DE3513436A1

DE3513436A1 - Festkoerper-bildsensor

Info

Publication number: DE3513436A1
Application number: DE19853513436
Authority: DE
Inventors: Kazuya Ina Nagano Matsumoto
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1984-04-17
Filing date: 1985-04-15
Publication date: 1985-10-31
Also published as: US4700231A; DE3513436C2; JPS60220674A; JPH0831991B2

Description

PATENTANWÄLTE db.-ing. franz tfuesthoff

WUESTHOFF -ν. PECHMANN -BEHRENS-GOETZ «•-htl.-reda ^.esthofp (.9,7-1956

I.IPL.-ING. GERHARD PULS (1952-I971)

EUROPEAN PATENTATTORNEYS _d1pl,chem. or. ε. _f keihlkr von ρ^η

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D-8000 MÜNCHEN 90 OLYMPUS OPTICAL CO. LTD. SCHWEIGERSTRASSE 2

lA-59 273 telefon: (089) 6620 51

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Festkörper-Bildsensor

Die Erfindung betrifft einen Festkörper-Bildsensor mit quer oder vertikal angeordneten statischen Induktionstransistoren.

In derzeit üblichen Festkörper-Bildsensoren werden gewöhnlich Ladungstranfer-Techniken, wie beispielsweise BBD- (Einmerkettenschaltungen), CCD- (Charge-Coupled-Device; ladungsgekoppelte Schaltungen) oder MOS-Transistoren verwendet. Derartige Festkörper-Bildsensoren sind aber mit erheblichen Nachteilen behaftet, wie dem Auslecken von Ladungen beim Transfer, einer geringen Photoempfindlichkeit und einer geringen Integrationsdichte. Zur Überwindung dieser Nachteile sind Festkörper-Bildsensoren mit statischen Induktionstransistoren (nachfolgend SIT genannt) vorgeschlagen worden. Beispielsweise wird in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 15,229/80 ein Festkörper-Bildsensor mit einer Anzahl von matrixförmig angeordneten SIT beschrieben, wobei die Sources der SIT mit den Zeilenleitungen die Drains der SIT mit den Spaltenleitungen und die Gates mit der Ausleseleitung verbunden sind. Weiterhin wurde für Festkörper-Bildsensoren mit in Querrichtung (quer zur Flächennormalen der Bildsensor-Hauptebene) angeordneten statischen Induktionstransistoren eine Ausgangsschaltung entwickelt, in welcher das Licht- Signal direkt in einer gewöhnlichen Source-Schaltung oder einer Source-Folge-Schaltung aus einem Bildelement und einem Widerstand abgeleitet wird. Beispielsweise wird in der deutschen Patentanmeldung P 35 10 965.3 ein Festkörper-Bildelement vorge-

schlagen, bei dem die Source- und Drainbereiche des SIT in einer Halbleiterschicht ausgebildet sind, welche auf einem isolierenden oder einen hohen Widerstand aufweisenden Halbleiter-Substrat ausgebildet ist, während der Gate-Bereich des SIT so in der Halbleiterschicht ausgeformt ist, daß er entweder den Source- oder den Drain-Bereich vollständig umfängt, wodurch der Source-Drain-Strom parallel zur Oberfläche der Halbleiterschicht fließt.

In der obigen Patentanmeldung ist weiterhin ein Festkörper-Bildsensor mit einer Anzahl von Bildelementen beschrieben, welche jeweils ein isolierendes oder einen hohen Widerstand aufweisendes Halbleiter-Substrat aufweisen, sowie eine auf dem Substrat ausgebildete Halbleiterschicht und Source- und Drain-Bereiche, welche in der Halbleiterschicht ausgebildet sind, während zumindest ein Abschnitt des Gate-Bereiches zwischen den Source- und Drain-Bereichen ausgeformt ist, so daß der Source-Drain-Strom parallel zur Oberfläche der Halbleiterschicht fließt. Außerdem sind Einrichtungen zum Anlegen einer Vorspannung in Sperrichtung an die Source- und Drain-Bereiche während der Zeitspanne des Speicherns der Signalladungen vorgesehen.

Auch sind bei dem in obiger Patentanmeldung beschriebenen Festkörper-Bildsensor eine Vielzahl von Festkörper-Bildelementen matrixförmig angeordnet, wobei jedes Bildelement einen statischen Induktionstransistor mit einem isolierenden oder einen hohen Widerstand aufweisenden Halbleitersubstrat aufweist, sowie mit einer auf dem Substrat ausgebildeten Halbleiterschicht, Source- und Drain-Bereichen, welche in der Oberfläche der Halbleiterschicht ausgebildet sind, einem Gate-Bereich, der mit zumindest einem Teil zwischen den Source- und Drain-Bereichen angeordnet ist, wodurch der Source-Drain-Strom parallel zur Oberfläche der Halbleiterschicht fließt, und mit einer Abtastschaltung, um nacheinander an die einzelnen Bildelemente eine Vorspannung derart anzulegen, daß während der Lichtsignal-Speicherperiode zum Speichern von photoelektrischen Ladungen in den Gate-Bereichen eine Sperr-Spannung an die Source- und Drain-Bereiche angelegt

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ist, so daß kein Ausgangssignal erzeugt wird, während im Verlauf einer Signal-Auslesezeitspanne die Source- oder Drain-Bereiche mit Masse verbunden sind, so daß ein Source-Drain-Strom entsprechend der im Gate-Bereich gespeicherten Zahl photoelektrischer Ladungsträger auf die Video-Leitung abfließt.

Dieser Festkörper-Bildsensor soll nachfolgend anhand der Fig. 1 näher erläutert werden. Die Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Bildelementes mit einem n-Kanal-SIT, der in Source-Schaltung angeschlossen ist. über den Anschluß 1 wird die Source-Spannung V_ und über den Anschluß 2 die Drain-Spannung V_D angelegt. Der Anschluß 2 ist mit der Drain-Elektrode (D) über einen Lastwiderstand R_T verbunden und die Drain-Elektrode ist ihrerseits mit dem Ausgangsanschluß 5 verbunden, an dem die Ausgangsspannung V_nTT abgegriffen wird. Der Gate-Anschluß 3 ist mit der Gate-Elektrode G verbunden, auf welche der Lichtstrahl 7 einfällt. Am Substrat-Anschluß 8 wird die Substratspannung V_ angelegt.

Die Fig. 2A bis 2D illustrieren die Pulsfolge beim Betrieb des in Fig. 1 gezeigten Festkörper-Bildelementes. Fig. 2A stellt die Gate-Spannung V„ am Gate-Anschluß 3 dar, Fig. 2B die Drain-Spannung V₁. am Drain-Anschluß 2, Fig. 2C die Source-Spannung V am Source-Anschluß 1 und Fig. 2D stellt die am Substrat-Anschluß 8 angelegte Substratspannung V dar. In der Figur ist die Auslese-Periode durch T bezeichnet. Sie setzt sich aus der Speicher-Zeitspanne T₁, der Auslese-Zeitspanne T- und der Rücksetz-Zeitspanne T_ zusammen.

Während der gesamten Auslese-Zeitspanne wird die Source-Spannung V„ auf Erdpotential V_, und die Substratspannung ν_οτττ> auf der

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Vorspannung in Sperrichtung V_SUBl (^v _SUBi ^ °) gehalten. Während der Speicher-Zeitspanne T- wird die Gate-Spannung V deutlich in Sperrichtung, d.h. auf dem Wert V- (V„, < 0) gehalten, so daß durch einfallende Lichtstrahlen induzierte Löcher in der Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkörper und der isolierenden Schicht unmittelbar unter dem Gate-Bereich gespeichert werden.

