Источники и приёмники Излучения (1059978), страница 42
Текст из файла (страница 42)
В противном случае неизбежно возникает «смазывание» зарядового рельефа за счет накопления во время 188 переноса. Таким образом, ФПЗС с совмещенным каналом накопления и переноса имеют весьма ограниченное применение. Более совершенный однострочный ФПЗС содержит отдельную секцию накопления, состоящую из множества накопительных ячеек, подключенных к общей управляющей шине Фн (рис. 6.17, б), и транспортный регистр переноса, элементы которого подключены к трем управляющим шинам Фр1 — ФрЗ. Регистр переноса обычно экранируется от внешнего оптического излучения. Между секцией накопления и регистром переноса имеется еще один управляющий электрод — затвор переноса Ф,. Зарядовый рельеф из фоточувствительной области — секции накопления — под управляющие электроды регистра переноса перетекает при подаче на фотозатвор специального управляющего потенциала.
Новый цикл накопления зарядов начинается после снятия управляющего потенциала с фотозатвора. Перенос зарядов к выходному устройству осуществляется точно так же, как в первом варианте однострочного ФПЗС. Однако при большом числе (свыше 500) накопительных ячеек возможны значительные искажения зарядового рельефа в процессе переноса, поскольку зарядовые пакеты, расположенные на большем расстоянии от ВУ, претерпевают большее число актов передачи. В связи с этим более предпочтительна двухрегистровая организация однострочных ФПЗС (рис.
6.17, в). В данном случае фоточувствительная секция накопления состоит из двух вложенных гребенчатых подсекций. Зарядовые пакеты, накапливаемые в каждой из подсекций, переносятся в свой транспортный регистр при подаче управляющего импульса на общий фотоаатвор. С помощью двух регистров осуществляется параллельный перенос зарядов четных и нечетных ячеек секции накопления.
В выходном устройстве зарядовые пакеты объединяются в одну последовательность видеоимпульсов. Таким образом, благодаря использованию двух параллельных регистров удается вдвое уменьшить число актов передачи заряда и, следовательно, уменьшить искажения, возникающие при переносе. В настоящее время хорошо известны четыре способа конструктивной организации матричных многострочных структур ФПЗС: с координатной (поэлементной) выборкой накопленных зарядов; со строчной, кадровой и строчно-кадровой организациями. В силу целого ряда технологических факторов и учета возможностей многофункционального использования на практике наиболее распространены матричные ФПЗС с кадровой организацией (с кадровым переносом) и приборы с координатной выборкой элементов. Последние называют также приборами с зарядовой инжекцией (ПЗИ).
На рис. 6.18 показана структура типичного современного матричного ПЗС-фотоприемника с кадровым переносом, содержащего две независимые секции — накопления (СН) и памяти (СП), а также два регистра ввода — вывода — верхний (ВР) и нижний 189 Вернимй региелгр В) ог 1 ф7 Цг Ц7 ОГнб тон ) 'гн 7 чтей Вход Вожб'ор гРн 1 гон 7 гоаб од Нммнмй регмсглр Рис. 6.18. Структура матричного ПЗС-фотоприемника (НР).
Каждая из секций и каждый из регистров имеют свою автономную систему управляющих шин Ф,1 — Ф,З; Ф,1 — Ф,З; Фр1— ФрЗ. Входы верхнего и нижнего регистров могут использоваться, например, для введении фонового заряда, а также для электрической записи в ПЗС-структуру видеосигнала, полученного с другого аналогичного ФПЗС. При такой организации можно много- функционально использовать один прибор, изменяя характер управляющих сигналов. Так, если СН используется в качестве оптического входа, а СП вЂ” в качестве буферного аналогового запоминающего устройства для временного хранения зарядового рельефа, то ПЗС- матрица выполняет функции обычного телевизионного преобразователя непрерывного во времени оптического сигнала Е (х, у) в видеосигнал.
Иначе говоря, ПЗС является аналогом телевизионной передающей трубки. Зарядовый рельеф формируется в СН в течение цикла накопления Т, впоследствии он быстро за время 190 Рис. 6.!9. Многофункциональное использование матричного фотоприемника: в качестве аналога телевизионной передающей трубки (а); при объединении двух секций в одну общую секцию накопления (б); при раздельном использовании секций в качестве самостоятельных фотоприемников (и); при использовании ПЗС в качестве устройства задержки видеосигнала (г) Т, сс; Т переносится в СП, защищенную от воздействия оптического излучения специальным экраном (ряс.
