Преобразователем изображения с зарядовой связью (ПИ 3С) (приемниками изображения с зарядовой связью) называются такие функциональные устройства, которые для преобразования изображений в электрические видеосигналы используют фоточуствительные ПЗС. В которых заряды в ячейках создаются не благодаря инжекции через прямо смещен р-n-переход неосновных носителей, а путем локального освещения поверхности полупроводника.
Назначения. ПИ 3С предназначены для преобразования изображений в видеосигналы, передачи их по каналам связи.
Классификация. ПИ 3С делятся на две группы: одномерные (линейные) и двухмерные (матричные). Линейные ПИ 3С содержат один ряд фоточувствительных ПЗС и передают по каналам связи одномерное изображение (например, уровень жидкости в баке). Матричные ПИ 3С имеют много рядов фоточувствительных ПЗС, скомпонованных в матрицу, и передают по каналам связи двумерное изображение предмета (например, плоское изображение жидкости в баке).
Строение. ПИ 3С, как и ЗУ 3С являют собой набор МДП-структур, сформированых на одной фоточувствительной полупроводниковой пластине (рис. 1 а, б, в). В ней, как и в ЗУ 3С, полоски металлических электродов образуют линейную или матричную структуру, в которой расстояния между соседними электродами малы по сравнению с шириной электродов. Видно, что ПИ 3С отличается от ЗУ 3С тем, что в них вместо электрического есть оптический вход. Все остальные элементы ПИ 3С, включая и выход, аналогичные элементам ЗУ 3С. Матричные ПИ 3С строятся по тем же принципам, что и линейные. В них, как правило, элементы накопления и считывания разделены. Как и в линейных ПИ 3С, в матричных применяют сдвижные регистры для выборки инфорформации с матрицы фоточувствительных МДП-элементов. Чтобы использовать все преимущества ПЗС, заряду пакеты должны сдвигаться к одному выходному диоду. Реальные ПУ 3С имеют более сложную структуру. На рис 1, г приведена структурная схема цветной передающей камеры, изготовленной на трех полноформатных ПЗС.
Работа. Функционирование ПИ 3С основано на явлении преобразования светового потока в электрический заряд, передачи его в виде зарядового пакета по каналам связи и последующем считывании его величины. В ПИ 3С передача зарядового пакета по каналам связи, его детектирования на выходе происходит подобно тому, как в ЗУ 3С. Отличие заключается в способе инжекции неосновных носителей. В ПИ 3С используют фотонную инжекцию. Направлено введение фотонами в полупроводник неосновных носителей возможно лишь при условии, что энергия фотонов 
является большей ширины
запрещенной зоны 
, то есть
Для кремния, одного из самых распространенных материалов ПИ 3С, энергия светового кванта должна быть больше 1,12 эВ.
Рис. 1. Структура линейного ПИ 3С: а — ввод информации: б — передача информации; в — вывод информации в линейных устройствах; г — структурная схема цветной передающей камеры на трех полноформатных ПЗС: 1 — объектив; 2..4 — каналы В, G, R соответственно; 5 — светлодольная призма; 6 — матрица ПЗС; 7 — секция накопления; 8 — формирователь импульсов секции накопления; 9 — секция памяти; 10 — формирователь импульсов секции памяти; 11 — выходной регистр сдвига; 12 — выходное устройство; 13 — предварительный усилитель; 14 — формирователь импульсов выходного регистра; 15 — синхрогенератор; 16 — импульсы управления каналов
В полупроводниковых передающих камерах, построенных на линейных (однорядовых) ПЗС, предназначенных для передачи кинофильмов, кадровая развертка осуществляется за счет движения кинопленки в вертикальном направлении. каждый
кинокадр проектируется один раз последовательно, строка за строкой (порядковая развертка). Для формирования телевизионного сигнала в соответствии с чересстрочной развертки сигналы с ПЗС поступают на ЗУ с объемом памяти один кадр, где и записываются в цифровом виде. Информация считывается в два приема: сначала нечетные строки, а после парные. Управление системами движения пленки, сканирования ПЗС записи и считывания сигналов с ЗУ происходит с помощью микропроцессоров. Что касается работы цветной передающей камеры, то в ней изображение объекта проецируется на светодельный блок, который разделяет световой поток на три составляющие. Основным элементом каждого из трех каналов является матрица ПЗС 6 (рис. 1, г). Она превращает распределение светового потока в плоскости матрицы в поверхностное распределение фотогенерированных неосновных носителей заряда, который создает потенциальный рельеф секции накопления 7. После этого во время следования кадрового тушащего импульса, все поле зарядов перемещается в соответствующие зоны хранения, которые экранированы от светового потока (секция памяти 9). В течение следующего периода накопления при следовании строчных гася импульсов заряды построчно перемещаются с секции памяти 9 до выходного регистра сдвига 11. В нем в период активной части строки заряды продвигаются к исходному устройству 12, образованного МОП-структурами. Итак, на выходе матрицы образуется телевизионный сигнал в виде поэлементной последовательности импульсов различной величины, пропорциональной освещенности элементов секции накопления 7.
