RU174758U1

RU174758U1 - Photosensitive Sensor Matrix

Info

Publication number: RU174758U1
Application number: RU2017127651U
Authority: RU
Inventors: Николай Валерьевич Комаров; Геннадий Васильевич Самохвалов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Мультиспектр"
Priority date: 2017-08-02
Filing date: 2017-08-02
Publication date: 2017-10-31

Abstract

Полезная модель относится к многоэлементным матричным фоточувствительным приборам инфракрасного диапазона. Матрица фоточувствительных элементов с накоплением на диодах Шоттки содержит строчно-кадровую структуру из фоточувствительных элементов, управляемый от внешней системы управления регистр заряда строк этой структуры, выход которого соединен со структурой фоточувствительных элементов, и управляемый от внешней системы управления регистр считывания строк, выход которого соединен со структурой фоточувствительных элементов, которая соединена с блоком ячеек буферной памяти, вход которого соединен с регистром выноса информации из буферной памяти, а выход - с выходным усилителем. При этом между внешней системой управления и входом в регистр заряда фоточувствительных элементов установлен управляемый затвор, а вход управления затвора соединен с входом управления регистром считывания. Технический результат заключается в увеличении пороговой чувствительности и чувствительности устройства в целом. 1 ил.The utility model relates to multi-element matrix photosensitive infrared devices. The matrix of photosensitive elements accumulated on Schottky diodes contains a line-frame structure of photosensitive elements, a line charge register of this structure controlled by an external control system, the output of which is connected to a structure of photosensitive elements, and a line reading register controlled by an external control system, the output of which is connected to the structure of photosensitive elements, which is connected to the block of cells of the buffer memory, the input of which is connected to the register of removal of information from the buffer second memory, and the output - the output amplifier. In this case, a controlled shutter is installed between the external control system and the entrance to the charge register of the photosensitive elements, and the gate control input is connected to the control input of the read register. The technical result consists in increasing the threshold sensitivity and sensitivity of the device as a whole. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к многоэлементным матричным фоточувствительным приборам инфракрасного диапазона.The utility model relates to multi-element matrix photosensitive infrared devices.

Известны устройства оптического ввода информации в устройство с памятью и обработки указанной информации, основанные на использовании различных многоэлементных фотоэлектрических приемников, таких как линейки и матрицы приборов с зарядовой связью (ПЗС), фотодиодные линейки и матрицы и др. (А.Н. Писаревский, А.Ф. Чернявский "Системы технического зрения", Л. Машиностроение, 1988, с. 119-132 [1]. Подлежащая вводу в устройство с памятью, в частности в ЭВМ, информация представляется в виде распределения световых потоков, падающих на отдельные элементы фотоэлектрического приемника, которые вырабатывают под действием света аналоговые электрические сигналы. Аналоговые электрические сигналы от каждого из элементов фотоэлектрического приемника последовательно считываются и подвергаются первичной обработке, включающей аналого-цифровое преобразование. Полученные цифровые данные заносятся в буферное запоминающее устройство (ЗУ) и считываются из буферного ЗУ через интерфейс связи в ЭВМ, где подвергаются последующей обработке по заданному алгоритму. Недостатком известных устройств является относительно высокий порог чувствительности, что ограничивает их использование в условиях малой освещенностиKnown devices for optical input of information into a device with memory and processing of this information, based on the use of various multi-element photoelectric receivers, such as arrays and arrays of charge-coupled devices (CCD), photodiode arrays and arrays, etc. (A.N. Pisarevsky, A . F. Chernyavsky "Systems of technical vision", L. Mashinostroenie, 1988, pp. 119-132 [1]. Information to be entered into a device with a memory, in particular in a computer, is presented in the form of a distribution of light fluxes incident on individual elements of of an electric receiver that produces analog electrical signals under the influence of light. Analog electrical signals from each of the elements of the photoelectric receiver are sequentially read and subjected to primary processing, including analog-to-digital conversion. Received digital data is stored in a buffer memory (memory) and read from the buffer memory through the communication interface in the computer, where they are subjected to subsequent processing according to a given algorithm. A disadvantage of the known devices is the relatively high sensitivity threshold, which limits their use in low light conditions

Известно устройство для воспроизведения изображения интерферограмм, имеющее с своем составе матрицу на приборе с зарядовой связью (ПЗС) конструктивно-технологическая организация которой выполнена по принципу "кадровый перенос" с двумя разнесенными секциями и одним выходным регистром.A device for reproducing an image of interferograms, comprising a matrix on a charge-coupled device (CCD), the structural-technological organization of which is performed on the principle of "personnel transfer" with two spaced sections and one output register.

Матрица состоит из связанных зарядовой связью первой секции накопления и выходного регистра, блока управления, предварительного усилителя и видеоконтрольного блока, при этом первый выход блока управления соединен с управляющим входом первой секции накопления матрицы ПЗС, второй выход - с управляющим входом выходного регистра матрицы ПЗС, введенной в матрицу ПЗС второй секции накопления, которая связана зарядовой связью с первой секцией накопления и выходным регистром. причем управляющий вход второй секции накопления соединен с первым выходом блока управления, а светоделитель оптически связан с первой секцией накопления матрицы ПЗС непосредственно, а с второй секцией - через светорегулирующую ячейку (RU 2030841 [2]). Во время активной части кадра (в течение прямого хода кадровой развертки под действием фазных последовательностей, формируемых преобразователями уровней, производится построчный (с периодом Т_с) и поэлементный (с периодом Т_э) сдвиг накопленного зарядового рельефа из секции накопления к выходу выходного регистра, а также одновременное заполнение секции зарядовым рельефом. В последующем (n+1) кадре производится новый цикл экспозиции для секций накопления. В течение активной части (n+1) кадра зарядовый сигнал считывается и известным способом через предварительный усилитель и воспроизводится на экране видеоконтрольного блока. Далее процесс периодически с кадровой частотой повторяется.The matrix consists of a charge-coupled first accumulation section and an output register, a control unit, a pre-amplifier and a video control unit, while the first output of the control unit is connected to the control input of the first accumulation section of the CCD matrix, the second output to the control input of the output register of the CCD matrix into the CCD matrix of the second accumulation section, which is connected by charge communication with the first accumulation section and the output register. moreover, the control input of the second accumulation section is connected to the first output of the control unit, and the beam splitter is optically connected to the first accumulation section of the CCD matrix, and to the second section through the light control cell (RU 2030841 [2]). During the active part of the frame (during the direct course of the frame sweep under the action of phase sequences generated by the level converters, a line-by-line (with a period of T _s ) and element-wise (with a period of T _e ) shift of the accumulated charge relief from the accumulation section to the output of the output register is performed, and also simultaneous filling of the section with a charge relief. In the next (n + 1) frame, a new exposure cycle is performed for the accumulation sections. During the active part (n + 1) of the frame, the charge signal is read and known m through the preamplifier and is displayed on the screen of the video control unit.

Устройство обеспечивает увеличение точности воспроизведения изображения интерферограмм в условиях случайных колебаний контролируемого объекта, однако эффект повышения чувствительности возникает только при наблюдении малоподвижных объектов и относительно высокий порог чувствительности ограничивает использование в условиях малой освещенности.The device provides increased accuracy in reproducing the image of interferograms under the conditions of random oscillations of a controlled object, however, the effect of increasing sensitivity occurs only when observing inactive objects and a relatively high sensitivity threshold limits its use in low light conditions.

Известна телевизионная камера, которая содержит в своем составе матричный ПЗС с покадровым переносом, включающий секцию накопления, секцию памяти и выходной регистр, синхрогенератор, усилитель-формирователь импульсов управления секцией накопления и секцией памяти (RU 2014744 [3]), Устройство обеспечивает увеличение точности формирования функции распределения яркости изображения, но относительно высокий порог чувствительности ограничивает использование в условиях малой освещенности.A known television camera, which contains a matrix CCD with frame-by-frame transfer, including an accumulation section, a memory section and an output register, a clock generator, a pulse-shaping amplifier controlling the accumulation section and the memory section (RU 2014744 [3]), The device provides an increase in the accuracy of formation image brightness distribution functions, but a relatively high sensitivity threshold limits use in low light conditions.

