요금 결합한 장치

CCD 이미지 센서를 구현할 수 있는 여러 가지 서로 다른 아키텍처를 활용할 수 있다. 가장 일반적인 것은 풀 프레임,프레임 전송 및 인터 라인입니다. 이러한 각 아키텍처의 구별되는 특징은 셔터링의 문제에 대한 접근 방식입니다.,

풀 프레임 장치에서는 모든 이미지 영역이 활성화되어 있으며 전자 셔터가 없습니다. 이 유형의 센서에 기계식 셔터를 추가해야하거나 장치가 클록되거나 판독 될 때 이미지가 번집니다.

프레임 전송 CCD,절반의 실리콘 지역에 의해 덮여 있는 불투명한 마스크(일반적으로 알루미늄). 이미지는 몇 퍼센트의 허용 가능한 스미어로 이미지 영역에서 불투명 영역 또는 저장 영역으로 신속하게 전송 될 수 있습니다. 그런 다음 새 이미지가 활성 영역에 통합되거나 노출되는 동안 해당 이미지를 저장 영역에서 천천히 읽을 수 있습니다., 프레임 전송 장치는 일반적으로 필요하지 않습 기계적 셔터와 일반적인 아키텍처에 대한 초 고체 상태 방송용 카메라입니다. 단점을 프레임 전송물은 그것이 필요 두 번의 실리콘 부동산에 상당한 전체 프레임으로 장치한다;따라서,그것은 약 두 배의 비용이 많이있다.

인터링 연장 이 개념을 한 단계 더 나아가 마스크 매 열 이미지 센서의 저장을위한., 이 장치에서,단 하나의 픽셀은 변화가 발생 전에 이미지 영역을 저장소 지역에 따라 셔터 시간보다 작을 수 있습 마이크로초와 얼룩은 기본적으로 제거됩니다. 이점을 무료로하지 않습니다,그러나,이미징 지역은 지금에 의해 덮여 불투명한 스트립 삭제 채우기 요인은 약 50%고 효과적인 양자효율에 해당하는 금액입니다. 현대적인 디자인 해결이 해로운 특징을 추가하여 microlenses 의 표면에 장치하여 직사광선에서 불투명한 지역 및 활성 영역입니다., Microlenses 을 가져올 수 있을 채우십시오 90%이상에 따라 픽셀 크기 및 전체 시스템의 광학적인 디자인이다.

아키텍처의 선택은 유틸리티 중 하나에 온다. 는 경우 응용 프로그램을 허용할 수 없이 비싼,오류가 발생하기 쉬운,파워 집중 기계식 셔터,는 인터 장치가 올바른 선택입니다. 소비자 스냅 샷 카메라는 인터 라인 장치를 사용했습니다. 다른 한편으로 사람들을 위해,필요로 하는 응용 프로그램 가능한 최상의 빛은 컬렉션과의 문제는 돈을,능력 및 시간는 덜 중요한 전체 프레임으로 장치를 위한 최상의 선택입니다., 천문학 자들은 풀 프레임 장치를 선호하는 경향이 있습니다. 프레임 전송이 그 사이에 떨어지며 인터 라인 장치의 채우기 계수 문제가 해결되기 전에 일반적인 선택이었습니다. 오늘날 프레임 전송은 일반적으로 백 조명 장치와 같이 인터 라인 아키텍처를 사용할 수없는 경우에 선택됩니다.

픽셀 격자를 포함하는 Ccd 는 디지털 카메라,광학 스캐너 및 비디오 카메라에서 광 감지 장치로 사용됩니다., 그들은 일반적으로 입사광의 70%(약 70%의 양자 효율을 의미)에 반응하여 입사광의 약 2%만 캡처하는 사진 필름보다 훨씬 효율적입니다.

가장 일반적인 유형의 CCDs 에 민감한 근적외선할 수 있는 적외선 사진,밤-비전 장치,제 lux(또는 거 lux)비디오 녹화/사진입니다. 일반 실리콘 기반 검출기의 경우 감도는 1.1μm 로 제한됩니다., 다른 하나의 결과 그들의 민감도를 적외선은 그 적외선 원격 제어 자주 나타나에 CCD 기반 디지털 카메라나 캠코더에 있지 않는 경우 적외선 차단제입니다.

