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Die
Erfindung bezieht sich auf eine fotoelektrische Wandlervorrichtung
mit in Matrixform angeordneten fotoelektrischen Wandlerelementen.
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1 zeigt
ein schematisches Schaltbild einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung
des Standes der Technik. Bei der Wandlervorrichtung gemäß 1 speichern
fotoelektrische Wandlerelemente 1 (z.B. Fotodioden) elektrische
Ladungen in Abhängigkeit
von der einfallenden Lichtmenge und bilden hierbei eine zweidimensionale
Anordnung (von 4 × 4
Elementen in 1). Ein Anschluss eines fotoelektrischen
Wandlerelements 1 ist mit der Gate-Elektrode eines MOS-Sourcefolger-Eingangstransistors 2 verbunden,
dessen Source-Elektrode mit der Drain-Elektrode eines MOS-Vertikal-Wählschalttransistors 3 verbunden
ist. Die Drain-Elektrode des MOS-Sourcefolger-Eingangstransistors 2 ist über eine
Stromversorgungsleitung 4 mit einem Stromversorgungsanschluss 5 verbunden.
Die Source-Elektrode des MOS-Vertikal-Wählschalttransistors 3 ist über eine
Vertikal-Ausgangsleitung 6 mit einer Laststromversorgungsquelle 7 verbunden.
Der MOS-Sourcefolger-Eingangstransistor 2,
der MOS-Vertikal-Wählschalttransistor 3 und
die Laststromversorgungsquelle 7 bilden hierbei eine Source-Folgerschaltung,
während
das fotoelektrische Wandlerelement 1, der MOS-Sourcefolger-Eingangstransistor 2 und
der MOS-Vertikal-Wählschalttransistor 3 ein
Bildelement bilden.
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An
der Gate-Elektrode des MOS-Sourcefolger-Eingangstransistors 2 wird
in Abhängigkeit
von der in dem fotoelektrischen Wandlerelement eines jeden Bildelements akkumulierten
Ladung eine Signalspannung des fotoelektrischen Wandlerelements 1 erzeugt,
die von der Source-Folgerschaltung einer Stromverstärkung unterzogen
und ausgelesen wird.
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Die
Gate-Elektrode des MOS-Vertikal-Wählschalttransistors 3 ist über eine
Vertikal-Gateleitung 8 mit einer Vertikal-Abtastschaltung 9 verbunden,
wobei das Ausgangssignal der Source-Folgerschaltung über die
Vertikal-Ausgangsleitung 6, einen MOS-Horizontal-Übertragungsschalter 10,
eine Horizontal-Ausgangsleitung 11 und einen Endverstärker 12 in
den Außenbereich
abgegeben wird. Die Gate-Elektrode eines jeden MOS-Horizontal-Übertragungsschalters 10 ist
hierbei mit einer Horizontal-Abtastschaltung 13 verbunden.
Bei dieser Anordnung schalten die Signalspannungen der jeweiligen fotoelektrischen
Wandlerelemente aufeinanderfolgend die MOS-Vertikal-Wählschalttransistoren 3 durch
die Impulsspannungen an den mit der Vertikal-Abtastschaltung 9 verbundenen
Vertikal-Gateleitungen 8 durch und werden über die
entsprechenden Vertikalleitungen ausgelesen. Die MOS-Horizontal-Übertragungsschalter 10 werden
aufeinanderfolgend durch ein Schieberegistersignal der Horizontal-Abtastschaltung 13 durchgeschaltet.
Die Signalspannungen der jeweiligen fotoelektrischen Wandlerelemente
werden über
den Endverstärker 12 als
zeitlich serielle Signale in Einheiten von Bildelementen abgegeben.
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Da
die Vertikal-Ausgangsleitungen 6 bei dem vorstehend beschriebenen
Stand der Technik jedoch gewisse Widerstandswerte aufweisen und
somit gewisse Widerstände über die
Vertikal-Ausgangsleitungen 6 verteilt sind, tritt bei den
Signalen auf Grund von Spannungsabfällen an diesen Widerständen eine
Abschattung bzw. Schattenbildung auf, worauf nachstehend unter Bezugnahme
auf ein in 2 dargestelltes Bildelement
und dessen Peripheriebereich näher
eingegangen wird. Wie in 2 dargestellt ist, verteilt
sich ein Widerstand 201 über die Vertikal-Ausgangsleitung 6.
Wenn M Zeilen von Bildelementen vorhanden sind und der Widerstandswert
der Vertikal-Ausgangsleitung
je Zeile mit r1 bezeichnet wird, lässt sich der Gesamtwiderstand
zwischen den Bildelementen der K-ten Zeile und dem MOS-Horizontal-Übertragungsschalter 10 folgendermaßen ausdrücken: r1 × K (1 ≤ K ≤ M) (1)
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Wenn
mit Ia der über
die Laststromversorgungsquelle 7 fließende Strom, mit Rm der Längs- oder
Serienwiderstand des MOS-Vertikal-Wählschalttransistors 3,
mit Vth0 die Schwellenspannung des MOS-Sourcefolger-Eingangstransistors 2 und mit
Vsig0 die Signalspannung an der Gate-Elektrode des MOS-Sourcefolger-Eingangstransistors 2 bezeichnet
sind, lässt
sich ein von der Source-Folgerschaltung stromverstärktes und
ausgelesenes Signal Vsig1 folgendermaßen definieren: Vsig1 = Vsig0 – Vth0 – Ia × Rm – Ia × r1 × K (1 ≤ K ≤ M) (2)
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Auch
wenn identische Signalspannungen Vsig0 an den Bildelementen erzeugt
werden, weisen die in Einheiten von Zeilen ausgelesenen Spannungen
Vsig1 somit Abweichungen auf Grund von Spannungsabfällen an
den Widerständen
r1 der Vertikal-Ausgangsleitungen 6 auf, was zu einer vertikalen Abschattung
führt,
durch die die Bildqualität
in erheblichem Maße
herabgesetzt wird.
