Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Прилад із зарядовим зв'язком, ПЗЗ (англ. Charge-coupled device, CCD) являє собою пристрій для руху електричного заряду, зазвичай всередині системи, до пристрою, де можна проводити якісь маніпуляції з зарядом, наприклад, оцифровувати його. Це досягається шляхом перенесення сигналів поетапно всередині пристрою. Часто в пристрій інтегрований датчик зображення, який продукує сигнал, що потім може бути зчитанний. В результаті цього ПЗЗ стали основою для створення CCD (ПЗЗ) матриць. Прилади використовуються для детектування світла (фотометрія), а також в медичних та професійних цілях, де потрібні зображення з високою роздільною здатністю.
Переваги ПЗЗ
Використання ПЗЗ для фотометрії стало по суті унікальним. По-перше, це — двовимірний приймач, і одночасно з досліджуваним об'єктом астрономи отримують дані про велику кількість сусідніх зір, які потрібні для калібрування світності. Оскільки матриця виготовлена на основі міцного кремнієвого кристала, її часові параметри достатньо стабільні. Дуже важлива і чудова лінійність ПЗЗ. Іншими словами, число електронів, накопичене в пікселі, точно пропорційне числу фотонів, отриманих від світила, на відміну від фотоемульсій і телевізійних детекторів типу відікон. Зручність ПЗЗ для фотометрії стає очевидною у зв'язку з можливістю врахувати локальні технологічні неоднорідності в чутливості окремих пікселів при побудові матриці. На практиці це виправляється за допомогою техніки флет-поля.
Принцип роботи ПЗЗ-матриці
У загальному вигляді конструкція ПЗЗ-елемента має такий вигляд: до кремнієвої підкладки p-типу додаються канали з напівпровідника n-типу. Над каналами створюються електроди з полікристалічного кремнію, вкриті ізолюючим прошарком з оксиду кремнію. Після подачі на такий електрод електричного потенціалу в збідненій зоні під каналом n-типу створюється потенціальна яма, яка призначена зберігати електрони. Фотони, що проникають в кремній, призводять до генерації електронів, які притягаються потенціальною ямою і залишаються в ній. Чим яскравіше світло, тим більше фотонів, а отже і більший заряд ями. Потім треба зчитати значення цього заряду, який називається фотострумом, і підсилити його.
Зчитування фотострумів ПЗЗ-елементів здійснюється так званими послідовними регістрами зсуву, які перетворюють рядок зарядів на вході в серію імпульсів на виході. Дана серія є аналоговий сигнал, який надалі надходить на підсилювач.
Таким чином, за допомогою цього регістра можна перетворити сигнал рядка з ПЗЗ-елементів в аналоговий сигнал. Фактично послідовний регістр зсуву в ПЗЗ-матрицях реалізується за допомогою тих же самих ПЗЗ-елементів, об'єднаних в рядок. Робота такого пристрою базується на здатності приладів із зарядовим зв'язком (саме це позначає абревіатура ПЗЗ) обмінюватися зарядами своїх потенціальних ям. Обмін здійснюється завдяки наявності спеціальних електродів переносу (transfer gate), розташованих між сусідніми ПЗЗ-елементами. При подачі на найближчий електрод більшої напруги(більшого потенціалу) заряд «перетікає» з потенційної ями під електрод. Між ПЗЗ-елементами можуть розташовуватися від двох до чотирьох електродів перенесення, від їх кількості залежить «фазність» регістра зсуву, який може бути двофазним, трифазним або чотирьохфазним.
Подача потенціалів на електроди перенесення синхронізована таким чином, що переміщення зарядів потенціальних ям всіх ПЗЗ-елементів регістра відбувається одночасно. І за один цикл перенесення ПЗЗ-елементи ніби «передають по ланцюжку» заряди зліва направо (або ж справа наліво). А крайній ПЗЗ-елемент віддає свій заряд пристрою, розташованого на виході регістра — підсилювачу.
