Mi egyenlő az expozíciós idővel a CCD-mátrixokban. CCD. A CCD működésének fizikai elve. CCD mátrix. Fókusztávolság és nézőszög

A szilárd állapotú fotovoltaikus átalakítók (TFEP) A képek az átviteli CRT analógjai.

A TFEP 1970 óta kezdődött, az úgynevezett CCD-vel, és az MDP vagy MOS szerkezet kondenzátorait ábrázoló egyes sejtek alapján alakították ki. Az ilyen elemi kondenzátor egyik lemeze fémfilm, a második - félvezető szubsztrát P ( p.- vagy n.-Ronials), a Dielectric D egy olyan félvezető, amelyet vékony rétegként alkalmaznak a P. szubsztrátumon. P-szubsztrátumként adta fel az Accceptorral ( p.-Típus) vagy donor ( n.- típusú) szennyeződés, és D - szilícium-oxid SIO. 2 (lásd a 8.8. Ábrát).

Ábra. 8.8.Kondenzátor mosószerkezet

Ábra. 8.9.Az elektromos mező hatása alatt álló költségek

Ábra. 8.10.A háromfázisú CCD rendszer működésének elvét

Ábra. 8.11.A kétfázisú CCD rendszer mozgatása

Ha egy fémfeszültségelektródot alkalmazunk, egy "zseb" vagy potenciális gödör van kialakítva, amelyben a nem mag hordozók "felhalmozódhatnak" (a mi esetünkben), és a fő vivőanyagok, a lyukakat az M. Néhány távolságra a felületen a nem magvivőanyagok koncentrációja magasabb lehet, mint a fő koncentráció. A Dielectric D közelében az N szubsztrátumban N inverziós réteg fordul elő, amelyben a vezetőképesség módja az ellenkezőjére változik.

A CCD töltőcsomagját elektromosan vagy könnyű generációval adagolhatjuk. A szilíciumban felmerülő fotovoltaikus folyamatok könnyű generációjával a potenciális gödrökben a nem mag hordozók felhalmozódásához vezet. A felhalmozott töltés arányos a felhalmozódás megvilágításával és időpontjával. A CCD-ben lévő töltés irányának irányított díját a MOS-kondenzátorok helye biztosítja, olyan közel távolságban, amelyeken a kimerült területek átfedése és potenciális kutak csatlakoztatva vannak. Ugyanakkor a nem mag hordozók mozgatható töltése felhalmozódik arra a helyre, ahol a potenciális gödör mélyebb.

Engedje meg, hogy az elektróda alatt felhalmozott töltés hatása legyen U. 1 (lásd: 8.9. Ábra). Ha most a szomszédos elektródon van U. 2 Feszültség benyújtása U. 2 \u003e U. 1, akkor egy másik potenciális gödör közel, mélyebb ( U. 2 \u003e U. egy). Az elektromos mező és a nem mag hordozók régiója felmerülnek közöttük (elektronok) a mélyebb "zsebébe" (lásd: 8.9. Ábra). A kétirányú adagolás kizárásához az elektródák szekvenciáját 3 elektródcsoportból kombináltuk (lásd 8.10. Ábra).

Ha például a 4 elektróda alatt felhalmozódott töltés, és jobbra kell átvinnie, akkor magasabb feszültség van a jobb elektródához ( U. 2 \u003e U. 1) és a töltés áramlik hozzá, stb.

Majdnem az elektródák teljes egésze a három gumiabroncshoz van csatlakoztatva:

I - 1, 4, 7, ...

II - 2, 5, 8, ...

III - 3, 6, 9, ...

A mi esetünkben a "recepció" feszültség ( U. 2) a 2 és 5 elektródákon lesz, de a 2 elektródát elválasztjuk a 4 elektródától, ahol a töltést tárolja, a 3 elektróda (amelyből

U. 3 \u003d 0), így a bal oldali fluxus nem lesz.

A CCD csecsemő működése három elektróda (sejt) jelenlétét jelenti a TV-kép egyik eleméhez, ami csökkenti a fényáram által használt hasznos területet. A CCD, a fémelektródák és a dielektromos rétegek (elektródák) csökkentése érdekében egy lépcsős formában van kialakítva (lásd a 8.11 ábrát). Ez lehetővé teszi, hogy a feszültségimpulzusok elektródákba kerüljenek, különböző mélységek potenciális gödréi különböző szakaszai alatt. Egy mélyebb gödörben a legtöbb a szomszédos sejtáramlástól számít.

Kétfázisú CCD-rendszerrel az elektródák száma (sejtek) a mátrixban egyharmaddal csökken, ami kedvezően befolyásolja az olvasási megkönnyebbülést.

A CCC-t először a számítástechnikai technológiákhoz használták tárolóeszközként, Shift regiszterekként. A lánc elején egy injekciós diódát helyezték el, és a lánc végén - a kimeneti dióda általában n-p- vagy p-n-a CCD mező tranzisztorláncának első és utolsó elektródával (sejtjeivel) MOP átmeneti struktúrák.

De hamarosan kiderült, hogy a CCD nagyon érzékeny a fényre, ezért jobb és hatékonyabb, mint a fény reprodukálása, és nem tárolóeszközök.

Ha a CCD-mátrixot fotodetektorként használják, akkor a töltés felhalmozódása egy vagy másik elektród alatt az optikai módszerrel (fecskendező fény) hajtható végre. Azt mondhatjuk, hogy a CCD mátrixok lényegében fényérzékeny analóg váltás regiszterek. Napjainkban a CCD-t nem használják tárolóeszközként (memória), hanem csak fotodetektorokként. Ezeket a faxkészülékek, szkennerek (CCD szabályok), kamera és videokamerák (CCD mátrix) használják. Általában az úgynevezett CCD-zsetonokat használják a TV kamerákban.

Feltételeztük, hogy mind a 100% -os díjat továbbítják a szomszédos zsebébe. A gyakorlatban azonban veszteségnek kell tekinteni. A veszteségek egyik forrása "csapdák", amely képes megragadni és tartani néhány díjat. Ezeknek a díjaknak nincs ideje áramlani a közeli zsebébe, ha az átviteli sebesség nagyszerű.

A második oka az áramlási mechanizmus. Az első pillanatban a díjak átadása egy erős elektromos területen történik E.. Azonban, mivel a felszámított díjak, a térerősség esik, és a sodródási folyamat elhalványul, így az utolsó rész mozog a diffúzió miatt, 100-szor lassabb sodródás. Várja meg az utolsó részt - ez azt jelenti, hogy csökkenti a sebességet. A Draif az átvitel több mint 90% -át adja. De ez az utolsó százalék, amely a veszteségek meghatározásakor alapvető.

Hagyja, hogy az átviteli ciklus átviteli együtthatója egyenlő legyen k. \u003d 0,99, hiszen a ciklusok száma egyenlő N. \u003d 100, meghatározzuk a teljes átviteli együtthatót:

0,99 100 = 0,366

Nyilvánvalóvá válik, hogy nagyszámú elem, még az egyik elemnél is kisebb veszteségek a legfontosabbak a lánc egészére.

Ezért különösen fontos a CCD mátrixban töltött díjak számának csökkentésének kérdése. Ebben a tekintetben a kétfázisú CCD mátrixa a töltési átviteli együttható némileg nagy, mint egy háromfázisú rendszerben.

Az utóbbi években, lelkes felülvizsgálatok a következő "Technológiai csoda, amelynek célja, hogy befolyásolja a digitális fényképezés jövőjét, a digitális fényképezés jövőjének befolyásolására irányul, meglehetősen gyakoriak a közeljövőben (és nem csak), a sajtó meglehetősen gyakori gyakran gyakori. Ez egy általánosított kifejezés változat egy formában vagy más. De a kezdeti izgalom egyetlen évének jellemzője fokozatosan megy a "nem", és a legtöbb digitális fényképészeti berendezések gyártója a "fejlett fejlesztés" helyett inkább bizonyított megoldásokat használ.

Feltételezném, hogy feltételezzem, hogy az ilyen események fejlesztésének oka meglehetősen egyszerű - elég ahhoz, hogy figyelmet fordítson egy döntés "ragyogó egyszerűségére". Tény, hogy a mátrix felbontása nem elegendő? És nézzük pixelek nem sorok és oszlopok, hanem egy átlós vonal, majd a „fordulat” a szoftver „kép” 45 fok, itt fogunk adni a felbontást egyszerre! Nem számít, hogy növeli csak szigorúan függőleges és vízszintes vonalak tisztaságát, és hajlamos és görbék (amelyek közül az igazi kép áll) változatlan marad. A legfontosabb dolog az, hogy a hatás figyelhető meg, ez azt jelenti, hogy hangos lehet.

Sajnos a modern felhasználót "megapixels elrontja". Nem jó, hogy minden alkalommal, amikor a "klasszikus" CCD-mátrixok fejlesztőinek engedélyét meg kell oldani a legösszetettebb feladatot az érzékelő elfogadható dinamikus tartományának és érzékenységének biztosítására. De az "megoldások", mint a téglalap alakú átmenet, a pixelek oktalon formájához, egy közönséges fotós úgy tűnik, meglehetősen érthető és ésszerű, végül is így van olyan megfizethető hirdetési füzetek ...

E cikk célja a legegyszerűbb szinten, hogy megmagyarázza, amelyből a CCD mátrixból származó kimeneten kapott kép minősége függ. Ugyanakkor, az optika minőségén, teljesen nyugodtan lehetséges, hogy kivonuljon, a második pedig a "slir" kevesebb, mint 1000 dollár (Nikon D 70) lehetővé teszi, hogy reméljük, hogy a további növekedés Az elfogadható árkategóriás kamrák érzékelőinek engedélye nem korlátozódik a "szappanos" lencsékre.

Belső Photoeffect

Így a lencse által generált kép a CCD mátrixra esik, vagyis a fénysugarak a PZD-elemek fényérzékeny felületére esnek, amelyek feladata a fotonenergia elektromos töltésébe való átalakítása. Ez a következőképpen történik.

A CCD elemre esett foton esetében három lehetőség van az esemény kialakításához, vagy "smits" a felületről, vagy felszívódik a félvezető (a mátrix anyaga) vastagságában, vagy a " utazások "a" munkaterületen ". Nyilvánvaló, hogy a fejlesztőknek olyan szenzort kell létrehozniuk, amelyben a "Ricochet" és a "Wavelet" veszteségeit minimálisra csökkentsük. Ugyanaz a fotonok, amelyek a mátrix által abszorbeáltak, egy pár elektron-lyuk, ha az interakció a félvezető kristályrács atomjával, vagy csak egy foton (vagy lyuk), ha az interakció donor atomokkal vagy akceptor szennyeződésekkel történt, és mindkettő a felsorolt \u200b\u200bjelenségekből hívják belvízi fotoeffect. Természetesen az érzékelő belső Photoeffect munkája nem korlátozódik, meg kell őrizni a díjköltségvásárlási töltéseket a félvezetőben egy speciális tárolóban, majd számolja őket.

