DE2602447A1 - Photoelektronisches bauelement - Google Patents
Photoelektronisches bauelementInfo
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Description
Amtliches Aktenzeichen:
Aktenzeichen der Anmelderin:
Neuanmeldung
BU9-74-004
BU9-74-004
PHOTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT
Die Erfindung betrifft eine Anordnung, wie sie dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 zu entnehmen ist.
Festkörper-Bildabtaster sind allgemein bekannt. In der USA-Patentschrift
Nr. 3 721 839 ist ein solches Bauelement beschrieben. Die dort beschriebene
Anordnung verwendet Feldeffekttransistoren (FETs) als Photoelemente, die so beschaffen sind, daß sie bei Lichteinfall leiten.
Die vorliegende Erfindung beschreibt einen verbesserten Festkörper-Bildabtaster,
der im Ladungsspeicherbetrieb arbeitet. Hierbei ist nicht nur ein ebenso hohes Signal-Störverhältnis wie bei herkömmlichen Bauelementen dieser Art erzielbar,
sondern es liegt auch eine sehr kompakte Struktur vor, die eine höhere Ansprechgeschwindigkeit
und ein wesentlich verbessertes Auflösungsvermögen gegenüber bisher besitzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es also, eine Vorrichtung bereitzustellen,
die einen sehr kompakten Festkörper-Bildabtaster bildet und sich leicht mit Hilfe
bekannter und üblicher Verfahren als integriertes Festkörpersystem herstellen läßt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst wie im Kennzeichen des Patentanspruchs
1 angegeben. Das erfindungsgemäße photoelektronische Baulement besteht demnach
aus einem Einkristall mit einer vorgegebenen Leitfähigkeitszone, in die bei geringer Tiefe die Leitfähigkeitszone entgegengesetzten Leitungstyps durch
Diffusion oder Ionenbombardement eingebracht ist. Auf der Halbleiteroberfläche
sind hiervon isoliert mehrere Elektroden aufgebracht, die bei entsprechender Vorspannung jeweils eine Verarmungsregion zwischen Halbleiteroberfläche und
dem PN-Übergang bereitstellen. Fällt Licht auf den Halbleiter ein, dann wird es
hierdurch absorbiert, so daß ein Photostrom erzeugt wird. Da die Lichteindringtiefe
im Halbleiter eine Funktion der Lichtwellenlänge darstellt, kann die Erfassung
der für den jeweiligen Photostrom wirksamen Lichteindringtiefe zur Farbbestimmung
des jeweils einfallenden Lichtes herangezogen werden.
In vorteilhafterweise wird ein erfindungsgemäßer Bildabtaster in Triplettausführung
hergestellt, wobei die Photoelemente jeweils zur Erfassung der Grundfarben einstellbar sind.
Zur Farbmischung im Bildabtaster dienen in vorteilhafter Weise gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung an die Abfüh!verstärker angeschlossene Farbaddierer.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen
dargestellt und wird anschliessend näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 in einer Schnittansicht ein Fotoelement mit den nötigen Anschlüssen,
Fig. 2 schematisch eine Vorrichtung zur Analyse von Licht aus einer Dreiergruppe von Fotoelementen,
Fig. 3 schematisch einen Abfühlpunkt, einen Abfühlverstärker zur Verwendung in dem in Fig. 2 gezeigten
Analysesystem und die zugehörigen Messverstärker,
Fig. 4 eine zur Verwendung mit dem in Fig. 3 gezeigten Schaltungen geeignete Addierschaltung und
Fig. 5 schematisch eine Grossflächenanordnung mit Schieberegistern
zur kontinuierlichen Abfühlung des auf die Fotoelementengruppe auffallenden Lichtes.
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In Fig. 1 ist gezeigt, wie ein Fotoelement 10 zusammen mit einem Uebertragungsgate 11 und einem Abfühlpunkt 12 in einem
Körper 14 aus Halbleitermaterial integriert sind. Der Körper 14 besteht aus P-leitendem Halbleitermaterial, das mit einer
isolierenden Oxydschicht 15 überzogen ist. Das Fotoelement umfasst einen N-Bereich 16 und eine transparente oder teilweise
transparente Elektrode 17 auf der Oberfläche der Oxydschicht 15 über dem Bereich 16. Der Bereich 16 und die
Elektrode 17 sind so beschaffen, dass bei positiver Vorspannung relativ zum Körper 14 durch geeignete Stromquellen 18
und 19 ein Verarmungsbereich im Körper 14 gebildet wird, der sich zwischen der Elektrode 17 und der Diffusion 16 erstreckt.
