mikä on CCD-anturi?

jäähdytetyt CCD-kamerat ovat olleet pitkään astrofotografian eturintamassa. Mutta mitä CCD-sensoritekniikka oikeastaan on, ja miten sitä käytetään luomaan upeita kuvia Yötaivaasta?

se voi olla hyödyllistä katsomaan joitakin eri puolia CCD-anturit, jotka auttavat antamaan paremman ymmärryksen siitä, mitä tapahtuu pinnalla kameran, kun olet kiireinen imaging maailmankaikkeuden.,

Olemme koonneet muutamia videoita tässä sarjassa, että julkaisemme lähiviikkoina myös tarkastella erilaisia melu liittyy CCD-anturit ja miten me mennä noin minimoida se. Mutta aloitetaan alusta ja katsotaan, mitä CCD – tai charge kytketty laite – todella on.

mikä on CCD? – Transkriptio

Hello.

Mitä haluaisin tänään tehdä, on puhua hieman CCDs: stä itsestään., CCD: t ovat ilmeisesti olleet astrofotografian kannalta todella tärkeitä viimeisen kymmenen tai kahdenkymmenen vuoden aikana – suurin osa yötaivaan todella suurista kuvista on otettu CCD-sensoritekniikalla. Käytämme tilaisuutta hyväksemme ja puhumme sensoreista. Toivottavasti tämä on informatiivinen, se voi olla viihdyttävä. Se ei luultavasti ole erityisen hyödyllinen kannalta auttaa sinua ottamaan kuvan yötaivasta, mutta kun haluat saada käsityksen siitä, mitä itse kamerassa tapahtuu, se voi olla hyödyllistä.,

Okei, joten tämä on sensori. Se on itse asiassa yksi Kodak yksitoista megapikselin anturit, ja se näyttää samanlainen joitakin Sony anturit, niin paljon kuin, että meillä on selkeä pala suojalasi, joka kattaa pala piitä siru itse, ja meillä on useita nastat pitkin puoli – tai se voi olla pin grid array – todella kommunikoida elektroniikka ulkopuolella.

ensimmäinen asia oikeastaan huomaa on se pala piitä., Miksi ihmeessä meillä on piipunpätkä alla? Miksi olemme päättäneet käyttää sitä, miksi emme ole päättäneet käyttää pala terästä, tai pala hiiltä, tai muovi-miksi pii? Ja vastaus todella tulee erittäin mielenkiintoinen ominaisuus pii ja tavallaan puhua sinua läpi, se on hyödyllistä puhua useita erilaisia yhdiste ja niiden elektroniset ominaisuudet.,

Tyypit Yhdiste ja Niiden Sähköiset Ominaisuudet

eriste on materiaali, jossa kaikki elektronit ovat valence-yhtye, joten ne ovat sidottu tiiviisti vanhemman atomien ja he eivät voi liikkua materiaalia ollenkaan. Elektronit, jotka delokalisoituvat ja voivat liikkua, ovat niin sanottuja konduktanssinauhoja. Eristeillä on konduktanssinauha, mutta niiden energia on niin paljon suurempi kuin valenssinauha, että hyvin harvoin elektroni ylennetään konduktanssinauhaan, ja sitten se yleensä putoaa suoraan emoatomiinsa ja on sidottu., Joten eristeet-erittäin huono johtaa sähköä.

metalleissa on converse-tilanne, jossa valenssikaistan ja konduktanssikaistan energiat todella menevät päällekkäin. Meillä on siis tämä metallissa oleva delokalisoituneiden elektronien meri, joka auttaa sitä tuottamaan sähköä, ja se voi tehdä sen lisäämättä itse metalliin mitään energiaa.,

kolmas tyyppi, materiaali -, puolijohde, on tämä mielenkiintoinen ominaisuus, jossa johtokyky bändi on vain hieman yli valence-yhtye, joten meidän täytyy lisätä suhteellisen pieni määrä energiaa, jotta voidaan edistää elektronit osaksi johtokyky bändi. Piitä, sen energian on 1.14 electron volttia ja mielenkiintoinen ominaisuus on, että se vastaa energian määrä, että fotoni on välillä 300-1000 nanometriä., Että energiaa voidaan käyttää, jos fotoni osuu päälle pii, niin se voidaan todella edistää elektronin osaksi johtokyky bändi ja siellä, kun se on johtokyky on bändi, voimme sitten siirtää sen ympärillä pii ja mitata sitä.

