DE4443821A1 - Bildaufnahmevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bildaufnahmevorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Bildaufnahmevorrichtung ist aus der DE- OS 42 31 401 bekannt. Die dort beschriebene Bildaufnah­ mevorrichtung arbeitet nach dem Prinzip des Abtastens eines Bildfeldes, indem das Bild mittels eines Schwenk­ spiegels relativ zu den Photodetektorelementen ge­ schwenkt wird. Die betrachtete Szene wird dadurch aus­ schnittsweise sukzessiv auf die Photodetektorelemente abgebildet.

Diese Bildaufnahmevorrichtung weist mindestens eine Spaltenanordnung mit in Schwenkrichtung des Bildfeldes in einer Reihe angeordneten Photodetektorelementen und mit einer TDI-(Time Delay and Integration)-Anordnung auf. Während des Schwenkens des Bildfeldes über die Photodetektorelemente wird ein Bildfeldpixel - ein der Größe eines Photodetektorelementes entsprechender Aus­ schnitt des Bildfeldes - nacheinander auf die aufeinan­ derfolgenden Photodetektorelemente der Spaltenanordnung abgebildet und bewirkt dort entsprechende Detektorsi­ gnale. Mit der TDI-Anordnung werden die zu ein und dem­ selben Bildfeldpixel zugehörigen Detektorsignale durch Zeitrichtiges Aufsummieren integriert. Die TDI-Anord­ nung ist als CCD-Struktur ausgebildet, die, um auch während des Rückschwenkens des Schwenkspiegels Detek­ torsignale zu erfassen, schleifenförmig ausgeführt ist. Sie ist derart ausgebildet, daß Ladungen in beide Längsrichtungen verschoben werden können.

Eine derartige Bildaufnahmevorrichtung ist jedoch auf­ grund der eingesetzten CCD-Struktur sehr empfindlich gegenüber radioaktiver Strahlung. Die radioaktive Strahlung kann dabei permanente Schäden in der CCD- Struktur hervorrufen, die sich beispielsweise in einer Verschlechterung des Rauschverhaltens äußern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bildauf­ nahmevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 anzugeben, deren Empfindlichkeit gegenüber radioaktiver Strahlung geringer ist als die Empfind­ lichkeit einer Bildaufnahmevorrichtung mit einer oder mehreren CCD-Strukturen, die eine individuelle Aktivie­ rung/Deaktivierung einzelner Photodetektorelemente er­ möglicht und die einen einfachen Aufbau aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung umfaßt eine oder mehrere Spaltenanordnungen, die alle in der gleichen Art wie die im folgenden beschriebene eine Spaltenanordnung ausgeführt sind.

Die TDI-Anordnung der Spaltenanordnung weist eine Spei­ chereinheit mit mehreren Speicherzellen und eine Schal­ teranordnung auf, über die die Photodetektorelemente der Spaltenanordnung mit den Speicherzellen der Spei­ chereinheit verbunden sind. Die über eine Steuereinheit ansteuerbare Schalteranordnung dient zur Aktivierung bzw. Deaktivierung dieser Photodetektorelemente, wobei ein Photodetektorelement dann aktiviert ist, wenn es mit der Speichereinheit elektrisch leitend verbunden ist, und dann deaktiviert ist, wenn es mit keiner der Speicherzellen der Speichereinheit elektrisch leitend verbunden ist. Die Schalteranordnung dient des weiteren zur zeitrichtigen Weitergabe der Detektorsignale an die entsprechenden Speicherzellen der Speichereinheit. Die von jeweils ein und demselben Bildfeldpixel des Bild­ feldes in den aktivierten Photodetektorelementen er­ zeugten Detektorsignale werden dabei in jeweils einer der Speicherzellen der Speichereinheit integriert.

Die Schalteranordnung umfaßt vorzugsweise eine über eine Steuereinheit ansteuerbare Umschalteinheit und eine dieser nachgeschaltete, ebenfalls über die Steuer­ einheit ansteuerbare, Schaltermatrix.

Die Umschalteinheit weist für jedes Photodetektorele­ ment der Spaltenanordnung einen Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß auf. Die Eingangsanschlüsse sind vorzugsweise über jeweils ein Ankopplungselement ent­ sprechend ihrer Reihenfolge mit jeweils einem der in einer Reihe angeordneten Photodetektorelemente verbun­ den.

Über die Umschalteinheit ist jedes der Photodetektor­ elemente aktivierbar oder deaktivierbar. Dabei ist bei einem aktivierten Photodetektorelement der mit ihm ver­ bundene Eingangsanschluß der Umschalteinheit entweder über eine sogenannte gerade Verbindung oder über eine sogenannte gekreuzte Verbindung mit einem der Ausgangs­ anschlüsse der Umschalteinheit elektrisch leitend ver­ bunden, wobei bei einer geraden Verbindung der betref­ fende Eingangsanschluß mit einem diesem entsprechend der Reihenfolge zugeordneten Ausgangsanschluß - d. h. bei mit k = 1, 2, . . ., N fortlaufend numerierten Ein­ gangsanschlüssen und Ausgangsanschlüssen, der betref­ fende k-te Eingangsanschluß mit dem k-ten Ausgangsan­ schluß - elektrisch leitend verbunden ist und bei einer gekreuzten Verbindung der betreffende Eingangsanschluß mit einem diesem entsprechend der umgekehrten Reihen­ folge zugeordneten Ausgangsanschluß - d. h. der betref­ fende k-te Eingangsanschluß mit dem N + 1 - k-ten Aus­ gangsanschluß - elektrisch leitend verbunden ist.