Das Uebergangsgate 11 enthält eine auf dem Oxyd 15 angeordnete Elektrode 20, die neben der Elektrode 17 liegt oder diese
überlappt und direkt neben der N-leitenden Fühlerdiffusion Zl liegt, die .im Körper 14 unmittelbar unter der Oberfläche
des Oxydes 15 angeordnet ist. Eine Elektrode 22 ist mit der Abfühldiffusion 21 verbunden.
Durch richtige Wahl der an den Körper 14, den Bereich 16 und die Elektrode 17 angelegten Spannungspegel kann man dem PN-
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Uebergang-Verarmungsbereich um die Diffusion 16 und den unter der Elektrode 17 geschaffenen Verarmungsbereich über
die ganze Breite des Körpers 14 zwischen der Elektrode 17
und dem Uebergang 16 ausdehnen. So wird der ganze Bereich des Körpers zwischen der Elektrode 17 und der Diffusion
verarmt. Die Lage der Ebene, die die Stelle des grössten Elektroncnpotentials im Verarmungsbereich bezeichnet, ist
durch die gestrichelte Linie 23 zwischen der Elektrode 17 und dem Bereich 16- dargestellt. Sie kann dichter an die
Elektrode 17 oder die Diffusion 16 herangeschoben werden, indem man die Spannungen oder das Verhältnis der Spannungen
verändert, die an den Körper 14, den Bereich 16 und die Elektrode 17 von den Stromquellen 18 und 19 angelegt werden.
Wenn Licht den Körper 14 durch die Elektrode 17 trifft, wird dieses absorbiert und erzeugt bei seinem Eindringen in den
Körper 14 ein Lochelektronenpaar. Die Absorption und die Findringtiefe des Lichtes sind eine Funktion seiner Farbe
oder Wellenlänge. Die Eindringtiefe von violettem Licht ist z.B. sehr gering, die von rotem Licht dagegen ist gross.
Wenn die Ebene 23 also einen gegebenen Abstand von der Oberfläche hat, wird ein bestimmter Bruchteil der spektralen
Komponenten des Lichtes zwischen der Ebene 23 und der Oberfläche
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absorbiert. Bei einem gegebenen Fotoelement, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, werden durch das Licht über der Ebene
23 erzeugte Elektronen an die Oberfläche geschwemmt und dort gespeichert, während unter der Ebene 23 erzeugte
Elektronen zum Bereich 16 geschwemmt werden und dort verbleiben.
Da die konventionellen Farberkennungs- und -Wiedergabesysteme,
wie beispielsweise das Farbfernsehen auf der Bestimmung der Grossen der drei Primärkomponenten Rot, Grün, und Blau basieren,
basiert auch die folgende Beschreibung auf diesen drei Komponenten. Das hier beschriebene System kann natürlich
vereinfacht oder ausgedehnt werden, um bei Bedarf eine Farberkennung mit höherer oder niedrigerer Zuverlässigkeit zu
liefern.
