8. Разновидности пзс матриц

Самые простые по устройству ПЗС состоят из электродной структуры, осажденной прямо на слой изолятора, сформированного на поверхности пластины однородно легированного р-кремния. Заряд накапливается и переносится непосредственно в приповерхностном слое полупроводника. Такие приборы называются ПЗС с поверхностным каналом. Для поверхностного слоя характерно большое количество дефектов, что негативно влияет на эффективность переноса зарядов. Заряды захватываются на дефектах поверхностного слоя и медленно высвобождаются. Это приводит к размазыванию изображения. Дефекты поверхностного слоя могут также спонтанно эмитировать заряды, приводя к увеличению темнового сигнала (тока). Поверхностные состояния являются фактором, ограничивающим работоспособность ПЗС. Полностью избавиться от поверхностных состояний невозможно, но можно значительно улучшить характеристики прибора, храня и передавая зарядовые пакеты на некотором удалении от поверхности кристалла, т.е. сформировав объемный канал переноса. Этого результата можно достичь, если на подложке р-типа создать под окислом тонкий n-слой. Подобные приборы называются ПЗС с объемным каналом. Аналогичные рассуждения справедливы и относительно конструкции выходного усилителя, т.к. поверхностные дефекты могут очень сильно увеличивать шум усилителя. Выходной усилитель с объемным каналом имеет значительно лучшие характеристики. 

9. Чтение изображений

Во время экспозиции, длительность которой регулируется при помощи механического затвора, каждый пиксель постепенно заполняется электронами пропорционально количеству попавшего на него света.

По окончании съемки столбцы с накопленными в пикселях электронами начинают сдвигаться к краю матрицы, где находится аналогичный измерительный столбец. В нем заряды сдвигаются уже в перпендикулярном направлении и попадают на измерительный элемент, создавая в нем микротоки, пропорциональные этим зарядам. Таким образом, для каждого последующего момента времени мы можем получить значение накопленного заряда и определить, какому пикселю на матрице (номер строки и номер столбца) он соответствует. Эти данные по проводам поступают в компьютер, на экране которого восстанавливается изображение объекта, снимки которого затем можно обработать и сохранить в виде файла. В цифровых устройствах на ПЗС сигнальный заряд определенного значения соответствует 1, а пустая яма 0.

Вся эта непростая технология может быть наглядно проиллюстрирована с помощью элегантной аналогии, предложенной Джеромом Кристианом (Институт Карнеги в Вашингтоне). Предположим, вам необходимо измерить количество и распределение осадков, выпавших с дождем на некоторый экспериментальный участок. Для решения этой задачи можно сконструировать устройство, перекрывающее участок емкостями для воды, и с его помощью после окончания дождя приступить к измерениям. Включение транспортерных лент приведет к тому, что вода из наполненных верхних рядов емкостей начнет переливаться в пустые нижние и далее в измерительную емкость. Измеряя каждый раз количество добавочно поступившей воды, мы сможем рассчитать и нарисовать картину распределения количества осадков, упавших на разные части нашего участка. Практически точно так же работает и матрица ПЗС, только в этом случае дождевыми каплями являются фотоны.