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Die
weitere Entwicklung von fotoelektrischen Wandlervorrichtungen hat
in jüngerer
Zeit zu einer stetigen Zunahme der Anzahl von Bildelementen bei gleichzeitiger
Verringerung ihrer Abmessungen geführt. Die bei den fotoelektrischen
Wandlervorrichtungen verwendeten Leiterbahnen werden daher immer dünner und
länger,
sodass der durch den Widerstandswert r1 der Vertikal-Ausgangsleitung 6 hervorgerufene
Spannungsabfall ein schwerwiegendes Problem darstellt.
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Ein
weiteres Problem tritt auf Grund von unterschiedlichen Dynamikbereichen
der Source-Folgerschaltung in Einheiten von Zeilen auf, da die Stromversorgungsleitung 4 ebenfalls
einen gewissen Widerstandswert aufweist und somit ein gewisser Widerstand über die
Stromversorgungsleitung 4 verteilt ist, worauf nachstehend
unter Bezugnahme auf 2 näher eingegangen wird. Gemäß 2 verteilt sich
ein Widerstandswert 202 über die Stromversorgungsleitung 4.
Wenn M Zeilen von Bildelementen vorhanden sind und der Widerstandswert
der Stromversorgungsleitung je Zeile durch r2 gegeben ist, lässt sich
der Gesamtwiderstand zwischen den Bildelementen der K-ten Zeile
und dem Stromversorgungsanschluss 5 folgendermaßen ausdrücken: r2 × K (1 ≤ K ≤ M) (3)
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Wenn
die Spannung am Stromversorgungsanschluss 5 durch Vd gegeben
ist, muss der MOS-Sourcefolger-Eingangstransistor 2 als
Pentode arbeiten, damit die Source-Folgerschaltung als linearer
Verstärker
betrieben werden kann. Hierbei muss die nachstehende Bedingung erfüllt sein: Vd – Ia × r2 × K > Vsig0 – Vth0 (1 ≤ K ≤ M) (4)
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Diese
Bedingung kann auch folgendermaßen
angegeben werden: Vsig0 < Vd + Vth0 – Ia × r2 × K (1 ≤ K ≤ M) (5)
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Signalspannungswerte,
die die vorstehende Bedingung nicht erfüllen, zeigen zeilenabhängige Abweichungen
und weisen somit unterschiedliche Dynamikbereiche auf.
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Dies
führt in
Verbindung mit den Polaritäten der
Fotodiode 1 zu einer sättigungsspannungsbedingten
Schattenbildung oder ausgangssignalabhängigen Schattierung im unteren
Bereich der Lichtmengencharakteristik, wodurch sich die Bildqualität erheblich
verschlechtert.
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Es
wird daher angestrebt, diese Probleme zu berücksichtigen und eine Abnahme
bzw. Verschlechterung der Bildqualität bei einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung
zu verhindern oder zumindest zu reduzieren.
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Bei
der hierbei in Betracht gezogenen fotoelektrischen Wandlervorrichtung
wird von einer Vorrichtung bekannter Art ausgegangen, die
eine
Bildelementanordnung, bei der die Bildelemente zeilenweise in Matrixform
angeordnet und mit Vertikal-Ausgangsleitungen
verbunden sind, wobei jedes Bildelement ein fotoelektrisches Wandlerelement
und eine Verstärkungseinrichtung
zur Verstärkung
der in dem jeweiligen fotoelektrischen Wandlerelement akkumulierten
Signalladung umfasst, eine mit den Vertikal-Ausgangsleitungen verbundene Ausgabeeinrichtung,
und
eine jeweilige Stromquellen-Lasteinrichtung aufweist, die
mit jeder Vertikal-Ausgangsleitung über einen Knotenpunkt zwischen
den mit der Vertikal-Ausgangsleitung verbundenen Bildelementen und
der Ausgabeeinrichtung verbunden ist.
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Erfindungsgemäß sind bei
dieser fotoelektrischen Wandlervorrichtung die Stromquellen-Lasteinrichtungen abwechselnd
an jeweils entgegengesetzten Seiten der Bildelementanordnung vorgesehen und
mit jeder Vertikal-Ausgangsleitung
oder alternativ mit einer jeweiligen Mehrzahl der Vertikal-Ausgangsleitungen
verbunden.
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Die
Stromquellen-Lasteinrichtungen können hierbei
jeweils von einer Konstantstromquelle oder alternativ von einer
niederohmigen Stromquelle gebildet werden.
