Устройство для однострочного считывания изображения

 

Союз Советскил

Социалистических

Республик

ОПИCАНИЕ „„886317

ИЗЬБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 03.05.78 (21) 2610386/18-09 с присоединением заявки № 2756335/09 (23) Приоритет— (51) M. Кл.з

Н 04 N 5/30

Гасударственный камитет ла далем лзебретенлй н етлрмтий (53) УДК 621.397 (088.8) Опубликовано 30.11.81. Бюллетень № 44

Дата опубликования описания 05.12.81

Ю . В. Воробьев, Л. М. Блюдников, В. Н. Захарченко, . Н. Иванова, ", 7:

Н. В. Кремень, Б. А. Печкин и Н. Г. о1и1((н ."" !::

Киевский ордена Ленина государственный унив им. Т. Г. Шевченко (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОСТРОЧНОГО СЧИТЫВАНИЯ

ИЗОБРАЖЕНИИ

Изобретение относится к телевидению и может быть использовано в системах считывания информации и твердотельных видиконах.

Известно устройство, в котором для разложения изображения используется граница нулевого напряжения в полупроводниковом слое с двумя р — п переходами, формируемая путем баланса. распределенного вдоль слоя постоянного и приложенного поперек слоя пилообразного напряжений. Это устройство послужило основой для создания целого семейства аналогичных устройств (11, Однако скорость считывания в этом устройстве ограничена временем жизни носителей заряда. Кроме того, они технологически сложны и, следовательно, ненадежны.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство конденсаторного типа для однострочного считывания изображений (ФЭПИКОН), содержащее блок управления оптическим считывающим лучом, блок проецирования изображений, фотоэлектрический датчик, состоящий из слоя фотоэлек- 20 трета, заключенного между двумя прозрачными электродами, первый из которых подключен к одному полюсу источника постоянного напряжения, а второй — через нагрузочное сопротивление к другому полюсу источника питания. В ФЭПИКОНе используется эффект поляризации . фотоэлектрета, а считывание производится узким световым лучом (2) .

Недостатками известного устройства являются узкий рабочий диапазон спектра, низкая чувствительность и ограниченная скорость считывания.

Цель изобретения — повышение чувствительности устройства, увеличение скорости считывания и расширение спектрального диапазона считываемых изображений.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для однострочного считывания изображений, содержащем блок управления оптическим считывающим лучом, блок проецирования изображений, фотоэлектрический датчик, первый электрод которого подключен к первому зажиму источника постоянного напряжения, а второй — через нагрузочное сопротивление ко второму зажиму источника постоянного напряжения, фотоэлектрический датчик выполнен в виде однослойной пластины однородного полупроводника, причем электроды нанесены на ее

886317 торцы, ко второму электроду подключен дифференцирующий блок, а пятно считывающего оптического луча превышает размеры пластины.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит блок 1 управления оптическим считывающим лучом, состоящий из источника 2 света, зеркального объектива 3, диафрагмы 4, поворотного 5 и сканирующего 6 зеркал, блока 7 сканирования, блок 8 проецирования изображения, однослойную пластину 9 однородного полупроводника, ее электроды 10 и 11, источник 12 постоянного напряжения, нагрузочное сопротивление 13 и дифференцирующий блок 14.

Устройство работает следующим образом.

В отсутствие оптического считывающего луча сопротивление полупроводника R = R С

= S f p(x)d x, где р — удельное сопроти вление, характеризующее малый участок вблизи сечения полупроводника плоскостью х =

= const (ось х ориентирована вдоль пластины полупроводника; о и 1 — координаты начала и конца пластины; S — площадь сечения пластины) .

Проецируемое изображение создает избыточную концентрацию носителей заряда

Ап(x), соответственно изменяется и величина р (х) = p — Ь р(x), где p — темновое удельное сопротивление, не зависящее от х для однородного полупроводника;

Ьр (х) пропорционально Ап(х).

Будем считать, что в облученной считывающим лучом области p=0, т. е. облучение эквивалентно укорочению полупроводника на длину засвеченной области. Если граница области засветки перемещается со скоростью ч, координата его спустя отрезок времени t после того, как граница прошла начало образца, есть vt. Сопротивление в момент t Mt

R(t) = Rg,— S f (у — AP(x) ) с1 х о

Дифференцируя U=iR (ток i = const), получим (Ь ld 1 Ыо (P А (t) )

Скорость ч всегда может быть выбрана достаточно большой так, чтобы величиной; dR можно было пренебречь, тогда сг

cf t = А — В Ь (чА), !

-! где А= ivS)loè В = iv S — константы.

