Čo sa rovná dobe expozície v matriciach CCD. CCD. Fyzický princíp činnosti CCD. CCD MATRIX. Hodnota a pozorovací uhol

Solid State Photovoltaické konvertory (TFEP) Snímky sú analógy vysielania CRT.

TFEP začal od roku 1970, s tzv. CCD a sú vytvorené na základe jednotlivých buniek, ktoré predstavujú kondenzátory MDP alebo MOS štruktúry. Jedným z platničiek takéhoto základného kondenzátora je kovový film M, druhý polovodičový substrát P ( p. \\ t- alebo n.-Relektrické látky), dielektrický d slúži polovodičové aplikované ako tenká vrstva na substráte P. ako substrát p silikón dopovaný akceptorom ( p. \\ t-Type) alebo darca ( n.-Type) nečistota a ako oxid kremík Sio. 2 (pozri obr. 8.8).

Obr. 8.8.Kondenzátor Mos-štruktúra

Obr. 8.9.Pohyblivé poplatky za akcie elektrického poľa

Obr. 8.10.Princíp činnosti trojfázového CCD systému

Obr. 8.11.Pohyblivé poplatky v dvojfázovom CCD systému

Pri žiadaní o kovové napätie elektródy, "vrecko" alebo potenciálna jama je vytvorená pod ním, v ktorej môžu nosiče, ktoré nie sú jadrom "akumulovať" (v našom prípade), a hlavné nosiče, otvory budú odpudzované z M. Na určitej vzdialenosti od povrchu sa môže koncentrácia nosných nosných nosičov ukázať ako vyššia ako hlavná koncentrácia. V blízkosti dielektrického d v substráte n sa vyskytuje inverzia vrstva, v ktorej typ vodivosti zmien opačne.

Nabíjací balík v CCD sa môže podávať elektricky alebo pomocou výroby svetla. So svetlovou generáciou fotovoltaických procesov, ktoré vznikajú v kremíku, povedie k hromadeniu non-jadrových nosičov v potenciálnych jamkách. Akumulovaný náboj je úmerný osvetleniu a časom akumulácie. Smerný náboj nabitia v CCD je zabezpečený umiestnením kondenzátorov MOS v takej blízkosti od seba, ktoré sú pripojené ich vybité oblasti prekrytia a potenciálne studne. V rovnakej dobe, pohyblivý náboj non-jadrových nosičov sa akumuluje v mieste, kde je potenciálna jamka hlbšia.

Pod vplyvom svetla nahromadené nabíjanie pod elektródou U. 1 (pozri obr. 8.9). Ak teraz na susednej elektróde U. 2 Odoslať napätie U. 2 \u003e U. 1, potom sa objaví iná potenciálna jama, hlbšie ( U. 2 \u003e U. jeden). Medzi nimi vzniká oblasť elektrického poľa a non-jadrových nosičov (elektrónov) sa drifikujú (prietok) na hlbšie "vrecko" (pozri obr. 8.9). Na vylúčenie obojsmerného prenosu na starosti sa používa sekvencia elektród kombinovaných do skupín 3 elektród (pozri obr. 8.10).

Ak je napríklad nahromadený náboj pod elektródou 4 a je potrebné ho preniesť doprava, potom sa na správnu elektródu 5 napájaná vyššie napätie ( U. 2 \u003e U. 1) A poplatkov za to, atď.

Takmer celá celková celková úprava elektród je pripojená k trom pneumatikám:

I - 1, 4, 7, ...

II - 2, 5, 8, ...

III - 3, 6, 9, ...

V našom prípade napätie "Príjem" ( U. 2) bude na elektródach 2 a 5, ale elektróda 2 je oddelená od elektródy 4, kde sa nabíjanie uloží, elektróda 3 (z ktorej

U. 3 \u003d 0), takže tok doľava nebude.

Trinketová prevádzka CCD znamená prítomnosť troch elektród (bunky) na jeden prvok obrazu TV, ktorý znižuje užitočnú oblasť, ktorá používa svetelný prúd. Na zníženie počtu buniek (elektródy) CCD, kovové elektródy a dielektrická vrstva sú tvorené stupňovitou formou (pozri obr. 8.11). To umožňuje, keď sa napájacie impulzy dodávajú na elektródy, potenciálne jamy rôznych hĺbok pod jeho rôznymi úsekami. V hlbšej jame, väčšina poplatkov zo susedného prietoku buniek.

S dvojfázovým CCD systémom sa počet elektród (bunky) v matrici zníži o jednu tretinu, čo priaznivo ovplyvňuje reliéf na čítanie.

CCC bola najprv ponúknutá na použitie v výpočtovej technológii ako úložné zariadenia, registre posunu. Na začiatku reťazca bola nabitá injekčná dióda a na konci reťazca - zvyčajne je výstupná dióda n-p- alebo p-n-mOP prechody štruktúry tvoriace prvé a posledné elektródy (bunky) reťazcov tranzistorov CCD.

Ale čoskoro sa ukázalo, že CCD je veľmi citlivý na svetlo, a preto sú lepšie a efektívnejšie používať ako reprodukcia svetla, a nie ako úložné zariadenia.

Ak sa CCD matrica používa ako fotodetektor, potom sa môže akumulácia nabíjania pod jednou alebo inou elektródou uskutočňovať optickou metódou (injekčné svetlo). Dá sa povedať, že CCD matrice sú v podstate fotosenzitívne analógové registre posunu. Dnes sa CCD nepoužíva ako pamäťové zariadenia (pamäť), ale len ako fotodetektory. Používajú sa v faxy, skenery (CCD pravidlá), vo fotoaparáte a video kamerách (CCD Matica). Zvyčajne sa takzvané CCD čipy používajú v televíznych kamier.

Predpokladali sme, že všetky 100% poplatkov sa prenášajú do susedného vrecka. V praxi sa však musí zvážiť straty. Jedným zo zdrojov stratách je "pasce" schopné zachytiť a držať niektoré poplatky. Tieto poplatky nemajú čas na prúdenie do neďalekého vrecka, ak je rýchlosť prenosu veľká.

Druhým dôvodom je samotný prietokový mechanizmus. V prvom okamihu sa prevod obvinení dochádza v silnom elektrickom poli - drift v E.. Avšak, ako účtované poplatky, sily terénne poľa a proces driftu vybledne, takže posledná časť sa pohybuje kvôli difúzii, 100-krát pomalší drift. Počkajte na poslednú časť - to znamená znížiť rýchlosť. DRAIF poskytuje viac ako 90% prevodu. Ale je to posledné percentá, ktoré sú základom pri určovaní strát.

Nechajte prenosový koeficient jedného prevodného cyklu rovná k. \u003d 0,99, veriť, že počet cyklov rovných N. \u003d 100 definujeme celkový koeficient prenosu:

0,99 100 = 0,366

Je zrejmé, že s veľkým počtom položiek, aj menšie straty z jedného prvku sú pre reťazec ako celok najdôležitejšie.

Zvlášť dôležité je preto otázka zníženia počtu obvinení z poplatkov v CCD matrici. V tomto ohľade bude matica dvojfázovej CCD koeficient prenosu nabíjania o niečo veľká ako v trojfázovom systéme.

V posledných rokoch, nadšené hodnotenia venované ďalšiemu "technologickému zázraku, určené na ovplyvnenie budúcnosti digitálnej fotografie, navrhnuté tak, aby ovplyvnili budúcnosť digitálnej fotografie, sú celkom bežné v blízkom počítači (a nielen) stlačte., Ale čo je však charakteristické pre jediný rok počiatočného vzrušenia postupne ide do "nie", a väčšina výrobcov digitálnych fotografických zariadení namiesto "pokročilého vývoja" uprednostňuje použitie osvedčených riešení.

Chcel by som sa pustiť, aby ste predpokladali, že dôvodom takéhoto rozvoja udalostí je pomerne jednoduchý - stačí venovať pozornosť "brilantnej jednoduchosti" jedného rozhodnutia. V skutočnosti, riešenie matrice nestačí? A poďme pixely nie sú stĺpce a riadky, ale mať diagonálne čiary, a potom "otočiť" podľa softvéru "Obrázok" o 45 stupňov, tu dávame rozlíšenie naraz! Nezáleží na tom, že zvyšuje jasnosť len prísne vertikálnych a horizontálnych vedení a naklonené a krivky (ktorých skutočný obraz pozostáva) zostáva nezmenený. Hlavná vec je, že účinok je pozorovaný, to znamená, že o tom môže byť nahlas.

Bohužiaľ, moderný užívateľ je "pokazený megapixelmi". Nie je dobré, že zakaždým, keď povolenie vývojárov "klasických" CCD matrice musí vyriešiť najkomplexnejšiu úlohu na zabezpečenie prijateľného dynamického rozsahu a citlivosti snímača. Ale "riešenia", ako je prechod s obdĺžnikovým k oktánnej forme pixelov, obyčajný fotograf sa zdá byť dosť zrozumiteľný a rozumný, po tom všetkom je tak cenovo dostupné v reklamných brožúrach ...

Účelom tohto článku je vyskúšať najjednoduchšiu úroveň, aby sa vysvetlila, z ktorej závisí kvalita obrazu získaného na výstupe z CCD matici. Zároveň, na kvalitu optiky, je úplne pokojne abstraktne abstraktne, vzhľad druhého "Slira", ktorý stojí menej ako $ 1,000 (Nikon D 70) vám umožní dúfať, že ďalší nárast Povolenie senzorov pre komory prijateľnej cenovej kategórie nebude obmedzené na "mydlovej" šošovky.

Vnútorný fotoeffect

Obrázok generovaný objektívom teda padá na CCD maticu, to znamená, že lúče svetla padajú na fotosenzitívny povrch PZD prvky, ktorých úlohou je previesť fotónovú energiu do elektrického náboja. Stáva sa to nasledovne.

Pre fotón, ktorý padol na CCD element, existujú tri možnosti pre vývoj udalosti, buď "SMIT" z povrchu, alebo sa bude absorbovať v hrúbke polovodiča (materiál matrice), alebo " Výlety cez "jeho" pracovnú plochu ". Samozrejme, že vývojári potrebujú vytvoriť taký senzor, v ktorom by sa minimalizovali straty z "Ricochet" a "zasiahnutia vlnovky". Rovnaké fotóny, ktoré boli absorbované maticou tvoria dvojicu elektrón-diery, ak sa interakcia vyskytla s atómom polovodičovej kryštálovej mriežky, alebo len fotón (alebo otvorom), ak bola interakcia s donorovými atómami alebo akceptormi nečistôt a oboje z uvedených javov sa volá vnútrozemský fotoeffect. Samozrejme, vnútorné fotoelektrické práce snímača nie je obmedzené na, je potrebné udržiavať nabíjačky nabíjania "prijaté" v polovodičovom stave v špeciálnom skladovaní a potom ich spočítajú.

Prvok CCD matrice

Všeobecne platí, že dizajn CCD prvku vyzerá takto: Silicon Substrát P - typ je vybavený kanálmi z polovodičovej n-typu. Cez kanály sú vytvorené polykryštalickými kremíkovými elektródami s izolačnou vrstvou oxidu kremičitého. Po vyplnení elektrického potenciálu do takejto elektródy sa vytvorí v pásme Donken v kanáli N -TYP potenciál Yama, ktorých účelom je ukladať elektróny. Foton penetračný kremík vedie k generácii elektrónu, ktorý priťahuje potenciálnu jamu a zostáva v ňom. Väčší počet fotónov (jasné svetlo) poskytuje väčší náboj jamy. Potom musíte zvážiť hodnotu tohto poplatku, na ktorú sa vzťahuje fototoka posilniť.