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Gemäß einem
nachstehend noch näher
beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird jede Verstärkungseinrichtung
von einem MOS-Transistor gebildet, wobei dieser Transistor und die
damit verbundene Lasteinrichtung eine Source-Folgerschaltung bilden.
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Außerdem sind
bei den Ausführungsbeispielen
die Vertikal-Ausgangsleitungen über Horizontal-Wählschalter
mit jeweils oberhalb und unterhalb der Bildelement-Matrixanordnung
vorgesehenen Horizontal-Ausgangsleitungen verbunden.
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Es
ist bereits bekannt, Horizontal-Ausgangsleitungen an jeder Seite
einer Bildelementanordnung vorzusehen. Wie in 4 der
europäischen
Patentanmeldung EP-A-0757497 veranschaulicht ist, sind hierbei cyanfarbige
und gelbfarbige Bildelemente abwechselnd in ungradzahligen Zeilen
angeordnet, während
magentafarbige und weissfarbige Nebenbildelemente abwechselnd in
gradzahligen Zeilen angeordnet sind. Die cyanfarbigen und magentafarbigen
Bildelemente sind hierbei in ungradzahligen Spalten angeordnet,
während
die gelbfarbigen und weissfarbigen Bildelemente in gradzahligen
Spalten angeordnet sind. Die Spalten der cyanfarbigen und magentafarbigen
Nebenbildelemente sind jeweils mit einer Vertikal-Ausgangsleitung verbunden,
wobei die von diesen Nebenbildelementen erhaltenen Signale über Horizontal- Ausgangsleitungen
an einer Seite der Bildelement-Matrixanordnung
abgegeben werden, während
die von den mit Vertikal-Ausgangsleitungen verbundenen gelbfarbigen
und weissfarbigen Nebenbildelementen erhaltenen Signale über jeweilige
Horizontal-Ausgangsleitungen an der anderen Seite der Bildelement-Matrixanordnung
abgegeben werden. Im Betrieb wird die von den Nebenbildelementen
erzeugte Signalladung zu den Vertikal-Ausgangsleitungen übertragen,
während
sich die Vertikal-Ausgangsleitungen in einem Isolierzustand befinden,
bei dem sie an einem veränderlichen
schwebenden Potential liegen. Die Vertikal-Ausgangsleitungen sind somit nicht mit
einem beliebigen Konstantstrom-Knotenpunkt verbunden. Das Auslesen
von Signalen erfolgt durch Ladungsübertragung von den Vertikal-Ausgangsleitungen
zu einem Speicherkondensator, wobei die Spannung des Speicherkondensators
sodann über
einen Verstärker
ausgelesen wird.
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Durch
die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen kann eine qualitativ
hochwertige fotoelektrische Wandlervorrichtung erhalten werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, die in Verbindung
mit den zugehörigen
Zeichnungen erfolgt. Es zeigen:
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1 ein
schematisches Schaltbild einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung
des Standes der Technik,
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2 ein
Schaltbild, das Betrieb und Wirkungsweise der fotoelektrischen Wandlervorrichtung des
Standes der Technik veranschaulicht,
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3 ein
schematisches Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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4 ein
schematisches Schaltbild eines zur Veranschaulichung des technischen
Hintergrunds angeführten
Beispiels, dessen Merkmale bei einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung Verwendung finden können,
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5 ein
Schaltbild eines alternativen Bildelementaufbaus und einer alternativen
peripheren Schaltungsanordnung, die bei Ausführungsbeispielen der Erfindung
Verwendung finden können,
und
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6 ein
Schaltbild eines weiteren alternativen Bildelementaufbaus und einer
weiteren peripheren Schaltungsanordnung, die bei Ausführungsbeispielen
der Erfindung Verwendung finden können.
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3 zeigt
ein schematisches Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
bei dem Konstantstromquellen zwischen den Bildelementen und den
Ausgängen
an den Enden von jeweiligen Vertikal-Ausgangsleitungen angeordnet sind und
die Signalspannungen in Einheiten von einer Spalte oder mehreren
Spalten abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen ausgegeben werden.
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Bei
der Wandlervorrichtung gemäß 3 speichern
fotoelektrische Wandlerelemente 1 (z.B. Fotodioden) elektrische
Ladungen in Abhängigkeit von
der einfallenden Lichtmenge und bilden hierbei eine zweidimensionale
Anordnung (von 4 × 4
Elementen in 3). Ein Anschluss eines fotoelektrischen
Wandlerelements 1 ist mit der Gate-Elektrode eines MOS-Sourcefolger-Eingangstransistors 2 verbunden,
dessen Source-Elektrode mit der Drain-Elektrode eines MOS-Vertikal-Wählschalttransistors 3 verbunden
ist. Die Drain-Elektrode des MOS-Sourcefolger-Eingangstransistors 2 ist über eine
Stromversorgungsleitung 4 mit einem Stromversorgungsanschluss 5 verbunden.
Die Source-Elektrode des MOS-Vertikal-Wählschalttransistors 3 ist über eine
Vertikal-Ausgangsleitung 6 mit einer Laststromversorgungsquelle 7 verbunden.
