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

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

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

Peter Novotný
před 7 lety
Počet zobrazení:

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

2011 Materiál je určen pouze jako pomocný materiál pro studenty

2 Odvození struktury CCD - FF Před A3M38VBM J. Fischer kat. měření ČVUT FEL Praha Funkce vertikálních registrů CCD: detekce záření vertikální CCD transport nábojů Horizontální registr - transportní funkce Časové rozdělení funkce : U OUT fáze akumulace nábojů (při osvětlení fáze transportu nábojů (za tmy horizontální CCD Nutná elektromechanická příp. elektrooptická závěrka Vymezení oblasti snímacího pixelu stop dif. elektrody pos.registrů 2

Horizontální registr - transportní funkce Časové rozdělení funkce : U OUT fáze akumulace nábojů (při osvětlení

3 Před A3M38VBM J. Fischer kat. měření ČVUT FEL Praha Vymezení oblasti snímacího pixelu CCD U G >0 Q = qn d A x d P + P + P + P + P + Nepřímá úměra N a a x d OPN P - Si při použití vysoké koncentrace N A 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 stop dif. elektrody pos.registrů 3

úměra N a a x d OPN P - Si při použití vysoké koncentrace N A příměsí akceptorů v oblasti P + se nevytvoří

4 Před A3M38VBM J. Fischer kat. měření ČVUT FEL Praha 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 VCCD vertikální CCD registry CCD FF - největší snímače plochou i počtem pixelů ~ 30 Mpix! Plocha čipu fotocitlivá část U OUT 4

Frame senzor pozor na záměnu - velikost + maximální využití plochy čipu - nutné řízení

5 CCD typu Full Frame se sekcemi Před A3M38VBM J. Fischer kat. měření ČVUT FEL Praha Velké CCD - FF rozdělení na sekce Φ 1HD Φ 2HD Φ 3HD Φ 1HC Φ 2HC Φ 3HC zrychlení čtení zrcadlení převracení obr. U OUTD sekce D Φ 1VD Φ 2VD Φ 3VD ( Φ 4VD sekce A U OUTC sekce C Φ 1VC Φ 2VC Φ 3VC (Φ 4VC sekce B Φ 1VA Φ 2VA Φ 3VA (Φ 4VA Φ 1VB Φ 2VB Φ 3VB (Φ 4VB U OUTA U OUTB Φ 1HA Φ 2HA Φ 3HA Φ 1HB Φ 2HB Φ 3HB 5

zrychlení čtení zrcadlení převracení obr.

6 CCD typu Full Frame se sekcemi Před A3M38VBM J. Fischer kat. měření ČVUT FEL Praha Φ 1HD Φ 2HD Φ 3HD Φ 1HC Φ 2HC Φ 3HC Standardní čtení U OUTD sekce D Φ 1VD Φ 2VD Φ 3VD ( Φ 4VD U OUTC sekce C Φ 1VC Φ 2VC Φ 3VC (Φ 4VC sekce A sekce B Φ 1VA Φ 2VA Φ 3VA (Φ 4VA Φ 1VB Φ 2VB Φ 3VB (Φ 4VB U OUTA U OUTB Φ 1HA Φ 2HA Φ 3HA Φ 1HB Φ 2HB Φ 3HB 6

sekce D Φ 1VD Φ 2VD Φ 3VD ( Φ 4VD U OUTC sekce C Φ 1VC Φ 2VC Φ 3VC (Φ 4VC sekce A

7 CCD typu Full Frame se sekcemi Před A3M38VBM J. Fischer kat. měření ČVUT FEL Praha Φ 1HD Φ 2HD Φ 3HD Φ 1HC Φ 2HC Φ 3HC Standardní čtení Zrcadlové čtení U OUTD sekce D Φ 1VD Φ 2VD Φ 3VD ( Φ 4VD U OUTC sekce C Φ 1VC Φ 2VC Φ 3VC (Φ 4VC sekce A sekce B Φ 1VA Φ 2VA Φ 3VA (Φ 4VA Φ 1VB Φ 2VB Φ 3VB (Φ 4VB U OUTA U OUTB Φ 1HA Φ 2HA Φ 3HA Φ 1HB Φ 2HB Φ 3HB 7

čtení U OUTD sekce D Φ 1VD Φ 2VD Φ 3VD ( Φ 4VD U OUTC sekce C Φ 1VC Φ 2VC Φ 3VC (Φ 4VC

