Матрица ccd: Матрица CCD (ПЗС-матрица) — это что — Главная

Содержание

Sony DSC-W55 матрица CCD вспышка шлейф клавиатура

Детали к фотоаппаратам, на разборку

Auction
Электроника и Техника
Фототехника и Оптика
Запчасти и комплектующие
Детали к фотоаппаратам, на разборку

Подписаться на новые лоты Продавца Remontlife

Количество: 1

Задать вопрос продавцуСделать предложение

(14 Фев Вт, 08:09:31)
Местоположение лота: А.
Р.Крым, Керчь
Стоимость доставки оплачивает: покупатель

О продавце

Remontlife

2708

Все лоты

Обо мне

Отзывы о продавце (100% положительных)

brooks_bond(26) 23. 07.2021 21:38
Хороший,ответственный продавец.Рекомендую!
Trohimchuk2(11) 30.03.2021 11:16
Сделка прошла успешно. Рекомендую!
jakson7775(12) 18.10.2021 22:46

Сделка прошла успешно. Рекомендую!
client_5aaf85b4a3(198) 10. 10.2020 22:17
Сделка прошла успешно. Рекомендую!
yastreb-sergy(975) 12.05.2019 08:47
Продавец мошенник.Товар мной оплачен вовремя , прошло три недели а товара нет.Продавец кормит меня завтраками. Не рекомендую .
vyi1978(0) 12.05.2019 15:56
Сделка прошла успешно. Рекомендую! 100%
Sasha19902008(31) 26. 11.2019 15:11
Сделка прошла успешно. Рекомендую!
Chivortep(627) 22.01.2019 10:28
Сделка прошла успешно. Но посылка шла месяц, к сожалению в описании лота об этом не упоминается. Рекомендую, если не горит!
texasets(161) 08.01.2019 20:32
Хороший продавец !Сделка прошла успешно. Рекомендую!
EgorAP77(197) 02.

03.2019 13:02
Сделка прошла успешно. Рекомендую!

ID лота 6514516115 | Сообщить о нарушении в лоте

Описание
Оплата и доставка

Параметры:

Состояние : б/у

Наличие : в наличии

Техническое состояние : исправное

ВНИМАНИЕ !!! Продается только один предмет на выбор от Sony DSC-W55

Блок вспышки от Sony DSC-W50 возможно подходит на:

Sony DSC-W40 DSC-W35 DSC-W55 DSC-W70

Если в ПАРАМЕТРАХ «Состояние» стоит пометка «б. у.», значит товар может иметь царапины, потертости и другие следы от использования.

В моих лотах ( смотрите другие все мои лоты жми ) Вы найдете широкий выбор запчастей для цифровых фотоаппаратов и ноутбуков. Спрашивайте, если что-то нужно.

Тип сделки:

Предоплата

Способы оплаты:

По договоренности/другое

Доставка:

По договоренности

просмотры : 1

CCD- и CIS-технологии

Юлия Крылова, техническая консультация Александр Крылов

В сентябре прошлого года позвонил наш давний клиент, пользователь двух широкоформатных сканеров Contex, и рассказал, что некая фирма пригласила его ознакомиться с новым оборудованием. Речь шла о широкоформатных сканерах, в которых использована так называемая CIS-технология. И вот наш клиент говорит: «Рассказывают очень красиво, подробно описывают технологию, приводят сравнения с технологией CCD, но на прямой вопрос, с кем из пользователей, работающих с таким оборудованием, можно пообщаться, вежливо ушли от ответа, пригласив в свой офис. Очень хотелось бы подробнее узнать, чем же в действительности различаются эти две технологии?» Вопрос поставлен, будем отвечать. Намеренно не называя имен, попробуем максимально подробно и объективно разобраться во всех плюсах и минусах обеих технологий.

Телефонный разговор с представителем компании, упомянутой нашим пользователем, закончился, по сути, ничем. В каталоге фирмы значились сканеры на базе и CCD-, и CIS-технологии. Поначалу это порадовало (вот сейчас все и выясним), но надежды быстро растаяли. После беседы о CCD-сканерах хотелось выбрать именно их, а убедительные доводы в пользу CIS меняли эту точку зрения на противоположную. В общем, обычный прием менеджера отдела продаж: «О чем спрашивают, то и пытаемся продать».

Поэтому пришлось вспомнить физику, засесть за умные книжки и на некоторое время погрузиться в детальное изучение CCD- и CIS-технологий. Несмотря на то что эта область знаний была мне хорошо знакома, я, поверьте, открыла для себя много ранее неведомого.

