Před A3M38VBM, J. Fischer, kat. měření, ČVUT FEL Praha. Plošné snímače CCD

Před A3M38VBM , J. Fischer, kat. měření, ČVUT FEL Praha

Plošné snímače CCD

v. 2011 Materiál je určen pouze jako pomocný materiál pro studenty zapsané v předmětu: „Videometrie a bezdotykové měření“, ČVUT- FEL, katedra měření, přednášející Jan Fischer © Jan Fischer, 2010

1


Odvození struktury CCD - FF Funkce vertikálních registrů CCD: • detekce záření • transport nábojů Horizontální registr - transportní funkce

Vymezení oblasti snímacího „pixelu“

UOUT

horizontální CCD

stop dif. elektrody pos.registrů

Časové rozdělení funkce : • fáze akumulace nábojů (při osvětlení) • fáze transportu nábojů (za tmy) Nutná elektromechanická, příp. elektrooptická závěrka

vertikální CCD

2


Vymezení oblasti snímacího pixelu CCD UG >0

Qd = q N A xd P+

P+

P+

P+

OPN

při použití vysoké koncentrace NA příměsí – akceptorů v oblasti P+ se nevytvoří ochuzená oblast a následně kanál, kterým by se mohly pohybovat elektrony. Oblasti P+ ( stop difuse, nebo stop implantace) slouží jako izolace jednotlivých sloupců fotoelementů

P - Si

stop dif. elektrody pos.registrů

Nepřímá úměra Na a xd

P+

3


Snímač CCD typu Full Frame transfer

Full Frame Transfer, nebo Full Frame senzor – pozor na záměnu - velikost + maximální využití plochy čipu - nutné řízení osvětlení senzoru CCD FF - největší snímače, plochou i počtem pixelů ~ 30 Mpix ! Plocha čipu

VCCD vertikální CCD registry

fotocitlivá část

UOUT

4


CCD typu Full Frame se sekcemi Velké CCD - FF rozdělení na sekce

Φ1HD , Φ2HD , Φ3HD ,

Φ1HC , Φ2HC , Φ3HC ,

UOUTD

• • •

zrychlení čtení zrcadlení převracení obr.

UOUTC

sekce D

sekce C

Φ1VD , Φ2VD , Φ3VD ( Φ4VD )

Φ1VC, Φ2VC , Φ3VC , (Φ4VC )

sekce B

sekce A Φ1VA , Φ2VA , Φ3VA , (Φ4VA )

Φ1VB , Φ2VB , Φ3VB , (Φ4VB )

UOUTA

UOUTB

Φ1HA, Φ2HA, Φ3HA,

Φ1HB , Φ2HB , Φ3HB ,

5


CCD typu Full Frame se sekcemi Φ1HD , Φ2HD , Φ3HD ,

Standardní čtení

Φ1HC, Φ2HC , Φ3HC ,

UOUTD

UOUTC

sekce D

sekce C



sekce B



UOUTA

UOUTB


Φ1HB, Φ2HB , Φ3HB ,

6



Standardní čtení Zrcadlové čtení


UOUTD

UOUTC

sekce D

sekce C



sekce B



UOUTA

UOUTB



7



Standardní čtení Zrcadlové čtení Paralelní čtení po sekcích


UOUTD

UOUTC

sekce D

sekce C



sekce B



UOUTA

UOUTB



8


Snímače CCD se zadním osvětlením Snímače se zadním osvětlením – Back Side Illuminated Sensor

vyloučení optického působení elektrod a dalších vrstev Snímače CCD typu FF se zadním osvětlením – leptáním ztenčené až pod 10 um, velmi drahé, ? výtěžnost, ( snímač o rozměru např. 20 x 20 mm a větší, ale tenký 10 um) ( „tenký“ snímač CCD, proto také Thinned CDD -

9


Snímač Dalsa CCD FF FTF4052M 22 Mpix „monochromatický“ Full – Frame Image sensor 36 x 48 mm, 4008H x 5344V FTF4052C 22 Mpix barevný snímač RGB Bayerův filtr

