Фотоэлектрический преобразователь для устройств выделения признаков изображений Советский патент 1991 года по МПК G06K9/00 

1

(21)4679462/24 (22) 18.04.89 (46)23.10.91. Бюл. №39

(71)Институт проблем управления

(72)В.Д.Зотов, А.М.Григорьев, О.К.Аробелидзе и Р.Р.Бабаян (53)681.327.12(088.8)

(56) Зотов В.Д. Полупроводниковые устройства восприятия оптической информации. - М.: Энергия, 1976, с.59-61.

Авторское свидетельство СССР N: 1228129, кл, G 06 К 9/00, 1984. (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ УСТРОЙСТВ ВЫДЕЛЕНИЯ ПРИЗНАКОВ ИЗОБРАЖЕНИЙ

(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах распознавания и обработки изображений, а также в измерительных системах. Цель изобретения - увеличение чувствительности на ее фронтальной стороне кольцевой электрод с омическим контактом и две пары периферийных электродов, расположенных внутри кольцевого электрода. На полупроводниковой пластине с ее тыльной стороны последовательно расположены диэлектрический слой и резистивный слой с омическим контактом. 2 ил.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах распознавания и обработки изображений, а также в измерительных системах.

Целью изобретения является увеличение чувствительности преобразователя.

На фиг. 1 схематически показан фотоэлектрический преобразователь; на фиг, 2 - то же, совместно с одной из возможных схем его включения.

Преобразователь содержит полупроводниковую пластину 1, пары периферийных электродов 2 и 3, диэлектрический слой 4, резистивный слой 5 с омическим контактом, внешний кольцевой электрод 6 с омическим контактом. Схема включения преобразователя содержит нагрузку 7, блок 8 измерения интегральной освещенности, формирователь 9 управляющего напряжения, источник 10 питания (постоянного напряжения показан условно), идентичные дифференциальные усилители 11 и 12.

Преобразователь работает следующим образом.

Формирователь 9 управляющего напряжения формирует напряжение прямоугольной формы, прикладываемое к кольцевому электроду 6 и резистивному слою 5. Это приводит к возникновению радиального электрического поля в полупроводниковой пластине 1. Прикладываемое напряжение имеет полярность, способную уменьшить концентрацию основных носителей заряда вблизи границы раздела полупроводниковой пластины 1 со слоем диэлектрика 4 Амплитуда и длительность импульса напряжения выбираются достаточными для образования приповерхностного слоя (с тыльной стороны полупроьгячиковой пластины 1) обедненного основные носителями заряда. При этом конфигурация пространственного заряда обедненного слоя отражает конфигурацию внешнего электрического поля, задаваемого посредО 00 О О О

ством кольцевого электрода 6 и резистивно- го слоя 5.

За время действия импульса обедняющего напряжения неосновые носители заряда генерируются излучением, формирующим анализируемое изображение и направленными на фронтальную поверхность полупроводниковой пластины 1. При этом неосновные носители заряда из объема полупроводника начинают диффундировать к границе раздела полупроводника с диэлектриком в область пространственного заряда. Причем время жизни неосновных носителей, а следовательно, и значение диффузной длины пассивного носителя возрастают по мере уменьшения концентрации основных носителей.

В паузе между прямоугольными импульсами напряжения все неосновные носители заряда, скопившиеся вблизи границы раздела полупроводниковой пластины 1 со слоем диэлектри..а 4. устремляются вглубь полупроводниковой пластины 1, к области прилегания кольцевого электрода 6, где они рекомбинируют с основными носителями, вызывая появление сигнала на нагрузке 7. Этот сигнал соответствует интегралу по площади фоточувствительной поверхности, т.е. интегральной освещенности или двумерному моменту нулевого порядка,

Uoo KT /Дф l(x, y)dxdy/x, , (1)

где Uoo - сигнал, соответствующий интегральной освещенности;

х, у - линейные координаты вдоль оси, проходящей через центр кольцевого электрода и центры каждой пары периферийных токосъемов;

Аф - фронтальная поверхность полупроводниковой пластины;

(х, у) - распределение интенсивности излучения, соответствующего анализируемому изображению;

К - коэффициент пропорциональности.

В блоке 8 сигнал интегральной освещенности с нагрузки 7 усиливается, детектируется в сигнал постоянного тока и этот усиленный сигнал поступает на вход формирователя 9 управляющего напряжения, вызывая изменение амплитуды прямоугольного напряжения на его выходе соответственно изменению мощности светового пятна (изображения), тем самым изменяя амплитуду радиального электрического поля. Такая модуляция концентрации неосновных носителей радиальным электрическим полем компенсирует уровень интегральной освещенности в выходных дифференциальных

сигналах, возникающих на парах ортогонально расположенных периферийных электродов 2 и 3.

Дифференциальный сигнал с периферийных электродов 2 и 3 по линейной координате х пропорционален двумерному моменту первого порядка от анализируемого изображения: 6 ивых(х0) К г / xl(x, у) dxdy(2)

Благодаря компенсации уровня интегральной освещенности (1) в выражении (2) выходной дифференциальный сигнал датчика U23(xo) соответствует координате энергетического центра тяжести изображения

U23(o4 ивы(Хо)(Х/1( УН 23 ° UooJ l(x.y Jdxd у

о

Сигнал, соответствующий признаку у0, U23(yo) формируется аналогичным образом (одновременно с сигналом, соответствующим Хо)На выходах усилителей 11 и 12 получают усиленные сигналы 1)2з(х0) и U23(yo), соответствующие линейным координатам центра

тяжести изображения

Таким образом, в целом фотоэлектрический преобразователь позволяет выделять сигналы, соответствующие следующим признакам изображений - интегральной освещенности (двумерному моменту нулевого порядка), а также координатам энергетического центра тяжести изображений по обеим декартовым координатам одновременно. Повышение чувствительности преобраэователя предложенной конструкции обусловлено непосредственным преимуществом изображения на фронтальную поверхность полупроводниковой пластины, в результате чего усиливаются потери энергии на отражение от поверхностей диэлектрического и ре- зистивного слоев, а также на поглощение в резистивном слое. Кроме того, устранением в конструкции преобразователя центрального точечного электрода исключаются искажения формы проецирующего свойства пятна.

Формула изобретения Фотоэлектрический преобразователь для устройств выделения признаков изображений, содержащий полупроводниковую пластину, диэлектрический слой, резистивный слой с омическим контактом, внешний кольцевой электрод и две пары периферийных электродов, расположенных

на фронтальной поверхности полупроводниковой пластины внутри внешнего кольцевого электрода, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности преобразователя, в нем диэлектрический и резистивный слои расположены последовательно на полупроводниковой пластине с тыльной ее стороны, а внешний кольцевой

электрод расположен на полупроводниковой пластине с ее фронтальной стороны.