DE3751285T2 - Fotoelektrische Umwandlungsvorrichtung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine fotoelektrische Umwandlungsvorrichtung vom Typ mit einer Vielzahl von Fotosensoren und einer Vielzahl von Signalausgabeleitungen zum Aufnehmen von Signalen von den Fotosensoren, wobei die Signale über Signalausgabeanschlüsse aufgenommen werden, deren Anzahl kleiner als die der Signalausgabeleitungen ist.
Verwandter Stand der Technik
• Um Signale von der Gesamtheit oder eines Teils eines aus einer Vielzahl von ein- oder zweidimensional angeordneten Fotosensoren gebildeten Farbsensors zu lesen, ist es notwendig, eine Vielzahl von Signalausgabeleitungen vorzusehen.
• Fig. 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer herkömmlichen fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung zeigt.
• In der Figur sind Sensorzeilenblöcke 101 und 102 vorgesehen, die jeweils aus eindimensional angeordneten Fotosensoren zusammengesetzt sind. Signale von jedem Sensorzeilenblock werden sequentiell über Signalausgabeleitungen 103 und 104 gelesen, welche gemeinsam mit einem Verstärker 105 mit einem Signalausgabeanschluß 106 verbunden sind. Während des Lesens von Signalen von einem Sensorzeilenblock wird das Lesen von Signalen vom anderen Zeilensensorblock unterbunden. Somit können über den einzigen Ausgabeanschluß Signale von zwei Signalausgabeleitungen gelesen werden, was eine geringere Anzahl von Verdrahtungen zu einer externen Schaltung zur Folge hat.
• Beim Betreiben der vorstehenden herkömmlichen fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung werden Signale von den Sensorzeilenblöcken 101 und 102 vorübergehend in Ladungsspeicherungskondensatoren oder Leitungskapazitäten C1 bis Cn gespeichert. Signale von den Sensorzeilenblöcken 101 und 102 werden unter der Steuerung von Schieberegistern sequentiell zu den Signalausgabeleitungen 103 bzw. 104 aufgenommen. Die Signale werden dann über den Verstärker 105 an dessen Signalausgabeanschluß 106 ausgegeben.
• Da jedoch die Signalausgabeleitungen 103 und 104 zusammen an den Eingabeanschluß des Verstärkers angeschlossen sind, wird jede Leitungskapazität Cw1 und Cw2 der Signalausgabeleitung zueinander addiert, was eine große Kapazität jeder Signalausgabeleitung zur Folge hat. Somit entsteht das Problem, daß der Ausgang eines beispielsweise im Ladungsspeicherungskondensator C1 gespeicherten Signals in der Signalausgabeleitung 103 durch die große Kapazität verringert wird.
• Das Problem wird schwerwiegender im Fall einer großen Anzahl von Sensorzeilen und damit einer großen Anzahl von Signalausgabeleitungen.
• Aus der JP-A-59-154879 ist eine fotoelektrische Umwandlungsvorrichtung bekannt, in welcher erste und zweite Schieberegister vorgesehen sind, deren Ausgänge über einen Schalter zu einem gemeinsamen Verstärker und Videoausgabeanschluß verbunden sind. Eines der Schieberegister kann mit dem Verstärker verbunden sein, und dessen Ausgang kann abgetastet werden, und danach kann die Schaltvorrichtung das andere Schieberegister mit dem Verstärker verbinden, so daß dessen Ausgang abgetastet werden kann.
• Die JP-A-61-82585 offenbart ein System, bei dem eine Serie von Pufferverstärkern parallel verbunden ist, jeder mit einer jeweiligen Eingangskapazität und einer jeweiligen Ausgangskapazität, und die Ausgänge der Pufferverstärker und ihre entsprechenden Ausgangskapazitäten werden über eine Schaltvorrichtung zu einem gemeinsamen Ausgabeanschluß verbunden.
Zusammenfassung der Erfindung
• Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine fotoelektrische Umwandlungsvorrichtung wie in Anspruch 1 angegeben und ein Verfahren zum Betreiben wie in Anspruch 8 angegeben geschaffen. Die restlichen Ansprüche geben optionale Merkmale an.
• Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt einen fotoelektrischen Wandler mit geringerer Abnahme im Signalausgabepegel zur Verfügung.
• Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt eine für hohe Auflösung geeignete Bildaufnahmevorrichtung zur Verfügung.
• In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat eine fotoelektrische Umwandlungsvorrichtung eine Vielzahl von Fotosensoren und eine Vielzahl von Signalausgabeleitungen zum Aufnehmen von Signalen von den Fotosensoren, wobei die Signale über Signalausgabeanschlüsse aufgenommen werden, deren Anzahl geringer als die der Signalausgabeleitungen ist, und jede der Signalausgabeleitungen hat eine Schaltvorrichtung zum Schalten der Signalausgabeleitungen und Verbinden einer gewünschten Ausgabeleitung zu einem Signalausgabeanschluß.