Zur Bildaufnahme werden vorzugsweise nicht alle Photo­ detektorelemente aktiviert; fehlerhafte oder qualitativ minderwertige Photodetektorelemente werden, um hier­ durch bedingte fehlerhafte Detektorsignale zu unter­ drücken, während der Bildaufnahme deaktiviert. Die zu aktivierenden Photodetektorelemente werden während der Bildaufnahme über die jeweiligen Eingangsanschlüsse der Umschalteinheit, abhängig von der Schwenkrichtung des Bildfeldes über die Spaltenanordnung, entweder über ge­ rade oder gekreuzte Verbindungen mit den jeweiligen Ausgangsanschlüssen der Umschalteinheit verbunden. Beim Vorwärtsschwenken des Bildfeldes, d. h. während der Zeit, in der das Bildfeld in einer der beiden Längs­ richtungen der Spaltenanordnung über die Photodetektor­ elemente geschwenkt wird, sind die aktivierten Photode­ tektorelemente über jeweils eine gerade Verbindung mit dem jeweiligen Ausgangsanschluß der Umschalteinheit verbunden; beim Rückwärtsschwenken des Bildfeldes, d. h. während der Zeit, in der das Bildfeld in der an­ deren Längsrichtung der Spaltenanordnung über die De­ tektorelemente geschwenkt wird, sind die aktivierten Photodetektorelemente über jeweils eine gekreuzte Ver­ bindung mit den jeweiligen Ausgangsanschlüssen der Um­ schalteinheit verbunden. Auf diese Weise werden die während des Schwenkens des Bildfeldes über die Spalten­ anordnung von einem Bildfeldpixel nacheinander bewirk­ ten Detektorsignale der Reihe nach zu den jeweiligen Ausgangsanschlüssen der Umschalteinheit weitergegeben, wobei die Reihenfolge dieser zeitlich nacheinander an unterschiedlichen Ausgangsanschlüssen ausgegebenen De­ tektorsignale unabhängig von der Schwenkrichtung des Bildfeldes ist.

Die zu den Ausgangsanschlüssen der Umschalteinheit wei­ tergegebenen Detektorsignale werden über die Schalter­ matrix zu den Speicherzellen der Speichereinheit wei­ tergeleitet. Die Schaltermatrix wird dabei von der Steuereinheit derart angesteuert, daß die nacheinander in den aktivierten Photodetektorelementen von ein und demselben Bildfeldpixel bewirkten Detektorsignale in ein und derselben Speicherzelle integriert werden.

Da alle aktivierten Photodetektorelemente gleichzeitig Detektorsignale erzeugen, die unterschiedlichen Bild­ feldpixeln zugeordnet sind, und jedes dieser Detektor­ signale auswertbar sein soll, muß die Anzahl der in der Speichereinheit vorgesehenen Speicherzellen zumindest gleich der Anzahl der während der Bildaufnahme akti­ vierten Photodetektorelemente sein; sie ist vorzugswei­ se um ein ganzzahliges Vielfaches größer, da dann auch Zwischenabtastungen durchführbar sind, d. h. jeweils eines der aktivierten Photodetektorelemente erzeugt zeitlich aufeinanderfolgende Detektorsignale, die durch aufeinanderfolgende sich überschneidende Bildfeldpixel bewirkt werden.

Die Rückschwenkzeit des Bildfeldes ist ohne nennenswer­ ten Zusatzaufwand in der Ansteuerung der Spaltenanord­ nung zur Bildaufnahme ausnutzbar, da aufgrund der ein­ gesetzten Umschalteinheit die Ansteuerung der Schalter­ matrix unabhängig von der Schwenkrichtung des Bildfel­ des ist. Da keine CCD-Strukturen erforderlich sind und die TDI-Anordnung gegenüber radioaktiver Strahlung un­ empfindlicher als eine als CCD-Struktur ausgebildete TDI-Anordnung ist, eignet sich die erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung auch zum Einsatz in radioaktiv verstrahlten Umgebungen. Zudem sind die Systemeigen­ schaften der Bildaufnahmevorrichtung durch die Deakti­ vierung von fehlerhaften oder qualitativ minderwertigen Photodetektorelementen verbesserbar, da auf diese Weise die Streuung der elektrischen Eigenschaften der ver­ bleibenden und zur Bildaufnahme aktivierten Photodetek­ torelemente reduziert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren nä­ her beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbei­ spiels der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevor­ richtung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Schaltelementes der Bildaufnahmevorrichtung aus der Fig. 1 und

Fig. 3 ein Teilschaltbild des Ausführungsbeispiels der Bildaufnahmevorrichtung aus der Fig. 1.

