DE10065887A1 - Photosensorschaltung - Google Patents
PhotosensorschaltungInfo
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Abstract
Eine Photosensorschaltung nach einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Photodetektionselement (PD) zur Erfassung eines Lichtsignals und zur Umwandlung dieses Lichtsignals in ein elektrisches Signal einen ersten MOS-Transistor (Q1) zum Laden und Entladen einer parasitären Kapazität (C1), einen Kondensator (C2) zum Akkumulieren einer Klemmenspannung (V¶C1¶) des Photodetektionselements (PD) als Bildpunktsignal, einen zweiten MOS-Transistor (Q2) zum Transferieren einer elektrischen Ladung der parasitären Kapazität (C1) von dem Photodetektionselement (PD) zu dem Kondensator (C2), einen dritten MOS-Transistor (Q3) zur Verstärkung einer Klemmenspannung (V¶C2¶) des Kondensators (C2) sowie einen vierten MOS-Transistor (Q4) zum selektiven Ausgeben eines verstärkten Bildpunktsignals (V¶aus¶). Bei dieser Photosensorschaltung werden der erste MOS-Transistor (Q1) und der zweite MOS-Transistor (Q2) für eine bestimmte Zeitdauer vor der Akkumulierung des Bildpunktsignals eingeschaltet, um die Klemmenspannungen (V¶C1¶, V¶C2¶) des Photodetektionselements (PD) und des Kondensators (C2) durch Laden und Entladen der parasitären Kapazität (C1) des Photodetektionselements (PD) und des Kondensators (C2) gleich zu machen. Sodann wird nach einer bestimmten Zeitdauer der Akkumulierung des Bildsignals der zweite MOS-Transistor (Q2) ausgeschaltet und so der Kondensator (C2) geöffnet. Anschließend wird der vierte MOS-Transistor (Q4) eingeschaltet. Die derart ausgestaltete Photosensorschaltung ...
Description
Die Erfindung betrifft eine Photosensorschaltung zur Erfassung eines
Lichtsignals und zum Umwandeln des erfaßten Lichtsignals in ein
elektrisches Signal. Insbesondere betrifft sie eine Photosensorschaltung mit
Verschlußfunktion.
Fig. 1 zeigt eine Photosensorschaltung mit Verschlußfunktion (Abtast-
Halte-Funktion), die als eines der einen Bildsensor bildenden
Bildpunktdetektionselemente verwendet werden kann. Diese
Photosensorschaltung umfaßt eine Photodiode PD zur Erfassung eines
Lichtsignals und zum Umwandeln desselben in ein elektrisches Signal, einen
MOS-Transistor Q1 zum Laden/Endladen einer parasitären Kapazität C1 der
Photodiode PD, einen Kondensator C2 zum Akkumulieren der
Klemmenspannung der Photodiode PD als Bildpunktsignal, einen MOS-
Transistor Q2 zum Übertragen der elektrischen Ladung von der Kapazität C1
zu dem Kondensator C2, einen MOS-Transistor Q3 zum Verstärken der
Klemmenspannung des Kondensators C2 und einen MOS-Transistor Q4 zur
selektiven Ausgabe eines verstärkten Bildpunktsignals.
Fig. 9 zeigt an verschiedenen Punkten dieser Photosensorschaltung zu
verschiedenen Zeitpunkten anliegende Signale bei einer herkömmlichen
Betriebsweise. Dabei wird zum Zeitpunkt t1-t2 eine Ansteuerspannung V1
auf einen hohen Pegel gesetzt und hierdurch der Transistor Q1
eingeschaltet, um die Kapazität C1 der Photodiode PD elektrisch zu laden.
Wird die Photodiode PD bestrahlt, fließt ein Sensorstrom. Dieser läßt die
elektrische Ladung der Kapazität C1 um einen zum fließenden Strom
proportionalen Betrag absinken.
Zum Zeitpunkt t3-t4 wird der Transistor Q2 eingeschaltet, um die
elektrische Ladung der Kapazität C1 auf den Kondensator C2 zu übertragen.
