JPS586426A - Detector for optical energy - Google Patents

Detector for optical energy

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JPS586426A
JPS586426A JP9900781A JP9900781A JPS586426A JP S586426 A JPS586426 A JP S586426A JP 9900781 A JP9900781 A JP 9900781A JP 9900781 A JP9900781 A JP 9900781A JP S586426 A JPS586426 A JP S586426A
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charge
optical energy
detector
phase
shift register
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チヤード エイ・チヤツプマン
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光エネルギー検出装置に関し、特に電荷転送量
感知装置を利用した赤外線等の光エネルギー検出装置に
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a light energy detection device, and more particularly to an infrared light energy detection device using a charge transfer amount sensing device.

赤外線画像装置には2つの型、凝視戯と非凝視盤、があ
る。非凝視盤の装置は、視野に入る場面から発散してい
る赤外線を集光するための光学的組立体と、焦光された
赤外線を走査するための走査組立体と、走査された赤外
線を信号処理装置への場面を表わす電気信号に変換する
ための赤外線検出器とを含む。この信号処理装置は、ビ
デオ信号に処理するため、電気信号を作動レベルになる
まで増幅する前置増幅器を含む。先行技術による時間遅
延及び積分を用いない赤外線検出器から出される信号は
、最小の分解可能な画素がこの検出器を横切るのに要す
る時間(積分時間)に正比例する。すなわち、背景の輻
射によって制限された雑音(raatation −’
background −11m1ted noise
)及び背景に制限された( bacJround −1
1m1tecL )8N比は積分時間の平方根に正比例
する。積分時り 間は検出器の画像走査速度と大きさとによシ設定され、
そのため、積分時間は先行技術による検出器においては
任意に増加させることはできない。
There are two types of thermal imagers: gaze and non-gaze. The non-gazing device includes an optical assembly for focusing infrared radiation emanating from a scene entering the field of view, a scanning assembly for scanning the focused infrared radiation, and a signal scanning assembly for scanning the focused infrared radiation. and an infrared detector for converting into an electrical signal representative of the scene to a processing device. The signal processing device includes a preamplifier that amplifies the electrical signal to an operational level for processing into a video signal. The signal emitted by a prior art infrared detector without time delay and integration is directly proportional to the time it takes for the smallest resolvable pixel to cross the detector (integration time). That is, the noise limited by the background radiation (raatation −'
background -11m1ted noise
) and background-restricted ( bacJround −1
1m1tecL)8N ratio is directly proportional to the square root of the integration time. The integration time is set depending on the image scanning speed and size of the detector.
Therefore, the integration time cannot be increased arbitrarily in prior art detectors.

水銀−カドミウム、−テルル(Hg0dTe )のよう
な赤外線感応材料上に製造された赤外線検出器祉単−の
浮遊デートないしダイオード出力へ読み出される並列の
シフトレジスタを既に含んでいる。
An infrared detector fabricated on an infrared sensitive material such as mercury-cadmium-tellurium (Hg0dTe) already includes a parallel shift register read out to the floating date or diode output of the unit.

この並列レジスタは段ごとに2つか、3つ又は4つの位
相を有する。浮遊r−)において使用する回路は(1)
チップ上の出力及びリセット電界効果トランジスタ(E
FT)か又は(2)出力及びリセット電界効果トランジ
スタを備えたシリコンチップを備えることができる。シ
フトレジスタにおける各々の段は1つの赤外線検出器を
構成し、そのため、「n」段を備えたシフトレジスタは
、1つの浮遊デートないしダイオード出力から読み出さ
れるrnJ個の赤外線検出器を有する。
This parallel register has two, three or four phases per stage. The circuit used in floating r-) is (1)
Output and reset field effect transistor (E
FT) or (2) a silicon chip with output and reset field effect transistors. Each stage in the shift register constitutes one infrared detector, so a shift register with "n" stages has rnJ infrared detectors read out from one floating date or diode output.

赤外線検出器は並列レジスタにおける電荷転送の方向に
平行に赤外線画像を移動させる機械的スキャナーと関連
させて使用する。赤外線画像の移動速度はレジスタにお
ける電荷の平均移動速度と等しくする。そのため、赤外
線画素(ビクセル)が位相の移動と同時に走査されると
、並列レジスタから出力するデータの各々のビットは、
同一の赤外線ビクセルを並列レジスタを横断する移動の
閲見ている。
The infrared detector is used in conjunction with a mechanical scanner that moves the infrared image parallel to the direction of charge transfer in parallel registers. The moving speed of the infrared image is made equal to the average moving speed of the charge in the register. Therefore, when an infrared pixel (pixel) is scanned simultaneously with a phase shift, each bit of data output from the parallel register is
Viewing the same infrared pixel moving across parallel registers.

