ce este un senzor CCD?

camerele ccd răcite au fost mult timp în fruntea astrofotografiei. Dar ce este cu adevărat tehnologia senzorului CCD și cum o folosim pentru a crea imagini uimitoare ale cerului de noapte?ne-am gândit că ar fi util să aruncăm o privire la unele dintre diferitele aspecte ale senzorilor CCD pentru a ajuta la o mai bună înțelegere a ceea ce se întâmplă pe suprafața camerei în timp ce sunteți ocupat imagistica universului.,

am realizat câteva videoclipuri din această serie pe care le vom lansa în următoarele săptămâni, inclusiv o privire asupra diferitelor tipuri de zgomot asociate senzorilor CCD și a modului în care îl minimizăm. Dar să începem de la început și să aruncăm o privire la ceea ce este de fapt un CCD – sau un dispozitiv cuplat la Încărcare.

ce este un CCD? – Transcriere

Bună ziua.ceea ce aș vrea să fac astăzi este să vorbesc puțin despre CCD-urile în sine., CCD – urile au fost, evident, foarte importante pentru astrofotografie în ultimii zece sau douăzeci de ani-majoritatea imaginilor cu adevărat grozave ale cerului de noapte au fost realizate cu tehnologia senzorului CCD. Deci, ceea ce vom face aici este să profităm de ocazie pentru a vorbi puțin despre senzorii înșiși. Sperăm că acest lucru va fi informativ, poate fi distractiv. Probabil că nu va fi deosebit de util în ceea ce privește ajutându-vă să luați o imagine a cerului de noapte, dar atunci când doriți să aveți o idee despre ceea ce se întâmplă de fapt pe camera în sine, poate fi util.,

bine, deci acesta este un senzor. De fapt e un Kodak unsprezece senzori de megapixeli, si se pare similar cu unele dintre senzori Sony, la fel de mult ca avem o clară bucată de sticlă de acoperire care acoperă o bucată de cip de siliciu în sine și avem un număr de pini de-a lungul partea – sau poate fi un pin grid array – de a comunica cu electronice din afara.

Kodak 11MP senzor Pin Grid Array

primul lucru să îl rețineți este că e o bucată de siliciu., Deci, de ce pe Pământ avem o bucată de cip de siliciu sub acolo? De ce am ales să folosim asta, de ce nu am ales să folosim o bucată de oțel, sau o bucată de cărbune sau plastic – de ce siliciu? Iar răspunsul se reduce la o proprietate foarte interesantă a siliciului și pentru a vă vorbi despre asta, este util să vorbim despre un număr de tipuri diferite de compuși și proprietățile lor electronice.,

tipuri de compuși și proprietățile lor electronice

un izolator este un material în care toți electronii sunt în banda de valență, deci sunt legați strâns de atomii părinte și nu se pot mișca deloc în jurul materialului. Electronii care sunt delocalizați care se pot mișca sunt ceea ce se numește în banda de conductanță. Izolatorii au o bandă de conductanță, dar energia lor este mult mai mare decât banda de valență, încât este foarte, foarte rar ca un electron să fie promovat în banda de conductanță, și apoi va tinde să cadă direct înapoi la atomul părinte și să fie legat., Deci, izolatori – foarte săraci la conducerea energiei electrice.în metale avem situația inversă în care energiile benzii de valență și ale benzii de conductanță se suprapun de fapt. Deci avem această mare de electroni delocalizați în interiorul metalului și asta îl ajută să conducă electricitatea, și asta poate face asta fără a adăuga energie în metalul însuși.,

cel de-al treilea tip de material, semiconductorul, are această proprietate interesantă în care banda de conductanță este doar puțin peste banda de valență, așa că trebuie să adăugăm o cantitate relativ mică de energie pentru a promova electronii în banda de conductanță. Pentru siliciu, acea energie este de 1, 14 electroni volți, iar proprietatea interesantă este aceea care corespunde cantității de energie pe care un foton o are între 300-1000 nanometri., Acea energie poate fi folosită dacă un foton cade pe siliciu, atunci poate fi folosită pentru a promova un electron în banda de conductanță și acolo, odată ajuns în banda de conductanță, îl putem muta în jurul siliciului și îl putem măsura.

