DE69633745T2

DE69633745T2 - Elektronische Vorrichtung mit einer Matrix von Elementen

Info

Publication number: DE69633745T2
Application number: DE69633745T
Authority: DE
Inventors: Neil Christopher Redhill Bird; Gerard Francis Redhill Harkin
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1995-06-24
Filing date: 1996-06-21
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2016-06-22
Also published as: JPH10507055A; DE69615800D1; WO1997001813A2; EP0777945A2; JP3804979B2; US5900767A; EP0777945B1; WO1997001813A3; DE69615800T2; DE69633745D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Anordnung, insbesondere aber nicht ausschließlich auf eine Dünnfilm-Schaltungsanordnung, mit einer Anordnung von Schaltungselementen und mit Spaltenmultiplexerschaltungen. Die Schaltungselemente erzeugen Ströme, die in die Spalten der Anordnung fließen und können Bildsensorelemente sein, beispielsweise lichtempfindliche Dioden, vom Typ eines großflächigen Bildsensors oder von einem anderen Typ von Schaltungselement, beispielsweise Temperaturabtastelemente einer thermischen Bilderzeugungsanordnung.
In der veröffentlichten Europäischen Patentanmeldung EP-A-0 633 542 (Unser Aktenzeichen PHB 33.858) ist eine derartige elektronische Anordnung mit einer Matrix von Schaltungselementen beschrieben, die in Reihen und Spalten vorgesehen sind und die mit Reihen- bzw. Spaltenleitern gekoppelt sind. Die Spaltenleiter sind in Gruppen vorgesehen, wobei jede Gruppe einen betreffenden gemeinsamen Anschluss hat. Eine Spaltenmultiplexerschaltung koppelt die Spaltenleiter einer betreffenden Gruppe mit dem betreffenden gemeinsamen Anschluss. 3 von EP-A-0 633 542 zeigt eine spezielle vorteilhafte Form einer derartigen Anordnung. Die Anordnung ist eine Bildsensoranordnung, deren Elemente lichtempfindliche Dioden 8a und Schaltdioden 8b aufweisen. Die Spaltenleiter 10 übertragen analoge Signale von den lichtempfindlichen Dioden 8a zu einem ladungsempfindlichen Verstärker 20, und zwar über die Spaltenmultiplexerschaltungen. Die Spaltenmultiplexerschaltungen umfassen lichtempfindliche Dioden 11b und 11c, die durch Beleuchtung von einer entsprechenden Anordnung von Lichtquellen her aus einem Sperrzustand in einen leitenden Zustand geschaltet werden. Auf diese Weise ermöglicht es die in EP-A-0 633 542 beschriebene und beanspruchte Erfindung es, dass die Spaltenmultiplexerschaltungen mit Dioden hergestellt werden und dass dieselbe Technologie angewandt wird, wie bei den Schaltungselementen der Anordnung. 3 zeigt eine Gruppe von drei solcher Spaltenleiter 10, die durch diese Spaltenmultiplexerschaltungen mit einem ladungsempfindlichen Verstärker 21 gekoppelt sind. Die Spaltenmultiplexerschaltungen nach EP-A-0 633 542 erfordern aber eine Ausrichtung der Lichtquellen mit den lichtempfindlichen Dioden der Multiplexerschaltungen. Je nach dem Typ der verwendeten Lichtquelle kann das Umschalten der Lichtquelle ebenfalls eine unerwünschte Verzögerung in dem Schalten der Multiplexerschaltungen verursachen.
In US 4 518 921 ist eine Abtast-und-Halteschaltung mit einer Diodenbrücke beschrieben, die einen ersten und einen zweiten Schenkel zwischen den ersten zwei Stromquellen aufweist, wobei jeder Schenkel ein betreffendes Paar Dioden aufweist, die an einem betreffenden Knotenpunkt dieses Schenkels miteinander gekoppelt sind und dieselbe Polarität haben wie jedes andere Paar zwischen den Stromquellen. Der Eingang der Abtast-und-Halteschaltung ist mit dem Knotenpunkt des ersten Schenkels gekoppelt und der Ausgang ist mit dem Knotenpunkt des zweiten Schenkels gekoppelt. Steuerleitungen liefern Schaltspannungen zum in einem ersten Zustand der Brückenschaltung Einschalten der beiden Stromquellen und zum Abschalten in einem zweiten Zustand der Brückenschaltung, wobei ein Signal in dem ersten Zustand der Diodenbrücke abgetastet wird. In dem ersten EIN-Zustand der Diodenbrücke liefern die Stromquellen Strom durch die Dioden der Diodenbrücke und die Stromquellen werden mit entsprechenden Spannungen gespeist, damit dies ermöglicht wird.
Die Verwendung von Stromquellen zum Speisen und Absaugen der Diodenbrücke aus US 4 518 921 ermöglicht es, dass die Spannungspegel der Diodenbrücke derart schwebt, dass die Ausgangsspannung der Eingangsspannung folgen kann. Die Abtast-und-Halteschaltung umfasst weiterhin zweite zwei Stromquellen, die mit den ersten zwei Stromquellen parallel verbunden sind, wodurch ein Strom durch einen dritten Schenkel mit einem Paar Dioden, deren Polarität der Polarität der Dioden der Diodenbrücke entgegengesetzt ist, geschaffen wird. Auf diese Weise werden, wenn die Brücke AUS ist, die zweiten zwei Stromquellen eingeschaltet und es fließt ein Strom durch den dritten Schenkel. Der dritte Schenkel dient dazu, die Spannung an der Brücke während des AUS-Intervalls konstant zu halten, aber ohne dass der Pegel der Eingangsspannung festgelegt wird. Dies wird dadurch erzielt, dass durch feste Widerstände ein konstanter Strom hindurch geführt wird. Während des EIN-Intervalls ist die Ausgangsspannung frei der Eingangsspannung zu folgen, weil der Ausgang mit einer kapazitiven Last gekoppelt ist, die sich lädt oder entlädt, je nachdem die Ausgangsspannung der Eingangsspannung folgt.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung von Schaltungselementen mit einer Spaltenmultiplexerschaltung zu schaffen, wobei die Schaltungsanordnung elektrisch statt optisch schaltet. Die Erfindung liegt in der Verwendung von stromquellengespeisten Diodenbrückenschaltungen als Schaltungselemente einer Multiplexerschaltung als Schnittstellen zwischen einer Anzahl Spaltenanschlüsse einer Matrix elektrischer Elemente und einem einzigen Anschluss. Dadurch wird eine elektrische Anordnung geschaffen, nach dem jeder Anschluss einer Anzahl Spaltenanschlüsse eine Abtastschaltung aufweist, von denen nur eine eingeschaltet wird (in dem ersten Zustand der Brücke) zum Durchführen eines Multiplexvorgangs.
Für Schaltungsanordnungen die Stromsignale erzeugen, und zwar Ladungsspeicherelemente, wie Bildsensorpixel, ist es wichtig, dass der Strom, der von den Stromquellen der Diodenbrücke zugeführt werden, größer sein müssen als der zu schaltende maximale Strom (d. h. der maximale Strom, der zu der Spaltenklemme fließt). Wenn beispielsweise die Stromquelle durch eine beleuchtete Photodiode implementiert werden soll, kann ein unerwünscht großes Photodiodengebiet entstehen, wenn der erforderliche Strom der Diodenbrücke zugeführt werden soll.
Auf diese Weise ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Multiplexerschaltung von dem oben beschriebenen Typ zu schaffen zur Verwendung mit einer Anordnung von Ladungsspeicherelementen, wobei diese Schaltungsanordnung den maximalen Strom reduziert, der einer Spaltenklemme zufließt, da ein Strom von wenigstens diesem Wert von den Stromquellen der Diodenbrückenabtastschaltung geliefert werden muss.