• Da eine Vielzahl von Auswählvorrichtungen (Abtastschaltungen wie Schieberegister) vorgesehen ist, kann die Ansteuerfrequenz der Auswählvorrichtung in Fällen, wo ein Hochfrequenzbetrieb für die große Anzahl von Fotosensoren erforderlich wird, eine geringere Frequenz sein, wodurch ein hoher Grad an Freiheit im Schaltungsentwurf, Maskenentwurf für Halbleitervorrichtungen und dergleichen ermöglicht wird.
• Da jede Signalausgabeleitung über eine Schaltvorrichtung zum Signalausgabeanschluß verbunden wird, kann die Leitungskapazität der Signalausgabeleitung, von welcher ein Signal über die geschlossene Schaltvorrichtung aufgenommen wird, durch Öffnen der anderen Schaltvorrichtungen stark reduziert werden. Deshalb kann eine Verringerung des Signalpegels in der Signalausgabeleitung verhindert werden, und eine Bildaufnahmevorrichtung mit hoher Auflösung und hohem Ausgang kann leicht realisiert werden.
• Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer herkömmlichen fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung zeigt;
• Fig. 2A ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Fig. 2B ist eine schematische Querschnittsansicht einer in den japanischen Patent-Offenlegungsschriften Nr. 12579/1985 und 12765/1985 offenbarten fotoelektrischen Umwandlungszelle;
• Fig. 2C ist ein Ersatzschaltbild der in Fig. 2B gezeigten fotoelektrischen Umwandlungszelle;
• Fig. 3A ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Treibers für einen die fotoelektrischen Umwandlungszellen aus Fig. 2B verwendenden Sensorzeilenblocks zeigt;
• Fig. 3B ist ein Zeitablaufplan zur Erläuterung des Betriebs der in Fig. 3A gezeigten Schaltung;
• Fig. 4 ist ein Blockschaltplan, der ein Beispiel einer das Ausführungsbeispiel aus Fig. 3A verwendenden Bildaufnahmevorrichtung zeigt;
• Fig. 5 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Fig. 6 ist ein Zeitablaufplan zur Erläuterung des Betriebs der Abtastschaltung; und
• Fig. 7 ist ein Zeitablaufplan, der ein Beispiel von zeitlichen Steuerungen von vom Treiber 117 ausgegebenen Impulsen zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
• Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Detail unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 2A ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• In der Figur ist eine Signalausgabeleitung 103, von der Signale von einem Sensorzeilenblock 101 sequentiell ausgegeben werden, über eine Schaltvorrichtung 107 mit dem Eingangsanschluß eines Verstärkers 105 verbunden. Ähnlich ist eine Signalausgabeleitung 104, von welcher Signale von einem Sensorzeilenblock 102 seriell ausgegeben werden, über eine Schaltvorrichtung 108 mit dem Eingabeanschluß des Verstärkers 105 verbunden.
• In diesem Ausführungsbeispiel werden als Schaltvorrichtung MOS-Transistoren verwendet. Jedoch können offensichtlich auch andere Vorrichtungen mit geringem Leitungswiderstand wie analoge Schalter verwendet werden.
• Anstelle der zwei Signalausgabeleitungen kann auch eine größere Anzahl von Signalausgabeleitungen gemeinsam mit dem Eingabeanschluß des Verstärkers 105 über Schaltvorrichtungen verbunden werden.
• Während im Betrieb dieses Ausführungsbeispiels Signale vom Sensorzeilenblock 101 mittels eines Schieberegisters 115 sequentiell zur Signalausgabeleitung 103 ausgegeben werden, wird die Schaltvorrichtung 107 eingeschaltet und die Schaltvorrichtung 108 ausgeschaltet gehalten. Deshalb wird die Leitungskapazität der Signalausgabeleitung im wesentlichen allein die Leitungskapazität Cw1 der Signalausgabeleitung 103. Wenn jede Kapazität C der Ladungsspeicherungskondensatoren C1 bis Cn ausreichend groß im Vergleich zu Cw1 gesetzt wird, wird es somit möglich, Signale aus den Sensoren zu lesen, ohne deren Signalpegel zu verringern.
• Umgekehrt, während Signale vom Sensorzeilenblock 102 mittels eines Schieberegisters 116 gelesen werden, wird die Schaltvorrichtung 107 ausgeschaltet gehalten, wohingegen die Schaltvorrichtung 108 eingeschaltet gehalten wird. Ähnlich können in diesem Fall Signale gelesen werden, ohne deren Signalpegel zu verringern.
