionale Photoelementarrays, die auf einem Integrierte-Schaltung-Substrat gebildet sind, das eine Auslese- und Signalverarbeitungsschaltungsanordnung umfasst. Die Photoelementarrays können jeweils mehrere Spalten und mehrere Reihen von Photoelementen aufweisen. Jedes Photoelement kann einen Phototransistor zum Erzeugen von Strom ansprechend auf erfasste Lichtsignale, eine Servoverstärkerschaltungsanordnung zum Vorspannen der Basis des Phototransistors und einen Integrationskondensator zum Speichern einer Ladung, die auf die Menge von mittels Licht erzeugtem Strom anspricht, umfassen. Die integrierte Ladung an dem Kondensator wird periodisch gelesen und verarbeitet, so dass die Lichtmenge, die während eines gegebenen Lesezeitraums auf das Photoelement fällt, bestimmt werden kann.
Die US-A-6,078,037 offenbart einen Aktiv-Pixel-CMOS-Sensor, der ein lichtempfindliches Element, das zwischen Masse und einen Sammlungsknoten gekoppelt ist, einen Rücksetztransistor, der zwischen den Sammlungsknoten und eine Spannungsversorgung gekoppelt ist, eine Mehrzahl von Speicherelementen, die Aufnahmeknoten definieren, eine Mehrzahl von Abtasttransistoren, die zwischen den Sammlungsknoten und einen jeweiligen der Aufnahmeknoten gekoppelt sind, sowie eine Mehrzahl von Auslesetransistoren umfasst. Eine Steuerlogik erzeugt jeweilige Abtastsignale zum Aktivieren eines jeweiligen der Abtasttransistoren. Die Steuerlogik erzeugt ferner eine Mehrzahl von Freigabesignalen zum Freigeben eines jeweiligen der Auslesetransistoren.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Aufgabe, eine Schaltung zum Abtasten eines Photodetektorausgangsknotens zu liefern, die einen vereinfachten Schaltungsentwurf aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltung gemäß Anspruch 1 erzielt.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung hat eine Schaltung zum Abtasten eines Photodetektorausgangsknotens zum Gegenstand. Die Schaltung umfasst eine Mehrintegratorschaltung, die zwischen den Photodetektorausgangsknoten und einen Ausleseknoten gekoppelt ist und mehrere Speicherelemente und eine Steuerschaltung aufweist, die dahingehend wirksam ist, an dem Ausgangsknoten eine erste gespeicherte Abtastung des Photodetektorausgangsknotens zu präsentieren, während sie gleichzeitig eine zweite Abtastung des Photodetektorausgangsknotens speichert. Die Mehrintegratorschaltung umfasst mehrere Integratorschaltungen, die jeweils einen zugeordneten Speicherknoten, einen jeweiligen Integrationsschalter, der zwischen den zugeordneten Speicherknoten und den Photodetektorausgangsknoten gekoppelt ist, und einen jeweiligen Ausleseschalter, der zwischen den zugeordneten Speicherknoten und den Ausleseknoten gekoppelt ist, aufweisen. Die Steuerknoten jedes der Integrationsschalter sind mit einer jeweiligen Eingangssteuerleitung gekoppelt. Die Integrationsschalter und die Ausleseschalter eines Paars von Integratorschaltungen sind über Kreuz gekoppelt, so dass ein jeweiliges Paar von Eingangssteuerleitungen eine Speicherung einer Photodetektorausgangsknotenabtastung an einem Speicherknoten und eine gleichzeitige Präsentation einer gespeicherten Photodetektorausgangsknotenabtastung von einem anderen Speicherknoten steuert.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann eine Verschlussschaltung zwischen die Integrationsschalter und den Photodetektorausgangsknoten gekoppelt sein. Die Verschlussschaltung kann einen Schalter aufweisen, der zwischen die Integrationsschalter gekoppelt ist und einen mit einer Integrationssteuerleitung gekoppelten Steuerknoten aufweist.
