DE68907486T2

DE68907486T2 - Photoempfindliche Matrix mit drei Dioden pro Punkt ohne Rückstellung.

Info

Publication number: DE68907486T2
Application number: DE89400066T
Authority: DE
Inventors: Marc Arques; Jean-Luc Berger
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1988-01-15
Filing date: 1989-01-10
Publication date: 1993-10-21
Anticipated expiration: 2009-01-11
Also published as: EP0324677B1; FR2626127B1; US4957659A; JPH023970A; FR2626127A1; JP2743426B2; EP0324677A1; DE68907486D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Matrix mit lichtempfindlichen Elementen.
Bei der Herstellung einer Matrix mit lichtempfindlichen Elementen ist es üblich, eine Schar von Zeilenleitern und ein Schar von Spaltenleitern sowie an jedem Kreuzungspunkt einer Zeile und einer Spalte jeweils ein lichtempfindliches Element vorzusehen. Durch die Schar von Zeilenleitern wählt man eine Zeile von lichtempfindlichen Elementen, aus deren elektrische Ausgangssignale man kennen möchte. Durch die Schar von Spaltenleitern liest man ein Ausgangssignal für jedes der Elemente der ausgewählten Zeile.
In der französischen Patentanmeldung FR-A-2 593 343 wird eine lichtempfindliche Matrix mit einem Netz von lichtempfindlichen Punkten beschrieben, in dem jeder lichtempfindliche Punkt einen Ladungsspeicherkondensator in Reihe mit einem lichtempfindlichen Element enthält, wobei das Ganze zwischen einem Zeilenleiter und einem Spaltenleiter angeschlossen ist. Das lichtempfindliche Element kann eine PIN-Fotodiode mit drei Schichten sein (halbleitende Schicht vom Typ P, intrinsische Schicht I, Schicht vom Typ N).
Ladungen werden in der Fotodiode durch Beleuchtung des lichtempfindlichen Punkts erzeugt. Sie sammeln sich auf dem Knoten (der potentialmäßig nicht festgelegt ist) zwischen der Fotodiode und dem Kondensator. Sie werden durch Anlegen eines Spannungsimpulses an den Zeilenleiter mit einer Richtung ausgelesen, durch die die Fotodiode in Leitrichtung vorgespannt wird, während sie während der Ladungssammelphase in Sperrichtung vorgespannt war). Ladungen einer Menge entsprechend den gesammelten Ladungen werden dann von dem Knoten zur Spalte (oder umgekehrt von der Spalte zum Knoten) übertragen. Das Auslesen besteht darin, diese Ladungsbewegung zu messen.
Nach dem Ende des Leseimpulses sperrt die Fotodiode in Erwartung einer neuen Beleuchtungs- und Ladungsintegrationsphase.
Das Potential des Knotens ist aber nicht mehr auf dem Wert, auf dem es zu Beginn der Integrationsphase war. Man kann daher keine neue Integrationsphase beginnen, ehe man dieses Potential des Knotens auf einen genau bestimmten Startwert gebracht hat.
Der Lesephase folgt also eine Phase, in der der Knoten auf einen Potentialpegel gebracht wird. Die Potentialrückstellung erfolgt durch eine intensive Beleuchtung der Fotodiode. Es ist also notwendig, eine Beleuchtungsquelle und ein Steuermittel vorzusehen, die mit den Lesemitteln der lichtempfindlichen Matrix synchronisiert sind, um nach jeder Lesephase das Startpotential wieder herzustellen.
Andererseits erfordert die oben beschriebene Matrix, die als lichtempfindlichen Punkt eine Serienschaltung einer Fotodiode und eines Kondensators verwendet, eine diskontinuierliche Beleuchtung, daß heißt, daß die Matrix während der für das Auslesen des von den lichtempfindlichen Punkten gelieferten Signals reservierten Zeit im Dunkeln liegt.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine neue Struktur des lichtempfindlichen Punkts vor, die keine Beleuchtungsquelle für die Potentialrückstellung mehr erfordert und die Information im kontinuierlichen Fluß zu erfassen erlaubt, ohne daß es notwendig wäre, die Matrix während des Lesevorgangs im Dunkeln zu halten.
Gemäß der Erfindung ist eine Matrix von lichtempfindlichen Punkten mit einem Netz von in Zeilen (mindestens 1 Zeile) und Spalten (mindestens 1 Spalte) angeordneten lichtempfindlichen Punkten, wobei jeder lichtempfindliche Punkt am Schnittpunkt einer Zeile und einer Spalte liegt und zwischen zwei aufeinanderfolgenden Lesephasen elektrische Ladungen aufgrund einer Beleuchtung dieses Punktes integrieren kann, dadurch gekennzeichnet, daß jeder lichtempfindliche Punkt drei Dioden enthält, die an einen gemeinsamen Knoten mit undefiniertem Potential angeschlossen sind, wobei eine erste Diode, lichtempfindliche Diode genannt, zwischen einen Zeilenleiter und den Knoten eingefügt ist, um elektrische Ladungen auf den Knoten bei einer Beleuchtung zu erzeugen, eine zweite Diode, Lesediode genannt, zwischen den Knoten und einen Spaltenleiter eingefügt ist, um eine Übertragung einer Ladungsmenge entsprechend der durch die Beleuchtung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Lesephasen des Punktes erzeugten Ladungsmenge zwischen diesem Spaltenleiter und dem Knoten zu erlauben, und eine dritte Diode, Potentialrückstelldiode genannt, zwischen den Knoten und einen an eine Potentialrückstellspannungsquelle angeschlossenen Leiter eingefügt ist, um das Potential des Knoten mit undefiniertem Potential nach jedem Ladungstransfer auf einen gewählten Wert zurückzusetzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Quelle für die Potentialrückstellung eine feste Bezugspotentialquelle.
In diesem Fall sieht man vorzugsweise vor, daß die Anode der lichtempfindlichen Diode, die Anode der Lesediode und die Kathode der Potentialrückstelldiode mit dem gemeinsamen Knoten verbunden sind oder daß umgekehrt die Kathode der lichtempfindlichen Diode, die Kathode der Lesediode und die Anode der Potentialrückstelldiode mit dem gemeinsamen Knoten verbunden sind.
In dieser Ausführungsform braucht man nicht nur keine Lichtquelle, um das Potential des Knotens auf den richtigen Pegel zu bringen, sondern man braucht nicht einmal ein elektrisches Rückstellsignal eines spezifischen Pegels zu erzeugen. Schon das Vorhandensein der festen Spannungsquelle reicht aus, um das Potential am Knoten auf den gewünschten Pegel zu bringen.
In einer anderen Ausführungsform ist die Spannungsquelle zur Pegelrückstellung an einen anderen Zeilenleiter angeschlossen. Ein Mittel ist vorhanden, um an den an die lichtempfindliche Diode angeschlossenen Zeilenleiter einen Leseimpuls am Ende einer Ladungsintegrationsperiode anzulegen; ein anderes Mittel ist vorgesehen, um an den anderen Zeilenleiter einen Spannungsimpuls zur Pegelrückstellung nach dem Leseimpuls anzulegen.
In diesem Fall sieht man vorzugsweise vor, daß die Kathode der lichtempfindlichen Diode, die Anode der Lesediode und die Kathode der Potentialrückstelldiode mit dem Knoten verbunden sind oder daß umgekehrt die Anode der lichtempfindlichen Diode, die Kathode der Lesediode und die Anode der Potentialrückstelldiode mit dem Knoten verbunden sind.
Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die auf einer Spalte gelesene Ladung um so größer ist, je schwächer die Beleuchtung ist. Sie hat außerdem den Vorteil, den Transfer eine Mindestladung ≠ 0 in allen Beleuchtungsfällen zu erlauben (von einer Beleuchtung Null bis zu einer Sättigungsbeleuchtung).
Man kann dann auch vorsehen, daß der erwähnte andere Zeilenleiter der an eine lichtempfindliche Diode eines lichtempfindlichen Punkts entsprechend einer anderen Zeile von lichtempfindlichen Punkten der Matrix angeschlossen wird. In manchen Fällen liegt diese anderen Zeile neben der ersten Zeile, aber man kann auch andere Anordnungen in Betracht ziehen, insbesondere wenn man eine Auslesung der Matrix mit einer verschachtelten Abtastung der Zeilen machen will. Diese Ausführungsformen erlauben den Verzicht auf zwei Zeilenleiter für jeden Matrixpunkt.
