DE1289549B - Bildwandlersystem - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Bildwandler- erregten Spalte der Signalabtastung unterworfen wird, system mit in Reihen und Spalten angeordneten Der Zweck des MOS-Transistors ist also die Darstel-Photodetektoren und einer Erregerspannungsquelle lung einer »Und«-Funktion, wenn Reihen- und Spalzum selektiven Anlegen von Erregerspannungen an tenkoinzidenz besteht und dadurch eine Abtastung vorgegebene Reihen und Spalten der Anordnung. 5 möglich ist.

Für die Bildzerlegung sind Photodetektoranord- Die Erfindung ermöglicht ein Bildwandlersystem

nungen entwickelt worden. Jeder Photodetektor wird in integrierter Bauart zu schaffen, bei dem keine dabei adresssiert, und es wird die Amplitude eines elektrische Isolation der Photodetektoren im üblichen Signals bestimmt, welches am Ausgang erscheint. Die Sinne erforderlich ist, so daß sich eine besonders eindabei auftretenden Probleme liegen weniger in der io fache Herstellung ergibt. Auch besitzt das Bildvorteilhaften und zweckmäßigen Anordnung der wandlersystem gemäß der Erfindung eine bessere An-Photodetektoren in einem geeigneten Anordnungs- Sprechempfindlichkeit, eine geringere Ausgangskapaschema, sondern in denjenigen Einrichtungen, Schalt- zität und eine bessere Ausnutzung des vorhandenen elementen usw., denen die Aufgabe der Abtastung aktiven Halbleitergebietes, so daß im Vergleich zu der Photodetektoren obliegt. 15 Anordnungen anderer Art wesentlich kleinere Bau-

Zweck der Erfindung ist eine neuartige, einfache, einheiten dargestellt werden können,
stabile und betriebssichere Einrichtung zur selektiven Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsbei-

Abtastung der Photodetektoren in einer Anordnung spiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand dieser Art, bei der insbesondere auch mit Vorteil die der Zeichnung näher beschrieben.
Technologie der integrierten Schaltkreise angewandt 20 Fi g. 1 zeigt schematisch ein Schaltbild eines Photowerden kann. detektorsystems gemäß der Erfindung;

Gegenstand der Erfindung ist ein Bildwandler- F i g. 2 zeigt überwiegend schematisch eine Photosystem mit in einer ersten Anordnung in Reihen und detektor- und Abtastanordnung gemäß der Erfindung, Spalten untergebrachten Photodetektoren und einer wie sie insbesondere bei Anwendung der Technologie Erregerspannungsquelle zum selektiven Anlegen von 25 integrierter Schaltungen verwendet wird.
Erregerspannungen an vorgegebene Reihen und Spal- In Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild einer

ten der Anordnung, und die Erfindung ist dadurch zweidimensionalen Anordnung von Photodetektoren gekennzeichnet, daß eine zweite Anordnung mit einer kombiniert mit einem Abtastsystem gemäß der Erfinentsprechenden Zahl in Reihen und Spalten unterge- dung dargestellt. Lediglich zur Erläuterung der Wirbrachter MOS-Transistoren (Metall-Oxyd-Silizium- 3° kungsweise der dargestellten Anordnung sind zusätz-Transistoren) vorhanden ist, von denen je einer in liehe Schaltelemente dargestellt, welche die Anord-Reihe in dem Signalweg eines Photodetektors der er- nung selektiv mit Frequenzen erregen können, wie sie sten Anordnung liegt, daß die Erregerspannungen in der Fernsehtechnik üblich sind; eine Anordnung derart mit den MOS-Transistoren gekoppelt sind, daß gemäß der Erfindung kann auch als das Festkörpersie diese in den Arbeitszustand versetzen und dabei 35 äquivalent einer Vidikonröhre angesehen werden, den zugeordneten Photodetektor am Schnittpunkt der Wenn nur eine Anordnung von dreimal drei Elemenvorgegebenen Reihe und Spalte erregen können, ohne ten dargestellt ist, so ist dies nur eine vereinfachte die Reihe mit der Spalte unmittelbar zu verbinden, Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfin- und daß der jeweils im Arbeitszustand befindliche dung; das erfindungsgemäße System ist nach dem geMOS-Transistor den ihm zugeordneten Photodetektor 40 genwärtigen Stand der Technik darstellbar mit mehr mit einem Ausgangskreis zur Weitergabe oder Weiter- als 200 Elementen je 2,54 cm in jeder Richtung,
verarbeitung der von den erregten Photodetektoren In Spalte 1 der Darstellung gemäß F i g. 1 sind

