Преобразователь света в электрический сигнал

.80101 СОЮЗ иаЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 6 и Н 04 Б 5 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СВЕТАВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИИ СИГНАЛ, содержащийсканистор с нанеаенными на монокристалл тремя слоями, к контактамдвух делительных слоев которогоподключены соответствующие источники распределенного смещения и генераторы считывающего напряжения, ак контакту общего слоя подключенобщий усилитзль, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью получения информации о полном поступающем световом потоке одновременно с информацией о его локальных признаках, повышения быстродействия и разрешающей способности, введены два кодирующих усилителя считывания, вход каждого из которых подключен к первому выходу соответствующего генератора считывающего напряжения, второй выход которого подключен к средней точке. соответствующего источника расгределенного смещения, а также источник постоянного смещения, подключенный к второму входу общего усилителя, общий слой выполнен фоточувствительным, а делительные слои - экранированными от воз-действия света.2. Преобразователь по п, 1,о т -. л и ч а ю щ и й с я тем, что генераторы считывающего напряжения С содержат последовательно соединенные задающий генератор, интегрирующий усилитель и трансформатор, одна из обмоток которого включена между:первым и вторым выходами генератора считывающего напряжения.Ер Изобретение относится к безвакуумным фотоэлектрическим устройствам, осуществляющим сканированиеи анализ изображений, поступающихна вход устройства в виде пространственного распределения освещенностиИзвестны устройства для преобразования света в электрическийсигнал, содержащие фоточувствитель ные линейки р-и-переходов илиМдП-конденсаторов и нефоточувствительные линейки коммутирующих,элементов 13.Недостатком разнообразных устройств коммутации распределенияосвещенности, как полупроводниковых,так и на основе электровакуумных передающих трубок, является то, чтоинформация Обо всем поступающем световом потоке, как целом, теряется Впроцессе сканирования. Каждый моментвремени формируется лишь один локальлый признак изображения, как правилоинформация об освещенности одногоконкретного элемента.Вместе с тем во многих случаях, вчастности в условиях импульсной лазерной локации, когда общая интенсивность подсветки меняется во времени, важно иметь возможность пронормировать сигнал от одного элемента на величину полного световогопотока, поступающего на весь фотоприемник, В настоящее время этаоперация мОжет быть произведена,только при отделеееии части полно."осветового потока на. независимыйфотоприемник, Этот же прием приходится использовать, когда необходимо следить за частотой световогосигнала и одновременно сканироватьизображение.Отделение части светового потока снижает чувствительность методоврегистрации, требует сверхточногоизмерения коэффициента деления потока. Б ряде случаев делитель.светового потока может стать источником неконтролируемых помех,Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь светав электрический сигнал с ко.ГЕенсаЦИОННОй СХЕМОЙ ВКЛЮЧЕНИЯ, СОСТОЯщей из базового слоя, нефоточувствительного общего слоя со знакомпроводимости, противоположным знакубазового слоя, двух фоточувствительных делителей слоев и того же знака проводимости, что и общий слой,Общий слой снабжен контактом токоотводящей шины, а делительные слоиконтактами, к которым навстречудруг другу подключены иточники распределенного смещения, Два генератора Симметричного пилообразногонапряжения, на которых формируетсянапряжение в противофазе, соединень СО СРЕДИНЯЕ Тсгяками ИСТОЧЕЕИ(Г;пределенноа смещения, Токо(.щся шина Олектри-:ески ст 1;ащим усилителем 1,2 1,Недоста ком ДаеЕеЕОГО устройстваявлется то, что ОНО нЕ Может РЕгистрировать информацию обо Всемгоступающем световом потоке одновреМЕНЕО СО СкаНИРОВаНИЕМ,Кроме того, В устройстве ограничено быстродейстВИЕ, фотодиоДы работают В сканисторе В режиме пере. -ключения Нетающего нагряжения, иВидеосигнал формируется в моментперехода диода из закрытого сОстОяния в открытое,. При этих условияхнаиболее резко проявляется инеретион"кость фотодиодов, связанная сналичием Времени жизни неосновныхносителеи токаЕще Одним нецостате(ом устроеЕстваявляется ограниченная РазрешающаяСпособность. Вольтовая апертура,сканирования оГЕРеделяется отношеЕЕа - Ос жЕЕЕИ Пробоя р - ЕЕ - р ЕГЕ р .