DE3752385T2

DE3752385T2 - Festkörperbildaufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE3752385T2
Application number: DE3752385T
Authority: DE
Inventors: Seiji Ohta-ku Hashimoto; Tsueno Ohta-ku Suzuki; Hayao Ohta-ku Ohzu; Tadanori Ohta-ku Harada
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1987-09-16
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2007-09-17
Also published as: DE3752354D1; EP0741493A2; EP0260954B1; EP0741493A3; EP1178673B1; US5331421A; DE3752385D1; DE3752018T2; DE3752018D1; EP0260954A2; EP1178673A2; EP0260954A3; EP0741493B1; US4914519A; EP1178673A3; DE3752354T2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Festkörper-Bildaufnahmegerät zum wahlweisen Auslesen einer Vielzahl von Sensorsignalen und insbesondere ein Festkörper-Bildaufnahmegerät, das ungewollte Anteile wie Abweichungen bei Dunkelsignalen und Ansteuerstörungen entfernen kann.
Verwandter Stand der Technik
1A zeigt ein Blockschaltbild eines bekannten Festkörper-Bildaufnahmegeräts.
Gemäß 1A werden Signale aus Sensoren S1 bis Sn jeweils durch Verstärker A1 bis An verstärkt und Transistoren T1 bis Tn aufeinanderfolgend eingeschaltet. An der Ausgangsleitung tritt ein Punktfolge-Ausgangssignal bzw. Punktfolgesignal auf. Das Punktfolgesignal wird durch einen Pufferverstärker 102 verstärkt, wobei das sich ergebene Signal als ein Ausgangssignal Vout auftritt.
Bei dem vorstehend beschriebenen bekannten Bildaufnahmegerät sind Abweichungen bei Übertragungseigenschaften der Verstärker A1 bis An in den Sensorsignalen enthalten, die das auf der Ausgangsleitung 101 auftretende Punktfolgesignal bilden. Folglich tritt unerwünscht eine Störung mit festem Muster auf.
1B zeigt eine schematische Anordnung einer anderen bekannten photoelektrischen Wandlervorrichtung. Gemäß 1B werden aus den Photosensoren S1 bis Sn ausgelesene Signale zeitweilig in Speicherkondensatoren C1 bis Cn gespeichert. Transistoren T1 bis Tn werden aufeinanderfolgend bei Zeitverläufen einer Abtastschaltung SH eingeschaltet, wobei die ausgelesenen Signale aufeinanderfolgend auf einer Ausgangsleitung 101 auftreten und über einen Verstärker 102 an eine externe Einrichtung ausgegeben werden.
Bei der vorstehend beschriebenen photoelektrischen Wandlervorrichtung sind jedoch ungewollte Anteile wie Dunkelsignale und eine Ansteuerstörung des Photosensors enthalten.
Die Ansteuerstörung ist als die Störung definiert, die bei Ansteuerung eines Photosensors zum Auslesen eines Signals erzeugt wird. Bei den Ansteuerstöranteilen handelt es sich um eine Störung aufgrund von Herstellungsabweichungen wie Elementformen und Verschmutzungen, die durch eine Elementisolation verursacht werden und von der Menge der Strahlung abhängen.
Das Dunkelsignal ist als Dunkelstrom eines Photosensors definiert und hängt stark von der Speicherzeit und der Temperatur des Photosensors ab.
Diese Ansteuerstörung ist nachstehend näher beschrieben. Abweichungen bei dem Ansteuerungskapazität eines Ansteuerelements zur Ansteuerung eines photoelektrischen Wandlerelements und Abweichungen in der Kapazität eines photoelektrischen Wandlerelements verursachen Abweichungen in dem Verlustanteil (Leckanteil) der Ansteuerimpulse. Diese Abweichungsanteile bilden ein Informationssignal, das dem gewünschten photoelektrischen Wandlersignal überlagert ist, und werden ausgelesen. Der Grund für die Erzeugung einer Ansteuerstörung ist nachstehend beschrieben.
1C zeigt eine schematische Ansicht eines in der JP-A-12 764/1985 beschriebenen photoelektrischen Wandlerelements, wobei 1D Zeitverläufe von Ansteuerimpulsen zur Ansteuerung des in 1C gezeigten photoelektrischen Wandlerelements und 1E ein Diagramm zeigen, das das Basispotential des photoelektrischen Wandlerelements darstellt.
Gemäß auf 1C weist das photoelektrische Wandlerelement einen bipolaren Transistor B einer Basisspeicherbauart auf, einen Ansteuerkondensator Cox zum Betreiben des Transistors B in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung im Ansprechen auf einen Ansteuerimpuls ⌀r und einen Wiederauffrischungstransistor Qr. Der Transistor B weist Sperrschichtkapazitäten Cbc und Cbe auf. Es sei bemerkt, dass nachstehend Cox, Cbc und Cbe je nach Bedarf als Kapazitäten oder Kondensatoren bezeichnet sind. Die Kapazitäten Cox, Cbc und Cbe werden zum Erhalt einer Ladungsspeicherkapazität Ctot addiert.
Die Funktion des photoelektrischen Wandlerelements ist nachstehend beschrieben.