Три года работы в компании Consistent Software с широкоформатными сканерами Contex (www.contex.ru) не прошли даром о технологии CCD я знаю не понаслышке: изучала, видела результаты, слышала массу положительных отзывов от пользователей. Что же касается технологии CIS, то ее использование в широкоформатных профессиональных сканерах началось совсем недавно, поэтому достоверной информации об их надежности, а также о долговечности узлов и агрегатов пока нет. Однако тот факт, что динамический диапазон CIS-сканеров уменьшается на треть примерно через 500 часов работы, а CCD-сканеры работают до 10 тыс. часов без заметного ухудшения характеристик, явно говорит в пользу последних. Кроме того, в CCD-сканере каждую деталь (лампу, зеркало, призму, оптику) в случае необходимости можно заменить отдельно, а в сканере с технологией CIS вся матрица с диодами меняется только целиком, а ведь это фактически половина сканера! Тем не менее попробуем сравнить обе технологии с научной точки зрения.

Принцип работы CCD-сканера

Принцип работы CIS-сканера

1. CCD (Charge-Coupled Device) технология считывания данных на основе датчиков ПЗС (прибор с зарядовой связью).

В широкоформатных рулонных (протяжных) сканерах датчики (ПЗС) и источник света неподвижны вращаются только ролики протяжного механизма. В процессе сканирования оригинал освещается источником излучения (сбалансированными по цвету флуоресцентными лампами), после чего отраженный (преломленный) свет с помощью специальной оптической системы направляется на линейку светочувствительных элементов, которые преобразуют интенсивность принимаемого света в соответствующее значение напряжения. Аналоговый сигнал превращается в цифровой, и в этом виде информация об изображении передается в компьютер. Датчики ПЗС представляют собой твердотельный электронный компонент, состоящий из множества крошечных светочувствительных элементов, которые формируют электрический заряд, пропорциональный интенсивности падающего на них света. В основу работы ПЗС положена зависимость p-n-перехода обыкновенного полупроводникового диода от степени освещенности. Во многих широкоформатных сканерах (Contex, Vidar, CalComp) ПЗС-камеры выполнены по технологии All-Digital camera: на выходе они уже имеют цифровой сигнал, что гарантирует минимум шума и расширенный динамический диапазон.

К примеру, в сканерах Contex динамическая система обработки сигнала обеспечивает компенсацию пыли на зеркалах (как бы «чистит грязь»).

2. CIS (Contact Image Sensor) технология, при которой приемный элемент состоит из линейки датчиков (нескольких одинаковых сканирующих матриц), непосредственно воспринимающих световой поток от оригинала. В таких сканерах полностью отсутствует оптическая система (зеркала, призма, объектив), приемный элемент равен по ширине рабочему полю сканирования, а оригинал освещается линейками светодиодов трех цветов красного, зеленого и синего. Таким образом, каждую точку изображения подсвечивает свой светодиод и распознает свой сенсор; при этом чем меньше расстояние между соседними сенсорами, тем выше оптическое разрешение сканера. Механизм подачи оригинала в рулонных широкоформатных CIS-сканерах в целом такой же, как в CCD, поэтому погрешность сканирования при позиционировании и протягивании бумаги определяется исключительно точностью механики, которую может гарантировать тот или иной производитель оборудования.

Одним из заявленных преимуществ CIS-технологии в сравнении с CCD является меньший вес, что обусловлено отсутствием оптической системы. Кстати, именно поэтому производство такого оборудования обходится дешевле. Если вы покупаете домой планшетный сканер А4, то, возможно, и обратите внимание на его габариты (как правило, на толщину), но когда приобретается сканер формата А0, то, по-моему, это не столь принципиально. Сканер не фотоаппарат, при выборе которого задумываешься, поместится ли он в карман. Профессиональное оборудование такого класса чаще всего устанавливается на предприятии стационарно, а его перемещение осуществляется крайне редко, поэтому при сравнимых внешних габаритах разница в весе на 5-10 кг не имеет особого значения. А вот на такие важные параметры, как глубина резкости и глубина цвета, нельзя не обращать внимания.