Es ist festzuhalten, daß während der Speicher-Zeitspanne T₁ die Drain-Spannung V auf Erdpotential V- gehalten wird. Während der auf die Speicher-Zeitspanne T- folgenden Auslese-Zeitspanne T_ wird die Gate-Spannung V_ auf die Gate-Auslesespannung V__o (V ^Vg₂-CO) eingestellt, während die Drain-Spannung V auf den Wert V_ (V„ ^? ^) gehalten wird, so daß sich ein Ausgangssignal entsprechend der eingefallenen Lichtmenge ergibt. Während der sich an die Auslese-Zeitspanne T_ anschließenden Rücksetz-Zeitspanne T_ wird die Gate-Spannung V in Durchlaßrichtung auf den Wert V- ^^vg3^{3 0}^ geändert, so daß durch das einfallende Licht erzeugte und unterhalb des Gate gespeicherte Löcher abfließen können. In der Zeichnung wird die Drain-Spannung V_D während der Rücksetz- Zeitspanne T- auf dem Wert der Auslesespannung V „ gehalten, doch kann sie auch das Erdpotential V , annehmen.

Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der am Ausgangsanschluß 5 abgegriffenen Ausgangsspannung V_n von der auf die Gate-Elektrode auftreffenden Lichtmenge Ji. Die Lichtmenge Ji ist in einer linearen Skala dargestellt. Ist die Lichtmenge ^c gleich 0, so bleibt das LSIT, welches das Bildelement bildet, im AUS-Zustand und die Ausgangsspannung V_n ist gleich der Drain-Spannung ν_β. Steigt die einfallende Lichtmenge Ji allmählich an, so wird das LSIT leitend und die Ausgangsspannung V sinkt allmählich. Wird die einfallende Lichtmenge L größer als der Sättigungswert L· , so verbleibt die Ausgangsspannung V auf dem konstanten Wert V-. Bis zum Sättigungswert L· ist experimentell nachgewiesen, daß die Ausgangsspannung V der Lichtmenge Z direkt proportional ist.

Nachfolgend wird ein Festkörper-Bildsensor mit den vorstehend beschriebenen LSIT anhand der Fig. 4A bis 4G näher beschrieben. Die Festkörper-Bildelemente sind matrixförmig angeordnet und werden rasterartig abgetastet, um das Bildsignal zu erhalten. Verschieden Abtastverfahren sind entwickelt worden, wie das Drain-Gate-Auswahlverfahren, das Source-Gate-Auswahlverfahren

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oder das Source-Drain-Auswahlverfahren. Nachfolgend wird das Drain-Gate-Auswahlverfahren näher erläutert.

Fig. 4A zeigt ein Schaltbild eines unter Verwendung von matrixförmig angeordneten LSIT hergestellten Festkörper-Bildsensors. Die Fig. 4B bis 4G erläutern die Signal-Pulsfolgen beim Betrieb des Bildsensors. Gemäß Fig. 4A sind m χ η LSIT 250-11, 250-12, ..., 250-21, 250-22, ..., 250-mn matrixförmig angeordnet und werden sukzessive in einem XY-Adressiersystem abgetastet. Jedes Bildelement kann nicht nur durch einen lateralen (quer ausgerichteten) statischen Induktionstransistor gebildet sein, dessen Gate-Bereich zumindest einen der Source- oder Drain-Bereiche umgibt, sondern kann auch durch einen lateralen statischen Induktionstransistor gebildet sein, dessen Gate-Bereich zwischen den Source- und Drain-Bereichen ausgeformt ist. Die Source-Anschlüsse der LSIT sind mit dem Erdpotential verbunden, die Gate-Anschlüsse der in X-Richtung angeordneten LSIT sind mit den zugehörigen Zeilenleitungen 251-1, 251-2, ..., 251-m verbunden und die Drain-Anschlüsse der in Y-Richtung angeordneten LSIT sind mit den zugehörigen Spaltenleitungen 252-1, 252-2, ..., 252-n verbunden. Die Spaltenleitungen sind gemeinsam mit einer Videoleitung 254 und einer Erdleitung 254' über Spalten-Auswahltransistoren 253-1, 253-2, ..., 253-n bzw. 253-1', 253-2', ..., 253-n' verbunden. Die Videoleitung 254 ist weiterhin über einen Lastwiderstand 255 mit der Video-Spannungsquelle V_nn verbunden. Die Zeilenleitungen 251-1, 251-2, ..., 251-m sind mit der vertikalen Abtastschaltung 256 verbunden und werden sukzessive mit den Signalen $_G-,r ^sqo' *** ^SG * ^D^"^{e Gate}~^Anschlüsse ^^er Spalten-Auswahltransistoren 253-1, 253-2, ..., 253-n und 253-1', 253-2', ..., 253-n' sind direkt bzw. über Inverter mit der horizontalen Abtastschaltung 257 verbunden und empfangen dementsprechend die Signale 8L·., 5_D«, ... S_n und deren invertierte Signale.

Die Fig. 4B bis 4D zeigen die vertikalen Abtastsignale δ ,, δ „ und Sq3/ während die Fig. 4E bis 4G die horizontalen Abtastsignale ^₀₁, (5_D2 und $_D3 darstellen. Jedes der vertikalen Abtast-

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signale *_G1» $_G2 ···» welche an die Zeilenleitungen 251-1, 251-2, ... angelegt werden, weist eine Auslese-Gate-Spannung V__ auf mit einer ersten Amplitude und eine Rücksetz-Gate-Spannung V mit einer zweiten Amplitude, welche größer ist als die erste Amplitude. Während einer Zeilen-Abtastperiode t hat das Abtastsignal die Spannung V und während einer horizontalen Aussetz-Periode t_,_T hat das Abtastsignal die Spannung V,^. Die horizontalen Ab-

DJj OK

tastsignale <&_D-i» <E_n2 ··· werden an die Gate-Anschlüsse der Spalte 1-Auswahltransistoren zum Auswählen der Spaltenleitungn 252-1, 252-2 ... angelegt und nehmen ein relativ tiefes Niveau an, um die Spalten-Auswahltransistoren 253-1, 253-2 ... auszuschalten und die nicht auswählenden Transistoren 253-1', 253-2* ... leitend zu machen, während die Signale ein relativ hohes Niveau annehmen, um die Spalten-Auswahltransistoren durchzuschalten und die nicht auswählenden Transistoren abzuschalten.

Wird das vertikale Abtastsignal S .., welches von der vertikalen Abtastschaltung 256 bereitgestellt wird, auf den Wert V geändert, so werden die LSIT 250-11, 250-12, ... 250-ln ausgewählt, welche mit der Zeilenleitung 251-1 verbunden sind. Werden die horizontalen Auswahltransistoren 253-1, 253-2, ... 253-n nacheinander mittels der Signale S_n.., S_n ···/ welche von der horizontalen Abtastschaltung 257 bereitgestellt werden, durchgeschaltet, so werden auf der Videoleitung 254 nacheinander die Signale der LSIT 250-11, 250-12, ..., 250-ln ausgelesen. Diese LSIT 250-11, 250-12, ..., 250-ln werden gleichzeitig rückgesetzt sobald das Signal $_r, auf den höheren Wert V_ffiR geändert wird, wodurch die nächste Signal-Speicherung vorbereitet wird. Nimmt sodann das Signal S„_ den Wert V₃.,, an, so werden die mit der

G 2 SG

Zeilenleitung 251-2 verbundenen LSIT 250-21, 250-22, ..., 205-2n ausgewählt und nacheinander mittels der horizontalen Abtastsignale S_n-If *r>?' **· ^n ausgelesen. Danach werden sie gleichzeitig rückgesetzt, wenn sich das Signal S₀ auf den Wert V ändert. In dieser Weise werden nacheinander die LSIT allesamt ausgelesen, um das einer Feldabtastung entsprechende Videosignal zu erhalten.

