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

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ВСРтОнззн 1 Я13,;.;, 13 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А 8 ТОРСНОНМ СВИДЕТВЗЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Патент ВеликобританииНф 1413092, кл, Н 01 Ь 31/00, 1975,(54)(57) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯИМПУЛЬСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ С ПОМОЩЬЮ ПРИБОРА С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ (ПЗС), заключающийся в накоплении зарядов в фоточувствительных ячейках ПЗС со строчнокадровым переносом, причем на времянакопления зарядов Фоточувствительные ячейки ПЗС 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,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью увеличения контраста .выходного сигнала путем повышения отношения сигнал/шум, во время накопления зарядов. сброс зарядов в областистока зарядов осуществляют много" 091 01)арам Н О 4 К 5 ЗЗ 5 Н О 1 Ь З 1/Оо кратно, а потенциальный барьер Мрсмежду фоточувствительными ячейкамиПЗС и регистрами сдвига ПЗСподдерживают равнымБРС 1 ВЕФ Э Ти /СУАи меньшим, чем потенциальный барьермежду Фоточувствительными ячейками, ПЗС и областью стока зарядов на величинупь свС +(2 3 ) 1(т/4 фЯч Ъгде Е, - Фоновая освещенность ПЗС,лк;5 - чувствительность Фоточувствительной ячейки ПЗСк Фону, А/Лм 1Т - длительность импульса излучения, с;С - удельная емкость Фоточувствительной ячейки ПЗС,Ф/см;Ац - площадь фоточувствительнойячейки ПЗС, смф,Н,- максимальное число носителей полезного заряда в Фоточувствительной ячейкеПЗС;- заряд электрона (абсолютная величина), Кл;1 с - постоянная Больцмана 1Т - абсолютная температура, К.1 12Изобретение относится к преобразо- ванию иэображений с помощью приборов с зарядовой связью, в частности к преобразованию 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.З-,.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, о -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 неинформативного заряда иэ фоточувствительных ячеек 1 в области 2 стока зарядов. Уровень неинформативного заряда к концу указанного интервала обозначен тонкой пунктирной линией (фиг,2) В соответствии с этим выбирают высоту потенциального барьера между фоточувствительными ячейками 1 и регистрами 3 сдвига. По окончании ука-, занного .интервала времени, выбираемого соответствующим длительности Т импульсного излучения, потенциальный барьер между Фоточувствительными ячейками 1 и областями 2 стока зарядов устраняют (толстая пунктирная 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 потенциальный50 55 вьппенного значения 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 иранее, уменьшается уровень сигнала,отношение сигнал/шум и контрастна выходе. 02077 1барьер, созданный с помощью электрода 5, перетекает в регистр 3 сдвига.Профиль распределения перетекающегов регистр сдвига 3 полезного зарядапоказан на Фиг.2 тонкой сплошнойлинией. 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 фНеинформативный заряд, создаваемый15, фоном, размещаясь в потенциальнойяме фоточувствительной ячейки 1, доходит до ее края, не переливаясьв регистр 3 сдвига. Но любой дополнительный заряд, вызванный импульсным излучением, в какой бы моментуказанного интервала Т он ни пришел, оказывается как бы лежащим поверх этого неинформативного заряда, переполняющим потенциальнуюяму и, следовательно, имеющим возможность перетекать в область регистра3 сдвига.Для того, чтобы полезный зарядне смог частично преодолеть потен 30циальный барьер между фоточувствительной ячейкой 1 и областью 2 стока необходимо, чтобы указанный барьер был выше барьера между фоточувствительной ячейкой 1 и регистром 3сдвига не менее, чем на величину35Мфвоф пц мр, Для надежности,Пфл. рсйфь.ппь, гмкэту величину следует увеличить на231 кт/(.В противном случае может возникнуть ситуация (фиг.З) когда. полезныйзаряд из-за недостаточно высокогопотенциального барьера между фоточувствительной ячейкой 1 и областью2 стока уходит не только в регистр .3 сдвига, но.частично и в область 2.На фиг.4 представлен случай за1202077 олезнийарИ фи На фиг.5 представлен случай заниженного значения Чс. В этом случае неинформативный заряд переполняет потенциальную яму и частично переливается в регистр 3 сдвига, Теперь на выход, помимо полезного Смерос ие. индюрю риЬого шида заряда, переносится и часть неинформативного, следовательно, ухудшается контраст, а поскольку неинформативный заряд является принципи- , альным источником шума, то ухудшается иотношение сигнал/шум.1202077 фиИ Составитель В.Максимова Техред О.Неце Корректор И. Эрдейи Редактор М.Келемеш Тирак 658 ПодписноИИПИ Государственного комитета СССРделам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб., д, 4/5 аз 8107 61 Н 11303 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4