Wenn dann der Transistor Q4 zum Zeitpunkt t4-t5 eingeschaltet wird, wird
von einer Energieversorgung V5 ein durch den Transistor Q3 begrenzter
Strom geliefert. Dabei wird über einen Widerstand R ein Bildpunktsignal Vaus
ausgegeben.
Da bei dieser Betriebsweise der Photosensorschaltung der Transistor Q2
zum Zeitpunkt t4 ausgeschaltet wird, hält der Kondensator C2 solange eine
konstante elektrische Ladung, bis der Transistor Q2 wieder zwecks
Ladungstransfer von der Kapazität C1 auf den Kondensator C2
eingeschaltet wird. Mit anderen Worten wird während der Abschaltperiode
des Transistors Q2 (entsprechend einer Haltezeit des Kondesators C2)
unabhängig von etwaigen Schwankungen der Klemmenspannung VC1 der
Kapazität C1 stets das gleiche Ausgangssignal als Bildpunktsignal erhalten.
Die soeben beschriebene Ausgestaltung erlaubt es, die
Photosensorschaltung als Verschluß für einen einzelnen Bildpunkt (Pixel) zu
verwenden. Die Offenzeit dieses Verschlusses kann dabei gesteuert werden.
Fig. 10 zeigt eine weitere Ausbildung einer Photosensorschaltung mit
Verschlußfunktion. Bei dieser ist ferner ein MOS-Transistor Q5 zum Laden
und Entladen des Kondensators C2 vorgesehen. Die Betriebsweise dieser
Photosensorschaltung unterscheidet sich von der Betriebsweise der zuvor
erläuterten Photosensorschaltung dadurch, daß das Bildpunktsignal durch
Entladung des Kondensators C2 initialisiert wird, indem der Transistor Q5
zum Zeitpunkt t6-t7 eingeschaltet wird, wie in Fig. 11 gezeigt.
Bei der erläuterten Betriebsweise der in Fig. 1 gezeigten
Photosensorschaltung wird die Klemmenspannung VC1, der Kapazität C1
durch die Wirkung des Transistors Q2 auf den Kondensator C2 übertragen
und die elektrische Ladung am Kondensator C2 gehalten, bis der Transistor
Q2 wieder eingeschaltet wird. In dem Fall jedoch, daß zwischen den
Klemmenspannungen VC1 und VC2 der Kapazität C1 bzw. des Kondensators
C2 eine Differenz besteht, spiegelt sich die Klemmenspannung VC1 der
Kapazität C1 nicht korrekt in derjenigen des Kondensators C2 wider, bis der
Transistor Q2 erneut eingeschaltet wird. Dies führt zu einer geringeren
Reproduzierbarkeit des Signals.
Fig. 12 zeigt modellhaft die Ansammlung der elektrischen Ladung in den
Kapazitäten C1 und C2, wenn die Photosensorschaltung der Fig. 1
kontinuierlich Lichtsignale erfaßt und nach dem erläuterten herkömmlichen
Verfahren betrieben wird.
Bei der gemäß Fig. 10 aufgebauten Photosensorschaltung kann der
Kondensator C2 durch den Transistor Q5 geladen und entladen werden,
weswegen die Klemmenspannung VC1 der Kapazität C1 in gut
reproduzierbarer Weise auf den Kondensator C2 übertragen werden kann.
Allerdings tritt dort das Problem auf, daß das Signal des Kondensators C2
kleiner als das Signal der Kapazität C1 wird.
Fig. 13 zeigt modellhaft die Ansammlung der elektrischen Ladung in den
Kapazitäten C1 und C2 bei herkömmlicher Betriebsweise der
Photosensorschaltung der Fig. 10.
