х до одного міліметру), яке ще може бути сприйнято даними ФСІ без їх злиття в одне ціле. Очевидно, що в ПЗС максимальна роздільна здатність визначається довжиною одного світлочутливого елемента L3 і дорівнює
Rмакс = 1/LЕ. (7)
Для тритактовими ПЗС LЕ = 3 (L + l), де L - довжина електрода; l - довжина зазору між електродами. Мінімальним значенням L = 3 мкм і l = 3 мкм відповідає роздільна здатність Rмакс ≈ 50 ліній/мм. Під роздільною здатністю іноді також розуміють загальна кількість елементів зображення, які сприймаються всім ФСІ (наприклад, 500x500 елементів).
Реальна роздільна здатність ПЗС нижче розрахованої за формулою (4). При малих рівнях освітленості в світлочутливих ПЗС-елементах накопичуються малі зарядові пакети і велику роль починають грати шуми. У цьому випадку мінімальний розмір світлочутливого елемента визначається не технологією, а умовою отримання необхідного відносини сигнал/шум ks/N = 3-5.
Шуми в ПЗС можна розділити на дві групи: шуми, обумовлені процесом сприйняття зображення, і шуми, пов'язані з режимом передачі зарядових пакетів. До першої групи відносяться білий шум у потоці падаючих фотонів (флуктуації щільності потоку) і флуктуації фонового заряду.
Шуми фонового заряду залежать від способу його введення. Якщо фоновий заряд накопичений за рахунок термогенерации, то його флуктуації характеризуються білим шумом. До шумів, що виникають при скануванні, відносяться шуми, обумовлені неповної передачею зарядів, і шуми, обумовлені захопленням носіїв і перезарядом швидких поверхневих станів при проходженні зарядових пакетів. Ще одним можливим джерелом шумів є вихідний підсилювач фотосігналов (Сус). Шуми цього виду є основним чинником, що обмежує роздільну здатність у кремнікон, оскільки при їх використанні підсилювач виконаний на окремому кристалі і за рахунок цього його вхідна ємність досягає 10-20 пФ. У ФСІ на ПЗС вихідний підсилювач може бути сформований а тому ж кристалі (що виключає монтажні ємності і ємність корпусу), і його вхідна ємність складається з ємності В«плаваючоюВ» дифузійної області та ємності затвора МДП-транзистора. У цьому випадку Сус = 0,2-0,5 пФ і тому шуми, пов'язані з вихідним підсилювачем, незначні.
Роздільна здатність ПЗС при низьких рівнях освітленості обмежена головним чином шумами у фоновому заряді і шумами процесу захоплення носіїв. Залежності рис.12 показують, що роздільна здатність обмежена шумами при Hізtі <108-109 см-2 (що відповідає величині 10-4 - 10-3 лк О‡ с).
В
Рис.12. Розрахункова залежність роздільної здатності ФСІ на ПЗС ємністю 500X500 елементів від рівня освітленості при різних джерелах шумів: 1 - неповний передача зарядів; 2 - швидкі поверхневі стану; 3 - тепловий шум у фоновому заряді; 4 - експериментальна крива для кремнекона А ь = 25X25 мкм 2 , З з = 0,2. t і = 0.1 с,
Мінімальна площа одного елемента значно перевищує мінімальну В«технологічнуВ» і становить близько Ае ≈ 400 мкм2. Вище рівня 109 см2 роздільна здатність визначається мінімальними геометричними розмірами світлочутливих елементів. Наведена на цьому ж малюнку експериментальна крива для кремнекона наочно демонструє перевагу ПЗС при низьких рівнях освітленості.
Реальне зображення характеризується непостійним потоком Низ (у, z) у площині ФСІ. За рахунок спотворень, що вносяться ФСІ в процес перетворення світлового потоку в В«картинуВ» зарядових пакетів і подальшого сканування зарядів на вихід, мінімальний розмір елемента переданого зображення буде більше розміру ПЗС-елемента, обумовленого шумами чи технологією.
Для об'єктивної оцінки роздільної здатності ФСІ використовується частотно-контрастна характеристика (ЧКХ) (MTF (madulation transfer function).), що описує зміна амплітуди світлового сигналу і зсув по просторової фазі на виході системи (наприклад, на екрані телевізійного приймача) при зміні просторової частоти вхідного гармонійного сигналу. Будь-яке реальне зображення Hіз може бути розкладено в ряд Фур'є по просторових частотах. Так як амплітуди і фази окремих гармонік будуть спотворюватися по-різному, то на виході системи вийде спотворене зображення. Тому за допомогою ЧКХ можна визначити спотворення, що вносяться ФСІ при передачі реального зображення. Частотно-контрастна характеристика визначає передавальну систему з точки зору якісності передачі інформації від об'єкта до спостерігача. Різні пристрою (оптичні, фотоелектронні, електронні, механічні і т. д.), вводять в телевізійну систему, вносять спотворення в передану інформацію. Частотно-контрастна характеристика і враховує ці спотворення. Аналогією ЧКХ в електронних системах є амплітудно-частотна і фазочастотная характеристики. Зміна ЧКХ відбувається внаслідок дії трьох факторів: дискретності розташування світлочутливих елементів (змінюється у межах одного елемента світлов...
