SU744790A1 - Полупроводниковый преобразователь - Google Patents

Description

(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1

Изобретение относитс  к области безвакуг умных фотоэлектрических сканируемых устройств .

Известно, что передача информации об изображении в форме значений составл ющих пространственно-частотного спектра изображени , а не в форме видеосигнала, во многих отношени х оказываетс  предпочтительной .

Известны как оптические, так и оптоэлектронные методы разложени  функций по полному ортогональному базису напри- ю мер, построенному на основе базисаУолшаАдамара 1.

Вместе с тем известны полупроводниковые преобразователи энергии светового излучени  в электрический сигнал, содержа- 15 щие по крайней мере одну линейку фотоприемных элементов с контактами и общей шиной линейки ключевых элементов, поэлементно подключенные к контактам фотоприемных элементов, генераторы селектор- о ных и тактовых импульсов, источник питани  и усилитель считывани  2.

Недостатком таких устройств  вл етс  ограниченна  порогова  чувствительность.

При растровом, поэлементно-последовательном опросе, в том числе с использованием накоплени  энергии на емкости р-п перехода или индуцированного перехода (МОПконденсатора ) не удаетс  избежать потерь зар да за врем  накоплени  и эффективность накоплени  всегда существенно меньше 100%.

Другим недостатком  вл етс  большое врем ,необходимое дл  опознани  образа. Формирование из видеосигнала пространства признаков, по которым в дальнейшем сможет быть произведена классификаци  изображений, требует большого времени и большого объема пам ти.

Целью изобретени   вл етс  повышение пороговой чувствительности при одновременном снижении времени опознавани  образа .

Эта цель достигаетс  тем, что усилитель считывани  выполнен с неинвертирующим и инвертирующим входами и электрически св зан с ключевыми элементами, соединенными с контактами фотоприемных элементов , и между генератором тактовых и генератором селекторных импульсов введен блок пам ти.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - графики, иллюстрирующие работу устройства в динамике; на фиг. 3 - один из вариантов выполнени  устройства в виде одной фотоприемной линейки; на фиг. 4 - разрез фотоприемной линейки.

Предложенный полупроводниковый преобразователь выполнен в виде изолированных друг от друга линеек фотоприемных элементов. Каждый фотоприемный элемент может быть, например, выполнен в виде пары встречно включенных фотодиодов, фототиристоров , в виде фототранзистора, фотосопротивлени , пары МОП-фотоконденсаторов и т. п.

На фиг. 1 в качестве примера показан набор линеек из пар встречно включенных диодов, причем глубины залегани  р-п переходов и длина волны регистрируемого света подобраны так, что разделение носителей, созданных светом, лицевым и тыльным р-ппереходами одинаково эффективно. Оба диода могут быть расположены и на лицевой грани монокристалла.

На фиг. 1 тыльный фотодиод образован базовой областью 1 и общей шиной 2. Общие щины снабжены контактами 3. Лицевые фотодиоды образованы базовой областью 1 и дискретными лицевыми област ми 4. Контакты одноименных элементов всех линеек объединены электрическими шинам 5. Контакты к общим щинам подключены к ключевьгм элементам 6, а контакты одноименных элементов линеек - к ключевым элементам 7. Линейка ключевых элементов 6 поэлементно соединена С выходами генератора селекторных импульсов 8, а линейка ключевых элементов 7 - с генератором селекторных импульсов 9. Общие шины через ключевые элементы 6 св заны либо с положительным 10, либо с отрицательным 11 выходом двупол рного источника питани . Обе части генератора селекторных импульсов электрически св заны с блоком пам ти программы работы ключевых элементов 12 и через него с генератором тактовых задающих импульсов 13. Контакты к одноименным элементам линеек 5 через ключевые элементы 7 св заны либо с не-Инвертирующим ,либо с инвертирующим входами усилител  считывани  14.

Такое устройство позвол ет повысить пороговую чувствительность. Наличие усили тел  считывани  с неинвертирующим и инвертирующим входами, электрически св занного через ключевые элементы со всеми фотоприемными элементами матрицы одновременно , позвол ет каждый такт работы снимать информацию об освещенности всех элементов, а не одного, как Это имеет место при pactpOBOM поэлементно-последовательном опросе. Пространственное кодирование этой информации происходит за счет умножени  сигнала с каждого элемента на весовой коэффициент « + 1 или «-1 в соответствии с программой работы ключей, управл емых блоком пам ти через посредство генератора селекторных импульсов.

