Джакония В.Е. Телевидение (4-е изд., 2007) (1143033), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Это может происходить как в результате воздействия светового излучения — тогда заряды будут носителями полезной информации, так и вследствие парэзитного процесса термогенерации. При этом термогенерированные заряды составляют паразитную доб»лку к инс)>ормационному заряду и являются источником темново- нгк» сигнала изобра кения. ~ Время хранения зарядов 1хр равно 150 с1АСТЬ П. Принципы построения преобразователей Фг Фг ФЗ П, гг, Ггг и, иг из Сгг Ггг Рис.
6.10. Перемещение зарядовых пакетов в трехфазном сдвяговом регистре; а — трехфазный регистр; 6 — ядеальная тактовзя диаграмма; в — реальная форма управляющая кмпульсов и, и, Ггг Ггг иг иг сгг сгг а) г,г,г Фг Ф, Фг Фг Фз Фз б) в) г времени действия напряжения Уг, а режим работы ячейки под электродами фазы Фг в это время называется режимом храпения. В момент 1г 1второй такт) на электродьг фазы Фг подается напряжение Уз, значение которого превышает в 1,5... 2 раза напряжение Уг. Это напряжение называется напряжением записи.
Оно вызывает появление под электродами фазы более глубоких потенциальных ям, в которые и перетекают электроны из-под электродов фазы Фг. Режим, при котором электроны перетекают из одних потенциальных ям в другие, называется режимом записи. В момент 1з (третий такт) напряжение на электродах фазы уменьшится до значения Уг, соответствующего режиму хранения, а напряжение на электродах фазы Фг уменьшится от значения Уг до бгг, что предотвращает возврат зарядового пакета под электроды фазы Фг. Из рис. 6.10,а видно, что перенос зарядовых пакетов произойдет слева направо, так как под электродами фазы Фг потенциал остается низким, равным Уг.
Такой направленный перенос зарядовых пакетов является одним из достоинств трехтактпых регистров. В регистрах, работающих по двухтактной' схгмг, направленный перенос зарядов приходится обеспечивать услогкнепием структуры ПЗС. Последовательность смены потенциалов на тактовых группах показана на тактовой диаграмме (рис. 6.10,5). на которой г]горма упра- ГЛАВА б. Телевизионные преобразователи свет — сигнал вляющих напряжений для трехтактной схемы идеальна. Однако для повышения эффективности переноса зарядов тактовые импульсы, подаваемые на электрод, должны перекрываться н иметь пологий фронт, что задерживает уменьшение глубины (схлопывания) потенциальной ямы.
Поэтому практически для управления используют импульсы трапецеидальной формы (рис. 6.10,в). При этом остатки заряда (последние носители) успевают перетечь в соседнюю потенциальную яму, и в результате повысится эффективность переноса заряда. Фотоэлектрические преобразователи изобрюкения на ПЗС делятся на два класса: линейные (одномерные) и матричные (двумерные). В линейных ФЭП фоточувствительные элементы расположены вдоль одной линии, обычно строки, и формируют одномерное изображение объекта. Такие однострочные ФЭП могут быть использованы при контроле за технологическими процессами производства, при специальном анализе и анализе оптической плотности макро- и микрообъектов.
Однострочные ФЭП могут быть использованы и для получения двумерного изображения. В этом случае необходимо перемещение ФЭП или объекта в направлении, перпендикулярном направлению строчной развертки. Твердотельным аналогом передающей трубки с электронным сканированием по строке и кадру является матричный формирователь сигнала изображения. Он представляет собой двухкоординатный массив светочувствительных элементов, в котором осуществляется электронное сканирование по координатам я и у. При проектировании такой двухкоординатной матрицы решается вопрос организации ее считывания. Для наиболее полного использования достоинств ПЗС зарядовые пакеты должны перемещаться к одному выходному устройству, а порядок считывания информации — обычно соответствовать принятому телевизионному стандарту.
При выборе способа организации считывания необходимо обеспечить минимальное смазывание изображения, возникающее при переносе накопленных зарядовых пакетов через освещенные области прибора. Поэтому в современных матричных ФЭП на ПЗС области накопления заряда н его переноса разделяют. По способу организации считывающие матрицы ПЗС делятся на матрицы с кадровым переносом заряда (КП), матрицы со строчным переносом заряда (СП) и матрицы со строчно-кадровым переносом нл ряда (С КП) . Матрицы ПЗС КП (рис.
6.11) включают в себя секцию накопления - — фотоприемную секцию, секцию хранения или памяти, которая шщищена от света и равна по площади секции накопления, и один и вп несколько параллельных выходных сдвиговых регистров. Во время актнвной части поля происходит накопление зарядоиыт пл1н тон в фотоприемной секции. Во время кадрового гасящего с1АСТЫ1. Принципы построения преобразователей Секция .накопления нал еноса Секция хранения одное ойство Рнс. 6.11. Способ органиэации покадрового считывания Сдвиговый регистр импульса, накопленные заряды всех строк поля последовательно переносятся в защищенную от света секцию хранения.
Далее во время накопления в фотоприемной секции следующего кадра информация из секции хранения построчно передается в секцию переноса заряда — сдвиговый регистр. Сдвиг строк в секцию переноса осуществляется во время обратного хода горизонтальной развертки. Затем зарядовые пакеты строки поэлементно выводятся сдвиговым регистром к выходному устройству, преобразующему заряды в сигнал изображения.
