专利名称：无感光胶片电子照相机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无感光胶片电子照相机以及做为相机光-电转换用的一种光电耦合器件。
现有的照相机都是利用相机内的感光胶片来记录拍摄对象的有关信息。采用这一原理拍摄时，拍摄效果受客观因素影响很大，诸如相机的质量、胶片的质量、人们操作相机的经验和水平等。此外，装御胶片必须格外小心。而且，从胶片到制成相片又将经历好几个工艺，这又将对照片的质量产生不良的影响。胶片和照片不易长期完好保存。拍照的花费也比较高。
与现有摄像技术密切相关的是一种叫做电荷耦合元件(又称CCD)的器件，这种器件是根据场效应(MOS)电容原理制成的。该器件在光的照射下，能够在器件内产生出与光强对应的电荷量，这些电荷在器件内表面电极上脉冲序列的驱动下，被从感光单元转移到输出端读出。这样，一定的电荷量，对应一定大小的模拟输出电压。该模拟电压被一只放大器放大后就可以为外部装置读出。
根据这一原理，通过对由许多感光单元组成的感光面阵进行有序的光电信号读出，就可以得到整幅画面的全部光学信息。
参见图2，目前所使用的CCD器件是由感光部分(F1-F3所在区域)，电荷寄存部分(F4-F6所在区域，不感光)和读出部份(F9-F11所在范围，不感光)构成。某一感光单元中的感应电荷要在F脉冲序列作用下，被一位位地转移到输出端V0处输出。
这种方法制成的感光器件存在着以下几个问题1、由于电荷不能在半导体内久存(一般不能超过几毫秒)，所以，读出速度不能低于此限(几千赫)。2、在电荷的读出过程中会产生电荷损失，并导致最终输出的电信号失真。3、由于电荷读出要经过许多次脉冲的移位，因而读出最高速度也将受到限制(一般小于10MHZ)。如果由CCD构成的几万、甚至几百万感光面阵的信息要在0.001秒内全部被读出，则读出信号的速率将高达几百兆赫以上，这无论是对CCD器件，还是对磁带记录装置而言都将是一个大难题。
为了解决上述问题，这里揭示了一种无胶片相机以及改进后的CCD光-电转换器件。
参见
图1，本发明将通过照相机镜头摄取的图象经过光-电转换后，得到图象电信号。该电信号在感光结束的瞬间，以并行方式全部同时被转换成相应的N位数字信号存入MOS数字寄存器中。感光结束后，可以较低的速度将MOS寄存器中的数字信号有规律地以每次N位读出，然后经过数-模转换器还原成模拟信号输出。该输出信号可以被录制到大容量存贮器(如相机内的磁带装置)上长时间保存。根据这种原理制成的相机可以完全克服现有胶片相机存在的缺点。它不仅能够以很高的快门速度拍照(小于万分之一秒)，而且可以利用普通磁带装置记录图像信息，磁带的信息存贮量也可以大大高于胶片，同时还易于长期保存。
拍摄结束后，可将机内磁带取出，并通过一专用设备将磁带上所录制的信息转变成照片。这种照片还可以是由彩印机直接印制在纸张上的，从而避免现有相机由胶片到制成相片所需的各道工艺所产生的不良影响。
更有意义的是假如人们能够利用彩色液晶显示技术制成这种磁带的信息显示装置，并把它挂于墙壁上，则可以用来展示任意一幅您所喜欢的作品(相片)。
参见图3，通过用MOS存贮器替代原CCD光电元件做为数字寄存器，并使两者制造在同一基片上，则不仅可以实现快速读入，高速或低速读出，信号在寄存器件中可以不断地被刷新，得到长时间保存，而且还可以克服原方法读出过程中将产生的失真问题。
因而，本发明的主要目的在于提供一种不用胶片存贮照相信息的相机。
本发明的另一目的是提供一种利用MOS寄存器与光-电耦合器件制造在一起，用于存贮和读出光电信息的器件，以降低对磁记录装置的技术性能要求，从而大大降低成本。
本发明的这些目的和其它目的在附图及详细的描述中变得更加明显。
图1是本发明无胶片照相装置的方框图。
图2是现有光-电耦合CCD器件平面结构和工作原理图。
图3是本发明CCD和MOS寄存器的平面结构和工作原理图。
图4是本发明CCD和MOS寄存器的剖视结构和工作原理图。
图5是本发明CCD-MOS器件工件原理图。
参见图4，图中F1、F2、F3各电极用于产生势井以存贮光照时产生的电子。通过在F1-F3上加一有规律的脉冲电压序列，势井内的电子将按图4Q-图4D进行转移，最后全被集中到不受光照的、由F4产生的最深势井内。当在F4势井中注入电子后，势井内原有电位将根据电子数量多少而产生相应的变化△V0。电子数量越多，则电位△V0下降也越多(△V0＝△Q/C)，这一电位变化通过N输出极反映到做为模-数转换元件的Q2MOS管的栅极，Q2是PMOS增强型晶体管。
参见图5，光电信息器件由CCD感光部分(F1-F3所在区域)，CCD不感光部分(F4所在区域)，MOS模-数转换电路，MOS动态数字信号寄存电路和MOS数字信号读出电路等部分构成。
