Преобразователь света в электрический сигнал

 

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СВЕТА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ,содержащий сканистор с нанеогенными на монокристалл тремя слоями, к контактам двух делительных слоев которого подключены соответствующие источники распределенного смещения и генераторы считывающего напряжения, а к контакту общего слоя подключен .о&щий усилитэль, о т л к ч а ю щ и и с я тем, что, с целью получения информации о полном поступающем световом потоке одновременно с информацией о его локальных признаках , повышений быстродействия и разрешающей способности, введены два кодируюпшх усилителя считывания, вход каждрго из которых подключен к первому выходу соответствующего генератора считывающего напряжения, второй выход которого подключен к средней точке соответствующего источника распределенного смещения, а также источник постоянного смещения , подключенный к второму входу Общего усилителя, общий слой выполнен фоточувствительным, а делительные слои - экранированными от воздействия света. (О 2. Преобразователь по п. 1,о т личающийся тем, что гес нераторы считывающего напряжения содержат последовательно соединенные задающий генератор, интегрирующий усилитель и трансформатор, одна из обмоток которого включена между -первым и вторым выходами генератора считывающего напряжения. ф л

СОЮЗ иВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК, 3(59 Н 04 N 5 30

)

%

IОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕ ПЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРытий (21} 3277798/18-09 (2 2) 20 . 04 . 81 (46) 23. 05. 83. Бюл. Р 19 (72) К.Ф.Берковская, Н.В.Кириллова, Б.Г.Подласкин и В.М.Столовицкий (71) Ордена Ленина физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе AH СССР (53) 621.397.3(088.8) (56) 1. Иатиенко Б.Г.Основные характеристики v структура больших гибридно-интегральных фотоприемных голо— граммных запоминающих устройств" Автометрия", 1977, 9 2, с. 39-50.

2. Авторское свидетельств СССР

)) 434617, кл. Н 04 N 5/30, 1972 (прототип) . (54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СВЕТА

В ЭЛЕКТРИЧЕСКИИ СИГНАЛ, содержащий сканистор с нанеаенными на монокристалл тремя слоями, к контактам двух делительных слоев которого подключены соответствующие источники распределенного смещения и генераторы считывающего напряжения, а к контакту общего слоя подключен общий усилитзль, о т л K ч а ю— шийся тем, что, с целью полу„.SU„„1019667 А чения информации о полном поступающем световом потоке одновременно с информацией о его локальных признаках, повышения быстродействия и. разрешающей способности, введены два кодирующих усилителя считывания, вход каждого из которых подключен к первому выходу соответствующего генератора считывающего напряжения, второй выход которого подключен к средней точке. соответствующего источника расгределенного смещения, а также источник постоянного смещения, подключенный к второму входу общего усилителя, общий слой выполнен фоточувствительным, а делительные слои - экранированными от воз- g действия света.

2. Преобразователь по п. 1,о тл и ч а ю шийся тем, что генераторы считывающего напряжения С содержат последовательно соединенные задающий генератор, интегрирующий усилитель и трансформатор, 3®eeL одна из обмоток которого включена между:первым и вторым выходами ге- 4щ, нератора считывающего напряжения. рц®

1019б67

Изобретение относится к безвакуумным фотоэлектрическим устройстВам, осуществляющим сканирование и анализ изображений, поступающих на вход устройства в виде пространственного распределения освещенности °

Известны устройства для преобразования света в электрический сигнал, содержащие фоточувствитель! ные линейки р-и-переходов или

МДП-конденсаторов и нефоточувствительные линейки:коммутирующих,элементов $1).

Недостатком разнообразных уст-. ройств коммутации распределения освещенности, как полупроводниковых, так и на основе электровакуумных передающих трубок, является то, что информация обо всем поступающем световом потоке, как целом, теряется в процессе сканирования. Каждый момент времени формируется лишь один локаль лый признак изображения, как правило информация об освещенности одного конкретного элемента.

Вместе с тем во многих случаях, в частности в условиях импульсной лазерной локации, когда общая интенсивность подсветки меняется Во времени, важно иметь Возможность пронормировать сигнал от одного элемента на величину полного светового потока, поступающего на весь фото приемник, В настоящее время эта операция может быть произведена. только при отделещ" и части полного светового потока на. независимый фотоприемник. Этот же прием приходится использовать, когда необходимо следить за частотой светового сигнала и одновременно сканировать изображение.