Цветовые пространства CCD-сканера, CIS-сканера и струйного плоттера

Глубина резкости расстояние от светочувствительных элементов до оригинала, обеспечивающее резкость изображения. Эта величина может колебаться от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, и, естественно, чем она выше, тем лучше. Глубина резкости CCD-сканеров в несколько раз больше, нежели у CIS-сканеров: при сканировании, например, объемных объектов или не очень ровных планшетов с использованием CIS-технологии изображение получится нерезким и размытым. Именно поэтому в CIS-сканерах оригинал должен быть достаточно плотно прижат к самим датчикам, из-за чего становится невозможным сканирование ветхих и потрепанных материалов без риска их повредить.

Глубина цвета отражает такую потребительскую характеристику сканера, как цветопередача. Как правило, цветовое разрешение сканеров указывается в битах, что на деле означает лишь количество интервалов, на которые будет разбит весь диапазон воспринимаемых цветов. Фактически же глубина цвета зависит от качества аналого-цифрового преобразователя и матрицы. Слабая фокусировка, обусловленная отсутствием оптики, и небольшие зазоры между соседними матрицами в CIS-сканерах не мешают сканированию текста и схематичных монохромных изображений, но вот для работы с полноцветной графикой или плохими синьками больше подойдет сканер, построенный на основе традиционной CCD-технологии. Ведь не случайно качество фотографий, выполненных зеркальной камерой, значительно выше качества снимков, сделанных с помощью «мыльницы». CCD-сканеры различают уровни оттенков ±20%, тогда как CIS ±40%. Поэтому для пользователя очевидно, что с помощью CCD-технологии цветовые нюансы передаются намного достовернее.

Попробуем проиллюстрировать это с помощью простого примера. Для представления цветопередачи любого устройства используются цветовые профили. Большинство производителей оборудования прилагают к своим сканерам и плоттерам наборы ICC- или ICM-файлов, позволяющие программам обработки изображений осуществлять корректную цветопередачу при отображении и печати. Профили содержат описание цветового пространства, которое «видит» сканер или может напечатать конкретный плоттер. Сравним цветовые пространства (Gamut), предоставляемые современными сканерами типов CCD и CIS и современным струйным плоттером, в системе координат CIE Lab с одинаковым масштабом.

Из объема фигур очевидно, что количество цветов, воспринимаемых сканерами, значительно превышает количество цветов, передаваемых при печати. Высота фигуры в этом ракурсе фактически означает диапазон яркости, а ее ширина это показатель насыщенности или цветности получаемых изображений. Несомненно, что у CIS-сканера объем фигуры меньше, чем у CCD-сканера, в результате чего он обеспечивает меньшую контрастность при сканировании бледных или темных синек и, соответственно, худшую цветопередачу при копировании фотореалистичных изображений.

Теперь совместим все три фигуры. Очевидно, что если CCD-сканер «видит» все цвета, которые может напечатать плоттер, то CIS-сканер не воспринимает часть спектра (зеленая и желтая фигуры). В результате потеря цветопередачи при копировании фотореалистичных изображений на плоттер.

Широкоформатные рулонные сканеры, использующие CCD-технологию, на сегодняшний день усовершенствованы настолько, что такие плюсы CIS-технологии, как «устойчивость к внешним воздействиям, включая вибрацию» и «отсутствие времени прогрева», даже не считаются серьезными преимуществами. Например, сканер Contex Cougar 25″ проверен в НИИ ТП на виброплатформе и эта проверка дала очень хорошие результаты. Кроме того, многие широкоформатные CCD-сканеры (Contex, Vidar) поставляются с современной системой автоматического обслуживания. Что касается отсутствия времени на прогрев, то те же производители используют совершенную систему управления мощностью Advance Power Management, которая обеспечивает контроль и поддержку оптимальной рабочей температуры сканера, при которой уровень шумов приемников ПЗС наиболее низок. Система управления мощностью настолько совершенна, что позволяет оставлять сканер на ночь в дежурном режиме малого потребления энергии, запрограммировав его автоматическое включение к определенному времени. Таким образом, сканер оказывается готов к работе в любой момент.

Одним из наиболее критичных показателей в области ГИС (например, при сканировании топографических карт, имеющих линии небольшой толщины и подверженных геометрическим искажениям) является точность. Ранее считалось, что отсутствие оптической системы в технологии CIS обеспечивает более высокую точность при сканировании (±0,1%), но сегодня и эти границы стерты. Такие производители широкоформатных сканеров, как Contex, довели геометрическую точность сканирования до того же уровня 0,1% (или ±1 пиксел для любых двух точек на изображении) при помощи так называемого алгоритма исправления погрешности линз ALE (Accuracy Lens Enhancement). Что касается дальнейшей работы с картой, то практика показывает, что геометрическая калибровка изображения требуется в любом случае и должна производиться с помощью специализированного программного обеспечения.