Es sei angenommen, dass ein Anfangswert eines Basispotentials als V0 gegeben ist. Wenn der Ansteuerimpuls ⌀r zu einem Zeitpunkt t1 auf ein Potential V⌀r eingestellt wird, wird über den Ansteuerkondensator Cox ein Spannung Va an die Basis des Transistors B angelegt. In diesem Fall kann die Spannung Va wie nachstehend dargestellt werden: Va = Cox/(Cox + Cbc + Cbe) × V⌀r = (Cox/Ctot) × V⌀r (1)
Wenn der Wiederauffrischungsimpuls ⌀rh zu einem Zeitpunkt t2 auf ein hohes Potential eingestellt wird, wird der Transistor Qr eingeschaltet.
Wenn der Transistor B in Vorwärtsrichtung betrieben wird, verringert sich das Basispotential abrupt. Ein Zeitintervall TC zwischen dem Zeitpunkt t2 und einem Zeitpunkt t3 ist ein sogenanntes Wiederauffrischungs-Zeitintervall.
Der Ansteuerimpuls ⌀r wird bei dem Zeitpunkt t3 auf Null eingestellt, wobei eine Spannung –Va zu der Basisspannung VB derart hinzuaddiert wird, dass die Basisspannung VB auf V2 eingestellt ist. Dieser Zustand des Betreibens in Rückwärtsrichtung ist der Speicherzustand (Akkumulationszustand).
Die vorstehende Beschreibung ist auf ein photoelektrisches Wandlerelement beschränkt. Jedoch weist ein Sensor in Zeilen- oder Flächenanordnung eine große Anzahl photoelektrischer Wandlerelemente auf. Die Kapazitäten der Kondensatoren Cox, Cbc und Cbe weichen bei einer großen Anzahl photoelektrischer Wandlerelemente um einige Bruchteile von einem Prozent voneinander ab. Beispielsweise beträgt, falls die folgenden Bedingungen gegeben sind: Cox = Cbc = Cbe ≈ 0,014 pF und V⌀r = 5 V,wobei die Kapazitätsabweichung 0,2% beträgt, und dann die Abweichung ΔVa bei der Kapazitäts-Teilspannung etwa 3 mV beträgt.
Die Abweichung ΔVa kann durch eine Wiederauffrischung verringert werden. Jedoch tritt, wenn die Wiederauffrischungsbetriebsart wieder zu einer Speicherbetriebsart (Zeitpunkt t3) verändert wird, wieder eine Abweichung auf, so dass ein ΔVb erzeugt wird. Die Abweichung ΔVb erfüllt nicht die Bedingung ΔVb = –ΔVa, wobei Testergebnissen zufolge keine Korrelation (Wechselbeziehung) dazwischen stabilisiert werden kann.
Es wird angenommen, dass die vorstehend beschriebene Tatsache aufgrund der unterschiedlichen Vorspannungsabhängigkeiten von Cbc und Cbe auftreten.
Bei dem nächsten Lesezyklus, wenn der Transistor B in Vorwärtsrichtung betrieben ist, beträgt die Abweichung bei dessen Basispotential angenähert wie nachstehend beschrieben: ΔV2 ≈ ΔVa2 + ΔVb2 + 2KΔVaΔVb, (2)wobei K –1 oder mehr beträgt. Folglich wird die Abweichung ΔV zu einer ständigen Ansteuerstörung von etwa 4 bis 5 mV.
Die Abweichung in dem (nachstehend als Ansteuerstörung bezeichneten) Verlustanteil eines derartigen Ansteuerimpulses wird gemäß der bekannten Technik beseitigt, gemäß der die vorstehend beschriebene Ansteuerstörung in einer Speichereinrichtung gespeichert wird sowie ausgelesen und von dem aus dem Sensor ausgelesenen Signal zum Erhalt eines wahren Informationssignal subtrahiert wird.
Die vorstehend beschriebene bekannte Ansteuerstörungskorrekturtechnik führt zu einem unhandlichen, teuren photoelektrischen Wandlerelement.
Genauer erfordert ein Flächensensor in dem Fall, dass die Anzahl der in horizontaler Richtung und in vertikaler Richtung angeordneten Elemente jeweils 500 beträgt, 250.000 in einer Matrixform angeordnete photoelektrische Elemente. Zusätzlich ist, wenn ebenfalls die Auflösung des Sensors in Betracht gezogen wird, eine Speicher mit einigen Megabits erforderlich.
Die ungewollten Signale wie die Ansteuerstörung und das Dunkelsignal stellen ernsthafte Probleme dar, wenn ein Bild eines dunklen Objekts beispielsweise eines bei einer niedrigen Intensität aufgenommenen Bildes aufgenommen werden soll. Bei der Betriebsart zur Aufnahme von Bildern niedriger Intensität ist der Informationssignalpegel niedrig und dementsprechend ist das Signal/Rauschverhältnis verschlechtert. Folglich ist die Bildqualität verschlechtert. Zur Verbesserung der Bildqualität müssen ungewollte Signale verringert werden.