Отделение части светово".î потока снижает чувствительность методов регистрации, требует cBåpõòî÷HQ(cî измерения коэффициента деления IIQтока. Б ряде случаев делитель =Ветового потока може- стать источником неконтролируемых помех, Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь света в электрический сигнал с компенсаЦИОННОй СХЕМОЙ ВКЛЮЧЕНИЯ, СОСТОЯщей иэ базового слоя, нефоточувствительного общего слоя со знаком проводимости, противоположным знаку базового слоя1, двух фоточувствительных делителей слоев и того же знака проводимости, что и общий слой.

Общий слой снабжен контактом токоотводящей шины, а делительные слои контактами, к которым навстречу друг другу подключены иточники распределенного смещения, рВН генераТора симметрично(о пилообразного напряжения, на которых формируется напряжение в противофазе, соединень1 с0 средни(я(точками источни(-..-"; пределеHHo а смещения. То(<о< щая ши(-11 зле((три -(-ески ст(;- I B, ЩИМ УСИЛИТЕЛЕМ 1с2 „f

Недоста ком Данного устройc =-=-. явлется тот ЧTQ QHQ НЕ Может Р=-гистрировать информацию обо Всем поступающем световом потоке одновреNpfHHo cG сканирОВаниРм, Кроме того, B устройстве ограничено быстродейстВИЕ, фотодиоды работают В сканисторе В режиме пер="= ,<лючения питающего напряжения(и

Видеосигнал формируется B момент перРХОда дисда из эакрытОГО сОстОяния в открытое, При этих условиях наиболее резко проявляется инерциои = кость фотодиодов, связанная с наличием Времени жизни неосновных носителеи тока,.

Еще од((им недсо<:тат ком ус-rpoécT Ва является ограниченная разрешающая спОсобность. БОльтОВаЯ апертуОа .сканирования Qr(påäåëÿåòcÿ отноше„(а —,Ос жЕс(1(Я Пробоя p— - Il — р 1 П-p .P. 1 структуры О„,р к интервалу напряжений f(U B .:.(Gòoðo::I происходит переход От запертого состояния к

ОТ КРЫ T-QI :1 JT, M =- — " —

- - Uo

Типичн(т(Е ЭНачения т f. f- CДЛя ПарЫ

ВСТРЕЧ((ОД(<.11(От(ЕНН(Т„Х КС 1.(Н((ЕВЫХ ДИ<-ТДОВ с 0,Ь Б, =.-Q ПР -1 Зла =. 5<(В

ДНЕТ:т(ТСГО сса .—.-ОР(т1nl I-..(Х ЛЕ KHTOB — 100,, Ц ..:—, иэобс(0 (е .—,ит(- — пoлуuP(1;е

ВОТм 1<отОке ОЛИОВременнО с инфОрмаии-.

Е(О ЕГО Лохс11(ЬII(IÕ 7ГОИЗ(1аКсск . ПОВЬ!шение ь(ст(роде ."стния и ра: решаю лей

CTf0CO<3HQCT!I,,,!! К З с НН ссЯ В С т):т,<1 тТС ТТИ(" аот CE(Т Е<.1, тo Тз пРесбРс(ЗОВатеГсь сзе! r» В эле1<т" р;.-.: — 1(ес(<-:"-й сигнал, содержа т(ий сканис-. тс 3 с нанесен;.-(ыми на (онокристалл

Т(1(ЕМЯ СЛО,—:;11(1 1< (Онта-:Там Цвук ДЕЛИТЕff T.H:1.(сz(IQ<ТВ I(QТGQ(ГО ПОЛК Т ЮЧЕ((Ь( . =.:;;но.-о ;;1еще -.Н1я " г.енератор. =. счиТ(1. =,а:-.(де Q EIP,IlpHT;i? Н- 1 Т, а i< i

Gofz18 го слОЯ ИОД(<;H3 OH Общий те! ь . 3 Вед<1 н}-! l!. cf 1(стдщ1ую((1их усил"% "

ТЕЛЯ СЧИт1-.птс . 11И -", . ЭХО. :т, 1(-".Х<1(ОГО ИЗ которых под.-.л(В 1! -1 к перво((у Вь(хол.

