Источники и приемники излучения - Ишанин Г.Г.
ISBN 5-7325-0164-9
Скачать (прямая ссылка):
Практически в любом современном ФПЗС на одном кристалле с основными элементами ПЗС-структуры выполнен предварительный усилитель в виде отдельного МДП-транзистора (V3). Это значительно облегчает согласование ПЗС с последующими каскадами усиления, позволяет уменьшить до пренебрежимо малого уровня шумы внешнего усилителя.
Организация многоэлементных фотоприемников на основе ПЗС-структур. На рис. 6.17, а показан пример простейшего однострочного ФПЗС, в котором одни и те же ячейки МДП-структуры выполняют функции фоточувствительных элементов и элементов транспортного регистра переноса.
В период накопления на одну из управляющих шин Ф1—ФЗ подается постоянный потенциал, обеспечивающий образование
187
а)
«о---------
<Р2 о-------
<Р1 о—-J-
S)
Ф„ о-
- 5У}——
Ячейка секции ' накопления
¦ •------ ¦ --------*-----1 / нипип/тнии
П П П- П П R Vm03am8°P
‘ /|
%fo-
1 1 1 1 1
> 1 -
ВУ
4 Регистр переноса
Первый регистр
Ячейки секции накапления
Второй регистр
Рис. 6.17. Способы организации линейных структур ПЗС: а при объединении функций накопления и переноса зарядов в одной секции; б — при использовании раздельных секций для накопления и переноса зарядов; в — при использовании одной секции накопления и двух регистров переноса
потенциальных ям для неосновных носителей заряда под соответствующими металлическими электродами. На другие управляющие шины подается разделяющий потенциал, препятствующий взаимному перетеканию зарядов, накапливаемых в соседних потенциальных ямах.
После завершения цикла накопления на управляющие шины подаются импульсные напряжения, обеспечивающие переключение потенциальных ям, с целью перенести накопленные заряды в сторону выходного детектирующего устройства (ВУ).
Подобные ФПЗС можно применять в оптико-электронных системах (ОЭС) активного типа, в состав которых входит импульсный синхронизируемый источник излучения (импульсный лазер, светодиод и др.), а также в ОЭС пассивного типа, но снабженных специальным оптическим затвором. Это связано с тем, что во время переноса не должно происходить оптического экспонирования элементов. В противном случае неизбежно возникает «смазывание» зарядового рельефа за счет накопления во время
188
переноса. Таким образом, ФПЗС с совмещенным каналом накопления и переноса имеют весьма ограниченное применение.
Более совершенный однострочный ФПЗС содержит отдельную секцию накопления, состоящую из множества накопительных ячеек, подключенных к общей управляющей шине Фн (рис. 6.17, б), и транспортный регистр переноса, элементы которого подключены к трем управляющим шинам ФР1 —1Фр3. Регистр переноса обычно экранируется от внешнего оптического излучения. Между секцией накопления и регистром переноса имеется еще один управляющий электрод — затвор переноса. Ф3. Зарядовый рельеф из фоточувствительной области — секции накопления — под управляющие электроды регистра переноса перетекает при подаче на фотозатвор специального управляющего потенциала. Новый цикл накопления зарядов начинается после снятия управляющего потенциала с фотозатвора. Перенос зарядов к выходному устройству осуществляется точно так же, как в первом варианте однострочного ФПЗС.
Однако при большом числе (свыше 500) накопительных ячеек возможны значительные искажения зарядового рельефа в процессе переноса, поскольку зарядовые пакеты, расположенные на большем расстоянии от ВУ, претерпевают большее число актов передачи. В связи с этим более предпочтительна двухрегистровая организация однострочных ФПЗС (рис. 6.17, б).
В данном случае фоточувствительная секция накопления состоит из двух вложенных гребенчатых подсекций. Зарядовые пакеты, накапливаемые в каждой из подсекций, переносятся в свой транспортный регистр при подаче управляющего импульса на общий фотозатвор. С помощью двух регистров осуществляется параллельный перенос зарядов четных и нечетных ячеек секции накопления. В выходном устройстве зарядовые пакеты объединяются в одну последовательность видеоимпульсов. Таким образом, благодаря использованию двух параллельных регистров удается вдвое уменьшить число актов передачи заряда и, следовательно, уменьшить искажения, возникающие при переносе.
В настоящее время хорошо известны четыре способа конструктивной организации матричных многострочных структур ФПЗС: с координатной (поэлементной) выборкой накопленных зарядов; со строчной, кадровой и строчно-кадровой организациями. В силу целого ряда технологических факторов и учета возможностей многофункционального использования на практике наиболее распространены матричные ФПЗС с кадровой организацией (с кадровым переносом) и приборы с координатной выборкой элементов. Последние называют также приборами с зарядовой инжекцией (ПЗИ).
На рис. 6.18 показана структура типичного современного матричного ПЗС-фотоприемника с кадровым переносом, содержащего две независимые секции — накопления (СН) и памяти (СП), а также два регистра ввода—вывода — верхний (ВР) и нижний
189
Верхний регистр
Затвор о
%г о %3 о
Нижний регистр
Рис. 6.18. Структура матричного ПЗС-фотоприемника