Работу устройства в целом синхронизует генератор тактовых импульсов. При этом весовой коэффициент «+1 создаетс  на элементах одним из двух способов: либо за счет подачи положительного напр жени  питани  и св зи данного элемента с неинo вертирующим входом усилител , либо за счет подачи отрицательного напр жени  питани  и св зи данного элемента с инвертирующим входом усилител . Соответственно весовой коэффициент «-1 создаетс  на

элементах одним из двух других способов: либо за счет подачи отрицательного напр жени  питани  и св зи с неинвертирующим входом усилител , либо за счет подачи положительного напр жени  питани  и св зи с инвертирующим входом усилител . Только

таким образом могут быть созданы двумерные маски весовых коэффициентов «-1 и «-fl без использовани  весового коэффициента «О, т. е. без потери энергии светового излучени . Таким образом, заложена основа дл  ЮО /о-ного использовани  светового потока, которое реализуетс  на приемном конце при декодировании пространственно-частотного спектра изображени .

Одновременно устройство позвол ет ускорить процесс опознавани  образа. Действительно конструкци  преобразовател  обеспечивает поступление информации о пространственном распределении освещенности в форме пространственно-частотного спектра изображени . Операции над спектром, в отличии от операций над видеосигналом, позвол ют эффективно отфильтровывать неин; формативные составл ющие, исключать вли ние параллельных переносов, изменени  масщтаба,  ркости изображений, использовать непосредственно значени  простран ственно-частотных составл ющих в качестве первичных признаков дл  проведени  раздел ющих поверхностей между классами изображений . Таким образом, число тактовработы устройства может быть существенно меньще числа тактов, обеспечивающих поJ элементно-последовательный опрос всей матрицы .

Устройство работает следующим образом. 3 исходный момент времени на матрицу фотоприемных элементов спроецировано регистрируемое линейное распределение освещенности . В блоке пам ти хранитс  програ .мма смены базовых функций анализа, представл ющих собой полную ортогональную систему функций.

На первом такте работы устройства

Claims (2)