Die Erfindung sieht demgegenüber nach einem ersten Aspekt eine
Photosensorschaltung vor, umfassend ein Photodetektionselement zur
Erfassung eines Lichtsignals und zur Umwandlung dieses Lichtsignals in ein
elektrisches Signal, einen ersten MOS-Transistor zum Laden und Entladen
einer parasitären Kapazität des Photodetektionselements, einen Kondensator
zum Akkumulieren einer Klemmenspannung des Photodetektionselements
als Bildpunktsignal, einen zweiten MOS-Transistor zum Transferieren einer
elektrischen Ladung der parasitären Kapazität von dem
Photodetektionselement zu dem Kondensator, einen dritten MOS-Transistor
zum Verstärken einer Klemmenspannung des Kondensators sowie einen
vierten MOS-Transistor zum selektiven Ausgeben eines verstärkten
Bildpunktsignals. Bei dieser Photosensorschaltung werden der erste MOS-
Transistor und der zweite MOS-Transistor für eine bestimmte Zeitdauer vor
der Akkumulierung des Bildpunktsignals eingeschaltet, um die parasitäre
Kapazität des Photodetektionselements und den Kondensator zu
laden/entladen, bis die Klemmenspannungen des Photodetektionselements
und des Kondensators gleich werden. Sodann werden nach einer
bestimmten Zeitdauer der Akkumulierung des Bildpunktsignals der zweite
MOS-Transistor ausgeschaltet und der Kondensator geöffnet. Anschließend
wird der vierte MOS-Transistor eingeschaltet. Diese Betriebsweise der
Photosensorschaltung bietet den Vorteil, daß das Bildpunktsignal mit hoher
Reproduzierbarkeit erzeugt werden kann.
Nach einem zweiten Aspekt sieht die Erfindung eine Photosensorschaltung
vor, umfassend ein Photodetektionselement zur Erfassung eines Lichtsignals
und zur Umwandlung dieses Lichtsignals in ein elektrisches Signal, einen
ersten MOS-Transistor zur Umwandlung eines Stroms des
Photodetektionselements in eine Spannung mit einer logarithmischen
Charakteristik in einem Zustand schwacher Inversion, ein
Anfangseinstellmittel zur Steuerung einer elektrischen Ladung, die sich an
einer parasitären Kapazität des an eine Sourceelektrode angeschlossenen
Photodetektionselements ansammelt, durch Einstellen einer Drain-Spannung
des ersten MOS-Transistors auf eine niedrige Spannung für eine bestimmte
Zeitdauer, einen Kondensator zum Akkumulieren einer Klemmenspannung
des Photodetektionselements als Bildpunktsignal, einen zweiten MOS-
Transistor zum Transferieren einer elektrischen Ladung der parasitären
Kapazität von dem Photodetektionselement zu dem Kondensator, einen
dritten MOS-Transistor zum Verstärken einer Klemmenspannung des
Kondensators sowie einen vierten MOS-Transistor zum selektiven Ausgeben
eines verstärkten Bildpunktsignals. Bei dieser Photosensorschaltung werden
der zweite MOS-Transistor eingeschaltet und gleichzeitig eine Spannung des
Anfangseinstellmittels auf einen niedrigen Pegel eingestellt, um die
parasitäre Kapazität des Photodetektionselements sowie die
Klemmenspannung des Kondensators vor der Akkumulierung des
Bildpunktsignals in einen niederpegeligen Zustand zu bringen. Sodann wird
nach einer bestimmten Zeitdauer die Spannung des Anfangseinstellmittels
in einen hochpegeligen Zustand umgeschaltet, um die Akkumulierung des
Bildpunktsignals zu starten. Anschließend wird nach einer bestimmten
Zeitdauer der zweite MOS-Transistor ausgeschaltet, um den Kondensator
zu öffnen. Daraufhin wird der vierte MOS-Transistor eingeschaltet.
Bei beiden Aspekten ist bevorzugt vorgesehen, daß die
Photosensorschaltung eine Einzelbildpunkt-Detektionskomponente eines
Bildsensors bildet.
Die Erfindung ermöglicht es, eine Photosensorschaltung bereitzustellen, die
den Kondensator durch Einschalten des zweiten Transistors initialisieren
kann, bevor der zweite Transistor zum Laden/Entladen der parasitären
Kapazität der Photodiode eingeschaltet wird, um zu vermeiden, daß durch
den Kondensator eine unkorrekte Spannung wiedergegeben wird.