従って、先行技術における問題は並列シフトレジスタの
ポテンシャル井戸における電荷パケットが第1段から最
後の段まで大きさが増加して飽和の後あふれるというこ
とであった。このオーバーフローを防ぐために、信号光
子に対する積分時間を削減しなければならない。しかし
ながら、信号出力が積分時間に正比例するので、この過
充電によって設定される限界は非常に有害である。先行
技術による装置では、最大容量紘水銀−カドミウムーテ
ルルのような赤外線感応材料上における空の井戸での電
界破壊によシ設定された。本発明では、並列シフトレジ
スタに沿って連続的に大きくした電圧及び井戸の深さを
用いることにょシよシ大きな容量が得られる。すなわち
、背景赤外線がシフトレジスタの長さ方向に増加する背
景ンアットゼロ電荷(baokgrouM fat z
ero aharge )を与える。この背景7アツト
ゼロ電荷は、利用可能な電荷容量及びシフ)ll’Qレ
ジスタの長さに沿った電界係数を保つように設定できる
Therefore, a problem in the prior art was that the charge packets in the potential wells of parallel shift registers increased in size from the first stage to the last stage and overflowed after saturation. To prevent this overflow, the integration time for the signal photons must be reduced. However, since the signal output is directly proportional to the integration time, the limit set by this overcharging is very detrimental. Prior art devices have been set up by field breakdown in empty wells on infrared sensitive materials such as high volume mercury-cadmium tellurium. In the present invention, greater capacitance is obtained by using successively increased voltages and well depths along the parallel shift registers. That is, the background infrared radiation increases along the length of the shift register.
ero aharge). This background7 at zero charge can be set to preserve the available charge capacity and the electric field coefficient along the length of the shift)ll'Q register.

電荷結合デバイス(0(ID)シフトレジスタでは、7
アツトゼロ電荷(fat zero charge )
は表面状態番完全に埋め電荷転送効率を改善するように
井戸の中へ置かなければならない。30%の77ツトゼ
ロの要求は優れた電荷転送効率に対する典型的な必要条
件である。ファツトゼロ電荷祉通常77トレジスタの遠
い方の端部に入れられ、この7アツトゼロ電荷は赤外線
背景と信号とにより発生した電荷を蓄積するのに利用可
能な電荷容量を減少させる。赤外線背景内で、並列レジ
スタの段を作動させる際に使用される連続したクロック
は赤外線によって発生したまたは暗電流によって発生し
た電荷を収集させることKなる。赤外線検出器たは暗電
流によシ発生するこの電荷はOODの第1段から最後の
段まで増加する追加の77ツトゼロ電荷を構成する。こ
のよシ大きなファツトゼロ電荷がiIk後の段にかつ惚
くわずかな7アツトゼロ電荷が最初の段に存在すること
は、結果として最後の段における優れた電荷転送効率(
OTIC)と最初の段における実質上劣化したOTHを
もたらしここで電荷転送効率は動作に最大の影曽を与え
る。
In a charge-coupled device (0 (ID) shift register, 7
fat zero charge
must be placed into the well to completely fill the surface states and improve charge transfer efficiency. The 30% 77 zero requirement is a typical requirement for good charge transfer efficiency. A fat zero charge is typically placed at the far end of the 77 register, and this 7 fat zero charge reduces the charge capacity available for storing charge generated by the infrared background and signal. In an infrared background, the continuous clock used in operating the stages of parallel registers causes the charge generated by the infrared radiation or by the dark current to collect. This charge generated by the infrared detector or dark current constitutes an additional 77 zero charge that increases from the first stage to the last stage of the OOD. The presence of this larger fat zero charge in the stage after iIk and the presence of a smaller 7 fat zero charge in the first stage results in superior charge transfer efficiency (
OTIC) and a substantially degraded OTH in the first stage where charge transfer efficiency has the greatest impact on operation.

従って5本発明の目的は改善した感度及び8N比を有す
る赤外線検出及び画像装置を提供することである。
It is therefore an object of the present invention to provide an infrared detection and imaging device with improved sensitivity and 8N ratio.

本発明の別の目的は積分時間の増加を通して赤外線収集
効率を改善することである。
Another object of the present invention is to improve infrared collection efficiency through increased integration time.

本発明のさらに別の目的は赤外線蓄積位置の蓄積容量を
増加させることである。
Yet another object of the invention is to increase the storage capacity of an infrared storage location.

本発明のさらに別の目的は赤外想電荷パケットを転送す
るための電荷転送効率を改善することである。
Yet another object of the invention is to improve charge transfer efficiency for transferring infrared charge packets.

簡単に述べると本発明はレンズ組立体と走査組立体と検
出器組立体とビデオ電子回路とを含む前向きないし正面
照射型赤外線(IFLIR)装置から成っている。検出
器組立体はランプ(ramp )した電荷転送装置(O
T’D)マトリックスから成ってiる。このマトリック
スは複数個の電荷転送装置素子を列と行に配置して含ん
でいる。この素子列の各対は1つの段を構成しまた各々
の段の各科の素子は予め選択された数の位相電極を有す
るOTDでアシこの位相電極は入射する赤外線のエネル
ギーを表わす電荷パケットを収集するためそしてこの電
荷パケットを次段へ転送するために選択的に用いられる
。増加する(ランプしている)電圧はマトリックスの電
荷収集容量を連続的に増加させるために各々の段の選択
された素子へ印加される。これらの2ンゾ電圧の印加は
走査速度と同期してなされる。そのため素子の各々の段
は同一の画像を見、最初の段の後、久の段が前の段の電
荷パケットを来めで、これに同一の場面部分を表わ・す
電荷パケットをさらに追加する。このようにして、場面
を表わす電圧は作動電圧になるlで実質的に増加し、積
分時間は実質的に増加する。
Briefly stated, the present invention comprises a forward facing infrared (IFLIR) device that includes a lens assembly, a scanning assembly, a detector assembly, and video electronics. The detector assembly includes a ramped charge transfer device (O
T'D) consists of a matrix. The matrix includes a plurality of charge transfer device elements arranged in columns and rows. Each pair of this array of elements constitutes a stage, and each family of elements in each stage is an OTD having a preselected number of phase electrodes. It is selectively used to collect and transfer this charge packet to the next stage. An increasing (ramping) voltage is applied to selected elements of each stage to sequentially increase the charge collection capacity of the matrix. These two voltages are applied in synchronization with the scanning speed. Each stage of the element therefore sees the same image, and after the first stage, the next stage takes charge packets from the previous stage and adds to this further charge packets representing the same scene part. . In this way, the voltage representing the scene increases substantially with l becoming the actuation voltage, and the integration time increases substantially.