Wie es vorstehend beschrieben ist, hängt jedoch das Dunkelsignal hauptsächlich von der Temperatur und der Ladungsspeicherzeit ab, wohingegen die Ansteuerstörung kaum davon abhängt. Falls ungewollte Signale zu entfernen sind, muss das Dunkelsignal von der Ansteuerstörung getrennt werden sowie ein Korrekturkoeffizient bestimmt werden, wobei somit ein Speicher mit großer Kapazität erforderlich ist. Folglich ist die Signalverarbeitung kompliziert und kostspielig und wird ein Bildaufnahmegerät unerwünscht groß.
Die US-A-4 600 843 (und EP-A-0 108 308) offenbart eine Anordnung, bei der eine Vielzahl von Photodioden jeweils über eine Vielzahl von Schaltern mit einer gemeinsamen Ausgangsleitung verbunden sind. Im Betrieb wird jede Photodiode zweimal aufeinanderfolgend ausgelesen. Die Ausgangsleitung wird zwischen den zwei Zeitpunkten gelöscht, zu denen die Photodiode ausgelesen wird. Es sei bemerkt, dass die Photodiode entladen wird, wenn sie zunächst ausgelesen wird, so dass das erste Signal ein Lichtinformationssignal und das zweite Signal ein Störsignal ist. Wenn jedes Signal gelesen wird, wird es zu einem Anschluss eines Differenzverstärkers ausgegeben. Zusätzlich wird das erste Signal in eine Abtast-Halteschaltung eingegeben, deren Ausgang mit dem anderen Eingang des Differenzverstärkers derart verbunden ist, dass, wenn das zweite Signal ausgelesen wird, der Differenzverstärker die Differenz zwischen den beiden Signalen ausgibt, wodurch das Störsignal aus dem Lichtinformationssignal entfernt wird.
Die US-A-4584607 offenbart eine Anordnung, bei der eine Vielzahl von Fotodioden in zwei Gruppen unterteilt sind. Jeweils ein Verstärker ist für jede Gruppe vorgesehen, und die Fotodioden jeder Gruppe sind gemeinsam mit einer Schalteinrichtung mit dem jeweiligen Verstärker verbunden. Ein Signalstrom, dem eine Lichtausstrahlung nachfolgt, wird aus einer Fotodiode aus einer Gruppe gelesen, während ein Dunkelstrom aus einer Fotodiode der anderen Gruppe gelesen wird. Diese Ströme werden durch die jeweiligen Verstärker verstärkt und einem Differentialverstärker zugeführt. Der Differentialverstärker stellt eine Differenz zwischen dem der Lichtausstrahlung aus einer Diode nachfolgenden Signal und dem Dunkelstromsignal aus der anderen Fotodiode bereit. Bei einer alternativen Anordnung sind alle Fotodioden angeschlossen, um Ausgänge zu demselben Verstärker zuzuführen, und in schneller Aufeinanderfolge wird eine Fotodiode zweimal ausgelesen, so dass das erste Auslesen eines Stromsignals entsprechend der Lichtausstrahlung bereitgestellt wird, und bei dem Auslesen ein Dunkelstromsignal bereitgestellt wird. Die ersten und zweiten Stromsignale gelangen daraufhin durch den gemeinsamen Verstärker und werden in jeweiligen Integrieren integriert. Die Ströme werden durch Ausleseimpulse mit der gleichen Impulsbreite bereitgestellt, und nach dem Ende des zweiten Auslesens werden die Integriererausgänge jeweiligen Eingängen eines Differentialverstärkers bereitgestellt, um ein Ausgangssignal zu erhalten, aus dem der Dunkelstrom entfernt worden ist.
Die US-A-4079423 schlägt eine Ladungsinjektionsvorrichtungs-Abbildungsvorrichtung vor, bei der jede Reihe in herkömmlicher destruktiver Weise ausgelesen wird und unmittelbar vor Erfassung einer Ladung erneut gelesen wird, die durch ein erneutes Bild induziert wird. Der Ausgang jedes Auslesens aus der Reihe gelangt durch Verarbeitungsschaltungen und gelangt dann direkt zu einem Eingang eines Differentialverstärkers und gelangt ebenfalls zu dem anderen Eingang des Differentialverstärkers über eine Ein-Zeilen-Verzögerungsschaltung. Folglich gibt der Differentialverstärker die Differenz zwischen den zwei Auslesungen aus der Reihe der Abbildungsvorrichtung aus, wodurch die durch das zweite Lesen der Reihe unmittelbar vor dem vorhergehenden destruktiven Auslesen dargestellten Störung (Rauschen) entfernt wird. Zwischen der Abbildungsvorrichtung und dem Differentialverstärker gelangen beide Auslesungen aus jeder Reihe der Abbildungsvorrichtung durch dieselben Verarbeitungsschaltungen, die Verstärker, Filter und eine Anordnung zum Addieren und Subtrahieren von Signalen von benachbarten Spalten umfassen, um das Signal-Störungs-Verhältnis zu verbessern.