Die Erfindung ermöglicht es ferner, eine Photosensorschaltung
bereitzustellen, bei der durch Einschalten eines Abtast-Halte-Transistors
während der Offenperiode des Verschlusses stets die Klemmenspannung
der parasitären Kapazität an den Kondensator angelegt wird, um zu
verhindern, daß die Spannung an diesem Kondensator abfällt.
Ferner wird es durch die Erfindung ermöglicht, eine Photosensorschaltung
bereitzustellen, die ein Bildpunktsignal in einem breiten Dynamikbereich mit
hoher Reproduzierbarkeit erzeugen kann, was dadurch erreicht wird, daß
zusätzlich zu der Verschlußfunktion ein Anfangseinsteilmittel verwendet
wird, welches die logarithmische Operation durch Variation einer
Energieversorgungsspannung bewirkt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher
erläutert. Es stellen dar:
Fig. 1 einen Schaltplan einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Photosensorschaltung.
Fig. 2 ein Zeitdiagramm der Signale, die an verschiedenen Stellen der
Photosensorschaltung der Fig. 1 auftreten.
Fig. 3 einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Photosensorschaltung.
Fig. 4 ein Zeitdiagramm der Signale, die an verschiedenen Stellen der
Photosensorschaltung der Fig. 3 auftreten.
Fig. 5 beispielhaft ein Blockdiagramm eines Bildsensors, der als
zweidimensionale Matrix aus erfindungsgemäßen Photosensorschaltungen
aufgebaut ist, wobei jede Photosensorschaltung als einzelner Bildpunkt
dient.
Fig. 6 ein Zeitdiagramm der Signale, die an verschiedenen Stellen des
Bildsensors der Fig. 5 auftreten.
Fig. 7 beispielhaft ein Blockdiagramm eines weiteren Bildsensors, der als
zweidimensionale Matrix aus erfindungsgemäßen Photosensorschaltungen
aufgebaut ist, wobei wiederum jede Photosensorschaltung als einzelner
Bildpunkt dient.
Fig. 8 ein Zeitdiagramm der Signale, die an verschiedenen Stellen des
Bildsensors der Fig. 7 auftreten.
Fig. 9 ein Zeitdiagramm der Signale, die an verschiedenen Stellen der in
Fig. 1 gezeigten Photosensorschaltung auftreten, wenn diese Schaltung
nach einem herkömmlichen Verfahren betrieben wird.
Fig. 10 ein Schaltplan einer herkömmlichen Photosensorschaltung mit
Verschlußfunktion.
Fig. 11 ein Zeitdiagramm der Signale, die an verschiedenen Stellen der in
Fig. 10 gezeigten herkömmlichen Photosensorschaltung auftreten.
Fig. 12 ein Modell der Anhäufung elektrischer Ladung in den Kapazitäten
C1 und C2 der Photosensorschaltung der Fig. 1, wenn diese Schaltung
nach einem herkömmlichen Verfahren betrieben wird, und
Fig. 13 ein Modell der Anhäufung elektrischer Ladung in den Kapazitäten
C1 und C2 der Photosensorschaltung der Fig. 10 bei herkömmlicher
Betriebsweise dieser Schaltung.
