2014-02-09
842
В этих датчиках используются структуры МОП-конденсаторов, которые могут под действием света накапливать электроны (неосновные носители) в потенциальных ямах.
*
  + Е металл
   окисел (Si O 2 ; d» 0,1 мкм)
|
– – –
р полупроводниковая
+ + + подложка
Рис. 32.
Основные носители (дырки) отгоняются электрическим полем в глубину полупроводника, создавая потенциальную яму (область, обедненную основными носителями). Накапливаемый световой заряд пропорционален освещенности и времени накопления (экспозиции)
Заряды могут также накапливаться вследствие термогенерации в кремнии пар электрон-дырка. Эти заряды являются помехой. Чтобы помеха оказалась не очень заметной, время «использования» светового заряда должно быть меньше, чем так называемое время релаксации – время заполнения потенциальной ямы термогенерированными носителями.
Если набор таких МОП-конденсаторов расположить в ряд достаточно близко друг к другу, их обедненные области соединятся; тогда заряд неосновных носителей сможет перетекать в соседнюю потенциальную яму, если она глубже. Глубиной потенциальных ям можно управлять с помощью напряжений, приложенных к металлическим электродам. Если соединить эти электроды в группы через два на третий, получим трехтактный сдвигающий регистр с общим выходом строки. Чтобы заряды не растекались самопроизвольно, внутри подложки триады разделяются диффузионными полосками с высоким сопротивлением. Это не что иное, как линейный преобразователь свет – сигнал на приборах с зарядовой связью (ПЗС). Можно построить преобразователь типа двухтактного регистра. В этом случае структура ПЗС будет сложнее, но внешние схемы проще.
|
|
|
Линейный преобразователь может сформировать сигнал только от одномерного изображения. Для преобразования двумерных изображений используются матричные преобразователи – матрицы ПЗС.
*
| Секция накопления Секция хранения (памяти) Регистр Выходное U ВЫХ сдвига устройство |
Рис. 33.
Секция хранения по устройству принципиально не отличается от секции накопления, но защищена от воздействия света.
Самая удобная версия считывания зарядов на выход матрицы такова:
· во время обратного хода по кадру заряды в течение 2...3 строк параллельно (построчно) сдвигаются в секцию хранения;
· во время обратного хода по строке информация построчно сдвигается в регистр;
· во время прямого хода по строке информация поэлементно сдвигается из регистра в выходное устройство.
Для чересстрочной развертки нужно иметь две группы секций накопления и одну секцию хранения.
|
|
|
Число переносов для различных элементов изображения различно. Для верхних строк оно может составлять несколько тысяч. Чтобы получить общую эффективность переноса порядка 80...90 %, неэффективность одного переноса e должна быть порядка 10 – 4 ... 10 – 5 .
Световая характеристика ПЗС весьма линейна. Спектральная характеристика имеет завал в синем цвете при l» 0,4...0,5 мкм. Для увеличения эффективности ПЗС в этой области делают специальные окна в кремниевых электродах. Чувствительность матриц порядка 30 мВ/лк. Рабочие освещенности мишени лежат в пределах 0,1...15 лк.
Размер фоточувствительного элемента 20...30 мкм, т.е. разрешающая способность около 50 строк/мм. При размерах матрицы 40´40´4 мм (с выводами) достижима организация матрицы 600´500 элементов и даже более.
Выходная емкость матрицы мала – до 1 пф, что облегчает построение камерного усилителя. Инерционность меньше по сравнению с ЭЛТ. Микрофонный эффект отсутствует. Растр жесткий, т.к. нет развертки в обычном смысле этого слова, т.е. матрица не вносит геометрических искажений. Возможна первичная обработка сигнала внутри матрицы (напр., АЦП). Срок службы 15...50 тыс. часов.
Недостаток – боятся проникающей радиации. Существует помеха в виде так называемых темновых токов, которую можно существенно уменьшить, охладив матрицу до 3...5°С.
Лекция 10. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СИГНАЛ – ИЗОБРАЖЕНИЕ