abgenommenen Werte koppelt. MOS-Transistoren 11,12 und 13 angeordnet. In ent-

Es sind Schaltmatrizen oder Koordinatenschaltun- sprechender Weise befinden sich in Spalte 2 MOS-gen bekannt, bei denen Transistoren zur wahlweisen 45 Transistoren 21, 22 und 23 und in Spalte 3 MOS-Steuerung des elektrischen Stromes Verwendung fin- Transistoren 31, 32 und 33. Den MOS-Transistoren den. Eine Schaltmatrize dieser Art, die beispielsweise in Spalte 1 ist je ein Photodetektor 15,16 und 17 zufür Ziffernrechenanlagen verwendet werden soll und geordnet. In entsprechender Weise sind den MOS-welche in Spalten und Reihen angeordnete, selektiv Transistoren in Spalte 2 Photodetektoren 25, 26 und gesteuerte Transistoren aufweist, ist in der deutschen 50 27 und den MOS-Transistoren in Spalte 3 die Photo-Auslegeschrift 1032 787 beschrieben. Die Erfindung detektoren 35, 36 und 37 zugeordnet,
bezieht sich demgegenüber auf in Reihen und Spalten Die Photodetektoren können beispielsweise Zweiangeordnete Photodetektoren, beispielsweise Photo- Schichtbauelemente, also Photodioden, oder Dreidioden oder Phototransistoren, und von wesentlicher Schichtbauelemente sein, also Phototransistoren geBedeutung ist, daß im Gegensatz zu den bekannten 55 maß der Darstellung in der Zeichnung. Bei der AnAnordnungen zusätzlich eine zweite Anordnung, und wendung von Dreischichtbauelementen ist es günstig, zwar von MOS-Transistoren, vorgesehen ist, welche daß man durch passende Zeitwahl, insbesondere der mit je einem Photodetektor zur Darstellung eines Abtastzeiten, dafür sorgen kann, daß die Detektoren Bildwandlersystems zusammenarbeiten. im Speicherbetrieb arbeiten, so daß man dann alle

Das erfindungsgemäße System kann derart aufge- 60 Vorteile dieser Betriebsweise ausnutzen kann, welche baut sein, daß mit jedem Detektor in einer Anord- in Fernsehkameras angewandt wird,
nung ein MOS-Transistor integriert ist, welcher eine Eine Reihensammeischiene 41 verbindet alle G-

Gate-Elektrode (G-Elektrode), eine Masse-Elektrode Elektroden der MOS-Transistoren 11, 21 und 31; (Bulk-Elektrode) und ein aus Source (S-Elektrode) wenn man an diese Reihensammeischiene eine Span- und Drain (D-Elektrode) bestehendes Elektrodenpaar 65 nung anlegt, welche über einer bestimmten Schwellaufweist. Diese Elemente sind so verbunden, daß bei wertspannung der MOS-Transistoren liegt, werden Erregung einer bestimmten Reihe und Spalte der De- alle MOS-Transistoren 11, 21 und 31 in den Arbeitstektor am Schnittpunkt der erregten Reihe mit der zustand versetzt. Unter »Arbeitszustand« sei hier der

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Zustand des Bauelements bezeichnet, in dem zwi- ist, damit die entsprechenden Videosignale erzeugt sehen S- und D-Elektrode eine Stromleitung stattfin- werden. Beim Anlegen eines Abtastsignals an die beidet. Die G-Elektroden sind unter dem Bezugs- den zyklischen Zähler zur Erregung der Reihenzeichen G dargestellt, während die S-Elektroden das sammelschiene 41 und der Spaltensammelschiene 51 Zeichen 5, die D-Elektroden das Zeichen D und die 5 kann Strom fließen von der S- zur D-Elektrode des Masse-Elektroden (Bulk-Elektroden) das Zeichen B MOS-Transistors 11 und über den Photodetektor 15 haben. zum Belastungswiderstand 60. Die Amplitude dieses

Eine zweite Reihen-Sammelschiene 42 verbindet Stromes ändert sich mit der Anregung des Photoalle G-Elektroden der MOS-Transistoren 12, 22 und detektors 15, welche naturgemäß von der Amplitude 32; wenn man an diese Reihensammeischiene 42 eine io des Lichtes abhängig ist, dem der Photodetektor aus-Spannung anlegt, welche einen vorgegebenen Span- gesetzt ist. Während nun die Reihensammeischiene nungswert überschreitet, werden alle MOS-Transi- 41 weiterhin erregt bleibt, erregt der zyklische Zähler stören 12, 22 und 32 in den Ein-Zustand versetzt. In 72 anschließend die zweite Spaltensammelschiene 52, entsprechender Weise verbindet eine Reihensammei- so daß der Strom, der nunmehr durch den Beschiene 43 alle G-Elektroden der MOS-Transistoren 15 lastungswiderstand 60 fließt, die auf den Photodetek-13, 23 und 33. Wenn man an diese Sammelschiene tor 25 auftreffende Lichtintensität wiedergibt und 43 eine Spannung anlegt, die den Schwellwert der keine Information mehr über den Photodetektor 15 drei MOS-Transistoren überschreitet, werden diese liefert,
in den Arbeitszustand versetzt. Es werden also die einzelnen Spalten nachein-