Čítanie fotocontorov PZD prvky sa vykonávajú takzvaným registre sekvenčného posunutiaTáto transformujú čiary poplatkov pri vstupe do série výstupných impulzov. Táto séria je analógový signál, ktorý ďalej vstupuje do zosilňovača.

S pomocou registra môžete previesť na analógové signál nabíjanie reťazca z PZD prvkov. V skutočnosti sa zaistí register sériového posunu v CCD matriciach s použitím rovnakých PZD prvok kombinovaných do reťazca. Prevádzka takéhoto zariadenia je založená na schopnosti nástroje s nabitím (Toto je to, čo označuje skratku CCD) na výmenu obvinení z ich potenciálnych jázd. Výmena sa vykonáva z dôvodu prítomnosti špeciálnych prenosové elektródy (Prenosová brána) umiestnená medzi susednými PZD prvkami. Keď je zvýšený potenciál aplikovaný na najbližšiu elektródu, nabitie "toky" pod ním z potenciálnej jamy. Medzi CCD prvkami môžu byť umiestnené od dvoch do štyroch prenosových elektród, "fáza" šmykového registra, ktorá môže byť nazývaná dvojfázová, trojfázová alebo štvorfázová závisí od ich množstva.

Dodávka potenciálov na elektródy prenosu sa synchronizuje takým spôsobom, že pohyb obvinení z potenciálnych yamov všetkých CCD prvkov registra dochádza súčasne. A pre jeden cyklus transferov CCD prvkov, ako to bolo, "prenášané pozdĺž reťaze" nabitia zľava doprava (alebo doprava doľava). Výsledný "extrémny" CCD prvok dáva svojmu náboja na zariadenie umiestnené na výstupe registra, ktorý je zosilňovačom.

Všeobecne platí, že register sekvenčného posunu je zariadenie s paralelným vstupom a sekvenčným výkonom. Preto po prečítaní všetkých poplatkov z registra je možné predložiť nový reťazec na jeho vstup, potom nasledujúce a tým vytvoriť nepretržitý analógový signál založený na dvojrozmernom polovice fototoku. Zase, vstupný paralelný prúd pre register sekvenčného posuvu (t.j. riadky dvojrozmerného radu fototokov) je zabezpečená množinou vertikálne orientovaných registre sekvenčného posunu, ktorý sa nazýva register paralelného posunuA celý dizajn je vo všeobecnosti len zariadenie nazývané CCD matricou.

Nazývajú sa "vertikálne" sekvenčné šmykové registre, ktoré sú paralelné, sa nazývajú stĺpy PZS-MatrixA ich práca je úplne synchronizovaná. Dvojrozmerný rad fotokurrátov PZS-Matrix súčasne posúva jeden riadok, a to sa deje len po obvinení z predchádzajúceho riadku z "v spodnej časti" sekvenčného posunu registra idú do zosilňovača. Pred uvoľnením sekvenčného registra je paralelne nútená na nečinnosť. Samotná CCD Matica musí byť pripojená k čipu (alebo ich množine), kŕmenie potenciálu na elektródy oboch sériových a paralelných posuvných registrov, ako aj synchronizačným dielom oboch registrov. Okrem toho potrebujete generátor hodín.

Úplná rámová matrica

Tento typ snímača je najjednoduchší z konštruktívneho hľadiska a odkazuje sa. cCD MATRIX CCD (CCD - MATRIX CCD). Okrem "páskovacích" čipov potrebuje taký typ matríc tiež mechanickú bránu, ktorá sa prekrýva svetelného prúdu po expozícii. Pred úplným uzavretím uzávierky nie je možné začať čítanie poplatkov - s pracovným cyklom paralelného registra posunu na fototokok, každý z jeho pixelov pridá ďalšie elektróny spôsobené fotonickými fotografiami na otvorenom povrchu CCD Matrix. Tento fenomén sa nazýva "Prázdny" nabíjanie v matrici s plným rámom(Plno-rám matrice škvrny).

Touto cestou, rýchlosť čítania rámu Táto schéma je obmedzená na rýchlosť registre paralelných aj sekvenčných posuv. Je tiež zrejmé, že je potrebné prekrývať s ľahkým prúdom, ktorý je spustený od objektívu pred dokončením procesu čítania, takže interval medzi expozíciou Záleží tiež na rýchlosti čítania.

Existuje zlepšený variant matrice s plnou rámovou matricou, v ktorej sa poplatky paralelného registra neprivedia na sekvenčný vstup a "uložené" v paralelnom registri vyrovnávacej pamäte. Tento register sa nachádza pod hlavným paralelným registrom posunu, fotokurrenty sú vyškolení v registri vyrovnávacej pamäte a už prichádzajú do registra sekvenčného posunu. Povrch pufrového registra je pokrytý nepriehľadným (častejším metalickým) panelom a celý systém bol pomenovaný matrica s pufrovaním rámu (Rám - prenos CCD).

Matrica s pufrovaním rámu

V tejto schéme sú potenciálne jamy hlavného paralelného posunu "prázdne" zrejmé rýchlejšie, pretože pri prenose radov k vyrovnávacej pamäti nie je potrebné, aby každý riadok očakával úplný cyklus sekvenčného registra. Interval medzi expozíciou sa preto zníži, ale tiež spadá rýchlosť čítania na "cestovanie" na dvojnásobku vzdialenosti. Interval medzi expozíciou sa teda znižuje len pre dve rámy, hoci náklady na zariadenie v dôsledku nárazníkovej registra sa výrazne zvyšujú. Najvýraznejšia nevýhoda matíc s rámom rámcov je však rozšírenie "trasa" fototokov, čo negatívne ovplyvňuje ich zachovanie ich hodnôt. A v každom prípade by sa mal mechanický uzáver aktivovaný medzi rámcami, takže nie je potrebné hovoriť o kontinuálnom video signálu.

Matrix so stĺpikmi pufrovanie

Najmä pre video zariadenia bol vyvinutý nový typ matríc, v ktorých bol interval medzi expozíciou minimalizovaný nie pre dvojicu rámov, ale pre kontinuálny prietok. Samozrejme, že na zabezpečenie tejto kontinuity bolo potrebné poskytnúť odmietnutie mechanickej uzávierke.

V skutočnosti táto schéma, ktorá dostala meno matrix so stĺpikmi pufrovaním(Interline CCD -MATRIX), v niečom podobnom, podobne ako systémy s rámec pufrovanie, tiež používa register paralelného posunu vyrovnávacej pamäte, ktorých prvky PZD sú ukryté pod nepriehľadným povlakom. Avšak, tento pufor nie je umiestnený v jednom bloku pod hlavným paralelným registrom, jeho stĺpce sú "zamiešané" medzi stĺpcami hlavného registra. V dôsledku toho je stĺpec vyrovnávacej pamäte umiestnený vedľa každého stĺpca hlavného registra a bezprostredne po vystavení, fotokrutiny sa pohybujú "zhora nadol", ale "zľava doprava" (alebo "vľavo doľava") A v jednom pracovnom cykle sa dostane do vyrovnávacej pamäte, úplne a plne uvoľniť potenciálne jamy pre ďalšiu expozíciu.

Poplatky, ktoré padli do registra vyrovnávacej pamäte ako obvykle, sú prečítané prostredníctvom registra sériového posunu, to znamená "zhora nadol". Keďže resetovanie fototokov do registra vyrovnávacej pamäte sa vyskytuje v jednom cykle, aj v neprítomnosti mechanickej uzávierky, nie je nič podobné "balenie" nabíjania v plnohodnotnej matrici. Ale čas expozície pre každý rámec vo väčšine prípadov podľa trvania zodpovedá intervalu vynaloženému pri plnom čítaní vyrovnávacej pamäte paralelného registra. Vďaka tomuto všetkému je možné vytvoriť video signál s vysokou frekvenciou personálu, najmenej 30 strán druhá.

Matrix so stĺpikmi pufrovaním

Často v domácej literatúre sa matrica s pufrovacími stĺpcami omylom s názvom "Interlaced". Je to pravdepodobne spôsobené tým, že anglické názvy "Interline" (Lines Buffering) a "Interlaced" (Interlaced) Znie to veľmi podobné. V skutočnosti, keď čítate jeden takt všetkých čiar, môžete hovoriť o matici s progresívne skenovanie (Progresívne skenovanie), a keď sa pre prvý úder čítať nepárne čiary, a na druhý (alebo naopak), hovoríme matrica s prekladaným skenovaním(Interlace skenovanie).

Hoci fotokurrenty hlavného registra paralelného posunu ihneď spadajú do registra vyrovnávacej pamäte, ktorý nie je podrobený "fotonickým bombardovaním", "Tvarovanie" nabíjanie v matriciach so stĺpikmi pufrovaním (SMEAR) sa tiež vyskytuje. Je spôsobená čiastočným tokom elektrónov z potenciálnej jamy "fotosenzitívneho" CCD prvku k potenciálnej jamke "vyrovnávacej pamäte", najmä často sa deje s blízkym maximálnym úrovniam nabíjania, keď je osvetlenie pixelov veľmi vysoké. Výsledkom je, že ľahký pásik sa tiahne z tohto svetlom bodu v obraze hore a dole z tohto svetlom bodu. Ak chcete bojovať proti tomuto nepríjemnému účinku, pri navrhovaní "fotosenzitívnych" senzorových a tlmivých stĺpov sú umiestnené vo väčšej vzdialenosti od seba. Samozrejme, komplikuje výmenu poplatkov, a tiež zvyšuje časový interval tejto operácie, ale škoda, ktorá robí obraz "skladania", nenechá vývoja výberu.

Ako už bolo uvedené, je potrebné zabezpečiť, aby video signál zabezpečil, že snímač nevyžaduje prekrývanie svetelného prúdu medzi expozíciami, pretože mechanický uzávierka v takýchto pracovných podmienkach (približne 30 spúšťačov za sekundu) môže rýchlo zlyhať. Našťastie vďaka nárazníkom je možnosť implementovať elektronický uzávierkaKtoré, najprv vám umožní robiť bez mechanickej uzávierky, ak je to potrebné, a po druhé, poskytuje supermarines (do 1/10000 kusov) Hodnoty výňatia, obzvlášť kritické pre snímanie rýchlych procesov (šport, príroda IT.D.). Avšak, elektronický uzávierka tiež vyžaduje, aby matrica mala systém na odstránenie nadmerného náboja potenciálnej jamy, avšak všetko bude opísané v poriadku.

Pre všetko, čo musíte zaplatiť, a pre schopnosť vytvoriť video signál. Registračné registre posunu "jesť" významnú časť oblasti matrici, v dôsledku každého pixelu dostáva len 30% fotosenzitívnej oblasti z celkového povrchu, zatiaľ čo pixel je plnofarebná matrica Táto oblasť je 70%. Preto sa nachádza vo väčšine moderných ccds_matics na vrchole každého pixelu mikrolín. Takéto najjednoduchšie optické zariadenie pokrýva väčšinu oblasti PZS-elementu a zhromažďuje všetky frakcie fotónov padajúcich na túto časť do koncentrovaného svetelného prúdu, ktorý je zase zameraný na pomerne kompaktnú fotosenzitívnu pixelovú oblasť.

