Фотоэлектрический формирователь кодированных сигналов

51 ЮЭ СОВЕТСКИХ ИАЛИСТИНЕСКИХ РЕСПУБЛИК СТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР ГОСУДА ВЕДОМ ОБРЕТЕНИ ги 1 ОПИСАНИ ельст авторскому свид ствам дпя преобразования оптичегких изображений в электрический сигнал Сугцногть изобретения с целью повышения быстродействия в фотоэлектрический формирователь кодированных сигналов, ссдержац 1 ий ряд Фотодиодов, секцию кодирования и секцию с гитывания с преобразовать паями напряжения в заряд, секция кодирования выполнена з виде ячеек каждая из ко ярых ссддцРит .,юшбт зовьй кодируюьций, стоковое эге г,ы и ток ВСЕ ЗПЕК;рпттЫ иМЕЮт ПОСЛЕдОВат.-,нуЗарядОяУЮ связь За;.;ющие электроды, прина;тг;жашие к одному сто. 1 бцу секции когГирс вания, гаисоединены через истокоеый повторитель к фстодиоду это о столбца Базовые, стоковые электрг ды и стоки всех ячеек присоединены к выводным шинам, а кодируюьцие электроды объединены стокояыми шинами сч ип ъединение(54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬ КОДИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ(57) Использование: фотоэлектрический формирователь кодированных сигналов относится к устройИзобретение от 11 осится к области полуправодп капой электроники, д именно, к усГройствэм Дпя преобразовдния оптическихиэображений в электрические сип 1 аль 1, Онпможет быть использовдно в телевизионнойтехник, в системах рдсп,":1 насд 1 ия обг 1 зов, в устройствах дн;:пиза и о работки сигналов,Целью изобретс 1 ия является ус:. - ;нение указанного недостатка, а им;нно, повышение бь страдействия,Устройство пояс. ется чертеком, 1 денд Фиг, 1 прерстдвле 11 д электрическая схе 11 д, на фиг, 2, 3, 4 ппиведень структурнаясхема и эпюры потециаль 1.11 х ям, инд;ц -руемых в полупроводниковой подложке пэддннь 1 ми на электроды ндг 1 ряжен 1,пми; ндфиг. 5 предстделе 11 ц 11,еменн 110 дпэграммыа Г;ряжений.Фотоэлектрический 4 ормирпвэгепь кодирован 11 ых сигналов сотБркит ряд фотод: -ОДОБ 1 ряд истокавых псеТари 1 елеЙсостав,1 енных транзисторами Т 1, Т 2 и приса",1,11 сн 11 ьк стакд 11 и к Бываднаи шине 2 рядт,.анзисторов сброса Тз, затвори которыхприсоед,1 е 11 ы к нь одой шине 3, д стоки Б 11 е 1-.Д 10 Й ши 1 с. 4, Скц 1 я КОД 1 родд 1 иэого Тсрмировдтел: Оставлена из я "-.01;,:дп 11 согласна заданной 711 кции кодирозд:1 Я, имеет.; Кодиру 1 ащий эпектпод 9.ЫеждудектО;ами 5, 6 ,О или 5, 6 7,8,9,ЪДС.ПОЛОКЕННЦМ ПОСЛЕДОБДГЕЛ:НО, ЕЕ ;:,1 др.- Двд, связь. Задд 1 ащие электродь 5,11 риь 1 ддлежд е к ОдОй строке секции ка.ирода 1 ия последс вателььэ присоеди1 1: БХОДУ БРаГ; ИСТГКОЬ)10 11 ОЕПОРИТВЛЯ.: 1 авпенчс" 01 рд 1 эи 10 пами Т. и Т", Вдэ 1 дые злсктрод 6, стоковые е 11 И 11 ы 7 и стоки 8при",Оед 11;нцБь 1 вад 1 ым шинам с тай ж:нумнрациай сади руюцие электроды 9, и ринад 1 еждщэ к одной строке секции кодирован я пр.Гоединены к общей для ни.СТГ 01 Ой ШИНЕ ПР 1 СООД 1 НЕННой К ИСТОКУ.,;.: 1, м Обь. дКщим кцдиру 1 ощие электОды У, 01 исосди 101.и эь 1 кад 11 ь 1 е электродыС,С .ЦИЯ С 1 ИТЫБДНИЯ СОДРРЖ 1 Т БЫХОДНЦЕз,ек 1 зады 12, спао 1 ьс "лсктрады 13, здтваисгоков 14, стоги ,5, барьерные электроды 16, накопительные эл .роды 17здтдарнц; ";ло 1 рсдц 16, расдепеннц= нд г, 10 15 20 25 а3 35 4 л 45 г,б 55 строки соответственно выходным электродам 12 и пбьединенные выводными шинами с той же нумерацией. В секцию считывания входит также регистр, содержащий электроды переноса 19, 20, 21, разделительный электрод 22, плавающий электрод 23, затвор 24, сток 25, транзистор сброса Т 5, выходной транзистор Тв, затвор транзистора сброса 26. На фиг. 2, 3, 4 слой диэлектрика 27, полупроводниковая подложка 28, т 1, т 2 и т.