Bei manchen Ausführungsbeispielen können die Speicherknoten dahingehend wirksam sein, durch den Photodetektorausgangsknoten entladen zu werden. Bei diesen Ausführungsbeispielen können die Speicherknoten dahingehend wirksam sein, durch den Ausleseknoten geladen zu werden.
Bei einem anderen Aspekt liefert die Erfindung eine Photozellenschaltung, die eine Photodetektorschaltung und eine Mehrintegratorschaltung aufweist. Die Photodetektorschaltung weist einen Ausgangsknoten auf. Die Mehrintegratorschaltung ist zwischen den Photodetektorausgangsknoten und einen Ausleseknoten gekoppelt. Die Mehrintegratorschaltung weist mehrere Speicherelemente und eine Steuerschaltung auf. Die Steuerschaltung ist dahingehend wirksam, an dem Ausleseknoten eine erste gespeicherte Abtastung des Photodetektorausgangsknotens zu präsentieren, während sie gleichzeitig eine zweite Abtastung des Photodetektorausgangsknotens speichert.
Bei manchen Ausführungsbeispielen gemäß diesem Aspekt der Erfindung umfasst die Photozellenschaltung ferner eine Mehrzahl von Photoelementen, die zu einem Array angeordnet sind. Jedes der Photoelemente umfasst eine jeweilige Photodetektorschaltung und eine zugeordnete Mehrintegratorschaltung.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, einschließlich der Zeichnungen und der Patentansprüche.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schaltungsdiagramm einer ersten Photozellenschaltung.
2 ist ein Schaltungsdiagramm einer zweiten Photozellenschaltung.
3 ist ein Schaltungsdiagramm einer dritten Photozellenschaltung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bei der folgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche Elemente zu identifizieren. Ferner sollen die Zeichnungen wichtige Merkmale exemplarischer Ausführungsbeispiele auf schematische Weise veranschaulichen. Die Zeichnungen sollen nicht jedes Merkmal tatsächlicher Ausführungsbeispiele oder relative Abmessungen der gezeigten Elemente zeigen und sind nicht maßstabsgetreu gezeichnet.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst eine Photozellenschaltung 10 bei einem Ausführungsbeispiel eine Photodetektorschaltung 12 und eine Mehrintegratorschaltung 14. Allgemein ist die Photodetektorschaltung 12 dahingehend wirksam, selektiv durch einen Ausgangsknoten Strom zu ziehen, der der durch einen Phototransistor empfangenen Lichtmenge entspricht. Wie nachstehend ausführlicher erläutert wird, ist die Mehrintegratorschaltung 14 dahingehend wirksam, an einem Ausleseknoten eine erste gespeicherte Abtastung des Photodetektorausgangsknotens zu präsentieren, während sie gleichzeitig eine zweite Abtastung des Photodetektorausgangsknotens speichert.
Die Photodetektorschaltung 12 umfasst einen Phototransistor 16, eine Servoschaltung 18, einen Eingangstransistor 20 und einen Ausgangstransistor 22. Der Phototransistor 16 ist ein PNP-Transistor, der ansprechend auf empfangene Photonen 24 Strom erzeugt. Die Servoschaltung 18 umfasst ein Paar von MOS-Transistoren 26, 28, die einen Vorspannungspunktverstärker mit einer Gemeinsam-Gatter-Stufe für den Ausgang des Phototransistors 16 bilden. Der Eingangstransistor ist ein MOS-Transistor, der die Versorgung mit Vorspannungsstrom von der Netzleitung V_DD ansprechend auf ein Eingangssteuersignal (PBB) tormäßig steuert. Allgemein legen die Servoschaltung 18 und der Eingangstransistor 20 den Vorspannungsstrom auf einen im Wesentlichen. konstanten Pegel fest, der wiederum die Basis-Kollektor-Spannung des Phototransistors 16 einstellt. Die Basis-Kollektor-Spannung des Phototransistors 16 ist vorzugsweise auf einen Pegel eingestellt, der etwa gleich dem NMOS-Schwellenpegel