Таким образом, с точностью до постоянной составляющей А, получаемый после дифференцирования 1L сигнал пропорционален изменению удельного сопротивления

Кроме того, предлагаемое устройство предъявляет меньше требований к фоточувствительному материалу (в принципе, пригоден любой полупроводник, конкретный выбор осуществляется из соображений, связанных со спектральной областью чувствительности), и к электродам (резкое сокращение площади, отсутствие требования прозрачности). Это существенно упрощает тех55

Ар в точке пластины, соответствующей положению фронта засвеченной области в данный момент времени t. Перемещение этого фронта обеспечивает развертку изображения.

Предлагаемое устройство использует в отличие ат ФЭПИКОНа другой физический принцип: засвеченные сканирующим (формирующим границу «свет-тень») световым потоком участки полупроводниковой пластины исключаются из полного сопротивления Rn,,при этом производная,,R n по времени дает удельное сопротивлениерна границе «свет-тень», определяемое распределением освещенности в сканируемом изображении. Таким образом, используется толь15 ко явление фотопроводимости, присущее всем полупроводникам в их естественном состоянии, без какой-либо специальной обработки.

Это существенно отличает устройство от ФЭПИКОНа (используемый там фотоэлектретный эффект присущ ограниченному классу веществ) и обеспечивает возможность применения предлагаемого устройства для решения широкого круга задач, которые не могут быть решены с помощью

25 ФЭПИКОНа или какого-либо другого из известных твердотельных аналогов телевизионных трубок. В первую очередь это относится к сканированию изображений, формируемых инфракрасным излучением. Предлагаемое устройство успешно справляется

30 с этои задачеи: для ее решения в качестве фоточувствительной пластины просто используется полупроводник с подходящей спектральной областью чувствительности.

Так, для сканирования тепловых изображений в тепловизионных системах часто используется спектральная область 2 — 6 мкм, в которой хорошо работают фотоприемники из InSb.

Другой положительный эффект заключается в повышении чувствительности пред40 лагаемого успройства в сравнении с

ФЭПИКОНом. Для уверенном регистрации изображения удельное сопротивление фоточувствительного слоя ФЭПИКОНа Р должно измениться в несколько раз (кратность измерениями под действием светового потока

45 изображения должна равняться 30), в то время как обычные полупроводниковые фотосопротивления уверенно регистрируют световые потоки, вызывающие изменение Р на доли процента.

886317

Формула изобретения

Составитель В. Максимова

Редактор Ю. Ковач Техред А. Бойкас Корректор М. Шароши

Заказ 0592/85 Тираж 701 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дела м изобретений и открытий

1 l 3035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1 нологию изготовления устройства и повышает надежность его работы.

Предельная скорость сканирования всех устройств с оптической коммутацией определяется предельной скоростью перераспределения напряжения в фоточувствительной пластине .сканирование одного разрешимого элемента должно происходить за время, не меньшее, чем максвеловское время релаксации („=Я р /4 ) освещенной- части пластины. Так как требуемое для датчика

ФЭПИКОНа р должно быть высоким, а к датчику предлагаемого устройства такое требование не предъявляется, предельное быстродействие выше для предлагаемого устройства. Предельная разрешающая способность в обоих случаях определяется резкостью сканирующей границы «свет-тень», опасность ухудшения разрешения из-за диффузии возбуждаемых светом носителей заряда в предлагаемом устройстве меньше, чем в ФЭПИКОНе, ввиду возможности использования большей скорости сканирования. При этом влияние диффузии существенно падает если скорость движения границы

«свет-тень» больше, чем скорость диффузии.

Устройство для однострочного считывания изображений, содержащее блок управления оптическим считывающим лучом, состоящий из источника света, зеркального объектива, диафрагмы, поворотного и сканирующего зеркал и блока сканирования, блок проецирования изображений, фотоэлектрический датчик, источник постоянного напряжения, первый выход которого соединен с первым электродом фотоэлектрического датчика, а второй — через нагрузочное сопротивление со вторым электродом фотоэлектрического датчика, отличающееся тем, что, с целью повышения. чувствительности устройства, увеличения скорости считывания и расширения спектрального диапазона считываемых изображений, фотоэлектрический датчик выполнен в виде однослойной пластины однородного полупроводника, причем электроды нанесены на ее торцы, ко второму электроду подключен дифференцирующий блок, а пятно оптического считывающего луча превышает по разме- рам площадь фотоэлектрического датчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Берковская К. Ф. Безвакуумныйтелевизионный преобразователь изображения— сканистор. Сб. «Полупроводниковые приборы и их применение», М., 1968, вып. 20, 25 с. 3.

2. Головихина В. П. и Золотарев В. Ф.

Однослойный ФЭПИКОН. Ученые записки

Ульяновского политехнического института, Сер. физико-техническая, 1970, т., XXIV, вып. 3, ч. 1, с. 205 — 207 (прототип).