д. - гтаследовательны моменты времени, ив напряжения на элекгродах, индексы О соотвегствуют номерам позиций. Штриховка показывает уровень заполнения потенциальных ям зарядами, а с релки-направление переноса зарядов.На Бцьодые шины, отмечснные индексами на фиг, 5, кроме Итв - выходного наи ряжения, подают периодические импульсные напряже 11 ия, нд остальные выводные шины - иост.чнные напряжения.Пре Глагдемое у 1,ройства функ 1 ионирует следующим абразом, В момент Боемени с пода от огпирающее напряжение чеоез шину 3 на затворы транзисторов сброса Тз. Фотодиады 1 заряжаются до напряжени 1, подаваемого на шину 2, На выходах истоковых повторителей, составленных трднз ",стор: ми Т 1 и Т устадвливается то ,е самое напряжение, что и нд фотодиодах 1. Это же ндпрякение устанавливается нд задающих электродах 5, В этот ке маме 1 Бре 1 ени ".; подают отпира 1 ощее напряжение через шину 10 нд затворы транзисторов сброса Т 1, при этом на кодирующих электродах 9, нд обьединяющей их строчной шине и нд выходных электродах 12 чстднавливдется то же самое напряжение, которое подают на шину 11, В этот же момент време 1 и с 1 подают атпирающее напряжение 11 а сгоковые электроды 7 и затворы стоков 14.В момент времени 12 подаюг нулевое напряжение на с;оки 8 и 15. Заряды из стоков 8 заполняют потенцидльные ямы под электродами 5, 6, 7, 9, Заряды из стоков 15 заполняют потенциальные ямы под электродами 12, 13, 14 Переходу зарядов под затворные электрсды 18 препятствует поданное на эти электроды запирающее напряжени 1 е.В мпмсч 1 т времени тз напряжения на стоках 8 и 15 возврдща 1 ог к исходному значению. Происходит сбратный отток зарядов в стоки 8 и 15 из по; нциальных ям электродов 5, 6, 7, 9 и электродов 12, 13 14. При этом 1 отенциальные ямы зада 10 щих электродов 5 оказываютсч заполненными зарядами до уоовня патенцидпьныл ям под базовыми1823718 потенциальной я лы в потенциальную яму накопительного электрода 17 вытесняется заряд Он=.ОСе, где Сь - емкость выходного электрода 12, Из приведенных Формул следует, что С С з в СС Ф Ф1 О В момент времени тг на барьерные электроды 16 подают запирающее напряжение. Накопление зарядов О, под накопительными электродами 17 прекращается. В этот же момент времени и подают отпирающее напряжение на затворные электроды 18, заряды Он начиняют при этом переходить под 15 р ср с х С С СС Ф Фгде суммирование происходит толька потем фотодиодам, для которых имеется кодирующий электрод 9 в том ряду кодирующихячеек, к которому принадлежит данный выС С т ССС ф 16 Фтходной электрод 12. Суммирование осуществляется одновременно и раздельно для Для однородности преобразования во всех выходных электРодов 12. Так как на- всех столбцах устройства требуется иметьпряжение на выходном электроде 12 изме- одинаковым для них значение коэФФициенняется на величину О. то из его электродами 6, а потенциальные ямы под выводными электродами 12 оказываются заполненными зарядами до уровня потенциальных ям под опорными электродами 13, т.е. происходит процесс уравнивания потенциалов между потечциальными ямами укаэанных электродов.В момент времени 14 подают запирающее напряжение на затворы 3 транзисторов сброса Тз, на стоковые электроды 7, на затворы стоков 14. С этого момента фотодиоды 1 оказываются под плавающим потенциалом. Электронно-дырочные пары, генерируемые светом в самих фотодиодах 1 и в примыкающих к ним областях полупроводниковой подложки 28, разделяются на р-и-переходе. В фотодиодах 1 происходит накопление зарядов, что приводит к изменению их потенциала на величину Оф - -Оф/Сф, пропорциональную экспозиции, где Оф - накопленный в фотодиоде заряд: Сф - емкость фотодиода. Напряжения Оф с фотодиодов 1 поступают на входы истоковых повторителей, составленных транзисторами Т 1 и Т 2, повторяются на их выводах, к которым присоединены задающие электроды 5.