über GND (ground, Masse) an dem Kollektorknoten 30 ist. Die Servoschaltung 18 und der Eingangstransistor 20 liefern eine Gegenkopplungsschleife, bei der der MOS-Transistor 28 als Source-Folger des Emitterknotens 32 des Phototransistors 16 arbeitet. Auf diese Weise wird die Basis-Kollektor-Spannung des Phototransistors 16 durch die Emitterspannung des Phototransistors 16 gesteuert. Von der Ausgangsperspektive aus betrachtet erscheint der Transistor 28 der Servoschaltung 18 als Gemeinsam-Gatter-Stufe, die auch den Emitterknoten 32 und den Basisknoten 34 des Phototransistors 16 von dem Spannungshub an dem Ausgangsknoten 36 der Photodetektorschaltung 12 isoliert. Der Ausgangstransistor 22 ist ein MOS-Transistor, der steuert, ob Strom von der Netzleitung V_DD zur Verfügung stehen wird, um den mittels Licht erzeugten Strom, der durch den Phototransistor 16 gezogen wird, zu liefern. Insbesondere wird der Ausgangstransistor 22 dann, wenn das Ausgangssteuersignal INT niedrig ist, abgeschaltet, was verhindert, dass durch die Netzleitung V_DD Strom geliefert wird. Wenn das Ausgangssteuersignal INT hoch ist, wird der Ausgangstransistor 22 eingeschaltet, was ermöglicht, dass durch die Netzleitung V_DD Strom geliefert wird.
Die Mehrintegratorschaltung 14 umfasst ein Paar von Speicherknoten 40, 42, die den Eingangsgattern eines Paars von MOS-Transistoren 44 bzw. 46 entsprechen. Die Mehrintegratorschaltung 14 umfasst ferner ein Paar Integrations-MOS-Transistoren (oder -Schalter) 48, 50 und ein Paar Auslese-MOS-Transistoren (oder -Schalter) 52, 54, die jeweils Speicherknoten 40, 42 zugeordnet sind. Die Gatter der Integrationstransistoren 48, 50 sind mit Steuerleitungen I_A bzw. I_B gekoppelt, und die Gatter der Auslesetransistoren 52, 54 sind mit Steuerleitungen R_A bzw. R_B gekoppelt. Die Drains der Auslesetransistoren 52, 54 sind an einem gemeinsamen Ausgangsknoten 56 (OUT) gekoppelt.
Die Eingangssteuersignale I_A, I_B, R_A, R_B und INT können dazu verwendet werden, die Speicherknoten 40, 42 der Photozellenschaltung 10 in einen von drei Betriebsmodi zu versetzen: Halten, Integrieren und Umwandlung (oder Auslesen). Ein Speicherknoten wird in den Halten-Modus versetzt, wenn die Integrations- und Ausleseschalter 48–54 offen sind und der Photodetektorausgangsschalter 22 geschlossen ist (d. h. I_A, I_B, R_A, R_B und INT hoch sind). In dem Halten-Betriebsmodus werden die Ladungen an den Speicherknoten 40, 42 isoliert und gehalten. Ein Speicherknoten wird in den Integrieren-Modus versetzt, wenn einer der Integrationsschalter geschlossen ist und der Photodetektorausgangsschalter 22 offen ist (d. h. I_A oder I_B niedrig ist und INT niedrig ist). Bei dem Integrieren-Betriebsmodus wird der mittels Licht erzeugte Strom, der durch den Phototransistor 16 gezogen wird, durch die Ladung geliefert, die an dem Speicherknoten gespeichert ist, der mit dem geschlossenen Integrationsschalter gekoppelt ist. Am Ende des Integrieren-Modus wird die Photozellenschaltung 10 in den Halten-Modus versetzt. Ein Speicherknoten wird in den Umwandlung-Betriebsmodus versetzt, wenn einer der Ausleseschalter 52, 54 geschlossen ist (d. h. R_A oder R_B niedrig ist). Bei dem Umwandlung-Betriebsmodus wird Ladung durch eine Rücksetznetzleitung dem mit dem geschlossenen Ausleseschalter gekoppelten Speicherknoten geliefert. Die Ladung, die benötigt wird, um die Speicherknotenspannung auf die Rücksetznetzleitungsspannung (V_RESET) einzustellen, entspricht der Strommenge, die während des Integrationszeitraums durch den Phototransistor 16 gezogen wird, und wird durch eine (nicht gezeigte) Ausleseschaltung in ein digitales Wort umgewandelt.
