DE69527910T2

DE69527910T2 - Photoelektrische Wandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69527910T2
Application number: DE69527910T
Authority: DE
Inventors: Mahito Shinohara; Isamu Ueno
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-10-19
Filing date: 1995-10-19
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2015-10-20
Also published as: EP0708555B1; EP0708555A3; US5933188A; DE69527910D1; EP0708555A2

Description

HINTERGRUND UND TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine auf einem Halbleiter ausgebildete fotoelektrische Wandlervorrichtung.

In Betracht gezogener Stand der Technik

Es sind verschiedene Arten von fotoelektrischen Wandlervorrichtungen bekannt, deren fotoelektrische Wandler-Bildelemente bzw. -Bildpunkte (Pixel) mit Ausgangsleitungen versehen sind. Diese fotoelektrischen Wandlervorrichtungen lassen sich entsprechend den unterschiedlichen Bildelementanordnungen in MOS-, SIT-, FET-, CMD- und bipolare fotoelektrische Wandlervorrichtungen einteilen.
Fig. 1 zeigt eine zweidimensionale bipolare fotoelektrische Wandlervorrichtung, bei der jedes Bildelement von einem bipolaren Transistor gebildet wird, der im Basisbereich fotoelektrische Ladungsträger akkumuliert.
Gemäß Fig. 1 besteht jedes fotoelektrische Wandler- Bildelement 1 aus einem bipolaren npn-Transistor 2, einem p-leitenden MOS-Transistor 3, der mit der Basis des bipolaren npn-Transistors 2 zur Rückstellung der Basis verbunden ist, und einer Bildelementkapazität 4 zur Steuerung des Potentials der Basis. Mit dem Emitter des entsprechenden bipolaren Transistors 2 ist eine Bildelement-Akkumulationssignalausgangsleitung 5 verbunden. Ein MOS-Transistor 6 stellt die entsprechende Ausgangsleitung 5 zurück. Eine Übertragungskapazität 7 hält und überträgt die Ausgangsspannung des entsprechenden fotoelektrischen Wandler-Bildelements 1. Ein MOS- Schalttransistor 8 stellt die Verbindung zwischen der entsprechenden Ausgangsleitung 5 und der entsprechenden Kapazität 7 her oder unterbricht die Verbindung. Ein von der Übertragungskapazität 7 abgegebenes Signal wird auf eine Horizontal-Ausgangsleitung 9 übertragen. Ein MOS- Schalttransistor 10 stellt die Verbindung zwischen der entsprechenden Kapazität 7 und der Horizontal- Ausgangsleitung in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal eines Horizontal-Schieberegisters 33 her oder unterbricht die Verbindung. Ein Vorverstärker 11 verstärkt das an der Horizontal-Ausgangsleitung 9 auftretende Signal. Der Vorverstärker 11 weist einen Ausgangsanschluss 12 auf.
Ein MOS-Transistor 13 stellt die Horizontal-Ausgangsleitung 9 zurück. Die Ansteuerung der entsprechenden Bildelemente erfolgt über eine Treiberleitung 14. Ein MOS- Schalttransistor 16 wird in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal eines Vertikal-Schieberegisters 34 ausgewählt und stellt die Verbindung zwischen der entsprechenden Treiberleitung 14 und einer eine Vertikal- Leitung darstellenden Treiberimpuls-Zuführungsleitung 15 her oder unterbricht die Verbindung. Die fotoelektrische Wandlervorrichtung weist einen Stromversorgungsanschluss 17 auf, der an einem Referenzpotential VVC liegt. Über einen Eingangsanschluss 18 wird den Gate-Elektroden der MOS- Transistoren 6 ein Impuls φVC zugeführt. Über einen Eingangsanschluss 19 wird den Gate-Elektroden der MOS- Transistoren 8 ein Impuls φT zugeführt. Über einen Eingangsanschluss 20 wird der Gate-Elektrode des MOS- Transistors 13 ein Impuls φHC zugeführt. Ein Eingangsanschluss 21 wird mit einem Ansteuerimpuls φR beaufschlagt.
In Fig. 1 ist zur Erleichterung der Beschreibung ein Sensorbereich veranschaulicht, der 2 · 2 fotoelektrische Wandler-Bildelemente aufweist. Die Ausgangssignale des Vertikal-Schieberegisters sind mit V1 und V2 bezeichnet, während die Ausgangssignale des Horizontal-Schieberegisters mit H1 und H2 bezeichnet sind. In der Praxis sind oft 256 · 256 oder mehr Bildelemente in der fotoelektrischen Wandlervorrichtung angeordnet.
Fig. 2 zeigt zeitabhängige Impulssignalverläufe zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der zweidimensionalen fotoelektrischen Wandlervorrichtung gemäß Fig. 1. In Fig. 2 wird jeder Impuls von einem hohen Pegel oder einem niedrigen Pegel repräsentiert. Der Ansteuerimpuls φR weist jedoch einen Zwischenpegel als das Referenzpotential VVC auf.
Wenn das Ausgangssignal V1 des Vertikal-Schieberegisters 34 einen hohen Pegel annimmt und der Ansteuerimpuls φR am Eingangsanschluss 21 einen hohen Pegel annimmt, wird die erste Zeile der zweidimensionalen fotoelektrischen Wandler- Bildelemente angesteuert. Bei dem fotoelektrischen Wandler- Bildelement 1 wird der p-leitende MOS-Transistor 3 (nachstehend als PMOS-Transistor bezeichnet) gesperrt gehalten, während das Basispotential des bipolaren Transistors 2 über die Bildelementkapazität 4 ansteigt. Es fließt ein Emitterstrom und eine in der Basis des Bildelements akkumulierte Signalspannung tritt an der entsprechenden Ausgangsleitung 5 auf, die potentialfrei ist, da der Impuls φVC auf niedrigem Pegel gehalten wird. Die beiden Ausgangssignale H1 und H2 des Horizontal- Schieberegisters 33 werden auf niedrigem Pegel gehalten, und der Impuls φT auf hohem Pegel gehalten. In diesem Zustand wird ein Ausgangssignal an der schwebenden Signalausgangsleitung 5 in der Kapazität 7 gespeichert. Sodann gehen die Ausgangssignale H1 und H2 des Horizontal- Schieberegisters 33 auf hohen Pegel über, um das in der Kapazität 7 gespeicherte Signal über die Ausgangsleitung 9 und den Vorverstärker 11 am Ausgangsanschluss 12 abzugeben.
Anzumerken ist, das nach dem Übergang des Ausgangssignals H1 auf einen hohen Pegel und dem Auslesen der entsprechenden Übertragungskapazität 1 das Ausgangssignal H1 wieder auf einen niedrigen Pegel übergeht und der Impuls φHC einen hohen Pegel annimmt. Die Signalleitung 9 wird zurückgestellt. Sodann wird die dem Ausgangssignal H2 zugeordnete Spalte ausgelesen, sodass auf diese Weise die Spaltensignale aufeinanderfolgend über die Signalleitung 9 ausgelesen werden.
Wenn das Ausgangssignal V1 des Vertikal-Schieberegisters auf hohem Pegel gehalten wird und der Ansteuerimpuls φR einen niedrigen Pegel annimmt, werden bei den Bildelementen einer jeden Zeile die PMOS-Transistoren 3 durchgeschaltet, um das Basispotential der bipolaren Transistoren 2 auf das Referenzpotential VVC einzustellen. Sodann geht der Impuls φVC auf hohen Pegel über, und die MOS-Transistoren 6 werden durchgeschaltet, um die Signalausgangsleitungen 5 auf das Referenzpotential VVC einzustellen und sie auf diesem Potential festzuhalten, woraufhin der Ansteuerimpuls φR auf hohen Pegel übergeht. In diesem Zustand werden die PMOS- Transistoren 3 gesperrt und die bipolaren Transistoren 2 der ersten Zeile durchgeschaltet, damit die Emitter- und Basisströme fließen. Das Basispotential der bipolaren Transistoren 2 fällt allmählich auf ungefähr VVC + 0,6 V innerhalb mehrerer Mikrosekunden ab, wodurch die Bildelementkapazitäten 4 zurückgestellt werden. Wenn hierbei der Ansteuerimpuls φR auf den Zwischenpegel VVC zurückkehrt, wird das Basispotential über die Bildelementkapazitäten 4 verringert, sodass diese Transistoren in Bezug auf das Emitterpotential VVC in Sperrrichtung vorgespannt werden. Wenn das Ausgangssignal V1 auf niedrigen Pegel übergeht, ist die Ansteuerung dieser Zeile abgeschlossen. Die Bildelemente der ersten Zeile beginnen sodann einen Akkumulationsvorgang zur Akkumulation der optisch erzeugten Ladungsträger in den Basisbereichen, bis die erste Zeile erneut ausgewählt wird.
Wenn das Ausgangssignal V2 auf hohen Pegel übergeht, um die zweite Zeile auszuwählen und anzusteuern, werden die entsprechenden fotoelektrischen Ladungsträgersignale ausgegeben. Der Vorgang zur Rückstellung der Bildelemente ist der gleiche wie im Falle der ersten Zeile.
Bei der vorstehend beschriebenen bipolaren fotoelektrischen Wandlervorrichtung wird die in jeder Bildelementkapazität 4 akkumulierte Signalspannung in der entsprechenden Übertragungskapazität 7 gespeichert. Wenn die Übertragungskapazität 7 erheblich größer als die Bildelementkapazität 4 ist, wird die Signalladung im Verhältnis der beiden Kapazitäten verstärkt. Somit lassen sich vom Signalausgangskreis, der Ausgangsleitung 5, der Übertragungskapazität 7, der Ausgangsleitung 9 und dem Vorverstärker 11 herrührende Störungseinstreuungen verringern.
Bei der Übertragung des Signals von der Übertragungskapazität 7 zu der Horizontal-Ausgangsleitung 9 gemäß Fig. 1 wird das Signal jedoch durch die Streukapazität der Horizontal-Ausgangsleitung 9 kapazitiv geteilt, wodurch das Signalpotential abfällt. Sogar in einem Dunkelzustand ändert sich das Dunkelstromausgangssignal in Abhängigkeit von den Schwankungen der Charakteristik eines jeden Bildelements, sodass sich der Störabstand (S/N-Verhältnis) in unerwünschter Weise verringert. Im einzelnen: Wenn ein bipolarer Transistor als lichtaufnehmendes Bildelement wie im Falle des bekannten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 Verwendung findet, hat die Übertragungskapazität 7 oft einen großen Wert. Wenn der Emitterstrom fließt und die Übertragungskapazität 7 beim Auslesen des Signals aus dem Bildelement auflädt, wird die Signalladung in der Basis des Bildelements gedämpft. Ein Anstieg des Dämpfungsausmaßes führt zu einem Anstieg von Störungen bzw. Rauschen und damit zu einer Verringerung des Störabstands (S/N- Verhältnis).
Außerdem besteht die Wirkungsweise eines fotoelektrischen Wandler-Bildelements bekannter Art in einer einfachen fotoelektrischen Umsetzung in Form von Rückstellung → Akkumulation → Auslesen. Die Signalverarbeitung des Bildelement-Ausgangssignals muss in einem anderen Bereich als dem Bereich des fotoelektrischen Wandler-Bildelements vorgenommen werden. Bei dieser Art von fotoelektrischen Wandler-Bildelementen kann ein Bildspeicher oder Arbeitsspeicher zur Verarbeitung der Signale erforderlich sein.
Ein Ausführungsbeispiel einer Festkörper- Bildaufnahmeeinrichtung anderer Art ist in den Fig. 8 bis 11 veranschaulicht. Fig. 8 ist ein Schaltbild der gesamten Schaltungsanordnung. Gemäß Fig. 8 sind Bildelemente 121-11 bis 121-mn auf einem einzigen Substrat in Matrixform ausgebildet. Jeder Bildrasterpunkt (Pixel) umfasst einen als Bildaufnahmeelement dienenden, selbstleitenden (Verarmungstyp) n-Kanal-SIT-Transistor (statischer Induktionstransistor) 122, einen mit einem schwebenden Gate 123 des SIT-Transistors 122 verbundenen Gate-Kondensator 124, und einen p-Kanal-Anreicherungssteuertransistor 125, dessen Source-Drain-Strecke mit dem schwebenden Gate 123 verbunden ist (jedes Bildelement ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt).
Eine Videospannung VD wird an die Drain-Elektrode (Substrat) des ein jedes Bildelement bildenden SIT- Transistors angelegt. Zeilenleitungen 126-1, ..., 126-m sind mit den Gate-Kondensatoren der SIT-Transistoren der Bildelemente 121-11 bis 121-1n, 121-ml bis 121-mn der in X- Richtung angeordneten Zeilen verbunden, wobei von einer Vertikal-Abtastschaltung (Vertikal-Schieberegister) 127 den Zeilenleitungen 126-1, ..., 126-m jeweils Zeilenwählsignale φGl, ..., φGm zugeführt werden. Spaltenleitungen 128-1, ..., 128-n sind jeweils mit den Source-Elektroden der SIT- Transistoren der Bildelemente 121-11 bis 121-ml, ..., 121- 1n bis 121-mn verbunden. Diese Spaltenleitungen legen über Spaltenwähltransistoren 129-1, ..., 129-n, eine gemeinsame Videoleitung 130 und einen Lastwiderstand 131 an Masse, wobei von einer Horizontal-Abtastschaltung (Horizontal- Schieberegister) 132 den Gate-Elektroden der Spaltenwähltransistoren 129-1, ..., 129-n jeweils Spaltenwählsignale φS1, ..., φSn zugeführt werden.
