Сканеры и как они устроены

Сколько нужно DPI, чтобы вкрутить лампочку?

А теперь вспомним, что для качественной фотопечати формата А4/А3 оптимальным разрешением принтера считается 300-600 dpi. Т.е. все что больше – удел крутых фотографов, дорогих глянцевых журналов и т.п. А теперь прикинем, какое разрешение будет у изображения, которое предназначено для печати в формате А4 в 600 dpi:

Ничего себе получается такое изображение в 4961×7016 = 34 мегапикселя.

А теперь прикинем, изображение какого, кхм, разрешения получим при сканировании А4 в 6400 dpi:

Что-то как-то сканировать сразу расхотелось… 4000 гигапикселей, наверное, многовато для одного листа А4!

Зачем же тогда сканерам такие сумасшедшие показатели разрешающей способности?

Все просто – для сканирования пленки и фото малых размеров! При сканировании пленки размером 35×24мм, конечно же, 600 dpi недостаточно. Поэтому в характеристиках сканера указывается максимальное поддерживаемое разрешение в режиме сканирования пленки. Для сканирования документов и фото среднего размера более чем достаточно 600 dpi, как мы смогли убедиться на примере выше.

Виды сканеров

Планшетный. Является самым распространенным и привычным для обычного пользователя. Часто применяется дома и в офисах. Пользоваться очень легко. Достаточно подключиться к компу, установить драйвера и отсканировать нужные документы. Планшетный называется потому, что лист кладется на ровную поверхность – стекло сканера. Сверху рабочая область закрывается крышкой.

Сканируются многие виды носителей, от обычной листовой бумаги, до толстых книг. В последнем случае, из-за сильного надавливания крышки на книгу, повреждается переплет.

В серии «планшетные» входят также сканеры для паспортов, которыми можно обрабатывать документы небольших форматов – паспортов, чеков, визиток, удостоверений, и других носителей А5, А6.

Протяжный. Внешне похож на обычный принтер, присутствует вход и выход для листа, который захватывается и протягивается через внутренние составляющие. Может сканировать с обеих сторон листа одновременно, что и является преимуществом над обычным планшетным видом. Сканирует только отдельные листы и стоимость техники больше в сравнении с обычным планшетным.

Ручной сканер. Портативное устройство, которое надо перемещать в процессе сканирования. Лист укладывается на ровную поверхность, устройство прислоняется к бумаге и постепенно с одной скоростью аппарат перемещается рукой по всему носителю.

Зарядка и передача файлов на компьютер производится через USB-шнур. Объем хранимых файлов внутри такого вида сканера зависит от количества памяти. При необходимости объем можно расширить картой памяти.

Единственное достоинство заключается в мобильности и относительной дешевизне. Можно взять с собой и когда понадобится сделать скан-копию. К недостаткам относятся качество и необходимость в некой четкости в работе с техникой- надо приловчиться ровно и плавно передвигать прибор.

К ручным также относятся:

• OR-сканеры;
• для сканирования штрих-кодов;
• сканеры переводчики.

Сканер фотопленок. Предназначен для сканирования пленок, слайдов. Не может считывать непрозрачные материалы.

Планетарный сканер. Нужен для оцифровки старинных или уже ветхих книг, рукописей. Принцип сканирования не предполагает физического контакта со сканирующим предметом.

Поточный сканер (скоростной). Профессиональная техника, применяется в больших офисах и на предприятиях, где необходимо сканировать много и быстро. Есть функция автоматической подачи документов и вместительный лоток. За одну минуту позволят отсканировать до двух сотен листов. Возможна поддержка увеличенных форматов, например, А3.

Барабанные сканеры. Нашли применение в полиграфической индустрии. Сканируемый носитель крепится на внешней или внутренней стороне вала. Характеризуется высочайшим качеством оцифровки благодаря большому разрешению.

Контроль времени выдержки

Время экспозиции датчиков изображения обычно регулируется либо обычным механическим затвором , как в пленочных камерах, либо электронным затвором . Электронная опалубка может быть «глобальной», и в этом случае накопление фотоэлектронов во всей области датчика изображения начинается и останавливается одновременно, или «вращением», когда интервал экспозиции каждой строки непосредственно предшествует считыванию этой строки в процессе, который «вращается». поперек кадра изображения (обычно сверху вниз в альбомном формате). Глобальная электронная опалубка менее распространена, так как требует, чтобы схемы «хранения» удерживали заряд с конца интервала экспонирования до момента считывания, обычно через несколько миллисекунд.