本発明の好ましい一実施例を図面を参照しながら以下に
詳細に説明する。図面において、本発明の構成要素及び
特性を明確にしかつ理解し易くするために同じ部品は同
じ参照番号を付けである。
A preferred embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In the drawings, like parts are given the same reference numerals to make the components and features of the invention clearer and easier to understand.

さて第1図t−癖照すると、前向きの赤外耐装置10は
レンズ組立体12、走査組立体14、検出器組立体16
.ビデオ電子装置回路18、及び表示ないし光源20か
ら成っている。レンズ組立体12は、図示されていない
が、3個のレンズ素子から成ってお)、これは赤外線領
域で作動するように、3個のrルミニウム素子を備えれ
ばよい。
Referring now to FIG.
.. It consists of a video electronics circuit 18 and a display or light source 20. The lens assembly 12 is comprised of three lens elements (not shown) and may include three aluminum elements for operation in the infrared region.

これらの素子は場面から発散している赤外線のエネルギ
ーを集めてこのエネルギーを、図示されていないが、走
査組立体14の回転鏡に集中させる。
These elements collect infrared energy emanating from the scene and concentrate this energy onto a rotating mirror of scanning assembly 14, not shown.

回転または変化している鏡は、例えば、両面平面鏡でよ
い。鏡は第1の面、すなわち前面は赤外線エネルギーを
受は取るのに使用し、鏡の第2の面、すなわち裏面は光
源20からの変調された可視光線を走査するのに用いる
。走査鏡はそのrYJ軸を光学軸に垂直に、そのrXJ
軸を、これに対し45°の角度で配置する。走査鏡は小
型の同期電動機かまたは場合によってはソレノイドによ
って、例えば、毎秒60回か60回の走査のような予め
選択された振動数を与えるような速度で回転させる。ソ
レノイドは復帰バネに抗して鏡を動かして振動させる。
The rotating or changing mirror may be, for example, a double-sided plane mirror. The first side, or front side, of the mirror is used to receive and receive infrared energy, and the second side, or back side, of the mirror is used to scan the modulated visible light from the light source 20. The scanning mirror has its rYJ axis perpendicular to the optical axis, and its rXJ
The axis is placed at an angle of 45° to this. The scanning mirror is rotated by a small synchronous motor or possibly a solenoid at a speed that provides a preselected frequency, such as 60 or 60 scans per second. The solenoid moves the mirror against the return spring, causing it to vibrate.

走査鏡は赤外線を、図示されていないが、折り返し鏡へ
反射し、以後詳細に説明する検出器組立体16の検出器
アレイへと反射させる。
The scanning mirror reflects the infrared radiation to a folding mirror, not shown, and to a detector array of detector assembly 16, which will be described in detail below.

検出器プレイは赤外線エネルギーをビデオ電子装置回路
18において処理するための電気信号に変換する。この
ビデオ電子装置は光源20またはその他の表示装置の出
力を変調するために信号麩理補助機能を与える。光源な
いし表示装置20は発光ダイオードのアレイかまた線陰
極線管(OR?)でよい。上述の素子の適切な構造のこ
れらの望ましい拝細社[振動鏡スキャナーの移相補償用
光−機械装置(opto −Meahaniaal D
evioe For Phase13hift OOm
penaation Of Oscillating 
Mirror8oannars ) Jの名称で197
5年10月14日付でRlchard G、 Hoff
man %1世へ付与された米国特許第3,912.9
27号を参照されたい。
The detector play converts the infrared energy into an electrical signal for processing in video electronics circuitry 18. The video electronics provides signal processing assistance for modulating the output of light source 20 or other display device. The light source or display device 20 can be an array of light emitting diodes or a cathode ray tube (OR?). These desirable features of suitable construction of the above-mentioned elements [opto-mechanical devices for phase shift compensation of vibrating mirror scanners]
evioe For Phase13hift OOm
Penaration Of Oscillating
Mirror8oannars) 197 in the name of J
Rlchard G, Hoff on October 14, 2015
U.S. Patent No. 3,912.9 granted to man% I
Please refer to No. 27.

次にg2a図及び第2b図を参照すると、検出ナー 器プレイ組立体16紘電荷転送装置(0’I’D)赤外
線感知マトリックス22から成っている。口TDマトリ
ックス22は好ましくは電荷結合デバイス(OOD)マ
トリックスから成る。OODマトリックス22は本質的
にa複数個の並列00Dシフトレジスタで6Dそれらの
OOD素子は行と列をなして配置されている。図示の目
的で6X6の素子のアレイ22を図示したが、実際はよ
シ大きなプレイを用いること社理解されるであろう。各
々の素子24(第2a図)紘半導体基板26(第6図)
上に構成する。この基板は、例えは、n製水@/カドミ
ウム/テルル(Hg0dTe )基板である。
Referring now to Figures g2a and 2b, the detector play assembly 16 consists of a charge transfer device (0'I'D) and an infrared sensing matrix 22. The TD matrix 22 preferably comprises a charge coupled device (OOD) matrix. The OOD matrix 22 is essentially a plurality of parallel 00D shift registers with OOD elements arranged in rows and columns. Although a 6.times.6 array 22 of elements is shown for illustrative purposes, it will be appreciated that in practice much larger plays may be used. Each element 24 (Fig. 2a) and the semiconductor substrate 26 (Fig. 6)
Configure above. This substrate is, for example, an n-made water@/cadmium/tellurium (Hg0dTe) substrate.

