DE3889603T2

DE3889603T2 - Photoelektrisches Umwandlungsgerät.

Info

Publication number: DE3889603T2
Application number: DE3889603T
Authority: DE
Inventors: Tadanori Harada; Seiji Hashimoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-08-05
Filing date: 1988-07-29
Publication date: 1994-09-15
Anticipated expiration: 2008-07-30
Also published as: EP0302675A3; DE3889603D1; EP0302675B1; US4910597A; EP0302675A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein photoelektrisches Umwandlungsgerät mit Mitteln zur Akkumulation eines Signals aus einem photoelektrischen Umwandlungsgerät und betrifft insbesondere ein photoelektrisches Umwandlungsgerät, mit dem beabsichtigt ist, sowohl eine Änderung des Dunkelstromsignals zu beseitigen als auch nicht notwendige Komponenten, wie Ansteuerrauschen und dgl . .
Fig. 1 ist ein schematisches Anordnungsdiagramm, das ein Beispiel eines herkömmlichen photoelektrischen Umwandlungsgerätes darstellt.
Aus Photosensoren S&sub1; bis Sn ausgelesene Signale werden in Akkumulationskondensatoren C&sub1; bis Cn in dem Diagramm akkumuliert. Wenn die Transistoren Qh1 bis Qhn sequentiell gemäß einer Betriebsablaufsteuerung einer Abtastschaltung 101 sequentiell leitend geschaltet werden, dann werden die ausgelesenen Signale sukzessive auf eine Ausgangsleitung 102 übertragen und werden durch einen Verstärker 103 nach außen gegeben.
Ein derartiges herkömmliches Gerät hat jedoch ein solchermaßen geartetes Problem, daß die unnötigen Komponenten, wie Dunkelstromsignale, Ansteuerrauschen und dgl. aus den Photosensoren in dem ausgelesenen Signal enthalten sind, und das ausgelesene Signal wird in diesem Zustand ausgegeben. Das Ansteuerrauschen ist jenes Rauschen, welches erzeugt wird, wenn die Signale aus den Photosensoren ausgelesen werden. Das Ansteuerrauschen bezeichnet das Rauschen, welches durch Gestaltsänderungen im Gerät oder dgl. nach der Herstellung verursacht wird und durch Verschmieren oder dgl., welches von einem Lichtbestrahlungsbetrag abhängt, bedingt durch eine Trennung des Gerätes oder dgl.
Andererseits bedeutet das Dunkelstromsignal den Dunkelstrom des Photosensors. Eine Änderung des Dunkelstroms hängt weitgehend von der Akkumulationszeit des Photosensors und der Temperatur ab.
Diese unnötigen Signale wie Ansteuerrauschen, Dunkelstromsignale und dgl. bedingen ein Problem, insbesondere wenn ein Bild unter schlechten Lichtbedingungen aufgenommen wird. Im Schwachlicht-Bildaufnahmebetrieb fällt der Informationssignalpegel vom Bildabnehmer ab, so daß das S/N-Verhältnis verringert wird und die Bildqualität sich verschlechtert. Zur Verbesserung der Bildqualität ist es notwendig, diese unnötigen Signale zu reduzieren.
Da jedoch, wie schon zuvor erwähnt, Dunkelstromsignale weitgehend von der Temperatur und der Akkumulationszeit abhängen und da andrerseits das Ansteuerrauschen kaum davon-abhängig ist, erfordert es die Beseitigung dieser unnötigen Signale, daß die beiden Signale voneinander getrennt werden und daß unabhängig voneinander Korrekturkoeffizienten bestimmt werden. Zu diesem Zwecke wird eine Anzahl von Speichern benötigt. Folglich kommt das Problem der Komplikation bei der Signalverarbeitung auf, das Anwachsen der Kosten und das Größerwerden des Bildaufnahmegerätes.
Die Schrift EP-A-0232593 offenbart eine Photosensoranordnung, bei der ein Dunkelstromsignal und ein Lichtsignal in eigenen Kondensatoren gespeichert werden, die mit eigenen parallelen Ausgangsleitungen verbunden sind, so daß eine Ausgangsschaltung beide Signale empfängt. In einem Ausführungsbeispiel enthält die Ausgangsschaltung einen Differenzverstärker mit einem Eingang, der mit der Ausgangsleitung für das Dunkelstromsignal verbunden ist, und dessen anderer Eingang mit der Ausgangsleitung für das Lichtsignal verbunden ist.
Die Schrift EP-A-0260954 wurde am 23 März 1988 veröffentlicht, nach dem Tag der ersten, für diese Anmeldung in Anspruch genommenen Priorität und vor dem Tag der zweiten, für diese Anmeldung in Anspruch genommenen Priorität. Die Schrift EP-A-0260954 offenbart eine Photosensoranordnung, bei der ein Lichtsignal und ein Ansteuer-Rauschsignal in eigenen Kondensatoren gespeichert und der Reihe nach zu einer Differenz-Verarbeitungsschaltung ausgegeben werden. Die Signale werden in der Differenz-Verarbeitungsschaltung verstärkt, und die verstärkten Signale werden an die Eingangsseite eines Kondensators angelegt. Während das verstärkte Rauschsignal angelegt wird, ist die Ausgangsseite des Kondensators mit Masse - verbunden, und dann wird das verstärkte Lichtsignal angelegt, während die Ausgangsseite des Kondensators potentialfrei schwebt, so daß der Kondensator die Differenz zwischen den verstärkten Signalen ausgibt.
Nach der vorliegenden Erfindung ist ein photoelektrisches Umwandlungsgerät vorgesehen, wie es im Anspruch 1 angegeben ist. Die restlichen Ansprüche enthalten optionale Merkmale.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, als nicht auf diese beschränkte, werden nun anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 ist ein Diagramm einer schematischen Anordnung, das ein Beispiel eines herkömmlichen photoelektrischen Umwandlungsgerätes darstellt;
