introduction

Dans ce cours, je vais considérer général Sur les appareils S. chargement commun, Paramètres, historique de la création, caractéristiques des chambres modernes du CCD-Chambers de la bande infrarouge moyenne.

À la suite de l'exécution papier à terme Il a étudié la littérature sur la création, le principe d'action, caractéristiques et l'utilisation de caméras CCD de la gamme moyenne IR.

CCD. Principe physique opérations de CCD. PZD-Matrix

Le dispositif de charge (CCD) est une série de structures de TIR simples (semi-conducteur de métal-diélectrique), formées sur un substrat à semi-conducteur commun de telle sorte que les bandes d'électrodes métalliques forment un système régulier linéaire ou matriciel dans lequel les distances entre Les électrodes adjacentes sont des mâles suffisants (Fig. 1). Cette circonstance détermine le fait que l'appareil définit l'influence mutuelle des structures TIR voisines.

Figure 1 - Structure CCD

Maintenance fins fonctionnelles CCD sensible à la photo - transformation des images optiques en une séquence d'impulsions électriques (génération vidéo), ainsi que de stockage et de traitement des informations numériques et analogiques.

Le CCD est effectué sur la base d'un seul silicium cristallin. Pour ce faire, sur la surface de la plaque de silicium, la méthode d'oxydation thermique crée un film diélectrique mince (0,1-0,0,15 μm) de dioxyde de silicium. Ce processus est effectué de manière à assurer la perfection de la section semi-conductrice semi-conductrice - diélectrique et minimisant la concentration de recombinations de centres à la frontière. Les électrodes d'éléments TIR individuelles sont en aluminium, leur longueur est de 3 à 7 microns, l'espace entre les électrodes est de 0,2-3 μm. Le nombre typique d'éléments TIR 500-2000 en linéaire et dans la matrice CCD; La zone de la plaque sous les électrodes extrêmes de chaque ligne est fabriquée par des transitions de transition destinées à l'entrée - sortie de la partie des charges (paquets chargés) de l'électricité. dans la méthode (injection p-n-entrée). Avec photoélectrique. La saisie des paquets chargés CCD est éclairée du côté frontal ou arrière. Avec l'éclairage frontal, les électrodes en aluminium sont utilisées pour éviter les effets d'ombrage des électrodes en aluminium, elles sont généralement remplacées par des films de silicium polycristallin fort (polycamine), transparent dans un spectre IR visible et voisin.

Principe de fonctionnement du CCD

Le principe général du CCD est le suivant. Si une tension négative est appliquée à n'importe quelle électrode métallique en métal, puis sous l'action du champ électrique du champ électrique, qui sont les principaux porteurs du substrat, laissent la surface de la profondeur du semi-conducteur. La surface forme également une zone appauvrie, laquelle dans le diagramme d'énergie est une fosse potentielle pour les supports non centraux - trous. Les trous de quelque manière que ce soit dans cette zone sont attirés par l'interface entre le semi-conducteur diélectrique et sont localisés dans une couche de surface étroite.

Si maintenant à l'électrode adjacente pour attacher une tension négative d'une plus grande amplitude, une fosse potentielle plus profonde est formée et les trous y avancent. Application des contraintes de contrôle nécessaires sur différentes électrodes du CCD, il est possible de fournir un stockage de charges dans certaines surfaces proches et de mouvements directionnels des charges le long de la surface (de la structure à la structure). L'introduction de l'emballage de charge (enregistrement) peut être effectuée soit la transition P-N située, par exemple, près de l'élément extrême CCD, ou de la génération de lumière. La sortie de charge du système (lecture) est le moyen le plus simple d'être effectué à l'aide de la transition P-N. Ainsi, le CCD est un dispositif dans lequel des informations externes (électriques ou signaux lumineux) Il est converti en paquets de charge de supports mobiles, définis dans les zones proches de la surface et les informations de traitement sont effectuées par le mouvement contrôlé de ces paquets le long de la surface. Évidemment, sur la base du CCD, vous pouvez construire des systèmes numériques et analogiques. Pour systèmes numériques Seul le fait de la présence ou de l'absence d'une charge de trous dans un ou plusieurs éléments du CCD est important, avec traitement analogique, ils traitent des valeurs des charges en mouvement.

Si un CCD à plusieurs éléments ou matricielle est d'envoyer le flux de lumière, la partie du semi-conducteur, la photogogénéoration des paires d'électrons débutera dans le semi-conducteur. Trouver dans la région de la CCD épuisée, les porteurs sont séparés et les trous s'accumulent dans des puits potentiels (la magnitude de la charge accumulée est proportionnelle à l'éclairage local). Après un certain temps (environ quelques millisecondes), une image de paquets de charge sera stockée dans la matrice CCD de la matrice CCD correspondant à la distribution d'illumination. Lorsque les impulsions d'horloge sont activées, les packages de charge se déplaceront vers le périphérique de sortie de lecture qui les convertit en signaux électriques. En conséquence, la sortie entraînera une séquence d'impulsions avec une amplitude différente, l'enveloppe, qui donne un signal vidéo.

