Матриця фоточутливих елементів

З таких фоточутливих елементів на поверхні кремнію можна сформувати цілу матрицю. Для того, щоб почергово зчитувати з фоточутливих елементів інформацію про отриману ними світлову експозицію, потрібно у кожний з них вбудувати ще транзисторний ключ. Тоді можна організувати процес почергового зчитування інформації за часом, відкриваючи ключ лише в потрібний момент, коли черга підійшла до даного чутливого елементу. КМДН технологія дозволяє сформувати потрібні ключі також у вигляді МДН транзисторів. Таким чином, кожний елемент найпростішої світлочутливої КМДН матриці для сприйняття чорно-білих зображень складається з одного фотодіода і двох МДН транзисторів (рис.6.3). МДН транзистор, до затвору якого приєднаний фотодіод, ми будемо називати «чутливим».

Окремі комірки світлочутливої матриці на рис.6.3 виділені штриховими прямокутними рамками. В лівій верхній комірці виводи пронумеровані. Виводи 1 усіх елементів з’єднуються з комутатором режиму, який для спрощення на рис.6.3 не показаний. Виводи 2 усіх елементів у рядку матриці з’єднуються з горизонтальною шиною, підключеною до відповідного виходу комутатора рядків. Виводи 3 усіх елементів з’єднані із спільним «відеовиходом» матриці. Він також на рис.6.3 не показаний. Виводи 4 усіх елементів, розташованих в одному і тому ж стовпці матриці, з’єднані із відповідною вертикальною шиною, підключеною до відповідного виходу комутатора елементів у рядку.

Рис. 6.3. Схема організації зчитування інформації з найпростішої чорно-білої світлочутливої МДН матриці

Функціонує схема так. На самому початку комутатор режиму роботи подає на аноди усіх фотодіодів напругу + Е. Це – режим підготовки до експозиції, під час якого на затворах МДН транзисторів накопичується позитивний електричний заряд. У режимі експозиції цей комутатор перемикає аноди фотодіодів на «землю». На матрицю з допомогою високоякісного об’єктива проектують зображення, яке потрібно сприйняти і перетворити в інформаційний відеосигнал. Під дією світла у фотодіодах протікає струм, і частина електричного заряду стікає на «землю». Коли закінчується час експозиції, комутатор від’єднує аноди фотодіодів від «землі», і струм через ізольовані фотодіоди припиняється, навіть якщо на них продовжує діяти світло.

У режимі зчитування відеосигналу комутатор рядків подає позитивний імпульс напруги на витоки чутливих МДН транзисторів першого рядка матриці, а комутатор елементів у рядку подає позитивний імпульс напруги спочатку на свій перший вихід. Внаслідок цього ключові МДН транзистори 1-го стовпця матриці (С1) привідкриваються. На відеовихід матриці при цьому може витікати струм зчитування лише з 1-го елементу 1-го рядка. У наступному такті комутатор елементів у рядку подає позитивний імпульс напруги на свій 2-й вихід, внаслідок чого ключові МДН транзистори 1-го стовпця матриці закриваються, а в 2-му стовпці (С2) відкриваються. На відеовихід матриці тепер витікає струм зчитування лише з 2-го елементу 1-го рядка. У наступних тактах аналогічно «знімаються» струми зчитування послідовно з 3-го, 4-го і т.д. елементів 1-го рядка. Після того як «знято» струм зчитування з останнього елемента 1-го рядка, комутатор рядків подає позитивний імпульс напруги на витоки чутливих МДН транзисторів 2-го рядка матриці, а комутатор елементів у рядку подає позитивний імпульс напруги знову на 1-й свій вихід. На відеовихід матриці витікає струм зчитування з 1-го елементу 2-го рядка. У наступних тактах комутатор елементів у рядку подає позитивний імпульс напруги почергово на усі свої виходи, внаслідок чого зчитується інформація з усього 2-го рядка матриці. І так рядок за рядком зчитується інформація про все зображення.

На цьому прикладі Ви можете побачити, як саме спостережуваний стан контрольованого об’єкту перетворюється в складний інформаційний сигнал. Нічого таємничого в цьому немає. Реальний об’єкт спочатку з допомогою фото об’єктива проектується в зображення на матриці чутливих елементів. А ланцюжок певним чином організованих електричних процесів приводить до виробітку відповідним чином організованої послідовності електричних сигналів, яка однозначно описує це зображення і дозволяє відтворити його на екрані монітора.