Im Betrieb werden die Speicherknoten 40, 42 initialisiert, indem jeder derselben in den Umwandlung-Modus und anschließend den Halten-Modus versetzt wird. Als Nächstes wird ein erster der Speicherknoten in den Integrieren-Modus und anschließend in den Halten-Modus versetzt. Während die Ausleseschaltung den ersten Speicherknoten verarbeitet, wird der zweite der Speicherknoten in den Integrieren-Modus und anschließend in den Halten-Modus versetzt. Auf diese Weise können die Speicherknoten 40, 42 gleichzeitig arbeiten, so dass Bilddaten von der Photodetektorschaltung 12 während des Auslesens gesammelt werden können. Dieses Merkmal vermeidet die beträchtlichen Nicht-Integration-Zeiträume, die oft Abtastschemata charakterisieren, bei denen die Integrations- und Auslese-(oder Umwandlungs-)Funktionen sequentiell durchgeführt werden, insbesondere wenn in einem mit einem Verschluss versehenen, nicht-rollenden Abbildungsmodus gearbeitet wird.
Unter Bezugnahme auf 2 umfasst eine Photozellenschaltung 60 bei einem anderen Ausführungsbeispiel eine Photodetektorschaltung 12, eine Mehrintegratorschaltung 14, eine Verschlussschaltung 62 und einen Ausgangsschalter 64. Die Operationen der Photodetektorschaltung 12 und der Mehrintegratorschaltung 14 sind dieselben wie die der entsprechenden Schaltungen, die in Verbindung mit der Photozellenschaltung 10 der 1 beschrieben wurden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Integrationsschalter 48, 50 und die Ausleseschalter 52, 54 jedoch über Kreuz gekoppelt, so dass ein jeweiliges Paar von Eingangssteuerleitungen A, B eine Speicherung einer Photodetektorausgangsknotenabtastung an einem Speicherknoten und eine gleichzeitige Präsentation einer gespeicherten Photodetektorausgangsknotenabtastung von dem anderen Speicherknoten steuern. Insbesondere sind die Gatter des Integrationstransistors 48 und des Auslesetransistors 54 mit einer gemeinsamen Steuerleitung (A) gekoppelt, und die Gatter des Integrationstransistors 50 und des Auslesetransistors 52 sind mit einer gemeinsamen Steuerleitung (B) gekoppelt. Der Ausgangstransistor 22 der Photodetektorschaltung 12 kooperiert mit einem Isolationstransistor 66 der Verschlussschaltung 62, um eine „Verschluss"-Funktion zu liefern. Insbesondere wenn das Ausgangssteuersignal INT niedrig ist, wird der Ausgangstransistor 22 abgeschaltet und der Isolationstransistor 66 wird eingeschaltet, was verhindert, dass durch die Netzleitung V_DD Strom geliefert wird, und was ermöglicht, dass die Mehrintegratorschaltung 14 den Ausgangsknoten 36 abtastet. Wenn das Ausgangssteuersignal INT hoch ist, wird der Ausgangstransistor 22 eingeschaltet und der Isolationstransistor 66 wird ausgeschaltet, was ermöglicht, dass Strom durch die Netzleitung V_DD geliefert wird, und was verhindert, dass die Mehrintegratorschaltung 14 den Ausgangsknoten 36 abtastet. Der Mehrintegrator-Ausgangsschalter 64 koppelt den Ausgang der Mehrintegratorschaltung 14 selektiv mit einer (nicht gezeigten) Ausleseschaltung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Anzahl von Eingangssteuerleitungen relativ zu dem Ausführungsbeispiel der 1 von fünf (I_A, I_B, R_A, R_B und INT) auf vier (A, B, RD und INT) reduziert, wobei zusätzliche Photozellenfläche für eine Lichterfassung durch den Phototransistor 16 frei wird.
