Формирователь видеосигналов движущегося изображения на приборах с зарядовой связью

 

(19)SU(11)755104(13)A1(51)  МПК ⁵    _{H01L27/148, H01L31/00}(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 17.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ ВИДЕОСИГНАЛОВ ДВИЖУЩЕГОСЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ПРИБОРАХ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ

Изобретение относится к интегральным схемам и может быть использовано при создании формирователей видеосигналов движущегося изображения (ФВСДИ) на ПЗС. Известен линейный формирователь видеосигналов движущегося изображения, содержащий линейную светочувствительную секцию, выходной сдвиговый регистр и тактовые шины. Прибор обладает низкой чувствительностью из-за малого времени накопления. Увеличивать время накопления нельзя, так как проецируемое изображение движется и при большом времени накопления будет происходить наложения последующей картины зарядов на предыдущую. В результате ухудшится разрешающая способность прибора вдоль направления движения. Наиболее близким к предлагаемому является формирователь видеосигналов движущегося изображения с матричной светочувствительной секцией, который состоит из светочувствительной матрицы ПЗС, выходного сдвигового регистра и тактовых шин, выполненных на одном кристалле. Движущееся изображение проецируется на светочувствительную матрицу ПЗС и в ее элементах накапливается картина зарядов, соответствующая изображению. Направление сдвига зарядов совпадает с направлением движения, а частота сдвига синхронизирована со скоростью движения. Поэтому накопление зарядов от одного и того же строчного фрагмента изображения происходит многократно и время накопления, а следовательно, и величина зарядового пакета увеличивается пропорционально числу ПЗС-элементов матрицы, расположенных в направлении движения изображения. При поступлении строчной картины зарядов в выходной сдвиговый регистр они в последовательной форме сдвигаются на выход и преобразуются в видеосигнал. Недостатком этого ФВСДИ является невозможность работы при высоких уровнях освещенности, когда заряды переполняют потенциальные ямы ПЗС-элементов и вызывают эффекты расплывания воспроизводимого изображения. Целью изобретения является расширение диапазона рабочих освещенностей воспринимаемого изображения. Поставленная цель достигается тем, что дополнительно включены фотодетекторы и электронные ключи, размещенные на том же полупроводниковом кристалле, а светочувствительная матрица разделена в направлении движения изображения на секции, электрически связанные между собой, причем каждая секция, кроме секции, контактирующей с выходным сдвиговым регистром и тактовыми шинами, подключена к тактовым шинам через соответствующие электронные ключи, электрически связанные с фотодетекторами. Использование в качестве светочувствительной матрицы, состоящей из нескольких секций, позволяет избежать режима перенасыщения выходного сигнала при повышенных уровнях освещенности, что обеспечивает расширение диапазона освещенностей воспринимаемого изображения. Фотодетекторы и электронные ключи обеспечивают необходимое отключение секций светочувствительной матрицы при повышенной освещенности, обеспечивающее возможность устранения режима перенасыщения выходного сигнала при повышенной освещенности воспринимаемого изображения. На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого ФВСДИ; на фиг.2 - принципиальная схема одной из секций ФВСДИ при использовании в качестве ключей МДП-транзисторов, а в качестве фотодетекторов - светочувствительных МДП-элементов. Предлагаемый ФВСДИ содержит светочувствительную матрицу, сдвиговый регистр, электронные ключи, фотодетекторы и тактовые шины, выполненные на подложке из кремния электронного типа проводимости с удельным сопротивлением 200 Ом˙см и изолированные от нее слоем двуокиси кремния толщиной 1200 А. Светочувствительная матрица разделена на четыре секции (1-4). Секции 1, 2 и 3 связаны с тактовыми шинами через соответствующие электронные ключи. Секция 4 контактирует с выходным сдвиговым регистром 5 и подключена непосредственно к тактовым шинам Ф₁, Ф₂ Ф₃, представляющим собой алюминиевые дорожки толщиной 1 мкм. Фазовые системы электродов выполнены из легированного поликремния толщиной 0,3-0,5 мкм по трехслойной технологии. Слои легированного поликремния изолированы друг от друга слоем двуокиси