Le principe de l'opération CCD sur l'exemple d'un fragment d'une chaîne des FPZS, contrôlée par un circuit TROTHOTA (trotho-phase), est illustré à la figure 2. Pendant l'horloge I (perception, accumulation et stockage d'informations vidéo) aux électrodes 1, 4, 7 est appliqué par t. N. Tension de stockage UXP, poussant les principaux porteurs - trous dans le cas de type silicone R-Type - dans la profondeur de la semi-conducteur et la formation de couches dressées avec une profondeur de 0,5 à 2 μm - des fosses potentielles pour les électrons. L'éclairage de la surface des FPZS génère des paires de trous d'électrons en excès dans le volume de silicium, et les électrons sont serrés dans des fosses potentielles, sont localisés dans une mince (0,01 μm) de la couche de surface proche sous les électrodes 1, 4.7, signal de formage Paquets de charge.

chargement de la caméra de communication infrarouge

Figure 2 - Schéma de travail d'un instrument triphasé avec relation de charge - registre de cisaillement

La valeur de la charge dans chaque paquet est proportionnelle à l'exposition de surface près de cette électrode. Dans des structures TIR bien formées, les charges générées à proximité des électrodes peuvent être maintenues relativement longtemps, mais sont progressivement dues à la génération de supports de charge par des centres d'impuretés, des défauts en volume ou au bord de la section ces charges s'accumuleront dans des puits potentiels jusqu'à ce que Les frais de signal dépassent et même remplissent complètement les fosses.

Au cours de TACT II (transfert de charge) aux électrodes 2, 5, 8, etc., la tension de lecture est supérieure à la tension de stockage. Par conséquent, sous les électrodes 2, 5 et 8, le potentiel plus profond se produit. Les casseroles que sous les électrons 1, 4 et 7, et en raison de la proximité des électrodes 1 et 2, 4 et 5,7 et 8, les barrières entre eux disparaissent et les électrons coulent dans les fosses potentielles plus profondes et plus profondes.

Au cours de l'horloge III, la tension sur les électrodes 2, 5, 8 diminue vers et depuis les électrodes 1, 4, 7 est retirée.

T. À propos. Tous les paquets de charge sont transférés le long de la chaîne PZS à droite à une étape égale à la distance entre les électrodes adjacentes.

À tout moment de fonctionnement sur les électrodes, directement non connectés à des potentiels ou, une petite tension de déplacement (1-3 B) (1-3 B) est supportée, ce qui permet d'être appauvrir les porteurs de charge de toute la surface du semi-conducteur et de l'atténuation sur les effets de recombinaison.

La répétition du processus de commutation de la tension est répétée, replacement via la transition extrême R-H de manière séquentielle tous les emballages de charge, excité, par exemple, la lumière dans la chaîne. Dans le même temps, les impulsions de tension surviennent dans la chaîne de sortie, proportionnelle à la valeur de charge ce paquet. Le motif d'éclairage est transformé en relief de charge de surface, qui, après la promotion, le long de la rangée entière est converti en séquence d'impulsions électriques. Plus le nombre d'éléments dans une chaîne ou une matrice (récepteurs numériques 1-IR; éléments à 2 tampons; 3 ccds, transmission incomplète de l'emballage de charge d'une électrode à l'autre et améliorée par cette distorsion d'informations. Pour éviter toute distorsion de Le signal vidéo accumulé en raison de la poursuite du temps d'éclairage de l'éclairage, sur le cristal FPZS crée des zones de perception spatialement séparées - l'accumulation et la lecture de stockage et de la première fois à fournir une photosensibilité maximale, et la seconde, au contraire, blindée de lumière. En FPZ linéaires (fig. 3, a) charges accumulées dans la chaîne 1 pour un cycle, transmise au registre 2 (des éléments pairs) et dans le registre 3 (d'impair). À l'époque, selon ces Registres, les informations sont transmises via la sortie 4 dans le schéma de combinaison du signal 5, une nouvelle trame vidéo s'accumule en ligne 1. FPZS avec transfert de cadre (Figure 3) Les informations perçues par la matrice d'accumulation 7 sont rapidement "RESET" dans la matrice de stockage 2, à partir de quels suiveur Il est lu par le registre CCD 3; Dans le même temps, la matrice 1 accumule un nouveau cadre.