Mikrolín

Vzhľadom k tomu, používanie mikrolínov, je možné zaregistrovať svetelný prúd padajúci na snímač na snímač oveľa efektívnejšie, s časom tieto zariadenia začali dodávať nielen systémy so stĺpikmi pufrovaním, ale aj matriciach s plným rámom. Mikrómy sa však nemajú nazývať "riešenie bez nedostatkov".

Byť optické zariadenie, mikróny jedným spôsobom alebo iným skreslením zaznamenaným obrazom je najčastejšie vyjadrená v strate jasnosti v najmenších častiach rámu, ich hrany sa mierne rozmazaní. Na druhej strane, taký necitlivý obraz nie je vždy nežiaduci - v niektorých prípadoch obraz generovaný objektívom obsahuje čiary, veľkosť a frekvencia umiestnenia, ktorej sa nachádzajú v blízkosti veľkosti CCD prvku a vzdialenosť interpoxielu matrica. V tomto prípade sa často pozoruje rám Študovať (Aliasing) - Maging pixel určitej farby, bez ohľadu na to, či je pokrytá súčasťou obrazu alebo len jeho časti. Výsledkom je, že predmet objektu na obrázku sa získa roztrhaným, s prevodovými hranami. Vyriešiť tento problém v kamerách s matricami bez mikrolýzy, drahé specrah Ochranný filter (Anti-záchvatový filter) a senzor s mikrolínmi v takomto filtri nepotrebuje. V každom prípade však musí zaplatiť za určité zníženie rozlíšenia senzora.

Ak objekt snímania nie je dostatočne vysoký, odporúča sa, aby sa membrána otvoriť čo najviac. Avšak percentuálny podiel lúčov na povrchu matrice na strmom uhle sa dramaticky zvyšuje. Microlinzs sú štiepené významným podielom takýchto lúčov, preto je účinnosť absorpcie svetla matricou (že, pre ktorú otvorili membránu) je výrazne znížená. Aj keď treba poznamenať, že lúče spadli na prudký uhol sú tiež zdrojom na silikóne jedného pixelu, fotón s veľkou vlnovou dĺžkou, ktoré majú vysokú schopnosť prenikanie, môže absorbovať materiál iného matricového prvku, ktorý bude nakoniec viesť k skresleniu obrazu. Na vyriešenie tohto problému je povrch matrice pokrytý nepriehľadným (napríklad kovom) "mriežkou", v rezu, z ktorých zostávajú len fotosenzitívne zóny pixelov.

Historicky sa snímače plného rámca používajú hlavne v štúdiovom technike a matrice s pufrovaním stĺpcov sú amatérmi. V profesionálnych fotoaparátoch sú snímače oboch typov.

V klasickej schéme CCD prvkov, ktorý používa polykryštalické kremíkové elektródy, citlivosť je obmedzená v dôsledku čiastočného rozptylu svetla povrchu elektródy. Preto pri snímaní v špecifických podmienkach, ktoré vyžadujú zvýšenú citlivosť v modrých a ultrafialových oblastiach spektra, sa používajú matice s reverzným osvetľovaním (chrbát -iluminovaná matrica). V senzoroch tohto typu, zaznamenané svetlo padá na substrát a aby sa zabezpečil požadovaný interný fotoeffect substrátového brúsenia na hrúbku 10-15 mikrometrov. Táto fáza spracovania výrazne zachovala náklady na matricu, okrem toho, že zariadenia boli získané veľmi krehké a požadovali zvýšenú opatrnosť pri montáži a prevádzke.

Záložná matica

Samozrejme, že pri použití svetelných filtrov, ktoré oslabujú svetelný prúd, všetky drahé chirurgia na zvýšenie citlivosti strácajú význam, takže matrica s inverzným osvetľovaním sa používa z väčšej časti v astronomickej fotografii.

Citlivosť

Jednou z najdôležitejších charakteristík záznamového zariadenia, či už je fotografia alebo CCD matrica, je citlivosť - schopnosť reagovať na optické žiarenie určitým spôsobom. Čím vyššia je citlivosť, tým menšie je potrebné množstvo svetla na reagovanie zariadenia na rekordér. Na označenie citlivosti (DIN, ASA) boli použité rôzne množstvá (DIN, ASA), ale v konečnom dôsledku vykonaných praktík označili tento parameter v ISO (Medzinárodné štandardy organizácie - medzinárodná organizácia).

Pre samostatný CCD prvok je potrebné chápať generáciu nabíjania. Je zrejmé, že citlivosť CCD matrice sa skladá z citlivosti všetkých jeho pixelov a ako celok závisí od dvoch parametrov.

Prvý parameter - integrálna citlivosť, ktorý je pomer veľkosti fotokurénu (v miliamperes) na svetelný prietok (v lúmenov) z zdroja žiarenia, ktorého spektrálna kompozícia zodpovedá žiarovke volfrámu. Tento parameter vám umožňuje odhadnúť citlivosť senzora ako celku.

Druhý parameter - monochromatická citlivosť, To znamená, že pomer rozsahu fotokurénu (v miliampeurs) do rozsahu energie žiarenia svetelného (v Milli andlectronvolts) zodpovedajúcej určitej vlnovej dĺžke. Súbor všetkých hodnôt monochromatickej citlivosti pre časť spektra záujmu je spektrálna citlivosť - závislosť citlivosti z ľahkej vlnovej dĺžky. Spektrálna citlivosť teda ukazuje schopnosti snímača na registráciu odtieňov určitej farby.

Je zrejmé, že jednotky merania ako integrálnu a monochromatickú citlivosť sa líšia od označenia populárnych v fotografickej inžinierstve. To je dôvod, prečo výrobcovia digitálnych fotografických zariadení v charakteristikách produktov naznačujú ekvivalentná citlivosť CCD matrice v jednotkách ISO. A aby sa určili ekvivalentná citlivosť, výrobca stačí poznať osvetlenie objektu snímania, clony a rýchlosti uzávierky a používať dvojicu vzorcov. Podľa prvej, expozičné číslo sa vypočíta ako log 2 (L * S / C), kde L je osvetlenie, S je citlivosť a C je konštanta expozičného merača. Druhý vzorec definuje číslo expozície na 2 * log 2 K - Log 2 t., Kde K je číslo membrány a T -pput. Je ľahké odstrániť vzorec, ktorý umožňuje výpočet L, C, K a T, ktorý je rovný s.

Citlivosť matrice je neoddeliteľnou hodnotou v závislosti od citlivosti každého CCD prvku. No, citlivosť pixelovej matrice závisí po prvé, z "fotónov substituovaných pod dažďom" Štvorcový fotosenzitívny región (Vyplňte faktor) a po druhé kvantová účinnosť (Kvantová účinnosť), to znamená, že hodnotenie počtu registrovaných elektrónov na počtu fotonického snímača klesol na povrchu.

Na druhej strane, rad ďalších parametrov ovplyvňuje kvantovú účinnosť. Po prvé odrazový koeficient - hodnota, ktorá zobrazuje podiel týchto fotónov, ktoré "krútené" z povrchu senzora. Ako zvýšenie koeficientu odrazu sa podiel fotónov zúčastňujúcich sa vnútorného fotoefect.

Fotóny, ktoré sa neodrážajú z povrchu snímača, budú absorbovať, tvoriť nosiče nabíjania, ale niektoré z nich budú "uviaznuté" na povrchu a časť prenikne príliš hlboko do materiálu CCD prvku. Samozrejme, v oboch prípadoch nebudú mať žiadnu účasť na procese tvorby fotokurénu. "Prenikanie schopnosti" fotónov v polovodičovom stave absorpčný koeficientZáleží na polovodičovom materiáli a vlnovej dĺžke dopadajúceho svetla - "dlhé vlny" častice prenikajú oveľa hlbšie "Shortwave". Vypracovanie CCD prvok je nevyhnutný pre fotóny s vlnovou dĺžkou zodpovedajúcou viditeľným žiarením, aby sa dosiahol takýto absorpčný koeficient tak, že vnútorný fotoelektrický efekt sa vyskytuje v blízkosti potenciálnej jamy, čím sa do nej zvýši.

Namiesto kvantovej účinnosti sa často používa termín "Kvantový výstup" (Quantum výnos), ale v skutočnosti tento parameter zobrazuje počet prepustených nosičov nabitia pri absorbovaní jedného fotónu. Samozrejme, s interným fotoeffectom, väčšina nosičov nabíjania stále padá do potenciálneho pzs-element yam, ale určitá časť elektrónov (alebo otvorov) zabraňuje "pasce". V čitateľovi vzorca opisujúce kvantovú účinnosť je to presne počet nosičov nabitia, ktoré zasiahli potenciálnu jamu.

Dôležitou charakteristikou CCD matrice je prahová hodnota citlivosti - parameter rekordéra zariadenia, ktorý charakterizuje minimálnu hodnotu svetelného signálu, ktorý je možné zaregistrovať. Čím menší tento signál je vyšší prah citlivosti. Hlavný faktor obmedzujúci prah citlivosti je tmavý prúd (Tmavý prúd). Je to dôsledok termoelektronických emisií a vyskytuje sa v CCD prvku, keď je predložený potenciál pre elektródu, pod ktorou je vytvorená potenciálna jama. "Dark" sa nazýva tento prúd, pretože sa skladá z elektrónov, ktoré padli do jamy s úplnou absenciou svetelného toku. Ak je svetelný prúd slabý, potom je veľkosť fotokurénu blízko, a niekedy menej ako hodnota tmavého prúdu.

Existuje závislosť tmavých prúdov z teploty snímača, keď sa matrica zahrieva o 9 stupňov Celzia, jeho tmavý prúd sa zvyšuje dvakrát. Na chladenie sa matrica používajú rôzne tepelné drezové systémy (chladenie). V terénnych komorách, ktorých hmotnostné zrkadlovky, ktoré silne obmedzujú používanie chladiacich systémov, niekedy sa ako výmenník tepla používa kovové komory. V štúdiovej technike sú povolené prakticky žiadne obmedzenia hmotnosti a rozmery, ktoré sú navyše, dostatočne vysoká spotreba energie chladiaceho systému, ktorá sa zase rozdelí do pasívnych a aktívnych.

Pasívne chladiace systémy Poskytujeme iba "reset" nadmerného tepla chladeného zariadenia do atmosféry. V tomto prípade je chladiaci systém zohráva úlohu maximálneho tepelného vodiča, ktorý poskytuje efektívnejšiu disperziu. Je zrejmé, že teplota chladeného zariadenia nemôže byť nižšia ako teplota okolia, v ktorej je hlavným nedostatkom pasívnych systémov.

Najjednoduchším príkladom pasívneho systému výmeny tepla je chladič (Chladič) z materiálu s dobrou tepelnou vodivosťou, najčastejšie - z kovu. Povrch v kontakte s atmosférou má formu, ktorá poskytuje čo najviac rozptyl. Všeobecne akceptovaná maximálna rozptylová oblasť má ihlové radiátory, v tvare pripomínajúcej "ježko", pokryté rozptylovým teplom "ihiel". Často pre nútiť tepelnú výmenu, povrch chladiča je preč micoventio- Podobné zariadenia chladič (Chladič, zo slova cool-chladenie), chladiť procesor v osobných počítačoch. Na základe skutočnosti, že Michenetizátor spotrebuje elektrinu používať svoje systémy nazývané "Active"., To je úplne nesprávne, pretože chladiče nemôžu ochladzovať zariadenie na teplotu menšie ako atmosférické. Pri vysokej teplote okolia (40 slov a vyššie) sa účinnosť pasívnych chladiacich systémov začína klesať.