Eine Steuer-Gateleitung 133 und eine Überlauf-Drainleitung 134 sind jeweils mit der Gate-Elektrode bzw. der Drain- Elektrode des jedes Bildelement bildenden Steuertransistors 125 verbunden, wobei der Steuer-Gateleitung 133 ein Steuer- Gatesignal φC und der Überlauf-Drainleitung 134 eine Steuer-Drainspannung VC zugeführt werden.
Fig. 9 ist eine Draufsicht der Anordnung von vier aneinander grenzenden Bildelementen. Fig. 10 ist eine Schnittansicht dieser Anordnung entlang der Linie 10-10 gemäß Fig. 9. Bei dieser Anordnung sind zur Steigerung der Flächenausnutzung der auf einem Substrat 140 ausgebildeten Bildelemente vier aneinander grenzende Bildelemente symmetrisch in Vertikal- und Horizontal-Richtung ausgebildet. Das Substrat 140 bildet den Drain-Bereich eines jeden SIT-Transistors und besteht aus einem n&spplus;- leitenden oder n-leitenden Halbleiter. Eine n&supmin;-leitende Epitaxieschicht 141 ist auf dem Substrat 140 abgelagert, wobei in der Epitaxieschicht 141 ein aus einem vergrabenen Isolator oder dergleichen bestehender Trennbereich 142 zur elektrischen und optischen Trennung der aneinander grenzenden Bildelemente ausgebildet ist. Bei jedem Bildelement werden der Gate-Bereich und der Source-Bereich des SIT-Transistors von einer p-leitenden Diffusionsschicht 143 bzw. einer umleitenden Diffusionsschicht 144 gebildet, die jeweils auf der Oberfläche der Epitaxieschicht 141 ausgebildet sind. Die umleitende Diffusionsschicht 144 ist über eine z. B. aus Polysilicium bestehende Leiterbahnschicht 145 mit den entsprechenden Spaltenleitungen 128-i und 128-(i + 1) verbunden. Zeilenleitungselektroden 146-i und 146-(i + 1), die z. B. aus Polysilicium bestehen und die Zeilenleitungen 126-i und 126-(i + 1) bilden, sind auf der p&spplus;-leitenden Diffusionsschicht 143 über eine Gateoxydschicht ausgebildet, sodass eine Zeilenleitungselektrode einen Gatekondensator in einem der p&spplus;-leitenden Diffusionsschicht 143 gegenüberliegenden Bereich bildet.
Die p&spplus;-leitende Diffusionsschicht 143 der jeweiligen Bildelemente ist derart ausgebildet, dass sie sich bis zum Zentralbereich der vier aneinander grenzenden Bildelemente erstreckt. Die Ausdehnung der Schicht 143 dient als Source- Bereich des Steuertransistor 125 eines jeden Bildelements. Eine die Drain-Bereiche der Steuertransistoren der vier Bildelemente darstellende p&spplus;-leitende Diffusionsschicht 147 ist auf der Epitaxieschicht 141 im Zentralbereich der vier Bildelemente beabstandet zu der den Gate-Bereich des SIT- Transistors und den Source-Bereich des Steuertransistors eines jeden Bildelements darstellenden p&spplus;-leitenden Diffusionsschicht 143 ausgebildet. Die p&spplus;-leitende Diffusionsschicht 147 ist über eine Verbindungselektrode 148 mit der Überlauf-Drainleitung 134 verbunden. Eine Steuer-Gate-Elektrode 149 der Steuertransistoren der vier Bildelemente, die über die Gateoxydschicht die Steuer- Gateleitung 133 bildet, ist gemeinsam auf der Oberfläche der Epitaxieschicht 141 zwischen den p&spplus;-leitenden Diffusionsschichten 147 und 143 ausgebildet.
Nachstehend wird näher auf die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Anordnung unter Bezugnahme auf die in Fig. 11 dargestellten Signalverläufe eingegangen. Wie vorstehend beschrieben, werden bei dieser Anordnung die Zeilenleitungen 126-1 bis 126-m aufeinanderfolgend ausgewählt. Nachdem eine jede Zeilenleitung ausgewählt ist, werden die Spaltenleitungen 128-1 bis 128-n aufeinanderfolgend ausgewählt. Entsprechend diesem X-Y- Adressierschema werden die Bildelementsignale aufeinanderfolgend ausgelesen. Wenn eine Signalleseperiode tH für jede Zeilenleitung abgeschlossen ist, werden sämtliche Bildelemente der ausgewählten Zeilenleitung während einer Horizontal-Austastperiode tBL, gleichzeitig zurückgestellt, bevor die nächste Zeilenleitung ausgewählt wird. Nachstehend wird als Beispiel das Bildelement 121-22 im einzelnen betrachtet und seine Arbeitsweise in Bezug auf eine Änderung seines schwebenden Gatepotentials VG(2,2) gemäß Fig. 11 beschrieben. Bei dem in Fig. 11 dargestellten Potential VG(2,2) des schwebenden Gates 123 des Bildelements 121-22 bezeichnet eine durchgezogene Linie das Potential bei einfallendem Licht während eines Bildaufnahmevorgangs, während eine gestrichelte Linie das Potential während eines Bildaufnahmevorgangs bezeichnet, bei dem kein Licht einfällt.
Wenn zur Zeit t&sub1; das der Zeilenleitung 126-2 zugeführte Zeilenwählsignal φG2 die Spannung Vφ6 auf weist, wird das Potential des schwebenden Gates eines jeden mit dieser Zeilenleitung verbundenen SIT-Transistors um annähernd VφG angehoben. Genauer ausgedrückt, wird das Potential um
{CG/(CJ + CG)}·VφG
angehoben, wobei CG die Kapazität des Gate-Kondensators 124 und CJ die parasitäre Diffusionskapazität der p&spplus;-leitenden Diffusionsschicht 143 sind.
Wenn zur Zeit t&sub2; das Spaltenwählsignal φS2 einen hohen Pegel annimmt und die Spaltenleitung 128-2 (und somit das Bildelement 121-22) gewählt wird, fließt ein vom Potential VG(2, 2) des schwebenden Gates 123 des Bildelements 121-22 abhängiger Signalstrom über die Zeilenleitung 128-2, den Spaltenwähltransistor 129-2 und die Videoleitung 130 durch den Lastwiderstand 131, wobei der Spannungsabfall am Lastwiderstand 131 als Ausgangssignal VOUT ausgelesen wird. Bei diesem Signal-Lesevorgang wird die im schwebenden Gate 123 akkumulierte fotoelektrische Ladung im wesentlichen aufrecht erhalten, sodass dieser Lesevorgang in Form eines nichtlöschenden Lesens erfolgt.
Die Auswahl der letzten Zeile 128-n ist abgeschlossen. Wenn zur Zeit t&sub3; der Signal-Lesevorgang sämtlicher, mit der Zeilenleitung 126-2 verbundenen Bildelemente 121-21 bis 121-2n abgeschlossen ist, d. h., zu Beginn der Horizontal- Austastperiode tBL wird die Spannung des der Steuergateleitung 133 zugeführten Steuergatesignals φC zum Durchschalten des Steuertransistors 125 auf -VφC gesetzt. Zu diesem Zeitpunkt geht das Oberflächenpotential φS(O) Unter der Steuergateelektrode 149 auf φS(-VφC) über und das Gatepotential VG(2,2) wird zwangsweise auf das Potential φS(-VφC) begrenzt, wodurch das Gatepotential zurückgestellt wird. Die im Gatebereich während der vorhergehenden Berichtungsperiode akkumulierte fotoelektrische Ladung φP fließt ab. Die Spannung -VφC des Steuergatesignals φC ist derart eingestellt, dass das Oberflächenpotential φS(-VφC) unter der Steuergateelektrode 149 bei Anliegen des Steuergatesignals φC im wesentlichen gleich der Abschnürspannung VGO des SIT-Transistors ist, sodass die Bedingung φS(-VφC) > VC für die Steuer-Drain-Spannung VC festgelegt ist.
Zur Zeit t&sub4;, d. h., am Ende der Horizontal-Austastperiode tBL, geht das Zeilenwählsignal φG2 auf niedrigen Pegel über und das Steuer-Gatesignal φC wird auf Null gesetzt. Mit diesem Vorgang verringert sich das Gatepotential auf VG(2,2) = φS(-VφC) - VφG. Die fotoelektrische Ladung wird in Abhängigkeit von der während der Bildaufnahmeperiode einfallenden Lichtmenge bis zum nächsten Lesevorgang integriert. So wird z. B. das Gatepotential um QP/CG ( = ΔVGP) angehoben.
Bei dieser Anordnung wird das Steuer-Gatesignal φC nicht nur den Elektroden der Steuergateleitungen 133 der mit der ausgewählten Zeilenleitung verbundenen Bildelemente zugeführt, sondern auch den Elektroden sämtlicher Steuergateleitungen 133 derjenigen Bildelemente, die sich in einem nichtgewählten Zustand befinden. Wenn das Gatesignal φC die Spannung -VφC auf weist, wird das Oberflächenpotential unter der Elektrode der Steuergateleitung 133 eines jeden nichtgewählten Bildelements annähernd gleich φS(-VφC), d. h., der Abschnürspannung VGO, wie im Falle der gewählten Bildelemente. Wenn somit die fotoelektrischen Ladungsakkumulationsbeträge bei einigen nichtgewählten Bildelementen groß sind und der Potentialanstieg ΔVGP der Gateelektroden zu
φS(-VφC) - VφG + ΔφG + ΔVGP > φS(-VφC)
wird, d. h., ΔVGP > VφG ist, wird der Überschuss der fotoelektrischen Ladung über den dem Potential φS(-VφC) entsprechenden Betrag, d. h., das die Abschnürspannung VGO des SIT-Transistors übersteigende Gatepotential, über den Kanal unterhalb der Steuergateelektrode der Überlauf- Drainleitung 134 zugeführt. Dieser Überlauf Vorgang der überschüssigen Ladung wird für sämtliche nichtgewählten Bildelemente bei jeder Änderung der Zeilenleitung durchgeführt. Auch wenn starkes Einfallslicht vorliegt, überschreitet das Potential des schwebenden Gates nicht die Abschnürspannung VGO (d. h., ΔVGP überschreitet nicht VφG). Aus diesem Grund kann ein teilweises Auslesen eines Signals von einem nichtgewählten Bildelement wirksam verhindert werden, was sich als Äquivalent zu einer Steuerung des Kontrastverlustes ansehen lässt.
Jedes Bildelement wird zurückgestellt, indem mittels des Steuergatesignals φC eine Begrenzung des Potentials des schwebenden Gates des SIT-Transistors auf φS(-VφC) veranlasst wird. Die fotoelektrische Restladung beim Rückstellvorgang kann vollkommen Null sein. Durch Vorspannung in Durchlassrichtung und Rückstellung eines pn- Übergangs zwischen Gate und Source des SIT-Transistors können bei dieser Anordnung somit verschiedene Nachabbildungserscheinungen vollkommen gesteuert werden.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel wirft jedoch das Problem einer feststehenden Störstruktur (nachstehend vereinfacht mit FPN bezeichnet) als einer der Nachteile eines Festkörper-Bildaufnahmeelements mit Verstärkung auf. Bei Verwendung dieses Elements bei einem Lichtmengendetektor muss ein Zielobjekt von externem Licht unterschieden und mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Eine sog. Unterdrückungsfunktion bezüglich externen Lichts ist somit erforderlich.
Ein in Fig. 12 dargestelltes bekanntes Ausführungsbeispiel steht zur Lösung des vorstehenden Problems zur Verfügung.
Anordnung und Arbeitsweise der unteren Hälfte der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 12 sind mit derjenigen gemäß den Fig. 8 bis 11 identisch. Bei der oberen Hälfte der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 12 wird von einer Vertikal- Abtastschaltung 152 ein Ansteuersignal Horizontal- Treiberleitungen 150-1 und 150-2 zugeführt, um die optischen Signale von Speicherzellen 153-11 bis 153-22 für jede Horizontal-Treiberleitung zu aktivieren. Jedes auf die Vertikal-Ausgangsleitung ausgelesene Bildelementsignal wird der Horizontal-Ausgangsleitung zugeführt, wenn einer jeden Vertikal-Ausgangsleitung zugeordnete Steuerimpulse φS1 und φS2 von einer Horizontal-Abtastschaltung 132 anstehen. Hierbei wird das Auslesen einer jeden Speicherzelle und das Auslesen eines jeden Bildelements der unteren Hälfte der Anordnung gemäß Fig. 12 gleichzeitig vorgenommen. Die Signale von den Bildelementen 121-22 der unteren Hälfte der Anordnung und den Bildelementen 153-22 der oberen Hälfte der Anordnung werden gleichzeitig auf eine Vertikal- Ausgangsleitung 128-2 ausgelesen. Wenn die Bildelemente von einfallenden Lichtkomponenten mit der gleichen Lichtmenge beaufschlagt werden, erscheint an einem Ausgang Vout eine doppelte fotoelektrische Ladungsträgerkomponente. In diesem Falle sind somit zwei identische Zellenanordnungen und zwei Vertikal-Abtastschaltungen erforderlich. Die optische Empfindlichkeit kann jedoch verbessert und die feststehende Störstruktur (FPN) verringert werden.