ООQT е.1.< твующ=.го ген р гора с итыВа(вщЕю. C . ННТПр1тжЕНИЯ т BTGpoé ВЫХОД КО торо(1 под(<т(очен к средней точке сООтвеT ству <(ыегО источника pacrlpc деленнОВ0 сме(це =ния,. а также истО"

НИК ПОСТОЯННОГО CI«BII(C EIHß „ÏGÄÊËÞ×ÅÍньй к BTQpui fy Входу QGIAIBI. o усилителя, общи(1 слой Выполнен фоточувствительным, =-. Лелительные слеги — экранированными QT Воэдейс(Вия светат при BTQM генераторы считывающего наг(ря "<(1ния содержат последовательно соединенные задаю((ий генера= ор, интегрируюдий усилитель H трансформа"

1019667 тор, одна из обмоток которого включена между первым и вторым выходами генератора считывающего напряжения.

На чертеже изображена структурная электрическая схема преобразователя света.

Преобразователь содержит базовый слой 1 монокристалла п(р }-типа проводимости,на котором созданы фоточувствительный общий слой 2 p(n }типа проводимости и делительные слои 10

3 и 4, экранированные от света. Линейно протяженные р-и-р (и-р-п}структуры образуются слоями 2,1 и 3, 2,1 и 4. Базовый -слой 1 может быть выполнен как высокоомным, так и 35 анизотропно проводящим, в том числе и разделенным на дискретные элементы. Общий слой 2 снабжен общей такоотводящей шиной 5, конфигурация которой обеспечивает фоточувствительность общего слоя 2. Делитель- .> ные слои 3 и 4 снабжены соответственно контактами 6,7 и 8,9.

К делительным слоям навстречу друг другу подключены источники 10 и 11 распределенного смещения, а также генераторы 12 и 1.3 считывающего напряжения разной полярности.

Общая токоотводящая шина 5 элект-. рически соединена с общим усилителем 14. Нефотсчувствительность делительных слоев 3 .и 4 достигается, например, нанесением металлических . слоей 15 и 16 поверх слоя изолирующего окисла. К выходам генераторов

12 и 13 счйтывающего напряжения - 35

-подключены кодирующне усилители 17 и 18 считывания, К общему усилителю

14 подключен источник 19 постоянного смешения. генераторы считываю щего йапряжения содержат .трансформа- Щ торы 20 и 21, интегрирующие усили тели 22 и 23, задающие генераторы

24 и 25.

В исходный момент вреь;ени на общий слой 2 спроектировано регистри-. руемое распределение освещенности.

Источники 10 и. 11 распределенного смешения создают линейное падение напряжения на делительных слоях

3 и 4, Генераторы 12 и 13 считывающего напряжения имеют на выходах нулевое напряжение. Вытянутые в одном измерении р-и-р },п-р-и )-струк, туры, образованные слоями 2,1 и 3

;и 2,1 и 4 находятся под воздейст- g вием напряжения,поступающего с делительных шин и выходов генераторов считывающего напряжения. В результа те, диоды одного иэ"делительных слоев слева от .центральной линии — ну левой зквипотенциали †-заперты, à 60 справа — открыты диоды же второго делительного слоя слева открыты, а справа - заперты. Источник 19 постоянного смещения обеспечивает на общем слое 2 запирающее смеще 65 см)) алло . Таким образом, весь общий слой 2 оказывается фоточувствительным независимо от распределе ния напряжений на слоях 3 и 4. Неосновные носители тока, созданные светом в общем сЛое 2, будут" разделены р-п-переходом, образованным общим и базовыми слоями, и поступят либо в кодирующий усилитель- 17 считывания . через открытые диоды делительного слоя 3, либо в кодирующий усилитель 18 считывания через открытые диоды делительного слоя 4.

