Способ преобразования импульсного излучения в электрический сигнал с помощью прибора с зарядовой связью

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ВСРТОН)ЗИМУЯ 13,;.;....,, 13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н POTOPCNOVIV CBNCCTKIIVCTBV

MLRllOTN 4.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3337300/24-09 (22) 17;08.81 (46) 30. 12.85. Бюл. У 48 (72) Ь.А.Ломакин, М.А.Тришенков и Ю.М.Эскин (53) 621.397.6(088.8) (56) Патент Великобритании

В 1413092, кл. Н 01 L 31/00, 1975. (54)(57) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ИМПУЛЬСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ С ПОМОЩЬЮ ПРИБОРА С 3АРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ (ПЗС), заключающийся в накоплении зарядов в фоточувствительных ячейках ПЗС со строчнокадровым переносом, причем на время накопления зарядов фоточувствительные ячейки 113С отделяют потенциальными барьерами от области стока зарядов и от регистров сдвига ПЗС, сбросе накопленных зарядов в области стока зарядов путем снятия потенциального барьера между ними и фоточувствительными ячейками ПЗС и последующем переносе зарядов по регистрам сдвига ПЗС на его выход, отличающийся тем, что, с целью увеличения контраста .выходного сигнала путем повышения отношения сигнал/шум, во время накопления зарядов. сброс зарядов в области стока зарядов осуществляют много09) 01) . СЮФ Н 04 N 5 335 Н 01 L 31/00. кратно, а потенциальный барьер М с между фоточувствительными ячейками

I13C и регистрами сдвига ПЗС поддерживают равным

4БР =10 EgSyТ„(СУ, и меньшим, чем потенциальный барьер между фоточувствительными ячейками ,II3C и областью стока зарядов на величину пв с аЧв 3 (с +(2 --3) kT/g, ЯЧ Ъ1 где E+ — Фоновая освещенность ПЗС, лк;

S — чувствительность фоточувствительной ячейки ПЗС к фону, А/Лм

Т„ — длительность импульса излучения, с;

С вЂ” удельная емкость Фоточувствительной ячейки ПЗС, Ф/см ;

А „ — площадь фоточувствительной ячейки ПЗС, см, Nï,ë кс — максимальное число носителей полезного заряда в фоточувствительной ячейке

ПЗС; — заряд электрона (абсолютная величина),. Кл;

k — постоянная Больцмана1

Т вЂ” абсолютная температура, К.

1 12020

Изобретение относится к преобразо- ванию иэображений с помощью приборов с зарядовой связью, в частности к преоб— разованию в электрический сигнал импульсных излучений, и может быть ис-. пользовано в геодезических дальномерах, измерительной технике и т.п.

Целью изобретения является увеличение контраста выходного сигнала путем повышения отношения сигнал/шум.

На фиг. 1 приведен фрагмент прибора с зарядовой связью (ПЗС) в котором может быть осуществлен предлагаемый способ; на фиг.2 — тот же фрагмент в разрезе с диаграммой потенциальных уровней под соответствующими областями ПЗС, на фиг.3-,.

5 — диаграммы потенциальных уровней

ПЗС при различных их величинах.

Фоточувствительные ячейки 1 ПЗС отделейы от областей 2 стока зарядов и от регистров 3 сдвига ПЗС потенциальными барьерами, образуемыми с помощью электродов 4 и 5 соответственно. Подложка 6 ПЗС, например, и -типа содержит области 7 стоп-диффузии, ограничивающие участки хранения и переноса заряда. Поверхность прибора (за исключением фоточувствительных ячеек 1) закрыта светонепроницаемой маской (не показано). Толстыми сплошными линиями (фиг.2) показан профиль потенциала на поверхности полупроводника в начале интервала времени между последовательными сбросами неинформативно35 го заряда иэ фоточувствительных ячеек 1 в области 2 стока зарядов.

Уровень неинформативного заряда к концу указанного интервала обозначен тонкой пунктирной линией (фиг.2)

Ю

В соответствии с этим выбирают высоту потенциального барьера между фоточувствительными ячейками 1 и регистрами 3 сдвига. По окончании ука-, занного .интервала времени, выбирае45 мого соответствующим длительности

Т„ импульсного излучения, потенциальный барьер между фоточувствительными ячейками 1 и областями 2 стока зарядов устраняют (толстая пунктир50 ная линия на фиг.2), подавая импульс напряжения на электрод 4, и заряд,. стекает в области 2, Если же в течение интервала времени между последовательными сбросами пришел импульс излучения, то образованный им в фоточувствительных ячейках 1 заряд переполняет их и.через потенциальный

77 2 барьер, созданный с помощью электрода 5, перетекает в регистр 3 сдвига.

Профиль распределения перетекающего в регистр сдвига 3 полезного заряда показан на фиг.2 тонкой сплошной линией. Высоту потенциальных барьеров, задаваемых электродами 4 и 5, выбирают. таким образом, чтобы неинформативный заряд заполнял фоточувствительную ячейку 1 (но не переполнял ее), а полезный сигнал стекал в регистр 3 сдвига.

При указанном выборе величины У <с

Неинформативный заряд, создаваемый фоном, размещаясь в потенциальной яме фоточувствительной ячейки 1, доходит до ее края, не переливаясь в регистр 3 сдвига. Но любой дополнительный заряд, вызванный импульсным излучением, в какой бы момент указанного интервала Т„ он ни пришел, оказывается как бы лежащим поверх этого неинформативного заряда, переполняющим потенциальную яму и, следовательно, имеющим возможность перетекать в область регистра

3 сдвига.

Для того, чтобы полезный заряд не смог частично преодолеть потенциальный барьер между фоточувствительной ячейкой 1 и областью 2 стока необходимо, чтобы указанный барьер был выше барьера между фоточувствительной ячейкой 1 и регистром 3 сдвига не менее, чем на величину

М

Я „С„„ эту величину следует увеличить на (2...31 кт/q,.

В противном случае может возникнуть ситуация (фиг.3) когда. полезный заряд из-за недостаточно высокого потенциального барьера между фоточувствительной ячейкой 1 и областью

2 стока уходит не только в регистр

3 сдвига, но частично и в область 2.

На фиг.4 представлен случай завьппенного значения 9<<с.. Неинформативный заряд в этих условиях не в состоянии заполнить до нужного уровня потенциальную яму, на это заполнение расходуется часть полезного заряда,. в результате в регистр 3 сдвига перетекает лишь остаток последнего. Вследствие этого, как и ранее, уменьшается уровень сигнала, отношение сигнал/шум и контраст на выходе.

На фиг.5 представлен случай заниженного значения Ч с. В этом случае неинформативный заряд переполняет потенциальную яму и частично переливается в регистр 3 сдвига.

Теперь на выход, помимо полезного

1202077 заряда, переносится и часть неинформативного, следовательно, ухудшается контраст, а поскольку неинформативный заряд является принципи, альным источником шума, то ухудшается и отношение сигнал/шум.

Сдрос М индюрю рибиог уаруда

Яолезний арИ

1202077

ФиаЮ

Составитель В.Максимова

Редактор М.Келемеш Техред О.Неце Корректор И. Эрдейи

Заказ 8107/61 Тирек 658 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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