Für eine gegebene Strecke X zwischen der Oberfläche des Körpers 14 und der Ebene 23, die bestimmt ist durch ein
erstes Verhältnis der angelegten Spannungen, sind die Bruchteile der drei über der Strecke X absorbierten Farbkomponenten
a1, b. und C1. Diese Grossen des absorbierten Lichtes
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erzeugen Defektelektronen-Ladungspaare im Halbleiter innerhalb der Strecke·χ = X1 von der Oberfläche, d.h. die
Ebene 23 wird in einem Abstand x. von der Oberfläche des
Körpers festgelegt. Durch die festgelegten elektrischen Felder in diesem Bereich fliessen die erzeugten Elektronen
zur Oberfläche, während die erzeugten Löcher zur Masse des nicht verarmten Halbleiters und durch den Substratkontakt
aus dem Halbleiter herausfliessen. Der Elektronenfluss zur Oberfläche kann beschrieben werden durch einen Strom:
worin I^, Ir, IR die durch das einfallende blaue, grüne und
rote Licht erzeugten Elektronen-Gesamtströme sind und die Strahlungskomponenten a1, b. und C1 entsprechend die Bruchteile
dieser Komponenten, die zur Halbleiteroberfläche fliessen. Nachdem der Strom I, abgefühlt ist, entweder direkt oder
durch Abfühlen der an der Oberfläche gesammelten Ladung Q1
während eines kurzen Zeitabschnittes t.. durch Entnahme der
Ladung von der Abfühldiffusion 21, werden die Vorspannungen so umgeschaltet, dass die Lage der Ebene 23 im Körper 14 auf
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P6024A7 ·*·
χ = χ- so verschoben wird, dass man einen neuer. Strom mit
anderen Werten für a,. b und c erhält:
1Z
=
Dieser neue Strom I_ oder die gesammelte Ladung Q_ werden
wieder abgefühlt und die Spannungen daraufhin neu eingestellt, so dass die Lage der Ebene 23 verschoben wird für
x=x, und man einen dritten Strom I, erhält:
Diese drei Stromgleichungen oder die zugehörigen Gesamt-Ladungsgleichungen
können jetzt nach den unbekannten Farbkomponenten I0, In, In aufgelöst werden und man erhält:
1B = Vl
1G = 0I1I + 6Z1Z
1R = 11I1I
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worin die Konstanten B-, B' , ...' R„, R_ aus den physikalischen
und elektrischen Eigenschaften der Elemente sowie den Vorspannungsbedingungen bekannt sind. So sind z.B.:
- b3c2)/A
B2 = Cb3C1 - blc3)/A
B3 = <blc2 "
Δ =
Als weiteres Beispiel können die Bruchteile a,, b,, ...,
b_c, bestimmt werden für ein gegebenes Element wie folgt. Bei gegebenen Vorspannungen, bei welchen die Ebene 23, d.h. die Lage des grössten Elektronenpotentials, bei χ = X1 liegt, ist der Bruchteil a des blauen Lichtes (λ = 4700 a), das innerhalb von x.. der Oberfläche absorbiert wird einfach:
b_c, bestimmt werden für ein gegebenes Element wie folgt. Bei gegebenen Vorspannungen, bei welchen die Ebene 23, d.h. die Lage des grössten Elektronenpotentials, bei χ = X1 liegt, ist der Bruchteil a des blauen Lichtes (λ = 4700 a), das innerhalb von x.. der Oberfläche absorbiert wird einfach:
E1 = 1 - e~aBXl,
worin aR der Absorptionskoeffizient für blaues Licht ist.
worin aR der Absorptionskoeffizient für blaues Licht ist.
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1,3 χ ΙΟ4 (cm"1) λ = 4700
ähnlich
= l-e"aGXl, aG = 8,4 χ ΙΟ3 (cm"1), (λ = 5200
-= l-e"aRXl, aR = 3 χ ΙΟ3 (cm"1), (λ = 6500
Die Bruchteile a^, b~, Cj erhält man ähnlich aus diesen Gleichungen,
indem man x- durch x2 ersetzt, die, Bruchteile a,,
b,, c,, indem man entsprechend χ = χ, setzt.
Ein System für die Farberkennung ist in Fig. 2 gezeigt. Dort ist jedes der drei Fotoelemente 25, 26 und 27 mit einem entsprechenden
Abfühlverstärker 28, 29 und 30 gekoppelt, von denen jeder wiederum mit drei Messverstärkern verbunden ist.
Der Abfühlverstärker 28 ist also mit den Messverstärkern 28a, 2 8b und 28c verbunden, während der Abfühlverstärker 29 mit
den Messverstärkern 29a, 29b und 29c und der Abfühlverstärker 30 mit den Messverstärkern 30a, 30b und 30c gekoppelt ist.
Die Ausgänge eines jeden Messverstärkers sind wiederum mit entsprechenden Addierschaltungen 31, 32 und 33 verbunden.