Das Ausführungsbeispiel der in den Figuren beschriebe­ nen Bildaufnahmevorrichtung verfügt über mehrere gleichartige Photodetektorelemente, die in einer zwei­ dimensionalen Detektormatrix angeordnet sind. Diese als integrierter Schaltkreis ausgebildete Detektormatrix weist mehrere Detektorspalten und mehrere Detektorzei­ len auf. In Fig. 1, die ein Ausführungsbeispiel mit einer N = 6-zeiligen Detektormatrix, d. h. mit N = 6 Photodetektorelementen je Detektorspalte, zeigt, sind lediglich die erste und die zweite Detektorspalte ein­ gezeichnet. Die dort mit 20 . . . 25 bezeichneten Photo­ detektorelemente der Spaltenanordnung 1 bilden dabei die erste Detektorspalte, die Photodetektorelemente 20′ . . . 25′ der Spaltenanordnung 1′ bilden die zweite De­ tektorspalte der Detektormatrix. Die nur angedeutet ge­ zeigte Spaltenanordnung 1 ′ und weitere in der Fig. 1 nicht gezeigte Spaltenanordnungen sind in der gleichen Art wie die im folgenden näher beschriebene Spaltenan­ ordnung 1 ausgeführt.

Die Spaltenanordnung 1 umfaßt neben den Photodetektor­ elementen 20 . . . 25 die TDI-Anordnung 3 und die Ankopp­ lungsstufen 90 . . . 95. Die Photodetektorelemente 20 25 sind dabei über jeweils eine der Ankopplungsstufen 90 . . . 95 mit der TDI-Anordnung 3 verbunden. Die TDI- Anordnung 3 weist eine Schalteranordnung 5 mit einer Umschalteinheit 7 und mit einer dieser nachgeschalteten Schaltermatrix 6 sowie eine mit der Schaltermatrix 6 verbundene Speicheranordnung 4 mit den Speicherzellen 40 . . . 51 auf. Die Eingangsanschlüsse E70 . . . E75 der Umschalteinheit 7 sind der Reihe nach über die jeweili­ gen Ankopplungsstufen 90 . . . 95 mit den Photodetektor­ elementen 20 . . . 25 verbunden, d. h. der k-te Eingangs­ anschluß E70 bzw. . . . bzw. E75 ist über die k-te An­ kopplungsstufe 90 bzw. . . . bzw. 95 mit dem k-ten Photo­ detektorelement 20 bzw. . . . bzw. 25 verbunden, wobei k = 1, 2, . . . , 6 eine fortlaufende Numerierung der Ein­ gangsanschlüsse E70 . . . E75, der Ausgangsanschlüsse A70 A75, der Ankopplungsstufen 90 . . . 95 und der Photo­ detektorelemente 20 . . . 25 der Spaltenanordnung 1 sowie der Detektorzeilen der Detektormatrix darstellt. Die Ausgangsanschlüsse A70 . . . A75 der Umschalteinheit 7 sind mit jeweils einem Eingangsanschluß der Schalter­ matrix 6 verbunden. Die Schaltermatrix 6 weist zwölf mit jeweils einer der Speicherzellen 40 . . . 51 verbun­ dene Ausgangsanschlüsse auf.

Die Umschalteinheit 7 ist über die Steuereinheit 10 derart ansteuerbar, daß einige ihrer Eingangsanschlüsse E70 . . . E75 mit jeweils einem ihrer Ausgangsanschlüsse A70 . . . A75 elektrisch leitend verbunden werden, wobei eine derartige Verbindung entweder als gerade Verbin­ dung oder als gekreuzte Verbindung hergestellt wird. Bei einer geraden Verbindung wird der zu verbindende Eingangsanschluß E70 bzw. . . . bzw. E75 mit dem Aus­ gangsanschluß A70 bzw. . . . bzw. A75, der entsprechend der Reihenfolge dem betreffenden Eingangsanschluß zuge­ ordnet ist, elektrisch leitend verbunden; d. h. es kön­ nen lediglich der k-te Eingangsanschluß E70 bzw. . . . bzw. E75 mit dem k-ten Ausgangsanschluß A70 bzw. . . . bzw. A75 elektrisch leitend verbunden werden. Bei einer gekreuzten Verbindung wird der zu verbindende Eingangs­ anschluß E70 bzw. . . . bzw. E75 hingegen mit dem Aus­ gangsanschluß A75 bzw. . . . bzw. A70 der Umschalteinheit 7, der entsprechend der umgekehrten Reihenfolge dem be­ treffenden Eingangsanschluß zugeordnet ist, elektrisch leitend verbunden; d. h. es können lediglich der k-te Eingangsanschluß E70 bzw. . . . bzw. E75 mit dem l-ten Ausgangsanschluß A75 bzw. . . . bzw. A70 elektrisch lei­ tend verbunden werden, wobei für 6 Photodetektorelemen­ te je Spaltenanordnung 1 = 6 + 1 - k gilt.