Fig. 2A ist ein Schaltdiagramm zur Erläuterung einer grundlegenden Anordnung des ersten Ausführungsbeispiels eines photoelektrischen Umwandlungsgerätes nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2B ist eine Zeittafel zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig. 2A dargestellten Schaltung;
Fig. 3A und 3B sind Verbindungsdiagramme von Kondensatoren zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig. 2A dargestellten Schaltung;
Fig. 4 ist ein Schaltdiagramm des Ausführungsbeispiels;
Fig. 5 ist eine Zeittafel zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels;
Fig. 6 ist ein schematisches Schaltdiagramm, das eine grundlegende Anordnung des zweiten Ausführungsbeispiels eines photoelektrischen Umwandlungsgerätes nach der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 7 und 8 sind Zeittafeln, die das erste und das zweite Beispiel der praktischen Arbeitsweisen der photoelektrischen Umwandlungsgeräte in dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 9 ist ein schematisches Schaltdiagramm, das die grundlegende Anordnung des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellt;
Fig. 10 ist ein schematisches Schaltdiagramm eines anderen Ausführungsbeispiels eines Halbleiter-Bildaufnahmegerätes nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 ist eine Zeittafel zur Erläuterung der Arbeitsweise des in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiels;
Fig. 12 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Beispiels einer Abtastschaltung zur Anwendung in der Erfindung;
Fig. 13 ist eine Zeittafel zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig. 12 dargestellten Abtastschaltung;
Fig. 14A ist eine Zeittafel zur Erläuterung des Knoten- Rücksetzvorgangs in diesem Beispiel;
Fig. 14B ist eine Zeittafel zur Erläuterung des Knoten-H- Pegel-Setzvorgangs und
Fig. 15 ist ein schematisches Anordnungsdiagramm eines Beispiels eines Bildaufnahmesystems, das ein zweidimensionales Bildaufnahmegerät verwendet.
Fig. 2A ist ein Schaltdiagramm zur Erläuterung einer grundlegenden Anordnung des ersten Ausführungsbeispiels eines photoelektrischen Umsetzungsapparates nach der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 2A ist eine Emitterelektrode eines photoelektrischen Wandlerelements S mit einer Vertikalleitung VL verbunden und durch einen Transistor Qr mit Masse verbunden. Die Vertikalleitung VL ist mit den Akkumulationskondensatoren C&sub1; und C&sub2; durch den Transistor Q&sub1; verbunden. Der Kondensator C&sub1; ist weiterhin durch den Transistor Q&sub2; mit Masse verbunden. Eine Horizontal-Ausgangsleitung HL ist über einen Transistor Qh mit einem Verbindungspunkt des Kondensators C&sub1; und des Transistors Q&sub2; verbunden.
Andererseits wird ein Impuls Φ&sub1; an eine Gate-Elektrode des Transistors Q&sub1; angelegt. Ein Impuls Φ&sub2; wird an eine Gate-Elektrode des Transistors Q&sub2; angelegt. Ein Impuls Φr wird des weiteren an eine Gate-Elektrode des Transistors Qr angelegt. Ein Impuls Φd zum Auslesen und zur Auffrischansteuerung wird an eine Kondensatorelektrode der photoelektrischen Wandlerzelle S angelegt. Andererseits wird ein Impuls Φh an eine Gate-Elektrode des Transistors Qh angelegt.
Da die photoelektrische Wandlerzelle S bereits in der japanischen offengelegten Patentgazette Nr. 60-12759, angemeldet vom Anmelder der vorliegenden Erfindung, detailliert beschrieben worden ist, wird hier auf die Beschreibung verzichtet.
Nun wird die Arbeitsweise beschrieben.
Fig. 2B ist eine Zeittafel zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig. 2A dargestellten Schaltung.
Zuerst werden die Transistoren Q&sub1;,Q&sub2;&sub1; und Qr leitend geschaltet durch Setzen der Impulse Φ&sub1;, Φ&sub2;, und Φr auf H-Pegel für ein Zeitintervall von t&sub1; bis t&sub2;, damit die Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; (für eine Zeitdauer C&sub1;) zu entladen.
Als nächstes werden die Transistoren Q&sub1; und Q&sub2; leitend geschaltet, indem die Impulse Φ&sub1; und Φ&sub2; auf H-Pegel für einen Zeitintervall von t&sub3; bis t&sub4; gesetzt werden, und gleichzeitig wird ein H-Pegel-Impuls Φd an die Kondensatorelektrode der photoelektrischen Wandlerzelle S angelegt, so daß ein in der Zelle S akkumuliertes Signal ausgelesen wird und in den Kondensatoren c&sub1; und C&sub2; (für eine Zeitdauer t&sub2;) akkumuliert wird.
Nachfolgend werden die Transistoren Q&sub1; und Qr leitend geschaltet, indem die Impuls Φ&sub1; und Φr auf H-Pegel für ein Zeitintervall von t&sub5; bis t&sub6; gesetzt werden, der Kondensator C&sub2; wird entladen, und der Impuls Φd, der auf H-Pegel für die Zeitdauer, wird an die Kondensatorelektrode der Zelle S angelegt, so daß der Auffrischvorgang der Zelle S ausgeführt wird (für eine Zeitdauer t&sub3;).
Nach Abschluß des Auffrischvorganges wird der Transistor Q&sub1; leitend geschaltet durch den H-Pegel-Impuls Φ&sub1; für ein Zeitintervall von t&sub7; bis t&sub8;, und zur gleichen Zeit wird der H-Pegel-Impuls Φd an die Kondensatorelektrode der Zelle S angelegt, so daß das restliche Signal nach der Auffrischung der Zelle S in dem Kondensator t&sub2; (für eine Zeitperiode t&sub4;) akkumuliert wird.