В момент времени 1 в, который может совпадать с моментом времени 11, подают запирающее напряжение на затворы 10 транзисторов Т 4. Присоединенные к истокам транзисторов Т 4 шины и связанные с ними кодирующие электроды 9 и выходные электроды 12 оказываются под плавающим потенциалом. Так как напряжение на задающем электроде 5 изменяется на величину Оф, то из его потенциальной ямы в потенциальную яму кодирующего электрода 9 выте няется заряд 0=ОфСз, где Сз - емкость задающего электрода, Так как кодирующие электроды 9, выходной электрод 12 и связывающая их шина, имеющие суммарную емкость С находятся под плавающим потенциалом, то их потенциал. в том числе, потенциал выходного электрода 12 изменится на величину 20 25 30 35 40 45 50 электроды 20 выходного регистра. Для полного вытеснения зарядов Он в выходной регистр в момент времени 14 подают запирающее напряжение на накопительные электроды 17, а в момент времени сю - на затворные электроды 13. С момента времени 11 з начинается очередной цикл формирования зарядов 0, Далее под действием фазных напряжений, подаваемых на шины 19, 20, 21 заряды О, последовательно перемещаются вдоль регистра к его выходному устройству, которое Формирует импульсы выходного сиг.ала соответсцуюц 1 ие О Это происходит следующим образом, В момент времечи 11 з на затвор 26 транзистора сброса Тв подают отпирающое напряжение, на электроде 23 устанавливается то постоянное напряжение, которое подают на сток транзистора Тз.В момент времени 115 подают запирающее напряжение на затвор 26;сэнзистора Т 5, а элетрод 23 остается пад плавающим Г 1 отенциалам. В момент времени т ; подают запирающ;е напряжение на шину 20, заряд Он перебродит под электрод 23 и изменяет плавающий потенциал электрода 23 на величину Отб=СЬ,/Ст, где Ст - суммарная емкость электрода 23, затвора транзистора Тв, истока транзистора Тв и соединяющей их шины. Транзистор Тв обычно ставится е режим истакового повторителя так, что Отв дает значение Ос - напряжения импульсов выходного сигнала. Иэ приведенных фор. мул следует, что1 Ю 3 11(1 гОк)(ч у2 г,(. ( г/С. ( Г:ЭТС)1 КГз 1 фиц(Л.1 ГуфОДВа Г)ЫГ ПРИ ДЕНС ТГЕДД" и Г Г РВ;:тук)цих электродо и г(клд(су и Вих их шин 3. о реГОГВдние выполнимо тдк кдк в предлагаемом угу( ойгэ им( (В лесто т )ологическзя иденти остьг, х(о г. ОЛГНо И СТРОКБ предлааемом устр(уйсте кодирод ние проводится не по клзссич скигл, з о модифицированным Функциям Уэлша, Пусть 1 с обозначает порлдковьй голе 1 т фото. ЧуГБИТРЛЬНОГ О ЭЛЕГЛЕН) д 0ГЧИТС)11 ЫЙ ГВП оы 1 с, д К обозначает порядГо,Й номер элементарной функции из семейства ФугкВий Уолша. Числа 1 с, К п 1)инимзот эндчени:, от 0 до М - 1, Рдэложение по глодифициро; энным функциям Уо)д имеет 111 г- тЦВК) = / 1: (К) д 1 (К, )с)(. уч ивх О дО Г )л и 1) я(:и ик Рро"о ;ВВ(1:л.)д), су)ответст)у: - .щэго эле(,р офуц с порядкс )Ыл НР(, е,;ом КЕ. э (ой и Ос л.) с ифл х форм улзхОг.;ив; ь щий :ЗФФИОИЛ Т СПугцв, тдК КаК фу- роно.дние предлок.еОгп устр ч ствд 1 С ЗД(СИО) К(:фКРР Но О ЗНД 1 РНИЯ ЭОГО ко-+и 1.:е тд Зддэча В)остра уственного опт:,;алього преобрэзов;1 из ил ч чгэ )с дз:ГчОГГ) ус ГроЙствд то жо сдм)е, эдддз .; Ормировдия код уванных сигна,)оз изобод;кгня, сс Грит в том, чтобы 1 а выходерибора пс у ить сигналы. в(,личинз кг)тс)- 1,х Г;1)( дс;,.:пяет знаения Трансформат, у еК) для К пт 0 до М.,В)укция Уолша )аИК, 1 принимаетькс) дгд значения -1. или -1. см, например 13. 