Obwohl das vorstehend beschriebene Problem gelöst und die feststehende Störstruktur (FPN) verringert werden kann, sind jedoch bei diesem bekannten Ausführungsbeispiel Speicherelemente in der gleichen Anzahl wie die Bildelemente erforderlich. Dies hat zur Folge, dass bei einem Bildaufnahmeelement mit hohem Auflösungsvermögen die Chip-Größe in unerwünschter Weise sehr stark zunimmt.
In der EP-A-0653881 "(veröffentlicht am 17. Mai 1995 nach dem ältesten Prioritätsdatum der vorliegenden Patentanmeldung, jedoch vor ihrem Anmeldedatum) ist eine Festkörper-Bildaufnahmeeinrichtung offenbart, die eine Anordnung von als optische Sensoren wirkenden bipolaren Transistoren und eine gleichartige Anordnung von als Speicherbildelemente wirkenden bipolaren Transistoren aufweist. Eine Spaltenausgangsleitung von der Anordnung der optischen Sensortransistoren ist über eine Klemmkondensatoranordnung mit dem Eingang eines Emitterfolgers verbunden. Der Ausgang des Emitterfolgers ist über einen MOS-Schalter mit der entsprechenden Vertikal-Ausgangsleitung in der Anordnung der bipolaren Transistorspeicherbildelemente verbunden. Die Vertikal- Ausgangsleitung in der Anordnung der optischen Sensortransistoren ist außerdem über einen weiteren MOS- Schalter unter Umgehung des Klemmkondensators und des Emitterfolgers direkt mit der Vertikal-Ausgangsleitung in der Anordnung der Speicherbildelementtransistoren verbunden. Bei einem Vorgang zur Erfassung des Lichts von einer Leuchtdiode werden die optischen Sensortransistoren zurückgestellt und sodann in ihnen ein optisches Signal akkumuliert, während die Leuchtdiode abgeschaltet ist. Dieses optische Signal wird sodann auf die Vertikal- Ausgangsleitung ausgelesen und über den Klemmkondensator dem Emitterfolger zugeführt. Das Ausgangssignal des Emitterfolgers wird in dem entsprechenden Speicherbildelementtransistor gespeichert. Dieses Signal wird als Eigenrauschsignal angesehen, da es im abgeschalteten Zustand der Leuchtdiode erhalten wird. Sodann werden die optischen Sensortransistoren zurückgestellt und es wird ein Signal bei eingeschalteter Leuchtdiode akkumuliert. Bevor dieses Signal aus einem optischen Sensortransistor ausgelesen wird, wird das Eigenrauschsignal aus dem entsprechenden Speichertransistor ausgelesen und von der Vertikal-Ausgangsleitung in der Speicheranordnung über den den Emitterfolger umgehenden MOS-Schalter der Vertikal-Ausgangsleitung in der optischen Sensoranordnung zugeführt. Auf diese Weise wird das Eigenrauschsignal über den Klemmkondensator erneut in den Emitterfolger eingegeben. Die Klemmschaltung wird derart betätigt, dass der Klemmkondensator den Kehrwert des Eigenrauschsignals speichert, woraufhin das Signal aus dem optischen Sensortransistor ausgelesen wird. Der Emitterfolger erhält somit über den Klemmkondensator die Differenz zwischen dem soeben aus dem optischen Sensortransistor ausgelesenen Signal und dem Eigenrauschsignal, sodass die Eigenrauschkomponente aus dem aus dem optischen Sensortransistor ausgelesenen Signal entfernt wird und das Ausgangssignal des Emitterfolgers dem von der Leuchtdiode abgegebenen Signal entspricht. Dieses Signal wird über die Vertikal-Ausgangsleitung der Speichertransistoranordnung ausgelesen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß werden eine fotoelektrische Wandlervorrichtung gemäß Fig. 1 sowie ein Verfahren zur Ansteuerung einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung gemäß Fig. 21 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen wiedergegeben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine fotoelektrische Wandlervorrichtung geschaffen, durch die ein Ausgangssignal mit einem hohen Störabstand (S/N- Verhältnis) erzielbar ist.
Die Ausgangsleitung eines Bildelements ist kapazitiv mit einem Eingangsabschnitt eines Emitterfolgerverstärkers gekoppelt, während ein Ausgangsabschnitt des Emitterfolgers über eine Schalteinrichtung mit der Bildelement- Ausgangsleitung verbunden ist. Bei dieser Anordnung kann eine Änderung des Ausgangspotentials des Emitterfolgers in Form einer Mitkopplung auf den Eingangsabschnitt des Emitterfolgers selbst rückgekoppelt und dadurch das Bildelement-Ausgangssignal verstärkt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine fotoelektrische Wandlervorrichtung geschaffen, durch die eine nicht erforderliche Komponente eines Bildelement- Ausgangssignals ohne Verwendung eines Speichers subtrahiert werden kann.
Nach dem Rückkopplungsvorgang unter Verwendung des Emitterfolgerverstärkers wird ein Bildelement unter Verwendung des Ausgangspotentials zurückgestellt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine fotoelektrische Wandlervorrichtung mit einem fotoelektrischen Wandler- Bildelement zur Akkumulation von von einem optischen Signal erzeugten Ladungsträgern in einer Basis oder einer Steuerelektrode eines Transistors und Ausgabe eines dem optischen Signal entsprechenden Ausgangssignals, über einen Emitter oder eine Hauptelektrode des Transistors geschaffen, die eine mit einer Ausgangsleitung eines jeden Bildelements der fotoelektrischen Wandlervorrichtung verbundene Emitter- oder Sourcefolger- Verstärkereinrichtung, eine Verbindungseinrichtung zur Verbindung eines Ausgangs der Verstärkereinrichtung mit der Ausgangsleitung des Bildelements und eine Einrichtung zur Rückstellung einer Steuerelektrode eines Bildelementtransistors in Bezug auf das Ausgangssignal der Verstärkereinrichtung aufweist. Durch diese Arbeitsweise lässt sich eine Entfernung externer Komponenten, wie in der Fotometrie praktiziert, ohne Verwendung eines Speichers erzielen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Festkörper-Bildaufnahmeeinrichtung geschaffen, die eine Vielzahl von fotoelektrischen Wandlerelementen, eine mit den Ausgängen der Vielzahl der fotoelektrischen Wandlerelemente verbundene Signalverarbeitungseinrichtung, eine Schalteinrichtung zur Kopplung eines Ausgangssignals von der Signalverarbeitungseinrichtung mit den Ausgängen der fotoelektrischen Wandlerelemente und eine Einrichtung zur Rückstellung der fotoelektrischen Wandlerelemente mit einer Ausgangsspannung von der Signalverarbeitungseinrichtung aufweist.
Bei der vorstehend beschriebenen Festkörper- Bildaufnahmeeinrichtung kann das fotoelektrische Wandlerelement bei Aufnahme von optischer Energie Ladungsträger an der Steuerelektrode des Transistors akkumulieren und ein auf den akkumulierten Ladungsträgern basierendes Signal vom Hauptelektrodenbereich abgeben.
Bei der vorstehend beschriebenen Festkörper- Bildaufnahmeeinrichtung kann die Schalteinrichtung ein MOS- Transistor sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird weiterhin eine Festkörper-Bildaufnahmeeinrichtung geschaffen, die eine Vielzahl von fotoelektrischen Wandlerelementen, eine Klemmkapazität und eine Schalteinrichtung, die mit einer Spaltenausgangsleitung eines jeden fotoelektrischen Wandlerelements verbunden sind, eine zur Rückstellung der fotoelektrischen Wandlerelemente vorgesehene Rückstelleinrichtung, die einen Ausgangsanschluss der Klemmkapazität mit einem Ausgangsanschluss der Schalteinrichtung verbindet, sowie eine Übertragungseinrichtung zur Übertragung eines Ausgangssignals von der Schalteinrichtung zu einer Ausgangsleitung aufweist.
Bei der vorstehend beschriebenen Festkörper- Bildaufnahmeeinrichtung kann die Übertragungseinrichtung eine Übertragungskapazität zur Speicherung einer Ladung vom fotoelektrischen Wandlerelement über die Schalteinrichtung aufweisen, sowie eine Übertragungsschalteinrichtung zur zeitlich seriellen Übertragung der Ladung der Übertragungskapazität auf die Ausgangsleitung in Abhängigkeit von einem von einer Horizontal-Abtastschaltung zugeführten Steuersignal. Bei der vorstehend beschriebenen Festkörper-Bildaufnahmeeinrichtung kann das fotoelektrische Wandlerelement ein bipolares fotoelektrisches Wandlerelement oder ein fotoelektrisches statisches Induktionswandlerelement sein.
Verschiedene wahlweise Zielsetzungen, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung von vorteilhaften Ausführungsbeispielen, bei der auf die Zeichnungen Bezug genommen wird.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Ersatzschaltbild einer bekannten fotoelektrischen Wandlervorrichtung,
Fig. 2 Signalverläufe zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der bekannten fotoelektrischen Wandlervorrichtung,
Fig. 3 ein Ersatzschaltbild einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 4 Signalverläufe zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 5 Signalverläufe zur Veranschaulichung der weiteren Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 6 ein Ersatzschaltbild einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 7 ein Ersatzschaltbild einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 8 ein schematisches Ersatzschaltbild einer bekannten Festkörper-Bildaufnahmeeinrichtung,
Fig. 9 eine Draufsicht eines Abschnitts im Bereich der Bildelemente der bekannten Festkörper- Bildaufnahmeeinrichtung gemäß Fig. 8,
Fig. 10 eine schematische Schnittansicht der Festkörper-Bildaufnahmeeinrichtung gemäß Fig. 8,
Fig. 11 Signalverläufe zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der bekannten Festkörper- Bildaufnahmeeinrichtung gemäß Fig. 8,
Fig. 12 ein schematisches Ersatzschaltbild einer weiteren bekannten Festkörper-Bildaufnahmeeinrichtung,
Fig. 13 ein schematisches Ersatzschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 14 Signalverläufe zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des vierten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 13,
Fig. 15 ein schematisches Ersatzschaltbild eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 16 ein schematisches Ersatzschaltbild eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 17 ein schematisches Ersatzschaltbild eines siebten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 18 ein schematisches Ersatzschaltbild eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 19 ein schematisches Ersatzschaltbild eines neunten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 20 Signalverläufe zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des neunten Ausführungsbeispiels der Erfindung, und
Fig. 21 ein Ersatzschaltbild eines zehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 3 ist ein Ersatzschaltbild einer zweidimensionalen fotoelektrischen Wandlervorrichtung, die eine Anordnung aus 2 · 2 Bildelementen aufweist. Die gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1 bezeichnen auch in Fig. 3 die gleichen Elemente und Funktionen, sodass eine diesbezügliche detaillierte Beschreibung entfallen kann.