• Als nächstes werden der Aufbau und der Betrieb des Zeilensensorblocks bei diesem Ausführungsbeispiel ausführlicher beschrieben.
• Fig. 2B ist ein schematischer Querschnitt einer in den japanischen Patent-Offenlegungsschriften 12759/1985 und 12765/1985 offenbarten fotoelektrischen Umwandlungszelle, und Fig. 2C ist ein Ersatzschaltbild der fotoelektrischen Umwandlungszelle.
• In den Figuren ist jede Fotosensorzelle auf einem n&spplus;- Siliziumsubstrat 1 ausgebildet und von benachbarten Fotosensorzellen durch einen beispielsweise aus SiO&sub2;, Si&sub3;N&sub4;, Polysilizium oder dergleichen hergestellten Elementisolationsabschnitt 2 elektrisch isoliert.
• Jede Fotosensorzelle hat die folgenden Bestandteilselemente: Eine p-Region 4 ist durch Dotieren von p-Typ-Fremdatomen auf eine durch das Epitaxieverfahren oder dergleichen gebildete n--Region 3 mit geringer Störstellenkonzentration gebildet. In der p-Region 104 ist durch das Fremdatomdiffusionsverfahren, das Ionenimplantierungsverfahren oder dergleichen eine n&spplus;-Region 5 gebildet. Die p-Region 4 und die n&spplus;-Region 5 dienen als Basis bzw. Emitter eines bipolaren Transistors.
• Auf einem auf der n--Region 3 mit den obigen Regionen aufgebrachten Oxidfilm 6 ist eine Kondensator-Elektrode 7 mit vorbestimmter Fläche ausgebildet, welche der p-Region 4 gegenüberliegt, wobei dazwischen der Oxidfilm 6 vorgesehen ist. Durch eine an die Kondensator-Elektrode 7 angelegte Impulsspannung wird das Potential der p-Region 104 in einem Leerlaufzustand gesteuert.
• Die Fotosensorzelle ist ferner aufgebaut aus einer mit der n&spplus;-Region 5 verbundenen Emitter-Elektrode 8, einer auf dem Substrat 1 gebildeten n&spplus;-Region 11 mit hoher Störstellenkonzentration, und einer ein Potential an den Kollektor des bipolaren Transistors anlegenden Elektrode 12.
• Als nächstes werden die grundlegenden Vorgänge des wie vorstehend aufgebauten Fotosensors beschrieben. Zunächst sei angenommen, daß die p-Basisregion 4 des Transistors negatives Potential hat und in einem Leerlaufzustand ist. Bei Einfall von Licht 13 auf die p-Region 4 sammeln sich Löcher von durch Licht erzeugten Elektron/Loch-Paaren in der p-Region 4, deren Potential infolge der akkumulierten Löcher positiv anwächst (Akkumulationsvorgang).
• Als nächstes wird ein positiver Ausleseimpuls an die Kondensator-Elektrode 7 angelegt, so daß ein einer Änderung im Basispotential während des Akkumulationsvorganges entsprechendes Auslesesignal von der Emitter-Elektrode ausgegeben wird (Auslesevorgang). Wiederholte Auslesevorgänge sind möglich, weil die akkumulierte Ladungsmenge in der Basis-p-Region 4 sich nicht in starkem Ausmaß verringert.
• Um die akkumulierten Löcher in der p-Region 4 zu entfernen, wird die Emitter-Elektrode 8 geerdet, und an die Kondensator-Elektrode 8 wird ein positiver Auffrischungsimpuls angelegt. Durch Anlegen dieses Impulses wird die p-Region 4 relativ zur n&spplus;-Region 5 positiv vorgepannt, so daß akkumulierte Löcher entfernt werden. An der Endflanke des Auffrischungsimpulses nimmt die p-Region 4 wieder ihr eingangs negatives Potential an (Auffrischungsvorgang). Danach werden ähnlich Akkumulations-, Auslese- und Auffrischungsvorgänge wiederholt.
• Kurz gesagt werden bei dem vorstehend vorgeschlagenen Verfahren durch Licht erzeugte Ladungsträger in der Basis-p- Region 4 akkumuliert, um einen durch die Emitter- und Kollektor-Elektroden 8 und 12 fließenden Strom entsprechend der akkumulierten Ladungsmenge zu steuern. Die akkumulierten Ladungsträger werden nach deren Verstärkung durch die Verstärkungsfunktion jeder Zelle ausgelesen, wobei hoher Ausgang und Empfindlichkeit und wenig Rauschen erreicht wird.