Die Eingangssteuersignale A, B, RD und INT können dazu verwendet werden, die Speicherknoten 40, 42 der Photozellenschaltung 60 in einen von drei Betriebsmodi zu versetzen: Halten, Integrieren und Umwandlung (oder Auslesen). Ein Speicherknoten wird in den Halten-Modus versetzt, wenn die Integrations-, Ausleseschalter 48–54 und der Isolati onsschalter 66 offen sind (d. h. A, B und INT hoch sind). In dem Halten-Betriebsmodus werden die Ladungen an den Speicherknoten 40, 42 isoliert und gehalten. Ein Speicherknoten wird in den Integrieren-Modus versetzt, wenn einer der Integrationsschalter geschlossen ist, der Isolationsschalter 66 geschlossen ist und der Ausleseschalter 64 offen ist (d. h. entweder A oder B niedrig ist und INT und RD niedrig sind). Bei dem Integrieren-Betriebsmodus wird der mittels Licht erzeugte Strom, der durch den Phototransistor 16 gezogen wird, durch die Ladung geliefert, die an dem Speicherknoten gespeichert ist, der mit dem geschlossenen Integrationsschalter gekoppelt ist. Am Ende des Integrieren-Modus wird die Photozellenschaltung 60 in den Halten-Modus versetzt. Ein Speicherknoten wird in den Umwandlung-Betriebsmodus versetzt, wenn einer der Ausleseschalter 52, 54 geschlossen ist und der Ausgangsschalter 64 geschlossen ist (d. h. entweder A oder B niedrig ist und RD hoch ist). Bei dem Umwandlung-Betriebsmodus wird Ladung durch eine Rücksetznetzleitung dem mit dem geschlossenen Ausleseschalter gekoppelten Speicherknoten geliefert. Die Ladung, die benötigt wird, um die Speicherknotenspannung auf die Rücksetznetzleitungsspannung (V_RESET) einzustellen, entspricht der Strommenge, die während des Integrationszeitraums durch den Phototransistor 16 gezogen wird, und wird durch eine (nicht gezeigte) Ausleseschaltung in ein digitales Wort umgewandelt.
Im Betrieb werden die Speicherknoten 40, 42 initialisiert, indem jeder derselben in den Umwandlung-Modus und anschließend den Halten-Modus versetzt wird. Als Nächstes wird ein erster der Speicherknoten in den Integrieren-Modus und anschließend in den Halten-Modus versetzt. Während die Ausleseschaltung den ersten Speicherknoten verarbeitet, wird der zweite der Speicherknoten in den Integrieren-Modus und anschließend in den Halten-Modus versetzt. Auf diese Weise können die Speicherknoten 40, 42 gleichzeitig arbeiten, so dass Bilddaten von der Photodetektorschaltung 12 während des Auslesens gesammelt werden können. Dieses Merkmal vermeidet die beträchtlichen Nicht-Integration-Zeiträume, die oft Abtastschemata charakterisieren, bei denen die Integrations- und Auslese- (oder Umwandlungs-) Funktionen sequentiell durchgeführt werden, insbesondere wenn in einem mit einem Verschluss versehenen, nicht-rollenden Abbildungsmodus gearbeitet wird.
Unter Bezugnahme auf 3 umfasst eine Photozellenschaltung 70 bei einem anderen Ausführungsbeispiel eine Mehrintegratorschaltung 14 und eine modifizierte Photodetektorschaltung 72, die dieselben Schaltungselemente umfasst wie die Photodetektorschaltung 12 der 1, mit der Ausnahme, dass die Photodetektorschaltung 72 einen zusätzlichen Ausgangstransistor 74 umfasst. Ferner werden die Ausgangstransistoren 22, 74 der Photodetektorschaltung 72 durch Steuerleitungen I_A bzw. I_B gesteuert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Anzahl von Eingangssteuerleitungen relativ zu dem Ausführungsbeispiel der 1 von fünf (I_A, I_B, R_A, R_B und INT) auf vier (I_A, I_B, R_A und R_B) reduziert, wobei Fläche für eine Lichterfassung durch den Phototransistor 16 frei wird.
Die Eingangssteuersignale I_A, I_B, R_A und R_B können dazu verwendet werden, die Speicherknoten 40, 42 der Photozellenschaltung 70 in einen von drei Betriebsmodi zu versetzen: Halten, Integrieren und Umwandlung (oder Auslesen). Ein Speicherknoten wird in den Halten-Modus versetzt, wenn die Integrations- und Ausleseschalter 48–54 offen sind und die Photodetektorausgangsschalter 22, 74 geschlossen sind (d. h. I_A, I_B, R_A und R_B hoch sind). In dem Halten-Betriebsmodus werden die Ladungen an den Speicherknoten 40, 42 isoliert und gehalten. Ein Speicherknoten wird in den Integrieren-Modus versetzt, wenn einer der Integrationsschalter geschlossen ist und ein entsprechender der Photodetektorausgangsschalter 22, 74 offen ist (d. h. I_A oder I_B niedrig ist und R_A bzw. R_B hoch ist). Bei dem Integrieren-Betriebsmodus wird der mittels Licht erzeugte Strom, der durch den Phototransistor 16 gezogen wird, durch die Ladung geliefert, die an dem Speicherknoten gespeichert ist, der mit dem geschlossenen Integrationsschalter gekoppelt ist. Am Ende des Integrieren-Modus wird die Photozellenschaltung 70 in den Halten-Modus versetzt. Ein Speicherknoten wird in den Umwandlung-Betriebsmodus versetzt, wenn einer der Ausleseschalter 52, 54 geschlossen ist (d. h. R_A oder R_B niedrig ist). Bei dem Umwandlung-Betriebsmodus wird Ladung durch eine Rücksetznetzleitung dem mit dem geschlossenen Ausleseschalter gekoppelten Speicherknoten geliefert. Die Ladung, die benötigt wird, um die Speicherknotenspannung auf die Rücksetznetzleitungsspannung (V_RESET) einzustellen, entspricht der Strommenge, die während des Integrationszeitraums durch den Phototransistor 16 gezogen wird, und wird durch eine (nicht gezeigte) Ausleseschaltung in ein digitales Wort umgewandelt.
Im Betrieb werden die Speicherknoten 40, 42 initialisiert, indem jeder derselben in den Umwandlung-Modus und anschließend den Halten-Modus versetzt wird. Als Nächstes wird ein erster der Speicherknoten in den Integrieren-Modus und anschließend in den Halten-Modus versetzt. Während die Ausleseschaltung den ersten Speicherknoten verarbeitet, wird der zweite der Speicherknoten in den Integrieren-Modus und anschließend in den Halten-Modus versetzt. Auf diese Weise können die Speicherknoten 40, 42 gleichzeitig arbeiten, so dass Bilddaten von der Photodetektorschaltung 12 während des Auslesens gesammelt werden können. Dieses Merkmal vermeidet die beträchtlichen Nicht-Integration-Zeiträume, die oft Abtastschemata charakterisieren, bei denen die Integrations- und Auslese-(oder Umwandlungs-)Funktionen sequentiell durchgeführt werden, insbesondere wenn in einem mit einem Verschluss versehenen, nicht-rollenden Abbildungsmodus gearbeitet wird.
Jede der oben beschriebenen Photozellenschaltungen kann in ein optisches Sensorarray für eine tragbare, in der Hand zu haltende Scanvorrichtung oder eine optische Computermaus integriert werden. Beispielsweise können diese Ausführungs beispiele in optische Sensorarrays für eine oder mehr der in der Hand zu haltenden Scanvorrichtungen integriert werden, die in den U.S.-Patentschriften Nrn. 6,037,643 und 5,769,384, von denen jede durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen ist, beschrieben sind.
Andere Ausführungsbeispiele fallen in den Schutzumfang der Patentansprüche.