Die EP-A-0 232 593 schlägt eine Anordnung vor, bei der es eine regelmäßige Anordnung von Fotosensorzellen und eine Anordnung zum Lesen eines Lichtausstrahlungssignals aus jeder Zelle und ebenfalls eines Dunkelspannungssignals aus jeder Zelle gibt. Die Lichtausstrahlungssignale aus allen Zellen werden einer gemeinsamen Ausgangsleitung zugeführt, und die Dunkelspannungssignale aus allen Zellen werden einer zweiten gemeinsamen Ausgangsleitung zugeführt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist jede Ausgangsleistung einen jeweiligen Ausgangsverstärker auf, der zu einem jeweiligen Ausgangsanschluss führt, so dass ein Anschluss eine Folge von Lichtausstrahlungssignalen bereitstellt und der andere Anschluss eine Folge von Dunkelspannungssignalen bereitstellt. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel sind die zwei Ausgangsleitungen mit jeweiligen Eingängen eines Differenzverstärkers verbunden, um einen Ausgang bereitzustellen, der die tatsächlichen Lichtinformationen wiedergibt, aus denen die Dunkelspannungskomponenten entfernt worden sind.
Die JP-A-60-69969 offenbart eine Anordnung, bei der jede aus einer regelmäßigen Anordnung von Fotodioden eine nach der anderen über einen jeweiligen Vorverstärker auf eine gemeinsame erste Ausgangsleitung ausgelesen wird, die mit einer Abtast-Halte-Schaltung verbunden ist. Gleichzeitig mit dem Auslesen aus einer Fotodiode über ihren Vorverstärker auf die erste Ausgangsleistung ist der Eingang des Vorverstärkers der vorhergehenden Fotodiode geerdet, während dessen Ausgang mit einer gemeinsamen zweiten Ausgangsleistung verbunden wird. Die Abtast-Halte-Schaltung und die zweite Ausgangsleistung werden einem Differentialverstärker zugeführt, um das Fotodiodensignal zu erhalten, bei dem die Versatzspannung des Vorverstärkers entfernt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Bildaufnahmegerät bereitgestellt, wie es in Patentanspruch 1 dargelegt ist. Optionale Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sollen Variationen in den elektrischen Eigenschaften einer Vielzahl von Verstärkern kompensiert werden, die für die Sensorzellen angeordnet sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Festkörperbildaufnahmegerät mit einer Auswahleinrichtung zum Auswählen einer Vielzahl von Sensorsignalen über entsprechende Verstärker bereitgestellt, das eine Verarbeitungsschaltung zur Berechnung einer Differenz zwischen dem ausgewählten Sensorsignal und einem Referenzsignal aufweist, das durch denselben Verstärker wie das ausgewählte Sensorsignal ausgewählt wird.
Das durch die Auswahleinrichtung ausgewählte Sensorsignal weist daher einen Störanteil (Störkomponente) auf, der durch Variationen in den Verstärkereigenschaften verursacht wird, da das Sensorsignal durch den entsprechenden Verstärker verstärkt wird. Aus diesem Grund wird das Referenzsignal durch denselben Verstärker ausgewählt, der das Sensorsignal verstärkt hat, so dass das Verstärkerrauschen (Verstärkerstörungen) auch dem Referenzsignal überlagert wird. Eine Differenz zwischen dem ausgewählten Sensorsignal und dem ausgewählten Referenzsignal wird berechnet, um den Störanteil zu beseitigen.
Als photoelektrisches Wandlerelement kann ein Photosensor einer MOS-Bauart, einer elektrostatischen Induktionsbauart oder einer Basisspeicherbauart verwendet werden.
Die "Wiederauffrischung" des photoelektrischen Wandlerelements bedeutet ein Löschen der optischen Informationen des photoelektrischen Wandlerelements. Bei einigen Photosensoren werden optischen Informationen gleichzeitig mit dem Auslesen der Informationen gelöscht. Jedoch werden bei einigen Photosensoren optische Informationen selbst nach dem Auslesen der Informationen in einem ungelöschten Zustand gehalten.
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1A zeigt ein schematisches Schaltbild eines bekannten Festkörper-Bildaufnahmegeräts,
1B zeigt eine schematische Darstellung eines anderen bekannten Festkörper-Bildaufnahmegeräts,
1C bis 1E zeigen Darstellungen zur Erläuterung des Prinzips der Erzeugung einer Ansteuerstörung eines photoelektrischen Wandlerelements,
2A und 2B zeigen schematisches Schaltbilder eines Festkörper-Bildaufnahmegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 zeigt ein Schaltbild einer Anordnung von Schaltern SW1 bis SWn in dem Gerät gemäß 2A,
4A zeigt ein Schaltbild einer weiteren Anordnung einer Differenzverarbeitungsschaltung in dem Gerät gemäß 2A,
4B zeigt Zeitverläufe zur Erläuterung der Funktion der in 4A gezeigten Differenzverarbeitungsschaltung,
5 zeigt ein Blockschaltbild eines Bildaufnahmesystems, das das Gerät (gemäß jedem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel) als Bildaufnahmeeinrichtung verwendet,
6A zeigt eine schematische Schnittansicht einer in den JP-A-12 759/1985 bis JP-A-12 765/195 beschriebenen photoelektrischen Wandlerzelle,
6B zeigt deren Ersatzschaltbild,
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.