Crearea unui Silicon Senzor

Bine, deci acum aș dori să ia în considerare modul de a proiecta un senzor de imagine în jurul valorii de o bucată de cip de siliciu. Iată că tocmai am primit asta pe ecran reprezentând o bucată pătrată de siliciu. Am de gând să taie acest lucru în nouă zone care devin nouă pixeli., Primul lucru de făcut este de a separa coloanele, asa ca am pus aceste opriri în între coloane și acestea sunt de fapt mici electrozi care se execută pe suprafața de chip și ei poartă o sarcină negativă, sau le vom da un potențial negativ și se oprește orice electronii care au căzut în aceste trei zone diferite acum migrarea la stânga și la dreapta peste senzor.

Bucată de Siliciu Adăugare de pixeli Adauga electrozi

Așa că i-a constrâns la stânga și la dreapta., De asemenea, trebuie să le constrângem în sus și în jos și folosim aceste ceasuri verticale pentru a face acest lucru. Deci aici rulează în grupuri de trei, deci trei ceasuri pe pixel, iar în acest moment îl am pe cel din mijloc cu un potențial pozitiv, și pe cele din exterior cu un potențial negativ.deci ce se întâmplă acum este că dacă un foton ar cădea pe unul dintre acești pixeli, va genera și elibera un electron și acel electron va dori să se miște astfel încât să se afle sub potențialul pozitiv al ceasului pozitiv., Acesta este modul în care acumulează o imagine, astfel încât în timpul expunerii avem fotoni care cad pe senzorul de imagine și sunt constrânși în pixel de electrozii verticali și de aceste ceasuri verticale cu funcționare orizontală.

Ceasuri verticale

citirea unei imagini

atunci vrem să citim acea imagine. Modul în care o facem este de fapt cronometrarea acelor Ceasuri verticale.,dacă mutăm potențialul ceasurilor în jos cu unul, deci potențialul pozitiv s-a mutat în jos cu un ceas, ceea ce tinde să facă atunci este să miște sau să ceară electronului să migreze o etapă la un moment dat. Și din nou, o facem prin mutarea fazei pozitive în jos și electronii migrează încet în jos CCD în sine.vom continua să facem acest lucru până când electronii, sau pixelul, se vor transfera în stadiul de jos, care este acest registru de citire orizontală., Acesta este exact același tip de lucru, dar de data aceasta ceasurile în sine rulează vertical și astfel permit mișcarea electronilor de la stânga la dreapta. Deci, în acest caz, le mutăm spre stânga și în etapa finală. Și odată ajunși în acel stadiu, folosim un amplificator și amplificatorul măsoară practic numărul de fotoni care au fost pierduți în pixel și îl transformă într-o tensiune, iar acea tensiune apare apoi pe unul dintre pinii de pe acest cip. Pe acesta cred că este unul de la capăt – deci ceasurile verticale ale unei părți și ceasurile orizontale ale unei părți.,

Apoi, când am terminat de măsurat, sau de digitizare special de tensiune din acel pixel, vom folosi comutatorul în stadiul de ieșire pentru a șterge toate taxă departe de acel pixel și ceas mai de registre orizontale, în poarta de ieșire.

Citirea unei CCD

Deci, un sistem tipic pentru o citire CCD este mai întâi de toate, o linie la un moment dat în orizontală citire registru, apoi se deplasează ca un pixel la un moment dat în stadiul de ieșire. Și acest lucru descrie într-adevăr ceea ce este un senzor de zonă foarte clasic pentru CCDs., Este o tehnologie destul de veche, un mod destul de vechi de manipulare, sau folosind siliciu, pentru a deveni un imager. Are nevoie de un obturator mecanic, deci în timpul etapei de citire, totul este încă sensibil la lumină, așa că, pentru ca atunci când începeți să mutați o imagine în jos pe senzor să nu ajungeți la final, trebuie să utilizați un obturator mecanic.

