6.3.4. Телекамеры с фотодиодной матрицей
Фотодиодные матрицы также относятся к приборам с переносом заряда. Их основные достоинства — поэлементная адресация и параллельный вывод данных. В основе работы фотодиодной матрицы лежит свойство обратно смещенного р-n-перехода накапливать заряд, пропорциональный падающему на переход световому потоку. Датчики этого типа широко используют в оптических преобразователях, сканерах, принтерах и др.
О сновным элементом фотодиодной матрицы является ячейка, содержащая фотодиод VD1 и три полевых транзистора VТ1, VТ2 и VТ3, (рис. 6.16, а). Ячейка работает в двух режимах: запись заряда и вывод сигнала. В начале режима записи на транзистор VТ1 поступает открывающий его импульс стирания Uст, в результате чего по цепи от +Uсм до - Uип протекает ток и внутри фотодиода (который в этом режиме подобен конденсатору) начинает накапливаться заряд. Режим вывода сигнала начинается с закрытия транзистора VT1 и открытия через некоторый промежуток времени tнак транзистора VT2 адресным импульсом Uа. При этом через сопротивление нагрузки Rн начинает течь ток, величина которого зависит от степени открытия транзистора VTз потенциалом фотодиода.
Таким образом, сигнал Uс на выходе ячейки зависит от ее освещенности. Ячейки объединяют в матрицу, и следовательно, совокупность сигналов с выходов всех ячеек дает информацию о распределении освещенности на светочувствительной поверхности (рис. 6.16, б).
Новый цикл записи начнется с подачи очередного импульса стирания от внешнего формирователя одновременно на все ячейки матрицы. При этом емкости фотодиодов снова заряжаются, стирая сохранившиеся в них заряды. Время tнак определяет накопленную ячейкой энергию светового потока, а следовательно, ее чувствительность. Адресный импульс подается на выбранную строку матрицы, и все ячейки этой строки считываются параллельно. Таким образом, в фотодиодной матрице организуется параллельно-последовательное считывание информации (параллельно элементов строки, последовательно строк, причем в произвольном порядке).
С
хема
телекамеры
с фотодиодной матрицей представлена
на рис. 6.16, в.
Генератор
тактовых импульсов устанавливает
рабочую частоту, а устройство управления
определяет последовательность опроса
ячеек матрицы. Формирователь
адреса устанавливает амплитуду и
длительность адресных импульсов и
распределяет их по адресным входам
матрицы в соответствии с заданным
порядком считывания. Данные из ячеек
поступают через усилители считывания
и АЦП в буферное устройство, используемое
для согласования последовательности
и скорости вывода данных из камеры и их
ввода в процессор обработки
изображения. Частота вывода кадров
определяется временем tнак
и
варьируется
в диапазоне 200...5000 Гц.
Телекамеры с фотодиодной матрицей используются в специальных задачах робототехники. Их достоинства: возможность поэлементной адресации, высокое быстродействие, малые масса и габаритные размеры, высокая механическая прочность и надежность; недостатки — малая разрешающая способность и шум сигнала (вследствие различия фотоэлектрических характеристик отдельных ячеек).
В заключение этого параграфа приведем сравнительную характеристику наиболее часто применяемых отечественных датчиков изображения (табл. 6.7).