3. Разновидности фпм пзс
3.1 Полнокадровая фпм пзс.
Данный тип сенсора (рис. 3) является наиболее простым с конструктивной точки зрения и именуется полнокадровой ПЗС-матрицей (full-frame CCD - matrix). В ней используется один параллельный регистр для экспозиции, накопления и переноса зарядов. Механическая шторка используется для управления экспозицией и блокирует свет, чтобы ФПМ ПЗС не освещалась в процессе считывания. Иначе может произойти смаз зарядовой картины. В полнокадровом формате все ПЗС доступны для входящих фотонов в течение времени экспозиции. Достоинством такого формата является 100%-й коэффициент заполнения. Это означает, что 100% ячеек используются для детектирования фотонов в процессе экспозиции. Ячейки обычно имеют квадратную форму, поэтому не возникает аберрация изображения, свойственная фотоприемникам.
Помимо микросхем «обвязки», такой тип матриц нуждается также в механическом затворе, перекрывающем световой поток после окончания экспонирования. До полного закрытия затвора считывание зарядов начинать нельзя – при рабочем цикле параллельного регистра сдвига к фототоку каждого из его пикселов добавятся лишние электроны, вызванные попаданием фотонов на открытую поверхность ПЗС-матрицы. Данное явление называется «размазыванием» заряда в полнокадровой матрице (full - frame matrix smear).
Таким образом, скорость считывания кадра в такой схеме ограничена скоростью работы как параллельного, так и последовательного регистров сдвига. Также очевидно, что необходимо перекрывать световой поток, идущий с объектива, до завершения процесса считывания, поэтому интервал между экспонированием тоже зависит от скорости считывания.
Рис. 3 – Полнокадровая матрица
3.2 Фпм пзс с переносом кадра (матрица с буферизацией кадра)
Существует усовершенствованный вариант полнокадровой матрицы, в котором заряды параллельного регистра не поступают построчно на вход последовательного, а «складируются» в буферном параллельном регистре. Данный регистр расположен под основным параллельным регистром сдвига, фототоки построчно перемещаются в буферный регистр и уже из него поступают на вход последовательного регистра сдвига. Поверхность буферного регистра покрыта непрозрачной (чаще металлической) панелью, а вся система получила название матрицы с буферизацией кадра или ПЗС с переносом кадра (frame - transfer CCD) (рис. 4).
Рис. 4 – Матрица с буферизацией кадра
В данной схеме потенциальные ямы основного параллельного регистра сдвига «опорожняются» заметно быстрее, так как при переносе строк в буфер нет необходимости для каждой строки ожидать полный цикл последовательного регистра.
После окончания времени экспозиции сформированная зарядовая картина быстро переносится в секцию хранения, которая связана c последовательным регистром для последующего считывания. В то время как зарядовая картина считывается из секции хранения, в секции накопления может накапливаться зарядовая картина следующего кадра. Для режима переноса кадра между двумя секциями необходимо наличие двух независимых генераторов тактовых импульсов, как для секции накопления, так и для секции хранения. Следовательно, ФПМ ПЗС с переносом кадра может работать непрерывно, быстро и без механической шторки. Кроме того, она может использоваться и с механической шторкой для приема двух изображений с быстрой сменой кадров. Такой режим применяется, если нужно принимать два изображения разной интенсивности или на разных длинах волн.