Прибор с зарядовой связью для автофокусировки изображений Советский патент 1990 года по МПК G03B3/00 

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть использовано в устройствах автофрку- сировки оптической аппаратуры, в частности в фотографических аппаратах.

Целью изобретения является получение выходного сигнала, непосредственно характеризующего фокусировку изображения.

На фиг. 1 приведена схема функциональных частей прибора; на фиг. 2 - электрическая схема прибора; на фиг. 3-6 - структурные схемы, функциональных частей прибора и эпюры потенциальных ям, индуцируемых

в полупроводниковой подложке поданным на электроды напряжением; на фиг. 7 - временные диаграммы напряжений на электродах.

Схема функциональных частей прибора включает (фиг. 1) ряд фотодио-. дов 1, секции 2 и 3 накопления и переноса зарядов, секции 4 и 5 переноса считывающих регистров, выходные устройства 6 и 7 считывающих регистров, отдельные каналы 8 и 9 входного устройства дополнительного регистра 8 и 9, секцию 10 переноса дополнительного регистра и выходное устройство 11 дополнительного регистра.

СЛ

& СО

1

CD

Электрическая схема прибора (фиг. 2) содержит полупроводниковую подложку 12. Ряд фоточувствителъных элементов 1 содержит фотодиоды 13 и стопорные диффузионные шины 14 (не показаны). Устройства 2 и 3 накопления и переноса зарядов содержат разделительные 15, накопительные 16 и затворные 17 электроды. Устройства 2 и 3 переноса зарядов разделены на ячейки соответственно фотодиодам 13. Секции А и 5 переноса считывающих регистров содержат электроды 18-20 переноса соответственно первой, вто- рой и третьей фазам управляющего напряжения (трехфазная система взята для примера). Выходные устройства 6 и 7 считывающих регистров содержат экранирующие 21, выходные 22 и экранирующие 23 электроды, стоки 24, транзисторы сброса ТС1 и Тсг, выходные транзисторы Tgf и Т81, нагрузоч- I ные транзисторы THf и Т, вывод 25 затворов транзисторов сброса, вы-

вод 26 стоков выходных транзисторов, вывод 27 затвора нагрузочных транзисторов, вывод 28 стоков транзисторов сброса и истоки 29 дополнительного регистра. Входное устройство дополнительного регистра имеет два одинаковых параллельных канала 8 и 9, один из которых содержит барьерный 30 и входной 31 электроды, а другой - барьерный и входной 33 электроды,

Секция 10 переноса дополнительног регистра содержит электроды 18 - 20. Выходное устройство 11 дополнительного регистра содержит экранирующие электроды 21 и 23, сток 24, выходной электрод 34, затвор 35, транзистор сброса тсз , выходной транзистор Твз , нагрузочный транзистор Т нл, вывод 25 затвора транзистора сброса, вывод 26 стока выходного транзистора, вывод 27 затвора нагрузочного транзистора и выход С дополнительного регистра.

Выходные устройства (фиг. 2) для примера представлены с выходными электродами, подобными остальным электродам, могут быть также выполнены в виде диффузионной области, имеющей тип проводимости, противоположный типу проводимости полупровод- никовой подложки, причем транзисторы сброса в этом случае не требуются.

5 0 5

5

0

5

0

5

0

На фиг. 3 - 6 приведены эпюры потенциальных ям, индуцируемых в полупроводниковой подложке 12 с диэлектрическим слоем 36 поданным на электроды напряжением: штриховка обозначает уровень заполнения потенциальных ям зарядами, стрелки показывают направление перемещения зарядов, tf , t2 и так далее - последовательные моменты времени, Q , Q и так далее - последовательные заряды. На фиг. 7 индексы U соответствуют обозначениям на фиг. 3 - 6„

Прибор работает следующим образом .

Фотогенерированные заряды из ряда фоточувствительных элементов 1 в течение времени прямого хода по строке накапливаются в устройстве 2 переноса зарядов от нечетных фоточувствительных элементов и в устройстве 3 переноса зарядов от четных фоточувствительных элементов. Для этого (фиг. 3, эпюра -Ц ) под накопительными электродами 16 индуцируют более глубокую потенциальную яму, чем под разделительными электродами 15, а на затворные электроды подают запирающее напряжение.

После завершения накопления последовательным изменением напряжения на электродах 15 и 16 заряды переводят в регистры 4 и 5 под их электроды 18 (фиг. 3, эпюры t2-tj.) и начинают очередной цикл накопления. Переведенные в регистры 4 и 5 заряды последовательным изменением напряжений на электродах 18-20 перемещают к выходным устройствам 6 и 7, считывающих регистров (фиг. 4, эпюры 16- t«).

Электроды 21 и 23 находятся под постоянным напряжением и экранируют выходной электрод 22 от наводок с электродов 18 - 20. Транзисторы сброса Тс ключевые. Через эти транзисторы раз в цикл, т.е. перед считьюанием очередной строки, подают на выходные электроды 22 установочное напряжение, после чего оставляют эти электроды под плавающим потенциалом. Если выходные электроды 22 выполнены в виде диффузионной области в подложке 12, то транзисторы сброса Т с не требуются. Заряд Q, попадающий под электрод 22, индуцирует на этом электроде напряжение IVQ/C, где С - емкость нагрузки на этот электрод. С выходных электродов 22 импульсы напряжения

поступают на истоковые повторители, образованные транзисторами , THi и ТВ1, ТН1, Стоки 24 служат для вывода считанных зарядов.