Aktívne chladiace systémy Vzhľadom na elektrické alebo chemické procesy poskytnite teploty zariadenia pod okolitým vzduchom. Aktívne systémy "vyrábajú studené", sa však prideľuje do atmosféry tak teplo ochladeného zariadenia a teplo chladiaceho systému. Klasickým príkladom aktívneho chladiča je obvyklá chladnička. Napriek pomerne vysokej účinnosti sú však jeho masovo-miláčikové charakteristiky neprijateľné aj pre štúdiové fotografické zariadenia. Preto je zabezpečené jeho aktívne chladenie. pEltier Systems Ktorá práca je založená na používaní účinku rovnakého mena, keď v prítomnosti potenciálneho rozdielu na koncoch dvoch vodičov vyrobených z rôznych materiálov, na križovatke týchto vodičov (v závislosti od polarity napätia) bude uvoľnená alebo tepelná energia je absorbovaná. Dôvod zrýchlenia alebo spomalenia elektrónov v dôsledku interného kontaktného rozdielu potenciálu vodičov.

Pri použití kombinácie polovodičov N-typu typu a p-typu, v ktorom sa tepelne absorpcia uskutočňuje vďaka interakcii elektrónov a "otvorov", dochádza k maximálnemu účinku tepelného vedenia. Aby ste ho zvýšili, môžete použiť kaskádovú asociáciu Peltierových prvkov, a pretože sa vyskytne tak absorpcia tepla a výber, prvky musia byť kombinované tak, aby jedna strana chladiča bola "horúca" a druhá "studená" . V dôsledku kombinácie kaskádovej kombinácie je teplota "horúcej" strany najvzdialenejšieho z matrice peltierového prvku výrazne vyššia ako hmotnosť okolitého vzduchu a jeho tepla sa rozptyľuje v atmosfére pomocou pasívnych zariadení, to znamená, Radiátory a chladiče.

Pomocou efektu Peltier Aktívne chladiace systémy môžu znížiť teplotu senzora až po nulu stupňov, radikálne znižuje úroveň tmavého prúdu. Avšak, nadmerné chladenie CCD matrice ohrozuje stratu kondenzátu vlhkosti z okolitého vzduchu a skratom elektroniky. A v niektorých prípadoch môže obmedzovač teplôt rozdiel medzi chladenými a fotosenzitívnymi rovinami matrice viesť k jeho neprijateľnej deformácii.

Avšak ani radiátory alebo chladiče ani prvky pllier sú použiteľné na poľné komory, obmedzené hmotnosťou a rozmermi. Namiesto toho táto technika používa metódu založenú na tzv. Čierny pixelch (Tmavé referenčné pixely). Tieto pixely sú potiahnuté nepriehľadnými materiálovými stĺpmi a reťazcami pozdĺž okrajov matrice. Zohľadňuje sa priemerná hodnota pre všetky fotoklies čiernych pixelov Úroveň tmavého prúdu. Je zrejmé, že za rôznych prevádzkových podmienok (teplota okolia a samotného fotoaparátu, batérie prúdu, atď.), Tmavý prúd bude odlišný. Pri použití ako "referenčný bod" pre každý pixel, to znamená, že hodnota jeho hodnoty z foto toku možno určiť, ktorý jeden náboj je vytvorený fotonmi padajúcimi na CCD element.

Potlačenie jedným alebo iným spôsobom v tmavom prúde, mali by ste si spomenúť na ďalší faktor obmedzujúci prah citlivosti. to je tepelný hluk (Tepelný hluk), vytvorený aj v neprítomnosti potenciálu na elektródach len s chaotickým pohybom elektrónov pomocou CCD prvku. Expozície vysokého trvania vedú k postupnej hromadeniu putujúcich elektrónov v potenciálnej jamke, ktorá skresľuje skutočnú hodnotu fotokurénu. A "dlhšie" výňatky, tým viac "stratené" v e-maile elektrónov.

Ako viete, fotosenzitivita filmu v tej istej kazete zostáva konštantná, inými slovami, nie je možné zmeniť z rámu k rámu. Digitálny fotoaparát však umožňuje každú snímku nastaviť najvyššiu hodnotu ekvivalentnej citlivosti. To sa dosahuje zvýšením videosignálu vychádzajúcim z matrice - v niečom takomto postupe "Zvýšená ekvivalentná citlivosť"Pripomína otáčanie regulátora hlasitosti prehrávača.

Takže so slabým osvetlením sa užívateľ dostane na dilemu, alebo zvýšiť ekvivalentnú citlivosť, alebo zvýšiť rýchlosť uzávierky. V oboch prípadoch sa v oboch prípadoch nevyhýbalo poškodeniu rámu fixného rozloženia. Pravda, skúsenosti ukazujú, že s "dlhou" rýchlosťou uzávierky sa snímka nezhorší, rovnako ako keď je získaný matricový signál. Avšak, veľké trvanie expozície ohrozuje ďalší problém - užívateľ môže "pochopiť" rám. Preto, ak chcete použiť časté snímanie v miestnosti, potom by mal vybrať fotoaparát s vysokým svetlom objektívu, rovnako ako výkonný a "inteligentný" blesk.

Dynamický rozsah

Z matrice je potrebná schopnosť zaregistrovať svetlo v jasnom slnku a s nízkym osvetlením miestnosti. Preto by potenciálne matricové jamy by mali byť veľmi hromadné, rovnako ako aj schopné udržať minimálne množstvo elektrónov so slabým svetlom, takže a ubytovať veľký náboj, získaný zasiahnutím výkonného svetelného snímača. Áno, a obraz, ktorý je obľúbený objektívom často pozostáva z jasne osvetlených oblastí a z hlbokých tieňov a senzor by mal byť schopný zaregistrovať všetky ich odtiene.

Schopnosť senzora vytvoriť dobrý obraz s rôznym osvetľovaním a vysokým kontrastom je určený parametrom "Dynamický rozsah"Charakteristika schopnosti matrice v obraze vyčlenenej na jeho registračnú plochu, najtmavšie tóny z najjasnejších. S rozširovaním dynamického rozsahu sa zvyšuje počet odtieňov obrázka a prechody medzi nimi najviac zodpovedajú obrazu, ktorý je obľúbený objektívom.

Účinok dynamického rozsahu na kvalite rámu (celé dynamické rozmedzie, B - úzky dynamický rozsah)

Charakteristika opisujúca schopnosť CCD prvku akumulovať určitú hodnotu "Potenciálna hĺbka Poam" (Hĺbka), a to je presne dynamický rozsah matrice, ktorý závisí. Samozrejme, pri snímaní za podmienok slabého osvetlenia ovplyvňuje prah citlivosti ovplyvňuje aj dynamický rozsah, ktorý je zase určený hodnotou tmavého prúdu.

Je zrejmé, že straty elektrónov tvoriacich fotokurrent sa vyskytujú nielen v procese akumulácie náboja potenciálnej jamy, ale aj počas prepravy k výstupu matrice. Tieto straty sú spôsobené driftom elektrónov, "roztrhané" z hlavného poplatku, keď prúdi pre ďalšiu elektródu prenosu. Čím menší počet "zlomených" elektrónov, tým vyššie Účinnosť prevodu nabíjania Účinnosť prevodu nabíjania). Tento parameter sa meria ako percento a zobrazuje podiel nabitia, zachovaný, keď "prechod" medzi CCD prvkami.

Vplyv účinnosti prenosu môže byť preukázaný v nasledujúcom príklade. Ak je hodnota tohto parametra 98% pre matricu 1024 x 1024, potom je potrebné určiť hodnotu centrálneho pixelu fotokurénu na produkte matrice; je potrebné stavať 1024 až 1024 (množstvo "prechodu "Medzi pixelmi) a vynásobte 100 (úroky). Výsledok je úplne neuspokojivý - približne 0,0000001% zostane z počiatočného poplatku. Je zrejmé, že s nárastom povolenia sa požiadavky na efektívnosť prenosu ešte viac tvrdšie, pretože počet "prechodu" sa zvyšuje. Okrem toho rýchlosť čítania rámca klesá, pretože zvýšenie prenosovej rýchlosti (na kompenzáciu zvýšeného rozlíšenia) vedie k neprijateľnému zvýšeniu počtu "zlomených" elektrónov.

Aby sa dosiahlo prijateľné rýchlosti čítania rámcov pri vysokom účinnosti prenosu nabíjania pri navrhovaní CCD matrice, plánované "slepé" umiestnenie potenciálnych jamiek. Vzhľadom k tomu, elektróny nie sú tak aktívne "lepenie" na prenosové elektródy, a to je pre "hlboký beh" potenciálnej jamy v konštrukcii CCD prvku, podáva sa N-kanál N-kanál.

Vrátenie do vyššie uvedeného príkladu: Ak v tejto matici 1024 x 1024 bude účinnosť prenosu nabíjania 99,999%, potom 98,98% jeho počiatočnej hodnoty zostane na výstup snímača zo snímača z centrálneho náboja. Ak sa vyvíja matricu s vyššou rozlíšením, potom je účinnosť prevodu nabíjania 99,9999%.

Kvitnúce

V prípadoch, keď interný fotoeff vedie k nadmernému počtu elektrónov presahujúcich hĺbku potenciálnej jamy, náboj CCD prvku začína "šíriť" pozdĺž susedných pixelov. Na obrázkoch sa tento fenomén nazýva "Blusing" (Od anglického kvitnutia - erózia) sa zobrazuje ako biele škvrny a správny tvar, a ďalšie prebytočné elektróny, čím väčšie škvrny.

Blooney potlačenie sa vykonáva systémom elektronická drenáž (Prepadový odtok), ktorej hlavnou úlohou je odstránenie prebytočných elektrónov z potenciálneho dobre. Najznámejšie možnosti vertikálna drenáž (Vertikálny prepadový odtok, vod) a bočná drenáž (Lateral Prepadový odtok, VOD).

Systém s vertikálnym odvodňovaním na substráte matricového podkladu je daný potenciál, ktorej hodnota je vybraná tak, že pri pretečení hĺbky potenciálnej jamy, prebytočné elektróny prúdi z neho na substráte a rozptýlila sa tam. Nevýhodou takéhoto uskutočnenia je znížiť hĺbku potenciálnej jamy a teda zúženie dynamického rozsahu CCD prvku. Je tiež zrejmé, že tento systém nie je použiteľný v matriciach s inverzným osvetlením.

Vertikálne elektronické drenáž

Systém s bočnou drenážou používa elektródy, ktoré zabraňujú prenikaniu jamiek elektrónov do "drenážnych drážok", z ktorého je nadmerný náboj rozptýlený. Potenciál na týchto elektródach je vybraný v súlade s bariérou prepadu potenciálneho dobre, zatiaľ čo jeho hĺbka sa nemení. Vzhľadom na drenážne elektródy sa však redukuje fotosenzitívna plocha CCD prvku, takže mikropeny musia použiť.

Bočné elektronické drenáž

Samozrejme, potreba pridať do odvodňovacích zariadení snímača komplikuje svoj dizajn, ale skreslenie rámu vytvoreného kvitnením nie je možné ignorovať. Áno, a elektronická uzávierka nemôže byť implementovaná bez odvodnenia, zohráva úlohu "záclony" pri ultrasort výňatok, ktorých trvanie je menšie ako interval vynaložený na prevod nabíjania z hlavného registra paralelného posunu do vyrovnávacej pamäte paralelného registra . "Uzávierka", to znamená, že drenáž, zabraňuje pufrovaniu potrubia týchto elektrónov do jamy, ktoré boli vytvorené v "fotosenzitívnych" pixeloch po zadanom (a veľmi krátkom) dobe expozície.