У цілому послідовний регістр зсуву є пристроєм з паралельним входом і послідовним виходом. Тому після зчитування всіх зарядів з регістра є можливість подати на його вхід новий рядок, потім наступний і таким чином сформувати неперервний аналоговий сигнал на основі двовимірного масиву фотострумів. Своєю чергою, вхідний паралельний потік для послідовного регістра зсуву (тобто рядки двовимірного масиву фотострумів) забезпечується сукупністю вертикально орієнтованих послідовних регістрів зсуву, яка називається паралельним регістром зсуву, а вся конструкція в цілому якраз і є пристроєм, що має назву ПЗЗ-матриці.
«Вертикальні» послідовні регістри зсуву, що формують паралельний, називаються стовпцями ПЗЗ-матриці, і їх робота повністю синхронізована. Двовимірний масив фотострумів ПЗЗ-матриці одночасно зміщується вниз на один рядок, після того як заряди попереднього рядка, що розташований на найнижчому рівні послідовного регістра зсуву пішли на підсилювач. До звільнення послідовного регістра паралельний змушений простоювати. Сама ж ПЗЗ-матриця для нормальної роботи обов'язково повинна бути підключена до мікросхеми (або їх набору), що подає потенціали на електроди як послідовного, так і паралельного регістрів зсуву, синхронізуючи роботу обох регістрів. Також потрібен тактовий генератор.
Спектральна чутливість ПЗЗ
Область спектральної чутливості ПЗЗ приймачів займає значну частину оптичного діапазону, від ультрафіолету до ближнього інфрачервоного випромінювання. Для ІЧ випромінювання з довжиною хвилі більшою ніж 1100 нм енергії одного кванта недостатньо щоб перевести один електрон в збуджений стан. Для ІЧ випромінювання структура метал-оксид-напівпровідник прозора. При використанні ПЗЗ у фотометрії особливо популярний діапазон 400 — 1050 нм. В максимумі спектральної чутливості ПЗЗ матриці мають квантовий вихід близько 90%, а в середньому у всьому діапазоні спектра чутливість сягає 50-60%. Тоді як квантова ефективність популярного радянського фотоелектронного помножувача ФЕП-79 становить всього 9%.
Застосування ПЗЗ в астрономії
З англійської flat — це ділянка, рівень, плоский. Ідея наступна: в робочій комбінації матриця + телескоп одержують фотографію рівномірно сірого поля (це може бути просто лист білого паперу, освітлений розсіяним світлом, або ділянка нічного неба без зір). Надалі комп'ютер може врахувати перепади яскравості на поверхні кадра, і підкорегувати кінцевий знімок. Крім того, великою перевагою використання такого режиму є можливість врахування неправдоподібних фотометричних неоднорідностей, які вносить оптична система телескопа.
Див. також
Література
- Лебедева В. В. Экспериментальная оптика. 4-е изд. М.: Физический факультет МГУ, 2005. 282с. — с. 143–145
- Willard S. Boyle. Nobel Lecture: CCD—An extension of man's view (англ.) // Rev. Mod. Phys.. — 2010. — Vol. 82, iss. 3. — P. 2305—2306.
- George E. Smith. Nobel Lecture: The invention and early history of the CCD (англ.) // Rev. Mod. Phys.. — 2010. — Vol. 82, iss. 3. — P. 2307—2312.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Prilad iz zaryadovim zv yazkom PZZ angl Charge coupled device CCD yavlyaye soboyu pristrij dlya ruhu elektrichnogo zaryadu zazvichaj vseredini sistemi do pristroyu de mozhna provoditi yakis manipulyaciyi z zaryadom napriklad ocifrovuvati jogo Ce dosyagayetsya shlyahom perenesennya signaliv poetapno vseredini pristroyu Chasto v pristrij integrovanij datchik zobrazhennya yakij produkuye signal sho potim mozhe buti zchitannij V rezultati cogo PZZ stali osnovoyu dlya stvorennya CCD PZZ matric Priladi vikoristovuyutsya dlya detektuvannya svitla fotometriya a takozh v medichnih ta profesijnih cilyah de potribni zobrazhennya z visokoyu rozdilnoyu zdatnistyu PZZ matricya dlya ultrafioletovogo ta vidimogo diapazoniv U Vikipediyi ye statti pro inshi znachennya cogo termina PZZ Perevagi PZZVikoristannya PZZ dlya fotometriyi stalo po suti unikalnim Po pershe ce dvovimirnij prijmach i odnochasno z doslidzhuvanim ob yektom astronomi otrimuyut dani pro veliku kilkist susidnih zir yaki potribni dlya kalibruvannya svitnosti Oskilki matricya vigotovlena na osnovi micnogo kremniyevogo kristala yiyi chasovi parametri dostatno stabilni Duzhe vazhliva i chudova linijnist PZZ Inshimi slovami chislo elektroniv nakopichene v pikseli tochno proporcijne chislu fotoniv otrimanih vid svitila na vidminu vid fotoemulsij i televizijnih detektoriv tipu vidikon Zruchnist PZZ dlya fotometriyi staye ochevidnoyu u zv yazku z mozhlivistyu vrahuvati lokalni tehnologichni neodnoridnosti v chutlivosti okremih pikseliv pri pobudovi matrici Na praktici ce vipravlyayetsya za dopomogoyu tehniki flet polya Princip roboti PZZ matriciZaryadovi paketi elektroni poznacheni blakitnim kolorom zbirayutsya v potencialnih yamah poznacheni chervonim kolorom Potencialni yami stvoryuyutsya podacheyu pozitivnoyi naprugi na keruyuchij elektrod Keruyuchi naprugoyu mozhna peremishati zaryad uzdovzh lancyuzhka U zagalnomu viglyadi konstrukciya PZZ elementa maye takij viglyad do kremniyevoyi pidkladki p tipu dodayutsya kanali z napivprovidnika n tipu Nad kanalami stvoryuyutsya elektrodi z polikristalichnogo kremniyu vkriti izolyuyuchim prosharkom z oksidu kremniyu Pislya podachi na takij elektrod elektrichnogo potencialu v zbidnenij zoni pid kanalom n tipu stvoryuyetsya potencialna yama yaka priznachena zberigati elektroni Fotoni sho pronikayut v kremnij prizvodyat do generaciyi elektroniv yaki prityagayutsya potencialnoyu yamoyu i zalishayutsya v nij Chim yaskravishe svitlo tim bilshe fotoniv a otzhe i bilshij zaryad yami Potim treba zchitati znachennya cogo zaryadu yakij nazivayetsya fotostrumom i pidsiliti jogo Zchituvannya fotostrumiv PZZ elementiv zdijsnyuyetsya tak zvanimi poslidovnimi registrami zsuvu yaki peretvoryuyut ryadok zaryadiv na vhodi v seriyu impulsiv na vihodi Dana seriya ye analogovij signal yakij nadali nadhodit na pidsilyuvach Takim chinom za dopomogoyu cogo registra mozhna peretvoriti signal ryadka z PZZ elementiv v analogovij signal Faktichno poslidovnij registr zsuvu v PZZ matricyah realizuyetsya za dopomogoyu tih zhe samih PZZ elementiv ob yednanih v ryadok Robota takogo pristroyu bazuyetsya na zdatnosti priladiv iz zaryadovim zv yazkom same ce poznachaye abreviatura PZZ obminyuvatisya zaryadami svoyih potencialnih yam Obmin zdijsnyuyetsya zavdyaki nayavnosti specialnih elektrodiv perenosu transfer gate roztashovanih mizh susidnimi PZZ elementami Pri podachi na najblizhchij elektrod bilshoyi naprugi bilshogo potencialu zaryad peretikaye z potencijnoyi yami pid elektrod Mizh PZZ elementami mozhut roztashovuvatisya vid dvoh do chotiroh elektrodiv perenesennya vid yih kilkosti zalezhit faznist registra zsuvu yakij mozhe buti dvofaznim trifaznim abo chotirohfaznim Podacha potencialiv na elektrodi perenesennya sinhronizovana takim chinom sho peremishennya zaryadiv potencialnih yam vsih PZZ elementiv registra vidbuvayetsya odnochasno I za odin cikl perenesennya PZZ elementi nibi peredayut po lancyuzhku zaryadi zliva napravo abo zh sprava nalivo A krajnij PZZ element viddaye svij zaryad pristroyu roztashovanogo na vihodi registra pidsilyuvachu U cilomu poslidovnij registr zsuvu ye pristroyem z paralelnim vhodom i poslidovnim vihodom Tomu pislya zchituvannya vsih zaryadiv z registra ye mozhlivist podati na jogo vhid novij ryadok potim nastupnij i takim chinom sformuvati neperervnij analogovij signal na osnovi dvovimirnogo masivu fotostrumiv Svoyeyu chergoyu vhidnij paralelnij potik dlya poslidovnogo registra zsuvu tobto ryadki dvovimirnogo masivu fotostrumiv zabezpechuyetsya sukupnistyu vertikalno oriyentovanih poslidovnih registriv zsuvu yaka nazivayetsya paralelnim registrom zsuvu a vsya konstrukciya v cilomu yakraz i ye pristroyem sho maye nazvu PZZ matrici Vertikalni poslidovni registri zsuvu sho formuyut paralelnij nazivayutsya stovpcyami PZZ matrici i yih robota povnistyu sinhronizovana Dvovimirnij masiv fotostrumiv PZZ matrici odnochasno zmishuyetsya vniz na odin ryadok pislya togo yak zaryadi poperednogo ryadka sho roztashovanij na najnizhchomu rivni poslidovnogo registra zsuvu pishli na pidsilyuvach Do zvilnennya poslidovnogo registra paralelnij zmushenij prostoyuvati Sama zh PZZ matricya dlya normalnoyi roboti obov yazkovo povinna buti pidklyuchena do mikroshemi abo yih naboru sho podaye potenciali na elektrodi yak poslidovnogo tak i paralelnogo registriv zsuvu sinhronizuyuchi robotu oboh registriv Takozh potriben taktovij generator Spektralna chutlivist PZZOblast spektralnoyi chutlivosti PZZ prijmachiv zajmaye znachnu chastinu optichnogo diapazonu vid ultrafioletu do blizhnogo infrachervonogo viprominyuvannya Dlya ICh viprominyuvannya z dovzhinoyu hvili bilshoyu nizh 1100 nm energiyi odnogo kvanta nedostatno shob perevesti odin elektron v zbudzhenij stan Dlya ICh viprominyuvannya struktura metal oksid napivprovidnik prozora Pri vikoristanni PZZ u fotometriyi osoblivo populyarnij diapazon 400 1050 nm V maksimumi spektralnoyi chutlivosti PZZ matrici mayut kvantovij vihid blizko 90 a v serednomu u vsomu diapazoni spektra chutlivist syagaye 50 60 Todi yak kvantova efektivnist populyarnogo radyanskogo fotoelektronnogo pomnozhuvacha FEP 79 stanovit vsogo 9 Zastosuvannya PZZ v astronomiyiZ anglijskoyi flat ce dilyanka riven ploskij Ideya nastupna v robochij kombinaciyi matricya teleskop oderzhuyut fotografiyu rivnomirno sirogo polya ce mozhe buti prosto list bilogo paperu osvitlenij rozsiyanim svitlom abo dilyanka nichnogo neba bez zir Nadali komp yuter mozhe vrahuvati perepadi yaskravosti na poverhni kadra i pidkoreguvati kincevij znimok Krim togo velikoyu perevagoyu vikoristannya takogo rezhimu ye mozhlivist vrahuvannya nepravdopodibnih fotometrichnih neodnoridnostej yaki vnosit optichna sistema teleskopa Div takozhFotometriya astronomiya LiteraturaLebedeva V V Eksperimentalnaya optika 4 e izd M Fizicheskij fakultet MGU 2005 282s s 143 145 Willard S Boyle Nobel Lecture CCD An extension of man s view angl Rev Mod Phys 2010 Vol 82 iss 3 P 2305 2306 George E Smith Nobel Lecture The invention and early history of the CCD angl Rev Mod Phys 2010 Vol 82 iss 3 P 2307 2312