Figure 3 - Accumulation et lecture d'informations dans un instrument photosensible linéaire (A), matricielle (B) avec attache de charge et dans l'instrument avec injection de charge.

Outre la structure la plus simple (figure 1), les autres types de leurs types ont été obtenus, en particulier des instruments avec des électrodes de chevauchement en polycremium (Figure 4), dans lesquels des spectacles photo actifs sont fournis sur toute la surface du semi-conducteur et une petite Gap entre les électrodes et les appareils avec asymétrie de propriétés proches de surface (par exemple, une couche diélectrique d'épaisseur variable - Figure 4), fonctionnant en mode deux temps. Une caractéristique fondamentalement est la structure du CCD avec un canal volumétrique (Figure 4) formé par diffusion d'impuretés. L'accumulation, le stockage, le transfert de charge se produisent dans un volume semi-conducteur, où moins de la surface, la recombinaison des centres et la mobilité des opérateurs ci-dessus. La conséquence de cela est une augmentation de la quantité de valeur et une diminution de la comparaison avec toutes les variétés du CCD avec le canal de surface.

Figure 4 - Variétés d'instruments avec cravate de charge avec des canaux de surface et volumineux.

Pour la perception des images couleur, une des deux manières sont utilisées: séparation d'un courant optique utilisant un prisme sur le rouge, le vert, le bleu, la perception de chacun d'eux avec un cristal spécial - cristal, mélangeant des impulsions de tous les trois cristaux en une signal vidéo unique; Création à la surface d'un FPZS d'un film ou d'un filtre à lumière codant en mosaïque formant un raster de triades multicolores.

Qu'est-ce qu'une matrice CCD?

Dispositif à couplage de charcuterie CCD ou appareil de remplacement de la matrice / de charge CCD - analogique microcircuit intégré, Dans le cadre de laquelle il existe des photodiodes photosensibles en silicium ou oxyde d'étain. Le principe de fonctionnement de ce microcircuit est basé sur la technologie des instruments avec la relation de charge (CCD).

Histoire de la matrice CCD

Pour la première fois, le dispositif de charge a été appliqué par George Smith et Willard Boyle (Willard Boyle) dans Bella Laboratories aux États-Unis At & T Bell Labs Corporation en 1969. Ils ont mené des recherches dans le domaine de la téléphonie vidéo et de la soi-disant » Mémoire à bulles semi-conductrice ".

Bientôt, les appareils miniatures étaient assez répandus et ont commencé à être utilisés comme dispositifs de mémoire dans lesquels la charge a été placée dans le registre d'entrée de la puce. Après un certain temps, la capacité de l'élément de mémoire à recevoir une charge en raison de l'effet photoélectrique était l'objectif principal de l'utilisation. Dispositifs CCD.

AVEN Un an plus tard, en 1970, les chercheurs ont pu corriger des images à l'aide des appareils de ligne les plus simples, qui ont réellement attribué des ingénieurs Sony. Cette société travaille toujours activement dans le domaine des technologies de la CCD, investissant d'énormes investissements financiers dans cette direction, à toutes reprendre la production de matrices CCD pour ses caméscopes. À propos, la puce CCD-Matrix a été installée sur la pierre tombale de la tête de Sony Kadzuo Iwam, décédé en 1982. Après tout, c'était celui qui se tenait aux origines du début de la production de la matrice de la CCD dans le volume de masse.

La contribution des inventeurs de la matrice CCD n'a pas été ignorée. En 2006, Willard Boyle et George Smith ont reçu une récompense de l'Académie nationale d'ingénierie américaine pour leurs développements dans ce domaine et ont été présentés en 2009 avec le prix Nobel de la physique.

Principe de fonctionnement de la matrice CCD

La matrice CCD est presque entièrement composée de polycamine, qui a été séparée à l'origine d'un substrat de silicium avec une membrane spéciale. Lorsque la contrainte est fournie à la membrane au moyen de passerelles polycémiques, les potentiels électriques situés à proximité des électrodes conductrices sont fortement modifiés.

Avant l'exposition et l'alimentation aux électrodes d'une puissance de tension spécifique, toutes les charges sont réinitialisées, qui ont été formées plus tôt, et il existe également une conversion de tous les éléments à un état identique ou initial.

La combinaison de contraintes sur les électrodes crée une marge potentielle ou une fosse dite, où les électrons s'accumulent, qui apparaissent dans une matrice de pixels spécifique pendant le processus d'exposition sous l'influence des rayons lumineux. En fonction de l'intensité du flux de lumière, la quantité d'électrons accumulées dans la fosse potentielle est également située, de sorte que plus la puissance de la charge finale d'un certain pixel.

Une fois l'exposition terminée, des modifications séquentielles de la tension d'alimentation des électrodes se produisent dans chaque pixel individuel, à côté de laquelle la répartition des potentiels est observée, à la suite de laquelle les charges sont déplacées dans une direction donnée - aux pixels de sortie de la matrice CCD.

Composition des éléments matriciels CCD

En termes généraux, la conception de l'élément CCD peut être représentée sous forme de type de substrat de silicium équipé de canaux de la semi-conducteur de type N. Sur les canaux, il y a des électrodes de silicium polycrystallin avec une membrane d'oxyde de silicium isolant.

Une fois que le potentiel électrique est fourni aux données des électrodes, dans une zone affaiblie sous le canal de type N, un piège potentiel se produit. Sa tâche principale est de sauver des électrons. Une particule de lumière tombant dans le silicium provoque la génération d'électrons qui sont attirés par un piège potentiel et y restent. Un grand nombre de photons ou de lumière vive offre une charge puissante de pièges, après quoi il est nécessaire de calculer et de renforcer la valeur de la charge reçue, quels spécialistes s'appellent un photocourant.

Le processus de lecture des cellules photo CCD est effectué avec les registres de décalage séquentiels, qui convertissent les lignes de charges à l'entrée de la série d'impulsions de sortie. Ce flux Les impulsions sont en fait un signal analogique qui entre dans l'amplificateur.

Dedans signal analogique Vous pouvez convertir les charges de la chaîne des éléments CCD à l'aide du registre. En pratique, un registre de changement de série dans les matrices CCD est effectué par tous les mêmes éléments CCD intégrés en une ligne. En même temps, travaillez cet appareil Sur la base de la compétence des instruments avec des liens de charge pour échanger des frais de leurs pièges potentiels. Un tel processus est effectué par la présence d'électrodes de transfert spécialisées, situées entre des éléments CCD adjacents. Au moment de la dépôt de l'électrode la plus proche d'un potentiel accru, alors que la charge passe sous elle d'un puits potentiel. Dans le même temps, deux à quatre électrodes de transfert sont généralement situées entre des éléments CCD, la phase du registre de décalage mentionnée par deux phases, triphasé ou quatre phases dépend du nombre dont dépend.

La fourniture de différents potentiels aux électrodes de transfert est synchronisée de manière à ce que la transition des pièges potentielles de tous les registres CCD soit effectuée presque simultanément. Donc, pour une "étape" du transfert, les éléments de la CCD se déplacent le long de la chaîne de charge à droite ou de gauche à droite. Dans le même temps, l'élément extrême CCD donne sa propre charge à l'amplificateur, situé à la sortie du registre. Ainsi, il devient assez évident que le registre de changement de série est un périphérique avec une sortie séquentielle et une entrée parallèle.

Une fois le processus de lecture terminé, toutes les charges du registre apparaissent absolument de la capacité de la soumettre à son entrée. nouvelle chaîne, alors un de plus et ainsi de suite. En conséquence, un signal analogique continu est obtenu, qui est basé sur un flux bidimensionnel de phototoks. Après cela, le flux parallèle d'entrée entrant dans le registre de cisaillement séquentiel est fourni par un ensemble de registres de cisaillement consécutifs orientés verticalement appelé registre à décalage parallèle. Tout ce conception est sous la forme assemblée et est un appareil appelé aujourd'hui matrice CCD.

PZD-matrice (Sokr. De " pribe S. z.achovoy deomse ") ou Matrice CCD (Sokr. De anglais CCD., "Dispositif à couplage de charge") - analogique spécialisé microcircuit intégrécomposé de photosensibilité photodiodeseffectué sur la base de siliciumTechnologie d'extinction Ccd - Appareils avec cravate de charge.

Les matrices CCD sont émises et sont activement utilisées par les entreprises. Nikon., Canon, Sony, Fuji., Kodak, Matsushita., Philips. Et plein d'autres. En Russie, les matrices CCD développent aujourd'hui et produisent CJSC "Elar", Saint-Pétersbourg.

Histoire de la matrice CCD

Le périphérique de charge a été inventé dans 1969. Willard Boyle et George Smith Dans les laboratoires Bella (AT & T Bell Labs.). Les laboratoires ont travaillé sur la téléphonie vidéo ( anglais photo. téléphoner) et le développement de "mémoire à bulles à semi-conducteur" ( anglais semi-conducteur bulle. mémoire. ). Les instruments présentant une cravate de charge ont commencé leur vie comme un dispositif de mémoire dans lequel il était possible de mettre une charge uniquement dans le registre d'entrée de l'appareil. Cependant, la capacité de l'élément de mémoire de l'appareil d'obtenir une charge en raison de effet photoélectrique Fait cette application Dispositifs CCD De base.