Кстати, о программном обеспечении. Как правило, приобретая планшетный сканер для домашнего использования, вы не обращаете внимания на вложенную в коробку программу. Вам достаточно, чтобы она позволяла сканировать и сохранять изображения в файл и, возможно, производила минимальный набор операций по его обработке. Совершенно другие требования предъявляются к программному обеспечению, поставляемому с широкоформатным сканером. Простенького TWAIN-драйвера в этом случае недостаточно. На что прежде всего необходимо обратить внимание? В стандартную поставку сканера очень часто входит минимальный набор программного обеспечения, возможностей которого вам заведомо не хватит. Остальное за отдельную плату, порой сравнимую с ценой самого устройства. С моей точки зрения, широкоформатный сканер приобретается для ввода и обработки сотен и даже тысяч оригиналов, поэтому он не должен простаивать, в противном случае срок его окупаемости возрастает в 2-3 раза. При этом сканированные изображения почти всегда требуют дополнительной обработки, которую удобнее и эффективнее производить на других компьютерах, в том числе ночью, в отсутствие оператора. Вывод: программное обеспечение должно обеспечить возможность напрямую работать со сканером и организовать распределенную пакетную обработку изображений в вашей локальной сети.

В качестве примера на рисунке приведена типовая схема пакетной обработки сканированных изображений у сканеров Contex.

Обязательно обратите внимание на наличие набора функций обработки и редактирования изображений, на возможность их приведения к стандартным форматам бумаги перед выводом на печать. Зачастую стандартное сканирующее ПО ограничивается процедурами удаления мусора, поворотов, устранения перекоса и минимумом команд рисования. Опыт нашей компании свидетельствует, что спектр необходимых операций гораздо шире и должен включать два-три десятка автоматических команд обработки. Если вам при копировании на плоттер важна правильная цветопередача, поинтересуйтесь, предусмотрена ли возможность цветовой калибровки пары «сканерплоттер» и обеспечивается ли поддержка стандартных ICC-профилей. При наполнении электронного архива вам будут необходимы гибкая процедура автоименования файлов, извлечение из чертежа атрибутивной информации и настройка передачи этих данных в вашу СУБД. Таковы основные советы по оценке возможностей программного обеспечения, входящего в поставку сканера.

Если вы уже собрались приобрести широкоформатный сканер, но затрудняетесь с выбором конкретной модели, надеюсь, что эта статья поможет вам определиться и объективно оценить информацию, которую вам предоставят в компаниях, предлагающих подобное оборудование. Но что бы вам ни говорили, рекламируя ту или иную модель, в конечном счете решать свои конкретные задачи предстоит именно вам. Поэтому критерии «дешевле», «легче», «компактнее» вряд ли применимы, когда важен качественный конечный результат. Это в равной степени относится ко всему «железу». Если же применять традиционное соотношение «цена/качество», то будем объективны: в настоящее время у CCD-сканеров этот показатель существенно выше. Однако совершенно очевидно, что требования к сканеру, обрабатывающему текстовые страницы, чертежи и схемы, отличаются от требований к устройству, предназначенному для сканирования синек и оцифровки карт, а тем более фотографий и полноцветной графики. В заключение хотелось бы привести сравнительную таблицу характеристик предлагаемых в России широкоформатных сканеров, используемых в различных областях¹ .

Желаем удачи, выбор за вами.

¹Информация взята с сайтов поставщиков и официальных дистрибьюторов.

«САПР и графика» 2’2005

ccd cis широкоформатный сканер сканирование ПЗС матрица светодиод шум датчик динамический диапазон цветопередача плоттер gamut cie lab контрастность спектр twain линза

ПЗС-сенсоры

Термин «ПЗС» означает «устройство с зарядовой парой» и представляет собой электронный модуль, способный передавать электронные заряды.

Эта технология была изобретена в 1969 году в Bell Laboratories Уиллардом Бойлом и Джорджем Э. Смитом как возможность хранения данных в целях хранения, однако она так и не получила технического признания. Тем не менее, этот принцип до сих пор успешно используется для переноса зарядов, генерируемых при воздействии на полупроводник из-за «эффекта внутреннего фотона», посредством большого количества небольших шагов (вертикальных и горизонтальных сдвиговых регистров) к центральному аналого-цифровому преобразователю. преобразователя, т. е. с использованием своего рода «принципа цепочки ведра». Перемещение заряда с помощью электродов форсируется извне приложением электрических потенциалов:

Анимация прибора с зарядовой связью (ПЗС)

(Уиллард Бойл и Джордж Э. Смит получили Нобелевскую премию по физике в 2009 г. за это принципиально важное изобретение спустя 40 лет после открытия этого эффекта.)