別の逼切な材料はPt+ 8n To *工nAe8’
ktやGa工n8bである。例えは、 Zn日のような
絶縁材の層2Bを基板26上に形成し、この層を、例え
ば100〜150ム単位の厚さのニッケルのような、赤
外線透過金属で金属化(メタ2イズ)し複数個の第ルベ
ルの電極30及び32を形成する。絶縁材のもう1つの
層34は第1の層28の上に電極30及び32を覆って
形成し、この第2の層は、薄いニッケルのような別の赤
外線透過金属で金属化し複数個の別のレベルの電極36
及び38を形成する。電極36及び38紘電極30及び
32を一部電なるように形成する。OODレジスタ素子
の構成に関する詳細な情報を望む当業者は「狭いパンド
イヤツゾの半導体00D撮像装置及び製造方法(Nar
row Bandgap Iiismiaonduct
or OOD工magingDevioe and M
ethod of yabrioation ) Jの
名称で1978年10月10日付で出願された米国特許
出願第950,191号を参照されたい。
Another tight material is Pt+ 8n To *E8'
kt and Ga engineering n8b. For example, a layer 2B of an insulating material, such as Zn, is formed on the substrate 26, and this layer is metallized with an infrared transparent metal, such as nickel, for example 100-150 µm thick. ) to form a plurality of electrodes 30 and 32 of the second level. Another layer 34 of insulating material is formed over the first layer 28 and over the electrodes 30 and 32, and this second layer is metallized with another infrared transparent metal such as thin nickel and has a plurality of layers. Another level electrode 36
and 38. Electrodes 36 and 38 The electrodes 30 and 32 are formed so as to be partially electrically conductive. Those skilled in the art desiring detailed information regarding the construction of OOD resistor elements may refer to "Narrow Pandey Semiconductor 00D Imaging Device and Manufacturing Method" (Nar.
row Bandgap Iiismiaonduct
or OOD engineeringDevioe and M
See U.S. Patent Application No. 950,191, filed October 10, 1978.

並列シフトレジスタの各々の段の電極30.32.36
、及び38は金属化された母#44によシ接続する。金
属の母線を4相の並列クロック発生器42へ直接接続す
るかまたは位相−2及び位相−4の波形に幾つかの異な
る振幅(ランプ)パルスを与えるクロック駆動装置40
を弁してクロック発生器へ間接的に接続する。並列クロ
ック発生器の周波数は移動するポテンシャルの井戸と移
動する赤外線画像の周期を与えるような値に設定する。
Electrodes 30.32.36 of each stage of parallel shift register
, and 38 connect to metalized motherboard #44. A clock driver 40 that connects the metal busbar directly to a four-phase parallel clock generator 42 or provides several different amplitude (ramp) pulses on the phase-2 and phase-4 waveforms.
valve and connect indirectly to the clock generator. The frequency of the parallel clock generator is set to a value that provides the period of the moving potential well and the moving infrared image.

各々の列の検出器素子24は次のようにして母線へ接続
する。すなわち、各々の素子の位相1の電極社−緒に接
続し、位相2の電極はつぎつぎに対をなすように接続し
、位相3の電極は一緒に11’続に1位相4の電極はつ
ぎつぎに対をなすように接続する。位相1と位相3の電
極は、転送デートとして予め選択された電圧Vlを受け
る。
The detector elements 24 of each column are connected to the busbar in the following manner. That is, the electrodes of phase 1 of each element are connected together, the electrodes of phase 2 are connected one after the other in pairs, the electrodes of phase 3 are connected together 11' in a row, and the electrodes of phase 4 are connected one after the other. Connect in pairs. The phase 1 and phase 3 electrodes receive a preselected voltage Vl as the transfer date.

段ム、B1及びOの位相2電他は、それぞれ予め選択さ
れた電圧Vie、 e v21.s及びv2゜を受iる
The phase 2 voltages of stages B1 and O are respectively preselected voltages Vie, e v21. s and v2°.

また段ム、B、0の位相4電極は、それぞれ所与の電圧
v、a、 v、b、 v、。を受ける。電圧V、1LI
Vabe Vg□ (およびV4@ a 741) e
 v40 )は最初の段では小さく最後の段で最大にな
るスーテツゾ状の2ンゾ電圧である。開示の目的で位相
2及び位相4の電極は2つづつに組み合わせである。振
幅がほぼ連続して増加すること(線形ランプ)に対する
要求と複数のクロック振幅と複数の母線への接合パッド
との数の最大値を制限する要求との妥協に基づいて、ク
ロック振幅毎に1かクロック振幅毎に3以上の任意の数
のような別の組み合わせも使用できる。
Moreover, the phase 4 electrodes of stages B and 0 have given voltages v, a, v, b, v, respectively. receive. Voltage V, 1LI
Vabe Vg□ (and V4@a 741) e
v40) is a two-volt voltage that is small at the first stage and becomes maximum at the last stage. For purposes of disclosure, the phase 2 and phase 4 electrodes are in pairs. 1 per clock amplitude, based on a compromise between the requirement for a nearly continuous increase in amplitude (linear ramp) and the requirement to limit the maximum number of bond pads to multiple clock amplitudes and multiple busbars. Other combinations can also be used, such as three or more for each clock amplitude.