После считывания всей видеоинформации из секции хранения начинается перенос следующего кадра. Одним из основных достоинств покадрового считывания является уменьшение эффекта смазывания изображения, так как зарядовая информация считывается из защищенной от света секции хранения и дополнительной засветки при сканировании не происходит. При покадровой организации легко осуществляется чересстрочное разложение изображения, также проста электродная структура, что позволяет компактно расположить ячейки матрицы. Принцип покадрового переноса удобен для освещения матрицы со стороны подложек, что позволяет удвоить квантовую эффективность прибора и получить более равномерную характеристику спектральной чувствительности.
Матрица с покадровым переносом позволяет легко реализовать чересстрочное разложение изображения. Для этого в течение длительностей нечетных полей накопление производится под электродами Фг, а в течение длительностей четных — под электродами фазы Фз. Во время обратного хода по полям зарядовая информация нечетного поля переносится в секцию хранения (памяти). В период следующего четного поля в режим накопления переводятся электроды фазы Фз, и в секции накопления начинается новый цикл работы. В то .кс время из секции хранения последовательно, строка за строкой, переносятся все строки нечетного поля в выходной (сдвиговый) регистр, который сдвигает элементы строки один за другилт к выходноагу устройству.
Перенос зарядов отдельных строк из секции памяти в сдвиговый регистр осуществляется во время обратного хода строчной развертки, а выход зарядов строки из регистра в выходное устройство — во время прямого хода строчной развертки. ГЛАВА 6. Телевизионные преобразователи свет — сигнал Таким образом, в матрице с покадровым считыванием перенос зарядовых пакетов к выходному устройству осуществляется в три приема: 1) перенос из секции накопления в секцию памяти; 2) перенос из секции памяти в сдвиговый регистр; 3) перенос из сдвигового регистра в выходное устройство.
Нетрудно видеть, что число переносов для разных элементов кадра будет различным. Максимальным оно будет для первого элемента верхней строки и минимальным— для последнего элемента нижней. Максимальное число переносов для одного зарядового пакета нетрудно подсчитать. Для покадровоИ органиэации считывания по трехтактиоИ схеме сдвига число переносов >У „, = 2 х Зг + 2п, где - — число строк; и — число элементов в строке. В приведенном равенстве первыИ член учитывает число переносов по кадру, а второй — число переносов вдоль строки. Следует иметь в виду, что зарядовые пакеты переносятся не полностью, так как, во-первых, часть заряда теряется в ловушках, существующих на границе кремния с окислом, а во-вторых, при определенной скорости переноса часть заряда может отстать от пакета и появиться в следующем.
Неэффективность переноса заряда е накладывает определенные ограничения на скорость работы ПЗС и полное число переносов, которые можно совершить без существенного разрушения сигнала; е — относительная величина и характеризует часть заряда, отставшую от пакета на один перенос. Умножив е на число переносов в приборе >У, получим результирующую неэффективность переноса >Ус всею прибора. Недостатком матриц ПЗС КП является неполное устранение смаза изобралгения, которое проявляется в виде вертикальных тянущихся продолжений за очень яркими деталями. Смаз появляется из-за того, что при переносе накопленных зарядов из фотоприемной секции в секцию памяти свет продолжает попадать в фотоприемную секцию.
Для уменьшения величины смаза изображения были разработаны матрицы со строчным переносом зарядов (рис. 6.12), в которых область накопления образована вертикальными столбцами светочувствительных элементов, между которыми помещены защищенные от света вертикальные сдвиговые регистры. В течение времени кадра в светочувствительных элементах накапливаются зарядовые пакеты. Во время гасящего кадрового импульса они одновременно переносятся в соседние ячейки вертикальных сдвиговых регистров. Во время накопления следующего кадра, зарядовые пакеты из вертикальных регистров одновременно сдвигаются в горизонтальный (выходной) регистр. Сдвиг по вертикальным регистрам на один элемент происходит во время обратного хода строчной развертки, а вывод нй>вдовых пакетов из горизонтальных регистров в выходное устройство — — за время прямого хода строчноИ развертки.
Полное освобождение вертикальных сдвиговых регистров от зарядов происходит ~л ьйн'мя кадра. 164 ЧАСТЫ1. Принципы построения преобразователей Вертикальные сдвиговые регистры Вертикальные сдвиговые регистры еточувст- тел~ные еточувст- тельные ементы егиенты екция анения Горизонтальныи Выходное 1выходной) регистр устройство Горизонтальный Выходное (выходной) регистр устройства Рнс. 6.12. Матрица со строч- ным переносом зарядов Рис. 6.13. Матрица со строчно- кадровым переносом зарядов Для обеспечения чересстрочной' развертки в матрице ПЗС СП заряды из светочувствительных ячеек в вертикальные регистры переносятся: в нечетных полях — из нечетных ячеек, а в четных полях — из четных ячеек.
Величина смаза изображения в матрицах ПЗС СП существенно меньше, чем в ПЗС КП. Однако при наличии на объекте ярко освещенной детали, уровень смаза оказывается заметен. В матрицах ПЗС СП он обусловлен попаданием части наклонно падающего света под алюминиевый экран над вертикальным ПЗС регистром. Это паразитная засветка значительно меньше, чем в матрицах ПЗС КП, но время ее действия существенно больше и равно длительности поля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