Gemäß Fig. 3 weist die zweidimensionale fotoelektrische Wandlervorrichtung als Verstärker einen bipolaren Darlington-Transistor 22 sowie einen MOS-Transistor 23 als Konstantstromquelle auf. Der bipolare Darlington-Transistor 22 und der MOS-Transistor 23 bilden jeweils einen Emitterfolger 35. Das Gate des MOS-Tranistors 23 gemäß Fig. 3 hat ein Referenz-Zwischenpotential VVC. Eine Koppelkapazität 24 koppelt den Eingangsbasisabschnitt des Emitterfolgers 35 kapazitiv mit einer Ausgangsleitung 5. Der bipolare Darlington-Transistor 22 weist eine Basiskapazität 25 auf. Ein p-leitender MOS-Transistor 26 steuert das Basispotential des bipolaren Darlington- Transistors 22. Ein MOS-Transistor 27 dient als Schalter zur Herstellung oder Unterbrechung einer Verbindung des entsprechenden Ausgangsabschnitts des Emitterfolgers mit der entsprechenden Ausgangsleitung 5. Über einen Anschluss 28 wird ein Gateimpuls φBR den Gate-Elektroden der MOS- Transistoren 26 zugeführt. Über einen Anschluss 29 wird ein Impuls φFB den Gate-Elektroden der MOS-Transistoren 27 zur Erzielung einer Gegenkopplung zugeführt. Über einen Stromversorgungsanschluss 30 wird ein Potential VBR zugeführt.
Fig. 4 zeigt Impulssignalverläufe zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der zweidimensionalen fotoelektrischen Wandlervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3. Die Elemente einer jeden Zeile akkumulieren fotoelektrische Ladungsträger und werden aufeinanderfolgend in der gleichen Weise wie bei der Anordnung gemäß Fig. 1 ausgewählt. Fig. 4 zeigt die Signalverläufe bei der Ansteuerung einer Zeile.
Wenn der Ansteuerimpuls φR ausgehend vom Zwischenpegel VVC ansteigt und ein Ausgangssignal V1 eines Vertikal- Schieberegisters 34 auf hohen Pegel gesetzt wird, werden die Ausgangssignale der Bildelemente der ausgewählten Zeile auf die Ausgangsleitungen 5 ausgelesen, die potentialfrei bzw. schwebend sind. Wenn zu diesem Zeitpunkt der Impuls VBR am Anschluss 28 auf niedrigen Pegel gesetzt wird, werden die PMOS-Transistoren 26 durchgeschaltet, die Basen der bipolaren Darlington-Transistoren 22 auf VBR gesetzt und die Ausgangssignale der jeweils von dem bipolaren Darlington-Transistor 22 und dem MOS-Transistor 23 gebildeten Emitterfolger 35 ungefähr auf einen Spannungswert (VBR - 1,2 V) eingestellt. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird davon ausgegangen, dass das Ausgangssignal des Emitterfolgers 35 durch das Referenzpotential VVC gegeben ist. Es sei angenommen, dass bei der Rückkehr des Ansteuerimpulses φR auf den Zwischenpegel und Abschluss des Bildelement-Lesevorgangs eine an der Ausgangsleitung 5 anstehende Spannung durch VVC + V&sub1; gegeben ist, dass der Impuls φBR dann auf einen hohen Pegel übergeht, um die Basis eines jeden bipolaren Darlington-Transistors 22 in einen schwebenden Zustand zu versetzen, und dass der Impuls φFB am Anschluss 29 auf einen hohen Pegel übergeht, um den Ausgangsabschnitt eines jeden Emitterfolgers 35 mit der entsprechenden Ausgangsleitung 5 elektrisch zu verbinden. Das Potential der Ausgangsleitung 5 geht von VVC + V&sub1; auf VVC + V&sub2; über. Der Wert der Spannung V&sub2; ist folgendermaßen definiert.
Wenn die Werte der Koppelkapazität 24 und der parasitären Kapazität 25 durch CO und C1 definiert sind, ändert sich die vom Emitterfolger 35 abgegebene Spannung von VVC um [CO/(CO + C1)]·(V&sub2; - V&sub1;), da der Ausgangssignalwert des Emitterfolgers 35 die Potentialänderung an der Ausgangsleitung 5 über die Kopplung mittels der Koppelkapazität 24 aufnimmt. Da der geänderte Wert VVC + V&sub2; beträgt, sodass
VVC + [CO/(CO + C1)]·(V2 - V1) = VVC + V&sub2;
ist, ergibt sich:
V&sub2; = -(CO/C1)·V&sub1;
Durch diesen Vorgang gibt der Emitterfolger 35 ein Signal ab, das durch Multiplikation der Spannung V&sub1; mit der Verstärkung -(CO/C1) erhalten wird. Die Spannung V&sub1; ist ein Bildelement-Ausgangspotential. Dieses Ausgangssignal des Emitterfolgers 35 wird über einen Transistor 8 während eines hohen Pegels des an einem Anschluss 19 anstehenden Impulses φT in einer Übertragungskapazität 7 gespeichert. Während die Ausgangssignale H1 und H2 eines Horizontal- Schieberegisters 33 abwechselnd auf einen hohen Pegel gesetzt werden, werden MOS-Transistoren 10 aufeinanderfolgend zur Übertragung der gespeicherten Ladungen zu einem Verstärker 11 durchgeschaltet.
Wenn die parasitäre Kapazität einer Horizontal- Ausgangsleitung 9 und der Wert der Übertragungskapazität 7 mit CH bzw. CT bezeichnet sind, wird eine Kapazitätsteilung mit einem Verhältnis von CT/(CH + CT) der Datenübertragung zum Vorverstärker 11 wie im bekannten Falle auferlegt. Wenn jedoch z. B. der CO/C1-Wert auf (CH + CT)/CT gesetzt wird, lässt sich eine durch die kapazitive Teilung verursachte Signalabschwächung kompensieren. Der Kapazitätswert CT der Übertragungskapazität 7 wird normalerweise auf mehrere Picofarad eingestellt, jedoch kann der Kapazitätswert CO auf ungefähr einige hundert Femtofarad eingestellt werden. Aus diesem Grund kann bei jedem Bildelement die beim Lesevorgang fließende Ladungsmenge kleiner als im konventionellen Falle sein. Der Betrag der Dämpfung des Bildelementsignals lässt sich verringern, sodass der Störabstand bei der zeitlichen Steuerung der Bildelement- Ausgangssignalabgabe vergrößert werden kann.
Fig. 5 zeigt Steuersignalverläufe zur Veranschaulichung der aufeinanderfolgend ablaufenden Rückstellung, Rauschakkumulation auf Grund externen Lichts, Speicherung des externen Lichtrauschens N in einem Bildelement, Akkumulation von sowohl dem Leuchtdioden-Licht und dem externen Lichtrauschen in einem Bildelement und Auslesen des fotoelektrischen Bildelement-Ladungsträgersignals bei der Anordnung gemäß Fig. 3.
Bei Verwendung der zweidimensionalen fotoelektrischen Wandlervorrichtung als fotometrischer Bildsensor können sowohl ein spezifisch erforderliches optisches Signal als auch ein unnötiges Signal, wie z. B. externes Licht, vorliegen. So wird z. B. die Lichtmenge oder das Spektrum des Leuchtdioden-Lichts unter der Bedingung bzw. Annahme gemessen, dass externes Licht einfällt.
Zur Entfernung bzw. Unterdrückung einer externen Lichtkomponente im bekannten Falle wird eine alleinige Lichtkomponente aufgenommen und ausgelesen und das ausgelesene Ausgangssignal eines jeden Bildelements in einen Speicher eingeschrieben. Licht-, bei dem externes Licht mit Leuchtdioden-Licht vermischt ist, wird aufgenommen und ausgelesen, und es wird die Differenz zwischen der resultierenden Lichtkomponente und der bereits in den Speicher eingeschriebenen externen Lichtkomponente berechnet.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 näher auf ein Verfahren zur Entfernung bzw. Unterdrückung einer externen Lichtkomponente ohne Verwendung eines Speichers eingegangen.
Wenn gemäß Fig. 5 der Ansteuerimpuls φR auf niedrigen Pegel gesetzt wird, wird das Basispotential eines jeden Bildelementtransistors 2 der von einem Ausgangssignal V1 eines Vertikal-Schieberegisters 34 ausgewählten ersten Zeile wie im Falle der Anordnung gemäß Fig. 1 auf den Wert VVC eingestellt. Das Basispotential wird zurückgestellt, wenn der Ansteuerimpuls φR auf einen hohen Pegel übergeht. Dieser Vorgang wird für die zweite und die nachfolgenden Zeilen wiederholt.
Ladungsträger, die nur von externem Licht erzeugt werden, werden in der Basis eines jeden Bildelementtransistors 2 akkumuliert. Der nächste Vorgang ist ein kennzeichnendes Merkmal dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung. D. h., bei der Auswahl der ersten Zeile, die in der gleichen Weise wie bei dem unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschriebenen Lese Vorgang erfolgt, wird ein der externen Lichtkomponente entsprechendes Ausgangspotential VN ausgelesen, während der Impuls φBR zeitweilig auf niedrigen Pegel gesetzt wird. Sodann wird der Impuls φFB zeitweilig auf hohen Pegel gesetzt, wodurch über die entsprechende Ausgangsleitung 5 ein Ausgangssignal des Emitterfolgers 35 abgegeben wird, das durch Multiplikation des auf externem Licht beruhenden Akkumulationspotentials VN mit -CO/C1 erhalten wird. Wenn CO annähernd gleich C1 ist, wird das Potential an der Ausgangsleitung 5 auf ungefähr (VVC - VN) eingestellt. Dieses Ausgangssignal ist ein durch den Emitterfolger 35 erhaltenes niederohmiges Ausgangssignal. Das entsprechende Bildelement wird sodann in Bezug auf dieses Potential zurückgestellt, indem kurzzeitig der Ansteuerimpuls φR auf hohen Pegel gesetzt wird, und das Bildelement- Basispotential wird von einem durch -VN definierten Potential bestimmt.
Sodann beginnt die Akkumulation von Licht, das das zu messende Leuchtdioden-Licht enthält. Das Bildelement- Basispotential wird um die Summe einer dem externen Licht entsprechenden Spannungskomponente VN und einer dem Leuchtdioden-Licht entsprechenden Spannungskomponente VL angehoben. Die Spannungskomponente VN löscht das vor der Akkumulation eingestellte Bildelement-Rückstellpotential - VN. Beim nächsten Lesevorgang stellt das Ausgangssignal des Bildelements die dem Leuchtdioden-Licht entsprechende Spannungskomponente VL ohne das Vorhandensein der Lichtkomponente VN dar. Die Lese- und Übertragungsvorgänge der diesem Leuchtdioden-Licht entsprechenden Spannungskomponenten VL werden in der vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschriebenen Weise durchgeführt.
Da gemäß der Betriebsweise dieses Ausführungsbeispiels sowohl die externe Rauschkomponente VN als auch die auf einer feststehenden Störstruktur beruhende Änderungskomponente eines jeden Bildelement-Ausgangssignals entfernt bzw. unterdrückt werden können, lässt sich ein Signal mit einem hohen Störabstand (S/N-Verhältnis) erhalten.
Nachstehend wird ein zweites Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Fig. 6 ist ein Ersatzschaltbild, das die Schaltungsanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung veranschaulicht. Gleiche Bezugszahlen wie in Fig. 3 bezeichnen in Fig. 6 die gleichen Elemente, sodass eine detaillierte Beschreibung dieser Elemente entfallen kann.
Gemäß Fig. 6 umfasst jeder Sourcefolger 36 einen MOS- Transistor oder Sperrschicht-Feldeffekttransistor 31 sowie eine von einem Transistor 23 gebildete Konstantstromquelle. Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Darlington-Emitterfolger 35 gemäß Fig. 3 durch den Sourcefolger 36 ersetzt, wobei der Ansteuervorgang demjenigen gemäß den Fig. 3 bis 5 entspricht. Im Vergleich zu dem Darlington-Emitterfolger 35 ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Eingangsimpedanz des Sourcefolgers 36 hoch und die temperaturbedingte Abweichung bei jedem Transistorelement gering. Außerdem kann die Anzahl der Herstellungsschritte bei der Bildung des integrierten Schaltkreises verringert werden. Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich besser für den Stör- oder Rauschbeseitigungsvorgang gemäß Fig. 5 als für die unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschriebene Verstärkung des Ausgangssignals, da der Verstärkungsvorgang ein konstantes Verhältnis der Koppelkapazität 24 der Signalleitung 5 zu der parasitären Kapazität 25 erfordert, wobei jedoch die parasitäre Kapazität 25 stark variiert.
