Qmax vs Frame rate

Hình 3 .11 Bốn ảnh liên tiếp của một xung ánh sáng LED

Hình 3. 12 Qmax vs Frame rate

Hình 3.12 thể hiện sự phụ thuộc của khả năng xử lý điện tích Qmax trên tốc độ khung hình. Kết quả được tóm tắt như sau:

(a) Q max giữ ở một giá trị không đổi 22.000e- tại tốc độ khung hình lên đến 4 Mfps.

(b) Qmax giảm tới 16.000e- và 8.000e- tương ứng tại 8Mfps và 16 Mfps. Khả năng xử lý điện tích của ISIS-V12 là khoảng 10.000e-. Biên độ của điện áp lái theo đánh giá camera của ISIS-V12 là 10V (-3V, 7V), nó được tăng cho ISIS- V16 tới 16V (-2v, 14V). Sự tăng điện áp hoạt động của mạch lái của ISIS-V16 đã góp phần vào sự gia tăng trong Qmax.

3.2.5.3 Đánh giá nhiễu của ISIS

Khi đánh giá nhiễu của ISIS, nhiễu giảm của một hệ thống hình ảnh, đặc biệt là đối với độ nhạy cực cao và điều kiện nhiễu thấp cần mất một thời gian rất dài. Mặt khác, cấu trúc cấu hình điểm ảnh của ISIS-V16 chính xác giống như của ISIS- V12, trừ các dây kim loại cho tốc độ khung hình cao hơn và khả năng xử lý điện nạp lớn hơn. Do đó. Các chỉ số hiệu suất khác hơn so với tốc độ khung hình và khả năng xử lý điện nạp của ISIS-V16 dự kiến sẽ được tương ứng như của ISIS-V12, được tóm tắt như sau:

(a) Tổng mức nhiễu nhỏ hơn 10 e- tại -50o C.

(b) Mức nhiễu vẫn không đổi cho tốc độ khung hình cao hơn.

3.2.5.4 Cải thiện

Ưu điểm và nhược điểm chính của BSI CCD ISIS như sau:

(a) Ưu điểm là tốc độ khung hình cực cao, nhiễu thấp, và độ nhạy cao.

(b) Nhược điểm là bị giới hạn số điểm ảnh đếm, bị giới hạn số lượng khung hình, và tốc độ đọc ra chậm.

Cảm biến có thể được cải tiến bằng cách tăng cường những ưu điểm và giảm thiểu những nhược điểm.

(a) Tốc độ khung hình và số lượng khung hình:

Xung clock chính của camera là 64MHz và chuyển giao 4 giai đoạn (four- phase transfer) được áp dụng cho các bộ nhớ CCD. Do đó, tốc độ khung hình tối đa có thể đạt được bằng máy ảnh này là 16 Mfps. Xung đồng hồ thấp đã được sử dụng cho việc đánh giá sơ bộ. Việc làm của các hệ thống đánh giá với xung clock cao hơn làm tăng tốc độ khung hình. Nó cũng được dự kiến rằng việc làm của những lược đồ truyền quasi-two-phase trong hệ thống đánh giá hiện nay tăng gấp đôi tỷ lệ khung hình lên đến 32 Mfps. Tuy nhiên trong trường hợp này, khả năng xử lý điện nạp là ít hơn nhiều.

Những hoạt động chụp ảnh xem kẽ có thể được áp dụng cho ISIS-V16, từ cột chẵn và lẻ của mảng pixel của ISIS-V16 có thể được điều khiển độc lập. Cả số lượng khung hình và tốc độ khung hình có thẻ được tăng lên gấp đôi, bỏ đi nửa số điểm ảnh.

(b) Giảm dòng tối và rò rỉ (Reduction of dark and leak curents).

Dòng rò rỉ từ tiếp giáp np tại các cạnh có thể được giảm bằng cách áp dụng stealth dicing. Dòng tối do áp lực cơ học và va đạp không được sử dụng cho dlip- chip liên kết tạo ra dòng tối, trong đó có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng dây liên kết từ phía sau để các đệm liên kết trên mặc trước thông qua lỗ liên kết. Những

cải tiến hữu ích trong hoạt động của cảm biến mà không làm lạnh sâu. Mặc khác, khi chúng ta làm lạnh các cảm biến xuống dưới -50 độ C, nhiễu do dòng tối và dòng rỉ giảm xuống mức rất thấp.

Tỷ lệ năng suất được tăng lên đến 60% bởi những nỗ lực trong thời gian dài phát triển và cải tiến quy trình bán dẫn cho những ISIS. Từ tỷ lệ rất thấp khi bắt đầu phát triển cảm biến, chúng tôi đã phát triển một công nghệ tới hạn để tăng gấp đôi diện tích chip và, do đó các điểm ảnh được tính. Bây giờ, tỷ lệ năng suất cáo đã cho phép việc làm của phương pháp switching để tăng gấp đôi diện tích chip ở các bước tiếp xúc.

(d) Đọc ra ngoài linh động và tốc độ đọc ra ngoài.

Các ISIS-V16 sử dụng công nghệ CCD thuần. Hiện nay, nó có thể xử lý một CCD với một quá trình CMOS tiêu chuẩn, mà làm cho nó có thể phát triển các RA- ISIS truy cập ngẫu nhiên – bao gồm lưu trữ tín hiệu CCD nhiễu thấp và mạch đọc ra CMOS nhanh chóng và linh hoạt.

3.2.5.5. So sánh CCD-ISIS với các cảm biến CCD thông thường

Trong cấu trúc pixel của một CCD điển hình thường chỉ có một bộ khuếch đại ở một góc của toàn bộ mảng và phí lưu trữ được chuyển tuần tự thông qua việc chuyển đổi song song với một vùng lưu trữ nối tiếp tuyến tính, sau đó đến một nút đầu ra tiếp giáp với các bộ khuếch đại đọc ra trong Hình 3.13a.

Cảm biến CCD được phát triển đầu tiên vào cuối những năm 60 và công nghệ là tương đối thành công lúc bây giờ. hiệu suất CCD đã đẩy ranh giới trong hiệu quả của phát hiện ánh sáng và việc giảm nhiễu từ một trong hai tín hiệu thiếu sang hoặc khuếch đại readout. Một điểm yếu của CCD là một thực tế rằng CCD bản chất là một thiết bị đọc số liệu nối tiếp và hiệu suất giảm nhiễu không cao chỉ đạt được tại các kênh có tốc độ đọc ra chậm. Hình 3.2 và Hình 3.14 cho thấy sự khác biệt liên quan đến cấu trúc giữa CCD thông thường và cấu trúc bộ nhớ CCD bởi Elloumi et al đề xuất vào năm 1994 [8].

Khi đề cập đến cấu trúc được phát triển bởi Elloumi, tín hiệu hình ảnh của khung hình được lưu trữ và đọc bằng phương pháp đường thẳng song song. Thiết kế này đã được cải thiện bằng cách thêm mảng các phần tử nhớ, readout VCCD và

Image Section Store Section Readout Register On-Chip Charge To Voltage Conversion Output a) Structure of normal CCD camera Readout VCCD HCCD

b) Structure of folder in-pixel CCD memory [8] Sensing

elements

Memory elements

Layout của CMOS điển hình

CMOS trong không gian và ứng dụng