A CCD mátrix eleme

Általánosságban elmondható, hogy a CCD elem kialakítása így néz ki: egy szilícium szubsztrát P - típusú, csatornákkal van ellátva egy félvezető N -type. A csatornákat a polikristályos szilícium-elektródák alkotják szilícium-oxid szigetelő rétegével. Miután az elektromos potenciál tele van egy ilyen elektródra, a Donken zónában az N -TYP csatorna alatt létrejön potenciális yama, amelynek célja az elektronok tárolása. A foton behatoló szilícium egy elektron előállításához vezet, amelyet egy potenciális gödör vonz, és továbbra is benne van. A nagyobb számú foton (fényes fény) nagyobb díjat biztosít a gödörnek. Ezután figyelembe kell vennie a díj értékét, az említett fototokés erősítse meg.

A PZD elemek fotokonduktorainak olvasása úgynevezett sequential Shift regiszterekamely átalakítja a töltési sorokat a kilépési impulzus sorozat bejáratánál. Ez a sorozat egy analóg jel, amely tovább lép az erősítőbe.

Így egy regiszter segítségével átalakíthatja a karakterlánc analóg jelöltségeit a PZD elemekből. Valójában a CCD-mátrixokban soros váltási nyilvántartást hajtanak végre ugyanazzal a PZD elemekkel kombinálva. Az ilyen eszköz működése a képességen alapul töltéssel ellátott eszközök (Ez jelzi a CCD rövidítését) a potenciális gödrök költségeinek cseréjére. A csere különleges jelenléte miatt történik transzfer elektródák (Átviteli kapu) a szomszédos PZD elemek között. Ha a megnövekedett potenciál a legközelebbi elektródra kerül, a töltés "áramlások" alatt egy potenciális gödörből. A CCD elemek között két-négy átviteli elektróda, a nyíróregiszter "fázisa", amely kétfázisú, háromfázisú vagy négyfázisúnak nevezhető a mennyiségétől.

Az átvitel elektródáihoz való potenciál ellátása oly módon szinkronizálva van, hogy a nyilvántartás összes CCD-elemének potenciális yams díjainak mozgása egyidejűleg történjen. És a CCD-elemek átutalásainak egy ciklusára, ahogy azt "továbbították a lánc mentén" a balról jobbra (vagy balra). Nos, az így kapott "Extreme" CCD elem adja a díjat a regiszter kimenetén található eszközhöz, azaz az erősítő.

Általánosságban elmondható, hogy a szekvenciális eltolási nyilvántartás egy párhuzamos bemeneti és szekvenciális teljesítményű eszköz. Ezért, miután elolvasta az összes díjat a nyilvántartásból, új karakterláncot kell benyújtani a bemenetére, majd a következő, és így folyamatosan analóg jelet képez a fototok kétdimenziós tömbjének alapján. A szekvenciális eltolódási nyilvántartás (azaz a fototokok kétdimenziós tömbjeinek sorainak) bemeneti párhuzamos áramát függőlegesen orientált szekvenciális váltási nyilvántartásoknak biztosítják, amelyeket hívnak párhuzamos váltás regiszter, és az egész design általában csak a CCD mátrixnak nevezett eszköz.

"Függőleges" szekvenciális nyírási nyilvántartások, amelyek párhuzamosak, hívják pZS-MATRIX oszlopokÉs a munkájuk teljesen szinkronizált. A PZS-Matrix Photocurrents kétdimenziós tömbje egyidejűleg lefelé mozog egy sorban, és csak akkor történik, ha az előző sor vádja a sorozatos eltolódási regiszter "alsó részén" az erősítőre ment. A szekvenciális nyilvántartás felszabadulása előtt párhuzamosan kénytelen állni. Nos, a CCD mátrix maga csatlakoztatni kell a chip (vagy készlet), etetés a potenciálokat az elektródákon soros és párhuzamos shift regisztert, valamint a szinkronizáló munkáját két nyilvántartást. Ezenkívül szüksége van egy óra generátorra.

Teljes keret mátrix

Ez a fajta érzékelő a legegyszerűbb a konstruktív szempontból, és utal. teljes keret CCD mátrix (Teljes keret CCD - mátrix). A "Strapping" chipek mellett egy ilyen típusú mátrixok is szükség van egy mechanikus kapura, átfedve a fényáramot az expozíció után. A zár teljes lezárását megelőzően a díjak olvasása nem indítható el - a párhuzamos regiszter munkásciklusával a fototokok eltolódásának párhuzamos regiszterjével, mindegyik képpontja extra elektronikus elektronokat ad hozzá a CCD nyílt felületén mátrix. Ezt a jelenséget hívják "Üres" töltés egy teljes képkocka mátrixban(Teljes keret mátrix kenet).

Ilyen módon keret olvasási sebesség Ez a rendszer mind párhuzamos, mind a szekvenciális eltolódási nyilvántartások sebességére korlátozódik. Nyilvánvaló, hogy átfedni kell a fényáramot, amely az olvasási folyamat befejezése előtt fut a lencséből, így az expozíció közötti intervallum Ez az olvasási sebességtől is függ.

A teljes képkocka mátrix továbbfejlesztett változata van, amelyben a párhuzamos nyilvántartás vádja nem érkezik meg a szekvenciális bejegyzésre, és a puffer párhuzamos nyilvántartásba tartozó "tárolva". Ez a regiszter a műszak fő párhuzamos nyilvántartásában található, a fotokurrenseket a pufferregiszterben képezték, és már a szekvenciális váltási nyilvántartásba kerülnek. A pufferregiszter felületét átlátszatlan (gyakrabban metál) panel borítja, és az egész rendszert nevezték el mátrix keret pufferrel (Frame transfer CCD).

Mátrix keret pufferrel

Ebben a rendszerben a potenciális gödrök a legfontosabb párhuzamos eltolás regiszter „üres” észrevehetően gyorsabb, hiszen ha át sorban a puffer, nincs szükség minden egyes sort kell várni egy teljes ciklust a szekvenciális nyilvántartásba. Ezért az expozíció közötti intervallum csökken, azonban az olvasási sebesség "utazás" kétszer a távolság kétszerese. Így az expozíció közötti intervallum csak két képkocka esetén csökken, bár a készülék költségei a pufferregiszter miatt jelentősen nőnek. Azonban a leginkább észrevehető hátránya mátrixok framebuffering a kiterjesztése „útvonal” a phototokov, amely negatívan befolyásolja a megőrzése az értéküket. És minden esetben a mechanikus zárat aktiválni kell a keretek között, így nem szükséges beszélni egy folyamatos videojelről.

Mátrix oszlopok pufferelésével

Különösen a videó berendezések alakult egy új típusú mátrixok, ahol az intervallum expozíció minimális volt és nem egy pár kereteket, de a folyamatos áramlását. Természetesen annak biztosítása érdekében, hogy ez a folytonosság szükséges volt a mechanikus zárak megtagadása.

Valójában ez a rendszer, amely megkapta a nevét mátrix oszlopok pufferelésével(Interline CCD -Matrix), valami hasonló a keretpufferelésével rendelkező rendszerekhez, pufferhártya-eltolódási regisztert is használ, amelynek PZD elemei átlátszatlan bevonat alatt vannak elrejtve. Azonban ez a puffer nem található egyetlen blokkban a fő párhuzamos regiszter alatt, oszlopait a fő regiszter oszlopai között "keverjük". Ennek eredményeképpen egy puffer oszlop a főregiszter minden oszlopa mellett helyezkedik el, és közvetlenül az expozíció után a fotokurátumokat nem "felülről lefelé", hanem "balról jobbra" (vagy "jobbra") mozgatja És csak egy munkaciklusban egy pufferregiszterbe kerül, teljes egészében és teljesen felszabadítja a potenciális gödröket a következő expozícióra.

A szokásos módon a pufferregiszterbe esett díjak soros eltolódási nyilvántartáson keresztül olvashatók, azaz "felülről". Mivel a fototokok visszaállítása a pufferregiszterbe csak egy ciklusban fordul elő, még mechanikus zár hiányában is, nincs semmi hasonló a teljes képkocka mátrixában a töltés "csomagolásához". De az egyes keretekre vonatkozó expozíciós idő a legtöbb esetben az időtartam alatt megfelel a puffer párhuzamos regiszter teljes olvasatára fordított intervallumnak. Mindezek köszönhetően lehetővé válik egy videojel, amely nagy gyakorisággal rendelkezik, legalább 30 oldal második.

Mátrix oszlopok pufferelésével

Gyakran a hazai irodalomban a mátrixot pufferelő oszlopokkal tévesen nevezik "átlapolt". Ez valószínűleg az okozza, hogy az angol nevek „Interline” (vonalak pufferelés) és a „átlapolt” (átlapolt) nagyon hasonlítanak. Valójában, amikor az összes vonalak egyik tapintójának olvasása közben beszélhetsz a mátrixról progresszív vizsgálat (Progresszív szkennelés), és amikor a páratlan vonalak olvashatók az első ütemre, és a második (vagy fordítva), beszélünk mátrix interlaced szkenneléssel(Interlace Scan).

Bár a fő párhuzamos eltolódási nyilvántartás fotokurátumai azonnal beleesnek a pufferregiszterbe, amelyre nincs "fotonikus bombázás", "Öntés" töltés a mátrixokban oszlopok pufferelésével (Kenet) is előfordul. A "Fényérzékeny" CCD elem potenciális gödörének részleges áramlása okozza a "puffer" potenciális gödöréhez, különösen gyakran ez történik a maximális töltési szintekhez, amikor a pixel megvilágítás nagyon magas. Ennek eredményeképpen egy könnyű szalag a fényes pontból a képen felfelé és lefelé húzódik. A kellemetlen hatás leküzdése érdekében a "fényérzékeny" érzékelő és puffer oszlopok tervezése során nagyobb távolságra helyezkednek el egymástól. Természetesen bonyolítja a díjcserét, és növeli a művelet időintervallumát, de a "összecsukható" képét teszi lehetővé, nem hagyja el a kiválasztási fejlesztőket.

Amint korábban említettük, biztosítani kell a videojel biztosítását annak biztosítására, hogy az érzékelő ne igényelje a fényáram átfedését az expozíciók között, mivel a mechanikai zár ilyen munkakörülmények között (körülbelül 30 trigger másodpercenként) gyorsan meghiúsulhat. Szerencsére a puffervonalaknak köszönhetően lehetőség van arra, hogy megvalósítsa elektronikus zárMelyik, először is lehetővé teszi, hogy szükség esetén mechanikus zár nélkül, másrészt a szupermarinokat (legfeljebb 1/10000 darab) excerpt értékeket biztosítsanak, különösen a gyors folyamatok felvételéhez (sport, természet it.d.). Az elektronikus zár azonban azt is megköveteli, hogy a mátrixnak van-e rendszere a potenciális gödör feleslegének eltávolítására, azonban minden rendben van.

Mindent meg kell fizetnie, és a videojel kialakításának képességét is. A mátrix területének jelentős része a mátrix területének jelentős része, az egyes pixelek eredményeképpen csak a fényérzékeny terület 30% -át kapja a teljes felületről, míg a pixel egy teljes képkocka mátrix Ez a terület 70%. Ezért az egyes pixelek tetején található legmodernebb CCD_matikában található microlinza. Az ilyen legegyszerűbb optikai eszköz a PZS-elem területének többségét lefedi, és összegyűjti az ezen részre eső fotonok töredékét egy koncentrált fényáramba, amely viszont meglehetősen kompakt fényérzékeny pixeles régióra irányul.