Nachdem sowohl das Auslesesignal als auch das verbleibende Signal nach Abschluß des Auffrischvorgangs der Zelle S in den Kondensatoren C&sub1; bzw. C&sub2; akkumuliert wurden, wird der Transistor Qh durch einen H-Pegel-Impuls Φh während eines nachfolgenden Zeitintervalls von t&sub9; bis t&sub1;&sub0; leitend geschaltet, damit es den in einer Serienschaltung der Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; akkumulierten Ladungen ermöglicht wird, daß sie an die horizontale Ausgangsleitung HL (für eine Zeitperiode t&sub5;) ausgegeben werden können.
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Ladungszustände der Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; zu dieser Zeit darstellt. Schalter SW bedeutet den Transistor Qh. Der Kondensator C&sub3; bezeichnet eine Leitungskapazität der Ausgangsleitung HL.
Fig. 3A zeigt einen Zustand direkt nach der Periode t&sub4;. Die Ladungen von -Ct (V&sub5; + VN) und Cr (V&sub5; + VN) werden an beiden Seiten des Kondensators C&sub1; akkumuliert. Die Ladungen von CNVN und -CNVN werden an beiden Enden des Kondensators C&sub2; akkumuliert. Der Kondensator C&sub3; ist entladen. Ct, CN, und CH bezeichnen Kapazitäten der Kondensatoren C&sub1;, C&sub2; und C&sub3;. V&sub5; und VN zeigen Spannungen des Informationssignals an, das aus der photoelektrischen Wandlerzelle S ausgelesen wurde, sowie das unnötige Signal.
Fig. 3B zeigt einen Zustand während der Periode t&sub5;. Nimmt man an, daß ein Ladungsbetrag, der in dem Kondensator C&sub3; akkumuliert ist, auf Q gesetzt wird, dann wird der folgende Spannungsgleichung genügt.
CNVN - Q/CN+-CTVS - CTVN - Q/CT+-Q/CH
Folglich gilt: VN - VS - VN - Q(1/CN + 1/CT + 1/CH)
Jetzt wird angenommen, daß 1/CTOT = 1/CN + 1/CT + 1/CH
und man erhält -V&sub5; = Q /CTOT.
Auf diese Weise ist Q =-CTOT VS
Eine Spannung über den Kondensator C&sub3;, daß heißt ein Ausgangssignal Sout, das auf der Ausgangsleitung HL erscheint, erhält man folglich durch
Sout = Q/CH = Vs CTOT/CH (1)
Demzufolge versteht es sich, daß das Ausgangssignal Sout nur aus dem Informationssignal besteht, von dem das unnötige Signal aus dem Auslesesignal der Zelle S entfernt worden ist.
Wie schon erläutert, ist das Signal Sout das Signal, von dem die unnötigen Komponenten, wie das Dunkelstromsignal und das Ansteuerrauschen und die restlichen Komponenten entfernt worden sind. Das Signal Sout entspricht genau der Beleuchtung durch das einfallende Licht. Insbesondere werden die unnötigen Komponenten aus der Schwachlichtseite wirkungsvoll entfernt, und dieses Ausführungsbeispiel trägt zur Verbesserung der Bildqualität bei.
Fig. 4 ist ein Schaltbild eines Zeilensensors, der in diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird.
Dieses Ausführungsbeispiel ist aus n Schaltungen, wie sie in Fig. 2A dargestellt sind, zusammengesetzt.
In dem Diagramm sind Emitterelektroden von photoelektrischen Wandlerzellen S&sub1; bis Sn mit vertikalen Leitungen VL&sub1; bis VLn verbunden. Die der in Fig. 2A dargestellten ähnliche Schaltung wird mit jeder dieser vertikalen Leitungen verbunden. Gate-Elektroden des Transistors Qr der vertikalen Leitungen sind gemeinsam verbunden, und der Impuls Φr wird an diese Gate-Elektroden angelegt. Auf der anderen Seite sind die Gate-Elektroden der Transistoren Q&sub1; ebenfalls gemeinsam verbunden, und der Impuls Φ&sub1; wird an diese Gate- Elektroden angelegt. Die Gate-Elektroden der Transistoren Q&sub2; sind ebenfalls gemeinsam verbunden, und der Impuls Φ&sub1;&sub2; wird an diese Gate- Elektroden angelegt.
Die Gate-Elektroden des Transistors Qh, die den photoelektrischen Wandlerzellen entsprechen, sind gemeinsam mit parallelen Ausgangsanschlüssen einer Abtastschaltung 1 verbunden, und Impulse Φh1 bis Φhn werden an die entsprechenden Gate-Elektroden angelegt. Andererseits sind die Transistoren Qh verbunden mit der Ausgangsleitung HL. Die Ausgangsleitung HL ist mit einem Verstärker 2 verbunden und ist auch über einen Transistor Qhr mit Masse verbunden. Ein Rücksetzimpuls Φhr wird an die Gate-Elektrode Qhr angelegt.
Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels mit dem vorstehenden Aufbau wird nun kurz anhand Fig. 5 beschrieben.
Fig. 5 ist eine Zeittafel zur Erläuterung er Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels.
Wie schon zuvor beschrieben, sind die Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; entsprechend den photoelektrischen Wandlerzellen während der Periode T&sub1; entladen, und die Auslesesignale dieser Zellen werden in den Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; während der Periode T&sub2; akkumuliert.
Nachfolgend wird der Kondensator C&sub2; entladen, und jede photoelektrische Wandlerzelle wird während der Periode T&sub3; aufgefrischt. Das verbleibende Signal einer jeden Zelle nach Auffrischung wild in dem Kondensator C&sub2; für die Periode T&sub4; akkumuliert.
Nach der Akkumulation des Auslesesignals und des verbleibenden Signals einer jeden photoelektrischen Wandlerzelle wird der Impuls