Somit ist jeder Messverstärker 28a, 29a und 30a mit der
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Addierschaltung 31 gekoppelt, während die Ausgänge der
Messverstärker 28b, 29b und 30b mit der Addierschaltung 32
und die Ausgänge der Messverstärker 28c, 29c und 30 c mit der Addierschaltung 33 gekoppelt sind. Die Ausgabe einer
jeden Addierschaltung ist eine Anzeige für eine entsprechende Farbe. Die Ausgabe der Addierschaltung 31 ist also eine
Spannung, die den einfallenden Fluss roten Lichtes auf die drei Fotoelemente 25, 26 und 27 anzeigt, die Ausgabe der
Addierschaltung 32' ist diejenige Spannung, die die Grünkomponente
des Lichtes anzeigt, und die Ausgabe der Addierschaltung 33 zeigt die Blaukomponente des Lichtes an.
Das in Fig. 2 gezeigte System arbeitet kurz gesagt wie folgt. Nimmt man an, dass jedes der Fotoelemente 25, 26 und 27
individuell so vorgespannt ist, dass die Ebene 23 an eindeutigen Stellen χ., x_, x-, liegt und dass sie alle demselben
einfallenden Licht ausgesetzt sind, so wird der in das Silizium strömende Lichtfluss beschrieben durch:
φ = ar φτ + ag φg + ab φ^
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wobei φτ, <|>b und φg die Einheitsfarbvektoren Rot, Grün,
Blau und ar, ag, ab die relativen Flussdichten dieser drei Komponenten sind. Für gegebene Vorspannungen an den Fotoelementen
25, 26 und 27 soll die entsprechende, durch jedes Fotoelement während einer Periode t gesammelte Ladung bezeichnet
se^n mit Q1, Q. und Q„. So erhält man drei Ladungs
pakete, deren Grossen in bezug gesetzt werden können zu den Lichtflusskomponenten durch:
Q1 = du ar + d12 ag + d13 ab
Q2 - d21 ar + d22 ag + d23 ab CD
Q3 = d31 ar + d32 ag + d33 ab,
worin die d-Faktoren Konstanten sind, die die baulichen und elektrischen Eigenschaften des Elementes sowie die Vorspannungen
berücksichtigen. Wenn diese drei Ladungspakete parallel an die Abfühlverstärker 28, 29 und 30 übertragen
werden, werden sie gemäss späterer genauer Beschreibung dort in die Signalspannungen V,, V- und V, umgewandelt, die den
Ladungspaketen Q1, Q- und Q^ proportional sind. Durch Definition
ist:
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η.
dllar/Cn = Bll VR d21 a^Cn ' B21 VR d31aT/Cn = B31 VR
" B12 VG d22 aS/Cn " B22 VG d32aS/Cn = B32 VG
* B13 VB d23 ab/Cn = B23 VB d33ab/Cn = B33 VB
worin C die Kapazität am Eingang jedes Abfrageverstärkers
ist. Den obigen Gleichungssatz (1) kann man auch schreiben:
Vl ■ Bll VR + B12 VG + B13 VB
V2 " B21 VR + B22 VG + B23 VB
V3 = B31 VR + B32 VG + B33 VB
worin Vn, Vn, Vn Signalspannungen sind, die dem Farbfluss der
Komponenten ar, ag und ab proportional sind. Die Gleichungen für die Farbsijnalspannungspegel lassen sich lösen durch einfache
Invertierung des Gleichungssatzes
VR ■ All Vl + A12 V2 + A15 V3
VG = A21 Vl + A22 V2 + A23 V3
VB =A31 Vl + A32 V2 + A33
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worin die A-Faktoren in jeder Gleichung Konstanten darstellen, die die physikalischen und elektrischen Parameter
sowie die Vorspannungen der Messverstärker berücksichtigen.