Microlinze

Mikrolinek használata óta lehetőség van arra, hogy az érzékelőre eső fényáramot az érzékelőre sokkal hatékonyabban lehessen regisztrálni, idővel ezek az eszközök nemcsak az oszlopok pufferelésével, hanem a teljes keretű mátrixokkal rendelkező rendszereket is megkezdték. Azonban a mikrolyokat nem szabad "megoldás nélküli megoldásnak" nevezni.

Optikai eszköz, mikrolyemek egy vagy más módon torzítják a felvett képet leggyakrabban a váz legkisebb részeiben a tisztaság elvesztésével, szélei kissé homályosvá válnak. Másrészt egy ilyen nemkívánatos kép nem mindig nemkívánatos - egyes esetekben a lencse által generált kép vonalakat, méretét és gyakoriságát tartalmazza, amelyek közel vannak a CCD elem méretéhez és az interpixel távolságához a Mátrix. Ebben az esetben a keret gyakran megfigyelhető tanulmány (Aliasing) - egy bizonyos színű pixeles, függetlenül attól, hogy egy kép vagy csak egy részét fedezi. Ennek eredményeképpen az objektum objektuma a képen szakadt, fogaskerékélekkel van ellátva. A probléma megoldása kamerákban mátrixok mikrolízis nélkül, drága specrah védelmi szűrő (Anti -aliasing szűrő), és az ilyen szűrők mikrolpontjainak érzékelője nem igényel. Mindazonáltal minden esetben meg kell fizetnie az érzékelő felbontásának valamilyen csökkenéséért.

Ha a forgatás tárgya nem elég magas, javasoljuk, hogy a membránt a lehető legnagyobb mértékben nyissa ki. Azonban a mátrix felületére eső sugarak százalékos aránya drámaian nő. A mikrohullámokat az ilyen sugarak jelentős hányada, ezért a mátrix fényfelszívódásának hatékonysága (amelyre a membránt megnyitották) nagymértékben csökken. Bár meg kell jegyezni, hogy a meredek szögben eső sugarak egy olyan pixel szilíciumban, egy nagy hullámhosszú foton, amelynek nagy, behatoló képessége van, képes felszívni egy másik mátrixelem anyagát, amely végül a kép torzulásához vezet. A probléma megoldásához a mátrix felületét átlátszatlan (például fém) "rács" borítják, amelyek csökkentése csak a pixelek fényérzékeny zónái maradnak.

Történelmileg a teljes keretérzékelőket elsősorban a stúdió technikusában használják, és az oszlopok pufferelésével rendelkező mátrixok amatőr. A professzionális kamerákban mindkét típus érzékelői vannak.

A klasszikus CCD elemrendszerben, amely polikristályos szilíciumelektródákat használ, az érzékenység korlátozott, mivel az elektród felületének részleges fényét szétszórja. Ezért a specifikus körülmények között történő felvétel során a spektrum kék és ultraibolya területeinek fokozott érzékenységét igénylik, a fordított megvilágítással rendelkező mátrixokat használják (hátsó -illuminated mátrix). Az ilyen típusú érzékelőknél a rögzített fény a szubsztrátumra esik, és annak érdekében, hogy biztosítsuk a szubsztrát csiszolásának szükséges belső fotóhatását 10-15 mikrométer vastagsággá. Ez a szakasz a feldolgozás nagyban visszatartott az ára a mátrix, továbbá az eszközök kaptunk nagyon törékeny, és követelte a fokozott óvatosság, amikor szerelés és üzemeltetés.

Biztonsági másolat-mátrix

Nyilvánvaló, hogy ha a fény szűrők, amelyek gyengítik a fényt patak, minden drága műtét érzékenység növelése elveszíti értelmét, így a mátrix inverz megvilágítást használnak a legtöbb a csillagászati \u200b\u200bfényképezés.

Érzékenység

A felvételi eszköz egyik legfontosabb jellemzője, hogy ez egy fotó vagy CCD mátrix, van-e érzékenység - Az optikai sugárzásra való reagálás bizonyos módon. Minél nagyobb az érzékenység, annál kisebb a fény mennyisége a felvevő eszköz reagálásához. Különböző mennyiségeket (DIN, ASA) alkalmaztunk az érzékenység kijelölésére, de végül gyakori gyakorlatok jelölik ezt a paramétert az ISO (Nemzetközi Szabványügyi Szervezet-Nemzetközi Szabványügyi Szervezet).

Egy különálló CCD elemre meg kell érteni a díjat. Nyilvánvaló, hogy a CCD-mátrix érzékenysége az összes képpont érzékenységéből áll, és egésze a két paramétertől függ.

Első paraméter - integrált érzékenység, amely a fényáram (milliamperben) nagyságának aránya a sugárforrásból (lumenben) a sugárforrásból, amelynek spektrális kompozíciója egy volfrám izzólámpával rendelkezik. Ez a paraméter lehetővé teszi az érzékelő egészének érzékenységét.

A második paraméter - monokromatikus érzékenység, Vagyis a fotocurrent nagyságának (milliampeurs) aránya a sugárzási fény energia nagyságára (milli andlektronvolts), amely megfelel bizonyos hullámhossznak. A monokromatikus érzékenység valamennyi értéke a kamat spektrumának részére spektrális érzékenység - az érzékenység függése a fény hullámhosszából. Így a spektrális érzékenység mutatja az érzékelő képességeit, hogy regisztráljon egy bizonyos színű árnyalatokat.

Nyilvánvaló, hogy az integrált és a monokróm érzékenységű mérési egységek különböznek a fényképészeti mérnöki tervezésektől. Ezért jelzi a digitális fotográfiai berendezések gyártóit a termék jellemzőiben egyenértékű érzékenység CCD mátrixok ISO egységekben. És annak érdekében, hogy meghatározzuk az egyenértékű érzékenységet, a gyártó elég ahhoz, hogy megismerje a felvételi objektum, a nyílás és a zársebesség megvilágítását, és használjon egy képletet. Az első szerint az expozíciószám kiszámítása log 2 (L * s / c), ahol l a megvilágítás, az s az érzékenység, és a C egy expozíciómérő állandó. A második képlet meghatározza az expozíciószámot 2 * log 2 k - log 2 t., Ahol K jelentése membránszám és T-But. Könnyen eltávolítható a képlet, amely lehetővé teszi az L, C, K és T-t, hogy kiszámítsa, ami egyenlő s.

A mátrix érzékenysége az egyes CCD elem érzékenységétől függően szerves érték. Nos, a pixel mátrix érzékenysége elsősorban az "eső alatt helyettesített fotonok" fényérzékeny régió négyzete (Töltési tényező), másodszor, quantum hatékonyság (Kvantumhatékonyság), vagyis a regisztrált elektronok számának minősítése a fotonérzékelő számára a felületre esett.

Ezenkívül számos más paraméter befolyásolja a kvantumhatékonyságot. Először is, ez az reflexiós együttható - Az az érték, amely megmutatja azokat a fotonokat, amelyek "csavart" az érzékelő felületéről. A reflexiós együttható növekedése, a belső Photoeffect-ben részt vevő fotonok aránya csökken.

Az érzékelő felületéről nem tükröződő fotonok elnyelik, képződnek a töltőhordozókat, de némelyikük "ragadt" lesz a felszínen, és a rész túl mélyen behatol a CCD elem anyagába. Nyilvánvaló, hogy mindkét esetben nem fognak részt venni a fotokurrens kialakításának folyamatában. "Penetrating képessége" fotonok egy félvezető, hivatkozva az abszorpciós koefficiensA félvezető anyagtól és az incidens fény hullámhosszától függ - a "hosszú hullámú" részecskék sokkal mélyebb "Shortwave" -tól behatolnak. A CCD elem kidolgozása a látható sugárzást megfelelő hullámhosszú fotonokhoz szükséges, hogy ilyen abszorpciós együtthatót érjen el, így a belső fotoelektromos hatás a potenciális gödör közelében fordul elő, ezáltal növelve az esélyt egy elektron számára.

Gyakran a kvantumhatékonyság helyett a kifejezést használják "Quantum kimenet" (Quantum hozam), de a valóságban ez a paraméter megjeleníti az egy foton felszívása során felszabaduló töltési hordozók számát. Természetesen egy belső PhotoEffect zömét töltéshordozók még beleesik a potenciális pzs-elem yam, hanem egy bizonyos részét elektronok (vagy lyukak) elkerüli a „csapdák”. A kvantumhatékonyságot leíró képletű számlálón pontosan a potenciális gödöröket elérő töltési hordozók száma.

A CCD mátrix fontos jellemzője Érzékenységi küszöbérték - A készülék felvevőjének paramétere, amely jellemzi a fényjel minimális értékét, amely regisztrálható. Minél kisebb ez a jel az érzékenységi küszöbérték magasabb. Az érzékenységi küszöböt korlátozó fő tényező sötétáram (Sötétáram). Ez a termoelektronikai kibocsátások következménye, és a CCD-elemben előfordul, ha az elektróda potenciálját beadják, amely alatt potenciális gödör van kialakítva. A "Sötét" ezt az áramot nevezik, mert olyan elektronokból áll, amelyek egy gödörbe esett, a könnyű fluxus teljes hiányával. Ha a fényáram gyenge, akkor a fotocurrent nagysága közel van, és néha kisebb, mint a sötét áram értéke.

A sötét áram függvénye az érzékelő hőmérsékletéről, amikor a mátrixot 9 Celsius fokmal melegítjük, sötét áramának kétszeresére nő. A mátrix hűtéséhez különbözőek hűtőborda rendszerek (hűtés). A terepi kamrákban a masszírozó jellemzői erősen korlátozzák a hűtőrendszerek használatát, néha hőcserélőként egy fém kamrát használnak. A stúdió technikában gyakorlatilag nincs korlátozások a tömegre és a méretekre, ráadásul a hűtőrendszer kellően nagy teljesítményfogyasztása, amely viszont passzív és aktívakra oszlik.

Passzív hűtőrendszerek Csak a hűtött eszköz felesleges hőjének "reset" adunk a légkörbe. Ebben az esetben a hűtőrendszer a maximális hővezető szerepét játssza, amely hatékonyabb diszperziót biztosít. Nyilvánvaló, hogy a hűtött eszköz hőmérséklete nem válhat alacsonyabb, mint a környezeti hőmérséklet, amelyben a passzív rendszerek fő hiánya.

A passzív hőcserélő rendszer legegyszerűbb példája radiátor (Heatsink) anyagból készült, jó hővezető képességgel, leggyakrabban - fémből. A légkörrel érintkező felületnek van egy olyan formája, amely a lehető legtöbb szórási területet biztosít. Általában elfogadott maximális szórási terület rendelkezik tű radiátorok, A "sündisznó" hasonlító alakja, amely szétszórva hő "tűk". Gyakran a kényszerítő hőcserére, a radiátor felületét elfújják micoventio- Hasonló eszközök hívják hűtők (Hűtő, a hűvös hűtés szóból), hűtsük le a processzort személyi számítógépeken. Azon alapul, hogy a Michenetizer villamos energiát fogyaszt az "Aktív" nevű rendszerek használatához., Ez teljesen rossz, mivel a hűtők nem lehűlhetik a készüléket kevesebb, mint atmoszféra hőmérsékletét. Magas környezeti levegő hőmérsékleten (40words és annál magasabb), a passzív hűtőrendszerek hatékonysága eleje esik.