Датчик изображения, в котором используется этот принцип. для смещения и считывания зарядов светоактивных пикселей называется «ПЗС-датчик».

Частота, т.е. как часто в секунду датчик способен транспортировать заряд одним пикселем, называется «тактовой частотой пикселей». Частоты, на которых сегодня работают ПЗС, составляют приблизительно от 25 до 50 МГц.

Упрощенный принцип действия светочувствительности

Внутренний фотоэлектрический эффект лежит в основе работы датчика.

Атомы кристалла кремния расположены в дискретных энергетических зонах, энергетически более низкая называется валентной зоной, энергетически более высокая называется зоной проводимости. В основном состоянии большинство электронов находится в валентной зоне, однако они могут переноситься в зону проводимости за счет возбуждения извне.

Энергия, необходимая для этого, составляет 1,26 эВ или больше. В случае ПЗС-датчика этот перенос может быть вызван светом, а также более высоким подводом тепла (темновой шум датчика). (Примечание: 1,26 эВ примерно соответствуют энергии инфракрасного излучения с длиной волны 1 мкм. Свет с более длинными волнами может проходить через кремний без поглощения, он практически прозрачен от этих длин волн и нечувствителен.)

За счет возбуждения Свободные (отрицательные) электроны и положительно заряженные «дырки» в валентной зоне создаются одновременно и отделяются друг от друга из-за приложенного напряжения. Эти заряды, однако, не утекают сразу наружу (как в случае с фотодиодом в CMOS-датчике), а сохраняются в самой ячейке памяти.

С помощью описанного выше сдвига заряда заряд транспортируется через весь датчик за много маленьких шагов к центральному усилителю / аналого-цифровому преобразователю.

Типовая компоновка ПЗС-сенсоров

В целом мы различаем несколько типичных компоновок ПЗС-сенсоров, которые описаны ниже:

ПЗС с построчной передачей
передача полного кадра CCD
передача кадров ПЗС

, из которых в основном так называемый «датчик межстрочного переноса» получил признание в машинном зрении.

ПЗС-датчик Interline Transfer

Только этот может снимать с очень высокой частотой кадров с помощью «функции электронного затвора» и поэтому используется в 90 процентах промышленных ПЗС-камер для машинного зрения.

ПЗС-матрицы с передачей кадров и ПЗС-матрицы с полной передачей кадров сегодня в основном используются в научных приложениях с низкой частотой обновления изображения, где основным критерием является чрезвычайно высокая чувствительность к свету.

Преимущества и недостатки сенсорной технологии CCD

Поскольку преобразование заряда в напряжение осуществляется одним центральным усилителем / АЦП для всех пикселей, существует много преимуществ и недостатков по сравнению с CMOS-датчиками:

Преимущества

Более высокая чувствительность и более низкий уровень шума благодаря расширенному использованию поверхности (более высокий коэффициент заполнения)
Меньше дефектных пикселей благодаря более простой структуре
Повышенная однородность изображения благодаря центральному аналого-цифровому преобразователю

Недостатки

Более медленное считывание, так как оцифровывает только один центральный аналого-цифровой преобразователь
Нет прямого доступа к пикселям, как в случае с датчиком CMOS, так как датчик CCD должен считываться последовательно
Более сложная компоновка камеры из-за необходимости использования дополнительной электроники приводит к увеличению размера и стоимости камер
Более высокое энергопотребление всей камеры
Больше эффектов смазывания и размытия при передержке по сравнению с датчиком CMOS

