Изучение астрономических цифровых приёмников излучения на примере камеры CANON 1000D

Цель работы: изучение общих принципов устройства и работы цифровых приёмников излучения. Изучение приёмов работы с цифровой камерой и методов её исследования.

Приборы и материалы:

Цифровая камера CANON 1000D.

Основы устройства приборов с зарядовой связью

Основой современных изображающих систем являются приборы с зарядовой связью (ПЗС матрицы). Рассмотрим, как действует типовая камера. Сформированное объективом изображение попадает на ПЗС-матрицу, то есть лучи света падают на светочувствительную поверхность ПЗС-элементов (пикселей), задача которых преобразовать энергию фотонов в электрический заряд. Происходит это следующим образом (Рисунок 1) [3].

Для фотона, упавшего на ПЗС-элемент, есть три варианта развития событий, он либо срикошетит от поверхности, либо будет поглощен в толще полупроводника (материала матрицы), либо «пробьет насквозь» нерабочую зону. Очевидно, что от разработчиков требуется создать такой сенсор, в котором потери от «рикошета» и «прострела навылет» были бы минимизированы. Те же фотоны, которые были поглощены матрицей, образуют пару электрон-дырка, если произошло взаимодействие с атомом кристаллической решетки полупроводника, или же только электрон (либо дырку), если взаимодействие было с атомами донорных либо акцепторных примесей, а оба перечисленных явления называются внутренним фотоэффектом. Разумеется, внутренним фотоэффектом работа сенсора не ограничивается, необходимо сохранить «отнятые» у полупроводника носители заряда в специальном хранилище.

Рисунок 1 — Пример субпикселя ПЗС-матрицы с карманом n-типа Обозначения на схеме субпикселя ПЗС:

• 1) фотоны света, прошедшие через объективфотоаппарата;
• 2) микролинза субпикселя;
• 3) R — красный светофильтрсубпикселя, фрагмент фильтра Байера;
• 4) прозрачный электрод из поликристаллического кремния или сплава индия и оксида олова;
• 5) оксид кремния;
• 6) кремниевый канал n-типа: зона генерации носителей — зона внутреннего фотоэффекта;
• 7) зона потенциальной ямы (карман n-типа), где собираются электроны из зоны генерации носителей заряда;
• 8) кремниевая подложкаp-типа.