Aktív hűtőrendszerek Elektromos vagy kémiai folyamatok miatt adja meg a készülék hőmérsékletét a környezeti levegő alatt. Valójában az aktív rendszerek "hidegek", azonban a légkörbe tartoznak mind a hűtött eszköz hőjének, mind a hűtőrendszer hőjének. Az aktív hűtő klasszikus példája a szokásos hűtőszekrény. Azonban a meglehetősen nagy hatékonyság ellenére a tömeges drága jellemzői még a stúdiófotói berendezésekhez is elfogadhatatlanok. Ezért biztosítható az aktív hűtés. peltier rendszerek Kinek a munkája ugyanazon név hatására alapul, ha lehetséges különbség jelenlétében két különböző anyagból készült vezetékek végein, ezeknek a vezetőknek a csomópontjánál (a feszültség polaritásától függően) lesznek szabadul fel, vagy a hőenergia felszívódik. A gyorsulás vagy az elektronok lassításának oka a vezetékek belső érintkezési különbségének köszönhetően.

Az N-típusú félvezetők és a P-típus kombinációjával, amelyben az elektronok és a "lyukak" kölcsönhatása miatt hőfelszívódás történik, a maximális hővezető hatás következik be. A Peltier elemek Cascade Association alkalmazása, és mivel mind a hő felszívódása, mind a kiválasztás, az elemeket össze kell kombinálni, hogy a hűtő egyik oldala "forró", és a másik "hideg" . A lépcsőzetes kombináció eredményeként a Peltier elem mátrixából származó "forró" oldalának hőmérséklete szignifikánsan magasabb, mint a környezeti levegőé, és hője a légkörben passzív eszközök segítségével disszipálja a légkörben, Radiátorok és hűtők.

A Peltier hatás alkalmazásával az aktív hűtőrendszerek csökkenthetik az érzékelő hőmérsékletét, akár nullákig, radikálisan csökkentve a sötét áramszintet. A CCD-mátrix túlzott hűtése azonban a környezeti levegőből és az elektronika rövidzárlatos kondenzátumának csökkenésével fenyeget. És egyes esetekben a mátrix hűtött és fényérzékeny síkja közötti korlátozó hőmérsékletkülönbség az elfogadhatatlan deformációhoz vezethet.

Azonban sem radiátorok vagy hűtők, sem a peltier elemei nem alkalmazhatók a terepi kamrákra, a súly és a méretek korlátozására. Ehelyett ez a technika olyan módszert használ az úgynevezett fekete pixelch (Sötét referenciapixelek). Ezek a képpontok átlátszatlan anyagoszlopokkal és húrokkal vannak bevonva a mátrix szélein. A fekete képpontok összes fotókájának átlagolt értékét figyelembe veszik sötétáramszint. Nyilvánvaló, hogy különböző üzemi körülmények között (maga a környezeti hőmérséklet és a kamera, az akkumulátorok áram stb.), A sötét áramszint eltérő lesz. Ha "referenciapontként" használja az egyes pixelekhez, azaz a fotóáramból származó érték értéke meghatározható, hogy az egyik töltést a CCD elemre eső fotonok hozzák létre.

A sötét áramban egy vagy más módon elnyomja, emlékezzen arra a másik tényezőre, amely korlátozza az érzékenységi küszöböt. Ez termikus zaj (Termikus zaj), még az elektródák potenciáljának hiányában is létrehozva, csak az elektronok kaotikus mozgásával a CCD elemen keresztül. A nagy időtartamú expozíció a potenciális gödörben lévő vándorló elektronok fokozatos felhalmozódásához vezet, amely torzítja a fotocurrent valódi értékét. És a "hosszabb" kivonat, annál több "elveszett" az elektronok e-mailben.

Mint tudod, a film fényérzékenysége ugyanabban a kazettán belül állandó marad, más szóval, nem lehet megváltoztatni a keretből a keretre. De a digitális fényképezőgép lehetővé teszi, hogy minden pillanatfelvételt beállítsa az egyenértékű érzékenység legoptimálisabb értékét. Ezt úgy érjük el, hogy a mátrixból származó videojel növelését eredményezi - valami ilyen eljárásban "Megnövelt egyenértékű érzékenység"Emlékezteti a lejátszó térfogat szabályozó forgását.

Így a gyenge megvilágítással a felhasználó dilemmához jön, vagy növeli az egyenértékű érzékenységet, vagy növeli a zársebességet. Ugyanakkor mindkét esetben, nem kerül elkerülni a rögzített eloszlású zaj kereteinek károsodását. Igaz, a tapasztalat azt mutatja, hogy egy "hosszú" zársebességgel a pillanatfelvétel nem romlik annyira, mint amikor a mátrix jel nyert. Azonban az expozíció nagy időtartama egy másik problémát fenyegeti - a felhasználó "megragadhatja" keretét. Ezért, ha gyakori felvételt szeretne használni a szobában, akkor egy magas lencse fényt, valamint egy erőteljes és "intelligens" vakut szeretne választani.

Dinamikus hatókör

A mátrixból a fény fényének regisztrálása mind a fényes napsütésben, mind az alacsony helyiségvilágítással. Ezért a potenciális maipari gödröknek nagyon tágasnak kell lenniük, és képesek maradniuk a gyenge fényű elektronok minimális mennyiségét, így és nagy töltést biztosítanak, amelyet egy erőteljes világító érzékelő ütközik. Igen, és a lencse által létrehozható kép gyakran mind a fényesen megvilágított területekből, mind a mély árnyékokból áll, és az érzékelőnek képesnek kell lennie arra, hogy regisztrálja az összes árnyalatukat.

Az érzékelő képességét, hogy jó képet képezzen különböző megvilágítással és nagy kontraszttal, a paraméter határozza meg "Dinamikus hatókör"A mátrix azon képességét jellemzi, amely a regisztráló felületére vetített képre, a legsötétebb hangok a legvilágosabb. A terjeszkedés a dinamikatartomány, a több árnyalatú a kép növekedni fog, és a köztük lévő átmenetet lesz a legtöbb megfelelnek a kép alakítható a lencse.

A dinamikus tartomány hatása a keret minőségére (széles dinamikus tartomány, B - keskeny dinamikus tartomány)

A CCD elemnek egy bizonyos érték felhalmozására való képességét leíró jellemző "Potenciális Poam Mélység" (Jól mélység), és pontosan a mátrix dinamikus tartománya. Természetesen, amikor a gyenge világítás körülményeinek felvétele során az érzékenységi küszöb is befolyásolja a dinamikus tartományt, amely viszont a sötétáram értéke határozza meg.

Nyilvánvaló, hogy a fotocurrent alkotó elektronok veszteségeit nemcsak a potenciális gödör töltésének felhalmozódásában, hanem a mátrix kimenetére irányuló szállítás során is felhalmozhatja. Ezeket a veszteségeket az elektronok sodródása okozza, a "szakadt" a fő töltéséről, amikor az átadás következő elektródához áramlik. Minél kisebb a "törött" elektronok száma, annál magasabb töltse át az átutalási hatékonyságot Töltse át az átutalási hatékonyságot). Ezt a paramétert százalékban mérjük, és megmutatja a töltés részét, megőrzi a CCD-elemek közötti "kereszteződés".

Az átutalási hatékonyság hatása a következő példában bizonyítható. Ha a paraméter értéke 98% a 1024 x 1024 mátrix esetében, akkor meg kell határozni a központi pixelfotrent értékét a mátrix kimenetén; meg kell építeni a 1024-1024-et (az átkelés mennyiségét) "A pixelek között) és szaporodva 100 (kamat). Az eredmény teljesen nem kielégítő - egyes 0,0000001% a kezdeti töltésből marad. Nyilvánvaló, hogy az engedély növekedésével az átviteli hatékonyság követelményei még nehezebbé válnak, mivel a "kereszteződés" növekedése is növekszik. Ezenkívül a keret olvasási aránya esik, mert az átruházási ráta növekedése (a megnövekedett felbontás kompenzálásához) a "törött" elektronok számának elfogadhatatlan növekedéséhez vezet.

Annak érdekében, hogy elfogadható keret-olvasási arányokat érjen el nagy töltésű átviteli hatékonysággal, amikor egy CCD mátrix tervezése, tervezett "vak" elhelyezése potenciális gödrök. Ennek következtében az elektronok nem annyira aktívak "ragaszkodnak" az átviteli elektródákhoz, és ez egy "mélyen futás" a potenciális gödör a CCD elem kialakításában, n-csatornát adnak be.

Visszatérve a fenti példához: Ha ebben a mátrixban 1024 x 1024 A töltési átviteli hatékonyság 99,999% lesz, akkor a kezdeti érték 98,98% -a az érzékelő kimenetén marad az érzékelőtől a központi díjból. Ha magasabb felbontású mátrixot fejlesztenek ki, akkor a töltés-átvitel hatékonysága 99,9999%.

Virágzó

Azokban az esetekben, amikor a belső Photoeff túllépi a potenciális gödör mélységét meghaladó felesleges számát, a CCD elem töltése a szomszédos pixelek mentén "terjed". A képeken ezt a jelenséget hívják "Bluming" (Az angol virágzó - erózióból) fehér foltként és a helyes alakként jelenik meg, és a felesleges elektronok, annál nagyobb a foltok.

A Blooney elnyomást rendszer végzi elektronikus vízelvezetés (Túlcsordulási lefolyó), amelynek fő feladata a túlzott elektronok eltávolítása a potenciális lyukból. A leghíresebb lehetőségek függőleges vízelvezetés (Függőleges túlcsordulás, vód) és oldalsó vízelvezetés (Laterális túlcsordulás, VOD).

A mátrix szubsztrátum függőleges vízelvezető rendszere potenciál van megadva, amelynek értéke úgy van kiválasztva, hogy a potenciális gödör mélységének túllépésekor a felesleges elektronok kiáramlottak a szubsztrátumon, és eloszlatták ott. Az ilyen kiviteli alak hátránya a potenciális gödör mélységének csökkentése, és ennek megfelelően a CCD elem dinamikus tartományának szűkítése. Azt is nyilvánvaló, hogy ez a rendszer nem alkalmazható inverz megvilágítással rendelkező mátrixokban.

Függőleges elektronikus vízelvezetés

Az oldalsó vízelvezető rendszer olyan elektródákat használ, amelyek megakadályozzák az elektronpotenciális gödrök behatolását "vízelvezető hornyokba", amelyből a felesleges töltés szétszórt. Ezen elektródákra való potenciál a potenciális túlcsordulás gátjának megfelelően van kiválasztva, míg a mélysége nem változik. A vízelvezető elektródák miatt azonban a CCD elem fényérzékeny területe csökken, így a mikrolensnek kell használni.

Oldalsó elektronikus vízelvezetés

Természetesen kell hozzá, hogy az érzékelő vízelvezető eszközök bonyolítja a design, de a torzítás a keret által virágzó nem lehet figyelmen kívül hagyni. Igen, és az elektronikus redőny nem hajtható végre vízelvezetés nélkül, a "függönyök" szerepét az ultrashort kivonatoknál játssza, amelynek időtartama kisebb, mint a töltés átvitelére fordított intervallum a fő párhuzamos váltásról a puffer párhuzamos nyilvántartásba . „Redőny”, azaz, vízelvezető, megakadályozza, hogy a puffer pipples ezen elektronok a gödörbe, amely alakultak „fényérzékeny” pixel után a megadott (és a nagyon rövid) expozíciós idő telt el.

