Рис.1.3 Принцип устройства ПЗС матрицы с межстрочным переносом

В ПЗС с межстрочным переносом (interline transfer) рядом с каждым столбцом светочувствительных ячеек располагается столбец ячеек, закрытых от света. Получается, что светочувствительные ячейки образуют секцию накопления, а закрытые от света - секцию хранения. По окончании экспозиции зарядовый пакет из каждой ячейки секции накопления переносится в соседнюю ячейку секции хранения (на рис.1.3 этот перенос показан красными стрелками). При такой организации время межсекционного переноса получается намного меньше, чем в приборах с кадровым переносом, и эффект смаза практически отсутствует.

После окончания межсекционного переноса в секции накопления начинается формирование нового изображения, а изображение из секции хранения считывается так же, как в односекционном ПЗС.

1.3 Свойства и параметры ПЗС датчиков

1.3.1 Ёмкость ячейки ПЗС

Ёмкость ячейки (full well) определяет максимальное количество носителей заряда, которое в ней может поместиться. От неё зависит динамический диапазон прибора. Допустим, что в ячейку помещается 1000 электронов. Если для наглядности пренебречь шумами и различного рода потерями и искажениями при преобразовании зарядового пакета в напряжение, то с неё можно считать 1000 различных уровней сигнала. Это означает, что без искажений будет передано изображение, содержащее 1000 полутонов.

Обычное значение этого параметра для ПЗС, применяемых в массовой технике, например, в телевизионных камерах для систем охранного наблюдения, порядка 10-20 тысяч электронов. Для ПЗС, применяемых в измерительных системах, этот параметр более чем на порядок больше: 200-300 тысяч электронов.

1.3.2 Блюминг

Когда из-за избыточной освещённости в ячейке ПЗС образуется больший заряд, чем она может вместить, излишек заряда растекается по соседним ячейкам. В этом месте на изображении расплывается яркое пятно. Это явление называется блюмингом (blooming). В подавляющем большинстве ПЗС он различными способами нейтрализуется, и изготовители пишут, что в приборе есть антиблюминг.

1.3.3 Темновой заряд

В генерации заряда в светочувствительной ячейке участвуют не только падающие на неё фотоны, но и различные процессы, протекающие под воздействием температуры. Поэтому даже в полностью закрытом от света ПЗС через некоторое время возникает некое паразитное "изображение". Принято считать, что темновой заряд удваивается при повышении температуры на каждые 6-8°C. Поэтому при длительных экспозициях, применяемых для повышения чувствительности, ПЗС необходимо охлаждать. Для этого, в зависимости от предъявляемых требований, ПЗС стыкуют с термоэлектрическим холодильником Пельтье или охлаждают жидким азотом.

1.3.4 Электронный затвор

Электронный затвор - это особенность конструкции ПЗС, позволяющая при необходимости практически мгновенно уничтожить весь накопленный заряд. Например, если время между двумя кадровыми переносами обязано быть равным 20 мс, как в стандартной телевизионной камере (за это время секция хранения формирует стандартный кадр.), то через 18 мс после начала накопления заряда можно включить электронный затвор. Тогда всё полученное изображение будет уничтожено, накопление заряда начнётся сначала и время экспозиции окажется равным не 20, а 2 мс. Это можно использовать как при избыточной освещённости на объекте, так и при съёмке быстро движущихся объектов - подобно выдержке в обычном фотоаппарате.

1.3.5 Размер светочувствительной области

Исторически, со времён вакуумных передающих трубок, размер датчика изображения измеряется в некоторых "условных единицах", которые называются дюймами, но таковыми не являются. Например, когда пишут, что диагональ прибора равна 2/3 дюйма, это соответствует 11 мм.

2. Принцип работы АЦП