Матрицы пзс взн, работающие в режиме временной задержки и накопления

К ФПЗС со строчным считыванием относятся ФПЗС с временной задержкой и накоплением (ВЗН). Эти приборы занимают промежуточное положение между линейными и матричными ФПЗС, объединяя достоинства и тех и других. Основное преимущество матриц ПЗС это увеличенная по сравнению с линейными ФПЗС чувствительность. Увеличение чувствительности достигается за счет увеличения времени накопления при синхронизации движения зарядовых пакетов по столбцам матрицы и спроецированного на матрицу изображения. От обычных матриц ПЗС со строчным считыванием ПЗС ВЗН отличаются меньшим форматом (количеством строк), так как в силу различных ограничений при съемке очень большое число шагов накопления в режиме ВЗН не может быть реализовано из-за смазов и ухудшения качества изображения, а соответственно, большое количество строк в матрицах ВЗН не требуется. Обычно ФПЗС ВЗН содержат не более 128 строк.

Если фрагмент изображения совмещен, например, с первой строкой матрицы ВЗН и на нее подан потенциал накопления, то в течении времени, определяемого длительностью тактового импульса, будет происходить накопление сигнального заряда от данного фрагмента. Затем потенциал накопления переключают на второю строку, потенциальные ямы переместятся под эту строку, и если скорость движения изображения синхронна со скоростью движения зарядовых пакетов, то в следующий момент времени проекция фрагмента изображения опять совпадает с потенциальными ямами, но уже находящимися под электродами второй строки. Заряд, накопленный под электродами второй строки в течении действия тактового импульса, будет соответствовать тому же фрагменту изображения, но увеличиться по величине, так как суммарное время накопления увеличилось в двое. Далее зарядовые пакеты перемещаются под электроды третьей строки синхронно с изображением, и снова накопленные заряды соответствуют тому же фрагменту. Этот процесс может повторяться столько раз сколько строк содержит матрица. В конце концов строка с накопленным сигналом попадет в регистр считывания м будет преобразована в выходном устройстве в импульсы напряжения. Основным является тот факт, что за время движения изображения вдоль столбца матрицы, сигнальный заряд от одного и того же фрагмента изображения все время накапливался (суммировался).

Данный принцип регистрации изображения требует жесткой стабилизации движения изображения. Необходимо точное совпадение вектора скорости движения изображения с вектором перемещения зарядовых пакетов, как по абсолютной величине так и по направлению. В противном случае качество изображения будет ухудшаться. Прекрасные возможности для применения режима ВЗН дает съемка в режиме заметания ("push broom") с борта движущегося по орбите космического аппарата. В этом случае все необходимые условия легко могут быть соблюдены без применения каких-либо дополнительных устройств, так изображение стабильно движется относительно фотоприемника за счет движения КА и остается только точно с ориентировать направление столбцов матрицы ПЗС ВЗН вдоль направления полета.

Использование ВЗН позволяет резко увеличить отношение сигнал/шум матриц ФПЗС ВЗН и, следовательно, реализовать высокую чувствительность. В зависимости от превалирующего механизма шумов увеличение отношения сигнал/шум может составлять от М^1/2 до М раз, где М число строк матрицы ФПЗС ВЗН.

Современные матрицы ВЗН строятся по принципу секционирования. Каждая секция такой матрицы позволяет осуществлять перенос заряда по столбцам в сторону регистра. Так как секции управляются независимо (или частично независимо), то последовательно отключая их (или перенося в них заряд в противоположном направлении) можно регулировать число строк накопления, а следовательно и чувствительность ФПЗС ВЗН. Таким образов осуществляется регулировка чувствительности ФПЗС и расширяется динамический диапазон ФПЗС и системы наблюдения в целом. В отечественных ФПЗС ВЗН число секций достигает 5, а изменение числа шагов накопления происходит каждый раз в двое. Общепринятым (в России) являются следующие значения числа шагов накопления: 128; 64; 32; 16; 8. В зарубежных матрицах ВЗН обычно используются другое секционирование, а большинство известных ФПЗС вообще секций не содержат.

Матрицы ПЗС ВЗН.

Фирма	Тип прибора	Организация	Формат, пикселы	Размер эл-та, мкм	Макс. частота, МГц
Пульсар	Б1200ЦМ3-9	Матрица ВЗН	256х128	12х16	5	0)
Электрон-Оптроник	"Круиз"	Матрица ВЗН	1024х128	9х9	6	*)
RETICON	TD1096AAG TD2096AAG	Матрица ВЗН	1024 х 96 2048 х 96	13 х 13	15	1)
RETICON	TD2032BAG	Матрица ВЗН	2048 х 32	13 х 13	8 х 10	2)
RETICON	TD2096CAG	Матрица ВЗН	2048 х 96	13 х 13	8 х 10	3)
DALSA	IL-E2	Матрица ВЗН	1024 x 96 2048 х 96	13 х 13	30.0	4)
DALSA	IT-E2	Матрица ВЗН	2048 х 96	13 х 13	8 x20.0	5)
DALSA	IT-F6	Матрица ВЗН	2048 х 96	13 х 13	8 x 15.0	6)
DALSA	IL-T3	Три матрицы ВЗН с RGB-фильтрами	2048 х 32 х 3	14 х 14	3 x 3.3	7)
DALSA	IL-T4	Три матрицы ВЗН с RGB-фильтрами	6000 х 32 х 3	12 х 12	3 x 3.3	8)