mi a CCD érzékelő?

a hűtött CCD kamerák már régóta az asztrofotográfia élvonalában vannak. De mi is valójában a CCD szenzor technológia, és hogyan használjuk azt, hogy lenyűgöző képeket készítsünk az éjszakai égboltról?

úgy gondoltuk, hogy hasznos lehet, ha megnézzük a CCD érzékelők különböző aspektusait, hogy jobban megértsük, mi történik a kamera felületén, miközben elfoglalja az univerzum képalkotását.,

összeállítottunk néhány videót ebben a sorozatban, amelyet az elkövetkező hetekben kiadunk, beleértve a CCD érzékelőkkel kapcsolatos különböző típusú zajok áttekintését, valamint azt, hogy hogyan haladunk a minimalizálás érdekében. De kezdjük az elején, és vessünk egy pillantást, hogy mi a CCD – vagy töltés kapcsolt eszköz – valójában.

mi az a CCD? – Átirat

Hello.

amit ma szeretnék csinálni, egy kicsit beszélni magukról a CCD-kről., A CCD-k nyilvánvalóan nagyon fontosak voltak az asztrofotográfia szempontjából az elmúlt tíz vagy húsz évben – az éjszakai égbolt igazán nagyszerű képeinek nagy részét CCD érzékelő technológiával készítették. Tehát itt fogjuk megragadni az alkalmat, hogy egy kicsit beszéljünk magukról az érzékelőkről. Remélhetőleg ez informatív lesz, szórakoztató lehet. Ez valószínűleg nem lesz különösen hasznos szempontjából segít, hogy egy képet az éjszakai égbolt, de ha azt szeretnénk, hogy egy ötlet, hogy mi történik valójában a kamera maga, hasznos lehet.,

Oké, tehát ez egy érzékelő. Valójában ez a Kodak eleven megapixeles érzékelők egyike, és hasonlít néhány Sony érzékelőhöz, annyira, hogy van egy tiszta fedőüveg, amely magában foglalja a szilícium chipet, és számos csapunk van az oldal mentén – vagy lehet egy PIN grid tömb–, hogy ténylegesen kommunikáljunk az elektronikával kívül.

Kodak 11mp sensor Pin Grid Array

az első dolog, amit érdemes megjegyezni, hogy ez egy szilíciumdarab., Akkor miért van alatta egy darab szilícium chip? Miért döntöttünk úgy, hogy ezt használjuk, miért nem úgy döntöttünk, hogy egy darab acélt, vagy egy darab szenet vagy műanyagot használunk – miért Szilícium? A válasz pedig tényleg a szilícium nagyon érdekes tulajdonságára vezethető vissza, és ha ezen keresztül beszélünk, akkor hasznos számos különböző típusú vegyületről és azok elektronikus tulajdonságairól beszélni.,

A vegyület típusai és elektronikus tulajdonságai

a szigetelő olyan anyag, ahol az összes elektron a valenciasávban van, így szorosan kötődnek az anyaatomokhoz, és egyáltalán nem tudnak mozogni az anyag körül. Az elektronok, amelyek delokalizáltak, amelyek mozoghatnak, az úgynevezett vezetőképességi sávban vannak. Szigetelők van vezetőképesség zenekar, de az energia sokkal magasabb, mint a valence zenekar, hogy nagyon-nagyon ritkán, hogy egy elektron kap elő a vezetőképesség zenekar, aztán már hajlamosak esik egyenesen vissza, hogy a szülő atom, meg lesz kötve., Tehát szigetelők – nagyon rossz a villamos energia vezetésében.

fémekben megvan az a konverse helyzet, amikor a valence sáv és a vezetőképesség sáv energiái valóban átfedik egymást. Tehát itt van ez a tengernyi delokalizált elektron a fémben, és ez segít neki az elektromosság vezetésében, és ezt meg is teheti anélkül, hogy ténylegesen energiát adna magának a fémnek.,

A harmadik típusú anyag, a félvezető, ez érdekes, ingatlan, ahol a vezetőképesség zenekar csak csekély mértékben haladja meg a valence zenekar, így kell hozzá egy viszonylag kis mennyiségű energiát annak érdekében, hogy elősegítsék az elektronok a vezetőképesség zenekar. A Szilícium esetében ez az energia 1,14 elektronvolt, és az érdekes tulajdonság az, ami megfelel a foton 300-1000 nanométer közötti energiamennyiségének., Ez az energia lehet használni, ha egy foton esik rá a szilícium, akkor lehet használni, hogy ténylegesen átalakít egy elektron a vezetőképesség zenekar pedig, ha a vezetőképesség zenekar, meg tudjuk majd mozgatni a szilícium pedig ez az intézkedés.