Die Eingangsanschlüsse E70 . . . E75 und die Ausgangsan­ schlüsse A70 . . . A75 der Umschalteinheit 7 können zu Eingangspaaren E70, E75 bzw. E71, E74 bzw. E72, E73 bzw. zu Ausgangspaaren A70, A75 bzw. A71, A74 bzw. A72, A73 zusammengefaßt werden, wobei jeweils der k-te Ein­ gangsanschluß E70 bzw. E71 bzw. E72 mit dem l-ten Ein­ gangsanschluß E75 bzw. E74 bzw. E73 das Eingangspaar E70, E75 bzw. E71, E74 bzw. E72, E73 bilden und der k- te Ausgangsanschluß A70 bzw. A71 bzw. A72 mit dem l-ten Ausgangsanschluß A75 bzw. A74 bzw. A73 das diesem Ein­ gangspaar entsprechende Ausgangspaar A70, A75 bzw. A71, A74 bzw. A72, A73 bilden. Für jedes der Eingangspaare E70, E75 bzw. E71, E74 bzw. E72, E73 ist in der Um­ schalteinheit 7 ein Schaltelement 70 bzw. 71 bzw. 72 mit je zwei Schalteingängen E700, E701 bzw. E710, E711 bzw. E720, E721 und mit je zwei Schaltausgängen A700, A701 bzw. A710, A711 bzw. A720, A721 vorgesehen. Die Eingangspaare E70, E75 bzw. E71, E74 bzw. E72, E73 sind über die Schaltelemente 70 bzw. 71 bzw. 72 mit den ent­ sprechenden Ausgangspaaren A70, A75 bzw. A71, A74 bzw. A72, A73 verbunden; dabei sind die Eingangsanschlüsse E70 bzw. E75 bzw. E71 bzw. E74 bzw. E72 bzw. E73 eines Eingangspaares jeweils an einen Schalteingang E700 bzw. E701 bzw. E710 bzw. E711 bzw. E720 bzw. E721 des jewei­ ligen Schaltelementes 70 bzw. 71 bzw. 72 und die Aus­ gangsanschlüsse A70 bzw. A75 bzw. A71 bzw. A74 bzw. A72 bzw. A73 des entsprechenden Ausgangspaares jeweils an einen Schaltausgang A700 bzw. A701 bzw. A710 bzw. A711 bzw. A720 bzw. A721 des jeweiligen Schaltelementes 70 bzw. 71 bzw. 72 angeschlossen.

Die Fig. 2 zeigt als Ausführungsbeispiel das Schalt­ bild des ersten Schaltelementes 70; die anderen Schalt­ elemente 70, 71 sind gleichartig ausgeführt. Das Schaltelement 70 weist vier als Schalttransistoren be­ triebene MOS-Transistoren M70 . . . M73 auf. Die Source- Anschlüsse des ersten und des dritten MOS-Transistors M70 bzw. M72 sind mit dem ersten Schalteingang E700 des Schaltelementes 70 verbunden; die Source-Anschlüsse des zweiten und des vierten MOS-Transistors M71 bzw. M73 sind mit dem zweiten Schalteingang E701 des Schaltele­ mentes 70 verbunden; die Drain-Anschlüsse des ersten und des vierten MOS-Transistors M70 bzw. M73 sind mit dem ersten Schaltausgang A700 verbunden und die Drain- Anschlüsse des zweiten und des dritten MOS-Transistors M71 bzw. M72 sind mit dem zweiten Schaltausgang A701 des Schaltelementes 70 verbunden. Die Gate-Anschlüsse der MOS-Transistoren M70 bzw. M71 bzw. M72 bzw. M73 bilden die Steueranschlüsse a70 bzw. a70′ bzw. b70 bzw. b70′ des Schaltelementes 70. Sie sind über die Steuer­ einheit 10 ansteuerbar. Die Steueranschlüsse a70 und b70 bzw. a70′ und b70′ werden, um das mit dem jeweili­ gen Schalteingang E700 bzw. E701 verbundene Photodetek­ torelement 20 bzw. 25 zu aktivieren, im Gegentakt ange­ steuert. Bei einer geraden Verbindung vom Schalteingang E700 bzw. E701 zum jeweiligen Schaltausgang A700 bzw. A701 befinden sich der erste MOS-Transistor M70 bzw. der zweite MOS-Transistor M71 im leitenden Zustand und die anderen beiden MOS-Transistoren M72 und M73 im sperrenden Zustand. Bei einer gekreuzten Verbindung be­ finden sich hingegen der dritte MOS-Transistor M72 bzw. der vierte MOS-Transistor M73 im leitenden Zustand und die beiden anderen im sperrenden Zustand. Falls der er­ ste und der dritte MOS-Transistor M70 und M72 bzw. der zweite und der vierte MOS-Transistor M71 und M73 sper­ ren, dann ist das mit dem betreffenden Schalteingang E700 bzw. E701 verbundene Photodetektorelement 20 bzw. 25 deaktiviert.

Das in Fig. 3 gezeigte Teilschaltbild zeigt den Si­ gnalpfad vom ersten Photodetektorelement 20 zur ersten Speicherzelle 40. Alle anderen, in der Figur nicht ge­ zeigten, von den Photodetektorelementen 20 . . . 25 zu den Speicherzellen 40 . . . 51 führenden Signalpfade sind in der gleichen Art ausgeführt.

Das Photodetektorelement 20 ist als CMT-(Cadmium Mer­ cury Tellurid)-Diode ausgebildet. Da sie in Sperrich­ tung betrieben wird und ihre bei typisch 30-50 mV liegende Sperrspannung nicht überschritten werden darf, wird sie über die Ankopplungsstufe 90 mit der TDI-An­ ordnung 3 verbunden.