直列シフトレジスタ46は出力r−) 45 Kよ〕並
列シフトレジスタ220列の出力へ接続されている。直
列シフトレジスタ46も4相00Dシフトレジスタ(第
4図)であシその各部分は並列シフトレジスタの各部分
と同一であるが、各々のポテンシャルの井戸は第2a図
に図示したものよシ幅が広く、一定値の(傾斜(ram
p ) していない)一連のクロックによシ並列シフト
レジスタマトリックスの傾斜した( ramped )
電荷パケット出力を保持するのに十分な電荷容量を与え
る。直列クロック発生器48(第2図)が直列シフトレ
ジスタの位相操作を制御する。
The serial shift register 46 is connected to the output r-) 45 K] to the output of the parallel shift register 220 column. The serial shift register 46 is also a four-phase 00D shift register (Figure 4) whose parts are identical to those of the parallel shift register, but each potential well has a width similar to that shown in Figure 2a. is wide and has a constant value (slope (ram
p) ramped parallel shift register matrix by a series of clocks
Provides enough charge capacity to hold the charge packet output. A serial clock generator 48 (FIG. 2) controls the phase operation of the serial shift register.

直列シフトレジスタ46の出力は赤外線感知半導体上に
製造した浮遊r−) 52ないしダイオード(第4図)
でおる。浮遊r−)52(第4図)は金属−絶縁体一半
導体(Mzs)構造である。
The output of the serial shift register 46 is a floating r-) 52 or diode fabricated on an infrared sensing semiconductor (FIG. 4).
I'll go. The floating r-) 52 (FIG. 4) is a metal-insulator-semiconductor (Mzs) structure.

すなわち、これは絶縁層を支持している半導体基板と、
位相電極と同じ方法で製造した絶縁層の上部に金属化し
た電極を有する。浮遊デートは各々の積分された電荷パ
ケットを保持するのに十分な容量を有する。空の井戸の
最大電圧における十分な容量は面積(すなわち、幅又は
幅と長さ)の増加により得られる。浮遊r−ト52ない
しダイオードはビデオ電子装置回路18のバッファー回
路55、リセットFIT54、及びフランジ、サンプル
及びホールド回路56へ接続する。クロック−サンプル
−アンド−ホールド回路56を赤外線感知チップとは別
のシリコンチップ上に製造する。
That is, it consists of a semiconductor substrate supporting an insulating layer,
It has a metallized electrode on top of an insulating layer manufactured in the same way as the phase electrode. The floating date has sufficient capacity to hold each integrated charge packet. Sufficient capacity at maximum voltage of the empty well is obtained by increasing the area (ie, width or width and length). Floating RT 52 or diode connects to buffer circuit 55, reset FIT 54, and flange, sample and hold circuit 56 of video electronics circuit 18. The clock-sample-and-hold circuit 56 is fabricated on a separate silicon chip from the infrared sensing chip.

一実施例では、バッファーF M ’TとリセットFI
Tを赤外線感知半導体内に製造する。別の実施例では、
赤外線感知半導体チップに*接したシリコンチップ上に
バッファーFIfTとリセットFETを製造する。
In one embodiment, the buffer FM'T and the reset FI
T is fabricated in an infrared sensing semiconductor. In another embodiment,
A buffer FIfT and a reset FET are fabricated on a silicon chip in contact with an infrared sensing semiconductor chip.

ランプ動作(g5図)では、クロック電圧vl。In lamp operation (figure g5), the clock voltage vl.

V11&書V、b及びv2゜が並列レジスタマトリック
ス22(第2a図)の各々の段に用いられる。2ンビン
グはより長い波長(狭いバンドギャップ)の00Dにと
って最も重要であり、8M比の重要な改善を得るのに4
〜12の並列段で十分:Cある。
V11 & books V, b and v2° are used for each stage of the parallel register matrix 22 (FIG. 2a). 2 bing is most important for longer wavelengths (narrow bandgap) 00D, and 4 to obtain a significant improvement in the 8M ratio.
~12 parallel stages are sufficient: C.

第5図に図示したように、電圧Vlのクロックパルスは
、シフトレジスタマトリックスの列を構成しているOO
D素子の各々の位相1の電極へ同時に印加される。位相
1のクロックパルスがオフになる少し前に、電圧vII
a# v、bs及びv、g。のり四ツクパルスが、それ
ぞれ、段ム、Bl及び0を構成しているOOD素子の対
の位相2の電極へ印加される。次にこの位相2の電極へ
のクロックパルスがオフになる少し前に、電圧v1のク
ロックパルスが各々の位相3の電極へ同時に印加されこ
れに付随して位相1のクロックパルスがオフになる。
As illustrated in FIG. 5, clock pulses of voltage Vl are applied to OO
It is simultaneously applied to the phase 1 electrode of each D element. Shortly before the phase 1 clock pulse turns off, the voltage vII
a# v, bs and v, g. Four pulses are applied to the phase 2 electrodes of the OOD element pairs making up stages, Bl and 0, respectively. Then, shortly before this clock pulse to the phase 2 electrodes is turned off, a clock pulse of voltage v1 is simultaneously applied to each phase 3 electrode, with concomitant turning off of the phase 1 clock pulse.

最後に、位相6のクロックパルスがオフになる少し前に
、電圧v4!L・v4b1及びv4゜のクロックパルス
が、それぞれ、位相4の電極へ印加されこれに付随して
位相2のりUツクパルスがオフになる。
Finally, shortly before the phase 6 clock pulse turns off, the voltage v4! L·v4b1 and v4° clock pulses are applied to the phase 4 electrode, respectively, with concomitant turning off of the phase 2 clock pulse.