Auf entsprechende Weise wird eine elektronische Anordnung geschaffen, welche die nachfolgenden Elemente umfasst:

– eine Matrix von Ladungsspeicherelementen, die in Reihen und Spalten vorgesehen sind und die mit Reihen- und Spaltenleitern gekoppelt sind, wobei ein einem Reihenleiter zugeführtes Reihensignal es ermöglicht, dass Ladungsspeicherelementsignale von Elementen in der betreffenden Reihe den betreffenden Spaltenleitern zugeführt werden, wobei die Ladungsspeicherelementsignale einen Strom erzeugen, der in den betreffenden Spaltenleitern fließt, wobei die Spaltenleiter in wenigstens einer Gruppe vorgesehen sind, wobei jede Gruppe einen betreffenden gemeinsamen Anschluss hat;
– eine Spaltenmultiplexerschaltung, welche die Spaltenleiter einer betreffenden Gruppe mit dem betreffenden gemeinsamen Anschluss koppelt, wobei die Spaltenmultiplexerschaltung für jeden Spaltenleiter eine betreffende Diodenbrücke aufweist, die zwischen zwei Stromquellen einen ersten und einem zweiten Schenkel hat, wobei jeder Schenkel ein betreffendes Paar Dioden aufweist, die an einem betreffenden Knotenpunkt dieses Schenkels miteinander gekoppelt sind und die gleiche Polarität haben wie jedes andere Paar zwischen den Stromquellen, wobei der betreffende Spaltenleiter mit dem Knotenpunkt des ersten Schen kels gekoppelt ist, wobei der gemeinsame Anschluss mit dem Knotenpunkt des zweiten Schenkels gekoppelt ist, wobei der gemeinsame Anschluss mit dem Knotenpunkt des zweiten Schenkels gekoppelt ist;
– Steuerleitungen, die mit der Diodenbrücke gekoppelt sind zum Liefern von Schaltspannungen zum Umschalten der Dioden zwischen Vorwärts-Vorspannung in einem ersten Zustand der Brücke und Rückwärts-Vorspannung in einem zweiten Zustand der Brücke, wobei zwischen dem Spaltenleiter und dem gemeinsamen Anschluss in dem ersten Zustand der Diodenbrücke ein Signal übertragen wird; und
– Mittel zum Erzeugen eines Reihensignals in Form einer Basisspannung, die durch eine Impulsspannungswellenform unterbrochen wird, die in ihrer Größe gegenüber der Basisspannung ansteigt, und zwar von einer ersten Spannungsgröße unmittelbar nach dem Anfang des Impulses zu einer zweiten Spannungsgröße unmittelbar vor dem Ende des Impulses.

Der Anstieg der Spannungsgröße des Reihensignals kann einheitlich sein und das Signal kann einen Schritt beinhalten, der am Anfang des Impulses in der Größe ansteigt und einen Schritt, der in der Größe am Ende des Impulses abfällt.
Multiplexerschaltungen nach der vorliegenden Erfindung lassen sich auf bequeme Art und Weise mit demselben Technologietyp von Schaltungselementen (beispielsweise Dioden) für die Brücke und den Klemmschalter gestalten wie diese Technologie für die Anordnungselemente in der Matrix angewandt wird. Diese Multiplexerschaltungen nach der vorliegenden Erfindung können eine hohe Schaltgeschwindigkeit haben, die durch niedrige Werte der Diodenkapazitäten und durch die Werte von Streukapazitäten in der Anordnung bestimmt werden. Verzögerungen, die mit optischem Schalten zusammenhängen, lassen sich vermeiden. Die Schaltungsanordnungen eignen sich durchaus zur Integration mit Matrizen, insbesondere (aber nicht ausschließlich) wenn die Matrizen selber auf Dioden von demselben Technologietyp basieren. Auf diese Weise können derartige Multiplexerschaltungen zum Gebrauch bei den Spaltenleitern einer Bildsensormatrix entworfen werden. Der gemeinsame Anschluss kann ein externer Anschluss der Anordnung sein, oder es kann eine Verbindung zwischen Teilen der internen Schaltung der Schaltungsanordnung sein.
Die Ströme, die in den betreffenden Spaltenleitern fließen und die von den Ladungsspeicherelementen erzeugt werden, umfassen Speicherelementneuladeströme.
Wenn die Ladungsspeicherelemente lichtempfindliche Dioden enthalten, können die Neuladeströme relativ hoch sein, da sie den Neuladestrom eines entladenen Kondensators darstellen. Die Form von Reihenimpulsen, die der Matrix von Anordnungselementen zugeführt werden, ermöglicht es, dass der maximale Strom, der in den Spaltenleitern fließt minimal zu halten, wodurch auf diese Art und Weise die Ströme, die durch die Diodenbrücke fließen muss, und die von den Stromquellen geliefert werden, reduziert werden. Der Reihenimpuls kann positiv oder negativ sein, je nach der Form der verwendeten Pixel.
Für die Diodenbrücken und die Klemmschalter der Spaltenmultiplexerschaltungen der jeweiligen Gruppen der Spaltenleiter wird sehr bevorzugt, gemeinsame Steuerleitungen gemeinsam zu Teilen, damit die Anzahl solcher Steuerleitungen in der Anordnung reduziert wird.
Zum Reduzieren der Technologietypen, die bei der Herstellung der elektronischen Anordnung angewandt werden, ist es vorteilhaft, wenn die Anordnungselemente der Matrix Dioden desselben Technologietyps enthalten wie die Dioden der Spaltenmultiplexerschaltungen. Aus demselben Grund werden die Stromquellen der Spaltenmultiplexerschaltungen vorzugsweise in demselben Technologietyp hergestellt. In einer bequemen Form umfassen die Stromquellen der Spaltenmultiplexerschaltungen lichtempfindliche Dioden vom selben Technologietyp wie nicht lichtempfindliche Dioden, welche die Dioden in dem ersten und zweiten Schenkel der Brücke bilden. Obschon lichtempfindliche Dioden für diese Stromquelle benutzt werden, sei es bemerkt, dass kein optisches Schalten erforderlich ist. Diese lichtempfindlichen Dioden der Stromquellen können im Betrieb der Anordnung konstant beleuchtet werden. Der nach der vorliegenden Erfindung erzeugte Reihenimpuls reduziert aus das Minimum den Strom, der von solchen beleuchteten Photodioden erzeugt wird, wodurch auf diese Weise die erforderliche Größe der Photodioden reduziert wird.
Die vorliegende Erfindung eignet sich durchaus für großflächige elektronische Anordnungen, wobei die Anordnungselemente der Matrix und die Dioden der Spaltenmultiplexerschaltungen in Form von Dünnfilmdioden auf einem gemeinsamen Substrat vorgesehen sind.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung nach der vorliegenden Erfindung, wobei dieses Verfahren u. a. das Liefern eines Reihenselektionsimpulses zu einer Reihe von Anordnungselementen umfasst, wodurch es ermöglicht wird, dass ein Signal von den Anordnungselementen dieser Reihe zu den betreffenden Spaltenleitern übertragen wird, und dass die Spaltenmultiplexerschaltungen derart betrieben werden, dass sie den betreffenden gemeinsamen Anschlüssen selektierte Spaltensignale zuführen, in denen der Reihenselektionsimpuls eine Spannungswellenform aufweist, die von einer ersten Spannung, unmittelbar nach dem Anfang des Selektionsimpulses zu einer zweiten Spannung, unmittelbar vor dem Ende des Selektionsimpulses ansteigt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen einfachen Schaltplan eines Teils einer Bildsensoranordnung nach der vorliegenden Erfindung mit Spaltenmultiplexerschaltungen,
2 einen Schaltplan einer derartigen Multiplexerschaltung der Anordnung nach 1, worin Strom in einem zweiten Zustand der Schaltungsanordnung fließt,
3 einen Schaltplan, worin Strom in einem ersten Zustand der Mulliplexerschaltung nach 2 fließt,
4 bis 6 Ladekennlinien für Bildsensoranordnungselemente in Form von Photodioden, in Reaktion auf mehrere Reihenselektionssignale, und
7 einen Schnitt durch einen Teil eines Beispiels der Multiplexerschaltung, hergestellt in Dünnfilmtechnologie.
Es sei bemerkt, dass alle Figuren in der Zeichnung schematisch und nicht maßstabgerecht sind. Relative Abmessungen und Verhältnisse von Teilen des Querschnittes nach 4 sind der Deutlichkeit und der Einfachheit der Zeichnung halber in der Größe vergrößert oder reduziert dargestellt. In den Schaltungselementen nach den 1 bis 3 sind lichtempfindliche Dioden ohne Auffüllung gezeichnet, während nicht lichtempfindliche Dioden schwarz aufgefüllt dargestellt sind. Entsprechende Elemente oder Merkmale sind in den jeweiligen Ausführungsformen mit denselben Bezugszeichen angegeben.