Nachstehend wird näher auf ein drittes Ausführungsbeispiel eingegangen. Fig. 7 ist ein Ersatzschaltbild des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die gleichen Bezugszahlen wie in den Fig. 3 oder 6 bezeichnen in Fig. 7 die gleichen Elemente, sodass eine detaillierte Beschreibung dieser Elemente entfallen kann.
Gemäß Fig. 7 umfasst die Schaltungsanordnung Operationsverstärker 32. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Darlington-Emitterfolger 35 gemäß Fig. 3 durch einen Spannungsfolger 37 ersetzt, wobei die Ansteuerung dieses Ausführungsbeispiels in der gleichen Weise wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen erfolgt. Die dem Spannungsfolger 37 zugeführte Eingangsspannung ist annähernd gleich seiner Ausgangsspannung, sodass ein einer Lichtmenge entsprechendes, fotoelektrisch erzeugtes Ladungsträger-Akkumulationspotential direkt zu einer entsprechenden Speicherkapazität 7 übertragen werden kann, ohne dieses Ladungsträger-Akkumulationspotential zu verringern.
Bei jedem der vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsbeispiele ist das fotoelektrische Wandler- Bildelement vom Verstärkungstyp, bei dem ein bipolarer Transistor Verwendung findet. Das fotoelektrische Wandler- Bildelement ist jedoch nicht auf diesen Typ beschränkt. So kann z. B. auch bei einem MOS-Bildelement oder einem Verstärkungs-Bildelement, bei dem ein SIT-, JFET- oder MOS- Transistor Verwendung findet, jede Ausgangszeilenspannung in der gleichen Weise, wie vorstehend beschrieben, unter der Voraussetzung verstärkt werden, dass die Ausgangsleitung 5 bei der Ausgabe des Bildelementsignals in einen schwebenden bzw. potentialfreien Zustand versetzt wird.
Wenn sich der Bildelement-Rückstellpegel durch ein Ausgangsleitungspotential definieren lässt, kann eine externe Lichtkomponente und dergleichen ohne Verwendung eines Speichers entfernt bzw. unterdrückt werden. Bei Verwendung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 6 kann die Herstellung einer fotoelektrischen Wandlervorrichtung mit einem eignen MOS-Transistor oder einen JFET-Transistor verwendenden Bildelement im Vergleich zu anderen Ausführungsbeispielen vereinfacht werden.
Weiterhin umfasst jede der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft fotoelektrische Wandlerelemente mit zwei Zeilen und zwei Spalten. Die Erfindung kann jedoch auch bei einem Bildsensor und einem Zeilensensor Verwendung finden/Bei der Geschwindigkeit der Abtastschaltung und der Akkumulationsschaltgeschwindigkeit der Bildelemente bei diesen Ausführungsbeispielen muss die Zeit in Betracht gezogen werden, die zum Akkumulieren und Einschreiben des externen Komponentensignals erforderlich ist. Zusätzlich zu der Entfernung bzw. Unterdrückung der externen Lichtkomponente können die Ausführungsbeispiele auch zur Erfassung der Differenz zwischen zwei Lichtmengen zur Kalibrierung oder Fotometrie sowie zur Entfernung bzw. Unterdrückung von internem Rauschen und der Auswirkungen der von Bildelement zu Bildelement bei der fotoelektrischen Wandlervorrichtung auftretenden Abweichungen dienen.
Da sich die zur Ausgabe von Daten des fotoelektrischen Wandler-Bildelements aufgeladene Lastkapazität in der vorstehend beschriebenen Weise verringern lässt, kann der Störabstand (S/N-Verhältnis) vergrößert und eine hohe Verstärkung eingestellt werden. Die Größe eines dem abschließendem Vorverstärker zuzuführenden Signals kann somit vor der Signalübertragung auf einen hohen Wert eingestellt werden, sodass sich die von der bei dieser Signalübertragung sich ergebenden kapazitiven Teilung hervorgerufene Signalverringerung kompensieren lässt.
Gemäß diesen Ausführungsbeispielen wird ein durch Multiplikation eines jeden Bildelement-Ausgangssignals mit einem Verstärkungsfaktor (-1) erhaltenes Ausgangssignal einer jeden Ausgangsleitung zur Rückstellung des entsprechenden Bildelements in Bezug auf das Ausgangsleitungspotential zugeführt, sodass eine invertierte Komponente des Bildelement-Ausgangssignals in das Bildelement eingeschrieben werden kann. Auf diese Weise kann eine externe Komponente wie bei der Fotometrie unterdrückt werden, ohne dass ein Bild- oder Arbeitsspeicher wie im Falle üblicher Verfahren verwendet wird. Außerdem können die Abweichungskomponenten der Bildelemente bei der Unterdrückung des externen Lichts entfernt werden, sodass eine fotoelektrische Hochleistungswandlervorrichtung mit einem hohen Störabstand (S/N- Verhältnis) erhalten wird.
Fig. 13 ist ein schematisches Schaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden drei bipolare fotoelektrische Wandlerelemente in Form einer eindimensionalen Anordnung verwendet.
Die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Signalverläufe gemäß Fig. 14 kurz beschrieben.
Wenn zur Zeit to ein Impuls niedrigen Pegels einem Anschluss 1100 zugeführt wird, wird ein PMOS-Transistor MPR durchgeschaltet, während gleichzeitig ein NMOS-Transistor NMR1 gesperrt wird, sodass eine (nachstehend als VRES bezeichnete) Spannung, die um VBE kleiner als eine durch Teilung einer Stromversorgungsspannung an Widerständen R1 und R2 erhaltene Spannung ist, am Emitteranschluss eines npn-Transistors QR auftritt. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Anschluss 1103 auf niedrigen Pegel gesetzt. Wenn die Widerstände R1 und R2 die folgende Bedingung erfüllen:
VRES > VTH der PMOS-Transistoren MP11 bis MP14 (wobei VTH die Schwellenspannung eines jeden PMOS- Transistors ist)
werden die PMOS-Transistoren MP11 bis MP14 durchgeschaltet, um den Basisbereich eines jeden fotoelektrischen Wandlerelements QS1 bis QS3 auf die Emitterspannung von npn-Transistoren QR einzustellen (erste Rückstellung). Wenn zur Zeit t&sub1; der Impuls am Anschluss 1100 einen hohen Pegel annimmt, werden sowohl der PMOS-Transistor MPR als auch der npn-Transistor QR gesperrt, während gleichzeitig der NMOS- Transistor MNR1 durchgeschaltet wird. Der Emitteranschluss des npn-Transistors QR wird damit an Massepotential gelegt, und die PMOS-Transistoren MP11 bis MP14 werden gesperrt, womit die erste Rückstellung abgeschlossen ist.
Wenn zur Zeit t2 ein Impuls hohen Pegels einem Anschluss 1104 zugeführt wird, werden NMOS-Transistoren MN11 bis MN13 durchgeschaltet, sodass das Emitterpotential der npn- Transistoren QS1 bis QS3 der jeweiligen Bildelemente auf ein Rückstellpotential (gemäß Fig. 13: Massepotential) zurückgestellt wird. Wenn zur Zeit 13 ein Impuls hohen Pegels dem Anschluss 1103 zugeführt wird, werden die PMOS- Transistoren MP11 bis MP14 gesperrt gehalten, während das Basispotential der npn-Transistoren QS1 bis QS3 durch kapazitive Kopplung über Basiskapazitäten Cx1 bis Cx3 angehoben wird, sodass die Basis-Emitter-Übergänge in Durchlassrichtung vorgespannt werden und die npn- Transistoren QS1 bis QS3 im Emitterfolgerbetrieb arbeiten. Die Defektelektronen im potentialfreien Basisbereich werden rekombiniert. Demzufolge wird die Basisspannung zurückgestellt (zweite Rückstellung). Bei Beendigung dieses Rückstellvorgangs zur Zeit t&sub4; fällt ein Impuls am Anschluss 1103 auf niedrigen Pegel ab, sodass das Basispotential eines jeden Bildelements abgesenkt wird. Die Basis-Emitter- Spannung wird somit in Sperrrichtung vorgespannt, um zu diesem Zeitpunkt den Akkumulationsvorgang einzuleiten.
Wenn eine vorgegebene Akkumulationsperiode verstrichen ist, geht zur Zeit t&sub5; ein Impuls am Anschluss 1106 auf niedrigen Pegel über, und PMOS-Transistoren MP21 bis MP23 werden zur Rückstellung von Klemmkapazitäten Cc1 bis Cc3 auf eine an einem Anschluss 1107 anstehende Spannung durchgeschaltet.
Zur Zeit t&sub6; geht ein Impuls am Anschluss 1104 auf niedrigen Pegel über, die NMOS-Transistoren MN11 bis MN13 werden gesperrt, und die Emitter der npn-Transistoren QS1 bis QS3 werden in den schwebenden Zustand versetzt. Wenn zur Zeit t&sub7; ein Impuls hohen Pegels dem Anschluss 1103 zugeführt wird, wird das Basispotential eines jeden fotoelektrischen Wandlertransistors QS1 bis QS3 über eine entsprechende Kapazität der Basiskapazitäten Cx1 bis Cx3 angehoben und die Basis-Emitter-Strecke der npn-Transistoren QS1 bis QS3 in Durchlassrichtung vorgespannt. Die von den Bildelementen fotoelektrisch umgesetzten und in den Basisbereichen akkumulierten Signale werden auf Ausgangsleitungen 111 bis 113 ausgelesen und über die NMOS-Transistoren MN21 bis MN23 den Klemmkapazitäten Cd bis Cc3 zugeführt.
Wenn der Lesevorgang abgeschlossen ist, wird zur Zeit t&sub8; ein Impuls am Anschluss 1106 auf hohen Pegel gesetzt, und die PMOS-Transistoren MP21 bis MP23 werden gesperrt, um die Basen der Darlington-Transistoren D1 bis D3 in den schwebenden Zustand zu versetzen. Wenn zur Zeit t&sub9; ein Impuls hohen Pegels dem Anschluss 1104 zugeführt wird, werden die Ausgangsleitung 111 bis 113 zurückgestellt, wobei gleichzeitig die Basis- und Emitter-Potentiale der mit den Klemmkapazitäten Cc1 bis Cc3 verbundenen Darlington-Transistoren D1 bis D3 um Beträge abgesenkt werden, die den Signalen der jeweiligen Bildelemente entsprechen. Zur Zeit t10 fällt ein am Anschluss 1108 anstehender Impuls ab, um die NMOS-Transistoren MN21 bis MN23 zu sperren und die Verbindung der Klemmkapazitäten Cc1 bis Cc3 mit den Ausgangsleitungen 111 bis 113 zu unterbrechen. Der Impuls am Anschluss 1104 fällt ebenfalls ab. Sodann wird zur Zeit t&sub1;&sub1; die erste Rückstellung durchgeführt. Daraufhin wird zur Zeit t&sub1;&sub2; ein Impuls hohen Pegels zur Durchschaltung von NMOS-Transistoren MN31 bis MN33 an einen Anschluss 1109 angelegt. Wenn zur Zeit t&sub1;&sub3; ein Impuls hohen Pegels an den Anschluss 1103 angelegt wird, werden die Basen der npn-Transistoren QS1 bis QS3 der jeweiligen Bildelemente in Abhängigkeit von den im Rahmen der vorherigen Akkumulation erhaltenen Signalspannungen voreingestellt, da die zweite Rückstellung unter Verwendung der Emitterpotentiale der Darlington-Transistoren D1 bis D3 über die NMOS-Transistoren MN31 bis MN33 erfolgt. Je höher die vorherige Lesesignalspannung ist, umso niedriger wird zu diesem Zeitpunkt die Rückstellspannung.
Bei Beendigung der zweiten Rückstellung und der zweiten Signalakkumulation wird das Basispotential der Darlington- Transistoren D1 bis D3 vom Zeitpunkt t&sub1;&sub6; bis zum Zeitpunkt t&sub1;&sub7; voreingestellt. Zur Zeit t&sub1;&sub8; fällt ein Impuls am Anschluss 1109 ab, ein Impuls hohen Pegels wird einem Anschluss 1110 zugeführt, und NMOS-Transistoren MN41 bis MN43 werden durchgeschaltet. Wenn zur Zeit t&sub1;&sub9; ein Impuls am Anschluss 1103 ansteigt, werden den jeweiligen Bildelementsignalen entsprechende Spannungen in Kapazitäten CT1 bis CT3 eingelesen. Wenn zur Zeit t&sub2;&sub2; ein Startimpuls und ein Abtastimpuls über Anschlüsse 1111 bzw. 1112 in die Horizontal-Abtastschaltung eingegeben werden, wird das Bildelementsignal zeitlich aufeinanderfolgend zu einem Ausgangsanschluss 1115 ausgelesen. Am Ausgangsanschluss 1115 ist eine Ausgangspuffereinrichtung angeordnet, obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Wie vorstehend beschrieben, werden bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Rückstell-/Akkumulations-/Lese- Zyklen in einer Periode durchgeführt. Durch Einstellen der zweiten Sensorrückstellspannung auf der Basis des vorher ausgelesenen Signalpegels, wenn der erste Signalakkumulationszyklus in z. B. einem Dunkelzustand erfolgt, lässt sich ein Signal erhalten, bei dem die feststehende Störstruktur (FPN) beseitigt bzw. unterdrückt ist. Auch wenn beim ersten Signalakkumulationszyklus externes Licht auf ein Objekt einfällt, lässt sich seine Auswirkung (die externe Komponente) unterdrücken.
