DE3604971A1 - Photosensoreinrichtung mit dunkelstromkompensation - Google Patents
Photosensoreinrichtung mit dunkelstromkompensationInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Photosensoreinrichtung mit
Dunkelstromkompensation, die mindestens ein Paar
gleichartiger Sensorelemente aufweist.
Eine derartige Einrichtung ist aus der DE-OS 26 23 745
bekannt. Dort ist eine CCD-Videokamera beschrieben,
welche als Sensorelemente ein Paar gleichartiger
ladungsgekoppelter Elemente aufweist. Der Grund hierfür
besteht darin, daß Dunkelstromeffekte soweit wie
möglich eliminiert werden sollen. Eine zwischen dem
Objektiv sowie den ladungsgekoppelten Elementen vor
handene, schwenkbare Spiegelanordnung sorgt dafür, daß
während der ersten Hälfte des Integrationsintervalles
die Belichtung auf das eine, während der zweiten Hälfte
auf das andere ladungsgekoppelte Element fällt. Eines
der beiden Elemente ist während jeweils einer Hälfte
des Integrationsintervalles unbelichtet. Beim Umschal
ten der Belichtung zwischen den beiden Elementen nach
Ablauf jeweils eines halben Integrationsintervalles
werden gleichzeitig die bis dahin in den Elementen
akumulierten Ladungen ausgetauscht, wozu eine spezielle
Umschaltvorrichtung vorhanden sein muß. Am Ende des
Integrationsintervalles werden die Ladungsmengen aus
den Elementen abgezogen und durch Differenzbildung die
Dunkelstromanteile eliminiert.
Bei der bekannten Einrichtung werden als Sensorelemente
ladungsgekoppelte Elemente (CCD-Elemente) verwendet,
wobei das der Belichtungsintensität entsprechende Aus
gangssignal jeweils erst am Ende eines Integrations
intervalles zur Verfügung steht. Im übrigen ist die
Einrichtung apparativ aufwendig, da sie über eine
schwenkbare Spiegelanordnung sowie Umschaltvorrichtun
gen verfügen muß. Schließlich steht das erwünschte
Ausgangssignal erst nach Differenzbildung zur
Verfügung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Photosensoreinrichtung der eingangs genannten Art
bereitzustellen, bei welcher das dunkelstromkompen
sierte Ausgangssignal bei möglichst geringem apparati
ven Aufwand möglichst schnell und direkt zur Verfügung
steht.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
daß Photodioden als Sensorelemente verwendet werden,
die beiden Photodioden eines jeden Paares in Reihe und
in Sperrichtung geschaltet zwischen den Polen einer
Spannungsquelle liegen, jeweils eine der beiden Photo
dioden (die Kompensationsdiode) ständig gegen Belich
tung abgeschirmt ist und das dunkelstromkompensierte
Ausgangssignal unmittelbar an einem Mittelabgriff
zwischen den beiden Photodioden des jeweiligen Paares
abnehmbar ist.
Durch Verwendung eines oder mehrerer derartiger Paare
zweier gleichartiger Photodioden wird es möglich, das
gewünschte, dunkelstromkompensierte Ausgangssignal ohne
jede Zeitverzögerung direkt abzunehmen, und zwar an
einem Mittelabgriff zwischen den beiden Photodioden. Es
handelt sich hierbei um eine äußerst einfache und
dennoch im Sinne der Lösung der Aufgabenstellung wirk
same Anordnung. Weder ist es erforderlich, die Belich
tung ständig zwischen den beiden Sensorelementen eines
Paares wechseln zu lassen, noch sind komplizierte Um
schaltvorrichtungen zum Ladungsaustausch erforderlich.
Dies hängt einmal damit zusammen, daß eines der Sensor
elemente, nämlich die Kompensationsdiode, ständig gegen
den Lichteinfall abgeschirmt ist, und zum anderen
damit, daß anstelle von CCD-Elementen Photodioden
verwendet werden.
Die Photosensoreinrichtung gemäß der Erfindung bzw. die
dabei zu verwendenden Photodioden können auch in inte
grierter Dünnschicht-Technik hergestellt werden, wobei
auf einem Substrat eine Schichtenfolge, bestehend aus
einer photoempfindlichen Schicht mit zu beiden Seiten
angeordneten Elektrodenschichten, aufgebracht ist.
Dabei ist die dem Lichteinfall ausgesetzte Elektroden
schicht der jeweils abgeschirmten Kompensationsdiode
als nicht transparente Metallschicht und die ent
sprechende Elektrodenschicht der jeweils anderen Photo
diode als transparente, leitende Oxidschicht oder als
semitransparente Metallschicht ausgeführt. Eine der
artige integrierte Dünnschichtstruktur kann mit her
kömmlichen Techniken - beispielsweise Laserstrukturie
rung, lithographische Verfahren - leicht hergestellt
werden.
Unter Umständen kann es erwünscht sein, das zwischen
den einzelnen Photodioden eines Paares abzunehmende
Ausgangssignal noch zu verstärken. Hierzu kann ein
Operationsverstärker verwendet werden, dessen inver
tierender Eingang mit dem Mittelabgriff zwischen den
beiden Photodioden und dessen nicht invertierender
Eingang mit dem Mittenpotential der Spannungsquelle
verbunden ist.
Im folgenden wird die Erfindung in Ausführungsbeispie
len anhand der Abbildungen näher erläutert. Es zeigen
in schematischer Weise:
Fig. 1 ein Schaltbild mit zwei Photodioden und einem
Operationsverstärker,
Fig. 2 eine integrierte Dünnschichtstruktur im
Querschnitt.