Die elektronische Anordnung nach den 1 und 2 umfasst eine Matrix 1 von Anordnungselementen 2 und 3, die in Reihen N, (N + 1), ... und Spalten M, (M + 1), ... vorgesehen sind und die mit Reihen- und Spaltenleitern A bzw. B gekoppelt sind. Die Spaltenleiter B sind in Gruppen vorgesehen, wie Gruppe B(M), B(M + 1), B(M + 2) und Gruppe B(M + 3), B(M + 4), B(M + 5). Jede derartige Gruppe hat einen betreffenden gemeinsamen Anschluss 5. Eine Spaltenmultiplexerschaltung C(M), C(M + 1), .... Koppelt die Spaltenleiter B einer betreffenden Gruppe mit dem betreffenden gemeinsamen Abschluss 5(1), 5(2), ... Diese Spaltenmultiplexer C sind auf einfache Art und Weise durch einen Schaltungsblock in 1 angegeben und die Schaltungskonstruktion jedes derartigen Schaltungsblocks nach der vorliegenden Erfindung ist in 2 dargestellt.
Wie in 2 dargestellt, umfasst die Spaltenmultiplexerschaltung C für jeden Spaltenleiter B eine betreffende Diodenbrücke SD3 bis SD6 mit einem ersten und einem zweiten Schenkel 11 bzw. 12 zwischen zwei Stromquellen 21 und 22. Der Schenkel 11 umfasst ein Paar Schaltdioden SD3 und SD4, die an einem Knotenpunkt 12 dieses Schenkels miteinander gekoppelt sind. Der Schenkel 12 umfasst ein Paar Schaltdioden SD5 und SDS, die an einem Knotenpunkt 14 miteinander gekoppelt sind. Alle Dioden SD3 bis SD6 haben die gleiche Polarität, wie jede andere zwischen den Stromquellen 21 und 22. Der betreffende Spaltenleiter B dieser Multiplexerschaltung ist mit dem Knotenpunkt 13 des ersten Schenkels 11 gekoppelt und der gemeinsame Anschluss 5 ist mit dem Knotenpunkt 14 des zweiten Schenkels 12 gekoppelt. Mit der Diodenbrücke SD3 bis SD6 sind über die Stromquellen 21 und 22 zum Zuführen von Schaltspannungen zum Umschalten der Dioden SD3 bis SD6 zwischen Vorwärtsspannung in einem ersten Zustand der Brücke und Umkehrspannung in einem zweiten Zustand der Brücke Steuerleitungen 16 und 17 gekoppelt. Auf diese Art und Weise wird zwischen dem Spaltenleiter B und dem gemeinsamen Anschluss 5 in dem ersten Zustand der Diodenbrücke ein Signal übertragen und wird in dem zweiten Zustand der Diodenbrücke nicht übertragen.
Die 6 und 7 zeigen Reihenimpulswellenformen, die dem Reihenleiter 6 zugeführt werden sollen, damit die Elemente einer Reihe adressiert werden, und wodurch es ermöglicht wird, dass der Spitzenstrom, der durch die Spaltenleiter B fließt, reduziert wird, mit dem Ergebnis, dass der Strom, der von den Stromquellen 21 und 22 geliefert werden soll, reduziert werden kann.
Als Beispiel zeigt 1 eine Matrixanordnung in Form eines Bildsensors. Jedes Pixel der Matrix kann auf bekannte Art und Weise konstruiert werden. 1 zeigt Pixel mit einer lichtempfindlichen Diode 2 in Reihe mit einer nicht lichtempfindlichen Schaltdiode 3, ähnlich wie der Bildsensor, der in EP-A-0 633 542 beschrieben worden ist. Diese Dioden 2 und 3 können n-i-p Dünnfilmdioden auf einem Anordnungssubstrat 40 sein (4). Wie in 1 dargestellt, sind die Anoden innerhalb des Pixels miteinander gekoppelt, und die Kathoden sind mit den Reihen- und Spaltenleitern N bzw. M gekoppelt. Die Anordnung umfasst eine Reihentreiberschaltung 36 einer bekannten Form, von der Zeilen abtastimpulse sequentiell zu den Reihenleitern A(N), A(N + 1), ... geliefert werden zum sequentiellen Adressieren der Reihen N, (N + 1), .... Der Anordnung. Diese Zeilenabtastimpulse dienen zur Vorwärtsvorspannung der Schaltdioden 3 der adressierten Reihe. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf die Form der Zeilenabtastimpulse, wie nachstehend noch näher beschrieben wird.
Das lichterzeugte Signal von diesen lichtempfindlichen Dioden 2, deren Schaltdioden in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind, wird an dem Spaltenleiter B über die betreffende Spaltenmultiplexerschaltung C ausgelesen. Mit dem gemeinsamen Anschluss 5 ist ein ladungsempfindlicher Verstärker 35 verbunden zum auf bekannte Art und Weise Auslesen dieses lichterzeugten Signals.
Die ladungsempfindlichen Verstärker 35 können als monolithische Silizium-integrierte Schaltungen ausgebildet sein, separat von dem Anordnungssubstrat 40, auf dem die Matrix 1 und die Spaltenmultiplexerschaltungen C durch Dünnfilm-Schaltungsanordnungen gebildet sein können. Auf diese Art und Weise können die gemeinsamen Anschlüsse 5 Ausgangsanschlüsse des Anordnungssubstrats 40 sein. Auf gleiche Weise kann der Reihentreiber 36 in monolithische Silizion-integrierter Schaltungstechnologie ausgebildet sein (separat von dem Anordnungssubstrat 40), und auf dieselbe Art und Weise können die Verbindungen 6 zwischen dem Reihentreiber 36 und den Reihenleitern A ebenfalls Ausgangsanschlüsse des Anordnungssubstrats 40 sein. Es ist aber auch möglich, wenigstens einen Teil der Reihentreiberschaltung 36 und/oder der ladungsempfindlichen Verstärker 35 in Dünnfilmschaltungstechnologie auszubilden. Auf diese Weise können diese Schaltungsteile auf demselben Anordnungssubstrat 40 gebildet werden, wie die Matrix 1, wobei in diesem Fall die Anschlüsse 5 und 6 interne Schaltungsknotenpunkte der Dünnfilmschaltung auf dem Anordnungssubstrat 40 wären.
Wie in 1 dargestellt, Teilen sich die Spaltenmultiplexerschaltungen C(M) und C(M + 3), usw. .... für die jeweiligen Gruppen der Spaltenleiter B die gemeinsamen Steuerleitungen 16 und 17 (Vx1, Vy1, Vx2, Vy2 ....), damit die Anzahl solcher Steuerleitungen im Layout des Anordnungssubstrats 40 reduziert wird. Diese separaten Steuerleitungen 16 und 17 können sich bis an die Ausgangsanschlüsse auf dem Anordnungssubstrat erstrecken, oder sie können mit einer Steuerschaltung verbunden sein, die in Dünnfilmschaltungstechnik auf demselben Anordnungssubstrat 40 ausgebildet ist. Die Steuerschaltung (entweder integriert auf dem Anordnungssubstrat 40 oder als externe monolithi sche integrierte Schaltung ausgebildet) erzeugt Sequenzen von Spannungsimpulsen Vx und Vy zum sequentiellen Umschalten der Spaltenmultiplexerschaltungen innerhalb jeder Gruppe.
In 1 sind nur drei Reihen und sechs Spalten dargestellt. Ein Bildsensor nach der vorliegenden Erfindung kann typischerweise mehrere Hundert oder Tausend Reihen und Spalten aufweisen. 1 zeigt die Spaltenleiter B, die zu Dreiergruppen gegliedert sind. Ein Bildsensor nach der vorliegenden Erfindung kann aber mehr als drei Spaltenleiter B, die gruppiert und durch ihre Multiplexerschaltungen C mit einem gemeinsamen Anschluss 5 gekoppelt sind aufweisen. Weil die Spalten einer Gruppe sequentiell zu dem gemeinsamen Anschluss 5 ausgelesen werden, nimmt die Auslesegeschwindigkeit für eine Matrix mit der Anzahl Spalten in jeder Gruppe ab. Auf diese Weise wird für eine Bildsensormatrix mit einer bestimmten Anzahl Spalten die Anzahl Gruppen entsprechend der gewünschten Auslesegeschwindigkeit gewählt. Denn:
Anzahl Steuerleitungen 16 und 17 = Anzahl Gruppen × 2 (2)
Auf diese Art und Weise wird es im Falle einer Matrix mit 300 Spalten, die in zehn Gruppen gegliedert sind, dreißig Spaltenausgänge 5 und zwanzig Steuerleitungen 16 und 17 geben.
2 zeigt die Schaltungskonstruktion jedes Spaltenmultiplexers C. Die Schaltungselemente des Multiplexers sind derart gewählt worden, dass sie von dem gleichen Technologietyp sind wie die Anordungselemente der Matrix 1. Auf diese Weise sind in diesem Beispiel Dünnfilmdioden für die Multiplexerschaltung C sowie für die Matrix 1 benutzt worden. All diese Dioden können unter Anwendung der gleichen Verarbeitungsschritte gleichzeitig auf dem Anordnungssubstrat 40 hergestellt werden.
In der Schaltungsanordnung nach 2 sind die Stromquelle 21 und 22 durch Photodioden PD1 und PD2 gebildet. Das Gebiet dieser Photodioden PD1 und PD2 ist viel größer als das Gebiet der Schaltdioden SD1 bis SD6. Auf diese Weise kann, je nach dem Intensitätspegel, auf dem sie beleuchtet werden, das Gebiet der Photodioden PD1 und PD2 von der Größenordnung von 10 bis 100mal dem Gebiet der Photodioden 2 der Matrix 1 sein. Es ist aber, wie nachstehend noch näher beschrieben wird, möglich, die Größe der Photodioden dadurch zu reduzieren, dass eine geeignete Wellenform des Reihensignals verwendet wird. Die Photodioden PD1 und PD2 werden ständig beleuchtet und dies ver meidet die Notwendigkeit einer optischen Schaltmaßnahme. Die beleuchtende Lichtquelle ist dazu vorgesehen, eine konstante Lichtintensität an den Photodioden PD1 und PD2 zu schaffen.
Die Spaltenmultiplexerschaltung umfasst ebenfalls einen Klemmschalter SD1, SD2, der mit dem betreffenden Spaltenleiter B gekoppelt ist zum Klemmen des Potentials des Spaltenleiters B in dem zweiten (nicht übertragenden) Zustand der Diodenbrücke SD3 bis SD6. In dem speziellen in den 2 und 3 dargestellten Beispiel umfasst dieser Klemmschalter ein Paar Klemmdioden SD1 und SD2, die zwischen den Steuerleitungen 16 und 17 mit einer entgegengesetzten Polarität gegenüber der Polarität der Brückendioden SD3 bis SD6 gekoppelt sind. Diese Klemmdioden Sd1 und SD2 sind an einem Knotenpunkt 15 zusammen mit dem Spaltenleiter 5 Gate-Elektrodeekoppelt, und zwar zum Klemmen des Potentials des Spaltenleiters, wenn die Brücke sich in dem zweiten Zustand befindet (d. h. wenn die Brückendioden SD3 bis SD6 in Rückwärtsrichtung vorgespannt sind und die Übertragung des Signals sperren).
Der Spaltenmultiplexer C wird durch die Spannungsimpulse Vx und Vy, die den Steuerleitungen 16 und 17 zugeführt werden, zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand umgeschaltet. Der Einfachheit des Betriebs wegen wird vorausgesetzt, dass die Impulse Vx und Vy zwischen negativen und positiven Pegeln der gleichen Größe schalten und dass die beiden Dioden in jedem Paar (SD1, SD2), (SD3, SD4) und (SDS, SD6) die gleichen Leitungskennlinien haben, so dass der Spaltenleiter B in beiden Zuständen der Schaltungsanordnung auf dem Nullpotential steht. Die Wirkung ist nun wie folgt, (was die Multiplexerschaltung C (M) anbelangt):
Erster Zustand der Schaltungsanordnung

Vx = positiv (beispielsweise +5 V) Vy = negativ (beispielsweise –5 V)

Dies entspricht den Spannungspegeln, zu denen die Steuerleitungen 16 und 17 des Multiplexers C(M) geschaltet werden, wenn es erwünscht ist das Signal an dem Spaltenleiter B(M) auszulesen.
Mit dieser Polarität der Spannungspegel Vx und Vy werden die Schaltdioden SD1 und SD2 der Klemme in einem AUS-Zustand in Rückwärtsrichtung vorgespannt und die Schaltdioden SD2 bis SD6 der Brücke werden in einem EIN-Zustand in Vorwärtsrichtung vorgespannt. In diesem Zustand des Multiplexers C liefern die ständig beleuchte ten Photodioden PD1 und PD2 den Diodenbrücken SD3 bis SD6 konstante Ströme und das adressierte Reihenpixel in der bestimmten Spalte wird nun ausgelesen.
Auf diese Weise wird dann jeder Strom i_i, der zu einem Spaltenleiter B fließt, als Ausgangsstrom i_o zu dem Diodenschalter SD3 bis SD6 fließen sowie zu dem Spaltenverstärker 35. Dies wird nun anhand der 3 näher erläutert, wobei
i_so ist der von PD1 erzeugte Strom
i_si ist der durch PD2 abgesaugte Strom
i_x ist der Brückenstrom, der zwischen den Knotenpunkten 18 und 13 fließt
i_y ist der Brückenstrom, der zwischen den Knotenpunkten 13 und 19 fließt
i_z ist der Brückenstrom, der zwischen den Knotenpunkten 18 und 14 fließt
i_w ist der Brückenstrom, der zwischen den Knotenpunkten 14 und 19 fließt.
Am Knotenpunkt 18: iso = ix + iz (3)Am Knotenpunkt 19: isi = iy + iw (4)Am Knotenpunkt 13: iy = ix + ii (5)Am Knotenpunkt 14: iz – iw = io (6)Wenn man die Gleichung (n) nimmt und für i_z und i_w ersetzt, ergibt dies iso – ix – isi + ly = io Aber (i_y – i_x) = i_i, und folglich iso + ii – isi = io
Wenn nun vorausgesetzt wird, dass die Stromausgänge der Dioden PD1 und PD2 einander gleich sind, dann: iso = isi, und folglich ii = io (7)d. h. der Ausgangsstrom vom Knotenpunkt 14 der Brücke SD3 bis SD6 entspricht dem Eingangsstrom am Knotenpunkt 13. Dieses Ergebnis ist unabhängig von den betreffenden Schaltkennlinien der Dioden SD3 bis SD6 der Diodenbrücke. Es gibt deswegen kein Bedürfnis danach, dass die Dioden einander genau entsprechen.
Zweiter Zustand der Schaltungsanordnung

Vx = negativ (beispielsweise –5 V) Vy = positiv (beispielsweise +5 V)

Mit dieser Polarität der Spannungspegel Vx und Vy werden die Schaltdioden SD3 bis SD6 der Brücke in einem AUS-Zustand in Rückwärtsrichtung vorgespannt und die Schaltdioden SD1 und SD2 der Klemme werden in einem EIN-Zustand in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Wenn der Multiplexer C(M) sich in diesem Zustand befindet, wird ein anderer Multiplexer, C(M + 1) beispielsweise, in den oben beschriebenen ersten Zustand geschaltet, und zwar durch eine geeignete Steuerung anderer Steuersignale, beispielsweise Vx2 und Vy2.
Als Ergebnis der Fortpflanzung von Strom innerhalb jeder Photodiode PD1 und PD2 durch die ständige Beleuchtung, erzeugt jede Photodiode PD1 und PD2 einen Potentialabfall von etwa 300 mV an sich selbst in der Rückwärts-Vorspannrichtung. Die Vorspannbedingung der Diodenbrücke SD3 bis SD6 wird durch die viel höheren Spannungspegel Vx und Vy beherrscht. In diesem Zustand des Multiplexers C überträgt die Diodenbrücke SD3 bis SD6 überhaupt kein Signal von dem Spaltenleiter B zu dem Anschluss 5. Der Ausgangsstrom (i_o) der Brücke SD3 bis SD6 ist Null und folglich wird diese spezielle Spalte nicht ausgelesen.