luoden Piianturin

Okay, joten nyt haluaisin miettiä, miten itse asiassa suunnittelemme kuvan anturin piisirun ympärille. Tässä on tämä ruudulta, joka edustaa neliöpalaa piitä. Pilkon tämän yhdeksäksi alueeksi, joista tulee yhdeksän pikseliä., Ensimmäinen asia tehdä, on erilliset sarakkeet, niin laitamme nämä pysähtyy välillä sarakkeet, ja nämä ovat periaatteessa pieniä elektrodeja, jotka kulkevat koko pinta-siru ja he kuljettaa negatiivinen varaus, tai annamme heille negatiivinen potentiaali, ja se pysähtyy kaikki elektronit, jotka ovat pudonneet sisällä nämä kolme eri aluetta, jotka nyt siirtyvät vasemmalle ja oikealle tunnistimen yli.

niin, että se rajoitti niitä vasemmalle ja oikealle., Meidän on myös rajoitettava niitä ylös ja alas, ja käytämme näitä pystykelloja tehdäksemme tämän. Joten tässä he juoksevat kolmen ryhmissä, joten kolme kelloa pikseliä kohden, ja tällä hetkellä minulla on keskimmäinen, jolla on positiivinen potentiaali, ja kaksi ulkopuolista, joilla on negatiivinen potentiaali.

joten nyt tapahtuu, että jos fotoni putoaisi johonkin näistä pikseleistä, se tuottaa ja vapauttaa elektronin ja että elektroni haluaa liikkua, joten se on positiivisen kellon positiivisen potentiaalin alla., Näin se kerää kuvan, joten valotusaikana fotonit putoavat kuva-anturiin ja vertikaaliset elektrodit ja vaakajuoksuiset pystykellot rajoittavat niitä pikselin sisällä.

Lukemalla Kuva

Sitten me haluamme lukea, että kuva. Me teemme sen siten, että ne pystykellot todella kellotetaan yhteen.,

jos siirrämme kellojen potentiaalin alas yksi, niin positiivinen potentiaali on siirtynyt alas yksi kello, mitä se yleensä tekee sitten on siirtää, tai pyytää, elektroni siirtää yksi vaihe kerrallaan. Ja jälleen, teemme sen siirtämällä positiivinen vaihe alas yksi ja elektronit hitaasti siirtyä alas CCD itse.

jatkamme tätä, kunnes elektronit eli pikseli siirtyvät alimpaan vaiheeseen, joka on tämä horisontaalinen readout-Rekisteri., Tämä on täsmälleen samanlainen asia, mutta tällä kertaa kellot itse kulkevat pystysuunnassa ja siten ne mahdollistavat elektronien siirtämisen vasemmalle oikealle. Tässä tapauksessa siirrämme heidät vasemmalle ja viimeiseen vaiheeseen. Ja kun he ovat siinä vaiheessa, käytämme vahvistinta ja vahvistin mittaa periaatteessa pikselissä irronneiden fotonien määrän ja muuntaa sen jännitteeksi, ja tämä jännite ilmestyy sitten yhdelle tämän sirun tappeista. Tässä yksi mielestäni se on yksi alusta loppuun – niin toisella puolella on pystysuora kellot ja toisella puolella on vaaka-kellot.,

sitten kun olemme saaneet sen mittauksen valmiiksi tai digitoimme sen tietyn jännitteen kyseiseltä pikseliltä, käytämme ulostulovaiheessa olevaa kytkintä tyhjentääksemme kaiken varauksen pois kyseiseltä pikseliltä ja kellottaaksemme vielä yhden vaakarekistereistä ulostuloportille.

joten hyvin tyypillinen järjestelmä CCD: n lukemiseksi on ennen kaikkea yksi viiva kerrallaan vaakasuoraan readout-rekisteriin siirtäen sen yhden pikselin kerrallaan lähtövaiheeseen. Ja tämä kuvaa todella, mikä on hyvin klassinen alue anturi CCD., Se on aika vanha tekniikka, aika vanha tapa käsitellä tai käyttää piitä kuvaajaksi. Se tarvitsee mekaanisen suljimen, joten lukuvaiheen aikana koko asia on edelleen herkkä valolle, joten jotta kun aloitat kuvan siirtämisen sensoria alas, et saa perään, sinun täytyy käyttää mekaanista suljinta.

kaikki tällä tarjottimella olevat sensorit eivät ole Pinta-alan antureita, vaan oikeastaan kaikki interline-antureita. Monet Atik-alueen tuotteistamme käyttävät linjaantureita, jotka eivät tarvitse mekaanisia ikkunaluukkuja., Kannattaa siis koskea, miten niitä käytetään.