Важно для машинного зрения

В большинстве промышленных приложений используются камеры с ПЗС-сенсорами. Они малошумны, чувствительны к свету, имеют высокую однородность и благодаря своим линейным характеристикам подходят для точных измерений.
Подавляющее большинство производителей промышленных камер используют в своих стандартных продуктах ПЗС-сенсоры, которые в 90% случаев производятся компанией Sony. На протяжении многих лет новые и усовершенствованные датчики снова и снова выводились на рынок. Если у вас особенно высокие требования к датчику, проверьте, используется ли новый или старый вариант датчика.
Благодаря усовершенствованным технологиям производства достигается более высокая чувствительность пикселей, что, в свою очередь, позволяет использовать все меньшие и меньшие размеры пикселей (сохраняя то же качество). Поэтому требования к качеству оптики чрезвычайно возросли.
CCD с особенно высокой частотой кадров или особенно высоким разрешением разработаны Kodak (с 2011 года: TrueSense). Здесь также стоит взглянуть на техпаспорт, чтобы увидеть, какой тип (новый/старый вариант) используется.
Почти каждый датчик имеет определенное количество дефектных пикселей, которые в большинстве случаев практически незаметны и иногда могут быть устранены прошивкой камеры с помощью исправления ошибок пикселей. Производители ПЗС обычно различают свои датчики по классам качества «B», «A» и «ноль», чтобы описать количество дефектных пикселей. Они различаются по цене. В случае крайне критичных приложений вы можете купить камеры класса «ноль» с нулевым числом битых пикселей у некоторых производителей камер с доплатой.
Примерно с каждыми 6 градусами повышения температуры тепловые шумы пикселей удваиваются. Хорошие камеры не должны сильно нагреваться во время работы. Кроме того, избегайте установки камеры в зоне накопления тепла.

ПЗС-сенсорная технология на основе кремния: основы

Введение

ПЗС — это устройство формирования изображения, которое обнаруживает фотоны , преобразует их в фотоэлектроны и перемещает электрический заряд . Они состоят из кремниевой поверхности, на которой выгравирована интегральная схема. Эта вытравленная поверхность образует массив из пикселей , которые собирают входящие фотоны, генерируя фотоэлектроны. Эти фотоэлектроны имеют отрицательный заряд, поэтому их можно сместить вдоль датчика к регистрам считывания, где они могут быть усилены и преобразованы в цифровые уровни серого. Этот процесс называется переносом заряда , как показано на фиг.1(A,B). Для получения дополнительной информации об этом процессе посетите наш Страница «Основы современных научных камер».

Когда электроны перемещаются вниз по сенсору к регистру считывания (рис. 1C), они сдвигаются по горизонтали из регистра на выходной узел (рис. 1D). Затем они передаются в конденсатор, усилитель и аналого-цифровой преобразователь и, наконец, в программное обеспечение обработки изображений, в котором отображается изображение.

Рис. 1: Схема переноса заряда на ПЗС. (А) Различное количество фотоэлектронов накапливается на пикселях внутри сенсора, когда он подвергается воздействию света. Каждый ряд электронов смещается вниз по ряду с помощью положительного напряжения. (B) Электроны смещаются путем распределения положительного напряжения по соседним пикселям (в том же столбце), чтобы передать их новому пикселю. Это будет продолжаться по всему датчику, пока они не будут переданы в регистр считывания. (C) Те электроны, которые находятся в нижней строке, переносятся в регистр считывания. (D) Оказавшись в регистре считывания, электроны сдвигаются по горизонтали, столбец за столбцом, за счет положительного заряда, пока не достигнут выходного узла, где они усиливаются и оцифровываются. Этот процесс повторяется до тех пор, пока весь датчик не очистится от электронов. Затем датчик можно снова подвергнуть воздействию света, чтобы получить новое изображение.

Точное изображение создается за счет сохранения порядка, в котором электроны считываются выходным узлом, определяя их расположение на датчике. Однако этот процесс имеет несколько ограничений, которые могут значительно замедлить процесс (т. е. частоту кадров или количество кадров в секунду), с которым может работать ПЗС:

• Существует только один выходной узел на датчик: каждый пиксель должен пройти через этот узел, усилиться и оцифроваться. Этот процесс вносит шум чтения в каждый пиксель.

• Электроны будут отталкиваться друг от друга при слишком быстрой передаче : Это предотвращается путем ограничения скорости передачи электронов, однако это еще больше задерживает считывание

• Весь датчик должен быть очищен от электронов перед следующее воздействие света и следующий кадр изображения: некоторые ПЗС-матрицы требуют механического затвора, чтобы блокировать свет, чтобы датчик можно было очистить, вводя медленно движущиеся части с коротким сроком службы.

Чтобы попытаться свести к минимуму эти ограничения скорости, было разработано несколько различных форматов ПЗС-датчиков, чтобы сделать процесс более эффективным и упорядоченным. Процесс, показанный на рисунке 1, называется полнокадровым ПЗС , однако существуют также ПЗС с переносом кадров и с межстрочным переносом , как показано на рисунке 2.

Рисунок 2: Схема, показывающая три распространенных способа фотоэлектроны могут быть перенесены с ПЗС. (A) Полный кадр, в котором весь кадр чувствителен к свету, и любой накопленный заряд должен вертикально передаваться вниз по датчику в регистр считывания. (B) Передача кадров, при которой половина сенсора маскируется (не чувствительна к свету), что позволяет быстро переключать заряд. (C) Межстрочный перенос, при котором чередующиеся полосы светочувствительных и нечувствительных пикселей используются для обеспечения быстрого переноса заряда без риска смазывания заряда.

Полнокадровый перенос

Полнокадровый перенос ПЗС-матрицы имеют полных светочувствительных пиксельных массива , на которых обнаруживаются поступающие фотоны. Тогда заряд, накопленный на датчике, должен быть равен вертикально передано , по строкам, в выходной регистр для считывания. Как только заряд из одной строки был передан в выходной регистр, он должен переместиться на 90 073 по горизонтали на 90 074 для считывания каждого пикселя в отдельности (рис. 2А).

Полнокадровые переносные ПЗС-матрицы представляют собой простейшие и высокочувствительные датчики; однако они сканируют с низкой скоростью, поскольку каждую строку необходимо считывать отдельно, а датчик необходимо полностью очистить от электронов, прежде чем можно будет получить другое изображение. Они также могут накапливать смазывание заряда , вызванное попаданием света на датчик во время процесса переноса, однако это можно устранить с помощью механического затвора.

Передача кадров

ПЗС с передачей кадров имеют параллельный регистр, который разделен на массив сбора изображений , на котором фокусируются изображения, и массив хранения (рис. 2B). Как правило, оба этих массива идентичны по размеру, что обычно приводит к тому, что датчик имеет двойную высоту, чтобы предотвратить любое уменьшение светочувствительной области датчика. После того, как массив изображений подвергается воздействию света, все изображение становится равным 9.0073 быстро переместился на массив хранения .

Пока массив хранения считывается системной электроникой, массив изображений накапливает заряд для следующего изображения. Чтобы эта система передачи работала, необходимо наличие двух наборов параллельных тактовых генераторов регистров , которые независимо перемещают заряд либо на образ, либо на массив хранения. Это позволяет вести непрерывную работу без затвора при высокой частоте кадров. Тем не менее, с ПЗС-матрицами с переносом кадров между светочувствительной матрицей и маскированной матрицей может происходить размытие заряда, но не в такой степени, как в ПЗС-матрицах с полнокадровой передачей.

Межстрочный перенос

Межстрочный перенос ПЗС-матрицы имеют чередующихся параллельных полос светочувствительных и маскированных участков пикселей (рис. 2С). Эти чередующиеся полоски позволяют быстро перемещать любой накопленный заряд, как только получение изображения завершено. Поскольку этот процесс очень быстрый, вероятность смазывания заряда устраняется , и изображения можно делать в быстрой последовательности .

Однако, поскольку маскирование каждого пикселя существенно уменьшает размер каждого пикселя, снижает чувствительность сенсора. Чтобы преодолеть это, можно использовать массивы микролинз, увеличивая количество света, которое может быть захвачено для каждого активного пикселя.

ПЗС с глубоким истощением

ПЗС на основе кремния оптимизированы для фотонов в видимом диапазоне длин волн (400–700 нм) . Длины волн, находящиеся в пределах ближнего инфракрасного (БИК) диапазона (>700 нм), не могут обнаруживаться традиционными кремниевыми ПЗС-матрицами, поскольку чем длиннее длина волны, тем глубже внутри кремниевой структуры проходят фотоны, прежде чем сгенерировать сигнал заряжать.

Тем не менее, датчики из более толстого кремния, называемые ПЗС-датчики с глубоким истощением способны обнаруживать длины волн в ближней инфракрасной области спектра и рентгеновские лучи с более высокой энергией, поскольку они обеспечивают достаточное количество материала для генерации сигнального заряда на этих более длинных длинах волн, как показано на рисунке 4. Это делает ПЗС-датчики с глубоким истощением оптимальными. для приложений, требующих как видимого, так и ближнего ИК спектра.