Die Drain-Elektroden D der MOS-Transistoren 11, 20 ander erregt, während die Erregung jeweils für die 12 und 13 sind mit einer ersten Spaltensammel- betreffende Reihe erhalten bleibt, so daß eine fortschiene 51 verbunden, während die Drain-Elektro- laufende Abtastung der Photodetektoren erfolgt. Auf den der MOS-Transistoren 21, 22 und 23 mit einer diese Weise erscheint eine Folge von Spannungen zweiten Spalten-Sammelschiene 52 und die Drain- über dem Belastungswiderstand 60, welche die Szene, Elektroden der MOS-Transistoren 31, 32 und 33 mit 25 das Bild usw. wiedergibt, der die Photodetektoren einer dritten Spalten-Sammelschiene 53 in Verbin- ausgesetzt sind. Die Einrichtung 62 zur Weiterverardung stehen. Die Emitter jedes der Photodetektoren, beitung der eingehenden Signale kann eine Einrichbeispielsweise 15, sind mit den S-Elektroden der tung zur bildlichen Darstellung sein, oder es kann ihnen zugeordneten MOS-Transistoren, also im vor- auch sonst eine geeignete Einrichtung zur Weiterverliegenden Fall 11, verbunden. Die Masse-Elektroden 30 arbeitung der Videosignal-Schwingungsform sein, die (Bulk-Elektroden) jedes der MOS-Transistoren sind durch die in F i g. 1 dargestellte Schaltung erzeugt mit dem Kollektor jedes zugehörigen Photodetektors wird. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß im verbunden, und diese stehen alle mit einem gemein- vorliegenden Fall die Reihen und Spalten regelmäßig samen Belastungswiderstand 60 in Verbindung. Über nacheinander gewählt werden, jedoch braucht eine diesem gemeinsamen Belastungswiderstand ist eine 35 solche Wahl nicht notwendigerweise in dieser Art zu Schaltung 62 zur Weiterverarbeitung der eingehen- erfolgen; die Wahl kann in jeder beliebigen Folge vorden Informationen angelegt. An Stelle eines gemein- genommen werden. Die Erfindung ermöglicht daher samen Belastungswiderstandes kann erforderlichen- die Schaffung einer einfachen und zweckmäßigen falls auch je ein getrennter Belastungswiderstand für Einrichtung zur Darstellung eines Bildes, dem die jede abgetastete Reihe oder für jede adressierte Korn- 40 Anordnung ausgesetzt ist.

bination aus einem MOS-Transistor und einem Photo- F i g. 2 zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung detektor vorgesehen sein. Im vorliegenden Fall ist ein eine Anordnung eines integrierten Schaltkreises. Jeder gemeinsamer Belastungswiderstand vorgesehen, um Photodetektor, beispielsweise Photodetektor 15, hat darzustellen, wie die Einrichtung gemäß der Erfin- eine im wesentlichen spatenförmige Form und weist dung verwendet werden kann, um analog dem Aus- 45 eine p-Basis 15 p und einen n-Emitter 15 e auf. Die gang einer Fernsehkamera eine Folge von Video- Reihensammeischienen, beispielsweise 41, können in Signalen zu erzeugen. Die Erfindung ist also hinsieht- bekannter Art aufgetragen sein; ein Ausführungsbeilich der Weiterverarbeitung der erzeugten Informatio- spiel für ein derartiges Verfahren ist in der USA.-nen, Signale usw. nicht beschränkt. Patentschrift 2 981877 beschrieben. Der MOS-Tran-