すでに説明したように、クロッキングの平均速度は装置
の走査速度と同期化される。そのため、第6図に図示し
たように、段ムで時刻t1には明るい1ffii像が走
査され第2の位相2のポテンシャル井戸に集光され、時
刻t2には段Aの明るい画像を表わす電荷パケットが第
2の走査で検出されたものと同一の明るい画像の集光と
同時に4番目の位相2のポテンシャル井戸すなわち段B
o#I2のポテンシャル井戸に到達し、時刻t3には段
ム及びBの積分電荷パケットが第1段と第2段で検出さ
れたものと同一の明るいll1j像の集光と同時に6番
目の位相2のポテンシャル井戸すなわち段0の第2のポ
テンシャル井戸に到達する。第5図のランピング電圧は
赤外線背景と信号とによシ発生した電荷を含む電荷パケ
ットの全電荷に通切な容量を与える。積分された電荷パ
ケットは次に直列シフトレジスタへ出力され浮遊r−ト
ヘクロツクアウトされる。直列シフトレジスタの各々の
素子は積分された電荷パケットを保持するのに十分な大
きさである。このように、この装置は積分とともに時間
遅延を備えている。
As already explained, the average speed of clocking is synchronized with the scanning speed of the device. Therefore, as shown in FIG. 6, at time t1, a bright 1ffii image is scanned and focused on the second phase 2 potential well, and at time t2, a charge packet representing the bright image of stage A is scanned. coincides with the collection of a bright image identical to that detected in the second scan, i.e. stage B of the fourth phase 2 potential well.
The potential well of o#I2 is reached, and at time t3, the integrated charge packets of step M and B are focused at the same bright ll1j image as that detected in the first and second stages, and at the same time the sixth phase is detected. 2, the second potential well of stage 0 is reached. The ramping voltage of FIG. 5 provides a constant capacitance for the total charge in the charge packet, including the charge generated by the infrared background and the signal. The integrated charge packets are then output to a serial shift register and clocked out to the floating r-toad. Each element of the serial shift register is large enough to hold an integrated charge packet. Thus, the device has a time delay as well as an integration.

第7図は同一の積分時間を用いた場合の先行技術による
装置のポテンシャル井戸を図示している。
FIG. 7 illustrates the potential well of a prior art device using the same integration time.

図示したように、時刻t3におけるポテンシャル井戸は
電荷パケットを保持するのに不十分な深さのものであり
、これはオーバーフローするかなだれを起す。先行技術
では、最大電荷容量は最初の段における最大電圧と空の
井戸の深さによシ設定され、この最大値は赤外線感知半
導体における電界破壊によシ設定される05M6図のラ
ンプしたアレイでは、#lぼ空の段1における最大電圧
は電界破壊を避けるように低く、最後の段の井戸は全電
荷を収容できるよう十分深い。第6図の6番目の井戸に
おける電界破壊はこの最後の井戸で発生した背景によシ
避けられる。
As shown, the potential well at time t3 is insufficiently deep to hold the charge packet, which causes an overflow or avalanche. In the prior art, the maximum charge capacity is set by the maximum voltage in the first stage and the depth of the empty well, and in the ramped array of Figure 05M6 this maximum value is set by the electric field breakdown in the infrared sensing semiconductor. , #l The maximum voltage in empty stage 1 is low to avoid field breakdown, and the wells in the last stage are deep enough to accommodate the entire charge. The field breakdown in the sixth well of FIG. 6 is avoided by the background generated in this last well.

一連のシフトレジスタ(第2a図)は1列ごとに1つ(
第8図)の複数個の浮遊デートによシ置き換えることが
できる。この実施例では、各々の浮遊r−)はそれ自体
のプリセット及びバッファーPETを備えている。各々
の構造は第2b図に図示したもの、すなわち第4図のも
のである。第8図の実施例は少なくとも以下の2つの利
点を有する。すなわち(1)直列シフトレジスタ及びク
ロックの複雑性は必要とされないという仁とと、(2)
信号処理回路に与えられるべき周波数のバンド幅は第2
a図のアレイからの出力の信号処理に必要なものよシ極
めて低い、ということとである。より小さな電子のバン
ド幅はバッファーIPETにおけるよυ幅の狭い雑音を
意味する。
A series of shift registers (Figure 2a), one for each column (
(Fig. 8) can be replaced by a plurality of floating dates. In this embodiment, each floating r-) has its own preset and buffer PET. The structure of each is that shown in FIG. 2b, ie, that of FIG. The embodiment of FIG. 8 has at least the following two advantages. (1) the complexity of serial shift registers and clocks is not required; and (2)
The frequency bandwidth to be given to the signal processing circuit is the second
This means that it is much lower than what is required for signal processing of the output from the array in Figure a. Smaller electronic bandwidth means narrower noise in the buffer IPET.