"Gulp" pixely

Kvôli technologickým chybám v niektorých CCD prvkach, dokonca aj najkratšie výňatky vedie k avalanche-ako hromadenie elektrónov v potenciálnej jamke. Na obrázku takýchto pixelov "Gulp" (Stuck Pixels), veľmi sa líšia od okolitých bodov ako vo farbe aj jasu, a na rozdiel od hluku pevnej distribúcie sa objavujú pri akýchkoľvek výňatiach a bez ohľadu na ohrev matrice.

Odstránenie pixelov pixelov sa vykonáva cez vstavaný fotoaparát softvér, ktorý zabezpečuje hľadanie chybných prvkov PZD a zapamätať si ich "súradnice" v nestartilnej pamäti. Keď sa obrázok vytvorí, hodnota chybných pixelov sa neprijíma do výpočtu, nahrádzajú sa interpolovanou hodnotou susedných bodov. Na určenie chybnosti pixelu počas procesu vyhľadávania sa jeho náboj porovnáva s referenčnou hodnotou, ktorá je tiež uložená v neprchavej pamäti fotoaparátu.

Veľkosť matrici uhlopriečne

Niekedy v mnohých ďalších parametroch akéhokoľvek digitálneho fotoaparátu veľkosť CCD matrice uhlopriečne (najčastejšie v palcoch). V prvom rade je táto hodnota spojená s charakteristikami objektívu, tým vyššia je veľkosť snímača, Larrhery by mal byť obrazom, ktorý je vytvorený optikou. Aby tento obrázok úplne pokrýva registrujúci povrch matrice, veľkosť optických prvkov sa musí zvýšiť. Ak to nerobí, a "obraz" vytvorený objektívou bude menší senzor, periférne oblasti matrice budú nevyplnené. V niektorých prípadoch však výrobcovia kamery neuviedli, že vo svojich modeloch bol určitý podiel megapixelov "nie je uvedený".

Ale v digitálnych "zrkadlách" vytvorených na základe techník 35 milimmetrov, je takmer vždy reverzná situácia - obraz objektívu, prekrýva fotosenzitívnu plochu matrice. Je spôsobené tým, že senzory s rozmermi rámu 35-Milimetronové fólie sú príliš drahé, ale vedú k tomu, že časť obrazu, ktorá je vytvorená objektívom, sa ukáže, že je doslova slovo "pre scény" . V dôsledku toho je charakteristika objektívu posunutá na oblasť "Dlhodobá zaostrenie". Preto by sa pri výbere vymeniteľnej optiky pre digitálne "zrkadlá" mali zvážiť zvýšenie ohniskovej vzdialenosti koeficient - spravidla ide o 1,5. Napríklad pri inštalácii nastavenia 30-70mm vario bude jeho prevádzkový rozsah 42-105 mm.

Uvedený koeficient má pozitívny aj negatívny vplyv. Snímanie je komplikované najmä s veľkým kútom pokrytia, ktoré vyžadujú šošovky krátkeho zaostrenia. Optika s ohniskovou dĺžkou 18 mm a menej je veľmi drahá, a v digitálnom "SRINK" sa zmení na triviálne 27mm. Avšak, dlhé fokocus šošovky sú tiež veľmi drahé a s veľkou ohniskovou vzdialenosťou sa spravidla zníži relatívny otvor. Ale lacný 200 milimetrov šošovky s koeficientom 1,5 sa otočí na 300-milimeter, zatiaľ čo "skutočná" 300 milimetrová optika membrány poradia F / 5.6, v 8 mm svetlá nad, F / 4.5.

Okrem toho sú takéto aberácie charakteristické pre všetky šošovky ako zakrivenie poľa a skreslenie, vyjadrené v rozmazaní a zakrivení obrazu v regionálnych oblastiach rámu. Ak sú rozmery matrice menšie ako veľkosť obrazu generovaného obrazu, "problémové oblasti" sa jednoducho nezaregistrujú u senzora.

Treba poznamenať, že citlivosť matrice je spojená s rozmermi jeho registračnej oblasti. Rozsiahla fotosenzitívna plocha každého prvku, tým väčšia je svetlo spadnúť a čím častejšie sa vnútorný fotoeff deje, teda citlivosť celého senzora sa zvyšuje. Okrem toho, pixel z veľkých rozmerov umožňuje vytvoriť potenciálnu "zvýšenú kapacitu" jamy, ktorá má pozitívny vplyv na zemepisnú šírku dynamického rozsahu. Vizuálny príklad digitálnych "zrkadiel", porovnateľných v rozmeroch s rámom 35 mm filmu. Tieto snímače sa tradične líšia v citlivosti objednávky ISO 6400 (!) A dynamický rozsah vyžaduje ADC s trochou 10-12-bit.

Matrica amatérskych komôr má zároveň dynamický rozsah, pre ktorý je dostatok 8-10-bitových ADC, a citlivosť zriedka presahuje ISO 800. Dôvodom dizajnu tejto techniky. Faktom je, že spoločnosť Sony má veľmi málo konkurentov, pokiaľ ide o výrobu malých veľkých (1/3, 1/2 a 2/3 palcov diagonálne) senzorov pre amatérske zariadenia, a to bolo spôsobené kompetentným prístupom k rozvoju modelového škálu matríc. Pri vývoji ďalšej generácie matíc s povolením na "na megapixel viac", takmer úplná kompatibilita s predchádzajúcimi modelmi senzorov bola poskytnutá a veľkosťou, tak aj rozhraním. V súlade s tým, že dizajnéri kamery nemali "od nuly", aby sa vytvorili objektív a "elektronické plnenie" komory.

S rastúcim povolením však register paralelného posunu vyrovnávacej pamäte zachytáva rastúci podiel oblasti senzora, v dôsledku fotosenzitívnej oblasti a "kapacita" potenciálnych jamiek sa znižuje.

Zníženie fotosenzitívnej oblasti CCD matrici so zvýšením povolenia.

Preto pre každého "n +1 megapixelu" sú úzkostlivé práce vývojárov prepojené, bohužiaľ, nie vždy úspešné.

ANALOG-DIGITAL CONVERTER

Video signál, ktorý prešiel zosilňovačom, musí byť preložený do digitálneho formátu čisté mikroprocesor. Pre toto, použité aNALOG-DIGITAL CONVERTER, ADC (Analógový pre digitálny konvertor, ADC) - zariadenie, ktoré konvertuje analógový signál do sekvencie čísel. Jeho hlavnou charakteristikou je veľkoleposť, to znamená, že počet rozpoznateľných a kódovaných diskrétnych úrovní signálu. Ak chcete vypočítať počet úrovní, stačí postaviť dva až na stupeň bitov. Napríklad "bit 8 bitov" označuje, že konvertor je schopný určiť 2 až ôsmy stupeň úrovne signálu a zobraziť ich vo forme 256 rôznych hodnôt.

S veľkým vypúšťaním môže ADC (teoreticky) dosiahnuť väčšie farebné hĺbky (Farebná hĺbka), to znamená vypúšťanie farieb, ktoré opisuje maximálny počet farebných odtieňov, ktoré môžu byť reprodukované. Farebná hĺbka je zvyčajne vyjadrená v bitoch a počet odtieňov sa vypočíta rovnakým spôsobom ako počet úrovní signálu ADC. Napríklad, s 24-bitovou farebnou hĺbkou, môžete získať 16777216 odtieňov farby.

V skutočnosti, hĺbka farieb pre súbory v JPEG formátoch alebo TIFF, ktoré používa počítač na spracovanie a ukladanie obrázkov, je obmedzený na 24 bitov (8 bitov na farebný kanál - modrá, červená a zelená). Preto niekedy použité ADCs s trochou 10, 12, a dokonca aj 16 bitov (to znamená, farebná hĺbka 30, 36 a 48 bitov) sa môžu chybne vypočítať "redundantné". Dynamický rozsah matrice niektorých modelov digitálnych fotografických zariadení je však pomerne široký a ak je fotoaparát vybavený rámom na uloženie rámu v neštandardnom formáte (30-48 bitov), \u200b\u200bpotom s ďalším spracovaním počítača Je možné použiť "extra" bity. Ako je známe, chyby pri výpočte expozície vo frekvencii prejavu sú horšie len na nepresnosti zaostrenia. A teda schopnosť kompenzovať takéto chyby s použitím "nižších" (v prípade podčiarknutých) alebo "top" (pri predbiehaní), bit sa úplne ukáže, že bude úplne. Ak je expozícia navrhnutá bez chýb, potom "komprimuje" bez skreslenia 30-48 bitov v norme 24 nie je obzvlášť zložitá úloha.

Je zrejmé, že dynamický rozsah CCD matrice by mal byť základom pre zvýšenie vypúšťania BTP, pretože s úzkym dynamickým rozsahom ADCS s 10-12 bitmi k kanálu jednoducho nič rozpoznať. A často nie je možné sa nazývať inak ako reklamný trik zmienky o "36-bitovom" a dokonca aj "48-bitovej" farbe skromného "mydla" s maticou v polovici uhlopriečku, pretože aj 30-bitový Farba vyžaduje aspoň senzor s uhlopriečkou 2/3 palca.

Prvýkrát, zásada CCD s myšlienkou udržiavať a potom prečítať elektronické poplatky, vyvinuli dvaja inžinieri Bell Corporation na konci 60. rokov počas vyhľadávania nových typov pamäte pre počítače schopné nahradiť pamäť na ferit krúžky (áno - áno, bola tu taká pamäť). Táto myšlienka sa ukázala byť nevynikajúca, ale schopnosť silikónu reagovať na viditeľné žiarenie spektrum a myšlienka na použitie tejto zásady pre spracovanie obrazu bola vyvinutá.

Začnime s dešifrovaním termínu.

Skratka CCD znamená "nástroje s nabíjacou komunikáciou" - tento termín bol vytvorený z anglických "nabíjaných zariadení" (CCD).

Tento typ prístroja má v súčasnosti veľmi širokú škálu aplikácií v širokej škále optoelektronických zariadení na registráciu obrazu. V každodennom živote sú to digitálne fotoaparáty, videokamery, rôzne skenery.

Čo odlišuje CCD prijímač z bežného polovodičového fotodika, ktorý má fotosenzitívnu plochu a dva elektrické kontakty na odstránenie elektrického signálu?

Najprv , také fotosenzitívne miesta (často nazývané pixely - prvky prijímajúce svetlo a transformujú ho na elektrické poplatky) v CCD prijímači, od niekoľkých tisíc do niekoľkých sto tisíc a dokonca niekoľko miliónov. Rozmery jednotlivých pixelov sú rovnaké a môžu byť z jednotiek až po desiatky mikrónov. Pixely môžu byť postavené v jednom riadku - potom sa prijímač nazýva PZS-line, alebo s dokoncami radmi naplnenia povrchovej plochy - potom sa prijímač nazýva CCD matricu.

Správne prvky prijímajúce svetlo (modré obdĺžniky) v CCD LINE A CCD MATRIX.

Po druhé , V CCD prijímači, externe podobné zvyčajnému čipu, nie je žiadne obrovské množstvo elektrických kontaktov na výstup elektrických signálov, ktoré sa zdajú byť z každého prvku prijímajúceho svetla. Elektronický obvod však je pripojený k CCD prijímačovi, ktorý vám umožní odstrániť elektrický signál z každého fotosenzitívneho prvku, úmerné jeho osvetlenia.