Je intensiver der einfallende Lichtstrom ist, umso geringer ist das gewonnene Ausgangssignal. Das heißt, das Ausgangssignal ist in bezug auf das einfallende Lichtsignal invertiert. Dementsprechend enthält das Ausgangssignal immer die Ausgangsspannung V ., welche dem Sättigungs-Lichtstrom entspricht. Deshalb muß bei diesem Festkörper-Bildsensor das Ausgangssignal mittels zusätzlicher Schaltkreise verarbeitet werden. Aufgrund dieses Umstandes, daß die aus dem Festkörper-Bildsensor ausgelesenen Videosignale extern mittels besonderer Schaltungen nachverarbeitet werden müssen, ist es schwierig, Schwankungen der charakteristischen Daten der einzelnen Bildelemente und Halbleiter-Plättchen zu kompensieren. Dementsprechend ist der Ausschuß bei der Herstellung derartiger Festkörper-Bildsensoren relativ hoch. Auch sind die Kosten der Bildsensoren aufgrund der Notwendigkeiexterner Zusatzschaltungen erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Festkörper-Bilcsensor bereitzustellen, der mit überlegenen Leistungsdaten die vorstehenden Nachteile überwindet und einfach herstellbar ist. Insbesondere sollen Rauschkomponenten aus den Signalen der einzelnen Bildelemente entfernt werden und die Ausgangssignale sollen proportional zur Lichtintensität sein, ohne daß die Signale durch besondere externe Schaltungen neben den einzelnen Bildelementen verarbeitet werden müßten.

Ein diese Aufgabe lösender Festkörper-Bildsensor ist mit seiner. Ausgestaltungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Da erfindungsgemäß ein Differenz-Ausgangssignal zwischen dem Video-Signal und einem Dunkel-Signal erhalten wird, ist es möglich, ein Ausgangs-Videosignal zu gewinnen, daß der einfallenden Lichtmenge direkt proportional ist. Derart wird ein Videosignal mit positiver Phase gewonnen, welches sich einfach verarbeiten läßt. Da weiterhin das Differenz-Ausgangssignal direkt von dem Halbleiter-Plättchen gewonnen wird, in welchem die

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4t)

Licht-Empfangseleinente ausgeformt sind, läßt sich der Festkörper-Bildsensor insgesamt kostengünstig herstellen und auch bei sehr schwacher Intensität des einfallenden Lichtes wird ein genaues Differenz-Ausgangsvideosignal gewonnen, um ein exaktes Video-Signal zu erhalten. Dementsprechend lassen sich Schwankungen der charakteristischen Daten der einzelnen Halbleiter-Plättchen erheblich reduzieren, so daß der Ausstoß bei der Herstellung wesentlich verbessert werden kann.

Wenn das Licht-Empfangselement mit einem lateralen statischen Induktionstransistor gebildet ist, wird das Differenz-Ausgangssignal in höchst einfacher Weise gewonnen, weil der laterale statische Induktionstransistor eine nicht-löschende Auslesung ausführt, so daß die Differenzbildung einfach mittels eines Differenzverstärkers durchgeführt werden kann, ohne daß aufwendige Schaltkreise, wie Abtast-Halte-Schaltungen erforderlich wären.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt bzw. zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Bildelementes eines Festkörper-Bildsensors entsprechend der älteren Anmeldung P 35 10 965.3;

Fig. 2A-2D Signalfolgen beim Betrieb des in Fig. 1 gezeigten Festkörper-Bildsensors;

Fig. 3 die funktionale Abhängigkeit des Ausgangs-Videosignals, welches mit dem Festkörper-Bildsensor gemäß Fig. 1 erhalten wird;

Fig. 4A ein Schaltbild für den in Fig. 1 gezeigten Festkörper-Bildsensor;

Fig. 4B-4G Signalfolgen beim Betrieb des in Fig. 4A gezeigten Festkörper-Bildsensors;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bildelementes für einen Festkörper-Bildsensor;

Fig. 6 die funktionale Abhängigkeit des Ausgangs-Videosignals von der einfallenden Lichtmenge;

Fig. 7 ein Schaltbild für einen erfindungsgemäßen Festkörper-Bildsensor;

Fig. 7A-8H Signale während des Betriebes des in Fig. 7 gezeigten Festkörper-Bildsensors;

Fig. 9 ein Schaltbild für ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Festkörper-Bildsensors;

Fig. lOA-lOG Pulsfolgen zur Erläuterung des Betriebs des in Fig. 9 gezeigten Festkörper-Bildsensors;

Fig. 11 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Festkörper-Bildsensors;

Fig. 12A-12J Pulsfolgen zur Erläuterung des Betriebs des in Fig. 11 gezeigten Festkörper-Bildsensors;

Fig. 13 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispieles eines Festkörper-Bildsensors gemäß der Erfindung; und

Fig. 14A-14F Pulsfolgen zur Erläuterung des Betriebs des in Fig. 13 gezeigten Festkörper-Bildsensors.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Festkörper-Bildelement sind ein Licht-Empfangstransistor (Ql)40 und ein weiterer Transistor (Q2)40' vorgesehen, wobei letzterer den gleichen Aufbau auf-

weist wie der erste Transistor 40 und ein Ausgangssignal bereitstellt wenn kein Licht einfällt. Dieser Zustand läßt sich z.B. dadurch erreichen, daß eine Licht-Abschirmung über den Transistor 40' gelegt wird oder daß der Transistor 40' nach dem Auslesen rückgesetzt wird. Mit den Source-Elektroden der Transistoren 40 bzw. 40' verbundene Source-Anschlüsse 41 bzw. 41· sind mit der Source-Spannungsquelle (dem Erd-Potential) verbunden und die Drain-Elektroden der Transistoren 40 und 40' sind über einzelne Lastwiderstände (R .)42 und (R ₂)42' mit einem gemeinsamen Drain-Anschluß 43 verbunden, über den die Drain-Spannung V angelegt wird. Die Gate-Elektroden der Transistoren 40 und 40' sind gemeinsam mit dem Gate-Anschluß 44 verbunden, an den die Gate-Spannung V angelegt wird, und das Substrat ist gemeinsam an den Substrat-Anschluß 48 angeschlossen, an den die Substrat-Spannung V angelegt wird. Die Lastwiderstände 42 und 42" haben den gleichen Widerstand R₁ = R₁-_?· Die Ausgangsanschlüsse 45 und 45' sind mit den Verbindungsknoten zwischen den Widerständen 42 und 42' bzw. mit den Drain-Elektroden der Transistoren 40 und 40' verbunden.

Das in Fig. 5 gezeigte Festkörper-Bildelement funktioniert entsprechend dem anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen, so daß sich eine detaillierte Erörterung erübrigt. Am Ausgangsanschluß 45 liegt ein Ausgangssignal V_ an, welches der einfallenden Lichtintensität 46 proportional ist, während am Ausgangsanschluß 45' ein Ausgangssignal V anliegt, welches fehlendem Lichteinfall entspricht. Wird die Differenz zwischen den Ausgangssignalen gebildet ΛV_OUT=V'_OUT-V_OUT, so ist die Differenz AV_QUT (Volt) proportional zu der einfallenden Lichtmenge Ji (lux) , wie in Fig. gezeigt ist.

Nunmehr sollen verschiedene Ausführungsformen von Festkörper-Bildsensoren beschrieben werden, in denen das vorstehend erläuterte Prinzip angewandt wird.

Bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Festkörper-Bildsensors wird das Differenz-Ausgangssignal durch Verwendung einer einzigen Blind-Zelle (Blind-Element) abgeleitet. Der Festkörper-Bildsensor weist eine Anzahl von Bildelementen auf, die matrixförmig angeordnet sind und rasterartig abgetastet werden, um ein Bildsignal zu gewinnen. Die Abtastung kann durch unterschiedliche Verfahren erfolgen, wie beispielsweise das Drain-Gate-Auswahlverfahren, das Source-Gate-Auswahlverfahren oder das Source-Drain-Auswahlverfahren. Nachfolgend wird das Drain-Gate-Auswahlverfahren angewandt. Gemäß Fig. 7 sind m χ η LSIT 60-11, 60-12, ... 60-21, 60-22, ... 60-mn matrixförmig angeordnet und werden nacheinander in einem XY-Adressiersystem ausgelesen. Jedes Bildelement kann nicht nur durch einen lateralen statischen Induktionstransistor mit einem Gate-Bereich ausgebildet sein, welcher zumindest einen der Source- oder Drain-Bereiche umfängt, sondern auch durch einen lateralen statischen Induktionstransistor, dessen Gate-Bereich zwischen den Source- und Drain-Bereichen angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Source-Anschlüsse der LSIT mit dem Erdpotential verbunden, die Gate-Anschlüsse der in X-Richtung angeordneten LSIT sind mit den zugehörigen Zeilen-Leitungen 61-1, 61-2, ... 61-m verbunden und die Drain-Anschlüsse der in Y-Richtung angeordneten LSIT sind mit den zugehörigen Spaltenleitungen 62-1, 62-2, ... 62-n verbunden. Die Spaltenleitungen sind gemeinsam über Spalten-Auswahltransistoren 63-1, 63-2, ... 63-n mit einer ersten Videoleitung 64 verbunden. Die Videoleitung 64 ist weiterhin über einen ersten Lastwiderstand 65 mit der Video-Spannungsquelle V verbunden. Die Zeilenleitungen 61-1, 61-2, ..., 61-m sind mit einer vertikalen Abtastschaltung 66 verbunden und werden nacheinander mit Signalen $_r-,/ ^ffiG2^r * *" ^SG versorgt. Gate-Anschlüsse der Zeilen-Auswahltransistoren 63-1, 63-2, ..., 63-n sind mit einer horizontalen Abtastschaltung 67 verbunden und empfangen dementsprechend die horizontalen Abtastsignale S₁, ^SD2' ·'·' ³W

AH

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist weiterhin ein Blind-Transistor 68 vorgesehen, dessen Source-Elektrode mit dem Erdpotential verbunden ist. Oberhalb des Blind-Transistors 68 ist ein lichtabschirmender Film, wie beispielsweise eine Al-Schicht angeordnet, so daß kein Licht auf den Blind-Transistor 68 fällt. Eine Drain-Elektrode des Blind-Transistors 68 ist mit einer Leitung 69 verbunden, welche über einen Auswahltransistor 63' mit einer zweiten Videoleitung 64 verbunden ist, welche ihrerseits über einen Lastwiderstand 65' mit der Video-Spannungsquelle V _D verbunden ist. Die ersten und zweiten Videoleitungen 64 bzw. 64' sind weiterhin mit den negativen bzw. positiven Eingängen eines Differenzverstärkers 160 verbunden, welcher im gleichen HaIbleiterplättchen ausgebildet ist, in welchem auch die LSIT und die Spalten-Auswahltransistoren ausgeformt sind. Ein Gateanschluß des Blind-Transistors 68 ist über eine Leitung 61' mit der vertikalen Abtastschaltung 66 verbunden, um ein Signal zu empfangen, das einem logischen Summen-Signal (OR) der vertikalen Abtastsignale Sq-w ^φη2' *"* ^SG entspricht. Ein Gate-Anschluß des Auswahltransistors 63' ist mit der horizontalen Abtastschaltung 67 verbunden und empfängt logische Summen-Signale der horizontalen Abtastsignale <B_G-w ^_Go' *** ^SG * ^D:*"^{e Lastw}i^derstände 65 und 65' haben den gleichen Widerstandswert.

Nachfolgend wird der Betrieb des in Fig. 4 gezeigten Festkörper-Bildsensors anhand der Fig. 8A-8H erläutert. Die Fig. 8A-8C zeigen die vertikalen Abtastsignale <B_rl , $_r? und <&_c^i während die Fig. 8D-8F die horizontalen Abtastsignale $_D,, S₀₂ und $_D3 illustrieren und die Fig. 8G und 8H das logische Summen-Signal wiedergeben, das an die Gate-Anschlüsse des Blind-Transistors 68 bzw. des Auswahltransistors 63' angelegt wird. Jedes der vertikalen Abtastsignale <B_.. , ä>_r?, ... welche an die Zeilenleitungen 61-1, 61-2 ... angelegt werden, weist eine Auslese-Gatespannung auf mit einer ersten Amplitude sowie eine Rücksetz-Gate-

pa
die erste Amplitude. Während einer Zeilen-Abtastperiode t

spannung V _, mit einer zweiten Amplitude, welche größer ist als

WIS.

litude Während einer Zeilen-Abtastperiode t„

nimmt das Abtastsignal die Spannung V an und während einer

horizontalen Aussetzperiode T__T ist das Abtastsignal auf die

tiii

Spannung V gesetzt. Die horizontalen Abtastsignale δ_η1, $_D_ . . . , welche an die Gate-Anschlüsse der Spalten-Auswahltransistcren angelegt werden, sind so gewählt, daß die Spaltenleitungen 62-1, 62-2 ... ausgewählt werden und nehmen ein niederes Niveau an, um die Spalten-Auswahltransistoren 63-1, 63-2 ... auszuschalten, während sie zum Durchschalten der Spalten-Auswahltrar.-sistoren ein höheres Niveau annehmen. Wie oben bereits erwähnt, wird an die Gate-Leitung 61" des Blind-Transistors 68 das Signal ä>_ gemäß Fig. 8G angelegt und an den Gate-Anschluß des Auswahl-Transistors 63' wird das Signal ä> gemäß Fig. 8H angelegt.

Der Betrieb des in Fig. 7 gezeigten Festkörper-Bildsensors soll nunmehr anhand der in den Fig. 8A-8H wiedergegebenen Pulsformer, erläutert werden. Wird das von der vertikalen Abtastschaltung 66 bereitgestellte vertikale Abtastsignal ffi . auf den Spannungswert V geändert, so werden die mit der Zeilenleitung 61-1 verbundenen LSIT 60-11, 60-12, ... 60-ln ausgewählt. Werden die horizontalen Auswahltransistoren 63-1, 63-2, ... 63-n nacheinander mittels der durch die horizontale Abtastschaltung 67 bereitgestellten Signale 3>_n-i * S_n^ ··· durchgeschaltet/ so werden die Ausgangssignale der LSIT 60-11, 60-12, 60-ln nacheinander auf die erste Videoleitung 64 ausgelesen. Während dieser Abtastung wird auch der Blind-Transistor 68 synchron mit den LSIT 60-11, 60-12, ... 60-ln ausgelesen, um ein Ausgangssignal auf der zweiten Videoleitung 64* mittels der Auswahltransistoren 63' abzuleiten. Dieses Ausgangssignal entspricht demjenigen, das erhalten wird, wenn kein Licht einfällt, weshalb dieses Signal auch "Dunkel-Signal" genannt wird. Danach werden die LSIT 60-11, 60-12, ... 60-ln und der Blind-Transistor 68 gleichzeitig rückgesetzt, wenn das Signal 5 . auf den höheren Spannungswert V gewechsel wird, wobei die nächste Licht-Signalspeicherung vorbereitet wird. Wenn sodann das Signal S„_ den Wert V__ annimmt werden die mit der Zeilenleitung 61-2 verbundenen LSIT 60-21, 60-22, ... 60-2n ausgewählt und nacheinander mittels der horizontalen Abtastsignale $_D1, <E_D2/ ··· ^S _D ausgelesen. Gleichzei-