Um also die Farbinformation aus den integrierten Ladungspegeln Q-, Q_ und Q aus den zugehörigen Spannungen V,, V-,
V^ zu gewinnen, braucht man nur die schematisch in Fig. 2
gezeigte Verarbeitung vorzunehmen. Die Signalausgänge von den Abfühlverstärkern 28, 29 und 30 werden den entsprechenden
Messverstärkern 28a, 28b, 28c, 29a, 29b, 29c, 30a, 30b und 30c und dann den Addierstufen 31, 32 und 33 zugeführt. Die Ausgänge
dieser Addierstufen sind dann die Farbsignale Vn, Vn
K b
und VR. Das in Fig. 2 gezeigte System kann so angepasst
werden, dass nur ein Fotoelement und zwei nicht fotoempfindliche Speicherelemente S1 und S- verwendet werden. Der Vorteil
eines Systems mit drei Fotoelementen gegenüber einem System mit einem Fotoelement liegt in der Möglichkeit, alle
drei Signalladungspegel in einer Unterscheidungsperiode zu integrieren, wogegen das einzelne Fotoelement drei verschiedene
Perioden braucht. Bei der Integration des Systems mit drei Fotoelementen kann die nächste 'Ablesung" somit unmittelbar
beginnen, nachdem die Ladungen Q,, Q~ und Q, an die
Abfrageverstärker geleitet sind.
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Eine für die Abfühl- und Messfunktion brauchbare Schaltung ist in Fig. 3 gezeigt·. Der einfacheren Erklärung halber ist
nur ein Abfühlverstärker 28 zusammen mit seinen zugehörigen
Messverstärkern 28a, 28b und 28c beschrieben. Der Abfühlverstärker
28 enthält drei FETs 35, 36 und 37. Der Transistor 35 is*" mit seinem Drain angeschlossen an eine erste
Spannungsquelle 38 und mit seinem Gate an eine zweite Span-· nungsquelle 40. Mit seiner Source, die die in Fig. 1 gezeigte
Diffusion 21 ist, ist er über die Leitung 22 an das Gate 42 des FET 36 angeschlossen. Der Drain des FET 36 ist wiederum
mit einer dritten Spannungsquelle 43 und seine Source ist
mit dem Drain des FET 37 una den Gates 50, 51 und 52 der FETs 53,- 54 und 55 verbunden, die als Messverstärker 28a, 28b und
28c dienen. Das Gate des FET 37 ist mit einer vierten Spannungsquelle 44 verbunden, seine Source ist geerdet.
Der Drain jedes Messverstärkertransistors 53, 54 und 55 ist mit einer individuellen Stromquelle 56, 57 und 58 verbunden,
während die Source jedes Transistors 53, 54 und 55 an einen Addierkreis 31, 32 und 33 angeschlossen ist. Obwohl die
Stromversorgung 28, 40, 44 usw. getrennt gezeichnet wurden,
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. AU.
brauchen diese nicht unbedingt alle getrennt zu sein.
Der Abfühlverstärker 28 arbeitet wie folgt: Am Anfang wird ein geeigneter Spannungsimpuls von der Stromversorgung 60
an das Gate des FET 35 angelegt, so dass dieser leitend wird und dadurch -!ine Spannung von der Stromversorgung 33 an das
Gate 22 des FET 36 gelangt. Durch diese Spannung wird die Kapazität der Leitung 22/ des Gates 42 und der Diffusion 21
auf den Pegel der Versorgung 38 aufgeladen. Diese ganze Kapazität ist dargestellt durch den Kondensator 60. Wenn der
Kondensator 60 einmal auf den Pegel der Stromversorgung 38 aufgeladen ist, kann die Versorgung 40 abschalten und den
FET 35 nichtleitend machen. Die Spannung auf der Kapazität 60 reicht aus, um den FET 36 leitend zu machen, einen Strom
fliessen zu lassen, um die Steuerelektroden 50, 51 und 52 eines jeden .Messverstärkertransistors 53, 54 und 55 aufzuladen.
Der Transistor 37 wird als Widerstand gegen Erde benutzt und sein Widerstandswert ist durch eine Spannung an
seinem Gate von der Quelle 44 so eingestellt, dass die Spannungspegel an den Gates 50, 51 und 52 geregelt werden.