2A zeigt ein schematisches Schaltbild eines Festkörper-Bildaufnahmegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gemäß 2A sind Schalter SW1 bis SWn zur Auswahl entsprechender Eingangssignale im Ansprechen auf Impulse ⌀c1 bis ⌀cn angeordnet. Die Schalter SW1 bis SWn empfangen jeweils Sensorsignale S1 bis Sn aus in einer Zeile oder in einer Matrixform angeordneten Photosensoren S1 bis Sn. Die Schalter SW1 bis SWn empfangen außerdem jeweils Signale E aus Referenzsignalquellen E.
Die Ausgangsanschlüsse der Schalter SW1 bis SWn sind jeweils mit Verstärker A1 bis An verbunden. Die Ausgangsanschlüsse der Verstärker A1 bis An sind über entsprechende Transistoren T1 bis Tn mit einer Ausgangsleitung 101 verbunden. Impulse ⌀1 bis ⌀n aus einer Abtastschaltung SH wie einem Schieberegister werden jeweils den Gateelektroden der Transistoren T1 bis Tn zugeführt. Die Transistoren T1 bis Tn werden im Ansprechen auf die Impulse ⌀1 bis ⌀n eingeschaltet.
Die Ausgangsleitung 101 ist über einen Transistor 103 geerdet. Ein Impuls Ohrs wird an die Gateelektrode des Transistors 103 angelegt. Die Ausgangsleitung 101 ist außerdem mit einer Differenzverarbeitungsschaltung 1 verbunden. Ein Ausgangssignal Vout, das frei von Störanteilen ist, wird aus der Differenzverarbeitungsschaltung 1 ausgegeben.
In der Differenzverarbeitungsschaltung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Ausgangsseite 101 mit einem Verstärker 11 verbunden. Die Eingangsanschlüsse von Abtast-Halte-Schaltungen S/H-Schaltungen 12 und 13 sind mit dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 11 verbunden. Impulse ϕh1 und ϕh2 als Steuerungssignale werden jeweils den Abtast-Halte-Schaltungen 12 und 13 zugeführt, so dass die Abtast-Halte-Schaltungen 12 und 13 die Eingänge zu den Eingabezeitpunkten dieser Impulse jeweils halten. Die Ausgangsanschlüsse der Abtast-Halte-Schaltungen 12 und 13 sind jeweils mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss und dem invertierenden Eingangsanschluss eines Differenzverstärkers 14 verbunden. Das Ausgangssignal Vout wird aus dem Differenzverstärker 14 ausgegeben.
Nachstehend ist der Betrieb gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wenn bei Betätigung des Schalters SW1 das Referenzsignal E in den Verstärker A1 eingegeben wird, wird das Referenzsignal E durch den Verstärker A1 verstärkt, wobei ein verstärktes Signal E1' zu dem Transistor T1 ausgegeben wird. In diesem Fall bleibt lediglich der Transistor T1 im Ansprechen auf den Impuls ⌀1 eingeschaltet, wobei alle anderen Transistoren T2 bis Tn ausgeschaltet bleiben. Das Referenzsignal E1' wird durch den Transistor T1 ausgewählt und erscheint auf der Ausgangsleitung 101. Das Referenzsignal E1' wird in der Abtast-Halte-Schaltung 12 gehalten, nachdem es durch den Verstärker 11 gelangt ist. Genauer wird der Impuls ϕh1 der Abtast-Halte-Schaltung 12 zugeführt, wenn diese das Referenzsignal G1' hält.
Bei dem durch die Abtast-Halteschaltung 12 gehaltenen Referenzsignal E1' handelt es sich um ein Signal, das Abweicheigenschaften bzw. Variationseigenschaften des Verstärkers A1, d.h. ein Signal mit einem Störanteil N1 wiedergibt, das zu einer festen periodische Störung wird. Anders ausgedrückt ist E1' = E + N1.
Darauffolgend wird der Transistor 103 im Ansprechen auf den Impuls Ohrs zur Entfernung der auf der Ausgangsleitung verbliebenen Ladung eingeschaltet. Ein Ausgangssignal aus dem Sensor S1 wird über den Schalter SW1 in den Verstärker A1 eingegeben. In derselben Weise wie vorstehend beschrieben tritt ein durch den Verstärker A1 verstärktes Sensorsignal S1' über den eingeschalteten Transistor T1 auf der Ausgangsleitung 101 auf und wird durch die Abtast-Halteschaltung 13 gehalten, nachdem es durch den Verstärker 11 gelangt ist.
Das durch die Abtast-Halteschaltung 13 gehaltene Sensorsignal S1' gibt ebenfalls Abweicheigenschaften (Abweichcharakteristiken), d.h. ein Signal mit dem Störanteil N1 (S1' = S1 + N1) wieder.
Wenn das Referenzsignal E1' und das Sensorsignal S1' jeweils durch die Abtast-Halte-Schaltungen 12 und 13 gehalten werden, werden die Signale S1' und E1' dem Differenzverstärker 14 hinzugeführt. Der Ausgang Vout aus dem Differentialverstärker 14 ist eine Differenz (S1' – E1') zwischen dem Sensorsignal S1' und dem Referenzsignal E1', wodurch ein Signal (S1 – E) erhalten wird, das frei von dem Störanteil N1 ist. In diesem Fall stellt das Referenzsignal E den Referenzpegel des Sensorsignals S1 dar, so dass E = 0 erstellt wird. Daher ist das Ausgangssignal Vout das Sensorsignal S1, bevor es dem Einfluss des Verstärkers A1 ausgesetzt wurde.