Die Schaltdioden SD1 und SD2 wirken als Spannungsklemme, die den Spaltenleiter B auf einem konstanten Potential klemmt. Dieses konstante Potential ist Null Volt in der vorausgesetzten Situation, wenn Vx = –Vy und wenn SD1 und SD2 die gleichen EIN-Kennlinien haben. Der Klemmeffekt kann am besten verstanden werden indem die Elemente 2, 3 der jeweiligen Reihen erwogen werden, die mit diesem Spaltenleiter B gekoppelt sind. Auf diese Art und Weise kann beispielsweise der Multiplexer C nach 2 C(M) nach 1 sein und die Pixel der Reihe N können durch einen positiven Spannungsabtastimpuls an dem Reihenleiter 6(1) adressiert werden. In diesem Fall ist die Schaltdiode 3 der Reihe N, Spalte M in Vorwärtsrichtung vorgespannt und die Schaltdioden 3 aller anderen Reihen (N + 1), (N + 2), usw. in der Spalte M sind in Rückwärtsrichtung vorgespannt. Obschon die Schaltdiode 3 in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, wird das Bildsignal des Pixels N, M von dem ladungsempfindlichen Verstärker nicht ausgelesen, weil der Multiplexer C(M) sich in einem Sperrzustand befindet. Obschon die Schaltdioden 3 der anderen Reihen der Spalte M in Rückwärtsrichtung vorgespannt sind, gibt es dennoch durch diese Dioden einen kleinen Leckstrom. In dem Klemmzustand der Dioden SD1 und SD2 werden Ströme i_L (herrührend aus dem Bildsignal der Pixels N, M und der Leckströme durch die Schaltdioden 3 der anderen Reihen der Spalte M), die an dem Spaltenleiter B(M) vorhanden sein können, auf sicherem Weg über die in Vorwärtsrichtung vorgespannten Dioden SD1 und SD2 abgesaugt. Auf diese Weise in 2,
am Knotenpunkt 15: i1 = i2 + iL (8)wobei i₁ und i₂ die ströme durch die in Vorwärtsrichtung vorgespannten Klemmdioden SD1 bzw. SD2 sind. Beim Fehlen dieser in Vorwärtsrichtung vorgespannten Klemmdioden SD1 und SD2 könnten diese Ströme i_L verursachen, dass das Potential des Spaltenleiters B variiert und auf diese Weise die Vorspannbedingungen dieser Pixel in nicht adressierten Reihen (N + 1), (N + 2), usw. der Spalte M ändern könnten. Wenn diese Pixel in den nicht adressierten Reihen (N + 1), (N + 2), usw. später adressiert werden, kann ein falsches Signal (das nicht repräsentativ ist für die Bildbeleuchtung, die auf diese Pixel trifft), als Ergebnis dieser geänderten Vorspannbedingungen ausgelesen werden. Der unerwünschte Effekt wird dadurch vermieden, dass ein Klemmschalter SD1, SD2 vorgesehen wird.
Der Klemmschalter schafft dazu eine Senke für die Leckströme und den Photodiodenstrom des Pixels in der selektierten Reihe, weil dieser von einer Spannungsquelle geliefert wird (statt von einer Stromquelle betrieben). Die Speisespannung ermöglicht Schwankungen in dem Strom durch die Dioden SD1, SD2 zum Unterbringen der Leckströme. Dies ermöglicht es, dass der Klemmschalter das Potential des Spaltenleiters in diesem zweiten Zustand der Brücke derart klemmt, dass das Potential, das für alle Anordnungselemente dieser Spalte gilt, keinen Schwankungen ausgesetzt ist.
Andere Formen von Klemmanordnungen können angewandt werden, unter der Bedingung aber, dass sie es ermöglichen, dass die Leckströme derart aufgebraucht werden, dass das Spaltenpotential auf einem konstanten Wert gehalten werden kann. Das konstante Potential entspricht vorzugsweise einem Potential, auf dem der Ausgang durch einen ladungsempfindlichen Verstärker gehalten wird. Wenn die Anordnungselemente der Matrix Dünnfilmtransistoren aufweisen, kann der Klemmschalter ein Dünnfilmtransistor mit einer isolierten Gate-Elektrode sein. Auf diese Weise kann beispielsweise der Klemmschalter ein Dünnfilmtransistor mit isolierter Gate-Elektrode sein, dessen Source-Elektrode und dessen Drain-Elektrode zwischen dem betreffenden Spaltenleiter und einer Bezugsspannungsquelle gekoppelt sind. Dieser Transistor kann ein- und abgeschaltet werden, und zwar mit Hilfe eines Steuersignals, das dieser isolierten Gate-Elektrode zugeführt wird.
Es kann sich über die Spalten der Anordnung eine Klemmleitung erstrecken und der Klemmschalter kann zwischen dem betreffenden Spaltenleiter und der Klemmleitung gekoppelt sein, die an einer Bezugsspannung liegt. Der Klemmschalter ist als integriert mit dem Multiplexer dargestellt, aber er kann mit dem Spaltenleiter an einer Stelle gekoppelt sein, die in einem Abstand von der Diodenbrücke liegt. In dem dargestellten Beispiel wird der Betrieb des Klemmschalters dadurch gesteuert, dass der Schalter mit den Steuerleitungen der betreffenden Diodenbrücke gekoppelt wird, aber der Klemmschalter kann selbstverständlich eine unabhängige Steuerung aufweisen.
Die oben stehende Gleichung (7), die sich auf den EIN-Zustand der Multiplexerschaltung der Diodenbrücke bezieht, wird nur dann erfüllt, wenn die Photodiodenströme i_so und i_si größer sind als der Eingangsstrom i_i und der Ausgangsstrom i_o. Dies ist weil alle Ströme, die in der Diodenbrücke fließen, einen positiven Wert haben sollen, da die Ströme in n_w einer Richtung fließen können, Eine Kombination von (3) und (6) ergibt: iso = io + iw + ix folglich ist iso > io (9)
Eine Kombination von (4) und (5) ergibt: isi = ii + iw + iz folglich ist isi > ii (10)
Der Eingangsstrom i_i ist der Ladestrom, der die Eigenkapazität der Photodiode selber neu auflädt. Dieser Ladestrom schwankt während der Neuaufladung und ist ebenfalls abhängig von dem Pegel der Beleuchtung der Pixel-Photodiode während der Integrationsperiode. Infolge der Gleichungen (9) und (10) müssen die Photodioden PD1 und PD2 einen Strom erzeugen, der ausreicht um wenigstens den maximalen Kondensatorladestrom auszugleichen und dies bedingt minimale Abmessungen für die Photodioden PD1 und PD2. Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Betreiben der Multiplexerschaltungen zum reduzieren des Spitzenstromflusses, der durch das Diodenbrückennetzwerk geschaltet werden soll.
Wenn die Pixelanordnung aus 1 dazu vorgesehen ist, als Bildsensor mit einer Auflösung von etwa 125 dpi benutzt zu werden, dann beträgt der Mittenabstand zwischen den Pixeln etwa 200 μm. Dies stellt eine relativ niedrige Auflösung für einen Bildsensor dar und stellt folglich relativ große Pixelphotodioden dar. Dadurch ist die Kapazität der Photodiode relativ hoch, was zu großen Neuaufladungsströmen führt. Die nachfolgende Analyse basiert deswegen auf Annahmen, die große Neuaufladungsströme veranlassen, was eine Schätzung für den schlimmsten Fall darstellt. Ein Mittenabstand zwischen Pixeln von 200 μm gestattet, dass die Photodiode jedes Pixels ein Gebiet von 140 μm × 140 μm beaufschlagt. Eine typische Konstruktion einer Dünnfilmphotodiode mit diesen Abmessungen wird eine Kapazität von etwa 4 pF haben.
Während der Integrationsperiode der Pixel, wenn jedes Pixel gegenüber dem betreffenden Spaltenleiter isoliert ist, hat das Licht, das auf die Photodiode auftrifft, den Effekt einer Entladung der Eigenkapazität der Photodiode. Wenn der Reihenleiter derart betrieben wird, dass eine betreffende Reihe von Pixeln selektiert wird, schafft der Reihenleiter einen Strom zum Neuaufladen der Eigenkapazität der Photodiode und dieser Neuaufladungsstrom fließt durch die betreffende Schaltdiode und in für Messungen den Spaltenleiter B. Es ist der maximale Wert des Neuaufladungssromes dieses Kondensators, der die minimalen Ströme bestimmen, die von den Photodioden PD1 und PD2 der Multiplexerschaltungen erzeugt werden müssen.
4 zeigt die Neuaufladungskennlinien für die Kapazität der Photodiode, wobei eine herkömmliche rechteckige Reihenwellenform benutzt wird. Wie dargestellt, Wie dargestellt, hat die Reihenwellenform eine hohe Pulsrate von 2,3 ms (zwecks der Simulation) und bleibt hoch für eine Dauer von 0,1 ms. Die Reihenspannungswellenform V_R ist in dem Teil A der 4 dargestellt und die Spitzenspannung beträgt 3 V.