• Das Potential Vp der Basis mit den darin durch Licht erzeugten akkumulierten Ladungsträgern (Löchern in diesem Fall) ist durch Q/C gegeben, wobei Q die Ladung der in der Basisregion akkumulierten Ladungsträger, und C einen an die Basisregion gekoppelten Kondensator repräsentiert. Wie aus der obigen Gleichung ersichtlich ist, werden die beiden Werte für Q und C klein, da infolge der hohen Integration die Zellengröße klein ist. Somit wird das durch Licht erzeugte Potential Vp im wesentlichen konstant gehalten. Das vorstehend vorgeschlagene Verfahren kann daher in Zukunft für eine Vorrichtung zur Erzielung einer hohen Auflösung nützlich sein.
• Fig. 3A ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Treibers für den die vorstehenden fotoelektrischen Umwandlungszellen verwendenden Sensorzeilenblock zeigt, und Fig. 3B ist ein Zeitablaufplan zur Erläuterung des Betriebs der Treiberschaltung.
• Gemäß Fig. 3A wird an jede Kollektor-Elektrode 12 der fotoelektrischen Umwandlungszellen S1 bis Sn eine vorbestimmte Spannung angelegt. Kondensator-Elektroden 7 sind gemeinsam mit einem Anschluß 110 verbunden, an den ein Signal φ&sub1; für die Auslese- und Auffrischungsvorgänge angelegt wird. Jede Emitter-Elektrode 8 ist mit jeweiligen vertikalen Leitungen L1 bis Ln verbunden, welche mit einer Hauptelektrode von jeweiligen Puffertransistoren Ta1 bis Tan verbunden sind.
• Die Gate-Elektroden der Puffer-Transistoren Ta1 bis Tan sind gemeinsam an einen Anschluß 111 angeschlossen, an den ein Signal φ&sub2; angelegt wird. Die anderen Hauptelektroden der Puffertransistoren Ta1 bis Tan sind über als Akkumulationsvorrichtung dienende Ladungsspeicherungskondensatoren C1 bis Cn geerdet, und auch über Transistoren T1 bis Tn mit der Signalleitung verbunden. Die Gate-Elektroden der Transistoren T1 bis Tn sind jeweils mit den parallelen Ausgangsanschlüssen des Schieberegisters verbunden, von welchem Signale φh1 bis φhn sequentiell ausgegeben werden.
• Die Signalausgabeleitung 103 ist über einen Transistor Tr zur Auffrischung der Signalausgabeleitung 103 geerdet. An die Gate-Elektrode des Transistors Tr wird ein Signal φr2 angelegt.
• Die vertikalen Leitungen L1 bis Ln sind über jeweilige Puffertransistoren Tb1 bis Tbn geerdet. Die Gate-Elektroden der Puffer-Transistoren Tb1 bis Tbn sind gemeinsam an einen Anschluß 112 angeschlossen, an den ein Signal φ&sub3; angelegt wird.
• Als nächstes wird der Betrieb des wie vorstehend aufgebauten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf den in Fig. 3B gezeigten Zeitablaufplan beschrieben.
Auffrischungsvorgang
• Zunächst werden Signale φ&sub2; und φ&sub3; hochpegelig gemacht, um die Puffer-Transistoren Ta1 bis Tan zum Einschalten zu veranlassen. Deshalb werden die Emitter-Elektroden 8 der fotoelektrischen Umwandlungszellen S1 bis Sn geerdet und Restladungen in den Ladungsspeicherungskondensatoren C1 bis Cn werden von dort entfernt. Wenn das Signal φ&sub1; hohen Pegel annimmt, um eine positive Auffrischungsspannung an die Kondensator-Elektrode 7 jeder fotoelektrischen Umwandlungszelle anzulegen, wird ein Auffrischungsvorgang wie vorstehend beschrieben durchgeführt. Wenn das Signal φ&sub1; niedrigen Pegel annimmt, kehrt die Basis-Region 4 jeder Zelle auf ihr anfängliches negatives Potential zurück.
Akkumulationsvorgang
• Signale φ&sub2; und φ&sub3; werden niederpegelig gemacht, um die Puffer-Transistoren Ta1 bis Tan und Tb1 bis Tbn zum Ausschalten zu veranlassen. In diesem Zustand werden Löcher von durch Licht erzeugten Elektron/Lochpaaren in der Basis-Region 4 jeder fotoelektrischen Umwandlungszelle S1 bis Sn akkumuliert, so daß das Basis-Potential jeder Zelle vom anfänglichen negativen Potential um das der einfallenden Lichtmenge entsprechende akkumulierte Potential auf einen höheren Wert ansteigt.
Auslesevorgang
• Wenn Signale φ&sub1; und φ&sub2; hochpegelig gemacht werden, werden von den Emitter-Elektroden 8 der fotoelektrischen Umwandlungszellen S1 bis Sn ausgelesene Signale gleichzeitig über die Puffertransistoren Ta1 bis Tan in den Ladungsspeicherungskondensatoren C1 bis Cn akkumuliert.
• Darauf folgend, nachdem die Signale φ&sub1; und φ&sub2; niederpegelig gemacht wurden, startet der Auslesevorgang für jedes Signal von der Signalausgabeleitung 103.
• Zuerst wird, wenn das Hochpegel-Signal φh1 vom Schieberegister ausgegeben wird, der Transistor T1 zum Einschalten veranlaßt. Dann erscheint ein im Ladungsspeicherungskondensator C1 gespeichertes Signal der fotoelektrischen Umwandlungszelle S1 auf der Signalausgabeleitung 103 und wird über die Schaltvorrichtung 107 und den Verstärker 105 wie vorstehend beschrieben zum Ausgabeanschluß 106 ausgelesen.
• Darauf folgend wird das Signal φr2 hochpegelig gemacht, um den Transistor Tr zum Einschalten zu veranlassen. Somit wird restliche Ladung auf der Signalausgabeleitung 103 über den Transistor Tr entfernt, um einen Auffrischungsvorgang zu bewirken.
• Danach werden Hochpegel-Signale φh2 bis φhn sequentiell auf ähnliche Weise wie vorstehend beschrieben ausgegeben, um die Transistoren zum sequentiellen Einschalten zu veranlassen. Somit werden in den Ladungsspeicherungskondensatoren C2 bis Cn gespeicherte Signale sequentiell auf die Signalausgabeleitung 103 ausgegeben. Jedesmal, nachdem ein Signal zu der externen Schaltung ausgegeben wurde, wird das Signal φr2 hochpegelig gemacht, um die Signalausgabeleitung 103 aufzufrischen.
• Nachdem alle in den Ladungsspeicherungskondensatoren C1 bis Cn gespeicherten Signale zur externen Schaltung ausgelesen wurden, wird der vorstehend beschriebene Auffrischungsvorgang durchgeführt, und ähnliche Akkumulations- und Auslesevorgänge folgen.
• Während der Sensorzeilenblock 101 gelesen wird, ist die Schaltvorrichtung 107 eingeschaltet und die Schaltvorrichtung 108 ausgeschaltet. Umgekehrt, während der Sensorzeilenblock 102 gelesen wird, ist die Schaltvorrichtung 107 ausgeschaltet und die Schaltvorrichtung 108 eingeschaltet.
• Der Typ des Fotosensors ist nicht auf das vorstehende Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es können Fotosensoren wie Sensoren vom fotoleitenden Typ, Fotodioden und statische Induktions-Transistoren verwendet werden.
• Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer das obige Ausführungsbeispiel verwendenden Bildaufnahmevorrichtung zeigt. In diesem Fall ist es überflüssig zu erwähnen, daß eine Anzahl von Sensorzeilenblöcken vorgesehen ist und daß für jeden Sensorzeilenblock eine Schaltvorrichtung vorgesehen ist.
• Eine Bildaufnahmevorrichtung 301 in der Figur hat einen ähnlichen Aufbau wie der des obigen Ausführungsbeispiels. Das Ausgangssignal Vo hiervon wird, eine Verstärkungseinstellung einschließend, durch eine Signalverarbeitungsschaltung 302 verarbeitet, um es als Standard-Fernsehsignal in der Form eines NTSC-Signals oder dergleichen auszugeben.
• Von einem Treiber 303, der durch eine Steuereinheit 304 gesteuert wird, werden verschiedene Typen von Impulsen zum Ansteuern der Bildaufnahmevorrichtung 301 geliefert. Die Steuereinheit 304 stellt eine Verstärkung und dergleichen der Signalverarbeitungseinheit 302 in Übereinstimmung mit einem Ausgang der Bildaufnahmevorrichtung ein und stellt die auf die Bildaufnahmevorrichtung 301 einfallende Lichtmenge durch Steuern einer Belichtungssteuereinheit 305 ein.
• Wie im Detail beschrieben, wird jede Signalausgabeleitung des fotoelektrischen Wandlers des vorstehenden Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung über eine Schaltvorrichtung an den Ausgabeanschluß gekoppelt. Deshalb ist eine Leitungskapazität auf der Signalausgabeleitung, von welcher ein Signal über eine geschlossene Schaltvorrichtung ausgegeben wird, durch Öffnen der Schaltvorrichtungen in den anderen Signalausgabeleitungen im Vergleich zur herkömmlichen Leitungskapazität stark reduziert. Somit ist es möglich, die Verringerung des Pegels eines von der Signalausgabeleitung ausgegebenen Signals zu vermeiden.
• Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen detailliert beschrieben.
• Fig. 5 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel des fotoelektrischen Umwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• In diesem Ausführungsbeispiel sind Sensorzeilenblöcke 101 und 102 mit jeweils einer Vielzahl von n Fotosensoren vorgesehen. Jeder Sensorzeilenblock soll hierbei eine solche Konzeption enthalten wie es ungerade/gerade Zeilen einer Sensorgruppe wie einem Flächensensor und wie es ungerade/gerade Fotosensoren in einer beliebigen Zeile repräsentieren und dergleichen. In diesem Ausführungsbeispiel sind zum Zwecke der leichteren Beschreibung zwei Sensorblöcke gezeigt.
• In der Figur sind n Ausgabeanschlüsse des Sensorzeilenblocks 101 mit Kondensatoren C11 bis C1n verbunden und über Transistoren T11 bis T1n gemeinsam mit einer Signalausgabeleitung 103 verbunden. Jeder Gate-Elektrode der Transistoren T11 bis T1n werden Impulse φ&sub1;&sub1; bis φ1n von einer Abtastschaltung 115 zugeführt. Eingangsanschlüssen a und b der Abtastschaltung 115 werden Impulse φ&sub3;&sub1; und φ&sub3;&sub2; zugeführt.
• Die Signalleitung 103 ist über Transistor Tr1 geerdet und über einen als Schaltvorrichtung dienenden Transistor 107 mit dem Eingabeanschluß eines Verstärkers 105 verbunden. Der Gate-Elektrode des Transistors Tr1 wird ein Impuls φc1 zugeführt, und der Gate-Elektrode des Transistors 107 wird ein Impuls φsr1 zugeführt.
• Der Sensorzeilenblock 102 ist auf ähnliche Weise aufgebaut. N Ausgabeanschlüsse des Sensorzeilenblocks 102 sind mit Kondensatoren C21 bis C2n verbunden und über Transistoren T21 bis T1n gemeinsam mit einer Signalausgabeleitung 104 verbunden. Jeder Gate-Elektrode von Transistor T21 bis T2n werden von einer Abtastschaltung 116 Impulse φ&sub2;&sub1; bis φ2n zugeführt. Eingangsanschlüssen a und b der Abtastschaltung 116 werden Impulse φ&sub3;&sub2; und φ&sub3;&sub1; zugeführt, entgegengesetzt wie im Fall der Abtastschaltung 115.
• Die Signalleitung 104 ist über Transistor Tr2 geerdet und über einen als Schaltvorrichtung dienende Transistor 108 mit dem Eingabeanschluß des Verstärkers 105 verbunden. Der Gate-Elektrode des Transistors Tr2 wird ein Impuls φc2 zugeführt, und der Gate-Elektrode des Transistors 108 wird ein Impuls φsr2 zugeführt.
• Der Betrieb der Abtastschaltungen 115 und 116 dieses Ausführungsbeispiels läuft wie folgt ab.
• Fig. 6 ist ein den Betrieb der Abtastschaltung illustrierender Zeitablaufplan.
• Die Abtastschaltungen 115 und 116 werden durch die Impulse φ&sub3;&sub1; und φ&sub3;&sub2; zweiphasig angesteuert. Mit der in Fig. 5 gezeigten Koppelung werden jeweils, wie im Zeitablaufplan gezeigt ist, die Impulse φ&sub1;&sub1; bis φ1n aus der Abtastschaltung 115 synchron mit dem Impuls φ&sub3;&sub1; ausgegeben, während die Impulse φ&sub2;&sub1; bis φ2n aus der Abtastschaltung 116 synchron mit dem Impuls φ&sub3;&sub2; ausgegeben werden. Deshalb können die Abtastschaltungen 115 und 116 basierend auf der zeitlichen Steuerung der Impulse φ&sub3;&sub1; und φ&sub3;&sub2; unabhängig oder alternierend mit gewünschten zeitlichen Steuerungen betrieben werden.
• Die vorstehend beschriebenen verschiedenen Impulse werden von einem Treiber 117 geliefert, welcher die Impulse unter einer mit einem Taktsignal von einem Oszillator 118 synchronen zeitlichen Steuerung ausgibt.
• In diesem Ausführungsbeispiel werden Transistoren 107 und 108 als Schaltvorrichtungen verwendet. Es können jedoch ähnlich dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel offensichtlich andere Vorrichtungen mit niedrigem Leitungswiderstand wie analoge Schalter verwendet werden.
• Es muß verstanden werden, daß die Erfindung den Aufbau einschließt, bei welchem drei oder mehr Sensorzeilenblöcke vorgesehen sind und die Signalausgabeleitungen über jeweilige Schaltvorrichtungen gemeinsam mit dem Eingabeanschluß des Verstärkers 109 verbunden sind.