In einer anderen Ausführungsform sieht man vor, daß der Leiter zur Pegelrückstellung an eine Konstantspannungsquelle angeschlossen wird, die allen lichtempfindlichen Punkten gemein ist, und daß an den Zeilenleiter ein periodisches Signal mit drei unterschiedlichen Spannungspegeln angelegt wird, nämlich einen ersten Pegel während einer Integrationsphase, einen zweiten Pegel während einer Lesephase und einen dritten Pegel während einer Potentialrückstellungsphase. Diese Anordnung ermöglicht den Verzicht auf einen zweiten Zeilenleiter für jede Zeile von lichtempfindlichen Punkten und ergibt zudem eine um so bedeutendere Menge elektrischer Ladungen, je schwächer die Beleuchtung ist. In diesem Fall sieht man mit Vorteil vor, daß die Kathode der lichtempfindlichen Diode, die Anode der Lesediode und die Kathode der Diode zur Potentialrückstellung mit dem Knoten verbunden sind, oder umgekehrt, daß die Anode der lichtempfindlichen Diode, die Kathode der Lesediode und die Anode der Potentialrückstellungsdiode mit dem Knoten verbunden sind.
Schließlich kann man in gewissen Fällen die Ladung durch Anwendung eines Leseimpulses an eine Zeile auslesen, während alle Spalten auf einem Bezugspotential liegen. In anderen Fällen kann man aber an eine Zeile einen Leseimpuls eines Vorzeichens bezüglich des Bezugspotentials der Spalten und zugleich einen Leseimpuls mit entgegengesetztem Vorzeichen an einen bestimmten Spaltenleiter anschließen, der an den lichtempfindlichen Punkt angeschlossen ist, dessen Ladung man lesen will, während die anderen Spaltenleiter auf Bezugspotential gehalten werden. Diese Anordnung erlaubt auf einfache Weise die Auswahl einer Spalte von lichtempfindlichen Punkte.
Die Erfindung ist auf lichtempfindliche Matrizen aller Art anwendbar, einschließlich derer, die in der Röntgentechnik verwendet werden und daher einen Scintillator (Gadoliniumoxid, Cäsiumiodid usw) zur Umwandlung einer Röntgenstrahlung (oder Gammastrahlung oder Neutronenstrahlung usw.) in eine Lichtstrahlung in dem Wellenlängenbereich besitzen, für den die Fotodioden empfindlich sind.
Die Erfindung eignet sich besonders für eine Ausführungsform, in der die lichtempfindlichen Punkte durch Überlagerung von Schichten aus amorphem Silizium gebildet werden.
Unter den Vorteilen, die der vorliegenden Erfindung zuzurechnen sind, da sie entscheidend für die Qualität der hergestellten Matrix sind, kann man erwähnen:
- die geringe Kapazität der Spalten von lichtempfindlichen Punkten,
- die Geschwindigkeit der Auslesung,
- die gute Entkopplung zwischen den lichtempfindlichen Punkten von benachbarten Zeilen oder Spalten,
- die Verringerung des Störrauschens während des Lesens, das in den früheren Systemen durch die Umschaltung der lichtempfindlichen Diode in den Leitbereich erzeugt wurde; hier bleibt die Fotodiode im Prinzip stets in Sperrichtung vorgespannt, selbst während des Auslesens.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung hervor, die sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Matrix von lichtempfindlichen Punkten.
Figur 2 zeigt die Zeitdiagramme der Veränderung der Potentiale auf dem ersten Zeilenleiter, dem zweiten Zeilenleiter und dem gemeinsamen Knoten mit undefiniertem Potential für die Ausführungsform gemäß Figur 1.
Figur 3 zeigt eine Kurve der Variation der auf einer Spalte gelesenen Ladungsmenge, abhängig von der Beleuchtung.
Figur 4 zeigt Zeitdiagramme von Potentialen für eine Betriebsvariante des Kreises gemäß Figur 1.
Figur 5 zeigt die Variation der gelesenen Ladungsmengen abhängig von der Beleuchtung für die Betriebsart gemäß Figur 4.
Figur 6 zeigt eine Ausführungsvariante, die die Betriebsart von Figur 4 verwendet.
Figur 7 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen lichtempfindlichen Matrix, in der die Potentialrückstellung nach dem Auslesen nicht mit einem Spannungsimpuls, sondern mit einer Gleichspannungsquelle erfolgt.
Figur 8 ist ein Zeitdiagramm, das die Potentialveränderungen des Knotens in der Ausführungsform gemäß Figur 7 erläutert.
Figur 9 zeigt eine andere Ausführungsform, in der die Potentialrückstellung mit einer Konstantspannungsquelle erfolgt, aber derart, daß eine um so größere Ladungsmenge geliefert wird, je schwächer die Beleuchtung ist.
Figur 10 zeigt ein Zeitdiagramm der Spannungsveränderungen entsprechend der Ausführungsform von Figur 9.
Figur 11 zeigt ein Zeitdiagramm der Folge der Steuerphasen der verschiedenen Zeilen der Matrix.
In Figur 1 sieht man vereinfachtes Schema einer Matrix von lichtempfindlichen Punkten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Matrix enthält ein Netz von lichtempfindlichen Punkten Pij in Zeilen und Spalten. Jede Zeile enthält zwei Zeilenleiter LLi und LRi, an die die lichtempfindlichen Punkte dieser Zeile angeschlossen sind. Der Zeilenleiter LLi dient der Lieferung eines Lesespannungsimpulses für die Punkte dieser Zeile. Der Zeilenleiter LRi dient der Lieferung eines Potentialrückstellungsimpulses vor einen neuen Integrationsphase. Die Zeilenleiter sind an einen Zeilendekoder DEL angeschlossen, der eine bestimmte Zeile auswählen kann, deren Punkte man lesen möchte. Der Zeilendekoder DEL gibt die Übertragung der Lese- und Potentialrückstellungsimpulse an die Leiter LLi bzw. LRi der ausgewählten Zeile frei.
Jede Spalte enthält einen Spaltenleiter Cj, an den die lichtempfindlichen Punkte dieser Spalte angeschlossen sind. Der Spaltenleiter Cj ist an einen Kreis CL zum Lesen der Ladungen angeschlossen, die von dem lichtempfindlichen punkt Pij am Schnittpunkt dieser Spalte mit der ausgewählten Zeile erzeugt werden.
In einer Ausführungsform enthält der Lesekreis einen Integrator INT für jede der Spalten von Punkten, und einen Multiplexer MUX, dem die Ausgänge der Integratoren zugeführt werden, um an seinem Ausgang S nacheinander Signale entsprechend der Beleuchtung der aufeinanderfolgenden Punkte der bezeichneten Zeile zu liefern.
In anderen Fällen könnteder Lesekreis ein Ladungstransferkreis sein und der Multiplexer könnte ein Ladungstransfer-Schieberegister sein.
Gemäß der Erfindung enthält jeder lichtempfindliche Punkt Pij drei an einen gemeinsamen Knoten A mit undefiniertem Potential angeschlossene Dioden, und zwar
- die Diode DP (Diode, deren Hauptkennzeichen ihre Lichtempfindlichkeit ist),
- die Diode DL (Lesediode, die den Ladungstransfer von dem Knoten A zum Spaltenleiter Cj bewirkt),
- die Diode DR (Potentialrückstellungsdiode, die das Potential des Knoten A nach einer Leseoperation auf einen bestimmten Pegel bringt.
In der Ausführungsform gemäß Figur 1 ist die lichtempfindliche Diode DP zwischen den ersten Zeilenleiter LLi und den Knoten A eingeschaltet, die Lesediode DL ist zwischen dem Spaltenleiter und dem Knoten A eingefügt und die Potentialrückstellungsdiode ist zwischen den zweiten Zeilenleiter LRi und dem Knoten eingefügt.
Genauer gesagt, sind im Beispiel der Figur 1 die Kathode der lichtempfindlichen Diode DP, die Anode Lesediode DL und Kathode der Potentialrückstellungsdiode DR an den Knoten angeschlossen. Man könnte aber auch in äquivalenter Weise, wenn man die Polaritäten der an die Zeilenleiter und Spaltenleiter angelegte Potentiale umkehrt, auch die Anoden und Kathoden der drei Dioden umdrehen. In diesem Fall wären die Anode der lichtempfindlichen Diode, die Kathode der Lesediode und die Anode der Potentialrückstellungsdiode mit dem Knoten verbunden.
Die Diode DP besitzt eine relativ große Oberfläche, damit ihre Lichtempfindlichkeit ausreichend groß ist. Die beiden anderen Dioden sind kleiner und vorzugsweise im Dunkeln angebracht, insbesondere die Lesediode DL, die, wenn sie beleuchtet würde, Ladungen des am Knoten gespeicherten Nutzsignals verkleinern würde.
Die Kapazität der Spalte von Punkten ist um so kleiner (was ein Vorteil ist), je kleiner die Kapazität der Lesediode ist, was dazu anregt, für die Diode DL eine Diode kleinerer Abmessungen zu verwenden.