tig wird das Dunkel-Signal mittels der Signale (B„. und Si_n, aus-

Ca D

gelesen. Danach werden die LSIT 60-21, 60-22, ... 60-2n und der Blind-Transistor 68 gleichzeitig rückgesetzt sobald sich das Signal ffi„„ auf den Wert V,_, ändert. In der vorstehend beschriebenen Weise werden nacheinander alle LSIT 60-11 ... 60-mn sowie der Blind-Transistor 68 ausgelesen, um das Video-Signal für eine Feldabtastung auf der ersten Videoleitung 64 und das Dunkel-Signal auf der zweiten Videoleitung 64' zu erhalten. Das Video-Signal auf der ersten Videoleitung 64 wird in den negativen Eingang des Differenzverstärkers 160 eingegeben und das Dunkel-Signal auf der zweiten Videoleitung 64' wird in den positiven Eingang des Differenzverstärkers 160 eingegeben. Deshalb ist es möglich, aus dem Ausgang des Differenzverstärkers 160 ein kompensiertes Video-Signal gemäß Fig. 6 zu entnehmen. Das heißt, das am Ausgang des Differenzverstärkers auftretende Video-Signal ist proportional der Menge des einfallenden Lichtes und wird exakt zu Null, wenn kein Licht auf den Festkörper-Bildsensor fällt. Da weiterhin der Blind-Transistor 68 und die Auswahl-Transistoren 63' für die Erzeugung des Dunkel-Signals auf dem Halbleiter-Plättchen ausgebildet sind, in welchem auch die Bildelemente ausgeformt sind, ist der gesamte Aufbau des Festkörper-Bildsensors kompakt und einfach.

Fig. 9 zeigt das Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispieles eines Festkörper-Bildsensors. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Bildsensor mit einer Reihe von Blind-Elementen versehen und die Abtastung erfolgt nach dem Drain-Gate-Auswahlverfahren. Gemäß Fig. 9 sind m χ η LSIT 70-11, 70-12, ... 70-21, 70-22, ... 70-mn matrixförmig angeordnet und werden nacheinander gemäß einem XY-Adressiersystem ausgelesen. Die ein Bildelement bildenden LSIT können wie vorstehend aufgebaut sein. Die Gate-Anschlüsse der in X-Richtung angeordneten LSIT sind mit den zugehörigen Zeilenleitungen 71-1, 71-2, ...71-m verbunden, während die Drain-Anschlüsse der in Y-Richtung angeordneten LSIT mit den zugehörigen Spaltenleitungen 72-1, 72-2, ... 72-n verbunden sind. Die Gate-Anschlüsse der in Y-Richtung angeordneten Blind-Transistoren 70-1, 70-2, ... 70-n sind mit den

Al

zugehörigen Zeilenleitungen 71-1, 71-2, ... 71-m verbunden, während die Drain-Anschlüsse der Blind-Transistoren gemeinsam mit einer zusätzlichen Spaltenleitung 72 verbunden sind. Die

Spaltenleitungen 72-1, 72-2, 72-n sind über zugehörige

Spalten-Auswahltransistoren 73-1, 73-2, ... 73-n gemeinsam mit einer ersten Videoleitung 74 verbunden. Weiterhin ist die zusätzliche Spaltenleitung 72 mit einer zweiten Videoleitung 74¹ über einen Auswahltransistor 73 verbunden. Die erste und zweite Videoleitung 74 bzw. 74' sind über Lastwiderstände 75 bzw. 75' mit einer Video-Spannungsquelle V verbunden. Weiterhin sind die erste und die zweite Videoleitung 74 bzw. 74' mit dem negativen bzw. dem positiven Eingang des Differenzverstärkers 170 verbunden, welcher im gleichen Halbleiter-Plättchen ausgebildet ist wie die Transistoren der Bildelemente sowie die anderen Transistoren. Die Zeilenleitungen 71-1, 71-2, ... 71-m sind mit der vertikalen Abtastschaltung 76 verbunden, um die vertikalen Abtastsignale S,,,, G>„_n, S„ zu empfangen. Weiterhin sind die

VJ1 Vj λ tritt

Gate-Anschlüsse der Spalten-Auswah!transistoren 73-1, 73-2, 73-n mit der horizontalen Abtastschaltung 77 verbunden, um die horizontalen Abtastsignale ffi ^, $_D2» ···» *_Dn ^{zu em}Pf^an9^en· ^E^ⁿ Gate-Anschluß des Auswahltransistors 73 ist mit der horizontalen Abtastschaltung 77 verbunden, um ein logisches Summensignal der horizontalen Abtastsignale δ_η-ι» ^φη2' ' " * ^SD ^{zu em}Pf^an9^en·

Nunmehr soll die Funktion des in Fig. 9 gezeigten Festkörper-Bildsensors anhand der in den Fig. lOA-lOG wiedergegebenen Pulsformen erläutert werden. Die Fig. 10A-10C zeigen die vertikalen Abtastsignale <B - , δ_β2 und S_G3, die Fig. lOD-lOF die horizontalen Abtastsignale ffi ., Φ „ und S_n- und die Fig. 1OG gibt das logische Summen-Signal S_n wieder, welches an das Gate des Auswahltransistors 73 angelegt wird. Jedes der vertikalen Abtastsignale S_G1, <&_G2 ···/ welches an die Zeilenleitungen 71-1, 71-2 ... angelegt wird, besteht aus einer Auslese-Gatespannung V,_

mit kleiner Amplitude und einer Rücksetz-Gatespannung V mit großer Amplitude. Die vertikalen Abtastsignale S₀ nehmen während der horizontalen Abtastperiode t den Wert der Auslesespannung

AS

V~~ und während der auf die Zeitspanne t„ folgenden Austast-

Φυ rl

Lückenperiode t den Wert der Rücksetz-Gatespannung V an. Die

BLi U)R

horizontalen Abtastsignale δ .., S₂ ... werden nacheinander zur Auswahl der Spaltenleitungen 72-1, 72-2 ... angelegt. Jedes der Abtastsignale besteht aus einem hohen Puls zum Durchschalten der Spalten-Auswahltransistoren und einem tiefen Puls zum Abschalten der Transistoren. Wie bereits oben erläutert, ist das Blind-Abtastsignal δ ,, welches am Gate-Anschluß des Auswahltransistors 73 angelegt ist, das logische Summen-Signal aller horizontalen Abtastsignale δ .. , ^sn2' '*" ^D *

Wechselt das Signal δ .. der vertikalen Abtastschaltung 76 auf die Auslese-Gatespannung V__o, so werden die mit der Zeilenlei-

Φϋ

tung 71-1 verbundenen LSIT 70-11, 70-12, ... 70-ln und der Blind-SIT 70-1 ausgewählt. Werden die Spalten-Auswahltransistoren 73-1, 73-2, ... 73-n nacheinander mittels der horizontalen Abtastsignale δ ·,, δ₀₂, ... δ (welche von der horizontalen Abtastschaltung 77 bereitgestellt werden) durchgeschaltet, so werden die Ausgangssignale der ausgewählten LSIT 70-11, 70-12, ... 70-ln nacheinander auf der ersten Videoleitung 74 ausgelesen. Während dieser Auslesung der ersten Zeile wird das Dunkel-Signal des ersten Blind-Transistors 70-1 auf der zweiten Videoleitung 74' synchron mit dem Video-Signal auf der ersten Videoleitung 74 ausgelesen. Die Blind-Transistoren 70-1, 70-2, ..., 70-n sind gegen Lichteinstrahlung abgeschirmt. Danach werden beim Wechsel des Signales δ_., auf den höheren Wert V alle

bi Φ Κ

LSIT 70-11, 70-12, 70-ln und 70-1 gleichzeitig rückgesetzt,

um die nächste Signal-Speicherung vorzubereiten.