Der MOS-Sourcefolger-Eingangstransistor 2,
der MOS-Vertikal-Wählschalttransistor 3 und
die Laststromversorgungsquelle 7 bilden hierbei eine Source-Folgerschaltung,
während
das fotoelektrische Wandlerelement 1, der MOS-Sourcefolger-Eingangstransistor 2 und
der MOS-Vertikal-Wählschalttransistor 3 bei
diesem Ausführungsbeispiel
ein Bildelement bilden.
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An
der Gate-Elektrode des MOS-Sourcefolger-Eingangstransistors 2 wird
in Abhängigkeit
von der in dem fotoelektrischen Wandlerelement eines jeden Bildelements
akkumulierten Ladung eine Signalspannung des fotoelektrischen Wandlerelements 1 erzeugt,
die von der Source-Folgerschaltung einer Stromverstärkung unterzogen
und ausgelesen wird.
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Die
Gate-Elektrode des MOS-Vertikal-Wählschalttransistors 3 ist über eine
Vertikal-Gateleitung 8 mit einer Vertikal-Abtastschaltung 9 verbunden,
wobei das Ausgangssignal der Source-Folgerschaltung über die
Vertikal-Ausgangsleitung 6, einen MOS-Horizontal-Übertragungsschalter 10,
eine Horizontal-Ausgangsleitung 11 und einen Endverstärker 12 in
den Außenbereich
abgegeben wird. Die Gate-Elektrode eines jeden MOS-Horizontal-Übertragungsschalters 10 ist
hierbei mit einer Horizontal-Abtastschaltung 13 verbunden.
Bei dieser Anordnung schalten die Signalspannungen der jeweiligen fotoelektrischen
Wandlerelemente aufeinanderfolgend die MOS-Vertikal-Wählschalttransistoren 3 durch
die Impulsspannungen an den mit der Vertikal-Abtastschaltung 9 verbundenen
Vertikal-Gateleitungen 8 durch und werden über die
entsprechenden Vertikalleitungen ausgelesen. Die MOS-Horizontal-Übertragungsschalter 10 werden
aufeinanderfolgend durch ein Schieberegistersignal der Horizontal-Abtastschaltung 13 durchgeschaltet.
Die Signalspannungen der jeweiligen fotoelektrischen Wandlerelemente
werden über
den Endverstärker 12 als
zeitlich serielle Signale in Einheiten von Bildelementen abgegeben.
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Die
MOS-Horizontal-Übertragungsschalter 10 sind
an vertikal einander gegenüberliegenden Seiten
der Bildelementanordnung in der dargestellten Weise vorgesehen,
wobei die Schalter an jeder Seite mit abwechselnden Vertikal-Ausgangsleitungen 6 verbunden
sind. Jede Horizontal-Abtastschaltung 13 führt ein
Signal von dem entsprechenden MOS-Horizontal-Übertragungsschalter 10 der
zugehörigen
Horizontal-Ausgangsleitung 11 für die jeweiligen
Vertikal-Ausgangsleitungen 6 zu.
Die jeweils als Last der Source-Folgerschaltungen
dienenden Konstantstromquellen 7 sind auf der Seite der
Vertikal-Ausgangsleitungen 6 mit den Source-Elektroden der MOS-Horizontal-Übertragungsschalter 10 verbunden.
In Abhängigkeit
von den Positionen der Vertikal-Gateleitungen 8 ergeben
sich unterschiedliche Widerstandswerte der Vertikal-Ausgangsleitungen. Die
Horizontal-Abtastschaltungen 13 sind an den beiden Anschlüssen einer
jeden Vertikal-Ausgangsleitung 6 angeordnet. Hierbei führen die
Horizontal-Abtastschaltungen 13 an den beiden Anschlüssen eine synchrone
Ansteuerung zur Durchschaltung der jeweiligen MOS-Horizontal-Übertragungsschalter 10 in Einheiten
von Vertikal-Ausgangsleitungen 6 durch. Jede
Horizontal-Abtastschaltung 13 liest ein optisches Ladungssignal
aus einem jeweiligen fotoelektrischen Wandlerelement 1 auf
die zugehörige Horizontal-Ausgangsleitung 11 aus,
wodurch die Signalausgabe über
den zugehörigen
Endverstärker 12 erfolgt.
Hierbei werden die an den beiden Anschlüssen angeordneten MOS-Horizontal-Übertragungsschalter 10 zur
Steigerung der Lesegeschwindigkeit durchgeschaltet.
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Obwohl
dies nicht dargestellt ist, können
die von den Endverstärkern 12 an
den beiden Anschlüssen
abgegebenen Ausgangssignale zu einer zeitlich seriellen Bildsignalfolge
zusammengefasst und über eine
Abtast-/Speicherschaltung, eine Schattierungskorrekturschaltung
und dergleichen in Form eines Videosignals abgegeben werden.
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Wenn
bei dieser Anordnung die fotoelektrische Wandlervorrichtung in M
Zeilen und N Spalten angeordnete Elemente aufweist, ist die aus
einem Bildelement in der K-ten
Zeile und der L-ten Spalte (1 ≤ K ≤ M, 1 ≤ L ≤ N) ausgelesene
Signalspannung gegeben durch: VsigKL = Vsig0 – Vth0 – Ia × Rm – Ia × r1 × K (1 ≤ K ≤ M) (6)(wobei mit
Rm der Serieneinschaltwiderstandswert des MOS-Vertikal-Wählschalttransistors 3,
mit r1 der Widerstandswert der Vertikal-Ausgangsleitung 6 je Zeile,
mit Vsig0 die Ausgangsspannung des fotoelektrischen Wandlerelements 1,
mit Vth0 die Schwellenspannung des MOS-Sourcefolger-Eingangstransistors 2 und
mit Ia der Strom der Konstantstromquelle 7 bezeichnet sind).
