CCD matris boyutu. CCD matris elemanlarının bileşimi. Arkadan aydınlatmalı matrisler

CCD nedir?

Biraz tarih

Daha önce ışık alıcıları olarak fotoğraf malzemeleri kullanılıyordu: fotoğraf plakaları, fotoğraf filmi, fotoğraf kağıdı. Daha sonra televizyon kameraları ve fotoçoğaltıcı tüpler (PMT) ortaya çıktı.
60'lı yılların sonu ve 70'li yılların başında, CCD olarak kısaltılan "Şarj Bağlantılı Cihazlar" geliştirilmeye başlandı. Açık ingilizce dili"şarj bağlantılı cihazlar" gibi görünür veya CCD olarak kısaltılır. CCD matrislerinin ardındaki prensip, silikonun görünür ışığa yanıt verebilme yeteneğiydi. Ve bu gerçek, bu prensibin parlak nesnelerin görüntülerini elde etmek için kullanılabileceği fikrini doğurdu.

Gökbilimciler, CCD'lerin görüntü kaydetme konusundaki olağanüstü yeteneklerini ilk fark edenler arasındaydı. 1972'de JPL'den (Jet Propulsion Laboratory, ABD) bir grup araştırmacı, astronomi ve uzay araştırmaları için CCD'ler geliştirmek üzere bir program kurdu. Üç yıllar sonra Ekip, Arizona Üniversitesi'ndeki bilim adamlarıyla birlikte ilk astronomik CCD görüntüsünü elde etti. Uranüs'ün bir buçuk metrelik teleskop kullanılarak çekilen yakın kızılötesi görüntüsü, gezegenin güney kutbunun yakınında metan gazının varlığına işaret eden karanlık noktaları ortaya çıkardı.

Günümüzde CCD matrislerinin kullanımı geniş bir uygulama alanı bulmuştur: dijital kameralar, video kameralar; Kamera gibi bir CCD matrisini cep telefonlarına bile entegre etmek mümkün hale geldi.

CCD cihazı

Tipik bir CCD cihazı (Şekil 1): yarı iletken yüzeyde, üzerine iletken elektrot şeritlerinin (metal veya polikristalin silikondan yapılmış) yerleştirildiği ince (0,1-0,15 μm) bir dielektrik (genellikle oksit) tabakası vardır. Bu elektrotlar doğrusal veya matris düzenli bir sistem oluşturur ve elektrotlar arasındaki mesafeler o kadar küçüktür ki, komşu elektrotların karşılıklı etkisinin etkileri önemlidir. CCD'lerin çalışma prensibi, elektrotlara harici elektrik voltajları uygulandığında yarı iletkenin yüzeye yakın katmanında oluşturulan potansiyel kuyularında yük paketlerinin ortaya çıkması, depolanması ve yönlendirilmiş iletilmesi esasına dayanır.

Pirinç. 1. Temel cihaz CCD matrisleri.

İncirde. Şekil 1'de C1, C2 ve C3 sembolleri MOS kapasitörlerini (metal-oksit-yarı iletken) gösterir.

Herhangi bir elektroda pozitif bir U voltajı uygulanırsa, MIS yapısında, çoğunluk taşıyıcılarının (deliklerin) çok hızlı bir şekilde (birkaç pikosaniye içinde) yarı iletken yüzeyinden uzaklaştığı etkisi altında bir elektrik alanı ortaya çıkar. Sonuç olarak, yüzeyde kalınlığı bir mikrometrenin kesirleri veya birimleri olan tükenmiş bir katman oluşur. Bazı işlemlerin (örneğin termal) etkisi altında tükenme katmanında üretilen veya difüzyonun etkisi altında yarı iletkenin nötr bölgelerinden oraya ulaşan azınlık taşıyıcıları (elektronlar) (alan etkisi altında) yarı iletkene hareket edecektir. - yalıtkan arayüzü ve dar bir ters katmanda lokalize edilebilir. Böylece yüzeyde, alanın etkisi altında tükenme katmanından yuvarlandıkları elektronlar için bir potansiyel kuyusu belirir. Tükenim katmanında üretilen çoğunluk taşıyıcıları (delikler), alanın etkisi altında yarı iletkenin nötr kısmına fırlatılır.
Belirli bir süre boyunca her piksel, içine giren ışık miktarıyla orantılı olarak yavaş yavaş elektronlarla dolar. Bu sürenin sonunda her pikselin biriktirdiği elektrik yükleri sırasıyla cihazın “çıkışına” aktarılır ve ölçülür.

Matrislerin ışığa duyarlı pikselinin boyutu bir veya iki ila birkaç on mikron arasında değişir. Fotoğraf filminin ışığa duyarlı katmanındaki gümüş halojenür kristallerinin boyutu, 0,1 (pozitif emülsiyonlar) ila 1 mikron (yüksek duyarlılığa sahip negatif) arasında değişir.

Matrisin ana parametrelerinden biri sözde kuantum verimliliğidir. Bu isim, emilen fotonların (kuanta) fotoelektronlara dönüştürülme verimliliğini yansıtır ve fotografik ışığa duyarlılık kavramına benzer. Işık kuantumunun enerjisi renklerine (dalga boyu) bağlı olduğundan, örneğin yüz heterojen fotonun akışını emdiğinde bir matris pikselinde kaç elektronun doğacağını kesin olarak belirlemek imkansızdır. Bu nedenle kuantum verimliliği genellikle matris veri sayfasında dalga boyunun bir fonksiyonu olarak verilir ve ayrı alanlar spektrum %80'e ulaşabilir. Bu, fotografik emülsiyon veya gözdekinden (yaklaşık %1) çok daha fazladır.

Ne tür CCD'ler var?

Pikseller tek bir sıra halinde dizilmişse alıcıya CCD dizisi adı verilir, ancak yüzey alanı çift sıralarla doluysa alıcıya CCD matrisi adı verilir.

CCD dizisinin 80'li ve 90'lı yıllarda astronomik gözlemler için geniş bir uygulama alanı vardı. Görüntüyü CCD çizgisi boyunca hareket ettirmek yeterliydi ve bilgisayar monitöründe belirdi. Ancak bu sürece birçok zorluk eşlik etti ve bu nedenle şu anda CCD dizilerinin yerini giderek daha fazla CCD matrisleri alıyor.

İstenmeyen etkiler

CCD üzerindeki yük transferinin gözlemlere müdahale edebilecek istenmeyen bir yan etkisi, küçük alanlı bir görüntünün parlak alanları yerine parlak dikey şeritlerdir (sütunlar). CCD matrislerinin olası istenmeyen etkileri ayrıca şunları içerir: yüksek karanlık gürültü, "kör" veya "sıcak" piksellerin varlığı, matris alanı boyunca eşit olmayan hassasiyet. Karanlık gürültüyü azaltmak için -20°C ve altındaki sıcaklıklara kadar CCD matrislerinin otonom soğutulması kullanılır. Veya önceki karenin çekildiğiyle aynı süreye (pozlama) ve sıcaklığa sahip karanlık bir kare çekilir (örneğin, mercek kapalıyken). Daha sonra özel program Bilgisayar, koyu çerçeveyi görüntüden çıkarır.