Sodann wird das vertikale Abtastsignal S_G2 auf den niedrigeren Wert V,_ geändert und es werden die LSIT 70-21, 70-22, ... 70-2n

(Db

sowie der Blind-Transistor 70-2 ausgewählt, welche mit der zweiten Zeilenleitung 71-2 verbunden sind. Diese LSIT 70-21, 70-22, . . . , 70-2n werden mittels der horizontalen Abtastsignale äL·.. , δ_ο2, ..., δ nacheinander ausgelesen und das Video-Signal wird über die erste Videoleitung 74 abgeführt. Gleichzeitig wird der

_{59 273}

Blind-Transistor 73 wiederholt synchron mit der Abtastung der LSIT 70-21, 70-22, ..., 70-2η ausgelesen und das gewonnene Dunkel-Signal wird über die zweite Video-Leitung 74' abgeführt. Danach werden alle LSIT 70-21, 70-22, ..., 70-2n und der Blind-Transistor 70-2 gleichzeitig rückgesetzt, wenn das vertikale Abtastsignal δ^_ο auf den höheren Wert V,_ geändert wird. In gleicher Weise wie oben erläutert, werden das photoelektrisch erzeugte Signal und das Dunkel-Signal nacheinander ausgelesen, um das Video-Signal einer Feldabtastung zu erhalten. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es durch Ableitung der Differenz zwischen dem Video-Signal und dem Dunkel-Signal der ersten bzw. zweiten Videoleitungen und mittels des Differenzverstärkers 17C möglich, ein kompensiertes Video-Signal gemäß Fig. 6 zu erhalten. Es sei darauf hingewiesen, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die Blind-Transistoren 70-1, 70-2, ... 70-m an der äußersten rechten Spalte angeordnet sind, doch können die Blind-LSIT auch entlang einer beliebigen anderen Spalte angeordnet sein. Verglichen mit dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel hat dieser Festkörper-Bildsensor die besondere Eigenschaft, daß das Dunkel-Signal nach der gleichen Integrationszeit gewonnen werden kann, in welcher auch jedes der Licht-Signale aufgespeichert wird.

Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Festkörper-Bildsensors. Der Bildsensor ist mit einer Reihe von Blind-Zellen versehen und ein Differenz-Ausgangssignal wird aus dem aus jedem Bildelement ausgelesenen Lichtsignal und einem Dunkel-Signal gebildet, welches aus einem benachbarten Bildelement gewonnen wird, welches im Dunkeln liegt. Gemäß Fig. 11 sind m χ η LSIT 80-11, 80-12, ..., 80-21, 80-22, ..., 80-mn und die Blind-LSIT 80-1, 80-2, ..., 80-m matrixförmig angeordnet und werden nacheinander gemäß einer XY-Adressierung ausgelesen. Die Blind-LSIT sind durch einen lichtabschirmenden Film 80' abgedeckt, welcher durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Die ein einzelnes Bildelement bildenden LSIT können in gleicher Weise wie oben

wo I ν H O Ό _ yft _ 59 26 8

beschrieben aufgebaut sein. Die Source-Anschlüsse von in Y-Richtung angeordneten LSIT sind mit zugehörigen Rücksetzleitungen 89-1, 89-2, ..., 89-n verbunden, und die Gate-Anschlüsse der in X-Richtung angeordneten LSIT sind mit den zugehörigen Zeilenleitungen 81-1, 81-2, ..., 81-m verbunden. Die Drain-Anschlüsse der in Y-Richtung angeordneten LSIT sind mit den zugehörigen Spaltenleitungen 82-1, 82-2, ... 82-n verbunden. Die Source-Anschlüsse der Blind-LSIT 80-1, 80-2, ..., 80-m sind gemeinsam mit der Blind-Rücksetzleitung 89-1' verbunden. Die Gate-Anschlüsse der Blind-LSIT 80-1, 80-2, ..., 80-m sind mit den zugehörigen Zeilenleitungen 81-1, 81-2, ..., 81-m verbunden, während die Drain-Anschlüsse der Blind-LSIT gemeinsam mit der Blind-Spaltenleitung 82-1' verbunden sind. Die Spaltenleitungen 82-1, 82-2, ..., 82-n sind gemeinsam an eine erste und eine zweite Videoleitung 84 bzw. 84" über zugehörige Spalten-Auswahltransistoren 83-1,83-2, , 83-n bzw. 83-1', 83-2', ...,

83-n¹ angeschlossen. Weiterhin ist die Blind-Spaltenleitung 82-1" über einen Blind-Auswahltransistor 83 mit der zweiten Videoleitung 84' verbunden. Die ersten und zweiten Videoleitungen 84 und 84' sind über Lastwiderstände 85 bzw. 85' an die Video-Spannungsquelle V _D angeschlossen. Die ersten und zweiten Videoleitungen 84 und 84" sind mit dem negativen bzw. positiven Eingang eines Differenzverstärkers 180 verbunden, welcher im gleichen Halbleiter-Plättchen ausgeformt ist, in welchem auch die anderen LSIT und die übrigen Transistoren ausgebildet sind. Die Zeilenleitungen 81-1, 81-2, ... 81-m sind mit der vertikaler. Abtastschaltung 86 verbunden, um vertikale Abtastsignale $_G1/ 3>__o/ ... (B₀ zu empfangen. Weiterhin sind ein Gate-Anschluß ei-

Qa λ Gm

nes Blind-Auswahltransistors 83 und die Gate-Anschlüsse der Spalten-Auswahltransistoren 83-1, 83-2, ..., 83-n mit der horizontalen Abtastschaltung 87 verbunden, um horizontale Abtastsignale «Bq-t, ^äD2' * " *' *D ^{zu em}P^fan9^en· Weiterhin sind die Spalten-Auswahlleitungen 89-1, 89-2, ..., 89-n und die Blind-Rücksetzleitung 89-1' mit der Rücksetzschaltung 88 verbunden, um nacheinander Rücksetz-Signale 3>_c,, δ_σο# ·../ <B_C , zu empfangen.

351 3A36

59 ₂₆₈

Nunmehr wird der Betrieb des in Fig. 11 gezeigten Festkörper-Bildsensors anhand der in den Fig. 12A-12J wiedergegebenen Pulsformen erläutert. Die Fig. 12A-12C zeigen die vertikalen Abtastsignale S^₁, <£>„-> und δ_,_ο, die Fig. 12D-12F die horizontalen Abtastsignale Φ ,, δ „ und S_D3/ die Fig. 12G-12I die Rücksetzsignale cBg-. / S₂₂ und Sgof welche an die Rücksetz leitungen 89-1, 89-2 bzw. 89-3 angelegt werden, und Fig. 12J gibt das Rücksetzsignal S₁ wieder, welches an die Blind-Rücksetzleitung 89-1' angelegt wird. Jedes der an die Zeilenleitungen 81-1, 81-2, ... angelegten vertikalen Abtastsignale δ_Γ1, 3>_c~ ... weist eine Licht-Speicherspannung V und eine Auslese-Gatespannung V mit kleinerer Amplitude auf. Das vertikale Abtastsignal et nimmt die Auslese-Gatespannung V während der horizontalen Abtastperiode t„ an. Die horizontalen Abtastsignale S_n-,/ ^nT "'* werden angelegt, um Paare von Spaltenleitungen 82-1' und 82-1, 82-1 und 82-2 ... nacheinander auszuwählen. Jedes der horizontalen Abtastsignale weist einen höheren Spannungspegel· zum gleichzeitigen Durchschalten von Paaren von Spalten-Auswahltransistoren 83 und 83-1, 83-1' und 83-2, 83-2' und 83-3 ... auf. Jedes der Rücksetz-Signale $„.,, Sg₂' ^sg3 ··· ^wi^r^ kurz nach der Auslesung der einzelnen LSIT 80-11, 80-12, ... mittels der horizontalen Abtastsignale ä>_n, , Φ „ ... erzeugt. Das heißt, nachdem das erste LSIT 80-11 mittels des horizontalen Abtastsignales äL·.. ausgelesen ist, wird das Rücksetz-Signal (δ_ς1 an die Rücksetzleitung 89-1 angelegt, so daß das betroffene LSIT 80-11 rückgesetzt wird. Für diesen Zweck hat das Rücksetz-Signal einen Spannungspegel, welcher im wesentlichen der Auslese-Gatespannung V_sr entspricht.