Gemäß vorstehender Beschreibung wird ein Signal (V&sub2; - V&sub1;) abgegeben, wenn die im ersten und zweiten Akkumulationszyklus erhaltenen Signale jeweils durch V1 und V&sub2; gegeben sind. Das Signal (V&sub1; + V&sub2;) kann jedoch auch durch teilweise Änderung der zeitlichen Ansteuerung der Klemmschaltung erhalten werden. Bei diesem Vorgehen wird das im ersten Akkumulationszyklus erhaltene Signal V&sub1; ausgelesen. Wenn der bei diesem Lesevorgang erhaltene Signalbetrag unzureichend ist, wird für das Signal V&sub1; wiederum der zweite Akkumulationszyklus durchgeführt, wodurch eine Optimierung eines Belichtungsbetrages (Akkumulationszeit) erleichtert wird.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht jedes Bildelement aus einer eindimensionalen Anordnung von drei Bildrasterpunkten (Pixel). Auch wenn eine Vielzahl von Bildelementen als Zeilensensor angeordnet wird, kann diese Peripherieschaltung in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebaut werden. D. h., eine Klemmkapazität, ihr peripherer Darlington-Transistor, ein NMOS-Transistor und ein PMOS-Transistor sind in Form von Spalteneinheiten angeordnet. Die beiden Rückstell- /Akkumulations-/Lese-Zyklen werden somit in jeder Periode zur Erzielung einer vorgegebenen Wirkung durchgeführt.
Fig. 15 ist ein schematisches Schaltbild eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind fotoelektrische Wandlerelemente in einer zweidimensionalen Anordnung aus drei Vertikal- Bildelementen und drei Horizontal-Bildelementen ausgebildet. Das fünfte Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem vierten Ausführungsbeispiel, jedoch mit der Ausnahme, dass die Bildelemente von den Ausgangssignalen eines Vertikal-Schieberegisters angesteuert werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das gleiche Steuersignal wie im Falle des vierten Ausführungsbeispiels zur Zuführung einer vorgegebenen Spannung zum Anschluss 1103 verwendet, wobei die zugeführte Spannung am Anschluss 1103 für jede Zeile in Abhängigkeit von Start- und Steuersignalen umgeschaltet wird, die von einem Startsignalanschluss 1101 und einem Vertikal- Abtaststeueranschluss 1102 einer Vertikal-Abtastschaltung zugeführt werden, wodurch die Ausgangssignale in Einheiten von Horizontal-Treiberleitungen ausgelesen werden. Die beiden Rückstell-/Akkumulations-/Lese-Zyklen werden in jeder Periode durchgeführt, wobei die zweite Sensorrückstellspannung auf der Basis des vorher ausgelesenen Signalpegels eingestellt wird.
Mit Hilfe des vierten Ausführungsbeispiels lässt sich eine sog. FPN-Unterdrückung bei einem Zeilensensor durchführen, während mit Hilfe des fünften Ausführungsbeispiels die Unterdrückung einer zweidimensionalen feststehenden Störstruktur (FPN) möglich ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung einer Anordnung aus drei Zeilen und drei Spalten beschränkt, sondern kann sich auf die Verwendung eines Flächensensors hoher Integrationsdichte mit z. B. 640 Zeilen · 460 Spalten erstrecken, wobei ein rauscharmes, hochauflösendes Bildsignal mit einem hohen Störabstand (S/N-Verhältnis) erhalten wird.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Speicherzellen 153-11 bis 153-22 und die Vertikal-Abtastschaltung 152 gemäß Fig. 12 entfallen können, lassen sich die Chip-Abmessungen in hohem Maße verringern.
Bei dem vierten und fünften Ausführungsbeispiel werden die npn-Transistoren in Darlington-Schaltung für die Ausgangssignale der Klemmkapazitäten Cc1 bis Cc3 verwendet. Stattdessen kann jedoch problemlos auch ein in Fig. 16 veranschaulichter Operationsverstärker Verwendung finden.
Bei diesem sechsten Ausführungsbeispiel wird der Operationsverstärker als Spannungsfolger eingesetzt. Seine Eingangsimpedanz ist hoch und sein effektiver Ausgangswiderstand äußerst gering. Aus diesem Grunde wird eine vorgegebene Spannung an einen Anschluss 1107 angelegt, während einem Anschluss 1106 ein Steuerimpuls zum Durchschalten/Sperren eines jeden PMOS-Transistors zugeführt wird, wodurch ein Lesesignalpegel genau übertragen wird. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel werden zwei Rückstell-/Akkumulations-/Lese-Zyklen bei jeder Periode für Einheiten von Horizontal-Treiberleitungen durchgeführt, wobei die zweite Sensorrückstellspannung auf der Basis des vorherigen Lesesignalpegels eingestellt wird.
Ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 17 veranschaulicht. Dieses Ausführungsbeispiel stellt eine Weiterbildung des fünften Ausführungsbeispiels dar. Die Übertragungsschalter MN41 bis MN43 und die das Signal zwischenspeichernden Übertragungskapazitäten CT1- bis CT3 sind entfallen, während ein Lastwiderstand RL mit der Horizontal-Ausgangsleitung verbunden ist. Da bei dieser Anordnung die Kapazitäten und MOS-Schalter auf dem Chip entfallen können, lassen sich die Chip-Abmessungen reduzieren. Die Signalübertragung von Basiskapazitäten Cx11 bis Cx13 zu Klemmkapazitäten Cc1 bis Cc3 kann mit hoher Geschwindigkeit erfolgen, sodass bei der Ausgabe der Ladungen von den Klemmkapazitäten Cc1 bis Cc3 eine Hochgeschwindigkeitsabtastung vorgenommen werden kann.
Der durch den Widerstand RL beim Signalauslesen fließende Strom kann gegeben sein durch:
VS/RL (1)
wobei VS die Signalspannung ist.
Wenn die Lesezeit durch ΔT gegeben ist, lässt sich andererseits der Änderungsbetrag ΔVB der Basisspannung des Darlington-Transistors während des Lesevorgangs durch folgende Gleichung darstellen:
ΔVB = (VS/RL) · (ΔT/Cc)/HFE² (2)
wobei HFE der Stromverstärkungsfaktor des npn-Transistors und Cc die jeweilige Kapazität der Klemmkapazitäten Cc1 bis Cc3 sind.
Wenn der Lastwiderstand RL, die signalspeichernde (Klemm)- Kapazität Cc und dergleichen derart vorgegeben sind, dass der Wert gemäß Gleichung (2) ausreichend reduziert wird, lässt sich ein stabiles Ausgangssignal erhalten. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 13, 15 und 16 ist eine Übertragungsverstärkung AT für die Signalübertragung von einer Übertragungskapazität CT zu einer Streukapazität CH wie derjenigen der Horizontal-Ausgangsleitung gegeben durch:
AT = CT/(CT + CH) (3)
Erfindungsgemäß lässt sich somit eine erhebliche Verringerung der Chip-Größe erzielen, während bei den vorherigen Ausführungsbeispielen eine größere Akkumulationskapazität zur Erzielung einer größeren Übertragungsverstärkung erforderlich ist.
Fig. 18 ist ein schematisches Ersatzschaltbild eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden SIT-Transistoren (statische Induktionstransistoren) QS11 bis QS33 als fotoelektrische Wandlerelemente verwendet. Die Arbeitsweise des achten Ausführungsbeispiels ist mit derjenigen des fünften Ausführungsbeispiels identisch. D. h., beim Auslesen eines Signals aus einem SIT-Transistor des Sensors wird ein Ausgangssignal einer Vertikal-Abtastschaltung 51 auf eine Zwischenpegelspannung eingestellt und ein Begrenzungsvorgang (Klemmvorgang) durchgeführt. Ein Begrenzungsausgangssignal durchläuft NMOS-Transistoren MN31 bis MN33 und wird auf die Source-Elektrode des SIT- Transistors rückgekoppelt. Wenn das Ausgangssignal der Vertikal-Abtastschaltung 150 sodann auf hohen Pegel gesetzt wird, ist die SIT-Gatespannung VGS gegeben durch:
VGS = FB + φB (4)
wobei FB das begrenzte (geklemmte) Ausgangssignal des Darlington-Transistors und φB das innere Potential in der Gate-Source-Strecke des SIT-Transistors sind.
Wenn die Rückstellspannung (Anschluss 1107) der Klemmkapazitäten Cc1 bis Cc3 auf einen geeigneten Wert eingestellt ist, kann die Signalakkumulation ausgehend von der Begrenzungsausgangsspannung neu durchgeführt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel können die fotoelektrischen Wandlerelemente natürlich in einer als zweidimensionaler Flächensensor ausgebildeten Anordnung Verwendung finden.
Zwei Rückstell-/Akkumuiations-/Lese-Zyklen werden für jede Periode bei Einheiten von Horizontal-Treiberleitungen durchgeführt, wobei die zweite Sensorrückstellspannung in der gleichen Weise wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel auf der Basis des vorherigen Lesesignalpegels eingestellt wird. Auf diese Weise lässt sich eine zweidimensionale Störstruktur (FPN) beseitigen und ein rauscharmes, hochauflösendes Bildsignal mit einem hohen Störabstand (S/N-Verhältnis) erhalten.
Die Erfindung ist vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden, bei denen bipolare fotoelektrische Wandlerelemente und fotoelektrische SIT-Wandlerelemente verwendet werden. Die beschriebene Wirkungsweise lässt sich jedoch auch unter Verwendung anderer fotoelektrischer Wandlerelemente .erzielen.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen können somit bei einer Festkörper-Bildaufnahmeeinrichtung auch bei Integration einer großen Anzahl fotoelektrischer Wandlerelemente zur Gewährleistung eines hohen Auflösungsvermögens die Festkörper-Störstruktur verringert und die Chip-Abmessungen verkleinert werden.
Wird ein als Lichtmengendetektor dienender Detektor als Anwendung des fotoelektrischen Wandlerelements der beschriebenen Ausführungsbeispiele in Betracht gezogen, lässt sich eine sogenannte Unterdrückungsfunktion externen Lichts verbessern, durch die ein Zielobjekt auch in einem matten, undeutlichen Zustand mit hoher Genauigkeit extrahiert werden kann, wobei sich darüberhinaus die Chip- Abmessungen verringern lassen.
Ein neuntes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 19 dargestellt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel findet eine eindimensionale fotoelektrische Wandlervorrichtung Verwendung, die zur Erleichterung der Beschreibung aus zwei Bildelementen besteht. Ein Bildelement wird von einer Fotodiode und zwei NMOS-Transistoren gebildet. Die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Signalverläufe gemäß Fig. 20 kurz beschrieben.
Zur Zeit t1 wird ein Impuls hohen Pegels einem Anschluss 202 zugeführt, während ein Impuls hohen Pegels zur Zeit t2 einem Anschluss 201 zugeführt wird. Zu diesen Zeiten werden NMOS-Transistoren MR11 und MR12 und sodann M321 und M322 durchgeschaltet und Fotodioden D21 und D22 der jeweiligen Bildelemente mit einer einem Anschluss 203 zugeführten Spannung Vres zurückgestellt. Bei Beendigung der Rückstellung gehen die jeweiligen Impulse zur Zeit t3 und zur Zeit t4 auf einen niedrigen Pegel über und der Akkumulationsvorgang der Ladungsträger (erster Akkumulationsvorgang) beginnt. Hierbei akkumuliert das fotoelektrische Wandlerelement Elektronen im Gate-Bereich von NMOS-Transistoren M121 und M122, wobei das Gate- Potential abnimmt während die einfallende Lichtmenge ansteigt.
Wenn der Akkumulationsvorgang abgeschlossen und das fotoelektrische Signal eines jeden Bildelements auszulesen ist, wird zur Zeit t5 ein Impuls hohen Pegels zum Durchschalten von NMOS-Transistoren MR41 und MR42 einem Anschluss 206 zugeführt. Zur Zeit t6 wird ein Impuls hohen Pegels zur Durchschaltung von NMOS-Transistoren MR21 und MR22 einem Anschluss 204 zugeführt. Zwischen Transistoren M121 und M122 der jeweiligen Bildelemente und Transistoren MR21 und MR22 werden Inverterverstärker gebildet. Die in den Fotodioden gespeicherten fotoelektrischen Signale werden über Ausgangsleitungen 211 und 212 ausgelesen.