8 CCD typu Full Frame se sekcemi Před A3M38VBM J. Fischer kat. měření ČVUT FEL Praha Φ 1HD Φ 2HD Φ 3HD Φ 1HC Φ 2HC Φ 3HC Standardní čtení Zrcadlové čtení Paralelníčtení po sekcích U OUTD sekce D Φ 1VD Φ 2VD Φ 3VD ( Φ 4VD sekce A U OUTC sekce C Φ 1VC Φ 2VC Φ 3VC (Φ 4VC sekce B Φ 1VA Φ 2VA Φ 3VA (Φ 4VA Φ 1VB Φ 2VB Φ 3VB (Φ 4VB U OUTA U OUTB Φ 1HA Φ 2HA Φ 3HA Φ 1HB Φ 2HB Φ 3HB 8

Paralelníčtení po sekcích U OUTD sekce D Φ 1VD Φ 2VD Φ 3VD ( Φ 4VD sekce A U OUTC sekce C Φ

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

Illuminated Sensor vyloučení optického působení elektrod a dalších vrstev Snímače CCD typu FF se

10 Snímač Dalsa CCD FF Před A3M38VBM J. Fischer kat. měření ČVUT FEL Praha FTF4052M 22 Mpix monochromatický Full Frame Image sensor 36 x 48 mm 4008H x 5344V FTF4052C 22 Mpix barevný snímač RGB Bayerův filtr 10

11 Snímač FTF4052C ve foto Před A3M38VBM J. Fischer kat. měření ČVUT FEL Praha Fotoaparát Mymiya 645ZDb (18 Mpix 22 Mpix 31 Mpix stav 4/2009 Se snímačem 22M USD Filtr RGB podle Bayera (Bryce E. Bayer Eastman Kodak Comp. US patent. R M zelených pixelů 55 M červených pixelů 55 M modrých pixelů 11

4/2009 Se snímačem 22M 11 000 USD Filtr RGB podle Bayera (Bryce E.

12 Snímače CCD FF - aspekty výroby Před A3M38VBM J. Fischer kat. měření ČVUT FEL Praha 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

náročná technologie Senzor CCD485 16M 61 x 61 mm Wafer o

13 Snímače CCD FF oblasti použití Před A3M38VBM J. Fischer kat. měření ČVUT FEL Praha 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

(Hubbleův teleskop lékařství biologie speciální fotografie krystalografie CCD FF

14 Snímače CCD FF oblasti použití Před A3M38VBM J. Fischer kat. měření ČVUT FEL Praha Obrazový senzor CCD FF pro Hubbleův teleskop 14

15 Snímač CCD - Frame Transfer Před A3M38VBM J. Fischer kat. měření ČVUT FEL Praha Oddělení snímací a paměťové funkce vert. transp. CCD registry snímací fotocitlivá část stíněná paměťová část U OUT horizontální CCD registr 15

16 Fotodioda ve snímači CCD Před A3M38VBM J. Fischer kat. měření ČVUT FEL Praha 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 přenosové hradlo registr CCD U F1 > U TX přenosové SiO hradlo Φ 1 2 Φ 1 P + N + P substrát N P + N + P substrát N a b 16

CCD: standardní rozkmit napětí na CCD posun nábojů v CCD zvýšené napětí na CCD přesun

17 Snímač CCD IL- interline transfer Před A3M38VBM J. Fischer kat. měření ČVUT FEL Praha 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 U OUT horizontální registr CCD Transportní CCD registry - zakryty není potřeba clonit snímač jednoduchá mechanická konstrukce 17

do CCD funkce global shutter elektronická závěrka zkrácení doby expozice zastíněné vert. transp.

18 Před A3M38VBM J. Fischer kat. měření ČVUT FEL Praha Snímač CCD - Frame - interline transfer Snímač Interline Transfer fotoelementy PN přechody kombinace IL a frame transfer snížení smear Používá firma Panasonic (Matsushita zastíněné vert. transp. CCD registry snímací část fotodiody zastíněná paměťová část U OUT 18

Transfer fotoelementy PN přechody kombinace IL a frame transfer snížení smear

19 Před A3M38VBM J. Fischer kat. měření ČVUT FEL Praha 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 " 1/4 1/ /3 1/

.. Formát snímače ovlivňuje velikost snímaného pole a potřebné vlastnosti použitého objektivu Objektiv musí být

20 Snímače CCD IL oblasti použití Před A3M38VBM J. Fischer kat. měření ČVUT FEL Praha 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

progressive scan prosté čtení Snímače monochromatické barevné obvykle Bayerův filtr Řešení kamer: standardní

Podobné dokumenty

Optoelektronické snímače fotodiodová pole, obrazové senzory CMOS

Optoelektronické snímače fotodiodová pole, obrazové senzory CMOS Podkladový materiál k přednáškám A0M38OSE Obrazové senzory ČVUT- FEL, katedra měření, Jan Fischer, 2014 Materiál je pouze grafickým podkladem