Die in Fig. 1 gezeigte Photosensorschaltung umfaßt die Photodiode PD als
Lichterfassungselement zur Erfassung von Licht und zum Umwandeln
desselben in ein elektrisches Signal, den MOS-Transistor Q1 zum Laden und
Entladen der parasitären Kapazität C1 der Photodiode PD, den Kondensator
C2 zur Akkumulierung der Klemmenspannung der Photodiode PD als
Bildpunktsignal, den MOS-Transistor Q2 zum Transferieren der elektrischen
Ladung der Kapazität C1 auf den Kondensator C2, den MOS-Transistor Q3
zur Verstärkung der Klemmenspannung des Kondensators C2 sowie den
MOS-Transistor Q4 zur selektiven Ausgabe des verstärkten
Bildpunktsignals. Durch Anlegen von Steuersignalen an die verschiedenen
Komponenten der Schaltung wird bei dieser Photosensorschaltung wird ein
dem Lichtsignal entsprechendes elektrisches Signal erhalten. Dabei wird
- siehe Fig. 2 - der Transistor Q1 eingeschaltet, indem die Ansteuerspannung
V1 zum Zeitpunkt t1-t2 hochpegelig gemacht wird. Hierdurch wird eine
elektrische Ladung auf die Kapazität C1 aufgebracht. Bei Lichteinfall auf die
Photodiode PD fließt in der Sensorschaltung ein Strom. Dabei wird in der
Zeit t2-t3 von der Kapazität C1 eine zu dem in der Sensorschaltung
fließenden Strom proportionale elektrische Ladung abgenommen.
Während der Zeit von t1 bis t3 (bei offenem Verschluß) befindet sich der
Transistor Q2 im eingeschalteten Zustand. Die Klemmenspannungen VC1
und VC2 der Kapazität C1 bzw. des Kondensators C2 sind während dieser
Zeit zueinander gleich. Vom Ausschalten des Transistors Q2 zum Zeitpunkt
t3 an bleibt die Klemmenspannung VC2 des Kondensators C2 auf gleicher
Höhe. Wenn dann in der Zeit t4-t5 der Transistor Q4 eingeschaltet wird,
wird von der Energieversorgung V5 ein durch den Transistor Q3 begrenzter
Strom geliefert, so daß über den Widerstand R die Ausgangsspannung Vaus
als Bildpunktsignal ausgegeben wird.
Bei der vorstehenden Photosensorschaltung wird die elektrische Ladung des
Kondensators C2 ab dem Ausschalten des Transistors Q2 zum Zeitpunkt t3
gehalten. Die elektrische Ladung des Kondensators C2 bleibt daher auf
einem konstanten Wert, bis der Transistor Q2 wieder eingeschaltet wird, um
die Übertragung der elektrischen Ladung der Kapazität C1 auf den
Kondensator C2 zu beginnen. Während der Transistor Q2 ausgeschaltet ist
(also während der Halteperiode des Kondensators C2), kann somit ein und
dasselbe Bildpunktsignal unabhängig von einer etwaigen Änderung der
Klemmenspannung VC1 der Kapazität C1 erhalten werden. Bei der in Fig.
1 gezeigten Photosensorschaltung mit 4 Transistoren kann demnach das
Bildpunktsignal Vaus mit hoher Reproduzierbarkeit erhalten werden, wenn die
Photosensorschaltung nach dem in Fig. 2 gezeigten Zeitdiagramm
betrieben wird.
Es wird nun mit Bezug auf Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Photosensorschaltung erläutert. Bei diesem
Ausführungsbeispiel wird ein MOS-Transistor Q1' verwendet, um den
Sensorstrom der Photodiode PD in eine Detektionsspannung mit
logarithmischer Charakteristik im Zustand schwacher Inversion
umzuwandeln. Ein Spannungsregler 1 (ein Anfangseinstellmittel) kann eine
drainseitige Quellenspannung V2 des Transistors Q1' für eine bestimmte
Zeitdauer auf einen niedrigeren Spannungswert (niedriger Pegel) als den
normalen Spannungswert (hoher Pegel) einstellen und elektrische Ladung
abführen, die sich an der parasitären Kapazität C1 der mit der Sourceseite
des Transistors Q1' verbundenen Photodiode PD angehäuft hat.