История

Ранние аналоговые датчики для видимого света были трубками видеокамер . Они датируются 1930-ми годами, а несколько типов были разработаны до 1980-х годов. К началу 1990-х их заменили современные твердотельные датчики изображения CCD.

Основой для современных твердотельных датчиков изображения является технология МОП, которая берет свое начало с изобретения МОП-транзистора Мохамедом М. Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году. Более поздние исследования технологии МОП привели к развитию твердотельных полупроводниковых изображений. датчики, включая устройство с зарядовой связью (CCD), а затем датчик с активным пикселем ( датчик CMOS ).

Датчика пассивно-пиксела (ПФС) был предшественником датчика активного пикселя (APS). PPS состоит из пассивных пикселей, которые считываются без усиления , причем каждый пиксель состоит из фотодиода и переключателя MOSFET . Это тип матрицы фотодиодов с пикселями, содержащими pn переход , встроенный конденсатор и полевые МОП-транзисторы в качестве селективных транзисторов . Матрица фотодиодов была предложена Г. Веклером в 1968 году. Она легла в основу PPS. Эти ранние фотодиодные матрицы были сложными и непрактичными, поэтому для каждого пикселя требовалось изготовление селективных транзисторов вместе со схемами мультиплексора на кристалле . Шум из фотодиодных матриц был также ограничение на производительность, так как фотодиод считывание автобус емкость приводит к увеличению уровня шума. Коррелированная двойная выборка (CDS) также не может использоваться с матрицей фотодиодов без внешней памяти .

Устройство с зарядовой связью

Устройство с зарядовой связью (ПЗС) было изобретено Уиллардом С. Бойлом и Джорджем Э. Смитом в Bell Labs в 1969 году. Изучая технологию МОП, они поняли, что электрический заряд является аналогом магнитного пузыря и что он может храниться на крошечном МОП-конденсаторе . Поскольку было довольно просто изготовить серию МОП-конденсаторов в ряд, они подключили к ним подходящее напряжение, чтобы заряд мог переходить от одного к другому. ПЗС-матрица — это полупроводниковая схема, которая позже использовалась в первых цифровых видеокамерах для телевещания .

Ранние датчики CCD страдали от задержки срабатывания затвора . Эта проблема была решена с изобретением закрепленного фотодиода (PPD). Он был изобретен Нобуказу Тераниши , Хиромицу Сираки и Ясуо Исихара в NEC в 1980 году. Это была структура фотодетектора с низкой задержкой, низким уровнем шума , высокой квантовой эффективностью и низким темновым током . В 1987 году PPD начали включать в большинство устройств CCD, став неотъемлемой частью бытовых электронных видеокамер, а затем и цифровых фотоаппаратов . С тех пор PPD использовался почти во всех датчиках CCD, а затем в датчиках CMOS.

Датчик с активным пикселем

NMOS датчика активного пикселя (APS) , был изобретен Olympus в Японии в середине 1980-х годов. Это стало возможным благодаря достижениям в производстве полупроводниковых МОП- устройств , когда масштабирование МОП-транзисторов достигало более мелких микронных, а затем и субмикронных уровней. Первый NMOS APS был изготовлен командой Цутому Накамуры в Olympus в 1985 году. CMOS -датчик с активными пикселями (CMOS-датчик) был позже разработан командой Эрика Фоссума в Лаборатории реактивного движения НАСА в 1993 году. К 2007 году продажи CMOS-датчиков превзошел датчики CCD. К 2010-м годам КМОП-датчики в значительной степени вытеснили ПЗС-датчики во всех новых приложениях.

Другие датчики изображения

Новый iPad оснащен лидарным датчиком

Первая коммерческая цифровая камера , Cromemco Cyclops в 1975 году, использовала MOS-датчик изображения 32 × 32. Это был модифицирован МОП динамического ОЗУ ( DRAM ) чип памяти .

Датчики изображения MOS широко используются в технологии оптических мышей . В первой оптической мыши, изобретенной Ричардом Ф. Лайоном в Xerox в 1980 году, использовался сенсорный чип с интегральной схемой NMOS 5 мкм . С момента появления первой коммерческой оптической мыши IntelliMouse, представленной в 1999 году, в большинстве оптических мышей используются датчики CMOS.

В феврале 2018 года исследователи из Дартмутского колледжа объявили о новой технологии распознавания изображений, которую исследователи назвали QIS, для Quanta Image Sensor. Вместо пикселей в чипах QIS есть то, что исследователи называют «jots». Каждая йота может обнаружить единственную частицу света, называемую фотоном .