Die aus einem Bildelement in der K-ten Zeile und der (L + 1)-ten
Spalte (1 ≤ K ≤ M, 1 ≤ L ≤ N) ausgelesene
Signalspannung wird auf Grund einer Umkehr der Spannungsabnahmerichtung
von einem unterschiedlichen Widerstandswert beeinflusst und lässt sich
folgendermaßen
ausdrücken: VsigKL + 1 = Vsig0 – Vth0 – Ia × Rm – Ia × r1 × (M – K) (1 ≤ K ≤ M) (7)
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Wie
aus der vorstehenden Gleichung ersichtlich ist, tritt z.B. bei Berücksichtigung
der ungradzahligen Spalten auch bei diesem Ausführungsbeispiel wie im Falle
des Standes der Technik zwar eine Schattenbildung auf, jedoch erfolgt
dies in Verbindung mit einem gleichzeitigen Auftreten einer Schattenbildung
bei den den ungradzahligen Spalten gegenüberliegenden gradzahligen Spalten,
wodurch die Schattenbildung gemittelt und hierbei aufgehoben und
damit eine erhebliche Verbesserung der Bildqualität erzielt
wird.
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In
der Praxis kann eine periphere Schaltungsanordnung außerhalb
oder innerhalb der Vorrichtung zur Addition oder Mittelung von Nachbarsignalen
zur weiteren Verringerung einer Schattenbildung vorgesehen werden.
Bei einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung zur Erfassung bzw.
Abtastung eines Farbbildes unter Verwendung von Farbfiltern z.B. für Komplementärfarben
erfolgt im allgemeinen eine Verarbeitung zum Addieren und Auslesen
von Nachbarsignalen, indem Signale von benachbarten Bildelementen
addiert und ausgelesen und sodann ein Videosignal mit Hilfe von
externen Matrixoperationen rekonstruiert werden. Auch in diesem
Falle ermöglicht
die erfindungsgemäße Anordnung
eine problemlose Verringerung von Schattenbildungen.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist ein Fall in Betracht gezogen worden, bei dem Konstantstromquellen
abwechselnd an jeweils gegenüberliegenden Seiten
der Anordnung vorgesehen und mit den Spalten verbunden sind. Die
Konstantstromquellen können
hierbei in Abhängigkeit
von dem Grad der Schattenbildung auch mit jeder zweiten oder dritten
Spalte verbunden werden, wobei sich ebenfalls die vorstehend beschriebene
Wirkung erzielen lässt.
Alternativ können
die Konstantstromquellen mit sämtlichen Spalten
oder nur mit den Spalten im mittleren Bereich des Lichtaufnahmeabschnitts
der fotoelektrischen Wandlervorrichtung verbunden werden.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist eine Source-Folgerschaltung
in Betracht gezogen worden, bei der eine Konstantstromquelle als
Konstantstromlast Verwendung findet. Die Erfindung ist jedoch nicht
auf dieses Merkmal beschränkt,
sondern die gleiche Wirkung kann bei diesem Ausführungsbeispiel auch erzielt
werden, wenn eine niederohmige Stromquelle als Stromquellenlast
Verwendung findet. Dies gilt auch für die Verwendung einer Schaltungsanordnung
des Inverterverstärkertyps,
die keine Source-Folgerschaltung sondern eine Schaltungsanordnung
zur Inversion und Verstärkung
der in einem fotoelektrischen Wandlerelement akkumulierten Ladungen
und Zuführung
der Ladungen zu einer Vertikal-Ausgangsleitung darstellt, wie sie
z.B. aus der US-Patentschrift 5 698 844 bekannt ist.
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Außerdem lässt sich
die gleiche Wirkung auch erzielen, wenn anstelle einer direkten
Signaleingabe in den Verstärker
ein Signal in einer Kapazität
zwischengespeichert und sodann aus der Kapazität ausgelesen wird.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist die Schaltungsanordnung dahingehend ausgestaltet, dass die Konstantstromquelle 7 auf
der der Ausgaberichtung der Signalspannungen der Source-Folgerschaltungen
entsprechenden Vertikalseite angeordnet sind und die Signalspannungen
in Einheiten von Spalten oder mehreren Spalten abwechselnd in entgegengesetzten
Richtungen ausgegeben werden. Durch diese Anordnung wird eine Schattierungskorrektur
erzielt, die sich auf Grund der Signalpegelunterschiede der von
den Source-Folgerschaltungen der jeweiligen Zeilen abgegebenen Signale
ergibt.
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Bei
dieser Anordnung treten nämlich
abwechselnd entgegengesetzte Signalpegelunterschiede zwischen den
bei verschiedenen Zeilen von den Source-Folgerschaltungen abgegebenen
Spannungssignalen auf.