hl aus der Abtastschaltung 1 an die Gate-Elektrode des Transistors Qh während der Periode T&sub5; angelegt. Wie zuvor erwähnt, wird das durch Beseitigung des verbleibenden, im Kondensator C&sub2; akkumulierten, gewonnenen Signals aus dem Auslesesignal aus der photoelektrischen Wandlerzelle S&sub1;, das in dem Kondensator C&sub1; akkumuliert ist, als ein Informationssignal auf die Ausgangsleitung HL in Übereinstimmung mit dem Verbindungszustand der Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; übertragen. Dieses Informationssignal wird durch den Verstärker 2 übertragen und als Ausgangssignal Sout erzeugt.
Nachdem das Signal der Zelle S&sub1; ausgegeben worden ist, wird der Transistor Qhr durch den Impuls Φhr leitend geschaltet, und Ladungen, die auf der Ausgangsleitung HL verbleiben, werden entfernt.
In ähnlicher Weise wie oben werden die Informationssignale aus den photoelektrischen Wandlerzellen S&sub2; bis Sn zur Ausgangsleitung durch die Impulse Φh2 bis Φhn übertragen und werden dann sequentiell als Signale &sup5;out durch den Verstärker 2 ausgegeben.
Obwohl das Ausführungsbeispiel hinsichtlich eines Spannungsauslesesystems beschrieben worden ist, kann die Erfindung auch in ähnlicher Weise auf den Fall angewandt werden, daß ein Strom- Auslese-System angewandt wird, bei dem ein Lasttransistor RL auch mit der Ausgangsleitung HL verbunden ist, wie durch die gebrochene Linie in Fig. 4 dargestellt.
Obwohl das Ausführungsbeispiel in Hinsicht auf einen eindimensionalen Leitungssensor beschrieben worden ist, kann die Erfindung andererseits auch in ersichtlicher Weise auf eine zweidimensionale Sensorfläche angewandt werden.
Wie oben detailliert beschrieben, kann das photoelektrische Wandlersignal mit hohem S/N-Verhältnis chipintegriert gewonnen werden, indem ein einfaches Verfahren angewandt wird, bei dem die unnötigen Komponenten, wie das Dunkelstromsignal, Ansteuerrauschen und dgl. der Auslesesignale aus der photoelektrischen
Umwandlungseinrichtung auf Grund der Verknüpfungsbeziehung zwischen dem ersten Kondensator zur Akkumulation der Auslesesignale der photoelektrischen Wandlerzellen entfernt werden und dem zweiten Kondensator zur Akkumulation der restlichen Signale nach Vervollständigung der Auffrischoperation.
Fig. 6 ist ein schematisches Schaltbild, das die grundlegende Anordnung des zweiten Ausführungsbeispiels eines photoelektrischen Umwandlungsgerätes nach der Erfindung darstellt.
In dem Schaltbild ist die Emitterelektrode des Transistors, der mit einem Ausgangsanschluß der Photosensorzelle S verbunden ist, durch den Transistor Qr mit Masse verbunden. Der Impuls Φr wird der Gate-Elektrode des Transistors Qr eingegeben. Des weiteren ist die Emitterelektrode durch den Kondensator C&sub2; mit Masse verbunden und auch mit der Horizontal-Ausgangsleitung HL durch den Kondensator C&sub1; und den Transistor Qh verbunden. Obwohl nicht dargestellt, werden die Horizontal-Abtastimpulse Φh aus einem Schieberegister (nicht dargestellt), in die Gate-Elektrode des Transistors Qh eingegeben.
Die Horizontal-Ausgangsleitung HL ist durch den Rücksetztransistor Qhr mit Masse verbunden. Der Impuls Φhr wird der Gate-Elektrode des Transistors Qhr eingegeben.
Fig. 7 und 8 sind Zeittafel, die das erste und das zweite Beispiel der praktischen Arbeitsweise des photoelektrischen Umwandlungsgerätes in dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung zeigen.
Das erste in Fig. 7 dargestellte Beispiel bezieht sich auf das Beispiel der Arbeitsweise, erst das Rauschen auszulesen und dann das Signal auszulesen. Das zweite, in Fig. 8 dargestellte Beispiel bezieht sich auf das Beispiel der Arbeitsweise, zuerst das Signal auszulesen und dann das Rauschen auszulesen.
In Fig. 7 wird der Photosensor S aufgefrischt, und der Impuls Φhr und alle der Abtastimpulse Φh1 bis Φhn werden für eine Periode a gesetzt, um dadurch alle Kondensatoren C&sub1; zu entladen.
Nachfolgend werden die Impulse Φhr und Φh1 bis Φh1 gehalten, und der Kondensator C&sub1; wird von den Transistoren Qh und Qhr mit Masse verbunden. Der Impuls Φr wird auf L-Pegel gesetzt, damit dadurch der Emitter des Photosensors S in den freischwebenden Zustand gebracht wird. Auf diese Weise wurden die Rauschanteile nach dem Photosensor aufgefrischt und übertragen und in den Kondensatoren C&sub2; und C&sub1; (für eine Zeitperiode b) akkumuliert. Dann eilt der Ansteuerimpuls Φ&sub1; dem Bezugspotential nach, und der Photosensor S beginnt die Akkumulationsoperation (für eine Zeitperiode c). Während dieser Akkumulationsperiode c wird der Impuls Φr auf H-Pegel gesetzt, und der Kondensator C&sub2; ist entladen.
Danach wird nach Abschluß der Akkumulationsperiode c der Impuls Φ&sub1; auf H-Pegel gesetzt, und das Sensorsignal, das dem einfallenden Lichtbetrag entspricht, wird ausgelesen und übertragen und in dem Kondensator C&sub2; akkumuliert (für eine Zeitperiode d). Zu dieser Zeit sind die Transistoren Qh und Qhr nichtleitend geschaltet, da die Impuls Φh1 bis Φhn und ihr auf L-Pegel sind, und der Kondensator L&sub1; Im freischwebenden Zustand ist