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Wenn die an die Steuerelektroden der Transistoren 36 und 37 angelegten Spannungen.ausreichen, um diese Transistoren im
linearen Bereich zu betreiben, dann wird bei Anlegen eines Signales an den Abfühlpunkt, d.h. die Diffusion 21, die
Kapazität 60 wenigstens teilweise entladen und die Spannung der Steuerelektrode des Transistors 36 verändert. Dadurch
wird der Strom im Transistor 36 verändert und auch die an den Steuerelektroden 50, 51 und 52 anliegende Spannung. Diese
hat somit eine Komponente, die der Farbflussdichte proportional ist, die auf das Fotoelement 25 auftrifft. Wenn das Element
auch im linearen Bereich betrieben wird, so enthält das Signal zum Addiererkreis 31 die Komponente A11 V-.
•Gleichzeitig können die Elemente 54 und 55 so ausgelegt sein,
dass sie an den Addierer 32 bzw. den Addierer 33 die Signale übertragen, die die Komponenten A-,V,, A^-V. haben. Sieht man
eine ähnliche Schaltung für die anderen Abfühl- und Messverstärker
vor, die in Fig. 2 gezeigt sind, so werden folgende Signale an die Addierschaltungen 31, 32 bzw. 33 angelegt:
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Χϋ12"Α12ν2
I022"A22V2 + 1OZ3-W3 an Addiei<er 52
Σ03ΓΑ3ΐνΐ + 1032"A32V2 + hzi'Wz an Addierer 35.
Im Zusammenhang mit Fig. 4 wird eine einfache Schaltung für den Addierer beschrieben. Diese Schaltung enthält einen Lastwiderstand
65, der zwischen die Eingänge 61, 62 und 63 und Erde gekoppelt ist. Die Eingänge 61, 62 und· 63 sind jeweils
mit einem anderen Messverstärkersatz verbunden. Der Eingang 61 könnte z.B. vom Messverstärker 28a, der Eingang 62 vom
Messverstärker 29a und der Eingang 63 vom Messverstärker 30a
kommen. Somit ist die Spannung am Ausgangspunkt 64 der Addierschaltung die Summe aller Eingangsspannungen. Für dieses gegebene
Beispiel ist der Ausgang des Addierers 31 die Spannung, die das rote Licht darstellt, das auf die drei Fotoelemente
25, 26, 27 trifft, die Ausgabe des Addierers 32 ist die Spannung, die das grüne Licht darstellt und die Ausgabe des Addierers
33 die Spannung, die das blaue Licht darstellt.
In Fig. 5 ist ein Bereichsabtaster dargestellt, der aus einer Anzahl von oben beschriebenen Einzelabtastern besteht. Dar-
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gestellt ist eine η χ 3m-Fotoelementenanordnung 70, die auf
einem Körper 69 aufgebaut ist, der einen darunterliegenden diffundierten oder ionenimplantierten Bereich enthält, der
nicht dargestellt ist. Die Anordnung 70 besteht aus einer Anzahl von Dreifach-Schieberegistern mit transparenten
Elektroden, von denen nur zwei Gruppen, die erste Gruppe 71 und die letzte Gruppe 71n dargestellt sind. Jedes Schieberegister
in jedem Satz ist mit einem entsprechenden Schieberegister 75, 76 oder 77 gekoppelt.
Jedes Dreifach-Schieberegister kann z.B. ein Ladungskopplungsschieberegister
sein mit zwei oder drei Phasen, wie es beispielsweise in der USA-Patentschrift Nr. 3 819 959
beschrieben ist.
So besteht der Dreiersatz 71 aus den drei Drei-Phasen-L'adungskopplungs.schieberegistern
72, 73 und 74. Beim Bau einer solchen Anordnung können unter den Schieberegistern
des Dreiersatzes verschiedene Isolatordicken angeordnet werden, um die drei verschiedenen Pegel der pro Dreiersatz
erforderlichen elektronischen Potentialminima festzulegen, die für die Bestimmung der drei verschiedenen Farben benötigt
. ' 609834/0646
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werden. Bei Benutzung drei verschiedener Oxyddicken können übliche Ladungskopplungsimpulse dazu benutzt werden, die
empfangene Information aus jedem Register zu schieben.