Betrieb der Schaltung gemäß Figur 1

Zur Vereinfachung der Erläuterungen wird davon ausgegangen, daß die Kapazität der Dioden DL und DR sehr viel kleiner als die der lichtempfindlichen Diode DP ist. Würde dies nicht gelten, dann würden sich die Zahlenwerte der Potentiale und Potentialveränderungen verändern, die im Laufe der Erläuterungen angegeben werden, aber das Betriebsprinzip bliebe dasselbe.
Es werden auch die Potentialabfälle in den Dioden vernachlässigt, wenn sie in Leitrichtung vorgespannt sind, wobei diese Abfälle in der Größenordnung von 0,5 Volt liegen.
Schließlich wird davon ausgegangen, daß der an die Spalten angeschlossene Lesekreis das Potential dieser Spalten auf einem Bezugswert 0 hält.
Figur 2 zeigt die Zeitdiagramm zur Erläuterung der Betriebsweise.
Der periodische Betriebszyklus dauert von einem Zeitpunkt t0 bis zu einem Zeitpunkt t'0.
Ursprünglich, daß heißt unmittelbar vor dem Zeitpunkt t0, liegt folgender Startzustand vor (Figur 2, Diagramme 2a, 2b, 2c):
- Das Potential VLL am ersten Leiter der Zeile LLi hat einen negativen Wert VLL1, beispielsweise minus 5 Volt;
- das Potential VLR am zweiten Zeilenleiter LRi hat einen Wert 0;
- das Potential VA am Knoten A hat einen Wert von 0.
Man wird feststellen, daß dies auch die Situation ist, die am Ende des nun zu beschreibenden Lesezyklus existieren wird.
Zum Zeitpunkt t0 legt man an den zweiten Zeilenleiter LRi der ausgewählten Zeile ein negatives Potential VLR1, das vorzugsweise absolut gesehen kleiner als VLL1 ist. Es liegt beispielsweise bei minus 3 Volt.
Da die Kapazität der Diode DR sehr viel kleiner als die der Diode Dp ist, verändert sich das Potential des Knotens A kaum unter der Wirkung dieser Spannungsumschaltung (dieses Potential verändert sich jedoch in negativer Richtung hinreichend stark, um die Lesediode DL zu blockieren.
Von dem Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1 erzeugt die beleuchtete Fotodiode DP Ladungen (hier Elektronen), die sich auf dem Knoten A sammeln und das Potential dieses Knotens nach Maßgabe der Beleuchtung absenken. Die Ladungen können durch keine der Dioden abfließen, da diese Dioden alle in Sperrichtung vorgespannt sind (zumindest solange das Potential des Knotens A nicht unter das Potential eines der beiden Leiter LLi und LRi absinkt, daß heißt hier unter minus 3 Volt).
Das Diagramm der Figur 2c zeigt den Einfluß verschiedener Beleuchtungsstärken:
- Pegel E0, Beleuchtung 0,
- Pegel E1, schwache Beleuchtung,
- Pegel E2, mittlere Beleuchtung,
- Pegel E3, maximal lesbare Beleuchtung,
- Pegel E4, zu starke Beleuchtung: Sättigung
Die maximale Beleuchtung E3 ist so gewählt, daß am Ende der Ladungsintegrationsperiode, nämlich zum Zeitpunkt t1, an dem die eigentliche Auslesung beginnt, das Potential des Punktes A den negativen Pegel VLR1 oder den Pegel VLL1 erreicht (in der Praxis VLR1, da VLR1 weniger negativ als VLL1 ist).
Jenseits dieser Beleuchtungsstärke E3 gelangt die Potentialrückstelldiode DR in den Leitzustand, und das Potential des Knoten A kann nicht weiter absinken (Sättigung). Es ist im übrigen hierzu festzustellen, daß überzählige erzeugte Ladungen zum Zeilenleiter LRi und nicht zum Spaltenleiter abgeführt werden, wo sie das Signal der Zeilen stören würden, die zu diesem Zeitpunkt gerade ausgelesen werden. Der Antiblendeffekt der durch die Potentialrückstellungsdiode erzeugt wird, ergibt sich also auf besonders interessante Weise.
Zum Zeitpunkt t1, der das Ende der Integrationszeit markiert, legt man an den ersten Zeilenleiter LLi einen Leseimpuls (Figur 2a). Dieser Impuls läßt das Potential VLL dieses Leiters vom Wert VLL1 der deutlich negativ ist, auf einen Wert VLL2 übergehen, der nur schwach negativ ist (z.B. minus 1 Volt). Das Potential des Knoten A steigt so rasch (Diagramm 2c) um einen Wert entsprechend der Erhöhung der Spannung VLL, d.h. um einen Wert (VLL2 - VLL1). Dieser rasche Anstieg erfolgt durch kapazitive Kupplung über die Fotodiode DP, die in Sperrichtung vorgespannt ist und sich wie ein Kondensator verhält.
Wenn man dafür sorgt, daß die Amplitude des Werts VLL2 - VLL1 des Leseimpulses absolut gesehen größer als die an den zweiten Zeilenleiter angelegte Spannung VLR1 ist, dann erkennt man, daß das Potential des Knoten A stets zum Zeitpunkt t1 positiv wird, unabhängig von der Beleuchtungsstärke im Intervall t0 - t1 (Diagramm 2c).
Die Lesediode wird also systematisch leitend, da das Potential des Spaltenleiters 0 ist. Daher fließen die auf dem Knoten gespeicherten Ladungen über die Lesediode zum Spaltenleiter ab und erzeugen ein Signal in dem Lesekreis CL.
Mit dem Abfließen dieser Ladungen sinkt das Potential des Knoten A und wird 0. Dieser Abfall ist schnell und muß am Ende des Leseimpulses, d.h. zum Zeitpunkt t2 abgeschlossen sein. Das Diagramm 2c zeigt die Rückkehr des Potentials des Knoten A abhängig von der Beleuchtungsstärke, die die Fotodiode DP empfangen hat.
Zum Zeitpunkt t2, der das Ende des Leseimpulses markiert, kehrt das Potential des ersten Zeilenleiters auf seinen Ursprungswert VLL1 zurück, wodurch der Knoten A (der potentialmäßig wieder undefiniert ist, da keine Diode in diesem Augenblick in Leitrichtung vorgespannt ist) plötzlich potentialmäßig um eine Amplitude = VLL2 - VLL1 absinkt (Diagramm 2c, Zeitpunkt t2).
Der plötzliche Potentialabfall am Knoten A von 0 auf einen Wert VLL2 - VLL1 macht die Potentialrückstellungsdiode DR vorübergehend leitend, wodurch das Potential des Knotens A auf den Wert VLR 1 des Potentials des zweiten Zeilenleiters LRi gelangt.
Zum Zeitpunkt t3 beginnt die Phase der Potentialrückstellung des Knoten A. Diese Potentialrückstellung ist notwendig, um zu den Ursprungsbedingungen zurückzukehren, gemäß denen das Potential des Knoten A Null war.
Die Potentialrückstellung erfolgt mit einem Potentialrückstellungsimpuls, der an den zweiten Zeilenleiter LRi angelegt wird, dessen Potential VLR1 seit Beginn des Zyklus nicht verändert wurde. Der Impuls ist ein positiver Impuls der Amplitude VLR1, d.h. dieser Impuls bringt das Potential des Zeilenleiters auf Null. Dieser Impuls beginnt zum Zeitpunkt t3 und endet zum Zeitpunkt t' 0 des Beginns eines neuen Lesezyklus.
Es sei hier bemerkt, daß der Potentialrückstellimpuls vor dem Ende des Leseimpulses bereits beginnen kann, vorausgesetzt er beginnt nicht, ehe das Potential des Punkts A von einem positiven Wert auf Null zurückgekehrt ist und daß er vor dem Leseimpuls endet.
Der Potentialrückstellimpuls hat die Wirkung, das Potential des Knotens A auf Null zu bringen, da die Potentialrückstelldiode dann in Leitrichtung vorgespannt ist (Diagramm 2c). Das Potential des Knoten A bleibt also auf Null bis zum Ende des Potentialrückstellimpulses, d.h. bis zum Zeitpunkt t'0, an dem ein neuer Ladungsintegrationszyklus beginnt.
Figur 3 zeigt ein Diagramm des Werts der auf der Spalte Cj während des Leseimpulses abgenommenen Ladung, abhängig von der während der Integrationsperiode t0 - t1 empfangenen Beleuchtung. Dieses Ladung ist proportional zum Integral der Potentialveränderung des Punktes A während des Leseimpulses. Die Veränderung ist in Diagramm 2c der Figur 2 zu sehen.
In Figur 3 sieht man, daß das Nutzsignal Qs zwischen einer Beleuchtungsstärke Null E0 und einer maximalen Beleuchtungsstärke E3 linear verläuft. Jenseits dieses Werts ergibt sich eine Sättigung, und die ausgelesene Ladung wird von der Beleuchtungsstärke unabhängig.
Es ist sehr interessant, aus dieser Figur zu entnehmen, daß die ausgelesene Ladung mit der Beleuchtungsstärke abnimmt. Der Maximalwert (Q0) ergibt sich für eine Beleuchtung Null. Dies ist sehr wichtig, da im allgemeinen bei geringer Beleuchtung auch die geringsten Ladungen erzeugt werden, deren Transfer (oder rascher Transfer) schwieriger als der von größeren Ladungen ist. Es ist auch wichtig festzustellen, daß selbst für maximale Beleuchtungsstärke E3 die erzeugte Ladung QM nicht Null wird, wenngleich die Potentialdifferenz VLL2 - VLL1 absolut größer als VLR1 ist. Daher findet man sich nie in der Situation, eine Ladung Null lesen zu müssen.
Der Betrieb des Ladungsintegrations- und Ladungslesezyklus wurde also insgesamt für eine Zeile der Matrix beschrieben. Die verschiedenen Zeilen empfangen nacheinander je einen Leseimpuls, gefolgt einem Potentialrückstellimpuls, und diese Impulse sind zeitlich von einer Zeile zur anderen so verschoben, daß nicht gleichzeitig zwei Zeilen zum Lesen und Potentialrückstellen adressiert werden.
Es ist zu bemerken, daß die Kapazität der Spalte im wesentlichen gleich der Summe der Kapazitäten der Lesedioden DL der nicht adressierten Zeilen ist (jedenfalls nicht größer). Diese Kapazität ist deutlich kleiner als beim Stand der Technik (mit einem lichtempfindlichen Punkt der eine Fotodiode in Reihe mit einem Kondensator enthält), da die Kapazität der Diode DL deutlich geringer als die der Fotodiode und des Kondensators gemäß dem Stand der Technik sein kann.
Schließlich ist zu bemerken, daß die Fotodiode DP während des ganzen Integrations- und Lesezyklus in Sperrichtung vorgespannt bleibt, was vorzeitiges Altern verhindert und die Einführung eines merkbaren Rauschens während des Lesens ausschließt.

Betriebsvariante

In einer anderen Ausführungsform verändert man die Potentiale derart, wie sie in Figur 4 dargestellt sind, d.h.:
- einerseits wird das negativste Potential VLR1 des zweiten Zeilenleiters LRi gleich dem negativsten Potential VLL1 des ersten Zeilenleiters LLi,
- andererseits ist das positivste Potential des zweiten Zeilenleiters (während des Potentialrückstellimpulses) nicht mehr Null sondern gleich einem Wert VLR2, der geringfügig negativ (bezüglich des Spaltenpotentials) ist und vorzugsweise dem höheren Potential VLL2 des Leseimpulses gleicht.
Daraus folgt, daß die Lese- und Potentialrückstellimpulse die gleiche Amplitude und außerdem den gleichen hohen und den gleichen niedrigen Pegel (siehe Diagramme 4a und 4b in Figur 4) besitzen.
In dem Diagramm 4c der Figur 4 sind die Potentialveränderungen des Knoten A für eine Beleuchtungsstärke Null E0, eine mittlere Beleuchtungsstärke E1, eine maximal meßbare Beleuchtungsstärke E2, für eine noch größere Beleuchtungsstärke E3 und für eine sehr hohe Beleuchtungsstärke E4 dargestellt, für die eine Antiblendfunktion wirksam wird.
Im Gegensatz zur Figur 2 ist das Potential am Knoten A zum Zeitpunkt t0 des Zyklusbeginns einer Integration und Ablesung nicht Null, sondern VLR2. Dies ist der Wert, auf den der Knoten durch den vorhergehenden Potentialrückstellimpuls gebracht wurde.
Für die Beleuchtungsstärken E0, E1 und E2 ähnelt der Betrieb dem, der anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben wurde, mit Ausnahme der Tatsache, daß für die Beleuchtung E2 die auf den Spaltenleiter Cj während des Leseimpulses übertragene Ladung Null ist. Man verzichtet also auf den Vorteil einer Mindestladung QM, die in Figur 3 sichtbar ist.
Bei noch größeren Beleuchtungsstärken als E2 bringt der Leseimpuls das Potential des Knoten A nicht mehr auf einen Wert größer Null, und keine Ladung kann auf der Spalte Cj abfließen.
Das Potential des Knoten A bleibt also während der ganzen Lesedauer auf dem Wert, den er am Ende der Integrationsperiode erreicht hat, erhöht um die Differenz VLL2 - VLL1.
Ab einer Beleuchtungsstärke E4 entsprechend einem negativen Potential VLL1 am Knoten A tritt die Antiblendfunktion in Kraft, indem die überschüssigen erzeugten Ladungen auf den Zeilenleiter abgeleitet werden.
Der Leseimpuls besteht also darin, das Potential des Knoten A plötzlich um einen Wert VLL2 - VLL1 anzuheben. Dieses Potential wird größer als Null, wenn die Beleuchtungsstärke zwischen E0 und E2 lag, wodurch die Lesediode DL leitend wird und die Ladungen vom Knoten A auf die Spalte Cj überträgt.
Das Ende des Leseimpulses bringt das Potential des Knoten A auf einen Wert VLL1 - VLR2, wenn die Beleuchtungsstärke normal war (zwischen E0 und E2), und auf einen zwischen VLL1 und VLL1 - VLL2 variablen Wert für größere Beleuchtungsstärken. In allen Fällen wird dieses Potential auf seinen Ursprungswert VLR2 durch die Anwendung des Potentialrückstellimpulses auf den zweiten Zeilenleiter gebracht.
Der Potentialrückstellimpuls läßt die Potentialrückstelldiode DR leitend werden und bringt das Potential des Knoten auf den Wert des Potentials VLR2, das auf dem Zeilenleiter LRi während dieses Impulses herrscht. Der nächste Integrationszyklus beginnt zum Zeitpunkt t0, der das Ende des Nullrückstellimpulses markiert.
Figur 5 zeigt das Diagramm der auf der Spalte Cj gelesenen Ladung, d.h. den Integralwert der Veränderung des Potentials des Knotens A während der Dauer des Leseimpulses abhängig von der Beleuchtung. Die Abhängigkeit ist linear mit negativer Steigung und die größte gelesene Ladung ergibt sich für eine Beleuchtungsstärke Null. Es gibt keine Untergrenze der gelesenen Ladung.
Die Wahl der Potentiale VLL1, VLL2, VLR1, VLR2, wie sie für die Figur 3 getroffen wurde, ist von besonderem Interesse, da der Leseimpuls dem Potentialrückstellimpuls absolut gleicht und nur eine Zeitverschiebung zwischen beiden vorliegt.
Figur 6 zeigt eine Ausführungsform, die diese Besonderheit ausnützt.
In Figur 6 wurden der zweite Zeilenleiter LRi der betrachteten Zeile und der erste Zeilenleiter LLi+1 der nächstfolgenden Zeile zusammengefaßt. Der Potentialrückstellimpuls der ersten Zeile dient als Leseimpuls für die nächstfolgende Zeile usw.
Der Kreis arbeitet genau gemäß den anhand der Figur 3 gegebenen Erläuterungen. Da der Null-Rückstellimpuls keinerlei Ladung auf die Spalte Cj, sondern nur auf eine Zeile injiziert, ergibt sich keinerlei Nachteil, wenn dieser Impuls für eine andere Zeile von Punkten verwendet wird.
Der Dekodierer DEL, der der Zeilenadressierung dient, muß dann nacheinander an jede Zeile einen Impuls anlegen, der zwei Aufgaben hat.
In der Schaltung gemäß Figur 6 wird der Zeilenleiter Li von zwei benachbarten Zeilen lichtempfindlicher Punkte gemeinsam benutzt und die an die aufeinanderfolgenden Zeilen angelegten Impulse folgen in der Reihenfolge der Zeilen aufeinander.
Man kann bemerken, daß andere Lösungen möglich sind, in denen der vom Zeilendekoder DEL angesteuerte Zeilenleiter zwei nicht-benachbarten Zeilen zugeordnet ist, wobei dann dieser Leiter zweimal vorgesehen sein muß (aber ein einziges von einem Lese- und Potentialrückstellimpuls gebildetes Signal empfängt). Diese Anordnung hat einen Vorteil für eine Matrix, in der einerseits eine Summierung der Signale mehrere Zeilen und andererseits eine verschachtelte Bildabtastung erfolgen sollen (Abtastung nur jeder zweiten Zeile in einem ersten Halbbild und der Zwischenzeilen im zweiten Halbbild). Diese Anordnung ist beispielsweise verwendbar, wenn man Gruppen von zwei benachbarten Zeilen gleichzeitig lesen will (indem man auf der Spalte die Summe der diesen beiden Zeilen entsprechenden Ladungen abnehmen will). Außerdem kann diese gleichzeitige Auslesung von zwei oder mehr benachbarten Zeilen bei der verschachtelten Abtastung erfolgen: Man liest eine Gruppe von zwei Zeilen, dann überspringt man die zweite Gruppe, liest die dritte Gruppe, usw. während eines ersten Halbbildes; dann überspringt man die erste Gruppe, liest eine zweite Gruppe, überspringt die dritte usw. während des zweiten Halbbildes. Man verwendet so einen Zeilenleiter gemeinsam für die erste Zeile und die fünfte Zeile und eine andere gemeinsam für die zweite und sechste Zeile usw.
Nachfolgend wird eine andere, besonders interessante Ausführungsform der Erfindung anhand der Figur 7 beschrieben.
Figur 7 unterscheidet sich von Figur 1 in zwei wichtigen Punkten:
1. Die lichtempfindliche Diode DP ist bezüglich der anderen Dioden umgedreht. Wenn die Anode der Lesediode und die Kathode der Potentialrückstelldiode stets an den Knoten A angeschlossen sind, wie dies die Figuren 1 und 6 zeigen, dann ist nun die Anode der Fotodiode DP und nicht mehr deren Kathode mit dem Knoten A verbunden. Wenn umgekehrt die Kathode der Lesediode und die Anode der Potentialrückstelldiode mit dem gemeinsamen Knoten verbunden wären, dann erforderte die Ausführungsform gemäß der Figur 7, daß die Kathode der lichtempfindlichen Diode DP an den gemeinsamen Knoten A angeschlossen wird.
2. Die Spannungsquelle zur Potentialrückstellung ist nicht mehr ein Zeilenleiter (LRi in Figur 1), der einen Potentialrückstellimpuls periodisch jeweils an eine Zeile von lichtempfindlichen Punkten nach dem auf derselben Zeile von lichtempfindlichen Punkten übertragenen Leseimpuls überträgt, sondern die Spannungsquelle zur Potentialrückstellung ist ganz einfach eine Festspannungsquelle VR, und alle lichtempfindlichen Punkte sind an die gleiche Spannungsquelle angeschlossen.
Der Vorteil, den man aus dieser Anordnung ziehen kann, ist offenbar, da es nicht mehr notwendig ist, jede Zeile von lichtempfindlichen Punkten über zwei Leiter, wie z. B. LLi und LRi, zu adressieren, oder jede Zeile über einen einzigen Leiter (wie in Figur 6), aber mit Beschränkungen aufgrund der Tatsache, daß man genau die gleichen Kennwerte für den Leseimpuls und den Potentialrückstellimpuls vorsehen muß.
Die Struktur des lichtempfindlichen Punkts reduziert sich also ganz einfach auf drei mit dem gemeinsamen Knoten A verbundene Dioden, nämlich:
- die Kathode der lichtempfindlichen Diode DP, die an einen Zeilenleiter Li angeschlossen ist, der seinerseits mit dem Ausgang eines Zeilendekoders verbunden ist; der Dekoder kann periodisch einen Leseimpuls an eine bezeichnete Zeile der Matrix liefern;
- die Kathode der Lesediode DL, die wie vorher mit dem Spaltenleiter Cj verbunden ist, auf dem man das vom lichtempfindlichen Punkt erzeugte Signal abnehmen will,
- die Anode der Potentialrückstelldiode DR, die an eine Bezugsspannungsquelle VR angeschlossen ist.
Die Lesediode DL und die Potentialrückstelldiode DR sind vorzugsweise klein und möglichst im Dunkeln angeordnet.

BETRIEB DER ANORDNUNG GEMÄß FIGUR 7

Wegen der geringen Abmessung der Dioden DL und DR bezüglich der lichtempfindlichen Diode DP wird wieder zur Vereinfachung der Erläuterungen davon ausgegangen, daß die Kapazitäten dieser Dioden gegenüber der der Diode DP klein sind. Das bedeutet, das jede plötzliche Veränderung der an den Zeilenleiter Li angelegten Spannung sofort und praktisch ganz an den Punkt A übertragen wird.
Figur 8 zeigt ein Zeitdiagramm der Potentialveränderungen des Knotens A zuerst zwischen einem Startzeitpunkt t0 und einem Zeitpunkt t'0 des Endes eines Integrations- und Ladungslesezyklus. Die Phase der Ladungsintegration reicht vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1, in dem ein Leseimpuls an dem Zeilenleiter Li angelegt wird. Die Lesephase ist so lange wie der Leseimpuls, d. h. sie reicht bis zu dem Zeitpunkt t2. Zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t'0 des Starts eines neuen Zyklus liegt eine kurze Potentialrückstellzeit, aber diese Potentialrückstellung erfolgt automatisch. Sie resultiert nicht aus einem Steuersignal, das zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t'0 erzeugt werden müßte, wie in den Figuren 1 bis 6.
Man geht davon aus, daß zu Beginn das Potential VA am Knoten A gleich der Bezugsspannung VR ist, die man möglichst negativ bezüglich der Bezugsspannung Null wählt (dies ist die Spannung, auf der der Lesekreis CL die Spalte hält). Beispielsweise ist die Spannung VR = - 5 Volt. Es wird deutlich werden, daß dieser Ursprungszustand VA = VR auch am Zyklusende vorliegt.
Zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 wird das Potential des Zeilenleiters auf einen geringfügig negativen Wert VL1 von z.B. -1 Volt gehalten. Daher sind zum Zeitpunkt t0 die lichtempfindliche Diode DP und die Lesediode DL in Sperrichtung vorgespannt. Die Potentialrückstelldiode hat an ihren Klemmen eine Spannung Null. Der gemeinsame Knoten A ist also nach allen Richtungen isoliert und sein Potential ist undefiniert. Die Beleuchtung der Fotodiode erzeugt Ladungen (hier Löcher), die sich auf dem Knoten akkumulieren und die das Potential des Knoten A steigen lassen. Der Potentialanstieg ist mehr oder weniger schnell, je nach der Beleuchtungsstärke und ist in Figur 8 für drei unterschiedliche Beleuchtungsstärken dargestellt, nämlich
- eine Beleuchtung null E0, die das Potential des Knoten A nicht verändert,
- eine mittlere Beleuchtung E1,
- und eine übergroße Beleuchtung E2, die den lichtempfindlichen Punkt sättigt.
Solange das Potential des Knoten A nicht das geringfügig negative Potential VL1 des Zeilenleiters erreicht, bleiben alle Dioden gesperrt, und das Potential des Knoten A kann effektiv abhängig von der Beleuchtung ansteigen.
Es ist jedoch möglich, daß aufgrund einer zu starken Beleuchtung das Potential des Knoten A das Potential VL1 des Zeilenleiters während der Ladungsintegrationsphase erreicht, d. h. vor dem Beginn des Leseimpulses (Zeitpunkt t2).
In diesem Fall wird die lichtempfindliche Diode DP leitend mit folgenden Konsequenzen:
1. Das Potential des Knoten A steigt nicht mehr an. Man ist sich daher sicher, daß im Zeitpunkt des Auslesens auf die Spalte eine genau bestimmte Ladungsmenge abfließt, die der Sättigungsschwelle der Vorrichtung entspricht;
2. Die Ladungen, die immer noch aufgrund der Beleuchtung ankommen, werden auf den Zeilenleiter gelenkt und nicht auf den Spaltenleiter, auf dem sie das Signal von einer anderen Zeile, die zu diesem Zeitpunkt gelesen wird, stören könnten.
Zum Zeitpunkt t1 gelangt der Leseimpuls auf den Zeilenleiter Li. Dieser Leseimpuls läßt das Potential des Zeilenleiters von seinem geringfügig negativen Wert VL1 auf einen stark positiven Wert VL2 ansteigen.
Der Spannungssprung VL2 - VL1 kann beispielsweise 6 Volt betragen.
Da die Fotodiode in Sperrichtung vorgespannt ist und ihre Kapazität deutlich größer als die der anderen Dioden ist, wird die plötzliche Spannungserhöhung sofort und ganz auf den Knoten A übertragen. Dies gilt auch, wenn man die Vorrichtung gesättigt hat, da dann die Fotodiode leitend ist und ebenfalls die Übertragung der Spannungserhöhung erlaubt.
Das Potential des Punktes A nimmt plötzlich um einen Wert VL2 - VL1 zu.
Der Spannungssprung VL2 - VL1 wird vorzugsweise so gewählt, daß selbst im Fall einer Beleuchtung Null (VA = VR im Zeitpunkt t1) das Potential des Punktes A positiv wird. Mit anderen Worten wählt man vorzugsweise VL2 - VL1 absolut größer als die Potentialrückstellungsspannung VR (gemessen bezüglich der Spaltenbezugsspannung). Diese Wahl hat den Vorteil, die Übertragung einer Treiberladung ungleich Null selbst für eine Beleuchtung Null zu erlauben, was das Auslesen von geringen Beleuchtungsstärken erleichtert.
Sobald die Spannung am Punkt A positiv wird, wird die Lesediode in Leitrichtung vorgespannt, und die in Punkt A gespeicherten Ladungen fließen auf den Spaltenleiter Cj ab, der sie an den Lesekreis CL überträgt.
Figur 8 zeigt die Veränderung des Potentials am Knoten A während des Leseimpulses (t1 bis t2) für die verschiedenen in Betracht gezogenen Beleuchtungsstärken (Null, mittel, gesättigt).
Der Leseimpuls muß ausreichend lang sein, um die Abfuhr aller auf dem Knoten A gespeicherter Ladungen zu erlauben, selbst bei einer Sättigungsbeleuchtung.
Am Ende des Leseimpulses befindet sich die Lesediode in gesperrtem Zustand (Spannung 0 an ihren Klemmen). Das Potential des Zeilenleiters springt plötzlich auf seinen geringfügig negativen Wert VL1. Die plötzliche Verringerung der Spannung überträgt sich ganz auf den Knoten A, der auf eine Spannung VL1 - VL2 absinkt.
Die Potentialrückstelldiode wird dann in Leitrichtung vorgespannt, da vereinbarungsgemäß VL2 - VL1 größer als die Bezugsspannung VR ist. Das Potential am Knoten A steigt dann auf den Wert VR.
Ein neuer Integrations- und Lesezyklus kann zum Zeitpunkt t'0 beginnen.
Figur 9 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Der lichtempfindliche Punkt wird genau wie anhand von Figur 1 beschrieben gebildet, aber der Potentialrückstellungsleiter (an den die Potentialrückstelldiode DR angeschlossen ist) ist kein durch eine Zeilenadressiervorrichtung gesteuerter Leiter mehr, sondern vielmehr, wie Figur 7, ein gemeinsamer Leiter für die ganze lichtempfindliche Matrix und wird dauernd auf einem Festpotential VR gehalten.
Die Richtung der drei Dioden DP, DL, DR könnte insgesamt umgekehrt werden, wenn zugleich die Polarität der Potentiale invertiert würde.
Die Struktur des lichtempfindlichen Punkts in Figur 9 besteht ganz einfach aus drei mit dem Knoten A verbunden Dioden in folgender Form:
- die Anode der lichtempfindlichen Diode DP ist an einen Zeilenleiter Li angeschlossen der seinerseits mit einem Ausgang eines Zeilendekoders verbunden ist; der Dekoder kann periodisch an eine bezeichnete Zeile der Matrix ein Rechtecksignal mit drei Spannungspegeln liefern, wie weiter unten gezeigt wird;
- die Anode der Lesediode DL ist wie vorher mit dem Spaltenleiter Cj verbunden, auf dem man das vom lichtempfindlichen Punkt erzeugte Signal abnehmen will;
- die Kathode der Potentialrückstelldiode DR ist an eine Bezugsspannungsquelle VR angeschlossen.
Die Lesediode DL und die Potentialrückstelldiode DR sind auch hier wieder vorzugsweise klein und, wenn möglich, im Dunkeln angeordnet.