1. (см. фиг. 2) Т& TI под воздействием импульса тактового генератора 13 перва  одноМерна  базова  функци  поступает одновре- менно в генераторы селекторных импульсов 8 и 9. Пусть матрица фотоприемных элементов выбрана квадратной, т. е. число линеек выбрано равным числу элементов в линейке . При TS Ti ключевые элементы соедин ют элементы матрицы с положительным выходом источника питани  и с неинверткрующими входами усилител  считывани  При TS TI синтезируетс  маска фоточувствительности Sii, котора  приписывает всем элементам весовой коэффициент «+1. В усилителе считывани  14 при этом формируетс  сигнал пропорциональный интегральной освещенности всей маски. На втором такте работы устройства (Ts Та) на 1-ой и 4-ой линейке фотоприемных элементов - положительное смещение за счет соответствующего напр жени  на выходах генератора селекторных импульсов . На 2-й и 3-й линейке - отрицательное . На ключевых элементах, св зывающих элементы матрицы с усилителем считывани , сохран етс  одномерна  функци  предыдущего такта. В результате синтезируетс  маска Si гПоследующие такты работы устройства из блока пам ти поступают все возможные сочетани  одномерных функций на ключевые элементы 6 и 7. Соответственно синтезируютс  все маски фоточувствительности Stm- Число масок соответствует числу элементов матрицы. В усилителе формируетс  полный набор сигналов - коэффициентов при членах разложени  изображени  в р д Фурье-Уолща. Следует отметить, что при реализации матрицы фотоприемиых элементов в виде набора линеек полна  электрическа  изол ци  элементов линейки не нужна, Коммутаци  по строкам не св зана с подачей управл ющих напр жений, а только с переключени ми входов усилител , что не приводит к возникновению уравнивающих токов . Полна  же электрическа  изол ци  линеек друг от друга необходима. Кроме того, следует отметить, что устVj . роиство может быть выполнено и на несимметричных фотоприемных элементах: фоГЧ1 и ЛТПutTLILT V /-Ti/ T/ nrMJCvii iJi-Tv i гглтиглито V fr f тодиодах , фото-р-{-п-структурах, фото-МОПструктурах , фототранзисторах. В этом случае один выход источника питани  заземл етс  и за один такт работы устройства синтезируетс  маска фоточувствительности, модулирующа  лишь половину изображени . Втора  половина изображени  при этом не регистрируетс . На втором такте работы устройства заземл етс  другой выход источника питани , и знак незаземленного выхода мен етс  на обратный. Нова  группа очувствленных элементов с весами «-f 1 и «- 1 дополн ет ранее полученную маску до полной. Таким образом, при использовании несимметричных фотоприемных элементов в 2 раза удлин етс  процесс формировани  коэффициентов и тер етс  половина энергии светового излучени , но существенно упрощаетс  структура фотоприемРЮЙ матрицы . Устройство может быть выполнено и в виде одной фотоприемной линейки. В этом случае удобно выполнить линейки ключевых элементов, генераторы селекторных импульсов и собственно фотоприемники на единой полупроводниковой подложке 15 (фиг. 3) в виде единой большой интегральной схемы. Линейка имеет общую шину 16, дискретные участки 17, контакт 18 к общей щине и контакть 19 к дискретным участкам. На той же общей подложке 15 размещена линейка ключевых элементов. Каждый ключ переключает фотоприемный элемент в два положени : либо на неинвертирующий, либо на инвертирующий вход усилител  считывани . Дл  упрощени  топологии линейка ключевых элементов выполнена гто обе стороны от линейки фотоприемных элементов, и соответственно имеет две- общих шины 20 и 21, две группы дискретных участков 22 и 23, контакты 24 и 25 к общим щинам. Аналогично генераторы селекторных импульсов имеют общие щины 26 и 27, дискретные участки 28 и 29J контакты 30 и 31 к общим шинам. К контактам 30 и 31 подсоединены выходы блока пам ти 32, включенного последовательно с генератором тактовых импульсов 33. Контакт 18 к общей шине линейки фотоприемных элементов заземлен , а контакты 24 и 25 соединены, соответственно , с неинвертирующим 34 и инвертирующим 35 входами усилител  считывани  36. В случае использовани  р-i-n фотодиодов I -область 37 (фиг. 4) может быть общей дл  всех элементов. Уже реализована матрица фотоприемных элементов размерностью 32x32, размер элементарной  чейки 620x620 мкм. На исходной пластине п- кремни  марки КЭФ-20 изготавливалась диэлектрическа  маска; служаща  дл  формировани  V-образных канавок на поверхности плас осле окислени  рельефной поверх ч/ /маопшл rvcinciDv n. nci nwov, 1 ri ii«i сдчгтг ности на нее осаждалс  слой поликристаллического кремни  толщиной 250 мкм. Затем слой монокристалла кремни  сошлифовывалс  до вскрыти  раздел ющих канавок. Таким образом, обеспечивалась электрическа  изол ци  диэлектриком отдельных линеек фотоприемной матрицы. После этого на изолированных участках монокристаллического кремни  создавались дискретные участки р-кремни  методом осаждени  из газовой фазы в окна диэлектрической маски. Полученные диоды имеют следующие параметры: интегральна  чувствительность 7,2 мА/лм; плотность темпового токи 1-2.10 А/мм2 при п 10 В; область спектральной чувствительности 0,5-1,0 мкм, дельна  емкость 30 пФ/мм. Качество диэлектрической изол ции быо таково, что токи утечки между элемек7 10 А) тами (1U ) не ограничивали пороговой чувствительности приббра. Использование этой матрицы в режиме интегрального опроса позволило реализовать накопление светового потока, близкое к 100%. Важньш обсто: тельством  вл етс  реализаци  чрезвычайно низких темновых токов фотодиодов , KOTopbie в режиме интегрального опроса суммируютс  по всей матрице. Формула изобретени  Полупроводниковый преобразователь энергии светового излучени  в электрический сигнал, содержащий по крайней мере одну линейку фотоприемных элементов с контактами и общей шиной, линейки ключевых элементов, поэлементно подключенные к контактам фотоприемных элементов, генерато744790 рыселекторных и тактовых импульсов, источник питани  и усилитель считывани , отличающийс  тем, что, с Целью повыщени  пороговой чувствительности при одновременном снижении времен опознавани  образа, усилитель считывани  выполнен с инвертирующим и неинвертирующим входами и электрически св зан с ключевыми элементами , соединенными с контактами фотоприемных элементов, и между генерато-ром тактовых импульсов и генераторами селекторных импульсов введен блок пам ти. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Oliver С. 3. «Optical image procesing ву miltiplec coding -appl Opt, 1976, V, 15, № 1, p. 93-106.
2. 2.Pfleiderer H. «All soliol state.irnagers Laser-75, Opto-Electron Gout, Proc Munich, 1975, Guild ford, , p. 82--87 (прототип).

   ff1f,,.A

   N-l -Гт

   9

   v

   ЯП

   -«о

   CO

   I

   ; йаКей# ; з- .г::гг е гьта В й&Кйн;ч 1- -.