A review of dark current nonlinearities in CCD image sensors

• Autorzy: Popowicz A.

Warianty tytułu

PL

Przegląd nieliniowości prądu ciemnego w matrycach CCD

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Charge coupled devices are the image sensors extensively used in scientific imaging. One of the problems of low light imaging is the collection of additional thermal charge during the exposure. In the paper the results and conclusions of 4-year research on dark current abnormalities are presented. Their sources and possible explanation for the observed phenomena are investigated. The dark current unique behavior should be taken into account especially while imaging in extremely low light level conditions.

PL

Matryce CCD są czujnikami wykorzystywanymi do rejestracji obrazów. Ze względu na pełne wykorzystanie powierzchni światłoczułej są one wykorzystywane, gdy ilość padającego światła jest bardzo niska. Do takich zastosowań należy m.in. obrazowanie w astronomii, gdzie czasy naświetlania pojedynczego zdjęcia sięgają wielu minut. Jednym z problemów przy tego typu zastosowaniach jest obecność prądu ciemnego, który wnosi do obrazu składową addytywną zależną od temperatury czujnika. W celu wyeliminowania tych zjawisk temperaturę matrycy CCD stabilizuje się wykorzystując m.in. ogniwa Peltiera oraz wykonuje się tzw. klatki ciemne (zdjęcia bez dostępu światła), aby następnie odjąć je od otrzymanego obrazu. Taka technika korekcji zakłada, że procesy termiczne przebiegają w sposób stały oraz, że są one niezależne od oświetlania matrycy. W artykule przedstawiono trzy typy nieliniowości prądu ciemnego, dla których powyższe założenia nie są spełnione. Pierwszy typ powiązano ze specyficznym położeniem defektu generującego ładunek termiczny, natomiast drugi typ skojarzono z obecnością defektów strukturalnych - dyslokacji. Trzecim rodzajem opisywanych zjawisk są losowe skoki tempa generacji termicznej. Wiedza o problemach prądu ciemnego jest kluczowa w przypadku dokonywania korekcji naukowych zdjęć źródeł emitujących niewielką ilość światła. Uwzględnienie odmiennych zachowań generacji termicznej pozwala na poprawę jakości skorygowanych obrazów.

Słowa kluczowe

EN

charge coupled devices; imaging; dark current

PL

matryce CCD; obrazowanie; prąd ciemny

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 60, nr 6
• Strony: 362--365
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Popowicz A.

• Institute of Automatic Control, Silesian University of Technology, Akademicka Street 16, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Janesic J: Scientific Charge-Coupled Devices, SPIE Press Monograph Vol. PM83.2001.
• [2] Hiraoka Y., Sedat J.W., Agard D.A.: The Use of a Charge-Coupled Devices for Quantitive Optical Microscopy of Biological Structures, Science, Vol. 238, pp. 36-41, 1987.
• [3] Falk E., Feyt J., Friend B„ Mommaert C, Reynaud S., Stefanini G.: CCD camera readout system developments for HEP experiments at CERN, Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, Conference Record of the 1991 IEEE.
• [4] Penąuer A., Boutillier M., Rolland G., Gilard O., Fougnie B., Porez F.: Analysis of CCD Dark Current Degradation in Orbit, IEEE Transactions on Nuclear Ścieńcie, Vol. 56, Issue 4, pp. 344-349, 2009.
• [5] Popowicz A.: CCD dark current analysis, Przegląd Elektrotechniczny, Vol. 87, Issue. 4, pp. 260-263, 2011.
• [6] Su K.G., Chen Y.H., Stephens A.E.: Effects of Dislocation and Bulk Micro Defects on Device Leakage, Semiconductor Eąuipment and Materials Intemationl, SEMICON Taiwan 2001.
• [7] Figielski T.: Zjawiska nierównowagowe w półprzewodnikach, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 1980.
• [8] Popowicz A.: Optical indentification of crystal defects in CCD matrix, Przegląd Elektrotechniczny, Vol. 89, Issue 3a, pp. 79-82. 2013.
• [9] Hopkinson G.R., Mohammedzadeh A.: Comparison of CCD damage due to 10- and 60-MeV protons, IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 50, Issue 6, pp. 1960-1967, 2003.
• [10] Smith D.R., Holland A.D., Hutchinson I.B.: Random Telegraph Signals in Charge Coupled Devices, Nuclear Instruments and Methods in Physics Resarch Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Eąuipment, Vol. 530, Issue 3, pp. 521-535, 2004.