Während der Reihenspannungswellenform wird die Kapazität der Photodiode sich neu aufladen und der Neuaufladungsstrom wird durch den ladungsempfindlichen Verstärker 35 gemessen. 4 Teil B zeigt die Spannung an der Photodiode V_PH für die Situation, in der verschiedene Lichtintensitäten zwischen Reihenimpulsen die Photodiode beleuchtet haben. Die durch 58 bezeichnete Kurve stellt eine maximale Beleuchtung des Pixels dar und folglich wird die Kapazität der Photodiode am Ende der Integrationsperiode (zwischen Reihenimpulsen) fast völlig entladen. Die Kurve 50 stellt einen niedrigen Beleuchtungspegel der Photodiode dar und die Kurven 52–56 stellen zunehmende Beleuchtungspegel dar. Wenn der Reihenimpuls hoch ist, wird die Kapazität der Photodiode neu aufgeladen, so dass die Spannung an der Photodiode zunimmt. Die Spannung der Photodiode erreicht ein Maximum, das im Wesentlichen dem Spannungspegel des Reihenimpulses weniger des Abfalls der in Vorwärtsrichtung vorgespannten Spannung an der Schaltdiode 3 entspricht (unter der Voraussetzung, dass der betreffende Spaltenleiter während des Auslesevorgangs auf 0 Volt gehalten wird).
Nach Beendigung des Reihenimpulses fällt die Spannung an der Photodiode in Abhängigkeit von dem Pegel der Beleuchtung ab. Es sei bemerkt, dass die Rate, mit der die Spannung abfällt, ist in 4 übertrieben dargestellt, und zwar zur Erläuterung, da die Zeit zwischen Reihenimpulsen wesentlich länger ist als die Dauer des Reihenimpulses. Wenn beispielsweise im Falle eines A4-Bildabtasters eine Auflösung von 125 dpi erreicht wird, stellt dies etwa 1.000 Reihen vor, so dass jeder Reihenimpuls 0,1 ms dauert und alle 100 ms wiederholt wird.
Die in 4 Teil B dargestellten Kurven ermöglichen es, dass der maximale Neuaufladungsstrom für die Photodiode geschätzt wird. In dem Fall nach 4 hat die maximale Beleuchtungskurve 58 eine schroffe Reaktion auf die Anstiegsflanke des Reihenimpulses und der Neuaufladungsstrom kann aus der Gleichung
berechnet werden.
Bei einer gegebenen etwaigen Kapazität der Photodiode von 4 pF hat die Kurve 58 nach 4, die eine maximale Beleuchtung darstellt, eine Neigung dv/dt, die einem Strom von 1 μA entspricht.
Folglich erfordert die Verwendung der rechteckigen Reihenwellenform aus 4, dass die Multiplexerphotodioden einen Strom von wenigstens 1 μA erzeugen.
Eine amorphe Siliziumdiode mit einer eigenleitenden Schichttiefe von 5000 Å erzeugt einen Strom von 0,68 × 10^–15 A/μm²/Lux (für Licht mit einer Wellenlänge von 580 nm).
Wenn eine typische Beleuchtung von 100 Lux gegeben wird, soll zum Erzeugen des erforderlichen Stromes von 1 μA das Lichtempfangsgebiet der Photodiode eine Oberfläche von 14,7 × 10⁶ (μm)² haben.
Da aber die Photodioden PD1 und PD2 auf dem Substrat integriert werden sollen, definiert der Mittenabstand zwischen den Pixeln die maximale Trennung der Photodioden, obschon die Photodioden auf alternative Weise an einander gegenüber liegenden Rändern des Substrats vorgesehen werden können. Auf diese Weise beträgt die maximale Trennung der Photodioden 400 μm für einen Mittenabstand zwischen Pixeln von 200 μm.
Zum Erhalten des erforderlichen Gebietes der Photodiode zum Erzeugen des 1 μA Stromes entspricht diese maximale Trennung einer Photodiodenlänge von 37 mm.
Wenn herkömmliche Reihenadressierung angewandt wird, wie in 4 dargestellt, müssen die Multiplexerphotodioden ein wesentliches Gebiet um das Substrat herum bedecken. Die Erfindung schafft eine neue Adressierungstechnik, die es ermöglicht, dass die Multiplexerschaltung ohne dieses vergrößerte periphere Gebiet implementiert wird.
5 und 6 zeigen zwei mögliche Reihenspannungswellenformen nach der vorliegenden Erfindung zusammen mit einer betreffenden Analyse des Neuaufladungsstromes der Photodiode, wobei dasselbe Modell angewandt wird wie das in 4. Es wurden die gleichen Bezugszeichen verwendet um die Ladungs- und Entladungskennlinien für die jeweiligen Pegel der Photodiodenbeleuchtung anzugeben.
Die in 5 Teil A dargestellte Reihenwellenform ist sägezahnförmig mit einer Spitze von 3,75 Volt. Wie in 5 Teil B ersichtlich, führt dieser vergrößerte Endspannungspegel der Reihenwellenform zu der Spannung an der Photodiode, was einen ähnlichen maximalen Pegel am Ende der Reihenwellenform erreicht. Die allmähliche Zunahme des Reihenimpulses eliminiert den schroffen Anstieg in der der Photodiodenspannung, die am Anfang des Reihenimpulses auftrat in der in 4 dargestellten Situation. Im Falle der 5 veranlasst die Steigerung in der Spannung der Photodiode einen maximalen Neuaufladungsstrom von etwa 150 nA. Dadurch kann die entsprechende Länge der Photodioden PD1 und PD2 der Multiplexerschaltung auf 5,5 mm reduziert werden. Die Leistung eines Pixels in Termen der Linearität und Nacheilung wird nur marginal durch den mit einer Rampe versehene Reihenselektionsimpuls beeinträchtigt und diese marginale Beeinträchtigung in der Leistung kann gewünschtenfalls durch Steigerung der Länge des Reihenselektionsimpulses um etwa 10–20% wiederhergestellt werden.
6 zeigt die Analyse für einen alternativen Reihenselektionsimpuls, wobei die Reihenwellenform einen gestuften Anteil und einen mit einer Rampe versehenen (sägezahnförmigen) Anteil hat. Durch Änderung des Wertes des Ausgangsspannungsschrittes und der Neigung des mit einer Rampe versehenen Teils der Reihenwellenform kann eine Aufladungskennlinie erhalten werden, für die der maximale Aufladestrom am niedrigsten ist. Es ist also klar, dass der niedrigste Spitzenladestrom erhalten wird, wenn die maximale Beleuchtungskurve 58 während der Reihenselektionsperiode einheitlich zu dem aufgeladenen Pegel ansteigt. Die in 6 Teil A dargestellte Reihenwellenform erreicht geladenen Pegel ansteigt. Die in 6 Teil A dargestellte Reihenwellenform erreicht nahezu diese Aufladungskennlinie für die Aufladekurve 58. Die Neigung dieser Kurve entspricht einem Spitzenstrom von etwa 90 nA und die entsprechende erforderliche Länge der Multiplexerphotodiode PD1 und PD2 beträgt dann 3,3 mm.
Die Erfindung schafft folglich ein Verfahren zum Adressieren der Reihen der Matrix von Elementen zur Ermöglichung einer praktischen Implementierung der Spaltenmultiplexerschaltung nach der vorliegenden Erfindung. Obschon positive Reihenimpulse dargestellt worden sind, können alternative Pixelkonfigurationen benutzt werden, für die Reihen von Pixeln durch negative Reihenimpulse adressiert werden können. Weiterhin ist das Reihensignal nach der vorliegenden Erfindung nicht auf die in den 5 und 6 dargestellten Formen beschränkt und die Steigerung in der Reihenimpulsgröße kann nicht einheitlich sein, wie in den Figuren dargestellt. Stattdessen kann der Impuls eine nicht lineare Steigerung in der Größe haben und kann einen ansteigenden Teil und einen Pegelteil haben. Die Reihenspannungswellenform sollte entworfen werden zum Reduzieren auf ein Minimum, wobei der Spitzenstrom für die bestimmte Ladungsspeicherelementpixelkonfiguration fließt.
7 zeigt ein bestimmtes Beispiel einer Multiplexerschaltung C nach der vorliegenden Erfindung, hergestellt in Dünnfilmtechnologie. Diese Dünnfilmtechnologie kann die gleiche sein wie die, die zum Herstellen der Matrix 1 angewandt wurde und kann somit derjenigen entsprechen, die in EP-A-0 633 542 beschrieben worden ist. Wie in 4 dargestellt, ist die Dünnfilmschaltung auf einem Substrat 40 vorgesehen. Dieses Substrat 40 kann aus jedem beliebigen Glas oder Kunststoff hergestellt sein. Eine erste elektrisch leitende Schicht 41 (beispielsweise aus Chrom) ist auf dem Substrat 40 vorgesehen und in einem Ätzverfahren mit einem Muster versehen zum Definieren der Kathodenelektroden der Dioden PD1, PD2, SD1, SD2, SD3, SD4, usw. .... Dieses Leitermuster 41 kann ebenfalls Leiterspuren bilden, beispielsweise für die Leitungen 16 und 17, und ebenfalls Schaltungsknotenpunkte, wie 13, 14, 15, 18 und 19. Die jeweiligen Diodenstrukturen werden danach durch Ablagerung und Musterbildung geeignet dotierter Halbleiterschichten gebildet.