Wenn zur Zeit t7 der Lesevorgang der fotoelektrischen Signale abgeschlossen ist, fällt der Impuls am Anschluss 204 ab. Zur Zeit t8 fällt ein Impuls an einem Anschluss 207 zur Sperren von NMOS-Transistoren MR51 und MR52 ab, sodass Verstärkerverbindungspunkte N1 und N2 von Kapazitäten CC1 und CC2 bei dem am Anschluss 208 gegebenen Potential in den schwebenden Zustand versetzt werden.
Wenn zur Zeit t9 ein Impuls hohen Pegels dem Anschuss 202 zur Rückstellung der Ausgangsleitungen 211 und 212 zugeführt wird, werden die Spannungen an den Verbindungspunkten N1 und N2 über die Kapazitäten CC1 und CC2 abgesenkt. Weiterhin fallen zur Zeit tlO und zur Zeit t11 die Impulse an den Anschlüssen 206 und 202 ab, um die beiden Anschlüsse der Kapazitäten CC1 und CC2 in den schwebenden Zustand zu versetzen, und der MOS- Rückstelltransistor wird gesperrt. Wenn zur Zeit t12 ein Impuls hohen Pegels dem Anschluss 205 zugeführt wird, werden die an den Verbindungspunkten N1 und N2 anstehenden Potentiale über Operationsverstärker auf die Ausgangsleitungen 211 und 212 gegeben. Wenn zur Zeit t13 ein Impuls hohen Pegels dem Anschluss 201 zugeführt wird, werden die jeweiligen Bildelemente auf die Potentiale der Ausgangsleitungen 211- und 212 zurückgestellt.
Wenn die Rückstellung zur Zeit t14 abgeschlossen ist, beginnt jedes Bildelement den zweiten Akkumulationsvorgang. Wenn der Akkumulationsvorgang abgeschlossen ist, wird das fotoelektrische Signal von der Zeit t17 bis zu der Zeit t22 erneut ausgelesen. Wenn hierbei zur Zeit t19 ein Impuls hohen Pegels einem Anschluss 209 zugeführt wird, werden die Signal Spannungen an den Verbindungspunkten N1 und N2 über NMOS-Transistoren MR61 und MR62 zu Zwischenspeicherkapazitäten C1 und C2 ausgelesen. Sodann wird eine Horizontal-Abtastschaltung 220 betätigt, um die Signale aus den Kapazitäten C1 und C2 von der Zeit t23 bis zu der Zeit t31 seriell über eine Horizontal-Abtastleitung lh und einen Ausgangsanschluss 213 auszulesen, womit der Ablauf der Vorgänge abgeschlossen ist.
Wie vorstehend beschrieben, werden bei diesem Ausführungsbeispiel die beiden Rückstell-/Akkumulations- /Lese-Zyklen in einer Periode durchgeführt, wobei die zweite Sensorrückstellspannung auf der Basis des vorherigen Lesesignalpegels eingestellt wird. Wenn z. B. der erste Signalakkumulationszustand in einem Dunkelzustand eingestellt oder die Akkumulationszeit wesentlich verringert wird, kann ein Signal erhalten werden, das frei von die Dunkelstromkomponente eines jeden Bildelements einschließenden Störstrukturanteilen (FPN) ist. Auch wenn bei einer Verwendung als Detektor externes Licht direkt auf den Lichtempfangsbereich eines jeden Bildelements fällt, kann diese externe Lichtkomponente aus dem von einer Lichtquelle wie einer Leuchtdiode auf ein Objekt herrührenden Lichteinfall in der zweiten Akkumulationsperiode entfernt und die Erfassungsgenauigkeit in hohem Maße verbessert werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Operationsverstärker an den Verbindungspunkten N1 und N2 der Begrenzungsabschnitte (Klemmabschnitte) angeordnet. Es kann jedoch problemlos auch eine andere Puffereinrichtung wie ein Sourcefolger oder ein Emitterfolger anstelle eines Operationsverstärkers verwendet werden.
Ein zehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 21 veranschaulicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird im Vergleich zum neunten Ausführungsbeispiel eine zweidimensionale Anordnung fotoelektrischer Wandlerelemente aus zwei Vertikal-Bildelementen und zwei Horizontal- Bildelementen verwendet. Das zehnte Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem neunten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, dass die Bildelemente von Ausgangssignalen eines Vertikal-Schieberegisters angesteuert werden. Bei dem zehnten Ausführungsbeispiel können die Speicherzellen 153-11 bis 153-22 und die Vertikal-Abtastschaltung 152 gemäß Fig. 12 entfallen, sodass sich die Chip-Abmessungen erheblich reduzieren lassen.
Bei dem neunten und zehnten Ausführungsbeispiel dient im Bildelementbereich die Gate-Elektrode eines NMOS- Transistors zur Akkumulation der fotoelektrischen Ladungsträger. Beim Lesevorgang wird der NMOS-Transistor des fotoelektrischen Wandlerelements als Inverterverstärker verwendet. Die vorstehend beschriebene Wirkungsweise kann jedoch auch bei Verwendung eines anderen fotoelektrischen Wandlerelements wie z. B. eines fotoelektrischen MOS-, CMD-, AMI- oder SIT-Wandlerelements erzielt werden.
Die meisten der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine fotoelektrische Wandlervorrichtung mit einem fotoelektrischen Wandlerelement, einer Verstärkereinrichtung zur Aufnahme des Ausgangssignals des fotoelektrischen Wandlerelements, einer kapazitiven Speichereinrichtung zur Speicherung des Ausgangssignals der Verstärkereinrichtung und einer Schalteinrichtung zur Kopplung der kapazitiven Speichereinrichtung mit einer Ausgabeeinrichtung. Da die Verstärkereinrichtung zwischen dem fotoelektrischen Wandlerelement und der kapazitiven Speichereinrichtung angeordnet ist, kann das Ausgangssignal des fotoelektrischen Wandlerelements durch die Verstärkereinrichtung vor seiner Speicherung in der kapazitiven Speichereinrichtung verstärkt werden, wodurch die Auswirkung einer nachfolgenden Dämpfung des Signals z. B. durch kapazitive Teilung bei seinem Auslesen aus der kapazitiven Speichereinrichtung verringert wird. Der Verstärkungsfaktor der Verstärkereinrichtung kann dazu verwendet werden, die Dämpfung im wesentlichen zu kompensieren, die das Signal bei seinem Auslesen aus der kapazitiven Speichereinrichtung auf Grund der Teilung des Signals zwischen der kapazitiven Speichereinrichtung und der Eingangskapazität der Ausgabeeinrichtung erfährt. Wie bei den Ausführungsbeispielen veranschaulicht ist, kann eine Vielzahl von Spaltenleitungen mit einer jeweiligen Verstärkereinrichtung und einer jeweiligen kapazitiven Speichereinrichtung und zumindest einem fotoelektrischen Wandlerelement vorgesehen sein, wobei eine zugehörige Schalteinrichtung die kapazitive Speichereinrichtung der jeweiligen Spaltenleitungen mit einer gemeinsamen Ausgangsleitung verbindet.
Jedes der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beinhaltet eine fotoelektrische Wandlervorrichtung mit einem fotoelektrischen Wandlerelement, das ein fotoelektrisches Umsetzungsausgangssignal in Abhängigkeit von dem in einem Akkumulationsbereich gespeicherten Ladungspegel erzeugt, einer Rückstelleinrichtung zur Rückstellung des Akkumulationsbereichs und einer Einrichtung zur Erzeugung eines Rückstellpotentials aus dem fotoelektrischen Umsetzungsausgangssignal. Das Potential, auf das der Akkumulationsbereich von der Rückstelleinrichtung zurückgestellt wird, wird auf der Basis des Rückstellpotentials bestimmt. Auf diese Weise kann der Akkumulationsbereich auf ein Potential zurückgestellt werden, das vom Pegel des soeben erzeugten fotoetektrischen Umsetzungsausgangssignals abhängig ist. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele beschrieben, besteht eine Verwendung für ein derartiges System in der Störsignal- bzw. Rauschunterdrückung. Die Vorrichtung kann auch eine Einrichtung zur Zuführung eines fest vorgegebenen Rückstellpotentials sowie eine Steuereinrichtung aufweisen, über die eine Steuerung dahingehend erfolgt, ob das fest vorgegebene Rückstellpotential oder das aus dem fotoelektrischen Umsetzungsausgangssignal gewonnene Rückstellpotential während des Rückstellvorgangs zur Bestimmung des Potentials verwendet wird, auf das der Akkumulationsbereich zurückgestellt wird. Dies ermöglicht eine Anordnung, bei der sich die im Akkumulationsbereich nach einer Rückstellung unter Verwendung des aus dem fotoelektrischen Umsetzungsausgangssignal erzeugten Rückstellpotentials gespeicherte Ladungsmenge von der nach einer Rückstellung unter Verwendung des fest vorgegebenen Rückstellpotentials gespeicherten Ladungsmenge im wesentlichen um den gleichen Betrag unterscheidet, um den sich die im Akkumulationsbereich nach einer Rückstellung unter Verwendung des fest vorgegebenen Rückstellpotentials gespeicherte Ladungsmenge von der Ladungsmenge im Akkumulationsbereich unterscheidet, die das fotoelektrische Umsetzungsausgangssignal erzeugt. Wenn somit bei einer Rückstellung unter Verwendung des vorgegebenen Rückstellpotentials im Akkumulationsbereich eine Ladungsmenge A verbleibt und nach einer Akkumulation der im Akkumulationsbereich gespeicherte Ladungspegel A + B ist, wird das entsprechend dem Ladungspegel A + B von dem fotoelektrischen Wandlerelement abgegebene Ausgangssignal zur Erzeugung eines Rückstellpotentials verwendet, und zwar derart, dass nach einer Rückstellung unter Verwendung des auf diese Weise erzeugten Rückstellpotentials der Ladungspegel im Akkumulationsbereich A - B ist. Falls das Rückstellpotential dem Ausgang des fotoelektrischen Wandlerelements zugeführt wird, wie dies bei den veranschaulichten Ausführungsbeispielen der Fall ist, kann das aus dem fotoelektrischen Umsetzungsausgangssignal erzeugte Rückstellpotential ein Wert sein, der um den gleichen Betrag unter dem fest vorgegebenen Rückstellpotential liegt, um den das fotoelektrische Umsetzungsausgangssignal das fest vorgegebene Rückstellpotential übersteigt.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 beinhaltet eine fotoelektrische Wandlervorrichtung mit einem fotoelektrischen Wandlerelement, einer Signalleitung zur Aufnahme eines Ausgangssignals des fotoelektrischen Wandlerelements, einer Verstärkereinrichtung, einer Einrichtung zur kapazitiven Kopplung der Signalleitung mit dem Eingang der Verstärkereinrichtung und einer Einrichtung zur Kopplung des Ausgangs der Verstärkereinrichtung mit der Signalleitung. Hierdurch ergibt sich eine zweckmäßige Verstärkeranordnung in Wirkverbindung mit einem fotoelektrischen Wandlerelement. Wie den dargestellten Ausführungsbeispielen zu entnehmen ist, wird von der Signalleitung zusammen mit der Einrichtung zur Kopplung der Signalleitung mit dem Eingang des Verstärkers und der Einrichtung zur Kopplung der Signalleitung mit dem Ausgang des Verstärkers eine Rückkopplungssteueranordnung gebildet, wobei die Kombination der Verstärkereinrichtung mit dieser Rückkopplungssteueranordnung einen Aufbau ermöglicht, der selbst als Verstärkereinrichtung verwendbar ist. Wie z. B. unter Bezugnahme auf die Fig. 3, 4 und 5 beschrieben ist, kann die Gesamt Verstärkung der Kombination aus der Verstärkereinrichtung und der Rückkopplungssteueranordnung durch geeignete Wahl von Kondensatorwerten eingestellt werden. Auf diese Weise wird eine einfache und vielseitig verwendbare Anordnung erhalten. Vorzugsweise ist eine Einrichtung zum Anlegen eines festen Potentials an den Verstärkereingang vorgesehen, während das Ausgangssignal des fotoelektrischen Wandlerelements der Signalleitung zugeführt wird, wobei dem Eingang der Verstärkereinrichtung .ein schwebender Zustand ermöglicht wird, während der Ausgang der Verstärkereinrichtung mit der Signalleitung gekoppelt ist.