Какие бывают сканеры

Разновидностей аппаратов для сканирования достаточно большое количество. Как минимум, самых основных и современных, семь категорий.

Сканер для фотопленки

Они предназначены для того, чтобы распознавать изображения, запечатленные на негативе, пленке для фотографий или же слайдах. Такой аппарат способен отсканировать только прозрачное изображение.

Данная разновидность должна обладать определенными свойствами. Первое – это разрешение. В современных моделях этот параметр варьируется от 4000 dpi и выше. Поэтому изображения, которые получаются при работе с ними имеют максимальную точность.

Второй параметр – оптическая плотность. Оборудование работает с пленками и слайдами различного формата. Однако сохраняет высокую скорость работы и качество выходного изображения.

В зависимости от стоимости, он оборудован различными дополнительными функциями. Например, коррекция цвета, устранение пыли и царапин, удаления отпечатков пальцев и многими другими.

Лазерный сканер

Такое устройство широко используется для считывания различных штрих-кодов. Именно это позволяет вести бесконтрольный мониторинг специально запрограммированной зоны. Например, в магазинах, безбилетных транспортах, для наблюдения за объектом и т.д.

Такая технология позволяет создать модель 3D любого изделия, здания или другого объекта без наличия чертежей.

Ручные сканеры

Применяется он в основном для работы с небольшим объемом текстового материала. Сканирование осуществляется за счет того, что рукоятку проводят медленно по рабочей зоне.

Почему возникает ошибка «Out of Range» на мониторе и как ее исправить

Существует множество модификаций такого сканера:

• Для авто. Используется для диагностики транспортного средства.
• Для штрих-кода. Применяется в работе с компьютером, кассой и терминалом POS.

• «Записные книжки». Позволяют работать с документами в независимости наличия по близости ПК, а так же имеют встроенную память для хранения отсканированной информации.
• Портативные ручные. Работают от независимого источника питания. Подзарядка и передача информации осуществляется через шнур USB.

Широкоформатные сканеры

Это устройство применяется для сканирования информации с больших форматов. Например, технической документации конструкторов, архитекторов, строителей и т.д. Этот вид достаточно мобилен. Их легко перемещать, они имеют небольшой вес и компактные размеры.

Одна из разновидностей широкоформатного сканера – плоттеры, которые используются в основном в офисах, проектных бюро и отрасли рекламной полиграфии.

Профессиональные сканеры

Самый скоростной вид оборудования для сканирования. В основном используется в образовательных, научных, финансовых и прочих административных учреждениях.

Это устройство способно работать в непрерывном потоке, автоматически подавать оригиналы документы на сканирование. Обладает высоким качеством обработки файлов, функцией редактирования полученных изображений.

Книжный или планетарный сканер

Применяется для сканирования без контакта с оригиналом. Чаще всего, его используют для оцифровки книг и изображений исторической ценности. Именно бесконтактная работа позволяет быстро и без повреждений перевести необходимую информацию в цифровой формат.

Планшетный сканер

Наиболее распространенный и доступный вид оборудования для оцифровки. Он используется повсеместно. Подходит как для домашнего использования, так и для работы в организациях. Способен отсканировать любую документацию до формата А4.

Устройство сканера

Основным элементом, обеспечивающим весь процесс сканирования, является матрица, которая по типу делится на CCD и CIS.

1. CDD матрица состоит из каретки, фоточувствительных элементов и лампочки, которая подсвечивает копируемый носитель. Отраженный свет попадает на линзы. Цветность достигается за счет разделения светового потока на составляющие цветового спектра и поступления на фотоэлементы. Сканеры с матрицами такого типа работают быстро, на выходе дают высококачественное изображение. Из-за конструктивных особенностей нет необходимости сильно прижимать крышку устройства, чтобы придавить носитель. Из недостатков выделяют наличие внешнего блока питания и необходимость частой замены лампочки.
2. В CIS матрицах вместо лампочки предусмотрены светодиоды разных цветов. Светящие элементы во время прохождения каретки поочередно мигают, чем и достигается получения цветной картинки. Работают такие аппараты медленнее, чем CDD, но можно получить очень качественные цветные цифровые копии.