• Als nächstes wird der Betrieb dieses Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben, welche einen Zeitablaufplan zeigt, der ein Beispiel der zeitlichen Steuerungen der vom Treiber 117 ausgegebenen Impulse illustriert.
• Gemäß der Figur werden zuerst ein Impuls φsr1 hochpegelig und ein Impuls φsr2 niederpegelig gemacht, um den Transistor 107 einzuschalten und den Transistor 108 auszuschalten.
• In diesem Zustand wird von der Abtastschaltung 115 Impuls φ&sub1;&sub1; ausgegeben, um den Transistor T11 einzuschalten. Somit wird ein Signal der ersten Zelle des Sensorzeilenblocks 101 vom Kondensator C11 auf die Signalausgabeleitung 103 und damit über den Transistor 107, den Verstärker 105 und den Ausgabeanschluß 106 in die externe Schaltung aufgenommen.
• Gleichzeitig mit dem Impuls φ&sub1;&sub1; wird Impuls φc2 hochpegelig gemacht, um den Transistor Tr2 einzuschalten, so daß restliche Ladung auf der Signalausgabeleitung 104 entfernt wird.
• Nachdem das Signal in der ersten Zelle des Sensorzeilenblocks 101 ausgegeben wurde, werden Impulse φsr1 und φsr2 zum niedrigen Pegel bzw. zum hohen Pegel invertiert, um den Transistor 107 auszuschalten und den Transistor 108 einzuschalten.
• In diesem Zustand wird aus der Abtastschaltung 116 Impuls φ&sub2;&sub1; ausgegeben, um den Transistor T21 einzuschalten. Dann wird ein Signal in der ersten Zelle des Sensorzeilenblocks 102 vom Kondensator C21 auf die Signalausgabeleitung 104 und damit über den Transistor 108 und den Verstärker 105 in die externe Schaltung aufgenommen.
• Gleichzeitig mit dem Impuls φ&sub2;&sub1; wird der Impuls φc1 hochpegelig gemacht, um den Transistor Tr1 einzuschalten und den Rest der beim vorhergehenden Signal vorhandenen Ladung auf der Signalausgabeleitung 103 zu entfernen.
• Danach werden auf ähnliche Art wie zuvor Signale von den Sensoren in den Sensorzeilenblöcken 101 und 102 alternierend und sequentiell im Ansprechen auf die Impulse φ&sub1;&sub2; bis φ1n von der Abtastschaltung 115 und auf die Impulse φ&sub2;&sub2; bis φ2n von der Abtastschaltung 116 zur externen Schaltung ausgegeben.
• Es ist anzumerken, daß die Leitungskapazität einer Signalausgabeleitung, von welcher ein Signal gelesen wird, im wesentlichen die Leitungskapazität Cw der Leitung selbst ist, weil einer der Transistoren 107 und 108, von welchem das Signal nicht gelesen wird, ausgeschaltet wird. Durch Setzen jeder Kapazität C der Kondensatoren C11 bis C1n und C21 bis C2n ausreichend größer als Cw ist es somit möglich, ein Signal von einer Zelle zu lesen, ohne dessen Signalpegel stark zu reduzieren.
• Ferner kann, da für jeden Sensorzeilenblock 101 und 102 jeweilige Abtastschaltungen 115 und 116 vorgesehen sind, die Abtastschaltung mit einer niedrigeren, n Fotosensoren entsprechenden Betriebsfrequenz betrieben werden, obwohl 2n Fotosensoren verwendet werden, was somit zu einem hohen Grad an Freiheit im Entwurf führt.
• Wie aus der vorstehenden detaillierten Beschreibung der die vorliegende Erfindung verkörpernden fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung ersichtlich ist, ist eine mehrfache Anzahl von Auswählvorrichtungen zum Auswählen von Fotosensoren in Sensorzeilenblöcken vorgesehen. Selbst wenn für eine große Anzahl von Fotosensoren ein Hochfrequenzbetrieb erforderlich ist, kann deshalb die Auswählvorrichtung bei einer niedrigeren Frequenz betrieben werden, was einen hohen Grad an Freiheit beim Schaltungsentwurf, Maskenentwurf für Halbleitervorrichtungen und dergleichen zur Folge hat.
• Ferner wird jede Signalausgabeleitung über eine Schaltvorrichtung mit dem Signalausgabeanschluß verbunden. Während der Aufnahme eines Signal von einer Signalausgabeleitung wird die Schaltvorrichtung für diese Leitung geschlossen, wohingegen die Schaltvorrichtungen für die anderen Leitungen geöffnet sind. Deshalb ist es möglich, die Verringerung des Pegels eines von der Signalausgabeleitung aufgenommenen Signals zu verhindern und leicht eine Hochauflösungs- und Hochausgangs- Bildaufnahmevorrichtung zu realisieren.
• Es wird auf die europäische Teilungsanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer EP-A-0 593 139 aufmerksam gemacht.

Claims (10)

1. Fotoelektrische Umwandlungsvorrichtung enthaltend:

eine Vielzahl von Sensorblöcken (101, 102), von denen jeder eine Vielzahl von fotoelektrischen Umwandlungszellen hat;

eine Schaltvorrichtung (107, 108) zum Zuführen von aus den Sensorblöcken ausgelesenen Signalen zu einem gemeinsamen Ausgabeanschluß (106); und

eine Auslesesteuervorrichtung (303, 304; 117) zum Steuern der Schaltvorrichtung und zum Steuern des Auslesens von Signalen aus den Sensorblöcken,

dadurch gekennzeichnet, daß die Auslesesteuervorrichtung eine Betriebsart hat, in welcher sie das Auslesen der Signale von den Sensorblöcken wechselweise steuert, wobei die in aufeinanderfolgenden Durchgängen ausgelesenen Signale von verschiedenen Sensorblöcken stammen, um pro Durchgang ein Signal von einer fotoelektrischen Umwandlungszelle zu liefern, und die Schaltvorrichtung steuert, um die Signale von den Sensorblöcken wechselweise dem gemeinsamen Ausgabeanschluß zuzuführen, wobei die in aufeinanderfolgenden Durchgängen zugeführten Signale von verschiedenen Sensorblöcken stammen, wobei die Schaltvorrichtung pro Durchgang ein Signal von einer fotoelektrischen Umwandlungszelle zuführt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die dem gemeinsamen Ausgabeanschluß (106) zugeführten Signale durch eine gemeinsame Verstärkungsvorrichtung (105) verstärkt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, ferner aufweisend eine Kondensatorvorrichtung (C) zum vorübergehenden Speichern eines von einem Sensorblock (101, 102) ausgelesenen Signals.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der jede fotoelektrische Umwandlungszelle einen bipolaren Transistor aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der jeder Sensorblock eine Ausgabeleitung (103, 104) mit einer Kapazität (CW1, CW2) hat.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Schaltvorrichtung (107, 108) zwischen den Ausgabeleitungen (103, 104) und dem gemeinsamen Ausgabeanschluß (106) gekoppelt und so eingerichtet ist, daß, wenn die Schaltvorrichtung ein von einem Sensorblock (101, 102) ausgelesenes Signal dem Ausgabeanschluß (106) zuführt, die Ausgabeleitung (103, 104) dieses Sensorblocks zum Ausgabeanschluß (106) gekoppelt und von der Ausgabeleitung eines anderen Sensorblocks isoliert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, ferner aufweisend eine Rücksetzvorrichtung (Tr) zum Rücksetzen der gemeinsamen Ausgabeleitungen.

8. Verfahren zum Betreiben einer fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung, welche eine Vielzahl von Sensorblöcken (101, 102), von denen jeder eine Vielzahl von fotoelektrischen Umwandlungszellen aufweist, und eine Schaltvorrichtung (107, 108) zum Zuführen von von den Sensorblöcken ausgelesenen Signalen zu einem gemeinsamen Ausgabeanschluß (106) aufweist,

wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch

wechselweises Auslesen von Signalen aus den Sensorblöcken, wobei die in aufeinanderfolgenden Durchgängen ausgelesenen Signale von verschiedenen Sensorblöcken stammen, um pro Durchgang ein Signal von einer fotoelektrischen Umwandlungszelle zu liefern, und Schalten der Schaltvorrichtung, um die Signale von den Sensorblöcken wechselweise dem gemeinsamen Ausgabeanschluß zuzuführen, wobei die in aufeinanderfolgenden Durchgängen zugeführten Signale von verschiedenen Sensorblöcken stammen, wobei die Schaltvorrichtung pro Durchgang ein Signal von einer fotoelektrischen Umwandlungszelle liefert.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die fotoelektrische Umwandlungsvorrichtung erste und zweite Sensorblöcke aufweist und die Signale alternierend ausgelesen werden, eines von jedem der ersten und zweiten Sensorblöcke.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem jeder Sensorblock (101, 102) eine Ausgabeleitung (103, 104) hat, ein Signal von einem ersten Sensorblock während einer ersten Periode ausgelesen wird, und während einer zweiten Periode die Ausgabeleitung des ersten Sensorblocks zurückgesetzt und ein Signal von einem zweiten Sensorblock ausgelesen wird.