MOS模-数转换电路由MOS管Q1、Q2、Q6、Q51-Q54、电容C、Cs11-Cs14，计数器CT、数-模转换器A6等构成。Q1、Q6为NMOS增强型管，Q2为PMOS增强型管，Q51-Q54为PMOS耗尽型管。
设Q2的阀值电压为Vt2，当F4势井中无电子时，即使Vo2已达到其最大输出电压值，由于Vgs2＜Vt2，Q2管仍旧不会导能。设此时C为“0”电平，则Q51-Q54导通，Cs11-Cs14的状态完全由D1-D4的状态所决定。当CP4由高电平“1”变成“0”后，计数器开始对CP3时钟脉冲计数(计数器从0000开始计数，D1-D4从1111开始减数，计数器的每一输出状态对应-Vo2电压)，这时，Vo2将不断上升，使Vgs2不断增大。当Vgs2＞Vt2时，Q2导通，使C由“0”变为“1”，Q51-Q54各管截止。这样，Cs11-Cs14的状态就被确定下来，不再受D1-D4状态变化的影响，Cs11-Cs14的状态与F4势井中的电位有一一对应关系。至此，该单元的光-电，模-数转换完成。同理，如有n个单元在同一个A6和CT驱动下，同时进行上述转换，则各单元将可以同时进行相应感光单元电信号的模-数转换。数字寄存单元由NMOS增强型管Q31-Q34，Q41-Q44以及信号寄存电容Cs11-Cs14等构成。它通过与PMOS耗尽型管Q91，NMOS增强型管Q71-Q74、Q81-Q84放大器A1-A4和电容Cb11-Cb14等结合实现信息读出，刷新和清零等功能。它的工作原理如下当行、列译码器输出均为“0”电平时，Q31，Q41，Q81均为截止，Q91导通，故使得Cb11为“0”电平。
当行、列译码器输出电平由“0”变“1”后，Q31-Q34，Q41-Q44，Q81-Q84导通，Q91-Q94截止，Cs11-Cs14上的电荷(如果存在)将通过Q31-Q34，Q41-Q44向Cb11-Cb14转移，并被放大器A1-A4放大后输出。各放大器A1-A4的输出“0”、“1”数字信号又同时被送到数-模转换器A5，并从A5输出端得到-模拟信号电压输出。当MOS寄存器内以每4单元一位信息，按上述方式读出，并被存贮器(如磁带)存贮后，可发出-CP2脉冲，使各C电容重新成为“0”电平Q51-Q54再次全部导通，以做好下一次读入准备。
CP2脉冲还可以使NMOS增强型管Q1导通，使N+输出端接一电位远高于F4的+Vcc1电位，它将使势井F4内的电子被全部清除，使CCD感光部份做好下一次感光-电转换准备。
此外，在信号读出过程中，如发出-CP1脉冲使Q71-Q74导通，则Cs11-Cs14将被A1-A4的输出电压刷新。
以上描述了本发明的较佳实施例。在实际应用中，光电转换部分也可以是利用其它原理的装置，或根据本发明原理与其它类型的半导体感光器件结合将光-电转换模数转换，寄存器等部份制造在同一个器件内。本发明中存贮在磁带上的信号也可以不经过数-模转换，而是直接从寄存器输出端得到的数字信号。存贮器也可以采用磁记录方式以外的其它方式，数-模转换器A6也可以在引入切换开关后，被A5替代。但是，各种改进和变化将不脱离本权利要求所限定的本发明范围。
权利要求
1.一种照相装置，其特征在于它包括光学成像装置，它在所述照相装置内一确定空间区域内产生清晰的像。连到所述光学成像装置的光-电转换器，它在所述像的光强作用下，产生相应n个的第一模拟电信号。连到所述光一电转换装置的模-数转换装置，它对所述n个第一模拟电信号进行模-数转换，同时产生相应的N位第二数字信号。连到所述模-数转换装置的数字寄存装置，它对所述n×N第三数字信号并行寄存，在读出指令控制下，可以人为确定的速度每次输出N位第三数字信号。连到的所述寄存装置的信号存贮装置，它对所述第三信号同时进行存贮。
2.如权利要求1所述的照相装置，其特征在于所述光-电转换装置，模-数转换装置和数字寄存装置可制造成为一体装置。
3.如权利要求2所述的一体装置，其特征在于所述光-电转换装置采用半导体光-电电荷耦合元件，模-数转换器和数字寄存器采用半导体场效应元件，并制造在同一半导体基片上。
4.如权利要求2所述的一体装置，其特征在于n×N位模-数转换由N只MOS管构成的N个电压比较器和由n×N个MOS电容构成的n×N位数字寄存器同时共用一个数-模转换器所构
全文摘要
本发明涉及一种无感光胶片电子照相机以及作为相机光—电转换用的一种光—电电荷耦合器件(CCD)。本发明将光学镜头、光—电转换器、信号寄存器和磁带存贮装置结合在一起，实现照相机所应具备的功能。这种相机具有照相速度快，信息易于存贮，信息存贮量大，拍摄效果受客观因素影响小，照相成本低等许多优点。
文档编号G03B23/02GK1064183SQ91108458
公开日1992年9月2日 申请日期1991年10月26日 优先权日1991年10月26日
发明者张际海 申请人:张际海