Телевизионная камера, которая может быть использована в условиях пониженной освещенности объекта описана в (RU 2199191 [3]). В камере применен автоматический выбор длительности времени накопления фотоприемника на матрице ПЗС при работе камеры в режиме однократного формирования видеосигнала (в режиме "MONOSHOT") в условиях пониженной освещенности объекта. В телевизионную камеру, содержащую последовательно расположенные и оптически связанные объектив и датчик видео- и синхросигналов, первый управляющий вход которого является входом "задания длительности накопления", второй управляющий вход датчика - входом "задания длительности считывания", третий управляющий вход датчика - входом "выбора режима работы", выход тактовых синхроимпульсов датчика - выходом "синхро" камеры, а выход видеосигнала датчика - выходом "видео" камеры, введены пиковый детектор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), формирователь длительности накопления, одновибратор, первый и второй RS-триггеры, элемент "ИЛИ" и инвертор. При этом выход видеосигнала датчика подключен к информационному входу пикового детектора, управляющий вход которого объединен с входом одновибратора и входами "S" первого и второго RS-триггеров и подключен к входу "пуск" камеры, а выход пикового детектора подключен к информационному входу АЦП, выход которого подключен к установочному входу формирователя длительности накопления, разрешающий вход которого подключен к выходу одновибратора. Управляющий вход формирователя длительности накопления подключен к инверсному выходу первого RS-триггера, тактовый вход формирователя длительности накопления объединен с тактовым входом АЦП и подключен к выходу тактовых синхроимпульсов датчика, а выход формирователя длительности накопления подключен к входу "R" первого RS-триггера и соответственно к первому управляющему входу датчика, второй управляющий вход которого подключен через инвертор к входу "R" второго RS-триггера, инверсный выход которого подключен к первому входу элемента "ИЛИ", второй вход которого подключен к выходу одновибратора, а выход элемента "ИЛИ" - к третьему управляющему входу датчика. Технический результат достигается за счет дополнительного введения в телевизионную камеру пикового детектора, АЦП, формирователя длительности накопления, одновибратора, первого и второго RS-триггеров, элемента "ИЛИ" и инвертора, что позволяет в режиме "TV" осуществлять измерение уровня видеосигнала от интересующего объекта в условиях данной освещенности, а по полученному результату определять оптимальную величину длительности накопления фотоприемника в режиме "MONOSHOT."A television camera that can be used in low light conditions is described in (RU 2199191 [3]). The camera has an automatic selection of the duration of the accumulation time of the photodetector on the CCD matrix when the camera is in the mode of a single video signal generation (in the "MONOSHOT" mode) in low light conditions of the object. Into a television camera containing a sequentially located and optically coupled lens and a sensor for video and clock signals, the first control input of which is the input of the "duration of accumulation", the second control input of the sensor is the input of the "read duration", and the third control input of the sensor is the input of "choice operating mode ", the output of the clock clock pulses of the sensor - the output of the" sync "of the camera, and the output of the video signal of the sensor - the output of the" video "of the camera, a peak detector, analog-to-digital converter (ADC), irovatel accumulation duration monostable multivibrator, the first and second RS-trigger, an element "OR", and an inverter. In this case, the video signal output of the sensor is connected to the information input of the peak detector, the control input of which is combined with the input of the one-shot and inputs “S” of the first and second RS flip-flops and connected to the input “start” of the camera, and the output of the peak detector is connected to the information input of the ADC, the output which is connected to the installation input of the shaper accumulation duration, the permitting input of which is connected to the output of a single vibrator. The control input of the accumulator of the duration of accumulation is connected to the inverse output of the first RS-trigger, the clock input of the generator of accumulation of duration is connected to the clock input of the ADC and connected to the output of the clock sync pulses, and the output of the generator of accumulator duration is connected to the input "R" of the first RS-trigger and, respectively, to the first control input of the sensor, the second control input of which is connected through the inverter to the input "R" of the second RS-trigger, the inverse output of which is connected to the first input of the element "OR ", the second input of which is connected to the output of the one-shot, and the output of the element" OR "- to the third control input of the sensor. The technical result is achieved due to the additional introduction of a peak detector, an ADC, a shaper of accumulation duration, a single vibrator, first and second RS flip-flops, an "OR" element and an inverter into the television camera, which makes it possible to measure the level of a video signal from an object of interest in the "TV" mode conditions of this illumination, and from the result obtained, determine the optimal value of the accumulation time of the photodetector in the "MONOSHOT."

Предложенная схема реализуется на ПЗС видеоматрицах с секцией накопления. При этом часть схемы управления должна быть интегрирована с схему видеоматрицы.The proposed scheme is implemented on CCD video arrays with an accumulation section. At the same time, part of the control circuit must be integrated with the video matrix circuit.

К недостаткам схемы относятся:The disadvantages of the scheme include:

- необходимо внесение радикальных изменений в схему матрицы; устройство не может быть реализовано на матрицах без внесения изменений;- it is necessary to make radical changes to the matrix scheme; the device cannot be implemented on matrices without making changes;

- схема предназначена для автоматического выбора длительности накопления (экспозиции) в режиме "MONOSHOT" (одиночного кадра);- the scheme is intended for automatic selection of the duration of accumulation (exposure) in the "MONOSHOT" mode (single frame);

- при использовании в схеме с фиксированной частотой кадров экспозиция не может превышать межкадрового интервала.- when used in a scheme with a fixed frame rate, the exposure cannot exceed the inter-frame interval.