Интерполяция

Несмотря на то что в спецификациях сканеров могут указываться разрешающие способности в 2400.4800 и 9600, необходимо понимать, что реально они не способны к различению такого уровня подробности. Фактическое оптическое разрешение ПЗС в самых современных сканерах в лучшем случае — 600 х 1200 тнд, и любые более высокие показатели основаны на интерполяции.

Указание неоднородной разрешающей способности (например, 600 х 1200 тнд) обязательно подразумевает аппаратную интерполяцию, так как прием данных при 600 тнд по одной оси (X) и 1200 по другой (Y) явно не приведет к «квадрату» изображения. При 600 х 600 тнд такой сканер будет понижать разрешение в 1200 тнд по оси Y до 600 (обычно это делается путем увеличения вдвое шага двигателя, который перемещает головку), а при 1200 х 1200 — будет интерполировать измерение X. При этом чип интегральной схемы в сканере генерирует дополнительные данные, используя точки, которые фактически сняты сканером, и прогнозируя наиболее вероятный цвет и яркость промежуточных пикселей.

Дополнительные аппаратные модули

ункциональные
возможности планшетных сканеров можно расширить посредством подключения дополнительных
аппаратных модулей. В зависимости от варианта комплектации указанные модули
могут быть либо стандартными принадлежностями сканера, либо опциональными устройствами.

Подключение дополнительных модулей предусмотрено не во всех моделях сканеров.
О возможных вариантах расширения функциональных возможностей той или иной модели
можно узнать на Web-сайте производителя сканера.

Слайд-адаптер

Слайд-адаптер необходим для сканирования прозрачных оригиналов, к числу которых
относятся слайды и негативные пленки. Функционально слайд-адаптер представляет
собой дополнительный источник света, размещаемый над планшетом.

В настоящее время используются различные конструкции слайд-адаптеров. Наибольшее
распространение в планшетных сканерах непрофессионального класса получили встроенные
в крышку слайд-адаптеры с неподвижной люминесцентной лампой, закрытой матовым
плафоном. В некоторых моделях сканеров используются слайд-адаптеры в виде отдельного
модуля, устанавливаемого непосредственно на поверхность планшета.

Размер эффективной области сканирования в проходящем свете напрямую зависит
от размеров лампы слайд-модуля и может варьироваться в широких пределах даже
среди моделей одной ценовой категории. У сканеров непрофессионального класса
размер этой области значительно меньше полной площади планшета и, в зависимости
от конструкции монтажных рамок, обычно позволяет одновременно размещать отрезок
35-миллиметровой пленки длиной от 2 до 6 кадров либо от 1 до 4 слайдов в пластиковых
рамках.

Устройство автоматической подачи

Устройство автоматической подачи оригиналов (Аuto Document Feeder, ADF) позволяет
более быстро и легко обработать большое количество документов. Возможность подключения
подобного устройства предусмотрена в ряде планшетных сканеров среднего ценового
диапазона и в офисных моделях.

При этом нужно учитывать, что устройство автоматической подачи рассчитано на
работу с документами, представленными в виде отдельных листов.

Что же выбрать: CCD или CMOS?

Одним из немаловажных параметров, которые определяют выбор между этими технологиями, является количество усилителей матрицы. CMOS-устройства имеют большее количество этих приборов (в каждой точке), поэтому при прохождении сигнала несколько снижается качество картинки. Поэтому CCD-матрицы используют для создания изображений с высокой степенью детализации, например, в медицинских, исследовательских, промышленных целях. А вот CMOS-технологии применяют в основном в бытовой технике: веб-камерах, смартфонах, планшетах, ноутбуках и т. п.

Следующим параметром, который определяет, какой тип лучше — CCD или CMOS, — является плотность фотодиодов. Чем она выше, тем меньше фотонов «пропадет вхолостую», соответственно, изображение будет лучше. В этом параметре CCD-матрицы обходят своих конкурентов, так как предлагают макет, не имеющий таких зазоров, в то время как у CMOS они присутствуют (в них расположены транзисторы).

Тем не менее, когда перед пользователем встает выбор: какой тип матрицы — CMOS или CCD — приобрести, всплывает главный параметр – цена устройства. CCD-технология значительно дороже своего конкурента и энергозатратнее. Поэтому устанавливать их там, где достаточно изображения среднего качества, нецелесообразно.