CCD tabanlı televizyon kameralarının iyi yanı, 752 x 582 piksel çözünürlükte saniyede 25 kareye kadar görüntü yakalayabilmeleridir. Ancak bu tür bazı kameraların astronomik gözlemler için uygunsuzluğu, üreticinin, ortaya çıkan karelerin görüşe göre daha iyi algılanması için dahili görüntü ön işleme (okuma: bozulma) uygulaması gerçeğinde yatmaktadır. Buna AGC (otomatik kontrol ayarı) ve sözde dahildir. Etki " keskin sınırlar" ve diğerleri.

İlerlemek…

Genel olarak, CCD alıcılarının kullanımı, dijital olmayan ışık alıcılarının kullanımından çok daha uygundur, çünkü alınan veriler hemen bir bilgisayarda işlenmeye uygun bir biçimdedir ve ayrıca bireysel çerçevelerin elde edilme hızı çok yüksektir. yüksek (saniyede birkaç kareden dakikalara kadar).

İÇİNDE şu anda CCD matrislerinin üretimi hızla gelişiyor ve gelişiyor. Matrislerin "megapiksel" sayısı artar - matrisin birim alanı başına düşen bireysel piksel sayısı. CCD matrisleri vb. kullanılarak elde edilen görüntülerin kalitesi artar.

Kullanılan kaynaklar:
1. 1. Victor Belov. Mikronun onda birine kadar doğruluk.
2. 2. S.E. CCD'yle tanışın.

İlk kez, elektronik yükleri saklama ve sonra okuma fikrine sahip CCD ilkesi, 60'lı yılların sonlarında BELL Corporation'dan iki mühendis tarafından, belleğin yerini alabilecek yeni bilgisayar belleği türlerinin araştırılması sırasında geliştirildi. ferrit halkaları(evet evet böyle bir anı vardı). Bu fikrin ümit verici olmadığı ortaya çıktı, ancak silikonun görünür radyasyon spektrumuna tepki verme yeteneği fark edildi ve bu prensibi görüntü işleme için kullanma fikri geliştirildi.

Terimin şifresini çözerek başlayalım.

CCD kısaltması "Yük Bağlantılı Cihazlar" anlamına gelir - bu terim İngilizce "Yük Bağlantılı Cihazlar" (CCD) kelimesinden türetilmiştir.

Bu tür bir cihaz şu anda görüntü kaydına yönelik çok çeşitli optoelektronik cihazlarda çok geniş bir uygulama alanına sahiptir. Günlük yaşamda öyle dijital kameralar, video kameralar, çeşitli tarayıcılar.

Bir CCD alıcısını, ışığa duyarlı bir ped ve bir elektrik sinyalini almak için iki elektrik kontağı bulunan geleneksel bir yarı iletken fotodiyottan ayıran şey nedir?

İlk önce, bir CCD alıcısında birkaç binden birkaç yüz bine ve hatta birkaç milyona kadar çok sayıda ışığa duyarlı alan (genellikle piksel adı verilen - ışığı alan ve onu elektrik yüklerine dönüştüren öğeler) vardır. Bireysel piksellerin boyutları aynıdır ve birimlerden onlarca mikrona kadar değişebilir. Pikseller bir sıra halinde dizilebilir - o zaman alıcıya CCD dizisi denir veya yüzeyin bir alanını çift sıralar halinde doldurabilirler - o zaman alıcıya CCD matrisi denir.

Işık alıcı elemanların konumu (dikdörtgenler) mavi renkli) CCD dizisinde ve CCD matrisinde.

ikinci olarak Normal bir mikro devreye benzeyen bir CCD alıcısında, elektrik sinyallerinin çıkışı için çok sayıda elektrik kontağı yoktur ve görünüşe göre her ışık alıcı elemandan gelmesi gerekir. Ancak CCD alıcısına bağlanır elektronik devre, her ışığa duyarlı öğeden çıkarmanıza olanak tanır elektrik sinyali aydınlatmasıyla orantılıdır.

CCD'nin eylemi açıklanabilir Aşağıdaki şekilde: Işığa duyarlı her öğe (bir piksel) elektronlar için bir kumbara gibi çalışır. Elektronlar, bir kaynaktan gelen ışığın etkisi altında pikseller halinde oluşturulur. Belirli bir süre boyunca, her piksel, yağmur sırasında dışarıya bırakılan bir kova gibi, içine giren ışık miktarıyla orantılı olarak yavaş yavaş elektronlarla dolar. Bu sürenin sonunda her pikselin biriktirdiği elektrik yükleri sırasıyla cihazın “çıkışına” aktarılır ve ölçülür. Bütün bunlar, ışığa duyarlı elemanların bulunduğu özel kristal yapı sayesinde mümkündür ve elektrik şeması yönetmek.

Bir CCD matrisi neredeyse tamamen aynı şekilde çalışır. Maruz kaldıktan sonra (yansıtılan görüntüye maruz bırakıldığında), cihazın elektronik kontrol devresi ona karmaşık bir dizi sinyal sağlar. darbe voltajı Piksellerde biriken elektronların bulunduğu sütunları, benzer bir ölçüm CCD kaydının bulunduğu matrisin kenarına kaydırmaya başlayan, yükler dik yönde kaydırılan ve ölçüm elemanının üzerine düşerek içinde sinyaller oluşturan bunlar bireysel ücretlerle orantılıdır. Böylece, sonraki her an için, biriken yükün değerini elde edebilir ve matristeki hangi pikselin (satır numarası ve sütun numarası) karşılık geldiğini bulabiliriz.

Kısaca sürecin fiziği hakkında.

Başlangıç ​​olarak, CCD'lerin sözde fonksiyonel elektronik ürünlere ait olduğunu not ediyoruz. Transistörler, dirençler ve kapasitörler gibi bireysel radyo elemanlarının bir koleksiyonu olarak hayal edilemezler. Çalışma, şarj bağlantısı prensibine dayanmaktadır. Yük birleştirme ilkesi, elektrostatikten bilinen iki hükmü kullanır:

1. yüklerin birbirini itmesi gibi
2. yükler potansiyel enerjilerinin minimum olduğu yere yerleşme eğilimindedir. Onlar. kabaca - "balık daha derin olduğu yere bakar."

Öncelikle bir MOS kapasitörünü hayal edelim (MOS, metal-oksit-yarı iletkenin kısaltmasıdır). Bu, drenajı ve kaynağı ondan çıkarırsanız MOS transistöründen geriye kalan şeydir, yani sadece silikondan bir dielektrik katmanla ayrılmış bir elektrottur. Kesinlik sağlamak için, yarı iletkenin p-tipi olduğunu, yani denge koşulları altındaki deliklerin konsantrasyonunun elektronlarınkinden çok daha fazla (birkaç büyüklük sırası) olduğunu varsayacağız. Elektrofizikte bir “delik”, bir elektronun yüküne ters olan yüktür; pozitif yük.