6.19, а). Затем осуществляется построчное и поэлементное считывание накопленных зарядов с помощью НР и его выходного устройства. Во время переноса зарядового рельефа из СН в СП обе секции благодаря подаче одинаковых управляющих сигналов работают синхронно. Во время периода накопления режимы работы СН и СП различны. В то время как на одну (или две) из управляющих шин СН подано постоянное напряжение, обеспечивающее накопление зарядов в накопительных ячейках (НЯ), на управляющие шины СП поступают импульсы, обеспечивающие построчный перенос зарядов в сторону НР.
Ниже будут приведены временнйе диаграммы управляющих сигналов, обеспечивающих работу ФПЗС в рассмотренном режиме. Другой вариант использования ПЗС-матрицы иллюстрируется на рис. 6.19, б. Здесь СН и СП как бы объединены в одну большую секцию с удвоенным числом накопительных ячеек. Эта уд- 191 военная секция может последовательно выполнять функции как СН, так и СП. При этом на этапе накопления необходимо обеспечить импульсное экспонирование ПЗС-матрицы, используя либо синхронизируемый импульсный источник излучения в ОЭС активного типа, либо механический или электронно-оптический фото- затвор в ОЭС пассивного типа.
В данном случае на управляющие шины СН и СП подаются одинаковые управляющие сигналы, обеспечивающие синхронную работу секций в режимах накопления, хранения и переноса зарядовых пакетов. На рис. 6.19, в условно показан вариант применения ПЗС в качестве двух независимых приемников оптического излучения, каждый из которых имеет свой регистр ВР или ВН для считывания накопленных сигнальных зарядов. В данном случае, как и в предыдущем„необходимо обеспечить условия импульсного экспонирования. Каждая из секций последовательно работает в режимах накопления, хранения и переноса зарядов. Изменить направление переноса зарядов в верхней секции можно, изменяя порядок следования управляющих импульсов на шинах управления. Такой вариант использования ПЗС целесообразен, когда требуется поэлементное сравнение двух оптических изображений.
ПЗС-матрицу можно также применять в качестве аналоговой линии задержки видеосигнала, формируемого, например, другой аналогичной ПЗС-матрицей. В этом случае фоточувствительная поверхность СН и СП, так же как остальных элементов ПЗС- структуры, экранируется от воздействия оптического излучения. Задерживаемый видеосигнал поступает на электрический вход одного из регистров. Посредством входного устройства видеосигнал преобразуется в пространственный зарядовый рельеф, который перемещается по ПЗС-структуре под воздействием управляющих сигналов и в конце концов вновь преобразуется в видеосигнал, задержанный на необходимое время.
Рассмотренные примеры не исчерпывают всех вариантов применения ПЗС-фотоприемников. Однако они иллюстрируют возможности многофункционального использования одного и того же прибора в ОЭС. На рис. 6.20 приведена возможная структура унифицированного многофункционального оптико-электронного модуля на базе рассмотренного матричного ФПЗС. Изменить режим работы секций и регистров ПЗС можно, изменяя управляющие сигналы, поступающие от блока управления матрицей (БУМ). В свою очередь, последний управляется программируемым синхрогенератором (ПСГ), представляющим собой специализированный процессор, который может работать по одной из предусмотренных программ формирования управляющих импульсов. Ту или иную программу выбирают по соответствующей команде, поступающей с микроЭВМ.
Последняя служит и для обработки сигналов изображений, записываемых в цифро- 192 Оп почеслий олод э Ьэь ~» е%ъ м лру одилой л боеоллом устройссооам Рис. б.20. Структура многофункционального оптико-злектронного модуле на базе матричного ФПЗС вые буферные запоминающие устройства (БЗУ) с помощью блоков аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Подобные многофункциональные модули могут служить основой оптико-электронных систем обработки изображений различного назначения. При этом проблема создания каждого нового прибора или системы практически сводится к разработке специальной оптической схемы и соответствующего программного обеспечения. Параметры и характеристики ФПЗС. Абсолютная спектральная характеристика чувствительности ФПЗС (А/Вт) в основном определяется квантовой эффективностью полупроводникового ма- териала !93 З„е (Л) = ч) (Л) зЛ!(Ьс), (6.21) где г1 (Л) — квантовая эффективность; е — заряд электрона; Ь— постоянная Планка; с — скорость распространения оптического излучения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