Mit Bezug auf das Zeitdiagramm der Fig. 4 wird nun die Arbeitsweise
dieser Photosensorschaltung erläutert. Die Versorgungsspannung V1 wird
auf einen Detektionsspannungswert eingestellt, in den der im Transistor Q1'
fließende Strom umgewandelt wird. Die Spannung V1 besitzt eine
logarithmische Charakteristik im Zustand schwacher Inversion mit der
Versorgungsspannung V2 auf hohem Pegel. Sobald in diesem Zustand die
Ansteuerspannung V2 zum Zeitpunkt t1-t2 auf den niedrigen Pegel
abgesenkt wird, steigt die Drain-Source-Spannung des Transistors Q1' an
und bewirkt das Einschalten des Transistors Q1', wobei elektrische Ladung
von der parasitären Kapazität C1 der Photodiode PD abgeführt wird. Zum
Zeitpunkt t2 wird die Ansteuerspannung V2 wieder auf den hohen Pegel
gebracht, und die Kapazität C1 lädt sich auf eine Spannung auf, bei der der
durch die Photodiode PD fließende Sensorstrom im Gleichgewicht mit dem
von dem Transistor Q1' gelieferten Strom steht.
Da der im Transistor Q1' fließende Strom in die Spannung mit der
logarithmischen Charakteristik im Zustand schwacher Inversion
umgewandelt wurde, repräsentiert die Klemmenspannung VC1 der Kapazität
C1 eine auf die Photodiode PD einfallende Lichtmenge, die logarithmisch
transformiert und ausgegeben wurde.
Während der Periode t1-t3 (bei offenem Verschluß) befindet sich auch der
Transistor Q2 im eingeschalteten Zustand, weswegen die
Klemmenspannung VC1 der Kapazität C1 gleich der Klemmenspannung VC2
des Kondensators C2 ist. Wenn der Transistor Q2 zum Zeitpunkt t3
ausgeschaltet wird, bleibt die Klemmenspannung VC2 des Kondensators C2
im stabilen Zustand. Wenn der Transistor Q4 sodann zum Zeitpunkt t4-t5
eingeschaltet wird, wird von der Energieversorgung V5 ein Strom geliefert,
der durch den Transistor Q3 begrenzt wird, und es wird über den Widerstand
R ein Bildpunktsignal als Ausgangsspannung Vaus ausgegeben.
Bei der vorstehenden Ausbildung der Photosensorschaltung wird die
elektrische Ladung des Kondensators C2 ab dem Zeitpunkt t3, zu dem der
Transistor Q2 ausgeschaltet wird, gehalten. Die elektrische Ladung des
Kondensators C2 bleibt konstant, bis der Transistor Q2 wieder eingeschaltet
wird und der Transfer der elektrischen Ladung von der Kapazität C1 auf den
Kondensator C2 wieder begonnen wird. Solange dabei der Transistor Q2 im
ausgeschalteten Zustand (während der Haltezeit des Kondensators C2) ist,
wird unverändert ein und dasselbe Bildpunktsignal ausgegeben, ungeachtet
einer etwaigen Änderung der Klemmenspannung VC1 der Kapazität C1.
Daher kann die in Fig. 3 gezeigte Photosensorschaltung als Verschluß
dienen, die frei von Nachleuchteffekten ist und einen weiten dynamischen
Bereich ihres logarithmischen Ausgangssignals beim Betrieb nach dem in
Fig. 2 gezeigten Zeitdiagramm besitzt.
Aus mehreren Photosensorschaltungen einer der vorstehenden
Ausführungsformen kann ein Bildsensor aufgebaut werden. Dabei können
die Photosensorschaltungen in einer ein- oder zweidimensionalen Ebene
angeordnet werden und bilden jeweils eine Bildpunktdetektionskomponente.
Fig. 5 ist eine beispielhafte Ausbildung eines Bildsensors, bei dem mehrere
Photosensorschaltungen gemäß Fig. 1 in einer zweidimensionalen Matrix
von Lichtsensoren angeordnet sind, von denen jeder einen einzelnen
Bildpunkt S repräsentiert. In Fig. 5 bezeichnet die Bezugsziffer 2 eine allen
Bildpunkten S gemeinsame Bildpunktauswahlschaltung, während die
Bezugsziffer 3 eine Bildpunktsignalauswahlschaltung zur
aufeinanderfolgenden Ausgabe der jeweiligen Bildpunktsignale Vaus
bezeichnet.