Beispielsweise wurde jede der Mehrintegratorschaltungen 14 zusammen mit bestimmten Photodetektorschaltungen 12, 72 beschrieben. Bei anderen Ausführungsbeispielen können jedoch Mehrintegratorschaltungen 14 verwendet werden, um eine beliebige einer großen Bandbreite unterschiedlicher Photodetektorschaltungen, einschließlich einer relativ einfachen Photodiodenschaltung, abzutasten.
Bei anderen Ausführungsbeispielen können eine oder mehr der oben beschriebenen Schaltungen umgedreht werden, um dieselben jeweiligen Funktionen bei NMOS-zu-PMOS-Dualität und PNP-zu-NPN-Dualität sowie VDD-und-GND-Dualität zu liefern. Außerdem können die Speicherknoten, obwohl die kapazitiven Speicherknoten bei jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele durch NMOS-Vorrichtungen implementiert sind, bei anderen Ausführungsbeispielen durch lineare Kondensatoren, Metall oder Poly implementiert werden.
Wieder andere Ausführungsbeispiele fallen in den Schutzumfang der Patentansprüche.

Claims

Eine Schaltung zum Abtasten eines Photodetektorausgangsknotens (36), die folgende Merkmale aufweist: eine Mehrintegratorschaltung (14), die zwischen den Photodetektorausgangsknoten (36) und einen Ausleseknoten gekoppelt ist und mehrere Speicherelemente (44, 46) und eine Steuerschaltung (48, 50, 52, 54) aufweist, die dahingehend wirksam ist, an dem Ausleseknoten eine erste gespeicherte Abtastung des Photodetektorausgangsknotens (36) zu präsentieren, während sie gleichzeitig eine zweite Abtastung des Photodetektorausgangsknotens (36) speichert; wobei die Mehrintegratorschaltung (14) mehrere Integratorschaltungen umfasst, die jeweils einen zugeordneten Speicherknoten (40, 42), einen jeweiligen Integrationsschalter (48, 50), der zwischen den zugeordneten Speicherknoten (40, 42) und den Photodetektorausgangsknoten gekoppelt ist, und einen jeweiligen Ausleseschalter (52, 54), der zwischen den zugeordneten Speicherknoten (40, 42) und den Ausleseknoten gekoppelt ist, aufweisen; wobei Steuerknoten jedes der Integrationsschalter (48, 50) mit einer jeweiligen Eingangssteuerleitung gekoppelt sind; wobei die Integrationsschalter (48, 50) und die Ausleseschalter (52, 54) eines Paars von Integratorschaltungen über Kreuz gekoppelt sind, so dass ein jeweiliges Paar von Eingangssteuerleitungen eine Speicherung einer Photodetektorausgangsknotenabtastung an einem Speicherknoten (40, 42) und eine gleichzeitige Präsen tation einer gespeicherten Photodetektorausgangsknotenabtastung von einem anderen Speicherknoten (40, 42) steuert.
Die Abtastschaltung gemäß Anspruch 1, die ferner einen Ausgangsschalter (64) aufweist, der zwischen den Ausleseknoten und jeden der Ausleseschalter (52, 54) gekoppelt ist und einen mit einer Auslesesteuerleitung gekoppelten Steuerknoten aufweist.
Die Abtastschaltung gemäß Anspruch 1, die ferner eine Verschlussschaltung (62) aufweist, die zwischen die Integrationsschalter (48, 50) und den Photodetektorausgangsknoten (36) gekoppelt ist.
Die Abtastschaltung gemäß Anspruch 3, bei der die Verschlussschaltung (62) einen Schalter (66) aufweist, der zwischen die Integrationsschalter (48, 50) gekoppelt ist und einen mit einer Integrationssteuerleitung gekoppelten Steuerknoten aufweist.
Die Abtastschaltung gemäß Anspruch 1, bei der Steuerknoten jedes der Ausleseschalter (52, 54) mit einer jeweiligen Auslesesteuerleitung gekoppelt sind.