Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Многоэлементные приемники оптического излучения.




К многоэлементным ПЛЭ можно отнести одномерные и двумерные мозаичные приемники, отдельные виды передающих телевизионных трубок, их твердотельные аналоги, например ПЗС.

Применение многоэлементных одномерных приемников позволяет производить сканирование пространства только по одной координате, что упрощает управление оптической системой, в сравнении с ОЭУ, использующих одноэлементные приемники излучения.

Принцип работы мозаичного или матричного приемника состоит в следующем.

Оптическое изображение создает в разделенном на отдельные элементы чувствительном слое приемника пространственный рельеф зарядов или сопротивлений. При считывании электронным способом этого заряда в цепи приемника формируется сигнал, состоящий из импульсов, амплитуда которых пропорциональна освещенности в отдельных точках мозаики или матрицы.

Применению этих приемников препятствуют помехи на изображении, вызванные большой емкостью считывающих шин и разбросом ее значений для различных участков матрицы.

Приборы с переносом заряда (ППЗ) перспективны для применения в ОЭУ. По принципу работы ППЗ можно разделить на две группы: ПЗС и приборы с зарядовой инжекцией (ПЗИ). Нужно отметить, что ПЗИ отличается от ПЗС существенно более сложной структурой системы вывода СИ и связанной с этим на несколько порядков большей выходной емкостью прибора.

Основой ПЗС является конденсатор со структурой металл - оксид-полупроводник (МОП - конденсатор.) Именно МОП - конденсатор является элементом, способным хранить информационные пакеты зарядов, сформированные под, воздействием света или путем инжекции через р-п переход.

Достоинствами ПЗС - линеек и матриц как приемников, кроме отмеченных выше, являются высокое разрешение.

Основными недостатками с точки зрения приема оптического излучения является геометрический шум – неоднородность темнового тока и чувствительности отдельных элементов матрицы ПЗС, достигающая единиц и даже десятков процентов.

Приемники на ПЗС успешно используются для создания анализаторов, определяющих координат малоразмерных изображений. Для них можно применить ряд специальных алгоритмов обработки сигналов и получить высокую точность измерений, характеризуемую погрешностями в десятые и даже сотые доли размера одного элемента.

Многоэлементные фотоприемники – это устройства, которые воспринимают не только яркостно-временные, но и пространственные характеристики объектов, т.е. их полные зрительные образы. В этих фотоприемниках фоточувствительная поверхность состоит из большого числа элементарных фоточувствительных ячеек. С помощью оптической системы изображение предмета фокусируется на этой поверхности. Отклик каждого элемента в виде генерирования тока, заряда или напряжения пропорционален его освещенности. Таким образом яркостная картина преобразуется в электрический рельеф.

Для считывания этого рельефа все многоэлементные фотоприемники имеют систему сканирования. Она производит периодический последовательный опрос каждого элемента и считывание содержащейся в них информации. В конечном счете на выходе устройства получается последовательность импульсов, в которой закодирован воспринимаемый образ. Таким образом, в многоэлементных фотоприемниках решаются две задачи: фотопреобразование и сканирование.

В настоящее время наибольшее применение находят фотодиодные матрицы и оптоэлектронные приборы с зарядовой связью (ПЗС).

Фотодиодные матрицы обычно изготавливаются в виде больших интегральных схем (БИС), в которых сформированы структуры фотодиодов и элементы системы сканирования (рис. 4.12).

Сдвиговый регистр, тактируемый синхроимпульсами, с помощью МОП-ключей поочередно подключает каждый фотодиод к выходной шине, и с снимается видеосигнал. Такие фотоприемники могут содержать до 2 тысяч фотодиодов с шагом между ними 5-15 мкм. Частота выборки 10-20 МГц позволяет создавать быстродействующие устройства. Разработаны строчные (линейные) и матричные (плоскостные) фотоприемники. Однако при большом числе элементов разложения они получаются очень сложными. Эти приборы используются в устройствах считывания информации с перфолент, считывания почтовых индексов, товарных ярлыков, в фототелеграфии.

Рис. 4.12

Наиболее перспективными среди многоэлементных фотоприемников являются ПЗС. Они представляют собой линейную или двухмерную матрицу одинаковых МОП-элементов, которые расположены на кристалле так близко друг от друга, что между соседними элементами возникает связь. Наиболее простую конструкцию имеют трехтактные ПЗС (рис. 4.13).

Рис. 4.13

Если к электродам 1 приложено отрицательное напряжение, то под этими электродами образуются обедненные электронами области, которые представляет собой потенциальные ямы для дырок. При освещении такой структуры светом образовавшиеся фотодырки накапливаются в потенциальных ямах, причем величина их зарядов пропорциональна облученности окрестности соответствующих электродов. Заряды неравновесных фотодырок хранятся достаточно долго, пока рекомбинационные процессы не приведут к их исчезновению (стиранию информации).

При подаче на электроды 2 более отрицательного напряжения, чем на электродах 1 ( ) под этими электродами образуется более глубокая потенциальная яма, и фотодырки перемещаются под электроды 2. Затем напряжение на электродах 1 убирается, а на электродах 2 снижается до . Таким образом, заряд фотодырок сдвигается на один шаг вправо. Затем подается на электроды 3 и т.д. В результате все заряды фотодырок, в соответствии с тактовой частотой, последовательно подходят к выходному p-n переходу и в нем преобразуются в фототок.

Если быстро выводить все заряды после некоторой паузы, в течение которой формируется зарядовая картина освещенности ПЗС, то на выходе будет формироваться последовательность видеоимпульсов, отображающих интенсивность засвета каждого участка ПЗС.

Таким образом, ПЗС – это динамические приборы, так как в статике за счет рекомбинации и генерации носителей в полупроводнике происходит уничтожение зарядовой картины освещенности. Минимальная тактовая частота ПЗС составляет сотни Гц. Накопление, хранение и передача оптической информации в ПЗС обеспечивается одними и теми же элементами. Это обусловливает простоту и низкую стоимость изготовления многоэлементных приемников. На одном кристалле можно получить до 105 элементов.

В оптоэлектронике применяются строчные и матричные ПЗС. Основные области применения ПЗС: оптические запоминающие устройства; твердотельные формирователи телевизионных видеосигналов; схемы задержки аналоговых сигналов.







Дата добавления: 2015-09-04; просмотров: 2840. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2021 год . (0.003 сек.) русская версия | украинская версия