Akcia CCD môže byť opísaná nasledovne: Každý fotosenzitívny prvok - pixel - funguje ako prasiatko pre elektróny. Elektróny vznikajú v pixeloch pod akciou svetla, ktoré pochádzajú zo zdroja. Počas určeného časového intervalu sa každý pixel postupne naplní elektrónmi v pomere k počtu svetla v ňom, ako kecket na ulici počas dažďa. Na konci tohto času sa elektrické poplatky nahromadené každým pixelom prechádzajú do "výstupu" zariadenia a sú merané. To všetko je možné kvôli určitej štruktúre kryštálu, kde sú umiestnené fotosenzitívne prvky a elektrický riadiaci obvod.

Takmer presne presne CCD Matica tiež funguje. Po expozícii (osvetlenie premietaného obrazu), elektronický riadiaci obvod prístroja mu dáva komplexný súbor impulzov, ktoré začínajú posunúť stĺpce s elektrónmi akumulovanými v pixeloch na okraj matice, kde existuje podobné meranie CCD Register, poplatky, v ktorých sú už posunuté v kolmom smere a pád na merací prvok, vytvárajú signály v ňom úmerné jednotlivým poplatkom. Tak, pre každý nasledujúci čas, môžeme dostať hodnotu nahromadeného náboja a zistiť, čo pixel na matrici (číslo riadka a číslo stĺpca) zodpovedá.

Krátke o fyzike procesu.

Zaznamenávame, že CCD patrí k produktom tzv. Funkčnej elektroniky, nemôžu byť predložené ako súbor jednotlivých rádiových prvkov - tranzistory, odpor a kondenzátory. Základom práce je zásada účtovania. Zásada účtu využíva dve pozície známe z elektrostatických údajov:

1. obvinenia z rovnakého mena sa odpudzujú
2. poplatky sa snažia usadiť, kde je ich potenciálna energia minimálna. Tí. Zhruba - "ryby hľadajú, kde hlbšie."

Najprv si predstavte kondenzátor mos (MOP - zníženie zo slov polovodičovky oxidu kovu). To je to, čo zostáva z tranzistora MOS, ak z neho odstránite zásoby a zdroj, to znamená, že elektróda oddelená od kremíkovej vrstvy dielektriky. Pre istotu predpokladáme, že polovodič je P-typ, t.j., koncentrácia otvorov v rovnovážnych podmienkach má veľa (niekoľko objednávok) viac ako elektróny. V elektrofyzics "Hole" zavolajte nabitie, obrátenie nabitia elektrónu, t.j. Pozitívny poplatok.

Čo sa stane, ak sa na takejto elektróde (sa nazýva uzávierka), aby ste predložili pozitívny potenciál? Elektrické pole vytvorené uzáverom, preniknutím do kremíka cez dielektrické, odpudzuje pohybujúce sa otvory; Existuje vyčerpaná oblasť - niektoré z hľadiska silikónu bez z hlavných nosičov. V parametroch polovodičových substrátov typických pre CCD je hĺbka tejto oblasti približne 5 mikrónov. Naopak, elektróny, ktoré tu vznikajú pod vplyvom svetla, priťahujú uzávierku a budú hromadiť na hranici sekcie oxidu-kremík priamo pod uzáverom, to znamená, že spadajú do potenciálnej jamy (obr. 1).

Obr. jeden
Tvorba potenciálnej jamy, keď sa napätie aplikuje na priehradu

V tomto prípade sú elektróny čiastočne neutralizované elektrickým poľom vytvoreným v polovodičovom rukoväti, a nakoniec môže úplne kompenzovať, takže celé elektrické pole padne len na dielektriku a všetko sa vráti do jeho Originálny stav - výnimkou, že na rozhraní sa vytvorí tenká vrstva elektrónov.

Povoľte, aby ste teraz v blízkosti uzávierky, existuje iná uzávierka a pozitívny potenciál je tiež podávaný aj na ňom a viac ako prvý (obr. 2). Ak sa nachádzajú len uzávery, ich potenciálne jamy sú kombinované a elektróny, ktoré sú v jednej potenciálnej jamke, sa presúvajú do susedného, \u200b\u200bak je to "hlbšie".
Obr. 2.
Prekrývajúcich sa potenciálnych otvorov dvoch úzko usporiadaných žalúzií. Poplatok prúdi do miesta, kde je potenciálna jamka hlbšia.

Teraz by malo byť jasné, že ak máme reťazec uzáverov, potom môžete, kŕmenie na nich zodpovedajúce kontrolné napätie, prenášať lokalizovaný nabíjací balíček pozdĺž takejto štruktúry. Nádherná vlastnosť CCD je vlastnosť samočinného skenovania - je to, že pre kontrolu reťaze uzávery akejkoľvek dĺžky je len tri hodiny pneumatík. (Termín pneumatiky v elektronike je elektrický prúdový vodič, ktorý spája rovnaký typ prvkov, hodinových autobusov - vodiče, pre ktoré sa prenášajú napätie vysídlené vo fáze.) Skutočne, pre prenos nabitých paketov je potrebné a dostatočne tri elektródy: jeden prenášanie, jeden prijímací a jeden izolačný, oddeľovací pár. Prijímanie a prenášanie navzájom, a tie isté elektródy takýchto trojlôžkových zariadení môžu byť navzájom pripojené do jedinej pneumatiky, ktoré vyžadujú len jeden externý výstup (obr. 3).

Obr. 3.
Najjednoduchší trojfázový CCD register.
Poplatok v každej potenciálnej jamke je iný.

Toto je najjednoduchší trojfázový register posunu na CCD. Hodinové grafy takéhoto registra sú znázornené na obr. štyri.

Obr. štyri
Hodiny grafov kontroly trojfázového registra sú tri meandr posunuté o 120 stupňov.
Pri zmene potenciálov, pohybu poplatkov.

Je možné vidieť, že pre svoju normálnu prevádzku v každom okamihu času musí byť aspoň jeden hodinový pneumatika prítomný vysoký potenciál a aspoň jeden - nízky potenciál (bariérový potenciál). S rastúcim potenciálom na jednom zbernici a spúšťanie na inom (predchádzajúcom), súčasný prenos všetkých nabitých paketov pod priľahlými uzávermi, a pre celý cyklus (jeden hodiny na každej fázovej zbernici) prebieha (posun) nabitých paketov na jednu Register Element.

Pre lokalizáciu nábojových paketov v priečnom smere sa tzv. SO-tzv. Stop kanály tvoria úzke prúžky so zvýšenou koncentráciou hlavných zliatinových nečistôt, ktoré idete pozdĺž prenosového kanála (obr. 5).

Obr. päť.
Zobrazenie registra "TOP".
Prenosový kanál v bočnom smere je obmedzený na zastavenie kanálov.

Faktom je, že z koncentrácie legovania nečistoty závisí, s tým, čo konkrétne, napätie na bráne pod ním je vytvorená vybitá oblasť (tento parameter nie je ničím iným ako prahové napätie štruktúry MOS). Z intuitívnych úvah je zrejmé, že čím väčšia je koncentrácia nečistoty, to znamená, že viac otvorov v polovodičovi, tým ťažšie jazdia do hĺbky, to znamená, že čím vyššie je prahové napätie alebo pri jednom napätí, Čím nižší potenciál v potenciálnej jame.

Problém

Ak sa vo výrobe digitálnych zariadení, variácie parametrov na doske môže dosiahnuť niekoľkokrát bez zjavneho účinku na parametre získaných prístrojov (pretože práca prichádza s diskrétnymi úrovňami napätia), potom v CCD zmene, povedzme, Koncentrácia nečistoty legovania je 10%, ktorá je už označená v obraze. Veľkosť kryštálu a nemožnosť rezervácie, rovnako ako v bis pamäte, pridáva svoje vlastné problémy, takže chybné oblasti vedú k disrepairom celého kryštálu.

Výsledok

Rôzne pixely CCD matrice majú technologicky odlišnú citlivosť na svetlo a tento rozdiel sa musí nastaviť.

V digitálnom CMA sa táto korekcia nazýva systém AUTO GAIN CONTROL (AGC)

Ako funguje systém AGC

Pre jednoduchosť úvahy neberieme niečo konkrétne. Predpokladajme, že na produkte ADC uzol CCD má niektoré potenciálne úrovne. Predpokladajme, že 60 je priemerná úroveň bielej.

1. Pre každý pixel sa CCD riadok číta, keď osvetľuje jej referenčným bielym svetlom (a vo vážnejších zariadeniach - a čítanie "čiernej úrovne").
2. Hodnota sa porovnáva s referenčnou úrovňou (napríklad priemerom).
3. Rozdiel medzi výstupnou hodnotou a referenčnou úrovňou sa pripomína pre každý pixel.
4. V budúcnosti je pri skenovaní, tento rozdiel je kompenzovaný za každý pixel.

Inicializácia systému AGC sa vykonáva pri každom inicializácii systému skenera. Pravdepodobne ste si všimli, že keď je auto zapnuté, po určitom čase sa vozík skenera začne vykonávať progresívne pohyby (udusovanie u h / b pruhy). Toto je proces inicializácie systému AGC. Systém zohľadňuje aj stav lampy (starnutie).

Asi ste pravdepodobne venovali pozornosť, že malé MFP vybavené farebným skenerom "rozsvietia lampu" tri farby v odbočení: červená, modrá a zelená. Potom je len podsvietenie originálu zapálené bielym. Toto sa vykonáva pre lepšiu korekciu citlivosti matrici oddelene cez kanály RGB.

Skúšobný poltón Skúška tienia) Umožňuje iniciovať tento postup na žiadosť inžiniera a priniesť korekčné hodnoty za reálne podmienky.

Pokúsme sa to zvážiť na skutočné, "bojové" auto. Urobíme dobre známe a populárne zariadenie Samsung SCX-4521 (Xerox PE 220).

Treba poznamenať, že v našom prípade sa CCD stane CIS (kontaktný obrazový snímač), ale podstata toho, čo sa deje v koreňoch, sa nemení. Jednoducho sa používa ako svetelný zdroj LED.

Takže:

Obrazový signál z CIS má úroveň približne 1,2 V a vstupuje do sekcie ADC (SATS) regulátora zariadenia (SATSP). Po SATSP sa analógový cis signál prevedie na 8-bitový digitálny signál.

Obrazový procesor v SATSP primárne používa funkciu korekcie tónov a potom funkcia korekcie gama. Potom sa údaje privádzajú do rôznych modulov v súlade s režimom prevádzky. V textovom režime sa tieto obrázky zaregistrujú na modul LAT, v režime Photo, obrazové údaje prijímajú modulom "Chyba diffúzneho" modulu, v režime PC-scan, obrazové dáta prichádzajú priamo do osobného počítača prostredníctvom prístupu DMA.

Pred testovaním vložte niekoľko čistých listov bieleho papiera na expozičné sklo. Je samozrejmé, že optika, B / B pásmo a všeobecne skener uzol zvnútra by mal byť pre-olízal

1. Vyberte v režime TECH
2. Stlačením tlačidla ENTER naskenujte obrázok.
3. Po skenovaní sa vytlačí "CIS Shading Profile" (profil SLOKONE CIS). Príklad takéhoto listu je uvedený nižšie. Nie je potrebné, aby to bola kópia vášho výsledku, ale zatvoriť v obraze.
4. Ak je vytlačený obrázok veľmi odlišný od obrázka uvedeného na obrázku, potom CIS je chybný. Upozornenie - v dolnej časti hlásenia Písomné "Výsledky: OK". To znamená, že systém závažných sťažností na modul CIS nemá č. V opačnom prípade budú uvedené výsledky chýb.