Рис. 4. ПЗС-матрицы с глубоким истощением изготовлены из более толстого кремния, поэтому они способны обнаруживать длины волн в ближнем ИК-диапазоне, которые проникают глубже в кремний, в отличие от типичных ПЗС-матриц с истощением, которые генерируют большую часть сигнала из видимого света.
ПЗС-матрицы HiRho
Стандартные кремниевые датчики и датчики с глубоким обеднением обычно состоят из массивной кремниевой подложки, на которой выращивается эпитаксиальный слой . Эти эпитаксиальные слои включаются в устройство с помощью процесса осаждения, при котором легированный кремний выращивается на существующей массивной кремниевой подложке (рис. 5).
Кремниевая подложка и слой легированного кремния будут представлять собой кремний n- или p-типа . Эти типы кремния образуются, когда чистый кремний составляет намеренно легировали различными элементами для управления электрическими, структурными и оптическими свойствами материала.
Кремний N-типа образуется, когда чистый кремний легируется мышьяком или фосфором. Эти элементы имеют 5 электронов на своей внешней орбите, поэтому они способны образовывать 4 связи внутри кремниевой структуры и при этом иметь свободных связей для перемещения любого электрического тока. Это делает кремний n-типа отрицательно заряженным . Кремний P-типа легирован бором или галлием, оба из которых имеют 3 электрона на внешней орбитали. Таким образом, они образуют «дырок» , поскольку одному электрону на внешней орбитали соседнего атома кремния не с чем связываться, создавая положительный заряд . Они по-прежнему способны проводить электрический ток, так как могут принимать электроны от соседних атомов.
При создании полупроводника ПЗС осажденный эпитаксиальный слой должен быть типом, отличным от кремниевой подложки . Следовательно, эпитаксиальный слой n-типа будет осаждаться на кремниевую подложку p-типа и наоборот. В результате получаются высококачественные датчики с умеренным удельным сопротивлением, которые относительно тонкие.
Рис. 5: Схема, показывающая рост эпитаксиального слоя в паровой фазе (т. е. с использованием газа). Этап 1: Реагенты и газ-носитель адсорбируются на кремниевой подложке. Адсорбция — это когда твердое тело захватывает молекулы растворенного вещества, жидкости или газа с образованием тонкой пленки. Этап 2: Затем эти элементы зарождаются на поверхности кремниевой подложки. Зарождение — это начальное образование самособирающейся поверхности. Этап 3: Любые непрореагировавшие продукты и газ-носитель подвергаются десорбции с поверхности. Шаг 4: Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет сформирован слой. Изображение не в масштабе и взято из М. Пауэлла [1].
Однако для высокого QE даже дальше в красную область требуются устройства с еще более толстым истощением . Это более глубокое истощение определяется рабочим напряжением устройства и удельным сопротивлением подложки, при этом более высокие напряжения и удельное сопротивление создают более толстую область обеднения.
Сенсоры HiRho состоят из эпитаксиального слоя, который выращен в процессе осаждения на Объемная кремниевая подложка с очень высоким удельным сопротивлением . Эти устройства также могут работать при более высоких напряжениях, а это означает, что эти устройства способны обеспечить более толстые обедненные области внутри кремния. Это позволяет устройствам HiRho обнаруживать длины волн, лежащие глубже в красной области, с КЭ >95% при 900 нм.
Краткая информация
ПЗС-датчики представляют собой датчики на основе кремния, состоящие из кремниевой подложки и осажденного эпитаксиального слоя. Интегральная схема, которую он выгравировал на поверхности кремния, чтобы создать массив пикселей, которые подсчитывают количество входящих фотонов и преобразуют их в фотоэлектроны. Эти электроны передаются по датчику до тех пор, пока они не будут считаны и оцифрованы для отображения изображения в программном обеспечении обработки изображений.
Существуют различные форматы ПЗС-сенсоров, призванные упростить процесс фотоэлектронного переноса: полнокадровый, кадровый и межстрочный перенос. Полнокадровый режим использует весь датчик для сбора фотонов, но имеет гораздо более медленное считывание, поскольку все электроны должны быть удалены, прежде чем можно будет получить новое изображение.
Передача кадров использует преимущества параллельного регистра, что делает его вдвое больше по высоте, быстро перемещает любые обнаруженные фотоны в массив хранения без ущерба для размера светочувствительной области. Однако эти датчики обычно более дорогие и чувствительны к артефактам размытия.
При межстрочном переносе используются чередующиеся параллельные полосы, в которых часть каждого пикселя маскируется для света, что обеспечивает быструю передачу без смазывания заряда.
Матрица ccd: Матрица CCD (ПЗС-матрица) — это что