4). 1 Оз Ток) МОдиФИцИрОаа Н Ндя фуНКцйя Уо. ша а 1ГК,)с) = - ,)ьа, 1 К,1 с)+111Е 1; умс)",Г тп(ько дэ з 1 се 11 я 0 ил(11, л Го с згдчдет, чтоля каждОГО Г)тсчетс 1.усК) ну)кго выполиь Р/1 нствегОе действие .гл/ ;Вть суглм, си(.алов с тех фоточувствие(ньх;)леглРН) ов, для которы: пд 1(К, 1;)-.1,Здл тим чо рд -, и;:егие по к,пассичеким .", /к,ягл /гвд " , по )гуд 1 СК, 1;), кдк в из)г В В ы х д ндл а1 с . З) т 1 эРГ)уРт боль 1 РГГ) 1 спд дЙгий; надо ппу ить сумму си(нзпп (; тех ФОГО угти пьных элементов.для которых уэ 1, .) и, получить сумму си- НЗЛГ) С ГС.Х ФТО устИВЛЬНЬХ ЗЛРМРНТПЯ, для кОГГ)рых "уд 1(,К, 1 ф) ) )Ыпст. иэ ПРрвпЙ гуммы вторую, 11) к 1 анов уменьшеие числа необходимыу действий гоптвРтгтен- НО УПРОЩДЕт СДГЛО У(:т Гс)ИСГО И УГРаПЕ 1 ЛЕ 10 илл такое преобрао(;)ниР называют пряпльг и отличие и) (згнпго, когда по иэве стым зндчениягл (3,К) восстднзливдк 1 функцию ГУ. Обратное Грг;пбрдзовзниЕ может напримРр, про(лзвг)дить предстдв Очное в 12) уст)исо Заме)игл глРдуюцее. Обрз ое преобрззс в;ние по моди 1 ицировднн г Ф кциям Уолвд имеет гпедувещий видГВ20 1 с) : ) 1.(К),Г)1 11., 1 с)(. о к=о Первая суглмз дает Г(1 з Гордя . НеэдГ 1 с ЯЦ У с) от У ГУ О) лВГ 1 ы ( Г) аи н У. Б и Д н О,С Н)п Г)ри ГдГ)л 1 рсобргзогд происходити;генс ие ост "янной состдвляюцей. Это"е)ся екотор.м недостатком кодировд.ни. Г)о глодис)Ицровз 1 ыгл Функцицгл Уол)д по срачОнио с к(удированием по 35 кпа гическигл Функциям Уолиз. Для боль)инствд зддзч величина постоянной составляющеи НР содержит полезной информации Крое того, постогннзя составляющая может быть устдноленд с по мощью внешнего устройства. 1 дк чтопреимущества устройства, основанного на ллодифициро(с)нных Функциях Уолшд, существенно преь(вдОт его недостаток.В астоящем устройстве связанная с 45 выходым электродом шина 12 объединяеткодируошие электроды 9. Каждая такая шин;) расположена вдоль той же оси, чо и фо одиоды, При этом координате кодируощего электрода 9 соответствует Гд,дя же 50 координата 1( фотодиода 1. Наличие или отсутствие г я ейке кодирующе(О эпвктРодз 9 соотвРствут заданной дл, ддного столб ца функции лд 11 К, 1 Для тех 1 с, при которь гуд 1 ГК, 1=-1, Уодируощий электрод в ячейке 55 имеется, а для тех 1(;я которьх дд 1(К, 1 с) О,такого электрода в ячеике нет Гоэтому здесь напряжениГ импульсов выс)дного сигнала ппределяе)ся Формулоии (к) = -.-.". ), (к (к,)с,1 1 лк кл (3 111 " 1 (11 пю и ч оэп,чл., чгпиглпуллсл л,. пдчпплп 1 чх ч чпрпдс.тлвлчк, об в 1 пилс)1)г 1 энтн 1 глэлп Формула и-обретения ЭООЭ 1 Г 11 РИ :Г :ИИ ФОРЛИРОВА 1 Е 1 Ь КС 1 ДИРОВЛНН 1)1 Х СИГНАЛОБ, содержащий ряд Фотодиодов, секцию кодирования и секцию счи 1 ывания с преобразователями напряжения в заряд, отличаюинаст тегл, что. с целью повышения быстродействия, секция кодирования выполнена в виде ячеек, каждая из которых содержит задающий. базо,+. ч 1 у ц и 1(1,) пп мп;1 ифи 1 и 1)ованннмЛ,Л 113 Г 1 Л 133 Л вьй, коли 1 вюц 1 ий, стоковнй электроды и сток, имеющие последовательную зарядовую связь, при этом задающие элекроды, принадлежащие к одному столбцу секции кодирования, присоеди)ненн через истокпвый повторитель к фотодиоду этого столбца, базовые стоковые элекгроды и стоки всех ячеек присоединенл 1 к выводным шинам, а кодирующие электроды объединены стоковнми шинами.1823718 Гб Со Те ктор С,Кулаков акаэ 973 патента ущскь арина, 1 Прои фУ 1 В итель В,КручинкинаМ,Моргентал ТиражНПО "Поиск" Р113035. Москва. Женно-издательский комбинат Па ектор Г,Пдпписное я наб 4/5т", г, ужгород ул