CCD - нужно ли охлаждение?

[Victor Maiorov]

В астрономии принято CCD матрицы охлаждать. Хочу разобраться - это нужда или традиция?
Вчера измерял темновые токи матрицы SONY ICX085AL. Получилось следущее - при комнатной температуре средний темновой ток по матрице - от 1 до 1.5 электронов на пиксел в секунду (диапазон указал с учетом моих ошибок измерения).
Конечно есть и "горячие" пиксели там темновой ток значительно больше, но этих пикселей не очень много, они отстоят на некотором расстоянии друг от друга и хорошо убираются медианной фильтрацией. Если не перелить через край - можно вычитать фон.
С другой стороны в описании KAF1602 указан темновой ток 15 электронов на пиксел в секунду. Понятно, что тут нельзя и без охлаждения.
Есть ли в конфе люди пользующие живые CCD c охлаждением? Какие там реальные темновые токи? На сколько горячие пиксели ярче фона? Имеет ли смысл городить охлаждение при темновых токах как у SONY?

С наилучшими пожеланиями

------------------
С наилучшими пожеланиями
Виктор Майоров

[SF]

1. нужда или традиция...
Первое. И поэтому, соответственно, второе.
2. SONY ICX085AL...
Это совершенно неподходящая для астрономии ПЗС.
3. от 1 до 1.5 электронов...
Если не секрет, как Вы переводили единицы АЦП в электроны?
4. медианной фильтрацией...
Увы, далеко не во всех случаях ее нужно/можно применять - она изменяет фотометрические соотношения...
5. не перелить через край...
Но разве у этой матрицы нет антиблюминга? (Одна из многих причин п.2)
6. темновой ток ... KAF1602 ... 15 электронов на пиксел в секунду...
При какой температуре?
7. ...CCD c охлаждением? Какие там реальные темновые токи...
Хм... При азотном охлаждении - практические никакие. Учитывать их в этом случае - только вносить при обработке шумы.

P.S.
Здесь и на форуме "Звездочета" уже обсуждали (ну скажем так) ПЗС-технологии, кстати, упоминая и Вас.
Если хотите, пишите мне на e-mail.

[Это сообщение редактировал SF (13.02.2001).]

[Victor Maiorov]

>2. SONY ICX085AL...Это совершенно
>неподходящая для астрономии ПЗС.

Если не сложно ответьте, почему? В интернете я встречал проекты камер на этих матрицах для любителей.

>3. от 1 до 1.5 электронов...
>Если не секрет, как Вы переводили единицы
>АЦП в электроны?

Глубина ямы матрицы - 25000 электронов. Разрядность АЦП - 10 бит. Дальше все просто. Меряю фон на короткой выдержке, потом на 100 сек. и считаю среднее по изображению.

>5. не перелить через край...
>Но разве у этой матрицы нет антиблюминга?
>(Одна из многих причин п.2)

Если пиксел заполнится полностью - из него нельзя будет вычесть фон.

>6. темновой ток ... KAF1602 ... 15
>электронов на пиксел в секунду...
>При какой температуре?

+25C

>7. ...CCD c охлаждением? Какие там
>реальные темновые токи...
>Хм... При азотном охлаждении

Зачем азотном? Я имел ввиду, стоит ли разбираться с холодильниками пельтье, чтобы выпускать камеру ориентированную на любителей астрономии.
Кстати когда нас поминали в обсуждении (я это обнаружил совсем недавно), вроде были пожелания по пельтье и повышении разрядности. Над разрядостью мы сейчас работаем (сейчас у нас 10 бит, будет 12), а стоит ли упираться в пельте?


------------------
С наилучшими пожеланиями
Виктор Майоров

[Igor Nesterenko]

Тааак, старая песня о главном

SF
Пожалуста, еще раз, аргументируйте ваше утверждение 2. На звездочетовском обсуждении я их не увидел (может и не понял
Антиблуминг у матриц Sony есть.

Из описания камер Apogee:
Темновой ток - 10 рА/см^2 при 25 С, т.е.
50 электронов с 9мкм пиксела в секунду.
Характерная зависимость уменьшения темнового тока с температурой - 2раза на каждые 8 С.
Получаем при охлаждении на 40 С ниже окружающей среды 1.6 электрона в сек.

И вот тут вопрос к вам, Виктор.
Расскажите как вы меряли темновой ток?
Уж больно не ожиданный результат.

Надо ли охлаждать? На мой взгляд надо, чтобы реализовать весь динамический диапозон матрицы (особенно при бинировании ячеек) и не прибегая к изменению веса единицы АЦП. Если менять кол-во зарядов приходящихся на единицу АЦП (ADU), то точные фотометрические измерения будут невозможны.

p.s. Не успел ответить, как получил ответы на вопросы, спасибо Виктор

[Это сообщение редактировал Igor Nesterenko (13.02.2001).]

[SF]

Для Victor Maiorov:

3. перевод единиц АЦП в электроны...
Не совсем понял, вероятно из-за краткости описания. Как Вы определили шум считывания (в ед.АЦП и электронах)?

5. Антиблюминг "начинает работать" еще до начала "перетекания". Представьте себе, что тогда происходит с линейностью...

7. Стоит. И не только на любителей. Насколько я понимаю, сейчас только Вы обладаете одновременно и технологической оснасткой, и желанием делать астрономические камеры. Вряд ли стоит наступать на давно известные грабли. Обсуждать все это письменно очень утомительно, поэтому, если Вы не против, мы можем поговорить по телефону или при встрече. e-mail в "информации об авторе" - там, где "голова".