냉각은 어레이의 어두운 전류를 감소시켜 자외선 및 가시 파장에 대해서도 저조도 강도에 대한 CCD 의 감도를 향상시킵니다. 직업적인 전망대가 자주 멋진 그들의 탐지기와 액체 질소를 줄이는 현재 어두운,따라서 이 열잡음,를 무시할 수준이다.,

프레임 전송 CCDEdit

프레임 전송 CCD 영상 처음이었상 구조물에 대한 제안 CCD 화상 진찰에 의해 마이클 Tompsett 벨 연구소에서. 프레임 전송 CCD 전문 CCD,종종에서 사용되는 천문학과 일부 전문 비디오 카메라에 대한 설계,높은 노출의 효율성과 정확성이 있어야 한다.

ccd 의 정상적인 기능은 천문학적 또는 그 밖의 두 단계로 나눌 수 있습니다:노출과 판독., 첫 번째 단계에서 CCD 는 들어오는 광자를 수동적으로 수집하여 전자를 세포에 저장합니다. 노출 시간이 경과 한 후,세포는 한 번에 한 줄 씩 판독됩니다. 판독 단계 동안,세포는 CCD 의 전체 영역 아래로 이동된다. 그들이 이동하는 동안,그들은 빛을 계속 수집합니다. 따라서 시프 팅이 충분히 빠르지 않으면 전송 중에 전하를 유지하는 셀에 떨어지는 빛에서 오류가 발생할 수 있습니다. 이러한 오류는”세로 얼룩”원인과 강한 광원을 만들 수직선을 위 아래로 정확한 위치., 또한,ccd 는 판독되는 동안 빛을 수집하는 데 사용할 수 없습니다. 불행하게도,빠른 이동을 필요로 빠른 판독값,그리고 빠르게 판독 오류를 발생시킬 수 있습 셀 책임 측정,더 높은 잡음 레벨.

프레임 전송 CCD 두 문제를 해결이다:그것은 보호되지 않는,빛에 민감한 영역을 포함하는 다양한 세포로 지역 빛에 노출되어 있습니다. 일반적으로이 영역은 알루미늄과 같은 반사 재료로 덮여 있습니다. 노출 시간이 다되면 셀이 숨겨진 영역으로 매우 빠르게 전송됩니다., 여기에서 안전하게 들어오는 빛,셀 읽을 수 있습니다에 밖으로 어떤 속도로 하나에 따라 필요하다고 판단하는 경우 제대로 측정한 세포의 요금입니다. 동시에,ccd 의 노출 된 부분은 빛을 다시 모으기 때문에 연속적인 노출 사이에 지연이 발생하지 않습니다.

이러한 CCD 의 단점은 비용이 높다는 것입니다:셀 면적은 기본적으로 두 배가되고 더 복잡한 제어 전자 장치가 필요합니다.,

강화 청구 결합 deviceEdit

강화 청구 결합한 장치(ICCD)는 CCD 는 광학적으로 연결된 이미지를 강화하는가 탑재에 앞 CCD.

이미지를 강화의 세 가지 기능적인 요소:photocathode,마이크로-채널 플레이트(MCP)와 형광체 화면입니다. 이 세 요소는 언급 된 시퀀스에서 다른 요소 뒤에 하나 가까이 장착됩니다. 광원에서 나오는 광자는 광전자에 떨어지므로 광전자가 생성됩니다., 광전자는 광전자와 MCP 사이에인가되는 전기 제어 전압에 의해 MCP 쪽으로 가속됩니다. 전자는 MCP 의 내부에서 곱 해지고 그 후 형광체 스크린쪽으로 가속됩니다. 형광체 스크린은 마침내 곱해진 전자를 광섬유 또는 렌즈에 의해 CCD 로 유도되는 광자로 다시 변환합니다.

이미지 증폭기 본질적으로 포함되어 있 셔터 기능:는 경우 제어 전압이 photocathode 및 MCP 은 반대 방출 photoelectrons 되지 않은 가속으로 MCP 지로 돌아가 photocathode., 따라서,전자는 곱에서 방출되는 MCP,아 전자하는 것 형광체 화면에 빛이 없이에서 방출되는 이미지 증. 이 경우 빛이 CCD 에 떨어지지 않아 셔터가 닫혀 있음을 의미합니다. 포토 코드에서 제어 전압을 역전시키는 과정을 게이팅(gating)이라고하며,따라서 ICCDs 는 게이트 가능 CCD 카메라라고도합니다.

단일 광자 검출을 가능하게하는 ICCD 카메라의 극도로 높은 감도 외에도 gateability 는 EMCCD 카메라에 비해 ICCD 의 주요 장점 중 하나입니다., 최고 성능의 ICCD 카메라는 200 피코 초의 짧은 셔터 시간을 가능하게합니다.

ICCD 카메라는 일반적으로 다소 높은 가격에서 이상 EMCCD 카메라기 때문에 그들이 필요한 고가의 이미지를 강화. 반면에 EMCCD 카메라는 EMCCD 칩을 약 170k(-103°C)의 온도로 냉각시키는 냉각 시스템이 필요합니다. 이 냉각 시스템은 EMCCD 카메라에 추가 비용을 추가하고 종종 응용 프로그램에 무거운 응축 문제를 산출한다.