Príklad profilu tlače:

Veľa šťastia!!

Na základe základu sa považujú materiály výrobkov a prednášok Štátnej univerzity v St. Petersburg (LSU), SPBET (LETI) a AXL. Ďakujem.

Materiál pripravený V. Shelenberg

Po prečítaní predchádzajúcej časti by náš čitateľ mohol mať dojem, že CCD matrica bola druhom "čierneho boxu", vynikajúce "elektronické záporné" po svetelnom obraze vytvorenom objektívom vytvoreným objektívom a že obrázok obrázok je tiež ovplyvnená výlučne snímač veľkosti.

Rovnaký pohľad je dodržiavaný predajcom digitálnych fotografických zariadení, jemne, ale pretrvávajúce tlačenie potenciálneho kupujúceho, aby získal model s čo najviac veľkou veľkosťou matrice, aj keď neexistujú objektívne dôvody pre takýto nákup. Častejšie ako "návnada" pre klienta, rôzne druhy "jedinečného vývoja" vykonávajú pri vytváraní matrice, ktorá, podivne, sa nevzťahujú na nikoho od iných výrobcov.

Začiatočník fotograf je ťažké rozlíšiť propagačné sľuby od skutočne efektívneho inžinierstva. Tento článok sa pokúsi "oddeliť zrná z kurva", ale na začiatok sa musíte zoznámiť so základnými definíciami digitálnej fotografie.

Ako sa fotón stane elektrónom

Poplatky za poplatky, Transformácia fotónov do elektrónu je vyrobená v dôsledku interného fotografického efektu: absorpcia svetla kvantového kvantového grilu s polovodičovou kryštálovou mriežkou s uvoľňovaním nosičov nabíjania. Môže to byť buď pár "elektrón + otvor", alebo jediný nosič nabíjania - druhý sa vyskytuje pri používaní donorov alebo akceptorových nečistôt v polovodičovom nosiči. Je zrejmé, že vytvorené nosiče nabíjania musia nejako uložiť pred čítaním.

Na tento účel je hlavným materiálom CCD matrice je silikónový substrát P-typ - vybavený kanálmi z polovodičov typu N N-typu, nad ktorými sú elektródy vyrobené z polykryštalického kremíka. Po elektrickom potenciáli, potenciálna jama je vytvorená pod elektródou elektrického potenciálu v vyčerpanej zóne v rámci kanála N-typu, ktorých vymenovanie je uložiť poplatok, "ťažiť" prostredníctvom interného fotografického efektu. Čím viac fotónov padajú na CCD element (pixel) a premeniť sa na elektróny, tým vyšší je náboj nahromadený jamkou.

Prvok CCD matrice

Pixel CCD-Matrix Sekcia

Ak chcete získať "elektronické negatívne", je potrebné zvážiť poplatok za každú potenciálnu jamu matrice. Tento poplatok dostal meno foto prúdu, jeho hodnota je pomerne malá a po čítaní vyžaduje povinný zisk.

Čítanie nabíjania je vyrobené zariadením pripojeným k najvýraznejšiemu riadku matrice, ktorý sa nazýva register sekvenčného posunu. Tento register je radom PZD prvkov, z ktorých sa načítajú striedavo. Pri čítaní poplatku je schopnosť CCD prvkov k pohybu obvinenia z potenciálnych jamiek sám, preto sa dáta zariadenia nazývajú nabíjačky s obvineniami. Na tento účel prenášajú elektródy (prenosová brána), ktorá sa nachádza medzi prvkami PSZ. Tieto elektródy sú obsluhované potenciálom, "vyraďujú" poplatok z jednej potenciálnej jamy a vysiela ho na druhú.

Keď synchrónne predloží potenciál, prenosové elektródy sú zabezpečené simultánny prenos všetkých čiar riadku doprava doľava (alebo doľava doprava) v jednom pracovnom cykle. Nabíjanie sa ukázalo ako "nadbytočné" na výstup z CCD matrice. Sekvenčný posun register konvertuje poplatky za vstup do vstupu do formy paralelných "reťazcov" do sekvencie elektrických impulzov rôznych hodnôt na výstup. Ak chcete odoslať tieto paralelné "reťaze" k vstupu sekvenčného registra, opäť sa používa register Shift, ale tentoraz je paralelný.

PZD-matrica

Pixel CCD-Matrix Sekcia

V skutočnosti je paralelný register samotný CCD-matica, ktorý vytvára elektronický "odlievanie" svetelného obrazu, pomocou množiny fotokurvitov. Matrica je rôzne po sebe idúcich registrov nazývaných stĺpce a synchronizované medzi sebou. Výsledkom je, že pracovný cyklus nastáva synchrónne "pošmyknutia" fotokok dole a "zbytočné" obvinenia z dolného riadka matrice sa dostanú do sekvenčného registra.

Vyplýva z vyššie uvedeného, \u200b\u200bdostatočne veľký počet ovládacích prvkov mikroobvodov, synchronizácia toku potenciálov na paralelný aj na registre sériového posuvu. Je zrejmé, že sériový register by mal byť úplne bez poplatkov v intervale medzi paralelnými registračnými hodinami, takže sa vyžaduje mikroobvod, synchronizácia oboch registrov.

Čo pozostáva z pixelu

Podľa vyššie uvedenej schémy, tzv. Full-rám CCD MATRIX (Full-Form CCD-MATRIX) funguje, jeho prevádzkový režim ukladá určité obmedzenie na dizajn fotoaparátu: ak proces čítania fototokok nezastavuje expozíciu, "extra "Poplatok generovaný fotografiami na pixeloch" mysle "podľa rámu. Preto je potrebný mechanický uzáver, prekrývajúci sa tok svetla na senzor na čas potrebný na čítanie obvinení zo všetkých pixelov. Je zrejmé, že takáto schéma pre čítanie fototokov neumožňuje video stream na výstupe z matrice, takže sa používa len vo fotografii.

Avšak, redundantný poplatok môže byť nahromadený v potenciálnej jamke a pri fotografovaní - napríklad s príliš "dlhou" expozíciou. "Extra" Elektrony majú tendenciu "rozdrviť" v susedných pixeloch, ktoré sa zobrazujú na obrázku bielych škvŕn, ktorých veľkosť je spojená s prepadom. Tento efekt sa označuje v kvitnutí (z anglického kvitnutia - "Blur"). Boj proti rozmazaniu sa vykonáva elektronickým drenážou (odtokom) - odstránenie z potenciálnej studne redundantného poplatku. Existujú dva hlavné typy drenážov: vertikálne (vertikálne prepadové odtok, vod) a strana (bočný prepadový odtok, LOD).

Bočné drenážne CCD Matica

Schéma bočnej drenáže

Na implementáciu vertikálnej drenáže na substráte EOP sa potenciál podáva, ktorý pri pretečení hĺbky potenciálnej jamy zaisťuje expiráciu prebytočných elektrónov cez substrát. Hlavným mínus takéhoto systému je znížiť hĺbku potenciálneho dobre, v dôsledku čoho sa dynamický rozsah zúžení. A v matriciach s inverzným osvetlením (fotóny v nich prenikajú do senzora, bez elektródy potenciálnej jamy a na strane substrátu) vertikálnej drenáže všeobecne.

Bočná drenáž sa vykonáva pomocou špeciálnych "drenážnych drážok", v ktorom prebytočné elektróny "tok". Na vytvorenie týchto drážok sú položené špeciálne elektródy, na ktorých sa dodáva potenciálne formy drenážny systém. Ostatné elektródy vytvárajú bariéru, ktorá predčasný "útek" elektrón z potenciálnej jamy.

Z popisu, s bočnou drenážou, hĺbka potenciálnej jamy sa nezníži, ale oblasť pixelovej fotosenzitívnej oblasti je narezaná. Napriek tomu je nemožné robiť bez odvodnenia, pretože Bluing narúša snímku viac ako všetky ostatné typy rušenia. Preto sú výrobcovia nútení dodržiavať komplikáciu dizajnu matríc.

Tak, "páskovanie" akéhokoľvek pixelu pozostáva z aspoň nabitia elektródami nabíjania a zo zložiek drenážneho systému. Väčšina matríc CCD sa však vyznačuje zložitejšou štruktúrou ich prvkov.

Pixel optika

CCD matrice používané v kamkordéroch a vo väčšine amatérskych digitálnych fotoaparátov poskytujú nepretržitý tok impulzov na ich výstup, a prevádzku optickej dráhy sa nevyskytuje. Aby sa nepoužívali "mazacie" obrazy, CCD matrice so stĺpcovým pufrom (Interline CCD-matrix) sa používajú.

CCD matrica so stĺpikmi pufrovanie

Štruktúra matrice s pufrovacími stĺpmi

V takýchto senzoroch vedľa každého stĺpca (ktorý je sekvenčným posuvným registrom) je umiestnený tlmivý kolóna (aj sériový posun register) pozostávajúci z PZD prvky potiahnutých nepriehľadnými pásmi (častejšie metalické). Súcit stĺpcov vyrovnávacej pamäte je pufrovaný paralelný register a stĺpce tohto registra "zmiešané" s väčším stĺpcami.

V jednom pracovnom cykle, fotosenzitívny paralelný šmykový register dáva všetky svoje fotografie do vyrovnávacej pamäte paralelného registra pomocou "horizontálneho posunu" obvinení, po ktorých je fotosenzitívna časť pripravená opäť expozíciu. Potom je tu riadok "posun vertikálne" nabíjanie pufru paralelného registra, ktorého spodná línia je vstupom sekvenčného registra posunu matrice.

Je zrejmé, že prenos náboja matrice do pufrového paralelného šmykového registra trvá malý časový interval a prekrýva svetlo prúdu mechanickej uzávierky nie je potrebné - jamy nebudú mať čas na prepadanie. Na druhej strane, požadovaný čas expozície je zvyčajne porovnateľný s časom čítania celého vyrovnávacieho paralelného registra. Vďaka tomu môže byť interval medzi expozíciou upravený na minimum - v dôsledku toho, video signál v moderných videokamerach je vytvorený s frekvenciou 30 snímok za sekundu a vyššie.

Na druhej strane sú snímače s pufrovacími stĺpmi rozdelené do dvoch kategórií. Pri čítaní pre jeden takt všetkých čiar môžete hovoriť o matrici s progresívnym šírením (progresívne skenovanie). Keď sa v nepárnych riadkoch čítajú pre prvý úder, a na druhý - dokonca (alebo naopak) hovoríme o matici s prekladanou mriežkou (interlace skenovanie). Mimochodom, na úkor znenia anglických výrazov "Matrix s pufrovaním stĺpcov" (zakladanie) a "Interlaced Matrix" v domácich literatórnych snímačoch s pufrovacími čiarami sa často mylne nazývajú prekladané.

Podivne, "balenie" nabíjania (SMEAR) sa vyskytuje v matriciach s pufrovaním stĺpcov. Je to spôsobené čiastočným tokom elektrónov z potenciálnej studne fotosenzitívneho PZD prvku do potenciálnej jamy umiestnenej v blízkosti pufrového prvku. To sa často často deje v blízkosti maximálnej úrovne fotokurénu spôsobené veľmi vysokým osvetlením pixelov. Výsledkom je, že svetelný panel sa tiahne hore a dole z tohto svetlom bodu, ktorý kazí rám.