Для Igor Nesterenko:

...Если менять кол-во зарядов приходящихся на единицу АЦП...
Именно возможность делать это и является одним из необходимых, но недостаточных условий "политкорректности астрономической ПЗС-камеры".

[Это сообщение редактировал SF (13.02.2001).]

[Victor Maiorov]

>3. перевод единиц АЦП в электроны...
>Расскажите как вы меряли темновой ток?
Я ввел изображение с выдержкой 100мс(короткой), получил среднее значение яркости по полю камеры (38.8), затем вел изображение с выдержкой 100 сек, получил среднее значение яркости (44.4).
Разница 5.6. (это в разрядах 10-ти битного АЦП).
Глубина ямы 085 матрицы 25000 электронов (данные от фирмы PCO - немецного производителя камер на этой матрице). Вес 1-го бита 10-ти разрядного АЦП - 25 электронов. 5.6*25=140 электронов за 100 сек.
При этом камера уже достаточно нагрелась - она потребляет сейчас 250мА. Мы отработали режим сна камеры - когда не вводится изображение потребление будет 50мА. Камера будет холодной. На моей камере этого пока нет.
Шум чтения. Пока с ним досконально не разбирались, но средне-квадратичное отклонение яркости пикселей от среднего значение по полю камеры сейчас равно 0.64-0.68 разряда. Это значит - 17 электронов.
При этом на изображении видна горизонтальная текстура - ее быть не должно, возможно мы что-то неправильно делаем. Если ее убрать, СКО будет меньше. С этой текстурой еще предстоит разбираться.

>5. Антиблюминг "начинает работать" еще до
>начала "перетекания". Представьте себе,
>что тогда происходит с линейностью

Да, с линейностью мы еще не разбирались.

>.Если менять кол-во зарядов приходящихся н
>а единицу АЦП...
Не сочтите за рекламу, но у нас перед АЦП стоит програмно управляемый усилитель с диапазоном работы 0-30дБ.

SF. К сожалению дискуссию по Видеоскановским камерам на конференции "Звездочета" я увидел только после Вашего первого ответа. Поэтому возможно мы тут с Вами повторямся.



------------------
С наилучшими пожеланиями
Виктор Майоров

[Timur]

Я только что приехал в САО и начинаю сравнительные испытания камеры фирмы "Видеоскан", которую мне любезно предоставил Игорь Василиадис и Pictor 216 XT. Погода к сожалению подпортилась, а первая камера уже висит на телескопе, изображение сфокусировано. Результаты буду оперативно размещать в этой конференции.

[Timur]

Ну вот, предлагаю вашему вниманию первый снимок на камере фирмы "Видеоскан". Экспозиция - 3 минуты при -3 градусах в окружающем пространстве. Темновое поле вычтено. Область в районе М 35.

[Igor Nesterenko]

Виктор, а что тогда означает уровень 38.8 (970е) при 100мс? Темновой ток еще не успел проявиться, шумы считавания 17е...
Если вы при считывании теряете заряды, то картина очень похожа на описанную. Такое уже было у нас, когда мы возились с ICX084AL. Сначала очень резко растут шумы считывания, а потом наступает полная слепота. При скорости вывода 5 МГц все ок, а при 3МГц уже бардак.
Оказалось что критичным является время нахождения зарядовых пакетов под фазами вертикального регистра (уже не помню либо V1, либо V3). Чем оно меньше тем лучше.
Может быть этими потерями объясняется видимая горизонтальная текстура.

Тимур, а что-нибудь протяженное посмотреть можно? И что за инструмент использован?

[Это сообщение редактировал Igor Nesterenko (14.02.2001).]

[Victor Maiorov]

>Виктор, а что тогда означает уровень 38.8
>(970е) при 100мс? Темновой ток еще не
>успел проявиться, шумы считавания 17е...

Это АЦП так работает. При 0-ом уровне сигнала выдается некоторая начальная константа. Это удобно, когда даешь большое усиление и шумы начинают переползать в область меньше 0. А это тоже информация.

>Если вы при считывании теряете заряды, то
>картина очень похожа на описанную. Такое уже

Возможно есть проблемы с переносом. Хотя все сделано как рекомендует SONY.

По поводу снимка Тимура. Он использует VS-tandem-ar-56/2. Это аналоговый тандем с 8-ми битным АЦП и 039 матрицей. Кажется он его передержал. Мне не ясно появление шумов слева снизу. Возможно когда вводили фон, что-то светило на матрицу? Вычитание надо делать по модулю или к изображению добавлять подставку. Может лучше опубликовать файл фона камеры с экспозицией несколько минут? (У нас этих камер уже нет и я сделать это не могу)
По поводу экспозиции. Мне сегодня звонил заказчил и говорил, что используют выдержки 5-10 минут на наших камерах, а потом вычитают фон. правда это не астрономы и я не знаю какие требования к качеству картинки они предьявляют.

По поводу пельтье. SF и Игорь написали - давайте делайте. Тут надо понимать, что если мы это сделаем - камера подорожает и я хочу понять - а может лучше без охлаждения, но дешевле, чем с охлаждением, но дороже. Или может вообже SONY для любительской астрономии непригодна (как указал уважаемый SF).


------------------
С наилучшими пожеланиями
Виктор Майоров