Fig. 6 ist ein Zeitdiagramm verschiedener Signale des vorstehenden
Bildsensors. Die matrixförmig angeordneten Pixel S werden dabei in der Zeit
t4-t5 ausgelesen. In jeder der jeweils einen Bildpunkt S repräsentierenden
Photosensorschaltungen wird bei Einschalten des Transistors Q4 ein durch
den Transistor Q3 begrenzter Strom von der Energieversorgung V5 an den
jeweiligen Bildpunkt geliefert. Über einen Widerstand R, der an eine Reihe
von Bildpunkten S in der Matrix angeschlossen ist, wird dann das jeweilige
Bildpunktsignal Vaus ausgegeben. Der Bildsensor mit Vier-Transistor-Struktur
kann so Bildpunktsignale mit hoher Reproduzierbarkeit liefern.
Fig. 7 ist ein Beispiel eines Bildsensors, bei dem mehrere
Photosensorschaltungen gemäß Fig. 3 in Form einer zweidimensionalen
Matrix von Lichtsensoren angeordnet sind, von denen jeder einen einzelnen
Bildpunkt S repräsentiert. In Fig. 7 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen für
alle Bildpunkte S gemeinsam vorgesehenen Spannungsregler, die
Bezugsziffer 2 bezeichnet eine allen Bildpunkten S gemeinsame
Bildpunktauswahlschaltung und die Bezugsziffer 3 bezeichnet eine
Bildpunktsignalauswahlschaltung zur aufeinanderfolgenden Ausgabe der
Bildpunktsignale.
Fig. 8 ist ein Zeitdiagramm für die verschiedenen Signale dieses
Bildsensors. Die matrixförmig angeordneten Bildpunkte S werden dabei in
der Zeit t4-t5 ausgelesen.
Bei den in den Fig. 6 und 8 dargestellten Zeitdiagrammen ist es möglich,
eine bis zum Zeitpunkt t4 verlängerte Akkumulierungsperiode (d. h. eine
Verschlußöffnungsperiode mit hochpegeliger Versorgungsspannung V3)
einzurichten.
Claims (3)
1. Photosensorschaltung, umfassend ein Photodetektionselement (PD),
einen ersten MOS-Transistor (Q1) zum Laden und Entladen einer
parasitären Kapazität (C1) des Photodetektionselements, einen
Kondensator (C2) zum Akkumulieren einer Klemmenspannung (VC1)
des Photodetektionselements (PD) als Bildpunktsignal, einen zweiten
MOS-Transistor (Q2) zum Transferieren einer elektrischen Ladung der
parasitären Kapazität (C1) von dem Photodetektionselement (PD) zu
dem Kondensator (C2), einen dritten MOS-Transistor (Q3) zum
Verstärken einer Klemmenspannung (VC2) des Kondensators (C2)
sowie einen vierten MOS-Transistor (Q4) zum selektiven Ausgeben
eines verstärkten Bildpunktsignals (Vaus),
dadurch gekennzeichnet, daß der erste MOS-Transistor (Q1) und der zweite MOS-Transistor (Q2) für eine bestimmte Zeitdauer vor der Akkumulierung des Bildpunktsignals eingeschaltet werden, um die Klemmenspannungen (VC1, VC2) des Photodetektionselements (PD) und des Kondensators (C2) durch Laden/Entladen der parasitären Kapazität (C1) des Photodetektionselements (PD) und des Kondensators (C2) gleich zu machen, daß nach einer bestimmten Zeitdauer der Akkumulierung des Bildpunktsignals der zweite MOS- Transistor (Q2) ausgeschaltet und der Kondensator (C2) geöffnet wird und daß sodann der vierte MOS-Transistor (Q4) eingeschaltet wird.
dadurch gekennzeichnet, daß der erste MOS-Transistor (Q1) und der zweite MOS-Transistor (Q2) für eine bestimmte Zeitdauer vor der Akkumulierung des Bildpunktsignals eingeschaltet werden, um die Klemmenspannungen (VC1, VC2) des Photodetektionselements (PD) und des Kondensators (C2) durch Laden/Entladen der parasitären Kapazität (C1) des Photodetektionselements (PD) und des Kondensators (C2) gleich zu machen, daß nach einer bestimmten Zeitdauer der Akkumulierung des Bildpunktsignals der zweite MOS- Transistor (Q2) ausgeschaltet und der Kondensator (C2) geöffnet wird und daß sodann der vierte MOS-Transistor (Q4) eingeschaltet wird.