Импульсы 11д и U Ј с выходов А и Б этих истоковых повторителей поступают одновременно на оба канала 8 и 9 входного устройства дополнительного регистра, Канал, содержащий электроды 30 и 31, формирует заряд Q lUA-U6 если |ил | lUgl. Канал, содержащий электроды 32 и 33, формирует заряд Q UА- U6 , если |U д | IUg| . Таким образом, входное устройство дополнительного регистра последовательно формирует заряды Q. |Ид- Ug|,, где i - порядковый номер заряда в считывающих регистрах 4 и 5„

Формирование заряда Q. происходит следующим образом (фиг. 5 и 6, эпюры t7 , t а и Ц.). После появления импульсов U и Ug на электродах 30 - 33 снижают напряжение на истоках 29. Заряды из истоков 29 заполняют потенциальные ямы под этими электро- дами. Затем напряжение на истоках 29 -повышают до исходного уровня, при этом происходит перетекание зарядов обратно в сток 29. Заряд Q остается либо под электродом 31 , либо под электродом 33.

Далее заряд Q; поступает в секцию 10 переноса, электроды 18-20 которой присоединены к одноименным электродам считывающих регистров 4 и 5, и перемещается к выходному устройству 11 дополнительного регистра (фиг0 5 и 6, эпюры t ti- tfj-).

Выходное устройство 11 дополнительного регистра имеет такую же схему, как и выходные устройства 6 и 7 считывающих регистров, и функционирует аналогичным образом. Экранирующие электроды 21 и 23, сток 24 выходного устройства, а также выводы 25 - 28 истокового повторителя и транзистора сброса присоединены к одноименным выводам выходных устройств 6 и 7 считывающих регистров. Особенностью дополнительного регистра является то, что его затвор 35 имеет отдельный вывод, а не присоединен к соответствующей шине, объединяющей электроды в секции 9 переноса, как это имеет место в1 считывающих регистрах.

Затвор 35 находится под запирающим напряжением, пока все заряды Q,-;.

0

5

0

5

0

5

от i 1 до i п, где п - число пар фоточувствительных элементов в ряду 1 , не переходят в потенциальную яму под выходным электродом 34 (фиг. 5 и 6, эпюра t ). В принципе устройство допускает накапливать под выходным электродом 34 любую порцию зарядов Q., которая определяется скважностью между отпирающими импульсами на затворе 35.

Сигнальные импульсы на выходе С

устройства Uc - 2 Q . - 21ил- U& |. .

Так как значения U. и U6 соответст- i вуют распределению освещенности вдоль ряда фоточувствительных элементов, то размах импульсного выходного напряжения устройства дает сумму абсолютных значений производных от освещенности, взятых с шагом расположения фоточувствительных элементов .

Наилучшая фокусировка изображения наступает тогда, когда значение указанной суммы достигает максимума,

Таким образом, устройство позволяет получать на выходе прибора с зарядовой связью напряжение, которое непосредственно характеризует состояние фокусировки, без обработки выходного напряжения на внешних устройствах, например в ЭВМ.

Формула изобретения

Прибор с зарядовой связью для автофокусировки изображений, содержащий ряд фотодиодов, соединенные последовательно первую секцию накопления и переноса зарядов, первую секцию переноса считывающего регистра и первое выходное устройство считывающего регистра, отличающий- с я тем, что, с целью получения выходного сигнала, непосредственно характеризующего фокусировку изображения, в него введены вторая секция накопления к переноса зарядов, секция переноса считывающего регистра и выходное устройство считывающего регистра, соединенные последовательно аналогично первым, первый и второй отдельные каналы входного устройства дополнительного регистра и выходное устройство дополнительного регистра, причем группы из четных и нечетных диодов соединены с входа-,

ми различных секций накопления и переноса зарядов, первый и второй отдельные каналы входного устройства дополнительного регистра подключены входами к выходам первого и второго выходных устройств считывающих регистров соотгетственно, а выходами присоединены соответственно к первому и второму входам секции переноса дополнительного регистра, выход которой соединен с выходным устройством дополнительного регистра.

Прибор с зарядовой связью для автофокусировки изображений относится к области полупроводниковой электроники и может быть использован в качестве датчика автофокусировки в оптической аппаратуре. Целью изобретения является получение выходного сигнала, непосредственно характеризующего фокусировку изображения. Прибор содержит ряд фотодиодов, два канала, состоящих из последовательно соединенных секций накопления переноса заряда, секции переноса считывающего регистра, выходного устройства считывающего регистра, входного устройства дополнительного регистра и выходного устройства дополнительного регистра. При этом данные цепочки входами подключены к четным и нечетным фотодиодам, а выходами подключены к первому и второму выходам секции переноса дополнительного регистра, на выходе которого формируется сигнал автофокусировки. Прибор определяет сфокусированность изображения по максимуму коэффициента контрастности, который, в свою очередь, определяется по разнице выходных напряжений каналов, подключенных к четным и нечетным фотодиодам. 1 ил.

20 /5 /3 оо о

17 /6 /5 5 16 П

i -.ЖгЬй

18 /9 20 оо о

Фиг.2

//

tt U .. Cf

Ј34J0 уЗЗ OJ8J9 ,n W rMi X ir nr

«

V.

, 3 i

:m

TLF

ь

7Д

LJ LJ ,eLJ Т

(/

LJ JZT

7 и LJ

4 ь-JMra- IZJ и-itearei--iSCir

% y«

v i/«

ич;;я 4j и ii i-nnj

U jlsutePriSI

Cb««.J

7Д