BETRIEB DER SCHALTUNG GEMÄß FIGUR 9:

Aufgrund der geringen Abmessungen der Dioden DL und DR bezüglich der lichtempfindlichen Diode DP sei zur Vereinfachung der Erläuterung angenommen, daß die Kapazitäten dieser Dioden klein gegenüber der der Diode DP sind. Dies bedeutet, daß sich alle Spannungsänderungen, die plötzlich an dem Zeilenleiter Li angelegt werden, sofort und praktisch unverändert am Punkt A wiederfinden.
Figur 10 zeigt ein Zeitdiagramm der Potentialveränderungen des Punktes A zuerst zwischen einem Startzeitpunkt t0 und einem Zeitpunkt t'0 des Endes eines Integrations-/Ladungslese-/Potentialrückstellzyklus.
Die Potentialrückstellspannung VR ist negativ für die dargestellten Diodenpolaritäten und unter der Annahme, daß das Bezugspotential Null das Potential der Spaltenleiter ist. Beispielsweise ist VR = -4 Volt.
Der periodische Betriebszyklus beginnt mit einer ersten Phase der Potentialrückstellung, die vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1 reicht. Während dieser Phase hat das an den Zeilenleiter Li angelegt Potential einen ersten Wert VL0, der negativer als die Spannung VR der Potentialrückstellquelle ist, beispielsweise -9 Volt für eine Spannung VR von -4 Volt.
Die zweite Phase ist eine Ladungsintegrationsphase, in der die dem Licht ausgesetzte Fotodiode Ladungen (hier Elektronen) auf dem Knoten ansammelt. Während dieser Phase, vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2, wird das Potential des Zeilenleiters auf ein Potential VL1 gebracht, das deutlich größer als die Spannung VR, aber immer noch negativ ist. Die Differenz VL1 - VL0 grenzt die Ladungsmeßdynamik ein, und diese Differenz muß also ausreichend groß sein. Beispielsweise beträgt VL1 = -6 Volt.
Die dritte Phase ist eine Lesephase der auf dem Knoten A gespeicherten Ladungen. Für diese Phase, die vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t'0 des Beginns eines neuen Zyklus dauert, wird das Potential auf dem Zeilenleiter Li auf einen dritten Wert VL2 gebracht, der immer noch negativ ist, aber der so nahe wie möglich bei Null liegt. In der Praxis wählt man die Differenz VL2 - VL1 größer als den Absolutwert VR. Hier wählt man VL1 = -1 Volt.
Man geht davon aus, daß zu Beginn das Potential VA am Knoten A Null ist. Weiter unten wird klar, daß dieser Ausgangszustand VA = 0 auch wieder am Ende des Zyklus vorliegt.
Zum Zeitpunkt t0 sinkt das Potential des Zeilenleiters Li plötzlich vom Wert VL2 auf den Wert VL0. Die Potentialveränderung ist also VL0 - VL2. Das Potential des Knoten A sinkt sofort ebensoweit ab (aufgrund der kapazitiven Kupplung) und das Potential des Knoten A wird so VL0 - VL2.
Da dieser Wert aber negativer als die Potentialrückstellspannung VR ist, wird die Diode DR leitend und bringt das Potential des Knoten A auf VR. Dies ist die Potentialrückstellphase.
Zum Zeitpunkt t1 steigt das Potential des Zeilenleiters Li um einen Wert VL1 - VL0 an. Das Potential des Knoten A steigt in gleicher Weise, da einerseits keine der drei Dioden in Leitrichtung vorgespannt ist und andererseits die Kapazität der Fotodiode (über die der Spannungsimpuls kommt) wesentlich größer als die der anderen Dioden ist. Das Potential des Knoten A geht also auf den Wert VR + VL1 - VL0 über, von dem gesagt wurde, daß er negativ ist. Die Ladungsintegrationsphase beginnt nun. Die von der Beleuchtung kommenden Ladungen sammeln sich auf dem Knoten A und lassen das Potential dieses Knotens absinken. Es ergibt sich eine Sättigung, wenn die Beleuchtung hinreichend stark ist, um das Potential des Knotens A unter den Wert von VR absinken zu lassen. Die Potentialrückstelldiode DR verhindert nämlich ein Absinken des Potentials unter VR.
Zum Zeitpunkt t2, der das Ende der Integrationsphase markiert, hat das Potential des Knoten A einen Wert zwischen VR + VL1 - VL0 bei einer Beleuchtung Null (E0) und einen Wert VR bei einer Beleuchtung, die größer (E4) oder gleich (E3) der Sättigungsbeleuchtung ist.
Das Potential des Zeilenleiters Li geht dann auf den Wert VL2 über. Die Potentialveränderung der Amplitude VL2 - VL1 wird auf den Knoten A durch kapazitive Kopplung über die Fotodiode DP übertragen. Das Potential des Knoten A nimmt um einen entsprechenden Wert zu, sodaß es positiv wird und die Lesediode DL leitend macht. Die im Punkt A gespeicherten Ladungen fließen dann auf den Spaltenleiter Cj ab, der sie an den Lesekreis CL überträgt.
Der Spannungssprung VL2 - VL1 wird vorzugsweise so gewählt, daß selbst bei einer Beleuchtung Null (VA = VR + VL1 - VL0 im Zeitpunkt t2), das Potential des Punkts A positiv wird. Mit anderen Worten wählt man vorzugsweise VL2 - VL1 größer als den Absolutwert der Potentialrückstellspannung VR (bezogen auf die Spaltenbezugsspannung). Diese Wahl hat den Vorteil, daß sie zur Übertragung einer Treiberladung ungleich Null selbst bei größer Beleuchtung führt, was das Auslesen von großen Beleuchtungsstärken erleichtert. Das Auslesen von geringen Beleuchtungsstärken ist sehr einfach, da die auf den Spaltenleiter übertragene Ladung ihren Höchstwert hat.
Die Variation der während des Leseimpulses (t2 bis t'0) für die verschiedenen in Betracht gezogenen Beleuchtungsstärken (Null, mittel, gesättigt) abgeführten Ladungen ist genau dieselbe wie in Figur 3.
Der Leseimpuls muß ausreichend lang andauern, um die Abfuhr aller auf dem Knoten A gespeicherter Ladungen zu ermöglichen, selbst bei einer Beleuchtung Null.
Am Ende des Leseimpulses befindet sich die Lesediode in gesperrtem Zustand (Spannung 0 an ihren Klemmen). Das Potential des Zeilenleiters springt plötzlich auf seinen stark negativen Wert VL0. Die plötzliche Verringerung der Spannung überträgt sich ganz auf den Knoten A, der auf eine Spannung VL0 - VL2 absinkt, und ein neuer Zyklus beginnt.
Figur 11 zeigt, wie die Zyklen der Potentialrückstellung, Integration und Auslesung zeitlich zueinander verschoben werden müssen.
Die Leseimpulse sind so verschoben, daß sie sich nicht gegenseitig überdecken, aber es ist nicht notwendig, mit dem Beginn eines Leseimpulses einer Zeile zu warten, bis die Potentialrückstellung der vorhergehenden Zeile beendet ist.