Claims

1. Photoelektrische Wandlervorrichtung, mit

einem photoelektrischen Wandlerelement, das einen Transistor (2, QS, M111 bis M122) zur Abgabe eines photoelektrischen Umsetzungsausgangssignals in Abhängigkeit von einem an seinem Steuerbereich anliegenden photoelektrischen Umsetzungssignal aufweist,

einer Signalleitung (5) zur Aufnahme des photoelektrischen Umsetzungsausgangssignals des photoelektrischen Wandlerelements,

einer Rückstelleinrichtung (4) zur Rückstellung des Steuerbereichs des Transistors des photoelektrischen Wandlerelements auf ein in Abhängigkeit von einem Rückstellpotential bestimmtes Potential, und

einer Einrichtung (35, 26, 27, 24) zur Aufnahme eines Ausgangssignals des photoelektrischen Wandlerelements von der Signalleitung (5),

dadurch gekennzeichnet, daß

die Einrichtung (35, 26, 27, 24) zur Aufnahme eines Ausgangssignals des photoelektrischen Wandlerelements eine Einrichtung zur Einstellung des Rückstellpotentials auf der Basis dieses Ausgangssignals ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung. (17, 18) zur Zuführung eines vorgegebenen Rückstellpotentials (VVC), und

eine Steuereinrichtung zur Steuerung, ob

(i) das vorgegebene Rückstellpotential oder (ii) das auf der Basis des Ausgangssignals des photoelektrischen Wandlerelements eingestellte Rückstellpotential

als das Rückstellpotential verwendet wird, wenn die Rückstelleinrichtung den Steuerbereich des Transistors zurückstellt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die das Ausgangssignal des photoelektrischen Wandlerelements aufnehmende Einrichtung zur Einstellung des Rückstellpotentials auf dessen Basis ausgebildet ist, derart, daß sich der im Steuerbereich nach einer Rückstellung unter Verwendung des auf der Basis des Ausgangssignals des photoelektrischen Wandlerelements eingestellten Rückstellpotentials gespeicherte Ladungspegel in bezug auf den im Steuerbereich nach einer Rückstellung unter Verwendung des vorgegebenen Rückstellpotentials gespeicherten Ladungspegel im wesentlichen um den gleichen Betrag verändert, um den sich der im Steuerbereich nach einer Rückstellung unter Verwendung des vorgegebenen Steuerpotentials gespeicherte Ladungspegel in bezug auf den Ladungspegel im Steuerbereich ändert, der das Ausgangssignal des photoelektrischen Wandlerelements verursacht, aus dem das Rückstellpotential erzeugt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei dem das Rückstellpotential dem Ausgangsanschluß des photoelektrischen Wandlerelements während einer Rückstellung zugeführt wird, wobei die das Ausgangssignal des photoelektrischen Wandlerelements aufnehmende Einrichtung das Rückstellpotential derart erzeugt, daß sich das Rückstellpotential in bezug auf das vorgegebene Rückstellpotential im wesentlichen um den gleichen Betrag, jedoch in entgegengesetzter Richtung wie die Änderung des Ausgangssignals des photoelektrischen Wandlerelements in bezug auf das vorgegebene Rückstellpotential ändert.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (27) zur Verbindung der Signalleitung (5) mit dem Ausgang der das Ausgangssignal des photoelektrischen Wandlerelements aufnehmenden Einrichtung (35).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Schalteinrichtung einen MOS-Transistor aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die das Ausgangssignal des photoelektrischen Wandlerelements aufnehmende Einrichtung einen Verstärker (35) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Eingang des Verstärkers kapazitiv mit der Signalleitung (5) gekoppelt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der ein Schalter (26) mit dem Eingang des Verstärkers zur Rückstellung von dessen Eingangspotential verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der der Verstärker ein Emitterfolgerverstärker, ein Sourcefolgerverstärker oder ein Operationsverstärker ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Verstärker (35) einen als Emitterfolger geschalteten bipolaren Darlington- Transistor (22) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (26), die an den Eingang des Verstärkers (35) ein festes Potential anlegt, während die Signalleitung (5) mit dem Ausgangssignal des photoelektrischen Wandlerelements beaufschlagt wird, und die es ermöglicht, daß der Eingang des Verstärkers (35) auf freiem Potential liegt, während der Ausgang des Verstärkers mit der Signalleitung (5) gekoppelt ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet durch

eine kapazitive Speichereinrichtung (7) zur Speicherung des Ausgangssignals des Verstärkers,

eine Ausgabeeinrichtung (9, 11) zur Bildung eines Ausgangssignals, und

eine Ausgangsschalteinrichtung (10) zur Kopplung der kapazitiven Speichereinrichtung mit der Ausgabeeinrichtung, derart, daß das Ausgangssignal auf der Basis des von der kapazitiven Speichereinrichtung gespeicherten Signals gebildet wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Verstärkung des Verstärkers derart eingestellt ist, daß die durch kapazitive Teilung mit der Eingangskapazität der Ausgabeeinrichtung erfolgende Dämpfung des von der kapazitiven Speichereinrichtung gespeicherten Signals im wesentlichen kompensiert wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, bei der eine Vielzahl der kapazitiven Speichereinrichtungen vorgesehen ist, die jeweils einen jeweiligen Verstärker und zumindest ein jeweiliges photoelektrisches Wandlerelement auf weisen, wobei jede der kapazitiven Speichereinrichtungen eine jeweilige Ausgangsschalteinrichtung zur Kopplung mit der Ausgabeeinrichtung aufweist und die Ausgabeeinrichtung der Vielzahl von kapazitiven Speichereinrichtungen gemeinsam zugeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Transistor (2, QS) des photoelektrischen Wandlerelements ein Phototransistor zur Erzeugung von Ladungsträgern im Steuerbereich des Transistors bei Aufnahme von Lichtenergie und Ausgabe des photoelektrischen Umsetzungsausgangssignals von einem Hauptelektrodenbereich des Transistors ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der der Transistor des photoelektrischen Wandlerelements ein bipolarer Transistor oder ein statischer Induktionstransistor ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der das photoelektrische Wandlerelement einen bipolaren Transistor und eine an der Basis des bipolaren Transistors angeordnete Kapazität aufweist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der das photoelektrische Wandlerelement eine Photodiode (D11 bis D22) aufweist und der Transistor des photoelektrischen Wandlerelements zur Aufnahme des photoelektrischen Umsetzungssignals der Photodiode vom Steuerbereich des Transistors geschaltet ist.

20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl der photoelektrischen Wandlerelemente.

21. Verfahren zur Ansteuerung einer photoelektrischen Wandlervorrichtung, wobei

ein Ausgangssignal von einem Transistor (2, QS, M111 bis M122) eines photoelektrischen Wandlerelements in Abhängigkeit von einem am Steuerbereich des Transistors anliegenden Signal einer Signalleitung (5) zugeführt wird und

der Steuerbereich des Transistors des photoelektrischen Wandlerelements auf ein in Abhängigkeit von einem Rückstellpotential bestimmtes Potential zurückgestellt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Rückstellpotential auf der Basis des an der Signalleitung anliegenden Ausgangssignals eingestellt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem ein erstes Ausgangssignal an der Signalleitung (5) zur Einstellung eines Rückstellpotentials verwendet wird und ein darauf folgendes Ausgangssignal an der Signalleitung (5) ein in Abhängigkeit von einem am Steuerbereich des Transistors anliegenden photoelektrischen Umsetzungssignal erzeugtes photoelektrisches Umsetzungsausgangssignal ist, wobei dieses folgende Ausgangssignal zur Erzeugung eines Ausgangssignals Verwendung findet.

23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das erste Ausgangssignal an der Signalleitung (5) ebenfalls ein photoelektrisches Umsetzungsausgangssignal ist, das in Abhängigkeit von einem am Steuerbereich des Transistors anliegenden photoelektrischen Umsetzungssignal erzeugt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das erste Ausgangssignal an der Signalleitung (5) in Abhängigkeit von einem am Steuerbereich des Transistors anliegenden Signal erzeugt wird, das auf eine Signalakkumulationsperiode in einem Dunkelzustand oder auf eine Signalakkumulationsperiode folgt, die wesentlich kürzer als die Periode zur Akkumulation des Signals für das folgende Ausgangssignal ist.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei dem die Vorrichtung eine Einrichtung (35, 26, 24) zur Aufnahme des Ausgangssignals von der Signalleitung (5) und Erzeugung eines daraus resultierenden Potentials sowie eine Schalteinrichtung (27) zur Verbindung des Ausgangs der Einrichtung mit der Signalleitung (5) auf weist, und bei dem das Verfahren umfaßt:

Verwendung der Einrichtung zur Erzeugung eines Potentials aus dem ersten Ausgangssignal und Zuführung des Potentials über die Schalteinrichtung (27) zu der Signalleitung (5) als ein Rückstellpotential, und

darauf folgendes Öffnen der Schalteinrichtung (27) und Verwendung der Einrichtung zur Erzeugung eines Potentials von dem folgenden Ausgangssignal und Ausgabe dieses Potentials als Ausgangssignal.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, bei dem der Steuerbereich des Transistors des photoelektrischen Wandlerelements auf ein in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Rückstellpotential (Vcc) bestimmtes Potential zurückgestellt wird und sodann der Steuerbereich des Transistors des photoelektrischen Wandlerelements auf ein in Abhängigkeit von einem auf der Basis des an der Signalleitung anstehenden Ausgangssignals eingestellten Rückstellpotential zurückgestellt wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch die Schritte:

Rückstellung des Steuerbereichs des Transistors des photoelektrischen Wandlerelements auf ein in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Rückstellpotential (Vcc) bestimmtes Potential,

Zuführung eines Ausgangssignals des Transistors des photoelektrischen Wandlerelements zu der Signalleitung,

Rückstellung des Steuerbereichs des Transistors des photoelektrischen Wandlerelements auf ein Potential, das in Abhängigkeit von einem auf der Basis des an der Signalleitung anstehenden Ausgangssignals eingestellten Rückstellpotential bestimmt ist,

Akkumulation eines photoelektrischen Umsetzungssignals,

Zuführung eines photoelektrischen Umsetzungsausgangssignals vom Transistor des photoelektrischen Wandlerelements zu der Signalleitung in Abhängigkeit vom Anstehen des photoelektrischen Umsetzungssignals am Steuerbereich des Transistors, und

Erzeugung eines Ausgangssignals aus dem photoelektrischen Umsetzungsausgangssignal auf der Signalleitung.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, bei dem der Transistor des photoelektrischen Wandlerelements ein Phototransistor ist, der bei Aufnahme von Lichtenergie erzeugte Ladungsträger in seinem Steuerbereich akkumuliert und das photoelektrische Umsetzungsausgangssignal auf der Basis der akkumulierten Ladungsträger von einem Hauptelektrodenbereich des Transistors abgibt.

29. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem die das Ausgangssignal aufnehmende Einrichtung ein Ausgangssignal von dem photoelektrischen Wandlerelement zu einer Speicherkapazität überträgt, um eine Ladung der Speicherkapazität der Schalteinrichtung zuzuführen und dieses Ausgangssignal auszugeben.