Bei diesem spezifischen Beispiel können alle Dioden amorphe Silizium-n-i- p-Dioden sein, die durch Ablagerung in der Reihenfolge n-leitende, eigenleitende und p-leitende amorphe Siliziumschichten 42 bis 44 gebildet sein können. Diese Schichten 42 bis 44 werden in einem Ätzverfahren mit einem Muster versehen zum Bilden einer separaten Insel für jede Diode. Danach wird eine isolierende Schicht (beispielsweise Siliziumnitrid) abgelagert und mit einem Muster versehen, so dass es auf den Seitenwänden der Dioden-Inseln zurückbleibt. Dieses Isolierschichtmuster 45 bleibt frei, wenigstens auf der oberen Fläche der Dioden-Inseln. Danach wird eine zweite leitende Schicht 46 (beispielsweise Chrom, eventuell bedeckt mit Aluminium) abgelagert und mit einem Muster versehen zum Bilden der Anoden-Elektroden der Dioden und gewünschtenfalls der Verbindungen zwischen den beiden leitenden Schichtpegeln. Diese obere leitende Schicht 46 kann für das beleuchtende Licht undurchsichtig sein, wobei in diesem Fall (wie in 4 dargestellt) die Schicht 46 auf den Rand der oberen p-leitenden Schicht 44 der lichtempfindlichen Dioden PD1, PD2 beschränkt ist. Die Schicht 46 erstreckt sind jedoch über die ganze obere Fläche der Schaltdioden SD1 bis SD6, so dass diese Dioden nicht lichtempfindlich sind. Die lichtempfindlichen Dioden 2 der Matrixpixel können auf dieselbe Art und Weise gebildet werden wie die lichtempfindlichen Dioden PD1 und PD2, und die Schaltdioden 3 können auf dieselbe Art und Weise gebildet werden wie die Schaltdioden SD1 bis SD6. Auf diese Weise können die Matrix 1 und deren Spaltenmultiplexer C anhand der gleichen Verfahrensschritte auf demselben Anordnungssubstrat 40 unter Anwendung derselben Dünnfilmdiodentechnologie ausgebildet werden.
Das Layout des Bildsensors kann jede beliebige geeignete Konfiguration und Muster haben. Die Photodioden PD1 und PD2, die als Stromquellen der Multiplexerschaltungen C wirksam sind, liegen in einem Bereich des Substrats 40 der Anordnung, wo sie ständig frei liegen können (im Betrieb der Sensoranordnung) um mit einer konstanten Intensität beleuchtet zu werden. Die Schaltdioden SD1 bis SD6 werden aber gegen diese konstante Beleuchtung durch undurchscheinende Elektrodenschichten 41 und 46 und/oder durch eine optische Maske abgeschirmt. Die Bildmatrix 1 befindet sich in dem Gebiet des Substrats 40, wo ein Bild durch die Photodioden 2 abgetastet werden soll. Die Reihen- und Spaltenleiter A und B können rechteckige oder quadratische Gebiete für die Pixel definieren, oder jede beliebige andere gewünschte geometrische Form. Die Photodioden 2 können den größten Teil des Pixelgebietes belegen. Die Photodioden 2 können aber auf einen oder mehrere Ränder des betreffenden Pixels begrenzt sein, damit es gestattet ist, dass der Bildsensor möglichst transparent ist. Ein derartiger transparenter Bildsensor kann dann irgend wo oben drauf angebracht werden, wie eine Wiedergabeanordnung, ohne dass dadurch die Wiedergabeanordnung wesentlich abgedeckt wird.
7 zeigt eine Anordnung, wobei das Licht oben auf die Anordnung auftrifft und durch Fenster in der oberen Elektrodenschicht 46 zu dem Halbleitermaterial der Photodioden weitergeleitet wird. Es kann aber auch eine umgekehrte Anordnung konstruiert werden, wobei die Fenster in der unteren Elektrodenschicht 41 vorgesehen sind und das auftreffende Licht (für PD1 und PD2) und das Bild (für die Anordnung von Photodioden 2) über ein transparentes Substrat 40 übertragen wird.
Die 2 und 3 zeigen einzelne Dioden SD3 bis SD6 in jedem Schenkel der Brücke, einzelne Dioden SD1 und SD2 zwischen dem Spaltenleiter und der betreffenden Steuerleitung 16, 17 und einzelne Dioden PD1 und PD2, welche die Stromquellen 21 und 22 bilden. Es können aber auch zwei Dioden oder mehrere in Reihe geschaltete Dioden statt dieser einzelnen Dioden verwendet werden. Auf diese Weise kann es beispielsweise zwischen dem Knotenpunkt 15 und der Leitung 16 zwei reihengeschaltete Dioden SD1 geben und zwischen dem Knotenpunkt 15 und der Leitung 17 kann es zwei reihengeschaltete Dioden SD2 geben. Weiterhin kann es in den Leitungskennlinien der Dioden eine bestimmte Unbalance geben und die Dioden- und Vorspannungsanordnung kann derart sein, dass der Spaltenleiter bei einem Potential betrieben wird, das nicht Null Volt ist.
Die Anordnungselemente der Matrix 1 können Dünnfilmtransistoren enthalten. Auf diese Weise kann beispielsweise jedes Pixel eine bekannte Schaltungskonfiguration aus zwei Schalttransistoren und einem Photoleiter enthalten. In diesem Fall können die Dioden PD1, PD2 und SD1 bis SD6 des Spaltenmultiplexers C als diodenverbundene Dünnfilmtransistoren gebildet sein, d. h. die Gate-Elektrode und die Drain-Elektrode des Transistors können als eine einzige Elektrode des Schaltungselementes miteinander gekoppelt sein. Weiterhin kann, wenn Transistoren benutzt werden, der Klemmschalter ein einzelner Transistor sein, dessen Source-Elektrode mit dem Leiter B gekoppelt ist, dessen Drain-Elektrode mit einer Klemmspannungsleitung gekoppelt ist und dessen Gate-Elektrode mit einer Steuerleitung gekoppelt ist zum EIN- und AUS-Schalten des Transistors, und zwar entgegengesetzt synchron zu der Diodenbrücke SD3 bis SD6.
Ein Bildsensor nach der vorliegenden Erfindung kann als Dokumentscanner ausgebildet sein. Es kann ein sehr großer Bildsensor gebildet werden, der imstande ist, eine A4-große Seite mit einer Auflösung von 300 dpi (Dots per Inch) abzutasten. Die Anzahl Reihen N, (N + 1), ... und Spalten M, (M + 1), ... erforderlich für einen derartigen Bildsensor beträgt etwa 2500 bzw. 3500 (wobei die Reihen sich parallel zu der langen Seite des A4-Blatts erstrecken). Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, dass die Anzahl Spaltenausgänge 5 durch Gruppenbildung der Spaltenleiter B mit den Spaltenmultiplexerschaltungen C nach der vorliegenden Erfindung reduziert werden. Eine ähnliche Multiplexerschaltung kann auf jedem Reihenleiter A benutzt werden zum Reduzieren der Anzahl Eingänge 6 der Reihentreiberschaltung 36. Die Multiplexerschaltungen C können mit anderen zusätzlichen Maßnahmen kombiniert werden zum Reduzieren der Anzahl Reihen- und Spaltenleiter A und V und der Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 6 und 5. Auf diese Weise kann die Matrixkonfiguration derjenigen entsprechen, die in der britischen Patentanmeldung GB 9505305.4 beschrieben worden ist (unser Aktenzeichen PHB 33.976, veröffentlicht als EP-A-0 760 148 am 5.3.1997) wobei die Pixel in Gruppen von vier gegliedert sind, die einen gemeinsamen Reihenleiter A und einen gemeinsamen Spaltenleiter B sich Teilen.