Wenn das Sensorsignal S1 in dieser Weise ausgegeben wird, wird die restliche Ladung auf der Ausgangsleitung 101 durch den Transistor 103 eliminiert. Zu den Zeitpunkten (Zeitverläufen, Zeiten) in derselben Weise wie vorstehend beschrieben werden die Sensorsignale S2 bis Sn ohne die Störanteile N2 bis Nn sequentiell aus dem Differentialverstärker 14 ausgegeben.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird das Referenzsignal E vor dem entsprechenden Sensorsignal ausgelesen. Jedoch kann jedes Sensorsignal vor dem Referenzsignal E ausgelesen werden.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird das Referenzsignal E1' und das Sensorsignal S1' in getrennten Abtast-Halte-Schaltungen jeweils gehalten. Jedoch kann eine der Abtast-Halte-Schaltungen entfallen, und kann der Ausgangsanschluss des Verstärkers 11 direkt mit dem Verstärker 14 (2B) verbunden werden. In diesem Fall wird ein Auslesesignal durch die Abtast-Halte-Schaltung 12 in Reaktion auf den Impuls ϕh1 gehalten, und das Ausgangssignal Vout wird aus dem Differentialverstärker 14 zu dem Lesezeitpunkt (Lesezeitverlauf) des anderen Auslesesignals ausgegeben.
3 zeigt ein Schaltbild einer Anordnung von Schaltern SW1 bis SWn in dem in 2A gezeigten Gerät.
Gemäß 3 wird ein Transistor 201 in Reaktion auf einen Impuls ϕt zum Speichern des Sensorsignals S1 in einem Kondensator C1 eingeschaltet. Darauffolgend wird ein Transistor 203 in Reaktion auf einen Impuls ϕcb eingeschaltet, um das Referenzsignal E zu dem Verstärker A1 auszugeben.
Wenn das Referenzsignal E1' wie vorstehend beschrieben gehalten wird, wird der Transistor 202 in Reaktion auf einen Impuls ϕca eingeschaltet, um das Sensorsignal S1 aus dem Kondensator C1 zu dem Verstärker A1 auszugeben.
Die Schalter SW2 bis SWn weisen dieselbe Anordnung wie diejenige des Schalters SW1 auf, und der Betrieb der Schalter SW2 bis SWn ist jeweils ebenfalls derselbe wie derjenige des Schalters SW1.
4A zeigt ein Schaltbild einer weiteren Anordnung der Differenzverarbeitungsschaltung in dem Gerät gemäß 2A, und 4B zeigt Zeitverläufe zur Beschreibung von dessen Betrieb.
Eine Differenzverarbeitung wird bei dieser Anordnung durch eine Klemmschaltung durchgeführt.
Gemäß 4A und 4B tritt das durch den Verstärker A1 verstärkte Referenzsignal auf der Ausgangsleitung 101 auf und wird es über einen Verstärker mit Transistoren 15 und 16 in eine Klemmschaltung eingegeben. Die Klemmschaltung weist in diesem Fall einen Kondensator 17 und einen Transistor 18 auf. Da der Transistor 18 der Klemmschaltung im Ansprechen auf einen Klemmimpuls ⌀s eingeschaltet bleibt, wird der Pegel des Referenzsignals E1' als Referenzpegel festgehalten. Folglich wird das Sensorsignal S1', das aufeinanderfolgend auf der Ausgangsleitung 101 auftritt, durch einen Verstärker aus den Transistoren 19 und 20 unter Verwendung des Referenzsignals E1' als Referenzpegel verstärkt. In derselben Wiese wie gemäß 1 wird das Ausgangssignal Vout durch Entfernen des Referenzsignals E1' von dem Sensorsignal S1' erhalten. Ähnlich wird der Klemmimpuls ⌀s bei einem Lesezeitpunkt des Referenzsignals E2' erzeugt, wobei die Sensorsignale S2 bis Sn ohne Störanteile aufeinanderfolgend ausgegeben werden.
5 zeigt eine schematische Anordnung eines Bildaufnahmesystems, das ein Bildaufnahmegerät gemäß den Ausführungsbeispielen als Bildaufnahmeeinrichtung verwendet.
Gemäß 5 weist eine Bildaufnahmeeinrichtung 601 ein Bildaufnahmegerät gemäß einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele auf. Die Verstärkung oder dergleichen des Ausgangssignals Vout wird durch eine Signalverarbeitungsschaltung 602 gesteuert, wobei das sich ergebende Signal als ein Videosignal ausgegeben wird.
Verschiedene Impulse ⌀ zur Ansteuerung der Bildaufnahmeeinrichtung 601 werden aus einer Ansteuereinrichtung 603 zugeführt. Die Ansteuereinrichtung 603 wird unter der Steuerung einer Steuereinheit 604 betrieben. Die Steuereinheit 604 steuert die Verstärkung oder dergleichen der Signalverarbeitungsschaltung 602 auf der Grundlage des Ausgangssignals aus der Bildaufnahmeeinrichtung 601 und steuert außerdem eine Belichtungssteuereinheit 605 zur Justierung einer auf die Bildaufnahmeeinrichtung 601 auffallende Lichtmenge.