Als nächstes werden die Horizontal-Abtastimpulse Φh1 bis Φhn sequentiell auf H-Pegel gesetzt. Die Signale Sout, bei denen die Rauschkomponenten aus den Sensorsignalen beseitigt wurden, werden sequentiell aus der Horizontal-Ausgangsleistung HL nach außen abgegeben. In diesem Fall ist der Transistor Qhr vom Impuls Φhr leitend geschaltet, immer wenn das Signal eines Pixels ausgegeben wird, und die verbleibenden Ladungen auf der Horizontal- Ausgangsleitung werden entfernt (für eine Signalausleseperiode der Zeit f).
Fig. 9 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das eine grundlegende Anordnung des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Übertragungstransistor Qt und ein Kondensator Ct zwischen dem Kondensator C&sub1; und dem Transistor Qh des zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen, und vor der Horizontalabtastung wurden die Rauschkomponenten aus dem Signal entfernt und im Kondensator Ct akkumuliert.
Nachfolgend werden die Impulse Φhr und Φh1 bis Φh1 gehalten, und der Kondensator C&sub1; wird von den Transistoren Qh und Qhr mit Masse verbunden. Der Impuls Φr wird auf L-Pegel gesetzt, damit dadurch der Emitter des Photosensors S in den freischwebenden Zustand gebracht wird. Auf diese Weise wurden die Rauschanteile nach dem Photosensor aufgefrischt und übertragen und in den Kondensatoren C&sub2; und C&sub1; (für eine Zeitperiode b) akkumuliert. Dann eilt der Ansteuerimpuls Φ&sub1; dem Bezugspotential nach, und der Photosensor S beginnt die Akkumulationsoperation (für eine Zeitperiode c). Während dieser Akkumulationsperiode c wird der Impuls Φr auf H-Pegel gesetzt, und der Kondensator C&sub2; ist entladen.
Danach wird nach Abschluß der Akkumulationsperiode c der Impuls Φ&sub1; auf H-Pegel gesetzt, und das Sensorsignal, das dem einfallenden Lichtbetrag entspricht, wird ausgelesen und übertragen und in dem Kondensator C&sub2; akkumuliert (für eine Zeitperiode d). Zu dieser Zeit sind die Transistoren Qh und Qhr nichtleitend geschaltet, da die Impuls Φh1 bis Φhn und Φhr auf L-Pegel sind, und der Kondensator C&sub1; im freischwebenden Zustand ist.
Als nächstes werden die Horizontal-Abtastimpulse Φh1 bis Φhn sequentiell auf H-Pegel gesetzt. Die Signale Sout, bei denen die Rauschkomponenten aus den Sensorsignalen beseitigt wurden, werden sequentiell aus der Horizontal-Ausgangsleistung HL nach außen abgegeben. In diesem Fall ist der Transistor Qhr vom Impuls Φhr leitend geschaltet, immer wenn das Signal eines Pixels ausgegeben wird, und die verbleibenden Ladungen auf der Horizontal- Ausgangsleitung werden entfernt (für eine Signalausleseperiode der Zeit f)
Fig. 9 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das eine grundlegende Anordnung des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Übertragungstransistor
Qt und ein Kondensator Ct zwischen dem Kondensator C&sub1; und dem Transistor Qh des zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen, und vor der Horizontalabtastung wurden die Rauschkomponenten aus dem Signal entfernt und im Kondensator Ct akkumuliert.
Nun wird der Fall beschrieben, bei dem die Schaltung des dritten Ausführungsbeispiels auf der Grundlage des zweiten Operationsbeispiels, das in Fig. 8 dargestellt ist, beschrieben.
Zuerst werden nach Abschluß der Akkumulationsperiode der Zeit c die Impulse Φh1 bis Φhn, Φhr, und Φt auf H-Pegel gesetzt, und der Kondensator Ct wird zur gleichen Zeit entladen, wobei die andere Seite des Kondensator C&sub1; mit Masse verbunden ist. Der Impuls Φ&sub1; wird auf H-Pegel gesetzt, und das Sensorsignal aus der Photosensorzelle S wird ausgelesen und in den Kondensatoren C&sub2; und C&sub1; (während der Signalübertragungsperiode der Zeit d) akkumuliert.
Als nächstes wird durch Setzen des Impulses Φr auf H-Pegel der Transistor Qr leitend geschaltet, der Emitter der Photosensorzelle S wird mit Masse verbunden, der Auffrischvorgang wird ausgeführt, und der Kondensator C&sub2; wird entladen (für die Zeitperiode a).
Als nächstes wird der Impuls Φ&sub1; auf H-Pegel gehalten, und der Impuls Φr wird auf L-Pegel gehalten, um den Transistor Qr zu sperren, und die Rauschanteile des Photosensors S werden in den Kondensator C&sub2; übertragen (für die Periode b). Der Photosensor S beginnt den Akkumulationsvorgang (für die Periode c).
Wenn andererseits der Transistor Qt durch setzten des Impulses Φt auf H-Pegel leitend geschaltet wird, wird das Signal, von dem der Rauschanteil beseitigt wurde, übertragen und in dem Kondensator Ct akkumuliert (für die Periode e). Die Signale werden nacheinander zur Horizontal-Ausgangsleitung HL von den Horizontal-Abtastimpulsen Φh1 bis Φhn und Φhr übertragen und nach außen ausgegeben (für die Periode f).
Da der Emitter des Photosensors direkt mit den Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; in dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel verbunden ist, wie schon erwähnt, kann die Ladekapazität des Photosensors S verringert werden, und die Leseeffiziens kann verbessert werden.
Zusätzlich wird aufgrund einer Fluktuation der Spannung Vb des Transistors durch Änderungen der Temperatur, der Herstellung und dgl. auch gleichzeitig zusammen mit dem Rauschen beseitigt selbst wenn das Auslesesignal von dem Verstärker der nachfolgenden Stufe verstärkt wird, kann das Signal mit großem S/N-Verhältnis gewonnen werden.
