47. Фотоприёмник (пзс-линейка) планшетного сканера, его работа, у-во, достоинство и недостатки

Линейные датчики на основе ПЗС – это твердотельный электронный компонент, состоящий из множества крошечных светочувствительных элементов, которые формируют электрический заряд, пропорциональный интенсивности падающего на них света. В основу работы ПЗС положена зависимость проводимости p-n – перехода фототранзистора от степени его освещенности.

ПЗС преобразует световые сигналы, отраженные от строки изображения, в последовательность пропорциональных им аналоговых электрических сигналов. Аналоговые сигналы от ПЗС в блоке обработки сигналов усиливаются и в АЦП преобразуются в цифровую форму.

В одной линейке ПЗС может быть от нескольких сотен до нескольких тысяч фоточувствительных ячеек. От размера элементарной ячейки ПЗС зависит разрешающая способность сканера. Хотя и считается, что диапазон ПЗС может перекрывать весь видимый спектр, но синяя область спектра для них труднодоступна, а наибольшая чувствительность наблюдается ближе к красной области.

В сканерах без оптического масштабирования ПЗС и объектив неподвижны. В сканерах с возможностью оптического масштабирования и изменения разрешения, применяются несколько линз и линеек ПЗС или подвижные объективы и фотоприемники.

Среди преимуществ ПЗС необходимо отметить следующие:

1. Высокая чувствительность. Квантовая эффективность ПЗС может достигать 95%. Она определяет способность светоприемника переводить свет в электрические сигналы. Она равна отношению числа зарегистрированных зарядов к числу фотонов, попавших на светочувствительную область кристалла ПЗС. Энергия кванта зависит от длины волны света, поэтому она меняется по всему спектру и обычно задается в виде функции от длины волны.

2. Широкий спектральный диапазон. ПЗС может реагировать на свет, начиная от гамма- и рентгеновского излучения и заканчивая инфракрасным излучением. Такого диапазона не дает на текущий момент ни одна из матричных технологий.

3. Лучшая глубина резкости. Глубина резкости КДИ-сканеров ±0,5 мм, тогда как для сканеров с ПЗС она равна ±5 мм.

4. Дольше срок службы. Сканер на основе ПЗС обеспечивает стабильное и неизменное качество в течение 10 000 часов работы, тогда как у КДИ-сканеров после 500 часов работы происходит падение яркости на величину до 30%.

5. Лучшая чувствительность к оттенкам. ПЗС-сканеры различают уровни оттенков с погрешностью ±20%, в то время как КДИсканеры — ±40%.

6. Меньшая чувствительность к посторонней засветке. ПЗС-линейка невелика по длине, и благодаря системе зеркал «лишний» свет на нее не проецируется. В КДИ-сканерах линейка значительно больше, оптическая система практически отсутствует.

Главными недостатками ПЗС являются:

1) Ограниченность разрешения. Во всех матричных фотоприемниках существует ограничение максимального разрешения количеством элементов матрицы.

2) Шумы. Существует несколько видов шумов. Одни виды шумов зависят от температуры, другие — от качества сборки ПЗС или КДИ. Фотонный шум — следствие природы света и не зависит от светоприемника. Обычно искажения проявляются в виде шумовых битов. В сканерах младшего класса для каждой из трех составляющих цвета (8 бит на каждую) два старших бита являются «шумовыми» и не содержат точной информации о цвете.

3) Растекание заряда. Этот эффект возникает в результате того, что заряд, накопленный элементом ПЗС, линейно меняется в зависимости от попавшего на него света. Соответственно, есть некоторый предел, ограничивающий этот заряд. Если за время освещения суммарное количество фотонов (частиц света) превысит предельное значение, то заряд начнет «перетекать» в соседние пикселы.