Wie es vorstehend beschrieben ist, wird bei dem Festkörper-Bildaufnahmegerät gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Differenz zwischen dem ausgewählten Sensorsignal und dem ausgewählten Referenzsignal zum Erhalt eines Ausgangssignals ohne den Störanteilen berechnet. Deshalb können die von den Potentialabweichungen der Eingangs/Ausgangseigenschaften der Auswähleinrichtung abhängenden Abweichungen bei einem ausgelesenen Signal korrigiert werden. Die feste periodische Störung aufgrund der Abweichungen bei den Verstärkereigenschaften kann entfernt werden.
Nachstehend ist ein gemäß den 2A bis 5 verwendetes photoelektrisches Wandlerelement als ergänzende Erläuterung der 1C bis 1E beschrieben.
6A zeigt eine schematische Schnittansicht eines in den JP-A-12 759/1985 bis JP-A-12 765/1985 beschriebenen photoelektrischen Wandlerelements, wobei 6B ein Ersatzschaltbild der Zelle zeigt.
Gemäß 6A und 6B sind photoelektrische Wandlerzellen auf einem n⁺-Siliziumsubstrat 701 ausgebildet, wobei jede photoelektrische Wandlerzelle elektrisch von benachbarten photoelektrischen Wandlerzellen durch einen aus SiO₂, SiH₃N₄ oder Polysilizium hergestellten Elementisolationsbereich 702 ist.
Jede photoelektrische Wandlerzelle weist den nachstehend beschriebenen Aufbau auf.
Ein mit p-Typ-Störstellen dotierter p-Typ-Bereich 704 wird auf einem n^–-Bereich 703 durch eine Epitaxietechnik ausgebildet und weist eine geringe Störstellenkonzentration auf. Ein n⁺-Typ-Bereich 705 ist in dem p-Typ-Bereich durch eine Störstellendiffusion oder eine Ionenimplatation ausgebildet. Der p-Typ-Bereich 704 und der n⁺-Typ-Bereich dienen jeweils als Basis bzw. Emitter eines bipolaren Transistors.
Ein Oxidfilm 706 ist auf dem n^–-Typ-Bereich 703 ausgebildet, wobei eine Kondensatorelektrode 707 mit einem vorbestimmten Bereich auf dem Oxidfilm 706 ausgebildet ist. Die Kondensatorelektrode 707 liegt dem p-Typ-Bereich 704 über dem Oxidfilm 706 gegenüber und steuert ein Potential des p-Typ-Bereichs 704, der bei Anlegen einer Impulsspannung an die Kondensatorelektrode 707 sich auf keinem festgelegtem Potential befindet.
Zusätzlich sind eine Emitterelektrode 708 mit dem n⁺-Typ-Bereich 705 verbunden, ein n⁺-Typ-Bereich 711 mit einer hohen Störstellenkonzentration auf der unteren Oberfläche des Substrats 701 ausgebildet und eine Kollektorelektrode 712 zum Anlegen eines Potentials an den Kollektor des bipolaren Transistors ausgebildet.
Nachstehend ist die grundsätzliche Funktion der vorstehend beschriebenen Anordnung beschrieben. Es sei angenommen, dass der als Basis des bipolaren Transistors dienende p-Typ-Bereich 704 auf ein negatives Potential eingestellt wird. Auf die Seite des den p-Typ-Bereich 704 tragenden Transistors trifft Licht 713 auf. Löcher bei den bei Einstrahlung erzeugten Elektronen-Löcherpaaren werden in dem p-Typ-Bereich 704 gespeichert, wobei das Potential des p-Typ-Bereichs 704 durch die gespeicherten Löcher in die positive Richtung verschoben wird (Ladungsspeicherung bzw. Ladungsakkumulation).
Darauffolgend wird eine positive Lesespannung an die Kondensatorelektrode 707 angelegt, wobei ein einer Veränderung des Basispotentials während der Ladungsspeicherung entsprechendes Lesesignal aus der Emitterelektrode 708 ausgelesen wird, die auf keinem festgelegtem Potential liegt (Lesevorgang). Es sei bemerkt, dass die Menge der gespeicherten Ladung in dem als Basis des bipolaren Transistors dienenden p-Typ-Bereich 704 kaum verringert wird, so dass ein Lesezugriff wiederholt werden kann.
Zur Entfernung der Löcher aus dem p-Typ-Bereich 704 wird die Emitterelektrode 708 geerdet (an Masse gelegt), wobei ein Wiederauffrischungsimpuls einer positiven Spannung an die Kondensatorelektrode 708 angelegt wird. Bei Anlegen des Wiederauffrischungsimpulses wird der p-Typ-Bereich 704 bezüglich des n⁺-Bereichs 705 in Vorwärtsrichtung betrieben, wodurch die Löcher entfernt werden. Wenn der Wiederauffrischungsimpuls abfällt, stellt der p-Typ-Bereich 704 den Anfangszustand des negativen Potentials wieder her (Wiederauffrischungsvorgang). Eine Ladungsspeicherung, ein Lesezugriff und eine Wiederauffrischung werden wie vorstehend beschrieben wiederholt.