Szilícium-érzékelő létrehozása

Oké, tehát most szeretném megfontolni, hogy valójában hogyan tervezünk egy képérzékelőt egy szilíciumcsip körül. Tehát itt van ez a képernyőn, amely egy négyzet alakú szilíciumdarabot ábrázol. Ezt kilenc területre bontom, amelyek kilenc pixelekké válnak., Az első dolog az oszlopok elválasztása, ezért ezeket az oszlopokat az oszlopok közé helyezzük, és ezek alapvetően kis elektródák, amelyek a chip felületén futnak, és negatív töltést hordoznak, vagy negatív potenciált adunk nekik, és megállítja azokat az elektronokat, amelyek e három különböző területen belül esnek, most balra és jobbra vándorolnak az érzékelőn.

Szilíciumdarab képpontok hozzáadása elektródák hozzáadása

tehát ez balra és jobbra korlátozta őket., Ezeket a függőleges órákat is fel-le kell szorítanunk, hogy ezt megtehessük. Tehát itt három csoportban futnak, tehát három óra pixelenként, és jelenleg a középső pozitív potenciállal rendelkezik, a két külső pedig negatív potenciállal.

tehát most az történik, hogy ha egy foton az egyik pixelre esik, akkor létrehoz és felszabadít egy elektronot, és az elektron mozogni akar, így a pozitív óra pozitív potenciálja alatt van., Így halmozódik fel egy képet, így amikor az expozíciós idő van fotonok alá a képérzékelő ők korlátozott belül a pixel által a függőleges elektródák, ezeket vízszintesen futó függőleges órák.

függőleges órák

egy kép olvasása

akkor ki akarjuk olvasni ezt a képet. A módszerünk az, hogy a vertikális órákat ténylegesen órákba állítjuk.,

Ha az órák potenciálját lefelé mozgatjuk, így a pozitív potenciál egy órával lefelé mozog, akkor az az, hogy mozog, vagy kérje, hogy az elektron egyszerre vándoroljon. És ismét úgy csináljuk, hogy a pozitív fázist lefelé mozgatjuk, és az elektronok lassan leválnak a CCD-ről.

addig folytatjuk ezt, amíg az elektronok vagy a pixel át nem kerül az alsó szakaszba, amely ez a vízszintes leolvasási nyilvántartás., Ez pontosan ugyanaz a fajta dolog, de ezúttal maguk az órák függőlegesen futnak, így lehetővé teszik az elektronok balról jobbra mozgatását. Tehát ebben az esetben balra toljuk őket, és a végső szakaszba. És ha már ebben a szakaszban vannak, egy erősítőt használunk, és az erősítő alapvetően méri a képpontban meglazult fotonok számát, és átalakítja feszültséggé, és ez a feszültség megjelenik a chip egyik csapján. Ezen az egyiken azt hiszem, ez az egyik a végétől – tehát az egyik oldalon a függőleges órák, az egyik oldalon a vízszintes órák.,

ezután, amikor befejeztük a mérést, vagy digitalizáljuk az adott feszültséget ebből a pixelből, a kimeneti szakaszban lévő kapcsolóval töröljük le az összes töltést attól a pixeltől és az órától még egy vízszintes regisztert a kimeneti kapun.

CCD olvasása

tehát egy nagyon tipikus rendszer a CCD leolvasásához először egy sor egyszerre a vízszintes leolvasási regiszterbe, majd ezt az egy pixelt egyszerre a kimeneti szakaszba mozgatja. Ez pedig azt írja le, hogy valójában mi egy nagyon klasszikus területérzékelő a CCD-k számára., Ez egy nagyon régi technológia, elég régi kezelési mód, vagy szilícium használatával, hogy képezővé váljon. Szüksége van egy mechanikus redőnyre, így a leolvasási szakaszban az egész még mindig érzékeny a fényre, így annak érdekében, hogy amikor elkezdi mozgatni a képet az érzékelőn, akkor nem kap hátramenetet, mechanikus redőnyt kell használnia.

az adott tálcán található összes érzékelő nem területérzékelő, hanem valójában minden vonalközi érzékelő. Az Atik termékcsaládon belül sok termékünk olyan interline érzékelőket használ, amelyeknek nincs szükségük mechanikus redőnyökre., Tehát valószínűleg érdemes megérinteni, hogy hogyan használjuk ezeket.