Таким образом, в один из кодирующих усилителей считывания поступит фотоответ от иэображения справа от центральной линии, а в другой - слева от центральной линии. Носители, рожденные светом прямо на эквипотенциалы, разделятся поровну между двумя кодирующими усилителями считывания, Через общий усилитель 14 будет протекать суммарный фототок от всего иэобпежения, который затем в общем алое 2 разветвится в две цепи - кодирующие усилители 17 и 18 считывания, В следующий момент времени е увеличением напряжения на выходе одного из генераторов считывающего напряжения и с уменыаеиием на выходе другого линия нулевой эквипотенциали сместится с центра, фототок с соответствую-

mего этому перемещению участка начнет регистрироваться другим усилителем. Эта переадресация фототока поФволяет .зарегистрировать изменение освещенности иа данном участке, тле. сфорьжровать видеосигнал. Так это может быть осуществлено, если ток о кодирующего усилителя 17 считывания вычесть из йока кодирующего усилителя 18 считывания, а разность продифферйицировать. Формирование видеосигнала не всегда необходимо при формировании пространства первичных локальных признаков для опоз" навання объекта. Фактически в процессе того специфического сканиров ния, которое реализуется данным устройством, производится кодирование изображения. Фоточувствительная структура разбивается на две области с произвольно изменяющимся положением границы. Генераторы считывающего напряжения могут формировать не только пилообразное напряжение считывания, но и произвольные последовательности импульсов, тогда положение границы будет не плавно скользить по структуре, а изменять свое положение в соответствии с программой. Фотоответ от двух управляемых областей поступает в два независимых кодирующих усйлителя 17 и 18 считывания. В блоке логической сбработки информации, который может быть подключен к выходу преоб1019667 разователя (не показан) сигналы могут бытьпроиэвольно окрашены, например умножены на ф1 и -1, возведены в степень, продифференцированы н т.д. Во всех возможных случаях, включая формирование обычного видеосигнала, мгновенные значения токов, локальные признаки могут быть подвергнуты сравнению (например, прделены) со значением интегрального фототока со всего фотоприемника. Пол- о ный интегральный ток непрерывно поступает в блок обработки с общего усилителя 14.

Таким образом, преобразователь обеспечивает получение полной интег- )5 ральной информации об изображении одновременно с формированием локаль-. ных признаков изображения.

Помимо этого, предлагаемое устройство обладает повышенным быстродействием. Действительно, функции коммутирующих диодов и функции регистрации светового потока разделеныг диоды делительных слоев - коммутирующие, диоды общего слоя - фоточувст- 2 вительны. Соответственно, могут быть

;подобраны раздельно параметры этих диодов, для коммутирующих - снижено время жизни, для фоточувствительныхсохраненб высоким. Но и без Специальных мер, эа. счет использования фотодиодов в стационарном режиме по питанию время опроса одного элемента может быть поднято,, по крайней мере, в два раза, если считать, что в сканисторе зто время выбиралось в 35 два раза превышающим время рассасывания неосновных носителей в базовой области. При использовании локального снижения времени жизни в областях, прилегающих к делительным шинам, быстродействие может быть повышено более, чем на порядок.

Предлагаемый преобразователь позволяет повысить разрешающую способность. Новый принцип формирования видеосигнала перераспределением фототоков от двух областей между двумя усилителями снимает в значительной степени ограничения, связанные с существованием вольтовой апертуры, поскольку фотадиоды находятся непрерывно в регистрирующем свет состоянии и непрерывно генерируют фототок, который только делится на две цепи, апертурные ограничения разрешающей способности снимаются (вольтовая апертура снижается приблизительно в 5 раз, что следует из решения уравнения Кнрхгофа для цепи с тремя диодами )и остаются ограничения разрешающей способности, связанные с растеканием носителей по базовой области. Для сплошных вариантов исполнения прибора — это порядок 100 мкм, для дискретных — от

30 мкм и ниже, вплоть до единиц. Для дискретных вариантов, реализованных в ФТИ AH СССР им. A.Ô.Иоффе, повышение разрешающей способности в 4 раза было достигнуто на сканисторе из 512 элементов с шагом 30 мкм.

Сравнивалась работа прибора в традиционном сканисторном режиме при компенсационной схеме включени и в режиме перераспределения фототоков от двух областей.

1019667

Составителв-В. Максимова

Редактор Т. Киселева ТехредЖ.Кастелевич Корректор A.ßýêTêo

Заказ 3729/55 Тираж 677 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауюская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4