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4 zeigt
ein Schaltbild eines zur Veranschaulichung des technischen Hintergrunds
angeführten
Beispiels für
eine fotoelektrische Wandlervorrichtung, die nach einer nachstehend
näher beschriebenen
Modifikation als zweites Ausführungsbeispiel der
Erfindung in Betracht gezogen werden kann. Hierbei sind die Stromversorgungsanschlüsse der Source-Folgerschaltungen
in Relation zu der Matrixanordnung abwechselnd in vertikal einander
gegenüberliegenden
Positionen angeordnet.
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Bei
der Wandlervorrichtung gemäß 4 speichern
fotoelektrische Wandlerelemente 1 (z.B. Fotodioden) elektrische
Ladungen in Abhängigkeit von
der einfallenden Lichtmenge und bilden hierbei eine zweidimensionale
Anordnung (von 4 × 4
Elementen in 4). Ein Anschluss eines fotoelektrischen
Wandlerelements 1 ist mit der Gate-Elektrode eines MOS-Sourcefolger-Eingangstransistors 2 verbunden,
dessen Source-Elektrode mit der Drain-Elektrode eines MOS-Vertikal-Wählschalttransistors 3 verbunden
ist. Die Drain-Elektrode des MOS-Sourcefolger-Eingangstransistors 2 ist über eine
Stromversorgungsleitung 4 mit einem Stromversorgungsanschluss 5 verbunden.
Die Source-Elektrode des MOS-Vertikal-Wählschalttransistors 3 ist über eine
Vertikal-Ausgangsleitung 6 mit einer Laststromversorgungsquelle 7 verbunden.
Der MOS-Sourcefolger-Eingangstransistor 2,
der MOS-Vertikal-Wählschalttransistor 3 und
die Laststromversorgungsquelle 7 bilden hierbei eine Source-Folgerschaltung,
während
das fotoelektrische Wandlerelement 1, der MOS-Sourcefolger-Eingangstransistor 2 und
der MOS-Vertikal-Wählschalttransistor 3 und
die Laststromversorgungsquelle 7 ein Bildelement bilden.
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An
der Gate-Elektrode des MOS-Sourcefolger-Eingangstransistors 2 wird
in Abhängigkeit
von der in dem fotoelektrischen Wandlerelement eines jeden Bildelements
akkumulierten Ladung eine Signalspannung des fotoelektrischen Wandlerelements 1 erzeugt,
die von der Source-Folgerschaltung einer Stromverstärkung unterzogen
und ausgelesen wird. Die Stromversorgung der jeweiligen Source-Folgerschaltungen
erfolgt über
die Stromversorgungsleitungen 4 in Einheiten von Zeilen,
wobei die Stromversorgungsleitungen 4 abwechselnd mit den
Stromversorgungsanschlüssen 5 verbunden
sind.
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Die
Gate-Elektrode des MOS-Vertikal-Wählschalttransistors 3 ist über eine
Vertikal-Gateleitung 8 mit einer Vertikal-Abtastschaltung 9 verbunden,
wobei das Ausgangssignal der Source-Folgerschaltung über die
Vertikal-Ausgangsleitung 6, einen MOS-Horizontal-Übertragungsschalter 10,
eine Horizontal-Ausgangsleitung 11 und einen Endverstärker 12 in
den Außenbereich
abgegeben wird. Die Gate-Elektrode eines jeden MOS-Horizontal-Übertragungsschalters 10 ist
hierbei mit einer Horizontal-Abtastschaltung 13 verbunden.
Bei dieser Anordnung schalten die Signalspannungen der jeweiligen fotoelektrischen
Wandlerelemente aufeinanderfolgend die MOS-Vertikal-Wählschalttransistoren 3 durch
die Impulsspannungen an den mit der Vertikal-Abtastschaltung 9 verbundenen
Vertikal-Gateleitungen 8 durch und werden über die
entsprechenden Vertikalleitungen ausgelesen. Die MOS-Horizontal-Übertragungsschalter 10 werden
aufeinanderfolgend durch ein Schieberegistersignal der Horizontal-Abtastschaltung 13 durchgeschaltet.
Die Signalspannungen der jeweiligen fotoelektrischen Wandlerelemente
werden über
den Endverstärker 12 als
zeitlich serielle Signale in Einheiten von Bildelementen abgegeben.