кремния. Каналоограничивающие области созданы диффузией примеси того же типа проводимости, что и подложка, но с концентрацией на 2-3 порядка более высокой. Электронные ключи 6, 7 и 8, соединяющие секции светочувствительной матрицы с соответствующими фотодетекторами 9, 10 и 11, представляют собой коммутирующие МДП-транзисторы. Каждый фотодетектор содержит светочувствительный МДП-элемент 12 и схему сравнения 13, состоящую из двух, соединенных между собой триггеров на МДП-транзисторах. Выходы 14 и 15 схемы сравнения фотодетектора подключены к затворам коммутирующих МДП-транзисторов 16-19, представляющих собой электронный ключ. Затворы всех МДП-транзисторов выполнены из легированного поликремния. Истоковые и стоковые области созданы диффузией примеси, тип проводимости которой противоположен типу проводимости подложки. Светочувствительный МДП-элемент фотодетектора содержит затвор, выполненный из легированного поликремния, и диффузионную область, соединенную с входом схемы сравнения. Диффузионная область создана точно так же, как истоковые и стоковые области МДП-транзисторов. Для усреднения освещенности по строке светочувствительный элемент расположен вдоль строки светочувствительной матрицы и имеет такую же длину. Схема управления секциями светочувствительной матрицы, включающая в себя фотодетекторы и электронные ключи, работает следующим образом. При нормальных уровнях освещенности сигнал, поступающий со светочувствительной области, недостаточен для срабатывания схемы сравнения и на ее выходе 14 вырабатывается логический "0", а на выходе 15 - логическая "1". Вследствие этого МДП-транзисторы 16 и 17 открыты, а 18 и 19 - закрыты, и данная секция 1 передает заряды в направлении движения изображения. Если уровень освещенности превысит предельный уровень, то срабатывает схема сравнения и на выходе 14 вырабатывается логическая "1", а на выходе 15 - логический "0". МДП-транзисторы 16 и 17 закрываются, а 18 и 19 открываются, и последовательность тактовых импульсов Ф₁, Ф₂, Ф₃ изменяется на последовательность Ф₃, Ф₂, Ф₁. В результате этого секция 1 начинает передавать заряды в направлении, противоположном движению изображения, и они не попадают в следующие секции 2, 3 и 4. Каждый фотодетектор 9, 10 и 11 имеет свой предельный уровень срабатывания схемы сравнения и, следовательно, секции 1, 2 и 3 будут отключаться при разных уровнях освещенности, причем последовательность срабатывания фотодетекторов такова, что при повышении уровня освещенности первой отключается секция 1, затем 2 и последней отключается секция 3. При очень большой освещенности, когда секции 1, 2 и 3 отключены, работает секция 4, которая не связана с электронными ключами и фотодетекторами и работает при любой освещенности. Размеры секций подобраны так, что при отключении секции 1 диапазон воспринимаемых освещенностей увеличивается в 2 раза, при отключении секций 1 и 2 - в 4 раза, а при отключении секций 1, 2 и 3 - в 8 раз. Разделение светочувствительной матрицы на 4 секции и использование электронных ключей, подключающих отдельные секции к тактовым шинам, и фотодетекторов, управляющих ключами, выгодно отличает предлагаемый формирователь видеосигналов движущегося изображения от указанного прототипа, так как он позволяет увеличить диапазон воспринимаемых освещенностей. Это позволяет расширить сферу применения ФВСДИ и устранит необходимость разработки других ФВС и сложных систем с механическими фильтрами, имеющих диапазоны рабочих освещенностей, такие же, как у предлагаемого формирователя видеосигналов движущегося изображения.

Формула изобретения

ФОРМИРОВАТЕЛЬ ВИДЕОСИГНАЛОВ ДВИЖУЩЕГОСЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ПРИБОРАХ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ, содержащий светочувствительную матрицу, выходной сдвиговый регистр и тактовые шины, расположенные на одном полупроводниковом кристалле, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона рабочих освещенностей воспринимаемого изображения, он дополнительно содержит фотодетекторы и электронные ключи, сформированные на том же кристалле, а светочувствительная матрица разделена в направлении движения изображения на секции, электрически связанные между собой, кроме секции, контактирующей с выходным сдвиговым регистром и тактовыми шинами через соответствующие электронные ключи, электрически связанные с фотодетекторами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2