Все рассмотренные выше устройства используют в своем составе фотоприемники на основе ПЗС, что ограничивает их сферу применения в условиях малой освещенности. В видимом и ближнем ИК диапазоне осуществлен качественный скачок благодаря переходу от главного типа фотоприемников на ПЗС к КМОП фотоприемникам. Принципиальное отличие этих приборов от ПЗС состоит в методе реализации развертки. Координатная адресация к каждому элементу вместо протаскивания заряда каждого элемента сначала по всему столбцу, а потом по всей строке позволяет избежать искажений, связанных с неэффективностью переноса заряда. Телекамеры нового поколения, основанные на КМОП фотоприемниках, объединяют в себе фотоприемник, устройства развертки, квантования и обработки изображения, и в силу своей структурной сложности переходят в класс видеосистемам на кристаллеAll the devices discussed above use CCD-based photodetectors, which limits their scope in low light conditions. In the visible and near-IR ranges, a quantum leap has been achieved due to the transition from the main type of photodetectors on the CCD to CMOS photodetectors. The fundamental difference between these devices from the CCD lies in the method for implementing the sweep. Coordinate addressing to each element instead of dragging the charge of each element first throughout the column, and then throughout the row, avoids distortions associated with inefficiency of charge transfer. New-generation CMOS cameras based on CMOS photodetectors combine a photodetector, scanning, quantization and image processing devices, and due to their structural complexity, they transfer to the class of video systems on a chip

Технология КМОП, в отличие от ПЗС, позволяет осуществлять большее количество операций прямо на кристалле, на котором расположена фоточувствительная матрица. Кроме высвобождения электронов и их передачи, КМОП-сенсоры могут также обрабатывать изображения, выделять контуры изображения, уменьшать помехи и производить аналого-цифровые преобразования. Более того, имеется возможность создавать программируемые КМОП-сенсоры, следовательно, можно получить очень гибкое многофункциональное устройство.CMOS technology, in contrast to CCD, allows for more operations directly on the crystal on which the photosensitive matrix is located. In addition to the release of electrons and their transmission, CMOS sensors can also process images, isolate image contours, reduce noise and produce analog-to-digital conversions. Moreover, it is possible to create programmable CMOS sensors, therefore, you can get a very flexible multifunctional device.

Столь широкий набор функций, выполняемых одной микросхемой, - основное преимущество технологии КМОП над ПЗС. При этом сокращается количество необходимых внешних компонентов. Использование в цифровой камере КМОП-сенсора позволяет устанавливать на освободившееся место другие чипы - например, цифровые сигнальные процессоры (DSP) и аналого-цифровые преобразователи.Such a wide range of functions performed by a single chip is the main advantage of CMOS technology over CCDs. This reduces the number of necessary external components. The use of a CMOS sensor in the digital camera allows you to install other chips in the vacant space - for example, digital signal processors (DSP) and analog-to-digital converters.

Известна ячейка многоэлементного приемника изображения, выполненная в составе интегральной схемы, которая состоит из чувствительного элемента с накоплением заряда, пропорционального интенсивности принятого излучения и времени его экспозиции, элемента запоминания накопленного заряда, элемента передачи заряда под управлением координатных шин адресной выборки на сигнальные шины (RU 2327250 [4]).A well-known cell of a multi-element image detector, made as part of an integrated circuit, which consists of a sensitive element with a charge accumulation proportional to the intensity of the received radiation and its exposure time, a memory element for the stored charge, a charge transfer element under the control of coordinate buses of an address sample to signal buses (RU 2327250 [four]).

Ячейка работает следующим образом.The cell works as follows.