Böyle bir elektroda (buna kapı denir) pozitif bir potansiyel uygulanırsa ne olur? Geçit tarafından oluşturulan ve dielektrik yoluyla silikonun içine nüfuz eden elektrik alanı, hareketli delikleri iter; bir tükenme bölgesi belirir - çoğunluk taşıyıcılardan arınmış belirli bir hacimdeki silikon. CCD'lere özgü yarı iletken substrat parametreleriyle bu bölgenin derinliği yaklaşık 5 μm'dir. Tam tersine, ışığın etkisi altında burada üretilen elektronlar kapıya çekilecek ve kapının hemen altındaki oksit-silikon arayüzünde birikecek, yani potansiyel kuyusuna düşeceklerdir (Şekil 1).

Pirinç. 1
Geçide voltaj uygulandığında potansiyel kuyusunun oluşumu

Bu durumda, kuyuda biriken elektronlar, kapı tarafından yarı iletkende oluşturulan elektrik alanını kısmen nötralize eder ve sonunda bunu tamamen telafi edebilir, böylece tüm elektrik alanı yalnızca dielektrik üzerine düşecek ve her şey eski haline dönecek başlangıç ​​durumu- Arayüzde ince bir elektron tabakasının oluşması haricinde.

Şimdi kapının yanına başka bir kapı yerleştirilsin ve ona birincisinden daha büyük bir pozitif potansiyel de uygulansın (Şekil 2). Kapılar yeterince yakınsa, potansiyel kuyuları birleştirilir ve bir potansiyel kuyusundaki elektronlar, eğer “daha ​​derin” ise, bir sonraki potansiyel kuyusuna hareket eder.
Pirinç. 2
Birbirine yakın iki kapının örtüşen potansiyel kuyuları. Yük, potansiyel kuyusunun daha derin olduğu yere akar.

Artık açık olmalı ki, eğer bir kapı zincirimiz varsa, onlara uygun kontrol voltajları uygulayarak, böyle bir yapı boyunca lokalize bir yük paketini iletmenin mümkün olduğu açıktır. CCD'lerin dikkate değer bir özelliği - kendi kendini tarama özelliği - herhangi bir uzunluktaki kapı zincirini kontrol etmek için yalnızca üç saat çizgisinin yeterli olmasıdır. (Elektronikteki veri yolu terimi, aynı tipte elektrik akımı bağlantı elemanlarından oluşan bir iletkendir; bir saat veri yolu, içinden faz kaydırmalı bir voltajın iletildiği iletkenlerdir.) Aslında, yük paketlerini iletmek için üç elektrot gerekli ve yeterlidir: bir verici, biri alıcı ve biri yalıtkan, alıcı ve verici çiftleri birbirinden ayırır ve bu tür üçlülerdeki aynı adı taşıyan elektrotlar, yalnızca bir harici çıkış gerektiren tek bir saat veriyoluna birbirine bağlanabilir (Şekil 3). ).

Pirinç. 3
En basit üç fazlı CCD kaydı.
Her potansiyel kuyunun yükü farklıdır.

Bu, bir CCD'deki en basit üç fazlı kaydırma yazmacıdır. Böyle bir kaydın çalışmasının saat diyagramları Şekil 1'de gösterilmektedir. 4.

Pirinç. 4
Üç fazlı bir kaydı kontrol etmek için saat diyagramları, 120 derece kaydırılmış üç kıvrımlıdır.
Potansiyeller değiştiğinde yükler hareket eder.

Zamanın her anında normal çalışması için en az bir saat veriyolunun yüksek potansiyele ve en az birinin düşük potansiyele (bariyer potansiyeli) sahip olması gerektiği görülebilir. Bir veriyolundaki potansiyel arttığında ve diğerinde (önceki) azaldığında, tüm şarj paketlerinin bitişik kapılara ve ötesine eşzamanlı olarak aktarılması sağlanır. tam döngü(her faz veriyolunda bir saat döngüsü) şarj paketlerinin aktarımı (kayması) bir kayıt elemanı tarafından gerçekleşir.

Yük paketlerini enine yönde lokalize etmek için durdurma kanalları adı verilen kanallar oluşturulur - dar çizgiler transfer kanalı boyunca uzanan ana katkı maddesinin konsantrasyonunun artmasıyla (Şekil 5).

Pirinç. 5.
Kayıt defterinin üstten görünümü.
Yanal yöndeki transfer kanalı durdurma kanalları ile sınırlıdır.

Gerçek şu ki, katkı safsızlığının konsantrasyonu, altında hangi spesifik kapı voltajında ​​bir tükenme bölgesinin oluşturulduğunu belirler (bu parametre, MOS yapısının eşik voltajından başka bir şey değildir). Sezgisel değerlendirmelerden, safsızlık konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa, yani yarı iletkende ne kadar çok delik olursa, bunları daha derine sürmenin o kadar zor olacağı, yani eşik voltajı ne kadar yüksek olursa veya bir voltajda potansiyel o kadar düşük olursa, açıktır. potansiyel kuyusunda.

Sorunlar

Üretim sırasında ise dijital cihazlar parametrelerin levha boyunca dağılması, ortaya çıkan cihazların parametreleri üzerinde gözle görülür bir etki olmadan birkaç kata ulaşabilir (çünkü iş ayrı voltaj seviyeleriyle yapılır), daha sonra bir CCD'de katkı konsantrasyonunda% 10'luk bir değişiklik olur. görüntüde zaten farkediliyor. LSI belleğinde olduğu gibi kristalin boyutu ve artıklığın imkansızlığı kendi sorunlarını da ekler, böylece kusurlu alanlar kristalin tamamının kullanılamaz olmasına yol açar.

Sonuç olarak

CCD matrisinin farklı pikselleri teknolojik olarak ışığa karşı farklı hassasiyete sahiptir ve bu farkın düzeltilmesi gerekir.

Dijital KMA'da bu düzeltmeye Otomatik Kazanç Kontrolü (AGC) sistemi denir.

AGC sistemi nasıl çalışır?

Basitlik açısından, spesifik bir şey almayacağız. CCD düğümünün ADC çıkışında belirli potansiyel seviyelerin olduğunu varsayalım. Diyelim ki 60 - ortalama seviye beyaz.

1. CCD hattının her pikseli için referans beyaz ışıkla aydınlatıldığında bir değer okunur (ve daha ciddi cihazlarda “siyah seviyesi” de okunur).
2. Değer bir referans düzeyiyle (örneğin ortalama) karşılaştırılır.
3. Çıkış değeri ile referans seviyesi arasındaki fark her piksel için saklanır.
4. Daha sonra tarama sırasında bu fark her piksel için telafi edilir.

AGC sistemi, tarayıcı sistemi her başlatıldığında başlatılır. Muhtemelen makineyi açtığınızda, bir süre sonra tarayıcı taşıyıcısının ileri geri hareketler yapmaya başladığını (siyah beyaz şeritler boyunca sürünerek) fark etmişsinizdir. Bu, AGC sistemi başlatma işlemidir. Sistem aynı zamanda lambanın durumunu (eskimesini) de dikkate alır.