Diese Ankopplungsstufe 90 weist einen als MOS-Transi­ stor ausgeführten Ankopplungstransistor M90 auf, dessen Source-Anschluß direkt mit dem Photodetektorelement 20 verbunden ist und dessen Drain-Anschluß mit dem Ein­ gangsanschluß E70 der Umschalteinheit 7 verbunden ist. Über die mit dem Gate-Anschluß des Ankopplungstransi­ stors M90 verbundene Referenzspannungsquelle V_Ref wird der Gleichanteil der Spannung am Photodetektorelement 20, d. h. dessen Arbeitspunkt, eingestellt. Die Ankopp­ lungsstufe 90 weist des weiteren, um die mit C_P90 be­ zeichnete parasitäre Kapazität zu entladen, einen eben­ falls als MOS-Transistor ausgeführten Rücksetztransi­ stor M91 auf, dessen Source-Anschluß mit dem Drain-An­ schluß des Ankopplungstransistors M90 verbunden ist, dessen Drain-Anschluß mit der Rücksetzspannungsquelle V_R verbunden ist und dessen Gate-Anschluß über ein von der Steuereinheit auf der Rücksetzleitung RESET bereit­ gestelltes Rücksetzpotential ansteuerbar ist. Die An­ kopplungsstufen 90 . . . 95 sind alle gleichartig ausge­ führt. Deren Ankopplungstransistoren bzw. Rücksetztran­ sistoren sind alle mit der gleichen, beispielsweise in der Steuereinheit 10 angeordneten, Referenzspannungs­ quelle V_Ref bzw. Rücksetzspannungsquelle V_R verbunden. Die Gate-Anschlüsse ihrer Rücksetztransistoren sind alle mit der gleichen Rücksetzleitung RESET verbunden.

Der Integrationskondensator C_I40 des Speicherelementes 40 dient im eingezeichneten Signalpfad zur Integration der von dem Photodetektorelement 20 gelieferten Ladun­ gen - den Detektorsignalen. Er ist zur Steuerung des Ladevorgangs über den als MOS-Transistor ausgeführten Abtast-Halte-Schalter M40 mit einem Ausgang der Schal­ termatrix verbunden. Der Integrationskondensator C_I40 ist über den ebenfalls als MOS-Transistor ausgeführten Speicherrücksetztransistor M41 entladbar. Der Gate-An­ schluß des Abtast-Halte-Schalters M40 ist über die Ab­ tast-Halte-Leitung S/H40 von der Steuereinheit 10 an­ steuerbar. Der Speicherrücksetztransistor M41 ist über die mit der Steuereinheit 10 verbundene Speicherrück­ setzleitung RESET 40 ein- und ausschaltbar. Alle Spei­ cherzellen 40 . . . 51 der Speichereinheit 4 sind in der gleichen Art ausgeführt. Jede der Speicherzellen 40 . . . 51 ist einzeln über eine eigene in der Art der Spei­ cherrücksetzleitung RESET 40 ausgeführte Speicherrück­ setzleitung von der Steuereinheit 10 ansteuerbar. Die Speicherzellen 40 . . . 51 werden zu Speichergruppen zu­ sammengefaßt, wobei die Anzahl der Speicherzellen einer Speichergruppe zumindest gleich der Anzahl der während der Bildaufnahme zu aktivierenden Photodetektorelemen­ ten ist; jede dieser Speichergruppen ist über eine ei­ gene in der Art der Abtast-Halte-Leitung S/H40 ausge­ führte Abtast-Halte-Leitung von der Steuereinheit 10 ansteuerbar. Mit M70 bzw. M60 sind die im Signalpfad zwischen dem ersten Photodetektorelement 20 und der er­ sten Speicherzelle 40 liegenden MOS-Transistoren der Umschalteinheit 7 bzw. der Schaltermatrix 6 bezeichnet. Ihre Gate-Anschlüsse sind ebenfalls von der Steuerein­ heit 10 ansteuerbar.

Zur Bildaufnahme wird ein Bildfeld in Spaltenrichtung über die Detektormatrix hin und her, d. h. in den mit Pfeilen gekennzeichneten Längsrichtungen L0, L1 über die Photodetektorelemente 20 . . . 25, 20′ . . . 25′ der Spaltenanordnungen 1, 1′ geschwenkt. Jedes auf ein ak­ tiviertes Photodetektorelement abgebildetes Bildfeld­ pixel bewirkt in diesem Photodetektorelement als Detek­ torsignal einen Photostrom, d. h. Ladungen, die von der jeweiligen TDI-Anordnung erfaßt werden. Die Detektorsi­ gnale der aktivierten Photodetektorelemente aus einer Detektorzeile der Detektormatrix werden dabei gleich­ zeitig erfaßt. Hierzu werden die Speichereinheiten der Spaltenanordnungen alle gleich und die Schaltermatrizen der Spaltenanordnungen ebenfalls alle gleich angesteu­ ert. Beschrieben wird im folgenden, da für alle Spal­ tenanordnungen das gleiche gilt, die Erfassung der De­ tektorsignale der Spaltenanordnung 1.