DANS 1970. Des chercheurs Bell Labs. Nous avons appris à enregistrer des images avec de simples périphériques linéaires.

Par la suite sous la direction de Katsuo Iwama ( Kazuo Iwama.) Compagnie Sony Il est devenu activement engagé dans le CCD, investi dans ces fonds importants et a réussi à établir la production de masse du CCD pour ses caméscopes.

Iwama est mort en août 1982. Ébrécher Ccd Il a été installé sur sa pierre tombale pour perpétuer sa contribution.

En janvier 2006. Pour le travail sur le CCD W. Boyle et J. Smith Des récompenses ont été attribuées Académie nationale d'ingénierie de nous (anglais nationale Académie. de. Ingénierie).

DANS 2009. Ces créateurs de la matrice de la CCD ont été attribués Prix \u200b\u200bNobel en physique.

Dispositif général et principe de travail

La matrice CCD se compose de polycémie, séparé du substrat de silicium, qui, lors de l'alimentation de la tension à travers des volets polycrémiques, des potentiels électriques changent près de Électrodes.

Avant l'exposition, l'alimentation d'une certaine combinaison de tensions aux électrodes est généralement réinitialisée toutes les charges formées précédemment et apportant tous les éléments à un état identique.

Ensuite, la combinaison des contraintes sur les électrodes crée une fosse potentielle dans laquelle les électrons peuvent s'accumuler formés dans cette matrice de pixels à la suite de l'effet de la lumière lors de l'exposition. Plus le flux de lumière intense pendant exposition, le plus accumule électrons dans la fosse potentielle, respectivement, plus la charge finale est élevée de cette pixel.

Après exposition, des modifications séquentielles de la tension sur les électrodes sont formées dans chaque pixel et la distribution de potentiels, ce qui entraîne le flux de charge dans une direction donnée, aux éléments de sortie de la matrice.

Exemple de matrice CCD souspixel avec poche N-Type

L'architecture des pixels des producteurs est différente.

Schéma de sous-pixels de la matrice CCD avec poche de type N (sur l'exemple d'un photodétecteur rouge)

Désignations sur le schéma de sous-pixel Ccd:

1 - Photons de lumière collées à travers la lentille de la caméra;

2 - Sous-pixel Microlinza;

3 - R - Filtre de lumière rouge Sous-pixel, fragment filtre Bayer;

4 - électrode transparente de polycristallin silicium ou alors boîte à oxyde;

5 - isolant (oxyde de silicium);

6 - Type N canal de silicium. Zone de génération de transporteur (zone photoeffecte interne);

7 - zone de puce potentielle (poche de type N), où les électrons sont collectés à partir de la zone de production de support;

8 - Substrat de silicium de type P;

Classification par méthode de tampon

[Matrice avec transfert complet

Matrix avec tampon de cadre

Matrix avec tampon de colonnes

Tailles de matrices photographiques

Coordonnées et capteurs d'angle

Matrice de l'éclairage arrière

Dans le schéma d'élément CCD classique, qui utilise des électrodes de silicium polycristallin, la sensibilité à la lumière est limitée en raison de la dispersion partielle de la lumière à la surface de l'électrode. Par conséquent, lors de la prise de vue dans des conditions spéciales nécessitant une sensibilité à la lumière accrue dans les zones bleues et ultraviolet du spectre, les matrices avec une illumination inverse sont utilisées ( anglais dos- illuminé matrice.). Dans les capteurs de ce type enregistré briller tombe sur le substrat, mais pour le photoeffet interne requis, le substrat sourit à l'épaisseur 10-15 μm.. Cette phase de traitement a considérablement augmenté le coût de la matrice, les dispositifs ont été obtenus très fragiles et demandés une prudence accrue lors de l'assemblage et du fonctionnement. Et lorsque vous utilisez des filtres de lumière qui affaiblissent le flux de lumière, toute une chirurgie coûteuse pour augmenter la sensibilité perdre la signification. Par conséquent, les matrices avec illumination inverse sont principalement utilisées dans photo astronomique.

Photosensibilité

La photosensibilité de la matrice est composée de toute sa photosensibilité. fantaisiste (pixels) et en général dépend de:

photosensibilité intégralereprésentant le rapport de magnitude effet photo à lumière Stream (en lumens) de la source de rayonnement de la composition spectrale normalisée;

photosensibilité monochromatique " - Ratation de magnitude effet photo À la magnitude lumière les énergies de rayonnement (à Milli andlectronvolts) correspondant à une certaine longueur d'onde;

un ensemble de toutes les valeurs de photosensibilité monochromatique pour la partie sélectionnée spectre La lumière est photosensibilité spectrale - dépendance de photosensibilité de la longueur d'onde légère;

| PZD-Matrix (Mise en charge) ou alors Matrice CCD (En anglais. Dispositif à couplage de charge) Il s'agit d'un circuit intégré analogique, qui comprend des photodiodes photosensibles, faites sur la base d'oxyde de silicium ou d'étain. Ce microcircuit utilise la technologie CCD (instruments avec charge / charge).

Histoire de la matrice CCD

Le premier dispositif de charge a été développé en 1969 par George Smith et Willard Boyle à Bella Labs (AT & T Bell Labs) aux États-Unis. Les développements ont été effectués dans le domaine de la vidéo de la téléphonie vidéo et du courant de développement à l'époque, la mémoire à bulles semi-conductrice. Bientôt, les instruments avec la liaison de charge ont commencé à être utilisés comme dispositifs de mémoire dans lesquels la charge pourrait être placée dans le registre d'entrée de la puce. Mais plus tard, la capacité de l'élément de mémoire de l'appareil de recevoir une charge en raison d'un effet photoélectrique a permis d'utiliser des périphériques CCD principaux.

En 1970, les chercheurs du laboratoire Bella ont appris à enregistrer des images à l'aide des dispositifs linéaires les plus simples.

Bientôt, sous la direction de Kadzuo Ivama, Sony a commencé à développer et à s'engager activement dans les technologies de la CCD, investies dans cet énorme fonds et a réussi à établir la production de masse de matrices CCD pour ses caméras vidéo.

Kadzuo Iwama est décédé en août 1982. Pour perpétuer sa contribution, la puce Matrix CCD a été installée sur sa pierre tombale.

En 2006, pour le travail sur le CCD, Willard Boyle et George Smith ont reçu la US National Academy Academy of Engineering (Académie nationale des États-Unis).

Plus tard, en 2009, les créateurs ont reçu le prix Nobel de la physique.

Principe de fonctionnement de la matrice CCD

La matrice CCD consiste principalement en une polycranchie séparée d'une membrane de substrat en silicium, dans laquelle les potentiels électriques proches des électrodes du conducteur sont fortement modifiés, lors de l'alimentation de la tension d'alimentation à travers des volets polycremiques.

Avant l'exposition et l'offre d'une certaine combinaison de contraintes aux électrodes, toutes les charges de tous les éléments de l'état identique ou initial sont réinitialisées et la transformation de tous les éléments en état identique ou initial.

Ensuite, la combinaison de contraintes sur les électrodes crée une marge potentielle ou un trou dans lequel les électrons formés dans une certaine matrice de pixels résultant d'une exposition à des rayons lumineux lors de l'exposition. Plus la puissance du flux de lumière au cours de l'exposition, plus l'alimentation en électrons dans la fosse potentielle, respectivement, plus la puissance de la charge finale d'un certain pixel.

Après exposition, des modifications séquentielles de la tension d'alimentation sur les électrodes sont formées dans chaque pixel individuel et la distribution potentielle a lieu à côté de celui-ci, ce qui entraîne le flux de charge dans une direction spécifiée, aux pixels de sortie de la matrice CCD.

Exemple de matrice de CCD de pixels avec poche de type N

Remarque: l'architecture des sous-pixels a son propre.

Désignations de pixels CCD dans le schéma:

1 - Particules de lumière (photons) collées à travers la lentille du caméscope;
2 - Sous-pixel Microlinza;
3 - Sous-écran filtre de lumière rouge (fragment du filtre Bayer);
4 est une électrode résistante à la lumière d'oxyde d'étain ou de silicium polycristallin;
5 - isolant (consiste en oxyde de silicium);
6 - Canal de type Silicon N spécial. La zone photoeffecte interne (zone de production de transport);
7 - zone de réserve possible ou de poche de type N). Endroit où les électrons sont collectés à partir de la zone de production de porteuse;
8 - Substrat de silicium de type P.

Matrice CCD de transfert complet de trame

L'image vidéo est entièrement formée par la lentille tombe sur la matrice CCD, c'est-à-dire que les rayons lumineux tombent sur la surface photosensible des éléments CCD, dont le but est de convertir des particules (photons) en une charge électrique.
Ce processus procède comme suit.
Pour un photon tombé sur l'élément CCD, il existe trois options pour le développement d'événements - il soit "s'envoler" de la surface, ou absorbe l'épaisseur du semi-conducteur (la composition du matériau de la matrice), ou la surface est effectuée. Par conséquent, les développeurs doivent créer un tel capteur dans lequel les pertes de réflexion et de renseignements seraient minimisées. Les mêmes particules absorbées par la matrice de CCD forment une paire de trou d'électrons si une interaction faible s'est produite avec l'atome du réseau cristallin du plancher du conducteur, ou l'interaction était avec des atomes de donateurs ou des impuretés accepteurs. Les deux phénomènes ci-dessus sont appelés effet photo interne. Mais, le travail interne photoeffet du capteur n'est pas limité - l'essentiel est nécessaire de maintenir les chargeurs de la charge dans un référentiel spécialisé dans le semi-conducteur, puis de les compter.

La structure des éléments matriciels CCD

En général, la conception de l'élément CCD ressemble à ceci: le substrat de type Silicon P est fourni avec des canaux à partir du conducteur de type N. Sur ces canaux sont placés électrodes de silicium électrique avec une membrane d'oxyde de silicium isolante. Une fois que le potentiel électrique est fourni à cette électrode, un piège potentiel (fosse) est créé sous le canal de type N, dont la tâche consiste à sauver des électrons. La particule de lumière pénétrant dans le silicium conduit à la génération d'un électron, qui est attiré par un piège potentiel et "coincé" dedans. Un grand nombre de photons ou de lumières lumineuses fournit une charge de piège plus importante. Ensuite, vous devez envisager la valeur de la charge reçue, également appelée photocicheur, puis renforcez-la.

La lecture des photocurrents de CCD-Éléments se produit avec les registres de décalage séquentiels, qui convertissent les lignes de charges à l'entrée de la série d'impulsions de sortie. La série créée d'impulsions est un signal analogique qui entre en outre l'amplificateur.

Ainsi, avec l'aide du registre, il est possible de convertir aux charges de signal analogiques de la chaîne des éléments CCD. Pratiquement, un registre de changement de série dans les matrices CCD est mis en œuvre à l'aide des mêmes éléments CCD combinés en une seule ligne. Le fonctionnement de cet appareil est basé sur la compétence des charges avec le lien de charge échange les accusations de leurs dates potentielles. Cet échange se produit en raison de la présence d'électrodes de transfert spécialisées (en anglais. Porte de transfert) située entre des éléments CCD adjacents. Lors de la soumission potentielle accrue de l'électrode la plus proche, la charge "migre" sous elle du piège potentiel. Entre les éléments CCD, deux à quatre électrodes de transfert sont généralement situées et la phase du registre de décalage, également appelée triphasée, triphasée ou quatre phases dépend de leur quantité.

La fourniture de différents potentiels sur les électrodes du transfert est synchronisée de manière à ce que le flux de charges des pièges potentiels de tous les registres CCD se produisent presque simultanément. Donc, pour un cycle de transfert, les éléments CCD sont transmis le long de la chaîne de charge de droite à gauche ou de gauche à droite. Et l'élément extrême CCD donne sa propre charge à l'amplificateur placé à la sortie du registre.

Donc, le registre de décalage séquentiel est un périphérique avec une sortie séquentielle et une entrée parallèle. Après avoir lu absolument toutes les charges du registre, il est possible de soumettre une nouvelle chaîne à son entrée, puis de former un signal analogique continu basé sur la matrice bidimensionnelle de phototokoks. Ensuite, le flux parallèle d'entrée pour un registre de décalage séquentiel est fourni par un ensemble de registres séquentiels séquentiels orientés verticalement, appelé registre à décalage parallèle, et l'ensemble de la conception est simplement un appareil appelé matrice CCD.

(Lang: 'ru')

Je continue à commencer publication précédente Conversation sur l'appareil.

Un des éléments principaux appareil photo numériquequi le distingue des caméras de film est un élément photosensible, la soi-disant Eope ou photosensible Appareil photo numérique. Il y avait déjà mentionné les matrices des caméras déjà, nous examinerons maintenant quelques autres périphériques et le principe de travail de la matrice, bien que très superficiellement pour ne pas trop fatiguer le lecteur.

Actuellement, la plupart des caméras numériques sont équipées Matrices CCD.

Matrice CCD. Appareil. Principe d'opération.

Considérer dans des appareils généraux PZS- Matrix.

Les semi-conducteurs sont connus pour être divisés en semi-conducteurs de type N et de type P. Dans le semi-conducteur de type N, il y a un excès d'électrons libres et dans le semi-conducteur p-type un excès de charges positives, des «trous» (et par conséquent le manque d'électrons). Sur l'interaction de deux types de semi-conducteurs et de toute la microélectronique est basée.