Renkli tarayıcıyla donatılmış küçük MFP'lerin sırayla üç renkle "lambayı yaktığını" da muhtemelen fark etmişsinizdir: kırmızı, mavi ve yeşil. Daha sonra yalnızca orijinal arka ışık beyaza döner. Bu, matrisin hassasiyetini RGB kanalları için ayrı ayrı daha iyi düzeltmek için yapılır.

Yarı ton testi (GÖLGELEME TESTİ) mühendisin talebi üzerine bu prosedürü başlatmanıza ve ayar değerlerini gerçek koşullara getirmenize olanak sağlar.

Tüm bunları gerçek bir "savaş" makinesinde düşünmeye çalışalım. Tanınmış ve popüler bir cihazı temel alalım. SAMSUNG SCX-4521 (Xerox Pe 220).

Bizim durumumuzda CCD'nin CIS (Temaslı Görüntü Sensörü) haline geldiğini, ancak olup bitenlerin özünün temelde değişmediğini belirtmekte fayda var. Basitçe LED hatları ışık kaynağı olarak kullanılır.

Bu yüzden:

CIS'den gelen görüntü sinyali yaklaşık 1,2 V'luk bir seviyeye sahiptir ve cihaz denetleyicisinin (SADC) ADC bölümüne (SADC) beslenir. SACP'den sonra analog sinyal CIS, 8 bitlik bir dijital sinyale dönüştürülecektir.

SADC'deki görüntü işlemcisi önce ton düzeltme işlevini, ardından gama düzeltme işlevini kullanır. Bundan sonra veriler, çalışma moduna göre çeşitli modüllere sağlanır. Metin modunda görüntü verileri LAT modülüne gönderilir, Fotoğraf modunda görüntü verileri "Hata Dağılımı" modülüne gönderilir, PC Tarama modunda görüntü verileri DMA erişimi aracılığıyla doğrudan kişisel bilgisayara gönderilir.

Test etmeden önce birkaç tane yerleştirin temiz çarşaflar Beyaz kağıt. Optiklerin, siyah beyaz şeridin ve genel olarak tarayıcı düzeneğinin içeriden "yalanması" gerektiğini söylemeye gerek yok.

1. TEKNOLOJİ MODUNDA seçim yapın
2. Görüntüyü taramak için ENTER düğmesine basın.
3. Taramanın ardından bir "CIS GÖLGELEME PROFİLİ" yazdırılacaktır. Böyle bir sayfanın bir örneği aşağıda gösterilmiştir. Sonucunuzun bir kopyası olması gerekmez, ancak görsel olarak yakın olmalıdır.
4. Yazdırılan görüntü çizimde gösterilen görüntüden çok farklıysa CIS arızalıdır. Lütfen rapor kağıdının alt kısmında "Sonuçlar: Tamam" yazdığını unutmayın. Bu, sistemin CIS modülüyle ilgili ciddi bir şikayeti olmadığı anlamına gelir. Aksi takdirde hata sonuçları verilecektir.

Profil çıktısı örneği:

Sana iyi şanslar!!

St. Petersburg Devlet Üniversitesi (LSU), St. Petersburg Elektroteknik Üniversitesi (LETI) ve Axl öğretmenlerinin makalelerinden ve derslerinden elde edilen materyallere dayanmaktadır. Onlara teşekkürler.

V. Schelenberg tarafından hazırlanan materyal

CCD matrisi("kısaltılmış" P ile kavga etmek H Aryadova İle bağ") veya CCD matrisi(kısaltılmış hali İngilizce CCD, "Şarj Bağlantılı Cihaz") - özel analog entegre devre Işığa duyarlı olanlardan oluşan fotodiyotlar temel alınarak yapılmıştır silikon teknolojiyi kullanmak CCD- olan cihazlar şarj bağlı.

CCD matrisleri şirketler tarafından üretilmekte ve aktif olarak kullanılmaktadır. Nikon'un, Kanon, sony, Fuji, Kodak, Matsushita, Philips Ve bircok digerleri. Rusya'da CCD matrisleri bugün St. Petersburg'daki NPP ELAR CJSC tarafından geliştirilmekte ve üretilmektedir.

1 CCD'nin Tarihçesi 2 Genel yapı ve çalışma prensibi 2.1 N tipi cebe sahip bir CCD alt piksel örneği 3 Tamponlama yöntemine göre sınıflandırma 3.1 Tam kare aktarım sensörleri 3.2 Çerçeve tamponlu matrisler 3.3 Sütun tamponlu matrisler 4 Süpürme türüne göre sınıflandırma 4.1 Video kameralar için matrisler 5 Fotografik matrislerin boyutları 6 Bazı özel türler matrisler 6.1 Işığa duyarlı cetveller 6.2 Koordinat ve açı sensörleri 6.3 Arkadan aydınlatmalı matrisler 7 Işığa duyarlılık 8 Ayrıca bakınız 9 Notlar

CCD'nin Tarihçesi

Yük bağlantılı cihaz icat edildi 1969 Willard Boyle Ve George Smith Bell Laboratuvarlarında (AT&T Bell Laboratuvarları). Laboratuvarlar görüntülü telefon üzerinde çalışıyordu ( İngilizce resim telefon) ve “yarı iletken kabarcık hafızasının” geliştirilmesi ( İngilizce yarı iletken kabarcık hafıza ). Yük bağlantılı cihazlar, şarjın yalnızca cihazın giriş kaydına yerleştirilebildiği hafıza cihazları olarak hayata başladı. Ancak cihazın hafıza elemanının şarj alabilme yeteneği fotoelektrik etki yaptı bu başvuru CCD cihazları ana cihazlardır.

İÇİNDE 1970 araştırmacılar Bell Laboratuvarları Basit doğrusal cihazlar kullanarak görüntü yakalamayı öğrendi.

Daha sonra Katsuo Iwama'nın önderliğinde ( Kazuo Iwama) şirket sony CCD'lerle aktif olarak ilgilenmeye başladı, büyük yatırımlar yaptı ve video kameraları için CCD'lerin seri üretimini kurmayı başardı.

Iwama ağustos ayında öldü 1982. Yonga CCD Katkılarının anısına mezar taşına yerleştirildi.

Ocak ayında 2006 CCD üzerinde çalışmak için W. Boyle Ve J. Smithödüllendirildi ABD Ulusal Mühendislik Akademisi (İngilizce Ulusal Akademi ile ilgili Mühendislik).

İÇİNDE 2009 bu CCD yaratıcıları ödüllendirildi Nobel Fizik Ödülü.

Genel yapı ve çalışma prensibi

CCD matrisi aşağıdakilerden oluşur: polisilikon polisilikon geçitlerden voltaj uygulandığında çevredeki elektrik potansiyellerinin değiştiği silikon alt tabakadan ayrılmış elektrotlar.

Maruz kalmadan önce, genellikle elektrotlara belirli bir voltaj kombinasyonu uygulanarak, önceden oluşturulmuş tüm yükler sıfırlanır ve tüm elemanlar aynı duruma getirilir.