10


Snímač FTF4052C ve foto Fotoaparát Mymiya 645ZDb (18 Mpix, 22 Mpix, 31 Mpix) stav 4/2009 Se snímačem 22M – 11 000 USD Filtr RGB podle Bayera (Bryce E. Bayer, Eastman Kodak Comp,. US patent. R.1976) 11 M zelených pixelů 5,5 M červených pixelů 5,5 M modrých pixelů

11


Snímače CCD FF - aspekty výroby Snímače CCD FF s velkou plochou čipu - náročná technologie

Senzor CCD485, 16M, 61 x 61 mm

Wafer o průměru 150 mm s čipem CCD486 senzoru firmy Fairchild Imaging 12


Snímače CCD FF – oblasti použití Specializované kamery: • • • • • •

dálkový průzkum astronomie (Hubbleův teleskop) lékařství biologie speciální fotografie krystalografie

• CCD FF při hlubokém chlazení – expozice 1- až 10 – ky minut – vysoká citlivost, snímání záření s velmi malou intenzitou

13


Snímače CCD FF – oblasti použití

Obrazový senzor CCD – FF pro Hubbleův teleskop

14


Snímač CCD - Frame Transfer Oddělení snímací a paměťové funkce vert. transp. CCD registry

snímací fotocitlivá část

stíněná paměťová část

UOUT horizontální CCD registr

15


Fotodioda ve snímači CCD Vazba PN přechod - registr CCD v plošných CCD Režimy řízení registru CCD: • standardní rozkmit napětí na CCD – posun nábojů v CCD • zvýšené napětí na CCD – přesun nábojů do CCD UF1 > U TX

registr CCD přenosové hradlo

Φ1

přenosové hradlo

SiO2 P+ N+ P

P+ N+ P

substrát N

substrát N a)

Φ1

b) 16


Snímač CCD – IL- interline transfer Snímač Interline Transfer - fotoelementy – PN přechody • • • •

akumulace nábojů - PN přesun do CCD funkce global shutter elektronická závěrka zkrácení doby expozice

zastíněné vert. transp. registry CCD

fotodiody

UOUT

horizontální registr CCD

Transportní CCD registry - zakryty, není potřeba clonit snímač – jednoduchá mechanická konstrukce 17


Snímač CCD - Frame - interline transfer Snímač Interline Transfer – fotoelementy – PN přechody kombinace IL a frame transfer snížení – smear Používá firma Panasonic – (Matsushita)

fotodiody zastíněné vert. transp. CCD registry

snímací část

zastíněná paměťová část

UOUT

18


Formáty plošných snímačů CCD, CMOS Formáty snímačů odvozeny od. tzv. 1 " vidikonu ( průměr trubky) další formáty (1/2.5 ",...) Formát snímače ovlivňuje velikost snímaného pole a potřebné vlastnosti použitého objektivu Objektiv musí být navržen pro daný formát snímače, pro menší snímač lze použít, pro větší ne, Objektiv CS typicky pro snímač 1/3 " 1/3 ´´

3,2

4,8

1 ´´ 2/3 ´´ 16

8

6,4

4,8

11

8,8

6,6

1/2 ´´

9,6

6

2,4

4,0

3,6

1/4 ´´

12,8

19


Snímače CCD IL – oblasti použití

Varianty senzorů CCD – Interline Transfer: • prokládané řádkování – interlaced (televize) • progressive scan – prosté čtení Snímače monochromatické, barevné – obvykle Bayerův filtr Řešení kamer: • standardní kamery – výstup - kompozitní videosignál • „videokamery“ • digitální kamery – rozhraní fire wire, USB 2.0, Camera Link….. • digitální fotoaparáty • specializované kamery (endoskopie, mikroskopie,…).

20

Před A3M38VBM, J. Fischer, kat. měření, ČVUT FEL Praha. Plošné snímače CCD

Recommend Documents