Перемещение зарядов в матрице ПЗС 6 (развертка изображения) осуществляется с помощью тактовых импульсов синхрогенератора 15 которые образуются в формирователь импульсов секций накопления 8, памяти 10 и выходного
регистра 14.
[adsense1]
Свойства. Одним из важнейших параметров, который характеризует свойства ПИ 3С, является светочувствительность. Она определяется коэффициентом поглощения, характеризующий интенсивность поглощения фотонов с образованием
электронно-дырочных пар. Коэффициент поглощения зависит от длины волны света 
падает. Он резко уменьшается с увеличением длины волны, так как при этом уменьшается энергия кванта.
где с — скорость света
С уменьшением длины волны сильно возрастает поглощение коротко волновых квантов света в тонком приповерхностном слое, в котором интенсивно происходит рекомбинация генерируемых светом носителей. Длинноволновая граница спектральной чувствительности определяется шириной запрещенной зоны полупроводников. Для кремния она составляет 1100 нм. Коротковолновая граница лежить в диапазоне 400 … 500 нм. Если считать, что все генерируемые светом носители собираются в потенциальней яме и создают в ней зарядовых пакет, то величина накопленного в нем за время генерации 
под действием светового потока 
заряда 
определяется с выражения:
где — квантовый выход; S — эффективная площадь ячейки, которая воспринимает свет. Видно, что величина накопленного заряда пропорционально светового потока (или освещенности элемента изображения) и времени действия света. Оценка по
помощью этой формулы фоточувствительности кремниевых ПИ 3С дает величину около 500 мкА/лм. Пороговая чувствительность, при которой сигнал превышает шум примерно в 2 раза, составляет для них ≈ 10-4 лк.с. ПИ 3С компактны, просты в изготовлении, имеют высокое разрешение (≈ 30 линий/мм), потребляют незначительную мощность, механически более прочные и менее чувствительны к вибрации по сравнению с их вакуумными аналогами — телевизионными передающими камерами. Они отличаются слабой чувствительностью к внешним электромагнитным полям, надежностью и сравнительно большим сроком службы. Заряду пакеты этих ФУ, как и заряду пакеты ЗУ 3С, могут детектироватся с помощью единой статистической неоднородности в виде р-n-переходу. В результате этого увеличивается отношение синал/шум и улучшается изображение. Техническое видение, реализованное на этих ФУ, позволяет бесконтактным способом с высокой точностью (≈ 0,01%) измерять перемещения и геометрию объектов. Уже изготавливаются функциональные ПИ 3С с количеством элементов расписания 300×300, 500×500 и больше. Разработанные ПИ 3С, которые соответствуют действующим государственным стандартам. Они работают при тактовой частоте Fт = 6 … 15 МГц и имеют количество ячеек, которая зависит от вида ПИ 3С: линейные — 1024 и 2048 штук; матричные — 288×232 и 576×380 штук. В передающих камерах на твердотельных фотоэлектрических преобразователях, построенных на ПЗС, отпадает необходимость коммутации элементов мозаики внешним электронным лучом, а следовательно, и наличия термокатодом, электронной оптики, отклоняющей системы, вакуумной колбы, высоковольтных источников питания и мощных выходных каскадов разверток — генераторов тока. Все это приводит к значительному уменьшению габаритов, массы и потребляемой мощности, а также к существенному повышению надежности. Наличие отдельных секций накопления и памяти и сравнительно быстрый перенос зарядов из первой секции во вторую позволяет устранить специфические искажения изображения типа «инерционность».
[adsense1]
Применение. Функциональные ПИ 3С применяют для изготовления твердотельных передающих телевизионных камер, средств технического видения, которые позволяют автоматически распознавать символы, бесконтактным способом измеривать перемещения и геометрию объектов, выполнять автоматическое фокусирования в кино-, видео- и фотокамерах, вводить информацию в компьютер с голограмм.