"Gulp" pixelek

A technológiai hibák miatt egyes CCD elemek, még a legrövidebb kivonatok is az elektronok lavina-szerű felhalmozódása egy potenciális gödörben. A képen az ilyen képpontok, amelyeket említettek "Korty" (Ragaszott képpontok), nagyon különböznek a környező ponttól a színben és a fényerők között, és ellentétben a rögzített eloszlás zajával, bármilyen kivonattal jelennek meg, és függetlenül a mátrix fűtésétől függetlenül.

A pixelek képpontjainak eltávolítása a beépített kamera szoftvereken keresztül történik, amely biztosítja a hibás PZD elemek keresését és a "koordináták" memorizálását a nem illékony memóriában. A kép keletkezésekor a hibás képpontok értéke nem kerül a számításba, akkor a szomszédos pontok interpolált értéke váltja fel. A pixel defektivitásának meghatározásához a keresési folyamat során a töltését összehasonlítjuk a referenciaértékkel, amelyet a kamera nem illékony memóriájában is tárolunk.

A mátrix mérete átlósan

Néha számos más paraméterben bármely digitális fényképezőgép jelzi a CCD mátrix mérete átlósan (leggyakrabban hüvelykben). Először is, ez az érték a lencse jellemzőihez kapcsolódik, annál nagyobb az érzékelő mérete, a lízereknek optikával formálható képnek kell lenniük. Annak érdekében, hogy ez a kép teljesen lefedje a mátrix regisztráló felületét, meg kell növelni az optikai elemek méretét. Ha ez nem teszi, és a lencse által létrehozott "kép" kevesebb érzékelő lesz, a mátrix perifériás területei nem igényelnek. Bizonyos esetekben azonban a fényképezőgépgyártók nem jelezték, hogy modelljeikben a megapixel bizonyos aránya "nem tett".

De a 35 miliemeter technikák alapján létrehozott digitális "tükrökben", szinte mindig fordított helyzet - a lencse által formázható kép, átfedi a mátrix fényérzékeny területét. Ez okozza azt a tényt, hogy a 35-milimetron film méretével rendelkező érzékelők túl drágák, de az a tény, hogy a lencse által létrehozott kép egy része szó szerint a szó szerint a "jelenetek" szója . Ennek eredményeképpen a lencse jellemzője a "hosszú fókusz" területre tolódik. Ezért figyelembe kell venni a digitális "tükrök" cserélhető optikáját fókusz hossza növeli az együtthatót - Rendszerint körülbelül 1,5. Például egy 30-70 mm-es Vario beállítás telepítésekor működési tartománya 42-105 mm.

Az említett együttható pozitív és negatív hatással van. Különösen a felvétel bonyolult a lefedettség nagy sarkában, amely rövid fókuszú lencséket igényel. Az optika 18 mm-es fókusztávolságú és kevésbé nagyon drága, és a digitális "srink" triviális 27mm. Azonban a hosszú-phocus lencsék is nagyon drágák, és nagy fókusztávolságsal, általában a relatív lyuk csökken. De egy olcsó 200 milliméteres objektív 1,5-es együtthatóval 300 mm-re fordul, míg az F / 5.6 sorrendben lévő membrán "valódi" 300 milliméteres optikája, a 200 mm-es fények fölött, F / 4.5.

Ezenkívül az ilyen aberrációk bármilyen objektívre jellemzőek, mint a mező és a torzítás görbülete, a keret regionális régiói elmosódása és görbülete. Ha a mátrix méretei kisebbek, mint a képtermelő kép mérete, a "problémás területek" egyszerűen nem kerülnek regisztrálva az érzékelővel.

Meg kell jegyezni, hogy a mátrix érzékenysége a regisztrációs terület dimenzióihoz kapcsolódik. Az egyes elemek kiterjedt fényérzékeny területe, annál nagyobb a fény esik rá, és minél gyakrabban a belső Photoeff történik, így a teljes érzékelő érzékenysége nő. Ezenkívül a nagyméretű képpontok lehetővé teszik a potenciális "fokozott kapacitás", amely pozitív hatással van a dinamikus tartomány szélességére. A digitális "tükrök" vizuális példája, összehasonlítható méretekben 35 mm-es fólia keretével. Ezek az érzékelők hagyományosan eltérnek az ISO 6400-as megbízás érzékenységében (!), És a dinamikus tartományban 10-12 bites ADC-t igényel.

Ugyanakkor az amatőr kamrák mátrixának dinamikus tartománya van, amelyhez elegendő 8-10 bites ADC, és az érzékenység ritkán meghaladja az ISO 800-at. A technika kialakításának oka. Az a tény, hogy a Sony Társaságnak nagyon kevés versenyzője van a kis méretű (1/3, 1/2 és 2/3 hüvelyk átlósan) érzékelők számára az amatőr berendezések számára, és azt a fejlesztés illetékes megközelítése okozza a mátrixok modelltartománya. Amikor a következő generációs mátrixok "Megapixel többre" való engedélyével történő fejlesztése során szinte teljes kompatibilitást biztosítunk az érzékelők korábbi modelljeivel, és mind a méret, mind az interfész. Ennek megfelelően a kamerát a tervezők nem volt „a semmiből”, hogy fejlesszék a lencse és az „elektronikus töltelék” a kamrából.

Azonban növekvő engedély esetén a puffer párhuzamos eltolódási nyilvántartás rögzíti az érzékelő területének növekvő részét, a fényérzékeny régió eredményeképpen, és a potenciális kutak "kapacitása" csökken.

A CCD mátrix fényérzékeny régiójának csökkentése az engedély növekedésével.

Ezért minden egyes "N +1 megapixel" esetében a fejlesztők óvatos munkája csatlakozik, sajnos mindig sikeres.

Analóg-digitális átalakító

Az erősítőn áthaladó videojel le kell fordítani a digitális formátumú tiszta mikroprocesszorba. Ehhez használt analóg-digitális átalakító, ADC (Analóg a digitális konverterhez, ADC) - olyan eszköz, amely az analóg jelet a számsorozatba alakítja át. Fő jellemzője nagyság, vagyis a felismerhető és kódolt diszkrét jelszintek száma. A szintek számának kiszámításához elég ahhoz, hogy kettőt építsen a kicsit. Például a "Bit 8 bitek" azt jelzi, hogy a konverter képes 2-et meghatározni a végtartományok nyolcadik fokát, és megjeleníti őket 256 különböző érték formájában.

Nagy kisüléssel az ADC (elméletileg) nagyobb színmélységek (Színmélység), azaz a színfeldolgozó kisülés, amely leírja a reprodukálható színárnyalatok maximális számát. A színmélységet általában bitekben fejezzük ki, és az árnyalatok számát ugyanúgy számítják ki, mint az ADC jelszintjének száma. Például egy 24 bites színmélység, akkor kaphat 16777216 szín árnyalatát.

A valóságban a JPEG formátumokban vagy TIFF-ben lévő fájlok mélységének mélysége, amelyet a számítógép feldolgozása és tárolása a képek feldolgozására és tárolására használ, 24 bitre korlátozódik (8 bit / színes csatorna - kék, piros és zöld). Ezért néha 10, 12, és akár 16 bit (azaz a színmélység 30, 36 és 48 bit) hibásan alkalmazható "redundáns". Azonban a dinamikus tartomány a mátrix egyes modellek a digitális fényképészeti eszközök meglehetősen széles, és ha a készülék rendelkezik egy keret megtakarítás egy képkocka nem szabványos formátumban (30-48 bit), majd további számítógépes feldolgozásra Lehetőség van az "extra" bitekre. Amint ismeretes, a kiállítás kiszámítása a megnyilvánulás gyakoriságának kiszámításánál csak a fókuszálás pontatlanságai alacsonyabb. Ezért az ilyen hibák kompenzálásának képessége az "alsó" (alsó részek esetén) vagy a "felső" (az overaking) segítségével történő kompenzálására, a bit kiderül, hogy egészen az út. Nos, ha az expozíció hibák nélkül van kialakítva, akkor a "tömörítés" 30-48-as torzítás nélkül a 24. standardban nem egy különösen nehéz feladat.

Nyilvánvaló, hogy a CCD-mátrix dinamikus tartományának alapja a BTP kibocsátásának növeléséhez, hiszen az ADC-k keskeny dinamikus tartományával 10-12 bites a csatorna egyszerűen nem ismeri fel. És gyakran lehetetlen, hogy másképp hívják, mint a "36 bites" és a "48 bites" színe a szerény "szappan" színét, egy mátrixot egy mátrix félig átlós, mert még 30 bites A szín legalább egy érzékelőt igényel diagonális 2/3 hüvelykkel.

Ez az első alkalom, az elv a CCD az ötlet, hogy fenntartsák, majd olvasd el az elektronikus díjak által kifejlesztett két mérnök a Bell társaság a késő 60-as évek során a keresés az új típusú memória képes számítógépek cseréje memória ferrit Gyűrűk (igen - igen, volt ilyen memória). Ez az ötlet bizonyult, de a szilícium képes reagálni a látható sugárzási spektrumra, és a gondolat, hogy ezt a képfeldolgozás elvét alkalmazzák.

Kezdjük a kifejezés dekódolásával.

A CCD rövidítése a "Töltési kommunikációval rendelkező eszközök" - Ez a kifejezés angol "töltésű eszközök" (CCD) alakult ki.

Ez a fajta eszköz jelenleg nagyon széles körű alkalmazásokkal rendelkezik az optoelektronikus eszközök széles választékában a kép regisztrálásához. A mindennapi életben ezek a digitális fényképezőgépek, videokamerák, különböző szkennerek.

Mi különbözteti meg a CCD vevőt egy hagyományos félvezető fotumiumból, amelynek fényérzékeny területe és két elektromos érintkezője elektromos jel eltávolítására?

Először Ilyen fényérzékeny helyek (gyakran nevezik képpont - elemek fény fogadására és átalakítására elektromos töltések) a CCD vevő egy csomó, több ezer több százezer, sőt több millió. Az egyes pixelek méretei megegyeznek, és lehetnek egységekből tíz mikronra. A képpontok egy sorban épülhetnek fel - akkor a vevőt PZS-vonalnak nevezik, vagy a felület feltöltésének sorai - akkor a vevőt CCD mátrixnak nevezik.

Jobboldali fényvédő elemek (kék téglalapok) a CCD vonalon és a CCD mátrixban.

Másodszor , A CCD vevőben, kívülről hasonlóan a szokásos chiphez, nincs hatalmas elektromos érintkezők száma az elektromos jelek kiadására, amelyek úgy tűnik, hogy minden egyes fényvevőelemből mennek. De az elektronikus áramkör a CCD vevőhöz csatlakozik, amely lehetővé teszi az elektromos jel eltávolítását minden fényérzékeny elemből, arányos megvilágításával.