Die Schaltung des zweiten Ausführungsbeispiels, die in Fig. 6 dargestellt ist, kann auch auf der Grundlage des zweiten in Fig. 8 dargestellten Operationsbeispiels betrieben werden. Die Schaltung des dritten Ausführungsbeispiels kann auch auf der Grundlage des ersten, in Fig. 7 dargestellten Operationsbeispiels betrieben werden.
Fig. 10 ist ein schematisches Schaltbild eines anderen Beispiels eines Halbleiter-Aufnahmegerätes, das das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet.
In dem Diagramm sind die gleichen Teile und Komponenten wie jene in dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das in Fig. 10 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 4 dargestellten hinsichtlich eines Punktes, nämlich daß der Transistor Q&sub2; und die Impulse Φ2 in Fig. 4 weggelassen sind.
Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels mit einem derartigen Aufbau wird nun einfach anhand Fig. 11 erläutert.
Fig. 11 ist eine Zeittafel zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels.
Wie schon beschrieben, werden für eine Zeitperiode T&sub1; die Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; entsprechend der photoelektrischen Umwandlungszellen entladen. Für eine Zeitperiode T&sub2; werden die Auslesesignale der Zellen in den Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; akkumuliert. Dann wird für eine Zeitperiode T&sub3; der Kondensator C&sub2; entladen, und jede der photoelektrischen Umwandlungszellen wird aufgefrischt. Für eine Zeitperiode T&sub4; wurde das verbleibende Signal einer jeden Zelle nach deren Auffrischung in jeden einzelnen Kondensator C&sub2; akkumuliert.
Nach Akkumulieren des Auslesesignals und des verbleibenden Signals einer jeden Zelle wird der Impuls Φh1 aus der Abtastschaltung 1 an die Gate-Elektrode des Transistors Qh für eine Zeitperiode T&sub5; angelegt. Wie schon erwähnt, wurde das Signal, in dem das verbleibende Signal in dem Kondensator C&sub2; akkumuliert ist, aus dem Auslesesignal der photoelektrischen Umwandlungszelle S&sub1; entfernt, das in dem Kondensator C&sub1; akkumuliert ist, und wird als Informationssignal auf die Ausgangsleitung HL gemäß dem Verbindungszustand der Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; übertragen. Dieses Informationssignal wird durch den Verstärker 2 nach außen ausgegeben als Ausgangssignal &sup5;out
Nachdem das Signal aus der Zelle S&sub1; ausgegeben ist, wird der Transistor Qhr leitend geschaltet durch den Impuls Φhr, und die verbleibenden Ladungen auf der Ausgangsleitung HL werden entfernt.
In gleicher Weise wie zuvor werden die Informationssignale der photoelektrischen Umwandlungszellen S&sub2; bis Sn zur Ausgangsleitung HL durch die Impulse Φh2 bis Φhn übertragen und sequentiell als Signale Sout durch den Verstärker 2 ausgegeben.
Obwohl das Ausführungsbeispiel hinsichtlich des Spannungsauslesesystems beschrieben worden ist, kann die Erfindung auch in gleicher Weise auf den Fall eines Strom-Auslesesystems angewandt werden, bei dem der Ladewiderstand RL auch mit der Ausgangsleitung HL verbunden ist, wie durch die gebrochene Linie in Fig. 10 angedeutet, und wie zuvor in Verbindung mit Fig. 4 erwähnt.
Obwohl das Ausführungsbeispiel in Hinsicht auf den eindimensionalen Leitungssensor beschrieben worden ist, kann die Erfindung auch auf zweidimensionale Flächensensoren angewandt werden.
Da die Rauschanteile aus dem Sensorsignal entfernt werden können durch die einzelne Vertikalleitung VL, kann der Aufbau andererseits vereinfacht werden, und die Herstellung wird ebenfalls verbessert.
Fig. 12 ist ein schematisches Schaltdiagramm eines Beispiels einer Abtastschaltung zur Anwendung in diesem Ausführungsbeispiel.
In diesem Beispiel werden Ansteuerimpulse Φc1 und Φc2, die sich von den Ansteuerimpulsen Φh1 und Φh2 unterscheiden, eingegeben, damit die Transistoren M&sub3;, M&sub4;, M&sub7;, M&sub8;, M&sub1;&sub1;, M&sub1;&sub2;, --- ein und ausgeschaltet werden.
Andererseits wird in der Schaltung ein zufälliger Abtastimpuls zu einer Einheitsschaltung zurückgesandt, der zwei Stufen voranschreitet, und die Transistoren M&sub5;, M&sub9;, M&sub1;&sub3;, --- leitend schaltet, wobei die Transistoren Q&sub1;, Q&sub2;, --- verbunden sind mit den zugehörigen Rückkopplungsleitungen, und wobei die Transistoren Q&sub1;, Q&sub1;2, --- durch die Ansteuerimpulse Φc1 oder Φc2 leitend / nicht leitend geschaltet werden.
Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels wird nun erläutert.
Fig. 13 ist eine Zeittafel zur Erläuterung der Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels. Zuerst wird in einer Schaltungseinheit an der vorderen Stufe der Transistor M&sub1; von dem Impuls Φh1 leitend geschaltet, wenn ein Startimpuls Φhs eingegeben wird, und eine Spannung V&sub1; steigt an. Da die Spannung V&sub1; einem Gate-Potential des Transistors M&sub2; entspricht, zeigt der Transistor M&sub2; entsprechend dem Potential V&sub1; ein Leitungsverhalten an.
Wenn nachfolgend der Impuls Φh1 nacheilt und der Impuls Φh2 ansteigt, wächst eine Spannung V&sub2; durch den Transistor M&sub2; an. Die ansteigende Spannung V&sub2; wird zurück zu einem Gate des Transistors M&sub2; durch den Kondensator C&sub1; gespeist, so daß die Spannung V&sub1; weiter ansteigt. Auf diese Weise wächst die Leitfähigkeit des Transistors M&sub2; weiter an, und der Impuls Φh2 erscheint als Spannung V&sub2; ohne Spannungsverlust.
