Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Другим примером анализатора изображений на базе РФ может служить фотоприемник с радиально-тянущим полем (рис. 7.13). На полупроводниковую пластину 4 наносятся металлический кольцевой 5 и точечный 6 электроды. К этим электродам подключен источник напряжения 7, который создает в пластине тянущее радиальное электрическое поле. Внутри металлического кольцевого электрода 2 расположен развертывающий элемент, который может быть выполнен или в виде кольцевых электродов (рис. 7.13, а), или в виде спирали (рис. 7.13, б). При наличии развертывающего элемента в виде кольца два
Рис. 7.13. Полупроводниковые фотоприемники-анализаторы с радиально-тянущим полем
197 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
дополнительных кольцевых электрода 2 и 3 образуют с полупроводниковой пластинойр-п-р- или га-р-га-структуру. В результате приложения к электроду 3 пилообразного напряжения от генератора / и к концам электрода 2 постоянного напряжения в пластине возникает вполне определенное (линейное) распределение потенциалов. Эквипотенциальными линиями в данном случае будут концентрические окружности, центром которых является точечный электрод 6, причем значение потенциала от окружности к окружности растет линейно.
Процесс сканирования происходит следующим образом. Если спроецировать изображение объекта на полупроводниковую пластину внутри развертывающего элемента, то в освещенных участках полупроводника будут возникать неравновесные носители тока, которые под действием радиального электрического поля начнут двигаться по радиусам в направлении к кольцевому электроду и будут достигать развертывающего элемента. Количество носителей, попадающих на определенный участок развертывающего элемента за некоторый промежуток времени, будет обратно пропорционально расстоянию от крайнего элемента изображения до соответствующего участка развертывающего элемента. В момент времени, когда наступает равенство линейно распределенного и развертывающего напряжений, переход в определенном участке открывается и с развертывающего элемента снимается ток, несущий информацию о количестве неравновесных носителей, пришедших на данный участок. Если выходной сигнал продифференцировать, то результат будет характеризовать анализируемое изображение, т.е. повторять во времени распределение неравновесных носителей тока, попадающих на развертывающий элемент, что в свою очередь адекватно очертанию изображения.
Принцип работы РФ со спиральным развертывающим элементом (рис. 7.13, б) аналогичен принципу работы приемника с кольцевым развертывающим элементом. В этом случае дополнительный (развертывающий) электрод в виде />-га-перехода, имеющий форму спирали, нанесен на полупроводниковую пластину 4 таким образом, что составляет вместе с ней />-га-/>-структуру. Линейное распределение потенциалов вдоль спирали достигается тем, что форма спирали выбирается с учетом характера распределения электрического поля внутри пластины.
Сканирование изображения осуществляется при изменении во времени развертывающего напряжения, подаваемого генератором пилообразного напряжения на верхний слой развертывающего элемента (спирали).
198 Глава 7. Анализаторы изображения оптико-электронных приборов
Из других аналоговых (непрерывных) РФ, которые могут выполнять функции анализаторов изображения, отметим видисторы, приемники на основе магнитоконцентрационного эффекта Суля, РФ на основе эффекта шнурования тока в некоторых полупроводниках, на основе многослойных jj-п-структур и ряд других.
В отдельных образцах таких устройств достигнуто разрешение порядка нескольких микрометров. Однако широкого распространения такие анализаторы пока не получили, что объясняется, в частности, недостаточной стабильностью их параметров и характеристик в сложных условиях эксплуатации. Предпочтение отдается дискретным РФ (фотоматрицам, ПЗС и др.), рассмотренным в § 6.7 и ниже в §7.9.
Селективно-преобразовательные фотоприемники используются в качестве анализаторов обычно для выделения в плоскости изображений зон с заданным значением параметра изображения, например уровня освещенности, или зон определенной формы. В качестве такого анализатора можно использовать устройства, представленные на рис. 7.13, если на выходе установить пороговую схему, настраиваемую на срабатывание лишь при превышении определенного уровня освещенности. При площади анализатора 30 мм2 его удельная разрешающая способность может достигать 10 лин/мм при общем числе элементов разрешения 90 и быстродействии порядка IO 4 с.
Всем рассмотренным анализаторам в большей или меньшей степени свойственны определенные достоинства, указанные выше для сканисторов. К недостаткам, ограничивающим их применение, следует отнести нестабильность параметров в различных условиях работы, малые размеры анализируемых площадей, недостаточное для ряда применений разрешение и др.
7.9. Многоэлементные (мозаичные и матричные) приемники излучения как анализаторы изображений
Широкое распространение в качестве анализаторов изображения получили приемники излучения с дискретной структурой фотослоя и прежде всего полупроводниковые приемники в виде мозаик или матриц. Принцип работы мозаичного или матричного приемника в качестве анализатора состоит в следующем. Оптическое изображение создает в разделенном на отдельные элементы чувствительном слое приемника пространственный рельеф зарядов или сопротивлений. При считывании электронным способом этого заряда в цепи приемника формируется сигнал, состоящий из импульсов, амплитуда которых Пропорциональна освещенности в отдельных точках мозаики или матрицы.