A CCD művelet a következőképpen írható le: Minden fényérzékeny elem - pixel - olyan, mint egy malacka bank az elektronok számára. Az elektronok a forrásból származó fényt követő pixelben keletkeznek. A megadott időintervallum alatt minden pixel fokozatosan tele van az elektronok arányában a fény számával, mint egy vödör az utcán az eső alatt. Ennek végén az egyes pixelek által halmozott elektromos töltések átkerülnek a készülék "kimenetére", és mérjük. Mindez a kristály bizonyos szerkezete miatt lehetséges, ahol a fényérzékeny elemek és az elektromos vezérlőkör kerülnek elhelyezve.

Majdnem pontosan a CCD-mátrix is \u200b\u200bműködik. Az expozíció (a kivetített kép megvilágítása), a műszer elektronikus vezérlő áramkörének komplex impulzusfeszültségeket ad, amelyek elkezdik az oszlopokat a pixelben felhalmozódott elektronokkal, ahol hasonló mérés van A CCD-nyilvántartás, a költségek, amelyek már a merőleges irányban vannak eltolódnak, és a mérőelemre esnek, ami az egyéni díjakkal arányos jeleket hoz létre. Így minden egyes későbbi időpontban megkaphatjuk a felhalmozott töltés értékét, és kitaláljuk, hogy milyen pixel a mátrixon (sorszám és az oszlop száma) megfelel.

Röviden a folyamat fizikájáról.

Meg kell kezdeni, megjegyezzük, hogy a CCD az úgynevezett funkcionális elektronika termékeihez tartozik, nem nyújthatók be egyedi rádióelemek - tranzisztorok, ellenállás és kondenzátorok. A munka alapja a díj elve. A díj elve az elektrosztatika két pozícióját használja:

1. ugyanezen név vádat repeszti
2. a díjak arra törekszenek, hogy letelepedjenek, ahol a potenciális energia minimális. Azok. Körülbelül - "a halak keresnek mélyebbre".

Először is, képzeljük el egy MOS kondenzátort (MOP - a fém-oxid félvezető szavaiból). Ez az, amit továbbra is a MOS tranzisztor, ha eltávolítja az állomány és a forrás azt, hogy van, az elektróda elválasztjuk a szilícium réteg dielektromos. Biztosításra feltételezzük, hogy a félvezető P-típus, azaz a lyukak koncentrációja az egyensúlyi körülmények között sok (több megrendelés) több, mint az elektronok. Az elektrofizika "lyuk" hívja az elektron, azaz az elektron, azaz fordított töltés az elektron, azaz Pozitív díj.

Mi fog történni, ha egy ilyen elektródon (ez egy zárnak), hogy pozitív potenciálot nyújtson be? A redőny által létrehozott elektromos mező, amely a dielektrikumon keresztül szilíciumba behatol, visszaszorítja a lyukakat; Van egy kimerült terület - a fő fuvarozóktól mentes szilícium. A CCD-re jellemző félvezető szubsztrátumok paramétereiben a régió mélysége körülbelül 5 mikron. Éppen ellenkezőleg, a fény hatása alatt felmerülő elektronok vonzzák a zárat, és felhalmozódnak az oxid-szilícium szakaszon közvetlenül a redőny alá, vagyis a potenciális gödörbe esnek (1. ábra).

Ábra. egy
Egy potenciális gödör képződése, amikor a feszültséget a gátra alkalmazzák

Ebben az esetben az elektronokat részben semlegesítik a redőny által a félvezetőben létrehozott elektromos mező, és a végén teljesen kompenzálhatja azt, hogy az egész elektromos mező csak a dielektrikumra esik, és minden vissza fog térni Eredeti állapot - A kivétellel, hogy az interfészen egy vékony elektromos réteg alakul ki.

Legyen most a redőny közelében van, van egy másik redőny, és a pozitív potenciál is be van állítva, és több mint az első (2. ábra). Ha csak a redőnyök elég közel vannak, akkor a potenciális gödrök kombinálódnak, és az egyik potenciális gödörben lévő elektronok a szomszédba kerülnek, ha "mélyebb".
Ábra. 2.
A két szorosan elrendezett redőny potenciális lyukainak átfedése. A töltés olyan helyre áramlik, ahol a potenciális gödör mélyebb.

Most egyértelműnek kell lennie, hogy ha van egy láncolat redőnyök, akkor tudod etetni rájuk a megfelelő ellenőrzési feszültségek, átadja a lokalizált töltési csomagot egy ilyen szerkezet mentén. A CCD csodálatos tulajdonsága az önszkennelés tulajdonsága - Ez az, hogy a hosszabb redőnyök láncának ellenőrzése csak három óra gumiabroncs. (A kifejezés gumiabroncs elektronika elektromos áramvezető csatlakozó az azonos típusú elemek, óra busz - kábelek, amelyek a feszültség kiszorított fázisban továbbítjuk.) Valóban, az átadása töltéscsomagokat szükséges és kellően három elektróda: az egyik Átviteli, egy fogadó és egy szigetelő, elválasztó pár. Az egymással való részvétel és továbbítás, valamint az ilyen háromszoros elektródák egymáshoz csatlakoztathatók egyetlen órás gumiabroncsba, amely csak egy külső kimenetet igényel (3. ábra).

Ábra. 3.
A legegyszerűbb háromfázisú CCD-regiszter.
A töltés minden lehetséges gödörben más.

Ez a CCD váltásának legegyszerűbb háromfázisú nyilvántartása. Az ilyen nyilvántartás Óra-diagramjait az 1. ábrán mutatjuk be. Négy.

Ábra. négy
A háromfázisú nyilvántartás ellenőrzési táblázata három kanyargós 120 fokos eltolódott.
A potenciálok megváltoztatásakor a díjak mozgása.

Látható, hogy a normál működéséhez minden pillanatban az idő, legalább egy órát gumiabroncs jelen kell lennie a nagy potenciállal rendelkezik, és legalább egy - kis potenciál (barrier potenciál). Egy buszon való növekvő potenciállal és leengedi egy másik (előző), az összes töltött csomagot a szomszédos redőnyök alatt, és a teljes ciklusban (egy óra minden fázisbuszon) a töltéscsomagok egy Regisztráljon elemet.

A töltéscsomagok lokalizálására a keresztirányú irányba az úgynevezett stop csatornák keletkeznek - keskeny csíkok, amelyek megnövekedett koncentrációja a fő ötvöző szennyeződések mentén (5. ábra).

Ábra. öt.
Nézd meg a "TOP" regiszterre.
Az oldalirányú átviteli csatorna korlátozott a csatornák leállítására.

A tény az, hogy a koncentrációja az ötvöző szennyező függ, milyen pontosan, a feszültséget a kapu alatta van kialakítva egy szegényített területen (ez a paraméter nem más, mint egy küszöb feszültség a MOS szerkezet). Az intuitív megfontolások közül világos, hogy minél nagyobb a szennyeződés koncentrációja, vagyis annál több lyuk a félvezetőben, annál nehezebb vezetni a mélységbe, vagyis annál nagyobb a küszöbfeszültség, vagy egy feszültségen, minél alacsonyabb a potenciális potenciál.

Problémák

Ha a digitális eszközök gyártása során a lemezen lévő paraméterek változata többször is elérheti a kapott eszközök paramétereit (mivel a munka diszkrét feszültségszintjével), akkor a CCD-változásban, mondjuk, Az ötvöző szennyeződés koncentrációja 10% már a képen maradt. A kristály mérete és a foglalás lehetetlensége, mint a memória Bis-ben, hozzáadja saját problémáit, így a hibás területek az egész kristály diszkréthez vezetnek.

Eredmény

A CCD-mátrix különböző képpontjai technikailag különböző érzékenységgel rendelkeznek a fényre, és ezt a különbséget kell módosítani.

A digitális CMA-ban ez a korrekció az Auto Gain Control System (AGC)

Hogyan működik az AGC rendszer

Könnyű megfontolás esetén nem fogunk valami konkrétat. Tegyük fel, hogy az ADC csomópontja a CCD-nek van néhány potenciális szintje. Tegyük fel, hogy 60 a fehér átlagos szintje.

1. Minden egyes pixel esetében a CCD vonal olvasható, ha a referenciájának fehér fénye (és komolyabb eszközökkel - és a "fekete szint" olvasása) világít.
2. Az értéket összehasonlítjuk egy referenciaszint (például átlag).
3. A kimeneti érték és a referenciaszint közötti különbség minden pixelre emlékszik.
4. A jövőben, amikor a szkennelés során ezt a különbséget kompenzálják az egyes képpontok esetében.

Az AGC rendszer inicializálása minden alkalommal, amikor a szkenner rendszer inicializálása. Valószínűleg észrevetted, hogy amikor az autó be van kapcsolva, egy idő után a szkenner kocsija a progresszív mozdulatok elvégzésére kezdődik (fulladás u h / b csíkok). Ez az AGC rendszer inicializálási folyamata. A rendszer figyelembe veszi a lámpa állapotát is (öregedés).

Továbbá, valószínűleg figyeltél figyelmet arra, hogy a színes szkennerrel felszerelt kis MFP-k "világítják fel a lámpát" három színt fordítva: piros, kék és zöld. Ezután csak az eredeti háttérvilágítását fehéren gyújtja. Ez a mátrix jobb érzékenységi korrekciójára történik az RGB csatornákon keresztül.

Teszt féltónus Árnyékoló teszt) Lehetővé teszi, hogy ezt az eljárást a mérnök kérésére kezdeményezze, és a korrekciós értékeket valós körülményekhez hozza.

Próbáljuk meg mindent megtenni az igazi, "harci" autóban. Egy jól ismert és népszerű berendezést fogunk venni Samsung SCX-4521 (Xerox PE 220).

Meg kell jegyezni, hogy a mi esetünkben a CCD lesz a cisz (érintkező képérzékelő), de a gyökérben bekövetkező lényege nem változik. Ez egyszerűen a LED-ek fényforrásaként használható.

Így:

A CIS képjelzője körülbelül 1,2 V-os szintje van, és belép az ADC szakasz (SAT) a készülék vezérlőjének (SATSP). A SATSP után az analóg CIS jel 8 bites digitális jelre alakul.

A SATSP képfeldolgozója elsősorban a hangrekciós funkciót használja, majd a gamma korrekciós funkcióját. Ezt követően az adatokat különböző modulokba táplálják a működési módnak megfelelően. Teletext üzemmódban ezek a képek beiratkozik a LAT modult, Photo módban a kép adatok bekerülnek az „Error Diffusion” modul PC-SCAN módban a képadatok érkeznek közvetlenül egy személyi számítógép segítségével DMA-hozzáféréssel.

A tesztelés előtt helyezzen több tiszta fehér papírt az expozíciós üvegre. Magától értetődik, hogy azt mondja, hogy az optika, a b / b sáv és általában a szkenner csomópont a belsejében el kell nyalhatónak lennie "

1. Válasszon technikai módban
2. Nyomja meg az ENTER gombot a kép beolvasásához.
3. A szkennelés után a "CIS árnyékolási profil" (FÁK Halfonprofil) nyomtatása lesz. Az alábbi lapok példája az alábbiakban van megadva. Nem szükséges, hogy az eredmény másolatának legyen, de zárja be a képet.
4. Ha a nyomtatott kép nagyon eltér az ábrán látható képtől, akkor a cisz hibás. Kérjük, vegye figyelembe - a jelentéslap alján írt "Eredmények: OK". Ez azt jelenti, hogy a CIS modul súlyos panaszai rendszere nem rendelkezik. Ellenkező esetben a hibák eredményei kerülnek megadásra.