Daha sonra, elektrotlar üzerindeki voltajların kombinasyonu, maruz kalma sırasında ışığa maruz kalmanın bir sonucu olarak matrisin belirli bir pikselinde oluşan elektronların birikebileceği bir potansiyel kuyusu oluşturur. sırasında ışık akısı ne kadar yoğun olursa sergi ne kadar çok birikirse elektronlar buna göre potansiyel bir kuyuda belirli bir kuyunun nihai şarjı ne kadar yüksek olursa piksel.

Maruz kaldıktan sonra, elektrotlar üzerindeki voltajdaki art arda değişiklikler, her pikselde ve onun yanında, matrisin çıkış elemanlarına belirli bir yönde yük akışına yol açan potansiyel bir dağılım oluşturur.

N tipi cebe sahip bir CCD alt piksel örneği

Üreticilerin farklı piksel mimarileri vardır.

N tipi cebe sahip bir CCD matrisinin alt piksellerinin şeması (kırmızı fotodetektör örneğini kullanarak)

Alt piksel diyagramındaki semboller CCD:

1 - Kamera merceğinden geçen ışığın fotonları;

2 - Alt piksel mikrolensleri;

3 - R - kırmızı alt piksel filtresi, parça Bayer filtresi;

4 - Şeffaf elektrottan yapılmış çok kristalli silikon veya Kalay oksit;

5 - Yalıtkan (silikon oksit);

6 - N tipi silikon kanalı. Taşıyıcı üretim bölgesi (dahili fotoelektrik etki bölgesi);

7 - Taşıyıcı üretim bölgesinden gelen elektronların toplandığı potansiyel kuyu bölgesi (n-tipi cep);

8 - p tipi silikon substrat;

Tamponlama yöntemine göre sınıflandırma

[Tam kare aktarım sensörleri

Çerçeve tamponlu matrisler

Sütun tamponlu matrisler

Fotografik matrislerin boyutları

Koordinat ve açı sensörleri

Arkadan aydınlatmalı matrisler

Polikristalin silikon elektrotların kullanıldığı klasik CCD devresinde, ışığın elektrot yüzeyinden kısmi saçılması nedeniyle ışık hassasiyeti sınırlıdır. Bu nedenle, çekim yaparken Özel durumlar Spektrumun mavi ve ultraviyole bölgelerinde artan ışığa duyarlılık gerektiren, arkadan aydınlatmalı matrisler kullanılır ( İngilizce geri- aydınlatılmış matris). Bu tip sensörlerde kaydedilen ışık alt tabakanın üzerine düşer, ancak gerekli dahili foto efekt için alt tabaka 10-15 mm kalınlığa kadar taşlanır. µm. Bu işlem aşaması matrisin maliyetini önemli ölçüde artırdı; cihazların çok kırılgan olduğu ve montaj ve çalıştırma sırasında daha fazla dikkat gerektirdiği ortaya çıktı. Ve ışık akısını zayıflatan filtreler kullanıldığında, hassasiyeti artırmaya yönelik tüm pahalı işlemler anlamsız hale gelir. Bu nedenle arkadan aydınlatmalı matrisler çoğunlukla kullanılır. astronomik fotoğrafçılık.

Işığa duyarlılık

Matrisin duyarlılığı tüm matrislerin ışığa duyarlılığından oluşur. fotoğraf sensörleri(piksel) ve genellikle şunlara bağlıdır:

integral ışığa duyarlılık miktarın oranı olan fotoelektrik etkiİle ışık normalleştirilmiş spektral bileşime sahip bir radyasyon kaynağından gelen akı (lümen cinsinden);

tek renkli ışığa duyarlılık"- büyüklük oranı fotoelektrik etki boyutuna ışık belirli bir dalga boyuna karşılık gelen radyasyon enerjisi (milielektronvolt cinsinden);

seçilen parça için tüm monokromatik ISO değerlerinin seti spektrumışık spektral ışığa duyarlılık- ışığa duyarlılığın ışığın dalga boyuna bağımlılığı;

Görüntülerin katı hal fotoelektrik dönüştürücüleri (SPEC'ler), iletici CRT'lerin analoglarıdır.

TFEC'lerin tarihi CCD olarak adlandırılan 1970 yılına kadar uzanır ve MIS veya MOS yapısının kapasitörleri olan ayrı hücreler temelinde oluşturulur. Böyle bir temel kapasitörün plakalarından biri metal bir film M'dir, ikincisi ise yarı iletken bir substrat P'dir ( P- veya N-iletkenlik), dielektrik D, alt tabaka P üzerinde ince bir tabaka şeklinde biriktirilen bir yarı iletkendir. Alt tabaka P, alıcı ile silikon katkılıdır ( P-type) veya donör ( N-tipi) safsızlık ve D olarak - silikon oksit SiO 2 (bkz. Şekil 8.8).

Pirinç. 8.8. MOS kapasitör

Pirinç. 8.9.İşlem aşamasındaki suçlamaların hareketi Elektrik alanı

Pirinç. 8.10.Üç fazlı CCD sisteminin çalışma prensibi

Pirinç. 8.11.İki Fazlı CCD Sisteminde Yüklerin Hareketi

Bir metal elektrota voltaj uygulandığında, altında azınlık taşıyıcıların (bizim durumumuzda elektronların) "birikebileceği" ve çoğunluk taşıyıcıların, deliklerin M'den itileceği bir "cep" veya potansiyel kuyusu oluşur. Yüzeyden belli bir mesafede azınlık taşıyıcıların konsantrasyonu ana taşıyıcıların konsantrasyonundan daha yüksek olabilir. Dielektrik D'nin yakınında, P alt katmanında iletkenlik tipinin tersine değiştiği bir ters çevirme katmanı belirir.

CCD'deki şarj paketi elektriksel olarak veya ışık üretimi kullanılarak verilebilir. Işık üretimi sırasında silikonda meydana gelen fotoelektrik işlemler, potansiyel kuyularda azınlık taşıyıcıların birikmesine yol açacaktır. Birikmiş yük aydınlatma ve birikim süresiyle orantılıdır. CCD'ye yönlü yük aktarımı, MOS kapasitörlerinin tükenme bölgeleri üst üste gelecek ve potansiyel kuyuları bağlanacak kadar birbirine yakın yerleştirilmesiyle sağlanır. Bu durumda azınlık taşıyıcılarının mobil yükü potansiyel kuyunun daha derin olduğu yerde birikecektir.

Işığın etkisi altında elektrotun altında bir yük birikmesine izin verin sen 1 (bkz. Şekil 8.9). Şimdi bitişik elektroda ise sen 2 voltajı uygulayın sen 2 >U 1, daha sonra yakınlarda daha derin başka bir potansiyel delik görünecektir ( sen 2 >U 1). Aralarında bir elektrik alanı bölgesi ortaya çıkacak ve azınlık taşıyıcıları (elektronlar) daha derin bir "cebe" doğru sürüklenecek (akacak) (bkz. Şekil 8.9). Yük aktarımında çift yönlülüğü ortadan kaldırmak için, 3 elektrotlu gruplar halinde birleştirilen bir dizi elektrot kullanılır (bkz. Şekil 8.10).

Örneğin, elektrot 4'ün altında bir yük birikmişse ve bunun sağa aktarılması gerekiyorsa, o zaman daha fazlası yüksek voltaj (sen 2 >U 1) ve yük ona akar, vb.