Технологии CCD и CIS

птический
тракт любого планшетного сканера включает источник света, оптическую систему
и светочувствительные элементы, и именно от этих компонентов зависят скорость
сканирования и качество получаемого изображения. В современных планшетных сканерах
используются две различные технологии — CCD (ПЗС) и CIS

Мы не будем здесь останавливаться
на особенностях внутреннего устройства CCD- и CIS-сканеров, ибо подобные вопросы
уже неоднократно освещались на страницах нашего журнала, а обратим внимание
лишь на несколько принципиально важных моментов

Технология CIS (Contact Image Sensor) появилась всего несколько лет назад как
более дешевая альтернатива традиционным ПЗС-матрицам. Светочувствительные элементы
CIS-сканеров имеют значительно более простую конструкцию, а использование в
качестве источника света полупроводниковых устройств (светодиодов) позволяет
достичь чрезвычайно низкого уровня энергопотребления. Кроме того, в отличие
от оснащенных люминесцентными лампами CCD-сканеров, модели на базе CIS не требуют
времени для прогрева и обеспечивают мгновенную готовность к работе независимо
от состояния устройства.

Однако, в сравнении с моделями на базе ПЗС, CIS-сканеры обладают рядом недостатков,
наиболее существенными из которых являются более низкая скорость сканирования
и не очень высокое качество получаемых изображений вследствие менее точной цветопередачи,
более высокого уровня цифрового шума и пр. Кроме того, конструкция CIS-сканеров
не позволяет использовать слайд-адаптеры и соответственно такие устройства не
позволяют работать с прозрачными оригиналами.

На момент своего появления CIS-сканеры выигрывали у CCD-моделей за счет более
привлекательной цены, меньших габаритов и массы, а также отсутствия внешнего
блока питания (благодаря низкому уровню энергопотребления стало возможным использовать
питание от USB-порта компьютера). Однако на сегодняшний день ценовой разрыв
между младшими моделями CCD-сканеров и моделями на базе CIS значительно сократился,
и в этой ситуации целесообразность приобретения последних оказывается под большим
вопросом, особенно с учетом принципиальных недостатков данных устройств.

CMOS: улучшение чувствительности

Первые образцы камер наблюдения конца 1990-х – начала 2000-х с CMOS-матрицами имели разрешение 352х288 пкс и чувствительность даже для черно-белого варианта около 1 лк. Цветные варианты уже стандартного разрешения отличались чувствительностью около 7–10 лк.

Что предлагают поставщики В настоящее время чувствительность CMOS-матриц, безусловно, выросла, но не превышает для типовых вариантов цветного изображения величины порядка нескольких люксов при разумных величинах F числа объектива (1,2– 1,4). Это подтверждают данные технических характеристик брендов IP-видеонаблюдения, в которых применяются CMOS-матрицы с прогрессивной разверткой. Те производители, которые заявляют чувствительность около десятых долей люкса, обычно уточняют, что это данные для меньшей частоты кадров, режима накопления или по крайней мере включенной и достаточно глубокой АРУ (AGC). Причем у некоторых производителей IP-камер максимальная АРУ достигает умопомрачительной величины –120 дБ (1 млн раз). Можно надеяться, что чувствительность для этого случая в представлении производителей предполагает пристойное отношение «сигнал/шум», позволяющее наблюдать не один только «снег» на экране.

Инновации улучшают качество видео В стремлении улучшить характеристики CMOS-матриц компания Sony предложила ряд новых технологий, обеспечивающих практическое сравнение CMOS-матриц с CCD по чувствительности, отношению «сигнал/шум» в мегапиксельных вариантах.

Новая технология производства матриц Exmor основана на изменении направления падения светового потока на матрицу. В типовой архитектуре свет падает на фронтальную поверхность кремниевой пластины через и мимо проводников схемы матрицы. Свет рассеивается и перекрывается этими элементами. В новой модификации свет поступает на тыльную сторону кремниевой пластины. Это привело к существенному росту чувствительности и снижению шума CMOS-матрицы. На рис. 5 поясняется различие структур типовой матрицы и матрицы Exmor, показанных в разрезе.

На фото 1 приведены изображения тестового
объекта, полученные при освещенности 100 лк (F4.0 и 1/30 с) камерой с CCD (фронтальное освещение) и CMOS Exmor, имеющих одинаковый формат и разрешение 10 Мпкс. Очевидно, что изображение камеры с CMOS по крайней мере не хуже изображения с CCD.

Другим способом улучшения чувствительности CMOS-сенсоров является отказ от прямоугольного расположения пикселей с построчным сдвигом красного и синего элементов. При этом в построении одного элемента разрешения используются по два зеленых пикселя – синий и красный из разных строк. Взамен предлагается диагональное расположение элементов с использованием шести соседних зеленых элементов для построения одного элемента разрешения. Такая технология получила название ClearVid CMOS. Для обработки предполагается более мощный сигнальный процессор изображений. Различие структур расположения цветных элементов иллюстрируются рис. 6.

