Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 55
Текст из файла (страница 55)
супервидикон представляет собой своего рода гибрид вид11кона с суцерортиконом. Он также содержит секцию пере- 3 носа заряда, ч'го позволяет обеспечить коэффициент усиле1ци свь1шс 10, уступая в этом только суперортикону, по превосходя его по массогабаритпым показателям. В малоинсрционном видиконс — кремниконе (название обусловлено материалом мишени) на мишени нс образуется поте11циалы!ый рельеф и развертывающий луч считывает лишь сопротивление ее отдельных участков. В некоторых кремниконах разрешение достигает !О ООО твл.
Используют их в системах цветного телевидения, а также в машиностроении„ биологии„криминалистике и т. д, Б пировидиконе с мишенью из термочувствитсльного материала разрешение достигает 400 твл, а в рентгеновнднконе с мишенью из Яе и РЬΠ— 1200 твл. Эти датчики применяют при неразрушающем контроле и в медицине. и 6.3. Датчики изобралсеиия рщы ячеек.
Секция накопления представляет собой светочувствительную поверхность, секция хранения расположена в закрытой от света зоне. Для перемещения зарядов и формирования строк развертки служит секция переноса, представляющая собой набор сдвиговых регистров. В зависимости от способа развертки различают матрицы со строчным переносом, с кадровым и строчно-кадровым переносом заряда. Поскольку время считывания всех ячеек матрицы должно бьггь согласовано с периодом развертки кадра, считывание строки следует проводить во время прямого хода луча, а экспозицию (освещение ячейки) — во время гасящего импульса ~около 12 мкс).
Однако малое время экспозиции ие позволяет обеспечить требуемую чувствительность матрицы. Увеличения времени экспозиции при сохранении периода развертки можно добиться путем уменьшения времени переноса заряда в секцию хранения. Например, в матриц~ со строчным переносом заряда, разработанной фирмой акопу, секция хранения отсутству- ет и заряды ячеек из секции накопления поступают в секцию переноса (в виде строки сдвиговых регистров) и далее последовательно передаются в выкоднои регистр матрицы.
' Идея ПЗС была выдвинута в 1970 г. америханцами У. Бойлом и Д. Смитом. изображения. Основными достоинствами такой телекамеры являются жестко заданный растр, исключающий проблему геометрических искажений, относительная температурная стабильность параметров и высокая надежность. В основе работы ПЗС лежит принцип хранения локализованного заряда в потенциальных ямах, образуемых в полупроводниковом кристалле под действием внешнего поля, и передачи зарядовых пакетов из одной потенциальной ямы в другую при изменении управляющих воздействий . Основным элементом ПЗС, в котором происходит накопление и хранение заряда, является структура металл — оксид — полупроводник (МОП-структура) или контакт с барьером Шоттки.
Эти элементы расположены максимально близко один к другому, чтобы их потенциальные ямы сливались, образуя зарядовую связь. В то же время между отдельными элементами не должно быть самопроизвольного растекания зарядов, для чего они разделены стоп- каналами. Группы из двух-трех элементов ПЗС (их количество зависит от числа фаз управления) образуют ячейку ПЗС (рис, б.14, а). Перед началом работы в ПЗС индуцирустся р — л-переход путем подачи положительного напряжения на его поверхность. При определенных фазовых напряжениях У~, У~, Уз под электродами поочередно создаются потенциальные ямы для неосновиых носителей, благодаря чему р — и-переход начинает работать в режиме накопления заряда.
Если один из элементов ячейки ПЗС выполнить прозрачным, то при облучении световым потоком в нем накапливается заряд, пропорциональный освещенности элемента и времени экспозиции. Другие элементы ячейки 1'1ЗС являются непрозрачными. Для переноса заряда в закрыл ую от света зону управляющие сигналы Ц, У2, Уз поочередно образуют потенциальные ямы в других элементах ячейки ~рис.
6.14, 6). В датчиках изображения элементы ячеек ПЗС обычно объединяют в две секции: накопления и хранения, каждая из которых выполнена в виде мат- 6. Системы технического зрения О (~ 6 Рис. б.14. Структура ~а) н временные диаграммы (б) трехфазного элемента ПЗС: ~ — прозрачный электрод; 2 — подложка; 3 — фазы управления; 4 — потенциальная яма Созданная фирмой РЬЙря матрица ПЗС с кадровым переносом заряда использует секцию хранения.