toți senzorii de pe această tavă nu sunt senzori de zonă, sunt de fapt toți senzori interline. Multe dintre produsele noastre din gama Atik folosesc senzori interline care nu au nevoie de obloane mecanice., Deci, este, probabil, merită doar atinge pe modul în care vom merge despre utilizarea celor.deci, dacă începem din nou cu exact aceeași bucată de siliciu și de data aceasta o vom transforma într-un senzor interline, primul lucru de făcut este să începem prin a face același senzor de tip zonă. Așa că nu le-au arătat aici, dar vom introduce aceste coloană verticală se oprește pentru a opri migrarea electronilor stânga și la dreapta și vom avea ceasuri verticale, precum și faptul că ne permite să se mute de încărcare în sus și în jos pixel în sine.,

În cazul în care lucrurile devin diferite este am pus aceste benzi de aluminiu pe partea de sus a senzorului în sine. Acestea, practic, face zona de sub aluminiu lumină insensibilă la lumină, astfel încât timpul de citire fază, dacă există electroni în partea de citire registru, apoi ca au fost mutate în jos coloana, nu trebuie să vă faceți griji despre faptul că o parte din senzor iau în continuare fotoni și transformarea lor în electroni – e această lumină pe partea de sus a ei.,

Senzor cu Aluminiu Lumina Scuturi

de asemenea, Am acum nevoie de ceva pentru a fi de fapt sensibile la lumină. În acest caz se numește fotodiodă, exact aceeași idee, este o bucată de siliciu, cu excepția faptului că avem câteva Alte ceasuri pe care le putem folosi acum pentru a controla această fotodiodă. Una dintre ele putem folosi pentru a șterge taxa de la toate fotodiodele într-un du-te, și care este de obicei folosit la începutul unei expuneri, iar al doilea este un ceas care va muta taxa de la toate fotodiodele peste spre stânga aici., Acest lucru le va muta practic sub scuturile de lumină din aluminiu și va pune efectiv capăt expunerii.

deci aceasta este de fapt o diagramă a ceea ce arată un senzor interline, pentru că avem o fotodiodă și avem citirea verticală CCD sub un scut de lumină din aluminiu.

În cazul în care acest lucru nu este foarte bun este acum ceea ce am făcut este am făcut zona senzorului în sine, care este sensibil la lumină, care este doar aproximativ 25% din suprafața cip., Am descrie asta ca având un factor de umplere de aproximativ 25%, ceea ce este destul de rău dacă ne uităm la o sursă de lumină scăzută, deoarece 75% din fotonii care cad pe acel senzor nu vor fi convertiți în electroni.

adăugarea Microlenselor

Iată unde lucrurile devin din nou inteligente. Producătorii de cipuri introduc această tehnologie microlens, așa că pe fiecare fotodiodă punem acest obiectiv, sau pun lentila deasupra, ceea ce înseamnă că orice fotoni care cad acum pe lentilă se concentrează pe acea fotodiodă în sine, și asta va îmbunătăți apoi factorul de umplere peste 80%.,

Interline cu Senzor pentru microlentile

tehnologia Pe care o folosesc pentru a produce de fapt aceste foarte, foarte mici lentile a trecut printr-o mulțime de dezvoltare și este relativ interesant în sine. Este de obicei un proces de tip inkjet, în care aceste lentile mici sunt observate pe rând pe suprafața senzorului., Dar apoi au o formă sferică mai rotundă atunci când faci asta, așa că pentru a le readuce într-o formă de lentilă, cipul este controlat cu niște gradienți de temperatură foarte atenți pentru a face ca aceste bile să se deformeze în forma unei lentile. Odată ce au făcut asta, atunci factorii de umplere cresc efectiv din cauza microlensării.

bine, cred că este dat atât cât probabil vreau să vorbesc în această mică secțiune despre CCDs., Sper că a fost interesant, și poate că data viitoare când veți vedea cerul, precum și gândindu-vă la complexitatea galaxiilor și a nebuloaselor, putem începe să ne gândim și la ce se întâmplă de fapt pe suprafața senzorului.

Vă mulțumim.