Г 1струкртт Егр к интервалу напряжений ее Е.Е, В:(отором происходитпереход от запертого состояния к0 Е,Е(РЫТОМУ д 1 тсМ= --(ЕЕОЦМНЕтЕтЕ л 011"О ттОСгтрк; - ,аЮЕЕЕ 1 С - "гоВсм потоке Одновременно с информаттие-. 0 его локаеЕьньех тонаахах. повышение ыстроде;."стния и оазрее 11 аюЕЕЕейСтОСОб НОСТИ,к;,з;,н,"я В 01., -. достяе"атся ето В пресбО(езователь сзе 1 а ь элекРический сигнал, содержаЕЕЕий сканистор с нанесенными на ЕОнокристаллтремя сГЕО; - .:;тЕН к;(Он"га:(там двух дели,.Е.(НЕЕ;-.( СЕО(:1 К(;ТОООГ Е ПОДКЕ ЮЧ:-НЫхе;ЕЛОВО смещения н ге 1 ераторы счи"ты 1 аЕ-. е - .0 еаЕЕЕэя,.;ения, а к кота(туобее го слоя под кючен Общий усиливтегеь. ВВЕЧены Два кОЕГРчюЕЕЕИх усияиТЕЛИ СЧИТгЕЕс(г 1 ИЛ т .Зт(от Е(".Х(1 ЕОГО ИЗкоОрых г 10 дклЕгче. к;Еервому Выходчссо " ее(.твуе(аего генер- гора считыВа 1 вще.с еЕНГЕРлжениеВторой Выход которого поЕктЕючее к средней точкесоответ( тву (1 щето источника распределенного смещения,. а также источНИК ПОСТОЯННОГО СМЕЩ НИЛ ПОДКЛЮЧЕНнь:и к ьторому Входу общего усилителя, общий слой Выполнен фоточувствительньЕмт =. Делительные слети - экРаНИРОВаННЫМИ ОТ ВОЭДЕЙСХВИЯ СВЕТатпри этом генераторы очи"ывающегонапреЕе,.ения ООдержат последбвательносоединенные задающий генератор, интегреЕРуищие усилитель и трансформатор, одна из обмоток которого включена между первыми вторым выходамигенератора считывающего напряжения.На чертеже изображена структурнаяэлектрическая схема преобразователясвета,5Преобразователь содержит базовыйслой 1 монокристалла и р )-типа проводимости,на котором созданы Фоточувствительный общий слой 2 р )типа проводимости и делительные слои 103 и 4, экранированные от света. Линейно протяженные р-и-р п-р-п)структуры образуются слоями 2,1 и 3,2,1 и 4, Базовый слой 1 может бытьвыполнен как высокоомным, так и 35анизотропно проводящим, в том числе и разделенным на дискретные элементы. Общий слой 2 снабжен общейтакоотводящей шиной 5, конФигурациякоторой обеспечивает Фоточувствительность общего слоя 2. Делитель- .ные слои 3 и 4 снабжены соответственно контактами 6,7 и 8,9.К делительным слоям навстречу другдругу подключены источники 10 и 11распределенного смещения, а такжегенераторы 12 и 13 считывающего напряжения разной полярности.Общая токоотводящая шина 5 злект.рически соединена с общим усилителем 14. НеФотсчувствительность делительных слоев 3 и 4 достигается,например, нанесением металлических. слоей 15 и 16 поверх слоя изолирую"щего окисла. К выходам генераторов12 и 13 счйтывающего напряжения35подключены кодирующие усилители 17и 18 считывания, К общему усилителю14 подключен источник 19 постоянногосмешения. Генераторы считываютщего напряжения содержат трансФорма Оторы 20 и 21, интегрирующие усилители 22 и 23, задающие генераторы24 и 25,В исходный момент вреь;ени на общий слой 2 спроектировано регистри-.руемое распределение освещенности,Источники 10 и. 11 распределенногосмешения создают линейное падениенапряжения на делительных слоях3 и 4, Генераторы 12 и 13 считывающего напряжения имеют на выходахнулевое напряжение. Вытянутые водном измерении р-и-р ),и-р-и )-струк,туры, образованные слоями 2,1 и 3и 2,1 и 4, находятся под воздейст-вием напряжения,поступающего с делительных шин и выходов генераторовсчитывающего напряженна. В результате диоды одного иэ. делительных слоев слева от .центральной линии - нулевой зквипотенциали - заперты, а 60справа - открытыдиоды же второгоделительного слоя слева открыты, асправа - заперты. Источник 19 постоянного смещения обеспечиваетна общем слое 2 запирающее смеще . 65 ние Оьо . Таким образом, весь общий слой 2 оказывается Фоточувствительным независимо отраспределе- ния напряжений на слоях 3 и 4, Не- основные носители тока, созданные светом в общем сЛое 2, будут" разделены р-п-переходом, образованным общим и базовыми слоями, и поступят либов кодирующий усилитель 17 считываниячерез открытые диоды делительного слоя 3, либо в кодирующий усилитель 18 считывания через открытые диоды делительного слоя 4. Таким образом, в один из кодирующих усилителей считывания поступит Фотоответ от иэображения справа от центральной линии, а в другой - слева от центральной линии. Носители, рожденные светом прямо на эквипотенциалы, разделятся поровну между двумя кодирующими усилителями считывания, Через общий усилитель 14 будет протекать сухарный Фототок от всего иэобпежения, который затем и общем алое 2 разветвится в две цепи - кодирующие усилители 17и 18 считывания,.В следующий момент времени е увеличением напряжения на выходе одного из генераторов. считывающего напряжения и с уменьв)еиием на выходе другого линия нулевой эквипотенциали сместит- ся с центра, Фототок с соответствую- щего этому перемещению участка начнет регистрироваться другим усилителем. Эта переадресация Фототока поУ- воляет .зарегистрировать изменение освещенности иа данном участке, тле. сФорьжровать видеосигнал. Так это может быть осуществлено, если ток с кодирующего усилителя 17 считывания вычесть из йока кодирующего усилителя 18 считывания, а разность продиФФереицировать. Формирование видеосигнала не всегда необходимо при Формировании пространства первичных локальных признаков для опоз" навания объекта. Фактически в процессе того специФического сканиров- ния, которое реализуется данным устройством, производится кодирование изображения. Фоточувствительная структура разбивается на две области с произвольно изменяющимся положением границы. Генераторы считывающего напряжения могут Формировать не только пилообразное напряжение считывания, но и произвольные последовательности импульсов, тогда положение границы будет не плавно скользить по структуре, а изменять свое положение в соответствии с программой. Фотоответ от двух управляемых областей поступает в два независимых кодирующих усйлителя 17 и 18 считывания. В блоке логической сбработки инФормации, который может быть подключен к выходу преоб 1019667разователя не показан) сигналымогут бытьпроиэвольно окрашены,например умножены на ф 1 и -1, возведены в степень, продифференцированы н т.д. Во всех возможных случаях,включая Формирование обычного видеосигнала, мгновенные значения токов,локальные признаки могут быть подвергнуты сравнению (например, прделены) со значением интегральногоФототока со всего Фотоприемника. Пол Оный интегральный ток непрерывно поступает в блок обработки с общегоусилителя 14,Таким образом, преобразовательобеспечивает получение полной интегральной информации об изображенииодновременно с Формированием локаль-.ных признаков изображения.Помимо этого, предлагаемое устройствообладает повышенным быстродействием. Действительно, функциикоммутирующих диодов и функции регистрации светового потока разделеныгдиоды делительных слоев - коммутирующие, диоды общего слоя - фоточувствительны. Соответственно, могут быть;подобраны раздельно параметры этихдиодов, для коммутирующих - сниженовремя жизни, для Фоточувствительныхсохраненб высоким. Но и без Специальных мер, эа. счет использования Фотодиодов в стационарном режиме по питанию время опроса одного элементаможет быть поднято по крайней мере, в два раза, если считать, что всканисторе это время выбиралось в 35два раза превышающим время рассасывания неосновных носителей в базовой области. При использовании локального снижения времени жизни в областях, прилегающих к делительным шинам, быстродействие может быть повышено более, чем на порядок.Предлагаемай преобразователь позвояяет повысить разрешающую способность. Новый принцип формирования видеосигнала перераспределением Фототоков от двух областей между двумя усилителями снимает в значительной степени ограничения, связанные с существованием вольтовой апертуры, поскольку фотодиоды находятся непрерывно в регистрирующем свет состоянии и непрерывно генерируют фототок, который только делится на две цепи, апертурные ограничения разрешающей способности снимаютсявольтовая апертура снижается приблизительно в 5 раз, что следует из решения уравнения Кнрхгофа для цепи с тремя диодами )и остаются ограничения разрешающей способности, связанные с растеканием носителей по базовой области. Для сплошных вариантов исполнения прибора - это порядок 100 мкм, для дискретных - от 30 мкм и ниже, вплоть до единиц. Для дискретных вариантов, реализованных в ФТИ АН СССР им. А.Ф.Иоффе, повышение разрешающей способности в 4 раза было достигнуто на сканисторе из 512 элементов с шагом 30 мкм. Сравнивалась работа прибора в традиционном сканисторном режиме при компенсационной схеме включенид и в режиме перераспределения Фототоков от двух областей.1019667 оставителв В. МаксимоваехредЖ,Кастелевич Корректор А.Дэятко Редактор Т. Кисет Заказ 3729 113035, ская наб.,лиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная Тираж 677 ИИПИ Государственно по делам изобретени Москва, Ж, Раую Подписноео комитета СССРй и открытийд. 4/