Zur Bildaufnahme können alle oder nur einige der Photo­ detektorelemente 20 . . . 25 aktiviert werden. Um die Bildqualität zu verbessern, werden im vorliegenden Bei­ spiel die zwei Photodetektorelemente mit den schlechte­ sten elektrischen Eigenschaften deaktiviert. Auf diese Weise wird die Streuung der Empfindlichkeit und des Rauschverhaltens der restlichen, zur Bildaufnahme akti­ vierten, Photodetektorelemente reduziert. Im folgenden wird davon ausgegangen, daß die Photodetektorelemente 20 . . . 23 die besten elektrischen Eigenschaften aufwei­ sen. Zur Bildaufnahme werden somit die Photodetektor­ elemente 20 . . . 23 aktiviert und die auf sie abgebilde­ ten Bildfeldpixel des Bildfeldes abgetastet, d. h. die in diesen Photodetektorelementen 20 . . . 23 bewirkten Ladungen werden für ein vorgebbares Zeitintervall in jeweils einer der Speicherzellen 40 . . . 51 der Spei­ chereinheit 4 integriert, indem der Abtast-Halte-Schal­ ter der jeweiligen Speicherzelle nur während dieses Zeitintervalls geschlossen wird. Die Ladungen, die von jeweils ein und demselben Bildfeldpixel in den akti­ vierten Photodetektorelementen 20 . . . 23 bewirkt wer­ den, werden durch entsprechende Ansteuerung der Um­ schalteinheit 7 und der Schaltermatrix 6 in jeweils ein und derselben Speicherzelle integriert. Beispielsweise wird, während das Bildfeld in Vorwärtsrichtung, d. h. in Längsrichtung L0, geschwenkt wird, ein erstes Bild­ feldpixel der Reihe nach auf die Photodetektorelemente 20 . . . 25 abgebildet. Die mit den aktivierten Photode­ tektorelementen 20 . . . 23 verbundenen Eingangsanschlüs­ se E70 . . . E73 der Umschalteinheit 7 und die jeweiligen Ausgangsanschlüsse A70 . . . A73 der Umschalteinheit 7 sind dabei jeweils gerade miteinander verbunden. Die in den aktivierten Photodetektorelementen 20 . . . 23 vom ersten Bildfeldpixel bewirkten Ladungen stehen somit zeitlich nacheinander an jeweils einem der Ausgangsan­ schlüsse A70 . . . A73 der Umschalteinheit 7 an. Durch entsprechendes Ansteuern der Schaltermatrix 6 werden diese Ladungen nacheinander, beispielsweise in der er­ sten Speicherzelle 40, integriert. Während des Zeit­ intervalls, in dem das Bildfeld in Rückwärtsrichtung, d. h. in Längsrichtung L1, geschwenkt wird, sind die mit den aktivierten Photodetektorelementen 20 . . . 23 verbundenen Eingangsanschlüsse E70 . . . E73 der Um­ schalteinheit 7 und die jeweiligen Ausgangsanschlüsse A70 . . . A73 der Umschalteinheit 7 jeweils gekreuzt mit­ einander verbunden. Die Schwenkrichtung des Bildfeldes ist somit anhand der den Ausgangsanschlüssen A70 . . . A73 der Umschalteinheit 7 zugeführten Ladungen nicht erkennbar. Demzufolge ist der Steuerzyklus zur Ansteue­ rung der Schaltermatrix 6 und der Speichereinheit 4 der gleiche für beide Schwenkrichtungen des Bildfeldes.

Falls alle sechs Photodetektorelemente 20 . . . 25 akti­ viert werden, sind, da die von diesen gleichzeitig er­ zeugten Ladungen von sechs unterschiedlichen Bildfeld­ pixeln bewirkt werden, zumindest sechs Speicherzellen zur Signalaufnahme erforderlich. Da im vorliegenden Beispiel jedoch nur vier Photodetektorelemente akti­ viert werden, würden vier Speicherzellen zur Signaler­ fassung ausreichen. Zur Verbesserung der Bildqualität wird eine dreifache Zwischenabtastung vorgenommen, d. h. innerhalb des Zeitintervalles, indem ein Bild­ feldpixel von einem Photodetektorelement zum benachbar­ ten Photodetektorelement geschwenkt wird, werden drei Abtastungen vorgenommen. Infolgedessen werden zur Si­ gnalauswertung für jedes aktivierte Photodetektorele­ ment drei Speicherzellen benötigt. Es werden somit drei Speichergruppen mit je 4 Speicherzellen, also insgesamt zwölf Speicherzellen 40 . . . 51 benötigt.

Um Nebensprechen zu unterdrücken, werden vor jedem Ab­ tastvorgang die parasitären Kapazitäten auf den Ein­ gangsleitungen E70 . . . E75 der Umschalteinheit 7 über die Rücksetztransistoren der Ankopplungsstufen 90 . . . 95 auf ein von der Rücksetzspannungsquelle VR vorgege­ benes Potential geladen. Die Rücksetzung der Speicher­ zellen 40 . . . 51 erfolgt erst nach der Integration der von einem Bildfeldpixel in allen aktivierten Photode­ tektorelementen bewirkten Ladungen. Vor dem Rücksetzen werden die in den Integrationskondensatoren gespeicher­ ten Ladungen zur Bildrekonstruktion von einer Auswerte­ einheit der Bildaufnahmevorrichtung erfaßt.

Das vorliegende Beispiel zeigt eine Bildaufnahmevor­ richtung mit einer geraden Anzahl von Photodetektorele­ menten 20 . . . 25. Denkbar sind jedoch auch Vorrichtun­ gen mit einer ungeraden Anzahl von Photodetektorelemen­ ten. Das mittlere Photodetektorelement wird dann entwe­ der direkt oder, falls es deaktivierbar sein soll, über ein in der Umschalteinheit 7 vorgesehenes einfaches Schaltelement, beispielsweise über einen von der Steu­ ereinheit 10 ansteuerbaren MOS-Transistor, mit der Schaltermatrix 6 verbunden.

