Icx625ala Sony пзс сенсор для камер с высокой разрешающей способностью

Icx625ala Sony пзс сенсор для камер с высокой разрешающей способностью пзс с кадровым переносом

Красными линиями выделены стоп-каналы

ПЗС-матрица содержит два вертикальных регистра сдвига, образующие секцию накопления и секцию хранения с равным числом строк. Каждая строка образована одной тройкой электродов.

1. На секцию накопления подаются неизменные напряжения, формирующие потенциальные ямы только под одним электродом каждой тройки, скажем, под электродом первой фазы (VS1). Потенциальные ямы образуются во всех элементах всех строк секции. Изображение, проецируемое на секцию накопления, вызывает образование электронно-дырочных пар. Электроны остаются в потенциальной яме. Таким образом, под действием света в ячейках накапливается зарядовый рельеф, т.е. в каждой ячейке собирается заряд, пропорциональный её освещённости и времени накопления.

2. На обе секции подаются тактовые импульсы, вызывающие синхронный перенос заряда. После числа тактов, равного числу строк в каждой секции (напомним, что каждая строка образована тремя электродами), весь накопленный зарядовый рельеф целиком переместится в секцию памяти, закрытую от света, а секция накопления будет очищена от заряда.

3. Секция накопления накапливает следующий кадр изображения, а из секции памяти заряды построчно, в процессе обратного хода по строке, передаются в горизонтальный регистр. Каждый элемент регистра имеет зарядовую связь с соответствующим столбцом секции памяти, и за один раз передаётся одна строка.

4. Информация выводится в выходное устройство регистра за время прямого хода по строке, формируя видеосигнал.

Тактовая частота, подаваемая на секции во время КП, составляет несколько сотен кГц, – кадровый перенос занимает время в доли миллисекунды. Во время кадрового переноса секция накопления остаётся освещённой, - яркие участки изображения успевают дать вклад в «чужой» зарядовый пакет даже за то короткое время, когда он проходит через них. На сигнале появляется «смаз» – вертикальный след от ярких участков изображения размером во весь кадр.

Пзс с межстрочным переносом

Функции накопления заряда и его переноса разделены. Заряд из элементов накопления (как правило, фотодиоды – они тоже обладают ёмкостью и способны накапливать заряд) передаётся в закрытые от света ПЗС-регистры переноса, т.е. секция переноса как бы вставлена в секцию накопления.

Перенос зарядового рельефа всего кадра происходит за один такт, и «смаз», связанный с переносом, не возникает. К матрице с межстрочным переносом добавляется ещё одна секция памяти с соответствующим числом элементов. Смаз в такой матрице пренебрежимо мал. Фактор заполнения в матрицах с межстрочным переносом примерно вдвое меньше, так как около половины площади фоточувствительной поверхности закрыто от света. Чтобы повысить эффективность сбора фотонов, используется микрорастр - массив небольших линзочек. На поверхность пластины с уже формированными структурами матрицы наносится слой оптической легкоплавкой пластмассы, из которого методом фотолитографии вырезаются изолированные квадратики, лежащие над каждым элементом. Зазор между отдельными квадратиками невелик. Затем пластина нагревается, пластмасса подплавляется и поверхность отдельных квадратиков приобретает близкую к сферической форму, фокусируя приходящий на её поверхность свет точно на фоточувствительный элемент матрицы.

При небольшом числе переносов увеличиваются рекомбинац. потери, происходит неполная передача зарядового пакета от одного электрода к соседнему и усиливаются обусловленные этим искажением информации. Чтобы избежать искажений накопленного видеосигнала из-за продолжающегося во время переноса освещения, на кристалле ФПЗС создают пространственно разделённые области восприятия - накопления и хранения - считывания, причём в первых обеспечивают макс. фоточувствительность, а вторые, наоборот, экранируют от света. В линейном ФПЗС (рис. 3, а) заряды, накопленные в строке 1 за один цикл, передаются в регистр 2(из чётных элементов) и в регистр 3 (из нечётных). В то время, как по этим регистрам информацияпередаётся через выход 4 в схему объединения сигналов 5, в строке 1 накапливается новый видеокадр. В ФПЗС с кадровым переносом (рис. 3, б )информация, воспринятая матрицей накопления 7, быстро "сбрасывается" в матрицу хранения 2, из к-рой последовательно считывается ПЗС-регистром 3; в это же время матрица 1 накапливает новый кадр.

Осн. параметры ПЗС: амплитуды управляющих импульсов  5-20 В), относит. потери заряда при одном переносе   макс. тактовая частота ( = 10-100 МГц), макс. и мин. плотности зарядового пакета ( 50

 ди-намич. диапазон (D =20 lg    60-80 дБ), плотность темнового тока   Для характеристики ФПЗС кроме перечисленных выше параметров указываются спектральный диапазон (Dl = 0,4-1,1 мкм), фоточувствительность ( = 0,1-0,5 А/Вт), макс. и мин. экспозиции 

разрешающая способность (r= 10-50 линий/мм). Кроме ПЗС простейшей структуры (рис. 1) получили распространение и др. их разновидности, в частности приборы с поликремниевыми перекрывающимися электродами (рис. 4, а), в к-рых обеспечиваются активное фотовоздействие на всю поверхностьполупроводника и малый зазор между электродами, и приборы с асимметрией приповерхностных свойств (напр., слоем диэлектрика перем. толщины - рис. 4, б), работающие в двухтакто-вом режиме. Принципиально отлична структура ПЗС с объёмным каналом (рис. 4, в), образованным диффузией примесей. Накопление, хранение, перенос заряда происходят в объёме полупроводника, где меньше, чем на поверхности, рекомбинац. центров и выше подвижность носителей. Следствием этого является увеличение на порядок значения  и уменьшение e по сравнению со всеми разновидностями ПЗС с поверхностным каналом.

Для восприятия цветных изображений используют один из двух способов: разделение оптич. потока с помощью призмы на красный, зелёный, синий, восприятие каждого из них специальным ФПЗС - кристаллом, смешение импульсов от всех трёх кристаллов в единый видеосигнал; создание на поверхности ФПЗС плёночного штрихового или мозаичного кодирующего светофильтра, образующего растр из разноцветных триад.

Для восприятия изображений в ИК-области спектра развиваются три направления: легирование кремния примесями (In, Ga, Те и др.) и использование примесного фотоэффекта; разработка ФПЗС на узкозонных полупроводниковых соединениях (напр., на In, Sb для диапазона Dl = 3-5 мкм); создание гибридных структур, сочетающих фоточувствит. мишень, напр. на кристалле HgCdTe, и кремниевые ПЗС-регистры, обеспечивающие считывание информации, накапливаемой в мишени.

Осн. отличит, особенностью ПЗС как изделия микроэлектроники является возможность вводить в кристалл и хранить без искажения большие массивы цифровой (в т. ч. многоуровневой) или аналоговой информации, использовать электрич. и оптич. способы для ввода информации, осуществлять направленное распространение (в т. ч. циркуляцию) информации в кристалле и неразрушающий доступ к ней, проводить как последовательный, так и параллельный принцип обработки информации. От вакуумных приёмников изображений ( видиконов )ФПЗС, кроме того, отличается жёстким геом. растром, позволяющим фиксировать координаты элементов разложения и исключить дисторсию и др. искажения растра, долговечностью, меньшей потребляемой мощностью, отсутствием микрофонного эффекта и выгорания под действием сильной засветки, нечувствительностью к магн. и электрич. полям.

Направленная передача накопленных зарядов в ПЗС от одного МОП-конденсатора к близко расположенному соседнему производится продольным электрическим полем между затворами при подаче на второй затвор более высокого напряжения. Под этим электродом об­разуется более глубокая потенциальная яма, в которую пере­текает зарядовый пакет. Штриховкой показана степень заполнения потен­циальной ямы неосновными носителями, т.е. величина заряда под электродом.

В ПЗС процессы накопления зарядов и их считывание разде­лены во времени. Развертка производится в промежуток време­ни, соответствующий обратному ходу. При этом одновременное перемещение зарядов вдоль линейки происходит от первой ячей­ки слева направо, а сигнал изображения на выходе получается в обратном порядке, начиная с последней ячейки строки. Таким образом, осуществляется самосканирование - передача инфор­мации за счет зарядовой связи путем изменения глубины потен­циальных ям под электродами МОП-конденсаторов.

Рассматриваемая развертка в направлении строки в скане­рах сочетается с механическим перемещением оригинала в пер­пендикулярном направлении (в направлении кадра). Разрабо­таны линейки, имеющие 8000 ячеек в строке, размер ячейки - 20 мкм. Существуют матричные структуры на ПЗС, создающие сигнал изображения.