Obschon spezifische Ausführungsformen nach der vorliegenden Erfindung als Bildsensor dargestellt worden sind, kann die vorliegende Erfindung ebenfalls bei anderen Matrixanordnungen angewandt werden, beispielsweise bei Flüssigkristall-Wiedergabeanordnungen oder bei Speichern und Datenspeichern. Die Wiedergabeanordnung 1 kann n-i-p- (oder p-i-n)Schaltdioden enthalten, beispielsweise wie in dem US Patent US-A-5.008.590 beschrieben (unser Aktenzeichen PHN 12.687), von dem der ganze Inhalt als hierin aufgenommen betrachtet wird. In diesem Fall können die Spaltenmultiplexerschaltungen C nach der vorliegenden Erfindung zwischen der Spaltentreiberschaltung und den Spaltenleitern B vorgesehen sein um die analogen Videosignals zu den Pixeln einer adressierten Reihe der Matrix 1 zu schalten/übertragen. Speicheranordnungen, ebenfalls mit n-i-p- oder p-i-n-Dioden sind bekannt, beispielsweise wie in dem US Patent US-A-5.272.370 (unser Aktenzeichen PHB 33.725) beschrieben. Wenn in diesem Fall die Erfindung angewandt wird, können die Spaltenmultiplexerschaltungen C nach der vorliegenden Erfindung zwischen der Ausleseschaltung und den Spaltenleitern B vorgesehen werden zum Schalten/Übertragen der digitalen Datensignale von einer adressierten Reihe der Speicheranordnung 1.
Der Ausdruck "Spalten" und "Reihen" für eine Matrix ist einigermaßen willkürlich und ob die Querleiter in der einen Richtung (A oder B) als "Reihen"-Leiter oder als "Spalten"-Leiter bezeichnet werden, kann beispielsweise davon abhängig sein, ob die Mat rix quadratisch oder rechteckig ist sowie von der betreffenden Orientierung abhängig sein. Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen wurden die Multiplexerschaltungen C an den Datenleitungen B der Matrix benutzt. Die Multiplexerschaltungen C nach der vorliegenden Erfindung können stattdessen an den Abtastleitungen (oder Adressierungsleitungen) A einer Matrix 1 benutzt werden, wie diese oben als "Reihen"-Leiter beschrieben wurden. Auf diese Weise können "Spalten"-Multiplexerschaltungen C nach der vorliegenden Erfindung stattdessen als "Reihen"-Multiplexer benutzt werden und können auf diese Weise Zeilenabtastimpulse von der "Reihen"-Treiberschaltung 36 zu den "Reihen"-Leitern A übertragen.
Obschon die betreffenden bisher beschriebenen Ausführungsformen durch Dünnfilmtechnologie auf einem isolierenden Substrat 40 verwirklicht worden sind, können die Matrix 1 und die Multiplexerschaltungen C einer elektronischen Anordnung nach der vorliegenden Erfindung in monolithischer Silizium IC-Technologie anstelle einer Dünnfilmschaltung ausgebildet sein.

Claims

Elektronische Anordnung mit – einer Matrix von Ladungsspeicherelementen, die in Reihen und Spalten vorgesehen sind und die mit Reihen- (6) und Spaltenleitern (B) gekoppelt sind, wobei ein einem Reihenleiter zugeführtes Reihensignal es ermöglicht, dass Ladungsspeicherelementsignale von Elementen in der betreffenden Reihe den betreffenden Spaltenleitern zugeführt werden, wobei die Ladungsspeicherelementsignale einen Strom erzeugen, der in den betreffenden Spaltenleitern fließt, wobei die Spaltenleiter in wenigstens einer Gruppe vorgesehen sind, wobei jede Gruppe einen betreffenden gemeinsamen Anschluss (5) hat; – einer Spaltenmultiplexerschaltung (C), welche die Spaltenleiter (B) einer betreffenden Gruppe mit dem betreffenden gemeinsamen Anschluss (5) koppelt, wobei die Spaltenmultiplexerschaltung für jeden Spaltenleiter eine betreffende Diodenbrücke aufweist, die zwischen zwei Stromquellen (21, 22) einen ersten (11) und einem zweiten (12) Schenkel hat, wobei jeder Schenkel ein betreffendes Paar Dioden (SD3, SD4; SD5, SD6) aufweist, die an einem betreffenden Knotenpunkt (13, 14) dieses Schenkels miteinander gekoppelt sind und die gleiche Polarität haben wie jedes andere Paar zwischen den Stromquellen, wobei der betreffende Spaltenleiter (B) mit dem Knotenpunkt (13) des ersten Schenkels (11) gekoppelt ist, wobei der gemeinsame Anschluss mit dem Knotenpunkt des zweiten Schenkels gekoppelt ist, wobei der gemeinsame Anschluss (5) mit dem Knotenpunkt (14) des zweiten Schenkels (12) gekoppelt ist; – Steuerleitungen (16, 17), die mit der Diodenbrücke gekoppelt sind zum Liefern von Schaltspannungen zum Umschalten der Dioden zwischen Vorwärts-Vorspannung in einem ersten Zustand der Brücke und Rückwärts-Vorspannung in einem zweiten Zustand der Brücke, wobei zwischen dem Spaltenleiter und dem gemeinsamen Anschluss in dem ersten Zustand der Diodenbrücke ein Signal übertragen wird; und – Mitteln zum Erzeugen eines Reihensignals in Form einer Basisspannung, die durch eine Impulsspannungswellenform unterbrochen wird, die in ihrer Größe gegenüber der Basisspannung ansteigt, und zwar von einer ersten Spannungsgröße unmittelbar nach dem Anfang des Impulses zu einer zweiten Spannungsgröße unmittelbar vor dem Ende des Impul ses.
Elektronische Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Mittel zum Erzeugen eines Reihensignals Mittel sind zum Erzeugen eines Reihensignals in Form einer Basisspannung, die durch eine Impulsspannungswellenform unterbrochen wird, die in ihrer Größe gegenüber der Basisspannung von der Basisspannung zu einer ersten Spannungsgröße unmittelbar nach dem Anfang des Impulses, zu einer zweiten Spannungsgröße, unmittelbar vor dem Ende des Impulses ansteigt, und in ihrer Größe gegenüber der Basisspannung von der zweiten Spannungsgröße zu der Basisspannung am Ende des Reihenimpulses abfällt.
Elektronische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Reihensignalgröße von der ersten Spannungsgröße zu der zweiten Spannungsgröße einheitlich ansteigt.
Elektronische Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anordnungselemente der Anordnung Dioden desselben Technologietyps wie die Dioden der Spaltenmultiplexerschaltungen aufweist.
Elektronische Anordnung nach Anspruch 4, wobei die Stromquellen der Spaltenmultiplexerschaltungen lichtempfindliche Dioden von demselben Technologietyp aufweisen wie nicht lichtempfindliche Dioden, welche die Dioden in dem ersten und zweiten Schenkel der Brücke bilden.
Elektronische Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Dioden der Matrix und der Spaltenmultiplexerschaltungen in Form von Dünnfilmdioden auf einem gemeinsamen Substrat sind.
Elektronische Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Spaltenmultiplexerschaltungen analoge Signale zwischen den Spaltenleitern und dem gemeinsamen Anschluss in dem ersten Zustand der Diodenbrücke übertragen.
Elektronische Anordnung nach Anspruch 7, wobei die Anordnungselemente der Matrix lichtempfindliche Dioden sind, die zusammen einen Bildsensor bilden.
Verfahren zum Betreiben einer Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei dieses Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: – das Liefern einer Reihenspannungswellenform zu einer Reihe von Ladungsspeicherelementen, wodurch es ermöglicht wird, dass von den Elementen dieser Reihe zu den betreffenden Spaltenleitern ein Signal übertragen wird und – das Betreiben der Spaltenmultiplexerschaltungen zum Übertragen selektierter Spaltensignale zu den betreffenden gemeinsamen Anschlüssen, wobei die Reihenspannungswellenform ein Signal in Form einer Basisspannung aufweist, die durch eine Impulsspannungswellenform unterbrochen wird, die in der Größe gegenüber der Basisspannung ansteigt, und zwar von einer ersten Spannungsgröße unmittelbar nach dem Anfang des Impulses zu einer zweiten Spannungsgröße, unmittelbar vor dem Ende des Impulses.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Impulsspannungswellenform in der Größe gegenüber der Basisspannung von der Basisspannung zu der ersten Spannungsgröße am Anfang des Reihenimpulses ansteigt und in der Größe gegenüber der Basisspannung von der zweiten Spannungsgröße zu der Basisspannung am Ende des Reihenimpulses abfällt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Reihensignalgröße einheitlich von der ersten Spannungsgröße zu der zweiten Spannungsgröße ansteigt.