Példa nyomtatási profil:

Sok szerencsét!!

A Szentpétervár Állami Egyetem (LSU), Spbet (Leti) és Axl alapja és előadásai alapul szolgálnak. Köszönöm.

V. Shelenberg által készített anyag

Miután elolvasta az előző részben, a mi olvasó lehetett a benyomása, hogy a CCD mátrix volt egyfajta „fekete doboz”, egy kiváló „elektronikus negatív” után egy könnyű által alkotott kép a lencse által létrehozott objektív, és hogy a kép a kép kizárólag méretérzékelő is érintett.

Az azonos szempontból van ragasztva eladók digitális fényképészeti felszerelések, finoman, de folyamatosan nyomja a potenciális vevő, hogy szerez egy modellt, amennyire csak lehetséges egy nagy méretű mátrix, akkor is, ha nincs objektív oka egy ilyen vásárlás. Gyakran előfordul, mint egy "csali" az ügyfél számára, különféle "egyedi fejlesztések" történik, amikor egy mátrixot hoz létre, amely furcsa módon nem vonatkozik más gyártókra.

A kezdő fotós nehéz megkülönböztetni a promóciós ígéreteket az igazán hatékony mérnöki találatokból. Ez a cikk megpróbálja "elválasztani a gabonákat a kurvákból", de el kell kezdeni, meg kell ismerkednie a digitális fényképezés alapvető definícióival.

Ahogy foton elektrondá válik

A töltési díjakban a foton transzformáció az elektronba egy belső fotóhatás következtében történik: a fénykvantum felszívódása egy félvezető kristályrácskal, a töltés-hordozók felszabadításával. Ez lehet egy pár "elektron + lyuk", vagy egyetlen töltőhordozó - az utóbbi bekövetkezik, ha donorot vagy elfogadó szennyeződéseket használ a félvezetőt. Nyilvánvaló, hogy a formázott töltőhordozóknak valahogy menteniük kell az olvasás előtt.

Ehhez, a fő anyag a CCD mátrix egy szilícium hordozó P-típusú - ellátott csatornák az N-típusú félvezető, amely felett az elektródok anyaga polikristályos szilícium. Miután a villamos potenciál, egy potenciális gödör alatt létrehozott elektród az elektromos potenciál a szegényített övezetben az N-típusú csatornák, a találkozó, amely tárolja a töltés, „bányászott” útján egy belső fotó hatását. Minél több a fotonok esnek a CCD elemre (pixel), és az elektronokká válnak, annál nagyobb a töltés a gödör által halmozott.

A CCD mátrix eleme

Pixel CCD-mátrix szakasz

Az "elektronikus negatív" megszerzéséhez figyelembe kell venni a mátrix minden lehetséges gödörének díját. Ez a díj megkapta a fotóáram nevét, értéke elég kicsi, és az olvasás után kötelező nyereséget igényel.

A töltési olvasást a mátrix legszélsőségesebb sorához csatlakoztatott eszköz, amelyet a szekvenciális eltolási nyilvántartásnak neveznek. Ez a regiszter egy PZD-elemsor, amelynek díja felváltva olvasható. A díj elolvasása során a CCD-elemek képesek a potenciális gödrök vádjára való mozgásához, ezért az eszközadatokat töltőknek nevezik. Ehhez az elektródák (átviteli kapu), amely a PSZ-elemek között található. Ezeket az elektródákat a potenciálok szolgálják, "kiüti" díjat egy potenciális gödörből, és továbbítják a másikba.

Ha szinkronban benyújtott potenciál, az átviteli elektródák egyidejű átvitelét a sor összes vonalának jobbra (vagy balra jobbra) egy munkakörben. A töltés "felesleges" a CCD mátrix kijáratához. Így a szekvenciális eltolódási regiszter átalakítja a bemeneti díjak bevitelét párhuzamos "láncok" formájában a különböző értékek elektromos impulzusok sorrendjébe. A párhuzamos "láncok" beadása a szekvenciális regiszter bemenetéhez, ismét a Shift Register-t használják, de ezúttal párhuzamos.

Pzd-mátrix

Pixel CCD-mátrix szakasz

Valójában a párhuzamos nyilvántartás maga a CCD-mátrix, amely létrehoz egy elektronikus "öntött" a fényképet, egy készletkészlet segítségével fotokuronok. A mátrix számos egymást követő regiszter, az úgynevezett oszlopok és szinkronizálva egymás között. Ennek eredményeképpen a munkaciklus a fototks lefelé történő szinkron "csúszás", és a mátrix alsó sorának "felesleges" díjai a szekvenciális regiszter bemenethez jönnek.

A fentiekből a mikrocirkinek kellően nagy száma, a potenciálok áramlásának szinkronizálása mind párhuzamosan, mind a soros eltolódásokra. Nyilvánvaló, hogy a soros nyilvántartásnak teljesen mentesnek kell lennie a párhuzamos regiszter órák közötti időközönkénti díjaktól, így mikrokrokira van szükség, mindkét regiszter szinkronizálása.

Milyen pixel áll

A fenti séma, az úgynevezett teljes keret CCD mátrix (teljes keret CCD-mátrix) működik, működési módja bizonyos korlátozást hajt végre a fényképezőgép kialakításán: Ha a fototokok olvasási folyamat nem állítja le az expozíciót, az "extra "A fotonok által generált díj a" Minds "képpontokon keresztül. Ezért mechanikus zárra van szükség, átfedve az érzékelőre az érzékelőre az összes képpont töltésének elolvasásához szükséges idő érdekében. Nyilvánvaló, hogy a fototokov olvasásának ilyen rendszere nem teszi lehetővé a videofolyamot a mátrixból történő kimeneten, így csak fényképészeti berendezésekben használható.

Azonban egy redundáns töltést lehet felhalmozni egy potenciális gödörben és fényképezés közben - például túl "hosszú" expozícióval. Az "Extra" elektronok általában a szomszédos pixelekben "összetörik", amely fehér foltok képében jelenik meg, amelynek mérete a túlcsordulás nagyságához kapcsolódik. Ezt a hatást a virágzó (angolul virágzó - "blur" -nak nevezik. A terrorizmus elleni blurming végzi elektronikus vízelvezető (drén) - eltávolítása a potenciális jól redundáns díjat. Két fő típusú elvezető: függőleges (vertikális túlcsordulás Drain, VOD) és az oldalsó (laterális túlcsordulás Drain, LOD).

Oldalsó vízelvezető CCD mátrix

Oldalirányú vízelvezetés rendszere

Az EOP szubsztrátum függőleges vízelvezetésének megvalósításához a potenciálot szolgálják fel, amely a potenciális gödör mélységének túllépésekor biztosítja a felesleges elektronok lejártát a szubsztrátumon keresztül. Az ilyen rendszer fő mínusz a potenciális mélység csökkentése, amelynek eredményeképpen a dinamikus tartomány szűkült. És az inverz megvilágítással rendelkező mátrixokban (fotonok behatolnak az érzékelő belsejébe, anélkül, hogy egy potenciális gödör elektróda, valamint a szubsztrátum oldalán) függőleges vízelvezetés.

Az oldalsó vízelvezetést speciális "vízelvezető hornyok" segítségével végezzük, amelyben az "áramlás" felesleges elektronok. E hornyok kialakulásához speciális elektródákat helyeznek el, amelyekre a vízelvezető rendszer potenciális formái vannak. Egyéb elektródák létrehoznak egy akadályt, hogy a korai "menekülési" elektronok egy potenciális gödörből.

A leírásból, az oldalirányú vízelvezetéssel, a potenciális gödör mélysége nem csökken, de a pixel fényérzékeny régió területét levágják. Mindazonáltal lehetetlen elvezetés nélkül elvégezni, mivel a bluming egy pillanatfelvételt torzít, mint minden más interferencia. Ezért a gyártók kénytelenek követni a mátrixok kialakításának komplikációját.

Így a pixel "pántolása" legalább a töltés-átviteli elektródák és a vízelvezető rendszer komponenseiből áll. A legtöbb CCD mátrixot azonban az elemek összetettebb szerkezete jellemzi.

Pixeloptika

A videokamerákban és a legtöbb amatőr digitális fényképezőgépekben használt CCD-mátrixok folyamatos áramlást biztosítanak a kimenetüken, és az optikai út működtetése nem fordul elő. Annak érdekében, hogy ne legyen "kenési" képek, CCD mátrixok oszloppufferrel (Interline CCD-mátrix).

CCD mátrix oszlopok pufferelésével

A mátrix szerkezete pufferelőkkel

Az ilyen érzékelők mellett minden oszlop (ami egy szekvenciális léptetőregiszter) egy puffer oszlopon található (szintén soros léptetőregiszter) álló PZD elemek bevont átlátszatlan csíkok (gyakrabban metál). A pufferoszlopok összessége egy puffer párhuzamos nyilvántartás, és a regiszter oszlopai "vegyesek" az oszlopok nagyobbak.

Egy munkás ciklusban a fényérzékeny párhuzamos nyíró regiszter minden fényképét a puffer párhuzamos nyilvántartásba adja a vádak "vízszintes váltás" segítségével, majd a fényérzékeny rész készen áll az expozícióra. Ezután van egy vonal "Shift függőlegesen" egy puffer párhuzamos regiszter töltése, amelynek alsó vonala a mátrix eltolás szekvenciális nyilvántartásának bemenete.

Nyilvánvaló, hogy az átruházás a felelős a mátrixból a puffer párhuzamos nyírási nyilvántartásba vesz egy kis időintervallumot és átfedés a fényt patak mechanikus zár nincs szükség - a gödrök nem lesz ideje, hogy túlcsordulás. Másrészt a szükséges expozíciós idő általában összehasonlítható a teljes puffer párhuzamos regiszter olvasási idejével. Ennek következtében az expozíció közötti intervallum minimálisra csökkenthető - ennek eredményeképpen a modern videokamerák videojele 30 képkocka másodpercenként és magasabbra van kialakítva.

A pufferoszlopok érzékelői két kategóriába sorolhatók. Amikor az összes vonal egyik tapintójának olvasásakor beszélhet egy mátrixról progresszív elterjedéssel (progresszív szkenneléssel). Amikor furcsa vonalakban olvashatók az első ütemre, és a második - még (vagy fordítva), egy mátrixról beszélünk, átlapolt rácsokkal (interlace scan). By the way, az angol nyelvű kifejezések hangzásának rovására az oszlopok pufferelésével "(érintett) és a" átlapolt mátrix "a hazai irodalmi érzékelők pufferelővezetékek gyakran hibásan hívják át egymástól.

Furcsa módon, a töltés "csomagolásának" (kenet) az oszlopok pufferelésével végzett mátrixokban fordul elő. Ezt az elektronok érzékeny PZD elemének potenciális lyukainak részleges áramlása okozza a pufferelem közelében lévő potenciális gödörbe. Ez különösen gyakran történik a nagyon magas pixel megvilágítás által okozott fotocurrens maximális szintjéhez. Ennek eredményeképpen a fénysáv felfelé és lefelé húzódik ebből a fényes pontból, amely elrontja a keretet.

