Схема образования и переноса заряда в ПЗС-сенсоре
ПЗС-сенсор (сокр. от «прибор с зарядовой связью») или СCD-матрица (сокр. от англ. CCD, «Charge-Coupled Device») с основным элементом ПЗС-матрица — специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов, выполненная на основе кремния, использующая технологию ПЗС (CCD) — приборов с зарядовой связью.
ПЗС-сенсоры выпускаются и активно используются компаниями Nikon, Canon, Sony, Fuji, Kodak, Matsushita, Philips и многими другими.
История ПЗС-сенсора (CCD)[]
ПЗС-сенсор (CCD) в сборе
Прибор с зарядовой связью был изобретен в 1969 году Уиллардом Бойлом (Willard Boyle) и Джорджем Смитом (George E. Smith) в Лабораториях Белла (AT&T Bell Labs). Лаборатории работали над видеотелефонией (англ. picture phone) и развитием «полупроводниковой пузырьковой памяти» (англ. semiconductor bubble memory). Приборы с зарядовой связью начали свою жизнь как устройства памяти, в которых можно было только поместить заряд во входной регистр устройства. Однако способность элемента памяти устройства получить заряд благодаря фотоэлектрическому эффекту сделала данное применение ПЗС устройств основным.
В 1970 году исследователи Bell Labs научились фиксировать изображения с помощью простых линейных устройств.
Впоследствии под руководством Кацуо Ивама (Kazuo Iwama) компания Sony стала активно заниматься ПЗС, вложив в это крупные средства, и сумела наладить массовое производство ПЗС для своих видеокамер.
Ивама умер в августе 1982 года. Микросхема ПЗС была установлена на его надгробной плите для увековечения его вклада.
В январе 2006 года за работы над ПЗС У.Бойл и Дж. Смит были удостоены награды Национальной Инженерной Академии США (англ. National Academy of Engineering).[1]
Общее устройство и принцип работы[]
ПЗС-сенсор состоит из поликремния, отделённого от кремниевой подложки, у которой при подаче напряжения через поликремневые затворы изменяются электрические потенциалы вблизи электродов.
До экспонирования обычно подачей определённой комбинации напряжений на электроды происходит сброс всех ранее образовавшихся зарядов и приведение всех элементов в идентичное состояние.
Далее комбинация напряжений на электродах создаёт потенциальную яму, в которой могут накапливаться электроны, образовавшиеся в данном пикселе матрицы в результате воздействия света при экспонировании. Чем интенсивнее световой поток во время экспозиции, тем больше накапливается электронов в потенциальной яме, соответственно тем выше итоговый заряд данного пикселя.
После экспонирования последовательные изменения напряжения на электродах формируют в каждом пикселе и рядом с ним распределение потенциалов, которое приводит к перетеканию заряда в заданном направлении, к выходным элементам матрицы.
Пример субпикселя ПЗС-матрицы с карманом n-типа[]
Архитектура пикселей у производителей разная.
Схема субпикселей ПЗС-матрицы с карманом n-типа (на примере красного фотодетектора)
Обозначения на схеме субпикселя ПЗС:
- 1 — Фотоны света, прошедшие через объектив фотоаппарата;
- 2 — Микролинза субпикселя;
- 3 — R — красный светофильтр субпикселя, фрагмент фильтра Байера;
- 4 — Прозрачный электрод из поликристаллического кремния или оксида олова;
- 5 — Изолятор (оксид кремния);
- 6 — Кремниевый канал n-типа. Зона генерации носителей (зона внутреннего фотоэффекта);
- 7 — Зона потенциальной ямы (карман n-типа), где собираются электроны из зоны генерации носителей;
- 8 — Кремниевая подложка p-типа;
Классификация по способу буферизации[]
Фотосенсоры с полнокадровым переносом[]
Фотосенсоры с буферизацией кадра[]
Фотосенсоры с буферизацией столбцов[]
Классификация по типу развёртки[]
Матрицы для видеокамер[]
- Фотосенсоры с прогрессивной развёрткой
- Фотосенсоры с чересстрочной развёрткой
Размеры фотографических матриц[]
Некоторые специальные виды фотосенсоров[]
Светочувствительные линейки[]
Основная сфера применения линейных световоспринимающих устройств — сканеры, панорамная фотоаппаратура, а также спектроанализаторы и другое научно-исследовательское оборудование.
Координатные и угловые датчики[]
Фотосенсоры с обратной засветкой[]
В классической схеме ПЗС-элемента, при которой используются электроды из поликристаллического кремния, светочувствительность ограничена по причине частичного рассеивания света поверхностью электрода. Поэтому при съёмке в особых условиях, требующих повышенной светочувствительности в синей и ультрафиолетовой областях спектра, применяются матрицы с обратной засветкой (англ. back-illuminated matrix). В сенсорах такого типа регистрируемый свет падает на подложку, но для требуемого внутреннего фотоэффекта подложка шлифуется до толщины 10-15 мкм. Данная стадия обработки существенно увеличивала стоимость матрицы, устройства получались весьма хрупкими и требовали повышенной осторожности при сборке и эксплуатации. А при использовании светофильтров, ослабляющих световой поток, все дорогостоящие операции по увеличению чувствительности теряют смысл. Поэтому матрицы с обратной засветкой применяются в основном в астрономической фотографии.
Светочувствительность[]
Cветочувствительность фотосенсора складывается из светочувствительности всех её фотодатчиков (пикселей) и в целом зависит от:
- интегральной светочувствительности, представляющей собой отношение величины фотоэффекта к световому потоку (в люменах) от источника излучения нормированного спектрального состава;
- монохроматической светочувствительности' — отношения величины фотоэффекта к величине световой энергии излучения (в миллиэлектронвольтах), соответствующей определённой длине волны;
- набор всех значений монохроматической светочувствительности для выбранной части спектра света составляет спектральную светочувствительность — зависимость светочувствительности от длины волны света;
См. также[]
- Фотосенсор
- Матрица (фото)
- Фильтр Байера
- Foveon X3
- КМОП-матрица
- CFAK-матрица
- Nikon RGB-матрица
Примечания[]
Внешние ссылки[]
|
Это незавершённая статья. Вы поможете проекту, исправив и дополнив её.
|
Новая статья[]
<createbox> preload=Template:New_page editintro=Template:New_article_intro width=200 bgcolor=abcdef </createbox>
Комментарии к:[]
Внутренний поиск файла изображения по памяти[]
Внутренний поиск[]
Внешний поиск по URL[]
Можно также создавать ссылки, которые используют возможности данного расширения, но без самого поля на странице.
Например, http://ru.community.wikia.com/index.php?title=Тестовая_страница&preload=Справка:Inputbox&action=edit откроет новую страницу «Тестовая страница» и загрузит в неё содержимое страницы Справка:Inputbox. Можно открывать страницы с настраиваемым сообщением вверху страницы. Например: http://ru.community.wikia.com/index.php?title=Тестовая_страница&editintro=Шаблон:Политика&action=edit загрузит пустую страницу с шаблоном Шаблон:Политика сверху окна редактирования. Можно сочетать эти два параметра и открыть новую страницу с сообщением Шаблон:Политика вверху и содержимым Справка:Inputbox в загруженном окне: http://ru.community.wikia.com/index.php?title=Тестовая_страница&preload=Справка:Inputbox&action=edit&editintro=Шаблон:Политика |
- Страница 0 - краткая статья
- Страница 1 - энциклопедическая статья
- Разное - на страницах: 2 , 3 , 4 , 5
- Прошу вносить вашу информацию в «СCD-матрица 1», чтобы сохранить ее