После предустановки фоточувствительного элемента путем задания потенциала на стоке транзистора ТХ включением транзистора RST и по завершении экспозиции накопленный в фотодиоде заряд при включении транзистора ТХ и подаче на координатную шину адресной выборки высокого потенциала перетекает в зарядово-связанный с ним МОП-конденсатор, являющийся элементом запоминания. После зарядки затем сигнальной шины высоким потенциалом и последующим снятии его с шины адресной выборки происходит перетекание заряда из элемента запоминания в зарядово-связанный с ним элемент передачи заряда, который, будучи связанным с сигнальной шиной, меняет ее заряд и, следовательно, потенциал. Изменение потенциала на сигнальной шине является сигналом. В матрице сигнальная шина имеет по сравнению с МОП-конденсаторами ячейки много большую емкость, поэтому на нее могут суммироваться заряды многих ячеек, одновременно подключаемых к ней в соответствии с алгоритмом сжатия информации в изображении. При изменении последовательности подачи высоких потенциалов на шинах и на обратную происходит обратное перетекание заряда с сигнальной шины в элемент запоминания.After presetting the photosensitive element by setting the potential at the drain of the TX transistor by turning on the transistor RST and after completing the exposure, the charge accumulated in the photodiode when the TX transistor is turned on and a high potential is applied to the coordinate bus of the address sample flows into the charge-coupled MOS capacitor, which is a memory element. After charging the signal bus with a high potential and then removing it from the address sample bus, the charge flows from the storage element to the charge-related charge transfer element, which, when connected to the signal bus, changes its charge and, therefore, the potential. A potential change on the signal bus is a signal. Compared to MOS capacitors, the signal bus in the matrix has a much larger capacitance, therefore, the charges of many cells can be summed onto it, simultaneously connected to it in accordance with the algorithm for compressing information in the image. When changing the sequence of supplying high potentials on the tires and to the reverse, the charge flows back from the signal bus to the memory element.

Благодаря адресной передаче заряда из ячейки в ячейку через сигнальную шину возможна реализация алгоритма временной задержки и накопления, применяемого в фотоприемниках со сканированием для увеличения отношения сигнал-шум.Thanks to the targeted charge transfer from cell to cell via the signal bus, it is possible to implement the time delay and accumulation algorithm used in photodetectors with scanning to increase the signal-to-noise ratio.

Схема требует введения в фоточувствительную ячейку дополнительных элементов, что снижает фактор заполнения и тем самым, чувствительность ячейки; реализуемый предложенным способом режим временной задержки и накопления (ВЗН) применим только в видеосистемах с оптическим сканированием (видеосистемы первого поколения), и неприменим к «смотрящим» матрицам (видеосистемы второго поколения).The scheme requires the introduction of additional elements into the photosensitive cell, which reduces the filling factor and thereby the cell sensitivity; the time delay and accumulation (WZN) mode implemented by the proposed method is applicable only to video systems with optical scanning (first-generation video systems), and is not applicable to “watching” matrices (second-generation video systems).

Наиболее близким к заявляемой полезной модели по своей технической сущности является многоэлементный видеопреобразователь оптического излучения, содержащий матрицу фоточувствительных элементов, в котором накопленный в элементарной ячейке заряд определяет ток управляющего транзистора истокового повторителя, расположенного в ячейке матрицы, нагрузка которого привязана к общей шине столбца матрицы. Управление считыванием видеосигнала производится с помощью КМОП-мультиплексоров (US 5933190, [5]). В известном устройстве считывание информации с матричного преобразователя оптического излучения осуществляется по схеме строчно-кадровой выборки. По этой схеме с помощью вертикального сдвигового регистра производится выборка строки фоточувствительных ячеек и передача потенциала фоточувствительного элемента на общую вертикальную шину через истоковый повторитель, нагрузка которого привязана к общей шине. Установившийся на нагрузке потенциал, соответствующий заряду фоточувствительной ячейки, запоминается с помощью схемы выборки-хранения. Затем последовательно опрашивая ячейки выборки-хранения с помощью горизонтального сдвигового регистра осуществляется мультиплексирование строки видеосигнала на общую шину и через буферный усилитель осуществляется последовательный вывод видеоизображения на внешние устройства. Перезарядка чувствительного элемента осуществляется при помощи второго вертикального сдвигового регистра, под действием которого происходит построчное подключение к источнику опорного потенциала, регулировка задержки которого относительно считывания позволяет регулировать время экспозиции кадра. Недостатком прототипа является низкая пороговая чувствительность вследствие малого фактора заполнения фоточувствительной ячейки.Closest to the claimed utility model in its technical essence is a multi-element video converter of optical radiation containing a matrix of photosensitive elements, in which the charge accumulated in the unit cell determines the current of the control transistor of the source follower located in the matrix cell, the load of which is tied to the common bus of the matrix column. The control of video signal reading is performed using CMOS multiplexers (US 5933190, [5]). In the known device, information is read from a matrix converter of optical radiation by a line-frame sampling scheme. According to this scheme, using a vertical shift register, a row of photosensitive cells is sampled and the potential of the photosensitive element is transferred to a common vertical bus through a source follower, the load of which is tied to a common bus. The potential established at the load corresponding to the charge of the photosensitive cell is stored using a sampling-storage circuit. Then, sequentially interrogating the sample-storage cells with the help of a horizontal shift register, the video signal line is multiplexed onto a common bus and the video image is sequentially output to external devices through a buffer amplifier. The recharge of the sensitive element is carried out using the second vertical shift register, under the action of which there is a line-by-line connection to the source of the reference potential, the adjustment of the delay of which relative to the reading allows you to adjust the exposure time of the frame. The disadvantage of the prototype is the low threshold sensitivity due to the small filling factor of the photosensitive cell.

Заявляемая полезная модель направлена на увеличение пороговой чувствительности и чувствительности устройства в целом за счет увеличения времени накопления.The inventive utility model is aimed at increasing the threshold sensitivity and sensitivity of the device as a whole by increasing the accumulation time.

Указанный результат достигается тем, что матрица фоточувствительных элементов с накоплением на диодах Шоттки, содержит строчно-кадровую структуру из фоточувствительных элементов, управляемый от внешней системы управления регистр заряда строк этой структуры, выход которого соединен со структурой фоточувствительных элементов, и управляемый от внешней системы управления регистр считывания строк, выход которого соединен со структурой фоточувствительных элементов, которая соединена с блоком ячеек буферной памяти, вход которого соединен с регистром выноса информации из буферной памяти, а выход - с выходным усилителем. При этом между внешней системой управления и входом в регистр заряда фоточувствительных элементов установлен управляемый затвор, а вход управления затвора соединен с входом управления регистром считывания.The indicated result is achieved by the fact that the matrix of photosensitive elements accumulated on Schottky diodes contains a line-frame structure of photosensitive elements controlled by an external control system of the row charge register of this structure, the output of which is connected to the structure of photosensitive elements, and controlled by an external control system reading lines, the output of which is connected to the structure of photosensitive elements, which is connected to the block of cells of the buffer memory, the input of which is connected n with a register for the removal of information from the buffer memory, and the output with the output amplifier. In this case, a controlled shutter is installed between the external control system and the entrance to the charge register of the photosensitive elements, and the gate control input is connected to the control input of the read register.

Отличительным признаком заявляемого устройства является установка между внешней системой управления и входом в регистр заряда ячеек управляемого затвора, вход управления которым соединен с входом управления регистром считывания.A distinctive feature of the claimed device is the installation between an external control system and the entrance to the charge register of the cells of the controlled gate, the control input of which is connected to the control input of the read register.

Наличие в матрице управляемого затвора, вход управления которым соединен с входом управления регистром считывания, позволяет блокировать один или несколько последовательных циклов перезаряда фоточувствительных ячеек, и тем самым увеличить длительность периода накопления фотосигнала на один или несколько межкадровых интервалов. При этом сохраняется возможность регулирования длительности накопления в пределах одного межкадрового интервала штатным для фоточувствительной матрицы на диодах Шоттки способом.The presence of a controlled shutter in the matrix, the control input of which is connected to the control input of the read register, allows one or several consecutive charge cycles of photosensitive cells to be blocked, and thereby increase the duration of the accumulation period of the photo signal by one or several inter-frame intervals. At the same time, it remains possible to control the accumulation duration within one frame interval by the standard method for the photosensitive matrix on Schottky diodes.

Схема фоточувствительной ячейки и фактор заполнения не изменяются, а схема управления накоплением может быть реализована как формированием управляемого затвора на кристалле матрицы, так и подключением внешнего управляемого затвора.The scheme of the photosensitive cell and the filling factor are not changed, and the accumulation control scheme can be implemented both by the formation of a controlled shutter on the matrix chip and by connecting an external controlled shutter.

Сущность заявляемого устройства поясняется примером реализации и чертежом, на котором показана его принципиальная схема.The essence of the claimed device is illustrated by an example implementation and a drawing, which shows its circuit diagram.

Матрица фоточувствительных элементов с накоплением на диодах Шоттки, содержит строчно-кадровую структуру 1 из фоточувствительных элементов, управляемый от внешней системы управления 2 регистр 3 заряда строк этой структуры, выход которого соединен со структурой фоточувствительных элементов, и управляемый от внешней системы управления регистр 4 считывания строк, выход которого соединен со структурой фоточувствительных элементов, которая соединена с блоком 5 ячеек буферной памяти, вход которого соединен с регистром 6 выноса информации из фоточувствительных элементов, а выход - с выходным усилителем (не показан). Между внешней системой управления 2 и входом в регистр 3 заряда фоточувствительных элементов установлен управляемый затвор 7, а вход управления затвора соединен с входом управления регистром считывания 4.The matrix of photosensitive elements accumulated on Schottky diodes contains a line-frame structure 1 of photosensitive elements controlled from an external control system 2 register 3 charge lines of this structure, the output of which is connected to the structure of photosensitive elements, and controlled from an external control system register 4 read lines the output of which is connected to the structure of photosensitive elements, which is connected to a block of 5 cells of the buffer memory, the input of which is connected to the register 6 of information removal from photosensitive elements, and the output is with an output amplifier (not shown). A controlled shutter 7 is installed between the external control system 2 and the input to the charge register 3 of the photosensitive elements, and the gate control input is connected to the control input of the read register 4.