In diesem Zustand wird der Ansteuerimpuls Φc2 mit kurzer Impulsbreite eingegeben. Auf diese Weise wird der Transistor M&sub3; leitend geschaltet, und eine Spannung V&sub3; der Einheitsschaltung der ersten Stufe wächst an.
Nachfolgend-wird der Ansteuerimpuls Φh1 einer großen Impulsbreite auf H-Pegel gesetzt, damit eine Spannung V&sub4; über dem Transistor M&sub6; ansteigt und die Spannung V&sub3; über dem Kondensator C&sub2; auch weiter ansteigt. Auf diese Weise erscheint der Impuls Φh1 direkt als Spannung V&sub4; und wird als Abtastimpuls Φh1 ausgegeben.
Zur gleichen Zeit wird der Transistor M&sub1; leitend geschaltet durch den Impuls Φh1, und das Potential V&sub1; fällt ab auf Bezugspotential.
Wenn die Spannung V&sub4; auf H-Pegel gehalten wird, steigt der Ansteuerimpuls Φc1 mit enger Impulsbreite an, der Transistor M&sub7; in der Einheitsschaltung der ersten Stufe wird leitend geschaltet und eine Spannung V&sub5; der Einheitsschaltung der zweiten Stufe steigt an.
Wenn der Ansteuerimpuls Φh2 ansteigt, wächst eine Spannung V&sub6; über dem Transistor M&sub1;&sub0; und Kondensator C&sub3; an, und wird als ein Abtastimpuls Φh2 ausgegeben. Zu diesem Zeitpunkt wird der Transistor M&sub5; im Nicht-Leitend-Zustand gehalten, da der Transistor Q&sub1; mit der Rückkopplungsleitung im Aus-Zustand ist. Auf diese Weise ist die Spannung V&sub3; der ersten Stufe auch auf H-Pegel, und der Abtastimpuls Φh1 wird ebenfalls auf H-Pegel gehalten.
Wenn nachfolgend der Ansteuerimpuls Φhr der Spannung V&sub4; (Abtastimpuls Φh1) nacheilt, fällt auch die Spannung V&sub3; ab.
Als nächstes wird der Transistor M&sub1;&sub1; leitend geschaltet, wenn der Ansteuerimpuls Φc2 ansteigt, um eine Spannung V&sub7; anwachsen zu lassen, und zur gleichen Zeit werden die Transistoren M&sub8;, Q&sub1; und M&sub3; leitend geschaltet.
Wenn der Transistor M&sub8; leitend geschaltet ist, wird die Spannung V&sub4; auf ein Bezugspotential Vrs zurückgesetzt.
Wenn der Transistor Q&sub1; leitend ist, wird der Transistor M&sub5; durch den Abtastimpuls Φh2 leitend geschaltet, und die Spannung V&sub3; wird auf Massepotential gebracht. Da des weiteren der Transistor M&sub3; leitend ist, wird auch die Spannung V&sub2; auf Massepotential zurückgebracht.
Auf diese in Fig. 8 dargestellte Weise werden die Abtastimpulse Φh1, Φh2, Φh3, --- in überlappender Weise aufeinanderfolgend zu Zeitvorgaben der Ansteuerimpulse Φh1 und Φh2 ausgegeben. Das heißt, ein Abtastimpuls, der mit einer breiten Impulsbreite von einem Tastverhältnis von 50% oder mehr ausgegeben wird, kann abgeleitet werden.
Fig. 14A ist eine Zeittafel zur Erläuterung des Knoten- Rücksetzvorganges dieses Ausführungsbeispiels. Fig. 14B ist eine Zeittafel zur Erläuterung der Knoten-H-Pegel-Setzoperation in dem Ausführungsbeispiel.
Wie in Fig. 14A dargestellt, wird der Knoten-Rücksetzvorgang gleichzeitig ausgeführt mit dem Setzen der Ansteuerimpulse Φc1 und Φ c2 auf H-Pegel, in dem Zustand, in dem die Bezugsspannung Vrs auf L-Pegel gehalten wird. Im Falle der Periode T&sub1; wird der Knoten- Rücksetzvorgang ausgeführt, während die Abtastimpulse ausgegeben werden. Im Falle der Periode T&sub2; wird der Knoten-Rücksetzvorgang zu Beginn der Abtastung ausgeführt.
Ein derartiger Knoten-Rücksetzvorgang ist nützlich bei einem erweiterten Auslesevorgang in einem Bildaufnahmegerät, welches hiernach beschrieben werden wird.
Wie in Fig. 14B dargestellt, wird der Knoten-Rücksetzvorgang durch Setzen der Ansteuerimpulse Φc1 und Φc2 auf H-Pegel in dem Zustand ausgeführt, bei dem die Bezugsspannung Vns auf H-Pegel gesetzt wird. Im Falle der Periode T&sub4; werden durch Setzen der Impulse Φc2 auf den H-Pegel die Transistoren M&sub8;, M&sub1;&sub6;, --- leitend geschaltet, und die Abtastimpulse Φh1, Φh3, ---, Φh(2n+1) werden auf H-Pegel gesetzt. Im Falle der Periode T&sub5; werden die Abtastimpulse Φh2, Φh4, ---, Φh2n auf H-Pegel gesetzt.
Die Zeitperiode T&sub3; zeigt den Fall des vorstehenden Knoten- Rücksetzvorganges.
Fig. 15 zeigt ein schematisches Diagramm der Anordnung eines Beispiels eines Bildaufnahmesystems, das ein zweidimensionales Bildaufnahmegerät verwendet.
Im Diagramm entspricht eine Bildaufnahmeeinrichtung 301 einem zweidimensionalen, in Fig. 10 dargestellten Gerät. Das Ausgangssignal Sout der Bildaufnahmeeinrichtung 301 wird Prozessen unterworfen, die Verstärkungsregelung und dgl. durch eine Signalverarbeitungsschaltung 302 umfassen, und wird als ein Standard-Fernsehsignal, wie als ein NTSC-Signal oder dgl., ausgegeben.
Andererseits wird jeder einzelne der Impulse zu Ansteuerung der Bildaufnahmeeinrichtung 301 von einem Treiber 303 geliefert. Die Arbeitsweise des Treibers 303 wird von Steuermitteln 304 gesteuert. Die Steuermittel 304 stellen die Verstärkung oder dgl. der Signalverarbeitungsschaltung 302 auf der Basis eines Ausgangssignals der Bildaufnahmeeinrichtung 301 ein und steuern auch Aufnahmesteuermittel 305, damit der Betrag des einfallenden Lichtes auf die Bildaufnahmeeinrichtung 301 justiert werden kann.

