如何防止显微镜相机CCD的泛光损坏拍照图像

2022-07-27 14:33:29 admin 3

在 CCD 暴露在非常高强度的照明下的情况下,可能会耗尽 CCD 孔的存储容量,这种情况称为泛光。当这种情况发生时,多余的电荷将溢出到相邻的 CCD 光电二极管阱中,从而导致在开花位置附近的图像损坏。

像素电荷累积阱的大小由光电二极管区域决定,该区域被电子填充成线性关系,取决于入射到光电二极管上的光量。当像素接近饱和极限(变得充满电荷)时,这种线性关系失效,像素对额外照明的响应降低,导致信号劣化。对光照的光度响应偏离线性的点称为线性全阱,通常是满足模数转换器位深度所需的信号大小。在饱和之前,随机噪声(由信号的平方根确定)通过称为噪声削波的条件降低


CCD开花

探索横向溢流排放如何操作以从 CCD 势阱中去除多余的积分电荷。


当饱和时,光电二极管上的光产生的额外电荷会溢出到相邻的像素井,这些井也将变得饱和并报告错误的高照度水平。由于像素阱可以集成比有效转移更多的电荷,因此当达到*大阱转移容量时会发生饱和。在整个光电二极管阵列饱和的情况下,或者在大量串行和并行移位寄存器合并期间,输出节点也可能变得饱和并导致输出序列崩溃,从而导致总信号损失。白色条纹会完全清除图像的任何细节,从而体现出花朵的绽放。

在许多情况下,可以通过减少电荷积分时间来*大限度地减少溢出,但这种补救措施并不总是成功,因此已经开发出额外的机制来排出多余的电荷。还设计了时钟方案来控制集成期间的像素晕染。*常见的计时方法涉及时钟电压相位的交替切换,以迫使多余的电荷进入嵌套在 CCD 硅衬底和氧化物层之间的势垒区域,在那里它与晶体硅晶格中的电子“空穴”重新结合。时钟电压切换有选择地释放多余的电荷,而不会影响尚未饱和的像素中的图像信息。这种技术被称为clocked anti-blooming,并且在低光级科学应用中很有用,例如荧光显微镜,但在高帧率下效率会降低。

更常见的防晕染技术涉及在制造过程中并入 CCD 的“溢出”漏极结构。两种*常见的排水结构是垂直溢流排水 (VOD)横向溢流排水 (LOD)漏极使积分时间能够独立于电荷读出进行控制,这使它们能够用作电子曝光或快门机制,以限制像素饱和度,并提供比目前机械设备更可靠的快门方法。

在 CCD 制造过程中,会在光电二极管附近建立一个新的门,称为像素复位门溢出门(见图 1)。该栅极允许多余的电荷从光电二极管分流到公共漏极,而不会影响 CCD 信号。图 1 说明了制造商将其纳入高性能 CCD 架构的典型横向溢流排水结构。允许光电二极管收集的多余电荷(通过溢流门)溢出到漏极,这是一个反向偏置的二极管,可将电荷移至地。许多 CCD 设计都包含横向漏极,这些横向漏极与并行移位寄存器一样长,并由所有像素门共享。相比之下,垂直溢流排水管位于电荷累积位置,并具有静电势垒,该势垒被限制为允许过量电荷直接溢出到硅基板中。