Interline CCD érzékelők

tehát, ha pontosan ugyanazzal a szilíciumdarabbal kezdjük újra, és ezúttal egy interline érzékelővé tesszük, az első dolog, amit valóban meg kell kezdeni ugyanazzal a terület típusú érzékelővel. Tehát nem mutattam meg őket itt, de bemutatjuk ezeket a függőleges oszlopmegállókat, hogy megállítsuk az elektronokat balra és jobbra vándorolva, és megkapjuk a függőleges órákat is, amelyek lehetővé teszik a töltés felfelé és lefelé mozgatását a pixelben.,

ahol a dolgok eltérőek, ezeket az alumínium sávokat az érzékelő tetejére helyezzük. Ezek alapvetően, hogy a terület alatt az alumínium fényvédőt érzéketlen fény, így közben a kijelzőn fázis, ha van, az elektronok belül része a kijelző regisztrálni, akkor, mint ők, hogy lejjebb van az oszlopban, akkor nem kell aggódnia, hogy része az érzékelő veszi fel további fotonok, illetve átalakítása a elektronok – itt van ez a fény pajzs tetején őket.,

érzékelő alumínium fényvédőkkel

most is szükségünk van valamire, hogy valóban érzékenyek legyünk a fényre. Ebben az esetben fotodiódának hívják, pontosan ugyanaz az ötlet, ez egy szilíciumdarab, kivéve, hogy van néhány más óránk, amelyet most használhatunk ennek a fotodiódának a vezérlésére. Ezek közül az egyiket használhatjuk a töltés tisztítására az összes fotodiódából egy menetben, amelyet általában egy expozíció kezdetén használnak, a második pedig egy óra, amely a töltést az összes fotodiódáról balra mozgatja., Ez aztán alapvetően mozgatja őket az alumínium fénypajzsok alatt, majd hatékonyan véget vet az expozíciónak.

tehát ez alapvetően egy diagram arról, hogy néz ki egy interline érzékelő, mert van egy fotodiódánk, és van egy függőleges leolvasó CCD egy alumínium fényvédő alatt.

ahol ez nem túl jó, most azt tettük, hogy elkészítettük magának az érzékelőnek a területét, amely érzékeny a fényre, ami csak a chip felületének körülbelül 25% – a., Ezt úgy írnánk le, hogy a kitöltési tényező körülbelül 25% , ami elég rossz, ha alacsony fényforrást látunk, mert az érzékelőre eső fotonok 75% – át nem fogják elektronokká alakítani.

hozzáadása Microlenses

itt van, ahol a dolgok okos újra. A chipgyártók bemutatják ezt a microlens technológiát, így az egyes fotodiódák tetejére helyezzük ezt a lencsét, vagy a lencsét tetejére helyezzük, ami azt jelenti, hogy a lencse tetejére eső fotonok koncentrálódnak erre a fotodiódára, és ez javítja a kitöltési tényezőt 80% – nál nagyobb mértékben.,

Interline Sensor with Microlenses

a technológia, amellyel ezeket a nagyon, nagyon apró lencséket előállítják, sok fejlesztésen ment keresztül, és önmagában viszonylag érdekes. Ez általában egy tintasugaras eljárás, ahol ezeket a kis lencséket egyenként észlelik az érzékelő felületére., De akkor még inkább egy kerek gömb alakú formát vesznek fel, amikor ezt megteszed, így aztán, hogy valóban visszakerüljenek a lencse alakjába, a chipet néhány nagyon óvatos hőmérsékleti gradiens vezérli, hogy ezeket a golyókat lencsévé alakítsák. Miután ezt megtették, akkor a kitöltési tényezők hatékonyan emelkednek a mikrolencse miatt.

oké, azt hiszem, ez annyit ad, amennyit valószínűleg szeretnék beszélni ebben a CCD-kben., Remélem, érdekes volt, és talán amikor legközelebb az égbolton vagy, és a galaxisok és ködök bonyolultságán töprengünk, elkezdhetünk gondolkodni azon is, hogy mi történik valójában az érzékelő felületén.

köszönöm.