Claims (12)

1. Bildaufnahmevorrichtung mit mindestens einer Spal­ tenanordnung (1) aus einer Anzahl von N linear in einer Reihe angeordneten Photodetektorelementen (20 . . . 25) zur Erzeugung von Detektorsignalen und aus einer den Photodetektorelementen (20 . . . 25) zugeordneten TDI- (Time Delay and Integration)-Anordnung (3) zur zeit­ richtigen Zusammenfassung und Ausgabe der Detektorsi­ gnale eines über die Photodetektorelemente (20 . . . 25) abwechselnd in beide Längsrichtungen (L0, L1) der Spal­ tenanordnung (1) relativ zu den Photodetektorelementen (20 . . . 25) geschwenkten Bildfeldes, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• - die TDI-Anordnung (3) eine Schalteranordnung (5) mit mehreren von einer Steuereinheit (10) ansteu­ erbaren Schaltern und eine Speichereinheit (4) mit mehreren Speicherzellen (40 . . . 51) aufweist,
• - die von der Steuereinheit (10) aktivierbaren oder deaktivierbaren Photodetektorelemente (20 . . . 25) über die Schalteranordnung (5) mit der Speicher­ einheit (4) verbunden sind, wobei jedes Photode­ tektorelement (20 . . . 25) über zumindest jeweils einen Schalter der Schalteranordnung (5) mit allen Speicherzellen (40 . . . 51) der Speichereinheit (4) verbunden ist, und
• - die Schalter der Steuereinheit (10) derart ansteu­ erbar sind, daß die von jeweils einem Bildfeld­ pixel des Bildfeldes in den aktivierten Photode­ tektorelementen (20 . . . 25) erzeugten Detektorsig­ nale in jeweils einer Speicherzelle (40 . . . 51) der Speichereinheit (4) integriert werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Schalteranordnung (5) zur zeitrichtigen Wei­ tergabe der Detektorsignale an die Speicherzellen (40 . . . 51) der Speichereinheit (4) eine mit den Photodetektorelementen (20 . . . 25) verbundene und über die Steuereinheit (10) ansteuerbare Umschalt­ einheit (7) und eine über die Steuereinheit (10) ansteuerbare Schaltermatrix (6) aufweist, über die die Umschalteinheit (7) mit den Speicherzellen (40 51) der Speichereinheit (4) verbunden ist,
• - die Umschalteinheit (7) eine Anzahl von N Ein­ gangsanschlüssen (E70 . . . E75), die entsprechend ihrer Reihenfolge mit jeweils einem der Photode­ tektorelemente (20 . . . 25) der Spaltenanordnung (1) verbunden sind, und eine Anzahl von N Aus­ gangsanschlüssen (A70 . . . A75), die mit jeweils einem Eingangsanschluß der Schaltermatrix (6) ver­ bunden sind, aufweist,
• - bei aktiviertem Photodetektorelement (20 bzw. . . . bzw. 25) der mit diesem verbundene Eingangsan­ schluß (E70 bzw. . . . bzw. E75) der Umschalteinheit (7) entweder mit einem entsprechend der Reihenfol­ ge zugeordneten Ausgangsanschluß (A70 bzw. bzw. A75) der Umschalteinheit (7) elektrisch lei­ tend verbunden ist oder mit einem entsprechend der umgekehrten Reihenfolge zugeordneten Ausgangsan­ schluß (A75 bzw. . . . bzw. A70) der Umschalteinheit (7) elektrisch leitend verbunden ist,
• - bei deaktiviertem Photodetektorelement (20 bzw. . . . bzw. 25) der mit diesem verbundene Eingangsan­ schluß (E70 bzw. . . . bzw. E75) der Umschalteinheit (7) mit keinem der Ausgangsanschlüsse (A70 A75) der Umschalteinheit (7) elektrisch leitend verbunden ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß

• - zur Weitergabe von Detektorsignalen an die Schal­ termatrix (6) zumindest ein Teil der Photodetek­ torelemente (20 . . . 25) aktiviert ist, wobei bei einem in einer Längsrichtung (L0) der Spaltenan­ ordnung (1) über die Photodetektorelemente (20 . . . 25) geschwenkten Bildfeld die mit den aktivierten Photodetektorelementen (20 bzw. . . . bzw. 25) ver­ bundenen Eingangsanschlüsse (E70 bzw. . . . bzw. E75) der Umschalteinheit (7) jeweils mit den je­ weiligen entsprechend der Reihenfolge zugeordneten Ausgangsanschlüssen (A70 bzw. . . . bzw. A75) der Umschalteinheit (7) verbunden sind und bei einem in der anderen Längsrichtung (L1) der Spaltenan­ ordnung (1) über die Photodetektorelemente (20 . . . 25) geschwenkten Bildfeld die mit den aktivierten Photodetektorelementen (20 bzw. . . . bzw. 25) ver­ bundenen Eingangsanschlüsse (E70 bzw. . . . bzw. E75) der Umschalteinheit (7) jeweils mit den je­ weiligen entsprechend der umgekehrten Reihenfolge zugeordneten Ausgangsanschlüssen (A75 bzw. bzw. A70) der Umschalteinheit (7) verbunden sind, und daß
• - die Anzahl der Speicherzellen (40 . . . 51) der Speichereinheit (4) zumindest gleich der Anzahl der während der Bildaufnahme aktivierten Photode­ tektorelemente (20 . . . 25) ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schaltermatrix (6) derart ansteuerbar ist, daß jeder ihrer Eingangsanschlüsse mit jeder der Speicherzellen (40 . . . 51) der Speicherein­ heit (4) elektrisch leitend verbindbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß in jeder Spaltenanordnung (1) eine vorgebbare Anzahl von Photodetektorelementen (20 . . . 25) deaktiviert sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet,