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Bei
dieser Anordnung liegt der Dynamikbereich eines aus einem Bildelement
in der K-ten Zeile und der L-ten Spalte (1 ≤ K ≤ M, 1 ≤ L ≤ N) ausgelesenen Signals in dem
nachstehenden Bereich: VsigKL < Vd + Vth0 – Ia × r2 × K (1 ≤ K ≤ M) (8)(wobei mit
Vd die Versorgungsspannung, mit Vth0 die Schwellenspannung des MOS-Sourcefolger-Eingangstransistors 2 und
mit r2 der Widerstandswert zwischen dem Drain-Bereich eines einer
jeweiligen Vertikal-Gateleitung 8 der Stromversorgungsleitung 4 zugeordneten
MOS-Sourcefolger-Eingangstransistors 2 und
dem Drain-Bereich eines der nächsten Vertikal-Gateleitung 8 zugeordneten
MOS-Sourcefolger-Eingangstransistors 2 bezeichnet
sind). Hierbei lässt
sich der Dynamikbereich eines aus einem Bildelement in der K-ten
Zeile und der (L + 1)-ten Spalte (1 ≤ K ≤ M, 1 ≤ L ≤ N) ausgelesenen Signals folgendermaßen ausdrücken: VsigKL < Vd + Vth0 – Ia × r2 × (M – K) (1 ≤ K ≤ M) (9)
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Wie
aus der vorstehenden Bedingung ersichtlich ist, tritt z.B. bei Betrachtung
der ungradzahligen Spalten bei diesem Beispiel wie im Falle des Standes
der Technik zwar ebenfalls eine sättigungsspannungsbedingte Schattenbildung
bei der fotoelektrischen Umsetzungscharakteristik des fotoelektrischen
Wandlerelements 1 bzw. eine ausgangssignalabhängige Schattierung
im unteren Bereich der Lichtmengencharakteristik auf, jedoch erfolgt
in den gradzahligen Spalten eine in Bezug auf die ungradzahligen
Spalten entgegengesetzt gerichtete Schattenbildung, wodurch die
Schattenbildung gemittelt und aufgehoben und auf diese Weise eine
erhebliche Verbesserung der Bildqualität erzielt wird.
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Bei
diesem Beispiel ist ein Fall in Betracht gezogen worden, bei dem
Konstantstromquellen abwechselnd mit den Spalten verbunden sind.
Die Konstantstromquellen können
hierbei in Abhängigkeit von
dem Ausmaß der
Schattenbildung auch mit jeder zweiten oder jeder dritten Spalte
verbunden werden, wobei sich ebenfalls die vorstehend beschriebene Wirkung
erzielen lässt.
Alternativ können
die Konstantstromquellen auch abwechselnd mit sämtlichen Spalten oder nur mit
den Spalten im mittleren Bereich des Lichtaufnahmeabschnitts der
fotoelektrischen Wandlervorrichtung verbunden werden.
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Bei
diesem Beispiel ist eine Source-Folgerschaltung in Betracht gezogen
worden, bei der eine Konstantstromquelle als Konstantstromlast Verwendung
findet. Die gleiche Wirkung lässt
sich jedoch auch durch Verwendung einer niederohmigen Stromquelle
als Konstantstromlast erzielen. Dies gilt auch für die Verwendung einer Schaltungsanordnung
des Inverterverstärkertyps,
die keine Source-Folgerschaltung
sondern eine Schaltungsanordnung zur Inversion und Verstärkung der
in einem fotoelektrischen Wandlerelement akkumulierten Ladungen
und Zuführung
der Ladungen zu einer Vertikal-Ausgangsleitung darstellt, wie dies
z.B. aus der US-Patentschrift 5 698 844 bekannt ist.
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Außerdem lässt sich
die gleiche Wirkung auch erzielen, wenn anstelle einer direkten
Signaleingabe in den Verstärker
ein Signal in einer Kapazität
zwischengespeichert und sodann aus dieser Kapazität ausgelesen
wird.
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Bei
diesem Beispiel erfolgt die Spannungszuführung durch eine Anordnung,
bei der die Stromversorgungsanschlüsse 5 der Source-Folgerschaltungen
abwechselnd an den Enden der Spalten auf jeder Seite der Matrixanordnung
vorgesehen sind. Diese Anordnung dient zur Herbeiführung einer
abwechselnden Umkehr der Richtung einer vertikalen Herabsetzung
der Spannungszuführungsbeträge in Einheiten
von Spalten für
die Ausgabe von Signalspannungen über die Source-Folgerschaltungen.
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Durch
Verwendung eines Verstärkers
eines stromlesenden Typs kann ein weiterer Effekt, nämlich eine
Verringerung einer ausgangsstromabhängigen Schattierung erzielt
werden.
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Verschiedene
Merkmale und Eigenschaften des vorstehend beschriebenen Beispiels
können
zur weiteren Verringerung oder Verhinderung des Auftretens einer
Schattenbildung mit dem ersten Ausführungsbeispiel kombiniert werden.
Wenn somit bei einem zweiten Ausführungsbeispiel die an zwei
Anschlüssen
der Stromversorgungsleitungen angeordneten unterschiedlichen Stromversorgungsanschlüsse gemäß dem vorstehend
beschriebenen Beispiel vorgesehen werden und die Horizontal-Ausgangsleitungen 11 wie
im Falle des ersten Ausführungsbeispiels
an zwei Anschlüssen
der Horizontal-Ausgangsleitungen 11 angeordnet
sind, lässt
sich sowohl eine Schattenbildung auf Grund des Widerstands der Vertikal-Ausgangsleitungen
als auch eine Schattenbildung auf Grund des Widerstands der Stromversorgungsleitungen
unterdrücken.
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Nachstehend
wird ein alternativer Bildelementaufbau unter Bezugnahme auf 5 näher beschrieben.
Wie 5 zu entnehmen ist, ist ein Rückstellschalter 701 zur
Abführung
bzw. Beseitigung der in einem fotoelektrischen Wandlerelement 1 akkumulierten
Ladung vorgesehen. Die Source-Elektrode des Rückstellschalters 701 ist
hierbei mit dem fotoelektrischen Wandlerelement 1 verbunden,
während die
Drain-Elektrode des Rückstellschalters 701 mit einer
den Source-Folgerschaltungen gemeinsam zugeordneten Stromversorgungsleitung 4 verbunden ist.
