Устройство для однострочного считывания изображения

(51) М. Кл. Н 04 1 Ч 5/30 Гаеударстаеалмй камитет па делам лзебретений н еткрмтий(53) УДК 621.397 (088.8) Опубликовано 30,11,81, Бюллетень44Дата опубликования описания 05.12.81 Ю , В. Воробьев, Л. М, Блюдников, В, Н. Захарченко, . Н, Йванова, "ТН. В. Кремень, Б. А. Печкин и Н. Г. о 1 ин "Киевский ордена Ленина государственный унивим. Т. Г. Шевченко(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОСТРОЧНОГО СЧИТЫВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙИзобретение 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 111,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 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 ее1ф = А - В Ь(чА),55 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 2 постоянного напряжения, нагрузочное сопротивление 3 и дифференцирующий блок 14.Устройство работает следующим образом.В отсутствие оптического считывающего луча сопротивление полупроводника К = КС= Я ) фх)сх, где р - удельное сопротивление, характеризующее малый участок вблизи сечения полупроводника плоскостью х = = сопй (ось х ориентирована вдоль пластины полупроводника; о и 1 - координаты начала и конца пластины; Я - площадь сечения пластины).Проецируемое изображение создает избыточную концентрацию носителей заряда Ьп(х), соответственно изменяется и величина Р (х) = р - Ь р(х), где Я - темновое удельное сопротивление, не зависящее от х для однородного полупроводника; Ьр(х) пропорционально Ьп(х). Будем считать, что в облученной считывающим лучом области Я=О, т. е. облучение эквивалентно укорочению полупроводника на длину засвеченной области. Если граница области засветки перемещается со скоростью ч, координата его спустя отрезок времени 1 после того, как граница прошла начало образца, есть чт. Сопротивление в момент 1дЪ К(1) = К - Яу - Ьс о Дифференцируя 13=10 (ток= сопз 1),получим(Й 3 сЩОйдо 1 чд (,.)Скорость ч всегда может быть выбранадостаточно большой так, чтобы величиной "ффможно было пренебречь, тогдасг 1-где А= чЬДи В = ч 3 - константы,Таким образом, с точностью до постоянной составляющей А, получаемый после дифференцирования Ц, сигнал пропорционален изменению удельного сопротивления Ьр в точке пластины, соответствующей положению фронта засвеченной области вданный момент времени 1. Перемещениеэтого фронта обеспечивает развертку изображения.5 Предлагаемое устройство используетв отличие ат ФЭПИКОНа другой физический принцип: засвеченные сканирующим(формирующим границу свет-тень) световым потоком участки полупроводниковойпластины исключаются из полного сопротивления Кп, при этом производная, Кппо времени дает удельное сопротивлениернагранице свет-тень, определяемое распределением освещенности в сканируемом изображении, Таким образом, используется толь 15 ко явление фотопроводимости, присущеевсем полупроводникам в их естественномсостоянии, без какой-либо специальной обработки,Это существенно отличает устройствоот 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 помощью25 ФЭПИКОНа или какого-либо другого изизвестных твердотельных аналогов телевизионных трубок. В первую очередь это относится к сканированию изображений, формируемых инфракрасным излучением. Предлагаемое устройство успешно справляется30с этои задачеи: для ее решения в качествефоточувствительной пластины просто используется полупроводник с подходящейспектральной областью чувствительности.Так, для сканирования тепловых изображений в тепловизионных системах часто используется спектральная область 2 - 6 мкм,в которой хорошо работают фотоприемникииз 1 пЯЬ.Другой положительный эффект заключается в повышении чувствительности пред 40 лагаемого успройства в сравнении сФЭПИКОНом. Для уверенном регистрацииизображения удельное сопротивление фоточувствительного слоя ФЭПИКОНа Р долж.но измениться в несколько раз (кратностьизмеренияр под действием светового потока45изображения должна равняться 30), в товремя как обычные полупроводниковыефотосопротивления уверенно регистрируютсветовые потоки, вызывающие изменение Рна доли процента.50 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 тех886317 Формула изобретения 5нологию 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 высокйм, а к датчику предлагаемого устройства такоетребование 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, зеркальногообъектива, диафрагмы, поворотного и сканирующего зеркал и блока сканирования,блок проецирования изображений, фотоэлектрический датчик, источник постоянного напряжения, первый выход которого соединенс первым электродом фотоэлектрическогодатчика, а второй - через нагрузочное сопротивление со вторым электродом фотоэлектрического датчика, отличающеесятем, что, с целью повышения. чувствительО ности 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 оптическогосчитывающего луча превышает по разме-рам площадь фотоэлектрического датчика.Источники информации,20 принятые во внимание при экспертизе1. 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 запискиУльяновского политехнического института,Сер. физико-техническая, 1970, т., ХХ 1 Ч,вып. 3, ч. 1, с. 205 - 207 (прототип).Сос Тех Тир И Государс делам нзо осква, ЖПатент,ВНИИПпо3035, Мфилиал ППП Редактор Ю. Кова Заказ0592/86 авител ред А. Б ж 70 твенноретени - 35, Рг. Уж ь В. Максимоваойкас Корректор М. ШарошПодписноео комитета СССРй и открытийаушская наб д. 4/5город ул Проектная 4