• - daß jeweils ein Eingangsanschluß (E70 bzw. E71 bzw. E72) der Umschalteinheit (7) und der diesem entsprechend der umgekehrten Reihenfolge zugeord­ nete Eingangsanschluß (E75 bzw. E74 bzw. E73) der Umschalteinheit (7), sofern es unterschiedliche Eingangsanschlüsse (E70 . . . E75) sind, ein Ein­ gangspaar (E70, E75 bzw. E71, E74 bzw. E72, E73) bilden,
• - daß zu jeweils einem Eingangspaar (E70, E75 bzw. E71, E74 bzw. E72, E73) ein entsprechendes Aus­ gangspaar (A70, A75 bzw. A71, A74 bzw. A72, A73) aus zwei Ausgangsanschlüssen (A70 . . . A75) der Um­ schalteinheit (7) derart zugeordnet ist, daß die Eingangsanschlüsse (E70 . . . E75) des jeweiligen Eingangspaares (E70, E75 bzw. E71, E74 bzw. E72, E73) und die Ausgangsanschlüsse (A70 bzw . . . . bzw. A75) des entsprechenden Ausgangspaares (A70, A75 bzw. A71, A74 bzw. A72, A73) entsprechend ihrer Reihenfolge zueinander zugeordnet sind,
• - daß den Eingangspaaren (E70, E75 bzw. E71, E74 bzw. E72, E73) jeweils ein von der Steuereinheit (10) ansteuerbares Schaltelement (70 bzw. 71 bzw. 72) mit je zwei Schalteingängen (E700, E701 bzw. E710, E711 bzw. E720, E721) und je zwei Schaltaus­ gängen (A700, A701 bzw. A710, A711 bzw. A720, A721) zugeordnet sind,
• - und daß die Eingangspaare (E70, E75 bzw. E71, E74 bzw. E72, E73) über die jeweiligen Schaltelemente (70 bzw. 71 bzw. 72) mit den entsprechenden Aus­ gangspaaren (A70, A75 bzw. A71, A74 bzw. A72, A73) verbunden sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schaltelement (70) der Umschalteinheit (7) vier MOS-Transistoren (M70 . . . M73) aufweist, wobei

• - der Source-Anschluß des ersten MOS-Transistors (M70), der Source-Anschluß des dritten MOS-Transi­ stors (M72) und der erste Schalteingang (E700) des jeweiligen Schaltelementes (70) miteinander ver­ bunden sind,
• - der Source-Anschluß des zweiten MOS-Transistors (M71), der Source-Anschluß des vierten MOS-Transi­ ostors (M73) und der zweite Schalteingang (E701) des jeweiligen Schaltelementes (70) miteinander verbunden sind,
• - der Drain-Anschluß des ersten MOS-Transistors (M70), der Drain-Anschluß des vierten MOS-Transi­ stors (M73) und der erste Schaltausgang (A700) des jeweiligen Schaltelementes (70) miteinander ver­ bunden sind,
• - der Drain-Anschluß des zweiten MOS-Transistors (M71), der Drain-Anschluß des dritten MOS-Transi­ stors (M72) und der zweite Schaltausgang (A701) des jeweiligen Schaltelementes (70) miteinander verbunden sind, und
• - die Gate-Anschlüsse der MOS-Transistoren (M70 M73) von der Steuereinheit (10) ansteuerbare Steu­ eranschlüsse (a70, b70, a70′, b70′ ) des jeweiligen Schaltelementes (70) bilden.

8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Photodetektorelemente (20 . . . 25) über jeweils eine Ankopplungsstufe (90 . . . 95) mit dem jeweiligen Eingangsanschluß (E70 . . . E75) der Umschalteinheit (7) verbunden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ankopplungsstufe (90) zur Arbeitspunkteinstel­ lung des jeweiligen Photodetektorelementes (20) einen als MOS-Transistor ausgebildeten Ankopplungstransistor (M90) aufweist, dessen Source-Anschluß mit dem jeweili­ gen Photodetektorelement (20) verbunden ist, dessen Drain-Anschluß mit dem jeweiligen Eingangsanschluß (E70) der Umschalteinheit (7) verbunden ist und dessen Gate-Anschluß mit einer Referenzspannungsquelle (VR_Ref) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß jede Ankopplungsstufe (90) einen als MOS-Tran­ sistor ausgebildeten Rücksetztransistor (M91) aufweist, dessen Gate-Anschluß über eine mit der Steuereinheit (10) verbundene Rücksetzleitung (RESET) ansteuerbar ist, dessen Source-Anschluß mit dem Drain-Anschluß des Ankopplungstransistors (M90) verbunden ist und dessen Drain-Anschluß mit einer Rücksetzspannungsquelle (V_R) verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Speicherzelle (40) der Speichereinheit (4) einen Integrationskondensator (C_I40) aufweist, der über einen als MOS-Transistor aus­ gebildeten Abtast-Halte-Schalter (M40) der jeweiligen Speicherzelle (40) aufladbar ist, und der über einen als MOS-Transistor ausgebildeten Speicherrücksetztran­ sistor (M41) auf ein vorgebbares Potential rücksetzbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der in der Spei­ chereinheit (4) vorgesehenen Speicherzellen (40 . . . 51) um ein ganzzahliges Vielfaches größer ist als die An­ zahl der während der Bildaufnahme aktivierten Photode­ tektorelemente (20 . . . 25).