Регистрация кадра изображения происходит следующим образом.Registration of the image frame is as follows.

Вариант А. При нормальной освещенности объекта, в штатном режиме затвор 7 не управляется, находится в состоянии «включен» (сигнал запуска регистра пропускается).Option A. Under normal illumination of the object, in normal mode, the shutter 7 is not controlled, is in the "on" state (register start signal is skipped).

Процесс заряда строк происходит следующим образом. По сигналу (импульсу) от внешней системы управления 2 запускается регистр заряда ячеек 3; ячейки каждой строки заряжаются одновременно; все строки заряжаются последовательно, с частотой тактовых импульсов, Процесс накопления фотосигнала в фоточувствительных ячейках каждой следующей строки начинается через интервал времени, равный периоду тактовых импульсов.The process of charging strings is as follows. By a signal (impulse) from an external control system 2, the charge register of cells 3 is started; cells of each row are charged simultaneously; all lines are charged sequentially, with a frequency of clock pulses. The process of accumulating a photo signal in the photosensitive cells of each next line begins after a time interval equal to the period of clock pulses.

Процесс считывания строк происходит следующим образом. Через заданный интервал времени после запуска регистра 3, определяющий время экспозиции, от внешней системы управления 2 поступает импульс запуска регистра считывания 4. Информация об уровне накопленного фотосигнала из ячеек строки одновременно сбрасывается (считывается) в буферную память 5, затем по сигналу от внешней системы управления 2 запускается регистр выноса информации 6, и информация из буферного накопителя передается на выход. Процесс завершается до считывания информации из ячеек следующей строки, в период между тактовыми импульсами регистра 4.The process of reading lines is as follows. After a specified time interval after the start of register 3, which determines the exposure time, an impulse to start the read register 4 is received from the external control system 2. Information about the level of the accumulated photo signal from the cells of the line is simultaneously reset (read) to buffer memory 5, then by a signal from an external control system 2, the information transfer register 6 is started, and information from the buffer storage is transmitted to the output. The process ends before the information is read from the cells of the next row, between the clock pulses of register 4.

Следующий кадр снова начинается с заряда строк. В этом режиме интервал между зарядом ячеек и считыванием сигнала - время накопления, или экспозиция, не может быть больше периода одного кадра.The next frame starts again with a line charge. In this mode, the interval between cell charge and signal readout — accumulation time, or exposure, cannot exceed the period of one frame.

Вариант Б. При слабой освещенности объекта осуществляется режим с увеличением времени накопления на период одного кадра: управление затвором 7 включено, затвор 7 находится в состоянии «включен»; состояние затвора 7 изменяется по каждому импульсу от внешней системы управления 2.Option B. When the object is poorly lit, a mode with increasing accumulation time for a period of one frame is implemented: shutter control 7 is turned on, shutter 7 is in the “on” state; The state of the shutter 7 changes for each pulse from an external control system 2.

Для первого кадра:For the first frame:

- процесс заряда строк аналогичен описанному в варианте А.- the process of charging the strings is similar to that described in option A.

- процесс считывания строк происходит через заданный интервал времени после запуска регистра 3, определяющий время экспозиции. От внешней системы управления 2 поступает импульс запуска регистра считывания 4; одновременно импульс приводит затвор в состояние «выключен». Информация об уровне накопленного фотосигнала из ячеек строки одновременно сбрасывается (считывается) в буферную накопитель (память) 5, затем по сигналу от внешней системы управления 2, запускается регистр выноса информации 6, и информация из буферного накопителя передается на выход. Процесс завершается до считывания информации из ячеек следующей строки, в период между тактовыми импульсами регистра 4.- the process of reading lines occurs after a specified time interval after the start of register 3, which determines the exposure time. From an external control system 2, an impulse to start the read register 4 is received; at the same time, the pulse drives the shutter to the off state. Information about the level of the accumulated photo signal from the cells of the row is simultaneously dumped (read) to the buffer storage (memory) 5, then, according to the signal from the external control system 2, the information transfer register 6 is started and the information from the buffer storage is transmitted to the output. The process ends before the information is read from the cells of the next row, between the clock pulses of register 4.