ICCDs 는 야간 투시 장치 및 다양한 과학 응용 분야에 사용됩니다.,

전자 곱 CCDEdit

전자 곱하기 CCD(EMCCD,일컬어 L3Vision CCD,E2v 주식 회사에 의해 상용화된 제품. GB,L3CCD 또는 Impactron CCD,지금 단종 제품에 제공되는 과거에는 텍사스 인스투르먼트에 의하여)책임이 결합된 장치에서는 이익을 등록하는 배치 사이의 시프트 레지스터 및 출력에는 증폭기가 있습니다., 게인 레지스터는 다수의 스테이지로 분할된다. 각 단계에서,전자는 눈사태 다이오드와 유사한 방식으로 충격 이온화에 의해 곱해진다. 을 확률의 모든 단계에서 등록이 작다(P<2%),하지만 요소의 수은 큰(N>500),전반적인을 얻을 수 있습니다 매우 높은(g=(1+P)N{\displaystyle g=(1+P)^{N}}),하나의 입력으로 전자를 주는 많은 수천개의 출력 전자. CCD 에서 신호를 읽는 것은 잡음 배경,일반적으로 몇 개의 전자를 제공합니다., 에 EMCCD,이는 소음은 겹쳐서 많은 수천 개의 전자가 아닌 하나의 전자 장치는’주요 이점은 이렇게 그들의 사소 판독값 소음. 사진 요금의 증폭을위한 눈사태 고장의 사용은 조지 E. 스미스/벨 전화 연구소에 의해 1973 년 미국 특허 3,761,744 에 이미 기술되었다.

EMCCDs 는 강화 된 Ccd(ICCDs)와 유사한 감도를 나타낸다. 그러나 ICCDs 와 마찬가지로 게인 레지스터에 적용되는 게인은 확률 적이며 픽셀의 전하에 적용된 정확한 게인은 알 수 없습니다., 에서 높은 이득(>30),이러한 불확실성과 같은 효과가 있에 signal-to-noise ratio(SNR)으로 절반으로 양자 효율(QE)를 존중하는 작업으로 이득이다. 그러나 매우 낮은 빛 레벨(는 양자 효율성이 가장 중요한),는 것으로 간주할 수 있습 픽셀이 포함되어 있거나 전자—또는 아닙니다. 이것은 단일 전자와 동일한 픽셀에서 여러 전자를 세는 위험이있는 확률 곱셈과 관련된 잡음을 제거합니다., 이 동작 모드에서 일치하는 광자로 인해 한 픽셀에서 여러 카운트를 피하려면 높은 프레임 속도가 필수적입니다. 게인의 분산은 오른쪽의 그래프에 표시됩니다. 곱하기에 등록 많은 요소와 큰 이익을 잘 모델 방정식:

P 가능성이 점점 n 출력 전자는 주어진 m 입력 전자 및 총 의 곱셈 등록을 얻 g.

때문에 비용을 절감하고 더 좋은 해결책,EMCCDs 의 가능한 대체 ICCDs 에서 여러 애플리케이션에 적합합니다., ICCDs 는 여전히 매우 빠르게 게이팅 될 수 있으므로 범위 게이트 이미징과 같은 응용 분야에서 유용하다는 장점이 있습니다. EMCCD 카메라 산업화 냉각 시스템을 필요로 중 하나를 사용하여 열전 냉각 또는 액체 질소 냉각 칩 아래에서 온도 범위 -65 을 -95°C(-85 을 -139°F). 이 냉각 시스템 불행히도 추가 비용을 EMCCD 이미징 시스템을 얻을 수 있습 응축 문제입니다. 그러나 하이 엔드 EMCCD 카메라에는 응축 문제를 피하기 위해 칩을 구속하는 영구 밀폐 진공 시스템이 장착되어 있습니다.,

EMCCDs 의 저조도 기능은 다른 분야 중에서도 천문학 및 생물 의학 연구에 사용됩니다. 특히,자신의 저음에서 고독 속도가 그들에게 매우 유용한 다양한 천문학적 응용 프로그램을 포함하는 저렴한 가벼운 소스와 이벤트 등 일시적으로 운 영상의 약한 별,높은 속도로 광양자 계수 측광,Fabry-Pérot 분광학 및 고해상도 spectroscopy., 더 최근에,이러한 유형의 CCDs 부러 분야로의 생물 의학 연구에 응용 프로그램을 포함한 작은 동물 영상,하나의 분자 화상 진찰,라만 분광학,고해상도 현미경을 뿐만 아니라 다양한 현대적인 형광 현미경 기술 덕분에 더 큰 SNR 낮은 조명 조건에서와 비교하여 전통적인 CCDs 및 ICCDs.

의 관점에서 소음을,상업적인 EMCCD 카메라에는 일반적으로 시계를 유도 요금(CIC)와 어류(에 의존한 범위의 냉각)함께 지도를 효과적인 해독음에 이르기까지 0.,01 픽셀 당 1 전자 읽기. 그러나,최근 개선에 EMCCD 기술은 새로운 세대의 카메라 생산 능력이 훨씬 적은 CIC,높은 전송 효율성과 EM 을 얻을 5 배 이상은 무엇이었는 이전에 사용할 수 있다. 이러한 발전에 감지 리드를 효과적인 총 배경음의 0.001 전자를 픽셀당 읽기,소음 바닥 타의 추종을 불허하여 다른 낮은 가벼운 화상 진찰 장치입니다.피>