Wird das von der vertikalen Abtastschaltung 86 bereitgestellte Signal δ . auf die Auslese-Gatespannung V geändert, so werden die mit der Zeilenleitung 81-1 verbundenen LSIT 80-11, 80-12, ..., 80-ln und der Blind-LSIT 80-1 ausgewählt. Wird das Spalten-Auswahlsignal δ., an die Gate-Anschlüsse des ersten Paares von Spalten-Auswahltransistoren 83 und 83-1 angelegt, so werden die Spalten-Auswahlleitung 82-1 und die Blind-Spaltenleitung

Ό I v. r ~ U

- 2*r - 59 273

82-1' mit der ersten bzw. der zweiten Videoleitung 84 bzw. 84' verbunden. Es ist festzuhalten, daß die Blind-LSIT 80-1, 80-m durch das Rücksetz-Signal δ , der letzten Feldabtastung rückgesetzt worden sind. Deshalb wird auf der ersten Videoleitung 84 ein aus dem LSIT 80-11 gewonnenes Video-Signal und gleichzeitig auf der zweiten Videoleitung 84' ein Dunkel-Signal aus dem LSIT 80-1 gewonnen. Sodann wird das Rücksetz-Signal δ - von der Rücksetz-Schaltung 88 bereitgestellt und der LSIT 80-11 rückgesetzt. Sodann wird das horizontale Abtastsignal δ „ aus der horizontalen Abtastschaltung 8 7 angelegt und das nächste Paar von Transistoren 83-1' und 83-2 wird durchgeschaltet, d.h. leitfähig gemacht, und die Spaltenleitungen 82-2 und 82-1 werden mit der ersten bzw. der zweiten Videoleitung 84 bzw. 84' verbunden. Dementsprechend wird das Video-Signal des LSIT 80-12 auf der ersten Videoleitung 84 und gleichzeitig das Dunkel-Signal des LSIT 80-11 auf der zweiten Videoleitung 84' ausgelesen. Danach wird der betroffene LSIT 80-12 mittels des an die Rücksetzleitung 89-2 angelegten Rücksetz-Signales δ₅₂ rückgesetzt.

In der vorstehend erläuterten Weise werden nacheinander die LSIT ausgelesen, um ein Video-Signal auf der ersten Videoleitung und gleichzeitig die folgenden LSIT auszulesen, welche direkt nach ihrer Auslesung rückgesetzt worden sind, um auf der zweiten Videoleitung 84' ein Dunkel-Signal abzuleiten. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es durch Bilden einer Differenz aus den auf der ersten bzw. der zweiten Videoleitung auftretenden Videosignalen bzw. Dunkel-Signalen möglich, mittels des Differenzverstärkers 180 ein kompensiertes Video-Signal gemäß Fig. 6 zu erhalten. Im Vergleich mit den anderen Ausführungsbeispielen hat dieses den besonderen Vorteil, durch die Gewinnung des Dunkel-Signales aus dem benachbarten LSIT des betroffenen LSIT, welcher gerade ausgelesen wurde, ein wesentlich exakteres Dunkel-Signal und somit ein genau kompensiertes Video-Signal zu gewinnen.

_{59 268}

Fig. 13 zeigt das Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispieles eines Festkörper-Bildsensors. Hier wird das Dunkel-Signal zur Kompensierung des Video-Signales ohne ein Blind-LSIT gewonnen. Gemäß Fig. 13 sind m χ η LSIT 90-11, 90-12, ..., 90-21, 90-22, ..., 90-mn matrixförmig angeordnet und werden nacheinander gemäß einer XY-Adressierung ausgelesen. Die Source-Anschlüs se aller LSIT sind gemeinsam mit dem Erdpotential verbunden. Die Gate-Anschlüsse der in X-Richtung angeordneten LSIT sind mit zugehörigen Zeilenleitungen 91-1, 91-2, ..., 91-m verbunder.. Die Drain-Anschlüsse der mit ungerade numerierten Zeilenleitungen 91-1, 91-3, 91-5 ... verbundenen LSIT sind mit den zugehörigen Spaltenleitungen 92-1', 92-2, ...92-n¹ verbunden und die Drain-Anschlüsse der mit den gerade numerierten Zeilenleitungen 91-2, 91-4, 91-6 ... verbundenen LSIT sind mit den zugehörigen Spaltenleitungen 92-1, 92-2, 92-3 ... verbunden. Die Spaltenleitungen 92-1, 92-2, ..., 9 2-n und 92-1¹, 92-2', ..., 92-n¹ sind mit ersten bzw. zweiten Videoleitungen 94 bzw. 94' über zugehörige Spalten-Auswahltransistoren 93-1, 93-2, ..., 93-n bzw. 93-1', 9-32¹, ... 93-n¹ verbunden. Weiterhin sind die ersten und zweiten Videoleitungen 94 und 94' über Lastwiderstände 95 bzw. 95' mit der Video-Spannungsquelle V verbunden. Die Lastwiderstände haben gleichen Wert. Die ersten und zweiter. Videoleitungen 94 bzw. 94' sind mit dem positiven bzw. dem negativen Eingang eines Differenzverstärkers 19 0 verbunden, welcher im gleichen Halbleiter-Plättchen ausgeformt ist, wie die übrigen LSIT und Transistoren. Der Ausgang des Differenzverstärkers 190 ist mit einem Absolutwert-Geber 191 verbunden, welcher ebenfalls auf dem gleichen Halbleiter-Plättchen ausgeformt sein kann. Die Spaltenleitungen 91-1, 91-2, ..., 91-m sind mit der vertikalen Abtastschaltung 96 verbunden, um vertikale Abtastsignale S^₁, ä.„, ...,S zu empfangen. Weiterhin sind die Gate-Anschlüsse von Paaren von Spalten-Auswahltransistoren 93-1, 93-1'; 93-2, 93-2'; ...; 93-n, 93-n¹ mit der horizontalen Abtastschaltung 97 verbunden, um horizontale Abtastsignale 3>_D]» ^D2' * * * *D ^{zu em}Pf^an9^en-

Nunmehr wird der Betrieb des in Fig. 13 gezeigten Festkörper-Bildsensors anhand der in den Fig. 14A-14F wiedergegebenen Pulsformen näher erläutert. Die Fig. 14A-14C zeigen vertikale Abtastsignale c&_G1r <&_G2 ^und ®g3 ' ^{die Fig}* ^14D~^14F horizontale Abtastsignale &_Ό->, ^₂ ^und ^δη3" Jedes der an die Zeilenleitungen 91-1, 91-2 angelegten vertikalen Abtastsignale ä>„, , ä>,,_ ... weist eine Auslese-Gatespannung V _r mit kleiner Amplitude und eine Rücksetz-Gatespannung ν.™ mit großer Amplitude auf. Das

(DK

vertikale Abtastsignal <Β_ nimmt den Wert der Auslese-Gatespannung V_._ während der horizontalen Abtastperiode t„ und den Wert der Rücksetz-Gatespannung V während der horizontalen Abtast-

G) x\

lückenperiode t__T, welche der Periode t„ folgt, an. Die horizontalen Abtastsignale ^₀₁/ ^sn2' **" ^wer<^^en angelegt, um nacheinander Paare von Spaltenleitungen 92-1, 92-1'; 92-2, 92-2'; ...; 92-n, 92-n¹ auszuwählen. Jedes der Abtastsignale besteht aus einem Puls mit hoher Amplitude, um die Spalten-Auswahltransistoren 93-1, 93-1'; 93-2, 93-2'; ...; 93-n, 93-n' paarweise durchzuschalten, und weist Pulse mit kleiner Amplitude auf, um die Transistoren abzuschalten (Transistoren durchschalten = Transistoren leitend machen).

