냉각 CCD 입문 7(CCD 카메라의 우위성)

냉각 CCD 입문 7(CCD 카메라의 우위성)

제 3장 천체 관측에서 냉각 CCD 카메라의 우위성
*1980년대 중반 이후 세계 천문대는 전량 CCD 관측으로 바꾸었으나 CCD 수광면이 작아서 불만.
*인쇄지 4절 사이즈를 사용하는 슈미트카메라도 건판 필름대신에 CCD 카메라로 대체.  
--->도데체 왜 이렇게 바꾸었을까?

3.1 감도가 높다
*감도
#비디오카메라 감도 표시 예~F1.4 렌즈를 사용하여 최저조도 몇 룩스로 표시
#냉각 CCD: 감도가 낮아도 노출 시간을 길게만 해주면 되므로 감도 지수를 사용해도 의미가 없음.--->양자 효율로 표시
*양자 효율: 단위 시간에 수광부에 닿는 광자 수와 그 광자에 의해 실제로 반응을 일으키는 휘도 정보의 하나로서 교환되는 수의 비율
#하나의 화소에서 1초간에 어떤 파장의 광자 100개가 들어왔을 때, 그 100개가 전부 광전 효과를 일으켜 여기(勴起)되는 자유전자가 ‘전위 우물’속에 100개 축적되는 경우 양자 효율은 100/100 = 1.0이된다.
#100개의 광자 중에 50개만 반응했다면 0.5임.
*양자 효율은 파장에 의해 광자에너지기 변하므로 파장의 함수임. 광자 한개의 에너지를 E,

빛의 파장을 람다(나노메타), 빛의 속도를 c, 플랑크 상수를 h 라고 하면
E=.............(2)식으로 표시

*1초간 Np개의 광자가 도달하고, 그 에너지를 W(와트)라고 하면
Np=............................(3)식으로 표시

*모여진 전자에 의한 광전류 I, 1초간에 흐르는 캐리어(carrier)수를 Nc라고하면
I=eNc.................(4)의 관계로부터

*양자 효율은
에타=...........................(5)식으로 나옴.

*CCD의 분광감도 특성을 그래프로 표시할 경우, 횡축은 빛의 파장, 종축은 분광감도(Responsivity), 양자효율(Quantum Efficiency)로 표시함. 분광감도를 R이라고 하면

R=I/W..................(6)식으로 표시

*ST-6카메라의 CCD 칩은 TI(텍사스 인스트루먼트)사의 TC241 모델.
#<그림 3.1>은 TC241 칩의 분광감도특성
#이 그래프에서 전 파장중의 최대 양자 효율은 파장 680나노메터에서 70%, 파장 400~700나노메터의 가시광에서 평균양자효율은 약 50%으로 꽤 효율이 좋음.

*제품에 따라 CCD 칩의 반도체 재질이나 조성이 다르므로 각 파장마다 양자효율의 차가 발생하나 가시광선용 CCD는 대부분 Si 재질을 사용하고, 프레임 전송방식의 칩을 채용하므로 ST-6의 특성과 비슷.