Claims

1. Matrix von lichtempfindlichen Punkten mit einem Netz von in Zeilen (mindestens 1 Zeile) und Spalten (mindestens 1 Spalte) angeordneten lichtempfindlichen Punkten (Pij), wobei jeder lichtempfindliche Punkt am Schnittpunkt einer Zeile und einer Spalte liegt und zwischen zwei aufeinanderfolgenden Lesephasen elektrische Ladungen aufgrund einer Beleuchtung dieses Punktes integrieren kann, dadurch gekennzeichnet, daß jeder lichtempfindliche Punkt drei Dioden (DP, DL, DR) enthält, die an einen gemeinsamen Knoten (A) mit undefiniertem Potential angeschlossen sind, wobei eine erste Diode (DP), lichtempfindliche Diode genannt, zwischen einen Zeilenleiter (LLi) und den Knoten (A) eingefügt ist, um elektrische Ladungen auf den Knoten bei einer Beleuchtung zu erzeugen, eine zweite Diode (DL), Lesediode genannt, zwischen den Knoten und einen Spaltenleiter (Cj) eingefügt ist, um eine Übertragung einer Ladungsmenge entsprechend der durch die Beleuchtung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Lesephasen des Punktes erzeugten Ladungsmenge zwischen diesem Spaltenleiter und dem Knoten zu erlauben, und eine dritte Diode (DR), Potentialrückstelldiode genannt, zwischen den Knoten und einen an eine Potentialrückstellspannungsquelle angeschlossenen Leiter eingefügt ist, um das Potential des Knoten mit undefiniertem Potential nach jedem Ladungstransfer auf einen gewählten Wert zurückzusetzen.

2. Lichtempfindliche Matrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle für die Potentialrücksetzung eine Quelle mit fester Spannung (VR) ist.

3. Matrix nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode der lichtempfindlichen Diode, die Anode der Lesediode und die Kathode der Potentialrückstelldiode mit dem gemeinsamen Knoten verbunden sind oder daß umgekehrt die Kathode der lichtempfindlichen Diode, die Kathode der Lesediode und die Anode der Potentialrückstelldiode mit dem gemeinsamen Knoten verbunden sind.

4. Matrix nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel vorgesehen ist, um an den Zeilenleiter einen Leseimpuls mit einer Amplitude anzulegen, die absolut gesehen größer als der Absolutwert der Potentialdifferenz zwischen der Bezugsspannungsquelle und einem Bezugspotential ist, auf dem der Spaltenleiter gehalten wird.

5. Matrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode der lichtempfindlichen Diode, die Anode der Lesediode und die Kathode der Potentialrückstelldiode mit dem Knoten verbunden sind oder daß umgekehrt die Anode der lichtempfindlichen Diode, die Kathode der Lesediode und die Anode der Potentialrückstelldiode mit dem Knoten verbunden sind.

6. Matrix nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle für die Potentialrückstellung an einen anderen Zeilenleiter (LRi) angeschlossen ist und daß ein Mittel (DEL) vorgesehen ist, um an dem erwähnten ersten Zeilenleiter (LLi) einen Leseimpuls am Ende einer Ladungsintegrationsphase sowie an den anderen Zeilenleiter einen Spannungsimpuls zur Potentialrückstellung gemäß dem Leseimpuls anzulegen.

7. Matrix nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Leseimpuls eine größere Amplitude als der Potentialrückstellimpuls besitzt.

8. Matrix nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Leseimpuls und der Potentialrückstellimpuls die gleiche Amplitude und die gleichen hohen und niedrigen Potentialpegel besitzen.

9. Matrix nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Zeilenleiter (LRi), der an die Potentialrückstelldiode eines lichtempfindlichen Punkts einer bestimmten Zeile angeschlossen ist, der erste Zeilenleiter (LLi + 1) einer anderen Zeile der Matrix ist und an die lichtempfindliche Diode eines lichtempfindlichen Punkts dieser Zeile angeschlossen ist.

10. Matrix nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel vorgesehen ist, um während einer Ladungsintegrationsphase an den Zeilenleiter einen Lesespannungsimpuls mit einem ersten Vorzeichen bezüglich eines an den Spaltenleiter angelegten Bezugspotentials und gleichzeitig mit dem Leseimpuls einen Auswahlspannungsimpuls mit umgekehrten Vorzeichen an einen bestimmten Spaltenleiter anzulegen, der mit dem betrachteten lichtempfindlichen Punkt verbunden ist, während die anderen Spaltenleiter auf Bezugspotential während dieses Auswahlimpulses gehalten werden.

11. Matrix nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode der lichtempfindlichen Diode, die Anode der Lesediode und die Kathode der Potentialrückstelldiode mit dem gemeinsamen Knoten verbunden sind oder daß umgekehrt die Anode der lichtempfindlichen Diode, die Kathode der Lesediode und die Anode der Potentialrückstelldiode mit dem gemeinsamen Knoten verbunden sind, und daß ein Mittel vorgesehen ist, um an den Zeilenleiter ein zyklisch variables Potential anzulegen, nämlich in einer ersten Ladungsintegrationsphase das Potential des Zeilenleiters auf einem ersten Pegel (VL1) festzulegen, in einer zweiten Lesephase das Potential des Zeilenleiters auf einem zweiten Pegel (VL2) festzulegen und in einer dritten Potentialrückstellphase das Potential des Zeilenleiters auf einen dritten Pegel (VL0) zu bringen.

12. Matrix nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenz zwischen dem ersten und dritten Pegel absolut gesehen geringer als die Potentialdifferenz zwischen der Potentialrückstellspannung und einem Bezugspotential der Spaltenleiter ist.

13. Matrix nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenz zwischen dem zweiten und ersten Pegel absolut gesehen größer als die Potentialdifferenz zwischen der Potentialrückstellspannung und einem Bezugspotential der Spaltenleiter ist.