So ist beispielsweise die Oxyddicke unter dem Register 72 geringer als die unter dem Register 73, und diese ist
wiederum kleiner als die Oxyddicke unter dem Register 74. Darstellungsgemäss enthält jedes Register mehrere Elektroden.
Bei einem Betrieb als Fotoelement werden nur die Elektroden der ersten Phase eines jeden Schieberegisters in jedem Dreiersatz
vorgespannt, um als Fotoelement zu dienen. Da würden z.B. im Register 72 die Elektroden 72a und 72d vorgespannt,
um als Fotoelemente zu dienen, während die vorletzte Elektrode 72t ein Uebertragungsglied wäre und die letzte Elektrode 72x
über einer geeigneten Abfühldiffusion läge und mit einem
anderen Schieberegister 77 gekoppelt wäre.
Wenn belichtet wird, wäre beispielsweise das Register 74 primär empfindlich für das Lichtspektrum unterhalb des blauen
Referenzpegels, das Register 73 für das Spektrum unterhalb des grünen Referenzpegels und das Register 72 für das gesamte
Spektrum unterhalb des roten Referenzpegels.
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Nun wird zuerst die Information unter jeder ersten Phasenelektrode
gespeichert.und dann in bekannter Ladungskopplungs-Schiebetechnik
auf die drei 1 χ m Schieberegister 75, 76 und 77 ausgeschoben. Somit wird ein Informationsbit aus jedem
Schieberegister in jedem Dreiersatz in der-Anordnung in ein entsprechendes Register 75, 76 und 77 geschoben. Die von
diesen drei Registern empfangene Information wird dann auf eine Reihe von Abfühlverstärkern 28, 29 und 30 ausgeschoben,
die den in Fig. 2 und 3 gezeigten Verstärkern identisch sind, Wenn die Schieberegister 75, 76 und 77 einmal leer sind,
wird das nächste Informationsbit von den Dreiersätzen eingeschoben und die Schrittfolge dann wiederholt.
Wenn die Information einmal in die Abfühlverstärker eingeleitet wurde, wird sie genauso verarbeitet, wie es oben
beschrieben wurde, d.h. der Fotostrom wird abgefühlt und in die entsprechenden Spannungen umgewandelt, die die Farbe des
auf die Anordnung auftreffenden Lichtes darstellen.
Obwohl Isolatordicken beschrieben wurden, um die benötigte unterschiedliche Raumladung oder die Verarmungstiefen festzulegen,
kann man das natürlich auch über die Spannung oder die Dotierungskonzentration der Oberfläche erreichen.
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Claims (1)
- PATENTANSPRÜCHEλ.J Photoelektronisches Bauelement mit PN-Übergang und über einerisolierenden Schicht angebrachten Oberflächenelektroden, gekennzeichnet durch Mittel zum Anlegen elektrischer Spannungen an die Halbleiterzonen und wenigstens eine der Oberflächenelektroden derart, daß unter den Oberflächenelektroden jeweils ein Photoelement wirksam ist, das für einen vorgebbaren Spektralbereich elektromagnetischer Strahlung empfindlich ist, und durch mit dem jeweils so gebildeten Photoelement verbundenen Anzeigemitteln zur Erfassung der hierauf wirksamen Strahlungsintensität im jeweiligen Spektralbereich.Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jeweils ein Teil der Oberflächenelektroden als ladungsgekoppeltes Schieberegister ausgebildet sind.Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Schieberegister wenigstens eine Elektrode lichtempfindlich ist und daß verschiedene Betriebsspannungen für die lichtempfindlichen Elektroden der Schieberegister vorgesehen sind, derart, daß jede Elektrode für einen bestimmten Spektralbereich elektromagnetischer Strahlung empfindlich ist.Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spektralbereiche zwischen 3500 und 8000 A liegen.Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, in welcher sich eine Zone zweiter Leitfähigkeit parallel zu den Oberflächenelektroden erstreckt und von dieser durch die Zone erster Leitfähigkeit getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode (17) durch die vorgesehenen Betriebsspannungen gegenüber der Zone zweiter Leitfähigkeit (16) so aufgeladen wird, daß in der Zone erster Leitfähigkeit (14) eine Verarmungsregion entsteht./ιBU9-74-004 - 22 -f. 2602U7Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen derart gewählt sind, daß in bestimmter Tiefe in der Zone erster Leitfähigkeit (14) ein Maximum der Elektronenpotentialenergie (23) entsteht.Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigemittel einen Abfühl verstärker (28) umfassen, der eine zweite Zone zweiter Leitfähigkeit (21) im Halbleiter (14) aufweist, welche mit mindestens einer Oberflächenelektrode (22) leitend verbunden ist, sowie ein Übergangsgate (20), das durch eine weitere Oberflächenelektrode gebildet und zwischen der als Photoelement dienenden Elektrode (17) und der zum Abfüh!verstärker gehörenden Elektrode (22) angeordnet ist.Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigemittel eine den Abfühlverstärker (28) enthaltende Farbanalyseschaltung umfassen, welcher mit mehreren Meßverstärkern (28a, b, c) verbunden ist, die ihrerseits je an einen Farbaddierer (31, 32, 33) angeschlossen sind.Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfühlverstärker eine zweite Zone zweiter Leitfähigkeit (21) im Halbleiterkörper (14) aufweist sowie einen Feldeffekttransistor (36), dessen Gate (42) mit der zweiten Zone, dessen Drain mit einer Spannungsquelle (43) und dessen Source mit den Meßverstärkern verbunden sind, und daß jeder Meßverstärker einen Feldeffekttransistor (53, 54, 55) aufweist, dessen Gate (50, 51, 52) mit dem Abfühlverstärker, dessen Drain mit einer Spannungsquelle (56, 57, 58) und dessen Source mit dem Farbaddierer (31, 32, 33) verbunden ist.BU9-74-004 - 23 -
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CA1107379A (en) * | 1977-03-24 | 1981-08-18 | Eastman Kodak Company | Color responsive imaging device employing wavelength dependent semiconductor optical absorption |
US4229754A (en) * | 1978-12-26 | 1980-10-21 | Rockwell International Corporation | CCD Imager with multi-spectral capability |
US4214264A (en) * | 1979-02-28 | 1980-07-22 | Eastman Kodak Company | Hybrid color image sensing array |
DE3217227C2 (de) * | 1981-05-08 | 1986-11-27 | Omron Tateisi Electronics Co., Kyoto | Farbfeststellungsvorrichtung |
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DE3124716A1 (de) * | 1981-06-24 | 1983-05-19 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | "anordnung zur mehrspektralen abbildung von objekten, vorzugsweise von zielen" |
JPS63227293A (ja) * | 1987-03-17 | 1988-09-21 | Olympus Optical Co Ltd | 面順次カラ−撮像装置 |
US7463562B2 (en) * | 2003-04-30 | 2008-12-09 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of recording temporary defect list on write-once recording medium, method of reproducing the temporary defect list, recording and/or reproducing apparatus, and the write-once recording medium |
WO2005078801A1 (en) * | 2004-02-17 | 2005-08-25 | Nanyang Technological University | Method and device for wavelength-sensitive photo-sensing |
US8216134B2 (en) | 2007-12-12 | 2012-07-10 | Medtronic, Inc. | Implantable optical sensor and method for manufacture |
US8290557B2 (en) * | 2007-12-12 | 2012-10-16 | Medtronic, Inc. | Implantable optical sensor and method for use |
US8165676B2 (en) | 2007-12-21 | 2012-04-24 | Medtronic, Inc. | Optical sensor and method for detecting a patient condition |
EP2110355A1 (de) * | 2008-04-19 | 2009-10-21 | Fife-Tidland GmbH | Vorrichtung zum optischen Erfassen der seitlichen Lage von Merkmalen auf laufenden Materialbahnen und Verfahren beim Betrieb dieser Vorrichtung |
WO2010085526A1 (en) * | 2009-01-22 | 2010-07-29 | Medtronic, Inc. | Co-location of emitters and detectors and method of operation |
WO2011093913A1 (en) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | Medtronic, Inc. | Optical sensor for medical device |
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---|---|---|---|---|
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US3858232A (en) * | 1970-02-16 | 1974-12-31 | Bell Telephone Labor Inc | Information storage devices |
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