Der Basis-Akkumulations-Transistor ist ein Beispiel für das photoelektrische Wandlerelement. Jedoch können ebenfalls eine MOS- oder SIT-Bildaufnahmevorrichtung als photoelektrisches Wandlerelement verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf irgendeine spezifische Auslegung des Fotosensors begrenzt.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden eine Ansteuerstörung (Ansteuerungsrauschen) und das photoelektrische Wandlersignal in ein punktsequentielles Signal umgewandelt, wobei ein Klemmen (clamping) leicht durchgeführt werden kann, wodurch die Ansteuerstörung leicht entfernt werden kann.

Claims

Bildaufnahmegerät mit einer Vielzahl zueinander paralleler Verstärker (A) und einer Vielzahl photoelektrischer Wandlerelemente (S) zur Umwandlung von auftreffendem Licht in photoelektrische Umwandlungssignale, wobei jedes photoelektrische Wandlerelement derart angeordnet ist, dass es sein photoelektrisches Umwandlungssignal zu einem entsprechenden Verstärker der Verstärker ausgibt, einer Vielzahl von Schaltelementen (SW) jeweils zur Eingabe eines Signals eines vorbestimmten Pegels zu einem entsprechenden der Verstärker und zum Anlegen des photoelektrischen Umwandlungssignals aus einem der photoelektrischen Wandlerelemente an den entsprechenden Verstärker der Verstärker, eine Steuerungseinrichtung, die eingerichtet ist, ein erstes Signal (E') aus einem der Verstärker in Reaktion auf das Signal eines vorbestimmten Pegels zu erhalten und ein zweites Signal (S') aus demselben Verstärker der Verstärker in Reaktion auf das aus einem der photoelektrischen Wandlerelemente nach einem photoelektrischen Umwandlungsvorgang ausgegebene photoelektrische Umwandlungssignal zu erhalten, und einer Verarbeitungseinrichtung (1) zum Erhalt der Differenz zwischen den ersten und zweiten Signalen aus demselben Verstärker.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die Schalteinrichtung (SW) eine Schalttransistoreinrichtung (203) zum Koppeln des Signals eines vorbestimmten Pegels mit dem Eingang des Verstärkers aufweist.
Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schalteinrichtung (SW) eine Schalttransistoreinrichtung (201, 202) zum Koppeln des photoelektrischen Umwandlungssignals aus dem photoelektrischen Wandlerelement (S) mit dem Eingang des Verstärkers aufweist.
Gerät nach Anspruch 3, wobei die Schalttransistoreinrichtung zum Koppeln des photoelektrischen Wandlersignals aus dem photoelektrischen Wandlerelement (S) mit dem Eingang des Verstärkers aufweist: einen Kondensator (C1), einen ersten Schalttransistor (201) zum Koppeln des photoelektrischen Wandlerelementes (S) mit dem Kondensator, und einen zweiten Schalttransistor (202) zum Koppeln des Kondensators mit dem Eingang des Verstärkers.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin mit einer gemeinsamen Ausgangsleitung (101) zum Empfang sowohl der ersten Signale als auch der zweiten Signale aus der Vielzahl der Verstärker.
Gerät nach Anspruch 5, wobei die Verarbeitungseinrichtung eine Klemmschaltung aufweist, die eingerichtet ist, die ersten und zweiten Signale aus der gemeinsamen Ausgangsleitung zu empfangen.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Verarbeitungseinrichtung einen Differenzverstärker aufweist, der eingerichtet ist, die ersten und zweiten Signale an jeweiligen Eingängen zu empfangen.
Gerät nach Anspruch 7, weiterhin mit einer ersten Abtast- und Halte-Schaltung (12) zum Speichern des ersten Signals (E') und einer zweiten Abtast- und Halte-Schaltung (13) zum Speichern des zweiten Signals (S'), die eingerichtet sind, die ersten und zweiten Signale parallel aus den jeweiligen Abtast- und Halte-Schaltungen zu den jeweiligen Eingängen des Differenzverstärkers zuzuführen.
Gerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jedes der photoelektrischen Wandlerelemente (S) zur Ausgabe seines photoelektrischen Umwandlungssignals zu einem separaten jeweiligen Verstärker aus der Vielzahl der Verstärker eingerichtet ist.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinrichtung eingerichtet ist, das erste Signal (E') aus einem Verstärker der Verstärker zu erhalten, bevor das zweite Signal (S') aus demselben Verstärker der Verstärker erhalten wird.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Steuerungseinrichtung eingerichtet ist, das zweite Signal (S') aus einem der Verstärker zu erhalten, bevor das erste Signal (E') aus demselben der Verstärker erhalten wird.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einer Signalverarbeitungsschaltung (602) zur Verarbeitung eines Signals aus der Verarbeitungseinrichtung, und einer Steuerungseinheit (604) zur Steuerung der Signalverarbeitungsschaltung und der Steuerungseinrichtung.