Wird das durch die vertikale Abtastschaltung 96 bereitgestellte Signal <5 - auf die Auslesespannung V geändert und werden die mit der Zeilenleitung 91-1 verbunden LSIT 90-11, 90-12, ..., 90-ln ausgewählt, so stellt die vertikale Abtastschaltung 96 auch die vertikalen Abtastsignale $>_c für die letzte Zeilenleitung 91-m bereit, um die LSIT 90-ml, 90-m2, ..., 90-mn auszuwählen, welche während der horizontalen Abtastlücke t-,_T bei der

Ci-j

letzten Feldabtastung rückgesetzt worden sind. Wenn das horizontale Abtastsignal Φ . von der horizontalen Abtastschaltung 97 bereitgestellt wird, werden die Spalten-Auswahltransistoren 93-1 und 93-1' gleichzeitig durchgeschaltet. Deshalb wird das Video-Signal des LSIT 90-11 auf der zweiten Videoleitung 94-1 ausgelesen und gleichzeitig das Dunkel-Signal des LSIT 90-ml auf der ersten Videoleitung 94. Sodann wird beim Auftreten des horizontalen Abtastsignales 3L·,, das Video-Signal des LSIT 90-12

_{59 268}

auf der zweiten Videoleitung 94' und gleichzeitig das Dunkel-Signal des LSIT 90-m2 auf der ersten Videoleitung 94 ausgelesen. Auf diese Weise werden die Video-Signale der LSIT 90-11, 90-12, ..., 90-ln nacheinander ausgelesen und gleichzeitig werden synchron miteinander die Dunkel-Signale der LSIT 90-ml, 90-m2 ..., 90-mn nacheinander ausgelesen. Nach der Auslesung der ersten Zeile werden die vertikalen Abtastsignale δ , auf die Rückset2-Spannung V,_D geändert und alle LSIT 90-11, 90-12, ..., 90-ln werden gleichzeitig rückgesetzt. Zum gleichen Zeitpunkt wird auch das vertikale Abtastsignal auf die Rücksetz-Spannung S„_R erhöht und somit werden alle LSIT 90-ml, 90-m2, ..., 90-mn gleichzeitig rückgesetzt.

In der nächsten Zeilen-Abtastperiode T werden die vertikalen Abtastsignale S₀₁ und 5>.,_o auf den Wert der Auslesespannung V geändert und somit werden die ersten und zweiten Zeilenleitungen 91-1 und 91-2 ausgewählt. Wird das horizontale Abtastsignal S_n, von der horizontalen Abtastschaltung 97 bereitgestellt, so werden das Video-Signal des LSIT 90-21 und das Dunkel-Signal des LSIT 90-11 gleichzeitig auf der ersten bzw. der zweiten Videoleitung 94 bzw. 94' ausgelesen. Wie oben erläutert, ist der LSIT 90-11 gerade in der letzten horizontalen Austastlücke t _T rückgesetzt worden und deshalb ist es möglich, ein Dunkel-Signal zu erhalten, welches im wesentlichen einem Dunkel-Signal entspricht, das von einem LSIT in totaler Dunkelheit gewonnen werden könnte. Auf diese Weise werden die LSIT 90-21, 90-22, ..., 90-2n mittels der horizontalen Abtastsignale δ_η1 , ^_n-?/ ..., äL nacheinander ausgelesen und ein Video-Signal der zweiten Zeile wird auf der ersten Videoleitung 94 erhalten. Gleichzeitig wird ein Dunkel-Signal auf der zweiten Videoleitung 94' synchron mit dem ersten Video-Signal gewonnen. Da das Video-Signal und das Dunkel-Signal auf der ersten und der zweiten Videoleitung 94 bzw. 94' alternativ für nacheinander folgende horizontale Zeilen ausgelesen werden, hat das Differenz-Ausgangssignal des Differenzverstärkers 190 abwechselnd positive

35 Ί θ4 OQ - » - 59 268

Zi,

und negative Polarität. Deshalb wird das Differenz-Ausgangssignal in einen Absolutwert-Geber 191 eingegeben, um ein Signal zu bilden, das dem Absolutwert der Differenz entspricht. Auf diese Weise läßt sich ein kompensiertes Video-Signal mit durchgehend positiver Polarität gewinnen. Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel hat gegenüber den übrigen Ausführungsbeispielen den besonderen Vorteil, daß es nicht erforderlich ist, Blind-LSIT vorzusehen, so daß der Aufbau insgesamt relativ einfach wird. Auch ist es bei diesem Ausführungsbeispiel möglich, ein relativ genaues Dunkel-Signal zu gewinnen, weil (mit Ausnahme der ersten Zeile) das Dunkel-Signal aus der Zeile gewonnen wird, die der betroffenen Zeile benachbart ist und aus der das Video-Signal gerade ausgelesen worden ist.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind jeweils laterale (in Querrichtung angeordnete) statische Induktionstransistoren (LSIT) verwendet, doch können auch gewöhnliche, vertikal angeordnete statische Induktionstransistoren vorgesehen werden. Auch ist es nicht unbedingt erforderlich, wie bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen, jeweils n-Kanal-SIT vorzusehen, vielmehr können auch p-Kanal-SIT eingesetzt werden, wobei die Polaritäten und die Leitfähigkeitstypen der Verunreinigungen umgekehrt werden.

- Leerseite -

Claims

DIPL-ING. GEKHARP PULS (1Q52-I97I D-8OCO MÜNCHEN 90 OLYMPUS OPTICAL CO. LTD. SCHWEIGERSTRASSE 2 lA-59 273 telefon: (089)6620 ji TELEGRAMM: PROTECTPATENT telex: j24070 telefax: via (089, 271 6063 (111) Patentansprüche :

1. Festkörper-Bildsensor aus einem Halbleiter-Plättchen, auf das Licht einfällt mit im Halbleiter-Plättchen ausgebildeten Bildelementen, die jeweils eine Verstärkungsfunktion ausführen, um ein Bildsignal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß im Halbleiter-Plättchen eine Differenzbildungsschaltung (64, 64·, 160; 84, 84·, 180; 94, 94¹, 190, 191) ausgebildet ist, um ein Differenz-Ausgangssignal aus dem Bild-Signal und einem Dunkel-Signal zu gewinnen, wobei das Differenz-Ausgangssignal vom Halbleiter-Plättchen abgreifbar ist.

2. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildelemente eine Vielzahl von lateralen oder vertikalen statischen Induktionstransistoren (60-11, ..., 60-mn; 70-11, ..., 70-mn; 90-11, ..., 90-mn) aufweisen, die matrixförmig angeordnet sind.

3. Festkörper-Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzbildungsschaltung ein einzelnes Bildelement (68) aufweist, welches im Halbleiter-Plättchen ausgebildet ist und gegen Licht abgeschirmt ist, um das Dunkel-Signal zu gewinnen.

2 - 59 273

4. Festkörper-Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Differenzbildungsschaltung eine Reihe von Bildelementen (70-1, ..., 70-m) aufweist, welche im Halbleiter-Plättchen ausgebildet sind und gegen Lichteinstrahlung abgeschirmt sind, um das Dunkel-Signal zu gewinnen.

5. Festkörper-Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Differenzbildungsschaltung Einrichtungen aufweist, um jeweils Bildelemente auszulesen, welche zu einer Zeile aber aufeinanderfolgenden Spalten gehören, wobei jeweils eines der Bildelemente gerade zuvor ausgelesen worden ist.

6. Festkörper-Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Differenzbildungsschaltung Einrichtungen aufweist, um ein Bildelement auszulesen, welches in der betreffenden Spalte aber in der vorangehenden Zeile angeordnet ist, welche gerade zuvor ausgelesen worden ist.