本発明の幾つかの実施例をここで説明してきたが、図示
し説明した構造の詳細に、本発明の範囲一からはずれる
仁となく、種々の修正を加えることができるということ
は当業者にとって明らかとな□るであろう。
While several embodiments of the invention have been described herein, it will be appreciated by those skilled in the art that various modifications may be made to the details of construction shown and described without departing from the scope of the invention. It will be obvious.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は前向きの赤外線装置のブロック線図、第2a図
及び第2b図紘電荷転送装置のマトリックス及び関連し
た回路を示す図、第3図は第2a図の線ムームに沿って
得られる並列シフトレジスタの部分的断面図、第4図は
第2a図の線B−Hに沿って得られる直列シフトレジス
タの部分的断面図、第5図鉱段ム+ B t Oの3つ
のグループにおける位相2及び位相4のクロックの分割
に対応するクロックパルスすなわち電圧を示す図、第6
図は明るい画像ビクセルがポテンシャルの井戸と同時に
移動する間の傾斜した井戸の中での信、号及び背景の電
荷の形成を示す図、第7図は先行技術による装置におけ
る信号及び背景の電荷の形成を示す図、第8図は本発明
の別の実施例の平面図、である。 符号の説明 10・・・前向きの赤外線装置、14・・・走査組立体
。 16・・・検出器組立体、18・・・ビデオ電子装置回
路、22・・・電荷転送装置亦外線感知マトリックス、
24・・・電荷結合デバイス素子、30.32.36゜
38・・・電極、44・・・母線、40・・・クロック
駆動装置、42・・・並列クロック発生器、46・・・
直列シフトレジスタ、48・・・直列クロック発生器、
52・・・浮遊r−ト、54・・・リセットFIIfT
、55・・・バッファー回路。 代理人 浅村 皓 外4名 図面の浄書(内容に変更なし) O Ftgz/   − 手続補正書(方式) 昭和5b年/2月170 特許庁長官殿 1、事件の表示 昭和タロ年特許願第 99otyZ  号2、発明の名
称 卵チ矛ルイニ2&銘哨(達。 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 4、代理人 昭和お年/1月241−日 6、補正により増加する発明の数 7、補正の対象
1 is a block diagram of a forward facing infrared device, FIGS. 2a and 2b are diagrams showing the matrix and associated circuitry of the Hiro charge transfer device, and FIG. 3 is a parallelism obtained along the line Moom in FIG. 4 is a partial sectional view of the series shift register taken along line B-H in FIG. 2a; FIG. 5 is a partial sectional view of the shift register; FIG. Figure 6 shows the clock pulses or voltages corresponding to the division of the clocks in phase 2 and 4;
FIG. 7 shows the formation of signal, signal and background charges in a tilted well while bright image vixels move simultaneously with the potential well; FIG. FIG. 8 is a plan view of another embodiment of the present invention. Description of symbols 10... forward-facing infrared device, 14... scanning assembly. 16...Detector assembly, 18...Video electronics circuit, 22...Charge transfer device extra-radiation sensing matrix,
24... Charge coupled device element, 30.32.36° 38... Electrode, 44... Bus bar, 40... Clock driver, 42... Parallel clock generator, 46...
Serial shift register, 48... serial clock generator,
52...Floating r-t, 54...Reset FIIfT
, 55... buffer circuit. Agent Kogai Asamura Engraving of the drawings by 4 people (no changes to the content) O Ftgz/ - Procedural amendment (method) February 170, 1932 Commissioner of the Japan Patent Office 1, Indication of the case Showa Taro Patent Application No. 99otyZ 2. Name of the invention: 2 & Meibutsu (Tachi) 3. Relationship between the person making the amendment and the case Patent applicant 4. Agent 241-January 2019 6. Number of inventions increased by amendment 7. Subject of correction