2. Photosensorschaltung, umfassend ein Photodetektionselement (PD)
zur Erfassung eines Lichtsignals und zur Umwandlung dieses
Lichtsignals in ein elektrisches Signal, einen ersten MOS-Transistor
(Q1') zur Umwandlung eines Stroms des Photodetektionselements
(PD) in eine Spannung mit einer logarithmischen Charakteristik in
einem Zustand schwacher Inversion, ein Anfangseinstellmittel (1) zur
Steuerung einer elektrischen Ladung, die sich an einer parasitären
Kapazität (C1) des an eine Sourceelektrode angeschlossenen
Photodetektionselements (PD) ansammelt, durch Einstellen einer
Drain-Spannung des ersten MOS-Transistors (Q1') auf eine niedrige
Spannung für eine bestimmte Zeitdauer, einen Kondensator (C2) zum
Akkumulieren einer Klemmenspannung (VC1) des
Photodetektionselements (PD) als Bildpunktsignal, einen zweiten
MOS-Transistor (Q2) zum Transferieren einer elektrischen Ladung der
parasitären Kapazität (C1) von dem Photodetektionselement (PD) zu
dem Kondensator (C2), einen dritten MOS-Transistor (Q3) zum
Verstärken einer Klemmenspannung (VC2) des Kondensators (C2)
sowie einen vierten MOS-Transistor (Q4) zum selektiven Ausgeben
eines verstärkten Bildpunktsignals (Vaus),
dadurch gekennzeichnet, daß der zweite MOS-Transistor (Q2) eingeschaltet und gleichzeitig eine Spannung des Anfangseinstellmittels (1) auf einen niedrigen Pegel eingestellt wird, um die parasitäre Kapazität (C1) des Photodetektionselements (PD) sowie die Klemmenspannung (VC2) des Kondensators (C2) vor der Akkumulierung des Bildpunktsignals in einen niederpegeligen Zustand zu bringen, daß sodann nach einer bestimmten Zeitdauer die Spannung des Anfangseinstellmittels (1S) in einen hochpegeligen Zustand umgeschaltet wird, um die Akkumulierung des Bildpunktsignals zu starten, daß anschließend nach einer bestimmten Zeitdauer der zweite MOS-Transistor (Q2) ausgeschaltet wird, um den Kondensator (C2) zu öffnen, und daß daraufhin der vierte MOS- Transistor (Q4) eingeschaltet wird.
dadurch gekennzeichnet, daß der zweite MOS-Transistor (Q2) eingeschaltet und gleichzeitig eine Spannung des Anfangseinstellmittels (1) auf einen niedrigen Pegel eingestellt wird, um die parasitäre Kapazität (C1) des Photodetektionselements (PD) sowie die Klemmenspannung (VC2) des Kondensators (C2) vor der Akkumulierung des Bildpunktsignals in einen niederpegeligen Zustand zu bringen, daß sodann nach einer bestimmten Zeitdauer die Spannung des Anfangseinstellmittels (1S) in einen hochpegeligen Zustand umgeschaltet wird, um die Akkumulierung des Bildpunktsignals zu starten, daß anschließend nach einer bestimmten Zeitdauer der zweite MOS-Transistor (Q2) ausgeschaltet wird, um den Kondensator (C2) zu öffnen, und daß daraufhin der vierte MOS- Transistor (Q4) eingeschaltet wird.
3. Photosensorschaltung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einzelbildpunkt-
Detektionskomponente (S) eines Bildsensors bildet.
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