Для второго кадра:For the second frame:

- процесс заряда строк не происходит, так как затвор 7 находится в состоянии «выключен»; процесс накопления сигнала в фоточувствительных ячейках матрицы (экспозиция), продолжается.- the process of charging the lines does not occur, since the shutter 7 is in the “off” state; the process of signal accumulation in the photosensitive cells of the matrix (exposure) continues.

- процесс считывания строк происходит через заданный интервал времени после запуска регистра 3. От внешней системы управления 2 поступает импульс запуска регистра считывания 4; одновременно импульс приводит затвор в состояние «включен». Далее цикл аналогичен описанному в варианте А.- the process of reading lines occurs after a predetermined time interval after the start of register 3. From an external control system 2, an impulse to start the read register 4 is received; at the same time, the pulse drives the shutter to the “on” state. Further, the cycle is similar to that described in option A.

В результате, в первом кадре считываются значения фотосигнала с нормальным временем экспозиции, а во втором кадре - считываются значения фото-сигнала с временем экспозиции, увеличенным на период одного кадра.As a result, in the first frame, the values of the photo signal with the normal exposure time are read, and in the second frame, the values of the photo signal with the exposure time increased by a period of one frame are read.

Циклы каждой последующей пары кадров аналогичны циклам первой пары.The cycles of each subsequent pair of frames are similar to the cycles of the first pair.

Вариант В. При очень слабой освещенности объекта осуществляется режим с увеличением времени накопления на период двух кадров. Управление затвором 7 включено, затвор 7 находится в состоянии «включен»; состояние затвора 7 изменяется по каждому нечетному импульсу от внешней системы управления 2 (через один импульс).Option B. With very low illumination of the object, a mode is implemented with an increase in the accumulation time for a period of two frames. Shutter control 7 is on, shutter 7 is in the “on” state; The state of the shutter 7 changes for each odd pulse from the external control system 2 (after one pulse).

Для первого кадра:For the first frame:

- процесс считывания строк аналогичен описанному в варианте А.- the process of reading lines is similar to that described in option A.

Для второго кадра:For the second frame:

Для третьего кадра:For the third frame:

- процесс считывания строк происходит через заданный интервал времени после запуска регистра 3. От внешней системы управления 2 поступает импульс запуска регистра считывания 4; одновременно импульс приводит затвор в состояние «включен». Информация об уровне накопленного фотосигнала из ячеек строки одновременно сбрасывается (считывается) в буферную память 5, затем по сигналу от внешней системы управления 2, запускается регистр выноса информации 6, и информация из буферного накопителя передается на выход. Процесс завершается до считывания информации из ячеек следующей строки, в период между тактовыми импульсами регистра 4.- the process of reading lines occurs after a predetermined time interval after the start of register 3. From an external control system 2, an impulse to start the read register 4 is received; at the same time, the pulse drives the shutter to the “on” state. Information about the level of the accumulated photo signal from the cells of the row is simultaneously dumped (read) into the buffer memory 5, then, according to the signal from the external control system 2, the information transfer register 6 is started and the information from the buffer storage is transmitted to the output. The process ends before the information is read from the cells of the next row, between the clock pulses of register 4.

В результате, в первом кадре считываются значения фотосигнала с нормальным временем экспозиции, во втором кадре считываются значения фотосигнала с временем экспозиции, увеличенным на период одного кадра, в третьем кадре считываются значения фотосигнала с временем экспозиции, увеличенным на период двух кадров.As a result, in the first frame, the values of the photo signal with the normal exposure time are read, in the second frame the values of the photo signal with the exposure time increased by the period of one frame are read, in the third frame the values of the photo signal with the exposure time increased by the period of two frames are read.

Циклы каждой последующей тройки кадров аналогичны циклам первой тройки.The cycles of each subsequent three frames are similar to the cycles of the first three.

Claims

An array of photosensitive elements accumulated on Schottky diodes, containing a line-frame structure of photosensitive elements, a line charge register of this structure controlled by an external control system, the output of which is connected to a structure of photosensitive elements, and a line reading register controlled by an external control system, the output of which is connected with the structure of photosensitive elements, which is connected to the block of cells of the buffer memory, the input of which is connected to the register of information removal from the buffer memory, and the output is with an output amplifier, characterized in that a controlled shutter is installed between the external control system and the input to the charge register of the photosensitive elements, and the gate control input is connected to the control input of the read register.