Claims

1. Photoelektrisches Umwandlungsgerät, bei dem

- eine Ausgangsleitung (HL) mit einer Vielzahl von Signalleitungen (VL) über eine Vielzahl erster Schaltmittel (Qh) verbunden ist, um Signale aus den Signalleitungen (VL) zu empfangen, wobei alle Signalleitungen (VL) kapazitiv mit einem Festpunkt-Potential gekoppelt sind, und die alle dem Empfang von Signalen aus einem jeweiligen photoelektrischen Wandlerelement (S) dienen;

- jede Signalleitung (VL) einen Kondensator (C1) enthält, dessen Eingangsseite beschaltet ist, um Signale aus dem jeweiligen photoelektrischen Wandlerelement (S) zu empfangen, und dessen Ausgangsseite beschaltet ist, um Signale für das jeweilige erste Schaltmittel (Qh) zur Ausgangsleitung (HL) durchlassen;

- zweite Schaltmittel (Q2, Qhr, Qtc) vorgesehen sind, die die Ausgangsseiten der Kondensatoren (C1) auf einem vorbestimmten Potential halten; und bei dem

- ein Steuermittel hinsichtlich jeden Kondensators (C1) aktivierbar ist, um

(a) ein erstes Signal aus dem photoelektrischen Wandlerelement (S) zu lesen und dieses an die Eingangsseite des Kondensators (C1) anzulegen, während das zweite Schaltmittel (Q2, Qhr, Qtc) die Ausgangsseite des Kondensators (C1) auf dem vorbestimmten Potential hält; und um

(b) ein zweites Signal aus dem photoelektrischen Wandlerelement (S) zu lesen und dieses an die Eingangsseite des Kondensators (C1) anzulegen, während die Ausgangsseite des Kondensators potentialfrei schwebt, so daß der Kondensator (C1) ein Signal an das erste Schaltmittel (Qh) abgibt, das der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Signal entspricht.

2. Photoelektrisches Umwandlungsgerät nach Anspruch 1, bei dem jedem Kondensator (C1) ein eigenes zweites Schaltmittel (Q2, Qtc) zugeordnet ist, das an einem Verbindungspunkt zwischen seiner Ausgangsseite und dem ersten Schaltmittel (Qh) angeschlossen ist.

3. Photoelektrisches Umwandlungsgerät nach Anspruch 1, bei dem eine Vielzahl von Kondensatoren (C1) ein allen gemeinsames zweites Schaltmittel (Qhr) benutzen, das an einen Verbindungspunkt auf der dem Kondensator (C1) abgewandten Seite des ersten Schaltmittels (Qh) angeschlossen ist.

4. Photoelektrisches Umwandlungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Schaltmittel oder bei dem jedes zweite Schaltmittel einen FET mit isoliertem Gate enthält.

5. Photoelektrisches Umwandlungsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem jedes erste Schaltmittel (Qh) einen FET mit isoliertem Gate enthält.

6. Photoelektrisches Umwandlungsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem jede Signalleitung (VL) ein drittes Schaltmittel (Qr) enthält, um es mit einem Festpunkt-Potential zu verbinden, während die Ausgangsseite des Kondensators (C1) sowohl nach Anlegen des ersten Signals an den Kondensator (C1) als auch vor Anlegen des zweiten Signals an den Kondensator (C1) potentialfrei schwebt.

7. Photoelektrisches Umwandlungsgerät nach Anspruch 6, bei dem das zweite Schaltmittel (Qr) einen FET mit isoliertem Gate enthält.

8. Photoelektrisches Umwandlungsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eines der Signale, entweder das erste oder das zweite, ein Rauschsignal ist und bei dem das andere ein Signal ist, das infolge der Bestrahlung des photoelektrischen Wandlerelements (S) erzeugt wird.

9. Photoelektrisches Umwandlungsgerät nach Anspruch 8, bei dem das Rauschsignal ein Dunkelstromsignal ist.

10. Photoelektrisches Umwandlungsgerät nach Anspruch 9, bei dem das Steuermittel einen Auffrischungsvorgang des photoelektrischen Wandlerelements (S) leitet, und bei dem das Rauschsignal aus der photoelektrischen Wandlervorrichtung (S) nach dem Auffrischungsvorgang gelesen wird.