In Fig. 1 sind Photodioden 1 und 2, als Sensor
elementen-Paar dargestellt, welche in Reihe sowie in
Sperrichtung geschaltet mit den Polen 3 und 4 einer
Spannungsquelle ±U verbunden sind. Die Photodiode 1
stellt das zu belichtende Sensorelement, die Photodiode
2 die ständig gegen Belichtung abgeschirmte Kompen
sationsdiode dar. Ein zwischen den Photodioden 1 und 2
gelegener Mittelabgriff 5 ist mit dem invertierenden
Eingang 7 eines Operationsverstärkers 6 verbunden. Der
nicht invertierende Eingang 8 dieses Operationsverstär
kers 6 liegt bezüglich der Spannungsquelle (Pole 3, 4)
auf Mittenpotential (Nullpotential zwischen +U und -U).
Der Ausgang 15 des Operationsverstärkers 6 ist über
einen ohmschen Widerstand R auf den invertierenden
Eingang 7 rückgekoppelt. Das verstärkte, dunkelstrom
kompensierte Ausgangssignal steht mit vernachlässig
barer Verzögerung sofort am Ausgang 15 an. Da zwei
gleichartige Photodioden 1 und 2 verwendet werden,
fließt in beiden annähernd der gleiche Dunkelstrom
I d . Ohne Belichtung liegt der Mittelabgriff 5 auf
Nullpotential, ebenso wie die beiden Eingänge 7 und 8,
des Operationsverstärkers 6. Dann ist auch die
Ausgangsspannung U A =0, da die Eingangsdifferenz
spannung U E zwischen den Eingängen 7 und 8 gleich
Null ist und auch keine Eingangsströme über diese
Eingänge fließen. Der ohmsche Widerstand R ist nicht
belastet. Fällt ein Lichtsignal auf die Photodiode 1,
so führt dies zu einem Signalstrom I s sowie zu einer
Belastung des ohmschen Widerstandes R mit einem Strom
I R =-I s . Als Ausgangsspannung ergibt sich dann
U A =-RI s . Dieses dunkelstromkompensierte
Ausgangssignal ist, abgesehen von durch seine Grenz
frequenz bestimmten Laufzeitverzögerungen des
Operationsverstärkers und des Diodenpaares, sofort am
Ausgang abnehmbar.
Fig. 2 zeigt im Querschnitt eine integrierte Dünn
schichtstruktur, bei welcher auf einem Glassubstrat 10
zwei in Reihe geschaltete Photodioden 1 und 2 auf
gebracht sind. Diese bestehen jeweils aus unmittelbar
auf dem Substrat aufgebrachten Metall- oder transparen
ten Oxidschichten 12 (beispielsweise ITO), den darüber
abgeschiedenen eigentlichen photoempfindlichen Schich
ten 11, welche beispielsweise aus amorphem Silizium
bestehen und eine pin-Struktur aufweisen können, sowie
dem Lichteinfall zugekehrten Elektrodenschichten 13 und
14, welche im Falle der abgeschirmten Kompensations
diode 2 aus Metall, beispielsweise Aluminium, aus
reichender Dicke und im Falle der das Lichtsignal auf
nehmenden Photodiode 1 aus einem transparenten leiten
den Oxid (beispielsweise ITO) oder aus einem semitrans
parenten Metall bestehen. Hier liegt also eine Reihen
schaltung zweier Photodioden 1 und 2 vor, wobei
letztere als Kompensationsdiode vom Lichteinfall
abgeschirmt ist und das Ausgangssignal an einem Mittel
abgriff 17 abnehmbar ist.
Claims (3)
1. Photosensoreinrichtung mit Dunkelstrom
kompensation, die mindestens ein Paar gleichartiger
Sensorelemente aufweist, dadurch gekenn
zeichnet, daß Photodioden (1, 2) als Sensor
elemente verwendet werden, die beiden Photodioden (1, 2)
eines jeden Paares in Reihe und in Sperrichtung
geschaltet zwischen den Polen (3, 4) einer Spannungs
quelle liegen, jeweils eine der beiden Photodioden (die
Kompensationsdiode 2) ständig gegen Belichtung
abgeschirmt ist und das dunkelstromkompensierte
Ausgangssignal unmittelbar an einem Mittelabgriff (5)
zwischen den beiden Photodioden (1, 2) des jeweiligen
Paares abnehmbar ist.
2. Photosensoreinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Ver
stärkung des Ausgangssignals ein Operationsverstärker
(6) vorgesehen ist, dessen invertierender Eingang (7)
mit dem Mittelabgriff (5) und dessen nicht invertieren
der Eingang (8) mit dem Mittenpotential (9) der
Spannungsquelle verbunden ist.
3. Photosensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder
Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Photodioden (1, 2) in integrierter Dünnschicht-
Technik auf einem Substrat (10) mit zu beiden Seiten
einer photoempfindlichen Schicht (11) angeordneten
Elektrodenschichten (12, 13, 14) ausgeführt sind, die dem
Lichteinfall ausgesetzte Elektrodenschicht (13) der
jeweiligen Kompensationsdiode (2) als nicht transparen
te Metallschicht und die entsprechende Elektroden
schicht (14) der jeweiligen anderen Photodiode (1) als
transparente, leitende Oxidschicht oder als semi
transparente Metallschicht ausgebildet ist.
Priority Applications (3)
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