В ней.хранятся заряды, соответствующие предыдущему кадру, а за время экспозиции текущего кадра они выводятся построчно в выходной регистр. Недостатком схемы является двойное количество ячеек ПЗС. В разработанной фирмой акопу матрице ПЗС со строчно-кадровым переносом заряда реализован режим чересстрочной развертки кадра (рис. б,15), Рассмотрим процедуру вывода нечетного полукадра. Сигнал Ц, генератора тактовых импульсов инициирует параллельный перенос зарядов, содержащихся в ячейках нечетных строк секции накопления 2, в регистры вертикалыюго сдвига 1, Заряды, соответствующие этому полукадру, сигналами У„), УВ2 и Уяэ переносятся в секцию хранения и далее в регистр горизонтального сдвига 3.
Перемещение зарядов вдоль него к выходному регистру осуществляется сигналами Ц1 и Ц2. Затем весь процесс повторяется для четного полукадра. Перенос зарядов из секции хранения в выходной регистр выполняется за время гасящего импульса, а считывание их из секции накопления в течение последующей экспозиции. Телекамера на ПЗС обычно содержит матрицу со строчно-кадровым переносом заряда, устройство управления и выходной каскад, содержащий полевой транзистор, видеоусилитель, генератор служебных сигналов и смеситель.
На выходе транзистора формируется послсдовательность видсоимпульсов, которая после усиления поступает на смеситель, где к ней подмешиваются гасящие и синхронизирующис импульсы, образуя композитный видеосигнал. Частота сигналов в сдвиговых регистрах матрицы ПЗС связана с темпом вы- б.З. Датчики изображения вода видеоситнала и всего кадра. Она определяется необходимостью сопряжения со стандартным телевизионным оборудованием и зависит от количсства ячеек матрицы и частотных свойств полупроводника, Тактовая частота выходного регистра матрицы варьируется от.10 кГц до 10 МГц. Рис.
б.15. Схема матрицы ПЗС со строчно-кадровым переносом заряда: ! — регистры вертикального сдвига; 2 — секция накопления; 3 — регистр горизонтального сдвига Нсдостаток соврсменньгх телекамер на ПЗС вЂ” меньшие по сравнению с ЭЛП чувствительность и разрешающая способность, последняя, как правило, не превышает 570 твл. Для повышения разрешающей способности фирмой Яопу разработана специальная технология Но!е Ассшпц!а~ед Оюде (НАР), позволяющая:уменьшить размеры ячеек матрицы за счет переноса заряда не вдоль поверхности, а в глубь кристалла.
Для обозначения размера матрицы на ПЗС используют параметр «формат», который соответствует диаметру видикона с такой же площадью светочувствительной поверхности. Чем больше формат матрицы, тем больше ячеек ПЗС она содержит и тем выше ее разрешающая способность. Телекамеры на ПЗС имеют матрицы форматом 1/4, УЗ, У2, 2/3 и 1 дюйм. Формат матрицы влияет также и на угловое поле; при одинаковых объективах камсра с матрицей форматом 1/2 дюйма имеет большое поле, чем с форматом 1/3 дюйма.
Примеры выпускаемых телекамер на ПЗС представлены в табл. б.б. . К достоинствам телекамер на ПЗС можно отнести высокое быстродействие (малая инсрционность), возможность запоминания изображения, устойчивость к внешним возмущающим воздействиям, а также малые габаритные размеры и вес; к недостаткам — относительно невысокая чувствительность и разрешающая способность.
273 б. Системы технического зрения Таблица б.б Параметры промышленных телекамер на ПЗС 6.3.4. Телекамеры с фотодиодной матрицей Фотодиодиые матрицы также относятся к приборам с переносом заряда. Их основные достоинства — поэлементная адрссация и параллельный вывод данных. В основе работы фотодиодной матрицы лежит свойство обратно смещенного р-и-перехода накапливать заряд, пропорциональный падающему на переход световому потоку. Датчики этого типа широко используют в оптических преобразователях, сканерах, принтерах и др. Основным элементом фотодиодной матрицы является ячейка, содержащая фотодиод ИЭ~ и три полевых транзистора И1, И"2 и Из (рис. 6.16, а). Ячейка работает в двух режимах: запись заряда и вывод сигнала.
В начале режима записи на 'транзистор И"~ поступает открывающий его импульс стирания Уст, в результате чего по цепи от +У~м до — У„„протекает ток и внутри фотодиода (который в этом. режиме подобен конденсатору) начинает накапливаться заряд; Режим вывода сигнала начинается с закрытия транзистора И ~ и открытия через некоторый промежуток времени гаак транзистора И2 адресным импульсом ~4. При этом через сопротивление нагрузки Я„ начинает течь ток, величина которого зависит от степени открытия транзистора Из потенциалом фотодиода.
Таким образом, сигнал У 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, 6). Новый цикл записи начнется с подачи очередного импульса стирания от внешнего формирователя одновременно на все ячейки матрицы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
