Фоточувствительный прибор с зарядовой связью

Фоточувствительный прибор с зарядовой связью (ФПЗС) - это фотоприемник, воспринимающий изображение, осуществляющий его разложение на элементарные фрагменты, поэлементное электронное считывание (сканирование) и формирование на выходе видеосигнала, адекватного изображению. ФПЗС, являющийся многоэлементным фотоприемником, выпускается в матричном или линейном виде, достигая в наиболее современных образцах нескольких тысяч элементов для линеек и нескольких миллионов - для матриц. Характеристики некоторых отечественных ФПЗС приведены в таблице 5.11.

Таблица 5.11 Параметры отечественных ФПЗС

Тип прибора	Число элементов	Диапазон спектральной чувствительности, мкм	Вольтовая чувствительность, мВ/лк	Частота опроса, МГц	Габаритные размеры, мм
ФПЗС1Л	500	0,5–0,1	3,0	Сведений нет	29,5ґ14, 7ґ3, 3
ФПЗС3М	256ґ288	0,4–1,0	30,0	Сведений нет	19,5ґ15, 75ґ2, 98
1200ЦЛ1	1024	0,5–1,0	2,4	0,05–3	29,1ґ14, 7ґ3, 95
1200ЦЛ2	2048	0,36–1,0	8,0	0,1–3	29,1ґ14, 7ґ3, 95
1200ЦМ2А	576ґ360	0,5–1,0	10,0	Сведений нет	42,5ґ24, 7ґ5, 5

Для ФПЗС существенна близость расположения элементов друг к другу - расстояния между ними измеряются единицами микрометров, что приводит к частичному перекрытию электрических полей соседних элементов и к возникновению собственно явления переноса заряда из одного элемента в другой (явление зарядовой связи).

Принцип зарядовой связи иллюстрируется на рисунке 5.11.

Рисунок 5.11 Схема действия ФПЗС

ФПЗС представляет собой микросхему на полупроводниковом кристалле (кремний), поверхность которого покрыта слоем (0,1 мкм) диэлектрика (окись кремния), а на этот слой нанесены прозрачные электроды (алюминий или поликремний). Размеры электродов измеряются единицами микрометров, а расстояния между ними составляют менее 1-2 мкм. Строка от строки отделяются узкими областями так называемой стоп-канальной диффузии.

Если на электрод подать напряжение 5-10 В, то под ним, за тонким слоем диэлектрика образуется так называемая потенциальная яма, так как носители зарядов одноименного (+) с потенциалом электрода знака будут оттеснены в глубину кристалла под действием сил, отталкивающих (по закону Кулона) одноименные заряды. При освещении этого участка появившиеся в результате поглощения фотонов свободные электроны будут скапливаться (благодаря силам притяжения того же кулоновского закона) под притягивающим их электродом в так называемый зарядовый пакет. Чем больше световой поток на данном участке, тем больше будет зарядовый пакет. Таким образом, элементарная ячейка ФПЗС представляет собой миниатюрный МОП-конденсатор (аббревиатурой МОП принято обозначать микросхемы, изготовленные по технологии металл-окисел-полупроводник), способный удерживать заряд, пропорциональный падающему на элемент световому потоку.

Время хранения заряда невелико - 1-100 мс (может измениться освещенность участка, электроны могут рекомбинировать с дырками или притянуться другим электрическим полем - «рассосаться» и т.п., но при высоких частотах опроса эти процессы не успевают реализоваться).

Вследствие близости электродов зарядовый пакет может быть передвинут под соседний электрод, если потенциал там окажется выше и, следовательно, потенциальная яма глубже. Чередуя разность потенциалов на соседних электродах определенным образом, можно передвинуть сформированный под действием света зарядовый пакет вдоль линейки или вдоль строки в матрице и «снять» его с последнего элемента ряда. Временная последовательность зарядовых пакетов, переданная по элементам строки на ее выход, образует видеосигнал. В случае матричного ФПЗС видеосигналы отдельных рядов, передаваясь последовательно один за другим, образуют видеосигнал кадра изображения.

Собственно ПЗС может быть использован и по другому назначению - как элемент памяти, хранения информации или как линия задержки электрического сигнала. Для отличия от этих применений и используется аббревиатура ФПЗС. Однако на практике литеру «Ф» часто опускают, если в какой-то отрасли (как, например, полиграфии) эти приборы используются по одному назначению - в качестве фотоприемников. Поэтому в литературе распространено употребление терминов «ПЗС-линейка», «ПЗС-матрица».

Наиболее широкое применение ПЗС-фотоприемники нашли в разнообразных сканерах (ручных, листовых, планшетных), цифровых фотоаппаратах и других устройствах оцифровки изображений (слайд-сканерах и т.п.).

Контрольные вопросы к главе 5

⇐ Предыдущая29303132333435363738Следующая ⇒

Поделиться: