ПЗС (CCD)

ПЗС (CCD) - полупроводниковое устройство с зарядовой связью, преобразующее энергию света в электрический заряд, накапливающее его, последовательно перемещающее и считывающее. ПЗС применяют как фотоприёмник в оптических и измерительных устройствах.

Что означает термин

ПЗС-матрица представляет собой специализированную аналоговую интегральную микросхему на кремниевой основе со светочувствительными фотодиодами. Количество накопленного заряда зависит от интенсивности освещения: чем ярче свет, тем больше заряд в светочувствительном элементе. При считывании этот заряд преобразуется сначала в аналоговый, а затем в цифровой сигнал.

Как устроено

Основой ПЗС могут служить последовательно расположенные МДП-структуры «металл - диэлектрик - полупроводник», сформированные на общей полупроводниковой подложке. В процессе работы заряд накапливается в потенциальных ямах и перемещается между ними под действием электрического поля, после чего поступает на считывание.

По способу накопления и переноса заряда выделяют полнокадровые матрицы, матрицы с буферизацией кадра и матрицы с буферизацией строк. Одной из основных характеристик ПЗС является эффективность передачи заряда, то есть отношение количества электронов после прохождения регистра сдвига к их исходному количеству. Потери при переносе снижают точность считывания.

В полнокадровых матрицах перенос заряда может сопровождаться попаданием новых фотонов на светочувствительную область и размазыванием изображения. Для предотвращения этого эффекта используют закрытие механического затвора. Перенос всего заряда также может снижать частоту кадров.

Где применяется

ПЗС используют в видеокамерах, цифровых фотоаппаратах, сканерах, датчиках и других оптических и измерительных устройствах. Линейка близко расположенных ПЗС-элементов может объединяться в матрицу для формирования изображения.

В камерах для микроскопов ПЗС-матрица преобразует свет от наблюдаемого объекта в электрический сигнал. В полнокадровой конструкции заряд всего кадра переносится при закрытом затворе.