Interline CCD-Anturit

joten, jos aloitamme täsmälleen samalla piikappaleella uudelleen ja tällä kertaa teemme siitä interline-anturin, ensimmäinen asia, joka todella tehdään, on aloittaa tekemällä sama aluetyyppinen anturi. Joten en ole esitellyt niitä täällä, mutta me esitellä nämä pystysuora sarake pysähtyy pysäyttää elektronit siirtyvät vasemmalle ja oikealle ja meillä on pystysuora kellot niin hyvin, että voimme siirtyä johtoon ylös ja alas pikselin itse.,

Jos asiat muuttuvat, laitetaan nämä alumiininauhat itse anturin päälle. Nämä pohjimmiltaan tekevät alueesta alla alumiini valo kilpi tunteeton valoa, joten aikana lukema vaiheessa, jos on olemassa tahansa elektronit sisällä, että osa lukema rekisteröidy, niin kun ne on siirretty alas sarake, meidän ei tarvitse huolehtia, että osa-anturi poimien edelleen fotonit ja muuntaa ne elektronit – on tämä kevyt suoja niiden päällä.,

tarvitsemme nyt myös jotain todella valolle herkkää. Tässä tapauksessa sitä kutsutaan fotodiodiksi, täsmälleen samalla idealla, se on pala piitä, paitsi että meillä on pari muuta kelloa, joilla voimme nyt hallita tätä fotodiodia. Yksi niistä voimme tyhjentää varauksen kaikista fotodiodeista yhdellä kertaa, ja sitä käytetään tyypillisesti altistuksen alussa, ja toinen on kello, joka siirtää varauksen kaikista fotodiodeista vasemmalle., Se siirtää ne alumiinisten valosuojien alle ja lopettaa altistuksen tehokkaasti.

Joten tämä on pohjimmiltaan kaavio siitä, mitä interline-anturi näyttää, koska meillä on fotodiodi ja meillä on pystysuora lukema CCD alla alumiininen kevyt kilpi.

Jos tämä ei ole erittäin hyvä on nyt, mitä olemme tehneet on olemme tehneet alueen anturi itsessään on herkkä valolle, joka on vain noin 25% pinta-siru., Kuvailisimme, että sen täyttökerroin on noin 25%, mikä on melko huono, jos katsomme matalaa valonlähdettä, koska 75% sensorin päälle putoavista fotoneista ei muutu elektroneiksi.

mikroluokkien lisääminen

Here ’ s where things get clever again. Sirujen valmistajat ottavat käyttöön tämän mikroliiniteknologian, joten jokaisen fotodiodin päälle laitamme tämän linssin, tai he laittavat linssin päälle, mikä tarkoittaa, että kaikki fotonit, jotka nyt putoavat linssin päälle, keskittyvät itse fotodiodiin, ja se sitten parantaa täyttökerrointa yli 80%.,

teknologia, jota he käyttävät näiden hyvin, hyvin pienet linssit ovat kokeneet paljon kehitystä ja ovat itsessään suhteellisen mielenkiintoisia. Se on yleensä mustesuihkutyyppinen prosessi, jossa nämä pienet linssit bongataan yksi kerrallaan sensorin pinnalle., Mutta sitten ne ottavat enemmän pyöreä pallomainen muoto, kun teet, niin sitten todella saada ne takaisin linssin muotoon, siru ohjataan joitakin erittäin varovainen lämpötila gradientit saada nämä pallot sag muoto linssi. Kun he ovat tehneet sen, niin täyttötekijät nousevat tehokkaasti mikrolenssien takia.

Okei, luulen, että se on annettu niin paljon kuin luultavasti haluan puhua tässä pienessä CCD-osiossa., Toivottavasti se on ollut mielenkiintoista, ja ehkä kun seuraavan kerran kuvaat taivasta ja pohdit galaksien ja sumujen koukeroita, voimme myös alkaa miettiä, mitä sensorin pinnalla oikeasti tapahtuu.

Kiitos.