Der Rückstellschalter 701 wird
von einer Rückstell-Gateleitung 702 gesteuert.
Dieser Bildelementaufbau kann sowohl bei dem ersten als auch bei dem
zweiten Ausführungsbeispiel
Verwendung finden. Im Vergleich zu dem Bildelementaufbau des ersten
Ausführungsbeispiels
kann durch diesen Bildelementaufbau die Rückstellspannung des fotoelektrischen
Wandlerelements 1 genau gesteuert werden, sodass von Schwankungen
der Rückstellspannung hervorgerufene
Gleichspannungs-Pegelschwankungen der Signalspannungen und von der
Rückstellspannung
erzeugte und beim Einfallen starken Lichts verbleibende Nachbilder
unterdrückt
bzw. verringert werden können.
Wenn diese Anordnung beim vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel Verwendung
findet, sind die Stromversorgungsanschlüsse 5 abwechselnd
mit den Vertikal-Versorgungsleitungen
in Einheiten von Spalten oder in Einheiten einer Vielzahl von Spalten
verbunden, wodurch eine signalspannungsabhängige Schattenbildung erheblich
verringert wird.
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6 zeigt
ein Schaltbild, das einen weiteren alternativen Bildelementaufbau
veranschaulicht. Wie 6 zu entnehmen ist, dient ein
Ladungsübertragungsschalter 801 zur
genauen Abführung
und Übertragung
der Signalladung von einem fotoelektrischen Wandlerelement 1 zu
einem MOS- Sourcefolger-Eingangstransistor 2.
Der Ladungsübertragungsschalter 801 wird über eine Übertragungsgateleitung 802 gesteuert.
Im allgemeinen werden zur Steigerung der Empfindlichkeit einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung
die Abmessungen des fotoelektrischen Wandlerelements 1 vergrößert und
der Umsetzungsbetrag bei der Umsetzung eines optischen Signals in
ein elektrisches Signal angehoben. Hierdurch vergrößert sich
jedoch der parasitäre
Kapazitätswert
des Gate-Bereichs des MOS-Sourcefolger-Eingangstransistors 2 in
entsprechendem Maße, während die
Leserate abfällt,
sodass keine effektive Steigerung der Empfindlichkeit erzielt werden
kann. Durch den Aufbau dieses Ausführungsbeispiels wird jedoch
der Kapazitätswert
des Eingangsgate-Bereichs des MOS-Sourcefolger-Eingangstransistors 2 dahingehend
ausgestaltet, dass er kleiner als derjenige des fotoelektrischen
Wandlerelements 1 (z.B. einer Fotodiode) ist und eine perfekte
Abführungsübertragung
zur Steigerung der Empfindlichkeit erfolgt.
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Wie 6 zu
entnehmen ist, befindet sich ein MOS-Vertikal-Wählschalttransistor 3 zwischen
einer Stromversorgungsleitung 4 und dem MOS-Sourcefolger-Eingangstransistor 2,
wobei der auf Grund des Widerstandswertes des MOS-Vertikal-Wählschalttransistors 3 gegebene
Spannungsabfall Ia × Rm (10)gemäß Gleichung
(2) nunmehr unterdrückt
und hierdurch ein großer
Dynamikbereich erhalten werden können.
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Der
vorstehend beschriebene Aufbau kann sowohl bei dem ersten als auch
bei dem zweiten Ausführungsbeispiel Verwendung
finden, wobei ebenfalls die vorstehend beschriebene Wirkung erzielbar ist.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann unabhängig von
der Verwendung von NMOS-Transistoren oder PMOS-Transistoren stets
die gleiche Wirkung erzielt werden.
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Die
Erfindung ist jedoch nicht auf den Bildelementaufbau und die periphere
Schaltungsanordnung gemäß den vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispielen
beschränkt,
sondern es kann z.B. auch eine Anordnung in Betracht gezogen werden, bei
der die in einem fotoelektrischen Wandlerelement akkumulierte Ladung
vor ihrer Ausgabe nicht verstärkt
wird, d.h., bei der die Ausgabe der Ladung ohne Verstärkung erfolgt.
Ferner ist der verwendete Transistor nicht auf ein MOS-Bauelement
beschränkt,
sondern kann auch aus einem SIT-Element oder
einem BASIS-Element bestehen.
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Wie
vorstehend beschrieben, lässt
sich auf diese Weise eine Verringerung der Vertikal-Schattenbildung
bei den Ausgangssignalen der fotoelektrischen Wandlervorrichtung
erzielen.
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Ferner
lässt sich
eine Verringerung der sättigungsspannungsabhängigen Vertikal-Schattenbildung
bei den Ausgangssignalen der fotoelektrischen Wandlervorrichtung
erzielen, während
der Dynamikbereich der Ausgangssignale der jeweiligen fotoelektrischen
Wandlerelemente vergrößert werden
kann.
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Da
auch andersartige Ausführungsbeispiele der
Erfindung in Betracht gezogen werden können, ohne vom Schutzumfang
der Erfindung abzuweichen, sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht
auf die vorstehend beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele
beschränkt
sondern durch die Patentansprüche
definiert ist.