Elektrot setinin neredeyse tamamı üç veriyoluna bağlıdır:

ben – 1, 4, 7,…

II – 2, 5, 8, …

III-3, 6, 9,…

Bizim durumumuzda “alım” voltajı ( senŞekil 2) elektrotlar 2 ve 5'in üzerinde olacaktır, ancak elektrot 2, yükün depolandığı elektrot 4'ten elektrot 3 (ki bu da) ile ayrılmıştır.

sen 3 = 0), yani sola doğru akış olmayacak.

Üç zamanlı CCD işlemi TV görüntüsünün öğesi başına üç elektrotun (hücre) varlığını varsayar, bu da ışık akısı tarafından kullanılan yararlı alanı azaltır. CCD hücrelerinin (elektrotların) sayısını azaltmak için, kademeli bir şekilde metal elektrotlar ve bir dielektrik katman oluşturulur (bkz. Şekil 8.11). Bu, elektrotlara voltaj darbeleri uygulandığında, elektrotların farklı kısımları altında farklı derinliklerde potansiyel kuyuları oluşturulmasına olanak tanır. Komşu hücreden gelen yüklerin çoğu daha derindeki deliğe akar.

İki fazlı bir CCD sistemi ile matristeki elektrotların (hücrelerin) sayısı üçte bir oranında azalır, bu da potansiyel rahatlamanın okunmasında faydalı bir etkiye sahiptir.

Başlangıçta CCD'lerin kullanılması önerildi bilgisayar Teknolojisi depolama aygıtları, kaydırma yazmaçları olarak. Zincirin başlangıcına, sisteme bir yük getiren bir enjeksiyon diyotu yerleştirildi ve zincirin sonuna - genellikle bir çıkış diyotu yerleştirildi. n-p- veya p-n- CCD zincirinin ilk ve son elektrotları (hücreleri) ile alan etkili transistörler oluşturan MOS yapılarının geçişleri.

Ancak çok geçmeden CCD'lerin ışığa karşı çok duyarlı olduğu ve bu nedenle depolama aygıtları yerine ışık dedektörleri olarak kullanılmalarının daha iyi ve daha verimli olduğu anlaşıldı.

Bir fotodetektör olarak bir CCD matrisi kullanılıyorsa, optik yöntem (ışık enjeksiyonu) kullanılarak bir veya başka bir elektrot altında yük birikimi gerçekleştirilebilir. CCD'lerin temelde ışığa duyarlı analog kaydırma yazmaçları olduğunu söyleyebiliriz. Günümüzde CCD'ler depolama aygıtları (bellek aygıtları) olarak değil, yalnızca fotodetektörler olarak kullanılmaktadır. Faks makinelerinde, tarayıcılarda (CCD dizileri), kameralarda ve video kameralarda (CCD dizileri) kullanılırlar. Tipik olarak TV kameraları CCD çipleri kullanır.

Ücretlerin %100'ünün bitişikteki cebe aktarıldığını varsaydık. Ancak pratikte kayıpları hesaba katmak zorundayız. Kayıp kaynaklarından biri, yükleri yakalayıp bir süre tutabilen "tuzaklar"dır. İletim hızı yüksekse bu yüklerin komşu cebe akacak zamanı yoktur.

İkinci sebep ise akış mekanizmasının kendisidir. İlk anda, güçlü bir elektrik alanında yük aktarımı meydana gelir - sürüklenme e. Bununla birlikte, yükler aktıkça alan kuvveti düşer ve sürüklenme süreci zayıflar, dolayısıyla son kısım, sürüklenmeden 100 kat daha yavaş bir şekilde difüzyon nedeniyle hareket eder. Son kısmı beklemek performansın düşmesi anlamına gelir. Drift transferin %90’ından fazlasını sağlıyor. Ancak kayıpların belirlenmesinde esas olan son yüzdedir.

Bir transfer döngüsünün iletim katsayısı şuna eşit olsun: k= 0,99, döngü sayısının eşit olduğu varsayılarak N= 100, toplam iletim katsayısını belirleriz:

0,99 100 = 0,366

Çok sayıda element söz konusu olduğunda, bir elementteki küçük kayıpların bile büyük önem bir bütün olarak zincir için.

Bu nedenle CCD matrisindeki yük transferlerinin sayısının azaltılması konusu özellikle önemlidir. Bu bağlamda, iki fazlı bir CCD matrisi, üç fazlı bir sisteme göre biraz daha yüksek bir yük transfer katsayısına sahip olacaktır.

Şarj bağlantılı cihaz, 1969 yılında AT&T Bell Laboratuarlarında Willard Boyle ve George Smith tarafından icat edildi. Laboratuvarlar görüntülü telefon üzerinde çalışıyordu. resim telefonu) ve “yarı iletken kabarcık hafızasının” geliştirilmesi (İng. yarı iletken kabarcık belleği). Yük bağlantılı cihazlar, şarjın yalnızca cihazın giriş kaydına yerleştirilebildiği hafıza cihazları olarak hayata başladı. Ancak cihazın hafıza elemanının fotoelektrik etki nedeniyle şarj alabilmesi CCD cihazlarının bu uygulamasını ana uygulama haline getirmiştir.

Genel yapı ve çalışma prensibi

Maruz kalmadan önce, genellikle elektrotlara belirli bir voltaj kombinasyonu uygulanarak, önceden oluşturulmuş tüm yükler sıfırlanır ve tüm elemanlar aynı duruma getirilir.

Daha sonra, elektrotlar üzerindeki voltajların kombinasyonu, maruz kalma sırasında ışığa maruz kalmanın bir sonucu olarak matrisin belirli bir pikselinde oluşan elektronların birikebileceği bir potansiyel kuyusu oluşturur. Pozlama sırasında ışık akısı ne kadar yoğun olursa, potansiyel kuyusunda o kadar fazla elektron birikir ve buna bağlı olarak belirli bir pikselin son yükü de o kadar yüksek olur.

Maruziyet sonrasında ardışık değişiklikler elektrotlardaki voltajlar, her pikselde ve yanında bir potansiyel dağılımı oluşturur ve bu da yükün piksellere akışına yol açar. verilen yön, matrisin çıktı elemanlarına.

N tipi cebe sahip bir CCD alt piksel örneği

Üreticilerin farklı piksel mimarileri vardır.

CCD alt piksel diyagramındaki tanımlar: 1 - kamera merceğinden geçen ışığın fotonları;
2 - ;
3 - R - kırmızı alt piksel filtresi, Bayer filtre parçası;
4 - polikristalin silikondan veya indiyum ve kalay oksit alaşımından yapılmış şeffaf elektrot;
5 - silikon oksit;
6 - n-tipi silikon kanalı: taşıyıcı üretim bölgesi - dahili fotoelektrik etki bölgesi;
7 - yük taşıyıcı üretim bölgesinden gelen elektronların toplandığı potansiyel kuyu bölgesi (n-tipi cep);
8 - p tipi silikon substrat.