Na tento fenomén proti tomuto fenoménu sa zvyšuje vzdialenosť medzi fotosenzitívnymi a pufrovými PZS-prvkami. Výsledkom je, že výmena poplatku je komplikovaná a čas strávený v tomto čase sa zvyšuje, avšak skreslenie rámu spôsobené "skladaním" je stále príliš viditeľné, aby boli zanedbané.

Porupu stĺpcov tiež umožňuje implementovať elektronickú uzávierku, s ktorou môžete opustiť mechanické prekrývanie svetelného toku. Pomocou elektronickej uzávierky môžete získať ultra-low (až 1/10000 sekundu) hodnoty výňatok nedosiahnuteľné pre mechanickú uzávierku. Táto funkcia je obzvlášť dôležitá pri fotografovaní športových súťaží, prírodných javov atď.

Na implementáciu elektronického uzávierky sa vyžaduje anti-pluginová drenáž. So veľmi krátkymi výňatkami, ktoré v trvaní je menej ako čas nabíjania z potenciálneho dôchodkového citlivého PZD prvku v potenciálnej vyrovnávacej pamäti, drenáž hrá úlohu "cut-off". Toto "cut-off" zabraňuje pufru PZS-prvok elektrónov na jamku, ktorá sa vyskytla v dobre citlivom prvku Yam po dobe exspirácie.

Štruktúra pixelov - s mikrolínmi a obyčajným

Stupeň koncentrácie svetelného toku počas prechodu cez mikrolyny závisí od technologickej úrovne výrobcu matrice. Existujú dosť zložité štruktúry, ktoré zabezpečujú maximálnu účinnosť týchto miniatúrnych zariadení.

Avšak, pri použití mikrólínov, pravdepodobnosť, že lúče svetla pádu vo veľkom uhle k normálu sa výrazne zníži, prenikli do fotosenzitívnej oblasti. A s veľkou dielou membrány je percento takýchto lúčov dosť veľké. Intenzita účinku svetelného toku na matrici sa teda znižuje, to znamená hlavný účinok, pre ktorý sa otvorí membrána.

Avšak, poškodenie z takýchto lúčov nie je menej ako dobré. Faktom je, že, preniknutie do silikónu vo veľkom uhle, fotón môže vstúpiť do matrice na povrchu jedného pixelu a zaklopať elektrón v druhom tele. To vedie k skresleniu obrazu. Preto sa oslabije účinok takéhoto "brnenia piercing", povrch matrice, s výnimkou fotosenzitívnych oblastí, je pokrytá nepriehľadnou maskou (častejšie kovové), čo ďalej komplikuje konštrukciu matríc.

Okrem toho mikrolióny robia určité skreslenie v zaznamenanom obraze, vybudovať hrany čiar, ktorých hrúbka na pokraji rozlíšenia senzora. Ale tento negatívny účinok môže byť čiastočne užitočný. Takéto jemné línie môžu viesť k kroku (aliasing) obrazu vyplývajúceho z priradenia pixelu určitej farby, bez ohľadu na to, či je pokrytá časťou obrazu úplne alebo len jeho časť. Kroky vedie k vzhľadu v obraze roztrhaných línií s "JAR" na okrajoch.

Je to spôsobené rýchlosťou komory s veľkými veľkými matricami s plným rámom sú vybavené filtrami proti aliasovým filtrom a cena týchto zariadení je pomerne vysoká. No, matice s mikróliami tento filter nie sú potrebné.

Kvôli rôznym požiadavkám na kvalitu sa obraz matrice s pufrovacími stĺpcami používajú hlavne v amatérskych zariadeniach, zatiaľ čo snímače plného rámca sa usadili v profesionálnych a štúdiových komorách.

Pokračovanie nabudúce

Tento článok poskytuje popis, ak tak môžete povedať, geometriu pixelu. Podrobnejšie informácie o procesoch vyskytujúcich sa počas registrácie, skladovania a čítania poplatku bude povedané v nasledujúcom článku.

Čo je CCD Matrix?

Trochu histórie

Fotografické materiály boli použité ako prijímač svetla staršie: fotoplastické, fotoplot, fotografický papier. Neskôr sa objavili televízne kamery a feu (foto-elektrický multiplikátor).
Koncom 60. rokov - začiatkom 70. rokov bol vyvinutý takzvaný "poplatky za poplatok", ktorý je skrátený ako CCD. V anglickom jazyku vyzerá ako "zariadenia nabíjania" alebo skrátené - CCD. Matica CCD v zásade položia, že silikón je schopný reagovať na viditeľné svetlo. A táto skutočnosť viedla k myšlienke, že tento princíp môže byť použitý na získanie obrazu svetelných objektov.

Astronómovia patrili medzi prvý, ktorí rozpoznali mimoriadnu CCD schopnosť zaregistrovať obrázky. V roku 1972, skupina výskumných pracovníkov z JPL (Laboratórium pohybu Jet, USA) založilo program CCD vývojový program pre výskum astronómie a vesmíru. O tri roky neskôr, v spojení s vedcami Univerzity Arizona, tento tím dostal prvý astronomický CCD obraz. Na obrázku uránu v blízkom infračervenom rozsahu boli tmavé škvrny v blízkosti južného pólu planéty objavené s polovičným a polovičným ďalekohľadom, svedkami odtiaľ metán ...

Použitie CCD matrice dnes bolo široko používané: Digitálne fotoaparáty, videokamery; CCD matrica, keď sa fotoaparát stal možným vložiť aj do mobilných telefónov.

CCD zariadenie

Typické CCD Zariadenie (obr. 1): Na polovodičovom povrchu je tenký (0,1 až 0,15 um) dielektrická vrstva (zvyčajne oxidovaná), na ktorej sú umiestnené pásy vodivých elektród (z kovu alebo polykryštalického kremíka). Tieto elektródy tvoria lineárny alebo matricový pravidelný systém a vzdialenosti medzi elektródami sú tak malé, ktoré sú nevyhnutné pre účinky vzájomného vplyvu susedných elektród. Princíp prevádzky CCD je založený na výskyte, skladovaní a smerovom prenose nabitých paketov v potenciálnych jamkách vytvorených v polovodičovej vrstve s blízkou povrchovou povrchovou úpravou, keď sa aplikuje na elektródy vonkajšieho elektrického namáhania.

Obr. 1. Hlavné zariadenie CCD matrice.

Na obr. 1 C1, C2 a C3 znaky označujú kondenzátory MOS (kov-polovodičový kov).

Ak existuje pozitívne napätie u akejkoľvek elektródy, potom sa v štruktúre MDP vyskytne elektrické pole, pod akciou, ktorého hlavné nosiče (otvory) sú veľmi rýchlo (pre jednotky pikosecondov) opustiť povrch polovodiča. Výsledkom je, že povrch vytvára vyčerpanú vrstvu, ktorej hrúbka je podiel alebo jednotka mikrometra. Neznostable nosiče (elektróny) generované v vyčerpanej vrstve pod pôsobením akýchkoľvek procesov (napríklad tepla), alebo tam z neutrálnych polovodičových oblastí podľa pôsobenia difúzie, sa budú pohybovať (pod pôsobením poľa) na hranicu polovodiča -Dielektrický úsek a lokalizovaný v úzkej inverznej vrstve. Povrch nastane teda potenciálna jama pre elektróny, do ktorých sa vytiahli z vyčerpanej vrstvy pod pôsobením poľa. Hlavné nosiče generované v vyčerpanej vrstve (otvory) pod pôsobením poľa sú hodené do neutrálnej časti polovodiča.
Počas určeného časového intervalu sa každý pixel postupne naplní elektrónmi v pomere k počtu svetla v ňom. Na konci tohto času sa elektrické poplatky nahromadené každým pixelom prechádzajú do "výstupu" zariadenia a sú merané.

Veľkosť fotosenzitívnych pixelových matríc je od jednej do dvoch až niekoľkých desiatok mikrónov. Veľkosť kryštálov halogénového striebra v fotosenzitívnej vrstve photoflinks sa pohybuje od 0,1 (pozitívne emulzie) do 1 mikrónu (vysoko citlivé negatívne).

Jedným z hlavných parametrov matrice je takzvaná kvantová účinnosť. Tento názov odráža účinnosť konverzie absorbovaných fotónov (Quanta) na fotoelektroniky a podobné fotografickému konceptu fotosenzitivity. Vzhľadom k tomu, energetická energia svetla závisí od ich farby (vlnovej dĺžky), nie je možné jednoznačne určiť, koľko elektrónov sa narodí v pixeli maticu, keď ich absorbujú, napríklad prúd sto heterogénnych fotónov. Preto sa kvantová účinnosť zvyčajne uvádza v pase na matrici ako funkciu z vlnovej dĺžky a v niektorých častiach spektra sa môže dosiahnuť 80%. Je oveľa väčšia ako oko fotoemulzie alebo očí (asi 1%).

Aké sú CCD matrice?

Ak sú pixely postavené v jednom riadku, prijímač sa nazýva PZS-pravítko, ak je povrchová plocha naplnená aj radmi - potom sa prijímač nazýva CCD matricu.

PZS-LINE mal širokú škálu aplikácií v 80. rokoch a 90s pre astronomické pozorovania. Stačilo, že vykonajte obrázok na riadku CCD a objavil sa na monitore počítača. Tento proces bol však sprevádzaný mnohými ťažkosťami, a preto v súčasnosti je PZS-line čoraz viac posunutá CCD matricami.

Nežiaduce účinky

Jedným z nežiaducich vedľajších účinkov prevodu nabíjania na CCD matricu, ktorý môže interferovať s pozorovaním, sú jasné vertikálne pruhy (póly) na mieste jasných oblastí obrazu malej oblasti. Tiež možné nežiaduce účinky CCD matrice môžu byť pripisované: vysoký tmavý hluk, prítomnosť "slepých" alebo "horúcich" pixelov, nerovnomernej citlivosti v oblasti matrice. Na zníženie tmavého hluku sa autonómne chladenie matríc CCD používa na teploty -20 ° C a nižšie. Buď tmavý rám sa odstráni (napríklad s uzavretým šošovkom) s rovnakou trvanlivosťou (expozíciou) a teplotou, s ktorým bol vydaný predchádzajúci rámec. Následne je špeciálny program na počítači odpočítaný tmavým rámom z obrázku.

Televízne kamery založené na CCD matriciach sú dobré, pretože umožňujú získať obrazy rýchlosťou až 25 snímok za sekundu s rozlíšením 752 x 582 pixelov. Ale nevhodnosť objektov tohto typu astronomických pozorovaní je, že výrobca implementuje vnútorné cesty výrobcu (čítanie - skreslenie) pre lepšie vnímanie výsledného personálu s víziou. Ide o Aru (Automatizované nastavenie riadenia) a tzv. Účinok "ostrých hraníc" a iných.

Progress ...

Všeobecne platí, že používanie prijímačov CCD je oveľa pohodlnejšie ako používanie non-hotelových ľahkých prijímačov, pretože údaje získané okamžite ukázali byť vhodné na spracovanie na počítači a navyše rýchlosť získavania jednotlivých rámov je veľmi vysoká (od niekoľko snímok za sekundu na minúty).

V súčasnosti sa výroba CCD matríc rýchlo vyvíja. Počet "megapixelov" matríc sa zvyšuje - počet jednotlivých pixelov na jednotku plochy matrice. Kvalita obrázkov získaných CCD matricami sa zlepšuje atď.

Použité zdroje: \\ t
1. 1. Victor Belov. S presnosťou desatiny mikrónu.
2. 2. S.E.Guryanov. Stretnutie - CCD.