Zur Abtastung der dargestellten Photodetektor- 50 sistor 11 hat eine S-Elektrode 115, ein Kanalgebiet anordnung ist eine Taktgebersignalquelle 64 vorge- 11C und eine D-Elektrode UD. Der Teil der Samsehen, welche die Taktgebersignale zu einem Hori- melschiene 41, der über dem Kanalgebiet aufgetrazontalfrequenzgenerator 66 und einem Vertikal- gen ist, stellt die G-Elektrode dar. Sie ist gegenüber frequenzgenerator 68 weitergibt. Horizontalfrequenz- der S- und der D-Elektrode durch eine (nicht dargegenerator 66 und Vertikalfrequenzgenerator 68 stel- 55 stellte) Oxydschicht isoliert. Der Emitter 15 e des len Teiler dar, welche die Taktgebersignale auf die Photodetektors ist mit der S-Elektrode des MOS-gewünschte horizontale und vertikale Abtastfrequenz Transistors durch einen aufgetragenen Leiter 74 verteilen. Der Ausgang des Horizontalfrequenzgenera- bunden. Zu dem Emitter 15 e und zu der S-Elektrode tors enthält Signale zum Abtasten der Reihen, welche 115 wird in bekannter (nicht dargestellter) Weise der an einen zyklischen Zähler 70 gegeben werden. Jeder 60 Kontakt durch Öffnungen in dem Oxyd hergestellt. Zählerausgang des Zählers erregt die entsprechenden Die D-Elektrode jedes MOS-Transistors ist in glei-Reihensammelschienen 41, 42 und 43. Der Ausgang eher Weise mit der Spaltensammelschiene, beispielsdes Vertikalfrequenzgenerators liegt an einem zykli- weise 51, der Anordnung verbunden. Die in F i g. 2 sehen Zähler 72, welcher die Vertikalfrequenzsignale dargestellte Anordnung kann in bekannter Weise auf die entsprechenden Spaltensammelschienen 51, 65 unter Anwendung der Technologie der integrierten 52 und 53 verteilt. Schaltungen hergestellt werden, so daß sich eine ein-

Es sei nun angenommen, daß die Photodetektor- gehendere Beschreibung in dieser Hinsicht erübrigt,

anordnung einer Szene, einem Bild od. dgl. ausgesetzt Die Erfindung ermöglicht die Darstellung einer

neuartigen und besonders vorteilhaften Anordnung zur Abtastung einer Folge von Photodetektoren. Wenn auch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Abtastung von Photodetektoren beschrieben worden ist, können auch andere veränderliche Impedanzen mit zwei Klemmen an Stelle der Photodetektoren mit der Anordnung der MOS-Transistoren verwendet werden. Beispielsweise können an Stelle der Photodetektoren auch Einrichtungen anderer Art, insbesondere Thermistoren, deren Widerstände sich mit ihrer Temperatur ändern, verwendet werden. Wenn man die Photodetektoren durch Thermistoren ersetzt, kann durch Abtastung der Anordnung ein Videosignal erzeugt werden, das einem Wärmebild des abgetasteten Bereiches proportional ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Bildwandlersystem mit in einer ersten Anordnung in Reihen und Spalten untergebrachten Photodetektoren und einer Erregerspannungsquelle zum selektiven Anlegen von Erregerspannungen an vorgegebene Reihen und Spalten der Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Anordnung mit einer entsprechenden Zahl in Reihen und Spalten untergebrachter MOS-Transistoren (Metall-Oxyd-Silizium-Transistoren) vorhanden ist, von denen je einer in Reihe in dem Signalweg eines Photodetektors der ersten Anordnung liegt, daß die Erregerspannungen derart mit den MOS-Transistören gekoppelt sind, daß sie diese in den Arbeitszustand versetzen und dabei den zugeordneten Photodetektor am Schnittpunkt der vorgegebenen Reihe und Spalte erregen können, ohne die Reihe mit der Spalte unmittelbar zu verbinden, und daß der jeweils im Arbeitszustand befindliche MOS-Transistor den ihm zugeordneten Photodetektor mit einem Ausgangskreis zur Weitergabe oder Weiterverarbeitung der von den erregten Photodetektoren abgenommenen Werte koppelt.

2. Bildwandlersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abzutastenden veränderlichen Impedanzen der Photodetektoren jeweils zwischen der Masse-Elektrode (Bulk-Elektrode) einerseits und der Source- bzw. Drain-Elektrode andererseits der zugeordneten MOS-Transistoren liegen, daß die Gate-Elektroden der MOS-Transistoren jeder Reihe mit der zugeordneten Reihensammeischiene und die Source- bzw. Drain-Elektroden jedes der MOS-Transistoren in einer Reihe, welche nicht mit der entsprechenden veränderlichen Impedanz verbunden sind, mit der zugeordneten Spaltensammelschiene verbunden sind und daß der Ausgang des jeweils erregten MOS-Transistors als für den Impedanzwert der zugehörigen veränderlichen Impedanz repräsentativer Wert am Ausgangskreis anliegt.

3. Bildwandlersystem nach Anspruch 1 oder 2 zur Anwendung in einem Videosignalgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß jede Masse-Elektrode (Bulk-Elektrode) der MOS-Transistoren mit einer Ausgangsimpedanz verbunden ist, daß jeder Photodetektor zwischen der Source-Elektrode je eines der MOS-Transistoren und der Ausgangsimpedanz liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen