home

Квантовая и полупроводниковая электроника: курс лекций

?
49

Фотогенерацию вызывают только фотоны с энергией, превышающей ширину запрещённой зоны ΔW ≈ 1,2 эВ. Длина волны λ = hc/ΔW = 1,05 мкм (это ближний ИК диапазон) является
красной границей фотоэффекта в кремнии.
Светочувствительность ФПЗС определяют как минимальную освещённость объекта, при которой можно различить в
видеосигнале переход от чёрного к белому. У цветных матриц
чувствительность ниже из-за ослабления света в светофильтрах
и уменьшения светочувствительной поверхности пикселей.
Неоднородность чувствительности. Пиксели ПЗС матрицы технологически имеют неодинаковую чувствительность к
свету. Коррекция выполняется системой Auto Gain Control
(AGC). В сканерах система AGC инициализируется при каждом
включении прибора. Выполняются следующие действия:
– для каждого пикселя линейки ПЗС считывается значение
при освещении его эталонным белым светом;
– значение сравнивается с опорным уровнем (например,
средним);
– разница между выходным значением и опорным уровнем
запоминается для каждого пикселя;
– при сканировании изображений эта разница компенсируется для каждого пикселя.
Для видеокамер и фотоаппаратов расчёт коррекции обычно
даётся в заводских настройках.
Шумы ФПЗС
Фотонный шум обусловлен флуктуацией светового потока
и случайным характером фотогенерации электронно-дырочных
пар. Дискретный случайный процесс подчиняется статистике
Пуассона: число фотоэлектронов, накопленных в ячейке, может
быть определено с точностью до квадратного корня из их числа.
4
Например, зарядовый пакет в 10 электронов будет флуктуировать от кадра к кадру со среднеквадратическим отклонением в
100 электронов. Отношение сигнал/шум для входного сигнала
не более 100 и тем ниже, чем меньше зарядовый пакет (меньше
площадь ячейки). Иначе говоря, чем больше у матрицы “мегапикселей” и чем меньше размеры кристалла, тем ниже соотношение сигнал/шум.