Считывание информации осуществляется быстродействующим параллельным аналого-цифровым преобразователем. При этом частота кадров прогрессивной развертки может достигать 180 и даже 240 кадр/с. При параллельном съеме информации устраняется диагональный сдвиг кадра, привычный для CMOS-камер с последовательным экспонированием и считыванием сигнала, так называемый эффект Rolling Shutter – когда полностью отсутствует характерный смаз быстро движущихся объектов. 

На фото 2 приведены изображения вращающегося вентилятора, полученные CMOS-камерой с частотой кадров 45 и 180 кадр/с.

Особенности CCD матриц

Главным преимуществом CCD видеокамер является сенсор с высокой светочувствительностью, в десятки раз превосходящий аналогичный показатель цифровых устройств. Принцип действия CCD матриц основан на накоплении пикселями заряда для последующей передачи его считывающему устройству, расположенному за пределами фотоэлемента.

Такой принцип позволяет исключить преломление света, что повышает цветопередачу и улучшает качество записи в целом. Опосредованное преобразование сигнала накладывает определенные ограничения на скорость записи и восприятие динамических объектов.

С момента своего появления (1969 год), аналоговые матрицы стали широко применяться в различных фото и видеоустройствах. Основным недостатком эталонных моделей был большой размер, именно на решение этой проблемы были направлены основные усилия разработчиков. Современные CCD матрицы не уступают цифровым по компактности, однако значительно превосходят их по качеству обработки сигнала. Более сложная технология выпуска определяет чувствительную ценовую разницу сравнительно с CMOS камерами видеонаблюдения.

Столь высоких показателей качества удалось добиться путем интеграции в структуру CCD матриц новых элементов, расширяющих спектральный охват (матрицы Ex-view с восприятием ИК-дипазона). Также усовершенствованию подверглись микролинзы, которые являются частью пикселя. В данном случае была увеличена площадь светочувствительного поля линзы и дополнительно откалиброваны светофильтры (матрицы стандарта Super HAD).

Основными достоинствами современных CCD матриц можно считать такие особенности как:

• минимальное количество шумов;
• 100% поверхности матрицы является функциональной;
• потеря цвета при обработке сигнала менее 5%;
• высокая динамическая чувствительность.

Недостатками же CCD матриц являются следующие характеристики:

• более трудоемкий процесс производства и как следствие высокая стоимость;
• большие энергетические затраты (до 5 Вт/ч);
• меньший показатель максимального FPS (частота смены кадров в секунду).

Общее устройство и принцип работы

ПЗС-матрица состоит из поликремния, отделённого от кремниевой подложки, у которой при подаче напряжения через поликремниевые затворы изменяются электрические потенциалы вблизи электродов.

До экспонирования – обычно, подачей определённой комбинации напряжений на электроды – происходит сброс всех ранее образовавшихся зарядов и приведение всех элементов в идентичное состояние.

Далее комбинация напряжений на электродах создаёт потенциальную яму, в которой могут накапливаться электроны, образовавшиеся в данном пикселе матрицы в результате воздействия света при экспонировании. Чем интенсивнее световой поток во время экспозиции, тем больше накапливается электронов в потенциальной яме, соответственно тем выше итоговый заряд данного пикселя.

После экспонирования последовательные изменения напряжения на электродах формируют в каждом пикселе и рядом с ним распределение потенциалов, которое приводит к перетеканию заряда в заданном направлении, к выходным элементам матрицы.

Пример субпикселя ПЗС-матрицы с карманом n-типа

Архитектура пикселей у производителей разная.

Схема субпикселей ПЗС-матрицы с карманом n-типа (на примере красного фотодетектора)

Обозначения на схеме субпикселя ПЗС:

1. фотоны света, прошедшие через объектив фотоаппарата;
2. ;
3. R — красный светофильтр субпикселя, фрагмент фильтра Байера;
4. прозрачный электрод из поликристаллического кремния или сплава индия и оксида олова;
5. оксид кремния;
6. кремниевый канал n-типа: зона генерации носителей — зона внутреннего фотоэффекта;
7. зона потенциальной ямы (карман n-типа), где собираются электроны из зоны генерации ;
8. кремниевая подложка p-типа.