Tamponlama yöntemine göre sınıflandırma

Tam kare aktarım sensörleri

Lensin oluşturduğu görüntü CCD matrisine düşer, yani ışık ışınları, görevi foton enerjisini enerjiye dönüştürmek olan CCD elemanlarının ışığa duyarlı yüzeyine düşer. elektrik şarjı. Yaklaşık olarak aşağıdaki gibi olur.

Bir CCD elemanına düşen bir foton için, olayların gelişimi için üç seçenek vardır - ya yüzeyden "sekecek" ya da yarı iletkenin (matris malzemesi) kalınlığında emilecek ya da "delip geçecektir" “çalışma bölgesi”. Açıkçası, geliştiricilerin "sekme" ve "şut"tan kaynaklanan kayıpları en aza indirecek bir sensör yaratmaları gerekiyor. Matris tarafından emilen aynı fotonlar, yarı iletken kristal kafesin bir atomu ile etkileşim varsa bir elektron-delik çifti oluşturur veya etkileşim, donör veya alıcı safsızlıkların atomlarıyla ise yalnızca bir elektron (veya delik) oluşturur ve bu olayların her ikisine de iç fotoelektrik etki denir. Elbette sensörün çalışması dahili fotoelektrik etkiyle sınırlı değildir - yarı iletkenden "alınan" yük taşıyıcılarının özel bir depoda saklanması ve ardından sayılması gerekir.

CCD öğesi

İÇİNDE Genel görünüm Bir CCD elemanının tasarımı şuna benzer: p-tipi bir silikon alt tabaka, n-tipi bir yarı iletkenden yapılmış kanallarla donatılmıştır. Kanalların üzerinde yalıtkan bir silikon oksit tabakasına sahip polikristalin silikondan yapılmış elektrotlar oluşturulur. Böyle bir elektroda elektrik potansiyeli uygulandıktan sonra, tükenme bölgesinde n tipi kanalın altında amacı elektronları depolamak olan bir potansiyel kuyusu oluşturulur. Foton nüfuz eden bir silikon, potansiyel kuyusuna çekilen ve içinde kalan bir elektronun oluşmasıyla sonuçlanır. Daha fazla foton ( parlak ışık) kuyuya daha büyük bir yük sağlar. Daha sonra fotoakım olarak da adlandırılan bu yükün değerini hesaplamanız ve yükseltmeniz gerekir.

CCD elemanlarının foto akımlarının okunması, girişteki bir yük dizisini çıkışta bir dizi darbeye dönüştüren seri kaydırma yazmaçları olarak adlandırılanlar tarafından gerçekleştirilir. Bu seri, daha sonra bir amplifikatöre beslenen bir analog sinyali temsil eder.

Böylece, bir yazmaç kullanarak bir CCD elemanları hattının yüklerini analog sinyale dönüştürmek mümkündür. Aslında, CCD matrislerindeki seri kaydırma yazmacı, aynı CCD elemanlarının bir sıra halinde birleştirilmesi kullanılarak uygulanır. Böyle bir cihazın çalışması, yük bağlantılı cihazların (CCD kısaltmasının anlamı budur) potansiyel kuyularının yüklerini değiştirme yeteneğine dayanır. Değişim, bitişik CCD elemanları arasında bulunan özel transfer elektrotlarının (transfer kapısı) varlığı sayesinde gerçekleştirilir. En yakın elektroda artan bir potansiyel uygulandığında, yük potansiyel kuyusundan onun altına “akar”. CCD elemanları arasına iki ila dört transfer elektrotu yerleştirilebilir; iki fazlı, üç fazlı veya dört fazlı olarak adlandırılabilecek kaydırma yazmacının "fazı" sayılarına bağlıdır.

Potansiyellerin transfer elektrotlarına beslenmesi, kaydın tüm CCD elemanlarının potansiyel kuyularının yüklerinin hareketi aynı anda gerçekleşecek şekilde senkronize edilir. Ve bir aktarım döngüsü sırasında, CCD elemanlarının "zincir boyunca yükleri soldan sağa (veya sağdan sola) ilettiği" görülmektedir. Peki, "ekstrem" olduğu ortaya çıkan CCD elemanı, yükünü yazmacın çıkışında bulunan cihaza yani amplifikatöre verir.

Genel olarak seri kaydırma yazmacı, bir cihazdır. paralel giriş ve seri çıkış. Bu nedenle kayıttan tüm masrafları okuduktan sonra girişine başvurmak mümkündür. Yeni hat, sonra bir sonraki ve böylece iki boyutlu bir fotoakım dizisine dayalı sürekli bir analog sinyal üretir. Buna karşılık, seri kaydırma yazmacına paralel giriş (yani, iki boyutlu bir fotoakım dizisinin satırları), paralel kaydırma yazmacı adı verilen bir dizi dikey yönelimli seri kaydırma yazmacı tarafından sağlanır ve tüm yapı tam olarak CCD matrisi adı verilen bir cihaz.

Paralel olanı oluşturan "dikey" seri kaydırma yazmaçlarına CCD sütunları adı verilir ve işlemleri tamamen senkronize edilir. İki boyutlu dizi CCD matrisinin foto akımları aynı anda bir sıra aşağı kaydırılır ve bu, yalnızca "en altta" bulunan seri kaydırma yazmacından önceki sıranın yükleri amplifikatöre gittikten sonra gerçekleşir. Seri kayıt serbest bırakılıncaya kadar paralel kayıt boşta kalmaya zorlanır. Normal çalışma için, CCD matrisinin kendisinin, hem seri hem de paralel kaydırma yazmaçlarının elektrotlarına potansiyel sağlayan ve her iki kaydın çalışmasını senkronize eden bir mikro devreye (veya bir dizisine) bağlanması gerekir. Ayrıca bir saat üretecine de ihtiyaç vardır.

Tam çerçeve sensörü

Bu tip sensör, tasarım açısından en basit olanıdır ve tam çerçeve CCD matrisi olarak adlandırılır. Bu tip matris, "borulama" mikro devrelerine ek olarak, pozlamanın bitiminden sonra ışık akısını bloke eden mekanik bir deklanşör gerektirir. Deklanşör tamamen kapanmadan önce okuma yükleri başlayamaz - paralel kaydırma yazmacının çalışma döngüsü sırasında, CCD matrisinin açık yüzeyine çarpan fotonların neden olduğu piksellerinin her birinin foto akımına ekstra elektronlar eklenecektir. Bu olaya, tam çerçeve matristeki yükün "yayılması" (tam çerçeve matris lekelenmesi) adı verilir.

Dolayısıyla böyle bir düzende çerçeve okuma hızı, hem paralel hem de seri kaydırmalı yazmaçların çalışma hızıyla sınırlıdır. Okuma işlemi tamamlanıncaya kadar mercekten gelen ışık akışının engellenmesi gerektiği de açıktır, dolayısıyla pozlamalar arasındaki aralık da okuma hızına bağlıdır.