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)光エネルギー検出装置であって、a)場面から発
している光エネルギーを予め選択した速度で走査するた
めの走査組立体と、))該走査組立体の走査路内にあっ
て入射する光エネルギーを、受は取った光エネルギーを
表わす電気的な電荷パケットへ変換するための電荷転送
装置の光エネルギー検出器マトリックスであって、行と
列をなすように配置した複数個の電荷転送装置の素子か
ら成っておシ、前記電荷転送装置の列の素子を選択的に
一緒に接続して複数個の積分段を構成するようにし、ま
た前記走査組立体と同期して前記積分段へ選択された複
数の振幅の電圧を印加するための装置を備えこれによシ
第1段の前記電気的電荷パケットを前記複数個の積分段
の各々の連続した段の前記電荷パケットと共に!*分し
同一の場面を表わす電荷パケットの積分とともに時間遅
延を与えるようにした前記光エネルギー検出器マトリッ
クスと、 C)前記積分信号を場面から発している光エネルギーを
表わすビデオ信号に処理するための信号処理装置と、 を備えた仁とを特徴とする前記光エネルギー検出装置。 (2、特許請求の範囲!1項において、前記光エネルギ
ー検出器ff ) リツクスの電荷転送装置は電荷結合
デバイスにしたことを特徴とする前記光エネルギー検出
装置。 (3)  特許請求の範囲第2項において、各々の電荷
結合デバイスはポテンシャル井戸を構成している第1の
予め選択さ些ft、、数の電極と転送r−)を構成して
いる第2予め選択された数の電極と、対応するポテンシ
ャル井戸形成電極の予−め選択された対を選択されたラ
ンプ電圧へ接続する手段と、電気的電荷パケットを1つ
のポテンシャル井戸から別のポテンシャルの井戸へ転送
するために前配転送デート電極を予め選択された電圧へ
接続する手段とを有することを特徴とする前記光エネル
イー検出装置。 (4)  特許請求の範囲第1項において、前記選択さ
れた複数の儀幅の電圧を印加するための装置はランプ発
生器であることを特徴とする前記光エネルヤー検出装置
。 (5)  特許請求の範囲第1項において、前記電荷転
送装置の列の前記素子は予め選択された数で一緒に集め
て予め選択された数の段を構成するようにした仁とを特
徴とする前記光エネルイー検出装置。 (6)%許請求の範囲第1項において、前記検出器マト
リラックスの前記電荷結合デバイスはHg0dT・。 Pb8nTe 、工!18 b e工nAa8bs G
a工nibから成るグループから選ばれたバンドギャッ
プが狭い半導体材料上に製造することを特徴とする前記
光エネルギー検出装置。 (7)特許請求の範囲第1項において、前記複数個の段
の各々の検出器の段は1つの蓄積ポテンシャル井戸のデ
ートを含み、tたランプ発生器は時間とともに3111
段から最後の段まで増加するランプしたバイアスを与え
るように各々の蓄積ポテンシャル井戸へ接続したことを
特徴とする前記光エネルイー検出装置。 (8)特許請求の範囲第2項において、前記マトリック
スの各々の電荷結合デバイスは4摺動作のために4つの
電極とクロック発生器及びクロック駆動装置を有し位相
2及び位相4の電極への別個の接続4、各位相1の電極
への第1の組の接続と、位相3の電極の全てへのもう1
つの組の接続とを備えて疑似2位相動作を与えるように
したことを特徴とする前記光エネルギー検出装置。 (9)  4!許請求の範囲第1項において、前記1g
号処理装置は前記電荷転送装置検出マトリックスの前記
積分電荷パケットを多重送信するための直列シフトレジ
スタと、前記電荷パケットをビデオ処理のための電圧信
号に変換するために前記直列シフトレジスタの端部に浮
遊f−)を備えたことt−特徴とする前記光エネルギー
検出装置。 (11特許請求の範囲第9項において、前記直列シフト
レジスタは各々の検出器の列のポテンシャル井戸の容量
よりも実質上大きい容量を有する井戸を含みこれによシ
列からの電荷をランプさせずに収容できまた前記直列シ
フトレジスタのポテンシャル井戸は電界破壊を起こさな
いようにしたことを特徴とする前記光エネルギー検出装
置。 tll)特許請求の範囲第1項において、前記信号処理
装置はビデオ信号処理のために前記電荷転送装置検出器
マトリックスの各々の列の出力デートへ接続した浮遊r
−)を含むことを特徴とする前記光エネルギー検出装置
。 03  特許請求の範囲第11項において、前記浮遊ゲ
ートはランプした電荷を受は取る前に電界破埠を起こさ
ずに、ランプした電荷の出力を収容するのに十分なポテ
ンシャル井戸の容量を有することを特徴とする前記光エ
ネルギー検出装置。
Claims: (1) A light energy detection apparatus comprising: a) a scanning assembly for scanning light energy emanating from a scene at a preselected rate; and)) a scanning path of the scanning assembly. a matrix of optical energy detectors of a charge transfer device arranged in rows and columns for converting incident optical energy within the receiver into electrical charge packets representing the optical energy received; comprising a plurality of charge transfer device elements, the elements of said charge transfer device columns being selectively connected together to form a plurality of integrating stages and synchronized with said scanning assembly; means for applying voltages of a plurality of selected amplitudes to the integrating stages, thereby converting the electrical charge packets of the first stage into the charges of each successive stage of the plurality of integrating stages; With the packet! C) said light energy detector matrix for providing a time delay with the integration of charge packets representing the same scene; and C) for processing said integrated signal into a video signal representative of light energy emanating from the scene. The optical energy detection device characterized by: a signal processing device; and a wire comprising: (2. Scope of claims! In the first item, the optical energy detector ff) The optical energy detecting device is characterized in that the optical energy detector ff is a charge-coupled device. (3) In claim 2, each charge-coupled device comprises a first preselected number of electrodes constituting a potential well and a second constituting a transfer r-). means for connecting a preselected number of electrodes and corresponding preselected pairs of potential well forming electrodes to a selected ramp voltage; and means for transferring electrical charge packets from one potential well to another. and means for connecting the pre-transfer date electrode to a preselected voltage for the purpose of transferring the light energy to a predetermined voltage. (4) The optical energy detection device according to claim 1, wherein the device for applying voltages of the plurality of selected widths is a lamp generator. (5) Claim 1 is characterized in that the elements of the row of charge transfer devices are assembled together in a preselected number to form a preselected number of stages. The optical energy detection device. (6) % Allowance In claim 1, the charge-coupled device of the detector matrix is Hg0dT. Pb8nTe, engineering! 18 b e engineering nAa8bs G
The optical energy detection device is fabricated on a semiconductor material with a narrow bandgap selected from the group consisting of a-nib. (7) As defined in claim 1, wherein each detector stage of the plurality of stages includes one stored potential well date, and a ramp generator of 3111
The optical energy detection device is characterized in that it is connected to each storage potential well to provide a ramped bias increasing from stage to last stage. (8) In claim 2, each charge-coupled device of the matrix has four electrodes, a clock generator and a clock driver for four-slide operation, and has a clock generator and a clock driver for phase 2 and phase 4 electrodes. Separate connections 4, a first set of connections to each phase 1 electrode and another to all of the phase 3 electrodes.
The optical energy detection device is characterized in that it is provided with two sets of connections to provide pseudo two-phase operation. (9) 4! In claim 1, the 1g
a serial shift register for multiplexing the integrated charge packets of the charge transfer device detection matrix; and a serial shift register at the end of the serial shift register for converting the charge packets into voltage signals for video processing. t- The optical energy detection device characterized in that it comprises a floating f-). (11) In claim 9, the series shift register includes wells having a capacitance substantially greater than the capacitance of the potential wells of each detector column so as not to ramp charge from the detector column. The optical energy detecting device is characterized in that the potential well of the serial shift register is configured such that the potential well of the serial shift register does not cause electric field breakdown. A floating r connected to the output date of each column of the charge transfer device detector matrix for
-) The optical energy detection device. 03. In claim 11, the floating gate has a potential well capacity sufficient to accommodate the output of the ramped charge without causing field breakdown before receiving or taking the ramped charge. The optical energy detection device characterized by:
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