A jelenség ellensúlyozása érdekében a fényérzékeny és puffer PZS-elemek közötti távolság növekszik. Ennek eredményeképpen a díjcsere bonyolult, és az ebben az időben eltöltött idő növekszik, azonban a "összecsukható" által okozott keret torzítás még mindig túl észrevehető, hogy elhanyagolják őket.

Az oszlopok pufferelése lehetővé teszi egy elektronikus zár megvalósítását is, amellyel elhagyhatja a fényáram mechanikai átfedését. Elektronikus zár segítségével rendkívül alacsony (legfeljebb 1/10000 másodperc) kaphat a mechanikus zárak számára elérhetetlen kivonatok értékeit. Ez a funkció különösen fontos, ha fényképezett sportversenyek, természetes jelenségek stb.

Az elektronikus zár kivitelezéséhez az anti-Fuminous vízelvezetés szükséges. Nagyon rövid részletekkel, amelyek időtartama kevesebb, mint a potenciális nyugdíjérzékeny PZD elemet a potenciális puffer-gödörben, a vízelvezetés a "cut-off" szerepét játssza. Ez a "cut-off" megakadályozza az elektronok puffer PZS-elemét a gödörbe, amely a lejárati idő után a jólérzékeny elemben történt.

A képpontok szerkezete - mikrolitellel és rendes

A fényáram koncentrációjának mértéke a mikrolinban áthaladás közben a mátrix gyártó technológiai szintjétől függ. Vannak olyan összetett struktúrák, amelyek biztosítják a miniatűr eszközök maximális hatékonyságát.

Mikrolinok használata esetén azonban jelentősen csökken a nagy szögben eső fénysugarak, amely jelentősen csökken, a fényérzékeny területre behatol. És a membrán nagy lyukával az ilyen sugarak aránya meglehetősen nagy. Így a mátrix fényáramának hatásának intenzitása csökken, vagyis a fő hatás, amelyre a membrán nyitva van.

Az ilyen sugaraknak azonban nem kevesebb, mint jó. Az a tény, hogy nagy szögben behatol a szilíciumba, a foton beléphet a mátrixba az egyik pixel felületén, és kopogtassa az elektronot a másik testben. Ez a kép torzításához vezet. Ezért gyengíteni az ilyen "páncél-piercing" fotonok hatását, a mátrix felületét, a fényérzékeny területek kivételével, átlátszatlan maszkkal (gyakrabban fémes), amely tovább bonyolítja a mátrixok kialakítását.

Ezenkívül a mikrocsinek bizonyos torzulást okoznak a rögzített képben, amely megszünteti azokat a vonalak széleit, amelyek vastagsága az érzékelő felbontásának szélén. De ez a negatív hatás részben hasznos lehet. Az ilyen finom vonalak egy bizonyos színű pixelének hozzárendeléséből eredő kép egy lépéshez (aliasing) vezethetnek, függetlenül attól, hogy teljesen vagy csak azt részét képezik-e a kép egy részével. A léptetés a "Jar" \u200b\u200bszakadt vonalak képének megjelenését eredményezi a széleken.

A nagyméretű, teljes képkocka-mátrixok sebességének köszönhetően az anti-alias szűrőszűrő szűrőkkel van felszerelve, és ezeknek az eszközöknek az ára meglehetősen magas. Nos, a mátrixok mikrolpontokkal ez a szűrő nem szükséges.

A különböző minőségi követelményeknek köszönhetően a mátrix képe a pufferelő oszlopokkal főként amatőr berendezésben, míg a teljes keretérzékelők professzionális és stúdió kamrákban telepedtek le.

Folytatjuk

Ez a cikk leírást ad, ha azt mondhatja, hogy beszéljen, a pixel geometriája. A regisztráció során előforduló folyamatokról részletesebben a díjat a díjat a következő cikkben kell mondani.

Mi a CCD mátrix?

Egy kis történelem

Fényképészeti anyagokat használtunk fényvevőjeként korábban: fotográfia, fotoplot, fotópapír. Később megjelentek a televíziós kamerák és a FEU (fotó-elektromos szorzó).
A 60-as évek végén - a 70-es évek elején az úgynevezett "töltésű díjakat" fejlesztették ki, amelyet CCD-ként rövidítenek. Angolul úgy néz ki, mint a "töltésű eszközök" vagy rövidített - CCD. Elvileg a CCD-mátrixok azt állapítják meg, hogy a szilícium képes látható fényre reagálni. És ez a tény a gondolathoz vezetett, hogy ez az elv használható a fényes tárgyak képeinek megszerzésére.

A csillagászok az elsőek között voltak, akik felismerték a képek regisztrálásának rendkívüli CCD-képességét. 1972-ben a JPL (Jet Movement laboratóriuma) kutatói csoportja megalapította a Csillagászat és az űrkutatás CCD fejlesztési programját. Három évvel később, az Arizona Egyetem tudósaival együtt, ez a csapat megkapta az első csillagászati \u200b\u200bCCD képet. Az urán képében a közel infravörös tartományban sötét foltokat fedeztek fel a bolygó déli pólusának közelében, fél és fél távcsővel, tanúskodtak onnan metánról ...

A CCD-mátrixok használatát ma széles körben használták: digitális fényképezőgépek, videokamerák; A CCD mátrix, ahogy a fényképezőgép lehetővé vált a mobiltelefonokba való beágyazáshoz.

CCD eszköz

Egy tipikus CCD-eszköz (1. ábra): A félvezető felületen vékony (0,1-0,15 μm) a dielektromos réteg (általában oxidálva), amelyen a vezetőképes elektródák (fém vagy polikristályos szilícium) csíkjai találhatók. Ezek az elektródák lineáris vagy mátrix rendszeres rendszert képeznek, és az elektródák közötti távolság olyan kicsi, amelyek elengedhetetlenek a szomszédos elektródák kölcsönös hatásának hatásaihoz. A CCD működésének elve a közeli félvezető rétegben kialakított potenciális lyukak előfordulásának, tárolásának és irányított átadásán alapul, ha külső elektromos feszültségek elektródáira alkalmazzák.

Ábra. 1. A CCD mátrix fő eszköze.

Ábrán. 1 C1, C2 és C3 karakterek jelzik a MOS-kondenzátorokat (fém-félvezető fém).

Ha van egy pozitív feszültség U bármely elektród, majd elektromos teret fordul elő a MDP szerkezete, az intézkedés alapján, amelyek a hordozókat (lyukak) nagyon gyorsan (a pikoszekundumos egységek) elhagyják a felületet és a félvezető. Ennek eredményeképpen a felület kimerült réteget képez, amelynek vastagsága egy mikrométer részvénye vagy egysége. A kimerült rétegben generált neznostabil fuvarozók (elektronok) bármilyen eljárás (például hő) vagy a diffúzió hatása alatt álló semleges félvezető területeken, a félvezető határán mozognak (a semleges félvezető területeken) -dielektromos szakasz, és egy keskeny inverz rétegben lokalizálódik. Így a felület potenciális gödör az elektronok számára, amelyekbe a kimerült rétegből a mező hatására kerülnek ki. A kimerült rétegben (lyukak) a terület hatására generált fő vivőanyagokat a félvezető semleges részébe dobják.
A megadott időintervallum alatt minden pixel fokozatosan tele van elektronokkal a fény számának arányában. Ennek végén az egyes pixelek által halmozott elektromos töltések átkerülnek a készülék "kimenetére", és mérjük.

A fényérzékeny pixel mátrixok mérete 1-től kettőtől több tíz mikronig terjed. A halogén ezüst kristályainak mérete a fotoflinkek fényérzékeny rétegében 0,1 (pozitív emulziót) 1 mikron (nagyon érzékeny negatív).

A mátrix egyik legfontosabb paramétere az úgynevezett kvantumhatékonyság. Ez a név tükrözi az abszorbeált fotonok (QUANTA) fotoelektronokká történő átalakításának hatékonyságát, és hasonló a fényérzékenység fotográfiai koncepciójához. Mivel a könnyű Quanta energiája a színétől (hullámhossz) függ, lehetetlen egyedülállóan meghatározni, hogy hány elektron születik a mátrix pixelben, amikor elnyelik őket, például egy száz heterogén fotonok áramát. Ezért a kvantumhatást általában a mátrixon lévő útlevélben adják meg, mint a hullámhossz függvényében, és a spektrum egyes szakaszai elérhetik a 80% -ot. Ez sokkal nagyobb, mint a fotemulzió vagy a szemé (kb. 1%).

Melyek a CCD-mátrixok?

Ha a képpontok egy sorban épülnek, a vevőt PZS-vonalzónak nevezik, ha a felületet egyenletes sorokkal töltjük le - akkor a vevőt CCD mátrixnak nevezik.

A PZS-vonal széles körű alkalmazásokkal rendelkezett a 80-as és a 90-es években a csillagászati \u200b\u200bmegfigyelésekhez. Elég volt a kép a CCD vonalon, és megjelent a számítógép monitorján. De ezt a folyamatot számos nehézség kísérte, és ezért jelenleg a PZS-vonalat egyre inkább a CCD mátrixok helyettesítik.

Nemkívánatos hatások

A CCD-mátrixban a töltés-átadás egyik nemkívánatos mellékhatásai, amelyek zavarhatják a megfigyeléseket, fényes függőleges csíkok (pólusok) a kis terület képének fényes területeinek helyszínén. A CCD-mátrixok lehetséges nemkívánatos hatásai is tulajdoníthatók: nagy sötét zaj, "vak" vagy "forró" képpontok jelenléte, egyenetlen érzékenység a mátrix mezőben. A sötét zaj csökkentése érdekében a CCD-mátrixok autonóm hűtését használják -20 ° C és alatti hőmérsékletre. A sötét keret eltávolításra kerül (például zárt objektívvel), ugyanolyan tartóssággal (expozíció) és hőmérséklet, amellyel az előző keret előállt. Ezt követően a számítógépen egy speciális programot kivonnak egy sötét keretből a képből.

A CCD-mátrixokon alapuló televíziós kamerák jóak, mivel lehetővé teszik, hogy a képeket akár 25 képkocka másodpercenként 752 x 582 képpont felbontással kapják meg. De az ilyen típusú csillagászati \u200b\u200bmegfigyelések objektumainak alkalmatlansága az, hogy a gyártó a gyártó belső útjainak (olvasási torzítás) valósul meg a látáshoz fűződő személyzet jobb érzékeléséhez. Ez az ARU (automatikus ellenőrzési beállítás) és úgynevezett. Az "éles határok" és más hatása.

Előrehalad…

Általánosságban elmondható, hogy a CCD-vevők használata sokkal kényelmesebb, mint a nem popware könnyű vevők használata, mivel a kapott adatok azonnal kiderülnek, hogy alkalmasak a számítógép feldolgozására, és továbbá az egyes keretek megszerzésének sebessége nagyon magas (a több képkocka másodpercenként).

Jelenleg a CCD-mátrixok gyártása gyorsan fejlődik. A mátrixok "megapixeleinek" száma növekszik - az egyes pixelek száma a mátrix egységnyi területenként. A CCD-mátrixok által kapott képek minősége javul, stb.

Használt források:
1. 1. Victor Belov. A mikron tizedének pontossága.
2. 2. S.E.Guryanov. Találkozik - CCD.