Donc, l'élément Caméra numérique CCD Matrix arrangé comme suit. Voir la fig.1:

Fig. 1

Si vous ne participez pas à des détails, l'élément CCD ou le périphérique de chargement de la CCD, dans la transcription anglaise: le dispositif-couplé de charge - CCD, est un condenseur TIR (métal-diélectrique-semi-conducteur). Il se compose d'un substrat de type P - une couche de silicium, un isolant de dioxyde de silicium et des plaques d'électrodes. Lors de la demande d'une des électrodes de potentiel positif, une zone est formée par la zone appauvrie par les principaux porteurs - trous, car ils sont poussés par un champ électrique à partir de l'électrode intérieure du substrat. Ainsi, une fosse potentielle est formée sous cette électrode, c'est-à-dire que la zone d'énergie est favorable pour déplacer les transporteurs non noces à celui-ci - des électrons. La charge négative s'accumule dans cette fosse. Il peut être stocké dans cette fosse assez longue en raison du manque de trous de la part et, par conséquent, des raisons de la recombinaison des électrons.

En photosensible Matrice Les électrodes sont des films de silicium polycristallins, transparents dans la région visible du spectre.

Les photons tombant sur la matrice de la lumière de la lumière tombent dans un substrat de silicium, formant une paire d'électrons de trou. Les trous, comme mentionné ci-dessus, changent de dépôts déployés et des électrons s'accumulent dans la fosse potentielle.

La charge accumulée est proportionnelle au nombre de photons tombant sur l'élément, c'est-à-dire l'intensité du flux de lumière. Ainsi, la matrice crée un relief de charge correspondant à l'image optique.

Déplacement des charges dans la matrice CCD.

Chaque élément CCD comporte plusieurs électrodes auxquelles différents potentiels sont servis.

Lors de l'application de l'électrode adjacente (voir fig. 3) du potentiel supérieur à cette électrode, une fosse potentielle plus profonde est formée sous celle-ci, ce qui déplace la charge de la première fosse potentielle. Ainsi, la charge peut passer d'une cellule CCD à une autre. L'élément CCD représenté sur la figure 3 est appelé triphasé, il existe également 4 éléments de phases.

Fig.4. Le schéma de l'instrument triphasé avec la relation de charge - le registre de changement de vitesse.

Pour convertir des charges en impulsions de courant (photocurants), des registres de cisaillement séquentiels sont utilisés (voir fig.4). Un tel registre à quart est une rangée d'éléments PZD. L'amplitude des impulsions de courant est proportionnelle à la valeur de la charge transmise et est proportionnelle à la chute flux lumineux. Séquence d'impulsion de courant formée lors de la lecture de la séquence de charge est ensuite introduite sur l'entrée d'amplificateur.

Les règles proches des autres éléments PZD sont combinées dans Pzs-matrice. Le travail d'une telle matrice est basé sur la création et le transfert d'une charge locale dans des puits potentiels générés par un champ électrique.

Fig.5.

Les charges de tous les éléments PZS-ELSION du registre sont synchronisées sur les éléments PZD adjacents. La charge qui se trouvait dans la dernière cellule entre dans la sortie du registre, puis versée à l'entrée de l'amplificateur.

L'entrée du registre de décalage séquentielle est fournie des charges perpendiculaires aux registres de décalage, qui sont appelés ensemble un registre à décalage parallèle. Enregistreurs de cisaillement parallèles et séquentiels et constituent une matrice CCD (voir fig.4).

Perpendiculaire aux registres de changement de registre séquentiel sont appelés colonnes.

Les charges en mouvement d'un registre parallèle sont strictement synchronisées. Toutes les charges d'une ligne sont déplacées simultanément dans les voisins. Les charges de la dernière rangée tombent dans le registre de série. Ainsi, dans un cycle de travail, les lignes de charges d'un registre parallèle tombent sur l'entrée de cohérence, libérant la place pour les charges nouvellement formées.

Le travail des registres série et parallèle est synchronisé avec un générateur d'horloge. Partie matrices de caméra numérique En outre, un microcircuit fournit également des potentiels aux électrodes de transfert des registres et à leur fonctionnement.

La CVP de ce type s'appelle la matrice de cadre complet (matrice CCD-Cadre complète). Pour son fonctionnement, il est nécessaire d'avoir un couvercle serré léger, qui ouvre d'abord l'ESA pour une exposition à la lumière, puis lorsque le nombre de photons devait accumuler suffisamment de charge dans les éléments de la matrice, la ferme à la lumière. Cette couverture est un obturateur mécanique, comme dans les caméras de film. L'absence d'un tel obturateur conduit au fait que lorsque les charges se déplacent dans le registre à décalage, les cellules continuent d'être ouvertes avec une lumière, ajoutant des électrons supplémentaires à la charge de chaque pixel, ce qui ne correspond pas au flux de lumière de ce point. . Cela conduit à une charge "vide", respectivement, à la distorsion de l'image résultante.