Çerçeve tamponlu matrisler

Tam çerçeve matrisinin, paralel kaydın yüklerinin seri olanın girişine satır satır sağlanmadığı, ancak bir tampon paralel kayıt defterinde "depolandığı" geliştirilmiş bir versiyonu vardır. Bu kayıt ana paralel kaydırma yazmacının altında bulunur, foto akımlar satır satır tampon kaydına taşınır ve oradan seri kaydırma yazmacının girişine girerler. Tampon kaydının yüzeyi opak (genellikle metal) bir panel ile kaplıdır ve sistemin tamamına çerçeve aktarım CCD matrisi adı verilir. Çerçeve ara belleğe almalı matris Bu şemada, ana paralel kaydırma yazmacının potansiyel delikleri çok daha hızlı "boşaltılır", çünkü satırları ara belleğe aktarırken, her satır için seri yazmacın tam döngüsünü beklemeye gerek yoktur. Bu nedenle, okuma hızı da azalsa da, pozlamalar arasındaki aralık kısalır; satırın iki kat daha uzun süre "yolcu olması" gerekir. Böylece, arabellek kaydı nedeniyle cihazın maliyeti gözle görülür şekilde artmasına rağmen, pozlamalar arasındaki aralık yalnızca iki kare için azalır. Bununla birlikte, çerçeve tamponlamalı matrislerin en göze çarpan dezavantajı, fotoakımların "yolunun" uzamasıdır ve bu da değerlerinin güvenliğini olumsuz yönde etkiler. Ve her durumda, kareler arasında mekanik deklanşörün etkinleştirilmesi gerekir, böylece sürekli bir video sinyalinden bahsetmeye gerek kalmaz.

Sütun tamponlu matrisler

Özellikle video ekipmanı için geliştirildi yeni tip pozlamalar arasındaki aralığın bir çift kare için değil, sürekli bir akış için en aza indirildiği matrisler. Elbette bu sürekliliği sağlamak için mekanik panjurun terk edilmesini sağlamak gerekiyordu.

Aslında bu şema Sütun arabellekli matris (satırlar arası CCD matrisi) olarak adlandırılan, çerçeve arabellekli sistemlere biraz benzer - aynı zamanda CCD elemanları opak bir kaplamanın altına gizlenmiş bir tampon paralel kaydırma yazmacı kullanır. Ancak bu arabellek bulunamadı tek blok olarak ana paralel kayıt altında - sütunları ana kaydın sütunları arasında "karıştırılır". Sonuç olarak, ana kaydın her sütununun yanında bir tampon sütunu vardır ve fotoakımlar maruz kaldıktan hemen sonra "yukarıdan aşağıya" değil, "soldan sağa" (veya "sağdan sola") hareket eder ve sadece bir çalışma döngüsünde tampon kaydına girerler ve bir sonraki maruz kalma için potansiyel boşlukları tamamen serbest bırakırlar. Tampon kaydına giren masraflar her zaman olduğu gibi bir seri kaydırma yazmacı aracılığıyla, yani "yukarıdan aşağıya" okunur. Fotoakımların tampon kaydına boşaltılması, mekanik bir deklanşör olmasa bile yalnızca bir döngüde gerçekleştiğinden, tam çerçeve sensördeki şarjın "yayılmasına" benzer bir şey gözlemlenmez. Ancak çoğu durumda her kare için pozlama süresi, süre olarak arabellek paralel kaydının tamamen okunması için harcanan aralığa karşılık gelir. Tüm bunlar sayesinde video sinyali oluşturmak mümkün hale geliyor. yüksek frekans kareler - saniyede en az 30 kare. Sütun tamponlu matris Rus literatüründe sıklıkla sütun tamponlu matrislere yanlışlıkla "titreşimli" adı verilir. Bunun nedeni muhtemelen İngilizce "interline" (satır ara belleğe alma) ve "interlaced" (titreşimli tarama) adlarının kulağa çok benzer gelmesidir. Aslında tek saat döngüsünde tüm satırlar okunduğunda aşamalı taramalı bir matristen bahsedebiliriz, ilk saat döngüsünde tek satırlar, ikinci saat döngüsünde çift satırlar okunduğunda (veya tam tersi) konuşuyoruz taramalı tarama taramasına sahip bir matris hakkında).

Kamera matrislerinin boyutları

Tanım		Genişlik	Yükseklik	Diyagonal	Kare	Örnek
Bütün çerçeve, film türü 135.	1 - 1,01	35,8 - 36	23,8 - 24	43 - 43,3	852-864	Canon EOS 5D, Canon EOS-1D'ler (CMOS sensörü)
APS-H	1,26 - 1,28	28,1 - 28,7	18,7 - 19,1	33,8 - 34,5	525,5 - 548,2	Canon EOS-1D Mark III (CMOS sensörü)
	1,33	27	18	32,4	486	Leica M8
APS-C, 1,8"	1,44 - 1,74	20,7 - 25,1	13,8 - 16,7	24,9 - 30,1	285,7 - 419,2	Pentax K10D
Foveon X3	1,74	20,7	13,8	24,9	285,7	Sigma SD14
4/3 "	1,92 - 2	17,3 - 18	13 −13,5	21,6 - 22,5	224,9 - 243	Olympus E-330
1"	2,7	12,8	9,6	16	122,9	Sony ProMavica MVC-5000
2/3"	3,93	8,8	6,6	11	58,1	Pentax EI-2000
1/1,6"	≈4	8	6	10	48	Panasonic Lumix DMC-LX3
1/1,65"	≈4					Panasonic Lumix DMC-LX2
1/1,7"	≈4,5	7,6	5,7	9,5	43,3	Canon PowerShot G10
1/1,8"	4,84	7,176	5,319	8,9	38,2	Casio EXILIM EX-F1
1/1,9"	≈5					Samsung Digimax V6
1/2"	5,41	6,4	4,8	8	30,7	Sony DSC-D700
1/2,3"	≈6	6,16	4,62	7,70	28,46	Olympus SP-560 İngiltere
1/2,35"	≈6					Pentax Optio V10
1/2,4"	≈6					Fujifilm FinePix S8000fd
1/2,5"	5,99	5,8	4,3	7,2	24,9	Panasonic Lumix DMC-FZ8
1/2,6"	≈6					HP Photosmart M447
1/2,7"	6,56	5,27	3,96	6,6	20,9	Olympus C-900 yakınlaştırma
1/2,8"	≈7					Canon DC40
1/2,9"	≈7					Sony HDR-SR7E
1/3"	7,21	4,8	3,6	6	17,3	Canon PowerShot A460
1/3,1"	≈7					Sony HDR-SR12E
1/3,2"	7,62	4,536	3,416	5,7	15,5	Canon HF100
1/3,4"	≈8					Canon MVX35i
1/3,6"	8,65	4	3	5	12	JVC GR-DZ7
1/3,9"	≈9					Canon DC22
1/4"						Canon XM2
1/4,5"						Samsung VP-HMX10C
1/4,7"						Panasonic NV-GS500EE-S
1/5"						Sony DCR-SR80E
1/5,5"						JVC Everio GZ-HD7
1/6"	14,71	2,4	1,7	2,9	4,1	Sony DCR-DVD308E
1/8"						Sony DCR-SR45E

Dijital sinema kameralarının boyutları

Tanım	yazışma biçim filmler	Genişlik