Матричные твердотельные преобразователи свет-сигнал обеспечивают электронную развертку по обеим осям. Они представляют собой двумерную матрицу светочувствительных элементов, в которых накапливаются и переносятся заряды.

ПЗС матрицы можно классифицировать на приборы с кадровым переносом зарядов (рисунок 4.2 а), приборы со строчным переносом зарядов и приборы со строчно-кадровым переносом зарядов (рисунок 4.2 б). Приборы с кадровым переносом зарядов состоят из секций накопления и хранения и выходного регистра. При подаче напряжений в определенных фазах под электродами в светочувствительной секции накапливаются заряды, пропорциональные падающему световому потоку. В течение длительности КГИ при подаче импульсов переноса все накопленные заряды быстро сдвигаются из секции накопления в экранированную от света секцию памяти, откуда построчно выводятся в выходной регистр во время действия СГИ, а затем последовательно считываются во время активной части строки. В ПЗС с кадровым переносом зарядов может применяться двух-, трех- или четырехфазная системы электродов. Благодаря чересстрочной организации считывания удается удвоить число строк на изображении по сравнению с числом элементов по вертикали. Для осуществления чересстрочной развертки наиболее удобны двух- и четырехфазные системы электродов. Серьезным недостатком ПЗС с кадровым переносом является довольно сильный эффект смаза – появление вертикальных светлых столбов от ярких участков на изображении. Чтобы исключить смаз, следует перекрыть световой поток в интервале КГИ, когда заряды переносятся в секцию хранения. Для этого в телекамерах, где применяется ПЗС с кадровым переносом, устанавливается механический обтюратор.

В матрицах со строчным переносом зарядов секция хранения зарядов размещена внутри секции накопления так, что столбцы светочувствительных элементов разделены столбцами вертикальных регистров сдвига. Поэтому заряды из секции светочувствительных элементов попадают в регистр сдвига за очень короткое время. В итоге эффект смаза в матрицах со строчным переносом оказывается существенно меньшим, чем в матрицах с кадровым переносом. В телекамерах бытового и прикладного назначения такой уровень смаза приемлем, поэтому ПЗС матрицы со строчным переносом используются в подобных устройствах. Для ТВ вещания уровень смаза, характерный для матриц со строчным переносом, в ряде случаев неприемлем, если не принять меры по их снижению.

Компромисс был найден – к матрице со строчным переносом была добавлена секция хранения, подобная используемой в матрицах с кадровым переносом. В этих матрицах эффект смаза снижен до тысячной доли процента и практически незаметен.

В ПЗС со строчно-кадровым переносом зарядов (рисунок 4.2 б) светочувствительные ячейки секции накопления примыкают в каждом столбце к вертикальному регистру сдвига, закрытому непрозрачным экраном. Заряды, накопленные в светочувствительных ячейках, при подаче отпирающего напряжения на фотозатвор в течение части КГИ быстро сдвигаются (четные строчки в первом поле, нечетные – во втором) в вертикальные регистры и затем во время обратного хода строчной развертки периодически перемещаются вдоль вертикального регистра на один такт, попадая в горизонтальный регистр, который выполнен так же, как и в ПЗС с кадровым переносом зарядов.

Преимуществом матриц со строчно-кадровым переносом зарядов (рисунок 4.2 б) по сравнению с матрицами с кадровым переносом (рисунок 4.2 а) является отсутствие секции памяти, более высокая разрешающая способность по вертикали, более точная чересстрочность развертки, а также более простое устройство стока избыточных зарядов. В то же время конструкция ПЗС со строчно-кадровым переносом, как правило, сложнее, чем ПЗС с кадровым переносом, а светочувствительная поверхность у них меньше, так как вертикальные регистры, находящиеся в поле изображения, экранируются для предотвращения попадания света. По этой причине в ПЗС с кадровым переносом удается разместить по горизонтали в 1,5-2 раза большее число элементов, чем в ПЗС со строчно-кадровым переносом.

Для получения видеосигналов трех основных цветов в современных цветных передающих камерах, как правило, используются три однотипные трубки или твердотельные матрицы с цветоделительной системой, которая из многоцветного изображения объекта формирует три одноцветных изображения.